JP2006208404A - Flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は流量計に関し、特に、ガスメータ等に利用されて、圧力損失を増大させることなく整流効果を高めて、測定精度を向上させた流量計に関する。 The present invention relates to a flow meter, and more particularly, to a flow meter that is used in a gas meter or the like to enhance a rectifying effect without increasing pressure loss and improve measurement accuracy.
従来、流路内において流量センサが取りつけられている付近の流体の流れを乱れがない整流状態にするのに、その流路内に整流板や整流格子を挿入する方法が広く知られている。この方法によると、大きな圧力損失を発生させずにある程度の整流効果も得られるが、上流側に大きな流れの偏りがある場合、この偏りが残ったまま整流板や整流格子を通過してしまうという欠点がある。このような偏りを消すため、整流したい流路の上流側にメッシュ等を配置する方法も広く知られているが、この方法では逆に流路内の流れに乱れを発生させたり、圧力損失を増大させたりするという欠点がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method of inserting a rectifying plate or a rectifying grid into a flow path is widely known in order to bring the flow of a fluid in the vicinity of a flow sensor in the flow path into a rectified state without disturbance. According to this method, a certain amount of rectification effect can be obtained without generating a large pressure loss, but if there is a large flow deviation on the upstream side, it will pass through the rectification plate or rectification grid with this deviation remaining. There are drawbacks. In order to eliminate such a bias, a method of arranging a mesh or the like on the upstream side of the flow path to be rectified is also widely known, but this method conversely generates a turbulence in the flow in the flow path or reduces pressure loss. There is a drawback of increasing.
そこで、これらの欠点を補完するために、流路内に整流板や整流格子を挿入すると共に、その上流側にメッシュ等を配置するという方法がある。 Therefore, in order to compensate for these drawbacks, there is a method in which a rectifying plate or a rectifying grid is inserted into the flow path and a mesh or the like is disposed on the upstream side thereof.
この方法によると、上流側の流れの偏りの影響を受けにくく、かつある程度の整流効果を得ることも可能であることがわかっているが、そのためにはメッシュ番数を細かくする等、圧力損失を大きくしなければならないという問題が発生する。 According to this method, it is known that it is difficult to be affected by the upstream flow bias, and that it is possible to obtain a certain amount of rectification effect. To that end, however, pressure loss is reduced by reducing the mesh number. The problem arises that it must be enlarged.
よって本発明は、上述した現状に鑑み、圧力損失を増大させることなく整流効果を高めて、測定精度を向上させた流量計を提供することを課題としている。 Therefore, in view of the present situation described above, an object of the present invention is to provide a flowmeter that improves the rectification effect without increasing the pressure loss and improves the measurement accuracy.
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の流量計は、被測定流体が流れ、断面形状が一定である基本流路に設けられ、前記被測定流体の流れと平行方向に所定長さだけ延び、前記基本流路を等分割して、複数の分割流路を形成する流路分割部材と、前記流路分割部材の下流側に前記流路分割部材の端部に密接されて配置され前記基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材と、前記分割流路のうちの少なくともひとつに、測定面が暴露するように配置された流量センサとを含むことを特徴とする。
The flowmeter according to
請求項1記載の発明によれば、基本流路20を等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材13を密接させて配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、流路内の整流が効果的に行われる。
According to the first aspect of the present invention, a wire mesh that causes an equal pressure loss across the entire cross-section of the basic channel at the downstream end of the plurality of divided channels formed by equally dividing the
上記課題を解決するためになされた請求項2記載の流量計は、被測定流体が流れ、断面形状が一定である基本流路に設けられ、前記被測定流体の流れと平行方向に所定長さだけ延び、前記基本流路を等分割して、複数の分割流路を形成する流路分割部材と、前記流路分割部材の下流側に前記流路分割部材の端部に密接されて配置され前記基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材と、前記圧損部材の配置場所付近の下流側に測定面が暴露するように配置されているマイクロフローセンサとを含むことを特徴とする。
The flowmeter according to
請求項2記載の発明によれば、基本流路20を等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材13を密接させて配置するとともに、圧損部材13の配置場所付近の下流側にマイクロフローセンサ11Aを配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、より整流効果の高い箇所での流量測定が可能になる。
According to the second aspect of the present invention, a wire mesh that causes an equal pressure loss to the entire cross section of the basic flow path at the downstream end portions of the plurality of divided flow paths formed by equally dividing the
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、基本流路20を等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材13を密接させて配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、流路内の整流を効果的に行うことができる。この結果、安定して精度のよい流量計測ができるようになる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the downstream end portion of the plurality of divided channels formed by equally dividing the
請求項2記載の発明によれば、基本流路20を等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材13を密接させて配置するとともに、圧損部材13の配置場所付近の下流側にマイクロフローセンサ11Aを配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、より整流効果の高い箇所での流量測定が可能になる効果がある。
According to the second aspect of the present invention, a wire mesh that causes an equal pressure loss to the entire cross section of the basic flow path at the downstream end portions of the plurality of divided flow paths formed by equally dividing the
以下、本発明の実施の形態を図1〜図4に基づいて説明する。
まず、本発明の流量計の適用例について説明する。図1は、本発明の流量計の適用例を示す説明図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, application examples of the flowmeter of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory view showing an application example of the flowmeter of the present invention.
