JP2818083B2 - 流量測定装置 - Google Patents
流量測定装置Info
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- JP2818083B2 JP2818083B2 JP4288424A JP28842492A JP2818083B2 JP 2818083 B2 JP2818083 B2 JP 2818083B2 JP 4288424 A JP4288424 A JP 4288424A JP 28842492 A JP28842492 A JP 28842492A JP 2818083 B2 JP2818083 B2 JP 2818083B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、流路に設けた絞り部
の上・下流間に発生する圧力差に基づき流体の流量を測
定する流量測定装置に関する。
の上・下流間に発生する圧力差に基づき流体の流量を測
定する流量測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】円管などのパイプ内を流れる流体の流量
を測定するには、例えばオリフィスメータやベンチュリ
管などが使用されている。これらの流量計は、円管の中
の流れを強制的に絞って絞り部を形成することにより、
絞り部の上・下流間に圧力差を発生させ、この圧力差Δ
Pと流体流量Qとの関係、すなわち圧力差ΔPが流体流
量Qの二乗に比例するというベルヌーイの定理を利用
し、流量測定を行っている。
を測定するには、例えばオリフィスメータやベンチュリ
管などが使用されている。これらの流量計は、円管の中
の流れを強制的に絞って絞り部を形成することにより、
絞り部の上・下流間に圧力差を発生させ、この圧力差Δ
Pと流体流量Qとの関係、すなわち圧力差ΔPが流体流
量Qの二乗に比例するというベルヌーイの定理を利用
し、流量測定を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の流量計では、流量計測可能な範囲は、最大計測流
量の1/10程度までとされている。これは、例えば大
口径のオリフィスメータによって小流量を測定しようと
すると、絞り部にて縮流が発生せず、よってこの場合に
はベルヌーイの定理が成立しなくなり、流量計測が不可
能になってしまうからである。
従来の流量計では、流量計測可能な範囲は、最大計測流
量の1/10程度までとされている。これは、例えば大
口径のオリフィスメータによって小流量を測定しようと
すると、絞り部にて縮流が発生せず、よってこの場合に
はベルヌーイの定理が成立しなくなり、流量計測が不可
能になってしまうからである。
【0004】このため、最大計測流量の1/10を下回
る小流量域まで計測可能とした広い流量範囲を計測しよ
うとする場合には、径の異なる数個のオリフィスメータ
を並列に配置し、流量に応じて流路を切換えて計測を行
わねばならず、構成が複雑化し、取扱いも面倒になると
いう問題点がある。
る小流量域まで計測可能とした広い流量範囲を計測しよ
うとする場合には、径の異なる数個のオリフィスメータ
を並列に配置し、流量に応じて流路を切換えて計測を行
わねばならず、構成が複雑化し、取扱いも面倒になると
いう問題点がある。
【0005】そこで、この発明は、計測流量に応じて流
路を複数設けることなく、広範囲の流量計測を可能とす
ることを目的としている。
路を複数設けることなく、広範囲の流量計測を可能とす
ることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、流体の流路断面積を縮小させた絞り部
の上流側における流体圧力と同下流側における流体圧力
の差圧に基づき、流体の流量を測定する流量測定装置に
おいて、前記絞り部の上流側に流体が供給される流入空
間を形成するとともに、同下流側に絞り部から流出する
流体の流出空間を形成した測定器本体と、小流量域で層
流状態が発生して前記絞り部の内壁で発生する摩擦力に
よる圧力損失に基づいた流量算出を行い、かつ大流量域
で乱流状態が発生して前記絞り部により発生する縮流・
拡大流による圧力損失に基づいた流量算出を行う流量測
