JP3874515B2

JP3874515B2 - 流量計

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Publication number: JP3874515B2
Application number: JP34459597A
Authority: JP
Inventors: 一光温井; 秀男加藤; 健田代; 雅彦松下; 一博山田
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2017-12-15
Also published as: JPH11173896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス等の流体の流量を測定するための流量計に係り、特に広い流量範囲で正確に流量を測定することができるようにした流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の流量計の具体的な構成を表すもので、１つの流速センサ１を配管２内の流体流路の中央部に配設し、流量演算部３において、流速センサ１によって得られた流路中央部の流速に配管２の断面積を乗算して流量を算出し、この流量を表示部４に表示するようになっている。ここで、流速センサによる流量測定の精度を高く維持するためには、流速センサ１が流体の最も安定した流れの中に配置されている必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の流量計においては、配管２中で、流量によっては偏流が発生するために流速センサ１の取り付け位置の決定が困難であるという問題があった。また、流速センサ１を偏流の少ない流量範囲に限定して設置する必要があり、そのため流量の測定範囲が狭くなり、広い流量範囲で精度良くガス流量を測定できないという問題があった。
【０００４】
ところで、家庭用のガスメータとして、通過するガスの流量を計測する機能の他に、マイクロコンピュータを搭載して安全機能を付加したものが実用化されており、例えば所定量以上のガス流量を検出した場合や所定のガス流量を所定時間以上検出した場合に、ガス遮断弁を駆動してガス流路を遮断させるようになっている。これらの機能により配管中の漏洩や、不自然なガスの流出などを検出して、事故を未然に防止し、安全性を保障するものであり、このような機能が正確に作動するためには、広い流量範囲でのガス流量の正確な測定が望まれる。
【０００５】
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、広い流量範囲で正確なガス等の流体流量を測定することができる流量計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の流量計は、流体が通過する一定断面積で直線状の流路を有すると共に、流路の長手方向にそって小流量用計測領域および大流量用計測領域が設けられた配管と、この配管の流路内の小流量用計測領域に設けられると共に、流路よりも断面積の小さな複数の小流路を形成する整流部材と、配管の流路内の大流量用計測領域に設けられると共に、大流量用計測領域を通過する流体の流速に応じた信号を出力する第１の流速センサと、整流部材により形成された複数の小流路のうち前記配管の流路内壁近傍の小流路内に設けられると共に、小流路を通過する流体の流速に応じた信号を出力する第２の流速センサと、この第２の流速センサの設けられた小流路に対応した位置に設けられ、この小流路を通過する流体の流速を増加させる流速増加手段と、流量に応じて、第１の流速センサの出力信号と第２の流速センサの出力信号の少なくとも一方に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えている。
【０００７】
この流量計では、大流量用計測領域において、第１の流速センサからこの領域を通過する流体の流速に応じた信号が出力される。一方、小流量用計測領域において、第２の流速センサから整流部材により形成された小流路を通過する流体の流速に応じた信号が出力される。このとき、流速増加手段によって、第２の流速センサが設けられた小流路を通過する流体の流速が増加させられる。流量演算手段では、流量に応じて、第１の流速センサの出力信号と第２の流速センサの出力信号の少なくとも一方に基づいて流量が算出される。
【０００８】
請求項２記載の流量計は、請求項１記載の流量計において、流速増加手段を、第２の流速センサが設けられた小流路における前記第２の流速センサの周辺の空間容積を減少させることにより、小流路を通過する流体の流速を増加させるよう構成したものである。
【０００９】
この流量計では、流速増加手段が、第２の流速センサが設けられた小流路周辺の空間容積を減少させ、小流路を通過する流体の流速を増加させる。
【００１０】
請求項３記載の流量計は、請求項１または２記載の流量計において、流速増加手段を、第２の流速センサの両脇に立設した一対の柱状部材により構成したものである。
【００１１】
この流量計では、第２の流速センサの両脇に立設した一対の柱状部材の間を流体が通過することにより、流速が増加させられる。
【００１２】
請求項４記載の流量計は、請求項３記載の流量計において、流速増加手段を構成する一対の柱状部材を、流路の上流に向かうに従い、互いの幅が広くなるように第２の流速センサの両脇に立設して構成したものである。
