JP2520656B2 - 液体の流量測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、大気に開放している長いパイプ中を重力に
より流れる廃水のごとき液体の流量を、パイプが液体で
充満されていない場合および充満されている場合の両方
について測定する装置および方法に関する。特に本発明
は、下水パイプ中を流れる雨水排水の流量をマンホール
のところで測定する装置および方法に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

一般に、下水パイプ中を流れる廃水の流量は、廃水の
流れの深さを測定し、次いで測定した深さを流量に変換
することによって測定されている。流れの深さは、堰
（せき）又は樋（とい）により測定されることが多い。
しかしながら、廃水が下水パイプ中を過剰流量で流れて
いる場合すなわち廃水パイプの頂壁まで廃水が充満して
いて僅かに加圧された状態で廃水が流れている場合に
は、堰や樋による測定手段では充分満足できる流量測定
を行なうことはできない。かような場合において、堰に
修正を加えることは困難であり、各下水パイプあるいは
マンホールの形状に適するように作らなければならな
い。また、堰はその上流側に堆積が生じたり異物が付着
したりする。一方、Palmer Bowlus形のベンチュリ樋の
ような樋では、上流側の流れの深さが下水パイプの直径
の75％を超えると測定が不正確になり、従って、一定流
量以上の場合には流量測定ができなくなる。別の問題点
としては、２つのマンホールの間に損失水頭（通常数分
の１インチ程度）が測定されることがあり、このため或
る種の排水渠の公式およびマンニングの公式を用いて流
量の見積りが行なわれるが、この見積りは大ざっぱな見
積りに過ぎず、従って、この方法では一方のマンホール
だけでなく２つのマンホールにおいて流れの深さを測定
する必要があり、測定作業に要するコストも倍加してし
まう。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、下水パイプ内を液体が充満状態および非充
満状態で流れる場合の双方について、液体の流量を測定
する装置および方法を提供する。本発明によれば、管状
ベンチュリ形流量測定装置がパイプ内に配置され、装置
を貫通する端部開放ボアの長手方向軸線がパイプの長手
方向軸線に対して平行となるように配置される。ボア
は、ボアの上流側端部に隣接して軸線方向に内方にテー
パした入口部分を備えており、該入口部分はボアの軸線
に平行な垂直平面内においてボアの下流側端部に向かう
ボアの軸線方向に向って収斂しており、かつボアの軸線
に到達しない所で終端していて、ボアの下流側端部に開
放しているのど部をボアに形成している。流量測定装置
の外周部には装置とパイプとの間に液体シールが形成さ
れていて、装置より上流側のパイプ部分内の液体が装置
のボアを通ってボアの下流側端部に向って流れるように
制限されている。パイプの上流側部分を充満する深さ以
下の深さで液体がパイプ内を流れるとき、パイプの上流
側部分の液体の静圧を測定して、非充満状態における液
体の流量を測定する。一方、パイプの上流側部分の横断
面に比べ、のど部の横断面は、液体の深さが増大したと
きにパイプの上流側部分と実質的に同時にのど部が液体
で充満されるように構成している。従って、パイプの上
流側部分およびのど部の双方が充満されるとき、装置の
のど部およびパイプの上流側部分における液体の静圧を
測定して、この静圧と前記静圧との間の圧力差を測定す
ることにより充満状態並びに非充満状態についてパイプ
を流れる液体の流量を測定することができる。

のど部の底部は、それぞれの静圧測定を行なう前にレ
ベル出しされ、本発明の好ましい実施例においては、ボ
アの長手方向軸線を横切るのど部の横断面は多角形をな
している。

本発明の流量測定装置は管状ベンチュリ形の流量測定
装置からなり、該装置は、装置を貫通する端部開放ボア
の長手方向軸線がパイプの長手方向軸線に対して実質的
に平行となるようにパイプ内に設置される。ボアは、ボ
アの上流側端部に隣接して軸線方向に内方にテーパした
入口部分を備えており、該入口部分はボアの軸線に平行
な垂直平面内でボアの下流側端部に向ってボアの軸線方
向に収斂しており、かつボアの軸線に到達しない所で終
端していて、ボアにはボアの下流側端部に開口している
のど部が形成されている。更に、装置の外周部には、装
置とパイプとの間に液体シールを形成するための手段が
設けてあり、装置より上流側のパイプ部分内の液体が装
置のボアを通ってボアの下流側端部に向って流れるよう
に制限される。液体がパイプの上流側部分を充満する深
さ以下の深さでパイプ内を流れるとき、パイプの上流側
部分を流れる液体の静圧を測定する第１の手段が設けて
あって、非充満状態でパイプ内を流れる液体の流量を測
定するように構成されている。一方、パイプの上流側部
分の横断面に比べ、のど部の横断面は、液体の深さが増
大したときにパイプの上流側部分と実質的に同時にのど
部が液体で充満されるように構成されている。パイプの
上流側部分およびのど部が充満されたとき、のど部およ
びパイプの上流側部分における液体の静圧を測定する第
２の手段が設けてあり、この静圧を前記第１の手段で測
定した静圧との間の圧力差を測定することにより充満状
態並びに非充満状態についてパイプ内を流れる液体の流
量を測定することができる。

