JP2865839B2

JP2865839B2 - 流体振動式流量計

Info

Publication number: JP2865839B2
Application number: JP24954190A
Authority: JP
Inventors: 英明池田; 和夫柘植; 寛森田; 繁憲岡村
Original assignee: OOSAKA GASU KK; TOKIKO KK
Current assignee: OOSAKA GASU KK; TOKIKO KK
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1999-03-08
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JPH04128612A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、広い測定範囲にわたり高精度の流量計測が
可能な流体振動式流量計に関する。

「従来の技術」従来、第８図に示すような流体振動式流量計が知られ
ている。

この流量計は、流路の途上に配置される角管状の流量
計本体１よりなるもので、この流量計本体１内には下流
に向かって順次噴出ノズル2,流路拡大部４及び流路絞り
部５が形成されている。そして、前記流路拡大部４内の
中心線上には柱状ターゲット３が形成され、噴出ノズル
２から出た噴流の一部が帰還流７となって戻るように構
成されている。また、この流量計には前記流路拡大部４
内の圧力あるいは流速を検出するセンサ（図示略）が設
けられている。

今、流量計本体１を流量を計測したい流路に接続する
と、まず、噴出ノズル２から噴出した噴流は、ターゲッ
ト３の作用及びコアンダ効果によってどちらかに偏向
し、第８図に示すように流路拡大部４の例えば内側面4a
に付着する流れとなる。つぎに、この流れの一部が帰還
流７となって上流側に流れると、この帰還流７が噴流を
反対側に圧し曲げるので、今度は反対側の内側面4bに付
着する流れとなり、以下これを繰り返して振動すること
になる。

そして、この振動の周波数ｆは流体の物性にかかわら
ず流量計本体１内を通過する流量に比例した値となるの
で、前記センサは流量に比例した周波数の信号を出力す
ることになり、この信号から流量を知ることができる。

この流量計の振動周波数ｆは流量が一定の場合帰還流
７の大きさ（みちのり）によって決まることが知られて
おり、第10図に示すように、噴出ノズル２の出口から絞
り部５までの距離Ｌを一定として、噴出ノズル２の出口
から柱状ターゲット３までの距離Ｈを大きくすると、帰
還流７が大きくなるため振動周波数ｆは小さくなる。ま
た、管路幅Ｗを大きくしても同様に振動周波数ｆは小さ
くなる。

なお、帰還流７を安定的に生じさせるためには、第８
図に示すように前記距離Ｈを距離Ｌに対して十分小さく
するか、または、第９図に示すように絞り部５の端の壁
面5a,5bを流路拡大部４の内側面4a,4bからゆるやかに立
ちあがった形状にすることが必要である。

「発明が解決しようとする課題」上記の流量計は、機械的可動部がなく流体の物性に依
存しないという優れたものであるが、さらなる改善をす
べき問題点を有していた。

すなわち、第10図に示すように流量を知るための前記
振動周波数ｆの値が非常に小さいため、小流量において
は性能が安定しなかった。このため、流量の小さな範囲
においては、第11図に示すように測定誤差が非常に大き
くなるという問題点を有していた。

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであっ
て、広い測定範囲で精度の高い流量測定が可能な流体振
動式流量計を提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」請求項１記載の流体振動式流量計は、噴出ノズルと柱
状ターゲットと絞り部とが内部中心線上に順次形成され
た流量計本体よりなる流体振動式流量計であって、前記噴出ノズルの前記中心線より一側の出口内面の端
部から接線状に延び前記中心線と交差して前記ターゲッ
トの前記中心線より他側の端部と接する円弧の延長線
が、前記流量計本体内の絞り部が設けられた壁面に達す
るように各部の寸法が設定されていることを特徴として
いる。

請求項２記載の流体振動式流量計は、前記噴出ノズル
の出口から前記絞り部までの距離Ｌと、噴出ノズルの出
口から前記柱状ターゲットまでの距離Ｈとが、 H/L≧0.5 を満足するように設定されていることを特徴としてい
る。

請求項３記載の流体振動式流量計は、前記平面上にお
いて前記中心線に対して対称的に二つ存在する前記延長
線のそれぞれが前記壁面と交差する各点間の距離ｌと、
前記平面上における前記柱状ターゲットの幅ａ及び前記
絞り部の幅Ｔとが、ａ≦Ｔ≦ｌを満足するように設定されていることを特徴としてい
る。

「作用」請求項１記載の流体振動式流量計の構成であると、柱
状ターゲットの下流側に周期的に渦が生じ、この渦によ
って噴流の偏向方向が流量に比例した周期で切り換わる
流体振動が生じて、この振動周波数から流量を知ること
ができる。そして、この渦による流体振動であると、振
動周波数が高いので、流量が微小であっても高精度な流
量測定が可能となる。

