JP3179888B2 - フルイディック流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体や液体の流量の計
測に用いられるフルイディック流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の膜式ガスメータに代るものとして
開発されている、フルイディック振動を利用したフルイ
ディック流量計は、小型で可動部がないので、耐久性に
優れていることから、各方面でその研究・改良が進めら
れている。さらに、従来からのガス流量計は、取付けに
関して立上り面積を要することや都市美観の上からも小
型にして取付けに際して方向性を問わないものが望まれ
る。このような観点から、フルイディック流量計におい
てその特徴を活かした小型で性能のよいものが望まれて
いる。

【０００３】このフルイディック流量計は機構的にジェ
ットノズルから噴出される流体を自励的に左右へ交互に
偏流（フルイディック振動）させ、この偏流の振動数が
流量に比例することを利用したもので、一般の教科書に
もその原理は説明されている。

【０００４】そして、偏流を広い流量範囲で安定的に自
励発生させるように様々な形状のものが提案されてい
る。例えば、特開昭５７−６６３１３号公報では、ジェ
ットノズル下流のジェットノズルに対向する位置に柱状
の誘振子を設けることが提案されている。

【０００５】また、発生した偏流の振動数を検出する方
法も様々なものが提案されており、前出の特開昭５７−
６６３１３号公報では、図９に示すように誘振子１を２
つの圧電素子２に支持させて流体の偏流による前記誘振
子１の揺れを前記圧電素子２の歪Ｔ，Ｃから読取ること
によって検出することが提案されている。さらに、特開
昭６２−３０９１７号公報では、ジェットノズル中心線
を対象軸とした左右位置での流体の静圧を取り出しその
静圧を、圧電膜で仕切られた第一圧力室と第二圧力室と
に分けて導き、差圧を圧電膜の変位で検出することによ
って圧力変動などのノイズを打ち消しつつ振動数を検出
することが提案されている。

【０００６】また、特開昭６３−３１３０１８号公報で
は、誘振子の最適位置や静圧を取り出す最適位置も提案
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなフ
ルイディック流量計の場合、流量と振動数はほぼ直線的
な関係があるものの、その直線的に変化する範囲は、リ
ットル／時間当たり、１５０〜３０００であり、例えば
家庭用ガスメータとして使用し得る範囲とはなっていな
いものである。

【０００８】そこで、流体の偏流の発生しない低流量域
においても流量測定ができるように特開平１−３０８９
２１号公報では、ジェットノズル部に熱式流量計などの
流速検出素子を設け、流量が一定値以下のときは前記流
速検出素子で、流量が一定値以上のときはフルイディッ
ク振動で流量を測定することが提案されている。しか
し、ジェットノズル部に流速検出素子を設けることは、
流速最大の部分に流速検出素子を設けＳ／Ｎ比を大きく
する意味では良いが、ジェットノズル部の流れを三次元
的に乱してしまい好ましいものではなく、さらに、ジェ
ットノズル幅は一般的に２〜４ｍｍであり流速検出素子
を設けることは困難であり、また、設置する場合にはジ
ェットノズルの長さをある程度長くする必要があり圧力
損失が大きくなってしまう。

【０００９】そのため本発明は、フルイディック流量計
に更なる改良を加え、より高性能のフルイディック流量
計を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、流体を噴出するジェットノズル下流に前記ジェット
ノズルに対向して配設された誘振子を有するフルイディ
ック流量計において、前記誘振子に流速検出素子を取り
付けた。

【００１１】請求項２記載の発明では、流体を噴出する
ジェットノズル下流に前記ジェットノズルに対向して配
設された誘振子を有するフルイディック流量計におい
て、前記誘振子に流体の圧力を検出する圧力検出素子を
取り付けた。

【００１２】請求項３記載の発明では、流体を噴出する
ジェットノズル下流に前記ジェットノズルに対向して配
設された誘振子を有するフルイディック流量計におい
て、外部に設けた圧力センサに誘振子部の圧力を導く圧
力取り出し口を前記誘振子に形成した。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明によれば、誘振子に流速検
出素子を取り付け、ジェットノズル部で流れを乱すこと
なくジェットノズルから噴出される噴流を直接測定する
ので、測定精度や、応答性や、Ｓ／Ｎ比が良くなる。

【００１４】請求項２記載の発明によれば、誘振子に流
体の圧力検出素子を取り付け、ジェットノズル部で流れ
を乱すこと無くジェットノズルから噴出される噴流を直
接測定するので、測定精度や、応答性や、Ｓ／Ｎ比が良
くなる。

【００１５】請求項３記載の発明によれば、外部に設け
た圧力センサに誘振子部の圧力を導く圧力取り出し口を
前記誘振子に形成し、ジェットノズルから噴出される噴
流の圧力を測定するので、測定精度や、応答性や、Ｓ／
Ｎ比が良くなる。

【００１６】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１又は図２に基づ
いて説明する。まず、本実施例の基本的構成及び作用を
図２に基づいて説明する。

