JP4042863B2 - Multi-vortex flowmeter using mass flow rate as switching point - Google Patents

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Description

本発明は、容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計に関し、詳しくは、二つの流量計の切り替えポイントに関する。   The present invention includes a vortex flowmeter that measures volumetric flow and a thermal flowmeter that measures mass flow, and uses these two flowmeters according to the flow rate of the fluid to be measured flowing through the flow path. Regarding the meter, in detail, it relates to the switching point of the two flow meters.

流管に流れる被測定流体の流量を計測するために、渦流量計や熱式流量計が用いられている。   In order to measure the flow rate of the fluid to be measured flowing in the flow tube, a vortex flow meter or a thermal flow meter is used.

渦流量計は、周知のように、流体の流れの中に渦発生体を配設したとき、所定のレイノルズ数範囲では、渦発生体から単位時間内に発生するカルマン渦の数(渦周波数)が気体、液体に関係なく流量に比例することを利用したもので、この比例定数はストローハル数と呼ばれている。渦検出器としては、熱センサ、歪みセンサ、光センサ、圧力センサ、超音波センサ等が挙げられ、これらは渦による熱変化、揚力変化等を検出することが可能なものになっている。渦流量計は、被測定流体の物性に影響されずに流量を測定できる簡易な流量計であって、気体や流体の流量計測に広く使用されている(例えば特許文献1参照)。   As is well known, when a vortex generator is arranged in a fluid flow, the vortex flowmeter is the number of Karman vortices (vortex frequency) generated from the vortex generator within a unit time within a predetermined Reynolds number range. Is proportional to the flow rate regardless of gas or liquid. This proportionality constant is called the Strouhal number. Examples of the vortex detector include a thermal sensor, a strain sensor, an optical sensor, a pressure sensor, an ultrasonic sensor, and the like, which can detect a thermal change, a lift change, and the like due to the vortex. The vortex flowmeter is a simple flowmeter that can measure the flow rate without being affected by the physical properties of the fluid to be measured, and is widely used for measuring the flow rate of gas or fluid (see, for example, Patent Document 1).

熱式流量計は、感温センサ(流体温度検出センサ)と加熱感温センサ(加熱側温度センサ)とを備えて構成されており、温度センサと加熱センサの機能を有する加熱感温センサ(流速センサ(ヒータ))の温度が感温センサで計測される温度に対して一定の温度差になるように制御されている。これは、被測定流体を流した時にヒータから奪われる熱量が質量流量と相関があるからであって、ヒータに対する加熱電力量から質量流量が算出されるようになっている(例えば特許文献2参照)。   The thermal flow meter includes a temperature sensor (fluid temperature sensor) and a heating temperature sensor (heating temperature sensor), and is a heating temperature sensor (flow velocity) having the functions of a temperature sensor and a heating sensor. The temperature of the sensor (heater) is controlled to be a constant temperature difference with respect to the temperature measured by the temperature sensor. This is because the amount of heat taken away from the heater when the fluid to be measured flows is correlated with the mass flow rate, and the mass flow rate is calculated from the amount of heating power to the heater (see, for example, Patent Document 2). ).

下記特許文献3には、渦流量計の機能と熱式流量計の機能とを兼ね備えてなるマルチ渦流量計の技術が開示されている。マルチ渦流量計は、微少流量から大流量まで精度よく計測することができ、この点が特に他の流量計よりも優れている。   Patent Document 3 listed below discloses a technique for a multi-vortex flow meter that has both the function of a vortex flow meter and the function of a thermal flow meter. The multi-vortex flow meter can accurately measure from a minute flow rate to a large flow rate, and this point is particularly superior to other flow meters.

マルチ渦流量計は、流管の流路を流れる被測定流体の流れの状況に応じて渦流量計の機能と熱式流量計の機能とが使い分けられるようになっている。すなわち、微少流量域や低流量域では、熱式流量計の機能によって計測がなされ、高流量域では、渦流量計の機能によって計測がなされるようになっている。   In the multi-vortex flow meter, the function of the vortex flow meter and the function of the thermal flow meter are selectively used according to the flow state of the fluid to be measured flowing through the flow path of the flow tube. That is, measurement is performed by the function of the thermal flow meter in the minute flow rate region and the low flow rate region, and measurement is performed by the function of the vortex flow meter in the high flow rate region.

渦流量計は、流量が低くなって渦差圧が小さくなると渦検出器の感度が不足してしまうことから、マルチ渦流量計では、所定の下限流量で熱式流量計へ機能を切り替えるような制御がなされている。
特許第2869054号公報 (第3頁、第1図) 特開2004−12220号公報 (第6頁、第4図) 特開2006−29966号公報 (第4−8頁、第1−5図)
In vortex flowmeters, the sensitivity of the vortex detector becomes insufficient when the flow rate decreases and the vortex differential pressure decreases, so the multi-vortex flowmeter switches the function to the thermal flowmeter at a predetermined lower limit flow rate. Control is being made.
Japanese Patent No. 2869054 (Page 3, Fig. 1) JP 2004-12220 A (Page 6, FIG. 4) JP 2006-29966 A (page 4-8, FIG. 1-5)

本願発明者は、流量が低くても流管内の圧力が上昇すると渦差圧が高くなり、これによって流量計の機能を切り替える際の判断基準となる下限流量を下げることが可能であることを見出し、この見出した結果をマルチ渦流量計に反映したいと考えている。本願発明者は、渦流量計の利点を生かすために、できるだけこの渦流量計の機能を用いて流量を測定したいと考えている。   The inventor of the present application has found that, even if the flow rate is low, the vortex differential pressure increases as the pressure in the flow tube increases, and this makes it possible to lower the lower limit flow rate that is a criterion for switching the function of the flow meter. I would like to reflect this finding in the multi-vortex flowmeter. The inventor of the present application wants to measure the flow rate using the function of the vortex flowmeter as much as possible in order to take advantage of the vortex flowmeter.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、質量流量を切り替えポイントに用いてより良いマルチ渦流量計を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and makes it a subject to provide a better multi vortex flowmeter using a mass flow rate as a switching point.

