JP2014515491A - 流体の流量を測定する測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、測定管と、測定管を流れる流体の流量を測定するための温度センサとを備える測定装置を提供することであり、測定装置は、測定管を流れる流体の流速を広い流速範囲にわたり、とりわけ高流速においても正確に測定する。
【解決手段】 本発明は、測定管（１２；１１２、１２２）と温度センサ（２０；１２０）とを有する、測定管（１２；１１２）を流れる流体の流量を測定する測定装置に関し、測定管（１２；１１２、１２２）は、入口（４、１１４、１２４）と、出口（１６、１１６、１２６）と、センサ（２０；１２０）が配置されている測定部（１８；１１８、１２８）とを有し、入口（１４、１１４、１２４）は、入口内径を有し、測定部（１８；１１８、１２８）は、測定部内径を有し、測定部内径は、入口内径よりも大きい。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブル部分に係る測定装置に関する。

流体速度計は、測定管を流れる流体の流速又は流量を測定するために、好んで使用される。測定点で流速が低い場合、熱流体速度計又は熱線流体速度計等の流体速度計は、広範な、つまり良好な測定分解能と、それゆえ高い測定精度とを有する。しかしながら、この熱流体速度計の測定分解能と測定精度は、流速の増加に伴い悪化する。

熱流体速度計は、例えば水道メータに用いられる。しかし、水道メータにおいては広い流量範囲を、すなわち、大きな流速範囲を想定する必要があり、流体速度計の測定精度は、流量又は流速の範囲が増加するにつれて減少してしまう。

それゆえ、特に水道メータに用いるため、流体速度計の様なセンサが、流体の広い流速範囲にわたり、とりわけ高流速において、高精度の測定値を提供できることが望ましい。

測定装置が設置される所与のシステム、例えば住宅団地への新鮮な水の供給装置等の設置長は、しばしば予め決められているので、測定装置は予め決められた設置寸法を超えてはならない。

従って、本発明の目的は、測定管と、温度センサとを備え、前記測定管を流れる流体の流量を測定する測定装置を提供することであり、前記測定装置は、前記測定管を流れる流体の流速を広い流速範囲にわたり、とりわけ高流速においても正確に測定する。また、本発明の更なる目的は、所与の設置寸法を超えないという特徴のある測定装置を提供することである。

本発明によれば、この目的は、測定管と温度センサとを備え、前記測定管を流れる流体の流量を測定する測定装置において、前記測定管は入口と、出口と、前記センサが配置される測定部とを有し、前記入口は入口内径を有し、前記測定部は測定部内径を有し、前記測定部内径は前記入口内径よりも大きく、前記測定管の内径は前記入口から前記測定部に向かって徐々に増加し、前記測定部から前記出口に向かって徐々に減少しており、前記センサは前記測定管の内壁で前記測定部の領域に配置されていることにより達成される。

本発明の範囲内において、直径とは、円管の直径だけでなく、円形でない管の水力直径を意味するものと理解される。

本発明は、管部分の断面積を大きくすることにより、管部分の流速を減少することができるという事実を基礎としている。

センサは測定部の領域に配置され、測定部は測定管の入口よりも大きな直径を有するので、測定装置を流れる流体の流速は、測定部の領域において減少される。そのため、測定部の領域において、直径がより小さい測定管の入口よりも高い精度で、流体の流速が検知される。センサによって検知される流体の流速値は、測定管内の流量が高精度に示されるように変換される。本発明に係る測定装置は、測定装置の構造的に必要な設置寸法に従う。

流体中の望ましくない渦と逆流（これらは測定結果に差し障る）を回避するために、測定管の内径は入口から測定部へ向かって徐々に増加し、そして測定部から出口へ向かって徐々に減少することが好ましい。

流体中の渦と逆流を回避することに関する更なる改善は、次の手段によって達成される。好ましくは、測定管の軸に対する角度α（その角度で測定管が入口から測定部に向けて徐々に増加、又は測定部から出口に向けて徐々に減少する）は、可能な限り小さくすることであり、好ましくは４５°未満とすることである。理想的には、角度αは３０°未満である。

大きな測定範囲にわたって良好な測定分解能を得るためには、入口の内径に対する測定部の内径の比が約１．５〜６の範囲にあることが好ましい。

内管が測定管内に配置されるという請求項４に記載の測定装置により、所与の設置寸法で、比較的大きな流量範囲における測定精度のさらなる改善が達成される。

この実施形態は、以下の利点を有する。測定装置の所与の設置寸法と内管入口に対する内管測定部の所与の直径比に対して、断面の増大は、この測定管が測定部の領域にて、この断面比で増大されるような場合よりも小さな角度で生じる。より小さい角度であるため、流れ分布において測定結果を歪めるおそれのある逆流の発生が少なくなり、したがって流体の流速は比較的早い速度であっても正確に測定される。

