JPH04203936A - 流体振動形流量計 - 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、ガスメータを始め各種流体（気体、液体）の
流量を計測する流体振動形流量計に関し、さらに詳細に
は、流路に直交するノズル噴出面を有するノズルを流路
内に配設し、このノズルの噴出側にノズルの軸芯に対し
て対称な拡大流路内壁面を有する流路拡大部を設けると
ともに、流路拡大部における流路中央部にノズルより噴
出する噴流の直進を阻害するターゲットを設け、さらに
、流路拡大部の下流側に流路拡大部の後端部より狭い流
路幅を有する絞り流路部を設けた構成であるとともに、 拡大流路内壁面が、ノズル噴出面に接する主円弧部と、
主円弧部に滑らかに接続する拡大壁部と、さらに拡大壁
部に滑らかに接続し、下流側で絞り流路部に接続する副
円弧部とから構成され、さらに拡大壁部が流路方向でタ
ーゲットの位置に相当する位置まで下流側ほど流路を拡
大させる構成の流体振動形流量計に関する。

〔従来の技術〕

この種の流体振動形流量計は構造上のシンプルさ、これ
に伴う製作上の容易性、コストの低減等を目的として提
案されている。第１図に、このような流体振動形流量計
の平面図が示されている。この流体振動形流量計の作動
原理を簡単に説明すると、ノズル噴出面（１１）より噴
出した噴流は、ターゲット（２０）の側部を迂回して絞
り流路部（１３）から流出する噴流主流（Ｌｌ）と、こ
の噴流主流（Ｌｌ）から分岐し、流路拡大部（１２）に
おける副円弧部（１７）もしくは前記絞り流路部（１３
）を形成する縮小断面部に衝突して、流路を逆流する帰
還流（Ｌ２）とから構成される。ここで、帰還流（Ｌ２
）は拡大壁部（１６）および主円弧部（１５）に沿って
滑らかにノズル噴出面（１１）まで帰還して噴流主流（
Ｌｌ）に影響することとなるのである。

さて、この型の流量計においては、ノズルから流体か噴
出されると、コアンダ効果によって噴流は流れ方向に沿
った一方の拡大流路内壁面（１４）である側壁部に引き
寄せられて流れることとなる。即ち、噴流は直進するこ
となく、いずれかの側壁部側に歪められる。このとき、
前述のような帰還流（Ｌ２）を生むこととなり、この流
れによりノズル噴出面近傍において噴流の直進方向に対
して、直行する方向に流体エネルギーが付与され、引き
続くステップで、噴流は反対側の側壁部に沿って流れる
。即ちこの帰還流（Ｌ２）は、ノズル噴出口付近におい
て、噴流主流に対する制御流としての役割を果たすこと
となり、ノズルから噴出される噴流がターゲットの両側
面を交互に流れる現象が起こる（ターゲットの存在は、
低流量側における、振動を有効に誘起することとなる。

）。さらに、流路拡大部にターゲットのみを配置した構
成の流量計においては、ターゲットより下流側に形成さ
れる後流に形成される渦の状態もこの振動現象に影響す
る。

この振動周期は流量計に流れる流体流量に概して比例し
ている。そこでこの現象を利用して、この流路に流れる
流体の流量を測定するのである。

即ち、第１図に示す流体振動形流量計におけるノズル噴
出面（１１）の下流側近傍で、噴流を挟む一対の計測位
置（５５，５５）に圧力もしくは流量を検出する機構を
設けておき、前述の噴流かターゲットの両側面を交互に
流れる現象により生じる圧力、もしくは流量の変化を検
出し、この振動数を計測することにより流量を検出する
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような流体振動形流量計における流入流体の状態（
ノズル噴出口における状態）は、その性能に大きく影響
する大きな要素である。しかしながら、このような流体
振動流量計自体が新規であるため、そのノズルの入口近
傍の構成についても、とのような構成が良いのか知られ
ていなかった。

そこで本発明の目的は、流路内にターゲットのみを配設
し、流路を形成する内壁の形状により帰還流の形成を良
好におこなう構成の流体振動形流量計において、測定対
象領域全域に渡って誤差が小さくなるノズル入口構造を
有する流体振動形流量計を得ることである。

