JPH04128612A - 流体振動式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、広い測定範囲にわたり高精度の流量計測が可
能な流体振動式流量計に関する。

「従来の技術」 従来、第８図に示すような流体振動式流量計が知られて
いる。

この流量計は、流路の途上に配置される角管状の流量計
本体１よりなるもので、この流量計本体１内には下流に
向かって順次噴出ノズル２．流路拡大部４及び流路絞り
部５が形成されている。そして、前記流路拡大部４内の
中心線上には柱状ターゲット３が形成され、噴出ノズル
２から出た噴流の一部が帰還流７となって戻るように構
成されている。また、この流量計には前記流路拡大部４
内の圧力あるいは流速を検出するセンサ（図示路）が設
けられている。

今、流量計本体１を流量を計測しだい流路に接続すると
、まず、噴出ノズル２から噴出した噴流は、ターゲット
３の作用及びコアンダ効果によってどちらかに偏向し、
第８図に示すように流路拡大部４の例えば内側面４ａに
付着する流れとなる。

つぎに、この流れの一部か帰還流７となって上流側に流
れると、この帰還流７が噴流を反対側に圧し曲げるので
、今度は反対側の内側面４ｂに付着する流れとなり、以
下これを繰り返して振動することになる。

そして、この振動の周波数ｆは流体の物性にかかわらず
流量計本体ｌ内を通過する流量に比例し。

た値となるので、前記センサは流量に比例した周波数の
信号を出力することになり、この信号から流量を知るこ
とができる。

この流量計の振動周波数ｆは流量が一定の場合帰還流７
の大きさ（みちのり）によって決まることが知られてお
り、第１０図に示すように、噴出ノズル２の出口から絞
り部５までの距離りを一定として、噴出／ズル２の出口
から柱状ターゲット３までの距１１１ＩＨを大きくする
と、帰還流７が大きくなるため振動周波数ｆは小さくな
る。また、管路幅Ｗを大きくしても同様に振動周波数１
は小さくなる。

なお、帰還流７を安定的に生じさせるためには、第８図
に示すように前記距離Ｈを距ＮＩ７に対して十分小さく
するか、または、第９図に示すように絞り部５の端の壁
面５ａ、５ｂを流路拡大部４の内側面４ａ、４ｂからゆ
るやかに立ちあがった形状にすることか必要である。

［発明か解決しようとする課題」 上記の流量計は、機械的可動部がなく流体の物性に依存
しないという優れたものであるが、さらなる改善をすべ
き問題点を有していた。

すなわち、第１０図に示すように流量を知るための前記
振動周波数ｆの値か非常に小さいため、小流量において
は性能が安定しなかった。このため、流量の小さな範囲
においては、第１１図に示すように測定誤差が非常に大
きくなるという問題点を有していた。

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであって
、広い測定範囲で精度の高い流量測定が可能な流体振動
式流量計を提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 請求項１記載の流体振動式流量計は、噴出ノズルと柱状
ターゲットと絞り部とか内部中心線上に順次形成された
流量計本体よりなる流体振動式流量計であって、 前記噴出ノズルの前記中心線より一側の出口内面の端部
から接線状に延び前記中心線と交差して前記ターゲット
の前記中心線より他側の端部と接する円弧の延長線が、
前記流量計本体内の絞り部が設けられた壁面に達するよ
うに各部の寸法が設定されていることを特徴としている
。

請求項２記載の流体振動式流量計は、前記壁面に当たっ
て噴出ノズル側に戻る帰還流が生しないよう十分に鋭く
前記壁面が流１１ｔ１本体内側面から立ち上がった形状
とされていることを特徴としている。

請求項３記載の流体振動式流量計は、前記噴出ノズルの
出口から前記絞り部までの距離Ｉ７と、噴出ノズルの出
口から前記柱状ターゲｙｈまでの距離Ｈとが、 Ｈ／　Ｌ≧０．５ を満足するように設定されていることを特徴としている
。

