JP2004257744A - 流量計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】流量計測装置の計測精度を高め、仕様変更などにも対応できるようにしたことを目的とするものである。
【解決手段】上流側に流体供給路３が、下流側に流体流出路５がそれぞれ接続された計測部１に計測流路体１５を内包するとともに、この計測流路体を流れる流体の流速を測定するために超音波送受波器と、この流速検知手段の出力をもとに計測流路体を１５流れる流体の量を演算する演算手段２１を設け、前記計測流路体１５は計測部１とは別体の構成としたものである。したがって、計測流路体１５を単独で取り扱うことが可能となる。
【選択図】 図１
【解決手段】上流側に流体供給路３が、下流側に流体流出路５がそれぞれ接続された計測部１に計測流路体１５を内包するとともに、この計測流路体を流れる流体の流速を測定するために超音波送受波器と、この流速検知手段の出力をもとに計測流路体を１５流れる流体の量を演算する演算手段２１を設け、前記計測流路体１５は計測部１とは別体の構成としたものである。したがって、計測流路体１５を単独で取り扱うことが可能となる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、上流側に流体供給路を、下流側に流体流出路をそれぞれ接続した計測流路に一対の超音波送受波器などからなる流速検知手段を配置していた。
【０００３】
そして、前記流速検知手段で計測流路を流れる流体の流速を測定し、この測定した流速をもとに流量を演算するようにしていた（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１８５９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の流量計測装置では、流路と計測部とが一体となっていたため、精度を高めるための対策、例えば高精度加工が困難で、また計測仕様が変わった場合などの流路仕様変更も容易ではなかった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点を解消するもので、計測部を合理的に構成することで計測の高精度化を実現し、また仕様変更などに対しても確実に応えることができるようにしたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、上流側に流体供給路が、下流側に流体流出路がそれぞれ接続された計測部と、前記計測部に内包された計測流路体と、前記計測流路体を流れる流体の流速を測定する流速検知手段と、この流速検知手段の出力をもとに計測流路体を流れる流体の量を演算する演算手段とを具備し、前記計測流路体は計測部とは別体の構成としたものであり、このように計測流路体が計測部とは別体に構成されているため、計測流路体を単独で加工し、その高精度化を促進できるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、上流側に流体供給路が、下流側に流体流出路がそれぞれ接続された計測部と、前記計測部に内包された計測流路体と、前記計測流路体を流れる流体の流速を測定する流速検知手段と、この流速検知手段の出力をもとに計測流路体を流れる流体の量を演算する演算手段とを具備し、前記計測流路体は計測部とは別体の構成としたものである。
【０００９】
このように計測流路体が計測部とは別体に構成されているため、計測流路体を単独で加工し、その高精度化を促進できるものであり、また仕様の変更も簡単にできることとなる。
【００１０】
そして、流速検知手段を計測部側に配置すれば、計測流路体の取扱いが一層しやすくなる。
【００１１】
流速検知手段としては種々のものが考えられるが、高精度の検知を行なう上では超音波送受波器を少なくとも一対配置し、超音波の送信から受信までの時間をもとに流量を演算するものが最も有効であろう。
【００１２】
また、少なくとも流体供給路を計測流路体とオーバラップするごとく計測部に接続し、流体供給路から計測流路体に至る流体が蛇行し流れるようにしておけば、計測流路体では安定した流動形態となり、一層的確な流量計測が可能となる。
【００１３】
計測流路体は位置決め手段により計測部に正確に取付けられるようにしてあり、またその手段の具体例としては、計測流路体と計測部とに相係合する凹凸を設けておくことが考えられる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１，２において、計測部１は、断面長方形をなす矩形としてあり、その上流室２に流体供給路３が、下流室４に流体流出路５がそれぞれ略直角に接続され、全体としてＵ字状に設定してある。
【００１６】
前記流体供給路３は、途中に電磁装置、或いは、ステッピングモータなどの駆動部６と連係した弁体７で開閉される弁座８を有する。そして、この弁座８より下流側であって先の計測部１の上流室２に連なる導入路９は矩形としてある。
