JPH07229772A

JPH07229772A - フルイディック流量計

Info

Publication number: JPH07229772A
Application number: JP1966194A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kumagai; 稔熊谷
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1994-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1995-08-29
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JP2931198B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ノズルの幅をできるだけ小さくして、ノズル
のアスペクト比を大きくし、拡大流路部内でのガスの噴
流に二次元的流れを発生させて、噴流の動圧と静圧との
差圧を大きくすることにより、流量検出機構に得られる
信号を大きくして、より精度の高いフルイディック流量
計を提供する。【構成】フルイディック本体２３の内部に形成された
滞留空間部３１とガスの流量を計測する拡大流路部３３
との間を連通させるノズル３２を設け、このノズル３２
の流路を所定の幅と高さと長さとに形成し、さらにノズ
ル３２が滞留空間３１と連通する入口部に円弧状の曲線
を形成したフルイディック流量計２０であって、流路の
幅寸法を３．０ｍｍ未満とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、噴出ノズルから流路
内に噴出した噴流の流体の振動現象に基づき、流体の流
量を測定するフルイディック流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフルイディック流量計としては、
図９に示すようなものが知られている。図中符号１はフ
ルイディック流量計であり、フルイディック本体２の開
口部３には、異常時にこの開口部３を遮断してガスの供
給を停止する遮断弁４が取付られる一方、流路３の下流
側には流量計測部５が設けられている。遮断弁４の先端
部分には開口部３に面してガス導入口６が形成されてい
るが、このガス導入口６はガスメータのガス流入口７に
対して直角に配置されている。フルイディック本体２の
内部には、開口部３をガスの流入口とする滞留空間８が
形成されており、この滞留空間８は流量計測部５のノズ
ル９に連通されている。

【０００３】流量計測部５は、いわゆる流体振動形流量
計と呼ばれるものであり、ノズル９の下流側に設けられ
た拡大流路部１０と、拡大流路部１０内に配置されるタ
ーゲット１１と、拡大流路部１０の入り口付近に設けら
れた一対の圧力若しくは流量検出機構１２とを主な構成
要素とし、拡大流路部１０の後流側にはガス流出口１３
が形成されている。

【０００４】このフルイディック流量計１は、ガス流入
口７から流入したガスがガス導入口６を経て滞留空間８
内へ流入した後、ノズル９を経て拡大流路部１０内へ流
入するが、ガスが狭いノズル９から拡大流路部１０内へ
噴出する際に、ガスの噴流が直進することなく、歪めら
れてターゲット１１の側部を迂回して流れることとな
る。その際、噴流主流の一部が分岐して側壁部を逆流す
るいわゆる帰還流となるが、この帰還流は左右交互に発
生する。帰還流は、ノズル９の拡大流路部１０への開口
部付近にて、噴流主流に対して直交する方向に流体エネ
ルギを付与し、制御流としての役割を果たすこととな
り、これによってノズル９から噴出する噴流がターゲッ
ト１１の両側面を左右交互に流れる現象が発生する。こ
の左右交互に流れる噴流の流れ現象により生じる圧力の
変化を、一対の圧力もしくは流量検出機構１２により検
出し、この流体の流れが切り替わる振動周波数を計測す
ることにより流量を計測するようにしたものである。こ
こで、ターゲット１１は流体振動を誘起する作用を有す
るものである。

【０００５】上記流体の振動周波数は、ノズル９の幅が
大きくなる程、そこから噴出する流体の噴流速度が小さ
くなって、その結果小さくなる一方、ノズル９の流路幅
Ｗが小さくなる程そこから噴出する噴流速度が大きくな
って、その結果大きくなる。

【０００６】また、このフルイディック流量計１の拡大
流路部１０では、ノズル９より噴出された噴流が、二次
元的流れであることが要求されるが、ノズル９の幅Ｗが
小さい程、ノズル９の流路の高さＨ（図示せず）や、長
さＬｎに対するアスペクト比が大きくなり、二次的流れ
となる。即ち、ノズル９の幅が狭くなるに従って噴流の
速度も早くなるが、拡大流路部１０内での噴流の流速が
早い程、噴流の動圧が大きくなる一方、静圧が小さくな
り、流体振動により得られる流量検出機構１２に現れる
噴流の差圧が大きくなり、その結果、得られる信号が大
きくなり、より精度の良い計測が行われる。

