JPH11101669A - 羽根車式流量計 - Google Patents

羽根車式流量計

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JPH11101669A
JPH11101669A JP26003997A JP26003997A JPH11101669A JP H11101669 A JPH11101669 A JP H11101669A JP 26003997 A JP26003997 A JP 26003997A JP 26003997 A JP26003997 A JP 26003997A JP H11101669 A JPH11101669 A JP H11101669A
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JP
Japan
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impeller
fluid
injection pipe
measured
flow rate
Prior art date
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Pending
Application number
JP26003997A
Other languages
English (en)
Inventor
Isato Maehara
勇人 前原
Masanori Amemori
雅典 雨森
Takao Iwasaki
隆夫 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Corp
Original Assignee
Zexel Corp
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Publication date
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Priority to DE19881542T priority patent/DE19881542T1/de
Priority to PCT/JP1998/004197 priority patent/WO1999015860A1/ja
Publication of JPH11101669A publication Critical patent/JPH11101669A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/06Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with tangential admission
    • G01F1/08Adjusting, correcting or compensating means therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/06Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with tangential admission

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の流量の測定精度を向上させることので
きる羽根車式流量計を提供することを目的とする。 【解決手段】 噴射管1の内壁の羽根車3側の壁面1a
から,噴射管1内に突出している羽根車3の先端部まで
の距離(羽根車の突出量)hを、上記羽根車の外径Pの
1/2以下で、かつ、噴射管1の内径Dの0.3倍以下
になるように、上記羽根車3をホルダ4に取付けたこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被計測流体の流路
中に配置された羽根車の回転速度を算出することにより
流体の流量を検出する羽根車式流量計に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、流体の速度または流量を測定する
装置としては、筒状の管内を流れる被測定流体の流路中
に設けられた複数の羽根部を有する羽根車と、発光部と
受光部とが上記羽根車を挟むように対峙して配設された
1対の透過型光ファイバとを備え、上記被計測流体の流
量に応じて変化する上記羽根車の回転速度を上記透過型
光ファイバにより検出された透過光のパルス信号から上
記羽根車の回転速度vを算出し、この回転速度vから上
記被測定流体の速度Uまたは流量Qを算出する羽根車式
