JP4389439B2 - 流量計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置を、図１０に基づいて説明する。図において、流体通路１の一部に超音波式のような流量検出手段２を備えて流量を計測する。
【０００３】
流れに周期的な変動がある場合には、計測のタイミングによって流量測定値にバラツキが生じる。例えば家庭用ガス消費量を計量するガスメータでは、近くでガスエンジンが運転されると圧力変動が発生する。
【０００４】
このため圧力変動を緩衝するため、弾性復元性を有する弁体３を利用した脈動吸収装置４を設け、脈動を低減することが行われている（例えば、特開平１１−２８１４３５号公報）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２８１４３５号公報
【０００６】
【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測装置では、脈動吸収装置が圧力変動によって振動し脈動を吸収する事が不十分であるという欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するもので、脈動などに確実に対応し精度の高い流量計測を行うことを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、流体通路と、前記流体通路の途中に配置され、その上、下流に対設した超音波送受信器間の超音波伝搬時間にもとづき流体流量を算出するようにした流量検出手段と、前記流体通路の流量検出手段よりも下流側に配置された圧力変動制御弁とを具備し、前記圧力変動制御弁は、前記流体通路の垂直部位に形成された弁座と、この弁座を上方から開閉する弁体と、この弁体から上部に伸び、外周面に接触するＯリング状の弾性体を介して移動自在に保持された弁軸とで構成し、前記圧力変動制御弁の重量、および弾性体による摩擦力で流体の脈動を抑制するようにして、流れの乱れを生じさせず正確な流量計測ができるようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記目的を達成するために本発明は、流体通路と、前記流体通路の途中に配置され、その上、下流に対設した超音波送受信器間の超音波伝搬時間にもとづき流体流量を算出するようにした流量検出手段と、前記流体通路の流量検出手段よりも下流側に配置された圧力変動制御弁とを具備し、前記圧力変動制御弁は、前記流体通路の垂直部位に形成された弁座と、この弁座を上方から開閉する弁体と、この弁体から上部に伸び、外周面に接触するＯリング状の弾性体を介して移動自在に保持された弁軸とで構成し、前記圧力変動制御弁の重量、および弾性体による摩擦力で流体の脈動を抑制するようにしたもので、これにより流れの乱れを生じさせず正確な流量計測ができるものである。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１１】
（実施例１）
図１において、流体通路５に流量検出手段６を設け通路の流量を検出するようにしてある。
【００１２】
流量検出手段６は流れの上流側と下流側に、例えば超音波を使用した音波送受信器６ａと６ｂをそれぞれ配置し、上流から下流への音波の伝搬時間と、下流から上流への音波伝搬時間の時間差から流量を算出するもので、詳細は後述する。
【００１３】
流量検出手段６の下流には弁座７ａと弁体７ｂからなる圧力変動制御弁７が設けられている。
【００１４】
次に動作について述べる。図１において、圧力変動制御弁７は流量検出手段６の下流側に設けられており、順方向に流体が流れると弁体７ｂを上方向に弁体７ｂの重量に対抗して押し下げ、弁を開く。
【００１５】
流れがないときには弁体７ｂは自身の重量で弁座７ａを塞いでいるが、順方向の流れ（矢印の方向）では圧力差によって図のように弁体７ｂが押し上げられ弁を開く。
【００１６】
順方向の流れが大きくなると弁体７ｂの開度はさらに大きくなり、圧力損失は増加を抑制する。
【００１７】
圧力変動によって逆方向の流れが発生すると、弁体７ｂは下向きの力を受けて弁座７ａを強く塞いで流れを止める。
【００１８】
すなわち、流体通路に平均的な流れがない場合や平均的に小流量の場合には、圧力変動によって発生する逆流を防止し、また順方向の流れも弁体７ｂの開度が小さいために抑制され、脈動的な流れは低減され、その結果、流量検出手段６の値も大きく変動せず、平均流量を算出できる。
【００１９】