図1に示すように、本実施形態の流量計1は、基本的に、流量センサ11、整流板12及び圧損部材13を含んで構成される。この構成に関しては、図2〜図5で後述する。
As shown in FIG. 1, the
この流量計1は、例えばガスメータ100に適用されて、その流路2に設置される。このガスメータ100はガス供給源側である上流側配管101A及びガス消費源側である下流側配管102Aの間に接続される。この上流側配管101A及び下流側配管102Aは所定の間隔を有して、ガスメータ100の流入口101及び流出口102がそれぞれ連結される。
This
流入口101から流入したガスは、ガスメータ100内部の流路2を通過し、流出口102に流出していく。この流路2の一部には上記流量計1の流量センサ11が取り付けられ、ここでのガス流がこの流量センサ11によって計測される。この近辺は、例えば、円形、正方形或いは矩形断面をした細長い直方体形状をしている。
The gas flowing in from the
流量センサ11としては、例えば、マイクロフローセンサや超音波ソナーが用いられる。この流量センサ11による検出信号は、制御部3に供給されてディジタル信号に変換される。制御部3は、このディジタル信号を基にして、流路2を流れるガスの瞬時的な流速を求め、これに流路2の断面積及びその構造に依存する係数を乗じて、流路2内を流れるガスの瞬時流量を求める。更に、制御部3は上記瞬時流量を所定の周期でサンプリングし、このサンプリング周期に基づいて、ガス配管内を流れるガスの積算流量を求めて、表示部4に表示させる。
As the flow sensor 11, for example, a micro flow sensor or an ultrasonic sonar is used. The detection signal from the flow sensor 11 is supplied to the
また、流路2を通過するガス流は、圧力センサ及び遮断弁装置5の圧力センサ装置によって、ガス圧が計測されている。このガス圧計測値は、制御部3に供給される。制御部3は、このガス圧及び上述したガス流量を監視しており、異常値を検知した場合には、圧力センサ及び遮断弁装置5の遮断弁を閉制御して流路2を流れるガスを遮断する。また異常時に制御部3は、上記表示部4に異常であることを警報表示させるようにしてもよい。
The gas pressure passing through the
また、制御部3には、上記異常状態を解除された後のリセット操作をするためのリセットボタン及び各種の設定用スイッチ等を含むスイッチ6が接続されている。なお、7はガスメータ100の各部に所定の駆動電源を供給する電源であり、例えば、CR電池が用いられる。
The
次に、図2〜図5を用いて、本発明の流量計のいくつかの実施形態について説明する。図2(A)〜(C)は、本発明の流量計の第1実施形態を示す概略断面図である。図3(A)〜(C)は、本発明の流量計の第2実施形態を示す概略断面図である。図4(A)〜(C)は、本発明の流量計の第3実施形態を示す概略断面図である。図5(A)〜(C)は、本発明の流量計の第4実施形態を示す概略断面図である。なお、各図(B)及び(C)はそれぞれ、流路分割部材を含む基本流路を矢印で示す上流側及び下流側からみたものである。 Next, several embodiments of the flowmeter of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2C are schematic cross-sectional views illustrating a first embodiment of the flowmeter of the present invention. FIGS. 3A to 3C are schematic cross-sectional views showing a second embodiment of the flowmeter of the present invention. 4A to 4C are schematic cross-sectional views showing a third embodiment of the flowmeter of the present invention. 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing a fourth embodiment of the flow meter of the present invention. Each of FIGS. (B) and (C) shows the basic flow path including the flow path dividing member as viewed from the upstream side and the downstream side indicated by arrows.
