JP2004198372A - 流体計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被計測流体が流れる計測流路5と、この計測流路5に設置した流速検出手段7と、同じく計測流路5に設置した乱れ促進手段8と、流速検出手段7の出力に基づいて流速などの流動状態を算出する計測制御手段11を備え、乱れ促進手段8は通過した流体の流れが流速検出手段7において十分発達しない位置に配設して層流域から乱流域にわたり速度分布形状の違いを低減して補正係数の変化を小さくして計測精度を向上する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体や液体の流速や流量の計測などの流動状態を計測する流体計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来この種の計測装置として、図10に示すように流体を一方から他方に流す配管1の中心線を挟んで対向し、かつ中心線に対して所定角度を有する周面に上流側の超音波送受信器2aと下流側の超音波送受信器2bとを対向して設けるとともに、配管1の流体吸入口3に配管1と同一方向の向きに、平行に配列された複数の細管4aから構成した整流体4を設けたものがある。
【0003】
そして、配管1を流れる流体の流速を超音波送受信器2a、2b間で超音波を送受信して伝搬時間差から計測し、配管1の断面積より流量を算出している。
【0004】
このとき、配管1に入る流れは、整流体4を構成する細管4aによりその流れ方向を配管1と同一方向に規制して、計測部での流線の傾きを低減したり渦の発生を抑制して流れの乱れの境界面での超音波の反射や屈折による超音波の受信レベルの変動を低減して測定精度の低下を防止している(例えば特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−189591号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の構成では、整流体と超音波伝搬路が離れて設置されるとともに、整流体との距離が超音波送受信器2a側と超音波送受信器2b側とで大きく異なるため整流体を通過した流れの発達状態に差異を生じて、計測流路に直交する横断面での平均流速と計測流路に斜交する超音波送受信器2a、2b間の計測断面での平均流速に違いを生じ、そのため、真の流量を算出するためには計測値に対して流量に応じた補正係数が必要になる。
【0007】
この補正係数は、速度分布が凸型となる層流から速度分布が比較的に平坦となる乱流に移行する流量域では大きく変化するため、計測断面での流速測定に僅かな誤差があっても補正係数により誤差が拡大されて測定精度が低下するという課題があつた。
【0008】
本発明は上記課題を解決するもので、流量計測範囲の全域にわたり補正係数の変化を小さくして計測精度を高めることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、被計測流体が流れる計測流路と、前記計測流路に設置した流速検出手段と、前記計測流路に設置した乱れ促進手段と、前記流速検出手段の出力に基づいて流体の流動状態を算出する計測制御手段とを備え、前記乱れ促進手段は通過した流体の流れが前記流速検出手段において十分発達しない位置に配設した構成としている。
【0010】
上記発明によれば、流速検出手段は乱れ促進手段を通過し流れが未発達の状態を捉え、速度分布が凸型の層流となる小流量域では乱れ促進手段により速度分布が比較的に平坦となる乱流化した流れ状態で計測し、速度分布が平坦化した乱流となる大流量域では乱れ促進手段によって速度分布を一層平坦化した流れ状態として計測するので、小流量の層流域から大流量の乱流域にわたり速度分布は平坦化がなされて速度分布形状の流量による変化を少なくでき、層流域から乱流域にいたる流量計測範囲の全域にわたり補正係数の変化が小さく平坦化せしめて計測精度を向上できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
前記目的を達成するために本発明の流体計測装置は、被計測流体が流れる計測流路と、前記計測流路に設置した流速検出手段と、前記計測流路に設置した乱れ促進手段と、前記流速検出手段の出力に基づいて流体の流動状態を算出する計測制御手段とを備え、前記乱れ促進手段は通過した流体の流れが前記流速検出手段において十分発達しない位置に配設したものである。
