JP2002310737A - ガス流量計 - Google Patents

ガス流量計

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JP2002310737A
JP2002310737A JP2001112459A JP2001112459A JP2002310737A JP 2002310737 A JP2002310737 A JP 2002310737A JP 2001112459 A JP2001112459 A JP 2001112459A JP 2001112459 A JP2001112459 A JP 2001112459A JP 2002310737 A JP2002310737 A JP 2002310737A
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JP
Japan
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pipe
gas
flow meter
gas flow
strain sensor
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JP2001112459A
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English (en)
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Satoshi Otsuki
聡 大槻
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Horiba Ltd
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Horiba Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン排ガスなど高温のガスを圧損を生ず
ることなく、しかも測定成分の誤差を生ずることなく、
安価に測定することができるガス流量計を提供するこ
と。 【解決手段】 一端部がガス発生源側に連なる第1管部
3と、この第1管部3の他端側に連なるとともに開放端
部が第1管部3に対して直角またはほぼ直角をなすよう
に形成された第2管部4とからなる管1と、前記第1管
部3の外側面に設けられる歪みセンサ8とからなり、前
記第1管部3の一端部から流入したガスが第2管部4の
開放端から流出していくことによって生ずる前記管1の
歪み量εを前記歪みセンサ8によって測定し、この測定
された歪み量εを用いて管1内を流れるガス流量を求め
るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガス流量計に関
する。
【0002】
【従来の技術】例えば自動車のエンジンから排出される
ガスの流量を直接計測するものとして、アニューバ流量
計やカルマン流量計などが公知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの流量計においても、エンジンに連なる排気管内に
センサの一部を構成する棒状の部品を挿入するところか
ら、圧損が生じるといった問題があるとともに、ガス中
に含まれるすすなどの微粒子状物質(Particul
ate Matter、PMと略称される)が前記棒状
部品に付着し、PMを測定するような場合、この測定対
象成分が前記付着する分だけ減少し、これに起因して測
定誤差が生ずるといった問題がある。
【0004】これに対して、ガス流量を直接計測するも
のとして、超音波流量計がある。この超音波流量計は、
ガスが流れる管路内にその構成部品の一部を挿入する必
要がないため、前記アニューバ流量計やカルマン流量計
におけるような不都合は生じない。しかし、この超音波
流量計は、前記流量計に比べてかなり高価である。
【0005】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、エンジン排ガスなど高温のガス
を圧損を生ずることなく、しかも測定成分の誤差を生ず
ることなく、安価に測定することができるガス流量計を
提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のガス流量計は、一端部がガス発生源側に
連なる第1管部と、この第1管部の他端側に連なるとと
もに開放端部が第1管部に対して直角またはほぼ直角を
なすように形成された第2管部とからなる管と、前記第
1管部の外側面に設けられる歪みセンサとからなり、前
記第1管部の一端部から流入したガスが第2管部の開放
端から流出していくことによって生ずる前記管の歪み量
を前記歪みセンサによって測定し、この測定された歪み
量を用いて管内を流れるガス流量を求めるようにしてい
る(請求項1)。
【0007】上記ガス流量計においては、ガスが流れる
管内には、流量測定に必要な部材などが設けられてない
ので、ガスの流れに悪影響が及ぼされることがない。し
たがって、圧損を生じたり、ガス中に含まれる測定成分
が付着などによって減少するといったことがなくなる。
しかも、測定に用いるセンサは安価な歪みセンサである
ので、流量測定を安価に行うことができる。
【0008】そして、第1管部の歪みセンサが設けられ
ている点から第2管部までのアーム長さを変えたり(請
求項2)、第2管部の開放側の開口径を変えたり(請求
項3)、管の断面形状を変えたり(請求項4)すること