【００１３】
この流量計では、一対の柱状部材が、流路の上流に向かうに従い、互いの幅が広くなるように第２の流速センサの両脇に立設されており、一対の柱状部材の間を流体が通過し易くなり、流体の流速が増加し易くなる。
【００１４】
請求項５記載の流量計は、請求項３または４記載の流量計において、流速増加手段を構成する一対の柱状部材と第２の流速センサとを一体化してセンサユニットを構成すると共に、センサユニットを配管の壁面に対して着脱可能に構成したものである。
【００１５】
この流量計では、一対の柱状部材と第２の流速センサとが一体化されてセンサユニットが構成されると共に、センサユニットが配管の壁面に対して着脱可能に構成されることにより、一対の柱状部材と第２の流速センサの配管への取り付けが簡略化される。
【００１６】
請求項６記載の流量計は、請求項３ないし５のいずれか１に記載の流量計において、流速増加手段を構成する一対の柱状部材を、少なくとも先端部または後端部が流線形状を成すように構成したものである。
【００１７】
この流量計では、先端部が流線形状に構成されることにより、流体が一対の柱状部材の間に容易に導かれる。また、後端部が流線形状に構成されることにより、一対の柱状部材の間に導かれた流体を容易に後端部から排出させることができ、柱状部材の後端部において流体が澱むことが防止される。
【００１８】
請求項７記載の流量計は、請求項３ないし５のいずれか１に記載の流量計において、流速増加手段を構成する一対の柱状部材を、翼形状の断面を有する柱を立設させて構成したものである。
【００１９】
この流量計では、一対の柱状部材を、翼形状の柱を立設して構成させることにより、流体が一対の柱状部材の間に容易に導かれると共に、一対の柱状部材の間に導かれた流体を容易に後端部から排出させることができる。
【００２０】
請求項８記載の流量計は、請求項１ないし７のいずれか１に記載の流量計において、第１の流速センサが配管の内壁面に小流路に臨む位置に複数設けられると共に、これら複数の第１の流速センサの出力信号より大流量用計測領域における流速の平均値を算出して流量演算手段に出力する大流量用計測領域の平均流速演算手段を更に備えるように構成したものである。
【００２１】
この流量計では、複数の第１の流速センサの出力信号より大流量用計測領域における流速の平均値が算出され、流量演算手段では、この平均流速値に基づいて大流量用計測領域における流量を演算する。
【００２２】
請求項９記載の流量計は、請求項１ないし７のいずれか１に記載の流量計において、第２の流速センサが配管の内壁面に小流路に臨む位置に複数設けられると共に、これら複数の第２の流速センサの出力信号より小流量用計測領域における流速の平均値を算出して流量演算手段に出力する小流量用計測領域の平均流速演算手段を更に備える構成としたものである。
【００２３】
この流量計では、複数の第２の流速センサの出力信号より小流量用計測領域における流速の平均値が算出され、流量演算手段では、この平均流速値に基づいて流量を演算する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施の形態に係る流量計の構成を表す断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線の矢視方向の断面構造を表している。本実施の形態に係る流量計は、ガスメータとして使用されるものである。この流量計１０Ａは、ガス２０を受け入れる入口部１１とガス２０を排出する出口部１２とを有する配管１０を備えている。配管１０内の流路１３の径は例えば５０ｍｍである。流路１３内にはその長手方向にそって小流量用計測領域１５および大流量用計測領域１６が設けられている。小流量用計測領域１５にはガス２０の流れを整える整流部材としての整流ストレーナ１４が設けられている。
【００２６】
整流ストレーナ１４は、図２に示したように、仕切壁により、大流量用計測領域１６の流路１３を、より小さな断面積を有する複数の小流路１４Ａに分割しており、これらの分割された小流路１４Ａをガス２０が流れるようになっている。小流路１４Ａの断面形状は、図２に示したような三角形状の他、波形、六角形状等、他の形状であっても良い。小流路１４Ａに対応して配管１０には小流量用流速センサ挿入部１７ａ，１７ｂが互いに対向する位置（図では上下位置）に設けられている。また、これら小流量用流速センサ挿入部１７ａ，１７ｂには、第２の流速センサとしての小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを含むセンサユニット１５０ａ，１５０ｂが着脱可能に取り付けられるようになっている。整流ストレーナ１４において、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの検出部の近傍には、例えば、深さ１５ｍｍ前後、長手方向の長さ２７ｍｍ前後の取付溝２１ａ，２１ｂが設けられている。なお、整流ストレーナ１４の上流側および下流側には例えば＃１００メッシュ程度の金網１９ａ，１９ｂが設けられている。
【００２７】
大流量用計測領域１６においても、配管１０には大流量用流速センサ挿入部１８ａ，１８ｂが互いに対向する位置（図では上下位置）に設けられている。これら大流量用流速センサ挿入部１８ａ，１８ｂには、第１の流速センサとしての大流量用流速センサ１６ａ，１６ｂがセンサ保持部１６１ａ，１６１ｂによって保持された状態で取り付けられている。