さらに、請求項２記載の流体振動式流量計であると、
従来のような帰還流の発生が確実に防止されるので、上
記渦による作用がきわめて支配的なものとなる。

また、請求項３記載の流体振動式流量計であると、前
記渦がきわめて安定的に発生するようになる。

つまり、請求項２あるいは請求項３記載の流体振動式
流量計によると、きわめて確実に広範囲にわたる高精度
な流量測定が可能となる。

「実施例」以下、本発明の実施例を第１図〜第７図により説明す
る。

第１図は本実施例の流体振動式流量計を構成する角管
状の流量計本体11を示す側断面図である。

流量計本体11は、従来と同様に、内部に下流に向かっ
て噴出ノズル12,流路拡大部14及び流路絞り部15が順次
形成され、さらに前記流路拡大部14内の中心線Ｊ上に柱
状ターゲット13が形成されたものである。なお、噴出ノ
ズル12,流路拡大部14及び流路絞り部15の軸直角断面形
状はすべて矩形とされている。（すなわち、第１図にお
いて紙面に直交する方向には内部形状が変化しない。）しかし、この流量計本体11は以下のような特徴的な構
成とされている。

第一に、流量計本体11の中心線Ｊを含み柱状ターゲッ
トに直交する平面（第１図においては紙面）上におい
て、噴出ノズル12の中心線Ｊより一側の出口内面の端部
12aから接線状に延び中心線Ｊと交差してターゲット13
の中心線Ｊより他側の端部13bと接する円弧16aの延長
線、あるいは、噴出ノズル12出口内面の端部12bから接
線状に延び中心線Ｊと交差してターゲット13の端部13a
と接する円弧16bの延長線が、それぞれ流量計本体11内
の絞り部15を形成する壁面15b,15aに達するように各部
の寸法が設定されている。

いいかえれば、噴出ノズル12の出口内面の一方の端部
12aより接線方向に出て、軸線Ｊに対して前記端部12aと
反対側に位置する柱状ターゲット13の端部13bに接する
円弧16aの延長線が、流路拡大部14の内側面14bに達する
手前で、絞り部15から延びる壁面15bに達し、また円弧1
6bについても同様の条件が満足されるように、噴出ノズ
ル12の幅t,噴出ノズル12から柱状ターゲット13までの距
離H,噴出ノズル12から絞り部15までの距離L,絞り部15の
幅T,流路拡大部14の幅Ｗが設定されている。

第二に、前記絞り部15を形成する壁面15a,15bは、流
路拡大部14の内側面14a,14bに対して鋭く立ち上がるよ
うな形状とされている。いいかえれば、壁面15a,15bと
流路拡大部14の内側面14a,14bとはそれぞれ明らかに分
離した形状とされている。すなわち、少なくとも第９図
の流量計のようになだらかな曲面で接続されておらず、
噴出ノズル12からの噴流が前記壁面15a,15bに当たって
も噴出ノズル12側に戻る帰還流が生じない形状とされて
いる。なお、この壁面15a,15bは、必ずしも軸線Ｊに対
して直角に形成されている必要はなく、傾斜したもので
もよい。

第三に、噴出ノズル12の出口から絞り部15までの距離
Ｌと、噴出ノズル12の出口から柱状ターゲット13までの
距離Ｈとが、下記式を満足するように設定されてい
る。

H/L≧0.5 …… 第四に、前記円弧16a,16bの延長線のそれぞれが前記
壁面15b,15aと交差する各点間の距離ｌと、柱状ターゲ
ット13の幅ａ及び絞り部15の幅Ｔとが、下記式を満足
するように設定されている。

ａ≦Ｔ≦ｌ …… なお、第１図において符号18で示すものは、流路拡大
部14内の圧力あるいは流速を検出するセンサであり、符
号19で示すものはこのセンサ18から出力される信号を受
けてこれを処理することにより流量を求め表示する測定
器である。

今、上記流量計本体11を流量を計測したい流路に接続
すると、まず、噴出ノズル12から噴出した噴流は、柱状
ターゲット13の作用によってどちらかに偏向し、例えば
壁面15aに向かう流れとなる。すると、柱状ターゲット1
3の下流側に第２図に示すような渦８が発生し、この渦
８によって柱状ターゲット13の回りに循環流９が発生す
る。この循環流９は噴流を反対側へ偏向させる向きに発
生するので、これによって噴流は壁面15bに向かうよう
に切り換わる。そして、この切り換えが交互に発生し、
流量に比例した周波数の流体振動となる。

したがって、従来同様、センサ18の信号から流量を知
ることができる。しかし、上記流量計は渦８によって流
体振動が起きる構成であるため、従来とは異なる性質を
有し、特に小流量域においても流体振動が安定的に生じ
るという従来にない特長を発揮する。

すなわち、この流量計の流体振動の周波数ｆは流量が
一定の場合渦８の大きさによって決まり、前記距離Ｈが
増加すると渦８は小さくなるので、距離Ｈの増加にとも
ない周波数ｆが増加するという従来と異なる性質を示
す。

