JPH10227670A

JPH10227670A - ガス流量計

Info

Publication number: JPH10227670A
Application number: JP9032412A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Saito; 俊晴斎藤
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】広い流量測定範囲において、高感度の渦流量計
を提供する。【解決手段】ガス流路内に置かれ、両側にガス流量に応
じたガス渦を発生させる渦発生体と、発生する両側のガ
ス渦の間に配置され、一方のガス渦の発生に伴って第一
の検出信号を発生し、ガス渦の発生に伴って逆相の第二
の検出信号を発生する渦検出手段と、第一及び第二の検
出信号のいずれか一方を反転して両信号を合成する検出
信号処理部とを有することを特徴とするガス流量計が提
供される。例えば、渦検出手段は、渦発生体内部の膜の
両側に配置された圧力センサである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス供給源からガ
ス需要者にガスを供給するガス導管内に設置されるガス
流量計に関し、特に、ガス導管内を流れるガス流の渦に
基づいてガス流量を検出するガス流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ガス導管内を流れるガスの流
量を測定するためのガス流量計として、以下に説明する
ような渦式ガス流量計（以下渦流量計という）が用いら
れている。この渦流量計の原理を図５を用いて簡単に説
明する。渦発生体１に流速ｖ（ｍ／ｓ）のガスが流れる
と、その後方に図示するようなカルマン渦列が左右交互
に発生する。このとき、ガス流量に比例する流速ｖは、
単位時間当たりに発生するカルマン渦の数ｆ（Ｈｚ）に
比例することが知られている。即ち、カルマン渦の発生
数ｆが多いほど流速は早く、流量も大きい。そして、こ
の発生数ｆは、以下に説明するように、渦発生体１の両
側の差圧を測定することによって求めることが可能であ
る。

【０００３】図６は、導管内に配置された渦流量計１０
の上断面図である。図６によれば、渦流量計１０の渦発
生体１は、第一の渦発生部１ａ及び第二の渦発生部１ｂ
から構成され、第二の渦発生部１ｂ内には、その左右の
それぞれＡ側及びＢ側の圧力差によって歪む膜３が張ら
れており、さらに、その膜３上に渦検出器としての圧力
センサ２が配置されている。圧力センサ２は、例えば、
歪みを電圧値として出力する圧電素子を備え、膜３の歪
みに応じた電圧値を出力する。また、渦発生体１が、図
に示すような形状の２つの渦発生部１ａ及び１ｂにより
構成されているのは、最もカルマン渦を安定的に発生さ
せる形状として確認されているためである。

【０００４】ここで、渦発生体１のＡ側でカルマン渦が
発生したとき、その渦流れは、第二の渦発生部１ａに設
けられた孔部１１Ａ内に流れ込む。そして、それによっ
て、ガスの流れと鉛直方向の流れ（矢印Ｘ）が生じ、こ
れによって、膜３を矢印Ｘ方向に加圧する。また、渦発
生体１のＢ側でカルマン渦が発生したときは、上記と反
対に、孔部１１ｂから流れ込んだ渦流れによる矢印Ｙ方
向の流れが膜３を該方向に加圧する。加圧された膜３が
歪むと、圧力センサ２の圧電素子は伸縮し、その伸縮に
応じた電気信号を出力する。この出力を測定することに
よって、カルマン渦の発生による第二の渦発生部１ｂの
両側の圧力差を検出する。

【０００５】圧力センサ２によって検出された差圧信号
の例を図７に示す。図６におけるＡ側からの渦による圧
力をプラス（＋）とし、Ｂ側からの渦による圧力をマイ
ナス（−）とすると、図７に示すような波形の渦信号出
力が得られる。ノイズの除去などのため、所定の閾値Ｖ
thを設定し、それ以上の信号出力を選択し、図７の下部
に示すパルス波形とした後、そのパルス波の周波数から
既知の関係式を用いてガス流量を求める。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７の
Ｐ部のように、渦信号が所定間隔の周期の波形を出力し
ているにもかかわらず、感度のばらつきなどによって、
出力値が上記閾値Ｖth以下であるような場合、パルス波
においてその周期が欠けてしまう。このような場合は、
正確な渦発生数ｆが得られないため、正確な流量を測定
することができない。

