JPH08159839A - 流量計および流量測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低流量域から大流量域まで高精度かつ円滑な
測定を行うことができる流量計および流量測定方法を提
供する。 【構成】 制御部２００は、流量が微小なときはバイパ
スバルブ１０６を閉めて小型フルイディック素子１０４
からの発振信号１０８を基に流量を演算する一方、流量
が増大して所定の流量を超えたときには、バイパスバル
ブ１０６を開けると共に、大型フルイディック素子１０
３からの発振信号１０７を基に流量を演算する。これに
より、微小流量域から大流量域まで高精度に測定するこ
とができ、また、流体の流れが途絶えることがないため
２つのフルイディック素子の切り替えも円滑に行うこと
ができる。しかも、大型フルイディック素子１０３を選
択しているときはバイパスバルブ１０６を開けるように
しているため、小型フルイディック素子１０４による圧
力損失の発生を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２つの流量検知素子を用
いて構成される流量計および流量測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスメータ等に利用される流量計とし
て、フルイディック流量計が知られている。この流量計
は、噴流を発生させるノズルの下流側に、一対の側壁に
よって流路拡大部を形成すると共に、側壁の外側に設け
られたリターンガイドによって、ノズルを通過した流体
を各側壁の外側に沿ってノズルの噴出口側へ導く一対の
フィードバック流路を形成し、ノズルを通過した流体が
一対のフィードバック流路を交互に流れる現象（以下、
フルイディック発振という。）の周波数が流体の流量と
関係することを利用した流量計である。

【０００３】このような構成のフルイディック流量計で
は、その構造のサイズや形状によって精度良く測定でき
る流量範囲がある程度限定される。したがって、微小な
流量から大流量までのすべての範囲にわたって高精度に
測定することが困難である。この問題を解決する方法と
して、低流量用と大流量用の２つのフルイディック素子
を用いる方法が考えられる。

【０００４】図６は、このような２つのフルイディック
素子を用いて構成した流量計を表すものである。この流
量計は、流路５０４と流路５０５との間に配置され、大
流量領域において精度よく流量を測定可能な大型フルイ
ディック素子５０１と、この大型フルイディック素子５
０１と並列に配置され、低流量領域において精度よく流
量を測定可能な小型フルイディック素子５０２と、流路
５０４と大型フルイディック素子５０１および小型フル
イディック素子５０２との間に配置され、流路５０４と
大型フルイディック素子５０１または小型フルイディッ
ク素子５０２との間を選択的に接続するための切替弁５
０３とを備えている。

【０００５】この流量計では、流路５０４を流れる流量
が微小なときは、切替弁５０３を小型フルイディック素
子５０２の側（Ｓ側）に接続し、この小型フルイディッ
ク素子５０２からの発振信号に基づいて流量を演算す
る。流路５０４を流れる流量が増大し、所定の流量を超
えると、切替弁５０３を大型フルイディック素子５０１
の側（Ｌ側）に接続し、この大型フルイディック素子５
０１からの発振信号に基づいて流量を演算する。これに
より、流量に応じた最適のフルイディック素子が用いら
れるため、微小流量域から大流量域まで高精度に測定が
可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように２つのフルイディック素子を並列に用いる方法で
は、切替弁５０３の切り替え時に、それまで選択されて
おらず流量が零であったフルイディック素子に突然流体
が流れ込むこととなる。このため、この新たに選択され
たフルイディック素子の出力が安定するまでに時間を要
し、切り替えが円滑に行われないという問題があった。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、低流量域から大流量域まで高精度か
つ円滑な測定を行うことができる流量計および流量測定
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の流量計
は、流体の流路中に配置されると共に、流量に応じた信
号を出力する低流量測定用の第１の流量検知素子と、流
体の流路中に前記第１の流量検知素子と直列に配置され
ると共に、流量に応じた信号を出力する大流量測定用の
第２の流量検知素子と、前記第１の流量検知素子と並列
に前記流路に接続されたバイパスバルブと、前記第１の
流量検知素子および第２の流量検知素子から出力される
信号のいずれかを選択する選択手段と、この選択手段に
より選択された信号に基づき流量を演算する演算手段
と、この演算手段によって求められた流量を所定の流量
値と比較し、その比較結果に応じて前記バイパスバルブ
の開閉および前記選択手段を制御する切替制御手段とを
備えている。