流量計が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図3は、燃料噴射装置
の噴射管に用いられる円筒状の管内を流れる流体の断面
の流速分布を示す図で、横軸は管中心Oから測定点Qま
での距離rと上記円管の内壁の半径Rとの比r/Rで、
縦軸は流体の断面速度Uと上記断面速度Uの平均値Um
との比(断面速度比)である。この断面速度比は、図3
に示すように、管の中心(r/R=0)で最大となり、
管壁に近くなるに従って徐々に減少し、r/R=0.9
5から急減することが知られている。したがって、上記
流体中に設置された羽根車の回転速度を精度よく検出す
るためには、羽根車が上記流体により効率的に回転させ
られるとともに、上記流体に対する羽根車の抵抗をでき
るだけ小さくするように、羽根車の取付け位置を設定す
る必要がある。しかしながら、従来の羽根車式流量計に
おいては、羽根車の取付け位置が単に経験的に設定され
ているだけなので、羽根車の回転速度vが必ずしも被測
定流体の速度Uに対応しているとは言えず、したがっ
て、被測定流体の流量Qの測定精度が低下してしまう恐
れがあった。
【0004】本発明は、従来の問題点に鑑みてなされた
もので、流体の流量の測定精度を向上させることのでき
る羽根車式流量計を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の羽根車式流量計は、被測定流体の流れる筒管内に突出
する羽根車の突出量を、上記羽根車の外径の半分以下に
なるように、上記羽根車を羽根車保持部に取付けたこと
を特徴とする。
【0006】また、本発明の請求項2に記載の羽根車式
流量計は、被測定流体の流れる筒管内に突出する羽根車
の突出量を、上記筒管の壁面の内径の半分以下になるよ
うに、上記羽根車を羽根車保持部に取付けたことを特徴
とする。
【0007】本発明の請求項3に記載の羽根車式流量計
は、被測定流体の流れる筒管内に突出する羽根車の突出
量を、上記羽根車の外径の半分以下で、かつ、上記筒管
の壁面の内径の0.3倍以下になるように、上記羽根車
を羽根車保持部に取付けたことを特徴とする。
【0008】本発明の請求項4に記載の羽根車式流量計
は、被計測流体が内燃機関用の燃料であることを特徴と
する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき説明する。 実施の形態1.図1(a),(b)は、本発明の実施の
形態1に係わる羽根車式流量計の構成を示す図で、燃料
噴射装置の円筒状の噴射管1内に、複数の羽根部2,2
を有する羽根車3が、その上部が上記噴射管1内に露出
するように、羽根車保持部であるホルダ4に軸5を介し
て回転可能に支持されている。ここで、噴射管1の内径
をD、噴射管1の内壁の羽根車側の壁面1aから,噴射
管1内に突出している羽根車3の先端部までの距離(以
下、突出量という)をh、羽根車3の外形をPとする。
図1(a)に示すように、被測定流体である燃料が、同
図の左側(上流側)から右(下流側)に流れている場合
には、羽根車3の羽根部2,2は、上記燃料から羽根車
3が時計回りに回転するような力を受ける。
【0010】羽根車保持部4の上記軸5の取付け部の下
側には、上記羽根車3の羽根部2を挟むように、かつ、
上記羽根部2の側面2sと対峙するように、1対の透過
型光ファイバ6,7が設けられている。光ファイバー6
は、図2に示すように、LED等の発光素子を備えた光
源8と接続され、光ファイバー6の端面6sから、上記
光源8から送られてきた光を回転する羽根車3に照射す
る。また、光ファイバー7は、ホトトランジスタ等の受
光素子を備えたディテクタ9と接続され、回転する羽根
車3を通過した検出光を光ファイバー7の端面7sで受
光する。この検出光は、上記をディテクタ9でパルス信
号に変換された後、カウンタ10で積算され図外の演算
装置に送られ、この演算装置により羽根車の回転速度v
を算出し、更に、この回転速度vに基づいて上記被測定
流体の速度Uまたは流量Qが算出される。なお、同図に
おいて、符号11は上記パルス信号波形を監視するため
のモニタで、符号12は羽根車3を保持した上記ホルダ
4を固定するためのハウジングある。
【0011】ここで、図4(a)に示すように、羽根車
3の突出量hが羽根車3の外径Pよりも大きい状態で、
羽根車3がホルダ4に取付けられている場合には、羽根
車3の下部側の羽根部2aに接する流体も流速を有する
ので、上記羽根部2aには羽根車3の上部側の羽根部2
bと反対方向のトルクが作用して羽根車の回転速度が減
少してしまうため、羽根車3の回転速度vが被測定流体
の速度Uに対応しなくなり、被測定流体の流量Qの測定
