JP2009047536A - 流量計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】流量計測装置に固有の流量係数のばらつき範囲をより小さくすることができる流量計測装置を提供する。
【解決手段】流体を導通させる導通路50における上流側と下流側との所定の2点間に超音波を伝播させる1対の超音波伝播手段により計測された流体の速度と導通路における流体の流れ方向に対して垂直となる断面積とにより流体の流量値を算出する流量演算手段を有する流量計測装置であって、導通路50において超音波の伝播経路を含む領域は、超音波の伝播及び流体の流れを遮ることのないように複数の層50aが積層するように構成されており、複数の層50aの、流体の流れ方向と超音波の伝播方向とに垂直な積層方向を示す層厚さにおいて、超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さく形成されている。
【選択図】図2
【解決手段】流体を導通させる導通路50における上流側と下流側との所定の2点間に超音波を伝播させる1対の超音波伝播手段により計測された流体の速度と導通路における流体の流れ方向に対して垂直となる断面積とにより流体の流量値を算出する流量演算手段を有する流量計測装置であって、導通路50において超音波の伝播経路を含む領域は、超音波の伝播及び流体の流れを遮ることのないように複数の層50aが積層するように構成されており、複数の層50aの、流体の流れ方向と超音波の伝播方向とに垂直な積層方向を示す層厚さにおいて、超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さく形成されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、流体の流量を計測する流量計測装置に関し、詳しくは超音波式の流量計測装置に関する。
この種の流量計測装置として例えば一般家庭用の超音波式ガスメータがあり、例えば特許文献1に開示された技術では、導通路を流れる被計測流体に超音波を伝播させて、その超音波の伝播時間または伝播速度が被計測流体の流速によって変化することを利用して被計測流体の流量を計測している。
この計測方法では、一般に導通路における被計測流体の流れの様相が大幅に変化すると、それに起因して計測誤差が大きくなる傾向にある。そのため、特許文献1では、導通路を整流板で厚さ(複数の層の積層方向の高さ)が均等になるように複数の層に分割して流速分布を均一または安定化させて計測精度を向上させている。
そして流量計測装置は、このように計測した流量に対して、流量計測装置毎に求めた補正係数(流量係数)を積算して流量値を求め、どの流量計測装置も正確な流量値を求めることができるようにしている。
特開2006−64626号公報
この計測方法では、一般に導通路における被計測流体の流れの様相が大幅に変化すると、それに起因して計測誤差が大きくなる傾向にある。そのため、特許文献1では、導通路を整流板で厚さ(複数の層の積層方向の高さ)が均等になるように複数の層に分割して流速分布を均一または安定化させて計測精度を向上させている。
そして流量計測装置は、このように計測した流量に対して、流量計測装置毎に求めた補正係数(流量係数)を積算して流量値を求め、どの流量計測装置も正確な流量値を求めることができるようにしている。
上記の流量係数は、流量計測装置として要求される計測精度を個々の流量計測装置で満足させるために、例えば流量計測装置の検査工程にて、基準となる種々の流量の流体を用い、流量計測装置毎の流量係数を求めて、その流量計測装置に固有の流量係数を記憶させている。
なお、この流量係数は、種々の流量に対するばらつき範囲が小さいほうが、検査工程での基準流量の種類(検査ポイント)を削減でき、時間とコストを節約することができるので、より好ましい。
従来から、種々の流量に対する流量係数のばらつき範囲(例えば0.9〜1.1程度)をより小さくするために、様々な試行や実験が行われている。特に、縦横比の大きな矩形断面流路を層状に重ねて配置(同一の高さの層を積層)すると効果が高く、特許文献1にも開示されているが、流量係数のばらつき範囲の更なる縮小が要望されている。
なお、この流量係数は、種々の流量に対するばらつき範囲が小さいほうが、検査工程での基準流量の種類(検査ポイント)を削減でき、時間とコストを節約することができるので、より好ましい。
従来から、種々の流量に対する流量係数のばらつき範囲(例えば0.9〜1.1程度)をより小さくするために、様々な試行や実験が行われている。特に、縦横比の大きな矩形断面流路を層状に重ねて配置(同一の高さの層を積層)すると効果が高く、特許文献1にも開示されているが、流量係数のばらつき範囲の更なる縮小が要望されている。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、流量計測装置に固有の流量係数のばらつき範囲をより小さくすることができる流量計測装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するための手段として、本発明の第1発明は、請求項1に記載されたとおりの流量計測装置である。
