JP3280806B2

JP3280806B2 - フルイディック式流量計

Info

Publication number: JP3280806B2
Application number: JP24202994A
Authority: JP
Inventors: 幸雄木村; 孝人佐藤; 靖水越; 一光温井; 繁憲岡村; 廣一神田; 政信波元; 尚志一色; 峰幸上手
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Aichi Tokei Denki Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Aichi Tokei Denki Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 2002-05-13
Anticipated expiration: 2017-05-13
Also published as: JPH0875512A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の流れの中に配置
したターゲットにより、左右に分流した流れの圧力振動
の周波数を計測することにより、流体の流量を計測する
フルイディック式流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市ガスの流量の計測は、機械式
の膜式ガスメータが広く使用されている。しかし、膜式
ガスメータは、大きく、デザインも古いイメージであ
り、コストも高く問題があるため、膜式ガスメータに代
わるガスメータとして、フルイディック式流量計の開発
が進められている。ここで、従来のフルイディック式流
量計の原理を説明する。はじめに、フルイディック式流
量計の構成を説明する。図１１に示すように、ノズル１
０１から流入した流体Ｆの流れの中に、ターゲット１０
２が配置されている。ターゲット１０２の左右に、右サ
イドウォール１０７と左サイドウォール１０８が配置さ
れている。

【０００３】フルイディック式流量計では、流体Ｆは図
８と図９に示すように、ターゲット１０２の左右に交互
に流れることが知られている。分流された流体Ｆ１，Ｆ
２の流れの衝突する位置にリターンガイド１０３が配置
されている。そして、右側に分流された流体Ｆ１がリタ
ーンガイド１０３に衝突する位置に右差圧検出センサ１
０４が取り付けられ、左側に分流された流体Ｆ２がリタ
ーンガイド１０３に衝突する位置に左差圧検出センサ１
０５が取り付けられている。フルイディック式流量計で
は、流体Ｆが左右に交互に流れることにより、差圧検出
センサ１０４，１０５では、周期的な微小圧力変化が生
じる。そして、この微小圧力変化の周波数は、図１１に
示すように、ガスの流量に比例している。フルイディッ
ク式流量計は、この微小圧力変化の周波数を検出するこ
とにより、流量を計測するものである。

【０００４】フルイディック式流量計の計測用ノズルの
形状は、図１０に示すように、断面が長方形状であり実
験的にアスペクト比として、最適値が求められている。
ガスメータとしては、例えば、幅Ｗｃ＝３．８ｍｍ、高
さＨｃ＝３８ｍｍの全流式計測用ノズルが使用されてい
る。一方、フルイディック式流量計の計測範囲は、６号
ガスメータで３〜６０００リットル／時であり、計測で
きる流量が限られているため、ガスメータ等で大きい流
量を計測することができなかった。そのため、本出願人
らは、特開平６−７４７９８号公報において、バイパス
通路を設けることを提案している。すなわち、計測する
流量に応じて、バイパス通路の断面積の異なる複数種類
のフルイディック式流量計を製作し、その中から適切な
フルイディック式流量計を選択し、使用していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フルイディック式流量計には、次のような問題があっ
た。（１）従来のフルイディック式流量計では、流体に脈動
が発生したときに、その脈動の周波数が、フルイディッ
ク式流量計で発生させている圧力振動の周波数のｎ倍
（ｎは整数）である場合、または１／ｎ倍（ｎは整数）
である場合には、フルイディック式流量計で本来発生す
る圧力振動に、脈動により発生した振動が重畳されるた
め、周波数計測を行ったときに、本来発生すべき圧力振
動の周波数スペクトラムが、脈動による周波数スペクト
ラムにより変化させられるため、フルイディック式流量
計の流量計測に誤差が生じてしまう。

【０００６】例えば、フルイディック式流量計をガスメ
ータとして使用する場合、ガスメータの上流に、発電用
または冷暖房用のガスエンジンヒートポンプが付設され
ていると、従来の全流式フルイディック式流量計では、
ガスエンジンヒートポンプにより発生する脈動の周波数
６〜２１Ｈｚが、フルイディック式流量計で計測するガ
ス流量により発生する圧力振動とほぼ同じであるため、
ガスエンジンヒートポンプが駆動されると、フルイディ
ック式流量計の計測値に誤差が生じる問題があった。図
７に、圧力変動耐性を示す。すなわち、横軸に周波数を
示し、縦軸に流量の許容誤差であるプラスマイナス２．
５％を発生するときの脈動の大きさを示す。従って、図
７では、グラフが上にいく程脈動に対して誤差が少ない
ことを示している。そして、全流式のフルイディック式
流量計では、Ｄに示すように、ガスエンジンヒートポン
プにより発生する脈動周波数６〜２１Ｈｚのとき、許容
可能な圧力変動は、ほぼ５ｍｍＨ₂Ｏしかないのであ
る。

