JPH09210742A - フルイディック流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 低流量域においても流体ノイズに影響される
ことなく、正確に流体振動の周波数を検出できるフルイ
ディック流量計を得る。 【解決手段】 ノズル流路２１と、このノズル流路２１
のノズル出口２１ａに離間対向した１個のターゲット部
材３とを有し、ノズル流路２１から噴出する噴出流体に
周期的な流体振動が生じ、この周期的な流体振動の周波
数と噴出流体の流量との間に比例関係が存在することか
ら流体の流量を検出するフルイディック流量計である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル流路から噴
出する噴出流体の流れに周期的な流体振動が生じ、この
周期的な流体振動の周波数と噴出流体の流量との間に比
例関係が存在することに基づいて、流体の流量を検出す
るフルイディック流量計に関し、特に流体ノイズによる
流量検出誤差の発生を防止したフルイディック流量計に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガスメータとしては、膜式のも
のが広く使用されている。この膜式ガスメータはダイヤ
フラムの往復運動を回転運動に変換することにより流量
が検出されるが、構造が複雑で製造コストが高く、ま
た、機械的可動部分が多いので保守、点検にも多くの人
員と費用を必要とするなどの不都合があった。

【０００３】そこで、機械的可動部分がなく、製造コス
トが安く、しかも流量の検出精度が高いフルイディック
流量計をガスメータに適用することが試みられている。
このフルイディック流量計としては、例えば図７に示す
ようなフルイディック流量計Ｆがある。このフルイディ
ック流量計Ｆは、ハウジング１と、このハウジング１内
に設けられたノズル部材２ａ、２ｂと、ターゲット部材
３及び圧力取出し口４とを備えている。

【０００４】ハウジング１は、直方体状の空間１ａを有
しており、流入口１ｂおよび流出口１ｃを介して他の流
路につながるようになっている。ノズル部材２ａ、２ｂ
は、左右対称の形状であり一対のもので構成されてお
り、空間１ａの下流側の部分を占めるように設けられて
いる。このため、ハウジング１内には、ノズル部材２
ａ、２ｂの上流側に流入空間１ｄが構成された状態にな
っている。また、ノズル部材２ａ、２ｂは、その上流側
の部分が左右対称に近接して縮流部１ｅを構成した後ノ
ズル流路２１を構成しており、このノズル流路２１の下
流側に流量を検出するための測定空間２２が構成されて
いる。測定空間２２は、ノズル流路２１のノズル出口２
１ａから左右対称に円弧状に広がる壁面２２ａ、２２ｂ
を備えた構造になっている。

【０００５】ターゲット部材３は、測定空間２２内にあ
って、ノズル流路２１の延長線上に設置されている。ま
た、圧力取出し口４は、測定空間２２内にあって、ノズ
ル流路２１の延長線上に左右対称の位置に設けられてお
り、ノズル流路２１からの噴出流体の流れの流体振動を
噴流の両サイドの静圧を検出することにより求める。

【０００６】なお、ハウジング１は図示しないシール用
パッキン及びカバーによって密閉されるようになってい
る。したがって、流入口１ｂに流入した流体は、流入空
間１ｄ、ノズル流路２１及び測定空間２２を通って流出
口１ｃから流出するようになっている。

【０００７】上記のように構成されたフルイディック流
量計においては、ノズル流路２１から流出する噴出流
体、例えばプロパンガスの流れは周期的に流体振動す
る。すなわち、ある時点では噴出流体がターゲット部材
３の片方の壁面３ａに沿って流れて壁面の底部２２ｃに
衝突し、流れの一部は測定空間２２の一方の壁面２２ａ
に沿って上昇しノズル出口２１ａへ戻り、他は流出口１
ｃを通って系外に流出する。また、次の時点では、同噴
出流体がターゲット部材３の他方の壁面３ｂに沿ってあ
たかも吸い寄せられるように流れ前記と同様の流動状態
となる。このような噴出流体の振動が測定空間２２内に
おいて周期的に発生する。