請求項1に記載の流量計測装置は、本体ケースと、前記本体ケースの内部に流体を導通させる導通路と、前記導通路における上流側と下流側との所定の2点間に超音波を伝播させる1対の超音波伝播手段と、前記超音波伝播手段により計測された流体の速度と前記導通路における前記流体の流れ方向に対して垂直となる断面積とにより前記流体の流量値を算出する流量演算手段と、を有する流量計測装置である。
前記導通路において前記超音波の伝播経路を含む領域は、前記超音波の伝播及び前記流体の流れを遮ることのないように複数の層が積層するように構成されており、前記複数の層の、前記流体の流れ方向と前記超音波の伝播方向とに垂直な積層方向を示す層厚さにおいて、前記超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、前記超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さく形成されている。
請求項1に記載の流量計測装置は、本体ケースと、前記本体ケースの内部に流体を導通させる導通路と、前記導通路における上流側と下流側との所定の2点間に超音波を伝播させる1対の超音波伝播手段と、前記超音波伝播手段により計測された流体の速度と前記導通路における前記流体の流れ方向に対して垂直となる断面積とにより前記流体の流量値を算出する流量演算手段と、を有する流量計測装置である。
前記導通路において前記超音波の伝播経路を含む領域は、前記超音波の伝播及び前記流体の流れを遮ることのないように複数の層が積層するように構成されており、前記複数の層の、前記流体の流れ方向と前記超音波の伝播方向とに垂直な積層方向を示す層厚さにおいて、前記超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、前記超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さく形成されている。
また、本発明の第2発明は、請求項2に記載されたとおりの流量計測装置である。
請求項2に記載の流量計測装置は、請求項1に記載の流量計測装置であって、前記超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、前記超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さく形成されている代わりに、前記超音波伝播手段に対向している位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの小さな層に形成されており、前記超音波伝播手段に対向していない位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの大きな層に形成されている。
請求項2に記載の流量計測装置は、請求項1に記載の流量計測装置であって、前記超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、前記超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さく形成されている代わりに、前記超音波伝播手段に対向している位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの小さな層に形成されており、前記超音波伝播手段に対向していない位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの大きな層に形成されている。
請求項1に記載の流量計測装置では、どの層も均等な層厚さに構成した流量計測装置と比較して、流量計測装置に固有の流量係数のばらつき範囲をより小さくすることができる。
また、流量計測装置の設計段階では請求項1に記載したように、超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さくなるように設計しても、組み付け誤差等により、実際には超音波伝播手段に対向している位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの小さな層に形成されており、超音波伝播手段に対向していない位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの大きな層に形成されていれば、図7及び図8に示すサンプル名称「No.9」、「No.10」に示すように、流量係数のばらつき範囲がより小さな、良好な結果を得ることができる。
以下に本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図1は、本発明の流量計測装置1の一実施の形態における概略外観図である。
●[流量計測装置1の外観(図1)]
図1を用いて、本実施形態の流量計測装置1の外観を説明する。図1(A)は正面を含む斜視図を示しており、図1(B)は背面を含む斜視図を示している。なお、各図のX軸、Y軸、Z軸は、X軸及びY軸が水平方向を示す軸であり、Z軸が垂直方向を示す軸である。また、表示手段1cを含む面が正面である。
本体ケース10の上部には、流体の供給元から供給される流体が流入する供給元流入口1aと、流体を使用する設備等に流体を流出する設備流出口1bを備えている。