請求項４記載の流体振動式流量計は、前記平面上におい
て前記中心線に対して対称的に二つ存在する前記延長線
のそれぞれか前記壁面と交差する各点間の距離ｅと、前
記平面上にお１する前記柱状ターゲットの幅ａ及び前記
絞り部の幅Ｔとが、８５１５ｇ を満足するように設定されていることを特徴としている
。

「作用」 請求項１記載の流体振動式流量計の構成であると、柱状
ターゲットの下流側に周期的に渦が生じ、この渦によっ
て噴流の偏向方向が流量に比例した周期で切り換わる流
体振動が生じて、この振動周波数から流量を知ることが
できる。そして、この渦による流体振動であると、振動
周波数が高いので、流量が微小であっても高精度な流量
測定が可能となる。

さらに、請求項２あるいは請求項３記載の流体振動式流
量計であると、従来のような帰還流の発生が確実に防止
されるので、上記渦による作用がきわめて支配的なもの
となる。

また、請求項４記載の流体振動式流量計であると、前記
渦がきわめて安定的に発生するようになる。

つまり、請求項２．請求項３あるいは請求項４記載の流
体振動式流量計によると、きわめて確実に広範囲にわた
る高精度な流量測定が可能となる。

「実施例Ｊ 以下、本発明の実施例を第１図〜第７図により説明する
。

第１図は本実施例の流体振動式流量計を構成する角管状
の流量計本体１１を示す側断面図である。

流量計本体１１は、従来と同様に、内部に下流に向かっ
て噴出ノズル１２．流路拡大部１４及び流路絞り部１５
が順次形成され、さらに前記流路拡大部１４内の中心線
Ｊ上に柱状ターゲット１３が形成されたものである。な
お、噴出ノズル１２流路拡大部１４及び流路絞り部１５
の軸直角断面形状はすべて矩形とされている。（すなわ
ち、第１図において紙面に直交する方向には内部形状が
変化しない。） しかし、この流量計本体１１は以下のような特徴的な構
成とされている。

第一に、流量計本体１１の中心線Ｊを含み柱状ターゲッ
トに直交する平面（第１図においては紙面）上において
、噴出ノズル１２の中心線Ｊより一側の出口内面の端部
１２ａから接線状に延び中心線Ｊと交差してターゲット
１３の中心線Ｊより他側の端部１３ｂと接する円弧ｌｅ
ａの延長線、あるいは、噴出ノズル１２出口内面の端部
１２ｂから接線状に延び中心線Ｊと交差してターゲット
１３の端部１３ａと接する円弧１６ｂの延長線が、それ
ぞれ流量計本体１１内の絞り部１５を形成する壁面１５
ｂ、１５ａに達するように各部の寸法が設定されている
。

いいかえれば、噴出ノズル１２の出口内面の一方の端部
１２ａより接線方向に出て、軸線Ｊに対して前記端部１
２ａと反対側に位置する柱状ターゲット１３の端部１３
ｂに接する円弧１６ａの延長線が、流路拡大部１４の内
側面１４ｂに達する手前で、絞り部１５から延びる壁面
１５ｂに達し、また円弧１６ｂについても同様の条件が
満足されるように、噴出ノズル１２の幅ｔ、噴出ノズル
１２から柱状ターゲット１３までの距離Ｈ２噴出ノズル
１２から絞り部１５までの距離り、絞り部１５の幅Ｔ、
流路拡大部１４の幅Ｗが設定されている。

第二に、前記絞り部１５を形成する壁面１５ａ。

１５ｂは、流路拡大部１４の内側面１４ａ、１４ｂに対
して鋭く立ち上がるような形状とされている。いいかえ
れば、壁面１５ａ、１５ｂと流路拡大部１４の内側面１
４ａ、１４ｂとはそれぞれ明らかに分離した形状とされ
ている。すなわち、少なくとも第９図の流量計のように
なだらかな曲面で接続されておらず、噴出ノズル１２か
らの噴流が前記壁面１５ａ、１５ｂに当たっても噴出ノ
ズル１２側に戻る帰還流が生じない形状とされている。