【０００７】また、特に、低流速域（例えば１ｍ／ｓ以
下）においては、上記閾値Ｖth以上の十分な出力が得ら
れないため、流量測定が行えない。そのため、例えば、
その領域では細い導管を用い、ガスが流れる断面積を小
さくすることにより、測定可能な一定以上の流速を発生
させる必要があるが、これは、配管を複雑にするという
問題点がある。

【０００８】このように、広い流量測定範囲において、
安定的に閾値Ｖth以上の出力が得られるような高感度の
渦流量計が望まれる。本発明の目的は、これを満足する
渦流量計を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、ガス流路内に置かれ、両側にガス流量に応じたガ
ス渦を発生させる渦発生体と、該発生する両側のガス渦
の間に配置され、一方のガス渦の発生に伴って第一の検
出信号を発生し、他方のガス渦の発生に伴って逆相の第
二の検出信号を発生する渦検出手段と、該第一及び第二
の検出信号のいずれか一方を反転して両信号を合成する
検出信号処理部とを有することを特徴とするガス流量計
を提供することにより達成される。

【００１０】また、上記本発明のガス流量計における前
記渦検出手段は、前記一方のガス渦の発生により一方向
の圧力差と、前記他方のガス渦の発生により反対方向の
圧力差とを検出する圧力センサを備えていてもよい。

【００１１】さらに、上記本発明のガス流量計における
前記渦検出手段は、前記一方のガス渦の発生により生成
される一方向の流れと、前記他方のガス渦の発生により
生成される反対方向の流れとを検出するフローセンサを
備えていてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術
的範囲がこの実施の形態に限定されるものではない。な
お、図６と同一、又は類似のものには同一の参照数字ま
たは参照記号を付し、その説明は省略する。

【００１３】図１は、本発明の実施の形態を示す図であ
る。本発明は、渦発生体１内の膜３の両側に２つの渦検
出器（例えば、圧力センサなど）を設けることにより、
１つのカルマン渦の発生を２つの渦検出器で同時に検出
するものである。さらに詳しく説明すると、渦発生部１
ｂ内部には、従来と同様に、その左右のそれぞれＡ側及
びＢ側の圧力差によって歪む膜３が張られている。さら
に、その膜３の歪みを電圧値として出力する圧電素子を
備えた圧力センサ２ａ及び２ｂが、膜３のそれぞれＡ側
及びＢ側に張り合わせられるように膜３の両面に配置さ
れている。

【００１４】図２（ａ）及び（ｂ）は、図１における点
線円部の拡大模式図である。このような構成において、
カルマン渦がＡ側に発生すると、膜３は図２（ａ）に示
すようにＢ側に歪む。このとき、圧力センサ２ａ上にあ
る圧電素子２０ａは、図示するように伸び、このとき、
圧力センサ２ａは、例えばプラスの電圧を出力する。一
方、Ｂ側に配置された圧力センサ２ｂの表面上の圧電素
子２０ｂは、図示するように縮み、このとき圧力センサ
２ｂは、マイナスの電圧を出力する。逆に、カルマン渦
がＢ側に発生すると、膜３は図２（ｂ）に示すようにＡ
側に歪む。膜３がＡ側に歪んだとき、反対に、膜３がＢ
側に歪んだときは、上記と逆の状態となるので、圧力セ
ンサ２ａはマイナスの電圧を出力し、圧力センサ２ｂは
プラスの電圧を出力する。

【００１５】従って、１つのカルマン渦が発生したと
き、その渦の発生に基づくＡ側とＢ側の圧力差を圧力セ
ンサ２ａ及び２ｂが同時に検出することになる。この両
圧力センサ２ａ及び２ｂからの出力の絶対値はほぼ同じ
であり、両出力の絶対値を合成すると、従来と比較して
ほぼ２倍の出力を得ることが可能となる。但し、両出力
は、上述したとおり極性が反対であるので、いずれか一
方の出力を反転させる必要がある。

