JP3027617B2

JP3027617B2 - 流体振動形流量計

Info

Publication number: JP3027617B2
Application number: JP03039762A
Authority: JP
Inventors: 誠岡林
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1991-03-06
Filing date: 1991-03-06
Publication date: 2000-04-04
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: JPH04278422A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスメータを始め各種
流体（気体、液体）の流量を計測する流体振動形流量計
に関し、さらに詳細には、流路に直交するノズル噴出面
を有するノズルを流路内に配設し、このノズルの噴出側
に前記ノズルの軸に対して対称な拡大流路内壁面を有す
る流路拡大部を設けるとともに、前記流路拡大部におけ
る流路中央部に前記ノズルより噴出する噴流の直進を阻
害するターゲットを設け、さらに、前記流路拡大部の下
流側に前記流路拡大部より狭い流路幅を有する絞り流路
部を設けた流体振動形流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の流体振動形流量計として
は、図７に示すような構成のものが提案されている。こ
の流体振動形流量計の作動原理を簡単に説明すると、ノ
ズル噴出面１１より噴出した噴流は、ターゲット２０の
側部を迂回して絞り流路部から流出する噴流主流Ｌ１
と、この噴流主流Ｌ１から分岐し、流路拡大部における
後部側の部位もしくは前記絞り流路部を形成する縮小断
面部に衝突して、流路を逆流する帰還流Ｌ２とから構成
される。ここで、この型の流量計においては、ノズルか
ら流体が噴出されると、コアンダ効果によって噴流は流
れ方向に沿った一方の側壁部５０，５１に引き寄せられ
て流れることとなる。即ち、噴流は直進することなく、
いずれかの側壁部５０，５１側に歪められることとなる
のである。このとき、前述のような帰還流Ｌ２を生むこ
ととなり、この流れによりノズル噴出面近傍において噴
流の直進方向に対して、直行する方向に流体エネルギー
が付与され、引き続くステップで、噴流は反対側の側壁
部５０，５１に沿って流れるものとなるのである。即ち
この帰還流Ｌ２は、ノズル噴出口付近において、噴流主
流に対する制御流としての役割を果たすこととなり、ノ
ズルから噴出される噴流がターゲットの両側面を交互に
流れる現象が起こる（ターゲットの存在は、低流量側に
おける、振動を有効に誘起することとなる。）。さら
に、流路拡大部にターゲットのみを配置した構成の流量
計においては、ターゲットより下流側に形成される後流
に形成される渦の状態もこの振動現象に影響する。この
振動周期は流量計に流れる流体流量に概して比例してい
る。そこでこの現象を利用して、この流路に流れる流体
の流量を測定しようとするのである。

【０００３】即ち、図７に示す流路拡大部が、ほぼ箱型
に形成される流量計においては、ノズル噴出面の下流側
近傍で、噴流を挟む一対の計測位置５５，５５に圧力も
しくは流量を検出する機構を設けておき、前述の噴流が
ターゲットの両側面を交互に流れる現象により生じる圧
力、もしくは流量の変化を検出し、この振動数を計測す
ることにより流量を検出するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】さて、一般に例えばガ
スメータの場合について説明すれば、許容される計測許
容誤差（実際の流量と、計測器が検出値として検出する
値の誤差）は、流量０．１５〜０．６ｍ³／ｈの範囲で
±２．５％であり、流量０．６〜３ｍ³／ｈの範囲で±
１．５％である（図８破線で示す。）。ここで、図７に
示す流路拡大部が、ほぼ箱型に形成される流量計を使用
して測定をおこなうと、誤差は図８の実線に示すように
なる。図８は、流量を変化（０．１〜５ｍ³／ｈ）させ
た場合の、適正検出値からの計測値の誤差（％）を示し
たもの（以後流量−器差特性と呼ぶ。）であり、この測
定においては微小流量域（０．１５〜０．４ｍ³／ｈ）
における誤差が、測定許容基準をはるかに越えて±４．
４％の値を取るとともに、０．４から２．１ｍ³／ｈの
範囲内でのみ測定許容基準内に収まる計測値しか得られ
ていない。図中ΔＥに示す数値は、流量−器差特性にお
けるＥmax(プラス側の極大値)−Ｅmin(マイナス側最大
値）を示す値であり、測定の安定性を判断できる数値で
ある。（以下に示す実施例・実験例においては、全て流
量計の流量−器差特性の試験にあたって上記の例で示し
た場合と同様ガスとしては、空気を対象とし、５ｍ³／
ｈの流量域まで試験を行う。この理由は、許容基準の上
限流量値である３ｍ³／ｈに対し、メタン等の別種のガ
スを計測する場合のレイノルズ数の変化を考慮したため
である。）