なお、この壁面１５ａ、１５ｂは、必ずしも軸線Ｊに対
して直角に形成されている必要はなく、傾斜したもので
もよい。

第三に、噴出ノズル１２の出口から絞り部Ｉ５までの距
離りと、噴出ノズル１２の出口から柱状ターゲット１３
までの距離Ｈとが、下記式■を満足するように設定され
ている。

Ｊ（ｙ’　Ｌ　４０　、　５　　　　　　　　　　　・
・・　α）第四に、前記円弧１６ａ、１６ｂの延長線の
それぞれが前記壁面１５ｂ、１５ａと交差する各点間の
距１ｌｌＣと、柱状ターゲット１３の幅ａ及び絞り部１
５の幅Ｔとが、下記式■を満足するように設定されてい
る。

ａ≦Ｔ≦Ｃ・・・・・■ なお、第１図において符号８で示すものは、流路拡大部
１４内の圧力あるいは流速を検出するセンサであり、符
号９で示すものはこのセンサ８から出力される信号を受
けてこれを処理することにより流量を求め表示する測定
器である。

今、上記流量計本体１１を流量を計測しだい流路に接続
すると、まず、噴出ノズル１２から噴出した噴流は、柱
状ターゲット１３の作用によってどちらかに偏向し、例
えば壁面１５ａに向かう流れとなる。すると、柱状ター
ゲット１３の下流側に第２図に示すような渦８が発生し
、この滝８によって柱状ターゲット１３の回りに循環流
９が発生する。この循環流９は噴流を反対側へ偏向させ
る向きｊこ発生するので、これによって噴流は壁面１５
ｂに向かうように切り換わる。そし５て、この切り換え
が交互に発生し、流量に比例した周波数の流体振動とな
る。

したがって、従来同様、セン＋ｊ８の信号から流量を知
ることができる。しかし、上記流量計は渦８によって流
体振動が起きる構成であるため、従来とは異なる性質を
有し、特に小流量域においても流体振動が安定的に生じ
るという従来にない特長を発揮する。

すなわち、この流量計の流体振動の周波数ｆは流量が一
定の場合渦８の大きさによって決まり、前記路ＭＨが増
加すると渦８は小さくなるので、距＠Ｈの増加にともな
い周波数１が増加するという従来と異なる性質を示す。

第３図に示すグラフは、距１１ｉ）（と周波数ｆの関係
を示すデータで、第１０図に示す従来の流量言］に関す
るデータと同様な条件（流！！りのもとに得られたデー
タであるが、距離Ｈの増加にともない周波数量が増加し
ているのか分かる。

しかも、第３図のグラフからもわかるように、上記流量
計の流体振動の周波数は全体的に従来よりも格段に大き
な値となる。このため、小流量域においても流体振動が
安定し誤差も少なくなる。

第４図はこの流量計の測定誤差のデータを示すグラフで
あるが、第１１図に示す従来の流量計に比べ特に小流量
域において誤差が少なくなっている。

また、この流量計は、流路拡大部の内側面に付着する帰
還流によって流体振動が起こるものでないので、内側面
１４ａ、１４ｂの位置（すなわち、寸法Ｗ）により特性
が変化しない。第５図は、流量一定で寸法Ｗを変化させ
た場合の振動周波数ｆの測定データを示すグラフである
が、寸法Ｗによらず周波数ｆが一定しているのがわかる
。

なお、以上説明した柱状ターゲットの後流側の渦に起因
する高周波数の流体振動は、前述した第一の条件（仮想
的な円弧１６ａ、１６ｂの延長線が絞り部１５を形成す
る壁面１５ａ、１５ｂに達するという条件）を最低限の
条件として発生するものであるが、この第一の条件を満
足していても必ずしも安定的に発生するとは限らない。