【０００８】そして、噴出流体が流体振動する流体振動
周波数と、同噴出流体の流量との間には比例関係がある
ことから、噴出流体の静圧を圧力取出し口４を通し圧力
センサで検出することにより、流体振動周波数を求め、
流体の流量を測定することができる。

【０００９】上述したフルイディック流量計は、測定空
間内に１個のターゲット部材を備えた、いわゆる簡略形
と称するもので、同様なものが特開平４ー２７８４２１
号公報及び特開平４ー２７８４２２号公報に記載されて
いる。また、これとは別に特開昭６３ー１３９２１３号
公報には一個のターゲット部材の他に一対の隔壁を設け
た複雑型のフルイディック流量計が記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】さて、上記公知例に示
されているように、圧力センサを取り付け、噴流の静圧
を検出する位置は、簡略型のものはノズル出口とターゲ
ット部材との間に設けられており、複雑型のものは、タ
ーゲット部材以降に設けられている場合もある。このよ
うに、圧力検出位置は、測定空間の構成状態に応じて種
々な位置に設けられているが、この位置の選択が適切で
ないと、流体ノイズの影響で、正確な静圧変動によるパ
ルス出力が得られなくなり、パルス数の検出誤差が生じ
るからである。

【００１１】すなわち、図８は横軸に時間を縦軸に信号
の出力を示す線図で、圧力変動検出信号４１に流体ノイ
ズ信号が重畳されていない場合を示し、波形から正確に
２パルスの出力が検出できる。これに対し、図９は圧力
変動検出信号４１に流体ノイズによるノイズ信号４２が
重畳されている場合で、実際は４パルスの出力であると
ころを７パルスにカウントされ誤検出となる。一般に高
流量域においては流体ノイズにより出力波形が乱れるこ
とはないが、低流量域になると波形は流体ノイズにより
乱され、カウント誤差の原因となる波形割れが発生する
のである。

【００１２】そこで、本発明の目的は低流量域において
も流体ノイズに影響されることなく、正確に流体振動の
周波数を検出することができるフルイディック流量計を
得ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ノズル流路と、このノズル流路のノズル
出口に離間対向した１個のターゲット部材とを有し、ノ
ズル流路から噴出する噴出流体に周期的な流体振動が生
じ、この周期的な流体振動の周波数と噴出流体の流量と
の間に比例関係が存在することから流体の流量を検出す
るフルイディック流量計であって、前記流体振動周波数
を検出する圧力変動検出位置を前記ターゲット部材より
上流側にかつ前記ノズル流路の中心軸線に対称に設ける
と共に、前記中心軸線をＸ軸とし、両圧力変動検出位置
を結ぶ直線をＹ軸とし、Ｙ軸とＸ軸との直交する交点か
らノズル出口までの距離をｘ、両圧力変動検出位置まで
の距離を±ｙ、ノズル流路の幅をｗとすると、ｗ＝１．
２mm以上３．０mm以下であり、ｘ／ｗ＝０．６７以上
３．７５以下であり、ｙ／ｗ＝０．６７以上３．７５以
下であることを構成としている。

【００１４】すなわち、本発明のフルイディック流量計
は、従来例と同様な簡略形の構成であり、２個の圧力変
動検出位置をターゲット部材より上流側にかつ、ノズル
流路の中心軸線に対し対称の位置に設けている。そし
て、圧力変動検出位置と低流量域における波形割れの発
生との関係を実験により求め、ｗ、ｘ、ｙが上述の関係
を満足する位置に圧力変動検出位置を設定することによ
り、低流量域においても波形割れの発生を防ぎ、検出誤
差のないフルイディック流量計が得られることを見出だ
したものである。

【００１５】また、本発明においては、ノズルの幅ｗを
１．２mm以上３．０mm以下の範囲に限定しているが、従
来のガスメータにおける流量を考慮するとノズル幅ｗは
約２．５mmが適当と考えられるので、これを中心にして
その前後に幅を設けて設定したものである。幅ｗが狭く
なると測定精度は低下するので、下限を１．２mm以上と
した。また、上限を３．０mm以下に限定したのは、流量
計の厚みを１０mm程度とすると、ノズル幅の上限を大き
くすることにより断面が円形に近付くので、フルイディ
ック流量計に絶対条件とされる二次元噴流が形成されな
くなり、三次元噴流の流れに変わる。これを防ぎ、断面
矩型のノズルの特性を維持するためである。

