JP3205045B2 - 流体振動式流量計 - Google Patents

流体振動式流量計

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JP3205045B2
JP3205045B2 JP12502892A JP12502892A JP3205045B2 JP 3205045 B2 JP3205045 B2 JP 3205045B2 JP 12502892 A JP12502892 A JP 12502892A JP 12502892 A JP12502892 A JP 12502892A JP 3205045 B2 JP3205045 B2 JP 3205045B2
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英明 池田
繁憲 岡村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は流体振動式流量計に係
り、特に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。
【0002】
【従来の技術】従来、流量計本体内に、順次下流に向っ
て、噴出ノズル、柱状ターゲット及び絞り部が形成され
てなる流体振動式の流量計が知られている。この種の流
量計は噴出ノズルから噴出した噴流の向きが、流体の物
性によらず、流量に比例した振動数で柱状ターゲットの
両側に交互に偏向する現象(流体振動)を利用し、圧力
変化等から検知したこの流体振動の振動数により流量を
演算してこれを表示するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記流量計は、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、改善すべき問題点を有していた。すなわ
ち、流量の小さな範囲では性能が安定せず測定誤差が非
常に大きくなるという問題があった。これは、従来の流
量計が、前記噴流の一部が噴出ノズル側に戻る流れ、す
なわち帰還流と呼ばれるものにより前記流体振動を発生
させる構成をとっていたことに起因することが大きかっ
た。
【0004】そこで、本出願人は、特願平2−2495
41号により、横断面が四角形状とされた柱状ターゲッ
トの後方に発生させた渦により前記流体振動を発生させ
る新方式の流体振動式流量計を提案した。この方式で
は、従来の帰還流によるものに比べ、同じ流量であって
も流体の振動数が高くなり、又流体振動が安定的に生じ
易くなるので、測定精度が向上するという効果があっ
た。
【0005】しかしながら、この流体振動式流量計では
大流量計測時噴出ノズルからの噴流の流速が大きくなる
につれて流体の慣性力が大きくなり、柱状ターゲットの
作用により一度偏向した噴流の流れが反対側へ偏向しに
くくなる。
【0006】図13は上記提案の流体振動式流量計にお
ける流量を変化させたときの器差の変化を示すグラフで
あり、同図より流量が増加すると器差がプラス側あるい
はマイナス側へ増大することがわかる。
【0007】従って、上記提案の流量計においては、噴
出ノズルからの噴流の流速が大きくなると噴流が進路を
変えにくくなり、図13に示すように器差が大きくなっ
てしまうといった課題がある。
【0008】そこで、本発明は上記課題を解決した流体
振動式流量計を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、噴出
ノズルと横断面が四角形状とされた柱状ターゲットと絞
り部とが流量計本体の内部中心線上に順次形成された流
体振動式流量計であって、前記噴出ノズルに対向するよ
うに設けられた前記柱状ターゲットのノズル対向面を
弧状の凹面に形成すると共に、該凹面の両端を曲面に形
成し、 前記柱状ターゲットのノズル対向面に設けられた
前記円弧の半径R と前記ノズル対向面の幅aとが、
0.7≦R /a≦1.2を満足するように設定され、
前記柱状ターゲットのノズル対向面の両端の曲面の半径
と、前記ノズル対向面の幅aとが、R /a≦0.