【０００５】さて、許容基準によれば、この数値は、小
流量域で５％、大流量域で３％となっている。即ち、こ
ういった従来の構造を計測用の機器に採用することはで
きず、上記従来技術には、計測精度に関して改良の余地
があった。

【０００６】さらに、このような流体振動形流量計にお
いては、上記の計測精度には、ターゲットの位置が重要
な役割を果たす。従来このターゲットの位置は、振動流
を良好に励起する目的からノズル噴出面からターゲット
前面までの離間距離を最重要視して決定されてきてお
り、必ずしもターゲットより下流側にある絞り流路との
位置関係から決定されてきたわけではない。即ち従来は
ターゲットの上流側の条件は比較的よく満たされている
ものの、ここで形成される振動流の排出側の条件は、そ
の最良な状態とはされていなかったのである。

【０００７】そこで本発明の目的は、その測定対象とな
る流量範囲が十分に広く、しかも全測定領域に渡って誤
差の小さな流体振動形流量計を得ることであるととも
に、この流体振動形流量計において、ターゲットの位置
が振動流排出側の状態をも良好なものとすることが可能
な、流体振動形流量計を得ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による流体振動形流量計の特徴構成は、拡大流
路内壁面を、ノズル噴出面に接する第一半径Ｒの主円弧
部と、主円弧部に滑らかに接続する拡大壁部と、さら
に、上流側で前記拡大壁部に滑らかに接続し、且つ、下
流側で前記絞り流路部に接続する副円弧部とで構成する
とともに、副円弧部と前記絞り流路部を流路側に張り出
した円弧状の排出円弧部により接続して、ターゲットよ
り下流側でターゲットと排出円弧部間で流路が絞られる
構成とし、前記ターゲットと前記排出円弧部との最短離
間距離Ｐｌが、前記ノズル噴出面と前記ターゲットの前
面までの離間距離Ｔｌにほぼ等しく設定されていること
にあり、その作用・効果は次の通りである。

【０００９】

【作用】つまり本願の流体振動形流量計においては、拡
大流路内壁面が主円弧部、これに連なる拡大壁部、副円
弧部を備えて構成されるとともに、この副円弧部と絞り
流路部が排出円弧部により接続されるため、流れは、流
路拡大部において無理なく噴出主流及びこれから分岐す
る帰還流として形成され、流量−器差特性の安定化に寄
与する。さらに、ターゲットと前記排出円弧部との最短
離間距離Ｐｌが、ノズル噴出面とターゲットの前面まで
の離間距離Ｔｌに実質等しく形成されているため、噴流
主流は、これがターゲットと排出円弧部との間に形成さ
れる流路下流部より無理なく排出され、結果流体振動が
良好に励起される。その結果、その流量−器差特性も許
容基準内に収まるものとなる。

【００１０】

【発明の効果】従って、本願の流体振動形流量計におい
ては、その測定対象となる流量範囲が十分に広く、しか
も全測定領域に渡って誤差の小さな流体振動形流量計を
得られ、この流体振動形流量計において、ターゲットの
位置として、振動流排出側の状態が良好な流体振動形流
量計を得ることができた。

【００１１】

【実施例】本願の流体振動形流量計を組み込んだ流量測
定装置１について、図１、図２に基づいて説明する。図
１には流量測定装置１の平面図が、図２にはこの流量測
定装置１に組み込まれている流体振動形流量計２の主要
部の詳細が示されている。

