JP4037221B2 - In-pipe flow measurement device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体管内を流れる被計測流体の質量流量を計測するための管内流量計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の管内流量計測装置としては、被計測流体の流れの中に置かれた渦発生体によって発生する渦列、即ちカルマン渦を検出して流量を測定するカルマン渦流量計が知られている。例えば、特開平4−66817号公報は、渦発生体と、この渦発生体に被計測流体の進行方向と直交するように設けられた連通孔と、この連通孔の途中に設けられたマイクロフローセンサとを備えたカルマン渦流量計を開示している。マイクロフローセンサは、例えばシリコン基板上に1つのヒータを設け、このヒータの両側に小さい金属薄膜からなる温度センサを設けたもので、両温度センサによりヒータの両側の温度変化を検出して流体振動の検出信号を得、この信号から被計測流体の流速を計測する体積流量計である。
【0003】
ところが、体積流量を質量流量に変換する場合には、体積流量値を温度や圧力の測定データで補正しなければ算出できない。このため、上記流量計に温度計や圧力計を新たに設置する必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の管内流量計測装置は上述のような構成を有しているので、質量流量を検出するのに必要な温度計や圧力計を渦発生部に近づけると渦の発生に影響を与えて被計測流体の質量流量に誤差が生じるため、ある程度の距離をとって設置する必要があり、装置全体の設置スペースが大きいものとなってしまうという課題があった。また、温度計や圧力計の設置スペースを確保する必要があるため、この点でも装置全体の設置スペースが大きいものとなってしまうという課題があった。さらに、上記流量計および圧力計について個々の配線の引き廻しや設置の準備が必要となり、測定作業等を含めた全体的なコストが高くなるという課題があった。
【0005】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、質量流量を正確に検出できる小型で安価な管内流量計測装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る管内流量計測装置は、流体管に該流体管の径方向に横断するように装着されかつ該流体管内で被計測流体に渦を生じさせる渦発生部を有する装置本体と、該装置本体の渦発生部に前記被計測流体の進行方向と直交する方向に形成されたバイパス流路と、前記装置本体内に形成されかつ前記バイパス流路の長さ方向および前記被計測流体の進行方向と直交する方向から前記バイパス流路の途中に連通する孔と、該孔内に挿入された挿入部材と、該挿入部材の先端に配設されて前記バイパス流路に臨む熱式流速検出素子と、前記被計測流体の温度を検出する流体温度検出素子と、前記挿入部材を前記装置本体の孔に固定する固定部材と、該固定部材に配設された圧力検出素子と、前記の孔に連通し前記被計測流体の圧力を前記圧力検出素子に作用させるように前記固定部材に形成した圧力流路とを備えるように構成したものである。
【0007】
この発明に係る管内流量計測装置は、装置本体に対して熱式流速検出素子、流体温度検出素子および圧力検出素子を着脱自在に配置するように構成したものである。
【0008】
この発明に係る管内流量計測装置は、圧力検出素子を、バイパス流路に連通する圧力流路のうち渦発生部から離れた位置に配設するように構成したものである。
【0009】
この発明に係る管内流量計測装置は、挿入部材の先端に熱式流速検出素子の取付部を溶接固定するように構成したものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による管内流量計測装置の外部構成を示す正面図であり、図2は図1の矢印A方向から見た側面図であり、図3は図2のIII−III線断面図であり、図4は図3に示した管内流量計測装置の各部品構成を示す分解断面図であり、図5は図3のV−V線断面図であり、図6は熱式流速検出素子の内部構成を示す平面図である。
【0011】
図において1は管内流量計測装置(以下、質量流量計という)である。質量流量計1は流体管2内で被計測流体(図示せず)にカルマン渦を生じさせる渦発生部3を有する装置本体4を備えている。装置本体4は、図2および図3に示すように、流体管2の直径よりも長い柱状部材であり、流体管2の壁部に形成された貫通穴2aから流体管2内にその径方向に横断するように挿入されている。なお、流体管2は装置本体4の配設された所定区間を独立分離可能なように両側にフランジ(図示せず)が装着された構成でもよく、また流体管2に直接装置本体4を組み込む構造としてもよい。装置本体4の外周部と流体管2の貫通穴2aとの間には流体管2の密閉性を保持するOリング5が配設されている。また、装置本体4は流体管2に対し固定プレート6により固定されている。
【0012】
装置本体4の渦発生部3には、被計測流体(図示せず)の進行方向(矢印B方向)と直交する方向にバイパス流路7が形成されており、その両端部は開口8となっている。装置本体4内には、バイパス流路7の途中から装置本体4の後端部(図3および図4では上端部)に向けてバイパス流路7の長さ方向(矢印C方向)および被計測流体(図示せず)の進行方向(矢印B方向)と直交する方向(装置本体4の長さ方向)に小径孔(孔)9が形成されている。装置本体4の小径孔9内には、小径孔9の内径よりも僅かに小さい外径を有するパイプ(挿入部材)10が着脱自在に挿入されている。
【0013】