図2(A)〜(C)に示す第1実施形態においては、基本流路20は、矩形断面を有する矩形基本流路20Aである。この矩形基本流路20Aには、例えば、流量センサ11としてのマイクロフローセンサ11Aにより、ここを流れる流体の流速が測定される。そして、この矩形形状は、所定の長さにわたり一定である。
In the first embodiment shown in FIGS. 2A to 2C, the
この矩形基本流路20Aには、被測定流体の流れと平行方向に所定長さだけ延び、矩形基本流路20Aを等分割して、複数の分割流路を形成する流路分割部材12としての複数の整流板12Aが配設されている。複数の整流板12Aは、矩形基本流路20Aの天井面及び床面に平行に、均等間隔に配設された複数、この例では6枚の整流板12Aで構成される。各整流板12Aは共に同等部材及び同等形状、例えば、耐熱性プラスティック製の長方形薄板で構成されている。
The rectangular
そして、この整流板12Aの下流側端部に密接させて生じさせる圧損部材13としての長方形メッシュ13Aが配置されている。長方形メッシュ13Aは、金属製の細長い針金を網の目状に編んで構成されている。そして、ひとつひとつの網の目は共に、正方形状の同一形状をしてメッシュ面を形成している。この長方形メッシュ13Aは、この矩形基本流路20Aの断面に対して、単位面積あたりの流速に対してどの箇所に対しても同等の圧力損失、すなわち、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を発生させ、この圧力損失は流速に対して単調増加するものとする。
And the
流量センサ4としては、例えば、公知のマイクロフローセンサ11Aが使用される。このマイクロフローセンサは、シリコンチップ上にヒータを挟んで所定の間隔を持って上流側に及び下流側に温度センサが配置された測定面を有する。このようなマイクロフローセンサでは、ヒータにより発せられた熱が、上記矩形基本流路20Aを通過するガスを媒体として、上記上流側に及び下流側の温度センサの付近に伝わると、この伝わった熱に応じた温度に応じた起電力が各温度センサに発生する。この発生した起電力の差が、基本流路20を流れる流速に対応する熱起電力信号として、上記制御部3に出力される。この熱起電力信号はアナログ値であるので、制御部3でディジタル信号に変換される。このマイクロフローセンサ11Aの測定面は、分割流路のうちの少なくともひとつに暴露するように配置されている。
As the flow sensor 4, for example, a known
このようなマイクロフローセンサ11Aは、流量センサ4は、図に示すように分割流路の途中で測定面が暴露するように配置されている。また、マイクロフローセンサ11Aは、長方形メッシュ13Aの配置場所付近の下流側、すなわち、矩形基本流路20Aの出口付近に、その測定面が暴露するように配置してもよい(図3参照)。なお、流量センサ11としては、上記マイクロフローセンサ11Aの他、公知のサーモパイル型のものを用いることが好ましいが、狭い範囲の流速を計測できるものであればこれ以外のものであってもよい。
In such a
図3(A)〜(C)に示す第2実施形態においては、上記第1実施形態の整流板12Aの替わりに、流路分割部材12として整流格子12Bが用いられる。整流格子12Bは、整流板12Aと同様の材質の耐熱性プラスティック製の複数の長方形薄板が、直行するように格子状に組み合わされて構成される。この整流格子12Bによる分割流露は共に等しい略正方形状断面をしている。
In the second embodiment shown in FIGS. 3A to 3C, a
他の構成要件は、上記第1実施形態と同様であるが、但し、この実施形態においては、マイクロフローセンサ11Aは、長方形メッシュ13Aの配置場所付近の下流側、すなわち、矩形基本流路20Aの出口付近に、その測定面が暴露するように配置されている。もちろん、図2で示したように、分割流路の途中で測定面が暴露するように配置されてもよい。
The other constituent elements are the same as those in the first embodiment, except that in this embodiment, the
上述したように、第1及び第2実施形態によれば、基本流路20(矩形基本流路20A)が均等に分割された分割流路では、流路分割部材12(整流板12A又は整流格子12B)及び圧損部材13(長方形メッシュ13A)により、基本流路20の流れが偏りなく、かつ乱れがないように整流されているので、流量センサ11(マイクロフローセンサ11A等)により、安定した平均流速が測定される。この結果、基本流路20全体の流量を安定して精度よく測定できるようになる。特に、第1及び第2実施形態によれば、整流板12A及び整流格子12Bを構成する薄板の数を調整することによって、分割経路を増やすことにより、容易に大流量にも対応できる効果がある。
As described above, according to the first and second embodiments, in the divided flow path in which the basic flow path 20 (rectangular
図4(A)〜(C)に示す第3実施形態においては、基本流路20は、円形断面を有する円筒基本流路20Bである。この円筒基本流路20Bには、例えば、流量センサ11としての超音波ソナー11Bにより、ここを流れる流体の流速が測定される。そして、この円筒形状は、所定の長さにわたり一定である。
In the third embodiment shown in FIGS. 4A to 4C, the
この矩形基本流路20Aには、被測定流体の流れと平行方向に所定長さだけ延び、基本流路20を等分割して、複数の分割流路を形成する流路分割部材12としての多角柱ハニカム構造体12Cが設けられている。この例では、多角柱ハニカム構造体12Cは耐熱性プラスティック製薄板で仕切られた正六角柱ハニカム構造体であり、この構造体の外周部は円筒基本流路20Bの内壁と形状的に整合しないので、耐熱性プラスティックで補填されている。また、分流経路である複数の正六角柱ハニカムは、すべて同形状である。これらにより、複数の分流経路に確実に流体が均等に流れる。
This rectangular
そして、この多角柱ハニカム構造体12Cの下流側端部に密接させて生じさせる圧損部材13としての円形メッシュ13Bが配置されている。円形メッシュ13Bは、金属製の細長い針金を網の目状に編んで構成されている。そして、ひとつひとつの網の目は共に、正方形状の同一形状をしてメッシュ面を形成している。これは、図2で示した長方形メッシュ13Aを円形に加工することによっても得られる。この円形メッシュ13Bも、上記長方形メッシュ13Aと同様、この円筒基本流路20Bの断面に対して、単位面積あたりの流速に対してどの箇所に対しても同等の圧力損失を発生させ、この圧力損失は流速に対して単調増加するものとする。
