JP3419598B2 - 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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JP3419598B2 JP19905395A JP19905395A JP3419598B2 JP 3419598 B2 JP3419598 B2 JP 3419598B2 JP 19905395 A JP19905395 A JP 19905395A JP 19905395 A JP19905395 A JP 19905395A JP 3419598 B2 JP3419598 B2 JP 3419598B2
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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、流速センサを併用した
フルイディック流量計であって、流速センサの零点補正
を行う機能を有するフルイディック流量計に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、ガスメータに利用される流量計と
して、フルイディック流量計が知られている。このフル
イディック流量計は、噴流を発生させるノズルの下流側
に、一対の側壁によって流路拡大部を形成すると共に、
側壁の外側に設けられたリターンガイドによって、ノズ
ルを通過した流体を各側壁の外側に沿ってノズルの噴出
口側へ導く一対のフィードバック流路を形成し、ノズル
を通過した流体が一対のフィードバック流路を交互に流
れる現象(本出願において、フルイディック発振とい
う。)を利用し、フルイディック発振の周波数や周期に
基づいて流体の流量を計測するものである。このフルイ
ディック流量計は、流量の計測領域があまり広くないた
め、熱式流速センサ等の流速センサ(以下、フローセン
サともいう。)を併用し、小流量域ではフローセンサを
用いて流量を計測し、大流量域ではフルイディック発振
を検出するセンサを用いて流量を計測するようにした流
量計もある。 【0003】ところで、従来、フローセンサを併用した
フルイディック流量計では、実際の流量が零のときに計
測流量も零になるようにフローセンサの零点補正が行わ
れている。図8は、従来のフローセンサの零点補正の動
作の一例を示す流れ図である。この動作は、流量計のメ
インの動作中に繰り返し実行される。この動作では、ま
ず、フローセンサで流量計測中か否かを判断し(ステッ
プS201)、フローセンサで流量計測中でなければ
(N)、流量計のメインの動作にリターンする。フロー
センサで流量計測中の場合(Y)は、流量が3リットル
/h以上か否かを判断する(ステップS202)。流量
が3リットル/h以上の場合(Y)は、積算流量を求め
(ステップS203)、リターンする。流量が3リット
ル/h以上ではない場合(ステップS202;N)は、
流量が3リットル/h以上ではない状態が所定のn回連
続したか否かを判断する(ステップS204)。n回連
続していない場合(N)はリターンする。n回連続した
場合(Y)は、零点補正を行い(ステップS205)、
リターンする。零点補正は、その時の流量が零であるも
のとして行う。 【0004】零点補正は、具体的には、以下の(1)式
によって零点補正量を求めることによって行う。 【0005】 【数1】Ps+1 =Ps +β(P21−Ps ) …(1) 【0006】(1)式において、Ps+1 は今回の0点補
正によって新たに生成する0点補正量、Ps は今回の0
点補正までに使用していた0点補正量、P21はフローセ
ンサパルス数(フローセンサの出力信号の大きさに応じ
た数のパルスを生成した場合のパルス数)である。β
は、例えば0.01、0.001、0.0001の中か
ら任意に設定される係数である。計測流量は、フローセ
ンサパルス数から零点補正量を引いた値に基づいて算出
される。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
零点補正の動作では、流量がほぼ零(3リットル/h未
満)にならなければ、零点補正が行われないため、口火
等を常時使用している家庭で使用されている流量計(ガ