パイプ10の先端部10aには、マイクロフローセンサ(熱式流速検出素子)11を実装するカンパッケージ12の取付部13が溶接固定されている。マイクロフローセンサ11は、図6に示すようにシリコン基板11a上に1つのヒータ11bを設け、このヒータ11bの両側に小さい金属薄膜からなる温度センサ11cおよび11dを設けたもので、両温度センサ11cおよび11dによりヒータ11bの両側の温度変化を検出して流体振動の検出信号を得るものとなっている。このとき、検出回路としては、マイクロフローセンサ11のヒータ11bに駆動電源VHにより所定の電力を供給して一定の温度に加熱する回路と、このヒータ11bの両側の温度センサ11cおよび11dに駆動電源VBにより一定の電圧を加える回路を用意し、両温度センサ11cおよび11dの中点に生じる振動波形の電圧Vを検出し増幅する機能を持つように構成する。この検出回路で得られる検出電圧を演算回路(図示せず)に入力し、単位時間当たりの振動数として計算した上で、予め測定しておいたストローハル数を乗算すれば、その演算結果から流量を測定することが可能である。このようなマイクロフローセンサ11はパイプ10の先端部10aが小径孔9の最深部まで挿入されるため、図5に示すようにバイパス流路7に臨める位置に配設されている。装置本体4の小径孔9内に挿入されたパイプ10は、装置本体4の小径孔9の後方に形成されかつ小径孔9より大きい内径を有する大径孔14に圧入されたシールアダプタ(固定部材)15により固定されている。このシールアダプタ15の上部開口15aには圧力センサ(圧力検出素子)16が螺合されており、下部開口15bには上述のパイプ10の後端部10bが嵌合されている。なお、図6に示すようにシリコン基板11a上には被計測流体(図示せず)の温度を検出する周囲温度センサ(流体温度検出素子)11eが設けられている。
【0014】
バイパス流路7と圧力センサ16との間には、まずバイパス流路7から小径孔9およびシールアダプタ15の下部開口15bの内周面とパイプ10の外周面との間の僅かなクリアランスを通ってシールアダプタ15の内部を貫通する圧力流路17が形成されている。このため、パイプ10の外周面およびシールアダプタ15との間および装置本体4の大径孔14の内周面とシールアダプタ15の外周面との間にはいずれもパイプ10の気密性の保持および圧力流路17の確保を目的としてOリング18および19が配設されている。また、大径孔14とシールアダプタ15は装置本体4の後端部(図3および図4では上端部)の外側面とシールアダプタ15の外側面に螺合されたシールナット20により保持されている。
【0015】
シールアダプタ15の外周面にはマイクロフローセンサ11および圧力センサ16の信号増幅用プリント配線基板21が設けられている。マイクロフローセンサ11の接続線22はパイプ10の内部空間を通ってプリント配線基板21に接続されている。このプリント配線基板21や圧力センサ16を囲む空間は装置本体4の後端部(図3および図4では上端部)外側にOリング23を介して取り付けられた円筒状のケース24により保護されている。ケース24の上端部内側にはOリング25を介してケースアダプタ26が取り付けられており、このケースアダプタ26にはハウジング27が取り付けられている。ハウジング27の内部にはターミナル28が組み立てられており、そのターミナル28にはマイクロフローセンサ11および圧力センサ16からの計測データに基づいて被計測流体(図示せず)の質量流量を演算するプリント配線基板29が配設されている。また、ハウジング27の開口部27aにはカバー30が螺合されており、開口部27aの反対側には被計測流体(図示せず)の質量流量等を表示する表示部31が設けられている。なお、図1に示す32はコンジット接続部である。
【0016】
次に動作について説明する。
まず、バイパス流路7に臨む位置に配設されたマイクロフローセンサ11により被計測流体(図示せず)に関する流体振動の検出信号から流速データおよびマイクロフローセンサ11の周囲温度センサ11eにより被計測流体(図示せず)に関する温度データが得られる。さらに、圧力センサ16によりバイパス流路7から圧力流路17で導かれた被計測流体(図示せず)に関する圧力データが得られる。圧力センサ16を渦発生部3から離れた圧力流路17に設けたので、被計測流体(図示せず)の渦発生に影響を与えることがなく、またカルマン渦の影響を受けていない静圧で圧力を測定することが可能である。次に、被計測流体(図示せず)の流速データを温度データおよび圧力データで補正し、CPU(図示せず)で演算して質量流量が求められる。
【0017】
なお、交換作業等のメンテナンスのために、圧力センサ16を装置本体4から取り外す場合には、ハウジング27とケース24を装置本体4から取り外してから圧力センサ16をシールアダプタ15から取り外すことが可能である。また、交換作業等のメンテナンスのために、マイクロフローセンサ11を装置本体4から取り外す場合には、まず、ハウジング27とケース24を装置本体4から取り外し、シールナット20を取り外してから圧力センサ16と共にシールアダプタ15を装置本体4から取り外すことにより、マイクロフローセンサ11を先端部10aに配設したパイプ10を取り外すことが可能である。
【0018】
以上のように、この実施の形態1によれば、マイクロフローセンサ11を先端部10aに有するパイプ10を装置本体4の小径孔9に固定するシールアダプタ15に圧力センサ16を配設するように構成したので、マイクロフローセンサ11と圧力センサ16とを一体化でき、質量流量計1の小型化を図ることができ、各センサの配線引き廻し作業等が不要となるので、測定作業等を含めた全体的なコストを下げることができるという効果がある。
【0019】
この実施の形態1によれば、流体管2に対して周囲温度センサ11eを含むマイクロフローセンサ11および圧力センサ16を着脱自在に配置するように構成したので、必要に応じて各センサを流体管2から取外すことができ、交換作業等のメンテナンスを容易にすることができるという効果がある。
【0020】
この実施の形態1によれば、圧力センサ16を、バイパス流路7に連通する圧力流路17のうち渦発生部3から離れた位置に配設するように構成したので、圧力センサ16により被計測流体の圧力を静圧で計測することができる。また、圧力センサ16がカルマン渦の発生に影響を与えることがないので、被計測流体の質量流量を正確に計測することができるという効果がある。
【0021】
この実施の形態1によれば、パイプ10の先端部10aにマイクロフローセンサ11を実装するカンパッケージ12の取付部13を溶接固定するように構成したので、被計測流体に対して気密性を保持でき、接続線22などの被計測流体による腐食や酸化の影響を回避することができるという効果がある。
