JP3519136B2 - 可動ベンチュリ管を用いた可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管を用いた定流量サンプリング装置 - Google Patents
可動ベンチュリ管を用いた可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管を用いた定流量サンプリング装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自動車排出ガスの計測な
ど公害防止技術及び気体など圧縮性流体の測定制御を必
要とする各種工業に使用する定流量サンプリング装置
（ＣＶＳ）に関する。
ど公害防止技術及び気体など圧縮性流体の測定制御を必
要とする各種工業に使用する定流量サンプリング装置
（ＣＶＳ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】可変断面積音速ノズルによる流量測定制
御装置は従来より各種あるが、可変断面積音速ノズルの
スロート部は同心状に配置された外周側のベンチュリ管
とそのベンチュリ管の中心部に位置するコアとの間に形
成されるが、そのスロートの断面積を変えるのに、いず
れも外周側のベンチュリ管を固定し、中心部に配置した
断面積が流れ方向に対して変化する形状のコアを可動す
る方式であった。
御装置は従来より各種あるが、可変断面積音速ノズルの
スロート部は同心状に配置された外周側のベンチュリ管
とそのベンチュリ管の中心部に位置するコアとの間に形
成されるが、そのスロートの断面積を変えるのに、いず
れも外周側のベンチュリ管を固定し、中心部に配置した
断面積が流れ方向に対して変化する形状のコアを可動す
る方式であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の可変断面積
音速ノズルでは中心部に配置するコアを移動させるため
に、流路内に駆動用の機構を配置するか、流路を曲げる
など構造的に複雑になるか流体的に圧力損失の大きい形
状を余儀なくされていた。とくにベンチュリのスロート
部で流れが音速に達した後に、断面積が拡大して静圧力
が回復する位置における流路形状は重要で、滑らかで抵
抗の小さい形状が望ましいが、従来の機構では実現困難
であった。
音速ノズルでは中心部に配置するコアを移動させるため
に、流路内に駆動用の機構を配置するか、流路を曲げる
など構造的に複雑になるか流体的に圧力損失の大きい形
状を余儀なくされていた。とくにベンチュリのスロート
部で流れが音速に達した後に、断面積が拡大して静圧力
が回復する位置における流路形状は重要で、滑らかで抵
抗の小さい形状が望ましいが、従来の機構では実現困難
であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記の従来の問題を解決
するために、本発明は可変断面積のクリティカル・フロ
ー・ベンチュリ管（ＣＦＶ）の中心部コアを固定し、外
周部のベンチュリ管を流れ方向に沿って可動する構造と
した。
するために、本発明は可変断面積のクリティカル・フロ
ー・ベンチュリ管（ＣＦＶ）の中心部コアを固定し、外
周部のベンチュリ管を流れ方向に沿って可動する構造と
した。
【０００５】可動する外周のベンチュリ管は固定された
流路管内周によって確実に保持され、正確な位置決めを
行うことができる。また中心部コアも可動部がないため
に、正確な位置を維持できる。
流路管内周によって確実に保持され、正確な位置決めを
行うことができる。また中心部コアも可動部がないため
に、正確な位置を維持できる。
【０００６】
【作用】前述の手段によって、流速が最小流路断面にお
いて音速に達し、静圧力が急激に低下して衝撃波を生じ
るような流れの状態においても、中心部のコアが固定さ
れていて位置変化がなく、可動する外周のベンチュリ管
も確実に保持することができるので、コアと外周のベン
チュリ管で形成する最小流路断面すなわち流速が音速と
なるスロート部の形状は正確に円環を構成することがで
きる。とくに外周部のベンチュリ管は、ボールねじ機構
などバックラッシュのない駆動制御装置により微小な単
位の位置決めが可能で、かつきわめて高精度な再現性を
もって流路形状を形成できる。
いて音速に達し、静圧力が急激に低下して衝撃波を生じ
るような流れの状態においても、中心部のコアが固定さ
れていて位置変化がなく、可動する外周のベンチュリ管
も確実に保持することができるので、コアと外周のベン
チュリ管で形成する最小流路断面すなわち流速が音速と
なるスロート部の形状は正確に円環を構成することがで
きる。とくに外周部のベンチュリ管は、ボールねじ機構
などバックラッシュのない駆動制御装置により微小な単
位の位置決めが可能で、かつきわめて高精度な再現性を
もって流路形状を形成できる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を図１及び図２
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【０００８】図１は本発明による可動ベンチュリ管を用
いた可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管