1を満足するように設定されていることを特徴とする。
【0010】又、請求項2の発明は、噴出ノズルと横断
面が四角形状とされた柱状ターゲットと絞り部とが流量
計本体の内部中心線上に順次形成された流体振動式流量
計であって、前記噴出ノズルに対向するように設けられ
た前記柱状ターゲットのノズル対向面を矩形状の凹面に
形成したことを特徴とする。
【0011】又、請求項の発明は、前記矩形の幅eと
前記柱状ターゲットのノズル対向面の幅aとが、0.5
≦e/a<1.0を満足するように設定されていること
を特徴とする。
【0012】又、請求項の発明は、前記柱状ターゲッ
トのノズル対向面の両端を面取りしてなることを特徴と
する。
【0013】又、請求項の発明は、前記柱状ターゲッ
トのノズル対向面の両端の面取りされた部分cと、前記
ノズル対向面の幅aとが、c/a≦0.1を満足するよ
うに設定されていることを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明は、噴出ノズルに対向するように設けら
れた柱状ターゲットのノズル対向面を円弧状または矩形
状の凹面に形成すると共に、凹面の両端を曲面または面
取りに形成し、さらに柱状ターゲットのノズル対向面に
設けられた円弧の半径R とノズル対向面の幅aとが、
0.7≦R /a≦1.2を満足するように設定され、
柱状ターゲットのノズル対向面の両端の曲面の半径R
と、ノズル対向面の幅aとが、R /a≦0.1を満足
するように設定されているため、柱状ターゲットの前面
において渦が発生し、この渦発生により噴流の流れを反
対側へ偏向させる力が増大し、流体の慣性力が大きくな
る高流量域においても流量に比例した噴流の偏向動作
(発振)が安定する。さらに柱状ターゲットの前面両端
の角部に曲面又は面取り部を設けることにより柱状ター
ゲットの下流側での渦発生が安定し、小流量域における
流量計測精度が向上する。
【0015】
【実施例】図1乃至図3に本発明になる流体振動式流量
計の第1実施例を示す。
【0016】各図中、流体振動式流量計は流量計本体1
の内部に下流に向って噴出ノズル2,流路拡大部4及び
流路絞り部5が順次形成され、さらに前記流路拡大部4
内の中心線J上に柱状ターゲット3が設けられている。
【0017】なお、噴出ノズル2,流路拡大部4及び流
路絞り部5の軸直角断面(中心線Jに対しての直交断
面)形状はすべて矩形とされている。さらに、図1にお
いて紙面と平行な方向にはどの位置でも同一形状であ
る。
【0018】柱状ターゲット3は図3に拡大して示すよ
うに横断面形状が略長方形状に形成されており、噴出ノ
ズル2に対向するノズル対向面としての前面3aの幅寸
法aと、前面3aの両端より後方に延在する側面3b,
3cの厚さ寸法bとがa>bとなるように設定されてい
る。柱状ターゲット3の前面3aの中央には上下方向に
延在する凹面13が形成されている。この凹面13は半
径R1 の円弧状凹部であり、比較的ゆるやかな曲面状の
へこみである。そして、柱状ターゲット3の前面3aの
両端には半径R2 の円弧状の曲面3d,3eが形成され
ている。従って、前面3aの両端と側面3b,3cとは
曲面3d,3eを介して連続する。
【0019】流量計本体1の中心線Jを含み柱状ターゲ
ット3に直交する平面(図1においては紙面)上におい
て、噴出ノズル2の中心線Jより一側の出口内面の端部
2aから接線状に延び中心線Jと交差して柱状ターゲッ
ト3の中心線Jより他側の角部の曲面3dと接する円弧
6aの延長線、あるいは、噴出ノズル2出口内面の端部
2bから接線状に延び中心線Jと交差して柱状ターゲッ
ト3の両端の曲面3eと接する円弧6bの延長線が、そ
れぞれ流量計本体1内の絞り部5を形成する壁面5b,
5aに達するように各部の寸法が設定されている。
【0020】即ち、上記構成になる流体振動式流量計の
各部分は以下のような特徴的な構成となっている。ま
ず、第一に、柱状ターゲット3は前面3aが前述した凹
面13,即ち、円弧状の凹形曲面とされている。第二
に、柱状ターゲット3の前面3aの凹面13の半径R1
と柱状ターゲット3の幅aとが次式(1) を満足するよう
に設定されている。
【0021】 0.7 ≦R1 /a≦1.2 …(1) 第三に、柱状ターゲット3の前面3aと側面3b,3c
とからなる角部の曲面3d,3eの半径R2 と柱状ター
ゲット3の幅aとが次式(2) を満足するように設定され
ている。
【0022】 R2 /a≦0.1 …(2) 第四に、噴出ノズル2の幅tと柱状ターゲットの幅aと
が次式(3) を満足するように設定されている。
【0023】 1.0 ≦a/t≦1.4 …(3) 第五に、柱状ターゲット3の前面3aの幅aと柱状ター
ゲット3の側面3b,3cの厚さbとが次式(4) を満足
するように設定されている。
【0024】 b/a≦0.6 …(4) 第六に、柱状ターゲット3に直交する平面上において、
図1に示す如く、噴出ノズル2の出口内面の一方の端部
2aより接線方向に出て、軸線Jに対して前記端部2a
と反対側に位置する柱状ターゲット3の端部3bに接す