また、流体通路５に大流量が流れた場合には、弁体７ｂに発生する差圧が大きくなるので、弁体７ｂは図の上方向に変位して開度を大きくし、圧力損失の増大を抑制する。
【００２０】
このとき、圧力変動が発生すると弁体７ｂの開度が大きいため、圧力変動を抑制する効果が小さく、流量誤差を発生するが、平均流量が大きいところから、相対的に誤差の比率は小さく、問題にならない。
【００２１】
なお、弁体７ａの開度が大きくなり過ぎる場合には最大開度を規制するストッパ−（図示せず）をつけることができる。
【００２２】
図２は音波による流量検出手段の詳細を示したもので、８は音波に基づく信号を処理し演算する流量演算手段、９は送信回路、トリガ手段１０によって第１の音波送受信器６ａを駆動し、第２音波送受信器６ｂに向け、すなわち上流から下流に音波を送信する。
【００２３】
増幅回路１１は第２音波送受信器ｂで受信した信号を増幅し、この増幅された信号は基準信号と比較回路１２で比較され、基準信号以上の信号が検出された後、繰り返し手段１３で再度トリガ手段１０から送信が行われ、上記の送受信を所定の回数を繰り返した後の時間をタイマカウンタのような計時手段１４で求める。
【００２４】
次に切換手段１５で第１音波送受信器６ａと第２音波送受信器６ｂの送受信を切り換えて、第２音波送受信器６ｂから第１音波送受信器６ａ、すなわち下流から上流に向かって音波信号を送信し、この送信を前述のように繰り返し、その時間を計時する。
【００２５】
そして、その時間差から管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段８で流量値を求める。
【００２６】
図３は圧力変動制御弁７の詳細を示し、Ｏリングのようなゴムの弾性体７ｃを弁体７ｂの弁軸７ｄの周囲に配置している。
【００２７】
この弾性体７ｃは弁軸７ｄに接触して、この弁軸７ｄの動きに摩擦力を付与する。
【００２８】
この状態で脈動が発生すると、逆方向（図の上から下方向）の流れを防止するので脈動を抑えることができる。
【００２９】
図４は流れが発生してその差圧により弁体７ｂが上方向に開動している状態で、小流量ではわずかな隙間が生じて流体を流すことができる。
【００３０】
この状態で脈動が発生すると脈動１周期の間には順方向（下から上方向）の流れの時と逆方向の流れの時とがある。
【００３１】
順方向の時には弁体７ｂを上方向に開く力が発生するが、弾性体７ｃによる摩擦力があるため、上記弁体７ｂは動かない。
【００３２】
したがって脈動による流れは弁体７ｂの隙間が小さいので、この流体抵抗により脈動を減衰させる作用を発揮するものである。
【００３３】
脈動のレベルが小さくなると、流量検出手段６での計測も変動が少なくなり安定した流量計測を行うことができる。
【００３４】
流量がさらに大きくなると弁体７ｂの差圧によって発生する力が摩擦力より大きくなり、同弁体７ｂをさらに開いて圧力損失を低減させて大きな流量を流すことが可能になる。
【００３５】
このときに脈動が発生しても流量が大きいので脈動が与える相対的な影響は小さくなり流量検出手段６の値は比率としては大きな誤差にはならない。
【００３６】
【参考実施例】
以下は本発明の参考実施例を示すものである。
【００３７】
（参考実施例１）
図５は弁体７ｂに摩擦力を与える他の例を示したもので、弁軸７ｄに摩擦力を与えるものとしてリング７ｅで構成したものである。
【００３８】
このリング７ｅは樹脂材料のような弾性率の低い材料でつくられており、その一部分を斜めに切断し、全体の復元力で摩擦力を発生する。
【００３９】
（参考実施例２）
図７は制動を与えるものとしてダイアフラムのような膜を弾性体７ｆとして使用したものである。
【００４０】
ゴムのような弾性体７ｆを使用すれば、その剛性力のみで制動力を得ることができるが、圧力室７ｇを形成することによりダンパ機構の作用を持たせている。
【００４１】
すなわち弁体の移動により圧力室７ｇの流体が圧縮または膨張させられるときに発生する圧力（流体バネ）を制動用として利用するものである。この制動の力は弾性体７ｇの一部に小孔を設けることにより調節できる。
【００４２】
（参考実施例３）
図８は弾性体７ｈを蛇腹で構成したものであり、多段に折り曲げることにより小さな力で変位することができる。したがって小さい制動力を発生させることができ、気体のような小さな差圧で動作するものに適している。
【００４３】
（参考実施例４）
図９は制動力として板状の弾性体７ｉの一端を固定し、他端の弁軸７ｄに垂直に作用させたもので、弾性体７ｉと弁軸７ｄとの摩擦力によって制動するものである。
【００４４】