【0012】
そして、流速検出手段は乱れ促進手段によって速度分布を平坦化した状態の流体を計測するので、層流域から乱流域にいたる流量計測範囲の全域にわたり補正係数の変化が小さく計測精度を向上できる。
【0013】
流速検出手段として、計測流路の上流側に配置した上流側送受信器と計測流路の下流側に配置した下流側送受信器とを信号伝搬路を介して対向配置して構成し、前記信号伝搬路に乱れ促進手段を設けたものである。
【0014】
そして、計測流路の横断面方向にわたる計測領域の拡大に加えて信号伝搬路での速度分布の安定化が促進でき、流れ状態の平均計測と計測精度の向上がなされて信頼性を高めた計測ができる。
【0015】
また、被計測流体が流れる計測流路と、前記計測流路の上流側に配置した上流側送受信器と前記計測流路の下流側に配置した下流側送受信器とを信号伝搬路を介して対向配置して形成した流速検出手段と、前記信号伝搬路内に配置した乱れ促進手段と、前記信号伝搬路内に配置した信号均等化手段と、前記流速検出手段の出力に基づいて流体の流動状態を算出する計測制御手段とを備えたものである。
【0016】
そして、流速検出手段は乱れ促進手段によって速度分布を平坦化した流体を計測して層流域から乱流域にいたる流量計測範囲の全域にわたり補正係数の変化が小さく、これより計測精度を向上でき、また信号均等化手段により信号伝搬路内の信号の強度分布の均等化を促進したのに加えて計測流路の横断面方向にわたり拡大した領域で流れ状態の計測をするので、信号均等化と拡大領域での流れ状態の計測の相乗作用で計測断面での平均流速の計測精度がより一層向上できる。信号伝搬路内に配置した乱れ促進手段と信号均等化手段とは兼用化して部品点数を削減し、しかも、流れの圧力損失をも低減することができる。
【0017】
前記乱れ促進手段は計測流路の流れ方向に略直角方向に配置するようにしておく。
【0018】
これによって、流速検出手段の上流側および下流側の流れの助走長さが計測流路のどの位置でもほぼ均等にし、乱れ促進手段の直前での速度分布を均等化せしめて乱れ促進手段通過後の速度分布の安定化を促進でき、計測精度の信頼性を向上できる。
【0019】
乱れ促進手段としては網状体が考えられる。網状体の構成とすれば、断面の開口率が高く、厚みも薄く、加えて、強度の高い構成が容易となり、計測流路の横断面の形状によらず断面内に均等に乱れ促進手段を配設でき、また配設のばらつきを小さく安定化できる。また、乱れ促進手段は流れ方向長さを短くできるので流れの圧力損失を低減でき、断面内に均等に配設することで流れの変動を緩和した流れとすることで計測精度を向上できる。
【0020】
網状体は#10〜#30のメッシュであり、設置間隔は5〜15mmとしたものである。そして、平坦な速度分布により計測精度が向上でき、コンパクトな計測流路が可能となり小型化でき、流れの圧力損失を小さくできる。
【0021】
計測流路の流路断面は略矩形とする。これによれば、流路断面高さは断面位置によらずほぼ一定なので速度分布の均等化が促進でき平均流速の計測精度を向上できる。また、流速検出手段に信号伝搬路を有する場合では、信号伝搬路内での信号の強度分布の均等化が促進でき平均流速の計測精度を向上できる。
【0022】
そして、流速検出手段を形成する上流側送受信器と下流側送受信器は、超音波を送信あるいは受信する超音波送受信器としたものである。
【0023】
このように、超音波を伝搬させることにより計測流路の流動方向にわたり計測領域を拡大するだけでなく、流れ方向と直交する方向にも計測領域を広めて面状の領域で平均流速を計測することにより、計測精度および信頼性を高めた計測ができる。
【0024】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【0025】
(実施例1)
図1において、5は流路壁6に囲まれた計測流路であり、7はこの計測流路5に設けた流速検出手段である。
【0026】
この流速検出手段7は計測流路5内の特定の箇所の流速を検出するもので、熱フローセンサなどからなる。
【0027】
8は計測流路5に設置した乱れ促進手段であり、計測流路5の流れ方向に略直角方向に配置している。
【0028】