【０００７】そして、このフルイディック流量計１は、
主にガスの元圧が１８０〜２４０ｍｍＨ₂Ｏの都市ガス
用として使用されており、このガスの元圧に最適なノズ
ル９の幅が設定されたものとなっていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
フルイディック流量計にあっては、ガスの元圧が小さな
都市ガスの計測に最適なものとして作られているため、
ノズルの幅Ｗを小さくすると流量が制限されることか
ら、ノズルの幅がＷ＝３．２ｍｍと比較的大きな寸法と
なっており、拡大流路部内での噴流が三次元的な流れと
なり易いという問題があった。

【０００９】そのため、このフルイディック流量計を、
ＬＰＧ等のようにガスの元圧が７０００〜１５６０００
ｍｍＨ₂Ｏと高い流体の流量を計測しようとする場合に
は、本来ノズル幅Ｗを３．２ｍｍより小さくして噴流速
度を増し、動圧と静圧との差圧を大きくすることができ
る。従来のノズル幅Ｗ＝３．２ｍｍのままで使用する
と、ノズルから噴出するガスの噴流速度がそれ程増大せ
ず、従って拡大流路部内での噴流が二次元流となり難
く、噴流の動圧と静圧との差圧が少ないまま使用される
こととなり、精度の低いものとなる。

【００１０】この発明は、上述した問題を解消すべくな
されたものであり、ノズルの幅をできるだけ小さくし
て、ノズルのアスペクト比を大きくすることにより、拡
大流路部内のガスの噴流速度を増大させて二次元的流れ
を発生させ、噴流の動圧と静圧との差圧を大きくし、そ
の結果、流量検出機構で得られる信号を大きくして、よ
り精度の高いフルイディック流量計を提供することを目
的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載のフルイディック流量計は、フルイデ
ィック本体の内部に形成された滞留空間部とガスの流量
を計測する拡大流路部の間を連通させるノズルを設け、
このノズルの流路を所定の幅と高さと長さとに形成し、
さらに前記ノズルが前記滞留空間と連通する入口部に円
弧状の曲線を形成したフルイディック流量計であって、
前記流路の幅寸法を３．０ｍｍ未満としたことを特徴と
している。

【００１２】請求項２記載のフルイディック流量計は、
ノズル入口部の円弧半径をＲｎ、ノズルの流路幅をＷ、
ノズルの流路高さをＨ、ノズルの流路長さをＬｎとした
場合に、前記Ｗ，Ｒｎ，Ｈ，Ｌｎの間にＲｎ／Ｗ＝１．
６６〜２，５、Ｈ／Ｗ＝２．５〜３．７５、Ｌｎ／Ｗ＝
５〜７．５の関係があることを特徴としている。

【００１３】

【作用】本発明のフルイディック流量計では、ノズル幅
を狭く設定するため、ノズル内を同一流量のガスが流れ
る場合には、ガスの流速が早くなり拡大流路部内でのガ
スの流れが二次元流となる。よって、噴流の動圧は大き
くかつ静圧は小さくなり、流量検出機構に現れる圧力の
差が大きくなり、圧力に起因する信号が大きくなる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明のフルイディ
ック流量計の実施例について説明する。図１から図４
は、この発明の一実施例のフルイディック流量計を示す
図である。図中符号２０はフルイディック流量計を示
し、このフルイディック流量計２０の上流には流路が円
形断面で流体の速度分布が三次元となる流体供給路２１
が設けられており、この流体供給路２１とフルイディッ
ク流量計２０との間には流体供給路２１から供給される
流体の流れを二次元的な流に変えてフルイディック流量
計に供給する流体供給アダプタ２２が設けられている。

【００１５】フルイディック流量計２０は、図３、図４
に示すように、フルイディック本体２３と、このフルイ
ディック本体２３の内部に配設されるノズル部材２４と
から主に構成されている。フルイディック本体２３は矩
形状に形成されており、アルミ板に外枠部２５及びター
ゲット２６を残して溝部２７を形成したものであり、外
枠部２５の流体供給アダプタ２２が接続される側（上流
側）には、ガス導入口２８が形成されている一方、下流
側にはガス流出口２９が形成されている。ガス導入口２
８及びガス流出口２９は、断面矩形に形成されて外枠部
の中央に配置されている。

