JP2010112738A

JP2010112738A - 流量計

Info

Publication number: JP2010112738A
Application number: JP2008283232A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kumagai; 稔熊谷
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】計測精度の向上を図ったガスメータを提供する。
【解決手段】ガスメータ１は、流路２と、流路２内に配置された多層流路部３と、多層流路部３を流れるガスの流速を検出する一対の超音波振動子と、を有している。多層流路部３は、四角筒状の本体部３０と、この本体部３０内を、互いに対称形状の２つの層３ａ，３ｂに仕切る仕切板７３と、を有している。一対の超音波振動子は、２つの層３ａ，３ｂの境界でかつ２つの層３ａ，３ｂを互いの間に位置付ける位置にそれぞれ配置されている。また、各超音波振動子の形状は、２つの層３ａ，３ｂの境界を中心とした線対称形状となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスメータ等の流量計に係り、特に、流体が流れる流路内に多層流路部が配置された流量計に関するものである。

上記流量計としてのガスメータ１０１として、例えば、図１８に示すように、メータボディ（図示せず）に設けられたガス流入口１５１とガス流出口１５２との間を連通する流路１０２を通過するガスの流量を検出するものが知られている（例えば特許文献１、２を参照。）。上記流路１０２は、入口流路部１２１と、出口流路部１２２と、計測流路部１２３と、から構成されていて、Ｕ字状に折れ曲がっている。入口流路部１２１は、ガス流入口１５１と連通すると共に鉛直方向Ｙ１に沿って設けられている。入口流路部１２１には、流路１０２の流れを遮断する遮断弁１０６が設けられている。出口流路部１２２は、ガス流出口１５２と連通すると共に鉛直方向Ｙ１に沿って設けられている。計測流路部１２３は、入口流路部１２１及び出口流路部１２２の側壁間を連通するように水平方向Ｙ２に沿って設けられている。また、図１８中の符号１７１，１７２は整流板である。

上記計測流路部１２３内には、多層流路部１０３及び流速センサ（図示せず）が配置されている。多層流路部１０３は、計測流路部１２３内に位置付けられた四角筒状の本体部１３０内に当該本体部１３０内を複数の層１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃに仕切る複数の仕切板１７３が設けられた流路部である。図示しない流速センサは、多層流路部１０３内を流れるガスの流速を検出するセンサである。この流速センサとして、例えば、本体部１３０を互いの間に位置付ける位置に配置された一対の超音波振動子間の超音波信号の伝搬時間を利用して流量計測を行うものが用いられている。
特開平９−４３０１５号公報特開平１０−９９１３号公報

前述した従来のガスメータ１０１においては、多層流路部１０３における層１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃの厚さを薄くし、数を多くすればするほど高い計測精度が得られると考えられていたことから、この多層流路部１０３は、三層以上の構成にされていた。

しかしながら、三層以上の層で構成された前記多層流路部を有する従来のガスメータにおいては、以下に示す問題があった。即ち、従来のガスメータは、計測するガス種によって、器差が大幅に異なることがあるという問題があった。また、従来のガスメータは、各流量での器差のばらつきが大きいという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、計測精度の向上を図った流量計を提供することを課題とする。

請求項１記載の発明は、流体が流れる流路と、前記流路内に配置され、かつ、四角筒状の本体部内に当該本体部内を複数の層に仕切る仕切板が設けられた多層流路部と、前記多層流路部を流れる前記流体の流速を検出する一対の超音波振動子と、を有する流量計において、前記本体部内が当該本体部の中心軸上に配置された１枚の前記仕切板によって当該仕切板を中心とした互いに面対称形状の２つの層に仕切られていることを特徴とする流量計である。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載された発明において、前記一対の超音波振動子が、前記２つの層の境界でかつ前記２つの層を互いの間に位置付ける位置にそれぞれ配置され、そして、各超音波振動子の形状が、前記２つの層の境界を中心とした線対称形状になるように設けられていることを特徴とするものである。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、前記本体部内が当該本体部の中心軸上に配置された１枚の前記仕切板によって当該仕切板を中心とした互いに面対称形状の２つの層に仕切られているので、２つの層内の流速分布が仕切板を中心とした互いに面対称の流速分布となって多層流路部内の各層を伝播する超音波がとらえる流速分布即ち流速による超音波への影響が２つの層内で等しくなるため、各層の超音波伝播速度が等しくなり、そのために、計測するガスの種類が変わることによる器差の差を小さくすることができ、かつ、各流量での器差のばらつきを小さくすることができる。よって、計測精度が高い流量計を提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、前記一対の超音波振動子が、前記２つの層の境界でかつ前記２つの層を互いの間に位置付ける位置にそれぞれ配置され、そして、各超音波振動子の形状が、前記２つの層の境界を中心とした線対称形状になるように設けられているので、一対の超音波振動子が受ける音圧が仕切板を中心として対象となり、そのために、さらに計測精度が高い流量計を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１ないし図５を参照して、本発明の流量計の構成について説明する。図１に示すように、流量計としてのガスメータ１は、流体としてのガスが流れる流路２と、多層流路部３と、一対の超音波振動子４１，４２（図３を参照。）と、を有している。上記流路２は、メータボディ（図示せず）に設けられたガス流入口５１とガス流出口５２との間を連通するように設けられている。流路２は、入口流路部２１と、出口流路部２２と、計測流路部２３と、から構成されていて、Ｕ字状に折れ曲がっている。

