JP3017567B2 - フルイディック流量計 - Google Patents

フルイディック流量計

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JP3017567B2
JP3017567B2 JP3207015A JP20701591A JP3017567B2 JP 3017567 B2 JP3017567 B2 JP 3017567B2 JP 3207015 A JP3207015 A JP 3207015A JP 20701591 A JP20701591 A JP 20701591A JP 3017567 B2 JP3017567 B2 JP 3017567B2
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浩史 上田
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馨一 友田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フルイディック現象を
利用した流量計に関し、特に微小流量まで計量できる流
量計に関する。
【0002】
【従来の技術】一般家庭等に設置され、ガスの流量を計
量するフルイディック流量計は、たとえば、特開昭63
−313018号公報、特開平1−250725号公報
から公知である。このフルイディック現象を利用したフ
ルイディック流量計は、流路の入口側に噴出ノズルが設
けられ、この噴出ノズルから流路に流体を噴出すると、
コアンダ効果によって噴出流体は、たとえば右側の側壁
に沿って流れる。この右側の側壁に流れた流体の一部は
帰還流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流
体に付与され、噴出流体が左側の側壁に沿って流れるよ
うになり、今度は左側の側壁に流れた流体の一部が帰還
流体となり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に
付与され、噴出流体が再び右側の側壁に沿って流れるよ
うになる。つまり、噴出ノズルから流路内に噴出される
流体の振動現象によって交番圧力波が生じる。この交番
圧力波を圧電膜センサなどによって検出し、この周波数
から流量を算出して流体の流量を検出している。
【0003】フルイディック流量計は、可動部分がな
く、中圧(3kg/cm2 G)程度の圧力でも使えると
いう利点があるが、ガスの流量が少ないと、振動現象が
発生しないという欠点があった。すなわち一般のガス流
量計は、最大使用流量からその1/300〜1/400
00の広い範囲にわたって計測できる必要性があるが、
交番圧力波を検出する圧電膜センサを用いたフルイディ
ック流量計の計測可能範囲は、最大使用流量時の圧力損
失が規定されているので、最大使用流量からその1/5
0程度であり、それ以下の微小流量域での計測は不可能
である。
【0004】そこで、大流量域はフルイディック現象を
利用し、圧電膜センサによって流量を検出し、微小流量
域は噴出ノズル部に取付けた流速検出器によって流速を
検出し、これに噴出ノズル部の断面積を掛けて流量を検
出するように構成したフルイディック流量計が開発され
た。これによって計測可能範囲は、最大使用流量からそ
の1/200程度まで拡大された。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述のよ
うに構成されたフルイディック流量計の微小流量域の流
速検出器は、流体の流速を検出するものであり、流量は
流速と流路の断面積を掛合わせたものである。したがっ
て微小流量を測定するためには、断面積の狭い噴出ノズ
ル部に流速検出器を取付けている。
【0006】しかし、噴出ノズル部の断面積は、最大使
用流量時の圧力損失が規定されているので或る程度以下
に小さくできず、したがって最大使用流量の1/200
以下の微小流量は計測できなかった。
【0007】本発明の目的は、最大使用流量からその1
/300〜1/40000までの流量が規定の圧力損失
で測定できるフルイディック流量計を提供することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、(a)フルイ
ディック現象を利用して流量を測定すべき流体の振動に
対応した流量を検出する第1流量検出手段と、 (b)前記第1流量検出手段の上流側または下流側に設