弾性体７ｉとして金属のバネ材料が一般的であるが、小さい制動力を得る場合には樹脂材料を用いても良い。また板材料に限らず線材料でも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明は、流体通路と、前記流体通路の途中に配置され、その上、下流に対設した超音波送受信器間の超音波伝搬時間にもとづき流体流量を算出するようにした流量検出手段と、前記流体通路の流量検出手段よりも下流側に配置された圧力変動制御弁とを具備し、前記圧力変動制御弁は、前記流体通路の垂直部位に形成された弁座と、この弁座を上方から開閉するとともに、上部に伸びた弁軸を弾性体を介して移動自在に保持するようにした弁体とで構成し、前記前記圧力変動制御弁の重量、および弾性体による摩擦力で流体の脈動を抑制するようにしたもので、したがって、流れの乱れを生じさせず安定した正確な流量計測ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の流量計測装置の断面図
【図２】 同装置における流量検出手段のブロック図
【図３】 同装置の圧力変動制御弁の弁閉時の断面図
【図４】 同装置の圧力変動制御弁の弁開時の断面図
【図５】 本発明の参考実施例１の流量計測装置の圧力変動制御弁の詳細図
【図６】 （ａ）は弾性体の上面図、（ｂ）は同弾性体の正面図
【図７】 本発明の参考実施例２の流量計測装置の圧力変動制御弁の断面図
【図８】 本発明の参考実施例３の流量計測装置の圧力変動制御弁の断面図
【図９】 本発明の参考実施例４の流量計測装置の圧力変動制御弁の断面図
【図１０】 従来の流量計測装置を示す断面図
【符号の説明】
５ 流体通路
６ 流量検出手段
７ 変動圧力制御弁
７ｂ 弁体
７ｃ、７ｅ、７ｆ、７ｈ、７ｉ 弾性体
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置を、図１０に基づいて説明する。図において、流体通路１の一部に超音波式のような流量検出手段２を備えて流量を計測する。
【０００３】
流れに周期的な変動がある場合には、計測のタイミングによって流量測定値にバラツキが生じる。例えば家庭用ガス消費量を計量するガスメータでは、近くでガスエンジンが運転されると圧力変動が発生する。
【０００４】
このため圧力変動を緩衝するため、弾性復元性を有する弁体３を利用した脈動吸収装置４を設け、脈動を低減することが行われている（例えば、特開平１１−２８１４３５号公報）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２８１４３５号公報
【０００６】
【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測装置では、脈動吸収装置が圧力変動によって振動し脈動を吸収する事が不十分であるという欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するもので、脈動などに確実に対応し精度の高い流量計測を行うことを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、流体通路と、前記流体通路の途中に配置され、その上、下流に対設した超音波送受信器間の超音波伝搬時間にもとづき流体流量を算出するようにした流量検出手段と、前記流体通路の流量検出手段よりも下流側に配置された圧力変動制御弁とを具備し、前記圧力変動制御弁は、前記流体通路の垂直部位に形成された弁座と、この弁座を上方から開閉する弁体と、この弁体から上部に伸び、外周面に接触するＯリング状の弾性体を介して移動自在に保持された弁軸とで構成し、前記圧力変動制御弁の重量、および弾性体による摩擦力で流体の脈動を抑制するようにして、流れの乱れを生じさせず正確な流量計測ができるようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記目的を達成するために本発明は、流体通路と、前記流体通路の途中に配置され、その上、下流に対設した超音波送受信器間の超音波伝搬時間にもとづき流体流量を算出するようにした流量検出手段と、前記流体通路の流量検出手段よりも下流側に配置された圧力変動制御弁とを具備し、前記圧力変動制御弁は、前記流体通路の垂直部位に形成された弁座と、この弁座を上方から開閉する弁体と、この弁体から上部に伸び、外周面に接触するＯリング状の弾性体を介して移動自在に保持された弁軸とで構成し、前記圧力変動制御弁の重量、および弾性体による摩擦力で流体の脈動を抑制するようにしたもので、これにより流れの乱れを生じさせず正確な流量計測ができるものである。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１１】