【0022】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、流体管に該流体管の径方向に横断するように装着されかつ該流体管内で被計測流体に渦を生じさせる渦発生部を有する装置本体と、該装置本体の渦発生部に前記被計測流体の進行方向と直交する方向に形成されたバイパス流路と、前記装置本体内に形成されかつ前記バイパス流路の長さ方向および前記被計測流体の進行方向と直交する方向から前記バイパス流路の途中に連通する孔と、該孔内に挿入された挿入部材と、該挿入部材の先端に配設されて前記バイパス流路に臨む熱式流速検出素子と、前記被計測流体の温度を検出する流体温度検出素子と、前記挿入部材を前記装置本体の孔に固定する固定部材と、該固定部材に配設された圧力検出素子と、前記の孔に連通し前記被計測流体の圧力を前記圧力検出素子に作用させるように前記固定部材に形成した圧力流路とを備えるように構成したので、熱式流速検出素子、流体温度検出素子および圧力検出素子とを一体化でき、装置の小型化を図ることができ、各検出素子の配線引き廻し作業等が不要となるので、測定作業等を含めた全体的なコストを下げることができるという効果がある。
【0023】
この発明によれば、流体管に対して熱式流速検出素子、流体温度検出素子および圧力検出素子を着脱自在に配置するように構成したので、必要に応じて検出素子を流体管から取外すことができ、交換作業等のメンテナンスを容易にすることができるという効果がある。
【0024】
この発明によれば、圧力検出素子を、バイパス流路に連通する圧力流路のうち渦発生部から離れた位置に配設するように構成したので、圧力検出素子により被計測流体の圧力を静圧で計測することができる。また、圧力検出素子が渦の発生に影響を与えることがないので、被計測流体の質量流量を正確に計測することができるという効果がある。
【0025】
この発明によれば、挿入部材の先端に熱式流速検出素子の取付部を溶接固定するように構成したので、被計測流体に対して気密性を保持でき、接続線などの被計測流体による腐食や酸化の影響を回避することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による管内流量計測装置の外部構成を示す正面図である。
【図2】図1の矢印A方向から見た側面図である。
【図3】図2のIII−III線断面図である。
【図4】図3に示した管内流量計測装置の各部品構成を示す分解断面図である。
【図5】図3のV−V線断面図である。
【図6】熱式流速検出素子の内部構成を示す平面図である。
【符号の説明】
1 質量流量計(管内流量計測装置)
2 流体管
2a 貫通穴
3 渦発生部
4 装置本体
5 Oリング
6 固定プレート
7 バイパス流路
8 細孔
9 小径孔
10 パイプ(挿入部材)
10a 先端部
10b 後端部
11 マイクロフローセンサ(熱式流速検出素子)
11a シリコン基板
11b ヒータ
11c、11d 温度センサ
11e 周囲温度センサ(流体温度検出素子)
12 カンパッケージ
13 取付部
14 大径孔
15 シールアダプタ(固定部材)
15a 上部開口
15b 下部開口
16 圧力センサ(圧力検出素子)
17 圧力流路
18、19 Oリング
20 シールナット
21 信号増幅用プリント配線基板
22 接続線
23 Oリング
24 ケース
25 Oリング
26 ケースアダプタ
27 ハウジング
28 ターミナル
29 プリント配線基板
30 カバー
31 表示部
32 コンジット接続部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pipe flow rate measuring device for measuring a mass flow rate of a fluid to be measured flowing in a fluid pipe.
[0002]
[Prior art]
As a conventional in-pipe flow rate measuring device, there is known a Karman vortex flowmeter that detects a vortex train generated by a vortex generator placed in a flow of a fluid to be measured, that is, a Karman vortex and measures a flow rate. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-66817 discloses a vortex generator, a communication hole provided in the vortex generator so as to be orthogonal to the traveling direction of the fluid to be measured, and a microflow provided in the middle of the communication hole. A Karman vortex flowmeter with a sensor is disclosed. For example, a microflow sensor is provided with a heater on a silicon substrate, and temperature sensors made of small metal thin films on both sides of the heater. This is a volumetric flowmeter that obtains the detection signal and measures the flow velocity of the fluid to be measured from this signal.
[0003]
