JP2000227351A - 複合型流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フローセンサの取付構造を複雑化することな
く、フローセンサを高感度化する。 【解決手段】 フルイディック素子１のジェットノズル
５を、センサ設置面１３と、これに対向する対向面１４
と、流路を絞る側壁１５，１６とにより囲まれた角筒形
状とし、センサ設置面１３の幅Ｗ₂を対向面１４の幅Ｗ₁
より広い幅に設定し、Ｗ₁，Ｗ₂の差に応じて側壁１５，
１６を傾斜させることで、ジェットノズル５内の流速分
布をフローセンサ２の近傍で速くし、フローセンサ２の
高感度化を図る。さらに、流路を絞る側壁１５，１６以
外の平坦なセンサ設置面１３にフローセンサ２を取り付
けることで、フローセンサ２の取付構造の複雑化を回避
する。さらに、センサ設置面１３に垂直な平面に対する
側壁１５，１６の傾斜角αを１０°以内に設定すること
で、フルイディック素子１の流量測定性能に与える影響
を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大流量域の測定に
適したフルイディック素子に低流量域の測定に適したフ
ローセンサを配設した複合型流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市ガスやプロパンガス用のガス
メータがある。このガスメータにおいては、例えば４号
メータでは、３リットル／ｈの低流量域から４０００リ
ットル／ｈの高流量域まで測定範囲を必要とする。この
ように広範囲の流量測定をする複合型流量計としては、
例えば実開平１−５８１１８号（実公平６−１８２４４
号）公報に記載されているように、高流量域の測定に適
したフルイディック素子のジェットノズルに、低流量域
の測定に適したフローセンサを組み込んだ流体振動型流
量計が知られている。

【０００３】ところで、上記のようなガスメータでは、
ガスメータを通過することによるガス圧力の低下を規定
する圧損規定を満足しなければならない。この圧損規定
のためにフルイディック素子のジェットノズルの断面積
（壁面の縦横の長さの積）の下限が決定される。また、
フルイディック素子の特性を発揮させるためにジェット
ノズルの形状も規定される。因みに、その縦／横の比
は、本出願人の実験結果によれば５〜８がよいという結
果を得ている。

【０００４】一方、熱式のフローセンサは、流体の流速
を測定し、その流速と流路断面積との積により流量を求
めるもので、３リットル／ｈの低流量域の測定をするた
め高感度が要求されている。高感度を満足するには、流
路断面積を小さくして測定する流体の流速を速くする方
法が考えられる。また、同一流路内では流速分布をもつ
ため、フローセンサを流速の速い部分に設置する方法も
考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、流路断面積を
小さくする方法は、上記の圧損規定のために流路（ジェ
ットノズルと同意語）の断面積の下限が規定されてしま
い、流速を速くするには制限を受けるため、フローセン
サの高感度化が困難である。また、フローセンサを流速
の速い部分に設置する方法を採用する場合、流速の速い
部分は流路の中央であるが、フルイディック素子の流路
の中央にフローセンサを位置させて固定することは構造
上非常に困難で、これを実現するためには非常にコスト
が高くなる。

【０００６】また、一般的にはフルイディック素子の流
路は、その素子の両側壁と底面と流路を閉塞するカバー
の天井面とに囲まれた角筒状の断面をもち、両側壁を傾
斜させることにより流路（ジェットノズルを含む）を絞
っている。このため、絞った流路の断面形状は、両側壁
の長さが底面及びその対向面の長さより長い。したがっ
て、両側壁に近い部分は、流路の中央に次いで流速が速
いことになる。この側壁に近い部分にフローセンサを位
置させればフローセンサの高感度化にある程度寄与する
ことができる。しかし、流路を絞るために傾斜させた側
壁にフローセンサを取り付けることも構造上困難であ
る。

【０００７】そこで、流路が絞られない方向で対向する
平坦な流路の底面又はその対向面にフローセンサを取り
付けている。この場合には、フローセンサを取り付ける
ための構造を比較的簡略化することはできるが、フロー
センサを流速の速い部分に設置することにはならない。
その結果、フローセンサの高感度化が満足されない。