（実施例１）
図１において、流体通路５に流量検出手段６を設け通路の流量を検出するようにしてある。
【００１２】
流量検出手段６は流れの上流側と下流側に、例えば超音波を使用した音波送受信器６ａと６ｂをそれぞれ配置し、上流から下流への音波の伝搬時間と、下流から上流への音波伝搬時間の時間差から流量を算出するもので、詳細は後述する。
【００１３】
流量検出手段６の下流には弁座７ａと弁体７ｂからなる圧力変動制御弁７が設けられている。
【００１４】
次に動作について述べる。図１において、圧力変動制御弁７は流量検出手段６の下流側に設けられており、順方向に流体が流れると弁体７ｂを上方向に弁体７ｂの重量に対抗して押し下げ、弁を開く。
【００１５】
流れがないときには弁体７ｂは自身の重量で弁座７ａを塞いでいるが、順方向の流れ（矢印の方向）では圧力差によって図のように弁体７ｂが押し上げられ弁を開く。
【００１６】
順方向の流れが大きくなると弁体７ｂの開度はさらに大きくなり、圧力損失は増加を抑制する。
【００１７】
圧力変動によって逆方向の流れが発生すると、弁体７ｂは下向きの力を受けて弁座７ａを強く塞いで流れを止める。
【００１８】
すなわち、流体通路に平均的な流れがない場合や平均的に小流量の場合には、圧力変動によって発生する逆流を防止し、また順方向の流れも弁体７ｂの開度が小さいために抑制され、脈動的な流れは低減され、その結果、流量検出手段６の値も大きく変動せず、平均流量を算出できる。
【００１９】
また、流体通路５に大流量が流れた場合には、弁体７ｂに発生する差圧が大きくなるので、弁体７ｂは図の上方向に変位して開度を大きくし、圧力損失の増大を抑制する。
【００２０】
このとき、圧力変動が発生すると弁体７ｂの開度が大きいため、圧力変動を抑制する効果が小さく、流量誤差を発生するが、平均流量が大きいところから、相対的に誤差の比率は小さく、問題にならない。
【００２１】
なお、弁体７ａの開度が大きくなり過ぎる場合には最大開度を規制するストッパ−（図示せず）をつけることができる。
【００２２】
図２は音波による流量検出手段の詳細を示したもので、８は音波に基づく信号を処理し演算する流量演算手段、９は送信回路、トリガ手段１０によって第１の音波送受信器６ａを駆動し、第２音波送受信器６ｂに向け、すなわち上流から下流に音波を送信する。
【００２３】
増幅回路１１は第２音波送受信器ｂで受信した信号を増幅し、この増幅された信号は基準信号と比較回路１２で比較され、基準信号以上の信号が検出された後、繰り返し手段１３で再度トリガ手段１０から送信が行われ、上記の送受信を所定の回数を繰り返した後の時間をタイマカウンタのような計時手段１４で求める。
【００２４】
次に切換手段１５で第１音波送受信器６ａと第２音波送受信器６ｂの送受信を切り換えて、第２音波送受信器６ｂから第１音波送受信器６ａ、すなわち下流から上流に向かって音波信号を送信し、この送信を前述のように繰り返し、その時間を計時する。
【００２５】
そして、その時間差から管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段８で流量値を求める。
【００２６】
図３は圧力変動制御弁７の詳細を示し、Ｏリングのようなゴムの弾性体７ｃを弁体７ｂの弁軸７ｄの周囲に配置している。
【００２７】
この弾性体７ｃは弁軸７ｄに接触して、この弁軸７ｄの動きに摩擦力を付与する。
【００２８】
この状態で脈動が発生すると、逆方向（図の上から下方向）の流れを防止するので脈動を抑えることができる。
【００２９】
図４は流れが発生してその差圧により弁体７ｂが上方向に開動している状態で、小流量ではわずかな隙間が生じて流体を流すことができる。
【００３０】
この状態で脈動が発生すると脈動１周期の間には順方向（下から上方向）の流れの時と逆方向の流れの時とがある。
【００３１】
順方向の時には弁体７ｂを上方向に開く力が発生するが、弾性体７ｃによる摩擦力があるため、上記弁体７ｂは動かない。
【００３２】
したがって脈動による流れは弁体７ｂの隙間が小さいので、この流体抵抗により脈動を減衰させる作用を発揮するものである。
【００３３】
脈動のレベルが小さくなると、流量検出手段６での計測も変動が少なくなり安定した流量計測を行うことができる。
【００３４】
流量がさらに大きくなると弁体７ｂの差圧によって発生する力が摩擦力より大きくなり、同弁体７ｂをさらに開いて圧力損失を低減させて大きな流量を流すことが可能になる。
