JPH06174510A - 差圧流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大流量から小流量に至る広範囲に至る流量を
容易に計測することができる差圧流量計を提供する。 【構成】 管５内にオリフィス板３を配置し、オリフィ
ス板３前後の管内差圧により管内を流れる流体流量を測
定する差圧流量計１において、前記管５には、内周壁に
係止部９が突設され、この係止部９に上流側からオリフ
ィス板３を当接させて配置したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流量計、特に、オリフ
ィス板又は絞り（以下、単に「オリフィス板」という）
を配置して、そのオリフィス板の上流側と下流側とで生
じる流体の圧力差により管内を流れる流体の流量を測定
する差圧流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、管内流量を測定する方法の一つ
として、管内にオリフィス板を配置し、オリフィス板の
上流と下流とで生じる圧力の差から管内の流量を測定す
るいわゆる差圧流量計が知られている。

【０００３】かかる差圧流量計は、流路管内に、オリフ
ィス板を配置した管を接続し、オリフィス板より上流側
の管（上流管）及び下流側の管（下流管）とに形成され
た孔に差圧測定機を接続して、管内に生じたオリフィス
板前後の差圧を直接又は間接的に測定することによって
管内流量を測定するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の差圧流量計にあっては、例えば大流量から小流量と異
なるオーダの流量を測定する場合には、測定する圧力の
範囲が異なるため、同一の差圧測定器を用いることがで
きず、流量に応じて差圧測定器を交換する必要がある
が、差圧測定器を交換していたのでは、その設定に時間
と手間がかかると共に複数の差圧測定器を用意しなけれ
ばならないという問題点がある。即ち、一つの差圧測定
器で、大流量から小流量に至る種々の流量の計測が容易
にできないという問題点があるそこで、本発明の目的
は、大流量から小流量に至る広範囲に至る流量を容易に
計測することができる差圧流量計を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、管内にオリフィス板を配置し、オリフィ
ス板前後の管内差圧により管内を流れる流体流量を測定
する差圧流量計において、前記管には、内周壁に係止部
が突設され、この係止部に上流側からオリフィス板を当
接させて配置したことを特徴とする。

【０００６】また、前記目的を達成するための他の発明
は、流路管内の口径を狭めた絞部を有する絞管に、この
絞部の開閉を行う開閉弁を設け、前記絞管の上流側と下
流側とにタービン型流量計の流入管と流出管とを接続し
たことを特徴とする。

【０００７】

【作用】請求項１に記載の発明（以下「第１の発明」と
いう）による差圧流量計では、オリフィス板前後を通過
する流体の管内の差圧を測定して管内を通過する流体の
流量を測定する。そして、管内に流れる流量の計測範囲
を変更する場合には、オリフィス径の異なる他のオリフ
ィス板と交換する。オリフィス板を交換する場合には、
管の上流側からオリフィス板を抜き取り、所定のオリフ
ィス径を有する他のオリフィス板を挿入し、係止部に当
接させて設置する。

【０００８】従って、オリフィス板の抜き取りと挿入と
によって容易にオリフィス板の交換ができ、差圧測定器
などの交換をすることなく計測流量範囲の変更ができ
る。

【０００９】請求項２に記載の発明（以下「第２の発
明」という）による差圧流量計では、大流量を測定する
場合には、開閉弁を開いて絞部前後を通過する主流路の
管内の差圧により、絞部を流れる流体の一部をタービン
型流量計に流し、管内差圧を測定することによって、管
内を流れる流量を測定する。

【００１０】小流量を測定する場合には、絞管の開閉弁
を閉めて絞管への流体の流通を止め、流体をタービン型
流量計に流し、直接流量計を流れる流量を測定する。測
定後の流体は流出管を通って再び主流路に導入される。

【００１１】

【実施例】以下に、添付図面を参照して本発明の実施例
を詳細に説明する。

【００１２】まず、図１を参照して、本発明の第１実施
例について説明する。

【００１３】図１に示すように、第１実施例による差圧
流量計１は、オリフィス板３が配置された管５と、オリ
フィス板３の上流側及び下流側において、管５に接続さ
れるタービン型流量計７とから構成されている。

