JP3757009B2 - Split flow meter - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、管内を流れる流体の流量を測定する装置、とくに主管内の流れを分流管に分流し、分流管を流れる流量と、分流管と主管の接続部の上流側と下流側の間の主管内差圧とから、主管内の流量を推定する分流式流量計に係わる。
【0002】
【従来の技術】
主管の流れを分流管に分流して、分流管内の流量を測定し、主管内の流量と分流管内の流量の比―分流比を分流管内の流量に乗じて主管内の流量を知る分流式流量計は、主管の管径が大きく流量計を直接取り付けるのが困難である場合や、流量計を主管に直接取り付けると流量計の保守維持が困難になる場合等に有効な流量測定方式である。分流管に分流することにより、測定すべき流量が小さくなって流量計のコストが低くなること、流量計の設置条件の自由度が大きくなること、主管ではなく分流管に流量計を設置することで、主管の圧力損失を小さくできること等の利点も有している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、分流式流量計においては、原理上、分流比が既知でなくてはならない。ところが、分流比は、一定ではなく流れの条件によって変化する。一般に、流れの条件が変化した場合、主管と分流管の流体抵抗が異なる変化をするためである。このため、従来の分流式流量計には、流れの条件が予め分かっていて分流比の変化も予め分かっている場合や、流れの条件の変化範囲が小さい場合にしか、正しく流量を測定できないという問題点がある。常に一定の分流比を保つよう工夫をした分流式流量計もあるが、この型の分流式流量計では、主管に絞りを挿入したりフィードバック機構を導入したりしているため、上述の分流式流量計本来の利点を損なうことになる。
【0004】
【課題を解決するための手段】
分流比が変化しても正しく主管内流量が測定できる分流式流量計を実現するため、本発明においては、主管内の流れを分流管に分流して、分流管と主管の接続部の上流側と下流側の間で主管内差圧を測定し、この差圧出力を用いて分流比を計算し、分流管内の流量に分流比を乗ずることにより主管内の流量を推定する。
【0005】
【作用】
主管の流れの一部を分流管に分流すると、主管内流量は、分流管の分岐点より下流では上流での流量より減少し、分流管の合流点で再び元の流量に復する。従って、分流管が主管と接続している点を境に、上流と下流とで主管内の流速が変化する。このとき、ベルヌーイの定理から、接続点の上流と下流には静圧差が生じ、その静圧差の大きさは主管内の流量と分流管内の流量の比─分流比に依存する。本発明の流量計においては、この静圧差を測定して分流比を計算し、分流管内の流量に分流比を乗じて主管内の流量を推定している。
【0006】
分流管の接続点の上下流の差圧には、流体の粘性に起因する圧力降下の項もまた含まれている。ベルヌーイの定理から導出される上述の差圧項が、分流管の分岐点における差圧と合流点における差圧の両者中にノルマルモードの信号として含まれているのに対して、粘性に起因する圧力降下項は、コモンモードの雑音として含まれる。請求項2に記載の流量計においては、上記二つの差圧の差をとることによって、粘性に起因する圧力降下項を相殺し、流体の粘性の影響を受けることなく正確に分流比を計算することができる。
【0007】
【実施例】
以下、本発明の詳細を実施例に基づいて説明する。図1は本発明の第一実施例である。図1において、1は、体積流量Qの流れている断面積Sの主管である。2は分流管で、上流側接続部11および下流側接続部12において主管1と接続している。3は分流管2に取り付けられた流量計である。4は差圧計で、導圧管6および6’によって導かれた主管内の静圧の差を測定している。導圧管6は、主管1と分流管2の上流側接続部11より上流側の導圧口13において、また導圧管6’は上流側接続部11よりも下流で下流側接続部12よりも上流の導圧口14において、主管1に接続されている。8は、信号処理装置で、流量計3の出力および差圧計4の出力から、主管1内の流量を計算して、指示計器9に出力している。
【0008】
本実施例では、流体が非圧縮・非粘性と近似できる場合を想定している。そこで、流れている流体を密度ρが一定で非粘性の流体と仮定して動作を説明する。分流管に分流している体積流量をqとすると、主管1内の体積流量は、分流管2の上流側接続部11より上流ではQ、上流側接続部11と下流側接続部12の間ではQ−q、下流側接続部12より下流では再びQとなる。ここで、主管1の上流から下流に至る流線に沿って、ベルヌーイの定理を適用すれば、導圧口13の断面における圧力をp13、導圧口14の断面における圧力をp14として、
【0009】
【数1】
【0010】
が成り立つ。従って、差圧計4の出力Δp4 は
【0011】
【数2】
【0012】
となる。数2の両辺をρq2 /S2 で割って整理すると
【0013】
【数3】
【0014】
となる。主管1の断面積Sは一定の既知量であり、また密度ρも一定の既知量であるから、差圧計4の出力Δp4 と流量計3の出力qとが測定されれば、分流比Q/qが計算できることが分かる。この分流比を流量計3の出力qに乗ずれば、主管1内の体積流量Qが知られる。
【0015】
以上の原理から明らかなように、流量計3は、分流管内の流量を測定できるものであれば、どのような種類のものであっても構わない。また、本実施例においては、分流管2の上流側接続部11の上流と下流の差圧を測定しているが、下流側接続部12の上流と下流の差圧を測定しても、差圧の極性が反転する他は何ら原理上の違いは無い。
【0016】