【０００８】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
で、フローセンサの取付構造を複雑化することなく、フ
ローセンサを高感度化し得る複合型流量計を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
流路中に形成されたジェットノズルから噴出される流体
の振動現象によって生ずる交番圧力波を電気信号に変換
することにより流体の流量を測定するフルイディック素
子を備え、基板の表面にその基板とは熱的に絶縁されて
成膜された薄膜センサ部の出力により流体の流量を測定
するフローセンサを前記流路の前記ジェットノズルに配
設した複合型流量計において、前記ジェットノズルは、
前記フローセンサを設置するセンサ設置面と、このセン
サ設置面に対向する対向面と、前記センサ設置面及び前
記対向面に隣接する辺で相対向して前記流路を絞る側壁
とにより囲まれた角筒形状をなし、前記流体の流れと直
交する方向における前記センサ設置面の幅を前記対向面
の幅より広い幅に設定し、前記センサ設置面の幅と前記
対向面の幅との差に応じて前記側壁を傾斜させた。この
場合、請求項２記載の発明のように、相対向する前記側
壁の一方又は両方を傾斜させてもよい。したがって、ジ
ェットノズル内の流速分布をフローセンサの近傍で速く
し、フローセンサの高感度化を図ることが可能となる。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記センサ設置面に垂直な平面に対
する前記側壁の傾斜角を１０°以内に設定した。したが
って、フルイディック素子の流量測定性能に影響を与え
ることがない。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図面に基
づいて説明する。図１はフルイディック素子の内部構造
を示す平面図、図２は図１におけるＹ−Ｙ線部の縦断正
面図、図３は図１におけるＸ−Ｘ線部の縦断側面図であ
る。図１に示すように、複合型流量計Ａは、フルイディ
ック素子１とフローセンサ２とよりなる。まず、フルイ
ディック素子１の構成について説明する。

【００１２】図１において、３は一部しか図示しないが
フルイディック素子１の本体として機能する流路本体３
である。この流路本体３には、矢印Ｂ方向に流体を流す
流路４を絞るジェットノズル５、流路拡大部６、出口部
７が形成されている。流路拡大部６にはジェットノズル
５の出口に対向するターゲット８と、このターゲット８
の下流側に配置されたエンドブロック９と、ターゲット
７の両側に配置された柱状壁１０，１１とが形成されて
いる。

【００１３】図２及び図３に示すように、流路本体３の
上面の開口面は着脱可能に取り付けられたカバー１２に
より閉塞されている（図１はカバー１２を外した状
態）。ジェットノズル５は、フローセンサ２を設置する
センサ設置面（カバー１２の天井面）１３と、このセン
サ設置面１３に対向する対向面（ジェットノズル５の底
面）１４と、センサ設置面１３及び対向面１４に隣接す
る辺で相対向して流路４を絞る側壁１５，１６とにより
囲まれた角筒形状をなしている。流体の流れと直交する
方向におけるセンサ設置面１３の幅Ｗ₂は対向面１４の
幅Ｗ₁より広い幅に設定され、この幅Ｗ₁，Ｗ₂の差に応
じて側壁１５，１６が傾斜されている。その傾斜角は、
センサ設置面１３に垂直な平面に対する傾斜角αが１０
°以内（対向面１４に対して鋭角で傾斜する傾斜角βが
８０°以上）に定められている。

【００１４】このようなフルイディック素子１の流体測
定の原理については公知であるので簡単に説明する。流
路５に流れる流体はジェットノズル５から噴出され、タ
ーゲット８に当って左右に振り分けられ、エンドブロッ
ク９の左右の部分に交互にぶつかった後に支柱壁１０又
は１１側に流れジェットノズル５側に向けて戻り、ジェ
ットノズル５からのジェット流に直角にぶつかる。この
ようにすることで生じた振動（交番圧力波）の周波数を
圧力センサ（図示せず）により検出し、その検出した出
力を電気信号に変換することで流体の流量を測定する。

【００１５】本発明において、フローセンサ２はそれ自
体が発明の対象ではなく、ごく一般的なものを用いてい
るので、構造の詳細については図示せずに、一例を簡単
に説明する。すなわち、フローセンサ２は、シリコンウ
エハ等の基板の表面に絶縁膜を形成し、その表面に、そ
れぞれ薄膜ヒータ部としての発熱体及び発熱体温度測温
体、流体温度測温体、それらを駆動回路に接続するため
のボンディングパッド等を成膜した構成である。

【００１６】このようなフローセンサ２では、被測定物
となる流体の流れに晒されている発熱体、流体温度測温
体、流体温度測温体に通電し、流体の温度により変化す
る流体温度測温体の出力により被測定物となる流体の温
度を求める。発熱体温度測温体自身の温度により変化す
る出力は、そのときの流体の流速の変化と発熱体から受
ける熱に応じて変化するので、この発熱体温度測温体の
出力が流体温度測温体の出力と等しくなるように発熱体
に電流を流し、このときの発熱体の両端の電位差を求め
ることで流体の流速、流量を求める。

