JP2582961B2 - 流量センサのバイパスユニット - Google Patents

流量センサのバイパスユニット

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、熱式の質量流
量センサ等に用いることができるバイパスユニットに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、流体のバイパス部において流量を
検出するために層流状態を得る必要があることが知られ
ている。このため、バイパス部に各種の層流素子を介装
させることが行われ、層流素子としては特開昭60−1012
0 号公報に示された如き素子が知られている。
【0003】しかしながら、上記層流素子は挿入するワ
イヤが曲った状態で圧入され取り付けられ易く、ワイヤ
に曲りが生じた場合には該層流素子の入口部と出口部と
における差圧が流量に比例しなくなるため、流量の検出
が精度良く行い得ない。特に、ワイヤの曲りが極端にな
ると流体に渦が生じ差圧が一定せず実用に向かなくな
る。
【0004】また、上記層流素子が設けられているバイ
パス部へ到る流路がバイパス部に直線的に長く続く場合
や流体の流量が少ない範囲では、バイパス部へ流入する
流体の乱れは少ない。しかし、多くの場合は、流量計へ
到る直前で流路が曲げられてバイパス部へと到る構成と
なっている。この曲げの状態によって、センサ出力に差
が生じることが知られており、かかる不具合を除去する
ため、バイパス部の入口付近にメッシュ状の整流フィル
タを配置することが行われるが、整流フィルタを配した
場合にはこの部分で圧力損失が大きくなるという問題点
が生じる。
【0005】更に、センサの計測分解能には限界があ
り、センサ管やバイパスに流すことのできる流量にも以
下のような制限がある。つまり、センサ管の入口と出口
との差圧△P1 と該センサ管を流れる流体の流量Q1
の間の比例関係は差圧△P1 及び流量Q1 が所定以上大
きくなると崩れ流量の高精度な検出を行い得ない。ま
た、バイパス部の入口と出口との差圧△P2 と該バイパ
ス部を流れる流体の流量Q2 との間の比例関係は、差圧
△P2 及び流量Q2 が所定以上大きくなると崩れ、流量
の高精度な検出を行い得ない。即ち、差圧が流量に比例
する範囲においては層流として扱うことができるが、差
圧、流量が大きくなると、差圧が流量の2乗に比例して
増加する乱流となり流量検出に適さなくなるのである。
【0006】ここで、層流について考察すると、一般的
にレイノルズ数RDが2320以下が層流と称され、レイノ
ルズ数RD は、 RD =(4Qρ)/(πDη) ……(1) で表わされる。ここに、 Q;管を流れる流体の体積流量 ρ;管を流れる流体の密度 η;管を流れる流体の粘度 D;管の等価直径 である。(1) 式により、RD を一定としてQを多くとる
ためには、Dを大きくすれば良いことが理解される。し
かし、センサ管の径やバイパス部の径を大きくするに
は、センサ自体の大きさに制限があることから、小径の
通路を重ねてバイパス部に配置し、実質的にDを大きく
したのと同様にさせる手法もある。
【0007】しかしながら、測定する流量の範囲を広く
するためには、また、各種の流体に対応して測定を可能
とするためには各種の層流素子が多数必要となるという
問題点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記に対し、バイパス
部の中央部に円柱状中子を設けて層流を得るようにした
ものが、実開昭59−72514 号公報に開示されている。か
かるバイパス部の構成によれば特開昭60−10120 号公報
に示された層流素子によるようにワイヤの曲りによる乱
流の発生を除去できるものの、バイパス部にに流入した
流体が直接、センサの流体導入口にあるため、ノイズの
原因である渦を検出してしまう問題点があった。さら
に、測定する流量範囲を広くするために様々な大きさの
バイパス部を用意する必要がある点については解決され
得ないものであった。更に、流量を100cc 以下と少なく
する場合には、中子の外周面及びバイパス丸穴の内壁の
加工精度を極めて高くする必要があり、工数がかかり、
また、高価となる問題点があった。
【0009】本発明はこのような従来の流量センサのバ
イパス構造が有する問題点を解決せんとしてなされたも
ので、その目的は適切な層流状態を実現し、また、測定
流量範囲を容易に変更できる流量センサのバイパスユニ
ットを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る流量センサ
のバイパスユニットは、流体が出入りする2つの流路及
これらの流路に連通する室を有し、この室から分岐流
路を介して流体をセンサ管に導びく構造である流量セン
サのバイパスユニットにおいて、前記室内に当該室の内
壁との間に空隙を有して収容され、前記2つの流路と同
軸的に形成された流体導入穴と、この流体導入穴から外
周方向へ穿設された透孔とを有するバイパス軸体と、
囲面に連絡透孔が穿設され、前記バイパス軸体と前記室
の内壁との間を前記連絡透孔を除いて遮断する遮断ケー
スとを備えることを特徴とする。
【0011】上記のバイパスユニットでは、前記連絡透
孔は、前記遮断ケースの長手方向に異なる距離をおいて
複数個形成され、当該連絡透孔のいずれか1つの連絡透