(第二実施例)第一実施例においては、流体を非粘性であると近似した。粘性の影響が小さい場合は、第一実施例の構成のままで、正確に主管1内流量を推定することができる。しかし、差圧計4の出力には数2の圧力の他に、粘性に起因する主管1内の圧力降下分が含まれるから、圧力降下が大きい場合には、数3で分流比を推定したのでは誤差が出る。この誤差を補正する構成をとったのが図2の第二実施例である。図2において、1は、体積流量Qの流れている断面積Sの主管である。2は分流管で、上流側接続部11および下流側接続部12において主管1と接続している。3は分流管2に取り付けられた流量計である。4は差圧計で、導圧管6および6’によって導かれた主管内の静圧の差を測定している。導圧管6は、主管1と分流管2の上流側接続部11より上流側の導圧口13において、また導圧管6’は、上流側接続部11および下流側接続部12から等距離にある断面内の導圧口14において、主管1に接続されている。5は第二の差圧計で、導圧管7および7’によって導かれた主管内の静圧の差を測定している。導圧管7は、導圧管6’と共通の導圧口14において、また導圧管7’は、下流側接続部12より下流の導圧口15において、主管1に接続されている。主管1の管軸に沿って測った、導圧口13と14の間の距離と、導圧口14と15との間の距離は、等しく作製されている。8は、信号処理装置で、流量計3の出力、差圧計4の出力、第二の差圧計5の出力、および別途測定された流体の密度ρとから、主管1内の流量を計算して、指示計器9に出力している。
【0017】
分流管に流れている体積流量をqとすると、主管1内の体積流量は、分流管2の上流側接続部11より上流ではQ、上流側接続部11と下流側接続部12の間ではQ−q、下流側接続部12より下流ではQとなる。ベルヌーイの定理から、導圧口13の断面における圧力をp13、導圧口14の断面における圧力をp14、導圧口15の断面における圧力をp15として、
【0018】
【数4】
【0019】
が成り立つ。差圧計4の出力Δp4 と第二の差圧計5の出力Δp5 は、数4から計算される差圧の他に、粘性による圧力降下分τ4 およびτ5 がそれぞれ重畳されて、
【0020】
【数5】
【0021】
【数6】
【0022】
となる。本実施例では、導圧口13と14の間の距離と、導圧口14と15の間の距離が等しくなっており、なおかつ導圧口14が接続部11と12のちょうど中央にあるから、τ4 とτ5 は互いに等しくなる。従って、Δp4 とΔp5 の差をとってΔp0 とすれば
【0023】
【数7】
【0024】
であり、Δp0 を使って、分流比が
【0025】
【数8】
【0026】
と計算できる。ここで、粘性による圧力降下の項τ4 およびτ5 は、互いに相殺され、分流比の計算に影響していない。なお、本実施例では、流体密度ρが変化する場合を想定して、密度ρを別途測定して、分流比の計算に用いている。
【0027】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明では、主管の流れを分流管に分流して分流流量を測定する他に、分流管と主管の接続部の上流側と下流側の主管内静圧差を測定し、この差圧を用いて分流比を正確に求め、主管内流量を測定する。流れの条件が変化して分流比が変化しても、正確に主管内流量を測定することのできる分流式流量計を実現できることは、本発明の特有の効果である。
【0028】
また、他の接続部の上流側と下流側の静圧差を測定する差圧計を用いる流量計は、流体の粘性の影響が大きくて主管内に大きな圧力降下がある場合にも、その影響を受けることなく正確に分流比を計算できる。粘性の影響が大きい場合にも分流比を正確に求めることのできる分流式流量計を実現できることも、本発明の特有の効果である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例である。
【図2】第二の差圧計を用いた、本発明の第二実施例である。
【符号の説明】
1 主管
2 分流管
3 流量計
4 差圧計
5 第二の差圧計
6、6’ 導圧管
7、7’ 導圧管
8 信号処理装置
9 指示計器
11 上流側接続部
12 下流側接続部
13、14、15 導圧口[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an apparatus for measuring the flow rate of a fluid flowing in a pipe, in particular, the flow in the main pipe is divided into the flow dividing pipes, and the flow rate flowing through the flow dividing pipe is between The present invention relates to a shunt flow meter that estimates the flow rate in the main pipe from the differential pressure in the main pipe.
[0002]
[Prior art]
Dividing the main pipe flow into the diversion pipe, measuring the flow rate in the diversion pipe, and dividing the flow rate in the main pipe by multiplying the flow ratio in the diversion pipe by the ratio of the flow rate in the main pipe and the flow rate in the diversion pipe to the flow rate in the diversion pipe The meter is an effective flow measurement method when the main pipe has a large diameter and it is difficult to attach the flow meter directly, or when the flow meter is attached directly to the main pipe, it becomes difficult to maintain and maintain the flow meter. By diverting to the shunt pipe, the flow rate to be measured is reduced and the cost of the flow meter is reduced, the flexibility of installation conditions of the flow meter is increased, and the flow meter is installed in the shunt pipe instead of the main pipe Thus, there is an advantage that the pressure loss of the main pipe can be reduced.