【００１４】管５は、両側に外ねじが形成されており、
主流路の流路管６ａ、６ｂが接続されて、矢印Ａで示す
ように、流体が上流から下流へ流れるようになってい
る。

【００１５】管５の内周壁には、略中央に係止部として
の段差９が形成されており、この段差９にオリフィス板
３が当接されるようになっている。即ち、上流側の内径
Ｄ₁の方が下流側の内径Ｄ₂ よりも小さくなっており、
略中央に段差９を生じさせている。

【００１６】また、管５には、オリフィス板の上流側と
下流側にタービン型流量計の流入管１１及び流出管１３
が接続されている。尚、管５に形成されている孔１５は
温度センサ（図示せず）が取り付けられる孔である。

【００１７】このオリフィス板３のオリフィス口１６
は、本実施例では、丸形に形成しており、オリフィス板
３の外側にはＯリング２５を介在して管壁とのシールを
している。

【００１８】タービン型流量計７は、パルス分解能の高
い、ジェットインペラ型流量計であり、上述した流入管
１１及び流出管１３に接続された本体１７を備え、この
本体１７内にはインペラ１９が収納されており、インペ
ラ１９は流入管１１に近接配置されて流入管１１より流
入された流体により回転されるようになっている。更
に、本体１７にはインペラ１９の回転を光により検出す
るセンサ２１を埋め込んだキャップ２３が取り付けられ
ている。このセンサ２１には、コンピュータを介して表
示装置（図示せず）が接続されており、センサ２１から
の出力信号を演算した後、表示装置に演算した流量を表
示するようになっている。

【００１９】このように、センサ２１は光により回転を
検知するものであるから、インペラから離れた位置でも
インペラの回転が測定できるのみならず、流体には光し
か作用しないため、防爆環境でも流量計測することがで
きる。

【００２０】流入管１１と流出管１３とには、それぞれ
流体の流入出とその停止を制御するための制御弁（オン
／オフ弁）２５が配置されており、制御弁２５のオン
（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）制御ができるようになってい
る。このように、タービン型流量計７の流入管１１と流
出管１３とに制御弁２５を配置することにより、流量計
の本体１７にトラブルが生じた場合に、流入管１１及び
流出管の２５弁を閉鎖することによって、主流路の流体
の流れを止めることなく、流量計の本体１７に流入され
る流体を停止できるので、流量計本体１７のみを取り外
して修理等ができる。 尚、管５に接続する流入出管１
１の口径ｓは、タービン式流量計の等価ノズル径ｄ₂ の
４倍以上とすることが望ましい。このように設定するこ
とによって、オリフィス板３の差圧ΔＰとタービン式流
量計の差圧を等しくなるようにして、流量計の計測制度
を高めることができる。

【００２１】ここで、本実施における作用及び計測原理
について説明する。

【００２２】流量、例えば、大流量を測定する場合に
は、流路管６ａ、６ｂに流体を流し、制御弁２５を開く
と、流路管内における圧力差に応じてタービン型流量計
に流体が流れるので、その流量をセンサにより検出して
計測する。

【００２３】他の範囲の流量、例えば少流量を測定する
場合には、管５から流路管６ａを外して、管５の上流側
からオリフィス板を抜きとる。次に、適当な他の口径管
のオリフィス板３を用意し、管５の内周壁に突設された
係止部９に流体の上流側から他の口径のオリフィス板３
を挿入して、当接させて配置する。即ち、オリフィス板
の抜き取りと挿入とによって容易にオリフィス板の交換
ができ、種々の口径のオリフィス板と交換することによ
って、差圧測定器の交換をすることなく計測流量範囲の
変更を容易に変更できるができる。

【００２４】しかも、オリフィス板３と管５の内壁との
シールも必要としないのでオリフィス板３の交換が容易
である。

【００２５】ここで、測定原理について説明する。

【００２６】オリフィス板３の最小口径（計量ノズル
径）をＤmm、流量係数をΨ、そこを流れる流体の密度を
ρ（Ｋｇ／cm³ ）、オリフィス口の流量をＱ_o （ｌ／mi
n ）とすると、オリフィス板前後の圧力差ΔＰ（Ｋｇ／
cm² ）とは、次式（１）の関係にある。