また本体ケース10の正面には表示手段1cが設けられており、流体の積算値等を表示させることが可能である。なお、表示手段1cの近傍に表示内容を切替えるための表示操作部(表示切替えスイッチ等)を設け、表示操作部を操作することで、表示手段1cへの表示内容を切替え可能とすることもできる。
また、端子カバー1eを取り外すと、通信装置を接続可能な通信端子(図示せず)が現れる。この通信端子に通信回線及び通信装置を接続すれば、流量計測装置1と通信装置との間で通信を行うことが可能になる。
図1を用いて、本実施形態の流量計測装置1の外観を説明する。図1(A)は正面を含む斜視図を示しており、図1(B)は背面を含む斜視図を示している。なお、各図のX軸、Y軸、Z軸は、X軸及びY軸が水平方向を示す軸であり、Z軸が垂直方向を示す軸である。また、表示手段1cを含む面が正面である。
本体ケース10の上部には、流体の供給元から供給される流体が流入する供給元流入口1aと、流体を使用する設備等に流体を流出する設備流出口1bを備えている。
また本体ケース10の正面には表示手段1cが設けられており、流体の積算値等を表示させることが可能である。なお、表示手段1cの近傍に表示内容を切替えるための表示操作部(表示切替えスイッチ等)を設け、表示操作部を操作することで、表示手段1cへの表示内容を切替え可能とすることもできる。
また、端子カバー1eを取り外すと、通信装置を接続可能な通信端子(図示せず)が現れる。この通信端子に通信回線及び通信装置を接続すれば、流量計測装置1と通信装置との間で通信を行うことが可能になる。
●[流量計測装置1の内部構造(図2)]
次に、図2に示す断面図を用いて、流量計測装置1の内部構造について説明する。
まず供給元流入口1aから流入された流体は、第1流路形成部材40(遮断弁60を含む)、導通路50、第2流路形成部材48(圧力センサ62を含む)を順に通過して設備流出口1bから流出される。この導通路50は略水平に配置され、第1流路形成部材40と第2流路形成部材48は略垂直に配置されている。そのため流体の流路は、第1流路形成部材40と導通路50と第2流路形成部材48によって略U字状に構成されている。
また、圧力センサ62は、第2流路形成部材48を通過する流体の圧力を検出する。例えば、検出した圧力が所定圧力範囲から逸脱した場合、制御手段(CPU等を備えた制御手段であり、図示せず)は、遮断弁60を駆動して、第1流路形成部材40の内部を閉鎖し、供給元流入口1aから流入する流体を遮断する。
次に、図2に示す断面図を用いて、流量計測装置1の内部構造について説明する。
まず供給元流入口1aから流入された流体は、第1流路形成部材40(遮断弁60を含む)、導通路50、第2流路形成部材48(圧力センサ62を含む)を順に通過して設備流出口1bから流出される。この導通路50は略水平に配置され、第1流路形成部材40と第2流路形成部材48は略垂直に配置されている。そのため流体の流路は、第1流路形成部材40と導通路50と第2流路形成部材48によって略U字状に構成されている。
また、圧力センサ62は、第2流路形成部材48を通過する流体の圧力を検出する。例えば、検出した圧力が所定圧力範囲から逸脱した場合、制御手段(CPU等を備えた制御手段であり、図示せず)は、遮断弁60を駆動して、第1流路形成部材40の内部を閉鎖し、供給元流入口1aから流入する流体を遮断する。
また本体ケース10の内部には、この導通路50における上流側と下流側との所定の2点間に超音波を伝播させる1対の超音波送受信センサ51c、51c(一対の超音波伝播手段に相当。図4参照)を有している。また超音波送受信センサ51c、51cにより計測された流体の流速と導通路50における流体の流れ方向(X軸方向)に対して垂直となる断面S(図3参照)とにより前記流体の流量値を算出する流量演算手段(CPU等であり、図示省略)を有している。
また、導通路50において超音波の伝播経路を含む領域は、超音波の伝播および流体の流れを遮ることのないように、複数の層50aが積層するように構成されている。なお、図2に示す例では、5枚の整流板53を上下方向(積層方向)に所定の間隔(図2において、h)で配置して、6個の層50aが積層するように構成している。
この例では、各層50aの積層方向を示す層厚さ(h)が等しい例を示しているが、発明者は種々の実験の結果、超音波送受信センサ51c、51cと対向する位置の層の層厚さを、他の層(超音波送受信センサ51c、51cと対向しない位置の層)の層厚さよりも、小さく形成すると、流量係数のばらつき範囲をより小さくできる(後述する)ことを確認した。
このように整流板53を配置すると、超音波の伝播経路で流体は整流されるため超音波送受信センサ51c、51cの検出精度が向上し精度の高い流量を算出することができる。また整流板53は流体を整流するだけでなく、一方の超音波送受信センサ51cから送信された超音波を他方の超音波送受信センサ51cに適切に誘導する効果も有している。
この例では、各層50aの積層方向を示す層厚さ(h)が等しい例を示しているが、発明者は種々の実験の結果、超音波送受信センサ51c、51cと対向する位置の層の層厚さを、他の層(超音波送受信センサ51c、51cと対向しない位置の層)の層厚さよりも、小さく形成すると、流量係数のばらつき範囲をより小さくできる(後述する)ことを確認した。