本発明の好ましい実施例の多くの場合において、装置
のボアの軸線方向に内方にテーパした入口部分は、頂
部、底部および両側部を有し、これらはボアの下流側軸
線方向に向ってボアの軸線の内方にテーパしている。更
に或る実施例においては、ボアの軸線方向内方にテーパ
した入口部分の壁が、ボアの軸線を通る垂直平面内にあ
る截頭円錐状の断面を有する。

本発明の好ましい実施例の或るものにおいては、ボア
が、ボアの下流側端部に隣接して軸線方向に沿って外方
にテーパした出口部分を備えており、該出口部分はボア
の下流側の軸線方向に向って軸線から拡開している。更
に、或る実施例においては、ボアの軸線方向に沿って外
方にテーパした出口部分が、ボアの軸線を通る垂直平面
内において截頭円錐状の断面を有する。

本発明の好ましい実施例の或るものにおいては、第１
の圧力測定手段が圧力センサを備えており、該圧力セン
サはボアの上流側端部に隣接して装置に配置されてい
る。好ましくはこの圧力センサはボアの上流側端部の底
部に隣接して配置されている。更に或る実施例において
は、第２の圧力測定装置が圧力センサを備えており、該
圧力センサはボアののど部、好ましくはのど部の頂部に
隣接して配置されている。

好ましくは、本発明の流量測定装置は、装置の一側を
パイプ内でレベル出しする手段を備えており、このレベ
ル出しは好ましくは装置のボアののど部の底部で行なう
のがよい。また、のど部は、ボアの長手方向軸線を横切
って多角形の横断面形状をなすものとするのがよい。

パイプと装置がそれぞれの長手方向軸線を横切る円筒
状の横断面形状を有する場合には、シール形成手段とし
て膨張自在のチューブを設け、該チューブを装置とチュ
ーブとの間で装置の周囲に配置することができる。好ま
しくはこの膨張自在のチューブを、装置から外周部に形
成した環状溝内に座着させるのがよい。

装置は、装置の外周部とボアとの間を中空体構造又は
中実体構造にすることができる。

本発明の殆んどの好ましい実施例において、のど部お
よびパイプの上流側部分における液体の圧力から、充満
状態および非充満状態の流量を測定する手段が設けられ
ている。

下水パイプにマンホールを設ける場合には、流量測定
装置は、液体がマンホールに流入するパイプ部分に挿入
される。

本発明の好ましい実施例の１グループにおいては、流
量測定装置が円筒状部材を備えており、該円筒状部材は
実質的に同じ高さに配置された両端部と、入口部分およ
びのど部を備えた管状のベンチュリ形装置を形成する内
面とを有している。流量測定装置はまた、円筒状部材の
周囲に設けられかつ円筒状部材がパイプに対し実質的に
同心状に挿入されたときに円筒状部材とパイプの内面と
の間に液密連結を確立する手段を備えており、該手段に
より、円筒状部材より上流側のパイプ部分内の液体がベ
ンチュリ形装置の入口部分およびのど部を通って流れる
ように制限される。更に、管状ベンチュリ形装置ののど
部の頂部における液体の圧力を検出する手段および管状
ベンチュリ形装置の入口部分の底部における液体の圧力
を検出する手段が設けられている。

これらの特徴は、本発明の好ましい実施例を示す添付
図面を参照することにより、一層明瞭に理解することが
できるであろう。これらの図面には、ポータブル形の管
状ベンチュリ形流量測定装置が示してあり、該装置はマ
ンホールに連結されるパイプ内を流れる液体の流量を測
定すべく円筒状の下水パイプ内に設置されるようになっ
ている。

〔実施例〕

図示のように、本発明のポータブル形流量測定装置２
は円筒状のボディ４を備えていて、マンホール10から下
水パイプ８の入口部分６内に直径方向に摺り込ませて挿
入されるようになっている。必要ならば、或は所望なら
ば、ボディ４は２つ以上の長い部分に細分化して、マン
ホール10から下水パイプ８内へのボディ４の挿入が容易
に行なえるようにしてもよい。しかしながら、いかなる
場合でも流量測定装置２の中央部分の外周面には膨張可
能なカラー14を受け入れるための環状溝12を設けおき、
カラー14により装置２をパイプ８内に固定しかつシール
するように構成する。カラー14は装置２をパイプ８内に
挿入する前に環状溝12に取付けられ、かつ、長いバルブ
ステム16およびバルブ15を備えていて、これらを通して
マンホール10からカラー14内にガスを送り込み、カラー
14を膨張させるようになっている。