けられ、絞りが介在する流体の通路を設け、この流体の
通路に流速に対応した流量を検出する第2流量検出手段
と、 (c)第2流量検出手段と並列に、第1流量検出手段に
よって、少なくとも計測できる範囲よりも小さい流量の
とき自重で閉じ、それ以上の流量のとき差圧で開く弁体
を有するバイパス弁とを含むことを特徴とするフルイデ
ィック流量計である。
【0009】また本発明は、前記第2流量検出手段を流
体の絞りが介在する2以上の通路に設けてあることを特
徴とする。
【0010】
【作用】本発明に従えば、大流量測定時は、フルイディ
ック素子を利用して、第1流量検出手段で流量を検出
し、小流量測定時は、フルイディック素子の噴出ノズル
部よりも小さい狭小通路を設け、この流速から流量を検
出する第2流量検出手段で流量を検出し、この第1、第
2流量検出手段のいずれか一方で検出した流量を表示す
る。大流量測定時は、狭小通路をバイパスするために、
狭小通路と並列にバイパス弁を設け、このバイパス弁の
弁体を差圧によって開き、小流量測定時は自重によって
この弁体を閉じる。ここで狭小通路の断面積を必要に応
じて小さくすれば、最大使用流量からその1/300〜
1/40000の微小流量までの流量が簡単な構成で規
定の圧力損失内で正確に測定できる。またフルイディッ
ク素子の噴出ノズル部と狭小通路の断面積の比が大きい
ときは、フルイディック素子の噴出ノズル部にも第2流
量検出手段を設ける。狭小通路を2以上設け、その各々
に第2流量検出手段を設けるなどによってさらに流量測
定範囲を拡大できる。
【0011】
【実施例】以下実施例でもって本発明に係るフルイディ
ック流量計をより具体的に説明するが、これに限定され
るものではない。
【0012】図1は、本発明に係る流量計の一実施例の
構成を示す断面図、図2は、図1のA−A断面図、図3
は側面図、図4は図1のB−B断面図である。ガスなど
の流体は、入口2から流量計1に入り、通路11、遮断
弁13の弁口14を通ってバイパス弁5の入口部15へ
流れる。ガスの流量の少ないときはバイパス弁5の弁体
21は自重で閉じ、狭小通路6を通って、フルイディッ
ク素子8の入口部16へ流れる。ガス流量が多いと、バ
イパス弁入口部15とフルイディック素子入口部16と
の差圧が大きくなり、この差圧によってバイパス弁5の
弁体21を持上げ、その弁口22から大部分のガスが流
れるようになる。フルイディック素子入口部16からガ
スはストレーナ17を通ってフルイディック素子8に入
り、出口3から流量計1を出て必要個所に供給される。
【0013】ガス流量とバイパス弁5の開閉の状況の一
例を表1に示す。最大使用流量7000l/hのガス流
量計の場合、550l/h以下の流量ではバイパス弁は
閉じており、このときのバイパス弁入口部15とフルイ
ディック素子入口部16の差圧ΔP1は2.1mmH2
である。流量が増加し580l/hになると、この差圧
ΔP1が2.1mmH2Oを超え、バイパス弁5はその差
圧で持上げられ、バイパス弁5の弁座23と弁体21の
間が0.3mm開く。ガス流量がさらに増加すると、こ
の間隔は増加し、最大使用流量7000l/hでは、バ
イパス弁5の弁座23と弁体21の間隔は、ほぼ全開の
10.5mmとなる(図1の点線の位置)。これによっ
てバイパス弁入口部15とフルイディック素子入口部1
6の差圧ΔP1はほぼ一定の2.2mmH2Oに保たれ
る。なお、流量計1全体の差圧ΔPは、流量が少ないと
きはバイパス弁入口部15とフルイディック素子入口部
16との差圧ΔP1のみであるが、流量が増加するとこ
れにフルイディック素子部の差圧が加わる。この差圧Δ
Pは計量法では最大流量7000l/hの流量計で約2
2mmH2O(空気換算)以下に規定されている。
【0014】
【表1】
【0015】まず、ガス流量が少ないときのガスの計量
方法について述べる。前述のようにバイパス弁5が閉じ
ているので、ガスは全量狭小通路6を通って流れる。こ
の狭小通路には第2流量検出手段としての流速検出器、
たとえば熱線流速計25が取付けられている。熱線流速
計は、図5(2)に示すようにガスの流れ方向(矢符の
方向)に直角に2個のヒータ26があり、その前後に温
度センサ27がある。ガスが流れていないときは、図5
(1)の点線のように2個のヒータ26の温度は等しい
が、ガスの流れがあると図5(2)の実線のように前方
ヒータはガス流で冷やされ、後方のヒータは暖められ、
2個のヒータ間に温度差が現れる。この温度差と流速の
関係が予め調べられてあるので、ガス流速がわかり、こ
