JPH10132628A - フルイディック型流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成でセンサの耐久性を向上でき、か
つ、配管部の脈流等による圧力変動の影響を低減できる
ようにする。 【解決手段】 振動検出センサの構成として、圧力検出
方向が同一方向に設定されて同一向きに配設される２つ
の差圧式圧力センサ、例えば、圧電素子２６ａ，２６ｂ
を有し、これらの圧電素子２６ａ，２６ｂの同一側の片
面は各々独立した圧力検出室２５を介して流体振動によ
る圧力変動を導くための各々の圧力検出孔１１ａ，１１
ｂに連通し、これらの圧電素子２６ａ，２６ｂの他方の
片面は流体振動の影響を受けない箇所の圧力を導くライ
ン圧検出孔２０に連通させることで、絶対圧検出方式を
ベースとし、かつ、ライン圧が圧電素子２６ａ，２６ｂ
の両面に印加されるようにすることで相殺させ、耐久性
の問題を解消するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体や液体の流量
の測定に用いられるプロパンガスメータ、都市ガスメー
タ等の流量計であって、流体の壁付着現象（コアンダ現
象）による流体振動を振動検出センサにより検出し、そ
の振動数から流量を算出するフルイディック型流量計に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の膜式ガスメータに代わるものとし
て開発されている、フルイディック振動を利用したフル
イディック型流量計は、小型で可動部がなく、耐久性に
優れていることから、各方面でその研究・開発が進めら
れている。このようなフルイディック型流量計は、一般
の教科書にも説明されているように、流れが自己を制御
するように働くことで振動を起こすことに着目し、その
振動数が流量に比例することを利用したものである。

【０００３】このようなフルイディック型流量計１の発
振原理を図６を参照して説明する。流入管２と排出管３
とを結ぶ経路上に、上流側より順に、流入流路４、流路
縮小部５、ジェットノズル６、流路拡大部７が形成さ
れ、さらに、流路拡大部７中には前記ジェットノズル６
の中心線の延長線上において誘振子８が形成され、この
誘振子８の前記排出管３側に誘振子８を囲むような形状
のエンドブロック９が形成されている。

【０００４】これにより、流入管２上流側からの管状の
流れは流入流路４をセットリングスペースとして２次元
的な流れに整流され、流路縮小部５によりさらに整流さ
れて円滑にジェットノズル６に向かう。そして、このジ
ェットノズル６で整流されて噴出される流れ（ジェット
流）は誘振子８に当たることにより左右（図面上は、上
下）に分かれるが、エンドブロック９に至るまでの流路
拡大部７の空間において、ある流量を超えると誘振子８
の背後にできる渦の不安定性によって左又は右に偏った
流れを形成する。そのため、エンドブロック９にぶつか
った流れは、エンドブロック９の前面形状に従い、さら
に流路拡大部７の内壁７ａを帰還流路としてジェットノ
ズル６の出口に達し、ジェット流に対して直角的にぶつ
かる。このため、脇から帰還した流れによってジェット
流の方向を最初の偏流とは反対方向（右又は左）に偏ら
せる。これにより、反対側では再び同様のことが起こ
り、結果として、ジェットノズル６を出る流れは規則的
に交互に流れの方向を変化させる。この規則的に方向を
変化させる振動の周波数は、流量の増加に対して直線的
に増加する。即ち、流量と振動数との間には直線的な関
係（線形性）がある。

【０００５】このような発振原理を持つフルイディック
型流量計１において、その流体振動を検出するために、
振動検出センサが付設される。ここに、振動検出センサ
としては、例えば、分極方向が同一方向に設定されて同
一方向に配設される２枚の圧電素子を用い、フルイディ
ック振動による圧力変動を検出するための一対の圧力検
出孔に連通させた圧力導入管を２つの圧電素子間でタス
キ掛けする構成とし、各々の圧電素子に差圧を各々逆向
きになるように導くようにしたものがある。この検出方
式を、「差圧検出方式」と称するものとする。