しかし、本実施例の流量計は、前述した第二。

第三、第四の条件を満足する構成とされることによって
、前述の渦８を安定的に発生させ確実に高い性能を発揮
できる。

すなわち、壁面１５ａ、、１５ｂが鋭く立ち上がる（な
だらかでない）形状とされ、また前記式■を満足するよ
うに寸法Ｈ，Ｌが設定されていると、従来のような帰還
流の発生が確実に防止されるので、上記渦による作用が
きわめて支配的なものとなる。第７図は、Ｌ／ｌをパラ
メータとしてＨ／Ｌを変化させた場合の振動周波数ｆの
測定結果を示すグラフであるが、Ｈ／Ｌ≧０．５の範囲
で明確に柱状ターゲット後流の渦８に起因する特性が現
れているのが分かる。

また、前記式〇を満足するように寸法ｔ、ａＴが設定さ
れていると、前記渦８がきわめて安定的に発生するよう
になる。すなわち、第６図に示すようにＴ／ｌを変化さ
せて振動周波数ｆを計測した場合、ａ　／　ｔ≦Ｔ／ｌ
≦Ｎ／ｌの範囲内で特に定常的に高い振動周波数が計測
されており、このことからもわかるように、前記式■を
満足することによって、第４図に示すような広範囲にお
ける高精度な流量測定が確実に可能となる。

「発明の効果」 以上の説明から明らかなように、本発明の流体振動式流
量計によれば、流量を知るための流体振動の周波数が小
流量でも非常に大きな値となるため、小流量域における
測定精度が格段に向上し、広範囲で高精度な流Ｍ測定が
可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の詳細な説明するための図であ
って、第１図は流量計本体の断面図、第２図は流量針本
体内における流れの状態を示す図、第３図、第５図、第
６図、第７図はそれぞれ各部の寸法が変化した場合の振
動周波数の測定結果を示す図、第４図は誤差特性を示す
図である。 第８図〜第１１図は従来の流体振動式流量計を説明する
ための図であって、第８図、第９図はそれぞれ流量計本
体の断面図、第１０図１第２１図は流量計の特性を示す
図である。 １１・・・・・流量計本体、１２・・・・・噴出ノズル
、１３・・・・・柱状ターゲット、１５・・・・・絞り
部、１５ａ、１５ｂ・・・・・・壁面、 １６ａ、１６ｂ・・・・・円弧。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）噴出ノズルと柱状ターゲットと絞り部とが内部中
   心線上に順次形成された流量計本体よりなる流体振動式
   流量計であって、 前記噴出ノズルの前記中心線より一側の出口内面の端部
   から接線状に延び前記中心線と交差して前記ターゲット
   の前記中心線より他側の端部と接する円弧の延長線が、
   前記流量計本体内の絞り部が設けられた壁面に達するよ
   うに各部の寸法が設定されていることを特徴とする流体
   振動式流量計。
2. （２）前記壁面は該壁面に当たって噴出ノズル側に戻る
   帰還流が生じないよう十分に鋭く流量計本体内側面から
   立ち上がった形状とされていることを特徴とする請求項
   １記載の流体振動式流量計。
3. （３）前記噴出ノズルの出口から前記絞り部までの距離
   Ｌと、噴出ノズルの出口から前記柱状ターゲットまでの
   距離Ｈとが、 Ｈ／Ｌ≧０．５ を満足するように設定されていることを特徴とする請求
   項１記載の流体振動式流量計。
4. （４）前記平面上において前記中心線に対して対称的に
   二つ存在する前記延長線のそれぞれが前記壁面と交差す
   る各点間の距離ｌと、前記平面上における前記柱状ター
   ゲットの幅ａ及び前記絞り部の幅Ｔとが、 ａ≦Ｔ≦ｌ を満足するように設定されていることを特徴とする請求
   項１記載の流体振動式流量計。