上記課題を解決するためになされた請求項1記載の本発明の質量流量を切り替えポイントに用いるマルチ渦流量計は、容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、前記二つの流量計の切り替えポイントを前記質量流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント質量流量QmをQm=K3*√Pで決定する(但し、P:流路の圧力(変数)、K3:流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、0℃で1atmの密度、及び、1atmの時の圧力、で決まる定数)ことを特徴としている。   The multi-vortex flow meter using the mass flow rate of the present invention as a switching point according to the present invention, which has been made to solve the above problems, comprises a vortex flow meter that measures a volume flow rate and a thermal flow meter that measures a mass flow rate. A multi-vortex flow meter having a configuration in which these two flow meters are selectively used according to the flow rate of the fluid to be measured flowing through the flow path, wherein the switching point of the two flow meters is based on the mass flow rate, and the vortex flow meter The switching point mass flow rate Qm in a range larger than the minimum flow rate of the thermal flow meter and smaller than the maximum flow rate of the thermal flow meter is determined by Qm = K3 * √P (where P: pressure of the flow path (variable), K3: flow path) Area, eddy differential pressure, constant related to vortex differential pressure, constant at 1 ° C. at 0 ° C., and constant at 1 atm).

上記課題を解決するためになされた請求項2記載の本発明の質量流量を切り替えポイントに用いるマルチ渦流量計は、容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、前記二つの流量計の切り替えポイントを前記質量流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント質量流量QmをQm=K4*√(P/T)で決定する(但し、P:流路の圧力(変数)、T:被測定流体の絶対温度(変数)、K4:流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、0℃で1atmの密度、1atmの時の圧力、及び、0℃に相当する絶対温度(273.15K)、で決まる定数)ことを特徴としている。   The multi-vortex flowmeter using the mass flow rate of the present invention as a switching point according to the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, comprises a vortex flow meter that measures the volume flow rate and a thermal flow meter that measures the mass flow rate. A multi-vortex flow meter having a configuration in which these two flow meters are selectively used according to the flow rate of the fluid to be measured flowing through the flow path, wherein the switching point of the two flow meters is based on the mass flow rate, and the vortex flow meter The switching point mass flow rate Qm in a range larger than the minimum flow rate of the thermal flow meter and smaller than the maximum flow rate of the thermal flow meter is determined by Qm = K4 * √ (P / T) (where P: pressure of the flow path (variable), T: Absolute temperature (variable) of the fluid to be measured, K4: Corresponding to the area of the flow path, vortex differential pressure, constant related to the vortex differential pressure, density of 1 atm at 0 ° C., pressure at 1 atm, and 0 ° C. Absolute temperature (273.15 ), Constant determined by) is characterized by.

このような特徴を有する本発明によれば、圧力が加味された上で、或いは圧力と温度とが加味された上で渦流量計の機能から熱式流量計の機能へ、或いは熱式流量計の機能から渦流量計の機能への切り替えが行われるようになる。本発明は、圧力が高い方が渦差圧が上がって、結果、渦流量計の感度が上がり低い流量まで測定をすることが可能になることに着目する。本発明のように切り替えポイントを決定することで、圧力、温度が変動しても最適な(できるだけ低い)流量(流速)により流量計の切り替えを行うことができるようになる。   According to the present invention having such a feature, the function of the vortex flow meter is changed to the function of the thermal flow meter after the pressure is added, or the pressure and the temperature are added, or the thermal flow meter. From this function, the function of the vortex flowmeter is switched. The present invention pays attention to the fact that the higher the pressure, the higher the eddy differential pressure, and as a result, the sensitivity of the vortex flowmeter increases and it is possible to measure to a lower flow rate. By determining the switching point as in the present invention, the flow meter can be switched at an optimal (lowest possible) flow rate (flow velocity) even when the pressure and temperature fluctuate.

本発明によれば、渦流量計の利点を生かした精度の良いマルチ渦流量計を提供することができるという効果を奏する。従って、従来よりもより良いマルチ渦流量計を提供することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to provide a highly accurate multi-vortex flow meter that takes advantage of the vortex flow meter. Therefore, it is possible to provide a better multi-vortex flowmeter than before.

以下、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の質量流量を切り替えポイントに用いるマルチ渦流量計の一実施の形態を示す正面図である。また、図2は図1のA−A線断面図、図3は流量変換器の断面図である。さらに、図4は切り替えポイントの説明に係る図、図5は切り替えポイントの比較説明に係る図である。   Hereinafter, description will be given with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a multi-vortex flowmeter using the mass flow rate of the present invention as a switching point. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the flow rate converter. Further, FIG. 4 is a diagram related to the description of the switching point, and FIG.

図1及び図2において、引用符号1は本発明のマルチ渦流量計を示している。このマルチ渦流量計1は、渦流量計の機能と熱式流量計の機能とを兼ね備えるように構成されている。また、マルチ渦流量計1は、後述するが、二つの流量計の切り替えポイントを決定し、この決定した切り替えポイントに基づいて流量計の機能が切り替わるように構成されている。マルチ渦流量計1は、測定用取付配管2、圧力計3、測定管4、渦発生体5、及び渦検出器6を有する渦式検出手段7と、感温センサ8及び加熱感温センサ9を有する熱式検出手段10と、渦式検出手段7及び熱式検出手段10からの出力信号に基づいて被測定流体(図示省略)の流速又は流量を算出する流量変換器11とを備えて構成されている。以下、先ず各構成について図1ないし図3を参照しながら説明し、次に二つの流量計の切り替えポイントについて説明をする。   1 and 2, reference numeral 1 indicates a multi-vortex flowmeter of the present invention. The multi-vortex flow meter 1 is configured to have both the function of a vortex flow meter and the function of a thermal flow meter. As will be described later, the multi-vortex flow meter 1 is configured to determine a switching point between two flow meters and switch the function of the flow meter based on the determined switching point. The multi-vortex flow meter 1 includes a vortex detection means 7 having a measurement mounting pipe 2, a pressure gauge 3, a measurement pipe 4, a vortex generator 5, and a vortex detector 6, a temperature sensor 8 and a heating temperature sensor 9. And a flow rate converter 11 for calculating a flow rate or a flow rate of a fluid to be measured (not shown) based on output signals from the vortex type detection unit 7 and the thermal type detection unit 10. Has been. In the following, each configuration will be described first with reference to FIGS. 1 to 3, and then switching points of the two flow meters will be described.