【００１６】フルイディック本体２３の内部には、左右
対称なノズル部材２４が固定され、さらに上部にフルイ
ディック本体の蓋（図示せず）が取り付けられることに
より滞留空間３１、ノズル３２、拡大流路部３３が形成
される。ノズル部材２４には、ノズル取付穴３４とカバ
ー取付穴３５とが形成され、図示しないネジをこれらの
取付穴に螺合させることによりノズル部材２４をフルイ
ディック本体２３の内部に固定する。ノズル３２の下流
側には、ノズルと連通するように拡大流路部３３が形成
され、この拡大流路部３３の入り口部付近には一対の圧
力検出機構３７が設けられ、さらに拡大流路部３３の中
央部には、ノズル３２の中心軸線の延長線上にターゲッ
ト２６が位置しており、このターゲット２６の後流側に
は上記拡大流路部３３の後流部より狭い流路幅を有し、
かつガス流出口２９に連なる絞り流路部３８が形成され
ている。

【００１７】さらに、ノズル３２は、上流側に円弧半径
Ｒｎ＝５ｍｍの曲線を有する入口部４０が形成され、こ
の入口部４０から連なる流路４１は、幅Ｗ＝３．０ｍｍ
未満、高さＨ＝７．５ｍｍ、長さＬｎ＝１５ｍｍの矩形
断面を有している。この流路４１の下流端部に形成され
たノズル噴出面３２ｅには拡大流路部３３が連なってお
り、拡大流路部３３はノズル３２の中心軸線に対して対
称に形成されると共に、急激に拡大された内壁面を有し
ており、また拡大流路部３３の流路中央部には、上記タ
ーゲット２６が位置している。

【００１８】流体供給路２１は、断面円形のパイプであ
り末端にはハニカム構造の整流器（図示せず）が取り付
けてある。流体供給アダプタ２２は、矩形の箱状に形成
された蓄気室２２ａと、蓄気室２２ａを上流側の流体供
給路２１に接続するための円筒部材２２ｂとから構成さ
れ、蓄気室２２ａの下流側がフルイディック本体２３の
上流側の外枠部に接続されており、蓄気室２２ａの流路
がフルイディック本体２３内部のガス導入口２８に連通
するようになっている。

【００１９】上記のように構成された、フルイディック
流量計２０によれば、流体供給路２１から供給されたガ
スが、流体供給アダプタ２２の円筒部材２２ｂを経て蓄
気室２２ａに流入する。蓄気室２２ａに流入したガスは
蓄気室内の流路を経て、フルイディック本体の滞留空間
３１内へ流入する。滞留空間３１の内部に流入したガス
は、滞留空間３１の内部で中央に向かって流れ、中央部
において合流した後、ノズル３２の内部へ流入するが、
中央部において合流したガスは、ほぼ完全な二次元的流
れとなってノズル３２の入口部４０から流路４１内へ流
入することとななる。即ち、二方向から流入するガスが
互いに押し合いながらノズル３２の流路４１内へ流入す
るため、速度分布が溝の高さ方向に対して均一、即ち二
次元的となる。

【００２０】特に、この実施例においては、ノズル３２
の流路幅Ｗが３．０ｍｍ未満と小さく形成されているた
め、ＬＰＧ等のガスの様に、元圧が比較的高い流体に使
用する場合には、ノズル３２に流入したガスは、狭い流
路４１を経た後にノズル噴出端面３２ｅから拡大流路部
３３内へ勢い良く噴出して、二次元流を発生させる。そ
して、拡大流路部３３内へ噴出したガスの噴流は、ター
ゲット２６に衝突することによって直進することなく、
拡大流路部３３内の一方の側壁に押し寄せられる。その
際、噴流主流の一部が分岐して内壁部を逆流するいわゆ
る帰還流となる。帰還流は、左右交互に発生するが、ノ
ズル３２の拡大流路部３３の開口部付近にて、噴流主流
に対して直交する方向に流体エネルギを付与し、制御流
としての役割を果たすこととなり、これによってノズル
３２から噴出する噴流がターゲット２６の両側面を左右
交互に流れる現象が発生する。