【００１６】また、ｘ／ｗ、ｙ／ｗを０．６７以上３．
７５以下と限定したのは、種々実験の結果ｘ／ｗ、ｙ／
ｗの少なくともいずれかが０．６７未満、または３．７
５を超えた場合は、いずれも低流量域において波形割れ
を発生するからである。すなわち、圧力変動検出位置が
ターゲット部材に近付くほど、また、ノズル中心軸線か
ら離間するほど流体ノイズの影響を受け易いのである。

【００１７】上記実験の結果を、図６（実施例の要部拡
大図）に示すＡーＡ′、ＢーＢ′、ＣーＣ′、ＤーＤ′
の４か所を圧力変動検出位置に設定した場合に付いて説
明する。

【００１８】ＡーＡ′の場合 ｗ＝２．５mm ｘ＝２mm ｘ／ｗ＝０．８ ｙ＝±２mm ｙ／ｗ＝±０．８ 流量Ｑは４．８１８５ｍ³ /h〜０．０７２６ｍ³ /hの範
囲で波形割れなし。

【００１９】ＢーＢ′の場合 ｗ＝２．０mm ｘ＝４．５mm ｘ／ｗ＝２．２５ ｙ＝±４．５mm ｙ／ｗ＝±２．２５ 流量Ｑは４．８１８５ｍ³ /h〜０．０９１３２ｍ³ /hの
範囲で波形割れなし。 ＣーＣ′の場合 ｗ＝２．０mm ｘ＝１４mm ｘ／ｗ＝７ ｙ＝±５mm ｙ／ｗ＝±２．５ 流量Ｑは０．９７８３ｍ³ /h以下において波形割れ発
生。

【００２０】ＤーＤ′の場合（ターゲット部材直後下
流の位置） ｗ＝２．０mm ｘ＝２０mm ｘ／ｗ＝１０ ｙ＝±１１mm ｙ／ｗ＝±５．５ 流量Ｑは２．１１６７ｍ³ /h以下において波形割れ発
生。

【００２１】すなわち、ｘ／ｗ，ｙ／ｗが上記限定の範
囲に入らない場合はいずれも波形割れ発生のため、圧力
変動検出位置としては不可である。

【００２２】そして、本発明のフルイディック流量計
は、ノズル流路の幅を規制すると共に、ノズル流路の幅
に対して波形割れが発生しない領域内に圧力変動検出位
置を設定したので、流体ノイズの影響を受けることなく
大流量域から微少流量域までの広い流量範囲に渡って精
度よく流量を計測することができる。

【００２３】したがって、一般のガスメータとして使用
した場合は、コストが安く、しかも、精度がよく、さら
に保守が容易なガスメータを提供できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照しなが
ら実施形態により説明する。図１は本発明の実施形態の
構成説明図、図２は同じく要部（流量検出手段の静圧取
出し部）の断面説明図、図３は同じく要部（流量検出手
段）のブロック線図、図４は同じく大流量域における波
形説明図、図５は同じく低流量域における波形説明図、
図６は同じく圧力変動検出位置と波形の関係を説明する
要部拡大説明図、図７は従来例の構成説明図、図８は波
形割れのない流体振動検出信号の波形説明図、図９は波
形割れが発生した流体振動検出信号の波形説明図であ
る。

