JPH05322611A - 流体振動式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は小流量域における柱状ターゲット下
流側での渦発生を安定させて流量計測範囲を拡大できる
よう構成した流体振動式流量計を提供することを目的と
する。 【構成】 流体振動式流量計は流量計本体１内に下流に
向って噴出ノズル２、柱状ターゲット３、絞り部５を順
次設けてなる。柱状ターゲット３は噴出ノズル２に対向
する前面３ａの両端に曲面３ｄ，３ｅが形成され、曲面
３ｄ，３ｅの半径Ｒは柱状ターゲット３の前面３ａの幅
ａとの比Ｒ／ａが０．０５以下となるように設定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体振動式流量計に係
り、特に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。

【０００２】

【従来の技術】従来、流量計本体内に、順次下流に向っ
て、噴出ノズル、柱状ターゲット及び絞り部が形成され
てなる流体振動式の流量計が知られている。これは、噴
出ノズルから噴出した噴流の向きが、流体の物性によら
ず、流量に比例した振動数で柱状ターゲットの両側に交
互に偏向する現象（流体振動）を利用し、圧力変化等か
ら検知したこの流体振動の振動数により流量を演算しこ
れを表示するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記流量計は、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、改善すべき問題点を有していた。すなわ
ち、流量の小さい範囲では、性能が安定せず計測誤差が
非常に大きくなるという問題があった。これは、従来の
流量計においては、前記噴流の一部が噴出ノズル側に戻
る流れ、すなわち帰還流と呼ばれるものにより前記流体
振動を発生させる構成をとっていたことに起因すること
が大きかった。

【０００４】そこで、出願人は、特願平２−２４９５４
１号により、柱状ターゲットの後方に発生した渦により
前記流体振動を発生させる新方式の流体振動式流量計を
提案した。この方式は、従来の帰還流によるものに比
べ、同じ流量であっても流体の振動数が高くなり、又流
体振動数が安定的に生じ易くなるので、計測精度が向上
するという効果もあった。

【０００５】しかしながら、この渦による流量計におい
ても、柱状ターゲットの寸法によっては流速が低下する
小流量域において柱状ターゲットの下流側に前記渦が安
定的に生じないことがあり、この渦発生の不安定さが広
い計測範囲でさらなる精度の向上を図る上での課題とな
っていた。

【０００６】そこで、本発明は上記課題を解決した流体
振動式流量計を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、噴
出ノズルと横断面が四角形状とされた柱状ターゲットと
絞り部とが流量計本体の内部中心線上に順次形成された
流体振動式流量計であって、少なくとも前記噴出ノズル
に対向する前記柱状ターゲットのノズル対向面の両端を
曲面としたことを特徴とする。

【０００８】又、請求項２の本発明は、前記柱状ターゲ
ットの前記曲面の半径Ｒと、前記柱状ターゲットのノズ
ル対向面の幅ａとが、Ｒ／ａ≦０．０５を満足するよう
に設定されていることを特徴とする。

【０００９】又、請求項３の本発明は、噴出ノズルと横
断面が四角形状とされた柱状ターゲットと絞り部とが流
量計本体の内部中心線上に順次形成された流体振動式流
量計であって、少なくとも前記噴出ノズルに対向する前
記柱状ターゲットのノズル対向面の両端を面取りしたこ
とを特徴とする。

【００１０】また、請求項４の本発明は、前記柱状ター
ゲットの面取りされた部分ｃと、前記柱状ターゲットの
ノズル対向面の幅ａとが、ｃ／ａ≦０．０５を満足する
ように設定されていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】柱状ターゲットの前面両端の角部に曲面又は面
取り部を設けることにより柱状ターゲットの下流側での
渦発生が安定し、小流量域における流量計測精度が向上
する。

【００１２】

【実施例】図１乃至図３に本発明になる流体振動式流量
計の一実施例を示す。

【００１３】各図中、流体振動式流量計は流量計本体１
の内部に下流に向って噴出ノズル２、流路拡大部４及び
流路絞り部５が順次形成され、さらに前記流路拡大部４
内の中心線Ｊ上には柱状ターゲット３が設けられてい
る。