定回路とを有する構成としてある。
に、この発明は、流体の流路断面積を縮小させた絞り部
の上流側における流体圧力と同下流側における流体圧力
の差圧に基づき、流体の流量を測定する流量測定装置に
おいて、前記絞り部の上流側に流体が供給される流入空
間を形成するとともに、同下流側に絞り部から流出する
流体の流出空間を形成した測定器本体と、小流量域で層
流状態が発生して前記絞り部の内壁で発生する摩擦力に
よる圧力損失に基づいた流量算出を行い、かつ大流量域
で乱流状態が発生して前記絞り部により発生する縮流・
拡大流による圧力損失に基づいた流量算出を行う流量測
定回路とを有する構成としてある。
【0007】
【作用】このような構成の流量測定装置によれば、小流
量域では流入空間に流入した流体は、絞り部を流れる際
に層流となり、絞り部の内壁による摩擦力(剪断応力)
を受ける。この摩擦力による圧力損失が、絞り部による
縮流・拡大流によって発生する圧力損失より支配的とな
り、摩擦による圧力損失により生じる絞り部上・下流間
の圧力差に基づいて、流量測定回路が流量算出を行う。
一方、大流量域では、流入空間に流入した流体は絞り部
で縮流となって乱流状態が発生し、流出空間で拡大流と
なって、縮流・拡大流による圧力損失が、絞り部内での
摩擦による圧力損失より支配的となり、縮流・拡大流に
よる圧力損失により生じる絞り部上・下流間の圧力差に
基づいて、流量測定回路が流量算出を行う。
量域では流入空間に流入した流体は、絞り部を流れる際
に層流となり、絞り部の内壁による摩擦力(剪断応力)
を受ける。この摩擦力による圧力損失が、絞り部による
縮流・拡大流によって発生する圧力損失より支配的とな
り、摩擦による圧力損失により生じる絞り部上・下流間
の圧力差に基づいて、流量測定回路が流量算出を行う。
一方、大流量域では、流入空間に流入した流体は絞り部
で縮流となって乱流状態が発生し、流出空間で拡大流と
なって、縮流・拡大流による圧力損失が、絞り部内での
摩擦による圧力損失より支配的となり、縮流・拡大流に
よる圧力損失により生じる絞り部上・下流間の圧力差に
基づいて、流量測定回路が流量算出を行う。
【0008】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。
する。
【0009】図1は、この発明の一実施例を示す流量測
定装置の断面図で、図3にその外観形状を、図4に流量
測定装置を含む全体のシステム構成をそれぞれ示す。こ
の流量測定装置は、被測定流体であるガスが流入するフ
ィーダ部1と、小流量域で層流状態が発生する所定長さ
を有する絞り部としての矩形流路3を備えた本体部5と
から構成され、これら両者はフランジ7及び9によりシ
ール用パッキン11を介して接合されている。上記フィ
ーダ部1と本体部5とで測定器本体を構成している。
定装置の断面図で、図3にその外観形状を、図4に流量
測定装置を含む全体のシステム構成をそれぞれ示す。こ
の流量測定装置は、被測定流体であるガスが流入するフ
ィーダ部1と、小流量域で層流状態が発生する所定長さ
を有する絞り部としての矩形流路3を備えた本体部5と
から構成され、これら両者はフランジ7及び9によりシ
ール用パッキン11を介して接合されている。上記フィ
ーダ部1と本体部5とで測定器本体を構成している。
【0010】フィーダ部1は、内部に所定の容積を有
し、ガスが供給される流入空間13を形成する。この流
入空間13の図1中で上下両側部にはガス供給孔15,
17が形成され、この供給孔15,17には導入パイプ
19,21が接続されている。二つのガス供給孔15,
17は、流入空間13に対し互いに対向する位置にあ
り、二方から流入したガスの流速を低下させ圧力変動を
吸収するようになっている。ガス供給孔15,17に
は、図4に示すように、ガスボンベ23またはコンプレ
ッサから所定の圧力のガスが、開閉弁25を備えた主通
路27から二方に分岐した分岐通路29,31を介して
送られる構成となっている。
し、ガスが供給される流入空間13を形成する。この流
入空間13の図1中で上下両側部にはガス供給孔15,
17が形成され、この供給孔15,17には導入パイプ