【０００６】この差圧検出方式について図６及び図７を
参照して説明する。まず、フルイディック振動による圧
力変動を検出するための２つの圧力検出孔１１ａ，１１
ｂがジェットノズル６の直後の出口部付近であって、ジ
ェットノズル６と誘振子８とを結ぶ中心線を挾む左右対
称位置に位置させて素子天井部に形成されている。従っ
て、フルイディック振動が生じた場合、２つの圧力検出
孔１１ａ，１１ｂには互いに逆向きの圧力変動が交互に
生ずる。ここに、各々センサ室１２ａ，１２ｂ内に配設
された圧電素子１３ａ，１３ｂに対して、一方の圧力検
出孔１１ａは二股状に分岐させた圧力導入口１４ａを介
してセンサ室１２ａ内の第１の圧力検出室１５ａとセン
サ室１２ｂ内の第２の圧力検出室１６ｂとに連通し、他
方の圧力検出孔１１ｂは二股状に分岐させた圧力導入口
１４ｂを介してセンサ室１２ｂ内の第１の圧力検出室１
５ｂとセンサ室１２ａ内の第２の圧力検出室１６ａとに
連通している。即ち、圧力導入口１４ａ，１４ｂがタス
キ掛け構造とされている。

【０００７】これにより、フルイディック振動に伴い、
例えば、片側の圧力検出孔１１ａに増加の圧力が生じた
場合、その圧力は圧力導入口１４ａで分岐されて第１の
圧力検出室１５ａと第２の圧力検出室１６ｂとに導かれ
る。これにより、図７に例示する状態のように、センサ
室１２ａ内の圧電素子１３ａは図面上、凸（第２の圧力
検出室１６ａ側に出っ張る）に変形し、センサ室１２ｂ
内の圧電素子１３ｂは図面上、凹（第１の圧力検出室１
５ｂ側に出っ張る）に変形する。このような現象が、他
方の圧力検出孔１１ｂに増加の圧力が生じた場合とで、
交互に生ずるため、圧電素子１３ａ，１３ｂに関する変
形に伴う圧力検出信号を演算部１７で差動増幅して計数
することにより振動数を検出し得るというものである。

【０００８】また、差圧検出方式と同様に２枚の圧電素
子を用いた別の検出方式として、構造の簡略化を図った
「絶対圧検出方式」がある。この絶対圧検出方式は図８
に示すように、各々センサ室１２ａ，１２ｂ内に配設さ
れた圧電素子１３ａ，１３ｂ（図７の場合と同じく、分
極方向が同一方向に設定されて同一方向に配設）に対し
て、一方の圧力検出孔１１ａは圧力導入口１８ａを介し
てセンサ室１２ａ内の第１の圧力検出室１５ａに連通
し、他方の圧力検出孔１１ｂは圧力導入口１８ｂを介し
てセンサ室１２ｂ内の第１の圧力検出室１５ｂに連通さ
せ、センサ室１２ａ，１２ｂにおける圧電素子１３ａ，
１３ｂの他面側は密閉（或いは、開放）されている。

【０００９】これにより、圧電素子１３ａ，１３ｂの片
面側の圧力検出室１５ａ，１５ｂには常時ライン圧が加
えられており、このライン圧に重畳してフルイディック
振動による圧力変動が交互に加えられる。よって、圧電
素子１３ａ，１３ｂに関する変形に伴う圧力検出信号を
演算部１７で差動増幅して計数することにより振動数を
検出し得るというものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、差圧検出方
式の場合、一対の圧力検出孔１１ａ，１１ｂからの配管
構造を二股状の圧力導入口１４ａ，１４ｂによってタス
キ掛けする構造として各々の圧電素子１３ａ，１３ｂに
差圧が各々逆向きに作用するようにしなければならず、
圧力導入口１４ａ，１４ｂの構造が複雑になってしま
う。