管状のベンチュリ形流量測定装置として、該装置２は
端部が開放したボア18を備えていて、該ボア18の長手方
向軸線は装置自体の軸線と一致している。このため、装
置２をパイプ８内に装着したとき、ボア18の軸線はパイ
プ８の軸線20と実質的に平行となる。また、ボア18は上
流側端部24に隣接して軸線方向内方にテーパした入口部
分22を有し、該入口部分22は下流の方向に向ってボアの
軸線方向に細まっている。更に、ボア18は該ボアの下流
側端部28に隣接して軸線方向外方にテーパした出口部分
26を有し、該出口部分26は下流方向に向ってボアの軸線
から離れる方向に広がっている。入口部分22および出口
部分26は、ボア18の軸線のところで多角形断面をもつの
ど部30により相互に連結されている。後述のように、の
ど部30の横断面は、流量測定装置２から上流側の下水パ
イプ８の横断面に対して、装置２およびパイプ８の軸線
を横切るように構成されていて、パイプ８内の液体の深
さが大きくなると、パイプの上流側部分と同時にのど部
30が液体で充満されるようになっている。しかしなが
ら、さしあたり、のど部30は矩形であれば充分であるこ
とを指摘しておく。実際にはのど部30は横断面が正方形
であり、これに対しボア18の入口部分22および出口部分
26は、これらの両側において垂直な弦34により切断され
た截頭円錐体32を形成している（第３図）。弦34は平ら
でありかつ流量測定装置２の上流側端部24および下流側
端部28の手前で終っており、第３図の端面図から下流側
端部（出口側端部）28が円筒状となっていることが直ぐ
理解できよう。これに対し、出口部分26の平らな側壁34
および一部が円錐状をなす頂壁および底壁34は下流側端
部28の後方に位置している。

更に第１図〜第３図に示すように、本発明の流量測定
装置２には、該装置２の下流側すなわち出口側端部28の
頂部にベンチ36が設けてあり、該ベンチ36の頂部にはレ
ベルインジケータ38が取付けられている。このレベルイ
ンジケータ38は、レベル状態を表示する十字線を備えた
バブルレベル形のインジケータであるのが良い。ベンチ
36およびインジケータ38はのど部30の頂部40および／又
は底部42と平行に取付けられていて、インジケータ38を
流量測定作業のため、のど部30のレベル測定に用いるこ
とができるようになっている。

更に本発明の流量測定装置２には、入口部分22の下側
でかつ円錐状壁面の下方に圧力センサ44が取付けられて
おり、また、のど部30の頂部表面又は頂部表面近くには
第２の圧力センサ46が取付けられている。これらの圧力
センサ44、46として、ピエゾメータ又は圧電形圧力トラ
ンスジューサを採用することができる。

圧力センサ44は、液体が下水パイプ８の上流側部分を
充満する深さよりも低い深さで流れるときに、パイプ８
の上流側部分を流れる液体の静圧を測定するのに用いら
れ、パイプ８が液体で充満されていない状態の流量を流
量測定装置２により測定できるようにしたものである。
圧力センサ46は、測定２ののど部30における液体の静圧
を測定するのに用いられ、パイプ８が液体で充満されて
いる状態の流量を流量測定装置２により測定できるよう
にしたものである。一般にこれは、パイプ８の上流側部
分の圧力と装置２ののど部30の圧力との間の圧力差を測
定することにより行なわれる。

この目的のため、マンホール10の壁には信号コンバー
タ48が取付けられていて、該信号コンバータ48と両圧力
センサ44、46との間に延在する２本のリード線50を介し
て両圧力センサ44、46からの圧力信号を入力するように
なっている。信号コンバータ48は圧力信号を流量に変換
し、変換された流量は信号コンバータ48内の電子メモリ
（図示せず）に記憶される。また信号コンバータ48は、
圧力信号の差を変換して、パイプ８内の液体の充満状態
および非充満状態の両方についての流量を測定しかつ記
憶する。

信号コンバータ48は慣用的な気泡管形のもの、すなわ
ち液体中に浸漬されたチューブ（図示せず）の一端から
ガス泡が放出されるように構成した機構を採用すること
ができる。所定の気泡量を維持するのに必要な圧力は、
ベローズ（図示せず）又は他の同様な機構を用いて測定
される。圧力はチューブの一端の浸漬深さに比例し、２
つの圧力間の圧力差は、ベローズのダイヤフラム（図示
せず）の各側に１つの圧力が作用したときのダイヤフラ
ムの変位を測定することによって測定される。もちろ
ん、のど部30が液体で充満される迄は、のど部30の頂部
における静圧は体気圧に等しい。