【０００９】この流量計では、演算手段によって得られ
た流量と所定の流量値との大小関係によって、第１の流
量検知素子または第２の流量検知素子のいずれか一方が
選択され、選択された流量検知素子からの信号に基づき
流量が演算される。このとき、大流量測定用の第２の流
量検知素子が選択されているときにバイパスバルブを開
くように制御すれば、第１の流量検知素子をバイパスし
て流体が流れ、圧力損失の発生が回避される。

【００１０】請求項２記載の流量計は、請求項１記載の
流量計において、前記第１および第２の流量検知素子が
それぞれ流量に応じた周波数のフルイディック発振信号
を出力するフルイディック素子であるように構成したも
のである。

【００１１】請求項３記載の流量計は、請求項１または
２記載の流量計において、前記低流量測定用の第１の流
量検知素子を前記大流量測定用の第２の流量検知素子の
上流側に配置したものである。

【００１２】この流量計では、低流量測定用の第１の流
量検知素子を上流側に配置することにより、流量検知素
子の切替時に発生する乱流の影響が低減される。

【００１３】請求項４記載の流量測定方法は、流量に応
じた信号を出力する低流量測定用の第１の流量検知素子
と大流量測定用の第２の流量検知素子とを流体の流路中
に直列に配置し、前記第１の流量検知素子と並列に前記
流路にバイパスバルブを接続し、前記第１の流量検知素
子および第２の流量検知素子から出力される信号のいず
れかを選択し、選択された信号に基づき流量を演算し、
演算によって求められた流量を所定の流量値と比較し、
その比較結果に応じて、前記バイパスバルブの開閉およ
び前記選択手段を制御するようにしたものである。

【００１４】この流量測定方法では、演算によって得ら
れた流量と所定の流量値との大小関係によって、第１の
流量検知素子または第２の流量検知素子のいずれか一方
が選択され、選択された流量検知素子からの信号に基づ
き流量が演算される。このとき、大流量測定用の第２の
流量検知素子が選択されているときにバイパスバルブを
開くように制御すれば、第１の流量検知素子をバイパス
して流体が流れ、圧力損失の発生が回避される。

【００１５】請求項５記載の流量測定方法は、請求項４
記載の流量測定方法において、前記第１および第２の流
量検知素子として、流量に応じた周波数のフルイディッ
ク発振信号を出力するフルイディック素子を用いるよう
にしたものである。

【００１６】請求項６記載の流量測定方法は、請求項４
または５記載の流量測定方法において、前記低流量測定
用の第１の流量検知素子を前記大流量測定用の第２の流
量検知素子の上流側に配置するようにしたものである。

【００１７】この流量測定方法では、低流量測定用の第
１の流量検知素子を上流側に配置することにより、流量
検知素子の切替時に発生する乱流の影響が低減される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施例に係るフルイディ
ック流量計の構成を表すものである。このフルイディッ
ク流量計１００は、上流側の流路１０１と下流側の流路
１０２との間に配置され、大流量域において精度よく流
量を測定可能な大型フルイディック素子１０３と、この
大型フルイディック素子１０３と直列に（流路１０１と
の間に）配置され、低流量領域において精度よく流量を
測定可能な小型フルイディック素子１０４と、大型フル
イディック素子１０３と小型フルイディック素子１０４
を結ぶ流路１０５と流路１０１との間に小型フルイディ
ック素子１０４と並列に接続配置されたバイパスバルブ
１０６と、大型フルイディック素子１０３および小型フ
ルイディック素子１０４からのフルイディック発振信号
に基づきバイパスバルブ１０６を制御する制御部２００
とを備えている。

【００２０】図２は図１の大型フルイディック素子１０
３の断面を表わすものである。なお、本実施例は、ガス
メータとして使用するフルイディック素子の例である。
また、小型フルイディック素子１０４も大型フルイディ
ック素子１０３とほぼ同様の構造および機能を有し、説
明を省略する。

【００２１】図２に示すように、この大型フルイディッ
ク素子１０３は、気体（ガス）を導入するための入口部
１１と気体を排出するための出口部１２とを有する本体
１０を備えている。本体１０内には隔壁１３が設けら
れ、この隔壁１３と入口部１１との間に気体流路１４が
形成され、隔壁１３と出口部１２との間に気体流路１５
が形成されている。隔壁１３には開口部１６が設けら
れ、気体流路１４内には、開口部１６を閉塞可能な遮断
弁１７が設けられている。本体１０の外側にはソレノイ
ド１８が固定され、このソレノイド１８のプランジャ１
９が、本体１０の側壁を貫通して遮断弁１７に接合され
ている。遮断弁１７と本体１０との間におけるプランジ
ャ１９の周囲にはばね２０が設けられ、このばね２０が
遮断弁１７を開口部１６側へ付勢している。