【００２８】
センサユニット１５０ａ，１５０ｂは、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂが設けられた小流路１４Ａを通過するガス２０の流速を増加させる流速増加手段としてのノズル２２ａ，２２ｂを含んでいる。また、センサユニット１５０ａ，１５０ｂは、ノズル２２ａ，２２ｂを保持するためのノズル保持部２３ａ，２３ｂと、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを保持するためのセンサ保持部１５１ａ，１５１ｂとを含んでいる。すなわち、センサユニット１５０ａにおいては、ノズル２２ａがノズル保持部２３ａによって保持されると共に、小流量用流速センサ１５ａがセンサ保持部１５１ａによって保持されるようになっており、センサユニット１５０ｂにおいては、ノズル２２ｂがノズル保持部２３ｂによって保持されると共に、小流量用流速センサ１５ｂがセンサ保持部１５１ｂによって保持されるようになっている。また、センサユニット１５０ａにおいては、ノズル２２ａ，ノズル保持部２３ａ，小流量用流速センサ１５ａおよびセンサ保持部１５１ａが全て一体化されて構成され、センサユニット１５０ｂにおいては、ノズル２２ｂ，ノズル保持部２３ｂ，小流量用流速センサ１５ｂおよびセンサ保持部１５１ｂが全て一体化されて構成されるようになっている。このように、上記各要素を一体化してセンサユニット１５０ａ，１５０ｂを構成すると共に、このセンサユニット１５０ａ，１５０ｂを小流量用流速センサ挿入部１７ａ，１７ｂに対して着脱可能に構成することにより、上記各構成要素の配管１０への取り付けが簡略化される。なお、センサユニット１５０ａ，１５０ｂの各構成要素を、全て一体化せず、各構成要素を分離可能に構成するようにしても良い。
【００２９】
小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂは、その検出部が整流ストレーナ１４により形成された複数の小流路１４Ａのうち最も壁面に近い小流路１４Ａの中央部に臨むような状態となるように構成されている。ノズル２２ａ，２２ｂは、整流ストレーナ１４に設けられた取付溝２１ａ，２１ｂ内に位置するように構成されている。ノズル２２ａ，２２ｂは、図２に示したように、取付溝２１ａ，２１ｂ内の空間容積を減少させることにより、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂが設けられた小流路１４Ａの周辺部分の空間容積を減少させ、小流路１４Ａを通過するガス２０の流速を増加させるようになっている。
【００３０】
図３および図４は、ノズル２２ａ，２２ｂの詳細な構成の一例を表す説明図である。また、図８は、ノズル２２ａ，２２ｂの他の構成例を表す説明図である。図３および図４に示したように、ノズル２２ａ，２２ｂは、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの両脇に立設した一対の柱状部材により構成されている。ノズル２２ａ，２２ｂを構成する一対の柱状部材は、先端部５１が、小流路１４Ａの上流に向かうに従い、互いの幅が広くなるように小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの両脇に立設しており、これにより、一対の柱状部材の間に流速が増加されたガス２０を通過させ易くなっている。ノズル２２ａ，２２ｂの高さは、例えば１０ｍｍ前後であり、その構成材料としては、例えば、アルミニウムやステンレス等の金属または樹脂等が適用される。ノズル２２ａ，２２ｂは、少なくとも先端部５１または後端部５２の内側（小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂが設けられた側）が流線形状を成していることが望ましい。先端部５１を流線形状に構成することにより、図４に示したように、ガス２０がノズル２２ａ，２２ｂの間に容易に導かれ、ガス２０の流速も増加し易くなる。また、後端部５２を流線形状に構成することにより、ノズル２２ａ，２２ｂの間に導かれたガス２０が容易に後端部５２を通過するようになり、後端部５２においてガス２０が澱んでしまうことが防止されるようになる。
【００３１】
なお、ノズル２２ａ，２２ｂの構成は、図３に示したような形状の一対の柱状部材を立設したものに限らず、他の形状で構成しても良い。例えば、ノズル２２ａ，２２ｂを、図８（Ａ）に示したように、先端部が流線形状を成したナイフ形状のノズル２２ａ₁，２２ｂ₁により構成しても良い。また、ノズル２２ａ，２
２ｂを、例えば図８（Ｂ）に示したように、全体が流線形状を成した飛行機の翼形状のノズル２２ａ₂，２２ｂ₂により構成しても良い。更に、ノズル２２ａ，
２２ｂを、例えば図８（Ｃ）に示したように、先端部から後端部に向かうにつれて面積の狭くなる涙滴形状のノズル２２ａ₃，２２ｂ₃により構成しても良い。
【００３２】