により、歪みセンサの出力を調整することができ、検出
感度を適宜調整できる。また、歪みセンサは、これを第
1管部の固定側またはこれに近い部分の外側面に設ける
のが好ましく(請求項5)、このようにした場合、最も
ロスの少ない出力を得ることができる。さらに、歪みセ
ンサとして、二つの歪みゲージを用い、これらの歪みゲ
ージを互いに直交した状態になるように管の外側面に取
り付けた場合(請求項6)、歪みセンサの出力としてバ
ックグラウンド影響を除去した信号を得ることができ、
温度影響を好適にて排除することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施例
を、図を参照しながら説明する。図1は、この発明の一
つの実施例を示す。この図において、1は適宜の内径を
有する測定用の管で、例えばフランジ2を一端側に備え
た適宜長さの第1管部3と、この第1管部3の他端側を
上方に直角に折り曲げ、第1管部3に連なる第2管部4
とからなり、フランジ2を例えばボルトなどによって固
定装置5の垂直な一つの側面において固定することによ
り、第1管部3を水平な状態になるように取り付けられ
ている。つまり、この実施例においては、管1はL字管
よりなる。
【0010】そして、前記固定装置5の他方の垂直な側
面側には、蛇腹状の連結管6を介してガス発生源として
のエンジン(図示していない)に連なる排気管7が接続
されている。
【0011】また、前記管1の第1管部3のフランジ2
(第1管部3の固定側)にきわめて近い側の管1の折れ
曲がる方向側の外側面位置Pには、歪みセンサ8が設け
られている。この歪みセンサ8は、図1の拡大上面図に
示すように、二つの歪みゲージ8a,8bよりなり、そ
の一方8aは、その長さ方向が第1管部3の長さ方向と
平行なように設けられ、他方8bは、その長さ方向が第
1管部3の半径方向と平行なように設けられている。こ
れらの歪みゲージ8a,8bとしては、例えば安価で感
度がよい半導体歪みゲージがある。そして、これらの歪
みゲージ8a,8bの出力信号は、差動処理され、曲げ
信号のみを検出することにより、S/Nの高い歪みセン
サ8が得られるようにしてある。
【0012】上記構成によって、管1内を流れるガスG
の流量が測定できる仕組みを説明する。今、エンジンの
排ガスが排気管7側から矢印9で示すように第1管部3
に流入してきてこの第1管部3内を流れ、第2管部4の
開放端から矢印9と直交した矢印10で示す方向に出て
いくものとする。そして、第1管部3の一端側(入口
側)の開口断面積をA1 ,第1管部3に流入するガスの
体積流量をQ1 、流速をV1 、密度をρ1 とし、第2管
部4の開放端4aの開口断面積をA2 、第2管部4の開
放端4aから流出するガスの体積流量をQ2 、流速をV
2 、密度をρ2 とする。
【0013】上述の条件の下において、管1にガスが流
れるとき、管1には、 F=ρ2 2 2 =ρ2 2 2 2 ………(1) で表される力Fが二重矢印で示す方向に作用する。
【0014】このとき、第1管部3における歪みセンサ
8が設けられているP点とガスが噴出される第2管部4
の開放端4aまでの長さ(アーム長さ)をLとすると、
歪みセンサ8が設けられたP点には、 M=LF ………(2) で表されるモーメントMが二重矢印で示す方向に作用す
る。
【0015】そして、このとき、前記P点には、第1管
部3の断面係数をZとすると、 σ=M/Z=LF/Z ………(3) で表される応力σがかかる。
【0016】したがって、前記P点には、ヤング率をE
とすると、 ε=LF/EZ=Lρ2 2 2 2 /EZ ………(4) で表される歪みεが発生する。
【0017】前記(4)式を変形して、 V2 2 =εEZ/Lρ2 2 ………(5) が得られる。
【0018】前記(5)式において、E,Z,L,
ρ2 ,A2 は、第2管部4の開口端4aにおける温度と
圧力を測定することにより、いずれも既知の値であり、
また、εは歪みセンサ8の出力として求められるから、
前記(5)式により管1の開放端4aにおけるガス流速
2 を簡単に得ることができる。したがって、このガス
流速V2 と、前記開放端4aの断面積A2 に基づいて体
積流量Q2 が得られ、さらに、ガス密度ρ2 をも用いる
ことにより質量流量が得られる。
【0019】上述したように、この発明のガス流量計
は、ガスをL字状の管1に流したときにおける管1にお
ける歪み量をガスの入口側の第1管部3の外側面に設け
た歪みセンサ8で測定するだけで、前記ガス流速を簡単
に得ることができ、従来のアニューバ流量計やカルマン
流量計などのように、ガスが流れる管路内にセンサの一
部を構成する棒状の部品を挿入する必要がなく、圧損が
生ずることがないとともに、ガス中に含まれる測定成分
が損なわれるおそれがなく、測定誤差が生ずることがな
い。
【0020】また、前記ガス流量計は、管1の外側面に
安価な歪みセンサ8を設けるだけでよいので、超音波流
量計など高価な流量計に比べてはるかに安価である。
【0021】そして、上記ガス流量計は、測定用の管1
が蛇腹状連結管6を介してエンジン側の排気管7に接続
されているので、エンジン側の機械的振動が管1に伝わ
ることが防止される。
【0022】上記ガス流量計は、種々に変形して実施す
ることができる。例えば、前記(4)式から理解される
ように、歪みセンサ8の出力εは、アーム長さLに比例
しているので、このアーム長さLを適宜選ぶことによ
り、前記出力εを適宜調整することができ、検出感度を
