CN107709937A - 测量单元和流量计 - Google Patents

Abstract

测量单元具备：流体入口(12a)，其供流体流入；流体出口(12b)，其供流体流出；以及单一的流路(14)，其将流体入口(12a)和流体出口(12b)连接。另外，具备：多个隔板(16)，所述多个隔板在流路的对置的侧面之间沿流体流动的方向配置，且所述多个隔板在对置的侧面之间规定M个局部流路，其中，M为2以上的整数；以及测量器(18)，其测量连续相邻的N个局部流路中流动的流体的流量，其中，N为1以上且小于M的整数。

Description

测量单元和流量计

技术领域

本发明涉及一种测量气体等流体的流量的测量单元和安装有这种测量单元的流量计。

背景技术

专利文献1公开了气体表等流量计。该流量计具有供流体流入的入口部、供流体流出的出口部以及将它们之间连接的多个相同形状的流路。在局部流路设置有传感器，在剩余的流路没有设置传感器。传感器检测通过其流路的流体的流量。该流量计根据由传感器测量出的局部流路的流量来估计整体的流量。

专利文献1：日本特开2014-77679号公报

发明内容

专利文献1所记载的流量计在入口部与出口部之间设置有九个流路。要求将各流路与入口部和出口部可靠地连接以避免流体漏出。流路的数量越多，连接位置越多，作业量越多。需要连接位置少的流量计。

本说明书所涉及的例示性的测量单元具备供流体流入的流体入口、供流体流出的流体出口以及将流体入口和流体出口连接的单一的流路。另外，具备：多个隔板，所述多个隔板在流路的对置的侧面之间沿流体流动的方向配置，所述多个隔板在对置的侧面之间规定M个局部流路，其中，M为2以上的整数；以及测量器，其测量连续相邻的N个局部流路中流动的流体的流量，其中，N为1以上且小于M的整数。

根据本发明的测量单元，将流体入口和流体出口连接的流路为一个。能够大幅地降低可能产生流体漏出的连接位置。例如，如果将流路的上游侧开口和下游侧开口分别设为流体入口和流体出口，则实际上不存在连接位置，因此流体不会漏出。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的测量单元的外观立体图。

图2是本发明的实施方式中的测量单元的主视图。

图3是本发明的实施方式中的测量单元的俯视图。

图4是以包含图2所示的4-4的平面剖开的截面图。

图5是以包含图2所示的5-5的平面剖开的截面图。

图6是示出本发明的实施方式中的测量单元的测量器的具体结构的图。

图7是示出将本发明的实施方式中的两台测量单元结合所得到的测量单元的一个例子的图。

图8是本发明的例示性的实施方式中的流量计的外观图。

图9是示出将本发明的例示性的实施方式中的流量计的侧面板卸下后的内部结构的立体图。

图10是用四个粗箭头示出本发明的例示性的实施方式中的流量计内的流体的流动的图。

图11是示出设置有整流流路的本发明的例示性的实施方式中的流量计的内部结构的立体图。

图12是示出设置有整流流路的本发明的例示性的实施方式中的流量计内的流体的流动的图。

图13是示出设置有其它整流流路的本发明的例示性的实施方式中的流量计的内部结构的立体图。

图14是示出设置有其它整流流路的本发明的例示性的实施方式中的流量计内的流体的流动的图。

图15是本发明的例示性的实施方式中的其它例子的流量计的外观图。

图16是示出将本发明的例示性的实施方式中的其它例子的流量计的侧面板卸下后的内部结构的立体图。

图17是用两个粗箭头示出本发明的例示性的实施方式中的其它例子的流量计内的流体的流动的图。

图18是示出设置有整流流路的本发明的例示性的实施方式中的其它例子的流量计的内部结构的立体图。

图19是示出设置有整流流路的本发明的例示性的实施方式中的其它例子的流量计的整流流路内的流体的流动和流量计内的流体的流动的图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的测量单元和流量计的实施方式。对相同的结构要素标注相同的参考标记。关于已经说明的结构要素，省略重复的说明。此外，本发明并不限定于以下所说明的实施方式。

在本说明书中，流量计与配送流体的配管连接，测量在配管中流动的流体的流量。关于流体，典型地说是气体(gas)，但是也可以是其它流体、例如液体。流量计中安装有测量单元，测量单元测量流体的流量。也就是说，设为测量单元是流量计的一个部件。下面，首先说明测量单元的详细的结构，然后说明安装有测量单元的流量计。