このように整流板53を配置すると、超音波の伝播経路で流体は整流されるため超音波送受信センサ51c、51cの検出精度が向上し精度の高い流量を算出することができる。また整流板53は流体を整流するだけでなく、一方の超音波送受信センサ51cから送信された超音波を他方の超音波送受信センサ51cに適切に誘導する効果も有している。
次に、この整流板53の厚み(図2において、Z方向の厚み)について説明する。整流板53が必要以上に厚いと、超音波送受信センサ51c、51cによる超音波信号の受信レベルに影響する(整流板53が厚いほど、受信レベルが小さくなる傾向がある)ため、薄いほうが好ましい。受信レベルが所定値よりも小さい場合、図示しない電子回路で増幅するが、受信レベルが小さいほど増幅度が大きくなり、ノイズ成分も大きくなり、計測精度が悪くなる(S/Nが低下する)。しかし、組み付け強度、耐振動性等より薄さにも限界がある。発明者は種々の実験の結果、厚さ0.3[mm]以下のステンレス板を用いることが良好な計測精度を得られることを確認した。なお、強度及び耐振動性及び受信レベルの観点から0.2[mm]程度が望ましいことを実験的に確認し、より好ましい計測精度を得ることができた。なお、材質はステンレスに限定されず、種々のものを用いることができる。また、ステンレス板以上の強度があれば0.2[mm]以下にしても良いことは言うまでもない。
なお、この整流板53の長さ(流体の流れる方向の長さ)は、少なくとも導通路50内の超音波送受信センサ51c、51cの伝播経路を含むように配置されていればよい。
なお、この整流板53の長さ(流体の流れる方向の長さ)は、少なくとも導通路50内の超音波送受信センサ51c、51cの伝播経路を含むように配置されていればよい。
●[計測管52および計測管ケース51(51a、51b)の構造(図3、図4)]
次に、図3を参照して導通路50を形成する計測管52および計測管ケース51について説明する。
図3に示すように計測管52は、筒形状のストレート状であり計測管上ケース51aと計測管下ケース51bとによって上下方向から挟み込まれる構造となる。そして計測管52は、計測管上ケース51aと計測管下ケース51bとの内壁に密着するように組み付けられている。また、この計測管52を組み付けた計測管ケース51(51a、51b)も本体ケース10の内壁に密着するように組み付けられている。そのため供給元流入口1aから流入した全ての流体は導通路50を通過して設備流出口1bから流出される。なお、この計測管ケース51(51a、51b)は、例えばダイキャスト等の高い剛性を有する部材で成形されている。また、この計測管52は、例えば一般的な樹脂によって成形されている。
次に、図3を参照して導通路50を形成する計測管52および計測管ケース51について説明する。
図3に示すように計測管52は、筒形状のストレート状であり計測管上ケース51aと計測管下ケース51bとによって上下方向から挟み込まれる構造となる。そして計測管52は、計測管上ケース51aと計測管下ケース51bとの内壁に密着するように組み付けられている。また、この計測管52を組み付けた計測管ケース51(51a、51b)も本体ケース10の内壁に密着するように組み付けられている。そのため供給元流入口1aから流入した全ての流体は導通路50を通過して設備流出口1bから流出される。なお、この計測管ケース51(51a、51b)は、例えばダイキャスト等の高い剛性を有する部材で成形されている。また、この計測管52は、例えば一般的な樹脂によって成形されている。
また計測管上ケース51aの流体の流れ方向(図3において、左下から右上方向を示すX軸方向)に対する両側面には、既に説明した一対の超音波送受信センサ51c、51cが設けてある。また計測管52の流体の流れ方向(図3において、X軸方向)に対する両側面には、超音波送受信センサ51c、51cが超音波を送受信可能にするための開口部52c、52cが形成してある。この開口部52c、52cにより計測管52を計測管ケース51に組み付けた状態でも、一対の超音波送受信センサ51c、51cは互いに超音波を送受信できる。
また、導通路50には流体の流れる方向に対して垂直な断面Sが矩形に形成されており、この断面Sは断面積の誤差が非常に小さくなるように高精度に形成されている。これは、流体の流量は超音波送受信センサ51c、51cによって計測された流体の速度と前記断面Sの面積に基づいて算出されるためであり詳細は後述する。
また、導通路50には流体の流れる方向に対して垂直な断面Sが矩形に形成されており、この断面Sは断面積の誤差が非常に小さくなるように高精度に形成されている。これは、流体の流量は超音波送受信センサ51c、51cによって計測された流体の速度と前記断面Sの面積に基づいて算出されるためであり詳細は後述する。
次に、図4を参照して計測管52を組み付けた計測管ケース51(51a、51b)を水平面(XY平面)で切断した面を下側から見た場合の断面図について説明する。この図からも明らかなように、既に説明した超音波送受信センサ51c、51cは流体の流れ方向に対して所定の角度「θ」をもって対向するように組み付けられている。ここで音速が「C」であり、流体の流速が「U」であり、超音波送受信センサ51c、51c間の超音波伝播距離が「L」である場合の超音波の伝播時間をそれぞれ算出する。上流→下流においては「T1=L/(C+Ucosθ)」の関係が成立し、下流→上流においては「T2=L/(C−Ucosθ)」の関係が成立する。この両式より流速「U」を算出すると「U=(L/2cosθ)((1/T1)−(1/T2))」となる。そして流量演算手段は、この算出した流速Uに断面Sと流量係数Kとを積算して流量を算出している。ここで流量係数Kとは、流体の流量を補正させるための係数である。