【００１７】
１０は流体供給路３の流入口、１１は矩形に構成された流体流出路５の導出路、１２は流出口を示す。
【００１８】
図２にも示すごとく、計測部１には、流速検知手段を構成する少なくとも一対の超音波送受波器１３，１４が斜めに対向するように配置してある。
【００１９】
計測部１に内包され、しかも同計測部１と別体構成の断面長方形をなす矩形の計測流路体１５は、前記超音波送受波器１３，１４と対向した開口１６ａ，１６ｂを有するものである。
【００２０】
前記開口１６ａ，１６ｂには流体が超音波送受波器１３の方向に乱入しないように金網、パンチングメタルなどからなる超音波透過性の多孔材１７ａ，１７ｂが覆設してある（なお図では上流側の超音波送受波器１３と相対するものを代表して示した）。
【００２１】
また、計測部１と計測流路体１５との間に相係合する凹凸１８，１９を設けることによって、同計測部１に対する計測流路体１５の位置決めがなされており、その結果として、計測部１の開口１６ａ，１６ｂが超音波送受波器１３，１４と確実に対峙することとなる。
【００２２】
さらに、計測流路体１５の各端部は流体供給路３の導入路９、および、流体流出路５の導出路１１と対向する位置まで延びているもので、したがって、導入路９を介して導入された流体は迂回するごとく流れて計測流路体１５に至り、また計測流路体１５からの流体は迂回するごとく流れて流体流出路５の導出路１１に至ることとなる。
【００２３】
上記流体供給側の迂回流動形態は、流体の偏流などを抑制するのに効果的である。また流体流出側の迂回流動形態は、脈動の生起に起因する流体逆流時の偏流などを抑制するのに効果的である。
【００２４】
超音波送受波器１３，１４間の超音波伝搬時間は計測制御手段２０で計測され（詳細は後述する）、その結果をもとに演算手段２１が流量を演算するものである。これら計測制御手段２０、演算手段２１などはリチウム電池などの電池電源２２で駆動されるようにしてある。
【００２５】
また、前記弁体７の駆動部６、計測制御手段２０、演算手段２１などはＵ字状をなす流路構成材で囲まれた部位に配置してあって、全体的にコンパクトにまとめられている。
【００２６】
上記の構成において、流体の流量計測動作を一応述べれば、先ず、上流側の超音波送受波器１３から流れと順方向で、しかも斜めに横切るごとく超音波を発生する。
【００２７】
この超音波は流体の流れの中を音速で伝搬し、下流側の超音波送受波器１４で検出されて電気信号に変換され、計測制御手段２０の増幅器でその信号を増幅し、比較器で基準信号と比較し超音波信号が受信されたことを検出する。
【００２８】
この比較信号の変化は繰返し手段へ送られて、遅延手段を介して再度トリガ手段で送信する。
【００２９】
この繰り返し回数は回数設定手段で設定された回数で終了する。計時手段は、最初のトリガ信号が送信されたときにタイマをリセットされ、繰り返しが終了したときまでの時間を計測する。
【００３０】
上流から下流への超音波の送信を終了すると、切換手段により送受信の方向が切り換えられる。
【００３１】
下流側の超音波送受波器１４から上流側のの超音波送受波器１３に向けて、すなわち下流から上流に向けて送信が行われ、前述と同様に繰り返して送信が行われその時間が計時される。上流から下流へこの時間と下流から上流への時間差から、演算手段２１で伝搬時間逆数差などの演算式によって流量が算出される。
【００３２】
弁体７は流体流動に異常があった時とか、地震発生時に閉じるようにしてある。
【００３３】
ところで、先に述べたように、計測流路体１５は計測部１と別体構成であるところから、同計測流路体１５の加工などが単独でできることとなり、高精度の測定部が簡単に得られるものであり、また仕様の変更などにも的確に対処できることとなる。
【００３４】
計測流路体１５への流体流動形態を述べておく。先ず流入口１０から流体供給路３へ流入してきた流体は、弁座８から導入路９に、さらに計測部１の上流室２に流れ込む。
【００３５】
この上流室２には計測流路体１５の一端が突入状態で位置しているため、上流室２に流れ込んだ流体は迂回するような流れとなって前記計測流路体１５に流動することとなる。
【００３６】
したがって、上流において偏流などがあっても前記迂回によってそれが是正され、結果的に計測流路体１５を流れる流体は安定したものとなり、正確な流速測定を可能とするものである。
【００３７】
（実施例２）
図３は計測流路体１５に流れる流体をより一層安定なものとするところの実施例を示す。
【００３８】
流体供給路３の導入路９は、計測流路体１５の流入側端部から所定間隔Ｄをおいて、換言するならば、計測流路体１５とオーバラップするごとく計測部１に接続されている。
【００３９】
したがって、導入路９からの流体は大きく蛇行するようにして計測流路体１５に流れ込むので、上流側の偏流などに対して確実な整流作用を発揮することとなる。
【００４０】