【００１２】先ず、この流量測定装置１の概略構成につ
いて説明する。この装置１においては、測定対象の流体
ｆの流入方向Ａが流出方向Ｂに対して１８０度逆になる
ように構成されている。即ち、装置流入口３から流入す
る流体は、遮断弁部５を介して貯留部６に流入する。そ
してこの貯留部６に配設されている整流器７によって整
流作用を受けた後、ノズルに流入する。そしてこのノズ
ルの噴出面１１より流れ出す噴流は、流体振動形流量計
２の流路拡大部１２において、振動流となりその下流側
に設けられている絞り流路部１３より流出する。

【００１３】以下にさらに詳細に各作用部の構成、作用
を説明する。先ずノズル８に至るまでの流れについて説
明すると、装置流入口３から流入するガス、水といった
流体ｆは、略Ｌ字形の第一屈曲路４を通って遮断弁部５
に送られる。そしてこの遮断弁部５を通過した後、貯留
部６に流入する。この貯留部６には整流器７が配設され
ている。この整流器７は半円弧形の形状を有しており、
前述の流体振動形流量計２のノズルの入口８ｉに対向し
て配設されているのである。ここで、このノズルの入口
８ｉは、一対の突出部９により形成されており、これ
が、前述の貯留部６内に突出している。

【００１４】そして、整流器７と一対の突出部９の配置
関係から、整流器７の一対の端縁部１０が突出部９の一
対の入口側端部９ｔに対して、流路方向で下流側に位置
するようになっている。したがって、この一対の端縁部
１０と一対の入口側端部９ｔ間に、一対の迂回路Ｆ１が
形成されることとなっている。

【００１５】さらに、この一対の迂回路Ｆ１には、それ
ぞれ流体が相対向して流入し、ノズル内に形成されるノ
ズル内流路Ｆ２に接続する中央流路Ｆ３上部部位で合流
するように形成されている。ここで、一対の迂回流路Ｆ
１と前述の一対の入口側端部９ｔに挟まれて一対の渦領
域ｖが形成される。そしてさらにこの流体はノズル１０
から流体振動形流量計２内に流入する。

【００１６】この流体ｆは、流体振動形流量計２のノズ
ル噴出面１１よりも下流側に設けられている流路拡大部
１２、絞り流路部１３を経て装置流出口１４から流出す
る構成とされているのである。

【００１７】ここで、整流器７と突出部９の位置関係を
実際の数値について説明すると、各迂回路を規定する幅
ａ，及びｂと、入口側端部９ｔと整流器７の最大離間距
離ｃは、ｗｏをノズル噴出部の幅とすると以下のように
なっている。ａ／（ａ＋ｂ）＝０．３６〜０．５４（図５、図６に示
す場合は、０．４７）ｃ／ｗｏ＝３．０〜４．５（図５、図６に示
す場合は、３．７）

【００１８】次にノズル８の構成について説明する。ノ
ズル８は、その吸引部の幅ｗｉ，噴出部の幅ｗｏを有
し、それらの端縁部間が直線形状の一対の直線状内壁８
ｗにより構成されるとともに、一定の整流長さＮｌを有
して構成されている。そして、この整流長さＮｌを得る
ために、前述のように貯留部６に対して一対の突出部９
が突出して形成されている。この一対の突出部９は突出
部幅ＮＷ、突出部長さ(これは前述の整流長さにほぼ等
しい。）Ｎｌを有した方形の部材から形成されており、
その両側部に左右側部貯留域６Ｌ，６Ｒが形成され、こ
の左右側部貯留域６Ｌ，６Ｒの幅が、ほぼ前述の整流長
さＮｌ以上に形成されている。そして、前記突出部９に
おけるノズル８の吸引側端部９Ｒは、円弧型形状が採用
され、この円弧の半径としてノズル入口円弧径ｒｎが採
用されているのである。実際の数値について述べると、ｗｏ＝３．２ｍｍｗｉ／ｗｏ＝０．９〜１．２（図５、図６に示す場合
は、１．０）ｒｎ／ｗｏ＝０．２５〜０．６２（図５、図６に示す場
合は、０．３１）Ｎｌ／ｗｏ＝５．００〜６．８８（図５、図６に示す場
合は、６．２５）ＮＷ／ｗｏ＝２．３０〜２．９４（図５、図６に示す場
合は、２．６３）である。

