JP2007333460A - 圧力計一体形マルチ渦流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】より良いマルチ渦流量計となる圧力計一体形マルチ渦流量計を提供する。
【解決手段】マルチ渦流量計１は、流路１３に設けられて被測定流体を通過させる測定管４と、被測定流体の流れに対向するように測定管４に設けられる渦発生体５と、この渦発生体５により生じるカルマン渦に基づく変化を検出する渦検出器６とを有する渦式検出手段７を備える。また、流路１３に突出する感温センサ８及び加熱感温センサ９を有する熱式検出手段１０を備える。さらに、流量変換器１１を備えて、この流量変換器１１に、渦検出器６及び熱式検出手段１０と共に配線される配管内圧力測定用の圧力計３を一体に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、渦流量計の機能と熱式流量計の機能とを兼ね備えてなるマルチ渦流量計に関し、詳しくは、圧力計が一体となるマルチ渦流量計に関する。

流管に流れる被測定流体の流量を計測するために、渦流量計や熱式流量計が用いられている。

渦流量計は、周知のように、流体の流れの中に渦発生体を配設したとき、所定のレイノルズ数範囲では、渦発生体から単位時間内に発生するカルマン渦の数（渦周波数）が気体、液体に関係なく流量に比例することを利用したもので、この比例定数はストローハル数と呼ばれている。渦検出器としては、熱センサ、歪みセンサ、光センサ、圧力センサ、超音波センサ等が挙げられ、これらは渦による熱変化、揚力変化等を検出することが可能なものになっている。渦流量計は、被測定流体の物性に影響されずに流量を測定できる簡易な流量計であって、気体や流体の流量計測に広く使用されている（例えば特許文献１参照）。

熱式流量計は、感温センサ（流体温度検出センサ）と加熱感温センサ（加熱側温度センサ）とを備えて構成されており、温度センサと加熱センサの機能を有する加熱感温センサ（流速センサ（ヒータ））の温度が感温センサで計測される温度に対して一定の温度差になるように制御されている。これは、被測定流体を流した時にヒータから奪われる熱量が質量流量と相関があるからであって、ヒータに対する加熱電力量から質量流量が算出されるようになっている（例えば特許文献２参照）。

下記特許文献３には、渦流量計の機能と熱式流量計の機能とを兼ね備えてなるマルチ渦流量計の技術が開示されている。マルチ渦流量計は、微少流量から大流量まで精度よく計測することができ、この点が特に他の流量計よりも優れている。

マルチ渦流量計は、流管の流路を流れる被測定流体の流れの状況に応じて渦流量計の機能と熱式流量計の機能とが使い分けられるようになっている。すなわち、微少流量域や低流量域では、熱式流量計の機能によって計測がなされ、高流量域では、渦流量計の機能によって計測がなされるようになっている。

渦流量計は、流量が低くなって渦差圧が小さくなると渦検出器の感度が不足してしまうことから、マルチ渦流量計では、所定の下限流量で熱式流量計へ機能を切り替えるような制御がなされている。
特許第２８６９０５４号公報 （第３頁、第１図） 特開２００４−１２２２０号公報 （第６頁、第４図） 特開２００６−２９９６６号公報 （第４−８頁、第１−５図）