流量のデータは、インクペンおよびペーパーチャート
（図示せず）あるいはスタイラスおよび感圧チャート
（図示せず）によってコンバータに記録される。

別の例では、信号コンバータ48として慣用的な電子機
構例えば圧力に比例する電気信号を発生するように構成
された圧電機構（図示せず）を採用することができる。
更に、ディジタル集積回路機構（図示せず）を用いこれ
を以下のようにプログラムしてもよい。すなわち、流量
測定装置２の入口部分22における静圧および／又は装置
２の前後の圧力差から、流量を間欠的に計算しかつこれ
を電子メモリに記憶させる。

使用に際し本発明の流量測定装置２を下水パイプ８の
入口部分６の開放端内に挿入し、第１図に示すように設
置する。同時に装置２のボディ４を回転してレベルイン
ジケータ38を装置の頂部に位置決めし、該レベルインジ
ケータ38を用いて装置２のレベル出しを行なう。次いで
バルブ15を加圧ガス源（図示せず）に連結してガスを膨
張可能なカラー14内に導入し、該カラー14を装置２のボ
ディ４とパイプ８の入口部分６の内面との間で膨張させ
る。カラー14が膨張すると、該カラー14によって装置２
が所定位置に固定されかつ装置２とパイプ８との間に液
体密封シールが形成される。その後、圧力センサ44、46
と信号コンバータ48との間にリード線50を接続して、信
号コンバータ48をマンホール10の内壁に取付ければ、信
号コンバータ48に圧力信号を入力させることができ、こ
れにより、パイプ８内を液体が充満している場合および
充満していない場合の双方についてパイプ８内を流れる
液体の流量を測定することができる。

第５図〜第10図は、下水パイプ８が大気に開放してい
て、下水パイプ８内の液体51が重力の作用により流れる
状態を示すものである。液体51は通常第５図に示すよう
に、オープンチャンネル（開きょ）流れ状態すなわちパ
イプ８が液体51で充満されていない状態で流れる。しか
しながら、下流側のパイプが詰ったりあるいは上流側の
パイプを通る液体が異常に増量すると、パイプは液体で
充満される。過去においては、液体がオープンチャンネ
ル流れの状態で流れているときにはベンチュリ形装置42
を用いて流量を測定することが可能であった。しかしな
がら、ベンチュリ形装置の上流側のパイプが液体で充満
される程度まで、流れの深さが増大した場合には、もは
や流量を正確に測定することは不可能であった。従っ
て、液体が増量した場合には、ベンチュリ形装置では流
量を正確に測定することはできなかった。最終的にはパ
イプは、パイプ内の上流側の液体レベルがパイプの頂部
を超えるようになるまで過大に充満される。この状態に
おいては、ベンチュリ形装置は、ベンチュリチューブ形
の圧力差発生装置として流量を測定するのに用いること
ができる。しかしながら、（１）ベンチュリ形装置がベ
ンチュリ樋として機能する程度の流量のときと、（２）
ベンチュリ形装置がベンチュリチューブとして機能する
程度にパイプが過充満されるときとの間の過渡的段階に
おいては、ベンチュリ形装置ではもはや流量測定が不可
能になる。

本発明によれば、もしものど部30の寸法が、（１）オ
ープンチャンネル流れ時において液体のくびれすなわち
「ネックダウン」が生じかつ（２）パイプの上流側が液
体で充満されたときには液体の「ネックダウン」がゼロ
となるように構成されていれば、過渡的段階を含むすべ
ての場合に流量測定を行なうことができる。この点を説
明すると、下水パイプ８等にベンチュリ形流量測定装置
42が設けられているときには、該装置42は流れ52がオー
プンチャンネル流れである限り樋として作動する。すな
わち、流れ52が装置ののど部56に到達するときには、第
５図に番号54で示すように、流れ52が下降すなわち「ネ
ックダウン」し、計算可能な深さとなる。この深さを
「臨界深さ」という。装置が樋として作動することによ
り、パイプ内の流量測定が可能となる。なぜならば、流
れの上流側の深さと流れ自体の流量との間には一定の関
係があるからである。しかしながら、パイプの上流側部
分の流れの深さが増大してもベンチュリ形測定装置のの
ど部56における「ネックダウン」流れがこれに応じて増
大することはなく、のど部56が「ネックダウン」流れ54
を維持し続ける間にパイプの上流側部分が液体51で充満
される箇所が生じる。すなわちこの箇所は、第６図に示
すように「ネックダウン」流れの上方にエアギャップを
伴った流れとなるのである。かような状態すなわちパイ
プの上流側部分が液体で充満された状態では、パイプの
上流側部分における流れの深さを監視することはもはや
不可能となり、従って、パイプを通る流量の測定も不可
能となる。一方、この時点ではのど部56が液体で充満さ
れていないため、流量測定装置をベンチュリチューブ形
の圧力差発生装置として用いることはできない。実際、
パイプの上流側の液体レベルがパイプの頂部より高くな
ってパイプが液体で過充満されるようにのど部56が液体
で強制的に充満されるまでは、流量測定装置をベンチュ
リチューブ形の圧力発生装置として用いることはできな
い（第７図）。この過渡的段階すなわち流量測定装置が
もはやベンチュリ樋として作用せずかつ装置がベンチュ
リチューブとして機能するところまでパイプが過充満さ
れない状態はかなりの長時間に亘って存在することがあ
る。