図５（Ａ），（Ｂ）は上記整流ストレーナ１４の有無による流速分布の違いを説明するためのものであり、図５（Ａ）は本実施の形態のように整流ストレーナ１４が設置された場合の流速分布３０、図５（Ｂ）は整流ストレーナがない流路１３における流速分布３１をそれぞれ表すものである。なお、図では、説明の簡略化のため、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの近傍に設けられるノズル２２ａ，２２ｂの図示を省略している。一般的に、流速分布は各流路の中心部が最も速く、壁面に近くになるにつれて遅くなる。そのため、図５（Ｂ）のように整流ストレーナ１４がない場合には、壁面に取り付けられた小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂと流速分布３１のピーク部（すなわち、流路１３の中央部）との間に隔たりがあり、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂでは流速分布３１のうち流速の比較的遅い部分の流速を計測することとなる。これに対して、本実施の形態では、整流ストレーナ１４により複数の小流路１４Ａが形成されており、各小流路１４Ａ毎に流速分布３０がある。そのため流速分布３０のピーク部（すなわち、小流路１４Ａの中央部）と配管１０の壁面との距離が短く、壁面に取り付けた小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの検出部が流速分布３０のピーク部に対応する位置にあるため、計測感度は高くなっている。また、本実施の形態では、上述したように、小流路１４Ａを通過するガス２０の流速を増加させるノズル２２ａ，２２ｂが小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの両脇に設けられているため、計測感度がより高くなっている。
【００３３】
なお、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂおよび大流量用流速センサ１６ａ，１６ｂ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。
【００３４】
図６は本実施の形態に係る流量計１０Ａの回路部分の構成を示すブロック図である。流量計１０Ａは、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの各出力信号に基づいて整流ストレーナ１４により形成された小流路１４Ａ内の流速の平均値を算出する平均流速演算部４１と、大流量用流速センサ１６ａ，１６ｂの各出力信号に基づいて大流量用計測領域１６における流速の平均値を算出する平均流速演算部４２と、流量に応じて、平均流速演算部４１の出力と平均流速演算部４２の出力の一方を選択して出力する信号切換部４３と、この信号切換部４３の出力に基づいて流量および積算流量を表示する表示部４５と、流量演算部４４によって算出された流量および積算流量を外部に出力するための外部出力端子４６とを備えている。信号切換部４３は、流量演算部４４によって算出された流量が予め設定された小流量域にあるときは平均流速演算部４１の出力を流量演算部４４に出力し、流量演算部４４によって算出された流量が予め設定された大流量域にあるときは平均流速演算部４２の出力を流量演算部４４に出力するようになっている。流量演算部４４は、流量が予め設定された小流量域にあるときには平均流速演算部４１の出力である流速の平均値に整流ストレーナ１４内の小流路１４Ａに対応した配管形状係数およびノズル２２ａ，２２ｂの形状に対応した補正係数を乗算して流量を算出するようになっている。また、流量演算部４４は、流量が予め設定された大流量域にあるときには平均流速演算部４２の出力である流速の平均値に整流ストレーナ１４の下流の流路１３に対応した配管形状係数を乗算して流量を算出するようになっている。
【００３５】
なお、小流量域と大流量域とを一部重複させて、流量が増加する場合には流量が重複領域の上限値に達したときに平均流速演算部４１の出力から平均流速演算部４２の出力へ切り換え、流量が減少する場合には流量が重複領域の下限値に達したときに平均流速演算部４２の出力から平均流速演算部４１の出力へ切り換えて流量を算出するようにしても良い。平均流速演算部４１，４２、信号切換部４３および流量演算部４４は、例えばマイクロコンピュータによって構成することができる。
【００３６】
次に、本実施の形態に係る流量計１０Ａの作用について説明する。
【００３７】
入口部１１から取り入れられたガス２０は、まず、小流量用計測領域１５において、整流ストレーナ１４内の複数の小流路１４Ａをそれぞれを通過する。複数の小流路１４Ａを通過するガス２０のうち、一部分は、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの両脇に立設したノズル２２ａ，２２ｂに達する。ガス２０は、ノズル２２ａ，２２ｂに達すると、ノズル２２ａ，２２ｂの作用により、その流速が増加させられる。流速が増加させられたガス２０は、ノズル２２ａ，２２ｂの中央部に位置し、流路１３の内壁面に設けられた小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを通過する。その際、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂは、ノズル２２ａ，２２ｂによって流速が増加させられたガス２０の流速に応じた信号を出力する。小流量用計測領域１５を通過したガス２０は、大流量用計測領域１６を通過して出口部１２より排出される。その際、大流量用流速センサ１６ａ，１６ｂが大流量用計測領域１６を通過するガス２０の流速に応じた信号を出力する。