本願発明者は、流量が低くても流管内の圧力が上昇すると渦差圧が高くなり、これによって流量計の機能を切り替える際の判断基準となる下限流量を下げることが可能であることを見出し、この見出した結果をマルチ渦流量計に反映したいと考えている。本願発明者は、渦流量計の利点を生かすために、できるだけこの渦流量計の機能を用いて流量を測定したいと考えている。このため、流管内の圧力変動を把握する圧力計を備えることがマルチ渦流量計には必要であると本願発明者は考えている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、より良いマルチ渦流量計となる圧力計一体形マルチ渦流量計を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の圧力計一体形マルチ渦流量計は、流路に設けられて被測定流体を通過させる測定管と、前記被測定流体の流れに対向するように前記測定管に設けられる渦発生体と、該渦発生体により生じるカルマン渦に基づく変化を検出する渦検出器とを有する渦式検出手段を備えるとともに、前記流路に突出する感温センサ及び加熱感温センサを有する熱式検出手段を備え、更に流量変換器を備えるマルチ渦流量計において、前記流量変換器に、前記渦検出器及び前記熱式検出手段と共に配線される配管内圧力測定用の圧力計を一体に設けることを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、圧力計の測定値が流量変換器に取り込まれることにより、流量が低くても渦差圧が高い場合を把握することができるようになり、切り替えの際の判断基準となる下限流量を下げることが可能になる。流量変換器に対して一体となる圧力計は、マルチ渦流量計に対して圧力計別置の場合と比べると、配線への外乱影響等を配慮しなくても良い等の利点を有する。これにより、検出精度等を高めることが可能になる。また、流量変換器に対して一体となる圧力計は、マルチ渦流量計に対して圧力計別置の場合と比べると、セットアップが容易になるという利点や、最適な位置での圧力の計測が可能になるという利点を有する。

請求項２記載の本発明の圧力計一体形マルチ渦流量計は、請求項１に記載の圧力計一体形マルチ渦流量計において、前記流路を形成する測定用取付配管を備え、該測定用取付配管に前記流路を流れる前記被測定流体の一部を導入する圧力計測部を形成し、該圧力計測部に前記圧力計を収納することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、圧力計測部が形成されてここに圧力計が収納されることから、カルマン渦に基づく変化の検出に影響のでない状態での圧力計測が可能になる。

本発明によれば、従来よりも格段により良くなるマルチ渦流量計を提供することができるという効果を奏する。また、本発明によれば、できるだけ渦流量計の機能を用いて流量を測定することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の圧力計一体形マルチ渦流量計の一実施の形態を示す正面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は流量変換器の断面図である。

図１及び図２において、引用符号１は本発明のマルチ渦流量計（圧力計一体形マルチ渦流量計）を示している。このマルチ渦流量計１は、渦流量計の機能と熱式流量計の機能とを兼ね備えるように構成されている。また、マルチ渦流量計１は、後述するが、切り替えの際の判断基準となる下限流量を下げることが可能な構造を有するように構成されている。マルチ渦流量計１は、測定用取付配管２、圧力計３、測定管４、渦発生体５、及び渦検出器６を有する渦式検出手段７と、感温センサ８及び加熱感温センサ９を有する熱式検出手段１０と、渦式検出手段７及び熱式検出手段１０からの出力信号に基づいて被測定流体（図示省略）の流速又は流量を算出する流量変換器１１とを備えて構成されている。以下、図１ないし図３を参照しながら各構成について説明する。

測定用取付配管２は、流管１２の中間に着脱自在に取り付けられて（流管１２の中間に限らず、端部に取り付けても可）、この内部に流路１３を形成する例えば図示のような筒状の構造体として形成されている。測定用取付配管２の両端には、それぞれ継ぎ手が形成されている。このような測定用取付配管２の外部には、流量変換器１１が適宜手段で固定されている。測定用取付配管２に形成される流路１３は、断面円形状に形成されている。この流路１３には、被測定流体が矢印方向に流れるようになっている。

流路１３の中間には、測定管４や、感温センサ８及び加熱感温センサ９が設けられている。また、これら測定管４等の上流側で且つ測定管４の近傍には、圧力計測部１４が形成されている（配置は一例であるものとする）。この圧力計測部１４には、圧力計３が収納されるような状態で取り付けられている。圧力計測部１４は、圧力計３を収納する部分と、流路１３を流れる被測定流体の一部を導入する部分とを有している。圧力計３は、流路１３を流れる被測定流体の圧力を計測するためのものであって、ここでは公知の圧力計が用いられている（但し流量変換器１１に対応可能なものとする）。圧力計３は、流量変換器１１に対し一体化するように取り付けられている。圧力計３は、渦検出器６や感温センサ８及び加熱感温センサ９に対して若干上流側に離れた位置で流量変換器１１に対し一体化されている。