孔を除き、蓋がなされて閉じられていることを特徴とす
る。
【0012】本発明のバイパスユニットは、流体が出入
りする2つの流路及びこれらの流路に連通する室を有
し、この室から分岐流路を介して流体をセンサ管に導び
く構造である流量センサのバイパスユニットにおいて、
前記室内に当該室の内壁との間に空隙を有し、前記2の
流路と同軸的に設けられ、前記空隙に流体を流すバイパ
ス軸体と、 周面の長手方向に異なる距離をおいて複数個
の連絡透孔が形成され、当該連絡透孔のいずれか1つの
連絡透孔を除き、蓋がなされて閉じられるとともに、前
記バイパス軸体と前記室の内壁との間を前記1つの連絡
透孔を除いて遮断する遮断ケースとが備えられているこ
とを特徴とする。
【0013】更に、上記のバイパスユニットでは、バイ
パス軸体の両側部には、流路と同軸的に流体導入穴が形
成され、この流体導入穴の中心から円の外周方向へ向う
透孔が複数形成されていることを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明に係る流量センサのバイパスユニットは
以上の通りに構成されるので、流路から到来した流体は
流体導入穴へ到り、その前方へ到ることなく外周方向へ
透孔を介してぬけるので、メッシュによるフィルタのよ
うな大きな圧力損失なく層流の始点となる条件を提供す
る。
【0015】また、遮断ケースが設けられることによ
り、この遮断ケースの内壁とバイパス軸の外周面との間
で層流が実現され、流量が少ない場合にもこの一般的に
はフラットな部分の加工精度を向上させれば良く、加工
が容易となる。
【0016】更に、遮断ケースの連絡透孔を選択するこ
とによりセンサ管における差圧の範囲を変更でき、広範
囲な流量の測定に対し容易に対応可能である。
【0017】
【実施例】以下、添付図面の図1乃至図7を参照して本
発明の実施例に係る流量センサのバイパスユニットを説
明する。これらの図において同一の構成要素には同一の
符号を付し重複する説明を省略する。
【0018】ユニット筐体1は外形が直方体であって、
図1に示されるように両側面には配管用フィッティング
2,3がボルトにより結合される。配管用フィッティン
グ2,3には外端部に突出したねじ部4,5が形成さ
れ、配管と結合可能とされている。配管用フィッティン
グ2,3のねじ部4,5はユニット筐体1の側面中央部
に位置し、ねじ部4,5が外周となる部分には流路6,
7が形成されている。配管用フィッティング2,3とユ
ニット筐体1との結合部には、シールリングガイド8及
びシールリング9が介装され、流体の漏れを防止する。
ユニット筐体1には、図の左側中央から円柱状に大径の
室10が穿設され、図の右側中央から円柱状に小径の導路
11が形成されている。室10のほぼ中央部から上面には分
岐路12が貫通形成され、同様に、導路11の中央部から上
面には分岐路13が貫通形成されている。分岐路12,13の
上部にはセンサ管に通じる穴を有するシール14を介し
て、センサ管15が設けられたセンサ筐体べース16がねじ
止めされる。センサ管15には発熱抵抗体171 ,172 が設
けられ、図示せぬ抵抗とブリッジ回路が構成されて公知
の手法にて流量検出が行われる。室10には、その内壁よ
り小径の外径を有し、一端に室10の内壁に接する径のフ
ランジ19が形成された中空円筒状の遮断ケース18が挿入
されている。遮断ケース18の内側には、略円筒状のバイ
パス軸体20が挿入されている。
【0019】バイパス軸体20は図2(a)に側面図が、
図2(b)に断面図が示されるように両側部にフランジ
21,22を有し、中央部に円柱芯部23を有する。フランジ
21,22の側方中央部からは、流路6,流路7(導路11)
に同軸的に有底の流体導入穴24,25が円柱芯部23の端部
まで形成されている。フランジ21,22と円柱芯部23との
間は細径にされた首部26,27が形成され、首部26,27と
流体導入穴24,25との間には円の中心から外周へ向う透
孔28,29が放射状に8穴づつ形成されている。なお、フ
ランジ22,23の外周径は、円柱芯部23の外周径より大径
に形成され、遮断ケース18との間に流体が流れる間隙が
生じるようにされている。
【0020】遮断ケース18はその平面図が図3に示され
るように、フランジ19から長手方向に距離の異なる、例
えば、3個の連絡透孔31(31A〜31C)が穿設されてお
り、このうちいずれか1つだけが使用され、他の連絡透
孔31は図4に示されるように蓋体32によって閉じられ使
用されない。
【0021】以上の如く構成されたバイパスユニットに
おいては、遮断ケース18と室10の内壁との間の間隙40が
遮断ケース18とバイパス軸体20との間の間隙50より十分
広く構成される。ここで、流体が図の左から右へ流れる
ものとしたとき、流体導入穴24に到来した流体はその正
面壁に衝突し、流れをやや緩めて透孔28を介して首部26
へ出る。この首部26は「圧力だめ」となっており、首部
27が「圧力だめ」となることと相俟って首部27及び首部
27との間の間隙50がチャネルとなって層流が実現され
る。一方、センサ管15の上流側端部の圧力は、分岐路1
2,間隙40,連絡透孔31が、間隙40に比べて十分に広い
から、変位せずに首部26の圧力に等しい。また、センサ
管15の下端側端部の圧力は、首部27の圧力に等しい。従