【００１４】なお、噴出ノズル２、流路拡大部４及び流
路絞り部５の軸直角断面（中心線Ｊに対しての直交断
面）形状はすべて矩形とされている。さらに、図１にお
いて紙面と平行な方向にはどの位置でも同一形状であ
る。

【００１５】柱状ターゲット３は図３に拡大して示すよ
うに横断面形状が長方形状に形成されており、噴出ノズ
ル２に対向するノズル対向面としての前面３ａの幅寸法
ａと、前面３ａの両端より後方に延在する側面３ｂ，３
ｃの厚さ寸法ｂとがａ＞ｂとなるように設定されてい
る。そして、柱状ターゲット３の前面３ａの両端には半
径Ｒの円弧状の曲面３ｄ，３ｅが形成されている。従っ
て、前面３ａの両端と側面３ｂ，３ｃとは曲面３ｄ，３
ｅを介して連続する。

【００１６】流量計本体１の中心線Ｊを含み柱状ターゲ
ット３に直交する平面（図１においては紙面）上におい
て、噴出ノズル２の中心線Ｊより一側の出口内面の端部
２ａから接線状に延び中心線Ｊと交差して柱状ターゲッ
ト３の中心線Ｊより他側の角部の曲面３ｄと接する円弧
６ａの延長線、あるいは、噴出ノズル２出口内面の端部
２ｂから接線状に延び中心線Ｊと交差して柱状ターゲッ
ト３の両端の曲面３ｅと接する円弧６ｂの延長線が、そ
れぞれ流量計本体１内の絞り部５を形成する壁面５ｂ，
５ａに達するように各部の寸法が設定されている。

【００１７】即ち、上記構成になる流体振動式流量計の
各部分は以下のような特徴的な構成とされている。

【００１８】まず、第一に柱状ターゲット３の前面３ａ
の幅ａと、前面３ａの両端に設けられた曲面３ｄ，３ｅ
の半径Ｒとが次式（１）を満足するように設定される。

【００１９】Ｒ／ａ≦０．０５ …（１） 第二に、噴出ノズル２の幅ｔと柱状ターゲットの幅ａと
が次式（２）を満足するように設定されている。

【００２０】１．０≦ａ／ｔ≦１．４ …（２） 第三に、柱状ターゲット３の前面３ａの幅ａと柱状ター
ゲット３の側面３ｂ，３ｃの厚さｂとが次式（３）を満
足するように設定されている。

【００２１】ｂ／ａ≦０．６ …（３） 第四に、柱状ターゲット３に直交する平面上において、
図１に示す如く噴出ノズル２の出口内面の一方の端部２
ａより接線方向に出て、軸線Ｊに対して前記端部２ａと
反対側に位置する柱状ターゲット３の端部３ｂに接する
円弧６ａの延長線が、流路拡大部４の内側面４ｂに達す
る手前で、絞り部５から延びる壁面５ｂに達し、また円
弧６ｂについても同様の条件が満足されるように、噴出
ノズル２の幅ｔ、噴出ノズル２から柱状ターゲット３ま
での距離Ｈ、噴出ノズル２から絞り部５までの距離Ｌ、
絞り部５の幅Ｔ、流路拡大部４の幅Ｗが設定されてい
る。第五に、前記壁面５ａ，５ｂと流路拡大部４の内側
面４ａ，４ｂ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、なだらかな曲面で接続されておら
ず、噴出ノズル２からの噴流が前記壁面５ａ，５ｂに当
っても噴出ノズル２側に戻る帰還流が生じにくい形状と
されている。

【００２２】第六に、噴出ノズル２の出口から絞り部５
までの距離Ｌと、噴出ノズル２の出口から柱状ターゲッ
ト３までの距離Ｈとが、次式（４）を満足するように設
定されている。