（ＣＦＶ）１の実施例を示すもので、流路管２の内部に
固定された中心部のコア３と、外周部の可動できるベン
チュリ管１０を備えている。
いた可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管
（ＣＦＶ）１の実施例を示すもので、流路管２の内部に
固定された中心部のコア３と、外周部の可動できるベン
チュリ管１０を備えている。
【０００９】コア３は２枚以上の翼形断面に近い形状の
支持板５によって、流路管２の内部に確実に固定され
る。円形断面の上流側は滑らかな流線に沿った面積増大
をし、下流側で可動ベンチュリ管１０が近接してスロー
ト部を構成する表面４は、可動ベンチュリ管１０の移動
ストロークＬに対して、直線的にスロート有効断面積を
変化させる形状とし、しかもきわめて滑らかな断面積変
化をもつ回転曲面を形成する。
支持板５によって、流路管２の内部に確実に固定され
る。円形断面の上流側は滑らかな流線に沿った面積増大
をし、下流側で可動ベンチュリ管１０が近接してスロー
ト部を構成する表面４は、可動ベンチュリ管１０の移動
ストロークＬに対して、直線的にスロート有効断面積を
変化させる形状とし、しかもきわめて滑らかな断面積変
化をもつ回転曲面を形成する。
【００１０】可動ベンチュリ管１０は流路管２の内周に
沿って摺動できるもので、気密を保持できしかも可動ベ
ンチュリ管１０を正確に同心に保持することが可能なシ
ールリング１４及び１５を介して摺動する。可動ベンチ
ュリ管１０の内面は最小断面積のスロート部１１が、当
該可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管（Ｃ
ＦＶ）１の最大流量を制限するもので、その上流側１３
は滑らかな断面変化によって抵抗少なく流体の流速を増
加させる構造とし、スロート部１１の下流側１２はきわ
めて滑らかな表面と緩やかな断面積の拡大によって流体
の流速減少による静圧回復を効率よく実現する構造とす
る。可動ベンチュリ管１０は外側に設けたレバー１９と
これを直線的に動かすボールねじ機構をもったブロック
１６と回転可能なボールねじ１８およびこれを微小角度
まで高分解能をもって駆動できるパルスモータ１７が連
結されて、可動ベンチュリ管１０は０．１ｍｍ以下の位
置精度で再現性よく位置決めできる。
沿って摺動できるもので、気密を保持できしかも可動ベ
ンチュリ管１０を正確に同心に保持することが可能なシ
ールリング１４及び１５を介して摺動する。可動ベンチ
ュリ管１０の内面は最小断面積のスロート部１１が、当
該可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管（Ｃ
ＦＶ）１の最大流量を制限するもので、その上流側１３
は滑らかな断面変化によって抵抗少なく流体の流速を増
加させる構造とし、スロート部１１の下流側１２はきわ
めて滑らかな表面と緩やかな断面積の拡大によって流体
の流速減少による静圧回復を効率よく実現する構造とす
る。可動ベンチュリ管１０は外側に設けたレバー１９と
これを直線的に動かすボールねじ機構をもったブロック
１６と回転可能なボールねじ１８およびこれを微小角度
まで高分解能をもって駆動できるパルスモータ１７が連
結されて、可動ベンチュリ管１０は０．１ｍｍ以下の位
置精度で再現性よく位置決めできる。
【００１１】可変断面積クリティカル・フロー・ベンチ
ュリ管（ＣＦＶ）１のスロート部断面積は、最大値とし
て可動ベンチュリ管１０のスロート部１１から、可動ベ
ンチュリ管１０がパルスモータ１７の回転に応じて上流
側に変位し、中心部コアの表面４との間に形成する円環
状の流路断面面積が変位に対して比例的に減少する。パ
ルスモータ１７とボールねじ１８によるブロック１６の
位置決めは０．０１ｍｍ以下の分解能と再現性をもつこ
とも可能であり、これに応じて可動ベンチュリ管１０の
位置ｘも正確に決定できる。
ュリ管（ＣＦＶ）１のスロート部断面積は、最大値とし
て可動ベンチュリ管１０のスロート部１１から、可動ベ
ンチュリ管１０がパルスモータ１７の回転に応じて上流
側に変位し、中心部コアの表面４との間に形成する円環
状の流路断面面積が変位に対して比例的に減少する。パ
ルスモータ１７とボールねじ１８によるブロック１６の
位置決めは０．０１ｍｍ以下の分解能と再現性をもつこ
とも可能であり、これに応じて可動ベンチュリ管１０の
位置ｘも正確に決定できる。
【００１２】流路管２の入口側で流体の入口静圧Ｐ1 を
圧力センサ７で測定し、流体の入口温度Ｔ1 を温度指示
計８で測定し、可動ベンチュリ管１０の位置すなわちパ
ルスモータ１７の回転角度と流量との関係を、ベンチュ
リのスロート部が完全に音速に達する圧力関係Ｐ2 ＜α
Ｐ1 （αは通常０．９２〜０．８５）において、正確に
校正しておけば、当該可動ベンチュリ管１０を用いた可
変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管（ＣＦ
Ｖ）１の流量は、音速条件において入口側圧力と温度及
びパルスモータの回転角から知ることができる。
圧力センサ７で測定し、流体の入口温度Ｔ1 を温度指示
計８で測定し、可動ベンチュリ管１０の位置すなわちパ
ルスモータ１７の回転角度と流量との関係を、ベンチュ
リのスロート部が完全に音速に達する圧力関係Ｐ2 ＜α