れに狭小通路6の断面積を掛けてガス流量が計算でき
る。
【0016】次にガス流量が多いときのガスの計量方法
について述べる。ガスは狭小通路6のみからまたは狭小
通路6とバイパス弁5の弁体21と弁座23の間隙から
フルイディック素子入口部16へ流れ、さらに、ストレ
ーナ17を通ってフルイディック素子8に入る。
【0017】図1、図6は、フルイディック素子による
ガス計量方法の原理を示す図である。ノズル32から下
流側流路29に向かって流体が噴出されると、コアンダ
効果によって噴出流体は、図6(1)のようにたとえば
左側の側壁34aの内側に沿って流れる。この左側の側
壁34aに流れた流体の大部分は排出通路38aに向か
うが、一部は帰還流体となり、帰還通路37aに向か
う。この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与さ
れ、図6(2)のように噴出流体が右側の側壁34bの
内側に沿って流れるようになり、図6(3)のように今
度は右側の側壁34bに流れた流体の一部が帰還流体と
なり、この帰還流体の流体エネルギが噴出流体に付与さ
れ、図6(4)のように噴出流体が再び左側の側壁34
aの内側に沿って流れるようになる。つまり、噴出ノズ
ル32から下流側流路29内に噴出される流体の振動現
象によって交番圧力波が生じるように構成されている。
【0018】また、フルイディック素子で生じた交番圧
力波は、噴射ノズル32の出口近傍左右対称の位置に設
けられた圧力波導入部39a,39bから圧電膜センサ
部31に導かれ、圧電膜センサ本体36の両面に交番圧
力波を伝える(図7参照)。第1流量検出手段はこの交
番圧力波の周波数がガス流量に比例することを利用して
計量を行う。
【0019】以上、2つの流量検出手段によって計量さ
れたガス流量は、図7で示すように、制御器43で制御
され、表示器44で流量として表示される。すなわち第
2流量検出手段である熱線流速計25で測定された温度
差は熱線流速計付帯回路42で流量に換算され、流量信
号を制御器43に送る。一方フルイディック素子で測定
された交番圧力波は、圧電膜センサ本体36で第1流量
検出手段である交番波として検出され、増幅波形成形回
路41で交番波に相当する流量に換算され、流量信号を
制御部43に送る。制御器43では上記第1、第2の2
つの流量検出手段から送られた流量を対比し、熱線流速
計25から送られた流量信号が最大使用流量(たとえば
7000l/h)の1/20(350l/h)より若干
多い流量(たとえば360l/h)でこれを第1流量検
出手段である圧電膜センサ本体36からの流量信号に切
換える。また、流量が減少した場合は、最大使用流量の
1/20より若干少ない流量(たとえば340l/h)
で第2流量検出手段である熱線流速計25からの流量信
号に切換える。これらにより切換えられた流量が表示器
で表示される。この他に制御部43には、緊急時に遮断
弁13を閉じる回路や表示器44で表示される流量を通
信線などを使って遠隔表示する回路などが組込まれてい
る。
【0020】フルイディック素子のみを使ったフルイデ
ィック流量計の器差特性を図10の実線で示す。図中に
示した枠は計量法での許容器差範囲である。この場合最
大使用流量の1/20以下では計量はできないが、この
流量近辺で流量検出手段を上述のように切換えることに
より、これ以下の流量までを点線のように正確に計量で
きる。
【0021】バイパス弁と狭小通路をフルイディック素
子の入口側に設けた例を説明したが、これらをフルイデ
ィック素子の出口側に設けてもよい。また、これらを入
口直後の遮断弁の前に設けてもよい。配置位置によって
流量計の器差特性等の性能が左右されることはない。
【0022】また、流速検出器25を狭小通路6以外に
フルイディック素子8の噴出ノズル部32にも取付け、
狭小通路6の断面積と噴出ノズル部32の断面積との比
をさらに小さくして3段階に切換えて流量を測定するこ
ともできる。この他に狭小通路6を2以上設け、その各
々に流速検出器25を取付け、狭小通路6の入口に切換
弁を設ける方法などによって、流量計測範囲をさらに拡
大することもできる。バイパス弁5の実施例としては図
1、図11に示すようなものがある。案内棒51はピン
53でバイパス弁5に取付けられ、弁体21は、案内棒
51を介してバイパス弁5内を上下動する構成である。
【0023】バイパス弁5の他の実施例としては、図1
2に示すようなものがある。略長方形の孔54に円筒形