前記乱れ促進手段8は流速検出手段7の上流側の乱れ促進手段8aと流速検出手段7の下流側の乱れ促進手段8bとを設けることで順方向の流れおよび逆方向の流れのいずれにも対応できる。
【0029】
また流速検出手段7と乱れ促進手段8の流れ方向の設置距離は、流速検出手段7部において乱れ促進手段8を通過した流れが十分発達しない状態となるように短い距離に設定するもので、計測範囲の最少値を小さく設定するほど短い距離となる。
【0030】
なお、この乱れ促進手段8は計測流路5の断面内に櫛刃などのように柱状に突出させた突起体(図示せず)、メッシュやガーゼなどの網状体、パンチング板やエッチング板などの微細多孔板、繊維状のものを絡めた不織布などが使用できる。
【0031】
9は計測流路5の上流側に設け被計測流体の計測流路5への入口となる導入部、10は計測流路5の下流側に設け被計測流体の計測流路5からの出口となる導出部である。
【0032】
ここで、計測流路5は流れ(図中矢印は順方向流れ示す)に直交する断面は矩形あるいは略矩形で構成し、矩形断面の短手方向を高さHとし、長手方向を幅W(図示せず)としている。
【0033】
11は計測制御手段であり、流速検出手段7に接続され流速検出手段7を所定の時間間隔で計測動作をさせる計測制御部12と、この計測制御部12からの信号を基に流速を計算し流量を算出する流量演算部13と、計測した流量値を基に補正係数を加味して計測流路5での実際の流量を算出する流量補正部14を備えている。
【0034】
15は流量演算部13に入る計測制御部12からの流速信号を基に計測流路5を流れる流体に脈動などの変動が有るか否かを判定する流動状態判定部であり、流動状態判定部15で変動が有ると判定した場合は計測制御部12に信号を送り、流速検出手段7による計測間隔を変動の無い定常流れ時に対して同等以下にする。
【0035】
16は計測時間設定部であり、流動状態判定部15で変動が有ると判定した場合に変動周期に応じた計測時間にわたり計測動作させるように信号を送る。
【0036】
次に、作用・動作について説明する。導入部9から計測流路5に流入した被計測流体は、上流側に設けられた乱れ促進手段8aにより計測流路5の高さH方向の速度分布が平坦な形状となって流速検出手段7部を流れる。
【0037】
ここで、乱れ促進手段8は計測流路5の流れ方向に対して略直角方向に配置しているので、流速検出手段7の上流側および下流側の流れの助走長さを計測流路のどの位置でもほぼ均等化でき、速度分布の安定化が促進されている。
【0038】
計測流路5での速度分布形状は流速によって変化するが、計測流路5の流れが層流域あるいは層流から乱流に変わりつつある遷移域では、図1のように計測流路5に流入時は速度分布Aで示すように壁面から遠ざかるにつれて順次速度が大きくなる放物線状の凸型であり最大流速の発生位置は高さ方向Hの中央付近にある。
【0039】
この速度分布Aで示す凸型の流れは乱れ促進手段8aを通過することにより、速度分布Bで示す壁面から遠ざかっても流速があまり変わらず平坦な分布を示す乱流状態の速度分布となって流速検出手段7部を通過する。
【0040】
乱れ促進手段8aと流速検出手段7の流れ方向の距離は速度分布Bの形状となつた流れが十分発達して速度分布Aの形状に戻るまでの長さよりも十分短く設定することにより、速度分布Bの形状のままで流速検出手段7部を通過させることができる。
【0041】
流体の流れは流速が遅くなるほど短い助走距離で十分発達するため、乱れ促進手段8と流速検出手段7間の設置距離は流速あるいは流量の計測範囲の最少値が小さくなるほど短くする必要があり、乱れ促進手段8として#10〜#30(数字は1インチあたりの線数)程度のメッシュとした場合で流速が0.1m/s程度で5〜15mm程度の設置距離が有効であることを実験で確かめた。
【0042】
メッシュ粗さとしてはさらに細かい#70〜#500でも有効であるが、流れの圧力損失が大きくなるため、許容できる圧力損失が大きい場合に利用できるという制約が発生する。
【0043】
なお、計測可能な流速の下限値をさらに小さくする場合はこの設置距離をさらに短くすることが有効である。
【0044】
これに対して計測流路5を流れる流量が多くなり乱流域になると、図2の速度分布Cで示すように高さ方向の速度変化は少なくなり比較的平坦な高原状となる。
【0045】