【００２３】Ｈ／Ｌ≧０．５ …（４） 第七に、前記円弧６ａ，６ｂの延長線のそれぞれが前記
壁面５ｂ，５ａと交差する各点間の距離Ｃと、柱状ター
ゲット３の幅ａ及び絞り部５の幅Ｔとが、次式（５）を
満足するように設定されている。

【００２４】ａ≦Ｔ≦Ｃ …（５） なお、図１において８は、流路拡大部４内の圧力変化あ
るいは流速の変化を検出するセンサであり、９はこのセ
ンサ８から出力される信号を積算して流量を求め表示す
る流量測定器である。

【００２５】今、上記流量計本体１を被測流体が流れる
流路に接続すると、図２において、噴出ノズル２から噴
出した噴流１２は、柱状ターゲット３のどちらかに偏向
し、例えば壁面５ａに向う流れとなる。すると、柱状タ
ーゲット３の下流側に図２に示すような渦１０が発生
し、この渦１０によって柱状ターゲット３の廻りに循環
流が発生する。この循環流１１は、噴流１２を反対側へ
偏向させる向きに発生するので、これによって噴流１２
はその流れ方向が壁面５ｂに向うように切換わる。そし
て、この切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。

【００２６】したがって、噴流１２の流れ方向の切換え
に伴う流路拡大部４内の圧力変化あるいは流速の変化を
検出するセンサ８から出力される信号を流量測定器９で
演算処理することによって、流量を知ることができる。

【００２７】本実施例では、柱状ターゲット３の前面３
ａの幅ａと、柱状ターゲット３の前面３ａと側面３ｂ，
３ｃとの間に形成された曲面３ｄ，３ｅとが前記（１）
式を満足するように設定されているため、小流量域でも
渦及び循環流が安定的に発生する。従って、測定可能な
最小流量をより一層下げることができ、その結果広範囲
な流量計測が可能となる。

【００２８】図４は柱状ターゲット３の前面３ａの幅ａ
と柱状ターゲット３の前面両端に形成された曲面３ｄ，
３ｅの半径Ｒとの比Ｒ／ａを変化させた場合の計測可能
な最小流量Ｑmin の値を示すグラフである。

【００２９】図４中、計測可能な流量Ｑmin が最小とな
る点はＲ／ａ＝０（Ｒ＝０）のときであって、即ち柱状
ターゲットの曲面３ｄ，３ｅを直角とした場合である。
そして、Ｒ／ａの比を次第に大きくしてゆきＲ／ａ≦
０．０５の範囲から外れるとＱmin が急激に増大するこ
とがわかる。

【００３０】これは、Ｒ／ａの比が０．０５以上に大き
くなると、小流量域の柱状ターゲット３の下流側におけ
る渦１０の発生が不安定になるからである。従って、計
測可能な流量をできるだけ小さくして流量計測範囲を拡
大するには柱状ターゲット３の前面両端部の曲面３ｄ，
３ｅの半径ＲがＲ／ａ≦０．０５の条件を満足するよう
に設定されていれば良いことがわかる。

【００３１】又、上記実施例では柱状ターゲット３の前
面３ａの両端にのみ曲面３ｄ，３ｅを形成したが下流側
の後面３ｆの両端にも上記と同様な曲面を設けるように
して良い。

【００３２】図５に本発明の変形例を示す。

【００３３】図５中、柱状ターゲット３’は前面両端に
面取りされた面取り部分３ｇ，３ｈが設けられている。
この面取り部分３ｇ，３ｈは前面３ａが側面３ｂ，３ｃ
に対して４５°の角度で形成されている。そして、面取
り部分３ｇ，３ｈの幅ａ，ｂは前述した曲面３ｄ，３ｅ
の場合と同様な理由により、柱状ターゲット３の前面３
ａの幅ａと、前面３ａの両端に設けられた面取り部分３
ｇ，３ｈのｃとが次式（６）を満足するように設定され
ている。