【００１１】また、絶対圧検出方式の場合、その構成
上、ライン圧が常時圧電素子１３ａ，１３ｂに加わって
いるため、センサの耐久性が問題となる。特に、ガスメ
ータ等への適用を考えた場合、１０年以上の耐久性が要
求されるが、これに応えられないものとなってしまう。

【００１２】さらには、何れの検出方式による場合も、
配管部の脈流等による圧力変動により、その圧力変動分
を誤積算してしまう可能性もある。

【００１３】そこで、本発明は、簡易な構成でセンサの
耐久性を向上させ得るとともに、配管部の脈流等による
圧力変動の影響をなくすことができるフルイディック型
流量計を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、ジェットノズルにより流路内に噴出された流体の壁
付着現象による流体振動を振動検出センサにより検出
し、この振動検出センサにより検出された流体振動の振
動数から流量を算出するフルイディック型流量計におい
て、前記振動検出センサは、圧力検出方向が同一方向に
設定されて同一向きに配設される２つの差圧式圧力セン
サを有し、これらの差圧式圧力センサの同一側の片面は
各々独立した圧力検出室を介して流体振動による圧力変
動を導くための各々の圧力検出孔に連通し、これらの差
圧式圧力センサの他方の片面は流体振動の影響を受けな
い箇所の圧力を導くライン圧検出孔に連通している。

【００１５】従って、基本的には構造が簡易な絶対圧検
出方式をベースとするが、この際、各々の差圧式圧力セ
ンサの他方の片面が流体振動の影響を受けない箇所の圧
力を導くライン圧検出孔に連通しているので、差圧式圧
力センサの両面に同時にライン圧がかかって、結果とし
て、ライン圧が相殺される状態となるので、差圧式圧力
センサの耐久性が向上する。同時に、配管部の脈流等に
よる圧力変動があっても差圧式圧力センサの両面に加わ
ることにより相殺され、その影響を受けない。

【００１６】本発明において、差圧式圧力センサとして
は、典型的には、分極方向が同一方向に設定されて同一
方向に配設される２枚の圧電素子を用いるのがよいが、
この他、半導体式やエレクトレットコンデンサマイクロ
フォンを応用した差圧式圧力センサ等であってもよい。
圧電素子の場合、具体的には、ジルコン酸チタン酸鉛系
を主体とするＰＺＴ系の圧電セラミックスや、ＰＶＤＦ
を中心としたフッ素高分子圧電フィルム等を許容する。
また、ライン圧検出孔としては、１個でもよいが、請求
項２記載の発明のように、ジェットノズルよりも上流側
箇所と圧力検出孔よりも下流側箇所とに各々形成し、と
もに差圧式圧力センサの他方の片面に連通させるのが好
ましい。これによれば、フルイディック型流量計の圧力
損失に最も影響するジェットノズルに関して、ジェット
ノズルよりも上流側箇所のライン圧検出孔から導入する
流体の流れが差圧式圧力センサの他方の片面上を経て下
流側箇所のライン圧検出孔へとバイパスされてスムーズ
となり、ジェットノズルを流体が通過する際の圧力損失
を低減させることもできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第一の形態を図１
ないし図３に基づいて説明する。なお、図６ないし図８
で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、その
説明も省略する。本実施の形態では、まず、前述したよ
うなジェットノズル６の直後出口部に中心線対称に位置
する一対の圧力検出孔１１ａ，１１ｂとともに、中心線
上で前記ジェットノズル６よりも上流側で流体振動の影
響を受けない箇所に位置するライン圧検出孔２０が形成
された流路蓋２１が流路天井部に設けられている。この
流路蓋２１上にはセンサ本体２２及びセンサ蓋２３が取
り付けられている。ここに、前記センサ本体２２におい
ては、各々圧力検出孔１１ａ，１１ｂに対して圧力導入
口２４ａ，２４ｂを介して連通する圧力検出室２５ａ，
２５ｂが円筒状に形成され、これらの圧力検出室２５
ａ，２５ｂ上に円盤状の差圧式圧力センサである圧電素
子２６ａ，２６ｂが取り付けられている。これらの圧電
素子２６ａ，２６ｂは分極方向が同一方向に設定されて
同一向きに配設されるものである。よって、これらの圧
電素子２６ａ，２６ｂの同一側の片面（下面）は各々独
立した圧力検出室２５ａ，２５ｂを介して各々の圧力検
出孔１１ａ，１１ｂに連通している。一方、前記センサ
蓋２３により覆われたセンサ本体２２における圧電素子
２６ａ，２６ｂの他方の片面（上面）側は１つの連通す
る空間による圧力参照室２７とされている。前記ライン
圧検出孔２０はライン圧導入口２８を介してこの圧力参
照室２７に連通されている。よって、圧電素子２６ａ，
２６ｂの上面側はライン圧検出孔２０に連通されてい
る。なお、流路蓋２１、センサ本体２２及びセンサ蓋２
３の各々の間はＯリングやパッキンによって気密保持さ
れた状態で結合されている。また、圧電素子２６ａ，２
６ｂは図示しない演算部に接続されている。