【００３８】
平均流速演算部４１は、整流ストレーナ１４内の小流路１４Ａにおける小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの各出力信号に基づいて小流路１４Ａ内における流速の平均値を算出し、平均流速演算部４２は、大流量用計測領域１６における大流量用流速センサ１６ａ，１６ｂの各出力信号に基づいて大流量用計測領域１６における流速の平均値を算出する。信号切換部４３は、流量演算部４４によって算出された流量が予め設定された小流量域にあるときには平均流速演算部４１の出力を流量演算部４４に出力し、流量演算部４４によって算出された流量が予め設定された大流量域にあるときには平均流速演算部４２の出力を流量演算部４４に出力する。流量演算部４４は、流量が予め設定された小流量域にあるときは平均流速演算部４１の出力である流速の平均値に基づいて流量および積算流量を算出し、流量が予め設定された大流量域にあるときには平均流速演算部４２の出力である流速の平均値に基づいて流量および積算流量を算出する。流量演算部４４によって算出された積算流量は表示部４５によって表示される。なお、小流量域と大流量域を一部重複させて、重複領域では流量演算部４４、平均流速演算部４１の出力である流速の平均値に基づいて算出される流量と平均流速演算部４２の出力である流速の平均値に基づいて算出される流量との平均値を求め、この平均値を計測された流量としても良い。
【００３９】
図７は、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂにおいて、測定条件を変化させて観測したセンサ出力値の一例を示す説明図である。図では、測定条件を４通り変化させた場合について得られた測定結果を示している。測定条件Ｂ〜Ｄは、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの近傍に上記したノズル２２ａ，２２ｂを設けるようにして流速を測定した場合であり、測定条件Ａは、ノズル２２ａ，２２ｂを設けずに流速を測定した場合（ノズル２２ａ，２２ｂの高さが０である場に相当）について示している。
【００４０】
また、測定条件Ｂ〜Ｄにおいては、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの検出部に対して深さが約１１．５ｍｍの取付溝２１ａ，２１ｂに、それぞれ小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの検出部に対する高さが約１０ｍｍ，７ｍｍのノズル２２ａ，２２ｂを取り付けた場合について示している。すなわち、測定条件Ｂ〜Ｄにおいては、小流量用流速センサ１５ａの近傍に、高さ約１０ｍｍのノズル２２ａを取り付け、一方の小流量用流速センサ１５ｂの近傍には、高さ約７ｍｍのノズル２２ｂを取り付けている。測定条件Ｄにおいては、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの双方のセンサ出力値を同時観測している。測定条件Ｃにおいては、ノズル２２ｂが取り付けられた小流量用流速センサ１５ｂを閉止蓋で閉止することにより、高さ約１０ｍｍのノズル２２ａが取り付けられた小流量用流速センサ１５ａからのセンサ出力値を観測している。測定条件Ｂにおいては、ノズル２２ａが取り付けられた小流量用流速センサ１５ａを閉止蓋で閉止することにより、高さ約７ｍｍのノズル２２ｂが取り付けられた小流量用流速センサ１５ｂからのセンサ出力値を観測している。なお、測定条件Ａ〜Ｄのいずれの場合においても、測定に用いたガス２０は空気であり、配管１０内の流路１３の径は約５６ｍｍである。また、図７に示したセンサ出力値は、微小流量（５リットル／ｈに相当する流量）のガス２０を導入した場合に、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂから出力されたネット（ＮＥＴ）パルスの値を示している。
【００４１】
図７に示した測定結果から、ノズル２２ａ，２２ｂを設けなかった場合には（測定条件Ａ）、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂにおいて微小流量のガス２０の検知ができなかった（センサ出力値が０であった）のに対し、ノズル２２ａ，２２ｂを設けた場合には（測定条件Ｂ〜Ｄ）、少なくとも７パルスを越えるセンサ出力があり、微小流量のガス２０であっても流速の検知が可能となっていることが分かる。このことから、ノズル２２ａ，２２ｂを設けることにより、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂにおける事実上の測定感度が上がっていることが分かる。
【００４２】