測定管４は、管断面が四角形状となる筒状に形成されている（形状は一例であるものとする）。測定管４は、被測定流体が流れる矢印方向に沿って伸びるように形成されている。測定管４の被測定流体が流れる部分には、渦発生体５と、この渦発生体５の下流側に位置する後述の受圧板１５とが設けられている。測定管４の外部には、感温センサ８及び加熱感温センサ９の先端を保持する温度センサ保持部１６が設けられている（本形態では一体であるが、この限りでないものとする）。測定管４は、連結筒部１７を介して渦検出器６に固定されている。本形態において、測定管４を連結した渦検出器６は、測定用取付配管２に対して着脱自在となるように取り付けられている。

渦発生体５は、測定管４の内部に渦を発生させるための部分であって、被測定流体の流れに対向するように、この形状が設定されている。渦発生体５は、本形態において、三角柱形状に形成されている（形状は一例であるものとする。特許文献１の特許第２８６９０５４号公報には幾つかの例が開示されている）。渦発生体５は、測定管４の被測定流体が流入する側の開口部分に設けられている。渦発生体５は、測定管４の開口部分中央に位置するように設けられている。

ここで、渦発生体５により生じる渦について説明する。渦は、測定管４の上記開口部分に流入する被測定流体が渦発生体５に沿って流れる流れによって生じる運動量変化の大きい位置から剥離するもので、渦発生体５の断面が本形態のように三角形状の場合は、三角形エッジ部が剥離点となる。渦発生体５から剥離し流出する渦は、カルマンの安定渦条件に従って、千鳥状に交互に発生し、一定の渦間距離及び渦列間距離を保った渦列を形成しながら流出する。渦間距離は、単位時間当たりに発生する渦の数、すなわち、渦周波数と、所定時間内に、例えば、基準タンク等の基準容器に流入した流体から求めた流量に基づいて算出された単位時間当たりの流速とから求めることができる。

温度センサ保持部１６は、測定管４の下壁から水平方向に、言い換えれば測定管４の両側壁からそれぞれ突出するように形成されている。温度センサ保持部１６は、特に限定するものではないが、平面視の形状が三角形となるように形成されている。温度センサ保持部１６は、測定管４に恰もヒレがあるような形状に形成されている。このような温度センサ保持部１６の三角形頂部近傍には、感温センサ８、加熱感温センサ９の各先端が真っ直ぐに差し込まれるようになっている。

渦検出器６は、渦検出のためのセンサであって、ここでは受圧センサが用いられている。渦検出器６は、測定管４内の渦発生体５の下流側に配置される受圧板（センサ受圧板）１５と、渦検出器６内部に設けられる圧力検出素子板とを有しており、渦発生体５により生じるカルマン渦に基づく変動圧力（交番圧力）を受圧板１５を介して圧力検出素子板により検出するように構成されている。渦検出器６は、本形態において、流量変換器１１に対し一体化するように取り付けられている。

渦式検出手段７は、測定用取付配管２内を流動する被測定流体の流速又は流量を求めるために設けられている。測定用取付配管２内を流動する被測定流体の流速又は流量は、測定管４内を流れる被測定流体の流速又は流量を、測定用取付配管２の部分流速又は部分流量として算出することにより求められるようになっている。これは、測定用取付配管２の管断面の全体ではなく、この一部について測定しても流れが均一ならば全体流量を推定することができることに基づくものである。すなわち、直管を流れる整流された流体の流速分布は、レイノルズ数の関数として与えられるので、測定用取付配管２の中心部から或る距離の位置での流速を測定用取付配管２内の平均流速に換算することができるものである。

熱式検出手段１０を構成する感温センサ８及び加熱感温センサ９は、共に公知のものが用いられている。尚ここでは、具体的な構成についての説明を省略するものとする。本形態の感温センサ８は、棒状の温度センサであり、同じく棒状の加熱感温センサ９は、温度センサと加熱センサの機能を有する流速センサ（ヒータ）であるものとする。感温センサ８及び加熱感温センサ９は、本形態において、流量変換器１１に対し一体化するように取り付けられている。