この速度分布Cで示す比較的平坦な高原状の流れは乱れ促進手段8aを通過することにより、壁面から遠ざかっても流速があまり変わらずより一層平坦な分布を示す乱流状態の速度分布Dとなって流速検出手段7部を通過する。
【0046】
次に、検出した流速から流量を求める時の補正係数の流量変化特性について説明する。
【0047】
図3は流れ促進手段8が無い場合を示したもので、乱流域では比較的平坦な高原状の速度分布のため平均値に近い計測値が得られて補正係数は1に近い値となる。
【0048】
これに対して、層流域あるいは遷移域では放物線状の凸型であり、速度分布の速い所を計測すると補正係数は乱流域に比べてかなり小さい値となる。
【0049】
従って、図3に示すように層流域から乱流域に移行する遷移域において補正係数が大きく変化し、計測流量に誤差ΔQmの発生により補正係数がΔK1と大きく変わることにより誤差が拡大される。
【0050】
この誤差は、流体の温度変化あるいは流体の組成割合の変化などにより物性値(例えば動粘性係数など)が変わってレイノルズ数が変わり、同じ流速でも流れ状態が異なることにより発生したりする。特に、都市ガス、LPG(液化石油ガス)等の流量を計測する場合では、季節あるいは地域の違いによるガス組成の変化が考えられる場合は考慮する必要がある。
【0051】
これに対して、図4に示すように計測流路5に流れ促進手段8を設置した場合は、高さ方向の速度分布が凸型となる層流域あるいは遷移域では乱れ促進手段8を通過して平坦な速度分布とした領域を計測することにより補正係数を大きくし、高さ方向の速度分布が比較的に平坦となる乱流域では乱れ促進手段8を通過して一層平坦化した速度分布の領域を計測することで1に近い従来とあまり変わらない補正係数とする。
【0052】
このため、層流域と乱流域との補正係数の差を少なくでき、補正係数の平坦化がなされる。
【0053】
その結果、計測流量に誤差ΔQmを生じても補正係数の変化はΔK2(K2<K1)と十分小さくでき、計測精度を高めた計測ができる。
【0054】
温度変化あるいは流体の組成変化が有る場合は補正係数の平坦化は有効であり、特に組成変化および温度変化が考えられる都市ガス、LPGなどの燃料ガスの流量を計測する場合はより一層精度を高めた計測が実現できる。
【0055】
さらに、流体計測装置の組立時に流速検出手段7の取付け位置に多少の誤差やばらつきが発生しても、速度分布が平坦化されているため測定値の誤差が低減でき、信頼性や生産性を向上できる。
【0056】
また、計測流路5の流れ方向に略直角方向に配置した乱れ促進手段8により、流速検出手段7の上流側および下流側の流れの助走長さは計測流路5のどの位置でもほぼ均等にし、乱れ促進手段8の直前での速度分布を均等化せしめて乱れ促進手段8通過後の速度分布の安定化を促進でき、計測精度の信頼性を向上できる。
【0057】
また、乱れ促進手段8はメッシュ状の網目構造体とすることで、断面の開口率が高く厚みが薄く強度の高い構成が容易となり、計測流路5の横断面の形状に寄らず断面内に均等に乱れ促進手段8を配設でき、また配設のばらつきを小さく安定化できるので生産性および信頼性を向上できる。
【0058】
さらに、乱れ促進手段8は流れ方向長さを短くできるので流れの圧力損失を低減でき、断面内に均等に配設することで流れの変動を緩和した流れとすることで計測精度を向上できる。
【0059】
また、計測流路5の流路断面は幅W、高さHで示した略矩形とすることで、流路断面高さは断面位置によらずほぼ一定なので速度分布の均等化が促進でき平均流速の計測精度を向上できる。
【0060】
このように、乱れ促進手段8は通過した流体が流速検出手段7において十分発達しない位置に配設しているので、流速検出手段7は乱れ促進手段8によって速度分布を平坦化した状態とした流体を計測でき、層流域から乱流域にいたる流量計測範囲の全域にわたり補正係数の変化が小さく平坦化せしめて計測精度を向上できる。
【0061】
また、乱れ促進手段8は計測流路5の流れ方向に略直角方向に配置したもので、流速検出手段7の上流側および下流側の流れの助走長さは計測流路5のどの位置でもほぼ均等にし、乱れ促進手段8の直前での速度分布を均等化せしめて乱れ促進手段8通過後の速度分布の安定化を促進でき、計測精度の信頼性を向上できる。
【0062】