もちろん、計測流路体１５の流出側においても同様な構成を採用しており、逆流発生時にも確実に対処し得るようにしてある。
【００４１】
図４は計測流路体１５の両端開口縁を円弧状とするなど乱流防止部２３，２４を形成したもので、計測流路体１５へ流体が流動する際に、円滑に流体を流し、渦などの発生がないようにしたものである。
【００４２】
（実施例３）
図５は計測流路体１５の両外側部と計測部１の両内側部との間に前記計測流路体１５の位置決め手段を設けた例である。
【００４３】
すなわち、計測部１の両内側部前後と計測流路体１５の両外側部前後とに相係合する凹凸１８，１９を形成し、計測部１に正確に計測流路体１５を配置するようにしている。
【００４４】
なお、上記各実施例では逆流時にも計測流路体１５への流体流動が安定する対策を施したが、もし逆流がないものにあっては計測流路体１５の上流側にのみ流体流動安定化対策を施すことも考えられる。
【００４５】
また流速検知手段として超音波送受波器を例に挙げたが、本発明の精神はその具体的検知構成に限定されるものでなく、他に流体素子の原理を応用したものとか、熱素子を利用したものとか種々のものが考えられるであろう。
【００４６】
さらに前記各実施例では流速検知手段を計測部に配置したものを示したが、計測流路体側に配置して、一種のユニット体を構成してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、上流側に流体供給路が、下流側に流体流出路がそれぞれ接続された計測部と、前記計測部に内包された計測流路体と、前記計測流路体を流れる流体の流速を測定する流速検知手段と、この流速検知手段の出力をもとに計測流路体を流れる流体の量を演算する演算手段とを具備し、前記計測流路体は計測部とは別体の構成としたものである。
【００４８】
その結果、計測流路体を単独で加工し、その高精度化を促進できるものであり、また仕様の変更も簡単にできることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の流量計測装置の縦断面図
【図２】同流量計測装置の横断面図
【図３】本発明の他の実施例を示す流量計測装置の縦断面図
【図４】本発明の他の実施例を示す計測流路体の断面図
【図５】本発明の他の実施例を示す流量計測装置の横断面図
【符号の説明】
１ 計測部
３ 流体供給路
５ 流体流出路
１３、１４ 流速検知手段（超音波送受波器）
１５ 計測流路体
１８、１９ 凹凸
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、上流側に流体供給路を、下流側に流体流出路をそれぞれ接続した計測流路に一対の超音波送受波器などからなる流速検知手段を配置していた。
【０００３】
そして、前記流速検知手段で計測流路を流れる流体の流速を測定し、この測定した流速をもとに流量を演算するようにしていた（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１８５９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の流量計測装置では、流路と計測部とが一体となっていたため、精度を高めるための対策、例えば高精度加工が困難で、また計測仕様が変わった場合などの流路仕様変更も容易ではなかった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点を解消するもので、計測部を合理的に構成することで計測の高精度化を実現し、また仕様変更などに対しても確実に応えることができるようにしたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、上流側に流体供給路が、下流側に流体流出路がそれぞれ接続された計測部と、前記計測部に内包された計測流路体と、前記計測流路体を流れる流体の流速を測定する流速検知手段と、この流速検知手段の出力をもとに計測流路体を流れる流体の量を演算する演算手段とを具備し、前記計測流路体は計測部とは別体の構成としたものであり、このように計測流路体が計測部とは別体に構成されているため、計測流路体を単独で加工し、その高精度化を促進できるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、上流側に流体供給路が、下流側に流体流出路がそれぞれ接続された計測部と、前記計測部に内包された計測流路体と、前記計測流路体を流れる流体の流速を測定する流速検知手段と、この流速検知手段の出力をもとに計測流路体を流れる流体の量を演算する演算手段とを具備し、前記計測流路体は計測部とは別体の構成としたものである。
【０００９】
このように計測流路体が計測部とは別体に構成されているため、計測流路体を単独で加工し、その高精度化を促進できるものであり、また仕様の変更も簡単にできることとなる。
【００１０】
そして、流速検知手段を計測部側に配置すれば、計測流路体の取扱いが一層しやすくなる。