【００１７】流入管３から排出管４を結ぶ流路上に、セ
ットリングスペース５、流路縮小部６、ジェットノズル
７、流路拡大部８を順に設け、かつ、前記流路拡大部８
中には前記ジェットノズル７に対向させて誘振子１を設
け、その背後にエンドブロック９を設けて構成されてい
る。そして、このエンドブロック９の背後は排出スペー
ス１０とされている。

【００１８】このような構成において、まず、流路上流
側からの管状の流れはセットリングスペース５で２次元
的な流れに整流され、流路縮小部６によりさらに整流さ
れて円滑にジェットノズル７に向かう。そして、ジェッ
トノズル７で整流されたジェット流は、誘振子１に当た
ることにより左右（図２では上下）に分れるが、エンド
ブロック９に至るまでの流路拡大部８の空間において、
ある流量を越えると誘振子１の背後にできる渦の不安定
性によって、左又は右に偏った流れを形成する。そのた
め、エンドブロック９にぶつかった流れは、エンドブロ
ック９前面に沿い、流路拡大部８の内壁８ａに沿ってジ
ェットノズル７の出口に達し、ジェット流に直角的にぶ
つかる。このため、その脇から帰還した流れによってジ
ェット流の方向を最初の偏流とは反対方向に偏らせる。
これにより、反対側では再び同様のことが起こり、結果
としてジェットノズル７を出る流れは左右へ交互に偏
る。この偏流の振動数は、流量の増加に対して直線的に
増加する。

【００１９】ここで、本実施例は、図１に示すようにジ
ェットノズル７に対向した誘振子１の前面に、フルイデ
ィック振動の発生しない低流量時の流速を測定する流速
検出素子１１が貼付られている。

【００２０】このような構成によれば、誘振子１に衝突
する噴流の流速を流速検出素子１１で直接測定すること
ができるので、噴流周辺の弱い流れを測定する場合に比
べ、ノイズの影響を受けることなく正確に流量を求める
ことができる。

【００２１】つづいて、本発明の第二の実施例を図３に
基づいて説明する。前記実施例で示した部分と同一部分
は同一符号を用いて示す（以下の実施例でも同様とす
る）。本実施例では、図３に示すように誘振子１の両側
面に流速検出素子１１が貼付られている。

【００２２】このような構成によれば、フルイディック
振動の発生する高流量時には、両側面に貼付られた流速
検出素子１１の差動出力の変動からフルイディック振動
の振動数を求め、流量を求めることができ、両流速検出
素子１１の出力が同じである場合、つまり、フルイディ
ック振動の発生しない低流量時には、流速検出素子１１
の検出する流速から流量を求めることができる。また、
噴流の圧力を直接測定することができるので、噴流周辺
の弱い流れを測定する場合に比べ、ノイズの影響を受け
ることなく正確に流量を求めることができる。

【００２３】つづいて、本発明の第三の実施例を図４に
基づいて説明する。本実施例は図４に示すように、空気
室１２の形成された誘振子１の前面に圧力検出素子とな
る圧電膜１３が前記空気室１２を覆うように貼付られて
いる。

【００２４】このような構成によれば、誘振子１に衝突
する噴流の全圧を圧電膜１３の出力で測定することがで
きる。そして、あらかじめ記憶していた流量ゼロのとき
の圧電膜１３の出力（静圧）で全圧測定中の出力を減ず
ることにより動圧を求めることができ、この動圧から流
速を求め、流量を求めることができる。また、噴流周辺
の弱い流れを測定する場合に比べ、ノイズの影響を受け
ることなく正確に流量を求めることができる。

【００２５】また、空気室１２に静圧を導いて、圧電膜
１３で動圧だけを測定するようにしても良い。

【００２６】なお、圧電膜１３としてはＰＬＺＴ(lead
zirco-titanate doped with lanthanum ）薄膜、ＰＶＤ
Ｆ(polyvinylidene fluoride )膜等を使用すると良い。

【００２７】つづいて、本発明の第四の実施例を図５に
基づいて説明する。本実施例は図５に示すように、空気
室１２の形成された誘振子１の両側面に圧電膜１３が前
記空気室１２を覆うように貼付られている。なお両側面
に形成された前記空気室１２は互いに連通している。

【００２８】このような構成によれば、両側面に貼付ら
れた圧電膜１３の差動出力の変動からフルイディック振
動の振動数を求めることができる。

【００２９】また、両側面の外に、誘振子１前面のジェ
ットノズル７の中心線を対象軸とした二個所にそれぞれ
空気室を形成し圧電膜１３を貼付てその差動出力を得て
も良く（図示せず）、同様に誘振子１裏面のジェットノ
ズル７の中心線を対象軸とした二個所にそれぞれ空気室
を形成し圧電膜１３を貼付てその差動出力を得ても良い
（図示せず）。

【００３０】つづいて、本発明の第五の実施例を図６に
基づいて説明する。本実施例は図６に示すように、誘振
子１の前面に圧力取り出し口１４が設けられ、この圧力
取り出し口１４から取り出された圧力は、外部に設けら
れた圧力センサ（図示せず）に導かれている。