測定用取付配管2は、流管12の中間に着脱自在に取り付けられて(流管12の中間に限らず、端部に取り付けても可)、この内部に流路13を形成する例えば図示のような筒状の構造体として形成されている。測定用取付配管2の両端には、それぞれ継ぎ手が形成されている。このような測定用取付配管2の外部には、流量変換器11が適宜手段で固定されている。測定用取付配管2に形成される流路13は、断面円形状に形成されている。この流路13には、被測定流体が矢印方向に流れるようになっている。   The measurement attachment pipe 2 is detachably attached to the middle of the flow pipe 12 (not limited to the middle of the flow pipe 12 but may be attached to the end), and the flow path 13 is formed in the inside thereof. It is formed as such a cylindrical structure. Joints are formed at both ends of the measurement mounting pipe 2. The flow rate converter 11 is fixed to the outside of the measurement mounting pipe 2 by appropriate means. The flow path 13 formed in the measurement mounting pipe 2 has a circular cross section. A fluid to be measured flows in the flow path 13 in the direction of the arrow.

流路13の中間には、測定管4や、感温センサ8及び加熱感温センサ9が設けられている。また、これら測定管4等の上流側で且つ測定管4の近傍には、圧力計測部14が形成されている(配置は一例であるものとする)。この圧力計測部14には、圧力計3が収納されるような状態で取り付けられている。圧力計測部14は、圧力計3を収納する部分と、流路13を流れる被測定流体の一部を導入する部分とを有している。圧力計3は、流路13を流れる被測定流体の圧力を計測するためのものであって、ここでは公知の圧力計が用いられている(但し流量変換器11に対応可能なものとする)。圧力計3は、流量変換器11に対し一体化するように取り付けられている。圧力計3は、渦検出器6や感温センサ8及び加熱感温センサ9に対して若干上流側に離れた位置で流量変換器11に対し一体化されている。   A measuring tube 4, a temperature sensor 8, and a heating temperature sensor 9 are provided in the middle of the flow path 13. In addition, a pressure measurement unit 14 is formed on the upstream side of the measurement tube 4 and the like and in the vicinity of the measurement tube 4 (the arrangement is an example). The pressure measuring unit 14 is attached in such a state that the pressure gauge 3 is accommodated. The pressure measurement unit 14 has a part for housing the pressure gauge 3 and a part for introducing a part of the fluid to be measured flowing through the flow path 13. The pressure gauge 3 is for measuring the pressure of the fluid to be measured flowing through the flow path 13, and here, a known pressure gauge is used (however, the pressure gauge 3 can be used for the flow rate converter 11). . The pressure gauge 3 is attached to the flow rate converter 11 so as to be integrated. The pressure gauge 3 is integrated with the flow rate converter 11 at a position slightly upstream from the vortex detector 6, the temperature sensor 8, and the heating temperature sensor 9.

測定管4は、管断面が四角形状となる筒状に形成されている(形状は一例であるものとする)。測定管4は、被測定流体が流れる矢印方向に沿って伸びるように形成されている。測定管4の被測定流体が流れる部分には、渦発生体5と、この渦発生体5の下流側に位置する後述の受圧板15とが設けられている。測定管4の外部には、感温センサ8及び加熱感温センサ9の先端を保持する温度センサ保持部16が設けられている(本形態では一体であるが、この限りでないものとする)。測定管4は、連結筒部17を介して渦検出器6に固定されている。本形態において、測定管4を連結した渦検出器6は、測定用取付配管2に対して着脱自在となるように取り付けられている。   The measuring tube 4 is formed in a cylindrical shape having a rectangular tube cross section (the shape is an example). The measuring tube 4 is formed so as to extend along the arrow direction in which the fluid to be measured flows. A vortex generator 5 and a pressure receiving plate 15 (described later) located on the downstream side of the vortex generator 5 are provided at a portion of the measurement tube 4 where the fluid to be measured flows. Outside the measuring tube 4, a temperature sensor holding unit 16 is provided to hold the tips of the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 (in this embodiment, it is integrated, but not limited to this). The measurement tube 4 is fixed to the vortex detector 6 via the connecting cylinder portion 17. In this embodiment, the vortex detector 6 connected to the measurement tube 4 is attached to the measurement attachment pipe 2 so as to be detachable.

渦発生体5は、測定管4の内部に渦を発生させるための部分であって、被測定流体の流れに対向するように、この形状が設定されている。渦発生体5は、本形態において、三角柱形状に形成されている(形状は一例であるものとする。特許文献1の特許第2869054号公報には幾つかの例が開示されている)。渦発生体5は、測定管4の被測定流体が流入する側の開口部分に設けられている。渦発生体5は、測定管4の開口部分中央に位置するように設けられている。   The vortex generator 5 is a part for generating a vortex inside the measurement tube 4 and is configured to face the flow of the fluid to be measured. In this embodiment, the vortex generator 5 is formed in a triangular prism shape (the shape is an example. Japanese Patent No. 2869054 of Patent Document 1 discloses several examples). The vortex generator 5 is provided in the opening portion of the measuring tube 4 on the side into which the fluid to be measured flows. The vortex generator 5 is provided so as to be located at the center of the opening of the measurement tube 4.