●[計測管52の内部構造(図5)]
次に、図5を参照して計測管52の内部構造を説明する。計測管52は、流体の流れる方向に対して垂直な断面が「L」字状となる2つの計測管上部材52a及び計測管下部材52bにて、断面が矩形の筒状となるように接合されて構成されている。なお、この接合の際、内部に5枚の整流板53が収容される。計測管上部材52a及び計測管下部材52bの各内壁における各整流板53との当接部位には、各整流板53を挟み込むための溝52zがそれぞれ設けられており、前記溝52zにて整流板53が位置決め支持されている。
また、計測管上部材52a及び計測管下部材52bにおいて、矩形の筒状に接合した際の当接部位には、凸部52xあるいは凹部52yが各々に設けられており、前記凸部52x及び凹部52yにて位置決めされる。
次に、図5を参照して計測管52の内部構造を説明する。計測管52は、流体の流れる方向に対して垂直な断面が「L」字状となる2つの計測管上部材52a及び計測管下部材52bにて、断面が矩形の筒状となるように接合されて構成されている。なお、この接合の際、内部に5枚の整流板53が収容される。計測管上部材52a及び計測管下部材52bの各内壁における各整流板53との当接部位には、各整流板53を挟み込むための溝52zがそれぞれ設けられており、前記溝52zにて整流板53が位置決め支持されている。
また、計測管上部材52a及び計測管下部材52bにおいて、矩形の筒状に接合した際の当接部位には、凸部52xあるいは凹部52yが各々に設けられており、前記凸部52x及び凹部52yにて位置決めされる。
ここで、計測管上部材52a及び計測管下部材52bを「コ」の字形に形成した場合は抜き勾配が必須となるため、計測管52において流体の流れる方向と垂直な面による断面Sの各角が直角でなくなり、断面Sの精度にばらつきが発生する可能性がある。また、整流板53を計測管52にインサート成形する場合も、抜き勾配が必要なため、断面Sの精度に問題が発生する(要求精度を満足できない)可能性がある。
しかし、本実施の形態では、計測管上部材52a及び計測管下部材52bを「L」字状に形成しているため、抜き勾配は必要でない。このため、断面Sの各角を直角とすることが可能であり、例えば樹脂を用いて計測管上部材52a及び計測管下部材52bを形成しても、面積Sの精度を充分確保することができる。また、樹脂で形成する場合、コストを低減できるだけでなく、内壁の平面度を確保し易く、より乱流を抑制することができる。
また、開口部52cには、内壁側にその内壁と略同一面を形成するように乱流抑制部材54が設けられている。
しかし、本実施の形態では、計測管上部材52a及び計測管下部材52bを「L」字状に形成しているため、抜き勾配は必要でない。このため、断面Sの各角を直角とすることが可能であり、例えば樹脂を用いて計測管上部材52a及び計測管下部材52bを形成しても、面積Sの精度を充分確保することができる。また、樹脂で形成する場合、コストを低減できるだけでなく、内壁の平面度を確保し易く、より乱流を抑制することができる。
また、開口部52cには、内壁側にその内壁と略同一面を形成するように乱流抑制部材54が設けられている。
●[乱流抑制部材54の構造(図6)]
次に、図6を参照して乱流抑制部材54について説明する。乱流抑制部材54には、幅EHh、高さEHvの範囲において、微細孔EHが略2次元状に設けられている。なお、幅EHh及び高さEHvは、計測管52の開口部52cとほぼ同じ寸法である。
本実施の形態に示す乱流抑制部材54は、磁石につくステンレスを用いており、厚さ(Y軸方向の幅)は約0.1[mm]である。例えば乱流抑制部材54の微細孔EHは、フォトエッチングにて形成する。そして、磁石に乱流抑制部材54をつけて金型に樹脂を流し込み、計測管上部材52aまたは計測管下部材52bと乱流抑制部材54とを一体成形する。
微細孔EHの形状及び径、そして微細孔EHの水平方向のピッチPh、及び垂直方向のピッチPvは、種々の実験により、最適な形状及び寸法が求められる。
次に、図6を参照して乱流抑制部材54について説明する。乱流抑制部材54には、幅EHh、高さEHvの範囲において、微細孔EHが略2次元状に設けられている。なお、幅EHh及び高さEHvは、計測管52の開口部52cとほぼ同じ寸法である。
本実施の形態に示す乱流抑制部材54は、磁石につくステンレスを用いており、厚さ(Y軸方向の幅)は約0.1[mm]である。例えば乱流抑制部材54の微細孔EHは、フォトエッチングにて形成する。そして、磁石に乱流抑制部材54をつけて金型に樹脂を流し込み、計測管上部材52aまたは計測管下部材52bと乱流抑制部材54とを一体成形する。
微細孔EHの形状及び径、そして微細孔EHの水平方向のピッチPh、及び垂直方向のピッチPvは、種々の実験により、最適な形状及び寸法が求められる。