って、センサ管15により検出される差圧は首部26から首
部27までの差圧となる。
【0022】このため、小流量の測定の場合には、図5
に示されるように、連絡透孔31Aを用い、他の連絡透孔
31B,31Cについては図4に示した蓋32を用いて閉じ
る。これにより、間隙40の全長で発生される最大の差圧
を有効に検出することになり、小流量時の差圧について
も的確に検出が行われ、小流量に対応できる。また、中
流量の測定の場合には、図6に示されるように連絡透孔
31Bを用い、他の連絡透孔31A,31Cを閉じ、大流量の
測定の場合には、図7に示されるように連絡透孔31Cを
用い、他の連絡透孔31A,31Bを閉じる。このように、
本実施例では蓋32によって閉じる連絡透孔31を選択し、
間隙40のストロークを変えることにより測定流量の変化
に対応できる。また、間隙40を狭くして小流量に対応す
る場合でも、遮断ケース18は円筒状で内壁がほぼストレ
ートで鏡面仕上等の加工が容易である。また、実施例の
バイパスユニットは上記とは逆に流体を流すときにも、
バイパス軸体が左右対称であり、精度良く測定が可能で
ある。なお、遮断ケース18を図5乃至図7に示されるよ
うにして使用する場合には、バイパス軸は間隙40を形成
するものであれば他の形状であってもよい。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、流
路から到来した流体は流体導入穴に到りその前方の壁に
当たり「圧力ぬけ」へ透孔を介して到ることになるの
で、従来のメッシュによるフィルタを用いた場合のよう
には大きな圧力損失がなく、層流の始点となる条件が提
供され、適切な層流を実現する。
【0024】また、遮断ケースが設けられることによ
り、この遮断ケースの内壁とバイパス軸の外周面との間
で層流が実現され、流量が少ない場合にも一般的にはス
トレートでフラットな部分の加工精度を向上させること
で対応でき、加工が容易となる。
【0025】更に、遮断ケースの連絡透孔を選択するこ
とによりセンサ管における差圧の範囲を変更でき広範囲
な流量の測定に対し、少ない部品の変更で容易に対応で
きる。 更に、バイパス軸体を左右対称としたとき、流
体が逆流した場合でも正確な負の差圧が得られるため逆
方向からの流体の流量を検出可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の断面図。
【図2】本発明の一実施例の要部構成図。
【図3】本発明の一実施例の要部平面図。
【図4】本発明の一実施例の要部断面図。
【図5】本発明の一実施例の要部断面図。
【図6】本発明の一実施例の要部断面図。
【図7】本発明の一実施例の要部断面図。
【符号の説明】
1 ユニット筐体 2.3 配管用フ
ィッティング 4,5 ねじ部 6,7 流路 10 室 11 導路 12,13 分岐路 15 センサ管 18 遮断ケース 20 バイパス軸体 24,25 流体導入穴 31A〜31C 連絡
透孔

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流体が出入りする2つの流路及びこれら
    流路に連通する室を有し、この室から分岐流路を介し
    て流体をセンサ管に導びく構造である流量センサのバイ
    パスユニットにおいて、 前記室内に当該室の内壁との間に空隙を有して収容さ
    れ、前記2つの流路と同軸的に形成された流体導入穴
    と、この流体導入穴から外周方向へ穿設された透孔とを
    有するバイパス軸体と、周囲面に連絡透孔が穿設され、前記バイパス軸体と前記
    室の内壁との間を前記連絡透孔を除いて遮断する遮断ケ
    ースと を備えることを特徴とする流量センサのバイパス
    ユニット。
  2. 【請求項2】 前記連絡透孔は、前記遮断ケースの長手
    方向に異なる距離をおいて複数個形成され、当該連絡透
    孔のいずれか1つの連絡透孔を除き、蓋がなされて閉じ
    られていることを特徴とする請求項1に記載の流量セン
    サのバイパスユニット。
  3. 【請求項3】 流体が出入りする2つの流路及びこれら
    の流路に連通する室を有し、この室から分岐流路を介し
    て流体をセンサ管に導びく構造である流量センサのバイ
    パスユニットにおいて、 前記室内に当該室の内壁との間に空隙を有し、前記2の
    流路と同軸的に設けられ、前記空隙に流体を流すバイパ
    ス軸体と、 周面の長手方向に異なる距離をおいて複数個の連絡透孔
    が形成され、当該連絡透孔のいずれか1つの連絡透孔を
    除き、蓋がなされて閉じられるとともに、前記バイパス
    軸体と前記室の内壁との間を前記1つの連絡透孔を除い
    て遮断する遮断ケースとが備えられていることを特徴と
    する流量センサのバイパスユニット。
  4. 【請求項4】 バイパス軸体の両側部には、流路と同軸
    的に流体導入穴が形成され、この流体導入穴の中心から
    円の外周方向へ向う透孔が複数形成されていることを特
    徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の流量セ
    ンサのバイパスユニット。
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