ここで、渦発生体5により生じる渦について説明する。渦は、測定管4の上記開口部分に流入する被測定流体が渦発生体5に沿って流れる流れによって生じる運動量変化の大きい位置から剥離するもので、渦発生体5の断面が本形態のように三角形状の場合は、三角形エッジ部が剥離点となる。渦発生体5から剥離し流出する渦は、カルマンの安定渦条件に従って、千鳥状に交互に発生し、一定の渦間距離及び渦列間距離を保った渦列を形成しながら流出する。渦間距離は、単位時間当たりに発生する渦の数、すなわち、渦周波数と、所定時間内に、例えば、基準タンク等の基準容器に流入した流体から求めた流量に基づいて算出された単位時間当たりの流速とから求めることができる。   Here, the vortex generated by the vortex generator 5 will be described. The vortex is separated from the position where the change in momentum generated by the flow of the fluid to be measured flowing into the opening portion of the measuring tube 4 along the vortex generator 5 is large, and the cross section of the vortex generator 5 is like this embodiment. In the case of a triangular shape, the triangular edge portion becomes the peeling point. The vortices that peel off and flow out of the vortex generator 5 are alternately generated in a staggered manner according to Karman's stable vortex condition, and flow out while forming a vortex array that maintains a constant vortex distance and vortex string distance. The distance between the vortices is the unit time calculated based on the number of vortices generated per unit time, that is, the vortex frequency and the flow rate obtained from the fluid flowing into the reference container such as the reference tank within a predetermined time. It can be obtained from the hit flow rate.

温度センサ保持部16は、測定管4の下壁から水平方向に、言い換えれば測定管4の両側壁からそれぞれ突出するように形成されている。温度センサ保持部16は、特に限定するものではないが、平面視の形状が三角形となるように形成されている。温度センサ保持部16は、測定管4に恰もヒレがあるような形状に形成されている。このような温度センサ保持部16には、感温センサ8、加熱感温センサ9の各先端が真っ直ぐに差し込まれるようになっている。   The temperature sensor holding part 16 is formed so as to protrude from the lower wall of the measurement tube 4 in the horizontal direction, in other words, from both side walls of the measurement tube 4. The temperature sensor holding part 16 is not particularly limited, but is formed so that the shape in plan view is a triangle. The temperature sensor holding part 16 is formed in a shape in which the measuring tube 4 has a fin. The tip of each of the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 is inserted straight into the temperature sensor holding unit 16.

渦検出器6は、渦検出のためのセンサであって、ここでは受圧センサが用いられている。渦検出器6は、測定管4内の渦発生体5の下流側に配置される受圧板(センサ受圧板)15と、渦検出器6内部に設けられる圧力検出素子板とを有しており、渦発生体5により生じるカルマン渦に基づく変動圧力(交番圧力)を受圧板15を介して圧力検出素子板により検出するように構成されている。渦検出器6は、本形態において、流量変換器11に対し一体化するように取り付けられている。   The vortex detector 6 is a sensor for detecting vortices, and a pressure receiving sensor is used here. The vortex detector 6 includes a pressure receiving plate (sensor pressure receiving plate) 15 disposed on the downstream side of the vortex generator 5 in the measurement tube 4 and a pressure detection element plate provided inside the vortex detector 6. The fluctuating pressure (alternating pressure) based on the Karman vortex generated by the vortex generator 5 is detected by the pressure detecting element plate via the pressure receiving plate 15. In this embodiment, the vortex detector 6 is attached so as to be integrated with the flow rate converter 11.

渦式検出手段7は、測定用取付配管2内を流動する被測定流体の流速又は流量を求めるために設けられている。測定用取付配管2内を流動する被測定流体の流速又は流量は、測定管4内を流れる被測定流体の流速又は流量を、測定用取付配管2の部分流速又は部分流量として算出することにより求められるようになっている。これは、測定用取付配管2の管断面の全体ではなく、この一部について測定しても流れが均一ならば全体流量を推定することができることに基づくものである。すなわち、直管を流れる整流された流体の流速分布は、レイノルズ数の関数として与えられるので、測定用取付配管2の中心部から或る距離の位置での流速を測定用取付配管2内の平均流速に換算することができるものである。   The vortex detection means 7 is provided for obtaining the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured flowing in the measurement mounting pipe 2. The flow rate or flow rate of the fluid to be measured flowing in the measurement mounting pipe 2 is obtained by calculating the flow rate or flow rate of the fluid to be measured flowing in the measurement pipe 4 as the partial flow rate or partial flow rate of the measurement mounting pipe 2. It is supposed to be. This is based on the fact that the entire flow rate can be estimated if the flow is uniform even if a part of the pipe section of the measurement mounting pipe 2 is measured instead of the whole pipe cross section. That is, since the flow velocity distribution of the rectified fluid flowing through the straight pipe is given as a function of the Reynolds number, the flow velocity at a certain distance from the center of the measurement mounting pipe 2 is averaged in the measurement mounting pipe 2. It can be converted into a flow rate.

熱式検出手段10を構成する感温センサ8及び加熱感温センサ9は、共に公知のものが用いられている。尚ここでは、具体的な構成についての説明を省略するものとする。本形態の感温センサ8は、棒状の温度センサであり、同じく棒状の加熱感温センサ9は、温度センサと加熱センサの機能を有する流速センサ(ヒータ)であるものとする。感温センサ8及び加熱感温センサ9は、本形態において、流量変換器11に対し一体化するように取り付けられている。   As the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 constituting the thermal detection means 10, known ones are used. Here, the description of the specific configuration is omitted. The temperature sensor 8 of this embodiment is a rod-shaped temperature sensor, and the rod-shaped heating temperature sensor 9 is also a flow rate sensor (heater) having functions of a temperature sensor and a heating sensor. In this embodiment, the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 are attached to the flow rate converter 11 so as to be integrated.