また、乱れ促進手段8はメッシュ状の網目構造体としたもので、断面の開口率が高く厚みが薄く強度の高い構成が容易となり、計測流路5の横断面の形状に寄らず断面内に均等に乱れ促進手段8を配設でき、また配設のばらつきを小さく安定化できるので生産性および信頼性を向上できる。
【0063】
さらに、乱れ促進手段8は流れ方向長さを短くできるので流れの圧力損失を低減でき、断面内に均等に配設することで流れの変動を緩和した流れとすることで計測精度を向上できる。
【0064】
また、計測流路5の流路断面は幅W、高さHで示した略矩形とすることで、流路断面高さは断面位置によらずほぼ一定なので速度分布の均等化が促進でき平均流速の計測精度を向上できる。
【0065】
なお、以上では流速検出手段7を1箇所設置する例を示したが、流速検出手段7を複数設置することで計測精度を向上できるのは言うまでもない。また、乱れ促進手段8は流速検出手段7の上流側あるいは下流側にそれぞれ1箇所に設ける例を示したが、上流側あるいは下流側に複数箇所に設けることで速度分布の平坦化が促進されるのは言うまでもない。
【0066】
(実施例2)
図5および図6において、図1〜図4の実施例と同一部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省略し、異なるところを中心に説明する。
【0067】
図5において、流速検出手段として、互いに対向するように流路壁6に取付けた上流側送受信器7aおよび下流側送受信器7bを設けている。
【0068】
この上流側送受信器7aと下流側送受信器7bは計測流路5の幅W方向を横切るように距離Lを隔てるとともに計測流路5の流体の流動方向に対して角度θ傾けて設置されている。
【0069】
また、図6のように上流側送受信器7aと下流側送受信器7bの中心軸は計測流路5の高さH方向の壁面から一定の距離Lh離して設置している。
【0070】
なお、この上流側送受信器7aと下流側送受信器7bの中心軸は送受信特性の中心であり、外形上の中心と一致する場合も一致しない場合もある。
【0071】
17、18は上流側送受信器7aと下流側送受信器7bを計測流路5に臨ませる上流側および下流側の開口穴である。
【0072】
19は対向する上流側送受信器7aと下流側送受信器7b間で送信された信号が直接相手側に伝搬する信号伝搬路(二点鎖線で領域を示す)である。
【0073】
20は開口穴17、18への流体の流れ込みを低減する流入抑制体である。この流入抑制体20は流路壁6と面一に設けるとともに上流側送受信器7aと下流側送受信器7bから発せられた信号は通過できる特性を有し、計測流路5内の信号伝搬路19の長さLdは上流側および下流側の流入抑制体20で区切られて寸法が明確になっている。
【0074】
乱れ促進手段8は信号伝搬路19内にも配置され、計測流路5の流れ方向に間隔を設けて設置している。実施例1で説明したが、流体の流れは流速が遅くなるほど短い助走距離で十分発達するので、乱れ促進手段8と次の乱れ促進手段8との間隔は流速あるいは流量の計測範囲の最少値が小さくなるほど短くする必要があり、乱れ促進手段8として#10〜#30(数字は1インチあたりの線数)程度のメッシュとした場合で流速が0.1m/s程度で、乱れ促進手段8から次の乱れ促進手段8までの設置間隔は5〜15mm程度の距離が有効であることを実験で確かめた。
【0075】
メッシュ粗さとしてはさらに細かい#70〜#500でも有効であるが、流れの圧力損失が大きくなるため、許容できる圧力損失が大きい場合に利用できるという制約が発生する。なお、計測可能な流速の下限値をさらに小さくする場合はこの設置距離をさらに短くすることが有効である。
【0076】
次に、この流体計測装置の動作について説明する。導入部9から計測流路5に流入した被計測流体は、乱れ促進手段8により計測流路5の速度分布が平坦な形状となり、流れ方向に順次設置された乱れ促進手段8を通過することで平坦な速度分布を維持した状態で信号伝搬路19を通過する。
【0077】
乱れ促進手段8の流れ方向の設置間隔は、より短い助走距離で流れが発達する流速の遅い層流域で流れが十分発達しないように短い距離で設定するので、流速が大きくなる乱流域では乱れ促進手段8の設置間隔は十分短くなり平坦な安定した速度分布が維持される。
【0078】
従って、計測流路5の流れが層流域から乱流域にわたって、乱れ促進手段8を順次通過させることで信号伝搬路19内での速度分布をほぼ一定に保つので、計測流路の横断面方向にわたる計測領域の拡大に加えて信号伝搬路19での速度分布の安定化が促進でき、流れ状態の平均計測と計測精度の向上がなされて信頼性を高めた計測ができる。
