JP3537060B2 - 液体用流量計 - Google Patents

液体用流量計

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JP3537060B2
JP3537060B2 JP07065595A JP7065595A JP3537060B2 JP 3537060 B2 JP3537060 B2 JP 3537060B2 JP 07065595 A JP07065595 A JP 07065595A JP 7065595 A JP7065595 A JP 7065595A JP 3537060 B2 JP3537060 B2 JP 3537060B2
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淳 小池
眞一 井上
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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、液体が流れる配管の途
中にその一部として介在する管部、およびこの管部を流
れる液体の流量を検出するための流量センサを備えた液
体用流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、配管内を流れる液体の流量を測定
するために使用される主な流量計としては、電磁流量
計、超音波流量計、渦流量計、回転子型流量計、熱式質
量流量計などが知られており、それぞれ目的や精度に応
じて使用される。このうち、渦流量計や回転子型流量計
は、その挿入部や可動部が配管内に存在するため、異物
が混入した流体の測定には向かないという欠点がある。
また、電磁流量計は配管にコイル等の装置を接続する必
要があるために装置の小型化が難しいという欠点があ
る。
【0003】また、このような流量計を用いる場合、一
般に、被測定流体の流速分布を整えるために、測定部の
上流側に、ある程度の直管部を設けることが必要であ
り、特に超音波流量計の場合は、超音波への影響を抑え
るために、測定部の前後の配管に、長大な直管部を必要
とする欠点がある。
【0004】一方、熱式質量流量計は、被測定流体の温
度より高い一定温度に加熱される加熱部と、温度の変化
に応じて流れる電流値が変化する温度検出部とを備え、
加熱される加熱部がその周辺を流れる流体によって冷却
される際の温度を、温度検出部に流れる電流の変化とし
て検出するものである。流体の流速が大きいほど加熱部
の冷却される度合いが大きいため、温度検出部に流れる
電流を検出することにより、流体の流速を知ることがで
きる。
【0005】また、液体用の熱式流量計としては、図6
に示すような構造を有するものが知られている。この流
量計は、液体が矢印61方向に流れる配管の途中にその
一部として介在する管部62、および管部62を流れる
液体の流量を検出するための流量センサ63を備える。
流量センサ63は、ケース64を介して流体と接するよ
うに管部62に取り付けられる。
【0006】さらに近年では、高速応答性を有する薄膜
サーミスタを温度検出部として応用することにより小型
化された流量センサが提案されている。このセンサを使
用した熱式質量流量計は、配管内に挿入部や可動部がな
く、また装置全体の小型化が容易である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示されるように配管を流れる液体の流量を熱式流量計で
測定する場合は、薄膜サーミスタを用いる小型化された
流量センサを用いる場合であっても、被測定流体の流れ
を整える目的のために、流量センサが配置される測定用
の管部62の上流側に、管部62の内径の5倍以上の長
さを有する直管部を設ける必要がある。一方、管部62
の内径は、測定される流量の範囲に応じてその大きさが
決定される。したがって、流量センサを測定流量に応じ
た範囲で小型化しても、直管部を含めた流量計全体の大
きさは、直管部の長さを内包する大きさが必要となるた
め、容易に小型化することができないという問題があ
る。
【0008】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、液体用の熱式流量計の小型化を図ることに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、液体が流れる配管の途中にその一部として
介在する管部、およびこの管部を流れる液体の流量を検
出するための流量センサを備えた液体用流量計におい
て、前記管部は、上流側の配管に接続され、この上流側
配管の断面積より小さい断面積を有する接続部と、測定
流量に対応した断面積の直管を有する測定部と、前記接
続部および測定部を接続部側から測定部側へかけて断面
積を徐々に増加させつつ滑らかに接続する導入部とを備
え、前記流量センサは前記測定部内を流れる液体に接し
てその流量に応じた信号を出力するものであり、かつ前
記直管の管壁に設けられた開口部に該管壁に実質的に凹
凸を形成しない状態で取り付けられていることを特徴と
する。
【0010】またさらには、前記導入部は、前記接続部
側から測定部側へ向かって拡がる円錐形状を有し、その
広がり角が15°未満であることを特徴とする。流量セ
ンサとしては、薄膜サーミスタを使用したものを用いる
のが好ましい。
【0011】
【作用】この構成において、上流側配管で、その屈曲や
それへの挿入物等により液体流の流速分布の乱れが生じ