19,21が接続されている。二つのガス供給孔15,
17は、流入空間13に対し互いに対向する位置にあ
り、二方から流入したガスの流速を低下させ圧力変動を
吸収するようになっている。ガス供給孔15,17に
は、図4に示すように、ガスボンベ23またはコンプレ
ッサから所定の圧力のガスが、開閉弁25を備えた主通
路27から二方に分岐した分岐通路29,31を介して
送られる構成となっている。
【0011】本体部5は、内部に凹部33aが形成され
た主体部33と、主体部33の開口部を覆うカバー35
とから構成され、これら両者間にはシール用のパッキン
37が介装されている。主体部33のフィーダ部1と反
対側の端部にはガス流出孔39が形成され、この流出孔
39には、図示しない燃焼器側などに接続される流出パ
イプ41が接続されている。
た主体部33と、主体部33の開口部を覆うカバー35
とから構成され、これら両者間にはシール用のパッキン
37が介装されている。主体部33のフィーダ部1と反
対側の端部にはガス流出孔39が形成され、この流出孔
39には、図示しない燃焼器側などに接続される流出パ
イプ41が接続されている。
【0012】主体部33にカバー35が装着された状態
で、凹部33aには直方体状の空間領域が形成される
が、この空間領域には、ガス流出孔39側に所定の容積
を有する流出空間43を形成するよう二つのノズル片4
5,47が相互に対称に設置される。二つのノズル片4
5,47は、相互に対向する面により溝を形成し、この
溝によって前述した絞り部としての矩形流路3が形成さ
れる。矩形流路3は、図2に示すように直方体状を呈
し、幅Wが1.2mm、高さHが7.5mmで、長さL
は5mm〜60mmである。
で、凹部33aには直方体状の空間領域が形成される
が、この空間領域には、ガス流出孔39側に所定の容積
を有する流出空間43を形成するよう二つのノズル片4
5,47が相互に対称に設置される。二つのノズル片4
5,47は、相互に対向する面により溝を形成し、この
溝によって前述した絞り部としての矩形流路3が形成さ
れる。矩形流路3は、図2に示すように直方体状を呈
し、幅Wが1.2mm、高さHが7.5mmで、長さL
は5mm〜60mmである。
【0013】矩形流路3の上流側端部においては、ノズ
ル片45,47の角部が半径10mmの円弧状に形成さ
れて入口部49が形成されている。この入口部49とフ
ィーダ部1の流入空間13とは、縮小部51により連通
している。縮小部51は、フィーダ部1及び本体部5に
それぞれ形成された傾斜孔53及び55により、流入空
間13から入口部49にかけて流路面積が徐々に縮小し
入口部49に連続するようになっている。
ル片45,47の角部が半径10mmの円弧状に形成さ
れて入口部49が形成されている。この入口部49とフ
ィーダ部1の流入空間13とは、縮小部51により連通
している。縮小部51は、フィーダ部1及び本体部5に
それぞれ形成された傾斜孔53及び55により、流入空
間13から入口部49にかけて流路面積が徐々に縮小し
入口部49に連続するようになっている。
【0014】フィーダ部1の上部及び本体部5のカバー
35には、流入空間13内におけるガスの静圧P1及び
流出空間43内のガスの静圧P2をそれぞれ検出する圧
力導入口57及び59が設けられている。各圧力導入口
57及び59の圧力は、圧力差ΔPを測定する機能を備
えた流量測定回路61に入力され、測定した圧力差ΔP
と流量Qとの関係から実際のガス流量が算出される。
35には、流入空間13内におけるガスの静圧P1及び
流出空間43内のガスの静圧P2をそれぞれ検出する圧
力導入口57及び59が設けられている。各圧力導入口
57及び59の圧力は、圧力差ΔPを測定する機能を備
えた流量測定回路61に入力され、測定した圧力差ΔP
と流量Qとの関係から実際のガス流量が算出される。
【0015】このような構成の流量測定装置によれば、
ガスボンベ23から送られるガスは、主通路27及び分
岐通路29,31を経て二つのガス供給孔15,17か
らフィーダ部1の流入空間13に流入する。二つのガス
供給孔15,17から流出したガスは、流入空間13内
で互いに衝突し合うことで流速が減少して乱れが低下