感温センサ8及び加熱感温センサ9は、測定用取付配管2の流路13に突出しており、最先端部分が温度センサ保持部16によって保持されている。感温センサ8及び加熱感温センサ9の各感温部分は、測定管4の近傍に配置されている。感温センサ8及び加熱感温センサ9は、渦検出器6と共に横一列に並んで配置されている(配置は一例であるものとする。渦検出に影響を来さないように配置すれば他でもよいものとする)。尚、感温センサ8及び加熱感温センサ9の各感温部分を温度センサ保持部16から更に流路13の中央に突出させるように長くしてもよいものとするのとする(外部から測定用取付配管2に伝わる熱の作用を避けるため)。   The temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 protrude into the flow path 13 of the measurement mounting pipe 2, and the most advanced part is held by the temperature sensor holding part 16. Each temperature sensing part of the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 is arranged in the vicinity of the measuring tube 4. The temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 are arranged side by side with the vortex detector 6 (the arrangement is an example. If the arrangement is made so as not to affect the vortex detection, the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 may be different. But shall be fine). It should be noted that each temperature sensing part of the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 may be elongated so as to protrude further from the temperature sensor holding part 16 to the center of the flow path 13 (measured from the outside). To avoid the effect of heat transmitted to the mounting pipe 2).

流量変換器11は、変換器ケース18を有している。この変換器ケース18の内部には、マイクロコンピュータ等の構成を有するアンプボード19が設けられている。アンプボード19には、圧力計3の伝送線20と、感温センサ8及び加熱感温センサ9の各リードと、渦検出器6の伝送線21とが接続されている(図3中の感温センサ8及び加熱感温センサ9の配置を便宜上変えて図示している。実際には90°回転した位置に配置される。渦検出器6の伝送線21と共に図3の紙面直角方向に並ぶように配置される)。   The flow rate converter 11 has a converter case 18. Inside the converter case 18, an amplifier board 19 having a configuration such as a microcomputer is provided. The amplifier board 19 is connected to the transmission line 20 of the pressure gauge 3, the leads of the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9, and the transmission line 21 of the vortex detector 6 (sensation in FIG. 3). The arrangement of the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 is changed for convenience, and is actually arranged at a position rotated by 90 °, and aligned with the transmission line 21 of the vortex detector 6 in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Arranged).

感温センサ8及び加熱感温センサ9と伝送線20及び21は、変換器ケース18の内部に引き込まれている。感温センサ8及び加熱感温センサ9と伝送線20及び21は、外部に露出することなく変換器ケース18の内部に引き込まれている。感温センサ8及び加熱感温センサ9と、圧力計3と、渦検出器6と、アンプボード19は、流量計測部及び流量演算部としての機能を有している。   The temperature sensor 8, the heating temperature sensor 9, and the transmission lines 20 and 21 are drawn into the converter case 18. The temperature sensor 8, the heating temperature sensor 9, and the transmission lines 20 and 21 are drawn into the converter case 18 without being exposed to the outside. The temperature sensor 8, the heating temperature sensor 9, the pressure gauge 3, the vortex detector 6, and the amplifier board 19 have functions as a flow rate measurement unit and a flow rate calculation unit.

変換器ケース18の開口部分には、スイッチボード22やディスプレイボード23を有する変換器カバー24がパッキン(符号省略)を挟んだ状態で取り付けられている。変換器ケース18の一側壁には、伝送ケーブル25が接続されている。   A converter cover 24 having a switch board 22 and a display board 23 is attached to the opening of the converter case 18 with a packing (not shown) interposed therebetween. A transmission cable 25 is connected to one side wall of the converter case 18.

上記構成及び構造において、本発明のマルチ渦流量計1は、測定用取付配管2の流路13を流れる被測定流体の流れの状況に応じて、すなわち後述する切り替えポイントに基づいて、渦流量計の機能と熱式流量計の機能とが使い分けられるようになっている。具体的に、微少流量域や低流量域では、熱式流量計の機能によって計測がなされ、高流量域では、渦流量計の機能によって計測がなされるようになっている(できるだけ渦流量計の機能によって計測がなされるようになっている)。   In the above-described configuration and structure, the multi-vortex flow meter 1 of the present invention is a vortex flow meter according to the state of the flow of the fluid to be measured flowing through the flow path 13 of the measurement mounting pipe 2, that is, based on the switching point described later. The function of the thermal flow meter can be used properly. Specifically, measurement is performed by the function of the thermal flow meter in the minute flow range and low flow region, and measurement is performed by the function of the vortex flow meter in the high flow region (as much as possible of the vortex flow meter). Measurement is made by function).

本発明のマルチ渦流量計1は、熱式流量計の機能における高流量域計測と、渦流量計の機能における低流量域計測とがある程度ラップするようになっており、このラップする範囲において切り替えポイントが決定され、そして、決定された切り替えポイントに基づいて流量変換器11で切り換えが行われるようになっている(切り替えポイントについては後述する)。   The multi-vortex flow meter 1 of the present invention is designed to wrap to some extent the high flow rate measurement in the function of the thermal flow meter and the low flow rate measurement in the function of the vortex flow meter. A point is determined, and switching is performed by the flow rate converter 11 based on the determined switching point (the switching point will be described later).