第８図〜第10図およびこれらの図面中に示した本発明
の装置40′、42′について説明すると、パイプのそれぞ
れの長手方向軸線を横切るパイプの上流側部分の横断面
に比べ、のど部30の横断面の寸法は、のど部30がパイプ
の上流側部分と実質的に同時に液体で充満されるように
構成されている。すなわち、のど部30を通る流れ、54
は、パイプの上流側部分における液体がパイプの頂部に
到達するときに流れ54にもはや「ネックダウン」が生じ
ないように制御される。換言すれば、パイプの上流側部
分が液体で充満されるとき、「ネックダウン」効果54は
ゼロとなる。この方法においては、のど部30の静圧の読
取りおよびパイプ８の上流側部分の静圧の読取りは、パ
イプを通る流れの真の読取りを与えることになる。なぜ
ならば、２つの静圧の間の圧力差を、この過渡状態にお
ける流量測定に用いることができるからである。

もちろん、従来技術による流量測定装置のように、オ
ープンチャンネル流れ状態（第８図）におけるパイプの
上流側部分の静圧を読取ることができるし、過充満の流
れ状態（第10図）におけるのど部およびパイプの上流側
部分の静圧の読取りをも続行することができる。これに
より、オープンチャンネル流れ、過渡的状態の流れある
いは過充満状態の流れのすべての状態における流量を測
定することができる。

しかしながら、この方法によりのど部30を通る液体の
流れを制御するためには、第１図〜第４図に示すように
のど部30に向って内方にテーパする入口部分22を設ける
ことが必要であり、かつ、この入口部分22は、ボア18の
軸線に平行な垂直平面内でボアの下流側端部28に向かう
軸線方向に沿って、ボアの軸線に向かって細まるように
構成されていなければならない。入口部分22がこのよう
に細まっている場合においてのみ、パイプ８の上流側部
分が液体で充満されたときに「ネックダウン」効果がゼ
ロとなるように、のど部30の横断面寸法を定めることが
できる。入口部分22の両側又は一方の側を収縮させてお
くことができるが、その場合でもボアの軸線に平行な垂
直平面内で入口部分22を収縮させなくてはならない。

下水パイプ８の直径および該パイプ内を流れる液体の
流量範囲が与えられた場合、のど部30の横断面は、次の
公式を用いて実験的に算出される。

上式において、Q_cはオープンチャンネル流れ状態での
のど部における流量、ａはのど部における流れの横断面
積（従って、のど部が液体で充満された場合にはのど部
自体の横断面積）、Ｔはのど部における流れの頂部の幅
（従って、のど部が液体で充満された場合には流れの頂
部におけるのど部の幅）、ｇは重力の加速度である。ま
た、D₁はパイプの上流側部分における流れの深さ、V₂は
のど部における流れの平均速度、Ｚはのど部の底部がパ
イプの底部以上に隆起されている高さ（すなわち、敷居
高さ）、D_cはのど部における流れの深さ、h_Lはパイプの
上流側部分とのど部との間の損失水頭である。

一般に、損失水頭は、パイプの上流側部分とのど部と
の間の運動エネルギ（速度水頭）の５〜10％である。こ
の損失水頭は実用上きわめて少量の値であり、従って簡
単化するため以下に述べる例では損失水頭を無視してあ
る。

上記公式の適用を説明するため、パイプの直径が８イ
ンチ（約20.3cm）、流量測定装置自体の壁厚が0.25イン
チ（約6.4mm）、この壁厚のため流量測定装置の口部の
パイプの有効直径が7.5インチ（約19.0cm）であると仮
定し、更に、装置ののど部が矩形であることおよびこの
のど部の幅が４インチ（約10.2cm）、敷居高さが1.75イ
ンチ（約4.4cm）であると仮定すれば、かようなのど部
については、 となる。