ここで、乱流抑制部材54を金属の繊維を編み込んだメッシュを用いた場合、微視的に見ると各繊維が表と裏に交互に編み込まれているため表面に凹凸があり、流体の流れによる微細な乱流が発生し易く、超音波送受信センサ51c、51cの検出精度への影響が比較的大きい。しかし、微細孔EHを有する本実施の形態に示す乱流抑制部材54の場合、微視的に見ても表面の凹凸がほとんどなく、流体の流れによる乱流の発生が抑制され、超音波送受信センサ51c、51cの検出精度への影響が比較的小さい。
また、メッシュの場合は各繊維と繊維による隙間において、超音波を通過させたい方向以外にも種々の方向に不要な隙間ができてしまい、微細なダスト等が付着し易い。しかし、微細孔EHを有する本実施の形態に示す乱流抑制部材54の場合、超音波を通過させたい方向以外には隙間がないため、ダスト等の付着を抑制でき、より安定した精度を維持することができる。
また、メッシュの場合は各繊維と繊維による隙間において、超音波を通過させたい方向以外にも種々の方向に不要な隙間ができてしまい、微細なダスト等が付着し易い。しかし、微細孔EHを有する本実施の形態に示す乱流抑制部材54の場合、超音波を通過させたい方向以外には隙間がないため、ダスト等の付着を抑制でき、より安定した精度を維持することができる。
●[導通路50の各層の層厚さ(積層方向の高さ)と流量係数のばらつき範囲(図7、図8)]
次に図7及び図8を用いて、導通路50の各層の層厚さ(積層方向の高さ)と流量係数のばらつき範囲の関係についての実験結果(実測結果)を説明する。なお、本発明は何らこれら図7及び図8に限定されるものでない。
ここで、図2の例に示す流量計測装置1では、上から下に向かって6個の層50aが積層されているが、各層の名称を、上から下に向かって第1層、第2層、第3層、第4層、第5層、第6層とする。なお、本実施例では、第3層と第4層が、超音波送受信センサ51c、51cと対向する位置の層に相当する。なお、層の数は6層に限定されるものではない。
次に図7及び図8を用いて、導通路50の各層の層厚さ(積層方向の高さ)と流量係数のばらつき範囲の関係についての実験結果(実測結果)を説明する。なお、本発明は何らこれら図7及び図8に限定されるものでない。
ここで、図2の例に示す流量計測装置1では、上から下に向かって6個の層50aが積層されているが、各層の名称を、上から下に向かって第1層、第2層、第3層、第4層、第5層、第6層とする。なお、本実施例では、第3層と第4層が、超音波送受信センサ51c、51cと対向する位置の層に相当する。なお、層の数は6層に限定されるものではない。
また、図8は、流量係数の実測に用いた流量計測装置のサンプル名称(サンプルNo)と、各サンプルにおける各層の層厚さ(基準値に対する割合(%)で表示)を示す図である。例えば、サンプル名称「No.1」では、第6層の層厚さが、他の層の層厚さよりも小さい。
また、図7は、図8に示す各サンプルにおいて、横軸を流体の流量[L/h]、縦軸を流量係数とした場合の実測結果である、流量−補正前流量係数特性を示している(基準となる各流量にて、対象とする流量計測装置の計測結果を実測したものである)。
図7において、流量係数の上下方向の幅が小さいほど、流量係数のばらつき範囲が小さく良好である、といえる。従って、図7の例では、サンプル名称「No.9」、[No.10]が、ばらつき範囲が小さく良好な結果を示している。
また、図7は、図8に示す各サンプルにおいて、横軸を流体の流量[L/h]、縦軸を流量係数とした場合の実測結果である、流量−補正前流量係数特性を示している(基準となる各流量にて、対象とする流量計測装置の計測結果を実測したものである)。
図7において、流量係数の上下方向の幅が小さいほど、流量係数のばらつき範囲が小さく良好である、といえる。従って、図7の例では、サンプル名称「No.9」、[No.10]が、ばらつき範囲が小さく良好な結果を示している。
本発明は、図2に示すように、導通路50において超音波の伝播経路を含む領域を、複数の層50aが積層するように構成する。そして、超音波送受信センサ51c、51cと対向する位置の層(当該センサからの超音波を最も伝播する層)の層厚さ(積層方向の高さ)を、他の層の層厚さよりも小さくすると、流量係数のばらつき範囲がより小さな、良好な結果を得ることができる。
なお、設計段階では、超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さくなるように狙って設計しても、組み付け誤差等により狙い通りにならない場合もある。実際には超音波伝播手段に対向している位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの小さな層に形成されており、超音波伝播手段に対向していない位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの大きな層に形成されていれば、図7及び図8に示すサンプル名称「No.9」、「No.10」に示すように、流量係数のばらつき範囲がより小さな、良好な結果を得ることができる。