(实施方式)

图1是测量单元10的外观立体图。另外，图2是主视图，图3是俯视图。主要参照图1。

测量单元10具备流体入口12a、流体出口12b、流路14、多个隔板16以及测量器18。成为测量对象的流体从流体入口12a进入测量单元10内，通过流路14从流体出口12b流出。流路14是将流体入口12a和流体出口12b连接的单一的路径。

多个隔板16沿着流体流动的方向配置在流路14内。流体流动的方向是指从流体入口12a朝向流体出口12b的方向。在本实施方式中，隔板16的数量为23个。但这是一个例子。多个隔板16的数量既可以比23个多，也可以比23个少。

图4是以包含图2所示的4-4的平面剖开的截面图。另外图5是以包含图2所示的5-5的平面剖开的截面图。

如根据图4理解那样，多个隔板16在流路14内的对置的侧面14a与侧面14b之间沿流体流动的方向平行地设置。在本实施方式中，相邻的隔板16的间隔实质上相等。

流路14被多个隔板16分割为多个局部流路。例如，局部流路20是由两个隔板16和流路14的对置的上表面14c和下表面14d(图5)规定的。

接着，参照图5和图6来说明测量器18。

图5中示出测量器18的截面。在本实施方式中，测量器18是使用超声波来测量流量的超声波传感器单元。测量器18利用超声波来测量在多个局部流路中流动的流体的流量，基于其结果来计算在整个流路14中流动的流体的流量。

测量器18利用配置于上游侧的第一超声波接收发送器18a和配置于下游侧的第二超声波接收发送器18b来进行超声波的发送接收。流路14的上表面14c具有第一超声波透过窗19a和第二超声波透过窗19b。第一超声波透过窗19a和第二超声波透过窗19b由超声波能够透过的原材料形成，或者也可以是透过超声波的开口部。在由超声波能够透过的原材料形成各透过窗19b的情况下，只要入射面的声阻抗与透过面的声阻抗之差小于预先决定的值即可。上表面14c中的除了第一超声波透过窗19a和第二超声波透过窗19b以外的部分例如也可以由面板覆盖。下表面14d构成为作为超声波的反射面发挥作用。

下面，参照图6来说明利用超声波的流量测量的原理。此外，在本实施方式中，设局部流路的总数为M个，设为测量器18配置为覆盖其中的N个局部流路。测量器18测量在该N个局部流路中流动的流体的流量S。

图6示出测量器18的具体结构。测量器18具备第一超声波接收发送器18a、第二超声波接收发送器18b、控制电路22以及运算电路24。

将流路14中流动的流体的流速设为V，将流体中的声速设为C，将流体流动的方向与超声波在下表面14d反射之前的超声波传输方向所呈的角度设为θ。另外，将在第一超声波接收发送器18a与第二超声波接收发送器18b之间传输的超声波的传输路径的有效长度设为L。

控制电路22对第一超声波接收发送器18a的超声波的发送和第二超声波接收发送器18b中的超声波的接收进行控制。用下式表示从第一超声波接收发送器18a发送的超声波到达第二超声波接收发送器18b的传输时间t1。

t1＝L/(C+Vcosθ) (1)

控制电路22对第二超声波接收发送器18b的超声波的发送和第一超声波接收发送器18a中的超声波的接收进行控制。用下式表示从第二超声波接收发送器18b发送的超声波到达第一超声波接收发送器18a的传输时间t2。

t2＝L/(C+Vcosθ) (2)

当从式(1)和式(2)消去流体的声速C时，得到下式。

V＝(L/(2cosθ))×((1/t1)-(1/t2)) (3)

如从式(3)理解那样，如果L和θ是已知的，则通过控制电路22测量传输时间t1和传输时间t2来求出流速V。运算电路24进行流速V的运算。

并且，运算电路24如下式所示那样对流速V乘以N个局部流路的截面积SN来计算通过N个局部流路的流量qeN。此外，截面积SN是已知的。

qeN＝V×SN (4)

运算电路24进行将局部流路中流动的流体的流量换算为流路14中流动的流量的处理。即，运算电路24基于局部流路的流量qeN的值来计算整个流路14的流量qe。Qes与qe的关系是预先通过实验来检定出的。运算电路24用预先检定出的系数K来对流量qeN进行校正，从而求出流量qe。

qe＝K×qeN (5)