【００２２】気体流路１５内には、入口部１１から導入
した気体を通過させて噴流を配設させるノズル部２１が
設けられている。ノズル部２１の下流側には、拡大され
た流路を形成する一対の側壁２３，２４が設けられてい
る。この側壁２３，２４の間には、所定の間隔を開け
て、上流側に第１ターゲット２５、下流側に第２ターゲ
ット２６がそれぞれ配設されている。側壁２３，２４の
外側には、ノズル部２１を通過した気体を各側壁２３，
２４の外周部に沿ってノズル部２１の噴出口側へ帰還さ
せる一対のフィードバック流路２７，２８を形成するリ
ターンガイド２９が配設されている。フィードバック流
路２７，２８の各出口部分と出口部１２との間には、リ
ターンガイド２９の背面と本体１０とによって、一対の
排出路３１，３２が形成されている。ノズル部２１の噴
出口の近傍には、ノズル部２１を通過した気体の流れる
方向の切り替わりを検出するための熱式流速センサに通
じる導圧孔３３，３４が設けられている。

【００２３】図３は図２における導圧孔３３，３４およ
び圧電膜センサを含む断面を拡大して表すものである。
この図に示すように、本体１０の底部の外側には、圧電
膜センサ３７が設けられている。また、導圧孔３３，３
４には、それぞれ導圧管５１，５２の一端が接続されて
いる。この導圧管５１，５２の他端は、圧電膜センサ３
７の各圧力導入口に接続されている。そして、この圧電
膜センサ３７によって、導圧孔３３における圧力と導圧
孔３４における圧力との差（以下、単に差圧という。）
を検出し、その差圧の変化に基づいてフルイディック発
振を検出するようになっている。導圧管５１，５２およ
び圧電膜センサ３７は、本体１０の底部の外側に固定さ
れたケース５５によって覆われている。

【００２４】次に、以上のような構成の大型フルイディ
ック素子１０３の概略動作を説明する。入口部１１から
導入された気体は、気体流路１４、開口部１６、気体流
路１５、整流部材２２を順に経て、ノズル部２１に入
る。ノズル部２１を通過した気体は、噴流となって噴出
口より噴出される。噴出口より噴出された気体は、コア
ンダ効果により一方の側壁に沿って流れる。ここでは、
まず側壁２３に沿って流れるものとする。側壁２３に沿
って流れた気体は、更にフィードバック流路２７を経
て、ノズル部２１の噴出口側へ帰還され、排出路３１を
経て出口部１２より排出される。このとき、ノズル部２
１より噴出された気体は、フィードバック流路２７を流
れてきた気体によって方向が変えられ、今度は他方の側
壁２４に沿って流れるようになる。この気体は、更にフ
ィードバック流路２８を経て、ノズル部２１の噴出口側
へ帰還され、排出路３２を経て出口部１２より排出され
る。すると、ノズル部２１より噴出された気体は、今度
は、フィードバック流路２８を流れてきた気体によって
方向が変えられ、再び側壁２３、フィードバック流路２
７に沿って流れるようになる。以上の動作を繰り返すこ
とにより、ノズル部２１を通過した気体は一対のフィー
ドバック流路２７，２８を交互に流れるフルイディック
発振を行う。このフルイディック発振の周波数（または
周期）は流量（流速）と対応関係があり、流量の増大と
共に周波数も増大する。