最適になるようにすることができる。また、アーム長さ
Lは、第2管部4の折り曲げ位置が一定である場合、歪
みセンサ8を第1管部3の固定側に設けた場合、最大と
なるので、歪みセンサ8は、前記固定側またはこれに最
も近い位置に設けるのが好ましい。
【0023】さらに、前記歪みセンサ8を構成する二つ
の歪みゲージ8a,8bを上記実施例のように設置した
場合、第1管部3の温度上昇にによる影響をキャンセル
することができ、バックグラウンドの影響を除去するこ
とができるが、管1の歪み信号をより大きくとれるゲー
ジ8aのみを設けるだけでもよい。
【0024】また、第2管部4の開放端4aの口径を、
図2(A)に示すように、やや絞ると、V2 はV2
(V2 ’>V2 )となる。 したがって、Fを第2管部4の開放端4aの口径でコン
トロールすることができ、第2管路4の開放端4aの口
径を適宜変えることにより、前記出力εを調整すること
ができ、この場合も検出感度を最適になるようにするこ
とができる。
【0025】前記第2管部4の開放端4aの口径を変え
るのに、図2(B)に示すように、口径の異なる複数の
アダプタ4bを複数用意し、螺着によって取り外しでき
るようにしてもよい。
【0026】さらに、前記実施例においては、第1管部
3の断面形状をが円形とし、断面係数が大きく応力が小
さくなるようにしていたが、例えば断面形状を四角にし
て断面係数が小さく応力が大きくなるようにするなど、
第1管部3の断面形状を任意に選ぶことにより、断面係
数Zを適宜変えることにより、前記出力εを調整するこ
とができ、この場合も検出感度を最適になるようにする
ことができる。したがって、管1として偏平な断面形状
のものを用いることもできる。
【0027】そして、上述の実施例においては、歪みセ
ンサ8を第2管部4の折れ曲がる方向の第1管部3の外
表面に設けていたが、この設置位置の180°対称の位
置に設けてあってもよい。
【0028】また、上述の実施例においては、管1とし
てL字管を用いていたが、これに限られるものではな
く、第2管部3の開放端4aが少なくとも第1管部3と
直角またはほぼ直角をなすように形成されてあればよ
い。すなわち、第1管部3と前記開放端4aとの間に1
またはそれ以上の屈曲部が形成してあってもよい。さら
に、第1管部3および/または第2管部4が複数の管を
直列に接続するなどして構成されていてもよい。
【0029】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、ガスが流れる管内には、流量測定に必要な部材
などが設けられてないので、ガスの流れに悪影響が及ぼ
されることがない。したがって、圧損を生じたり、ガス
中に含まれる測定成分が付着などによって減少するとい
ったことがなくなる。しかも、測定に用いるセンサは安
価な歪みセンサであるので、流量測定を安価に行うこと
ができる。そして、自動車のエンジン排ガスなどの流量
測定においては、圧損を可及的に小さくすることが望ま
れているが、このような観点から、この発明のガス流量
計は、実に有効である。そして、CVSなどの装置を用
いることなく直接測定することができるので、エンジン
排ガスにおける流量測定をきわめて安価に実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のガス流量計の構成の一例を概略的に
示す図である。
【図2】前記ガス流量計で用いる管の出口側の形状の変
形例を示す図である。
【符号の説明】
1…管、3…第1管部、4…第2管部、8…歪みセン
サ、8a,8b…歪みゲージ、ε…歪み量、V2 …ガス
流速、L…アーム長さ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端部がガス発生源側に連なる第1管部
    と、この第1管部の他端側に連なるとともに開放端部が
    第1管部に対して直角またはほぼ直角をなすように形成
    された第2管部とからなる管と、前記第1管部の外側面
    に設けられる歪みセンサとからなり、前記第1管部の一
    端部から流入したガスが第2管部の開放端から流出して
    いくことによって生ずる前記管の歪み量を前記歪みセン
    サによって測定し、この測定された歪み量を用いて管内
    を流れるガス流量を求めることを特徴とするガス流量
    計。
  2. 【請求項2】 第1管部の歪みセンサが設けられている
    点から第2管部までのアーム長さを変えることにより、
    歪みセンサの検出感度を調整できるようにしてある請求
    項1に記載のガス流量計。
  3. 【請求項3】 第2管部の開放側の開口径を変えること
    により、歪みセンサの検出感度を調整できるようにして
    ある請求項1または2に記載のガス流量計。
  4. 【請求項4】 第1管部の断面形状を変えることによ
    り、歪みセンサの検出感度を調整できるようにしてある
    請求項1〜3のいずれかに記載のガス流量計。
  5. 【請求項5】 歪みセンサが第1管部の固定側またはこ
    れに近い部分の外側面に設けられている請求項1〜4の
    いずれかに記載のガス流量計。
  6. 【請求項6】 歪みセンサが二つの歪みゲージからな
    り、これらの歪みゲージが互いに直交するように管の外
    側面に取り付けられている請求項1〜5のいずれかに記
    載のガス流量計。
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