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a shunt flow meter, in principle, the shunt ratio must be known. However, the diversion ratio is not constant but varies depending on the flow conditions. In general, when the flow condition changes, the fluid resistance of the main pipe and the shunt pipe changes differently. For this reason, the conventional shunt flow meter can measure the flow rate correctly only when the flow conditions are known in advance and the change in the diversion ratio is also known in advance, or when the change range of the flow conditions is small. There is a problem. Although there is a shunt flow meter that is devised to always maintain a constant shunt ratio, this type of shunt flow meter inserts a throttle in the main pipe or introduces a feedback mechanism. The inherent advantages of the flow meter will be impaired.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to realize a shunt flow meter that can correctly measure the flow rate in the main pipe even if the shunt ratio changes, in the present invention, the flow in the main pipe is shunted into the shunt pipe, and the upstream side of the connection between the shunt pipe and the main pipe The flow rate in the main pipe is estimated by measuring the differential pressure in the main pipe between the downstream and the downstream side, calculating the diversion ratio using this differential pressure output, and multiplying the flow rate in the diversion pipe by the diversion ratio.
[0005]
[Action]
When a part of the flow of the main pipe is divided into the branch pipe, the flow rate in the main pipe decreases from the upstream flow rate downstream from the branch point of the split pipe, and returns to the original flow rate again at the junction point of the split pipe. Therefore, the flow velocity in the main pipe changes upstream and downstream at the point where the shunt pipe is connected to the main pipe. At this time, from Bernoulli's theorem, there is a static pressure difference upstream and downstream of the connection point, and the magnitude of the static pressure difference depends on the ratio of the flow rate in the main pipe to the flow rate in the shunt pipe. In the flowmeter of the present invention, this static pressure difference is measured to calculate the diversion ratio, and the flow rate in the main pipe is estimated by multiplying the flow rate in the diversion pipe by the diversion ratio.