However, when the volume flow rate is converted into the mass flow rate, the volume flow rate value cannot be calculated unless the volume flow rate value is corrected with temperature or pressure measurement data. For this reason, it is necessary to newly install a thermometer or a pressure gauge in the flow meter.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional pipe flow rate measuring device has the above-described configuration, if a thermometer or pressure gauge necessary for detecting the mass flow rate is brought close to the vortex generator, the vortex generation is affected. Since an error occurs in the mass flow rate of the fluid to be measured, it is necessary to install it at a certain distance, and there is a problem that the installation space of the entire apparatus becomes large. In addition, since it is necessary to secure an installation space for the thermometer and the pressure gauge, there is a problem that the installation space for the entire apparatus becomes large in this respect as well. Furthermore, the above-described flow meter and pressure gauge require individual wiring and preparation for installation, and there is a problem that the overall cost including measurement work and the like increases.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a small and inexpensive in-pipe flow rate measuring device capable of accurately detecting a mass flow rate.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An in-pipe flow measuring device according to the present invention includes a device main body having a vortex generating unit that is mounted on a fluid pipe so as to cross the radial direction of the fluid pipe and that generates a vortex in the fluid to be measured in the fluid pipe, and the device A bypass channel formed in a direction perpendicular to the traveling direction of the fluid to be measured in a vortex generating portion of the main body; a length direction of the bypass channel formed in the apparatus main body and a traveling direction of the fluid to be measured A hole communicating in the middle of the bypass flow path from a direction orthogonal to the insertion path, an insertion member inserted into the hole, and a thermal flow rate detection element disposed at the tip of the insertion member and facing the bypass flow path A fluid temperature detecting element for detecting the temperature of the fluid to be measured; a fixing member for fixing the insertion member to the hole of the apparatus main body; a pressure detecting element disposed on the fixing member; and communicating with the hole. The pressure of the fluid to be measured is the pressure Out is obtained by configured with said fixed pressure passage formed member so as to act on the device.