なお、設計段階では、超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さくなるように狙って設計しても、組み付け誤差等により狙い通りにならない場合もある。実際には超音波伝播手段に対向している位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの小さな層に形成されており、超音波伝播手段に対向していない位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの大きな層に形成されていれば、図7及び図8に示すサンプル名称「No.9」、「No.10」に示すように、流量係数のばらつき範囲がより小さな、良好な結果を得ることができる。
図8より、サンプル名称「No.1」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第2、4、5層>第3層>第1層>第6層、である。
また、サンプル名称「No.3」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第4層>第2、3層>第5層>第1層>第6層、である。
また、サンプル名称「No.5」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第5層>第2、3層>第4層>第1層>第6層、である。
また、サンプル名称「No.7」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第2、3層>第5層>第4層>第6層>第1層、である。
また、サンプル名称「No.8」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第3層>第5層>第1層>第4層>第6層>第2層、である。
また、サンプル名称「No.9」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第2層>第5層>第1層>第3層>第6層>第4層、である。
また、サンプル名称「No.10」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第5層>第3層>第1層>第6層>第2層>第4層、である。
また、サンプル名称「No.3」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第4層>第2、3層>第5層>第1層>第6層、である。
また、サンプル名称「No.5」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第5層>第2、3層>第4層>第1層>第6層、である。
また、サンプル名称「No.7」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第2、3層>第5層>第4層>第6層>第1層、である。
また、サンプル名称「No.8」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第3層>第5層>第1層>第4層>第6層>第2層、である。
また、サンプル名称「No.9」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第2層>第5層>第1層>第3層>第6層>第4層、である。
また、サンプル名称「No.10」の流量計測装置の各層の層厚さは、厚い順に並べると、第5層>第3層>第1層>第6層>第2層>第4層、である。
以上のサンプルにおいて、超音波伝播手段に対向している位置の層(この場合、第3層と第4層)の中のいずれかの層は最も層厚さの小さな層に形成されており、超音波伝播手段に対向していない位置の層(この場合、第1層、第2層、第5層、第6層)の中のいずれかの層は最も層厚さの大きな層に形成されているものは、サンプル名称「No.9」と「No.10」の流量計測装置である。
そして、図7の流量係数の実測値からわかるように、「No.9」と「No.10」の流量係数のばらつき範囲は、他のサンプル(「No.1」〜「No.8」)の流量係数のばらつき範囲とは、明らかに異なるグループを形成している。
そして、「No.9」と「No.10」のグループのばらつき範囲は、他のグループ(「No.1」〜「No.8」)のばらつき範囲の、約半分となっており、シンプルな構成にもかかわらず非常に高い効果を得られることを確認することができた。
これにより、流量係数の検査工程の短縮(基準流量ポイントの削減等)が可能となり、生産性を向上させることができる。また、流量係数のばらつき範囲を小さくすることで、温度に対する計測誤差も小さくなるので、温度特性を向上させることができる。また、流量係数のばらつき範囲を小さくすることで、製造ロットに対するばらつき範囲も小さくなるので、品質を安定させることができる。
そして、図7の流量係数の実測値からわかるように、「No.9」と「No.10」の流量係数のばらつき範囲は、他のサンプル(「No.1」〜「No.8」)の流量係数のばらつき範囲とは、明らかに異なるグループを形成している。
そして、「No.9」と「No.10」のグループのばらつき範囲は、他のグループ(「No.1」〜「No.8」)のばらつき範囲の、約半分となっており、シンプルな構成にもかかわらず非常に高い効果を得られることを確認することができた。
これにより、流量係数の検査工程の短縮(基準流量ポイントの削減等)が可能となり、生産性を向上させることができる。また、流量係数のばらつき範囲を小さくすることで、温度に対する計測誤差も小さくなるので、温度特性を向上させることができる。また、流量係数のばらつき範囲を小さくすることで、製造ロットに対するばらつき範囲も小さくなるので、品質を安定させることができる。