スメータ)の場合には零点補正が行われないという問題
点があった。また、流量が3リットル/h未満のとき
に、その流量を零として零点補正を行うため、正確な零
点補正が行われない場合があるという問題点があった。
例えば、2リットル/h程度のガス漏れがある場合、そ
のガス漏れ量を零点として零点補正を行ってしまう可能
性がある。更に、実際の流量が零であるにもかかわら
ず、圧力変動等の外乱によりフローセンサの出力が安定
していないときには零点補正が行われないという問題点
があった。 【0008】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、流速センサを併用したフルイディッ
ク流量計において、流量がある状態で、正確に流速セン
サの零点補正を行うことができるようにしたフルイディ
ック流量計を提供することにある。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明のフルイディック
流量計は、ノズルから噴出される流体によるフルイディ
ック発振を生成するフルイディック素子と、このフルイ
ディック素子によって生成されるフルイディック発振を
検出するフルイディック発振検出センサと、流体をフル
イディック素子に導く第1の流路と、この第1の流路を
開閉する遮断弁と、流体をフルイディック素子に導く第
2の流路と、この第2の流路中に配設された流速センサ
と、第2の流路中に配設され、遮断弁が第1の流路を開
いた状態のときに第2の流路中の流体の流れを停止させ
る逆止弁と、流速センサの出力とフルイディック発振検
出センサの出力の少なくとも一方に基づいて流量を計測
する流量計測手段と、この流量計測手段がフルイディッ
ク発振検出センサの出力に基づいて流量を計測中であり
且つ流量が所定値以上のときに、遮断弁によって第1の
流路を開いた状態として、流速センサの零点補正を行う
零点補正手段とを備えたものである。 【0010】このフルイディック流量計では、零点補正
手段によって、流量計測手段がフルイディック発振検出
センサの出力に基づいて流量を計測中であり且つ流量が
所定値以上のときに、遮断弁によって第1の流路を開い
た状態とされ、第2の流路中の流体の流れが停止された
状態で流速センサの零点補正が行われる。 【0011】 【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。 【0012】図1は本発明の一実施例に係るフルイディ
ック流量計の構成を示す断面図である。本実施例に係る
フルイディック流量計(以下、単に流量計という。)
は、ガスメータとして使用されるものである。図1に示
したように、流量計は、気体(ガス)を受け入れる入口
部11と気体を排出する出口部12とを有する本体10
を備えている。本体10内には、隔壁13が設けられ、
入口部11から隔壁13にかけて流路14が設けられて
いる。本体10内には、フルイディック素子30が設け
られ、隔壁13からフルイディック素子30にかけてフ
ルイディック用流路15が設けられ、フルイディック素
子30から出口部12にかけて流路50が設けられてい
る。隔壁13にはフルイディック用流路15に連通する
開口部16が設けられている。本体10内には、更に、
隔壁13の上流側からフルイディック用流路15の途中
まで、フルイディック用流路15と並行するように、フ
ローセンサ用流路17が設けられている。フローセンサ
用流路17内の出口部近傍にはノズル部18が形成さ
れ、このノズル部18内には、このノズル部18を通過
する気体の流速を検出するフローセンサ19が設けられ
ている。フローセンサ19は、図示しないが、発熱部と
この発熱部の上流側および下流側に配設された2つの温
度センサを有し、2つの温度センサによって検出される
温度の差を一定に保つために必要な発熱部に対する供給
電力から流速に対応する流量を求めたり、一定電流また
は一定電力で発熱部を加熱し、2つの温度センサによっ
て検出される温度の差から流量を求めることができるよ
うになっている。フローセンサ用流路17内の入口部近
傍には、保持部材29によって保持された逆止弁20が
配設されている。なお、保持部材29は、逆止弁20の
出口部を逆止弁20の下流側と連通するための孔29a
と、逆止弁20の上端側を逆止弁20の下流側と連通す
