JP2017181231A

JP2017181231A - 流量計測装置

Info

Publication number: JP2017181231A
Application number: JP2016067207A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　真人; Masato Sato; 真人佐藤; 弘中井; Hiroshi Nakai; 名和　基之; Motoyuki Nawa; 基之名和
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-10-05

Abstract

【課題】多層分割流路構成を用い、差圧により流量を計測する流量計において、多層分割流路を構成する仕切り板上流端における縮流部の影響を避ける手段を提供する。
【解決手段】被計測流体が流れる矩形断面を有する流路２と、流路２を複数の分割流路６〜９に分割する仕切り板３〜５と、第３の分割流路８内の上流側に開口した上流側圧力取出し口１６と下流側に開口した下流側圧力取出し口１７と、上流側圧力取出し口１６と下流側圧力取出し口１７間の圧力差を計測する圧力センサと、圧力センサからの信号を計測する計測回路と、計測回路からの信号を処理して流量を算出する演算回路と、を備え、各分割流路６〜９は、各分割流路の流れが被計測流体の使用最大流量において、層流状態になるように設定された断面寸法を有し、上流側圧力取出し口１６は、仕切り板の上流端の縮流部より下流に配置した。
【選択図】図３

Description

本発明は、差圧により流量を計測する流量計測装置に関するものである。

従来、この種の流量計として、管路を細かい流路群を持つマトリクスにより構成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された流量計１０１の断面を示したものである。

図５に示すように、流量計１０１では、管路１０２の途中に細かい流路群１０３を形成したラミナー・エレメント１０４を配置し、その前後の圧力を計測するための圧力導管１０５、１０６が配置されている。圧力導管１０５、１０６は、細い流路群１０３の入り口側および出口側の平均的な静圧を検出するためにラミナー・エレメント１０４の半径方向の面積平均位置すなわち環状に区分して、例えば一区分の場合には内側と外側の面積が等しくなる半径位置に静圧の検出端を配置する構成としている。

特開２００４−５３４８１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、計測部が細かい流路群１０３にて構成されているため、圧力損失が大きいものであった。また、静圧を検出するためには、ラミナー・エレメント１０４の入口部、出口部に圧力導管を配置する必要があり、この構成は、ラミナー・エレメント１０４への流れを乱すとともに、構成も複雑になるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、差圧を利用した流量計測装置において、被計測流体の流れを乱すことなく精度のよい計測の実施を目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、被計測流体が流れる矩形断面を有する流路と、前記流路を複数の分割流路に分割する仕切り板と、前記分割流路内の上流側に開口した上流側圧力取出し口と下流側に開口した下流側圧力取出し口と、前記上流側圧力取出し口と下流側圧力取出し口間の圧力差を計測する圧力センサと、前記圧力センサからの信号を計測する計測手段と、前記計測手段からの信号を処理して流量を算出する演算手段と、を備え、前記各分割流路は、前記各分割流路の流れが前記被計測流体の使用最大流量において、層流状態になるように設定された断面寸法を有し、前記上流側圧力取出し口は、前記仕切り板の上流端の縮流部より下流に配置したことにより、圧力測定を行うにあたり、流れを乱すことなく精度のよい計測を実施することができる。

本発明の流量計測装置は、仕切り板により多層に分割された分割流路における、少なくとも一つの分割流路において、前記分割流路内の圧力差を測定するための上流側圧力取出し口を、仕切り板上流端の縮流部より下流に配置することにより、少ない圧力損失で、流れを乱すことなく精度のよい計測を実施することができるものである。

本発明の実施の形態１における流量計測装置の概略構成図本発明の実施の形態１における図１のＡＡ’断面図本発明の実施の形態１におけるＢＢ’断面の流れ状態図本発明の実施の形態１における流量と差圧の関係を示すグラフ従来の差圧流量計を示す図