の弁体21を嵌め込む構成のものである。この実施例で
はバイパス弁5が開いたときは、円筒形の弁体21は浮
いた状態となる。
【0024】バイパス弁の第3の実施例としては、図1
3のようなものがある。ヒンジピン55で一端を固定さ
れた片持ちのフラッパ弁形式の弁体21で構成され、バ
イパス弁5が開いたとき、弁体21はストッパ56で止
まり、流量が減少したとき、弁体21が直ちに降下し、
バイパス弁を閉じるようになっている。以上いずれのバ
イパス弁5でも、弁体21は狭小通路の入口と出口との
差圧が小さい小流量時には自重で閉じ、前記差圧が大き
い大流量時には、その差圧によって開く。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、狭小通路
と並列に設けたバイパス弁に狭小通路の差圧が小さいと
き自重で閉じ、差圧が大きいとき差圧によって開く弁体
を設けたので、最大使用流量からその1/300〜1/
40000の微小流量までの流量が簡単な構成で規定の
圧力損失内で正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示す断面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図1の側面図である。
【図4】図1のB−B断面図である。
【図5】本発明に用いる熱線流速計の原理図である。
【図6】本発明に用いるフルイディック素子の原理図で
ある。
【図7】本発明の一実施例の流量表示法を示す原理図で
ある。
【図8】図7の流量信号の切換え範囲を示す原理図であ
る。
【図9】図7の流量信号の切換え状況を示す原理図であ
る。
【図10】本発明の一実施例の器差特性を示す図であ
る。
【図11】本発明のバイパス弁の一実施例を示す図であ
る。
【図12】本発明のバイパス弁の他の実施例を示す図で
ある。
【図13】本発明のバイパス弁の第3実施例を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 流量計 2 入口 3 出口 5 バイパス弁 6 狭小通路 8 フルイディック素子 13 遮断弁 21 弁体 23 バイパス弁弁座 25 熱線流速計 31 圧電膜センサ 32 噴出ノズル 34 側壁 36 圧電膜センサ本体 37 帰還通路 39 圧力波導入口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野田 元 東京都板橋区志村一丁目2番3号 株式 会社 金門製作所内 (72)発明者 友田 馨一 大阪府東大阪市西岩田4丁目7番31号 株式会社 金門製作所 関西研究所内 (72)発明者 今崎 正成 大阪府東大阪市西岩田4丁目7番31号 株式会社 金門製作所 関西研究所内 (56)参考文献 実開 平2−88114(JP,U) 実開 平1−58118(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/20 G01F 1/00 G01F 7/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)フルイディック現象を利用して流
    量を測定すべき流体の振動に対応した流量を検出する第
    1流量検出手段と、 (b)前記第1流量検出手段の上流側または下流側に設
    けられ、絞りが介在する流体の通路を設け、この流体の
    通路に流速に対応した流量を検出する第2流量検出手段
    と、 (c)第2流量検出手段と並列に、第1流量検出手段に
    よって、少なくとも計測できる範囲よりも小さい流量の
    とき自重で閉じ、それ以上の流量のとき差圧で開く弁体
    を有するバイパス弁とを含むことを特徴とするフルイデ
    ィック流量計。
  2. 【請求項2】 前記第2流量検出手段を流体の絞りが介
    在する2以上の通路に設けてあることを特徴とする請求
    項1記載のフルイディック流量計。
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JP4942254B2 (ja) * 2001-04-19 2012-05-30 愛知時計電機株式会社 ガスメータ
CN201662459U (zh) * 2009-09-07 2010-12-01 天津空中代码工程应用软件开发有限公司 流场压力和速度的组合测量工具

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