また、高さ約１０ｍｍのノズル２２ａが取り付けられた小流量用流速センサ１５ａのセンサ出力値は（測定条件Ｃ）、高さ約７ｍｍのノズル２２ｂが取り付けられた小流量用流速センサ１５ｂのセンサ出力値（測定条件Ｂ）に比べて、約２倍の値となっている。これは、小流量用流速センサ１５ａと小流量用流速センサ１５ｂとを別々に観測した場合においても（測定条件Ｂ，Ｃ）、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを同時に観測した場合においても同様である（測定条件Ｄ）。このことから、ノズル２２ａ，２２ｂの高さ（大きさ）を大きくして、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂが設けられた小流路１４Ａの周辺部分の空間容積を減少させた場合の方が、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂにおける事実上の測定感度を更に向上できるようになることが分かる。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態における流量計によれば、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを配管１０の内壁面に取り付けると共に、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂをそれぞれ整流ストレーナ１４により分割された小流路１４Ａに臨ませ、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの検出部が小流路１４Ａ内の中心部に位置するようにしたので、ガス２０の流れの乱れの影響を受けず、正確で感度の高い計測を行うことができる。また、本実施の形態では、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂおよび大流量用流速センサ１６ａ，１６ｂを配管１０に直接取り付けることができるので、平均流速演算部４１，４２および流量演算部４４が含まれる計測装置本体との間の結線を容易にすることができる。また、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂおよび大流量用流速センサ１６ａ，１６ｂの異常時には流路１３全体を分解せずに、保守を行うことができる。
【００４４】
また、本実施の形態における流量計によれば、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの近傍にノズル２２ａ，２２ｂを設けて小流路１４Ａを通過するガス２０の流速を増加させ、この流速が増加させられたガス２０の流速を小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂにおいて測定するようにしたので、整流ストレーナ１４のみを用いて流速を測定した場合よりも、更に正確で感度の高い計測を行うことができる。また、ノズル２２ａ，２２ｂの先端部５１および後端部５２を流線形状に構成するようにしたので、ガス２０がノズル２２ａ，２２ｂの間に容易に導かれ、ガス２０の流速を増加させ易くできると共に、ノズル２２ａ，２２ｂの間に導かれたガス２０を容易に後端部５２から排出させることができ、後端部５２においてガス２０が澱んでしまうことを防止できる。
【００４５】
更に、本実施の形態における流量計によれば、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂおよびノズル２２ａ，２２ｂを含んで一体構成されたセンサユニット１５０ａ，１５０ｂを小流量用流速センサ挿入部１７ａ，１７ｂに対して着脱可能に構成するようにしたので、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂおよびノズル２２ａ，２２ｂの配管１０への取り付けを簡略化することができる。
【００４６】
以上実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを配管１０の内壁面に取り付け、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂをそれぞれ整流ストレーナ１４により分割された小流路１４Ａに臨ませるようにしたが、この小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを取り付ける位置は、配管１０の内壁面に限らず、整流ストレーナ１４の内部であっても良い。
【００４７】
図９は、図１に示した流量計において小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを設置する位置を変化させた場合におけるセンサ出力特性を示した図である。この特性図では、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを設置する位置を、整流ストレーナ１４の内部方向（ガス２０の進行方向に垂直な方向）に変化させた場合における流量とセンサ出力値との関係を示している。但し、この特性図は、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂの近傍にノズル２２ａ，２２ｂを設けなかった場合について得られた結果であり、測定用のガス２０には空気を用いている。また、配管１０内の流路１３の径は約５６ｍｍである。この図において、符号９１，９２，９３，９４は、それぞれ小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを配管１０の内壁面から整流ストレーナ１４の内部方向に８ｍｍ，１６ｍｍ，１７ｍｍ，２４ｍｍだけ離した位置に配置した場合におけるセンサ出力特性を示している。