感温センサ８及び加熱感温センサ９は、測定用取付配管２の流路１３に突出しており、最先端部分が温度センサ保持部１６によって保持されている。感温センサ８及び加熱感温センサ９の各感温部分は、測定管４の近傍に配置されている。感温センサ８及び加熱感温センサ９は、渦検出器６と共に横一列に並んで配置されている（配置は一例であるものとする。渦検出に影響を来さないように配置すれば他でもよいものとする）。尚、感温センサ８及び加熱感温センサ９の各感温部分を温度センサ保持部１６から更に流路１３の中央に突出させるように長くしてもよいものとするのとする（外部から測定用取付配管２に伝わる熱の作用を避けるため）。

流量変換器１１は、変換器ケース１８を有している。この変換器ケース１８の内部には、マイクロコンピュータ等の構成を有するアンプボード１９が設けられている。アンプボード１９には、圧力計３の伝送線２０と、感温センサ８及び加熱感温センサ９の各リードと、渦検出器６の伝送線２１とが接続されている（図３中の感温センサ８及び加熱感温センサ９の配置を便宜上変えて図示している。実際には９０°回転した位置に配置される。渦検出器６の伝送線２１と共に図３の紙面直角方向に並ぶように配置される）。

感温センサ８及び加熱感温センサ９と伝送線２０及び２１は、変換器ケース１８の内部に引き込まれている。感温センサ８及び加熱感温センサ９と伝送線２０及び２１は、外部に露出することなく変換器ケース１８の内部に引き込まれている。感温センサ８及び加熱感温センサ９と、圧力計３と、渦検出器６と、アンプボード１９は、流量計測部及び流量演算部としての機能を有している。

変換器ケース１８の開口部分には、スイッチボード２２やディスプレイボード２３を有する変換器カバー２４がパッキン（符号省略）を挟んだ状態で取り付けられている。変換器ケース１８の一側壁には、伝送ケーブル２５が接続されている。

上記構成及び構造において、本発明のマルチ渦流量計１は、測定用取付配管２の流路１３を流れる被測定流体の流れの状況に応じて渦流量計の機能と熱式流量計の機能とが使い分けられるようになっている。すなわち、微少流量域や低流量域では、熱式流量計の機能によって計測がなされ、高流量域では、渦流量計の機能によって計測がなされるようになっている。本発明のマルチ渦流量計１は、熱式流量計の機能における高流量域計測と、渦流量計の機能における低流量域計測とがある程度ラップするようになっており、流量変換器１１で切り換えが行われるようになっている。

先ず、微少流量域や低流量域を計測する際の作用、すなわち、熱式流量計の機能によって計測を行う場合の作用を説明する。加熱感温センサ９は、感温センサ８で検出された温度に基づいて流量計測を行う。すなわち、流量変換器１１における流量計測部及び流量演算部では、感温センサ８と加熱感温センサ９との温度差が一定（例えば＋３０℃）になるように、加熱感温センサ９を加熱する（電流を流す）とともに、この加熱に係る電流値から質量流量を算出する。算出された質量流量は、所定の単位に換算された後に、変換器カバー２４の上部に設けられた表示部に表示、又は伝送ケーブル２５で送信されて図示しない表示装置に表示される。

上記質量流量の算出について補足説明すると、被測定流体（図示省略）を矢印方向に流したときに、加熱感温センサ９は被測定流体によって冷やされる。感温センサ８との温度差を一定に制御するためには、さらに加熱感温センサ９に電流を流す必要がある。この時、加熱感温センサ９に流れる電流は、質量流量に比例することが知られており、これを利用して質量流量が算出される。

次に、渦流量計の機能によって計測を行う場合の作用を説明する。渦発生体５により生じるカルマン渦に基づく変動圧力（交番圧力）を受圧板１５及び圧力検出素子板において検出する。そして、渦検出器６における検出値から測定管４内を流れる被測定流体の流速又は流量を、測定用取付配管２の部分流速又は部分流量として算出し、測定用取付配管２内を流れる被測定流体の流速又は流量（容積流量）を算出するする。算出された流速又は流量は、所定の単位に換算された後に、変換器カバー２４の上部に設けられた表示部に表示、又は伝送ケーブル２５で送信されて図示しない表示装置に表示される。