【００１６】図３は、上記２つの圧力センサ２ａ及び２
ｂからの出力を合成して出力する回路ブロック図の例を
示す。図３によれば、圧力センサ２ａ及び２ｂからのそ
れぞれの出力信号４ａ及び４ｂの極性は反対である。こ
のとき、両出力信号４ａ及び４ｂのいずれか一方（図３
では圧力センサ２ｂからの出力信号４ｂ）の極性をイン
バータ５によって反転させる。そして、出力信号４ａ及
び反転された出力信号４ｂ’は加算器６に入力される。
加算器６においては、２つの入力信号４ａ及び４ｂ’が
合成され、その合成信号４ｃが出力される。そして、こ
の信号４ｃの電圧値が電圧計７によって測定される。

【００１７】図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、圧力
センサ２ａ及び２ｂからの出力信号４ａ及び４ｂを示す
波形模式図である。図に示すとおり、これら圧力センサ
２ａ及び２ｂの出力値は、極性のみが反対のほぼ同じ値
である。そして、圧力センサ２ｂの出力４ｂは、インバ
ータ５で反転されて出力４ｂ’（図の点線波形）とな
る。両出力４ａ及び４ｂ’を合成した合成信号４ｃの波
形模式図を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）によれば、そ
の信号４ｃは、圧力センサ２ａ及び２ｂそれぞれの出力
のほぼ２倍となり、大幅な出力の向上が得られる。

【００１８】このように、渦発生体１の両側で交互に発
生する渦を渦発生体１内に配置された２つの圧力センサ
で検出するとき、一方の側で発生した渦を両側の圧力セ
ンサで検出することにより、出力が大幅に向上し、より
正確な流量を測定することが可能となる。

【００１９】また、渦検出器は、上記のような圧電素子
により両側の差圧を検出する圧力センサに限られず、例
えば、一方のガス渦の発生により生成される一方向の流
れと、他方のガス渦の発生により生成される反対方向の
流れとを検出するフローセンサなどであってもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
ガスの流れに応じて発生するカルマン渦の数を検出する
ことにより、ガス流量を測定する渦流量計において、発
生した１つのカルマン渦を二つの回路によって検出する
ため、圧力センサなどの渦検出器からの出力が大幅に増
加する。従って、従来のように、測定感度がばらついた
場合において、出力が閾値Ｖth以下となる可能性がほと
んどなくなり、測定精度が向上する。

【００２１】また、ガス流量が少ない低流速の場合であ
っても、十分な出力を得ることができるので、流量測定
レンジが拡がり、例えば１ｍ／ｓ以下のような低流速で
流れるガスの流量をも測定可能となる。これにより、流
量に応じて、細管又は太管を区別する必要がなくなり、
配管構造を簡素にすることができる。

【００２２】また、圧力センサのどちらか一方が、故障
などの何らかの原因により作動しない場合であっても、
他方の圧力センサによって渦の検出が行われるので、流
量測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図である。

【図２】図１における点線円部の拡大図である

【図３】圧力センサ２ａ及び２ｂからの出力を合成する
回路ブロック図の例を示す。

【図４】圧力センサ２ａ及び２ｂからの出力信号及び合
成信号の波形図である。

【図５】渦流量計の原理を説明するための図である。

【図６】導管内に配置された渦流量計の上断面図であ
る。

【図７】圧力センサ２によって検出されたこの差圧信号
の例を示す。

【符号の説明】

１渦発生体２ａ圧力センサ２ｂ圧力センサ３膜５インバータ６加算器１０渦流量計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス流路内に置かれ、両側にガス流量に応
じたガス渦を発生させる渦発生体と、該発生する両側のガス渦の間に配置され、一方のガス渦
の発生に伴って第一の検出信号を発生し、他方のガス渦
の発生に伴って逆相の第二の検出信号を発生する渦検出
手段と、該第一及び第二の検出信号のいずれか一方を反転して両
信号を合成する検出信号処理部とを有することを特徴と
するガス流量計。
【請求項２】請求項１において、前記渦検出手段は、前記一方のガス渦の発生により一方
向の圧力差と、前記他方のガス渦の発生により反対方向
の圧力差とを検出する圧力センサを備えることを特徴と
するガス流量計。
【請求項３】請求項１において、前記渦検出手段が、前記一方のガス渦の発生により生成
される一方向の流れと、前記他方のガス渦の発生により
生成される反対方向の流れとを検出するフローセンサを
備えることを特徴とするガス流量計。