【００１９】引き続いて以下に、図２に基づいて流体振
動形流量計２の構成について説明する。この流体振動形
流量計２は、前述のノズル８、流路拡大部１２と、この
流路拡大部１２に滑らかに接続する絞り流路部１３を有
して構成されている。ここで、このノズル８において、
そのノズル噴出面１１は流路方向に対して直交する状態
とされている。次に、流路拡大部１２について説明する
と、この流路拡大部１２は流路方向に一致する流路の軸
に対して対称な拡大流路内壁面１５を備えており、この
内壁面１５はノズル噴出面１１に接する主円弧部１６
と、これに接続する直線拡大壁部１７と、さらにこの直
線拡大壁部１７に接続する副円弧部１８から構成されて
いる。そして、この副円弧部１８の後端部が前述の絞り
流路部１３に同様に円弧状の排出円弧部１９により接続
されているのである。さらにこの流路拡大部１２におけ
る流路中央部には、噴出面より噴出する噴流の直進を阻
害するターゲット２０が設けられている。

【００２０】図４にこのターゲットの詳細構造が示され
ている。図示するように、このターゲットは、流路の軸
に対して対象に形成され、左右の上流側円弧部２０ａ間
に上流側凹部２０ｂを備えるとともに、さらに下流側に
凸の張出部２０ｃを有している。この張出部２０ｃは、
上流側凹部２０ｂ上に中心を有する第一円弧部２０ｄ
と、前述の上流側円弧部２０ａと流路横断方向で中心位
置を同じくした第二円弧部２０ｅを備えている。このタ
ーゲット２０は、微小流量域において、噴流の流動方向
の切り換えを安定して起こさせる効果を有する。

【００２１】ここで、主円弧部１６の第一半径をＲ、流
路方向における副円弧部１８の中心の噴出面からの離間
距離をＬ、流路横断方向における副円弧部１８の中心の
流路の軸心からの離間距離をｘ、副円弧部１８の第二半
径をｒ、ターゲット２０の横幅をＴｗ，ターゲット２０
の縦幅をＴＬ、絞り流路部１３の幅をＰとすると、前記
ｗｏ、Ｒ、Ｌ、ｘ、ｒ、Ｔｗ、ＴＬ、Ｐが、Ｒ／ｗｏ＝３．０〜４．７（図５、図６に示す場合は、
３．９）Ｌ／Ｒ＝１．５、ｘ／Ｒ＝（√３）／２ｒ／Ｒ＝０．５Ｔｗ／ｗｏ＝１．５６〜２．００（図５、図６に示す場
合は、１．７５）ＴＬ／ｗｏ＝１．０〜１．５Ｐ／Ｒ＝１．２４〜１．６２（図５、図６に示す場合
は、１．３６）の関係にある。

【００２２】図３に前述の主円弧部１６、副円弧部１
８、直線拡大壁１７の幾何学的形状の説明図が示されて
いる。

【００２３】また、前述の排出円弧部１９の半径ｒ１は
第二半径ｒ（即ちＲ／２）に等しく、流路拡大部１２の
横断最大寸法は２（ｘ＋ｒ）／Ｒ＝２．７３となる。さ
らに、流路方向におけるターゲット２０の先端位置のノ
ズル噴出面からの離間距離をＴｌと、ターゲット２０と
前述の排出円弧部１９との離間距離Ｐｌとは、Ｔｌ／Ｐ
ｌが０．９４〜１．０５（図示するものは１）の関係が
保たれている。そして、前記排出円弧部１９の中心と流
体振動形流量計２の後端部との距離をΔＬとするとΔＬ
／Ｒが、０．１５〜０．７（図示するものは０．３）に
設定されており、前述のノズル噴出面１１から流体振動
形流量計２の後端部の距離Ｚは、Ｚ＝２．５９〜３．１
４Ｒである。ここで、Ｒの実際の寸法は１３．０ｍｍで
あり、またこの流体振動形流量計の高さ（図２における
紙面直角方向の幅）は、２３ｍｍであるがこれに限定さ
れるものではない。