【００３４】ｃ／ａ≦０．０５ …（６） 尚、上記実施例と同様上式（６）以外は上記式（２）〜
（５）を満足するように、各部分の寸法が設定されてい
る。

【００３５】図６は柱状ターゲット３の前面３ａの幅ａ
と柱状ターゲット３の前面両端の面取り部分３ｇ，３ｈ
のｃとの比ｃ／ａを変化させた場合の計測可能な最小流
量のＱmin の値を示すグラフである。

【００３６】同図中、ｃ／ａの比がｃ／ａ≦０．０５の
範囲から外れるとＱmin が急激に増大することがわか
る。

【００３７】これは、ｃ／ａの比が０．０５以上に大き
くなると、小流量域の柱状ターゲット３の下流側におけ
る渦１０の発生が不安定になるからである。従って、計
測可能な流量をできるだけ小さくして流量計測範囲を拡
大するには柱状ターゲット３の前面両端の面取り部分３
ｇ，３ｈのｃがｃ／ａ≦０．０５の条件を満足するよう
に設定されていれば良いことがわかる。

【００３８】従って、柱状ターゲット３’の前面両端に
面取り部分３ｇ，３ｈを設けることにより計測可能な最
小流量Ｑmin をできるだけ小さくして流量計測範囲を小
流量域まで拡大できる。

【００３９】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる流体振動式流
量計は、柱状ターゲットのノズル対向面の両端に曲面又
は面取り部分を設けることにより柱状ターゲットの下流
側の渦発生を安定させることができ、そのため、柱状タ
ーゲットの作用による噴流の流れ方向の切換え周波数を
高めて測定可能な最小流量をできるだけ小さくでき、流
量計測範囲を拡大することができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる流体振動式流量計の一実施例の横
断面図である。

【図２】流量計本体における噴流の流れ及び渦発生状態
を示す図である。

【図３】本発明の要部である柱状ターゲットの形状を示
す平面図である。

【図４】柱状ターゲットの幅ａと、曲面のＲとの比Ｒ／
ａを変化させたとき計測可能な最小流量Ｑmin の値を示
す線図である。

【図５】本発明の変形例を示す柱状ターゲットの平面図
である。

【図６】柱状ターゲットの幅ａと、面取り部分ｃとの比
ｃ／ａを変化させたとき計測可能な最小流量Ｑmin の値
を示す線図である。

【符号の説明】

１ 流量計本体 ２ 噴出ノズル ３ 柱状ターゲット ３ａ 前面 ３ｄ，３ｅ 曲面 ３ｇ，３ｈ 面取り部分 ４ 流路拡大部 ５ 絞り部 ８ センサ ９ 流量測定器 １０ 渦 １１ 循環流 １２ 噴流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 繁憲 大阪府大阪市西区千代崎３丁目２番95号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 上田 浩史 大阪府大阪市西区千代崎３丁目２番95号 大阪瓦斯株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 噴出ノズルと横断面が四角形状とされた
   柱状ターゲットと絞り部とが流量計本体の内部中心線上
   に順次形成された流体振動式流量計であって、 少なくとも前記噴出ノズルに対向する前記柱状ターゲッ
   トのノズル対向面の両端を曲面としたことを特徴とする
   流体振動式流量計。
2. 【請求項２】 前記柱状ターゲットの前記曲面の半径Ｒ
   と、前記柱状ターゲットのノズル対向面の幅ａとが、Ｒ
   ／ａ≦０．０５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の流体振動式流量計。
3. 【請求項３】 噴出ノズルと横断面が四角形状とされた
   柱状ターゲットと絞り部とが流量計本体の内部中心線上
   に順次形成された流体振動式流量計であって、 少なくとも前記噴出ノズルに対向する前記柱状ターゲッ
   トのノズル対向面の両端を面取りしたことを特徴とする
   流体振動式流量計。
4. 【請求項４】 前記柱状ターゲットの面取りされた部分
   ｃと、前記柱状ターゲットのノズル対向面の幅ａとが、
   ｃ／ａ≦０．０５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３の流体振動式流量計。