JPH10132627A - 流体振動形流量計 - Google Patents

流体振動形流量計

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JPH10132627A
JPH10132627A JP28868596A JP28868596A JPH10132627A JP H10132627 A JPH10132627 A JP H10132627A JP 28868596 A JP28868596 A JP 28868596A JP 28868596 A JP28868596 A JP 28868596A JP H10132627 A JPH10132627 A JP H10132627A
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nozzle
flow path
flow
width
contraction
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JP28868596A
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Minoru Kumagai
稔 熊谷
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Yazaki Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量測定範囲の異なる流体振動形流量計を開
発するにあたって、その開発に要する費用や時間等を低
減することのできる流体振動形流量計を提供することに
ある。 【解決手段】 ノズル助走部212の幅をW、ノズル縮
流部211の半径をRn、厚さ方向の寸法をH、ノズル
助走部212の中心線に沿う方向の寸法をLn、拡大流
部221の半径をR、排出口部224の幅をWo、第1
の縮流部222の半径をR1、第2の縮流部223の半
径をR2とした場合、W=1.5〜3mm、Rn/W=
1.67〜3.33、H/W=1.67〜3.33、L
n/W=0〜20.0、R/W=4.67〜9.33、
Wo/W=6.33〜12.67、R1/W=2.33
〜4.67、R2/W=1.67〜3.33の関係を有
することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、2次元流路のノ
ズルより噴出される噴流に生じる流体振動から流量を検
出する流体振動形流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の流体振動形流量計としては、例
えば図6に示すものが知られている。この図に示す流体
振動形流量計FMは、カバー5で閉じられるハウジング
1内に一対のノズル部材2、2を設けることにより、同
ハウジング1内にノズル流路210を構成するととも
に、このノズル流路210の上流側及び下流側にぞれぞ
れ上流側流路200及び下流側流路220を構成する構
造になっている。下流側流路220には、ノズル流路2
10の延長線上(中心線C上)にターゲット3が設けら
れている。そして、ノズル流路210を通って噴出する
ガス(流体)がターゲット3に衝突することによって流
体振動が発生し、この流体振動に基づいて流量を検出す
る原理になっている。
【0003】上記ハウジング1は、凹状に形成された箱
型矩形状の溝1aによって構成されている。そして、溝
1aの正面をカバー5で覆うことによって、上流側流路
200、ノズル流路210及び下流側流路220からな
る2次元流路を構成する。すなわち、上流側流路20
0、ノズル流路210及び下流側流路220は、深さ
(厚さ方向の寸法)が一定で、中心線Cを介して左右対
称の2次元流路によって連続的に形成されている。
【0004】さらに、ハウジング1は、流入口1b及び
流出口1cを介して他の流路に接続できるように構成さ
れている。また、ハウジング1には、下流側流路220
におけるノズル流路210の近傍に圧力取出し口4が2
つ設けられている。これらの圧力取出し口4には圧力セ
ンサが接続されており、この圧力センサによってノズル
流路210から噴出する噴流の流体振動を検出する。
【0005】また、ハウジング1には、カバー5を固定
するためのねじ穴1eが形成されているとともに、ノズ
ル部材2を固定するためのねじ穴(図示せず)が形成さ
れている。ねじ穴1eには、カバー5を固定するための
ボルト6がねじ込まれるようになっている。また、ノズ
ル部材2には、上記ボルト6の通る貫通孔2aが形成さ
れているとともに、ノズル部材2をハウジング1に固定
するためのボルト7の貫通孔2bが形成されている。