【０００７】（２）上記（１）で説明した問題に関して
は、特開平６−７４７９８号公報には全く開示されてお
らず、また示唆もされていない。しかし、仕切板を設け
バイパス通路を設置した場合でも、（１）の問題は同様
に発生する問題である。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、流体に脈動が発生した場合でも
計測に影響の少ないフルイディック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】上記問題点を解決するた
めに、（１）本発明のフルイディック式流量計は、計測用ノズ
ルの下流に配置され、流体を左右に分流して流体に圧力
振動を発生させるターゲットと、ターゲットにより分流
された流体の圧力を計測する圧電素子と、圧電素子によ
り計測した流体の圧力振動の周波数より流速を算定する
流速算定手段とを有し、脈動が発生する流体の流量を計
測するフルイディック式流量計であって、計測用ノズル
の上流にあって、流体をフルイディック素子が形成され
た流量計測部とバイパス通路とに分割する仕切板を有
し、計測ノズルを流れる流体により発生する前記圧力振
動が、脈動の周波数の整数倍、または整数分の１倍と一
致しないように、バイパス通路の入口面積と計測用ノズ
ルの入口面積との比が決定されている。

【００１０】また、本発明のフルイディック式流量計
は、上記のものにおいて、前記脈動の発生源がガスエン
ジンヒートポンプであって、その脈動の周波数が６Ｈｚ
以上２１Ｈｚ以下であることを特徴とする。また、本発
明のフルイディック式流量計は、上記のものにおいて、
前記計測用ノズルの高さが前記バイパス通路の高さの２
倍以上あり、前記バイパス通路の幅が前記計測用ノズル
の幅の２倍以上あることを特徴とする。また、本発明の
フルイディック式流量計は、上記のものにおいて、前記
計測用ノズルが、幅３．２ｍｍ、高さ２２ｍｍであり、
前記バイパスノズルが、幅１１．５ｍｍ以上、高さ９ｍ
ｍであることを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記構成を有する本発明のフルイディック式流
量計の仕切板は、流体を分流して、一方を流量計測部に
流し、他方をバイパス通路に流す。流量計測部の入口に
ある計測用ノズルは、ターゲットに向けて流体を噴出す
る。ターゲットは、計測用ノズルから噴出した流体を左
右に交互に流して流体に圧力振動を発生させる。圧電素
子は、ターゲットの左右での圧力の差圧を測定すること
により、流体に発生した圧力振動を測定する。流速算定
手段は、圧電素子により計測した流体の圧力振動の周波
数分析を行い、その周波数より流速を算定する。一方、
仕切板によりバイパス通路に分流された流体は、バイパ
ス通路に入り、合流口で、計測用ノズル側に別れた流体
と合流する。

【００１２】フルイディック式流量計の上流にガスエン
ジンヒートポンプが付設され、稼働されている場合、フ
ルイディック式流量計に流れる流体に、６Ｈｚ以上２１
Ｈｚ以下の周波数の脈動が発生する。しかし、本発明の
フルイディック式流量計は、前記計測用ノズルの高さが
前記バイパス通路の高さの２倍以上あり、前記計測用ノ
ズルの幅が前記バイパス通路の幅の２倍以上あり、さら
に、前記計測用ノズルが、幅３．２ｍｍ、高さ２２ｍｍ
であり、前記バイパスノズルが、幅１１．５ｍｍ以上、
高さ９ｍｍであるので、フルイディック式流量計で発生
される圧力振動の周波数が、６Ｈｚ〜２１Ｈｚの周波数
の整数倍、または整数倍分の１の値と一致しないため、
フルイディック式流量計に誤差を生じることがない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例であるフルイディッ
ク式流量計について図面を参照して詳細に説明する。図
１に流量計本体１９の側面図を示し、図３に底面図、図
２に平面図を示す。図１に示すように、流量計本体１９
は、仕切板３５により上下に分割されている。仕切板３
５の上側（図中右側）には、図２に示すようにバイパス
通路３６が形成され、仕切板３５の下側（図中左側）に
は、図３に示すように流量計部３７が形成されている。
また、計測用ノズル１１の左側には、リゲイン網２９に
仕切られることにより、フローセンサ用入口３８が形成
されている。