第１の発明は、被計測流体が流れる矩形断面を有する流路と、前記流路を複数の分割流路に分割する仕切り板と、前記分割流路内の上流側に開口した上流側圧力取出し口と下流側に開口した下流側圧力取出し口と、前記上流側圧力取出し口と下流側圧力取出し口間の圧力差を計測する圧力センサと、前記圧力センサからの信号を計測する計測手段と、前記計測手段からの信号を処理して流量を算出する演算手段と、を備え、前記各分割流路は、前記各分割流路の流れが前記被計測流体の使用最大流量において、層流状態になるように設定された断面寸法を有し、前記上流側圧力取出し口は、前記仕切り板の上流端の縮流部より下流に配置したことにより、圧力測定を行うにあたり、流れを乱すことなく精度のよい計測を実施することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記下流側圧力取出し口と前記上流側圧力取出し口は、前記仕切り板の中央に対して対称となる位置に配置したことにより、逆流や振動流れがあっても、縮流の影響を回避して精度の良い計測を実施することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
実施の形態１について、図１〜図４を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における流量計測装置１の概略構成図を示すものである。矩形断面の筒状流路（流路）２は、第１の仕切り板３、第２の仕切り板４、第３の仕切り板５により、第１の分割流路６、第２の分割流路７、第３の分割流路８、第４の分割流路９に分割されている。それぞれの仕切り板３〜５は、均等の厚み（ｔ）を有している。

流路２には、第３の分割流路８の上部に圧力センサユニット１０が取り付けられている。第３の分割流路８は流量計測を行う流路である。以降、第３の分割流路８を計測流路と称する。計測流路８以外の分割流路は非計測流路である。

図２は、図１のＡＡ’断面を示す図であり、圧力センサユニット１０には、差圧型の圧力センサ１１が配置されており、圧力連通口１２、１３に接続されている。

計測流路８は、上面１４、および下面１５を有している。上面１４には、上流側圧力取出し口１６、および下流側圧力取出し口１７が開口しており、それぞれ、圧力連通口１２、１３に接続されている。

圧力センサユニット１０からの信号線１８は、計測回路（計測手段）１９に接続され、さらに演算回路（演算手段）２０に接続されている。

第２の仕切り板４を含めた流路部分を多層部２１と称する。圧力センサユニット１０、多層部２１、計測回路１９、および演算回路２０で流量計測装置１が構成される。

図３は、本発明の実施の形態１におけるＢＢ’断面の流れ状態を示しており、各分割流路６，７，８、および９間の高さ（ｈ）は均等になるように設定されている。また、ｈは、この値を代表長さとした場合、使用最大流量（Ｑｍａｘ）におけるレイノルズ数が層流域になるような値に設定されている。

図３には、上流側圧力取出し口１６，および下流側圧力取出し口１７の位置を仮想的に示してある。上流側の圧力取出し１６の位置は、第２の仕切り板４，第３の仕切り板５の上流端４ａ、５ａからの長さ（Ｌ）として、第２の仕切り板４，第３の仕切り板５の厚み（ｔ）により生じる縮流Ｃ１，Ｃ２の影響が及ばない値に設定されている。

次に、流量計測装置１の計測動作について説明する。

図３において、矢印の方向より流入する流れは、各仕切り板３、４、５により分割され、それぞれの分割流路６，７，８，９に流入する。各分割流路６，７，８，９の高さ（ｈ）は、均等にされているため、流入流れは、均等に分割される。したがって、流量はどれか代表の分割流路のものを計測すれば、それを４倍して、全体の流量が得られる。本実施の形態では、第３の分割流路８を代表として計測流路８としている。

図２において、計測流路８を通過する流れは、計測流路内において流れ方向に圧力差を生じる。その差圧は、上流側圧力取出し口１６、および下流側圧力取出し口１７より、それぞれ圧力連通口１２、１３を介して、圧力センサ１１に伝えられる。圧力センサ１１によって計測された圧力信号は、信号線１８を介して、計測回路１９に伝えられ、処理された後、演算回路２０にて、流量が算出される。