【0006】そして、流体振動形流量計FMは、流体振
動の周波数と、ガス(流体)の流量あるいは流速が比例
関係にあることから、上記圧力センサを介して流体振動
の周波数を検出することによって、流量を測定する方式
になっている。なお、上記流体振動形流量計FMは、L
Pガスの流量を測定するものであり、LPガスの流体振
動を測定することになる。ただし、上記構造の流体振動
形流量計FMにあっては、LPガス以外の他の気体や、
液体の流量を測定することも可能である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そして、上述したよう
な流体振動形流量計FMにおいては、測定範囲が広く、
かつ計測精度の優れたものを得ることが重要である。し
かし、測定範囲や計測精度がノズル流路210の幅Wや
長さ(助走距離)Ln、下流側流路220の形状等の影
響を受けるため、実際にノズル流路210の幅Wを変え
て流量測定範囲の異なる流体振動形流量計FMを開発す
るにあたっては、試作と実験を繰り返すことによって、
上記ノズル流路210の幅W、長さLn等の寸法につい
て最適なものを見出ださなければならない。このため、
一つの流体振動形流量計FMを開発するためには、多く
の費用や時間等がかかるという問題があった。
【0008】この発明は上述した問題を解消するために
なされたもので、流量測定範囲の異なる流体振動形流量
計を開発するにあたって、その開発に要する費用や時間
等を低減することのできる流体振動形流量計を提供する
ことを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、厚さ方向の寸法が一定に形成され、か
つ中心線を介して左右対称に形成された2次元流路とし
ての上流側流路、ノズル流路及び下流側流路を有し、前
記ノズル流路から下流側流路に噴出する噴流の流体振動
に基づいて流量を検出するように構成された流体振動形
流量計であって、前記ノズル流路は、前記上流側流路に
面し、円弧状に凸なる面で幅が狭まるように形成された
ノズル縮流部と、このノズル縮流部の下流側に連続して
形成された所定の幅のノズル助走部を有しており、前記
下流側流路は、前記ノズル助走部の出口に対して円弧状
に凹なる面で幅が広がるように形成された拡大流部と、
この拡大流部の下流側に位置し、円弧状に凹なる面で幅
が狭まるように形成された第1の縮流部と、この第1の
縮流部の下流側に位置し、円弧状に凸なる面で幅が狭ま
るように形成された第2の縮流部と、この第2の縮流部
の下流側に連続して形成された所定の幅の排出口部を有
しており、前記ノズル助走部の幅をW、ノズル縮流部の
半径をRn、厚さ方向の寸法をH、ノズル助走部の中心
線に沿う方向の寸法をLn、拡大流部の半径をR、排出
口部の幅をWo、第1の縮流部の半径をR1、第2の縮
流部の半径をR2とした場合、W=1.5〜3mm、R
n/W=1.67〜3.33、H/W=1.67〜3.
33、Ln/W=0〜20.0、R/W=4.67〜
9.33、Wo/W=6.33〜12.67、R1/W
=2.33〜4.67、R2/W=1.67〜3.33
の関係を有することを特徴としている。
【0010】そして、上記のように構成された発明にお
いては、ノズル助走部の幅Wを1.5〜3mmに設定
し、このノズル助走部の幅Wを分母とし、他の各寸法R
n、H、Ln、R、Wo、R1、R2、を分子とする無
次元数をパラメータとして、このパラメータを上記の範
囲のものに標準化することよって、測定範囲が広くかつ
計測精度の良好なものが得られる。したがって、上記各
パラメータの数値を用いることによって、流量測定範囲
の異なるものを開発する際の費用や時間等を低減するこ
とができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図1〜図5(図2〜図5は実験例)を参照して説明す
る。ただし、図6に示す従来例の構成要素と共通する要
素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0012】この実施の形態で示す流体振動形流量計F
Mは、図1に示すように、厚さ方向の寸法が一定に形成
され、かつ中心線Cを介して左右対称に形成された2次
元流路としての上流側流路200、ノズル流路210及
び下流側流路220を有し、前記ノズル流路210から
下流側流路220に噴出する噴流の流体振動に基づいて
流量を検出するように構成されたものである。
【0013】ノズル流路210は、上流側流路200に
面し、円弧状に凸なる面で幅が狭まるように形成された
ノズル縮流部211と、このノズル縮流部211の下流
側に連続して形成された所定の幅のノズル助走部212
を有している。
【0014】下流側流路220は、ノズル助走部212