And the
流量センサ4としては、例えば、公知の超音波ソナー11Bが使用される。ここでは、一対の超音波ソナー11Bの検出素子はそれぞれ、複数の分割流路のうちの少なくともひとつの分割流路の入口付近及び出口付近に検出素子が暴露するように配置されている。このような一対の超音波ソナー11Bの超音波信号到達時間を利用して、この分割流路を通過する流体の流速が測定される。この超音波信号到達時間は、制御部3によって基本流路20全体の平均流速、或いは流量に換算される。なお、流量センサ11としては、上記のような形状の分割流路に対する設置の容易性から超音波ソナー11Bを用いることが好ましいが、狭い範囲の流速を計測できるものであればこれ以外のものであってもよい。
As the flow sensor 4, for example, a known
図5(A)〜(C)に示す第4実施形態においては、上記第2実施形態の整流板12Aの替わりに、流路分割部材12として円筒ハニカム構造体12Dが用いられる。この円筒ハニカム構造体12Dは、耐熱性プラスティック製の複数の円管が束ねられて構成される。複数の円管はすべて同形状であり、それぞれ分流経路を構成している。この構造体12Dの外周部は円筒基本流路20Bの内壁と形状的に整合しないので、耐熱性プラスティックで補填されている。また、各分流経路間も同様に補填されている。これにより、複数の分流経路に流体が均等に流れるようになる。他の構成要件は、図4で示した第3実施形態とと同様であるので、ここでは説明を省略する。
In the fourth embodiment shown in FIGS. 5A to 5C, a cylindrical honeycomb structure 12D is used as the flow path dividing member 12 instead of the rectifying
上述したように、第3及び第4実施形態によれば、基本流路20(円筒基本流路20B)が均等に分割された分割流路では、流路分割部材12(多角柱ハニカム構造体12C又は円筒ハニカム構造体12D)及び圧損部材13(円形メッシュ13B)により、基本流路20の流れが偏りなく、かつ乱れがないように整流されているので、流量センサ11(超音波ソナー11B等)により、安定した平均流速が測定される。この結果、基本流路20全体の流量を安定して精度よく測定できるようになる。特に、第3及び第4実施形態によれば、分割流路の入口付近及び出口付近に流量センサ11としての一対の超音波ソナー11Bを配置することにより、より流量検出精度を高めることができる効果がある。また、円筒基本流路20Bにも容易に適用可能なので、流用計測の適用範囲も広がる。例えば、ガスメータ内部のみならず、広く流通している断面円形のガス配管にも容易に適用可能になる効果がある。
As described above, according to the third and fourth embodiments, in the divided flow channel in which the basic flow channel 20 (cylindrical
なお、上記図2〜図5で示した各例における圧損部材13の圧力損失は、従来のように流路分割部材12の上流側に配置した時の圧損部材13の半分にしても、十分な整流効果があることが実験により確かめられた。また、圧損部材13の替わりに、圧損部材13の半分の圧力損失を有する2つの圧損部材を流路分割部材12の上流側及び下流側にそれぞれ分散させて配置すると、より効果的である。但し、この場合、下流側では圧損部材を流路分割部材12に密接させ、上流側では圧損部材を流路分割部材12からやや上流側に離しておくことが望ましい。参考のために、図6及び図7において、バラツキにおける整流板とメッシュの距離の関係及びバラツキにおける下流側メッシュ有無の影響をそれぞれ示す。図中、横軸は流量、縦軸はバラツキを示している。 The pressure loss of the pressure loss member 13 in each of the examples shown in FIGS. 2 to 5 is sufficient even if the pressure loss member 13 is half that of the pressure loss member 13 when arranged upstream of the flow path dividing member 12 as in the prior art. Experiments have confirmed that there is a rectifying effect. Further, it is more effective to disperse and dispose two pressure loss members having a pressure loss half that of the pressure loss member 13 on the upstream side and the downstream side of the flow path dividing member 12 instead of the pressure loss member 13. However, in this case, it is desirable that the pressure loss member is in close contact with the flow path dividing member 12 on the downstream side, and the pressure loss member is separated slightly upstream from the flow path dividing member 12 on the upstream side. For reference, FIGS. 6 and 7 show the relationship between the distance between the current plate and the mesh in the variation and the influence of the presence or absence of the downstream mesh in the variation, respectively. In the figure, the horizontal axis indicates the flow rate, and the vertical axis indicates the variation.