【００４８】
図９の特性図から分かるように、整流ストレーナ１４の内部であれば、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを設置する位置を変化させたとしても、その出力値は、ほぼ同一である。このことから、必ずしも小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを取り付ける位置を配管１０の内壁面にしなくとも、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂをそれぞれ整流ストレーナ１４により分割された任意の小流路１４Ａに臨ませ、その検出部を任意の小流路１４Ａ内の中心部に位置するようにすることで、ガス２０の流れの乱れの影響を受けず、正確で感度の高い計測を行うことができるようになることが分かる。但し、上記したように、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを配管１０の内壁面に取り付けた方が、例えば、計測装置本体との間の結線の容易性やセンサ異常時における保守の容易性では優れているため、この観点から、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂを配管１０の内壁面に取り付けた方が望ましい。
【００４９】
また、上記実施の形態においては、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂのそれぞれに、ノズル２２ａ，２２ｂを設けるようにしたが、このノズル２２ａ，２２ｂを、整流ストレーナ１４を完全に貫通するような単体のノズルで構成しても良い。このようにすることで、ノズル２２ａ，２２ｂの場合のように、ノズル２２ａ，２２ｂを別々に整流ストレーナ１４に取り付ける必要がないので、その取り付けを容易にすることが可能となる。
【００５０】
更に、上記実施の形態においては、２つの小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂおよび２つの大流量用流速センサ１６ａ，１６ｂを設けるようにしたが、これらの数は任意である。但し、各流速センサを複数設けた場合には、１の流速センサに異常が発生した場合でも他の流速センサで計測を行うことができるため、信頼性上、各流速センサの数は２以上とすることが望ましい。
【００５１】
また、大流量用計測領域１６を上流側に、小流量用計測領域１５を下流側に形成しても良い。更に、流路１３の断面形状は円形に限らず、半円、楕円、四角等の形状であっても良い。また、小流量用流速センサ１５ａ，１５ｂおよび大流量用流速センサ１６ａ，１６ｂとしては、発熱部と２つの温度センサを有する流速センサに限らず、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。更に、流速センサとして、超音波を利用した超音波センサを用いても良い。また、本発明は、ガス以外の気体、および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可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし９のいずれか１に記載の流量計によれば、配管の流路の長手方向にそって第１の流速センサが設けられる大流量用計測領域と、第２の流速センサが設けられる小流量用計測領域とを設け、更に、小流量用計測領域には、複数の小流路を形成する整流部材を設けると共に、第２の流速センサの設けられた小流路に対応した位置に、この小流路を通過する流体の流速を増加させる流速増加手段を設けるようにしたので、広い流量範囲で正確にガス等の流体流量を測定することができるという効果を奏する。
【００５３】
また、特に、請求項４に記載の流量計によれば、流速増加手段を構成する一対の柱状部材を、流路の上流に向かうに従い、互いの幅が広くなるように第２の流速センサの両脇に立設して構成するようにしたので、一対の柱状部材の間を流体が通過し易くなり、流体の流速を増加させ易くなるという効果を奏する。
【００５４】
また、特に、請求項５に記載の流量計によれば、流速増加手段を構成する一対の柱状部材と第２の流速センサとを一体化してセンサユニットを構成すると共に、センサユニットを配管の壁面に対して着脱可能に構成するようにしたので、一対の柱状部材と第２の流速センサを配管に取り付けることが簡略化されるという効果を奏する。
【００５５】
特に、請求項６に記載の流量計によれば、流速増加手段を第２の流速センサの両脇に立設した一対の柱状部材により構成し、この一対の柱状部材の少なくとも先端部または後端部を流線形状を成すように構成するようにしたので、先端部を流線形状にした場合には、流体が一対の柱状部材の間に容易に導かれ、流体の流速を増加させ易くできると共に、後端部を流線形状にした場合には、一対の柱状部材の間に導かれた流体を容易に後端部から排出させることができ、後端部において流体が澱んでしまうことを防止できるという効果を奏する。
【００５６】