【００１８】このような構成によれば、圧電素子２６
ａ，２６ｂの片面側の圧力検出室２５ａ，２５ｂには常
時ライン圧が加えられており、このライン圧に重畳して
フルイディック振動による圧力変動が交互に加えられ
る。よって、圧電素子１３ａ，１３ｂに関する変形に伴
う圧力検出信号を演算部で差動増幅して計数することに
より振動数を検出し得るというものである。即ち、圧力
検出室２５ａ，２５ｂ側に関しては、図８で説明したよ
うな絶対圧検出方式の原理が活かされている。加えて、
本実施の形態では、ライン圧検出孔２０が圧力参照室２
７を介して圧電素子２６ａ，２６ｂの他方の片面に連通
することによりライン圧が付与されており、圧電素子２
６ａ，２６ｂはその両面から同じライン圧を受けている
ので、結果として、ライン圧が相殺されて常時ライン圧
が印加される状態から解放されることとなり、圧電素子
２６ａ，２６ｂの耐久性が向上する。同時に、配管部の
脈流等による圧力変動があっても圧電素子２６ａ，２６
ｂの両面に加わることにより相殺され、圧力変動の影響
を受けることもない。

【００１９】本発明の実施の第二の形態を図４及び図５
に基づいて説明する。図１ないし図３で示した部分と同
一部分は同一符号を用いて示し、その説明も省略する。
本実施の形態では、流路蓋２１にはライン圧検出孔２０
の他に、中心線上で圧力検出孔１１ａ，１１ｂよりも下
流側箇所、具体的には、エンドブロック９よりも下流側
箇所に位置させて別のライン圧検出孔２９が形成され、
このライン圧検出孔２９もライン圧導入口３０を介して
圧力参照室２７に連通されている。即ち、ライン圧検出
孔２０，２９はともに圧電素子２６ａ，２６ｂの他方の
片面（上面）側に連通するように形成されている（この
ため、流路蓋２１、センサ本体２２、センサ蓋２３、圧
力参照室２７等は前述の実施の形態の場合よりも流れの
方向に大きめに形成されている）。

【００２０】このような構成によれば、この種のフルイ
ディック型流量計１の圧力損失に最も影響するジェット
ノズル６に関して、その上流側に位置するライン圧検出
孔２０が圧力参照室２７及びライン圧検出孔２９を介し
てジェットノズル６部分をバイパスする形で下流側に連
通しているので、ジェットノズル６を流体が通過する際
の圧力損失を低減させることができる。

【００２１】なお、これらの実施の形態では、ライン圧
導入口２８，３０をセンサ本体２２のブロックと一体で
形成することでライン圧検出孔２０，２９側と連通させ
るようにしたが、ライン圧検出孔２０，２９側と圧力参
照室２７側とをチューブ等を介して連通させるようにし
てもよい。