【００２７】

【数１】 Ｑ_o ＝Ψ・（πＤ² ／４）・（２ΔＰ／ρ）^1/2 ・・・・・・（１） また、上述のように、タービン式流量計に流れる流量Ｑ
_t （ｌ／min ）は、この流量計の計量部の等価ノズル直
径をｄ（mm）、ここで、直径ｄ₁ の口径のノズルが複数
個ｍある場合は、ｄ＝（ｍｄ₁ ² ）^1/2 、流量係数をξ
とすると、オリフィス部の主流路とタービン式流量計の
流入出管１１、１３を接続する配管径ｓが十分大きい場
合には、この間の差圧ΔＰ（Ｋｇ／cm² ）に等しいた
め、下記式（２）となる。

【００２８】

【数２】 Ｑ_t ＝ξ・（πｄ² ／４）・（２ΔＰ／ρ）^1/2 ・・・・・・（２） 使用するタービン式流量計７では、流量をインペラ１９
の回転周波数Ｈ（Ｈz）で計測してるので比例定数をａ
（ｌ／min ／Ｈz ）、バイアス流量をｂ（ｌ／min ）と
すると、Ｑ_t （ｌ／min ）は、下記式（３）となる。

【００２９】

【数３】Ｑ_t ＝ａＨ＋ｂ ・・・・・・・（３） 従って、全体の流量はＱ_m （ｌ／min ）は、オリフィス
部流量とタービン式流量の和として表されるので、

【００３０】

【数４】 Ｑ_m ＝Ｑ_o ＋Ｑ_t ＝（Ｑ_o ／Ｑ_t ＋１）Ｑ_t ・・・・・・（４） 上記式に式（１）及び（２）より求められる（Ｑ_o ／Ｑ
_t ）の比を代入して、Ｑ_t には式３を代入すると、下記
（５）式が得られる。

【００３１】

【数５】 Ｑ_m ＝｛（Ψ・Ｄ² ／ξｄ² ）＋１）｝（ａＨ＋ｂ）・・・・（５） すなわち、定数である、オリフィス板の流量係数Ψと最
小口径Ｄ及びタービン式流量計の流量係数ξと等価最小
口径ノズル直径ｄが分かれば、タービン式流量計の流量
計測することによりシステム全体の流量Ｑ_m （ｌ／min
）を算出できる。

【００３２】

【数６】 Ｑ_m ＝Ｃ（ａＨ＋ｂ） ・・・・・・・（６） 但し、Ｃ＝｛（Ψ・Ｄ² ／ξｄ² ）＋１）｝ タービン式流量計としては、流体をインペラに直角に衝
突させて、この衝突と直角方向に流体を導く構造として
いるため測定精度が高く、また、インペラの羽枚数（即
ち、１回転あたりの信号数）を自由に増加できるため、
パルス分解能（比例定数ａ）を高めることができる。

【００３３】即ち、Ψ＝ξと考えると、オリフィス／タ
ービン式流量計による測定分解能Ｃは、

【００３４】

【数７】 Ｃ＝｛（Ｄ／ｄ）² ＋１）｝・・・・・・・・・（７） となる。例えば、ｄ＝１mmとすると、Ｄ＝３０mmの場合
は、

【００３５】

【数８】 Ｃ＝｛（３０／１）² ＋１）｝＝９０１・・・・・・・・・（８） となり、本来のタービン式流量計のパルス分解能ａより
９０１倍もパルス分解能が大きくなる。

【００３６】このため、第１実施例の差圧流量計におい
ては、精度良い計測をするには、タービン式流量計のパ
ルス分解能を大きく高めることが必要である。

【００３７】また、第１実施例の差圧流量計（オリフィ
ス／タービン式流量計）のレンジアビリテイ（計測範
囲）Ｒは、最低パルス周波数Ｈ_min と最大パルス周波数
Ｈ_maxより、

【００３８】

【数９】 Ｒ＝（ａＨ_max ＋ｄ）／（ａＨ_min ＋ｂ） ＝（Ｈ_max ＋ｄ／ａ）／（Ｈ_min ＋ｂ／ａ）・・・・・・・（９） となる。ここで使用するジェットインペラ型タービン式
流量計はｂ／ａ≦４０，Ｈ_min ≧４０（Ｈz ）、Ｈ_max
＝３０００Ｈz の性能であり、Ｒ≧３７の広い計測範囲
を有することになる。