以上のように本実施形態によると、基本流路20を等分割して形成した複数の分割流路の下流側端部に、基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材13を密接させて配置することにより、圧力損失を十分に小さくしたまま、流路内の整流を効果的に行うことができる。この結果、安定して精度のよい流量計測ができるようになる。
As described above, according to the present embodiment, the wire mesh that causes an equal pressure loss to the entire cross-section of the basic channel at the downstream end of the plurality of divided channels formed by equally dividing the
1 ガスメータ
2 流路
3 制御部
4 表示部
5 圧力センサ及び遮断弁装置
6 スイッチ
7 電源
11 流量センサ
11A マイクロフローセンサ(流量センサ)
11B 超音波ソナー(流量センサ)
12 流路分割部材
12A 整流板(流路分割部材)
12B 整流格子(流路分割部材)
12C 多角柱ハニカム構造体(流路分割部材)
12D 円筒ハニカム構造体(流路分割部材)
13 圧損部材
13A 長方形メッシュ(圧損部材)
13B 円形メッシュ(圧損部材)
20 基本流路
20A 矩形基本流路(基本流路)
20B 円筒基本流路(基本流路)
101 流入口
102 流出口
DESCRIPTION OF
11B ultrasonic sonar (flow sensor)
12 Flow
12B Rectification grid (channel dividing member)
12C Polygonal honeycomb structure (channel dividing member)
12D Cylindrical honeycomb structure (channel dividing member)
13
13B Circular mesh (pressure loss member)
20
20B Cylindrical basic channel (basic channel)
101 Inlet 102 Outlet
Claims (2)
前記流路分割部材の下流側に前記流路分割部材の端部に密接されて配置され前記基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材と、
前記分割流路のうちの少なくともひとつに、測定面が暴露するように配置された流量センサと、
を含むことを特徴とする流量計。 Provided in a basic flow path in which a fluid to be measured flows and has a constant cross-sectional shape, extends by a predetermined length in a direction parallel to the flow of the fluid to be measured, divides the basic flow path equally, and a plurality of divided flow paths A flow path dividing member that forms
A pressure loss member made of a metal mesh that is arranged in close contact with the end of the flow path dividing member on the downstream side of the flow path dividing member and generates an equal pressure loss over the entire cross section of the basic flow path;
A flow sensor arranged to expose the measurement surface to at least one of the divided flow paths;
A flow meter characterized by including.
前記流路分割部材の下流側に前記流路分割部材の端部に密接されて配置され前記基本流路の断面全域に対して均等の圧力損失を生じさせる金網からなる圧損部材と、
前記圧損部材の配置場所付近の下流側に測定面が暴露するように配置されているマイクロフローセンサと、
を含むことを特徴とする流量計。 Provided in a basic flow path in which a fluid to be measured flows and has a constant cross-sectional shape, extends by a predetermined length in a direction parallel to the flow of the fluid to be measured, divides the basic flow path equally, and a plurality of divided flow paths A flow path dividing member that forms
A pressure loss member made of a metal mesh that is arranged in close contact with the end of the flow path dividing member on the downstream side of the flow path dividing member and generates an equal pressure loss over the entire cross section of the basic flow path;
A microflow sensor arranged so that the measurement surface is exposed to the downstream side in the vicinity of the place where the pressure loss member is arranged;
A flow meter characterized by including.
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