【００２１】この左右交互に流れる噴流の流れ現象によ
り生じる圧力の変化を、一対の圧力検出機構３７により
検出し、この流体の流れが切り替わる流体振動周波数を
計測することにより流量を計測するが、この実施例の場
合には、噴流の流速が早いため、噴流が二次元流とな
り、噴流の動圧と静圧との差圧が従来のものと比べて大
きくなり、その結果、流体の流量検出機構３７の圧力差
に起因する信号が大きくなり、精度の良い計測を行うこ
とができる。

【００２２】なお、本実施例のフルイディック流量計２
０では、ノズル３２の入口部４０の円弧半径Ｒｎ、流路
幅Ｗ、流路高さＨ、流路長さＬｎがＲｎ／Ｗ＝１．６６
〜２．５、Ｈ／Ｗ＝２．５〜３．７５、Ｌｎ／Ｗ＝５〜
７．５のアスペクト比の関係を有していれば良く、この
アスペクト比の範囲内での各部位の寸法を適宜変更する
ことは任意である。

【００２３】以下に、本発明を、発明者等が行った実験
結果に基づいて説明する。本願の発明者は、上述したノ
ズルのアスペクト比の範囲において、下記のような測定
を行った。

【００２４】（実験例）この実施例のフルイディック流
量計２０のノズルの流路幅Ｗと、器差曲線の関係を、図
５から図８の実験データに基づいて説明する。この実施
例のフルイディック流量計２０では、推算流量Ｑcal
［ｍ／ｈ］と、実際の流量Ｑ［ｍ／ｈ］との誤差をＥ
［％］とした場合に、これらの間には、つぎの関係式が
成立する。

【００２５】Ｅ＝｛（Ｑcal −Ｑ）／Ｑcal ｝×１００このようにして、計算したＥの値を器差と呼んでいる。
さらに、実流量Ｑと最大流量Ｑmax との比をＱ／Ｑmax
とし、これと上記器差との関係を示す特性曲線を器差曲
線とした場合、この実験例のフルイディック流量計の器
差Ｅは、０．０５≦Ｑ／Ｑmax ≦０．２の範囲で−２．
５％≦Ｅ≦２．５％の検定公差の範囲に入り、０．２≦
Ｑ／Ｑmax ≦１．０の範囲で−１．５％≦Ｅ≦１．５％
の検定公差の範囲に入ることが必要である。さらに、具
体的にＱmax を４ｍ³／ｈとした場合には、フルイディ
ック流量計の器差Ｅは、０．２≦Ｑ≦０．８の範囲で−
２．５％≦Ｅ≦２．５％の検定公差の範囲に入り、０．
８≦Ｑ≦４の範囲で−１．５％≦Ｅ≦１．５％の検定公
差の範囲に入ることが必要である。

【００２６】図５から図８は、ノズル３２の入口部円弧
半径Ｒｎ＝５ｍｍ、流路長さＬｎ＝１５ｍｍ、流路高さ
Ｈ＝７．５ｍｍとした時に、流路幅Ｗを３．０ｍｍ、
２．５ｍｍ、２．０ｍｍ、１．５ｍｍと４段階に変化さ
せた場合の器差曲線である。なお、ノズル３２の噴出端
面３２ｅからターゲット２６の凹部最深部までの距離を
噴流長さＬｊとした場合に、図５における噴流長さＬｊ
＝１５ｍｍ、図６，７における噴流長さＬｊ＝１４ｍ
ｍ、図８における噴流長さＬｊ＝１３ｍｍとした。

【００２７】上記実験結果から分かるように、図５にお
けるアスペクト比はＬｎ／Ｗ＝１０、Ｈ／Ｗ＝５、Ｒｎ
／Ｗ＝１．３３となり、上述した実施例のアスペクト比
の範囲から外れており、したがってこの実験値の器差曲
線も検定公差の範囲から外れていることが分かる一方、
図６，７，８におけるアスペクト比は上述した本実施例
のアスペクト比の範囲内に入っており、したがって、
０．３≦Ｑ／Ｑmax ≦１．０における器差Ｅの値が一定
値を示し、他のノズル幅に比べて格段の違いが認められ
る。またノズル３２の流路幅は、２．０≦Ｗ≦３．０の
範囲内において、器差曲線が検定公差の範囲内に治まる
が、ノズルの流路幅Ｗ＝２．５ｍｍにしたときが最適な
器差曲線を得ることができる。