【００３９】次に、図２を参照して、本発明の第２実施
例について説明するが、第１実施例と同一の部分には同
一の符号を付することによって、その部分の詳細な説明
を省略する。

【００４０】第２実施例による差圧流量計４１は、絞部
４３が形成された絞管４５と、絞管４５の上流側と下流
側に主流路管６ａ、６ｂを接続するニップル４７ａ、４
７ｂと、これらのニップル４７ａ、４７ｂに接続された
タービン型流量計７とから構成されている。

【００４１】絞管４５は、その両端部に内ねじが形成さ
れており、ニップル４７ａ、４７ｂを介して、主流路管
６ａ、６ｂが接続されるようになっており、矢印Ａで示
すように、流体が上流から下流へ流れるようになってい
る。

【００４２】絞管４５の中央には、所定の内径Ｄを有す
る絞部４３が形成されており、主流路管６ａ、６ｂより
も流体が流れる口径を狭くして、絞部の前後で圧力差が
生じるようになっている。絞管４５には、更に、絞部４
３の中央に主流路の開閉を制御する開閉弁４９が設けら
れており、主流路に流れる流体の流れを止めて、副流路
としてのタービン型流量計７の流入管１１及び流出管１
３に流体を流すようになっている。

【００４３】即ち、ニップル４７ａ、４７ｂには、それ
ぞれ、タービン型流量計７の流入管１１及び流出管１３
が接続されており、主流路に流体が流れている場合に
は、絞部４３前後の圧力差によりタービン型流量計７に
一部の流体が流れ、開閉弁４９により主流路を閉鎖した
場合には、主流路を流れるべき流体全部が副流路として
のタービン型流量計７に流入するようになっている。

【００４４】タービン型流量計７の構成は、第１実施例
と同様であるが、流入管１１におけるインペラ１９に向
けて流体を突出する突出部の口径ｄは、絞部の口径Ｄと
の関係において、Ｄ＝８．２ｄの関係になるように設定
されている。このような値に設定することによって、流
量計測範囲を広くすることができる。

【００４５】ここで、本実施における作用及び計測原理
について説明する。

【００４６】測定すべき流量が大きい範囲にある場合に
は、開閉弁４９を開き、主流路管６ａ、６ｂに流体を流
す。この場合には、絞部４３により主流路を流れる流体
が絞られるので、絞部４３前後において流体の圧力差が
生じ、流体の一部が、流入管１１を介して副流路として
のタービン型流量計７へ流れた後、流出管１３を介して
主流路に戻される。

【００４７】そして、少流量を測定する場合には、開閉
弁４９を閉めて、主流路に流れる流体の流れを止めて、
流路管１１を介して流体をすべて副流路としてのタービ
ン型流量計７へ流して、直接タービン型流量計７に流れ
る流量を測定する。

【００４８】本実施例において、開閉弁４９が開いてい
る場合には、この流量計システムを流れる流量Ｑ_m （＝
Ｑ_o ＋Ｑ_t ）は、前述の式（５）により、表される。

【００４９】

【数１０】 Ｑ_m ＝｛（Ψ・Ｄ² ／ξｄ² ）＋１）｝（ａＨ＋ｂ）・・・・（１０） なお、このシステムにおいては、主流路の内径に対して
若干小さな内径の開閉弁（ＯＮ／ＯＦＦ弁）４９を使用
して、この開閉弁をオリフィス板の機能を持たせてい
る。そして、微少量の計測する場合は、この開閉弁を閉
じて、副流路に設けたタービン式流量計のみで計測する
ことになる。

【００５０】開閉弁を閉じた場合は、式（１０）の中で
Ｄ＝０であることから、

【００５１】

【数１１】Ｑ_m ＝（ａＨ＋ｂ）・・・・（１１） 式（１０）及び式（８）において、連続して流量計測す
るには、式（１１）に示す最大流量と式（１０）に示す
最小流量とが等しくなるように流量計の設計をおこなう
必要がある。前述のように、使用するタービン式流量計
のパルス周波数の範囲は、Ｈ＝４０〜３０００Ｈz であ
るから式（１０）における最低計測流量Ｑ_min は、