上記入口流路部２１は、ガス流入口５１と連通すると共に鉛直方向Ｙ１に沿って設けられている。上記入口流路部２１には、流路２を流れるガスを遮断する遮断弁６が設けられている。また、上記入口流路部２１の内壁には、水平方向Ｙ２の出口流路部２２側に向かって突出する整流板７１が設けられている。出口流路部２２は、ガス流出口５２と連通すると共に鉛直方向Ｙ１に沿って設けられている。また、出口流路部２２は、鉛直方向Ｙ１に互い違いに配置された整流板７２が設けられている。計測流路部２３は、入口流路部２１及び出口流路部２２の側壁間を連通するように水平方向Ｙ２に沿って設けられている。この計測流路部２３内には、多層流路部３及び一対の超音波振動子４１，４２が配置されている。

上記多層流路部３は、四角筒状の本体部３０内に当該本体部３０内を２つの層３ａ，３ｂに仕切る１枚の仕切板７３が設けられた流路部である。仕切板７３は、本体部３０の中心軸Ｐ上に水平に配置されている。このことにより、本体部３０内が、仕切板７３を中心とした互いに面対称形状の２つの層３ａ，３ｂに仕切られている。そして、この仕切板７３により、多層流路部３、即ち計測流路部２３内のガスの流れが水平方向Ｙ２に整流される。

また、上記多層流路部３は、図２に示すように、一対の測定窓３１，３２が設けられている。一対の測定窓３１，３２は、多層流路部３の直交方向Ｙ３の両面側にそれぞれ設けられている。一対の測定窓３１，３２は、多層流路部３でのガス流れ方向である水平方向Ｙ２を斜めに横切って対向する位置に設けられている。

上記一対の超音波振動子４１，４２は、多層流路部３内に流れるガスの流速を検出するセンサである。これら一対の超音波振動子４１，４２は、図３に示すように、一対の測定窓３１，３２を通じて多層流路部３内で超音波信号の送受信を行って超音波信号の伝搬時間を求めることにより、ガス流速、流量を測定する。

また、これら一対の超音波振動子４１，４２は、図３に示すように、前述した２つの層３ａ，３ｂの境界（即ち、仕切板７３の厚み方向の中心部分）でかつ２つの層３ａ，３ｂを互いの間に位置付ける位置にそれぞれ配置されている。また、これら超音波振動子４１，４２は、それぞれ、図５に示すように、２つの層３ａ，３ｂの境界を中心とした線対称形状になるように設けられている。また、本実施形態では、これら超音波振動子４１，４２は、平面視が円形の形状となっている。また、一対の超音波振動子４１，４２は、図３及び図４に示すように、計測流路部２３を構成する筐体に設けられた取付部２４，２５に取り付けられている。

また、この流量計測では、図４に示すように、ガスの流れ方向である水平方向Ｙ２と超音波伝搬経路（図中に矢印で示す方向）との成す角度をθとし、一対の超音波振動子４１，４２間の距離をＬｓとすると、上流側への超音波信号の伝播時間Ｔ_d→_u及び下流側への超音波信号の伝播時間Ｔ_u→_dに基づいて、平均流速ｕ＝Ｌｓ／２ｃｏｓθ（１／Ｔ_u→_d−１／Ｔ_d→_u）を求めることができる。計測ガス流量Ｑcalは、下記の式（１）に示すように平均流速ｕと多層流路部３の断面積Ａの積となる。
Ｑcal＝Ａ×ｕ …（１）
また、本実施形態では、ガスの流れ方向である水平方向Ｙ２と超音波信号伝搬経路（図中に矢印で示す方向）との成す角度θが、４０度にされている。