流量変換器１１において行われる流量計の機能に係る切り換えに関しては、圧力計３からの測定値が流量変換器１１に取り込まれ、この取り込まれた測定値を加味した上で、熱式流量計の機能から渦流量計の機能へ、或いは渦流量計の機能から熱式流量計の機能への切り替えが行われるようになっている。例えば、流量が低くても測定用取付配管２内の圧力が上昇すると渦差圧が高くなることから、このことによって熱式流量計からの切り替え際の、或いは熱式流量計への切り替え際の判断基準となる下限流量を下げて、この下げた後の下限流量に基づいて切り替えが行われるようになっている。

以上、図１ないし図３を参照しながら説明してきたように、本発明によれば、従来よりも格段により良くなるマルチ渦流量計１を提供することができる。マルチ渦流量計１は、ゼロや微少流量から大流量まで精度よく、被測定流体の流量を計測することができる。

本発明のマルチ渦流量計１の効果に関し、更に幾つか列挙すると、圧力計３を流量変換器１１に一体化するとともに、この圧力計３を感温センサ８及び加熱感温センサ９や渦検出器６と一緒に流量変換器１１へ配線することから、マルチ渦流量計１に対して圧力計が別置となる場合と比べて、配管及び配線構造を簡素化することができる。また、図示の状態からも分かるように圧力計３の伝送線２０を外部に露出させていないことから、外乱に強く誤検出の起こり難い流量計にすることができる。さらに、圧力計３を流量変換器１１に一体化することにより、前記の圧力計別置の場合と比べて、セットアップを容易にすることや、測定管４の近傍で圧力を計測、言い換えれば最適な位置で圧力を計測することができる。

尚、圧力計別置の場合では、この別置の際の作業において、動圧に影響を来すような加工を施してしまう恐れがある。しかしながら、本発明では、予め圧力計３を測定用取付配管２に一体化していることから、動圧に影響を来すような加工を施すことはないものとなる。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

本発明の圧力計一体形マルチ渦流量計の一実施の形態を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 流量変換器の断面図である。

符号の説明

１ マルチ渦流量計（圧力計一体形マルチ渦流量計）
２ 測定用取付配管
３ 圧力計
４ 測定管
５ 渦発生体
６ 渦検出器
７ 渦式検出手段
８ 感温センサ
９ 加熱感温センサ
１０ 熱式検出手段
１１ 流量変換器
１２ 流管
１３ 流路
１４ 圧力計測部
１５ 受圧板
１６ 温度センサ保持部
１７ 連結筒部
１８ 変換器ケース
１９ アンプボード
２０、２１ 伝送線
２２ スイッチボード
２３ ディスプレイボード
２４ 変換器カバー
２５ 伝送ケーブル

Claims (2)

1. 流路に設けられて被測定流体を通過させる測定管と、前記被測定流体の流れに対向するように前記測定管に設けられる渦発生体と、該渦発生体により生じるカルマン渦に基づく変化を検出する渦検出器とを有する渦式検出手段を備えるとともに、前記流路に突出する感温センサ及び加熱感温センサを有する熱式検出手段を備え、更に流量変換器を備えるマルチ渦流量計において、
   前記流量変換器に、前記渦検出器及び前記熱式検出手段と共に配線される配管内圧力測定用の圧力計を一体に設ける
   ことを特徴とする圧力計一体形マルチ渦流量計。
2. 請求項１に記載の圧力計一体形マルチ渦流量計において、
   前記流路を形成する測定用取付配管を備え、該測定用取付配管に前記流路を流れる前記被測定流体の一部を導入する圧力計測部を形成し、該圧力計測部に前記圧力計を収納する
   ことを特徴とする圧力計一体形マルチ渦流量計。

Images