【0079】
また、乱れ促進手段8として#10〜#30(数字は1インチあたりの線数)程度のメッシュとし、乱れ促進手段8間の設置間隔は5〜15mm程度とすることで、平坦な速度分布により計測精度が向上でき、コンパクトな計測流路5が可能となり小型化でき、流れの圧力損失を小さくできる。
次に、流速検出手段7を形成する上流側送受信器7aと下流側送受信器7bは超音波を送信あるいは受信する超音波送受信器7a、7bとした場合の計測動作を説明する。
【0080】
計測流路5では、計測制御部12の作用により超音波送受信器7a、7b間で計測流路5の流路断面の幅Wを横切るようにして超音波の送受が行われる。
【0081】
すなわち、上流側の超音波送受信器7aから発せられた超音波が下流側の超音波送受信器7bで受信されるまでの伝搬時間T1を計測する。また一方、下流側の超音波送受信器7bから発せられた超音波が上流側の超音波送受信器7aで受信されるまでの伝搬時間T2を計測する。
【0082】
このようにして測定された伝搬時間T1およびT2を基に、以下の演算式により演算部13で流量が算出される。今、計測流路5の流動方向の被計測流体の流速Vと信号伝搬路19とのなす角度をθとし、超音波送受信器7a、7b間の距離をL、被測定流体の音速をCとすると、流速Vは以下の式にて算出される。
【0083】
T1=L/(C+Vcosθ)
T2=L/(C−Vcosθ)
T1の逆数からT2の逆数を引き算する式より音速Cを消去して
V=(L/2cosθ)((1/T1)−(1/T2))
θおよびLは既知なのでT1およびT2の値より流速Vが算出できる。
【0084】
この流速Vと計測流路5の流れ方向に直交する横断面積Sより、流量Qは
Q=KVS
ここで、Kは横断面積Sにおける速度分布を考慮した補正係数であり、流量補正部14において流路形状に適した値で真の断面平均流量を求めることができる。
【0085】
この超音波方式により流速を計測する場合、図7のように外寸Dの大きさとなる送受信面21から送信した超音波は幅W方向だけでなく高さH方向にも幅を持って伝搬し、超音波が伝搬する広い領域の計測流路部の平均流速を計測するので、計測精度および信頼性を向上できる。
【0086】
また、計測可能な最小流速値を小さくするには被計測流体の流れ方向と信号伝搬路19とのなす角度θを小さくして流れ方向速度ベクトルを大きくすることが有効であり、この場合信号伝搬路19の計測流路5内の長さLdが長くなる。
【0087】
このように検出可能な最小流速値を小さくするために、長くなった信号伝搬路19に対して乱れ促進手段8を順次増設することにより、信号伝搬路19内での速度分布をほぼ一定に保って信頼性の高い計測をすることが可能となり、信号伝搬路19の角度θを小さくして検出感度を高めて微小流速の計測精度を向上できる。
【0088】
また、計測流路5の流路断面は幅W、高さHで示した略矩形とすることで、流路断面高さは断面位置によらずほぼ一定なので速度分布の均等化が促進でき平均流速の計測精度を向上できるだけでなく、信号伝搬路19に超音波を伝搬させる場合では、信号伝搬路19内高さ方向の信号の強度分布を均等化促進して平均流速の計測精度を向上できる。
【0089】
また、乱れ促進手段8として円形断面の線材を編んでメッシュ状の構造体とすることで、信号伝搬路19の角度θによらず伝搬する信号である超音波を安定して通過し伝搬させることができ、計測の信頼性を向上できる。
【0090】
なお、信号伝搬路を設ける構成における送受信器として超音波を送受信する例を示したが、レーザ光やマイクロ波などを送信する方式も可能である。
【0091】
このように、流速検出手段7は計測流路5の上流側に配置した上流側送受信器7aと計測流路5の下流側に配置した下流側送受信器7bとを信号伝搬路19を介して対向配置して形成し、信号伝搬路19に乱れ促進手段8を設けたことにより、計測流路5の横断面方向にわたる計測領域の拡大に加えて信号伝搬路19での速度分布の安定化が促進でき、流れ状態の平均計測と計測精度の向上がなされて信頼性を高めた計測ができる。
【0092】
また、流速検出手段7を形成する上流側送受信器7aと下流側送受信器7bは超音波を送信あるいは受信する超音波送受信器としたものである。