る場合がある。しかし、そのような乱れは、接続部の断
面積が上流側配管の断面積より小さいため、液体流が接
続部を通過する際に矯正される。そして、この乱れが矯
正された液体流を、接続部から滑らかに徐々に拡がる導
入部が直管と同様に作用して、さらにその流速分布を整
え、乱すことなく測定部に導く。
【0012】測定部を構成する直管の内径は、測定流量
に対応した断面積、すなわち流量センサの測定レンジに
適合するような流速が得られるような断面積となるよう
に設定される。この設定は、従来のように、流速分布を
整えるために流量センサの上流側をすべて直管で構成す
る直管式の場合においても同様である。したがって、同
じ流量センサを用いるとすれば、流量センサが設けられ
る測定部分の内径は従来の直管式の場合と同一となる。
しかしながら、従来の直管式の場合、流量センサ上流側
の直管は、測定部分の内直径の5倍以上の長さが必要で
あるのに対し、本発明では、接続部、導入部、および測
定部を合計した長さが測定部分の内直径の5倍未満であ
っても、前記接続部および導入部の作用により、安定し
た流量測定が行われる。したがって、従来の直管式の場
合よりも、流量測定に要する直管部の長さが短縮される
ことになる。以下、図面を用いて本発明の実施例を説明
する。
【0013】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る液体用流量計
を示す断面図である。同図に示すように、この流量計
は、液体が流れる配管11a,11bの途中にその一部
として介在する管部12、および管部12を流れる液体
の流量を検出するための流量センサ13を備える。管部
12は、上流側の配管11aに接続され、配管11aの
内径D3より小さい内径D2を有する接続部14、測定
流量に対応した断面積の直管を有する測定部15、接続
部14と測定部15とを接続部側から測定部側へかけて
内径を徐々に増加させつつ滑らかに接続する導入部1
6、および、測定部15と下流側の配管11bとの間を
接続している導出部18を備える。流量センサ13は測
定部15内を矢印17方向に流れる液体に接してその流
量に応じた信号を出力するものである。接続部14、測
定部15、および導出部18はいずれも円筒管状であ
り、導入部16は円錐管状となっている。そして、これ
らは共通の円筒軸上に位置している。導入部16の広が
り角θは15°未満である。また、接続部14と導入部
16とを合わせた長さは、測定部15の内直径D1の5
倍未満である。この内直径D1,D2は、配管11a,
11bを流れる液体流の流量、および流量センサ13の
測定レンジを考慮し、測定に適した流速が接続部14に
おいて得られるように設定される。導出部18の内径
は、配管11bが種々の内径を有する場合に対応できる
ようになっている。
【0014】図2は、流量センサ13の構成を示す断面
図である。同図に示すように、流量センサ13は、薄膜
サーミスタを使用した流量センサであり、ケース21、
ケース21内に取り付けた基板22、基板22上に設け
た薄膜状の発熱体23、発熱体23を被覆する絶縁膜2
4、絶縁膜24上に設けた薄膜サーミスタ25、発熱体
23および薄膜サーミスタ25にそれぞれ接続した取出
し電極26、およびこれら取出し電極26に接続したリ
ード線27を備える。
【0015】この流量センサ13は、ケース21を介し
て測定部15を流れる液体に接するように測定部15の
開口部分に取り付けられる。そして、発熱体23に電流
を流して発熱させると、その熱は基板22を経てその底
面側から測定部15を流れる液体流中に放出され、発熱
体23近傍の温度は一定の温度を呈するようになるが、
その温度が薄膜サーミスタ25の抵抗値として測定され
るようになっている。この温度と他のサーミスタ等で測
定される液体流の温度との差に基づいて液体流の流量が
得られるようになっている。
【0016】この構成において、配管11aを介して管
部12へ流入する液体流は、配管11aにおいて、その
屈曲やそれへの挿入物等により液体流の流速分布の乱れ
が生じている場合がある。しかし、そのような乱れは、
接続部14の内径D2が配管11aの内径D3より小さ
いため、液体流が接続部14を通過する際に矯正され
る。そして、この乱れが矯正された液体流は、接続部1
4から導入部16を経て測定部15へ導かれるが、導入
部16は接続部14から滑らかに徐々に拡がる円錐形状
でありかつその広がり角θが15°未満であるため、導
入部16が直管と同様に作用して、さらにその流速分布
が整えられ、乱されることなく測定部14に導かれる。
そしてこの流速分布が整えられた液体流の流量に応じた
温度がサーミスタ25を介して検出され、流量が測定さ
れる。
【0017】図4はこのようにして42℃の水の流量を
測定した結果を示すグラフである。ただし、導入部16
の広がり角θは10°、接続部14と導入部16を合わ
せた長さは測定部15の内径D1の3.5倍、接続部1
4の内径D2は配管11aの内径D3の0.8倍であ
る。このグラフにおいて、横軸は流量、縦軸はサーミス
タ25の抵抗値Rであり、結果は、●印で示してある。
また、比較のため、導入部16の広がり角θのみを18
0°、40°、20°に変えた各場合の測定結果をそれ
ぞれ▲、◆、■印によって、あわせて示す。また、同じ
く比較のために、管部12の代わりに、測定部15の内
径D1と同じ内径で、流量センサより上流側の長さが内
径D1の12倍である直管を用い、これに同じ流量セン
サ13を取り付けた場合の測定結果を×印により併せて