〔課題を解決するための手段〕

二の目的を達成するための本発明による流体振動形流量
計の特徴構成は、 ノズルのノズル内流路が、ノズル入口端面とノズル噴出
面との間を連結する一対のノズル内壁の間に形成される
ものであり、 一対のノズル内壁と、ノズル入口端面が、格別に流路側
に凸な一対のノズル入口円弧部により接続されているこ
とであり、その作用・効果は次の通りである。

〔作　用〕

つまり本願の流体振動形流量計においては、ノズルの入
口部にノズル入口円弧部が形成される。この円弧部は、
ノズル入口部における流れを滑らかに流す効果があり、
結果ノズルより流体振動形流量計の主要部をなし、噴流
が振動する流路拡大部に噴出する流れをノズル入口部に
おいて縮流を起こすことなくノズル本来の幅に整流する
こととなる。結果、噴流の状態が安定し、流量計として
、小、中流量域において誤差幅が小さく、さらに大流量
域においても大きく測定値が基準値から振ることがない
ものとなる。

〔発明の効果〕

したかって、本願の流体振動形流量計においては、この
特徴を採用することにより、流体振動形流量計を、流路
内にターゲットのみを配設し、流路外壁の形状により帰
還流の形成を良好におこなう構成のものでありながら、
測定対象領域全域に渡って誤差か小さなノズル入口構造
を有する流体振動形流量計とすることか可能となった。

またこの形の流量計の特徴として、従来実用に供されて
きた積極的に帰還流を形成する部材を備えた流体振動形
流量計に比へて構造かシンプルなことより、製作容易て
低コストの流体振動形流量計か得られることとなった。

〔実施例〕

本願の流体振動流量計を組み込んだ流量測定装置（１）
について、第１．２図に基づいて説明する。第１図には
流量測定装置（１）の平面図か、第２図にはこの流量測
定装置（１）に組み込まれている流体振動形流量計（２
）の主要部の詳細か示されている。まず、この流量測定
装置（１）の概略構成について説明する。この装置（１
）においては、測定対象の流体（ｆ）の流入方向（Ａ）
か流出方向（Ｂ）に対して１８０度逆になるように構成
されている。すなわち、装置流入口（３）から流入する
ガス、水といった流体（ｆ）は、略り字形の第一屈曲路
（４）を通って遮断弁部（５）に送られる。そしてこの
遮断弁部（５）を通過した後、貯留部（６）に流入する
。さらにこの貯留部（６）より流体振動形流量計（２）
の入口側に設けられているノズル（Ｎ）に流入する。引
き続いて、この流体（ｆ）は、流体振動廻流量オ（２）
のノズル噴出面（１１）よりも下流側に設けられている
流路拡大部（１２）、絞り流路部（１３）を経て装置流
出口（２４）から流出する構成とされているのである。

以下にノズノ堕Ｎ）の構成について詳細に説明する。こ
こで、ノズル（Ｎ）のノズル内流路（１０）は一対のノ
ズル内壁（ＩＯＷ）間に形成され、流路幅Ｗを有すると
ともに、その流路方向に一定の整流長さ（Ｎ　ｊ？　）
を有している。そして、本願においては、この整流長さ
（Ｎ　ｆ　）を得るために、□貯留部（６）に対してノ
ズル（Ｎ）の一対の導入部（６０）が突出して形成され
ている。この一対の導入部（６０）は、導入部幅（ＮＷ
）、導入部長さ（これは前述の整流長さにほぼ等しい。

）（Ｎｌ）を有した方形の部材から形成されており、そ
の両側部に左右側部貯留域（６１）が形成され、この左
右側部貯留域（６１）の幅（６Ｌ）は、はぼ前述の整流
長さ（Ｎ　Ａ　）以上に形成されている。さらに一対の
導入部（６０）のノズル入口端面を規格する先端部（６
０ｔ）とこの貯留部（６）の内壁面部（６Ｗ）との離間
距離もまたほぼ前述の整流長さ（ＮＩり以上となってお
り、はぼ、ノズル内流路の幅Ｗの１０倍程度とされてい
るのである。そして、前記導入部（６０）におけるノズ
ル（Ｎ）の吸引側端部（２１）は円弧状に形成され、こ
のノズル入口円弧部か一定の半径ｒｎをとるように構成
されているのである。