根据式(4)和(5)得到下述的式(6)。

qe＝K×V×SN

＝Ks×V (6)

也就是说，运算电路24通过使用考虑了N个局部流路的截面积SN的系数Ks(＝K·SN)，不进行式(4)的运算就能够根据流速V来计算流路14的流量。

通过预先进行基于实验的检定来求出系数K或者Ks，即使在N个局部流路中流动的流体的流量相对于在流路14中流动的流体的流量产生了偏差，也能够正确地计算在流路14中流动的流体的流量。此外，可能存在N个局部流路中流动的流体的流量与流速相应地产生偏差的情况。在这种情况下，也可以是，通过实验针对每个流速范围检定系数K或者Ks，将流速范围和系数K或者Ks相对应地存储于运算电路24的内部存储器(未图示)。运算电路24能够根据得到的流速V来读出与该流速对应的系数K或者Ks，从而计算流路14的流量。

在上述的例子中，说明了所谓的V型路径方式的流量测量原理，但是这是一个例子。也可以采用被称为所谓的Z型路径方式、I型路径方式的测量原理。

测量器18并不必须是超声波式的。只要能够测量在一部分局部流路中流动的流体的流量，则能够使用公知的测量器。公知的测量器也可以是例如利用由流动引起的热的移动来测量流量的热式流量传感器(thermal flow sensor)。这些是公知的，因此省略其说明。

根据以上的结构，测量单元10能够测量在其流路14中流动的流体的流量。

本实施方式的测量单元10例如能够测量每小时10立方米以上、更优选为每小时15立方米～30立方米的流量。面向普通家庭的测量单元是最高每小时6立方米左右。由此，能够在工业上使用的设施中测量较大的流量。但是，也可以将本实施方式的测量单元10利用于普通家庭。

如果在结构上增大流体入口12a和流体出口12b的开口面积，则能够测量更大流量的流体。在扩大对置的侧面14a和侧面14b(图4)的宽度来增大开口面积的情况下，只要增加隔板16的个数即可。或者在扩大上表面14c和下表面14d(图5)的宽度来增大开口面积的情况下，只要增加隔板16的高度即可。

并且，也可以设为，通过设置多台测量单元10以能够测量更大流量。

图7示出将两台测量单元10a和测量单元10b结合所得到的测量单元30的一个例子。测量单元10a和测量单元10b各自具备测量器18，各自独立地测量流量。其处理如上所述。此外，由测量单元30测量的流量能够通过将由测量单元10a和测量单元10b各自测量出的流量相加来获取。该相加处理也可以例如由设置于测量单元10a的测量器18的运算电路24来进行。该运算电路24从测量单元10b的运算电路获取流量的测量结果的信息，与自己测量出的结果相加。或者也可以是，设置于测量单元30的外部的运算电路(未图示)从设置于测量单元10a和测量单元10b的各自的测量器18的运算电路24获取流量的测量结果后进行相加。

接着，参照图8以后的附图来说明安装有测量单元30的流量计。

图8示出本实施方式所涉及的流量计40的外观。流量计40具有与上游侧的配管(未图示)连接的上游侧端口42a和与下游侧的配管(未图示)连接的下游侧端口42b。流量计40的内部被侧面板41覆盖。

图9是示出将侧面板41卸下后的流量计40的内部结构的立体图。在流量计40的内部具有测量单元30、入口腔室44a以及出口腔室44b。入口腔室44a将从上游侧端口42a流入的流体导向测量单元30的流体入口12a。出口腔室44b将从测量单元30的流体出口12b流出的流体导向下游侧端口42b。入口腔室44a和出口腔室44b都能够作为流路发挥功能。上游侧端口42a、入口腔室44a、测量单元30、出口腔室44b以及下游侧端口42b配置为U字形。将具有这种配置的流量计称为“U字形流量计”。

此外，如从图9所示的测量器18的位置理解那样，在本实施方式中测量单元30是使图7所示的姿势以与流体流动的方向平行的轴为中心旋转90度后安装于流量计40的。其中，安装测量单元30的朝向是一个例子。能够采用其它结构。