【００２５】図４は図１の制御部２００の構成を表すも
のである。この制御部２００は、大型フルイディック素
子１０３から入力される発振信号１０７と小型フルイデ
ィック素子１０４から入力される発振信号１０８のいず
れか一方を選択するように切り替え動作を行う切替器２
０１と、この切替器２０１の出力端に接続され、切替器
２０１から入力されたアナログ信号を増幅する増幅器２
０２と、増幅器２０２の出力端に接続され、増幅器２０
２からの正弦波状のアナログ出力から高周波成分を除去
したのち矩形（パルス）波形に変換する波形整形回路２
０３と、この波形整形回路２０３の出力端に接続され、
波形整形回路２０３のパルス出力の周期を検出する周期
検出部２０４と、この周期検出部２０４の出力端に接続
され、周期検出部２０４の出力を基に流量を演算してそ
の演算値２０８を図示しない流量表示部に出力する流量
演算部２０５と、この流量演算部２０５に接続され、切
替制御信号２０９によって切替器２０１およびバルブ駆
動部２０７を制御する切替制御部２０６と、この切替制
御部２０６に接続され、バイパスバルブ１０６（図１）
を駆動制御するバルブ駆動部２０７とを備えている。

【００２６】以上のような構成の流量計（図１）の全体
動作を図５を参照して説明する。初期状態においては、
バイパスバルブ１０６を閉じると共に、制御部２００の
切替器２０１をＳ側（小型フルイディック素子１０４の
側）に切り替えておく（図５ステップＳ１０１）。これ
により、当初は小型フルイディック素子１０４からの発
振信号１０８が増幅器２０２に入力され増幅される。波
形整形回路２０３は増幅器２０２からのアナログ出力を
矩形波状に整形する。周期検出部２０４は波形整形回路
２０３から入力された矩形波信号の周期を検出し（ステ
ップＳ１０２）、その検出値を流量演算部２０５に出力
する。流量演算部２０５は周期検出部２０４で検出され
た周期に基づき流量を演算し（ステップＳ１０３）、流
量表示部（図示せず）に出力する。

【００２７】切替制御部２０６は、ステップＳ１０３で
求められた流量Ｆを所定の切替流量値Ｆ_SWと比較する
（ステップＳ１０４）。この結果、流量ＦがＦ_SWに達し
ないときには（ステップＳ１０４；Ｙ）、そのままの状
態を維持する。すなわち、切替制御信号２０９によって
切替器２０１をＳ側に維持すると共に（ステップＳ１０
５）、バルブ駆動部２０７によってバイパスバルブ１０
６の閉状態を維持する（ステップＳ１０６）。したがっ
て、この状態では、流量演算部２０５は、低流量域で高
精度な小型フルイディック素子１０４からの発振信号１
０８に基づき流量を演算することとなり、微小流量に対
しても測定精度を高く維持することができる。

【００２８】流量Ｆが増大してＦ_SWを超えると（ステッ
プＳ１０４；Ｎ）、切替制御信号２０９によって切替器
２０１をＬ側に切り替えると共に（ステップＳ１０
７）、バルブ駆動部２０７によってバイパスバルブ１０
６を開状態にする（ステップＳ１０８）。したがって、
この状態では、流量演算部２０５は、大流量域で高精度
な大型フルイディック素子１０３からの発振信号１０７
に基づき流量を演算することとなり、大流量に対しても
測定精度を高く維持することができる。この状態では、
バイパスバルブ１０６が開かれるため、小型フルイディ
ック素子１０４のみを流路とした場合に比べて圧力損失
を低減することができる。

【００２９】一方、流量Ｆが現象してＦ_SWを下回ると
（ステップＳ１０４；Ｙ）、切替制御信号２０９によっ
て切替器２０１をＳ側に切り替えると共に（ステップＳ
１０５）、バルブ駆動部２０７によってバイパスバルブ
１０６を閉状態にする（ステップＳ１０６）。これによ
り、再び小型フルイディック素子１０４からの発振信号
１０８に基づく流量演算が行われることとなる。

【００３０】このように、本実施例の流量計では、流量
が微小なときは、バイパスバルブ１０６を閉めて小型フ
ルイディック素子１０４からの発振信号を基に流量を演
算する一方、流量が増大して所定の流量を超えたときに
は、バイパスバルブ１０６を開けると共に、大型フルイ
ディック素子１０３からの発振信号を基に流量を演算す
るようにしたので、微小流量域から大流量域まで高精度
に測定することができると共に、流体の流れが途絶える
ことがないため２つのフルイディック素子の切り替えも
円滑に行うことができる。しかも、大型フルイディック
素子１０３を選択しているときはバイパスバルブ１０６
を開けるようにしているため、小型フルイディック素子
１０４による圧力損失の発生を防止することができる。