特に、請求項８または９に記載の流量計によれば、第１の流速センサまたは第２の流速センサを複数個設置して、それぞれの流速センサの出力の平均値を測定結果としているため、測定精度が向上すると共に第１の流速センサまたは第２の流速センサの１つに異常が発生したときには、異常が発生していない他の第１の流速センサまたは第２の流速センサにより流量の測定を行うことができるため、信頼性が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流量計の概略構成を表す縦断面図である。
【図２】図１に示した流量計におけるＡ−Ａ線の矢視方向の断面図である。
【図３】図１に示した流量計におけるノズルの詳細な構成の一例を表す斜視図である。
【図４】図１に示した流量計におけるノズルの詳細な構成の一例を表す説明図である。
【図５】図１に示した流量計における整流ストレーナの作用を説明するための図であり、同図（Ａ）は流量計内に整流ストレーナを取り付けた場合の流路内の流速分布、同図（Ｂ）は流量計内に整流ストレーナを取り付けていない場合の流路内の流速分布をそれぞれ表す図である。
【図６】図１に示した流量計の回路構成を表すブロック図である。
【図７】図１に示した流量計の小流量用流速センサにおいて、測定条件を変化させて観測したセンサ出力値の一例を示す説明図である。
【図８】図１に示した流量計におけるノズルの他の構成例を示す説明図である。
【図９】図１に示した流量計において小流量用流速センサを設置する位置を変化させた場合のセンサ出力特性を示す説明図である。
【図１０】従来の流量計の構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１０Ａ流量計
１０配管
１１入口部
１２出口部
１３流路
１４整流ストレーナ（整流部材）
１４Ａ小流路
１５小流量用計測領域
１５ａ，１５ｂ小流量用流速センサ（第２の流速センサ）
１６大流量用計測領域
１６ａ，１６ｂ大流量用流速センサ（第１の流速センサ）
１７ａ，１７ｂ小流量用流速センサ挿入部
１８ａ，１８ｂ大流量用流速センサ挿入部
１９ａ，１９ｂ金網
２０ガス
２１ａ，２１ｂ取付溝
２２ａ，２２ｂノズル（流速増加手段）
２３ａ，２３ｂノズル保持部
１５０ａ，１５０ｂセンサユニット
１５１ａ，１５１ｂセンサ保持部

Claims

流体が通過する一定断面積で直線状の流路を有すると共に、前記流路の長手方向にそって小流量用計測領域および大流量用計測領域が設けられた配管と、
この配管の流路内の小流量用計測領域に設けられると共に、前記流路よりも断面積の小さな複数の小流路を形成する整流部材と、
前記配管の流路内の大流量用計測領域に設けられると共に、この大流量用計測領域を通過する流体の流速に応じた信号を出力する第１の流速センサと、
前記整流部材により形成された複数の小流路のうち前記配管の流路内壁近傍の小流路内に設けられると共に、この小流路を通過する流体の流速に応じた信号を出力する第２の流速センサと、
この第２の流速センサの設けられた小流路に対応した位置に設けられ、この小流路を通過する流体の流速を増加させる流速増加手段と、
流量に応じて、前記第１の流速センサの出力信号と前記第２の流速センサの出力信号の少なくとも一方に基づいて流量を算出する流量演算手段と
を備えたことを特徴とする流量計。
前記流速増加手段は、前記第２の流速センサが設けられた小流路における前記第２の流速センサの周辺の空間容積を減少させることにより、前記小流路を通過する流体の流速を増加させることを特徴とする請求項１記載の流量計。
前記流速増加手段は、前記第２の流速センサの両脇に立設した一対の柱状部材により構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の流量計。
前記流速増加手段を構成する一対の柱状部材は、前記流路の上流に向かうに従い、互いの幅が広くなるように前記第２の流速センサの両脇に立設して構成されていることを特徴とする請求項３記載の流量計。
前記流速増加手段を構成する一対の柱状部材と、前記第２の流速センサとが一体化されてセンサユニットが構成されていると共に、前記センサユニットが前記配管の壁面に対して着脱可能となっていることを特徴とする請求項３または４記載の流量計。
前記流速増加手段を構成する一対の柱状部材は、少なくとも先端部または後端部が流線形状を成していることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１に記載の流量計。
前記流速増加手段を構成する一対の柱状部材は、翼形状の断面を有する柱が立設して構成されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１に記載の流量計。
前記第１の流速センサは前記配管の内壁面に複数設けられると共に、これら複数の第１の流速センサの出力信号より大流量用計測領域における流速の平均値を算出して前記流量演算手段に出力する大流量用計測領域の平均流速演算手段を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載の流量計。
前記第２の流速センサは前記配管の内壁面に小流路に臨む位置に複数設けられると共に、これら複数の第２の流速センサの出力信号より小流量用計測領域における流速の平均値を算出して前記流量演算手段に出力する小流量用計測領域の平均流速演算手段を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載の流量計。