【００５２】

【数１２】 Ｑ_min ＝｛（Ψ・Ｄ² ／ξｄ² ）＋１）｝（４０Ｈ＋ｂ）・・・・（１２） また、式（１１）における最大流量Ｑ_max は、

【００５３】

【数１３】 Ｑ_max ＝（３０００Ｈ＋ｂ）・・・・・・・・・（１３） この式（１２）と式（１３）とを等しくするように設計
することにより、式（８）における最低流量（＝４０Ｈ
＋ｂ）から、式（１０）における最大流量［＝｛（Ψ・
Ｄ² ／ξｄ² ）＋１）｝（３０００Ｈ＋ｂ）］まで計る
ことを可能にしている。即ち、式（１２）と式（１３）
を等しい、ｄ／ａ＝４０と置いて、整理すると、

【００５４】

【数１４】 （Ψ・Ｄ² ／ξｄ² ）＝６８ ・・・・・・・（１４） 上記式において、Ψ＝ξと考えてＤとｄのおおよその関
係をみると、

【００５５】

【数１５】Ｄ＝８．２ｄ ・・・・・・・・（１５） の関係にあることが分かる。この結果、開閉弁４９を有
する場合には、式（１０）に、（Ψ・Ｄ² ／ξｄ² ）＝
６８、Ψ＝ξ、Ｈ＝３０００Ｈz 、ｂ／ａ＝４０、を代
入してレンジアビリテイＲを求めると、 Ｒ＝｛（Ψ・Ｄ² ／ξｄ² ）＋１）｝（３０００ａ＋
ｂ）／（４０ａ＋ｂ）＝２６２２ となる。従って、従来不可能であった極めて広い流量計
測範囲を有する流量計を構成することができる。

【００５６】本発明は上述した実施例に限定されず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

【００５７】例えば、第１の発明における係止部は、段
差状のものに限らず、凸状に突設したものであってもよ
い。

【００５８】また、第２発明における絞部は、第１発明
に示すようなオリフィスであっても同様な効果を得るこ
とができる。この場合開閉弁は、オリフィスに近接した
位置に設けられる。

【００５９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、管の内
周壁に突設された係止部に流体の上流側からオリフィス
板を当接させて配置する構成としているので、オリフィ
ス板の抜き取りと挿入とによって容易にオリフィス板の
交換ができ、種々の口径のオリフィス板と交換すること
によって、差圧測定器の交換をすることなく計測流量範
囲の変更を容易に変更できる。

【００６０】請求項２に記載の発明によれば、大流量を
測定する場合には、絞管にある開閉弁を開いて主流路を
流れる流体の一部をタービン型流量計に流し、小流量を
測定する場合には、絞管の開閉弁を閉めて、流体のすべ
てをタービン型流量計に直接流して流量を測定する構成
であるから、計測流量範囲を容易に変更できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による差圧流量計の断面図
である。

【図２】本発明の第２実施例による差圧流量計の断面図
である。

【符号の説明】

１ 第１実施例による差圧流量計 ３ オリフィス板 ５ 管 ７ タービン型流量計 ９ 係止部 ４１ 第２実施例による差圧流量計 ４３ 絞部 ４５ 絞管 ４７ 開閉弁

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【手続補正書】

【提出日】平成５年２月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】タービン型流量計７の構成は、第１実施例
と同様であるが、流入管１１におけるインペラ１９に向
けて流体を突出する突出部の口径ｄは、絞部の口径Ｄと
の関係において、Ｄ≦８．２ｄの関係になるように設定
されている。このような値に設定することによって、流
量計測範囲を広くすることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管内にオリフィス板を配置し、オリフィス
   板前後の管内差圧により管内を流れる流体流量を測定す
   る差圧流量計において、 前記管には、内周壁に係止部が突設され、この係止部に
   上流側からオリフィス板を当接させて配置したことを特
   徴とする差圧流量計。
2. 【請求項２】流路管内の口径を狭めた絞部を有する絞管
   に、この絞部の開閉を行う開閉弁を設け、前記絞管の上
   流側と下流側とにタービン型流量計の流入管と流出管と
   を接続したことを特徴とする差圧流量計。