【００２５】本発明の実施形態からなるフルイディック
流量計Ｅは、ノズル流路２１と、このノズル流路２１の
ノズル出口２１ａに離間対向した１個のターゲット部材
３とを有し、ノズル出口２１ａから流出する噴出流体に
周期的な流体振動が生じ、この周期的な流体振動の周波
数と噴出流体の流量との間に比例関係が存在することか
ら流体の流量を計測するフルイディック流量計であっ
て、前記周波数を検出する圧力変動検出位置６１を前記
ターゲット部材３より上流側にかつ前記ノズル流路２１
の中心軸線２１ｂに対称な位置関係となるように設ける
と共に、前記中心軸線２１ｂをＸ軸とし、両圧力変動検
出位置６１を結ぶ直線をＹ軸とし、Ｙ軸とＸ軸との直交
する交点からＸ軸上のノズル出口２１ａまでの距離を
ｘ、交点からＹ軸上の両圧力変動検出位置６１までの距
離を±ｙ、ノズル流路２１の幅をｗとすると、ｗ＝１．
２mm以上３．０mm以下でありｘ／ｗ＝０．６７以上３．
７５以下でありｙ／ｗ＝０．６７以上３．７５以下であ
る寸法関係に構成したものである。

【００２６】そして、本実施形態においては、ｗ＝２．
０mmであり、ｘ＝４．５mm、ｙ＝±４．５mmであって、
上記図６におけるＢ、Ｂ′が圧力変動検出位置６１であ
り、低流量域においても波形の割れが発生せず、広い流
量範囲にわたって精度良く流量を計測することができ
る。

【００２７】上記フルイディック流量計Ｅは、本体Ｆ
と、流量検出手段Ｋとから構成されている。本体Ｆは図
７に示す従来例と同様な構成なので、本体Ｆについて
は、同一部分については同一符号を付して説明を簡略化
するが、流量検出手段Ｋは本発明の最重要構成要件なの
で、主として流量検出手段Ｋにつき以下詳述する。

【００２８】流量検出手段Ｋは、噴流の静圧を取り出す
圧力取出し部６と、この圧力取出し部６からの信号に基
づいて流量を算出する回路部７とからなっている。取出
し部６はノズル流路２１のノズル出口２１ａの中心を通
る中心軸線２１ｂ（図６参照）の両側に対称に設けられ
た２か所の圧力変動検出位置６１（図６のＢーＢ′の位
置）に設けられた、例えば直径０．５mmの圧力検出孔６
２を備えており、この圧力検出孔６２には例えば内径
１．５mmのパイプ６３が接続されている。このパイプ６
３を通して静圧が取出され、これらのパイプ６３にそれ
ぞれ接続された２個の図示しない圧力センサにより噴流
の静圧は検出される。

【００２９】回路部７は圧力検出回路７１を備えてお
り、この圧力検出回路７１は圧力センサで噴流の静圧を
検出し、得られた出力信号を波形整形回路７２に出力す
る。波形整形回路７２は、電圧に変換された信号から、
ノイズ等の不要な成分を取り除き、波形整形された流体
振動検出信号を求め、更に流量検出信号に変換して周波
数検出回路７３に出力する。

【００３０】周波数検出回路７３は入力された波形整形
された流量検出信号に基づいて周波数を検出し、この検
出した周波数信号を次の流量算出回路７４に出力する。
流量算出回路７４は、入力された周波数を用い、あらか
じめ入力されている周波数と流量との関係から流量を算
出するように構成されている。さらに、この流量算出回
路７４は流量表示装置７５に接続されている。流量表示
装置７５は、流量算出回路７４で算出された流量、使用
流量、積算流量等を時々刻々ディスプレイ上に表示した
り、必要に応じてプリントアウトすることが可能になっ
ている。

【００３１】なお、図１において、１０１はカバー及び
パッキン（図示せず）をハウジング１に固定するための
ねじ挿入孔であり、１０２は、ノズル部材２ａ、２ｂを
ハウジング１に固定するためのねじ挿入孔である。

【００３２】上記のように構成された流量計は例えばプ
ロパンガス等の流体が図示しないホースからフルイディ
ック流量計Ｅの本体Ｆに流入する。そして、ノズル流路
２１から噴出する噴出流体が、ある時点ではターゲット
部材３の一方の壁面３ａに沿って流れ、また、ある時点
では他方の壁面３ｂに沿って流れるという流体振動が周
期的に発生する。