图10用四个粗箭头示出流量计40内的流体的流动。通过设置入口腔室44a，从上游侧端口42a流入到流量计40内的流体在入口腔室44a扩散，其结果，成为大致一样的流束后去向测量单元30的流体入口12a。流体在构成测量单元30的各个测量单元10的局部流路中也由于多层板的阻力效应而大致均等地流动，即使进行上述的式(5)的运算也能够维持高的精确度。

也可以设置整流流路，以使流体在各个测量单元10的局部流路中更均等地流动。

图11是示出设置有整流流路52的流量计50的内部结构的立体图。除了具有整流流路52以外，流量计50与流量计40(图10)相同。

整流流路52设置在上游侧端口42a正下方的入口腔室44a内。从上游侧端口42a流入到流量计50内的流体首先进入到整流流路52，经由整流流路52流入到入口腔室44a。此外，在图11中，在整流流路52设置有盖53，使得从上游侧端口42a流入到流量计50内的全部流体通过整流流路52。

图12示出整流流路52的内部结构。如图12中用整流流路52内的四个粗箭头所示那样，整流流路52使流体的前进路径变更四次。

通过设置整流流路52变更流体的前进路径，能够减轻从上游侧端口42a到测量单元30的流体入口12a为止的流路内的流速的分布的偏差。并且，通过设置整流流路52，即使流入的流体具有偏流、旋流，也能够充分降低其影响。由此，流体以比较一样的速度分布流入测量单元30的流体入口12a，从而能够进行优选的流量测量。此外，当与不设置整流流路52的图10的结构相比时，整流流路52只要使流体的前进路径至少变更一次即可。

图13是示出其它例子的具有整流流路54的流量计50的内部结构的立体图。为了便于记载，省略了图11所示的盖53的记载。

整流流路54的结构大致与整流流路52(图12)的结构相同。不同之处在于，整流流路54具有一个以上的柱56。设置柱56除了出于将构成流路的多个板58固定的目的以外，还出于通过局部阻挡流体的流动来实现更一样的流速分布的目的。

图12所示的上述的整流流路52作为一个部件(结构体)来设置。另一方面，整流流路54是通过多个部件被装配在流量计50内来实现的。在本实施方式中，整流流路54是利用多个柱56、多个板58以及流量计50的外周壁的一部分来形成的。

图14示出整流流路54内的流体的流动和流量计50内的流体的流动。另外，图14所示的整流流路54也使流体的前进路径变更四次。由此，能够实现与整流流路52(图12)同等的比较一样的流速分布。另外，如上所述，整流流路54是通过将多个柱56和多个板58进行固定来实现的，因此能够以低成本且容易的方式进行设置。

上述的流量计40和流量计50都是U字形流量计。接着，参照图15以后来说明不同种类(形状)的流量计。

图15示出本实施方式的其它例子的流量计60的外观。流量计60具有与上游侧的配管(未图示)连接的上游侧端口42a和与下游侧的配管(未图示)连接的下游侧端口42b。当与图8所示的流量计40比较时，可以理解上游侧端口42a和下游侧端口42b的位置不同。流量计60的内部被侧面板61覆盖。

图16是示出将侧面板61卸下后的流量计60的内部结构的立体图。

当与图8的流量计40对比时，流量计60在不同的位置设置有上游侧端口42a和下游侧端口42b。其它相同。此外，在流量计60中以直线形配置有上游侧端口42a、入口腔室44a、测量单元30、出口腔室44b、下游侧端口42b。将具有这样配置的流量计称为“I字形流量计”。

图17用两个粗箭头示出流量计60内的流体的流动。通过设置入口腔室44a，从上游侧端口42a流入到流量计40内的流体在入口腔室44a扩散，其结果，成为大致一样的流束后去向测量单元30的流体入口12a。流体在构成测量单元30的各个测量单元10的局部流路中也大致均等地流动，即使进行上述的式(5)的运算也能够维持高的精确度。

关于I字形流量计，也可以设置整流流路，以使流体在各个测量单元10的局部流路中更均等地流动。

图18是示出设置有整流流路72的流量计70的内部结构的立体图。整流流路72设置在紧接在上游侧端口42a之后的入口腔室44a内。在图18的例子中，整流流路72设置于阻挡流体的前进路径的位置，以避免从上游侧端口42a流入的流体直接进入到测量单元30的流体入口12a。整流流路72具有规定长度的四个脚部74和安装于该脚部的阻挡板76。