の出口に対して円弧状に凹なる面で幅が広がるように形
成された拡大流部221と、この拡大流部221の下流
側に位置し、円弧状に凹なる面で幅が狭まるように形成
された第1の縮流部222と、この第1の縮流部222
の下流側に位置し、円弧状に凸なる面で幅が狭まるよう
に形成された第2の縮流部223と、この第2の縮流部
223の下流側に連続して形成された所定の幅の排出口
部224を有している。そして、拡大流部221と第1
の縮流部222、あるいは第1の縮流部222と第2の
縮流部223は、平面を介して接続されている。ただ
し、平面を介さずに直接接続するように構成してもよ
い。
【0015】また、ノズル縮流部211の半径をRn、
拡大流部221の半径をR、第1の縮流部222の半径
をR1、第2の縮流部223の半径をR2、第1の縮流
部222の半径R1の中心点から前記中心線Cに垂線を
おろし、その交点からノズル助走部212の出口までの
距離をX、同交点から第1の縮流部222の半径R1の
中心点までの距離をY、排出口部224の幅をWo、ノ
ズル助走部212の中心線Cに沿う方向の寸法をLn、
ノズル助走部212の幅をW、2次元流路としての各流
路200、210、220の厚さ方向の寸法(紙面に直
交する方向の寸法)をH(図示せず)として示す。
【0016】さらに、図1にはターゲット3及び圧力取
出し口4について示していないが、これらのターゲット
3及び圧力センサ4についても図6に示すものと同様に
ハウジング1に設けられている。そして、ノズル助走部
212の出口からターゲット3までの距離はLjになっ
ている。
【0017】また、ハウジング1の流出口1cの幅も排
出口部224の幅と同じ寸法Woに形成されている。
【0018】そして、図1においては、W=2.5m
m、Rn=5mm、H=5mm(Hの符号は図示せ
ず)、Ln=20mm、R=14mm、Wo=19m
m、R1=7mm、R2=5mmX=20.5mm、Y
=10.5mmに形成されたものが示されている。この
寸法のものは、測定範囲が広くかつ計測精度が良いもの
として許容される。
【0019】しかも、W=1.5〜3mm、Rn/W=
1.67〜3.33、H/W=1.67〜3.33、L
n/W=0〜20.0、R/W=4.67〜9.33、
Wo/W=6.33〜12.67、R1/W=2.33
〜4.67、R2/W=1.67〜3.33のように設
定したものも、測定範囲が広くかつ計測精度が良いもの
として許容される。
【0020】そして、W=1.5〜3mmに設定するこ
とによって、測定範囲が広くかつ計測精度が良いものと
なることは、後述する実験結果(図2〜図5参照)によ
って証明されている。そして、好ましくは、W=2.5
mmに設定することがよい。
【0021】また、Rn/W=1.67〜3.33に設
定すると、測定範囲が広くかつ計測精度が良くなるの
は、Rn/Wが1.67未満であると、ノズル流路入口
部近傍で縮流が生じて流れが乱れ、噴出する噴流の二次
元性が保たれなくなるからであり、Rn/Wが3.33
を超えると、ノズル縮流部の寸法が大きくなり過ぎると
ともに、流入ガスの衝突する角度が小さくなるからであ
る。そして、好ましくは、Rn/W=2に設定すること
がよい。また、Rn/W=1.67〜3.33に設定す
ると、Rn=4.995〜5.01mmになる。
【0022】H/W=1.67〜3.33に設定する
と、測定範囲が広くかつ計測精度が良くなるのは、H/
Wが1.67未満であると、二次元流路の上・下の壁面
の影響を受けて、噴流の流速分布を一様に保つことがで
きなくなるからであり、H/Wが3.33を超えると、
最小計測流量を十分に低い流量まで低下させることがで
きなくなるからである。そして、好ましくは、H/W=
2に設定することがよい。また、H/W=1.67〜
3.33に設定すると、H=4.995〜5.01mm
になる。
【0023】Ln/W=0〜20.0に設定すると、測
定範囲が広くかつ計測精度が良くなるのは、Ln/Wが
0未満であると、ノズル流路の幅を所定の寸法に設定す
ることができなくなるからであり、Ln/Wが20.0
を超えると、ノズル流路による圧力損失が大きくなり過
ぎるからである。そして、好ましくは、Ln/W=8に
設定することがよい。また、Ln/W=0〜20.0に
設定すると、Ln=0〜30mmになる。
【0024】R/W=4.67〜9.33に設定する
と、測定範囲が広くかつ計測精度が良くなるのは、R/
Wが4.67未満であると、帰還流がノズル流路より噴
射される噴流を、側面から打つ角度が鋭くなり過ぎ、流
体振動が安定しなくなるからであり、R/Wが9.33
を超えると、帰還流が噴流を側面から打つ角度が大きく
なり過ぎ、流体振動が起こりにくくなるからである。そ