るための孔29bとを有している。 【0013】流量計は、更に、フルイディック用流路1
5を開閉するフルイディック用遮断弁21と、フローセ
ンサ用流路17を開閉するフローセンサ用遮断弁22と
を備えている。フルイディック用遮断弁21は、開口部
16を開閉する弁体23と、一端が弁体23に接続され
たロッド24と、本体10の外側に固定され、ロッド2
4の他端に接続されたアクチュエータ25とを有してい
る。アクチュエータ25はロッド24を介して弁体23
を駆動して開口部16を開閉するようになっている。フ
ローセンサ用遮断弁22は、フローセンサ用流路17の
入口部を開閉する弁体26と、一端が弁体26に接続さ
れたロッド27と、本体10の外側に固定され、ロッド
27の他端に接続されたアクチュエータ28とを有して
いる。アクチュエータ28はロッド27を介して弁体2
6を駆動してフローセンサ用流路17の入口部を開閉す
るようになっている。 【0014】フルイディック素子30は、ノズル31
と、このノズル31の下流側に設けられ、拡大された流
路を形成する一対の側壁33,34を有している。この
側壁33,34の間には、所定の間隔を開けて、上流側
に第1ターゲット35、下流側に第2ターゲット36が
それぞれ配設されている。側壁33,34の外側には、
ノズル31を通過した気体を各側壁33,34の外周部
に沿ってノズル31の噴出口側へ帰還させる一対のフィ
ードバック流路37,38を形成するリターンガイド3
9が配設されている。フィードバック流路37,38の
各出口部分と流路50との間には、リターンガイド39
の背面と本体10とによって、一対の排出路41,42
が形成されている。ノズル31の噴出口の近傍には導圧
孔43,44が設けられ、本体10の底部の外側には、
図示しない導圧路を介して導圧孔43,44に連通し、
導圧孔43と導圧孔44における差圧を検出するフルイ
ディック発振検出センサとしての圧電膜センサ45(図
1では図示せず。)が設けられている。 【0015】フルイディック用流路15あるいはフロー
センサ用流路17を通過した気体はフルイディック素子
30に達する。ここで、ノズル31を通過した気体は、
噴流となって噴出口より噴出される。噴出口より噴出さ
れた気体は、コアンダ効果により一方の側壁に沿って流
れる。ここでは、まず側壁33に沿って流れるものとす
る。側壁33に沿って流れた気体は、更にフィードバッ
ク流路37を経て、ノズル31の噴出口側へ帰還され、
排出路41を経て流路50に排出される。このとき、ノ
ズル31より噴出された気体は、フィードバック流路3
7を流れてきた気体によって方向が変えられ、今度は他
方の側壁34に沿って流れるようになる。この気体は、
更にフィードバック流路38を経て、ノズル31の噴出
口側へ帰還され、排出路42を経て流路50に排出され
る。すると、ノズル31より噴出された気体は、今度
は、フィードバック流路38を流れてきた気体によって
方向が変えられ、再び側壁33、フィードバック流路3
7に沿って流れるようになる。以上の動作を繰り返すこ
とにより、ノズル31を通過した気体は一対のフィード
バック流路37,38を交互に流れるフルイディック発
振を行う。このフルイディック発振の周波数、周期は流
量と対応関係がある。フルイディック発振は圧電膜セン
サ45によって検出される。 【0016】図2は逆止弁20の具体的構成を示す分解
斜視図である。この逆止弁20は、両端部が閉鎖された
円筒形状のケース210内にフロート220を収容した
構成となっている。ケース210は例えば合成樹脂によ
り形成されており、その底面に気体の入口部211が形
成されると共に側面に気体の出口部212が形成されて
おり、入口部211から導入された気体がケース210
内を通って出口部212から排出されるようになってい
る。ケース210の内周面には1条の突条213が底面
から上面にかけて設けられている。ケース210の上面
には、逆止弁20の下流側の圧力をケース210内に導
くための小孔214が設けられている。出口部212は
保持部材29の孔29aを介して逆止弁20の下流側と
連通し、小孔214は保持部材29の孔29bを介して
逆止弁20の下流側と連通している。 【0017】フロート220は、外周面がケース210
の内周面との間に横揺れを防止し、且つ移動に支障がな
い程度の狭い間隙を形成する上部構成体223と、外周