【００１１】
流速検知手段としては種々のものが考えられるが、高精度の検知を行なう上では超音波送受波器を少なくとも一対配置し、超音波の送信から受信までの時間をもとに流量を演算するものが最も有効であろう。
【００１２】
また、少なくとも流体供給路を計測流路体とオーバラップするごとく計測部に接続し、流体供給路から計測流路体に至る流体が蛇行し流れるようにしておけば、計測流路体では安定した流動形態となり、一層的確な流量計測が可能となる。
【００１３】
計測流路体は位置決め手段により計測部に正確に取付けられるようにしてあり、またその手段の具体例としては、計測流路体と計測部とに相係合する凹凸を設けておくことが考えられる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１，２において、計測部１は、断面長方形をなす矩形としてあり、その上流室２に流体供給路３が、下流室４に流体流出路５がそれぞれ略直角に接続され、全体としてＵ字状に設定してある。
【００１６】
前記流体供給路３は、途中に電磁装置、或いは、ステッピングモータなどの駆動部６と連係した弁体７で開閉される弁座８を有する。そして、この弁座８より下流側であって先の計測部１の上流室２に連なる導入路９は矩形としてある。
【００１７】
１０は流体供給路３の流入口、１１は矩形に構成された流体流出路５の導出路、１２は流出口を示す。
【００１８】
図２にも示すごとく、計測部１には、流速検知手段を構成する少なくとも一対の超音波送受波器１３，１４が斜めに対向するように配置してある。
【００１９】
計測部１に内包され、しかも同計測部１と別体構成の断面長方形をなす矩形の計測流路体１５は、前記超音波送受波器１３，１４と対向した開口１６ａ，１６ｂを有するものである。
【００２０】
前記開口１６ａ，１６ｂには流体が超音波送受波器１３の方向に乱入しないように金網、パンチングメタルなどからなる超音波透過性の多孔材１７ａ，１７ｂが覆設してある（なお図では上流側の超音波送受波器１３と相対するものを代表して示した）。
【００２１】
また、計測部１と計測流路体１５との間に相係合する凹凸１８，１９を設けることによって、同計測部１に対する計測流路体１５の位置決めがなされており、その結果として、計測部１の開口１６ａ，１６ｂが超音波送受波器１３，１４と確実に対峙することとなる。
【００２２】
さらに、計測流路体１５の各端部は流体供給路３の導入路９、および、流体流出路５の導出路１１と対向する位置まで延びているもので、したがって、導入路９を介して導入された流体は迂回するごとく流れて計測流路体１５に至り、また計測流路体１５からの流体は迂回するごとく流れて流体流出路５の導出路１１に至ることとなる。
【００２３】
上記流体供給側の迂回流動形態は、流体の偏流などを抑制するのに効果的である。また流体流出側の迂回流動形態は、脈動の生起に起因する流体逆流時の偏流などを抑制するのに効果的である。
【００２４】
超音波送受波器１３，１４間の超音波伝搬時間は計測制御手段２０で計測され（詳細は後述する）、その結果をもとに演算手段２１が流量を演算するものである。これら計測制御手段２０、演算手段２１などはリチウム電池などの電池電源２２で駆動されるようにしてある。
【００２５】
また、前記弁体７の駆動部６、計測制御手段２０、演算手段２１などはＵ字状をなす流路構成材で囲まれた部位に配置してあって、全体的にコンパクトにまとめられている。
【００２６】
上記の構成において、流体の流量計測動作を一応述べれば、先ず、上流側の超音波送受波器１３から流れと順方向で、しかも斜めに横切るごとく超音波を発生する。
【００２７】
この超音波は流体の流れの中を音速で伝搬し、下流側の超音波送受波器１４で検出されて電気信号に変換され、計測制御手段２０の増幅器でその信号を増幅し、比較器で基準信号と比較し超音波信号が受信されたことを検出する。
【００２８】
この比較信号の変化は繰返し手段へ送られて、遅延手段を介して再度トリガ手段で送信する。
【００２９】
この繰り返し回数は回数設定手段で設定された回数で終了する。計時手段は、最初のトリガ信号が送信されたときにタイマをリセットされ、繰り返しが終了したときまでの時間を計測する。
【００３０】
上流から下流への超音波の送信を終了すると、切換手段により送受信の方向が切り換えられる。
【００３１】
下流側の超音波送受波器１４から上流側のの超音波送受波器１３に向けて、すなわち下流から上流に向けて送信が行われ、前述と同様に繰り返して送信が行われその時間が計時される。上流から下流へこの時間と下流から上流への時間差から、演算手段２１で伝搬時間逆数差などの演算式によって流量が算出される。
【００３２】
弁体７は流体流動に異常があった時とか、地震発生時に閉じるようにしてある。
【００３３】
ところで、先に述べたように、計測流路体１５は計測部１と別体構成であるところから、同計測流路体１５の加工などが単独でできることとなり、高精度の測定部が簡単に得られるものであり、また仕様の変更などにも的確に対処できることとなる。