【００１４】次に、流量計部３７の構成を図３により説
明する。図３は、図１を左側から見た底面図である。計
測用ノズル１１の流路の延長上に、第一ターゲット１２
が配置されている。第一ターゲット１２は、ハート形状
をしており、凹部が上流側にくるように配置されてい
る。第一ターゲット１２の左側には、左サイドウォール
１８が配置され、右側には、右サイドウォール１７が配
置されている。また、第一ターゲット１２の下流には、
第二ターゲット１６が配置されている。また、計測用ノ
ズル１１の下面にリゲイン網２９が取り付けられてい
る。本実施例では、リゲイン網２９として、線径０．１
８ｍｍ、５０メッシュの金網を使用している。リゲイン
網２９は、流量計部３７とフローセンサ用入口３８とを
分離するためのものである。

【００１５】フルイディック式流量計では、流体Ｆは、
第一ターゲット１２及び第二ターゲット１６の左右に交
互に流れることが知られている。分流された流体の流れ
Ｆ１，Ｆ２の衝突する位置にリターンガイド１３が配置
されている。そして、計測用ノズル１１の下流端の両側
に右差圧検出センサ１４と左差圧検出センサ１５が取り
付けられている。フルイディック式流量計では、流体Ｆ
が左右に交互に流れるため、圧電素子である右差圧検出
センサ１４と左差圧検出センサ１５の差圧を取ることに
より、周期的な微小圧力変化が計測される。そして、こ
の微小圧力変化の周波数は、ガスの流量に比例している
ことが知られている。フルイディック式流量計は、この
微小圧力変化の周波数を検出することにより、流量を計
測するものである。

【００１６】計測用ノズル１１及びバイパス通路入口２
０の断面形状を、図４に図３の矢印方向から見たＺＺ断
面図で示す。本実施例では、計測用ノズルは、幅Ｗ１＝
３．２ｍｍ、高さＨ１＝２２ｍｍである。この値は、実
験により求めたアスペクト比の最適値を使用している。
また、バイパス通路入口２０は、Ｗ２＝３０ｍｍ、高さ
Ｈ２＝９ｍｍである。また、別の実施例では、Ｗ２とし
て、１８ｍｍ，１１．５ｍｍを採用している。次に、バ
イパス通路３６について、図２及び図６により説明す
る。図２は、図１を右から見た平面図である。仕切板３
５の入口部の両端に、バイパス通路入口２０を形成する
一対の側板２８が形成されている。また、バイパス通路
３６の終端部には、合流口２２が形成されている。

【００１７】以上構成を説明した流量計本体１９は、図
６に分解斜視図で示すように、メータ本体３１の流量計
取付部３０に取り付けられる。流量計取付部３０に流量
計本体１９が取り付けられた状態を図５に示す。また、
メータ本体３１には、流体入力ポート３２と流体出力ポ
ート３３とが設けられている。計測する流体は、流体入
力ポート３２からメータ本体３１に入って、すべて流体
出力ポート３３から流出する。流体入力ポート３２から
流入した流体Ｆは、流速分布を平均化するための整流室
４０，４１を通過した後、流量計取付部３０に取り付け
られた流量計本体１９に流入する。

【００１８】次に、上記説明した構成を有するフルイデ
ィック式流量計の作用を説明する。流量計本体１９に流
入した流体Ｆは、仕切板３５及びリゲイン網２９によ
り、バイパス通路３６へ流れる流体、流量計部３７へ流
れる流体、及びフローセンサ用入口３８へ流れる流体に
分流される。始めに流量計部３７へ流れた流体について
説明する。計測用ノズル１１は、第一ターゲット１２及
び第二ターゲット１６に向けて流体を噴出する。第一タ
ーゲット１２及び第二ターゲット１６は、計測用ノズル
１１から噴出した流体を左側Ｆ２と、右側Ｆ１とに交互
に流す。これにより、流体の圧力を定点で観測すれば、
流体の圧力振動が発生している。計測用ノズル１１の出
口両側に設置された右差圧検出センサ１４及び左差圧検
出センサ１５により、計測用ノズル１１の出口両側で発
生する差圧を測定することにより、流体に発生した圧力
振動を測定している。そして、図示しない流速算定手段
であるマイコンにより、右差圧検出センサ１４と左差圧
検出センサ１５により計測した流体の圧力振動の周波数
分析を行い、求めた周波数より流速を算定している。