従来の経験的な方法に従えば、D_cは４インチ（約10.2
cm）すなわち0.333フィート（約10.2cm）であるから、 となる。

同様に、パイプの有効直径D₁を0.625フィート（約19.
05cm）であるとすると、 0.625（インチ）＝0.333＋0.146＋0.167−0.22≒0.62
4 となる。

かくして、0.25インチ（約6.4mm）の壁厚をもつ流量
測定装置を８インチ（約20.3cm）のパイプに挿入し、４
平方インチ（25.8cm²）の横断面積をもつのど部を装置
の中央に配置した場合には、パイプの上流側部分内で液
体の深さが増大したときに、該上流側部分と実質的に同
時にのど部が液体で充満されることになる。

上記式は他の形状ののど部についても同等に適用する
ことができる。のど部の形状を長方形にする場合には、
横断面形状を縦長の長方形にすることができるが、この
場合には下水管の直径が小さいときに詰まりが生じるお
それがある。これに対し、下水管の直径が大きな場合に
は、パイプの上流側部分とのど部とを同時に液体で充満
させる上で、横断面形状を縦長の長方形とすることは最
も有効である。

のど部は、必らずしも矩形又は多角形にする必要はな
く、例えば第８図〜第10図に示すように、パイプ自体の
両側に凸状部分を設けることにより形成することができ
る。

同様に、流量測定装置のボディ４を必らずしも中実体
で作る必要はなく、ボディ４の円筒状外壁とボア18との
間を中空にしてもよい。また、ボディ４を中空体で作る
場合に、所望ならば、ボディ４の円筒状外壁に孔（図示
せず）を穿けておき、流量測定装置内から空気および液
体が逃散できるように構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による流量測定装置をパイプの上流側
部分すなわち入口側部分に設置したところを示す。マン
ホールおよびパイプの一部を断面した斜視図である。 第２図は、パイプの長手方向軸線に沿って本発明の流量
測定装置を断面した縦断面図である。 第３図は、マンホールの側から見た本発明の流量測定装
置の端面図である。 第４図は、第２図の4-4線に沿う本発明の流量測定装置
の横断面図である。 第５図は、パイプ内の液体が非充満状態すなわちオープ
ンチャンネル流れ状態で流れているところを示す従来の
流量測定装置の概略図である。 第６図は、パイプの頂部まで液体が充満しているところ
を示す第５図と同様な概略図である。 第７図は、パイプが液体で過充満されているところを示
す第５図と同様な概略図である。 第８図は、第５図と同様に液体がオープンチャンネル流
れ状態で流れている場合の本発明の流量測定装置の作動
を示す概略図である。 第９図は、第６図と同様に液体がパイプの頂部に到達し
て流れている場合の本発明の流量測定装置の作動を示す
概略図である。 第10図は、第７図と同様にパイプが液体で過充満されて
いる場合の本発明の流量測定装置の作動を示す概略図で
ある。 ２……流量測定装置、４……ボディ、８……下水パイ
プ、10……マンホール、14……カラー、22……流量測定
装置の入口部分、26……流量測定装置の出口部分、30…
…のど部、44、46……圧力センサ。