Ｐ1 （αは通常０．９２〜０．８５）において、正確に
校正しておけば、当該可動ベンチュリ管１０を用いた可
変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管（ＣＦ
Ｖ）１の流量は、音速条件において入口側圧力と温度及
びパルスモータの回転角から知ることができる。
【００１３】図２は自動車排気ガスの定流量サンプリン
グ装置（ＣＶＳ）のシステムの中に、本発明の可動ベン
チュリ管１０を用いた可変断面積クリティカル・フロー
・ベンチュリ管（ＣＦＶ）を用いた実施例を示す。
グ装置（ＣＶＳ）のシステムの中に、本発明の可動ベン
チュリ管１０を用いた可変断面積クリティカル・フロー
・ベンチュリ管（ＣＦＶ）を用いた実施例を示す。
【００１４】自動車またはエンジン４０の排気ガスは排
気導管４１を経由して希釈トンネル４２に導入され、フ
ィルタ４３を経由して清浄化された空気と混合して、常
温でも凝縮しない条件でガス分析装置４４、４４′や粒
状物質測定装置４５に一部の試料ガスを分取され、一部
の試料ガスはポンプ４６と流量計４７を経由し、必要な
測定モードにおいてサンプルバッグ５２、５３、５４に
採取される。このとき、希釈空気と排気ガスの混合した
試料ガスの全流量を一定流量に維持するために定流量サ
ンプリング装置（ＣＶＳ）３０が用いられる。従来の定
流量サンプリング装置ではダストなどを分離するサイク
ロン装置３２を経て、熱交換器で一定な温度とした後に
固定体積流量のクリティカル・フロー・ベンチュリ管を
経由し、モータ３４で駆動されるブロワー３３で排出す
る方法が一般的であった。本発明の可動ベンチュリ管を
用いた可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管
（ＣＦＶ）１を用いた定流量サンプリング装置では、熱
交換器なしでも、希釈空気と排気ガスの混合した試料ガ
スの全流量を質量流量として一定に維持することが可能
となる。すなわち、可変断面積クリティカル・フロー・
ベンチュリ管（ＣＦＶ）１の入口の温度Ｔ1 と絶対圧力
Ｐ1 と可動ベンチュリ管１０の位置ｘから、可変断面積
クリティカル・フロー・ベンチュリ管（ＣＦＶ）１を流
れる試料ガスの全質量流量を流量演算器６０によって求
め指定された質量流量に合致するように可動ベンチュリ
管１０の位置ｘをパルスモータによって制御する。
気導管４１を経由して希釈トンネル４２に導入され、フ
ィルタ４３を経由して清浄化された空気と混合して、常
温でも凝縮しない条件でガス分析装置４４、４４′や粒
状物質測定装置４５に一部の試料ガスを分取され、一部
の試料ガスはポンプ４６と流量計４７を経由し、必要な
測定モードにおいてサンプルバッグ５２、５３、５４に
採取される。このとき、希釈空気と排気ガスの混合した
試料ガスの全流量を一定流量に維持するために定流量サ
ンプリング装置（ＣＶＳ）３０が用いられる。従来の定
流量サンプリング装置ではダストなどを分離するサイク
ロン装置３２を経て、熱交換器で一定な温度とした後に
固定体積流量のクリティカル・フロー・ベンチュリ管を
経由し、モータ３４で駆動されるブロワー３３で排出す
る方法が一般的であった。本発明の可動ベンチュリ管を
用いた可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管
（ＣＦＶ）１を用いた定流量サンプリング装置では、熱
交換器なしでも、希釈空気と排気ガスの混合した試料ガ
スの全流量を質量流量として一定に維持することが可能
となる。すなわち、可変断面積クリティカル・フロー・
ベンチュリ管（ＣＦＶ）１の入口の温度Ｔ1 と絶対圧力
Ｐ1 と可動ベンチュリ管１０の位置ｘから、可変断面積
クリティカル・フロー・ベンチュリ管（ＣＦＶ）１を流
れる試料ガスの全質量流量を流量演算器６０によって求
め指定された質量流量に合致するように可動ベンチュリ
管１０の位置ｘをパルスモータによって制御する。
【００１５】これによって、希釈トンネル４２内の排気
ガスの濃度は、混合試料ガスの温度が自動車またはエン
ジンの負荷条件に応じて変化しても、その排出量に比例
した値を維持できる。
ガスの濃度は、混合試料ガスの温度が自動車またはエン
ジンの負荷条件に応じて変化しても、その排出量に比例
した値を維持できる。
【００１６】一方、自動車やエンジンの排気ガス流量や
温度は負荷条件によって大きく変化するが、最大負荷条
件において水分などの凝縮を避けるために希釈空気流量
は必要以上に大流量に設定される。このためにガス濃度
は平均的に必要以上に低濃度となり、希釈空気のバック
グランド濃度の影響が生じたり、測定分析精度が悪化し
たりする。例えばアイドリング時のような条件では排気
ガスに比して混合希釈試料ガスの濃度は１／３０以下に
もなる。エンジンの負荷や運転条件としてコールドまた
はホットなどによって、混合希釈試料ガスの流量を必要
な範囲に減少させることによって、同一の自動車または
エンジンについても、平均的な希釈試料ガス濃度を３な
いし５倍程度に上げることも可能となる。例えばアイド
ル時の希釈試料ガスを２ｍ3 ／ｍｉｎ（標準状態換算）
とし、高い負荷時１０ｍ3 ／ｍｉｎの流量として、水分
の凝縮を避けて平均的な濃度を３倍以上高くすることも
でき、分析精度や測定精度を高くすることができる。
温度は負荷条件によって大きく変化するが、最大負荷条