【００１９】次に、フローセンサ用入口３８へ流れた流
体について説明する。フルイディック式流量計の実用計
測範囲は、３００〜６０００リットル／ｈである。この
ため、小流量の３〜３００リットル／ｈにおいては、フ
ローセンサ用入口３８に取り付けた図示しない熱線式流
量計であるＩＣフローセンサにより流量計測を行ってい
る。全ての領域でＩＣフローセンサによる流量計測を行
うことをしていないのは、熱線式流量計であるため、消
費電力が大きく、リチウム電池１本で１０年間の電源を
供給しようとするガスメータでは、できるだけ消費電力
の小さいフルイディック式流量計に切り替える必要があ
るからである。

【００２０】一方、仕切板によりバイパス通路３６に分
流された流体は、合流口２２で、計測用ノズル１１側に
別れた流体と合流する。ここで、流量計部３７に分流さ
れる流量は、計測用ノズル１１の入口面積形状、及びバ
イパス通路入口２０の断面形状により決まる。そして、
バイパス通路入口２０の幅Ｗ２を本実施例のように、Ｗ
２＝３０ｍｍ，１８ｍｍ，１１．５ｍｍとすることによ
り、流量計部３７に分流された流体により発生する圧力
振動を、ガスエンジンヒートポンプで発生する脈動の周
波数６〜２１Ｈｚと一致しなくすることができること
が、実験により確認されている。

【００２１】すなわち、図７に、圧力変動耐性を示す。
横軸に周波数を示し、縦軸に流量の許容誤差であるプラ
スマイナス２．５％を発生するときの脈動の大きさを示
す。従って、図７では、グラフが上にいく程脈動に対し
て誤差が少ないことを示している。そして、本実施例の
Ｗ２＝３０ｍｍのフルイディック式流量計では、Ａに示
すように、ガスエンジンヒートポンプにより発生する脈
動周波数６〜２１Ｈｚのとき、許容可能な圧力変動は、
全流式の約倍以上の値となっている。同様に、本実施例
のＷ２＝１８ｍｍ，１１．５ｍｍのフルイディック式流
量計では、Ｂ，Ｃに示すように、ガスエンジンヒートポ
ンプにより発生する脈動周波数６〜２１Ｈｚのとき、許
容可能な圧力変動は、全流式の約倍以上の値となってい
る。

【００２２】以上詳細に説明したように、本実施例のフ
ルイディック式流量計によれば、計測用ノズル１１の上
流にあって、流体をフルイディック素子が形成された流
量計測部３７とバイパス通路３６とに分割する仕切板３
５を有し、計測ノズル１１を流れる流体により発生する
圧力振動が、フルイディック式流量計の上流に設けられ
たガスエンジンヒートポンプで発生する脈動の周波数６
〜２１Ｈｚの整数倍、または整数分の１倍と一致しない
ように、バイパス通路の入口面積と計測用ノズルの入口
面積との比が決定されているので、ガスエンジンヒート
ポンプにより流体に脈動が発生しても、フルイディック
式流量計で発生する圧力振動は影響を受けることがな
く、フルイディック式流量計で誤差を生じることがな
い。

【００２３】本実施例のフルイディック式流量計は、計
測用ノズル１１の高さＨ１＝２２ｍｍがバイパス通路入
口２０の高さＨ２＝９ｍｍの２倍以上あり、バイパス通
路入口２０の幅Ｈ２＝３０ｍｍ，１８ｍｍ，１１．５ｍ
ｍが、計測用ノズル１１の幅Ｈ１＝３．２ｍｍの２倍以
上あるので、ガスエンジンヒートポンプにより流体に脈
動が発生しても、フルイディック式流量計で発生する圧
力振動は影響を受けることがなく、フルイディック式流
量計で誤差を生じることがない。

【００２４】なお、前記実施例は本発明を何ら限定する
ものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種
々の変形、改良が可能であることは勿論である。例え
ば、本実施例では、脈動の発生源としてガスエンジンヒ
ートポンプを説明したが、他の発生源であっても、その
発生源により発生する脈動の周波数の整数倍、または整
数分の１と一致しないように、バイパス通路入口２０の
入口面積と計測用ノズル１１の入口面積の比を決定すれ
ば同様である。また、本実施例では、ガスメータとして
６号ガスメータについて説明したが、他の号のガスメー
タに適用するときは、バイパス通路入口２０の幅と高さ
が変化して使用されることは当然である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明のフルイディック式流量計によれば、計測用ノズルの
上流にあって、流体をフルイディック素子が形成された
流量計測部とバイパス通路とに分割する仕切板を有し、
計測ノズルを流れる流体により発生する圧力振動が、フ
ルイディック式流量計の上流に設けられたガスエンジン
ヒートポンプで発生する脈動の周波数の整数倍、または
整数分の１倍と一致しないように、バイパス通路の入口
面積と計測用ノズルの入口面積との比が決定されている
ので、ガスエンジンヒートポンプにより流体に脈動が発
生しても、フルイディック式流量計で発生する圧力振動
は影響を受けることがなく、フルイディック式流量計で
誤差を生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるフルイディック式流量
計の本体部の構成を示す側面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１の底面図である。