【００３５】
このときに脈動が発生しても流量が大きいので脈動が与える相対的な影響は小さくなり流量検出手段６の値は比率としては大きな誤差にはならない。
【００３６】
【参考実施例】
以下は本発明の参考実施例を示すものである。
【００３７】
（参考実施例１）
図５は弁体７ｂに摩擦力を与える他の例を示したもので、弁軸７ｄに摩擦力を与えるものとしてリング７ｅで構成したものである。
【００３８】
このリング７ｅは樹脂材料のような弾性率の低い材料でつくられており、その一部分を斜めに切断し、全体の復元力で摩擦力を発生する。
【００３９】
（参考実施例２）
図７は制動を与えるものとしてダイアフラムのような膜を弾性体７ｆとして使用したものである。
【００４０】
ゴムのような弾性体７ｆを使用すれば、その剛性力のみで制動力を得ることができるが、圧力室７ｇを形成することによりダンパ機構の作用を持たせている。
【００４１】
すなわち弁体の移動により圧力室７ｇの流体が圧縮または膨張させられるときに発生する圧力（流体バネ）を制動用として利用するものである。この制動の力は弾性体７ｇの一部に小孔を設けることにより調節できる。
【００４２】
（参考実施例３）
図８は弾性体７ｈを蛇腹で構成したものであり、多段に折り曲げることにより小さな力で変位することができる。したがって小さい制動力を発生させることができ、気体のような小さな差圧で動作するものに適している。
【００４３】
（参考実施例４）
図９は制動力として板状の弾性体７ｉの一端を固定し、他端の弁軸７ｄに垂直に作用させたもので、弾性体７ｉと弁軸７ｄとの摩擦力によって制動するものである。
【００４４】
弾性体７ｉとして金属のバネ材料が一般的であるが、小さい制動力を得る場合には樹脂材料を用いても良い。また板材料に限らず線材料でも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明は、流体通路と、前記流体通路の途中に配置され、その上、下流に対設した超音波送受信器間の超音波伝搬時間にもとづき流体流量を算出するようにした流量検出手段と、前記流体通路の流量検出手段よりも下流側に配置された圧力変動制御弁とを具備し、前記圧力変動制御弁は、前記流体通路の垂直部位に形成された弁座と、この弁座を上方から開閉するとともに、上部に伸びた弁軸を弾性体を介して移動自在に保持するようにした弁体とで構成し、前記前記圧力変動制御弁の重量、および弾性体による摩擦力で流体の脈動を抑制するようにしたもので、したがって、流れの乱れを生じさせず安定した正確な流量計測ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の流量計測装置の断面図
【図２】 同装置における流量検出手段のブロック図
【図３】 同装置の圧力変動制御弁の弁閉時の断面図
【図４】 同装置の圧力変動制御弁の弁開時の断面図
【図５】 本発明の参考実施例１の流量計測装置の圧力変動制御弁の詳細図
【図６】 （ａ）は弾性体の上面図、（ｂ）は同弾性体の正面図
【図７】 本発明の参考実施例２の流量計測装置の圧力変動制御弁の断面図
【図８】 本発明の参考実施例３の流量計測装置の圧力変動制御弁の断面図
【図９】 本発明の参考実施例４の流量計測装置の圧力変動制御弁の断面図
【図１０】 従来の流量計測装置を示す断面図
【符号の説明】
５ 流体通路
６ 流量検出手段
７ 変動圧力制御弁
７ｂ 弁体
７ｃ、７ｅ、７ｆ、７ｈ、７ｉ 弾性体
Claims (1)
- 流体通路と、前記流体通路の途中に配置され、その上、下流に対設した超音波送受信器間の超音波伝搬時間にもとづき流体流量を算出するようにした流量検出手段と、前記流体通路の流量検出手段よりも下流側に配置された圧力変動制御弁とを具備し、前記圧力変動制御弁は、前記流体通路の垂直部位に形成された弁座と、この弁座を上方から開閉する弁体と、この弁体から上部に伸び、外周面に接触するＯリング状の弾性体を介して移動自在に保持された弁軸とで構成し、前記圧力変動制御弁の重量、および弁軸に加わる弾性体による摩擦力で流体の脈動を抑制するようにした流量計測装置。
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2002
- 2002-10-15 JP JP2002300103A patent/JP4389439B2/ja not_active Expired - Fee Related
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