JP2008020278A

JP2008020278A - 流量計測方法及び装置

Info

Publication number: JP2008020278A
Application number: JP2006191384A
Authority: JP
Inventors: Keizo Saito; 敬三齋藤
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】管内を流れる流体の平均流速や流量を、回転体に働くマグヌス効果による揚力を検出して流量に換算することによって、簡単な構造でしかも精密な流量測定を実現する。
【解決手段】上端がモータ５に取り付けられて回転駆動され、下端に軸受を介して応力センサ７が取り付けられている回転体１を、流体の流路に直交して設けるとともに、流体を流した際に回転体１に生じる揚力を応力センサ７で検出し、予め設定されている揚力と流量の較正値から流量を換算することによって、流量を計測する。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種の流体配管中を流れる流体流量を計測する流量計測方法及び装置に関するものである。

従来、流量を測定する手段として、オリフィス、ベンチュリー等の絞り、ピトー管、ラミナー流量計など流速変化に伴う圧力降下を利用して流速を換算する手段は公知である。また、管内流れに直交する方向に置かれた円柱後方に発生するカルマン渦を利用したカルマン渦流量計も公知である。

また、流体流れにより揚力を発生する翼体を設け、この翼体に接続された応力検出器の出力を流速に換算する技術は公知である（特許文献１〜３参照）。
特開２０００−３０４５７８号公報特開平９−０２６３３８号公報特開平７−２８６８７２号公報

しかし、上記従来技術では、脈動の影響、流れに対する絞りの影響、あるいは検出感度、即ち流速に対する揚力の発生が小さい等の欠点があって、脈動を伴う流量の精密な計測には不向きなものであった。また、規則正しいカルマン渦が発生するための流量（レイノルズ数）範囲に制約がある等、広流量範囲の使用には不向きのものもあった。

本発明は、上記従来技術の問題を解決することを目的とするものであり、管内を流れる流体の平均流速や流量を、回転体に働くマグヌス効果による揚力を検出して流量に換算することによって、簡単な構造でしかも精密な流量測定を実現することを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、流体の流路に直交して設けられ回転駆動される回転体と、該回転体に生じる揚力を検出する応力センサを備え、流体を流した際に前記回転体に生じる揚力を応力センサで検出し、予め設定されている揚力と流量の較正値から流量を換算できることを特徴とする流量計測装置を提供する。

前記回転体の上端にモータが取り付けられ、下端に軸受を介して前記応力センサが取り付けられている構成としてもよい。

前記応力センサは、その基端は管路の下流側において管路に直交して取り付けられた固定軸に固定されており、その先端は管路の上流側において前記回転体を駆動するモータ及び回転体を支持する軸受が取り付けられている構成としてもよい。

本発明は上記課題を解決するために、流体の流路に直交して設けられ回転駆動される回転体と、該回転体に生じる揚力を検出する応力センサを備えた流量計測装置を使用して、流体を流した際に前記回転体に生じる揚力を応力センサで検出し、予め設定されている揚力と流量の較正値から流量を換算することを特徴とする流量計測方法を提供する。

本発明は、流路中に配置された回転体に働くマグヌス効果による揚力を検出し流量を換算することができるから、非常に少ない構成要素と簡素な構造によって、正確な流量測定ができる。

本発明に係る流量計測方法及び装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。

図１は、本発明で原理として利用するマグヌス効果を説明する図である。マグヌス効果は、流体中に置かれた回転体１に一方向の揚力Ｆが生じるという現象である。本発明は、この原理を利用し、管内を流れる流体によって、流体中に置かれた回転体１に生じるマグヌス効果による揚力を検出し、これを流量に換算することを特徴とする流量計測方法及び流量計測装置である。

図２は、本発明の概念図である。本発明に係る流量計測方法及び装置は、図２に示すように、管３内の流路に直交して置かれた回転体１を回転させることにより大きな揚力を発生させ、その揚力（具体的には、揚力により回転体に生じる応力）を応力センサ２で検出し、予め較正されて作成された揚力と流量の関係曲線によって流量に換算することで、流量計測を非常に少ない構成要素と簡素な構造の装置で可能とし、しかも検出感度の向上を図るものである。

図３、４は、本発明に係る流量計測方法及び装置の実施例１を説明する図である。図３、４（ａ）、（ｂ）に示すように、流体の流れる管３内に、円柱形から成る回転体１を流路の長手方向に直交して回転可能に配置する。

この回転体１の上端はモータ４に取り付けられ回転駆動される。モータ４は引っ張りコイルバネ５等を介して管３の内面（頂面）に取り付けられている。そして、回転体１の下端は軸受６により回転可能に支持されており、この軸受６は応力センサ７を介して管３の内面（底面）に取り付けられ可動する構造となっている。応力センサ７としては、板状の歪ゲージ等を利用する。