[0006]
The differential pressure upstream and downstream of the junction of the shunt pipe also includes a pressure drop term due to fluid viscosity. The above-mentioned differential pressure term derived from Bernoulli's theorem is included as a normal mode signal in both the differential pressure at the branch point of the diversion pipe and the differential pressure at the confluence. The pressure drop term is included as common mode noise. In the flowmeter according to claim 2, by taking the difference between the two differential pressures, the pressure drop term due to the viscosity is canceled out, and the shunt ratio is accurately calculated without being affected by the viscosity of the fluid. be able to.
[0007]
【Example】
Hereinafter, details of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a main pipe having a cross-sectional area S in which a volume flow rate Q flows. Reference numeral 2 denotes a shunt pipe, which is connected to the main pipe 1 at the
[0008]
In this embodiment, it is assumed that the fluid can be approximated to non-compressed and non-viscous. Therefore, the operation will be described assuming that the flowing fluid is a non-viscous fluid with a constant density ρ. If the volume flow rate divided into the flow dividing pipe is q, the volume flow rate in the main pipe 1 is Q upstream of the
[0009]
[Expression 1]
[0010]
Holds. Therefore, the output Δp 4 of the
[Expression 2]
[0012]
It becomes. When dividing both sides of Equation 2 by ρq 2 / S 2 ,
[Equation 3]
[0014]
It becomes. Since the cross-sectional area S of the main pipe 1 is a constant known amount and the density ρ is also a constant known amount, if the output Δp 4 of the differential pressure gauge 4 and the output q of the flow meter 3 are measured, the flow dividing ratio Q It can be seen that / q can be calculated. If this diversion ratio is multiplied by the output q of the flow meter 3, the volume flow rate Q in the main pipe 1 is known.
[0015]
As is apparent from the above principle, the flow meter 3 may be of any type as long as it can measure the flow rate in the shunt pipe. In this embodiment, the differential pressure upstream and downstream of the
[0016]
(Second Embodiment) In the first embodiment, the fluid was approximated to be non-viscous. When the influence of the viscosity is small, the flow rate in the main pipe 1 can be accurately estimated with the configuration of the first embodiment. However, since the output of the
[0017]
Assuming that the volume flow rate flowing in the shunt pipe is q, the volume flow rate in the main pipe 1 is Q upstream of the
[0018]
[Expression 4]
[0019]
Holds. An output Delta] p 4 of the
[0020]
[Equation 5]
[0021]
[Formula 6]
[0022]
It becomes. In this embodiment, the distance between the
[Expression 7]
[0024]
Using Δp 0 , the shunt ratio is
[Equation 8]
[0026]
Can be calculated. Here, the pressure drop terms τ 4 and τ 5 due to viscosity cancel each other and do not affect the calculation of the diversion ratio. In the present embodiment, assuming that the fluid density ρ changes, the density ρ is separately measured and used for the calculation of the diversion ratio.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the flow of the main pipe is divided into the diversion pipes to measure the diversion flow rate, and the static pressure difference in the main pipe at the upstream side and the downstream side of the connection portion between the diversion pipe and the main pipe is measured. Using this differential pressure, the flow ratio is accurately determined and the flow rate in the main pipe is measured. It is a unique effect of the present invention that a shunt flow meter that can accurately measure the flow rate in the main pipe can be realized even if the shunt ratio changes due to changes in the flow conditions.
[0028]
In addition, a flow meter that uses a differential pressure gauge that measures the difference in static pressure between the upstream side and the downstream side of other connections is also affected when there is a large pressure drop in the main pipe due to the effect of fluid viscosity. The shunt ratio can be calculated accurately without any problem. It is a unique effect of the present invention that a shunt flow meter capable of accurately obtaining a shunt ratio even when the influence of viscosity is large can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a second embodiment of the present invention using a second differential pressure gauge.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main pipe 2 Dividing pipe 3
Claims (2)
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- 1996-10-03 JP JP28342696A patent/JP3757009B2/en not_active Expired - Fee Related
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