面がケース210の内周面との間に上部構成体223と
同じ程度の狭い間隙を形成すると共に、ケース210の
入口部211から導入された気体の流量に応じてケース
210の出口部の開口率を変化させる開閉機構を有する
下部構成体221と、外周面がケース210の内周面と
の間に広い間隙を形成すると共に、上部構成体223と
下部構成体221とを連結する連結部222とにより構
成されている。これら上部構成体223、下部構成体2
21および連結部222は各々例えば合成樹脂により形
成されている。 【0018】下部構成体221は、外周面がケース21
0の内周面に沿って形成された平板221aと、この平
板221aの一側面(入口部211に対向する面と反対
側の面)に対して出口部212に対向する位置に出口部
212に対応して形成され、ケース210の出口部21
2の開口率を変化させるための開閉部となる側壁221
bとから構成されている。 【0019】平板221aの外周形状は、ケース210
の内周形状よりも若干小さく形成されており、ケース2
10内を上下移動できるようになっている。平板221
aの外周面には、ケース210の突条部213に対向す
る位置に切欠き部221cが形成されている。 【0020】側壁221bは、出口部212を閉鎖する
のに十分な大きさであって、その外周面は、ケース21
0の内周面に沿って湾曲形成されている。側壁221b
の外周面とケース210の内周面との間には、若干の隙
間が形成されており、下部構成体221がケース210
内を容易に移動できるようになっている。 【0021】連結部222は細い棒状に形成されてお
り、ケース210の内周面との間に十分な間隙を有して
いる。すなわち、フロート220の外周面には、上部構
成体223と下部構成体221との間に大きな空間部2
24が設けられた状態となっている。上部構成体223
は円板状に形成されており、その外周形状はケース21
0の内周形状よりも若干小さく形成されており、ケース
210内を上下移動できるようになっている。上部構成
体223の外周面には、下部構成体221と同様にケー
ス210の突条部213に対応する位置に突条部213
に対して係合可能な切欠き部223aが形成されてい
る。 【0022】ここで、図3および図4を参照して、逆止
弁20の作用について説明する。図3に示したように、
気体が流れていないときは、逆止弁20の上流側と下流
側とで圧力差が生じていないので、フロート220は重
力の作用によりケース210内の下方に位置しており、
出口部212を完全に閉鎖した状態となっている。従っ
て、気体は逆止弁20を通過しない。 【0023】次に、気体が流れ始めると、逆止弁20の
入口部211から導入される上流側の圧力と小孔214
を介して導入される下流側の圧力とに圧力差が生ずるの
で、図4に示したように、フロート220はその圧力差
による浮力を受けて持ち上げられ、ケース210内を上
昇する。これにより出口部212は、その圧力差に応じ
た分だけ開放され、気体は逆止弁20内を通過する。こ
こで、気体は逆止弁20内を通過することによりフロー
ト220による負荷力を受けることになり、圧力変動が
吸収される。 【0024】なお、本実施例に係る流量計においては、
異常時以外はフローセンサ用遮断弁22は開状態にされ
ている。従って、フルイディック用遮断弁21を閉状態
にしてフルイディック用流路15を閉じると、気体はフ
ローセンサ用流路17を通過する。一方、フルイディッ
ク用遮断弁21を開状態にしてフルイディック用流路1
5を開けると、逆止弁20による圧力損失により、フル
イディック用流路15に比べてフローセンサ用流路17
の方が圧力損失が大きくなり、フローセンサ用流路17
における気体の流れは停止する。 【0025】図5は本実施例に係る流量計の回路構成を
示すブロック図である。この図に示したように、流量計
は、圧電膜センサ45と、この圧電膜センサ45の出力
信号を増幅するアナログ増幅器51と、このアナログ増
幅器51の出力信号を波形整形してパルスを生成する波
形整形回路52と、フローセンサ19の出力信号をアナ
ログ−ディジタル(以下、A/Dと記す。)変換するA
/D変換器53と、このA/D変換器53の出力を補正
する補正部54と、補正部54で使用する零点補正量を
決定してフローセンサ19の零点補正を行う零点補正部