図６は、本発明のガスメータ１の多層流路部３を流れるガスの流速分布を説明する説明図である。矢印Ｃは、ガスの流れ方向を示している。

図６から明らかなように、本発明では、四角筒状の本体部３０内が１枚の仕切板７３によって当該仕切板７３を中心とした互いに面対称形状の２つの層３ａ，３ｂに仕切られているので、上下の各層３ａ，３ｂ内の流速分布が仕切板７３を中心とした互いに面対称の流速分布となって多層流路部３内の各層を伝播する超音波がとらえる流速分布即ち流速による超音波への影響が２つの層内で等しくなるため、各層の超音波伝播速度が等しくなり、そのために、計測するガスの種類が変わることによる器差の差を小さくすることができ、かつ、各流量での器差のばらつきを小さくすることができる。また、一対の超音波振動子４１，４２が、２つの層３ａ，３ｂの境界でかつ２つの層３ａ，３ｂを互いの間に位置付ける位置にそれぞれ配置され、そして、各超音波振動子４１，４２の形状が２つの層３ａ，３ｂの境界を中心とした線対称形状になるように設けられているので、これら一対の超音波振動子４１，４２が受ける音圧が仕切板７３を中心として上下対象となる。これらのことから、計測精度が高いガスメータ１を提供することができる。

また、図７は、図１８に示した従来のガスメータ１０１の多層流路部１０３を流れるガスの流速分布を説明する説明図である。矢印Ｄは、ガスの流れ方向を示している。

図７から明らかなように、従来のガスメータ１０１では、四角筒状の本体部１３０内が２枚の仕切板１７３によって上段、中段、下段の３つの層１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃに仕切られているので、上段の層１０３ａと下段の層１０３ｃの流速分布が本体部１３０の中心軸を中心とした互いに面対称の流速分布となり、中段の層１０３ｂの流速分布が上段の層１０３ａ及び下段の層１０３ｃよりも突出する。即ち、中段の層１０３ｂの流速が上段の層１０３ａ及び下段の層１０３ｃよりも速くなる。このため、多層流路部１０３内の流速分布が、全体として、前述した本発明の多層流路部３内の流速分布よりも起伏を有するものとなる。

さらに、本発明者は、前記ガスメータにおける前記多層流路部の層の数を単層、二層、三層、四層、と増加させた場合、さらに、各層の厚みｈを変化させた場合の各流量での器差及び流量係数について測定して、本発明の効果を確認した。結果を図８〜図１７に示す。また、図８〜図１７中のＨは、前記多層流路部の厚みである。

図８〜図１７に示すように、二層の多層流路部を有する本発明品１〜５においては、各層の厚みｈが１．６ｍｍ、２．４ｍｍ、２．６ｍｍ、３．０ｍｍ、３．５ｍｍのいずれの場合においても、各流量での器差・流量係数のばらつきが従来品１〜１０（単層、三層、四層の多層流路部を有するガスメータ）よりもフラットであり、空気とＬＰガスとで器差の差が従来品１〜１０よりも小さくなり、本発明品１〜５が高い計測精度を有していることが明らかとなった。また、図１２（ａ）に示すように、各層の厚みｈが３．５ｍｍの本発明品５においては、空気とＬＰガスとで器差の差が特に小さくなった。

また、前述した本発明の二層の多層流路部３を有するガスメータ１は、構造が単純であるので、作成が容易である。また、本発明の二層の多層流路部３を有するガスメータ１は、層の数が少ないため、製造時に寸法の測定の工数を減らすことができる。また、本発明の二層の多層流路部３を有するガスメータ１は、仕切板７３の数が少ない（１枚である）ので、コストを低減することができる。