【００３１】なお、本実施例では、小型フルイディック
素子１０４を大型フルイディック素子１０３の上流側に
配置するようにしたが、これは切り替え時のバイパスバ
ルブ１０６の開閉に伴う乱流の影響をより少なくしよう
とするためである。

【００３２】また、本実施例は、フルイディック素子を
利用した流量計について適用したものであるが、これに
限るものではなく、他の原理を利用した低流量用の流量
検知素子と大流量用の検知素子を用いて構成することも
可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低流量用の第１の流量検知素子と大流量用の第２の流量
検知素子とを流路中に直列に接続配置し、流量の大きさ
によって、第１の流量検知素子または第２の流量検知素
子のいずれか一方を選択して流量を演算することとした
ので、微小流量域から大流量域まで高精度に測定するこ
とができると共に、流体の流れが途絶えることがなく、
２つの流量検知素子の切り替えを円滑に行うことができ
る。しかも、大流量測定用の第２の流量検知素子を選択
しているときはバイパスバルブを開けるようにすれば、
低流量測定用の第１の流量検知素子による圧力損失の発
生を防止することができる。

【００３４】特に、請求項３または６記載の発明によれ
ば、低流量測定用の第１の流量検知素子を大流量測定用
の第２の流量検知素子の上流側に配置するようにしたの
で、流量検知素子の切替時に発生する乱流の影響を低減
することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る流量計の全体構成を表
すブロック図である。

【図２】図１における小型フルイディック素子または大
型フルイディック素子の構造を表す断面図である。

【図３】図２における導圧孔および圧電膜センサを含む
断面を拡大して表す断面図である。

【図４】図１における制御部の構成を表すブロック図で
ある。

【図５】本発明の一実施例に係る流量測定方法を説明す
るための流れ図である。

【図６】従来の流量測定方法を示す図である。

【符号の説明】

１００ フルイディック流量計 １０１，１０２，１０５ 流路 １０３ 大型フルイディック素子 １０４ 小型フルイディック素子 １０６ バイパスバルブ ２００ 制御部 ２０１ 切替器 ２０２ 増幅器 ２０３ 波形整形回路 ２０４ 周期検出部 ２０５ 流量演算部 ２０６ 切替制御部 ２０７ バルブ駆動部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流路中に配置されると共に、流量
   に応じた信号を出力する低流量測定用の第１の流量検知
   素子と、 流体の流路中に前記第１の流量検知素子と直列に配置さ
   れると共に、流量に応じた信号を出力する大流量測定用
   の第２の流量検知素子と、 前記第１の流量検知素子と並列に前記流路に接続された
   バイパスバルブと、 前記第１の流量検知素子および第２の流量検知素子から
   出力される信号のいずれかを選択する選択手段と、 この選択手段により選択された信号に基づき流量を演算
   する演算手段と、 この演算手段によって求められた流量を所定の流量値と
   比較し、その比較結果に応じて前記バイパスバルブの開
   閉および前記選択手段を制御する切替制御手段とを備え
   たことを特徴とする流量計。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の流量検知素子はそ
   れぞれ流量に応じた周波数のフルイディック発振信号を
   出力するフルイディック素子であることを特徴とする請
   求項１記載の流量計。
3. 【請求項３】 前記低流量測定用の第１の流量検知素子
   は前記大流量測定用の第２の流量検知素子の上流側に配
   置されることを特徴とする請求項１または２記載の流量
   計。
4. 【請求項４】 流量に応じた信号を出力する低流量測定
   用の第１の流量検知素子と大流量測定用の第２の流量検
   知素子とを流体の流路中に直列に配置し、 前記第１の流量検知素子と並列に前記流路にバイパスバ
   ルブを接続し、 前記第１の流量検知素子および第２の流量検知素子から
   出力される信号のいずれかを選択し、 選択された信号に基づき流量を演算し、 演算によって求められた流量を所定の流量値と比較し、
   その比較結果に応じて、前記バイパスバルブの開閉およ
   び前記選択手段を制御することを特徴とする流量測定方
   法。
5. 【請求項５】 前記第１および第２の流量検知素子とし
   てそれぞれ流量に応じた周波数のフルイディック発振信
   号を出力するフルイディック素子を用いることを特徴と
   する請求項４記載の流量測定方法。
6. 【請求項６】 前記低流量測定用の第１の流量検知素子
   を前記大流量測定用の第２の流量検知素子の上流側に配
   置することを特徴とする請求項４または５記載の流量測
   定方法。