【００２８】したがって、この実施例のフルイディック
流量計は、Ｒｎ／Ｗ＝１．６６〜２．５、Ｈ／Ｗ＝２．
５〜３．７５、Ｌｎ／Ｗ＝０〜８のアスペクト比の範囲
内において、ノズルの流路幅Ｗを３．０ｍｍ未満とする
ことにより、拡大流路部３３内のガスの噴流に二次元的
な流れを発生させ、器差曲線を検定公差の範囲内に収め
ることができ、格段の精度を向上させることができるも
のとなる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のフルイ
ディック流量計によれば、ノズル幅を３．０ｍｍ未満と
狭く設定するため、ガスの元圧が比較的高い場合には、
ガスの噴流の速度が早くなり拡大流路部内でのガスの噴
流に二次元流が発生し易くなり、噴流の動圧は大きくか
つ静圧は小さくなり、流量検出機構に現れる圧力の差が
大きくなり、圧力に起因する信号が大きくなり、流量計
の精度を向上させることができる。

【００３０】請求項２記載のフルイディック流量計は、
Ｗ，Ｒｎ，Ｈ，Ｌｎの間に、Ｒｎ／Ｗ＝１．６６〜２．
５、Ｈ／Ｗ＝２．５、Ｌｎ／ｗ＝５〜７．５のアスペク
ト比の関係が規定されているため、器差曲線が検定公差
の範囲内に納まり、さらに精度の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
全体説明斜視図である。

【図２】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
全体説明平面図である。

【図３】この発明の一実施例のフルイディック本体の内
部にノズル部材が配設された状態の平面図である。

【図４】この発明の一実施例のフルイディック本体内に
設置されるノズル部材の平面図である。

【図５】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
流量と器差曲線の関係の説明図である。

【図６】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
流量と器差曲線の関係の説明図である。

【図７】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
流量と器差曲線の関係の説明図である。

【図８】この発明の一実施例のフルイディック流量計の
流量と器差曲線の関係の説明図である。

【図９】従来のフルイディック流量計の内部を説明する
断面平面図である。

【符号の説明】

２０フルイディック流量計２３フルイディック本体３１滞留空間３２ノズル３３拡大流路部４０ノズルの入口部４１流路

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【手続補正書】

【提出日】平成６年６月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】そのため、このフルイディック流量計を、
ＬＰＧ等のようにガスの元圧が７０００〜１５６０００
ｍｍＨ₂Ｏと元圧の高い流体の流量を計測しようとする
場合には、本来ノズル幅Ｗを３．２ｍｍより小さくして
噴流速度を増し、動圧と静圧との差圧を大きくすること
ができる。従来のノズル幅Ｗ＝３．２ｍｍのままで使用
すると、ノズルから噴出するガスの噴流速度がそれ程増
大せず、従って拡大流路部内での噴流が二次元流となり
難く、噴流の動圧と静圧との差圧が少ないまま使用され
ることとなり、精度の低いものとなる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】（実験例）この実施例のフルイディック流
量計２０のノズルの流路幅Ｗと、器差曲線の関係を、図
５から図８の実験データに基づいて説明する。この実施
例のフルイディック流量計２０では、推算流量Ｑcal
［ｍ³／ｈ］と、実際の流量Ｑ［ｍ³／ｈ］との誤差を
Ｅ［％］とした場合に、これらの間には、つぎの関係式
が成立する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フルイディック本体の内部に形成された
滞留空間部とガスの流量を計測する拡大流路部の間を連
通させるノズルを設け、このノズルの流路を所定の幅と
高さと長さとに形成し、さらに前記ノズルが前記滞留空
間と連通する入口部に円弧状の曲線を形成したフルイデ
ィック流量計であって、前記流路の幅を３．０ｍｍ未満
としたことを特徴とするフルイディック流量計。
【請求項２】前記ノズルの入口部の円弧半径をＲｎ、
ノズルの流路幅をＷ、ノズルの流路高さをＨ、ノズルの
流路長さをＬｎとした場合に、前記Ｗ，Ｒｎ，Ｈ、Ｌｎの間にＲｎ／Ｗ＝１．６６〜２．５Ｈ／Ｗ＝２．５〜３．７５Ｌｎ／Ｗ＝５〜７．５の関係があることを特徴とする請求項１記載のフルイデ
ィック流量計。