件において水分などの凝縮を避けるために希釈空気流量
は必要以上に大流量に設定される。このためにガス濃度
は平均的に必要以上に低濃度となり、希釈空気のバック
グランド濃度の影響が生じたり、測定分析精度が悪化し
たりする。例えばアイドリング時のような条件では排気
ガスに比して混合希釈試料ガスの濃度は１／３０以下に
もなる。エンジンの負荷や運転条件としてコールドまた
はホットなどによって、混合希釈試料ガスの流量を必要
な範囲に減少させることによって、同一の自動車または
エンジンについても、平均的な希釈試料ガス濃度を３な
いし５倍程度に上げることも可能となる。例えばアイド
ル時の希釈試料ガスを２ｍ3 ／ｍｉｎ（標準状態換算）
とし、高い負荷時１０ｍ3 ／ｍｉｎの流量として、水分
の凝縮を避けて平均的な濃度を３倍以上高くすることも
でき、分析精度や測定精度を高くすることができる。
【００１７】定流量サンプリング装置（ＣＶＳ）流量設
定器５０はエンジンの運転条号による信号で自動的また
は手動的にＣＶＳ流量を設定変更指令する装置で、この
指令に応じて、可動ベンチュリ管１０の位置が制御され
る。
定器５０はエンジンの運転条号による信号で自動的また
は手動的にＣＶＳ流量を設定変更指令する装置で、この
指令に応じて、可動ベンチュリ管１０の位置が制御され
る。
【００１８】
【発明の効果】この発明の可動ベンチュリ管を用いた可
変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管を用いた
定流量サンプリング装置では可変断面クリティカル・フ
ロー・ベンチュリ管における断面積を変えるのにコアを
移動させるのではなく、外周側のベンチュリ管を移動さ
せるので、流路の流体的な圧力損失を小さくさせる形状
となり、かつ断面積が拡大して静圧力が回復する位置に
おける流路形状も滑らかで抵抗の小さい形状にすること
ができる。
変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管を用いた
定流量サンプリング装置では可変断面クリティカル・フ
ロー・ベンチュリ管における断面積を変えるのにコアを
移動させるのではなく、外周側のベンチュリ管を移動さ
せるので、流路の流体的な圧力損失を小さくさせる形状
となり、かつ断面積が拡大して静圧力が回復する位置に
おける流路形状も滑らかで抵抗の小さい形状にすること
ができる。
【図１】クリティカル・フロー・ベンチュリ管を示す縦
断面説明図。
断面説明図。
【図２】可動ベンチュリ管を用いた可変断面積クリティ
カル・フロー・ベンチュリ管を用いた定流量サンプリン
グ装置の縦断面説明図。
カル・フロー・ベンチュリ管を用いた定流量サンプリン
グ装置の縦断面説明図。
１ クリティカル・フロー・ベンチュリ管（ＣＦＶ）
２ 流路管
３ コア
４ 表面
５ 支持板
７ 圧力センサ
８ 温度指示計
１０ 可動ベンチュリ管
１１ スロート部
１２ 下流側
１３ 上流側
１４ シールリング
１５ シールリング
１６ ブロック
１７ パルスモータ
１８ ボールねじ
１９ レバー
３０ 定流量サンプリング装置（ＣＶＳ）
３２ サイクロン装置
４０ エンジン
４１ 排気導管
４２ 希釈トンネル
４３ フィルター
４４，４４′ ガス分析測定装置
４５ 粒状物質測定装置
４６ ポンプ
４７ 流量計
５０ 定流量サンプリング装置（ＣＶＳ）流量設定器
５２，５３，５４ サンプルバッグ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−248414（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−270936（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−310822（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−20530（ＪＰ，Ａ)
特開 昭51−35823（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−39420（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−219862（ＪＰ，Ａ)
実開 昭56−41210（ＪＰ，Ｕ)
実公 昭59−26253（ＪＰ，Ｙ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 1/00 - 1/44
G01F 1/00 - 1/90
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 可変断面積音速ベンチュリにおいて、中
心部に固定した流れ方向に沿って滑らかに断面積の変化
するコアと、前記コアの外周に流れ方向に沿って可動し
て位置を設定できる可動ベンチュリを組合せて、スロー
ト部の流路断面積を可変にした可動ベンチュリ管を用い
た可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管を用
いた定流量サンプリング装置。 - 【請求項２】 第１項の可動ベンチュリ管を用いた可変
断面積装置クリティカル・フロー・ベンチュリ管を用い