し、さらに流入空間13は所定の容積を有しているので
圧力変動も低下する。乱れが低下し圧力変動が小さくな
った流入空間13内のガスは、通路面積が徐々に縮小す
る縮小部51及び入口部49を経て本体部5の矩形流路
3を流れ、流出空間43に流出した後、流出パイプ41
から燃焼器側に供給される。
ガスボンベ23から送られるガスは、主通路27及び分
岐通路29,31を経て二つのガス供給孔15,17か
らフィーダ部1の流入空間13に流入する。二つのガス
供給孔15,17から流出したガスは、流入空間13内
で互いに衝突し合うことで流速が減少して乱れが低下
し、さらに流入空間13は所定の容積を有しているので
圧力変動も低下する。乱れが低下し圧力変動が小さくな
った流入空間13内のガスは、通路面積が徐々に縮小す
る縮小部51及び入口部49を経て本体部5の矩形流路
3を流れ、流出空間43に流出した後、流出パイプ41
から燃焼器側に供給される。
【0016】このような流れの過程において、ガスが矩
形流路3を流れる際に圧力損失を受けて、上流側の流入
空間13に設けた圧力導入口57を通して検出する静圧
P1と、下流側の流出空間43に設けた圧力導入口59
を通して検出する静圧P2との間に圧力差ΔPを生じ、
この圧力差ΔPに応じたガスの流量Qを流量測定回路6
1が算出する。流入空間13内の静圧P1の検出の際に
は、内部のガスは乱れが低下し圧力変動も低下している
ので、検出精度が向上し、流量の測定精度も向上するこ
とになる。
形流路3を流れる際に圧力損失を受けて、上流側の流入
空間13に設けた圧力導入口57を通して検出する静圧
P1と、下流側の流出空間43に設けた圧力導入口59
を通して検出する静圧P2との間に圧力差ΔPを生じ、
この圧力差ΔPに応じたガスの流量Qを流量測定回路6
1が算出する。流入空間13内の静圧P1の検出の際に
は、内部のガスは乱れが低下し圧力変動も低下している
ので、検出精度が向上し、流量の測定精度も向上するこ
とになる。
【0017】図5は、本測定装置を流れる流量Qと、矩
形流路3前後の圧力差ΔP(mmH2 O)との関係を両
対数紙上でプロットしたものであり、実線が矩形流路3
の長さLがL=60mmのもので、破線がL=5mmの
ものである。これによれば、流量Qは圧力差ΔPによ
り、大流量域の直線A,小流量域の直線B,中間領域の
直線Cの3本の直線で近似させることができる。この特
性図は、板谷松樹著「水力学」朝倉書店(昭和52年3
月15日発行 P.122〜132参照)により導くこ
とができる。
形流路3前後の圧力差ΔP(mmH2 O)との関係を両
対数紙上でプロットしたものであり、実線が矩形流路3
の長さLがL=60mmのもので、破線がL=5mmの
ものである。これによれば、流量Qは圧力差ΔPによ
り、大流量域の直線A,小流量域の直線B,中間領域の
直線Cの3本の直線で近似させることができる。この特
性図は、板谷松樹著「水力学」朝倉書店(昭和52年3
月15日発行 P.122〜132参照)により導くこ
とができる。
【0018】長さLが60mmの矩形流路3についてみ
ると、流量Qの変化は、大流量域では直線Aに示すよう
に傾きKが約1/2であり、オリフィスを利用した場合
と同様の機能を持ち、流れに関しては圧力損失(差圧Δ
P)が流量Qの二乗に比例するというベルヌーイの定理
が成立する流動状態にある。この場合には、流入空間1
3内の流体は矩形流路3で縮流となって乱流状態が発生
し、流出空間43で拡大流となって、縮流・拡大流によ
る圧力損失が、矩形流路3内での摩擦による圧力損失よ
り支配的となり、縮流・拡大流による圧力損失により生
じる矩形流路3の上下流間の圧力差ΔPに基づきガス流
量を算出する。
ると、流量Qの変化は、大流量域では直線Aに示すよう
に傾きKが約1/2であり、オリフィスを利用した場合
と同様の機能を持ち、流れに関しては圧力損失(差圧Δ
P)が流量Qの二乗に比例するというベルヌーイの定理
が成立する流動状態にある。この場合には、流入空間1
3内の流体は矩形流路3で縮流となって乱流状態が発生
し、流出空間43で拡大流となって、縮流・拡大流によ
る圧力損失が、矩形流路3内での摩擦による圧力損失よ
り支配的となり、縮流・拡大流による圧力損失により生