る円弧6aの延長線が、流路拡大部4の内側面4bに達
する手前で、絞り部5から延びる壁面5bに達し、また
円弧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2の幅t,噴出ノズル2からは柱状ターゲット
3までの距離H,噴出ノズル2から絞り部5までの距離
L,絞り部5の幅T,流路拡大部4の幅Wが設定されて
いる。
【0025】第七に、前記壁面5a,5bと流路拡大部
4の内側面4a,4b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、なだらかな曲面で接続され
ておらず、噴出ノズル2からの噴流が前記壁面5a,5
bに当たっても噴出ノズル2側に戻る帰還流が生じにく
い形状とされている。
【0026】第八に、噴出ノズル2の出口から絞り部5
までの距離Lと、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とが、次式(5) を満足するように設定
されている。
【0027】 H/L≧0.5 …(5) 第九に、柱状ターゲット3の幅a及び絞り部5の幅Tと
が、次式(6) を満足するように設定されている。
【0028】 a≦T …(6) なお、図1において8は、流路拡大部4内の圧力変化あ
るいは流速の変化を検出するセンサであり、9はこのセ
ンサ8から出力される信号を積算して流量を求め表示す
る流量測定器である。
【0029】今、上記流量計本体1を被測流体が流れる
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、柱状ターゲット3のどちらかに偏向し、例えば壁
面5aに向かう流れとなる。すると、柱状ターゲット3
の下流側に図2に示すような渦10が発生し、この渦1
0によって柱状ターゲット3の廻りに循環流11が発生
する。この循環流11は、噴流12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12は流れ方
向が壁面5bに向かうように切換わる。そして、この切
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。
【0030】従って、噴流2の流れ方向の切換に伴う流
路拡大部4内の圧力変化あるいは流速の変化を検出する
センサ8から出力される信号を流量測定器9で演算処理
することによって、流量を知ることができる。
【0031】さらに、上記構成になる流体振動式流量計
では、柱状ターゲット3の前面3aに円弧状の凹面13
が形成され、且つ前記式(1) ,(2) を満足するように設
定されているので、図2に示すように柱状ターゲット3
の上流側に渦14が発生する。
【0032】この渦14は柱状ターゲット3の円弧状の
凹面13に沿うように発生し、循環流11と同様に噴流
12の流れを反対側へ偏向させる向きの旋回流として作
用する。従って、渦14の発生により反対側へ偏向させ
る力が増大し、噴流12は上記旋回流11と渦14との
作用により流体の慣性力が増大する高流量域においても
流れ方向の切換えが安定し、流量に比例した周波数で振
動する。これにより、高流量域での流量計測精度が高ま
り、計測可能な最大流量Qmax が大となり、流量計測範
囲がより広範囲に設定できる。
【0033】図4は、流量を高流量域の一定値に保ち、
1 /aを変化させた場合の最大器差の値を示すグラフ
であり、同図中、0.7 ≦R1 /a≦1.2 の範囲で器差が
小さいことがわかる。
【0034】よって、柱状ターゲット3の円弧状の凹面
13が前記式(1) を満足するように形成されていると
き、上記渦14の発生による効果が得られることがわか
る。
【0035】又、本実施例では、柱状ターゲット3の前
面3aの幅aと、柱状ターゲット3の前面3aと側面3
b,3cとの曲面3d,3eの半径R2 とが前記(2) 式
を満足するように設定されているため、小流量域でも渦
14及び循環流11が安定的に発生する。従って、測定
可能な最小流量をより一層下げることができ、その結果
広範囲な流量計測が可能となる。
【0036】図5は柱状ターゲット3の前面3aの幅a
と柱状ターゲット3の前面両端に形成された曲面3d,
3eの半径R2 との比R2 /aを変化させた場合の測定
可能な発振下限流量(最小流量)Qmin の値を示すグラ
フである。
【0037】図5中、測定可能な流量Qmin が最小とな
る点はR2 /a=0(R2 =0)のときであって、即ち
柱状ターゲット3の曲面3d,3eを直角とした場合で
ある。そして、R2 /aの比を次第に大きくしてゆきR
2 /a≦0.1 の範囲から外れるとQmin が急激に増大す
ることがわかる。
【0038】これは、R2 /aの比が0.1 以上に大きく
なると、小流量域の柱状ターゲット3の下流側における
渦10の発生が不安定になるからである。従って、測定
可能な流量をできるだけ小さくして流量計測範囲を拡大
するには柱状ターゲット3の前面両端部の曲面3d,3