[0007]
The in-pipe flow rate measuring apparatus according to the present invention is configured such that a thermal flow rate detecting element, a fluid temperature detecting element, and a pressure detecting element are detachably arranged with respect to the apparatus main body.
[0008]
The in-pipe flow measuring device according to the present invention is configured such that the pressure detection element is disposed at a position away from the vortex generating portion in the pressure channel communicating with the bypass channel.
[0009]
The in-pipe flow rate measuring device according to the present invention is configured to weld and fix the attachment portion of the thermal flow rate detection element to the tip of the insertion member.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below.
1 is a front view showing an external configuration of a pipe flow rate measuring apparatus according to
[0011]
In the figure, 1 is an in-pipe flow measuring device (hereinafter referred to as a mass flow meter). The
[0012]
A
[0013]
An
[0014]
A small clearance between the
[0015]
On the outer peripheral surface of the
[0016]
Next, the operation will be described.
First, the fluid to be measured is detected by the flow velocity data and the ambient temperature sensor 11e of the
[0017]
When removing the
[0018]
As described above, according to the first embodiment, the
[0019]
According to the first embodiment, since the
[0020]
According to the first embodiment, the
[0021]
According to the first embodiment, since the
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an apparatus main body having a vortex generator that is attached to a fluid pipe so as to traverse in the radial direction of the fluid pipe and generates a vortex in the fluid to be measured in the fluid pipe; A bypass channel formed in a direction perpendicular to the direction of travel of the fluid to be measured in the vortex generating portion of the apparatus main body, and the length direction of the bypass channel and the progress of the fluid to be measured formed in the apparatus body A hole communicating in the middle of the bypass flow path from a direction orthogonal to the direction, an insertion member inserted into the hole, and a thermal flow rate detection element disposed at the tip of the insertion member and facing the bypass flow path A fluid temperature detecting element for detecting the temperature of the fluid to be measured, a fixing member for fixing the insertion member to the hole of the apparatus main body, a pressure detecting element disposed on the fixing member, and the hole The pressure of the fluid to be measured is communicated with the pressure sensor. Since the pressure flow path formed in the fixing member is provided so as to act on the element, the thermal flow rate detecting element, the fluid temperature detecting element and the pressure detecting element can be integrated, and the apparatus can be miniaturized. This eliminates the need for wiring work for each detection element, thereby reducing the overall cost including measurement work and the like.
[0023]
According to the present invention, since the thermal flow velocity detecting element, the fluid temperature detecting element, and the pressure detecting element are detachably arranged with respect to the fluid pipe, the detecting element can be removed from the fluid pipe as necessary. This is advantageous in that maintenance such as replacement work can be facilitated.
[0024]
According to the present invention, since the pressure detection element is arranged at a position away from the vortex generator in the pressure channel communicating with the bypass channel, the pressure of the fluid to be measured is statically reduced by the pressure detection element. It can be measured with pressure. Further, since the pressure detection element does not affect the generation of vortices, there is an effect that the mass flow rate of the fluid to be measured can be accurately measured.
[0025]
According to the present invention, since the attachment portion of the thermal flow velocity detection element is welded and fixed to the distal end of the insertion member, airtightness can be maintained with respect to the fluid to be measured, and corrosion due to the fluid to be measured such as a connection line. And the effect of avoiding the effects of oxidation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an external configuration of an in-pipe flow rate measuring apparatus according to
FIG. 2 is a side view as seen from the direction of arrow A in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is an exploded cross-sectional view showing the configuration of each part of the in-pipe flow rate measuring apparatus shown in FIG. 3;
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
FIG. 6 is a plan view showing an internal configuration of a thermal flow rate detection element.
[Explanation of symbols]
1 Mass flow meter (pipe flow measurement device)
2
10a
11a Silicon
12 Can package 13 Mounting
15a
17
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