実際の数値について述へると、 ｗ＝３．２ｍｍ ｒｎ／ｗ＝０．１〜０．８３ （第３．４図に示す場合は０．３１） ＮＩ！／ｗ＝４．６５〜６．２５ （第３．４図に示す場合は６．２５） ＮＷ／ｗ＝２．６６ である。

以下に、第２図に基づいてノズル（Ｎ）よりも下流側に
おける流体振動形流量計（２）の構成について詳細に説
明する。この流体振動形流量計（２）は、前述のノズル
（Ｎ）、流路拡大部（１２）と、この流路拡大部（１２
）に滑らかに接続する絞り流路部（１３）を有して構成
されている。ここで、ノズル（Ｎ）は、そのノズル噴出
面（Ｈ）を流路方向に対して直交する状態とされている
。次に、流路拡大部（１２）について説明すると、この
流路拡大部（１２）は流路方向に一致するノズルの軸芯
に対して対称な拡大流路内壁面（１４）を備えており、
この内壁面（１４）はノズル噴出面（１１）に接する主
円弧部（１５）と、これに接続する直線壁部（１６）と
、さらにこの直線壁部（１６）に接続する副円弧部（１
７）から構成されている。そして、この副円弧部（１７
）の後端部か前述の絞り流路部（１３）に同様に円弧状
の排出円弧部（１８）により接続されているのである。

さらにこの流路拡大部（１２）における流路中央部には
、噴出面より噴出する噴流の直進を阻害するターゲット
（２０）が設けられている。このターゲット（２０）は
、微小流量域において、噴流の流動方向の切り換えを安
定して起こさせる効果を備えてシ＞る。ノズル内流路（
ｌＯ）の幅をｗ、主円弧部（１５）の半径をＲ１副円弧
部（１７）の中心の噴出面からの流路方向離間距離をし
、副円弧部（１７）の中心のノズル軸心からの流路横断
方向離間距離をＸ、副円弧部（１７）の半径をｒ、ター
ゲット（２０）の幅をＴｗ、　　ターゲット（２０）の
先端位置の噴出面からの流路方向離間距離をＴｊ７、絞
り流路部（Ｉ３）の幅をＰとすると、前記ｗＳＲ，Ｌ、
ｘ、ｒ、ＴｗＳＴｌ、Ｐか、Ｒ／ｗ＝３．１〜５．３ （第３．４図に示す場合は、４．３８）Ｌ／Ｒ＝１．５ ｘ／Ｒ＝０．７〜０．８ （第３．４図に示す場合は、０．７８）ｒ／Ｒ＝０．４
５〜０．５６ （第３．４図に示す場合は、０，５） Ｔｗ／ｗ＝１．５６〜２．００ （第３．４図に示す場合は、１．７５）Ｔｆ／Ｒ＝０．
９４〜１．　１ （第３．４図に示す場合は、１．０７）Ｐ／Ｒ＝１．２
４〜１．６２ （第３．４図に示す場合は、１．３６）の関係にある。

また、前述の排出円弧部（１８）の半径ｒｌはほぼｒに
等しく、流路拡大部（１２）の横断最大寸法は２（ｘ＋
ｒ）／Ｒ＝２．５６、となり、さらにノズル噴出面（１
１）から絞り流路部（１３）までの距離は、（Ｌ十ｒ十
ｒＡ’）／Ｒ＝２．５となっている。前述のノズル噴出
面（１１）から流体振動流量計（２）の後端部（１９）
の距離Ｚは、Ｚ＝２．８６Ｒ程度である。ここで、Ｒの
実際の寸法は１４ｍｍである。さらにここで、この流体
振動形流量計の高さ（第２図における紙面直角方向の幅
）は、２３ｍｍである。

さらにここで、流量計関連寸法Ｒ，Ｌ、ｘ、ｒ。

Ｔｌ、Ｐの無次元化にあたり、Ｌ、ｘ、　ｒ、Ｔｌ、Ｐ
に関してＲを基準に選定している理由は、噴流主流の折
れ曲がり部の角度（θ）と帰環流の主帰環部の角度（θ
′）がほぼ平行となるような構成とされていることによ
る。