eの半径R2 がR2 /a≦0.1 の条件を満足するように
設定されていれば良いことがわかる。
【0039】そして、図6は上記式(1) ,(2) を満足す
る本実施例の流量計の器差特性を示すグラフである。
【0040】同図より柱状ターゲット3の前面3aに円
弧状の凹面13と前面両端部に曲面3d,3eとを形成
することにより、小流量域から高流量域まで全域にわた
って極めて器差が小さく、フラットであることがわか
る。
【0041】従って、上記構成とされた本発明の流体振
動式流量計によれば、計測可能な流量範囲を高流量側及
び低流量側に拡大し、広範囲にわたって極めて高精度な
流量計測が可能になる。
【0042】図7に本発明の第2実施例を示す。
【0043】同図中、柱状ターゲット15の前面には幅
e、深さfを有する矩形とされた矩形状凹部16が形成
されている。この矩形状凹部16は長手方向に延在する
長方形状の溝として柱状ターゲット15の前面に設けら
れている。又、柱状ターゲット15の前面両端には前面
及び側面に対して45度傾斜するよう面取りされた面取
り部分15a,15bが設けられている。
【0044】矩形状凹部16は上記円弧状の凹面13と
同様な効果が得られるように、渦14を発生させる作用
を有する。又、面取り部分15a,15bは上記曲面3
d,3eと同様小流量域での噴流12の振動を安定させ
る作用を有する。
【0045】従って、柱状ターゲット15の前面に設け
られた矩形状凹部16により高流量域での噴流12の発
振動作を安定化するとともに、前面両端の面取り部15
a,15bにより小流量域での噴流12の発振動作を安
定化して、計測可能な流量範囲を拡大して広範囲な流量
域で高精度な流量計測が可能となる。
【0046】又、柱状ターゲット15は上記の効果を得
るため次のような特徴的な構成となっている。
【0047】第一に、柱状ターゲット15は前面が矩形
状の凹部16とされている。
【0048】第二に、矩形状凹部16の幅eと柱状ター
ゲット15の幅aとの比e/aが次式(7)を満足する
ように設定されている。
【0049】 e/a<0.5 …(7) 第三に、面取り部分15a,15bの面取りcと柱状タ
ーゲット15の幅aとが次式(8)を満足するように設
定されている。
【0050】 c/a≦0.1 …(8) 尚、上記(7),(8)式以外は上記第1実施例の
(3)〜(6)式を満足するように各部分の寸法が設定
されている。
【0051】図8は、流量を高流量域の一定値に保ち凹
部16の幅eと柱状ターゲット15の幅aとの比e/a
を変化させた場合の最大器差の値を示すグラフである。
同図よりe/a<0.5であるとき最大器差が小さくな
ることがわかる。
【0052】又、図9は柱状ターゲット15の幅aと柱
状ターゲット15の前面両端に形成された面取り部分1
5a,15bの面取りcと柱状ターゲット15の幅aと
の比c/aを変化させた場合の測定可能な発振下限量
(最小流量)Qmin の値を示すグラフである。
【0053】同図よりc/aの比が0.1以上になると
Qmin が急激に増大することがわかる。
【0054】従って、上記(7),(8)式を満足する
ように柱状ターゲット15が形成されていれば、小流量
域での計測可能な最小流量をより小さくして計測範囲を
広げることができる。
【0055】又、図10は上記(7),(8)式を満足
する第2実施例の流量計の器差特性を示すグラフであ
る。
【0056】同図より柱状ターゲット15に矩形状凹部
16及び面取り部分15a,15bを形成することによ
り、小流量域から高流量域まで全域にわたって極めて器
差が小さいことがわかる。
【0057】図11に本発明の第3実施例を示す。
【0058】同図中、柱状ターゲット17は前面に上記
第1実施例で説明した円弧状凹面13(図3参照)と同
様な凹面17aが形成され、前面両端の角部には上記第
2実施例で説明した面取り部15a,15b(図7参
照)と同様な面取り部17b,17cが形成されてい
る。
【0059】又、柱状ターゲット17の各部の寸法
1 ,a,b,cは前述した各式(1),(3),
(4),(5),(6),(8)を満足するように設定
されている。従って、図11に示す柱状ターゲット17
においても、上記第1,第2実施例と同様な効果が得ら
れる。
【0060】図12に本発明の第4実施例を示す。
【0061】同図中、柱状ターゲット18は前面に上記
第2実施例で説明した矩形状凹部16(図7参照)と同
様な矩形状凹部18aが形成され、前面両端には上記第
1実施例で説明した曲面3d,3e(図3参照)と同様
な半径R2 の曲面が形成されている。
【0062】又、柱状ターゲット18の各部の寸法
2 ,a,b,eは前述した各式(2)〜(7)を満足
するように設定されている。従って、図12に示す柱状
ターゲット18においても、上記各実施例と同様な効果
が得られる。
【0063】
【発明の効果】上述の如く、本発明になる流体振動式流
量計は、噴出ノズルに対向するように設けられた柱状タ
ーゲットのノズル対向面を円弧状または矩形状の凹面に