图19示出整流流路72内的流体的流动和流量计70内的流体的流动。另外，图19所示的整流流路72也使流体的前进路径变更两次以上。由此，能够实现为与流量计60(图17)同等以上的一样的流速分布。

产业上的可利用性

本发明所涉及的测量单元具有单一的流路，计算在该流路中流动的流体的流量。由于易于采取大的流路，因此能够适用于工业用的大型气体表等需要大流量的测量的广泛用途。使用了多个这种测量单元的流量计能够更容易地适用于大流量的测量。

附图标记说明

10、10a、10b、30：测量单元；12a：流体入口；12b：流体出口；14：流路；14a、14b：侧面；14c：上表面；14d：下表面；16：隔板；18：测量器；18a：第一超声波接收发送器；18b：第二超声波接收发送器；20：局部流路；22：控制电路；24：运算电路；40、50、60、70：流量计；42a：上游侧端口；42b：下游侧端口；44a：入口腔室；44b：出口腔室；52、54、72：整流流路。

Claims (12)

1.一种测量单元，具备：

入口，其供流体流入；

出口，其供所述流体流出；

单一的流路，其将所述入口和所述出口连接；

多个隔板，所述多个隔板在所述流路的对置的侧面之间沿所述流体流动的方向配置，且所述多个隔板在所述对置的侧面之间规定M个局部流路，其中，M为2以上的整数；以及

测量器，其测量连续相邻的N个局部流路中流动的所述流体的流量，其中，N为1以上且小于M的整数。

2.根据权利要求1所述的测量单元，其特征在于，

所述测量器利用超声波来测量所述流体的流量。

3.根据权利要求2所述的测量单元，其特征在于，

所述测量器具备第一波接收发送器和第二波接收发送器，所述第一波接收发送器和所述第二波接收发送器各自能够进行超声波的发送和接收，

所述第一波接收发送器配置于所述多个隔板的上游侧，

所述第二波接收发送器配置于所述多个隔板的下游侧，

所述第一波接收发送器接收从所述第二波接收发送器发送来的超声波，

所述第二波接收发送器接收从所述第一波接收发送器发送来的超声波。

4.根据权利要求3所述的测量单元，其特征在于，

所述多个隔板以实质上等间隔的方式配置，

所述测量器具备：

控制电路，其对所述第一波接收发送器和所述第二波接收发送器中的超声波的发送和接收进行控制；以及

运算电路，其利用由所述第一波接收发送器和所述第二波接收发送器各自接收到的超声波的信号来测量在所述N个局部流路中流动的所述流体的流量，以预先检定出的系数对测量出的所述流量进行校正，由此运算在所述流路中流动的流体的流量。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的测量单元，其特征在于，

所述单一的流路具有能够使至少每小时10立方米以上的流体通过的截面积。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的测量单元，其特征在于，

在所述流路中用23个隔板规定了24个局部流路，即，M＝24，

所述测量器测量在四个局部流路中流动的所述流体的流量，即，N＝4。

7.一种流量计，与配送流体的配管连接，测量在所述配管中流动的所述流体的流量，所述流量计具备：

上游侧端口，其与上游侧的配管连接；

下游侧端口，其与下游侧的配管连接；

至少一个根据权利要求1～6中的任一项所述的测量单元；

入口腔室，其将从所述上游侧端口流入的所述流体导向所述至少一个测量单元的入口；以及

出口流路，其将从所述至少一个测量单元的出口流出的所述流体导向所述下游侧端口。

8.根据权利要求7所述的流量计，其特征在于，

所述上游侧端口、所述入口腔室、所述至少一个测量单元、所述出口流路以及所述下游侧端口配置为U字形。

9.根据权利要求7所述的流量计，其特征在于，

所述上游侧端口、所述入口腔室、所述至少一个测量单元、所述出口流路以及所述下游侧端口配置为直线状。

10.根据权利要求7～9中的任一项所述的流量计，其特征在于，

所述入口腔室还具备整流流路，该整流流路用于减轻从所述上游侧端口流入的所述流体的流速的分布的偏差。

11.根据权利要求10所述的流量计，其特征在于，

所述整流流路使所述流体的前进路径至少变更一次。

12.根据权利要求10所述的流量计，其特征在于，

所述至少一个测量单元是两台，以相互接触的方式配置。