【００２２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、振動検出
センサは、圧力検出方向が同一方向に設定されて同一向
きに配設される２つの差圧式圧力センサ、例えば、分極
方向が同一方向に設定されて同一向きに配設される２枚
の圧電素子を有し、これらの圧電素子等の差圧式圧力セ
ンサの同一側の片面は各々独立した圧力検出室を介して
流体振動による圧力変動を導くための各々の圧力検出孔
に連通し、これらの差圧式圧力センサの他方の片面は流
体振動の影響を受けない箇所の圧力を導くライン圧検出
孔に連通しているので、基本的には構造が簡易な絶対圧
検出方式をベースとするが、この際、各々の差圧式圧力
センサの他方の片面が流体振動の影響を受けない箇所の
圧力を導くライン圧検出孔に連通しているので、差圧式
圧力センサの両面に同時にライン圧をかけることで、結
果として、ライン圧が相殺されて常時ライン圧が差圧式
圧力センサに印加される状態から解放することができ、
よって、圧電素子等の差圧式圧力センサの耐久性を向上
させることができ、同時に、配管部の脈流等による圧力
変動があっても差圧式圧力センサの両面に加わることに
より相殺することができ、圧力変動の影響を低減させる
ことができる。

【００２３】また、請求項２記載の発明によれば、ライ
ン圧検出孔をジェットノズルよりも上流側箇所と圧力検
出孔よりも下流側箇所とに各々形成し、ともに圧電素子
等の差圧式圧力センサの他方の片面に連通させたので、
この種のフルイディック型流量計の圧力損失に最も影響
するジェットノズルに関して、ジェットノズルよりも上
流側箇所のライン圧検出孔から導入する流体の流れを差
圧式圧力センサの他方の片面上を経て下流側箇所のライ
ン圧検出孔へとバイパスさせることができ、よって、ジ
ェットノズルを流体が通過する際の圧力損失を低減させ
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第一の形態を示し、（ａ）はセ
ンサ本体の平面図、（ｂ）はそのＡ‐Ａ線断面図であ
る。

【図２】フルイディック型流量計の構造を示す水平断面
図である。

【図３】センサ部付近を示す分解斜視図である。

【図４】本発明の実施の第二の形態のフルイディック型
流量計の構造を示す水平断面図である。

【図５】そのセンサ本体を示す平面図である。

【図６】フルイディック型流量計の基本構造及び発振原
理を示す水平断面図である。

【図７】差圧検出方式のセンサ構造を示す縦断正面図で
ある。

【図８】絶対圧検出方式のセンサ構造を示す縦断正面図
である。

【符号の説明】

６ ジェットノズル １１ 圧力検出孔 ２０ ライン圧検出孔 ２５ 圧力検出室 ２６ 圧電素子、差圧式圧力センサ ２９ ライン圧検出孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジェットノズルにより流路内に噴出され
   た流体の壁付着現象による流体振動を振動検出センサに
   より検出し、この振動検出センサにより検出された流体
   振動の振動数から流量を算出するフルイディック型流量
   計において、前記振動検出センサは、圧力検出方向が同
   一方向に設定されて同一向きに配設される２つの差圧式
   圧力センサを有し、これらの差圧式圧力センサの同一側
   の片面は各々独立した圧力検出室を介して流体振動によ
   る圧力変動を導くための各々の圧力検出孔に連通し、こ
   れらの差圧式圧力センサの他方の片面は流体振動の影響
   を受けない箇所の圧力を導くライン圧検出孔に連通して
   いることを特徴とするフルイディック型流量計。
2. 【請求項２】 ライン圧検出孔は、ジェットノズルより
   も上流側箇所と圧力検出孔よりも下流側箇所とに各々形
   成されて、ともに差圧式圧電素子の他方の片面に連通さ
   れていることを特徴とする請求項１記載のフルイディッ
   ク型流量計。