して、好ましくは、R/W=5.6に設定することがよ
い。また、R/W=4.67〜9.33に設定すると、
R=13.995〜14.01mmになる。
【0025】Wo/W=6.33〜12.67に設定す
ると、測定範囲が広くかつ計測精度が良くなるのは、W
o/Wが6.33未満であると、排出口へガスが流入し
づらくなるとともに、圧力損失が増加するため流体振動
が安定しなくなるからであり、Wo/Wが12.67を
超えると、排出口の内部における流動状態が安定しなく
なるため、流体振動が不安定となるからである。そし
て、好ましくは、Wo/W=7.6に設定することがよ
い。また、Wo/W=6.33〜12.67に設定する
と、Wo=18.99〜19.005mmになる。
【0026】R1/W=2.33〜4.67に設定する
と、測定範囲が広くかつ計測精度が良くなるのは、R1
/Wが2.33未満であると、帰還流の流量が少なくな
り、よって、流体振動が起こりにくくなるからであり、
R1/Wが4.67を超えると、ターゲットを通過した
後の噴流が下流側流路の底に衝突した後、排出口へ流出
する流量が多くなるからである。そして、好ましくは、
R1/W=2.8に設定することがよい。また、R1/
W=2.33〜4.67に設定すると、R1=6.99
〜7.005mmになる。
【0027】R2/W=1.67〜3.33に設定する
と、測定範囲が広くかつ計測精度が良くなるのは、R2
/Wが1.67未満であると、排出口へ流出する流れが
安定しなくなり、噴流の流体振動が不安定となるからで
あり、R2/Wが3.33を超えると、排出口へのガス
の流出が起こりやすくなるため、帰還流の流量が少なく
なるからである。そして、好ましくは、R2/W=2に
設定することがよい。また、R2/W=1.67〜3.
33に設定すると、R2=4.995〜5.01mmに
なる。
【0028】さらに、上記寸法Wを分母とし、各寸法R
n、H、Ln、R、Wo、R1、R2を分子とする無次
元数をパラメータに選んだ理由は、次の通りである。
【0029】すなわち、Wを選んだ理由はノズル流路よ
り噴射される噴流の形状あるいは流動状態を決定する最
も重要な寸法だからである。
【0030】Rnを選んだ理由は、ノズル流路へ流入す
るガスのノズル流路内における縮流状態を決定する項目
であるからである。
【0031】Hを選んだ理由は、最大計測流量あるいは
最小計測流量を決定する上で重要となる項目であるから
である。
【0032】Lnを選んだ理由は、ノズル流路内部にお
ける整流効果あるいは二次元性を決定する上で重要とな
るからである。
【0033】Rを選んだ理由は、帰還流が噴流を打つ角
度を規定する寸法だからである。
【0034】Woを選んだ理由は、排出口の流動状態及
び圧力損失を決定する寸法だからである。
【0035】R1を選んだ理由は、帰還流の流量を制御
する重要な寸法だからである。
【0036】R2を選んだ理由は、排出口への流量を制
御する寸法であるからである。
【0037】以上のように、各パラメータの数値を用い
た設計を行なうことにより、測定範囲が広くかつ計測精
度のよい流体振動形流量計を開発することができる。
【0038】次に、図2〜図5を参照して実験例を説明
する。これらの図は、実測によって得られたストローハ
ル数(ST)と、レイノルズ数(RE)の関係を示した
ものである。ストローハル数(ST)が一定である範囲
が広いほど、流量を計測精度良く測定できる範囲が大き
くなる。ストローハル数(ST)及びレイノルズ数(R
E)を数式で表すと次の通りである。
【0039】
【数1】 fは流体振動周波数[HZ ] Uはジェット流の平均速度[m/s] Dはノズルの相当直径[m] νは流体の運動粘度[m2 /s]である 図2に示すものは、W=1.5mm、Rn=5mm、H
=5mm、Ln=20mm、Wo=19mm、R1=7
mm、R2=5mm、X=20.5mm、Y=10.5
mmのもので実験した結果である。
【0040】また、図2において、Dbは、ガス供給路
(図示せず)に設ける半円柱の直径であり、15mmに
設定されている。
【0041】さらに、図2において、Re1は、ストロ
ーハル数(ST)が一定となる範囲の下限値を示すレイ
ノルズ数であり、Re2は、同範囲の上限値を示すレイ
ノルズ数である。したがって、Re1とRe2との間隔
が広いほど、流量を計測精度良く測定できる範囲が大き
くなる。さらに、図2において、Recは流量計測可能
な流量の上限である。
【0042】そして、図2においては、Re1とRe2
との間隔が広く、流量を計測精度良く測定できる範囲が
大きいといえる。すなわち、図2の実験に用いた流体振
動形流量計は、測定範囲が広く、かつ計測精度の良いも
のである。