55と、波形整形回路52の出力と補正部54の出力の
少なくとも一方に基づいて流量および積算流量を計測す
る流量計測部56と、この流量計測部56によって計測
された積算流量を表示する表示部57と、流量計測部5
6によって計測された流量に応じてフルイディック用遮
断弁21とフローセンサ用遮断弁22を制御する遮断弁
駆動回路58とを備えている。A/D変換器53はフロ
ーセンサ19の出力信号の大きさに応じた数のパルスを
生成し、補正部54はA/D変換器53から出力される
フローセンサパルス数から後述する零点補正量を引いた
値を流量計測部56に出力する。補正部54、零点補正
部55および流量計測部56は、例えばマイクロコンピ
ュータによって構成される。 【0026】次に、図6を参照して、本実施例に係る流
量計の動作の概要について説明する。図6は、流量計測
部56で流量計測に使用するセンサおよび遮断弁21,
22の状態と流量との関係を示す説明図である。この図
に示したように、流量が所定のしきい値Q1 未満の小流
量域にあるときはフルイディック用遮断弁21は閉状
態、フローセンサ用遮断弁22は開状態とされ、流量が
所定のしきい値Q1 以上の大流量域にあるときはフルイ
ディック用遮断弁21は開状態、フローセンサ用遮断弁
22も開状態とされる。小流量域では、入口部11から
取り入れられた気体はフローセンサ用流路17を通って
フルイディック素子30に達し、フルイディック素子3
0を通過し、出口部12より排出される。このとき、フ
ローセンサ19によって、フローセンサ用流路17内の
ノズル部18を通過する気体の流速が検出される。流量
計測部56は、小流量域では、フローセンサ19の出力
(補正部54の出力)に基づいて流量を計測する。一
方、大流量域では、入口部11から取り入れられた気体
はフルイディック用流路15のみを通って、フルイディ
ック素子30に達し、フルイディック素子30を通過
し、出口部12より排出される。流量計測部56は、し
きい値Q1 よりも小さい所定の流量Q0 以上の流量域に
おいて、フルイディック素子30を用いて、すなわち圧
電膜センサ45の出力(波形整形回路52の出力)に基
づいて流量を計測する。流量計測部56は、フローセン
サ19の出力と圧電膜センサ45の出力で重複して流量
を計測する流量域(Q0 〜Q1 )では、圧電膜センサ4
5の出力に基づいて計測した流量を正式な計測流量と
し、圧電膜センサ45の出力に基づいて計測した流量を
用いて、フローセンサ19の出力に基づいて計測した流
量を補正する。あるいは、この流量域(Q0 〜Q1 )で
は、圧電膜センサ45の出力に基づいて計測した流量と
フローセンサ19の出力に基づいて計測した流量との平
均値を正式な計測流量としても良い。 【0027】次に、図7の流れ図を参照して、本実施例
に係る流量計における零点補正の動作について説明す
る。この動作は、流量計のメインの動作中に繰り返し実
行される。この動作では、まず、フルイディック素子3
0で流量計測中か否かを判断する(ステップS10
1)。フルイディック素子30で流量計測中ではない場
合(N)は、流量計のメインの動作にリターンする。フ
ルイディック素子30で流量計測中の場合(Y)は、流
量がしきい値Q1 以上か否かを判断する(ステップS1
02)。流量がしきい値Q1 以上ではない場合(N)は
リターンする。流量がしきい値Q1 以上の場合(Y)
は、フルイディック用遮断弁21を開状態とする(ステ
ップS103)。これにより、気体はフルイディック用
流路15を通ってフルイディック素子30に達し、フロ
ーセンサ用流路17には流れなくなる。次に、零点補正
を行う(ステップS104)。零点補正は、例えば従来
と同様に、(1)式によって零点補正量を求めることに
よって行う。次に、インターバル期間を開始し(ステッ
プS105)、リターンする。インターバル期間は、零
点補正を行わない期間であり、例えば最後に零点補正を
行ってから1時間とする。このインターバル期間内で
は、図7に示した動作は実行しない。図5における補正
部54は、A/D変換器53から出力されるフローセン
サパルス数から、上述のようにして零点補正部55で決
定された零点補正量を引いた値を流量計測部56に出力
し、この値に基づいて流量計測部56は流量を計測す
る。 【0028】このように本実施例では、フルイディック