【００３３】この周期的な流体振動は、各圧力変動検出
位置６１に設けた圧力検出孔６２から導入された噴流の
静圧の変化により検出される。この静圧は圧力検出回路
７１に入力され、この圧力検出回路７１で、圧力センサ
により電気信号に変換される。そして、上述したよう
に、この圧力検出回路７１の出力は、波形整形回路７２
を通過後、周波数検出回路７３に入力され、この回路７
３により周波数が検出される。この周波数に基づいて流
量算出回路７４により流量が算出される。さらに、この
流量算出回路７４には流量表示装置７５が接続されてお
り、常時使用流量及び積算流量がディスプレイに表示さ
れると共に、必要に応じて、使用量をプリントアウトす
ることもできる。

【００３４】上記実施形態における流体振動検出信号及
び流量検出信号を図４、図５により説明する。両図とも
横軸に時間msをとり、縦軸に出力電圧ｖをとったもので
ある。図４は流量Ｑ＝４．８１８５ｍ³ /hの大流量域の
場合で、下側の波形線図が２つの圧力変動検出位置６１
にあるそれぞれの圧力検出孔６２を通して得られる静圧
信号を合成することにより得られた流体振動検出信号で
ある。上側の波形線図は下側の波形線図をパルス波に変
換した流量検出信号である。上側の図には波形割れが見
られず、良好なパルス数（周波数）が得られる。

【００３５】また、図５は流量Ｑ＝０．０９１３２ｍ³
/hの低流量域の場合で、下側の波形線図が２つの圧力変
動検出位置６１にあるそれぞれの圧力検出孔６２を通し
て得られる静圧信号を合成することにより得られた流体
振動検出信号である。上側の波形線図は下側の波形線図
をパルス波に変換した流量検出信号である。上側の図に
は波形割れが見られず、良好なパルス数（周波数）が得
られる。

【００３６】なお、本実施形態においては流体としてプ
ロパンガスに付き記載したが、これに限定されず、空
気、その他の気体でもよく、水、油その他の液体（ニュ
ートン流体）でもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のフルイデ
ィック流量計は、ノズル流路の幅を規制すると共に、ノ
ズル流路の幅に対して波形割れが発生しない領域内に圧
力変動検出位置を設定したので、流体ノイズの影響を受
けることなく大流量域から微少流量域までの広い範囲に
渡って精度よく流量を計測することができる。

【００３８】したがって、一般のガスメータとして使用
した場合は、コストが安く、しかも、精度がよく、さら
に保守が容易なガスメータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の構成説明図。

【図２】同じく要部（流量検出手段の静圧取出し部）の
断面説明図。

【図３】同じく要部（流量検出手段）のブロック線図。

【図４】同じく大流量域における出力信号説明図。

【図５】同じく低流量域における出力信号説明図。

【図６】同じく流体振動の圧力検出位置と波形の関係を
説明する要部拡大説明図。

【図７】従来例の構成説明図。

【図８】波形割れのない流体振動検出信号の波形説明線
図。

【図９】波形割れが発生した流体振動検出信号の波形説
明図。

【符号の説明】

ｗ ノズル流路の幅 ３ ターゲット部材 ２１ ノズル流路 ２１ａ ノズル出口 ２１ｂ ノズル中心軸線 ６１ 圧力変動検出位置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル流路と、このノズル流路のノズル
   出口に離間対向した１個のターゲット部材とを有し、ノ
   ズル流路から噴出する噴出流体に周期的な流体振動が生
   じ、この周期的な流体振動の周波数と噴出流体の流量と
   の間に比例関係が存在することから流体の流量を検出す
   るフルイディック流量計であって、 前記流体振動周波数を検出する圧力変動検出位置を前記
   ターゲット部材より上流側にかつ前記ノズル流路の中心
   軸線に対称に設けると共に、前記中心軸線をＸ軸とし、
   両圧力変動検出位置を結ぶ直線をＹ軸とし、Ｙ軸とＸ軸
   との直交する交点からノズル出口までの距離をｘ、両圧
   力変動検出位置までの距離を±ｙ、ノズル流路の幅をｗ
   とすると ｗ＝１．２mm以上３．０mm以下であり ｘ／ｗ＝０．６７以上３．７５以下であり ｙ／ｗ＝０．６７以上３．７５以下である ことを特徴としたフルイディック流量計。