形成すると共に、凹面の両端を曲面または面取りに形成
し、さらに柱状ターゲットのノズル対向面に設けられた
円弧の半径R とノズル対向面の幅aとが、0.7≦R
/a≦1.2を満足するように設定され、柱状ターゲ
ットのノズル対向面の両端の曲面の半径R と、ノズル
対向面の幅aとが、R /a≦0.1を満足するように
設定されているため、柱状ターゲット上流側に渦を発生
させて噴出ノズルからの噴流の向きを偏向する力を増大
させることができ、そのため流体の慣性力が増大する高
流量域においても噴流の流れを流量に比例した周波数で
発振させることができ、高流量域における計測精度を高
めて計測可能な流量域を広げることができる。
【0064】さらに、柱状ターゲットのノズル対向面に
凹面を形成するとともにノズル対向面の両端に曲面又は
面取り部分を設けることにより、高流量域から小流量域
まで噴流の発振動作を安定化させることができ、全域に
わたって器差を小さく抑えることができる等の特長を有
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる流体振動式流量計の第1実施例の
横断面図である。
【図2】流量計本体における噴流の流れ及び渦発生状態
を示す図である。
【図3】本発明の第1実施例の要部である柱状ターゲッ
トの形状を示す平面図である。
【図4】柱状ターゲットの幅aと、凹面の半径R1 との
比R1 /aを変化させたときの最大器差の値を示す線図
である。
【図5】柱状ターゲットの幅aと、曲面の半径R2 との
比R2 /aと発振下限流量との関係を示す線図である。
【図6】本発明の流体振動式流量計の器差特性を示す線
図である。
【図7】本発明の第2実施例の柱状ターゲットの平面図
である。
【図8】柱状ターゲットの幅aと矩形状の凹部の幅eと
の比e/aを変化させたときの最大器差の値を示す線図
である。
【図9】柱状ターゲットの幅aと面取りcとの比c/a
と発振下限流量Qmin との関係を示す線図である。
【図10】本発明の第2実施例の器差特性を示す線図で
ある。
【図11】本発明の第3実施例の柱状ターゲットの平面
図である。
【図12】本発明の第4実施例の柱状ターゲットの平面
図である。
【図13】従来の流体振動式流量計の器差特性を示す線
図である
【符号の説明】
1 流量計本体 2 噴出ノズル 3,15,17,18 柱状ターゲット 3a 前面 3d,3e,18b,18c 曲面 4 流路拡大部 5 絞り部 8 センサ 9 流量測定部 10,14 渦 11 循環流 12 噴流 13,17a 凹面 16,18a 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−128612(JP,A) 特開 平1−223313(JP,A) 特開 昭58−30621(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/20

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 噴出ノズルと横断面が四角形状とされた
    柱状ターゲットと絞り部とが流量計本体の内部中心線上
    に順次形成された流体振動式流量計であって、 前記噴出ノズルに対向するように設けられた前記柱状タ
    ーゲットのノズル対向面を円弧状の凹面に形成すると共
    に、該凹面の両端を曲面に形成し、 前記柱状ターゲットのノズル対向面に設けられた前記円
    弧の半径R と前記ノズル対向面の幅aとが、0.7≦
    /a≦1.2を満足するように設定され、 前記柱状ターゲットのノズル対向面の両端の曲面の半径
    と、前記ノズル対向面の幅aとが、R /a≦0.
    1を満足するように設定されている ことを特徴とする流
    体振動式流量計。
  2. 【請求項2】 噴出ノズルと横断面が四角形状とされた
    柱状ターゲットと絞り部とが流量計本体の内部中心線上
    に順次形成された流体振動式流量計であって、 前記噴出ノズルに対向するように設けられた前記柱状タ
    ーゲットのノズル対向面を矩形状の凹面に形成したこと
    を特徴とする流体振動式流量計。
  3. 【請求項3】 前記矩形の幅eと前記柱状ターゲットの
    ノズル対向面の幅aとが、0.5≦e/a<1.0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2
    の流体振動式流量計。
  4. 【請求項4】 前記柱状ターゲットのノズル対向面の両
    端を面取りしてなることを特徴とする請求項1乃至2の
    流体振動式流量計。
  5. 【請求項5】 前記柱状ターゲットのノズル対向面の両
    端の面取りされた部分cと、前記ノズル対向面の幅aと
    が、c/a≦0.1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4の流体振動式流量計。
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