【００３４】
計測流路体１５への流体流動形態を述べておく。先ず流入口１０から流体供給路３へ流入してきた流体は、弁座８から導入路９に、さらに計測部１の上流室２に流れ込む。
【００３５】
この上流室２には計測流路体１５の一端が突入状態で位置しているため、上流室２に流れ込んだ流体は迂回するような流れとなって前記計測流路体１５に流動することとなる。
【００３６】
したがって、上流において偏流などがあっても前記迂回によってそれが是正され、結果的に計測流路体１５を流れる流体は安定したものとなり、正確な流速測定を可能とするものである。
【００３７】
（実施例２）
図３は計測流路体１５に流れる流体をより一層安定なものとするところの実施例を示す。
【００３８】
流体供給路３の導入路９は、計測流路体１５の流入側端部から所定間隔Ｄをおいて、換言するならば、計測流路体１５とオーバラップするごとく計測部１に接続されている。
【００３９】
したがって、導入路９からの流体は大きく蛇行するようにして計測流路体１５に流れ込むので、上流側の偏流などに対して確実な整流作用を発揮することとなる。
【００４０】
もちろん、計測流路体１５の流出側においても同様な構成を採用しており、逆流発生時にも確実に対処し得るようにしてある。
【００４１】
図４は計測流路体１５の両端開口縁を円弧状とするなど乱流防止部２３，２４を形成したもので、計測流路体１５へ流体が流動する際に、円滑に流体を流し、渦などの発生がないようにしたものである。
【００４２】
（実施例３）
図５は計測流路体１５の両外側部と計測部１の両内側部との間に前記計測流路体１５の位置決め手段を設けた例である。
【００４３】
すなわち、計測部１の両内側部前後と計測流路体１５の両外側部前後とに相係合する凹凸１８，１９を形成し、計測部１に正確に計測流路体１５を配置するようにしている。
【００４４】
なお、上記各実施例では逆流時にも計測流路体１５への流体流動が安定する対策を施したが、もし逆流がないものにあっては計測流路体１５の上流側にのみ流体流動安定化対策を施すことも考えられる。
【００４５】
また流速検知手段として超音波送受波器を例に挙げたが、本発明の精神はその具体的検知構成に限定されるものでなく、他に流体素子の原理を応用したものとか、熱素子を利用したものとか種々のものが考えられるであろう。
【００４６】
さらに前記各実施例では流速検知手段を計測部に配置したものを示したが、計測流路体側に配置して、一種のユニット体を構成してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、上流側に流体供給路が、下流側に流体流出路がそれぞれ接続された計測部と、前記計測部に内包された計測流路体と、前記計測流路体を流れる流体の流速を測定する流速検知手段と、この流速検知手段の出力をもとに計測流路体を流れる流体の量を演算する演算手段とを具備し、前記計測流路体は計測部とは別体の構成としたものである。
【００４８】
その結果、計測流路体を単独で加工し、その高精度化を促進できるものであり、また仕様の変更も簡単にできることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の流量計測装置の縦断面図
【図２】同流量計測装置の横断面図
【図３】本発明の他の実施例を示す流量計測装置の縦断面図
【図４】本発明の他の実施例を示す計測流路体の断面図
【図５】本発明の他の実施例を示す流量計測装置の横断面図
【符号の説明】
１ 計測部
３ 流体供給路
５ 流体流出路
１３、１４ 流速検知手段（超音波送受波器）
１５ 計測流路体
１８、１９ 凹凸
Claims (6)
- 上流側に流体供給路が、下流側に流体流出路がそれぞれ接続された計測部と、前記計測部に内包された計測流路体と、前記計測流路体を流れる流体の流速を測定する流速検知手段と、この流速検知手段の出力をもとに計測流路体を流れる流体の量を演算する演算手段とを具備し、前記計測流路体は計測部とは別体の構成とした流量計測装置。
- 流速検知手段を計測部側に配置した請求項１記載の流量計測装置。
- 流速検知手段が少なくとも一対の超音波送受波器からなる請求項１または２記載の流量計測装置。
- 少なくとも流体供給路は計測流路体とオーバラップするごとく計測部に接続され、前記流体供給路からの流体が蛇行した後計測流路体に流動するようにした請求項１記載の流量計測装置。
- 計測部に計測流路体の位置決め手段を設けた請求項１記載の流量計測装置。
- 計測部と計測流路体に相係合する凹凸を設けて位置決め手段とした請求項５記載の流量計測装置。
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2003
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