【0093】
そして、超音波を伝搬させることにより計測流路5の流動方向にわたり計測領域を拡大するだけでなく、流れ方向と直交する方向にも計測領域を広めて面状の領域で平均流速を計測することにより、計測精度および信頼性を高めた計測ができる。
【0094】
また、計測流路の流路断面は略矩形としているので、信号伝搬路19内での信号の強度分布の均等化が促進でき平均流速の計測精度を向上できる。
【0095】
(実施例3)
図8において、図1〜図7の実施例と同一部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省略し、異なるところを中心に説明する。図8において、22は信号伝搬路19に設けた信号均等化手段であり、上流側送受信器7aあるいは下流側送受信器7bから発信された伝搬信号(例えば超音波)が信号伝搬路19を伝搬する時に、信号伝搬路19内での信号の強度分布の均等性が改善されて伝搬するようにしている。
【0096】
伝搬信号として超音波を用い、信号均等化手段22としてメッシュを用いた場合では、メッシュの開口寸法は超音波の伝播方向から見て超音波の波長以下とし、メッシュの素線径は超音波の波長の1/2以下とすることにより超音波の伝搬損失を低減し超音波の強度分布均等化の促進が期待できる。例えば#20〜#300程度の細かさのメッシュが利用できる。
【0097】
次に、この流体計測装置の動作について説明する。計測流路5を流れる流体は乱れ促進手段8を通過することで速度分布を平坦化されて信号伝搬路19を流れ、この速度分布が平坦化された流れに対して流速検出手段7を形成する上流側送受信器7aあるいは下流側送受信器7bから発信された伝搬信号(例えば超音波)を他方の下流側送受信器7bあるいは上流側送受信器7aで受信する。ここで、信号伝搬路19を伝搬する伝搬信号(例えば超音波)は信号均等化手段22を通過することにより信号の強度分布の均等化が促進される。
【0098】
このため、流速検出手段7は速度分布を平坦化した流体を計測して層流域から乱流域にいたる流量計測範囲の全域にわたり補正係数の変化が小さく平坦化せしめて計測精度を向上でき、信号均等化手段22により信号伝搬路19内の信号の強度分布の均等化を促進したのに加えて計測流路5の横断面方向にわたり拡大した領域で流れ状態の計測をすることで信号均等化と計測領域拡大の相乗作用で計測断面での平均流速の計測精度がより一層向上できる。
【0099】
また、計測流路5の流路断面は略矩形とすることにより、信号伝搬路19で断面の高さ方向の寸法がほぼ一定となり、信号均等化手段22による信号伝搬路19内での信号の強度分布の均等化が一層促進でき平均流速の計測精度を向上できる。
【0100】
図9は他の実施例を示したもので、信号均等化手段22は計測流路5の横断面全域にわたり配置したもので、信号均等化手段22は信号伝搬路19内に配置した乱れ促進手段8として流れの乱れ促進と伝搬信号の均等化促進の両機能を兼用化して一体化している。
【0101】
このため、同一の部材が乱れ促進手段8と信号均等化手段22の両方の作用を発揮するので部品点数が削減でき、流れの圧力損失が低減できるとともにコスト低減の促進と生産性の向上ができる。
【0102】
このように、被計測流体が流れる計測流路と、前記計測流路の上流側に配置した上流側送受信器と前記計測流路の下流側に配置した下流側送受信器とを信号伝搬路を介して対向配置して形成した流速検出手段と、前記信号伝搬路内に配置した乱れ促進手段と、前記信号伝搬路内に配置した信号均等化手段と、前記流速検出手段の出力に基づいて流速などの流動状態を算出する計測制御手段を備えているので、流速検出手段は乱れ促進手段によって速度分布を平坦化した流体を計測して層流域から乱流域にいたる流量計測範囲の全域にわたり補正係数の変化が小さく平坦化せしめて計測精度を向上でき、また信号均等化手段により信号伝搬路内の信号の強度分布の均等化を促進したのに加えて計測流路の横断面方向にわたり拡大した領域で流れ状態の計測をするので、信号均等化と拡大領域での流れ状態の計測の相乗作用で計測断面での平均流速の計測精度がより一層向上できる。
【0103】
また、信号伝搬路内に配置した乱れ促進手段と信号均等化手段を兼用化しているので、同一の部材が乱れ促進手段と信号均等化手段の両方の作用を発揮して部品点数が削減でき、流れの圧力損失が低減できるとともにコスト低減の促進と生産性の向上ができる。