【0043】図3に示すものは、図2に示すもの対し
て、Wのみを2mmに変更した時の実験結果である。こ
の場合には、Re1とRe2との間隔がさらに広がって
おり、計測精度良く測定できる範囲がさらに大きくなっ
ている。
【0044】図4に示すものは、図2に示すもの対し
て、Wのみを2.5mmに変更した場合の実験結果であ
る。この場合には、図3に示す実験結果より、Re1と
Re2との間隔がさらに広がっており、計測精度良く測
定できる範囲がさらに大きくなっている。
【0045】図5に示すものは、図2に示すもの対し
て、Wのみを3mmに変更した場合の実験結果である。
この場合には、図4に示す実験結果より、Re1とRe
2との間隔がやや狭まっているが、精度良く測定できる
範囲が大きい。
【0046】以上の実験結果より、ノズル助走部212
の幅W=1.5〜3mmでストローハル数一定の領域が
大きくなり、良好な流量計測が可能となることが明らか
になった。
【0047】そして、上記各パラメータの数値を用いる
ことによって、W=1.5〜3mmの範囲における流量
測定範囲の異なる流体振動形流量計を、短時間で、かつ
低コストで開発することができる。
【0048】
【発明の効果】請求項1に係る発明においては、ノズル
助走部の幅Wを1.5〜3mmに設定し、このノズル助
走部の幅Wを分母とし、他の各寸法Rn、H、Ln、
R、Wo、R1、R2を分子とする無次元数をパラメー
タとして、このパラメータを、Rn/W=1.67〜
3.33、H/W=1.67〜3.33、Ln/W=0
〜20.0、R/W=4.67〜9.33、Wo/W=
6.33〜12.67、R1/W=2.33〜4.6
7、R2/W=1.67〜3.33の範囲のものに標準
化することよって、測定範囲が広くかつ計測精度の良好
なものが得られる。したがって、上記各パラメータの数
値を用いることによって、流量測定範囲の異なるものを
開発する際の費用や時間等を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態として示した流体振動
形流量計の要部平面図。
【図2】同流体振動形流量計の実験結果を示す図。
【図3】同流体振動形流量計の実験結果を示す図。
【図4】同流体振動形流量計の実験結果を示す図。
【図5】同流体振動形流量計の実験結果を示す図。
【図6】従来例として示した流体振動形流量計の平面
図。
【符号の説明】
2 ノズル部材 200 上流側流路 210 ノズル流路 211 ノズル縮流部 212 ノズル助走部 220 下流側流路 221 拡大流部 222 第1の縮流部 223 第2の縮流部 224 排出口部 FM 流体振動形流量計

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 厚さ方向の寸法が一定に形成され、かつ
    中心線を介して左右対称に形成された2次元流路として
    の上流側流路、ノズル流路及び下流側流路を有し、前記
    ノズル流路から下流側流路に噴出する流体の流体振動に
    基づいて流量を検出するように構成された流体振動形流
    量計であって、 前記ノズル流路は、前記上流側流路に面し、円弧状に凸
    なる面で幅が狭まるように形成されたノズル縮流部と、
    このノズル縮流部の下流側に連続して形成された所定の
    幅のノズル助走部を有しており、 前記下流側流路は、前記ノズル助走部の出口に対して円
    弧状に凹なる面で幅が広がるように形成された拡大流部
    と、この拡大流部の下流側に位置し、円弧状に凹なる面
    で幅が狭まるように形成された第1の縮流部と、この第
    1の縮流部の下流側に位置し、円弧状に凸なる面で幅が
    狭まるように形成された第2の縮流部と、この第2の縮
    流部の下流側に連続して形成された所定の幅の排出口部
    を有しており、 前記ノズル助走部の幅をW、ノズル縮流部の半径をR
    n、厚さ方向の寸法をH、ノズル助走部の中心線に沿う
    方向の寸法をLn、拡大流部の半径をR、排出口部の幅
    をWo、第1の縮流部の半径をR1、第2の縮流部の半
    径をR2とした場合、 W=1.5〜3mm Rn/W=1.67〜3.33 H/W=1.67〜3.33 Ln/W=0〜20.0 R/W=4.67〜9.33 Wo/W=6.33〜12.67 R1/W=2.33〜4.67 R2/W=1.67〜3.33 の関係を有することを特徴とする流体振動形流量計。
JP28868596A 1996-10-30 1996-10-30 流体振動形流量計 Pending JPH10132627A (ja)

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