第３図に示すグラフは、距離Ｈと周波数ｆの関係を示
すデータで、第10図に示す従来の流量計に関するデータ
と同様な条件（流量）のもとに得られたデータである
が、距離Ｈの増加にともない周波数ｆが増加しているの
が分かる。

しかも、第３図のグラフからもわかるように、上記流
量計の流体振動の周波数は全体的に従来よりも格段に大
きな値となる。このため、小流量域においても流体振動
が安定し誤差も少なくなる。第４図はこの流量計の測定
誤差のデータを示すグラフであるが、第11図に示す従来
の流量計に比べ特に小流量域において誤差が少なくなっ
ている。

また、この流量計は、流路拡大部の内側面に付着する
帰還流によって流体振動が起こるものでないので、内側
面14a,14bの位置（すなわち、寸法Ｗ）により特性が変
化しない。第５図は、流量一定で寸法Ｗを変化させた場
合の振動周波数ｆの測定データを示すグラフであるが、
寸法Ｗによらず周波数ｆが一定しているのがわかる。

なお、以上説明した柱状ターゲットの後流側の渦に起
因する高周波数の流体振動は、前述した第一の条件（仮
想的な円弧16a,16bの延長線が絞り部15を形成する壁面1
5a,15bに達するという条件）を最低限の条件として発生
するものであるが、この第一の条件を満足していても必
ずしも安定的に発生するとは限らない。

しかし、本実施例の流量計は、前述した第二，第三，
第四の条件を満足する構成とされることによって、前述
の渦８を安定的に発生させ確実に高い性能を発揮でき
る。

すなわち、壁面15a,15bが鋭く立ち上がる（なだらか
でない）形状とされ、また前記式を満足するように寸
法H,Lが設定されていると、従来のような帰還流の発生
が確実に防止されるので、上記渦による作用がきわめて
支配的なものとなる。第７図は、L/tをパラメータとし
てH/Lを変化させた場合の振動周波数ｆの測定結果を示
すグラフであるが、H/L≧0.5の範囲で明確に柱状ターゲ
ット後流の渦８に起因する特性が現れているのが分か
る。

また、前記式を満足するように寸法t,a,Tが設定さ
れていると、前記渦８がきわめて安定的に発生するよう
になる。すなわち、第６図に示すようにT/tを変化させ
て振動周波数ｆを計測した場合、a/t≦T/t≦l/tの範囲
内で特に定常的に高い振動周波数が計測されており、こ
のことからもわかるように、前記式を満足することに
よって、第４図に示すような広範囲における高精度な流
量測定が確実に可能となる。

「発明の効果」以上の説明から明らかなように、本発明の流体振動式
流量計によれば、流量を知るための流体振動の周波数が
小流量でも非常に大きな値となるため、小流量域におけ
る測定精度が格段に向上し、広範囲で高精度な流量測定
が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の実施例を説明するための図で
あって、第１図は流量計本体の断面図、第２図は流量計
本体内における流れの状態を示す図、第３図，第５図，
第６図，第７図はそれぞれ各部の寸法が変化した場合の
振動周波数の測定結果を示す図、第４図は誤差特性を示
す図である。第８図〜第11図は従来の流体振動式流量計を説明するた
めの図であって、第８図，第９図はそれぞれ流量計本体
の断面図、第10図，第11図は流量計の特性を示す図であ
る。 11……流量計本体、12……噴出ノズル、13……柱状ター
ゲット、15……絞り部、15a,15b……壁面、16a,16b……
円弧。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森田寛大阪府大阪市西区千代崎３―２―95 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者岡村繁憲大阪府大阪市西区千代崎３―２―95 大阪瓦斯株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01F 1/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】噴出ノズルと柱状ターゲットと絞り部とが
内部中心線上に順次形成された流量計本体よりなる流体
振動式流量計であって、前記噴出ノズルの前記中心線より一側の出口内面の端部
から接線状に延び前記中心線と交差して前記ターゲット
の前記中心線より他側の端部と接する円弧の延長線が、
前記流量計本体内の絞り部が設けられた壁面に達するよ
うに各部の寸法が設定されていることを特徴とする流体
振動式流量計。
【請求項２】前記噴出ノズルの出口から前記絞り部まで
の距離Ｌと、噴出ノズルの出口から前記柱状ターゲット
までの距離Ｈとが、 H/L≧0.5 を満足するように設定されていることを特徴とする請求
項１記載の流体振動式流量計。
【請求項３】前記平面上において前記中心線に対して対
称的に二つ存在する前記延長線のそれぞれが前記壁面と
交差する各点間の距離ｌと、前記平面上における前記柱
状ターゲットの幅ａ及び前記絞り部の幅Ｔとが、ａ≦Ｔ≦ｌを満足するように設定されていることを特徴とする請求
項１記載の流体振動式流量計。