逆流と渦を避けるために、内管の内径は、内管入口から内管測定部に向けて徐々に増加し、内管測定部から内管出口に向けて徐々に減少することが好ましい。

逆流と渦を回避するさらなる改善は、次の方法による好ましい実施形態によって達成される。つまり、内部測定管の中心軸に対する角度β（その角度で内管は内管入口から内管測定部に向けて徐々に増加し、内管測定部から内管出口に向けて徐々に減少する）は、可能な限り小さくすることであり、好ましくは３０°未満とすることである。

できるだけ大きな測定範囲を扱うために、内管入口に対する内管測定部の内径比は、約１．５〜６の範囲にあることが好ましい。

測定装置を水道メータとして使用するために、調整装置が備えられるのが好ましい。

測定技術上の理由から、測定管と内管の少なくともいずれか一方は、矩形または楕円形の断面を有することが好ましい。

第１の実施形態に係る測定装置である。 第２の実施形態に係る測定装置である。

本発明の好ましい実施形態を、以下に示された添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、測定管１２を流れる水のような流体の流速を測定するための測定管１２を備える測定装置１０を示している。測定管１２は、入口１４と、出口１６と、測定部１８とを有する。センサ２０は、測定管１２の内壁で測定部１８の領域に配置されている。センサ２０は、例えば熱流体速度計として使用されるような温度センサである。

入口１４及び出口１６の内径は、測定部１８の内径よりも小さい。入口１４から測定部１８にむけて徐々に測定管の内径が増加し、測定部１８から出口１６に向けて徐々に内径は減少している。測定部の入口に対する内径比は、約１．５〜６である。

流体が、所定の流速で入口１４を通って流れる。測定部１８の領域における測定管１２の内径の拡大により、センサ２０が配置されている測定点での流速は、測定部１８と入口１４の直径比の二乗で減少する。したがって、センサ２０は、測定管１２の入口１４での速度よりも低い流速を検出する。

熱流体速度計は、低速流体の流れを高速流体の流れよりも高精度に測定できるので、そのセンサは測定部における流体の流速を、入口１４における流体の流速を測定する場合よりも高精度で検知する。

測定部１８の入口１４に対する既知の内径比により、入口１４における流体の流量の値は、センサ２０によって測定された流速に基づいて正確に示される。

図２は、別の実施形態に係る測定装置１１０を示す。測定装置１１０は、測定管１１２と、センサ１２０とを備え、測定管１１２を流れる、例えば、水等の流体の流速を測定する、熱流体速度計に用いられる。測定管１１２は、入口１１４と、出口１１６と、測定部１１８とを有し、測定部１１８の内径は入口１１４の内径よりも大きい。測定管１１２の内径は、入口１１４から測定部１１８に向けて徐々に増加し、測定部１１８から出口１１６に向けて徐々に減少している。測定管１１２の内側に配置されているのは、内管１２２であり、それは内管入口１２４と、内管出口１２６と、内管測定部１２８とを有する。内管測定部１２８は、内管入口１２４よりも大きい内径を有している。図２は、測定管１１２内で実質的に中央に配置された内管１２２を示す。しかし、内管１２２は中央に配置されなくてもよい。

内管の内径は内管入口１２４から内管測定部１２８に向けて徐々に増加し、内管測定部１２８から内管出口１２６に向けて徐々に減少している。内管測定部１２８の内管入口１２４に対する直径比は、約１．５〜６の範囲にある。センサ１２０は、測定部１１８の領域で内管１２２の内壁に配置されている。内管１２２の外壁に沿って流れる流体から保護するために、センサ１２０は保護管（thermowell）１３０に位置している。

また、検知された流速を用いて流量を示すことができるようにすべく、測定装置を較正する調整装置１３２が設けられる。

図１に関して示されたと同じように、流体が所定の流速で、内管入口１２４を流れる。内管測定部１２８の領域における内管１２２の内径の増加により、内管測定部１２８の領域における流体の流速は内管入口１２４と比較して減少する。そのため、内管測定部１２８にあるセンサ１２０は、内管入口１２４にある場合よりも、流体のより低い流速を検知する。センサ１２０は、これより低い流速をより高精度に検知できるので、流体の流速は、より高精度に検知される。センサにより検知される流体の流速値は、測定管内の流量を高精度に表示できるように変換される。