【００２４】さらにここで、流量計関連寸法Ｒ，Ｌ，
ｘ，ｒ，Ｔｌ，Ｐの無次元化にあたり、Ｌ，ｘ，ｒ，Ｔ
ｌ，Ｐに関してＲを基準に選定している理由は、図１に
おける噴流主流の折れ曲がり部の角度（θ）と帰環流の
主帰環部の角度（θ')がほぼ平行となるような構成とさ
れていることによる。

【００２５】以下に、この流体振動形流量計２の計測結
果について説明する。図６（ｂ）に流量−器差特性が示
されている。この図からも判るように、０．６ｍ³／ｈ
以上の大流量で誤差±０．８％以下の高精度であり、
０．１〜０．６の低流量でも＋０．５〜−１．５％以下
の誤差で計量法で定められた許容公差内（±２．５％以
下）に十分収まっており、高精度で十分に実用に耐えう
る流体振動形流量計が得られている。ここで、発振下限
流量は、６５リットル／ｈ程度であり、レイノルズ数で
５０程度まで発振可能となっており、極めて良好な成績
である。

【００２６】〔実験例〕以下に本願について発明者らが
行った実験結果について説明する。実験例１この実験は、他の条件を前述の実施例と同一の条件とし
てノズル噴出面とターゲットの前面までの離間距離をＴ
ｌ、前記ターゲットと前記排出円弧部との最短離間距離
をＰｌとした場合の、Ｐｌ／Ｔｌを変化させた場合の流
量計の特性変化を調べたものである。

【００２７】図５にＰｌ／Ｔｌに対する最大誤差ΔＥの
変化を示し、図６に図５における代表的な条件の流量ー
器差特性が示されている。

【００２８】先ず図５から説明すると、図５の横軸はＰ
ｌ／Ｔｌを示し、縦軸は最大誤差ΔＥを示している。ま
た図には実線で第一半径Ｒが１３．０ｍｍのものを、破
線で１１ｍｍのものが示されている。図からも明らかな
ように、Ｐｌ／Ｔｌの単調な増加に伴ってΔＥは一端減
少するとともに、Ｐｌ／Ｔｌが１の位置を境として増加
傾向となる。一般的な流体振動形流量計の一般的な基準
である、最大誤差特性ΔＥが３以下の領域は、Ｐｌ／Ｔ
ｌが０．９４から１．０５程度の範囲である。

【００２９】次に図６について説明する。図６（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）にはそれぞれ図５におけるＰｌ／Ｔｌ
が、０．９、１．０、１．１２の状態における流量ー器
差特性が示されている。図からも判るように、この値が
小さい状態においては、大流量側の誤差がプラス側にふ
り、Ｐｌ／Ｔｌが１近傍の状態で良好な結果を示し、大
きくなると、小流量域における誤差幅が大きくなるとと
もに、誤差全体が小流量側でプラス側に振る状態とな
る。

【００３０】〔別実施例〕以下に本願の別実施例につい
て説明する。（イ）上記の実施例においては、直線拡大壁部１７を直
線状に形成したが、これは下流側に拡開していればいか
なる形状でもよい。従って、この部位を単に拡大壁部と
呼ぶ。

【００３１】（ロ）上記の実施例においては、第一半径
Ｒ、第二半径ｒ、流路横断方向における前記副円弧部１
８の中心の流路の軸芯からの第二離間距離ｘに関して、
これらがｒ／Ｒ＝０．５、ｘ／Ｒ＝（√３）／２の関係
を満たしているもの（この数値関係を備えた流量計は、
主円弧、副円弧部の主要数値が簡単な関係となる。図３
に示されている。）を示したが、これは以下の関係ある
ものでもよい。ｒ／Ｒ＝０．４５〜０．５６ｘ／Ｒ＝０．７〜１．０この場合、流体振動形流量計を縦長に構成とすることも
可能である。