【００１７】この場合、フローセンサ２が取り付けられ
たセンサ設置面１３の幅Ｗ₂は対向面１４の幅Ｗ₁より広
い幅に設定され、そのＷ₁，Ｗ₂の差に応じて側壁１５，
１６が傾斜されているので、ジェットノズル５を流れる
流体の流速は、中央部が最も速いが、これに次いでセン
サ設置面１３側での流速が速くなる。すなわち、流速分
布をフローセンサ２の近傍で速くすることができるた
め、フローセンサ２の高感度化を図ることができる。

【００１８】なお、ジェットノズル５の底面（対向面１
４）にフローセンサ２を設置してもよい。この場合に
は、符号１４で示した底面がセンサ設置面となり、符号
１３で示したカバー１２の天井面が対向面となるが、こ
のような場合においても、センサ設置面の幅を対向面の
幅より広い幅に設定することにより、流速分布をフロー
センサ２の近傍で速くすることができるため、フローセ
ンサ２の高感度化を図ることができる。

【００１９】また、側壁１５，１６の傾斜角は、センサ
設置面１３に垂直な平面に対する傾斜角αが１０°以内
（対向面１４に対して鋭角で傾斜する傾斜角βが８０°
以上）に定められているので、フルイディック素子の流
量測定性能に影響を与えることがない。なお、相対向す
る側壁１５，１６の一方のみを傾斜させても同等の効果
を得ることができる。

【００２０】さらに、流路４を絞る側壁１５，１６以外
の平坦なセンサ設置面１３にフローセンサ２を取り付け
ることができるので、そのフローセンサ２の取付構造が
複雑化することを回避することができる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１及び２記載の発明によれば、ジ
ェットノズルは、フローセンサを設置するセンサ設置面
と、このセンサ設置面に対向する対向面と、前記センサ
設置面及び前記対向面に隣接する辺で相対向して流路を
絞る側壁とにより囲まれた角筒形状をなし、流体の流れ
と直交する方向における前記センサ設置面の幅を前記対
向面の幅より広い幅に設定し、前記センサ設置面の幅と
前記対向面の幅との差に応じて前記側壁を傾斜させたの
で、ジェットノズル内の流速分布をフローセンサの近傍
で速くすることができ、これにより、フローセンサの高
感度化を図ることができる。さらに、流路を絞る側壁以
外の平坦なセンサ設置面にフローセンサを取り付けるこ
とができるので、そのフローセンサの取付構造が複雑化
することを回避することができる。

【００２２】請求項３記載の発明によれば、センサ設置
面に垂直な平面に対する側壁の傾斜角を１０°以内に設
定したので、フルイディック素子の流量測定性能に影響
を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるフルイディック
素子の内部構造を示す平面図である。

【図２】図１におけるＹ−Ｙ線部の縦断正面図である。

【図３】図１におけるＸ−Ｘ線部の縦断側面図である。

【符号の説明】

Ａ 複合型流量計 １ フルイディック素子 ２ フローセンサ ４ 流路 ５ ジェットノズル １３ センサ設置面 １４ 対向面 １５，１６ 側壁 Ｗ₁ 対向面の幅 Ｗ₂ センサ設置面の幅 α 傾斜角

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路中に形成されたジェットノズルから
   噴出される流体の振動現象によって生ずる交番圧力波を
   電気信号に変換することにより流体の流量を測定するフ
   ルイディック素子を備え、基板の表面にその基板とは熱
   的に絶縁されて成膜された薄膜センサ部の出力により流
   体の流量を測定するフローセンサを前記流路の前記ジェ
   ットノズルに配設した複合型流量計において、 前記ジェットノズルは、前記フローセンサを設置するセ
   ンサ設置面と、このセンサ設置面に対向する対向面と、
   前記センサ設置面及び前記対向面に隣接する辺で相対向
   して前記流路を絞る側壁とにより囲まれた角筒形状をな
   し、前記流体の流れと直交する方向における前記センサ
   設置面の幅を前記対向面の幅より広い幅に設定し、前記
   センサ設置面の幅と前記対向面の幅との差に応じて前記
   側壁を傾斜させたことを特徴とする複合型流量計。
2. 【請求項２】 傾斜させる前記側壁は、相対向する側壁
   のうちの一方の側壁又は両方の側壁を含む請求項１記載
   の複合型流量計。
3. 【請求項３】 前記センサ設置面に垂直な平面に対する
   前記側壁の傾斜角を１０°以内に設定した請求項１又は
   ２記載の複合型流量計。