このときの被計測流体の流れ状況を図３に示す。多層部２１への流入流れは第２の仕切り板４，第３の仕切り板５の上流端４ａ、５ａにてＣ１，Ｃ２のような縮流を生じる。しかしながら、上流側圧力取出し口１６は、上流端４ａ、５ａから、一定の距離（Ｌ）だけ下流にあり、この長さ（Ｌ）は、縮流の影響が及ばない値となっているため、縮流部の圧力を測定することはない。すなわち、縮流の影響を排除することにより、計測流路８の圧力差のみを計測することができる。

今、計測流路８の高さ（ｈ）は、最大流量（Ｑｍａｘ）において、流れが層流となるような値に設定されているため、上流側圧力取出し口１６から下流側圧力取出し口１７にいたる間の圧力差（ΔＰ）は、流量（Ｑ）に比例する。図４のグラフは、この様子を示したものである。

信号処理の経過は、図２に示すように、圧力センサ１１により検知された圧力差（ΔＰ）の信号は、信号線１８を介して計測回路１９に伝達され、処理された後、演算回路２０にて、上記の圧力差と流量の関係を用いて流量が算出される。

以上に示したように、上記のような経過で流量が求められるが、圧力差と流量の関係が複雑な関係式ではなく、比例関係であるため、流量を求めるに際して、複雑な演算をする必要がなく、また、媒介変数としての複雑な係数を用いる必要がないため、高精度の値を、負荷の少ない演算で求めることができる。

本実施の形態では、上流側圧力取出し口１６の位置のみを規定したが、脈流等による流れに振動がある場合には、図３に示すように、下流側圧力取出し口１７も、第２の仕切り板４，第３の仕切り板５の下流端４ｂ、５ｂから、下流端４ｂ、５ｂにより生じる縮流（図示せず）の影響を受けないＬなる位置に設けるようにすれば、逆流を生じた場合でも、
精度のよい計測を実施することができる。

なお、本実施の形態では、流れが一方向から流れる場合を示したが、逆方向の流れがある場合には、下流側圧力取出し口１７が、上流側となる。このような場合を想定すると、図３に示したように、下流側圧力取出し口１７を、多層部２１の流れ方向中央位置に関し、上流側圧力取出し口１６と対称の位置、即ち、図２に示すように、上流側圧力取出し口１６と下流側圧力取出し口１７を仕切板の中央（ＣＬ）に対して対象の位置に配置するのがよい。

以上のように、本発明にかかる流量計測装置は、差圧を用いた流量計測を行うにあたり、多層計流路を用いることで、層流状態で、且つ、縮流の影響を受け無いため、高精度の計測を行うことが出来、種々の流量計測装置に適用が可能である。

１流量計測装置
２筒状流路（流路）
３第１の仕切り板
４第２の仕切り板
４ａ上流端
５第３の仕切り板
５ａ上流端
６第１の分割流路
７第２の分割流路
８第３の分割流路（計測流路）
９第４の分割流路
１１圧力センサ
１６上流側圧力取出し口
１７下流側圧力取出し口
１９計測回路（計測手段）
２０演算回路（演算手段）

Claims

被計測流体が流れる矩形断面を有する流路と、
前記流路を複数の分割流路に分割する仕切り板と、
前記分割流路内の上流側に開口した上流側圧力取出し口と下流側に開口した下流側圧力取出し口と、
前記上流側圧力取出し口と下流側圧力取出し口間の圧力差を計測する圧力センサと、
前記圧力センサからの信号を計測する計測手段と、
前記計測手段からの信号を処理して流量を算出する演算手段と、
を備え、
前記各分割流路は、前記各分割流路の流れが前記被計測流体の使用最大流量において、層流状態になるように設定された断面寸法を有し、
前記上流側圧力取出し口は、前記仕切り板の上流端の縮流部より下流に配置した流量計測装置。
前記下流側圧力取出し口と前記上流側圧力取出し口は、前記仕切り板の中央に対して対称となる位置に配置した請求項１に記載の流量計測装置。