【００３２】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の流体振動形流量計を組み込んだ流量測定
装置の平面図

【図２】本願の流体振動形流量計の平面図

【図３】本願の流体振動形流量計の主要寸法の幾何学的
関係を示す説明図

【図４】ターゲットの構成を示す図

【図５】Ｐｌ／Ｔｌと最大誤差の関係を示す図

【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はＰｌ／Ｔｌを変えた
場合の流量ー器差特性を示す図

【図７】従来の流体振動形流量計の構造を示す図

【図８】従来の流体振動形流量計の流量ー器差特性を示
す図

【符号の説明】

６貯留部８ノズル８ｗ直線状内壁９ｔノズル入口端面１１ノズル噴出面１２流路拡大部１３絞り流路部１５拡大流路内壁面１６主円弧部１７拡大壁部１８副円弧部１９排出円弧部２０ターゲット

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流路に直交するノズル噴出面（１１）を
有するノズル（８）を流路内に配設し、このノズル
（８）の噴出側に前記ノズルの軸に対して対称な拡大流
路内壁面（１５）を有する流路拡大部（１２）を設ける
とともに、前記流路拡大部（１２）における流路中央部
に前記ノズル（８）より噴出する噴流の直進を阻害する
ターゲット（２０）を設け、さらに、前記流路拡大部
（１２）の下流側に前記流路拡大部（１２）の後端部よ
り狭い流路幅を有する絞り流路部（１３）を設けた流体
振動形流量計であって、前記拡大流路内壁面（１５）
を、前記ノズル噴出面に接する第一半径Ｒの主円弧部
（１６）と、前記主円弧部（１６）に滑らかに接続する
拡大壁部（１７）と、さらに、上流側で前記拡大壁部
（１７）に滑らかに接続し、且つ、下流側で前記絞り流
路部（１３）に接続する副円弧部（１８）とで構成する
とともに、前記副円弧部（１８）と前記絞り流路部（１
３）を流路側に張り出した円弧状の排出円弧部（１９）
により接続して、前記ターゲット（２０）より下流側で
前記ターゲット（２０）と前記排出円弧部（１９）間で
流路が絞られる構成とし、前記ターゲットと前記排出円
弧部（１９）との最短離間距離Ｐｌが、前記ノズル噴出
面と前記ターゲットの前面までの離間距離Ｔｌにほぼ等
しく設定されている流体振動形流量計。
【請求項２】前記ノズルの噴出部（１１）の幅をｗ
ｏ、前記ターゲット（２０）の横幅をＴｗ、前記ターゲ
ット（２０）の縦幅をＴＬ、前記ノズル噴出面（１１）
と前記ターゲット（２０）の前面までの離間距離をＴ
ｌ、前記ターゲット（２０）と前記排出円弧部（１９）
との最短離間距離をＰｌ、前記副円弧部（１８）の第２
半径をｒ、流路方向における前記副円弧部（１８）の中
心の前記ノズル噴出面（１１）からの距離をＬ、流路横
断方向における前記副円弧部（１８）の中心の流路の軸
心からの距離をｘ、前記排出円弧部（１９）の半径をｒ
ｌ、前記絞り流路部（１３）の幅をＰとした場合に、前記ｗｏ、Ｔｗ、ＴＬ、Ｔ１、Ｐｌ、ｒ、Ｒ、Ｌ、ｘ、
Ｐ、ｒ１との間に、Ｔｗ／ｗｏ＝１．５６〜２．００ＴＬ／ｗｏ＝１．０〜１．５Ｐｌ／Ｔ１＝０．９４〜１．０５Ｒ／ｗｏ＝３．０〜４．７ｒ／Ｒ＝０．５Ｌ／Ｒ＝１．５ｘ／Ｒ＝（√３）／２ｒ１／Ｒ＝０．５Ｐ／Ｒ＝１．２４〜１．６２の関係がある請求項１記載の流体振動形流量計。