じる矩形流路3の上下流間の圧力差ΔPに基づきガス流
量を算出する。
【0019】一方、小流量域では直線Bに示すように傾
きKが約0.8であり、傾きKが1.0である層流管と
しての機能をほぼ有することがわかる。この場合には、
矩形流路3の内壁により摩擦力(剪断応力)を受けて、
矩形流路3による縮流・拡大流による圧力損失より矩形
流路3内での摩擦による圧力損失が支配的となり、この
摩擦による圧力損失により生じる矩形流路3の上下流間
の圧力差ΔPに基づきガス流量を算出する。
きKが約0.8であり、傾きKが1.0である層流管と
しての機能をほぼ有することがわかる。この場合には、
矩形流路3の内壁により摩擦力(剪断応力)を受けて、
矩形流路3による縮流・拡大流による圧力損失より矩形
流路3内での摩擦による圧力損失が支配的となり、この
摩擦による圧力損失により生じる矩形流路3の上下流間
の圧力差ΔPに基づきガス流量を算出する。
【0020】また、直線Cで示す中間領域では、大流量
域同様乱流状態にあり、差圧ΔPと流量Qとの関係はほ
ぼ直線で近似でき、これは滑らかな円管内流動における
ブラジウス(Blasius)の式が成り立つ領域に対
応する。
域同様乱流状態にあり、差圧ΔPと流量Qとの関係はほ
ぼ直線で近似でき、これは滑らかな円管内流動における
ブラジウス(Blasius)の式が成り立つ領域に対
応する。
【0021】このように、流量Qは大流量域から小流量
域まで、差圧ΔPにより近似される3本の直線A,B,
Cに基づいて算出できる。特に、小流量域においては、
ベルヌーイの定理が成立しない領域であるにもかかわら
ず、矩形流路3が層流管として機能するため、流量測定
が可能となる。したがって流量計測範囲は、従来では最
大計測流量の1/10程度までであったものが、上記実
施例により1/400程度まで可能となり、計測流量に
応じて流路を複数設けることなく、広範囲の流量計測が
可能となる。
域まで、差圧ΔPにより近似される3本の直線A,B,
Cに基づいて算出できる。特に、小流量域においては、
ベルヌーイの定理が成立しない領域であるにもかかわら
ず、矩形流路3が層流管として機能するため、流量測定
が可能となる。したがって流量計測範囲は、従来では最
大計測流量の1/10程度までであったものが、上記実
施例により1/400程度まで可能となり、計測流量に
応じて流路を複数設けることなく、広範囲の流量計測が
可能となる。
【0022】図6は、小流量域において、矩形流路3の
長さLを横軸にとり、この長さLに対して傾きKの変化
を示したものである。同図により、傾きKは、長さLが
大きくなるにつれて増加し、約35〜40mm程度でほ
ぼ一定(0.8)となる。したがって、小流量域におけ
る流量は、差圧の約0.8乗に比例する傾向を示し、傾
きKが1.0である層流管としての機能を果たすために
は、長さLは約40mm程度あればよいことになる。
長さLを横軸にとり、この長さLに対して傾きKの変化
を示したものである。同図により、傾きKは、長さLが
大きくなるにつれて増加し、約35〜40mm程度でほ
ぼ一定(0.8)となる。したがって、小流量域におけ
る流量は、差圧の約0.8乗に比例する傾向を示し、傾
きKが1.0である層流管としての機能を果たすために
は、長さLは約40mm程度あればよいことになる。
【0023】図5において破線で示す矩形流路3の長さ
Lが5mmの場合では、小流量域での傾きKは0.6程
度であっても、ほぼ層流管と同様の機能を維持でき、小
流量域側の測定範囲は狭まるが、差圧ΔPと流量Qとの
直線関係は維持されているので、適用可能である。逆に
言えば、矩形流路3の長さLを適宜変えることで、小流
量域側の流量測定範囲を変化させることができる。矩形
流路3の長さLは、ノズル片45,47を交換すること
で容易に変化させることができる。
Lが5mmの場合では、小流量域での傾きKは0.6程
度であっても、ほぼ層流管と同様の機能を維持でき、小
流量域側の測定範囲は狭まるが、差圧ΔPと流量Qとの
直線関係は維持されているので、適用可能である。逆に
言えば、矩形流路3の長さLを適宜変えることで、小流
量域側の流量測定範囲を変化させることができる。矩形