素子30に基づいて流量を計測中であり且つ流量がしき
いQ1 以上のとき、すなわち、流量計測部56がフルイ
ディック素子30のみを用いて流量を計測するときに、
フルイディック用遮断弁21によってフルイディック用
流路15を開き、フローセンサ用流路17に気体が流れ
ない状態として、フローセンサ19の零点補正を行うよ
うにしたので、流量がある状態で零点補正を行うことが
できる。また、フローセンサ19を通過する流量が零の
状態で零点補正を行うので、正確に零点補正を行うこと
ができる。また、フローセンサ用流路17に気体が流れ
ない状態で零点補正を行うので、圧力変動等の外乱の影
響を受けにくい。 【0029】なお、本発明は上記各実施例に限定され
ず、例えば、フローセンサとしては、発熱部と2つの温
度センサを有するものに限らず、例えば、1つの発熱部
を有し、この発熱部の温度(抵抗)を一定に保つために
必要な発熱部に対する供給電力から流速を求めたり、一
定電流または一定電力で発熱部を加熱し、発熱部の温度
(抵抗)から流速を求めるものでも良い。 【0030】また、本発明は、気体のみならず液体の流
量を計測する流量計にも適用することができる。 【0031】 【発明の効果】以上説明したように本発明のフルイディ
ック流量計によれば、零点補正手段によって、流量計測
手段がフルイディック発振検出センサの出力に基づいて
流量を計測中であり且つ流量が所定値以上のときに、遮
断弁によって第1の流路を開いた状態とし、第2の流路
中の流体の流れが停止された状態で流速センサの零点補
正を行うようにしたので、流量がある状態で、正確に流
速センサの零点補正を行うことができるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例に係る流量計の構成を示す断
面図である。 【図2】図1における逆止弁の具体的構成を示す分解斜
視図である。 【図3】図2に示した逆止弁の閉状態を示す断面図であ
る。 【図4】図2に示した逆止弁の開状態を示す断面図であ
る。 【図5】本発明の一実施例に係る流量計の回路構成を示
すブロック図である。 【図6】図5における流量計測部で流量計測に使用する
センサおよび遮断弁の状態と流量との関係を示す説明図
である。 【図7】本発明の一実施例に係る流量計における零点補
正の動作を示す流れ図である。 【図8】従来の流量計におけるフローセンサの零点補正
の動作の一例を示す流れ図である。 【符号の説明】 15 フルイディック用流路 17 フローセンサ用流路 19 フローセンサ 20 逆止弁 21 フルイディック用遮断弁 22 フローセンサ用遮断弁 30 フルイディック素子 45 圧電膜センサ 55 零点補正部 56 流量計測部 58 遮断弁駆動回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/20 G01F 1/00 G01F 7/00 G01F 1/68 G01F 1/32 G01F 3/

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ノズルから噴出される流体によるフルイ
    ディック発振を生成するフルイディック素子と、 このフルイディック素子によって生成されるフルイディ
    ック発振を検出するフルイディック発振検出センサと、 流体を前記フルイディック素子に導く第1の流路と、 この第1の流路を開閉する遮断弁と、 流体を前記フルイディック素子に導く第2の流路と、 この第2の流路中に配設された流速センサと、 前記第2の流路中に配設され、前記遮断弁が第1の流路
    を開いた状態のときに第2の流路中の流体の流れを停止
    させる逆止弁と、 前記流速センサの出力と前記フルイディック発振検出セ
    ンサの出力の少なくとも一方に基づいて流量を計測する
    流量計測手段と、 この流量計測手段がフルイディック発振検出センサの出
    力に基づいて流量を計測中であり且つ流量が所定値以上
    のときに、前記遮断弁によって前記第1の流路を開いた
    状態として、前記流速センサの零点補正を行う零点補正
    手段とを備えたことを特徴とするフルイディック流量
    計。
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