Claims (24)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大気に開放している細長いパイプ内を重力
   により流れている液体の流量を測定する方法において、 両端において開口している貫通ボアを有する管状のベン
   チュリ形流量測定装置を前記パイプ内に配置し、 前記流量測定装置の配置に当たっては、前記ボアの一方
   の端部から他方の端部に延びる長手方向軸線が前記パイ
   プの長手方向軸線と実質的に平行となるようにして配置
   され、したがって、該ボアの一方の端部が該パイプ内を
   流れる流体の上流側を向くと共に他方の端部が該流体の
   下流側を向くようにして配置されており、 前記ボアは、該ボアの上流側端部に隣接して軸線方向内
   方にテーパしている入口部分を有し、該入口部分は、該
   ボアの軸線方向において下流側端部に向かって細くなる
   ように収束していて、その終端において該ボアの下流側
   端部に開口しているのど部を形成しており、 前記パイプの上流側部分内の液体が前記ボアを通ってそ
   の下流側端部に向かって流れるようにするために、前記
   流量測定装置の外周部において該装置と該パイプとの間
   に液体シールを形成し、 前記パイプの上流側部分を充満させる深さ以下の深さで
   流体が該パイプ内を流れるときの該パイプ上流側部分内
   の液体の静圧を測定して、非充満状態でのパイプ内液体
   流量を測定し、 前記パイプの上流側部分を流れる液体の深さが増大した
   ときに該パイプ上流側部分が液体で充満されるのと同時
   に前記のど部も充填されるように、該のど部の軸線を横
   切る横断面を該パイプ上流側部分の軸線を横切る横断面
   との相関において設計し、 前記パイプの上流側部分と前記のど部とが液体で充満さ
   れたときに、該のど部と該パイプ上流側部分とにおける
   液体の静圧を測定して、かくして測定される２つの静圧
   の圧力差により非充満状態でのパイプ内液体流量と共に
   充満状態でのパイプ内液体流量を測定し、更に、これら
   の間の過渡状態をも測定可能とすることを特徴とする液
   体の流量測定方法。
2. 【請求項２】前記それぞれの静圧測定を行う前に、前記
   のど部の底部のレベル出しを行うことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の液体の流量測定方法。
3. 【請求項３】前記のど部のボア長手方向軸線を横切る横
   断面が多角形をなすことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の液体の流量測定方法。
4. 【請求項４】大気に開放されており、かつ、液体が重力
   により流れるように構成された細長いパイプと、 前記パイプ内に配置された、両端において開口している
   貫通ボアを有する管状のベンチュリ形流量測定装置とを
   有し、 前記ボアは、該ボアの上流側端部に隣接して軸線方向内
   方にテーパしている入口部分を有し、該入口部分は、該
   ボアの軸線方向において下流側端部に向かって細くなる
   ように収束していて、その終端において該ボアの下流側
   端部に開口しているのど部を形成しており、 更に、前記パイプの上流側部分内の液体が前記ボアを通
   ってその下流側端部に向かって流れるようにするため
   に、前記流量測定装置の外周部において該装置と前記パ
   イプとの間に液体シールを形成する手段と、 前記パイプの上流側部分を充満させる深さ以下の深さで
   流体が該パイプ内を流れるときの該パイプ上流側部分内
   の液体の静圧を測定して、非充満状態でのパイプ内液体
   流量を測定する第１の液体流量測定手段とを有し、 前記パイプの上流側部分を流れる液体の深さが増大した
   ときに該パイプ上流側部分が液体で充満されるのと同時
   に前記のど部も充填されるように、該のど部の軸線を横
   切る横断面が該パイプ上流側部分の軸線を横切る横断面
   との相関において設計されており、 更に、前記パイプの上流側部分と前記のど部とが液体で
   充満されたときに、該のど部と該パイプ上流側部分とに
   おける液体の静圧を測定して、かくして測定される２つ
   の静圧の圧力差により非充満状態でのパイプ内液体流量
   と共に充満状態でのパイプ内液体流量を測定し、更に、
   これらの間の過渡状態をも測定可能とするための第２の
   液体流量測定手段と、を有してなることを特徴とする液
   体の流量測定装置。
5. 【請求項５】前記ボアの入口部分が、頂部、底部および
   両側部を備えており、これらは該ボアの軸線に沿ってそ
   の下流側端部に向けて内方にテーパしていることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項に記載の液体の流量測定装
   置。
6. 【請求項６】前記ボアの入口部分の壁が、該ボアの軸線
   を通る垂直面において不等辺四角形の断面形状を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の液体の
   流量測定装置。
7. 【請求項７】前記ボアが、該ボアの下流側端部に隣接し
   て、下流側に向かってその軸線方向外方にテーパしてい
   る出口部分を備えていることを特徴とする特許請求の範
   囲第４項に記載の液体の流量測定装置。
8. 【請求項８】前記出口部分の壁が、該ボアの軸線を通る
   垂直面において不等辺四角形の断面形状を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の液体の流量測
   定装置。
9. 【請求項９】前記第１の流体流量測定手段が、前記ボア
   の上流側端部に隣接して配置された第１の圧力センサを
   有してなることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
   載の液体の流量測定装置。
10. 【請求項１０】前記第１の圧力センサが前記ボアの上流
    側端部の底部に隣接して配置されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第９項に記載の液体の流量測定装置。