【図４】計測用ノズル１１及びバイパス通路入口２０の
断面図である。

【図５】フルイディック式流量計での流れを示す説明図
である。

【図６】フルイディック式流量計の構成を示す分解斜視
図である。

【図７】脈動に対する耐性を示す実験データ図である。

【図８】従来のフルイディック式流量計の原理を説明す
るための第一説明図である。

【図９】従来のフルイディック式流量計の原理を説明す
るための第二説明図である。

【図１０】従来の全流式のフルイディック式流量計の計
測用ノズルの形状を示す断面図である。

【図１１】振動周波数とガス流量の関係を示すデータ図
である。

【符号の説明】

１１計測用ノズル１２第一ターゲット１３リターンガイド１４右差圧検出センサ１５左差圧検出センサ１６第二ターゲット１７右サイドウォール１８左サイドウォール１９流量計本体２０バイパス通路入口２８側板２９リゲイン網３５仕切板３８フローセンサ用入口３９合流口

フロントページの続き (73)特許権者 000116633 愛知時計電機株式会社愛知県名古屋市熱田区千年１丁目２番70 号 (73)特許権者 000156813 関西ガスメータ株式会社京都府京都市下京区中堂寺鍵田町10 (73)特許権者 000142425 株式会社金門製作所東京都板橋区大原町13番１号 (73)特許権者 000150109 株式会社竹中製作所大阪府大阪市生野区中川西１丁目１番51 号 (73)特許権者 000222211 東洋ガスメーター株式会社富山県新湊市本江2795番地 (72)発明者木村幸雄愛知県東海市新宝町507−２東邦瓦斯株式会社総合技術研究所内 (72)発明者佐藤孝人愛知県東海市新宝町507−２東邦瓦斯株式会社総合技術研究所内 (72)発明者水越靖富山県新湊市本江2795番地東洋ガスメーター株式会社内 (72)発明者温井一光神奈川県藤沢市みその台９−10 (72)発明者岡村繁憲大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者神田廣一愛知県名古屋市熱田区千年一丁目２番70 号愛知時計電機株式会社内 (72)発明者波元政信大阪府大阪市東成区東小橋２丁目10番16 号関西ガスメータ株式会社内 (72)発明者一色尚志東京都板橋区志村１丁目２番３号株式会社金門製作所中央研究所内 (72)発明者上手峰幸千葉県船橋市旭町３丁目15番地７号 (56)参考文献特開平４−326020（ＪＰ，Ａ) 特開平４−326019（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/20 G01F 1/72

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】計測用ノズルの下流に配置され、流体を
左右に分流して流体に圧力振動を発生させるターゲット
と、ターゲットにより分流された流体の圧力を計測する
圧電素子と、圧電素子により計測した流体の圧力振動の
周波数より流速を算定する流速算定手段とを有し、脈動
が発生する流体の流量を計測するフルイディック式流量
計において、前記計測用ノズルの上流にあって、流体をフルイディッ
ク素子が形成された流量計測部とバイパス通路とに分割
する仕切板を有し、前記計測ノズルを流れる流体により発生する前記圧力振
動が、前記脈動の周波数の整数倍、または整数分の１倍
と一致しないように、前記バイパス通路の入口面積と前
記計測用ノズルの入口面積との比が決定されていること
を特徴とするフルイディック式流量計。
【請求項２】請求項１に記載するものにおいて、前記脈動の発生源がガスエンジンヒートポンプであっ
て、その脈動の周波数が６Ｈｚ以上２１Ｈｚ以下である
ことを特徴とするフルイディック式流量計。
【請求項３】請求項２に記載するものにおいて、前記計測用ノズルの高さが前記バイパス通路の高さの２
倍以上あり、前記バイパス通路の幅が前記計測用ノズル
の幅の２倍以上あることを特徴とするフルイディック式
流量計。
【請求項４】請求項１に記載するものにおいて、前記計測用ノズルが、幅３．２ｍｍ、高さ２２ｍｍであ
り、前記バイパスノズルが、幅１１．５ｍｍ以上、高さ９ｍ
ｍであることを特徴とするフルイディック式流量計。