示す。これらの結果より、本実施例のように導入部16
の広がり角θが15°未満である場合は、広がり角θが
15°以上である場合に比べ、流量の変化に対して、サ
ーミスタ25の抵抗値が大きく変化することがわかる。
また、本実施例の場合、流量の変化に対するサーミスタ
25の抵抗値の変化の大きさは、管部12の代わりに上
述の直管を用いた場合に比べ、遜色のないことがわか
る。すなわち、本実施例によれば、長い直管を用いて流
速分布を整える場合と同様に正確に流速を測定すること
ができる。
【0018】図3は、上流側の配管が管部12の直前で
90°屈曲している配管31aである場合を示す。図5
はこの場合について流量測定を行った結果を示すグラフ
である。結果は●印で示してある。測定条件は上述の本
実施例の場合と同様である。また、比較のため、上流側
の配管が屈曲していない直管である場合について同様の
測定を行った結果をX印によりあわせて示す。この結果
より、流量計の上流側の配管が流量計の直前で屈曲して
いても、測定値にほとんど変化のないことがわかる。
【0019】なお、本実施例においては、管部の断面は
すべて円形であるが、正方形等他の形状あるいはこれら
の組合せであっても良い。例えば、断面が正方形である
上流側配管に適合させるように、上流側接続部の断面が
正方形であり、導入部の断面が上流側で正方形、下流側
で円形であり、測定部以降では断面が円形であるように
しても良い。ただし、いずれの場合においても、流速分
布を整え、乱れが生じないように、上流側配管の断面積
より小さい断面積を有する接続部と導入部を有し、導入
部の断面積は測定部へかけて徐々に増大し、かつ滑らか
に測定部と上流側の接続部とを接続するものでなければ
ならない。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
測定流体が通過する測定配管を、上流側配管の断面積よ
り小さい断面積を有する接続部と、測定流量に対応した
断面積を有し、流量センサが取り付けられている直管で
ある測定部と、接続部と測定部とをなめらかにつなぎ、
好ましくはその広がり角が15°以下である導入部とを
備えるようにしたため、流速分布を整えるための部分を
含めた流量計全体としての長さを短縮することができ
る。言い換えれば、上流部の配管が屈曲等していて流れ
に乱れが生じていても、長い直管部を設ける必要なく直
接乱流部分に接続して正確に流量を測定することができ
る。また、接続部の断面積が上流側配管の断面積より小
さいため、比較的容易に種々の内径の上流側配管に適合
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る液体用流量計を示す
断面図である。
【図2】 図1の流量計に取り付けられる流量センサの
構成を示す断面図である。
【図3】 屈曲している上流側配管に図1の流量計を接
続した場合を示す断面図である。
【図4】 図1の流量計による測定結果を示すグラフで
ある。
【図5】 図1の流量計による他の測定結果を示すグラ
フである。
【図6】 従来の液体用の熱式流量計を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
11a,31a:上流側の配管、11b:下流側の配
管、13:流量センサ、14:接続部、15:測定部、
16:導入部、17:矢印、18:導出部、12:ケー
ス、22:基板、23:発熱体、24:絶縁膜、25:
薄膜サーミスタ、26:電極、27:リード線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−110220(JP,A) 特開 平2−28520(JP,A) 特開 平5−307045(JP,A) 特開 平6−50783(JP,A) 特開 昭63−150630(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/00 - 9/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体が流れる配管の途中にその一部とし
    て介在する管部、およびこの管部を流れる液体の流量を
    検出するための流量センサを備えた液体用流量計におい
    て、前記管部は、上流側の配管に接続され、この上流側
    配管の断面積より小さい断面積を有する接続部と、測定
    流量に対応した断面積の直管を有する測定部と、前記接
    続部および測定部を接続部側から測定部側へかけて断面
    積を徐々に増加させつつ滑らかに接続する導入部とを備
    え、前記流量センサは前記測定部内を流れる液体に接し
    てその流量に応じた信号を出力するものであり、かつ前
    記直管の管壁に設けられた開口部に該管壁に実質的に凹
    凸を形成しない状態で取り付けられていることを特徴と
    する液体用流量計。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の液体用流量計におい
    て、前記導入部は、前記接続部側から測定部側へ向かっ
    て拡がる円錐形状を有し、その広がり角が15°未満で
    あることを特徴とする液体用流量計。
  3. 【請求項3】 流量センサが薄膜サーミスタを使用した
    流量センサである請求項1または2記載の流体用流量
    計。
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