11. 【請求項１１】前記第２の液体流量測定手段が、前記ボ
    アの前記のど部に隣接して配置された第２の圧力センサ
    を有してなることを特徴とする特許請求の範囲第４項に
    記載の液体の流量測定装置。
12. 【請求項１２】前記第２の圧力センサが前記のど部の頂
    部に隣接して配置されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第11項に記載の液体の流量測定装置。
13. 【請求項１３】前記パイプ内で装置の一側におけるレベ
    ル出しを行うためのレベル出し手段を更に備えているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の液体の流
    量測定装置。
14. 【請求項１４】前記レベル出し手段が前記のど部の底部
    のレベル出しを行うべく作動することを特徴とする特許
    請求の範囲第13項に記載の液体の流量測定装置。
15. 【請求項１５】前記のど部が、前記ボアの軸線を横切る
    横断面において多角形の断面形状を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第４項に記載の液体の流量測定装
    置。
16. 【請求項１６】前記パイプおよび流量測定装置がそれら
    の長手方向軸線を横切る横断面において円筒形の断面形
    状を有し、前記シール形成手段が流量測定装置の周囲で
    あって該パイプとの間に配置された膨張可能なチューブ
    であることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
    液体の流量測定装置。
17. 【請求項１７】前記膨張可能なチューブが流量測定装置
    の外周部に形成された環状溝内に座着されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第16項に記載の液体の流量測
    定装置。
18. 【請求項１８】前記パイプにマンホールが設けられ、液
    体が該マンホールに流入するパイプ部分に流量測定装置
    が挿入されていることを特徴とする特許請求の範囲第４
    項に記載の液体の流量測定装置。
19. 【請求項１９】前記パイプののど部および前記パイプ上
    流側部分における液体の圧力から充満状態および非充満
    状態でのパイプ内液体流量を測定する手段を更に備える
    ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の液体の
    流量測定装置。
20. 【請求項２０】実質的に円筒形状である入口パイプ内を
    下水マンホールに向けて流れる液体の流量を測定する装
    置であって、 円筒部材を有しており、該円筒部材の内周部は入口部分
    とのど部とを内部に有する管状のベンチュリ形部材を形
    成すると共にその外周部は前記入口パイプの内側形状に
    実質的に合致するように寸法付けられており、 更に、該円筒部材を該入口パイプ内に固定して該円筒部
    材の外周面と該入口パイプの内周面とを閉塞的に連結す
    る手段と、 該管状ベンチュリ形部材の入口部分の最低部に取り付け
    られてその内部を流れる液体圧力を測定する手段と、 該管状ベンチュリ形部材ののど部の頂部に取り付けられ
    てその内部を流れる液体圧力を測定する手段と、 これら２つの圧力測定手段のそれぞれに接続されてこれ
    ら圧力測定手段から発せられる圧力信号を処理する処理
    手段と、 該処理手段に接続されて該圧力信号を流速データに変換
    し該流速データを記憶する手段とを有してなることを特
    徴とする液体の流量測定装置。
21. 【請求項２１】パイプ内を概してその長手方向軸線に沿
    って重力により流れる液体の流量を測定する装置であっ
    て、該パイプの長手方向軸線に沿って少なくとも２つの
    異なる断面形状を有する部分を有し、これら２つの部分
    のうち小さな断面部分には大きな断面部分からの形状変
    化に起因するのど部が形成され、該のど部と大きな断面
    部分とは、該パイプの大きな断面部分を流れる液体の深
    さが増大したときに該大きな断面部分が液体で満たされ
    るのと実質的に同時に該のど部も充填されるように設計
    されており、更に、これら少なくとも２つの異なる断面
    部分に隣接して液体圧力センサ手段が設けられてなるこ
    とを特徴とする液体の流量測定装置。
22. 【請求項２２】上流側部分を有するパイプと、 該パイプからの形状変化によって形成されるのど部とを
    有し、 該のど部の長手方向軸線を横切る断面は、該パイプの上
    流側部分の同様の断面との相関において、該上流側部分
    に液体が充満するときに実質的に同時に該のど部にも液
    体が充満するように設計されており、 更に、該パイプ内を流れる液体の非充満状態および充満
    状態での流速を決定する手段が備えられることを特徴と
    する液体の流量測定装置。
23. 【請求項２３】上流側部分を有するパイプと、 該パイプからの形状変化によって形成されるのど部を有
    する該パイプ内流量制限手段とを有し、 該のど部の長手方向軸線を横切る断面は、該パイプの上
    流側部分の同様の断面との相関において、該上流側部分
    に液体が充満するときに実質的に同時に該のど部にも液
    体が充満するように設計されており、 更に、該パイプ内を流れる液体の非充満状態および充満
    状態での静圧を測定する静圧測定手段が備えられること
    を特徴とする液体の流量測定装置。
24. 【請求項２４】パイプからの形状変化によってのど部を
    形成することによって該パイプ内に流量制限手段を設
    け、 該のど部の長手方向軸線を横切る断面を、該パイプの上
    流部の同様の断面との相関において、該上流部に液体が
    充満するときに実質的に同時に該のど部にも液体が充満
    するように設計し、 該のど部の上流部および少なくとも該のど部において該
    パイプ内を流れる液体の静圧を測定して、該パイプ内を
    流れる液体の非充満状態および充満状態で流速を算定す
    ることを特徴とする液体の流量測定方法。