先ず、微少流量域や低流量域を計測する際の作用、すなわち、熱式流量計の機能によって計測を行う場合の作用を説明する。加熱感温センサ9は、感温センサ8で検出された温度に基づいて流量計測を行う。すなわち、流量変換器11における流量計測部及び流量演算部では、感温センサ8と加熱感温センサ9との温度差が一定(例えば+30℃)になるように、加熱感温センサ9を加熱する(電流を流す)とともに、この加熱に係る電流値から質量流量を算出する。算出された質量流量は、所定の単位に換算された後に、変換器カバー24の上部に設けられた表示部に表示、又は伝送ケーブル25で送信されて図示しない表示装置に表示される。   First, an operation when measuring a minute flow rate region or a low flow rate region, that is, an operation when measuring by the function of a thermal flow meter will be described. The heating temperature sensor 9 measures the flow rate based on the temperature detected by the temperature sensor 8. That is, in the flow rate measurement unit and the flow rate calculation unit in the flow rate converter 11, the heating temperature sensor 9 is heated so that the temperature difference between the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 is constant (for example, + 30 ° C.). (Make the current flow) and calculate the mass flow rate from the current value related to this heating. The calculated mass flow rate is converted into a predetermined unit, and then displayed on a display unit provided on the upper portion of the converter cover 24 or transmitted by the transmission cable 25 and displayed on a display device (not shown).

上記質量流量の算出について補足説明をすると、被測定流体(図示省略)を矢印方向に流したときに、加熱感温センサ9は被測定流体によって冷やされる。感温センサ8との温度差を一定に制御するためには、さらに加熱感温センサ9に電流を流す必要がある。この時、加熱感温センサ9に流れる電流は、質量流量に比例することが知られており、これを利用して質量流量が算出される。   As a supplementary explanation of the calculation of the mass flow rate, the heating temperature sensor 9 is cooled by the fluid to be measured when the fluid to be measured (not shown) is flowed in the direction of the arrow. In order to control the temperature difference with the temperature sensor 8 to be constant, it is necessary to further pass a current through the heating temperature sensor 9. At this time, it is known that the current flowing through the heating temperature sensor 9 is proportional to the mass flow rate, and the mass flow rate is calculated using this.

次に、渦流量計の機能によって計測を行う場合の作用を説明する。渦発生体5により生じるカルマン渦に基づく変動圧力(交番圧力)を受圧板15及び圧力検出素子板において検出する。そして、渦検出器6における検出値から測定管4内を流れる被測定流体の流速又は流量を、測定用取付配管2の部分流速又は部分流量として算出し、測定用取付配管2内を流れる被測定流体の流速又は流量(容積流量)を算出する。算出された流速又は流量は、所定の単位に換算された後に、変換器カバー24の上部に設けられた表示部に表示、又は伝送ケーブル25で送信されて図示しない表示装置に表示される。   Next, the operation in the case of performing measurement by the function of the vortex flow meter will be described. Fluctuating pressure (alternating pressure) based on Karman vortices generated by the vortex generator 5 is detected by the pressure receiving plate 15 and the pressure detecting element plate. Then, the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured flowing in the measurement pipe 4 from the detection value in the vortex detector 6 is calculated as the partial flow velocity or partial flow rate of the measurement attachment pipe 2, and the measurement target flowing in the measurement attachment pipe 2 is obtained. Calculate the flow rate or flow rate (volume flow rate) of the fluid. The calculated flow velocity or flow rate is converted into a predetermined unit, and then displayed on a display unit provided on the upper portion of the converter cover 24 or transmitted by the transmission cable 25 and displayed on a display device (not shown).

流量変換器11において行われる流量計の機能に係る切り換えに関しては、圧力計3からの測定値が流量変換器11に取り込まれ、この取り込まれた測定値が加味されて切り替えポイントが決定された上で、熱式流量計の機能から渦流量計の機能へ、或いは渦流量計の機能から熱式流量計の機能への切り替えが行われるようになっている。   Regarding the switching related to the function of the flow meter performed in the flow rate converter 11, the measured value from the pressure gauge 3 is taken into the flow rate converter 11, and the switching point is determined in consideration of the taken measured value. Therefore, switching from the function of the thermal flow meter to the function of the vortex flow meter or from the function of the vortex flow meter to the function of the thermal flow meter is performed.

切り替えポイントについて説明する。   The switching point will be described.

渦差圧ΔPは次のような関係がある。
ΔP=K*ρ*V
この式を変形すると、
=ΔP/(K*ρ)…(1)
となる。

V:流速
ΔP:渦差圧
ρ:密度
K:定数
The vortex differential pressure ΔP has the following relationship.
ΔP = K * ρ * V 2
If this equation is transformed,
V 2 = ΔP / (K * ρ) (1)
It becomes.

V: flow velocity ΔP: vortex differential pressure ρ: density K: constant

<切り替えポイントの算出1>
質量流量で切り替えを行う(圧力のみを変数とした場合)。

質量流量Qmは、
Qm=π*R*V*ρ…(2)
という関係がある。

Qm:質量流量
R:流路13の半径
<Calculation of switching points 1>
Switch by mass flow (when only pressure is a variable).

The mass flow rate Qm is
Qm = π * R 2 * V * ρ (2)
There is a relationship.

Qm: mass flow rate R: radius of the flow path 13

ρ=ρ0*P/P0…(3)

ρ0:0℃で1atmの密度
P:絶対圧力[Mpaabs]
P0:1atmの圧力≒0.10133[Mpaabs]
ρ = ρ0 * P / P0 (3)

ρ0: density of 1 atm at 0 ° C. P: absolute pressure [Mpaabs]
P0: 1 atm pressure ≈ 0.10133 [Mpaabs]

(2)式を(1)式に代入すると、
{Qm/(π*R*ρ)}=ΔP/(K*ρ)
となる。
左辺をQmとなるように整理すると、
Qm=π*R*ρ*√{ΔP/(K*ρ)}
となる。
この式を書き換えると、
Qm=π*R*√(ΔP*ρ/K)…(4)
となる。
Substituting equation (2) into equation (1),
{Qm / (π * R 2 * ρ)} 2 = ΔP / (K * ρ)
It becomes.
If you arrange the left side to be Qm,
Qm = π * R 2 * ρ * √ {ΔP / (K * ρ)}
It becomes.
Rewriting this formula,
Qm = π * R 2 * √ (ΔP * ρ / K) (4)
It becomes.