【００３１】このような構成によれば、誘振子１に衝突
する噴流の全圧を外部に設けた圧力センサで測定するこ
とができる。そして、あらかじめ記憶していた流量ゼロ
のときの圧力（静圧）で全圧を減ずることにより動圧を
求めることができ、この動圧から流速を求め、流量を求
めることができる。また、圧力センサを外部に設けるの
で圧力センサのメンテナンスが容易である。

【００３２】つづいて、本発明の第六の実施例を図７に
基づいて説明する。本実施例は図７に示すように、誘振
子１の両側面に圧力取り出し口１４が設けられ、この圧
力取り出し口１４から取り出された誘振子１の両側面の
圧力は、外部に設けられた図示しない差圧センサの圧電
膜等で仕切られた第一圧力室と第二圧力室とに分けて導
かれている。

【００３３】このような構成によれば、差圧センサの差
圧センサの出力周波数よりフルイディック振動数を知る
ことができる。

【００３４】また、誘振子１の背面（図８）や、誘振子
１の前面（図示せず）に圧力取り出し口１４を設けるこ
とも考えられる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、流体を噴
出するジェットノズル下流に前記ジェットノズルに対向
して配設された誘振子を有するフルイディック流量計に
おいて、前記誘振子に流速検出素子を取り付けたので、
ジェットノズル部で流れを乱すこと無くジェットノズル
から噴出される噴流の流速を直接測定することができ、
測定精度や、応答性や、Ｓ／Ｎ比の良いものとなり、ま
た、流速検出素子を取り付けるためにジェットノズルを
長くする必要が無く、圧力損失を増大させることが無
い。

【００３６】請求項２記載の発明によれば、流体を噴出
するジェットノズル下流に前記ジェットノズルに対向し
て配設された誘振子を有するフルイディック流量計にお
いて、前記誘振子に流体の圧力を検出する圧力検出素子
を取り付けたので、ジェットノズル部で流れを乱すこと
無くジェットノズルから噴出される噴流の圧力を直接測
定することができ、測定精度や、応答性や、Ｓ／Ｎ比の
良いものとなり、また、誘振子の振動を検出して間接的
にフルイディック振動を求めるものに比べわずかなフル
イデック振動でも捉えることができるので、測定範囲が
広いものとなる。

【００３７】請求項３記載の発明によれば、流体を噴出
するジェットノズル下流に前記ジェットノズルに対向し
て配設された誘振子を有するフルイディック流量計にお
いて、外部に設けた圧力センサに誘振子部の圧力を導く
圧力取り出し口を前記誘振子に形成したので、ジェット
ノズルから噴出される噴流の圧力を取り出すことがで
き、測定精度や、応答性や、Ｓ／Ｎ比の良いものとな
り、また、圧力センサが外部に設けられているのでその
メンテナンスが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の流路縮小部から誘振子
に至る部分を取り出して示す斜視図である。

【図２】水平断面図である。

【図３】本発明の第二の実施例の流路縮小部から誘振子
に至る部分を取り出して示す斜視図である。

【図４】本発明の第三の実施例の流路縮小部から誘振子
に至る部分を取り出して示す斜視図である。

【図５】本発明の第四の実施例の流路縮小部から誘振子
に至る部分を取り出して示す斜視図である。

【図６】本発明の第五の実施例の流路縮小部から誘振子
に至る部分を取り出して示す斜視図である。

【図７】本発明の第六の実施例の流路縮小部から誘振子
に至る部分を取り出して示す斜視図である。

【図８】変形例の流路縮小部から誘振子に至る部分を取
り出して示す斜視図である。

【図９】従来例の圧電素子に支持された誘振子を取り出
して示す正面図である。

【符号の説明】

１ 誘振子 ７ ジェットノズル １１ 流速検出素子 １３ 圧力検出素子 １４ 圧力取り出し口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀口 浩幸 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 秋山 善一 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 田辺 誠 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 石井 良夫 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 宮地 達生 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 恩田 浩 愛知県名古屋市東区泉二丁目28番24号 リコーエレメックス株式会社内 (72)発明者 伊藤 茂行 愛知県名古屋市東区泉二丁目28番24号 リコーエレメックス株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−224625（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−58111（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−199023（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−19714（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−19044（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/20 G01F 1/68 G01F 7/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を噴出するジェットノズル下流に前
   記ジェットノズルに対向して配設された誘振子を有する
   フルイディック流量計において、前記誘振子に流速検出
   素子を取り付けたことを特徴とするフルイディック流量
   計。
2. 【請求項２】 流体を噴出するジェットノズル下流に前
   記ジェットノズルに対向して配設された誘振子を有する
   フルイディック流量計において、前記誘振子に流体の圧
   力を検出する圧力検出素子を取り付けたことを特徴とす
   るフルイディック流量計。
3. 【請求項３】 流体を噴出するジェットノズル下流に前
   記ジェットノズルに対向して配設された誘振子を有する
   フルイディック流量計において、外部に設けた圧力セン
   サに誘振子部の圧力を導く圧力取り出し口を前記誘振子
   に形成したことを特徴とするフルイディック流量計。