以下に、この流体振動形流量計（２）の計測結果につい
て説明する。第３図（ロ）に流量−器差特性が示されて
いる。この図からも判るように、０．６ｒｎ’／ｈ以上
の大流量で誤差±１．　０％以下の高精度であり、０，
１〜０．６ｒｎ’／ｈの低流量でも±１．５％以下の誤
差で、計量法で定められた許容公差内（±２．５％以下
）に十分酸まっており、高精度で十分に実用に耐えうる
流体振動形流量計が得られている。ここで、発信下限流
量は、６！ｌ／ｈ程度てあり、レイノルズ数で５０程度
まで測定可能となっており、極めて良好な成績である。

〔実験例〕

以下に本願について発明者らが行った実験結果について
説明する。

実験例　ｌ　ノズル入口円弧部の半径　ｒｎｎノズル原
流路幅Ｗその他のパラメータを実施例と同一とした状態
で、ノズル入口円弧部の半径ｒｎを変化させた場合の、
流量−器差特性の変化について、第３図（イ）、（ロ）
、（ハ）、第４図に示した。第４図は、横軸にノズル入
口円弧部の半径ｒｎ（ノズル内流路の幅Ｗにより無次元
化されている。）を、縦軸にΔＥ値を示したものである
。ここで、ΔＥに示す数値は、特性曲線におけるＥｍａ
ｘ（プラス側の極大値）−Ｅｍｉｎ（マイナス側最大値
）を示す値であり、測定の安定性を判断できる数値であ
る。（以下に示す実験例においては、ガスとして、空気
を対象とし、５ｍ／ｈの流量域まで試験を行う。この理
由は、計器の許容基準の上限流量値である３　ｒｄ　／
　ｈに対し、メタン等の別種のガスを計測する場合のレ
イノルズ数の変化を考慮したためである。） 第４図における特定点（３点）の流量−器差特性が第３
図（イ）、（ロ）、（ハ）に示されている。

第３図（イ）にｒｎがＯｍｍ、即ちノズル入口が直角の
端縁部を有するものの流量−器差特性を、第３図（ロ）
にｒｎが１ｍｍのものの流量−器差特性を、第３図（ハ
）にｒｎか５ｍｍ、即ちノズルの一対の導入部か半円弧
形状を有するものの流量−器差特性を示した。

以下、結果について説明する。ノズル入口円弧部の半径
が第３図（イ）に示すように０に等しいかもしくは小さ
いと、小流量域および大流量域における誤差がかなり大
きくプラス側に振れ、中流量域においてのみ測定値がマ
イナス側へ振ることとなるのである。大流量域における
プラス側への変位は回復することはない。ここでさらに
、ΔＥはｒ＝ｏの場合、３．６とかなり高い値をとって
いる。この領域からノズル入口円弧部の半径を増加させ
るに従って、第３図（ロ）に示すように小流量域から大
流量域に至るまで誤差が非常に少ない状態が実現する。

さらに、第３図（ハ）に示すように、ノズル入口円弧部
の半径を大きくすると、小、中流量域において、誤差が
マイナス側に振ることとなるが、大流量域において、か
なりプラス側に振っており、△Ｅ値は増加傾向にあり、
ｒｎ＝５においては、許容することができるかどうか疑
問な３．３％を取ることとなっているのである。

こういったノズル入口円弧部の半径ｒｎを増加させた場
合の△Ｅの変化か、第４図に示されており、八Ｅが３以
下となる領域はｒｎ／ｗが、０．１〜０，８３の領域で
ある。