(4)式に(3)式を代入すると、
Qm=π*R*√(ΔP*ρ0*P/P0/K)
となる。
さらに整理すると、
Qm=π*R*√(ΔP*ρ0/P0/K)*√P…(5)
となる。
Substituting (3) into (4),
Qm = π * R 2 * √ (ΔP * ρ0 * P / P0 / K)
It becomes.
Further organizing
Qm = π * R 2 * √ (ΔP * ρ0 / P0 / K) * √P (5)
It becomes.

ここで、K3=π*R*√(ΔP*ρ0/P0/K)とすると、
(5)式は、
Qm=K3*√P…(6)
となり、この関数が切り替えポイント(切り替えポイント質量流量Qm)となる。
Here, if K3 = π * R 2 * √ (ΔP * ρ0 / P0 / K),
Equation (5) is
Qm = K3 * √P (6)
This function becomes the switching point (switching point mass flow rate Qm).

<切り替えポイントの算出2>
質量流量で切り替えを行う(圧力・温度を変数とした場合)。

質量流量Qmは、上記の如く、
Qm=π*R*√(ΔP*ρ/K)…(4)
という関係がある。

密度ρは、
ρ=ρ0*P/P0*T0/T…(7)
という関係がある。

T:絶対温度[K]
T0:0℃に相当する絶対温度≒273.15[K]
<Calculation of switching points 2>
Switch by mass flow (when pressure and temperature are variables).

The mass flow rate Qm is
Qm = π * R 2 * √ (ΔP * ρ / K) (4)
There is a relationship.

The density ρ is
ρ = ρ0 * P / P0 * T0 / T (7)
There is a relationship.

T: Absolute temperature [K]
T0: absolute temperature corresponding to 0 ° C.≈273.15 [K]

(4)式に(7)式を代入すると、
Qm=π*R*√(ΔP*ρ0*P/P0*T0/T/K)
となる。
さらに整理すると、
Qm=π*R*√(ΔP*ρ0/P0*T0/K)*√(P/T)…(8)
となる。
Substituting equation (7) into equation (4),
Qm = π * R 2 * √ (ΔP * ρ0 * P / P0 * T0 / T / K)
It becomes.
Further organizing
Qm = π * R 2 * √ (ΔP * ρ0 / P0 * T0 / K) * √ (P / T) (8)
It becomes.

ここで、K4=π*R*√(ΔP*ρ0/P0*T0/K)とすると、
(8)式は、
Qm=K4*√(P/T)…(9)
となり、この関数が切り替えポイント(切り替えポイント質量流量Qm)となる。
Here, if K4 = π * R 2 * √ (ΔP * ρ0 / P0 * T0 / K),
Equation (8) is
Qm = K4 * √ (P / T) (9)
This function becomes the switching point (switching point mass flow rate Qm).

図4において、縦軸を質量流量[NL/min](便宜上、ノルマル流量の単位(温度・圧力の基準値をそれぞれ0℃、1atmとしたもの)で示す)、横軸を圧力[Mpaabs]としたグラフには、切り替えポイント(太実線:右上がりの曲線)、渦流量計の最小流量(一点鎖線:右上がりの曲線)、熱式流量計の最大流量(破線:横軸に平行な直線)の各ラインがプロットされている。図4に示される切り替えポイント(太実線)は、渦流量計の最小流量(一点鎖線)より大きく熱式流量計の最大流量(破線)より小さくなっているが、本発明によれば、上記の切り替えポイントの算出によると、切り替えポイント(太実線)が渦流量計の最小流量(一点鎖線)の近傍でこれに添うように決定されている。従って、このような切り替えポイント(太実線)によってグラフからも分かるように、本発明では、できるだけ渦流量計の機能を用いて流量を測定することができるようになる。   In FIG. 4, the vertical axis represents mass flow rate [NL / min] (for convenience, the unit of normal flow rate (temperature and pressure reference values are set to 0 ° C. and 1 atm, respectively), and the horizontal axis represents pressure [Mpaabs]. The graph shows the switching point (thick solid line: upward curve), the minimum flow rate of the vortex flowmeter (dashed line: upward curve), the maximum flow rate of the thermal flowmeter (dashed line: straight line parallel to the horizontal axis) Each line is plotted. The switching point (bold solid line) shown in FIG. 4 is larger than the minimum flow rate (dashed line) of the vortex flow meter and smaller than the maximum flow rate (dashed line) of the thermal flow meter. According to the calculation of the switching point, the switching point (thick solid line) is determined to follow the minimum flow rate (dashed line) of the vortex flowmeter. Therefore, as can be seen from the graph by such a switching point (thick solid line), in the present invention, the flow rate can be measured using the function of the vortex flowmeter as much as possible.

尚、比較のために図5を参照しながら説明をすると、図5のグラフでは切り替えポイント(太実線)が固定されている。切り替えポイント(太実線)は、渦流量計の最小流量(一点鎖線)より大きく熱式流量計の最大流量(破線)より小さくなることが必要であることから、切り替えポイント(太実線)を固定する場合には、熱式流量計の最大流量(破線)の近傍でこれに添うように真っ直ぐに決定されるようになる。従って、渦流量計で測定できるところでも熱式流量計で測定しなければならないことになる。一般的に熱式流量計は、渦流量計よりも精度面で劣ることが知られていることから、切り替えポイント(太実線)を固定する場合には、精度面に影響が少なからずともでてしまうことになる。本発明では、この点が解消されることになる。   For comparison, the description will be made with reference to FIG. 5. In the graph of FIG. 5, the switching point (thick solid line) is fixed. Since the switching point (thick solid line) needs to be larger than the minimum flow rate (dashed line) of the vortex flowmeter and smaller than the maximum flow rate (dashed line) of the thermal flow meter, the switching point (thick solid line) is fixed. In this case, it is determined straightly so as to follow the maximum flow rate (broken line) of the thermal flow meter. Therefore, it is necessary to measure with a thermal flow meter even where it can be measured with a vortex flow meter. In general, thermal flow meters are known to be inferior to vortex flow meters in terms of accuracy, so fixing the switching point (thick solid line) has a significant impact on accuracy. Will end up. In the present invention, this point is solved.