なお、応力センサ７の下端は可撓性の支持部材１３を介して管３の内面に揺動可能に取り付けられているが、図４（ｃ）に示すように、応力センサ７の下端に摺動子１４を付設し、これを管３の内面（底面）にスライド可能な構成としてもよい。

（作用）
以上の構成から成る実施例１の流量計測装置の作用、及び流量計測方法について、以下に説明する。図３に示すように、回転体１をモータ４によりその軸心を中心に矢印方向に回転する。管３路内に矢印（白抜き矢印）方向に流体が流れると、回転体１に働くマグヌス効果による揚力が生じ、図４（ａ）、（ｂ）の矢印Ｆに示すように、流路の長手方向と直交した方向に揚力が作用する。具体的には、流体流れと回転体表面との相対速度差により、流路の長手方向と直交した方向で回転体表面両側に圧力差が生じ、より負圧側に回転体を押すような力が働く。

この揚力によって、応力センサ７に矢印方向の応力が作用し、これを応力センサ７で検出する。そして、流量と応力センサによる検出応力の関係を予め較正し、揚力と流量の関係線図を作成しておけば、応力センサ７によって応力を測定し、これを流量に換算することで、簡単に流量を計測することができる。

図５、６は、本発明に係る流量計測方法及び装置の実施例２を説明する図である。図５、６に示すように、流体の流れる管３内に、実施例１と同様に、円柱形から成る回転体１を流路の長手方向に直交して回転可能に配置する。

この回転体１の上端はモータ４に取り付けられ回転駆動される。モータ４の上端は、取付部材８を介して板状の応力センサ９の先端上部に固定されている。そして、回転体１の下端は軸受６により回転可能に支持されており、この軸受６は取付部材を介して応力センサ７の先端下部に固定されている。

応力センサ９としては、板状の歪ゲージ等を利用する。その先端１０を上流側に向け、その基端１１を下流側に向けて、管３の中心において長手方向に沿うように配置されている。応力センサ９の基端１１は、支軸１２に固定されている。この支軸１２は、その上下端が管３路の頂面及び底面に固定されている。実施例２の構造では、板状部材を回転体後方に近接して取り付けることにより、回転体後方に生じる渦等による圧力で回転体が振動する影響を押さえることで、より高精度の測定が可能となる。

（作用）
以上の構成から成る実施例２の流量計測装置の作用、及び流量計測方法について、以下に説明する。図５に示すように、回転体１をモータ４によりその軸心を中心に矢印方向に回転する。管３内に矢印（白抜き矢印）方向に流体が流れると、回転体１に働くマグヌス効果による揚力が生じる。これによって、図６の矢印に示すように、応力センサ９に対して支軸１２を中心に流路の長手方向に直交した方向に応力が作用する。

この応力を応力センサで検出する。そして、揚力と流量の関係線図を作成しておけば、応力センサ７によって応力を測定し、これを流量に換算することで、簡単に流量を計測することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。

本発明は、以上のように簡単な構造によって正確な流量測定が可能であるから、自動車燃料や排気ガスの流量測定、その他、各種の機器の流量の測定に適用可能である。

本発明の原理を説明する図である。本発明の概念を説明する図である。本発明の実施例１を説明する図である。本発明の実施例１を説明する図である。本発明の実施例２を説明する図である。本発明の実施例２を説明する図である。

符号の説明

１回転体
２応力センサ
３管
４モータ
５引っ張りコイルバネ
６軸受
７応力センサ
８取付部材
９板状の応力センサ
１０板状の応力センサの先端
１１板状の応力センサの基端
１２支軸
１３可撓性の支持部材
１４摺動子
Ｆ揚力

Claims

流体の流路に直交して設けられ回転駆動される回転体と、該回転体に生じる揚力を検出する応力センサを備え、
流体を流した際に前記回転体に生じる揚力を応力センサで検出し、予め設定されている揚力と流量の較正値から流量を換算できることを特徴とする流量計測装置。
前記回転体の上端にモータが取り付けられ、下端に軸受を介して前記応力センサが取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の流量計測装置。
前記応力センサは、その基端は管路の下流側において管路に直交して取り付けられた固定軸に固定されており、その先端は管路の上流側において前記回転体を駆動するモータ及び回転体を支持する軸受が取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の流量計測装置。
流体の流路に直交して設けられ回転駆動される回転体と、該回転体に生じる揚力を検出する応力センサを備えた流量計測装置を使用して、
流体を流した際に前記回転体に生じる揚力を応力センサで検出し、予め設定されている揚力と流量の較正値から流量を換算することを特徴とする流量計測方法。