〔別実施例〕

前述の実施例において、流路拡大部（１２）における主
円弧部（１６）と副円弧部（１７）を直線状の直線壁部
（１６）で接続したが、これは下流側に拡大していれば
いかなる形状でもよい。従って、この壁部を拡大壁部と
呼ぶ。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は従来及び本発明に係る流体振動形流量計の実施例
を示し、第１図は本願の流体振動形流量計を組み込んだ
流量測定装置の平面図、第２図は本願の流体振動形流量
計の平面図、第３図（イ）、（ロ）、（ハ）は、ノズル
入口円弧部の半径と流量−器差特性の関係を示す図、第
４図はノズル入口円弧部の半径と△Ｅの関係を示す図で
ある。 （６）・・・・・・貯留部、（１０）・・・・・・ノズ
ル内流路、（ＩＯＷ）・・・・・・一対のノズル内壁、
（１１）・・・・・・ノズル噴出面、（１２）・・・・
・・流路拡大部、（１３）・・・・・・絞り流路部、（
１４）・・・・・・拡大流路内壁面、（１５）・・・・
・・主円弧部、（１６）・・・・・・拡大壁部、（１７
）・・・・・・副円弧部、（２０）・・・・・・ターゲ
ット、（２１）・・・・・・ノズル入口円弧部、（６０
ｔ）・・・・・・ノズル入口端面、（Ｎ）・・・・・・
ノズル。 絆と　　　　　　　二億巴 本線Ｉ ＪＰ　　　　−ノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流路に直交するノズル噴出面（１１）を有するノズ
   ル（Ｎ）を流路内に配設し、このノズル（Ｎ）の噴出側
   に前記ノズル（Ｎ）の軸芯に対して対称な拡大流路内壁
   面（１４）を有する流路拡大部（１２）を設けるととも
   に、前記流路拡大部（１２）における流路中央部に前記
   ノズル（Ｎ）より噴出する噴流の直進を阻害するターゲ
   ット（２０）を設け、さらに、前記流路拡大部（１２）
   の下流側に前記流路拡大部（１２）の後端部より狭い流
   路幅を有する絞り流路部（１３）を設けた構成であると
   ともに、 前記拡大流路内壁面（１４）が、前記ノズル噴出面（１
   １）に接する主円弧部（１５）と、前記主円弧部（１５
   ）に滑らかに接続する拡大壁部（１６）と、さらに前記
   拡大壁部（１６）に滑らかに接続し、且つ下流側で前記
   絞り流路部（１３）に接続する副円弧部（１７）とから
   構成され、さらに前記拡大壁部（１６）が流路方向で前
   記ターゲット（２０）の位置に相当する位置まで下流側
   ほど流路を拡大させる構成の流体振動形流量計であって
   、前記ノズル（Ｎ）のノズル内流路（１０）が、ノズル
   入口端面（６０ｔ）と前記ノズル噴出面（１１）との間
   を連結する一対のノズル内壁（１０ｗ）の間に形成され
   るものであり、 前記一対のノズル内壁（１０ｗ）と、前記ノズル入口端
   面（６０ｔ）が、格別に流路側に凸な一対のノズル入口
   円弧部（２１）により接続されている流体振動形流量計
   。 ２、前記ノズル噴出面（１１）と前記ノズル入口端面（
   ６０ｔ）との離間距離であるノズル整流長さをＮｌ、前
   記ノズル内流路（１０）の幅をｗ、さらに前記一対のノ
   ズル入口円弧部（２１）の半径をｒｎとした場合に、 前記Ｎｌ、ｗ、ｒｎが、 Ｎｌ／ｗ＝４．６５〜６．２５ ｒｎ／ｗ＝０．１〜０．８３ の関係にある請求項１記載の流体振動形流量計。 ３、前記ノズル（Ｎ）の上流側に流入流体を貯留する貯
   留部（６）が設けられ、この貯留部（６）に対して前記
   流入流体が前記ノズル入口端面（６０ｔ）にほぼ平行に
   流入するとともに、前記貯留部（６）の流路幅が前記ノ
   ズル内流路（１０）の幅に対してほぼ１０倍に構成され
   ている請求項２記載の流体振動形流量計。 ４、前記主円弧部（１５）の半径をＲ、前記副円弧部（
   １７）の中心の前記ノズル噴出面（１１）からの流路方
   向離間距離をＬ、前記副円弧部（１７）の中心のノズル
   軸心からの流路横断方向離間距離をＸ、前記副円弧部（
   １７）の半径をｒ、前記ターゲット（２０）の幅をＴｗ
   、前記ターゲット（２０）の先端位置の前記ノズル噴出
   面（１１）からの流路方向離間距離をＴｌ、前記絞り流
   路部（１３）の幅をＰとすると、前記ｗ、Ｒ、Ｌ、ｘ、
   ｒ、Ｔｗ、Ｔｌ、Ｐが、 Ｒ／ｗ＝３．１〜５．３ Ｌ／Ｒ＝１．５ ｘ／Ｒ＝０．７〜０．８ ｒ／Ｒ＝０．４５〜０．５６ Ｔｗ／ｗ＝１．５６〜２．００ Ｔｌ／Ｒ＝０．９４〜１．１ Ｐ／Ｒ＝１．２４〜１．６２ の関係にある請求項３記載の流体振動形流量計。