以上、図1ないし図5を参照しながら説明してきたように、本発明によれば、渦流量計の利点を生かした精度の良いマルチ渦流量計1を提供することができるようになる。言い換えれば、従来よりもより良いマルチ渦流量計1を提供することができるようになる。   As described above with reference to FIGS. 1 to 5, according to the present invention, it is possible to provide a highly accurate multi-vortex flow meter 1 that takes advantage of the vortex flow meter. In other words, a better multi-vortex flow meter 1 can be provided than before.

圧力が高い方が渦差圧が上がり、結果、渦流量計の感度が上がるようになる。従って、圧力を加味すれば、或いは圧力と温度とを加味すれば、低い流量まで測定をすることができるようになる。この時、本発明の切り替えポイントが有用になる。本発明のように切り替えポイントを決定することで、圧力、温度が変動しても最適な(できるだけ低い)流量(流速)により流量計の切り替えを行うことができるようになる。   The higher the pressure, the higher the eddy differential pressure, resulting in higher sensitivity of the vortex flowmeter. Therefore, if the pressure is taken into account or the pressure and the temperature are taken into account, it becomes possible to measure to a low flow rate. At this time, the switching point of the present invention is useful. By determining the switching point as in the present invention, the flow meter can be switched at the optimum (lowest possible) flow rate (flow velocity) even if the pressure and temperature fluctuate.

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。   In addition, it goes without saying that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

本発明の質量流量を切り替えポイントに用いるマルチ渦流量計の一実施の形態を示す正面図である。It is a front view which shows one Embodiment of the multi vortex flowmeter which uses the mass flow rate of this invention for a switching point. 図1のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 流量変換器の断面図である。It is sectional drawing of a flow rate converter. 切り替えポイントの説明に係る図である。It is a figure which concerns on description of a switching point. 切り替えポイントの比較説明に係る図である。It is a figure which concerns on the comparison description of a switching point.

符号の説明Explanation of symbols

1 マルチ渦流量計
2 測定用取付配管
3 圧力計
4 測定管
5 渦発生体
6 渦検出器
7 渦式検出手段
8 感温センサ
9 加熱感温センサ
10 熱式検出手段
11 流量変換器
12 流管
13 流路
14 圧力計測部
15 受圧板
16 温度センサ保持部
17 連結筒部
18 変換器ケース
19 アンプボード
20、21 伝送線
22 スイッチボード
23 ディスプレイボード
24 変換器カバー
25 伝送ケーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi vortex flowmeter 2 Measurement installation piping 3 Pressure gauge 4 Measurement tube 5 Vortex generator 6 Vortex detector 7 Vortex detection means 8 Temperature sensor 9 Heating temperature sensor 10 Thermal detection means 11 Flow rate converter 12 Flow pipe DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Flow path 14 Pressure measuring part 15 Pressure receiving plate 16 Temperature sensor holding | maintenance part 17 Connection cylinder part 18 Converter case 19 Amplifier board 20, 21 Transmission line 22 Switch board 23 Display board 24 Converter cover 25 Transmission cable

Claims (2)

容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、
前記二つの流量計の切り替えポイントを前記質量流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント質量流量QmをQm=K3*√Pで決定する(但し、P:流路の圧力(変数)、K3:流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、0℃で1atmの密度、及び、1atmの時の圧力、で決まる定数)
ことを特徴とする質量流量を切り替えポイントに用いるマルチ渦流量計。
In a multi-vortex flowmeter with a configuration that uses a vortex flowmeter that measures volumetric flow and a thermal flowmeter that measures mass flow, and uses these two flowmeters according to the flow rate of the fluid to be measured flowing through the flow path,
The switching point of the two flow meters is based on the mass flow rate, and the switching point mass flow rate Qm in the range larger than the minimum flow rate of the vortex flow meter and smaller than the maximum flow rate of the thermal flow meter is Qm = K3 * √ Determined by P (where P: pressure of the flow path (variable), K3: flow area, vortex differential pressure, constant related to the vortex differential pressure, density of 1 atm at 0 ° C., pressure at 1 atm, Constant determined by
Multi-vortex flowmeter using mass flow rate as a switching point.
容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、
前記二つの流量計の切り替えポイントを前記質量流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント質量流量QmをQm=K4*√(P/T)で決定する(但し、P:流路の圧力(変数)、T:被測定流体の絶対温度(変数)、K4:流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、0℃で1atmの密度、1atmの時の圧力、及び、0℃に相当する絶対温度(273.15K)、で決まる定数)
ことを特徴とする質量流量を切り替えポイントに用いるマルチ渦流量計。
In a multi-vortex flowmeter with a configuration that uses a vortex flowmeter that measures volumetric flow and a thermal flowmeter that measures mass flow, and uses these two flowmeters according to the flow rate of the fluid to be measured flowing through the flow path,
The switching point of the two flow meters is based on the mass flow rate, and the switching point mass flow rate Qm in the range larger than the minimum flow rate of the vortex flow meter and smaller than the maximum flow rate of the thermal flow meter is Qm = K4 * √ (P / T) (where P: pressure of the flow path (variable), T: absolute temperature of the fluid to be measured (variable), K4: area of the flow path, vortex differential pressure, vortex differential pressure related constant A constant determined by a density of 1 atm at 0 ° C., a pressure at 1 atm, and an absolute temperature (273.15 K) corresponding to 0 ° C.)
Multi-vortex flowmeter using mass flow rate as a switching point.
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