また、上述した実施形態では、「流量計」として、ガスメータを例にあげて説明したが、本発明の流量計は、ガス以外の気体及び液体、即ち流体、の流量計測を行うものであっても良い。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明のガスメータの一実施の形態を示す断面図である。図１に示された多層流路部の斜視図である。図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１に示された多層流路部の概略を示す平面図である。図４に示された超音波振動子を図４中の矢印Ｂ方向から見た平面図である。図１に示された多層流路部を流れるガスの流速分布を説明する説明図である。図１８に示された従来のガスメータの多層流路部を流れるガスの流速分布を説明する説明図である。各層厚が１．６ｍｍの単層または多層流路部に流れるガス流量に対する器差％を示すグラフであり、（ａ）は、単層の流路部を有する従来品１の器差％を示すグラフである。（ｂ）は、二層の多層流路部を有する本発明品１の器差％を示すグラフである。（ｃ）は、三層の多層流路部を有する従来品２の器差％を示すグラフである。（ｄ）は、四層の多層流路部を有する従来品３の器差％を示すグラフである。各層厚が２．４ｍｍの単層または多層流路部に流れるガス流量に対する器差％を示すグラフであり、（ａ）は、単層の流路部を有する従来品４の器差％を示すグラフである。（ｂ）は、二層の多層流路部を有する本発明品２の器差％を示すグラフである。（ｃ）は、三層の多層流路部を有する従来品５の器差％を示すグラフである。（ｄ）は、四層の多層流路部を有する従来品６の器差％を示すグラフである。各層厚が２．６ｍｍの多層流路部に流れるガス流量に対する器差％を示すグラフであり、（ａ）は、二層の多層流路部を有する本発明品３の器差％を示すグラフである。（ｂ）は、三層の多層流路部を有する従来品７の器差％を示すグラフである。各層厚が３．０ｍｍの単層または多層流路部に流れるガス流量に対する器差％を示すグラフであり、（ａ）は、単層の流路部を有する従来品８の器差％を示すグラフである。（ｂ）は、二層の多層流路部を有する本発明品４の器差％を示すグラフである。（ｃ）は、三層の多層流路部を有する従来品９の器差％を示すグラフである。（ａ）は、各層厚が３．５ｍｍの二層の多層流路部を有する本発明品５の器差％を示すグラフである。（ｂ）は、各層厚が３．６ｍｍの三層の多層流路部を有する従来品１０の器差％を示すグラフである。各層厚が１．６ｍｍの単層または多層流路部に流れるガス流量に対する流量係数を示すグラフであり、（ａ）は、単層の流路部を有する従来品１の流量係数を示すグラフである。（ｂ）は、二層の多層流路部を有する本発明品１の流量係数を示すグラフである。（ｃ）は、三層の多層流路部を有する従来品２の流量係数を示すグラフである。（ｄ）は、四層の多層流路部を有する従来品３の流量係数を示すグラフである。各層厚が２．４ｍｍの単層または多層流路部に流れるガス流量に対する流量係数を示すグラフであり、（ａ）は、単層の流路部を有する従来品４の流量係数を示すグラフである。（ｂ）は、二層の多層流路部を有する本発明品２の流量係数を示すグラフである。（ｃ）は、三層の多層流路部を有する従来品５の流量係数を示すグラフである。（ｄ）は、四層の多層流路部を有する従来品６の流量係数を示すグラフである。各層厚が２．６ｍｍの多層流路部に流れるガス流量に対する流量係数を示すグラフであり、（ａ）は、二層の多層流路部を有する本発明品３の流量係数を示すグラフである。（ｂ）は、三層の多層流路部を有する従来品７の流量係数を示すグラフである。各層厚が３．０ｍｍの単層または多層流路部に流れるガス流量に対する流量係数を示すグラフであり、（ａ）は、単層の流路部を有する従来品８の流量係数を示すグラフである。（ｂ）は、二層の多層流路部を有する本発明品４の流量係数を示すグラフである。（ｃ）は、三層の多層流路部を有する従来品９の流量係数を示すグラフである。（ａ）は、各層厚が３．５ｍｍの二層の多層流路部を有する本発明品５の流量係数を示すグラフである。（ｂ）は、各層厚が３．６ｍｍの三層の多層流路部を有する従来品１０の流量係数を示すグラフである。従来のガスメータを示す断面図である。

符号の説明

１ガスメータ（流量計）
２流路
３多層流路部
３ａ，３ｂ層
３０本体部
４１，４２超音波振動子
７３仕切板
Ｐ中心軸

Claims

流体が流れる流路と、前記流路内に配置され、かつ、四角筒状の本体部内に当該本体部内を複数の層に仕切る仕切板が設けられた多層流路部と、前記多層流路部を流れる前記流体の流速を検出する一対の超音波振動子と、を有する流量計において、
前記本体部内が当該本体部の中心軸上に配置された１枚の前記仕切板によって当該仕切板を中心とした互いに面対称形状の２つの層に仕切られていることを特徴とする流量計。
前記一対の超音波振動子が、前記２つの層の境界でかつ前記２つの層を互いの間に位置付ける位置にそれぞれ配置され、そして、各超音波振動子の形状が、前記２つの層の境界を中心とした線対称形状になるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流量計。