た定流量サンプリング装置において、ベンチュリ管入口
の流体の絶対圧力と温度を測定し、可動ベンチュリ管の
設定位置に応じたクリティカル・フロー・ベンチュリ管
の流路断面積と組合せて求められる質量流量値を、入口
流体温度や圧力の変化に拘らず、指定した値に維持また
は設定値変更できるようにした可動ベンチュリ管を用い
た可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管を用
いた定流量サンプリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23055694A JP3519136B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 可動ベンチュリ管を用いた可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管を用いた定流量サンプリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23055694A JP3519136B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 可動ベンチュリ管を用いた可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管を用いた定流量サンプリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0875621A JPH0875621A (ja) | 1996-03-22 |
| JP3519136B2 true JP3519136B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=16909612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23055694A Expired - Lifetime JP3519136B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 可動ベンチュリ管を用いた可変断面積クリティカル・フロー・ベンチュリ管を用いた定流量サンプリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3519136B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5438884B2 (ja) * | 2006-12-14 | 2014-03-12 | 株式会社日立製作所 | 都市ガス製造装置 |
| JP5089340B2 (ja) * | 2007-11-02 | 2012-12-05 | 株式会社司測研 | 可変断面積ベンチュリ式排気ガス流量計の構造 |
| JP5609913B2 (ja) * | 2012-04-13 | 2014-10-22 | Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 | ベンチュリ型混合装置 |
| CN103512778B (zh) * | 2012-06-29 | 2016-04-20 | 北京市劳动保护科学研究所 | 一种基于物理补偿的气体恒流装置 |
| FR3001003B1 (fr) * | 2013-01-17 | 2015-03-20 | Dosatron International | Dispositif de dosage pour introduire un additif liquide dans un courant de liquide principal. |
| GB2538805B (en) * | 2015-05-29 | 2018-06-27 | Gm Flow Measurement Services Ltd | Improved flow measurement apparatus and method of use |
| CN107479585B (zh) * | 2017-07-31 | 2020-07-10 | 长江大学 | 基于机械壅塞原理的临界流文丘里喷管 |
| CN109443460A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-08 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种文丘里流量计 |
| CN109827620A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-31 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种文丘里流量计 |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP23055694A patent/JP3519136B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0875621A (ja) | 1996-03-22 |
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