本発明の流量計測装置1は、本実施の形態で説明した構成、構造、外観、形状、材質、サイズ等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、以上(≧)、以下(≦)、より大きい(>)、未満(<)等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値、グラフ等は一例であり、この数値、グラフ等に限定されるものではない。
また、以上(≧)、以下(≦)、より大きい(>)、未満(<)等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値、グラフ等は一例であり、この数値、グラフ等に限定されるものではない。
1 流量計測装置
10 本体ケース
50 導通路
50a 層
51c 超音波送受信センサ(超音波伝播手段)
52 計測管
52a L形部材
52b L形部材
54 乱流抑制部材
10 本体ケース
50 導通路
50a 層
51c 超音波送受信センサ(超音波伝播手段)
52 計測管
52a L形部材
52b L形部材
54 乱流抑制部材
Claims (2)
- 本体ケースと、
前記本体ケースの内部に流体を導通させる導通路と、
前記導通路における上流側と下流側との所定の2点間に超音波を伝播させる1対の超音波伝播手段と、
前記超音波伝播手段により計測された流体の速度と前記導通路における前記流体の流れ方向に対して垂直となる断面積とにより前記流体の流量値を算出する流量演算手段と、
を有する流量計測装置であって、
前記導通路において前記超音波の伝播経路を含む領域は、前記超音波の伝播及び前記流体の流れを遮ることのないように複数の層が積層するように構成されており、
前記複数の層の、前記流体の流れ方向と前記超音波の伝播方向とに垂直な積層方向を示す層厚さにおいて、前記超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、前記超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さく形成されている、流量計測装置。 - 請求項1に記載の流量計測装置であって、
前記超音波伝播手段に対向している位置の層の層厚さのほうが、前記超音波伝播手段に対向していない位置の層の層厚さよりも小さく形成されている代わりに、
前記超音波伝播手段に対向している位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの小さな層に形成されており、前記超音波伝播手段に対向していない位置の層の中のいずれかの層は最も層厚さの大きな層に形成されている、流量計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007213528A JP2009047536A (ja) | 2007-08-20 | 2007-08-20 | 流量計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007213528A JP2009047536A (ja) | 2007-08-20 | 2007-08-20 | 流量計測装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2009047536A true JP2009047536A (ja) | 2009-03-05 |
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ID=40499896
Family Applications (1)
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JP2007213528A Pending JP2009047536A (ja) | 2007-08-20 | 2007-08-20 | 流量計測装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2009047536A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5634636B1 (ja) * | 2014-06-24 | 2014-12-03 | 東京計装株式会社 | 超音波流量計 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003083791A (ja) * | 2001-09-11 | 2003-03-19 | Tokyo Gas Co Ltd | 流量計測装置およびガスメータ |
WO2004074783A1 (ja) * | 2003-02-24 | 2004-09-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 超音波式流体計測装置 |
-
2007
- 2007-08-20 JP JP2007213528A patent/JP2009047536A/ja active Pending
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