流路3の長さLは、ノズル片45,47を交換すること
で容易に変化させることができる。
【0024】なお、上記実施例では、矩形流路3から流
出したガスの圧力を流出空間43内の静圧として検出し
たが、流出空間43より下流の流出パイプ41内で検出
してもよい。
出したガスの圧力を流出空間43内の静圧として検出し
たが、流出空間43より下流の流出パイプ41内で検出
してもよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、絞り部の上流側に流体が供給される流入空間を形
成するとともに、同下流側に絞り部から流出する流体の
流出空間を形成した測定器本体と、小流量域で層流状態
が発生して前記絞り部の内壁で発生する摩擦力による圧
力損失に基づいた流量算出を行い、かつ大流量域で乱流
状態が発生して前記絞り部により発生する縮流・拡大流
による圧力損失に基づいた流量算出を行う流量測定回路
とを有する構成としたため、計測流量に応じて流路を複
数設けることなく、小流量域から大流量域まで広範囲の
流量計測が可能となる。
れば、絞り部の上流側に流体が供給される流入空間を形
成するとともに、同下流側に絞り部から流出する流体の
流出空間を形成した測定器本体と、小流量域で層流状態
が発生して前記絞り部の内壁で発生する摩擦力による圧
力損失に基づいた流量算出を行い、かつ大流量域で乱流
状態が発生して前記絞り部により発生する縮流・拡大流
による圧力損失に基づいた流量算出を行う流量測定回路
とを有する構成としたため、計測流量に応じて流路を複
数設けることなく、小流量域から大流量域まで広範囲の
流量計測が可能となる。
【図1】この発明の一実施例を示す流量測定装置の断面
図である。
図である。
【図2】図1の流量測定装置における矩形流路の形状を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図3】図1の流量測定装置の外観形状を示す斜視図で
ある。
ある。
【図4】図1の流量測定装置を含むシステム全体の構成
図である。
図である。
【図5】図2の矩形流路の上・下流間の差圧と流量との
関係を示す特性図である。
関係を示す特性図である。
【図6】図2の矩形流路の長さと図5の小流量域におけ
る直線の傾きとの関係を示す特性図である。
る直線の傾きとの関係を示す特性図である。
1 フィーダ部(測定器本体) 5 本体部(測定器本体) 3 矩形流路(絞り部) 13 流入空間 43 流出空間 61 流量測定回路
Claims (1)
- 【請求項1】 流体の流路断面積を縮小させた絞り部の
上流側における流体圧力と同下流側における流体圧力の
差圧に基づき、流体の流量を測定する流量測定装置にお
いて、前記絞り部の上流側に流体が供給される流入空間
を形成するとともに、同下流側に絞り部から流出する流
体の流出空間を形成した測定器本体と、小流量域で層流
状態が発生して前記絞り部の内壁で発生する摩擦力によ
る圧力損失に基づいた流量算出を行い、かつ大流量域で
乱流状態が発生して前記絞り部により発生する縮流・拡
大流による圧力損失に基づいた流量算出を行う流量測定
回路とを有することを特徴とする流量測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4288424A JP2818083B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 流量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4288424A JP2818083B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 流量測定装置 |
Publications (2)
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- 1992-10-27 JP JP4288424A patent/JP2818083B2/ja not_active Expired - Lifetime
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