流速の測定が部分的な流れ測定を用いて達成される、図２に示される実施形態は、図１に示される実施形態と比較して、次の利点を有する。それは、両実施形態の同じ設置長さにおいて、内管入口１２４と内管測定部１２８の間の傾き角βが、入口１４と測定部１８の間の傾き角αよりも小さく、その結果、測定部１８よりも内管測定部１２８において逆流や渦の発生が少ないことである。図２に示される実施形態の測定精度は、図１に示される実施形態と比較して、流体の流速が速い場合に、より一層改善される。

１０、１１０ 測定装置
１２、１１２、１２２ 測定管
１４、１１４、１２４ 入口
１６、１１６、１２６ 出口
１８、１１８、１２８ 測定部
２０、１２０ 温度センサ
１３２ 調整装置

Claims (11)

1. 測定管（１２；１１２、１２２）と温度センサ（２０；１２０）とを有する、前記測定管（１２；１１２、１２２）を流れる流体の流量を測定する測定装置であって、
   前記測定管（１２；１１２、１２２）は、入口（１４；１１４、１２４）と、出口（１６；１１６、１２６）と、前記センサ（２０；１２０）が配置されている測定部（１８；１１８、１２８）とを有し、
   前記入口（１４；１１４、１２４）は、入口内径を有し、前記測定部（１８；１１８、１２８）は、測定部内径を有し、前記測定部内径は、前記入口内径よりも大きく、
   前記測定管（１２；１１２）の内径は、前記入口（１４；１１４）から前記測定部（１８、１１８）に向かって徐々に増加し、前記測定部（１８；１１８）から前記出口（１６；１１６）に向かって徐々に減少している、測定装置において、
   前記センサ（２０；１２０）は、前記測定管（１２；１１２）の内壁で前記測定部の領域に配置されていることを特徴とする、測定装置。
2. 前記測定管の軸に対する角度αは、その角度で前記測定管（１２、１１２）が入口（１４、１１４）から測定部（１２、１１２）に向けて徐々に増加し、測定部（１８、１１８）から出口（１６、１１６）に向けて徐々に減少するとともに、可能な限り小さく、好ましくは４５°未満であり、特に３０°未満であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 入口の内径に対する測定部の内径の比が、約１．５〜６の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 測定管（１２；１１２、１２２）と温度センサ（２０；１２０）とを有する、前記測定管（１２；１１２）を流れる流体の流量を測定する測定装置であって、
   前記測定管（１２；１１２、１２２）は、入口（１４；１１４、１２４）と、出口（１６；１１６、１２６）と、前記センサ（２０；１２０）が配置されている測定部（１８；１１８、１２８）とを有し、
   前記入口（１４；１１４、１２４）は、入口内径を有し、前記測定部（１８；１１８、１２８）は、測定部内径を有し、前記測定部内径は、前記入口内径よりも大きい、測定装置において、
   内管入口（１２４）と内管出口（１２６）と内管測定部（１２８）とを有する内管（１２２）が、前記測定管（１１２）内に配置され、前記内管測定部（１２８）は、前記内管入口（１２４）よりも大きい内径を有し、前記センサ（１２０）が前記内管（１２２）内に配置されていること、
   前記内管（１２２）の内径は、前記内管入口（１２４）から前記内管測定部（１２８）に向かって徐々に増加し、前記内管測定部（１２８）から前記内管出口（１２６）に向かって徐々に減少していること、及び
   前記センサ（１２０）は、前記内管（１２２）の内壁で前記測定部（１１８）の領域に配置されていることを特徴とする、測定装置。
5. 前記内管（１２２）が、前記測定管（１１２）内で実質的に中央に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
6. 前記内部測定管の軸に対する角度βは、その角度で前記内管（１２２）が前記内管入口（１２４）から前記内管測定部（１２８）に向けて徐々に増加し、前記内管測定部（１２８）から前記内管出口（１２６）に向けて徐々に減少するとともに、可能な限り小さく、好ましくは３０°未満であることを特徴とする請求項４又は５に記載の測定装置。
7. 前記内管入口（１２４）に対する前記内管測定部（１２８）の内径の比が、約１．５〜６の範囲にあることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 前記内管入口（１２４）に対する前記測定管入口（１１４）の内径の比が、約２〜５の範囲にあることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 流速を測定する前記センサ（１２；１２０）は、熱流体速度計であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の測定装置。
10. 調整装置（１３２）が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の測定装置。
11. 前記測定管（１２；１１２）と前記内管（１２２）の少なくともいずれか一方は、矩形又は楕円形の断面を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の測定装置。

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