【0104】
なお、乱れ促進体8あるいは信号均等化手段22は直線状の形状とした場合を示したが、曲線状やジグザグ状の形状として流れの圧力損失の低減、速度分布の改善、伝搬信号の分布改善などが可能なのは言うまでもなく、また乱れ促進手段8を流速検出手段7の上流側から下流側にわたって配設することにより、順方向流れだけでなく逆方向流れに対しても精度を高めた計測ができる。
【0105】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の流体計測装置によれば、流量計測範囲の全域にわたり補正係数の変化を小さくして計測精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の流体計測装置の断面図
【図2】図1における乱流域の流体計測装置の断面図
【図3】実施例1における乱れ促進手段がない場合の流量係数特性図
【図4】実施例1における流量係数特性図
【図5】本発明の実施例2の流体計測装置の断面図
【図6】図5における流体計測装置の縦断面図
【図7】本発明の実施例2おける超音波送受信器の超音波伝搬状態図
【図8】本発明の実施例3の流体計測装置の断面図
【図9】本発明の他の実施例を示す流体計測装置の断面図
【図10】従来の流体計測装置の構成図
【符号の説明】
5 計測流路
7 流速検出手段
7a 上流側送受信器、超音波送受信器
7b 下流側送受信器、超音波送受信器
8 乱れ促進手段
11 計測制御手段
19 信号伝搬路
22 信号均等化手段
Claims (9)
- 被計測対象の流体が流れる計測流路と、前記計測流路に設置した流速検出手段と、前記計測流路に設置した乱れ促進手段と、前記流速検出手段の出力に基づいて流体の流動状態を算出する計測制御手段とを備え、前記乱れ促進手段は、通過した流体の流れが前記流速検出手段において十分発達しない位置に配設した流体計測装置。
- 流速検出手段は、計測流路の上流側に配置した上流側送受信器と下流側に配置した下流側送受信器とを信号伝搬路を介して対向配置して構成した請求項1記載の流体計測装置。
- 被計測対象の流体が流れる計測流路と、前記計測流路の上流側に配置した上流側送受信器と前記計測流路の下流側に配置した下流側送受信器とを信号伝搬路を介して対向配置して構成した流速検出手段と、前記信号伝搬路内に配置した乱れ促進手段と、前記信号伝搬路内に配置した信号均等化手段と、前記流速検出手段の出力に基づいて流体の流動状態を算出する計測制御手段とを備えた流体計測装置。
- 乱れ促進手段と信号均等化手段を兼用化した請求項3記載の流体計測装置。
- 乱れ促進手段は計測流路の流れ方向に略直角方向に配置した請求項1または3記載の流体計測装置。
- 乱れ促進手段は網状体で構成した請求項1、3、4、5いずれか1項記載の流体計測装置。
- 網状体は#10〜#30のメッシュであって、計測流路の上、下流に配置し、それらメッシュの設置間隔は5〜15mmとした請求項6に記載の流体計測装置。
- 計測流路の流路断面は略矩形とした請求項1〜7いずれか1項記載の流体計測装置。
- 流速検出手段を形成する上流側送受信器と下流側送受信器は超音波を送信あるいは受信する超音波送受信器とした請求項2、3いずれか1項記載の流体計測装置。
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JP2002370362A JP2004198372A (ja) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | 流体計測装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101246870B1 (ko) | 2005-03-29 | 2013-03-25 | 마이크로 모우션, 인코포레이티드 | 가스 유동 물질 내의 액체 유동 분율을 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치 |
-
2002
- 2002-12-20 JP JP2002370362A patent/JP2004198372A/ja active Pending
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