精度が低下してしまう。そこで、図4(b)に示すよう
に、羽根車3の突出量hを羽根車3の外径Pよりも小さ
い状態でホルダ4に取付ければ、羽根車3の下部側に進
入し羽根部2aに接する流体の流速は極めて小さいの
で、上記進入する流体が羽根車の回転速度に影響を与え
ることがない。
【0012】このように、本実施の形態1によれば、噴
射管1内に突出する羽根車3の突出量hを、羽根車の外
径Pの1/2以下になるように、羽根車3をホルダ4に
取付けたので、羽根車3の下部側に進入する流体による
羽根車の回転速度に与える影響を小さくすることができ
る。
【0013】実施の形態2.図5(a)は、本実施の形
態2に係わる羽根車の取付け位置を示す図で、羽根車3
の突出量hが噴射管1の内径Dの半分以下になるよう
に、羽根車3をホルダ4に取付けてある。噴射管1内の
流速は、図3に示すように、噴射管1の中心が最も速
く、管壁に近づくに従って徐々に遅くなっていく。被測
定流体からの羽根部2へのトルクの大きさは、流体の流
速と突出量hとの積に比例するので、図5(b)に示す
ように、羽根車3の突出量hが噴射管1の内径Dを越え
た場合には、最大トルクを受けるべき羽根部2cの頂点
付近の流速が減少するため、羽根車3に働く総トルク量
は増加するものの、被測定流体による羽根車3の回転効
率が低下してしまう。
【0014】このように、本実施の形態2によれば、噴
射管1内に突出する羽根車3の突出量hを、噴射管1の
内径Dの半分以下になるように、上記羽根車3をホルダ
4に取付けるようにしたので、被測定流体による羽根車
3の回転効率を向上させることができる。
【0015】実施の形態3.図6は、図1に示すような
羽根車式流量計において、噴射管1内に突出する羽根車
3の突出量hが上記羽根車3の外径Pの半分以下になる
ように上記羽根車3をホルダ4に取付け、上記突出量h
と噴射管1の内径Dとの比(h/D)をパラメータとし
て、被測定流体の流速と羽根車3の回転速度との関係を
求めたグラフである。ここでは、羽根車の3の取付け位
置を上下させることにより、突出量hと噴射管1の内径
Dとの比(h/D)を0.05から0.4まで0.05
間隔で変化させた。なお、被測定流体としては、実施の
形態1,2と同様に、内燃機関用の燃料を用いた。ま
た、羽根車3の羽根部2の長さは羽根車3の外径Pの1
/4とし、羽根車3の厚みdは外径Pの3/20とし
た。羽根車3の回転速度は、図6に示すように、流速が
増加に伴って上昇するが、流速の0.8〜1.2l/m
in付近で一旦停滞または減少し、また流速が増加にし
たがって上昇する。しかし、h/Dが0.35と0.4
の場合には、回転速度の再上昇は起こらず、羽根車3は
停止してしまうという結果が得られた。このような回転
速度の停滞または減少は、流速が小さい領域において
は、羽根車3の突出量hが大きくなると流体の運動に対
する羽根車3の抵抗が増加するため、噴射管1内に乱流
が発生して羽根車3の回転が阻害されるためではないか
と考えられるが、原因については不明である。
【0016】図7は、被測定流体の流速をパラメータと
して、h/Dと羽根車3の回転速度との関係を求めたグ
ラフで、同一流量では、h/D=0.25の場合が最も
回転速度が速くなっていることが分かる。また、同図か
らも、h/D>0.3では回転速度の検出が難しいこと
が分かる。また、被測定流体が内燃機関用の燃料の場合
には、通常、流速が1.0〜11l/minで使用され
るので、h/Dを0.3以下になるように羽根車3の取
付け位置を設定すれば、羽根車3の回転速度が流速に対
して単調増加するような領域で羽根車式流量計を使用す
ることができる。
【0017】このように、本実施の形態3によれば、羽
根車の突出量hを、上記羽根車の外径Pの1/2以下
で、かつ、噴射管1の内径Dの0.3倍以下になるよう
に、羽根車3をホルダ4に取付けたので、同一流速でも
羽根車3の回転速度を速くすることができ、流体の流量
Qの測定精度を向上させることができる。
【0018】なお、本実施の形態3おいては、上記羽根
車3の厚みdをd/P=3/20としたが、羽根車3の
厚みdの回転数に与える影響は小さく、d/P=1/2
に増加させても、定常状態での回転速度は1%程度しか
上昇しない。但し、過渡特性での回転速度の測定精度が
劣化する傾向がみられる。また、羽根車3のホルダ4
は、図8(a)に示すように、円柱状のホルダ本体4a
にスリ割り部4bを設けて、このスリ割り部4bに羽根
車3を設置するようにしているが、図8(b)に示すよ
うな、くり抜き部4cを設け羽根車3を設置するように
すれば、羽根車3の下方に進入してくる流体の流速を更
に小さくできるので、上記流体による羽根車の回転速度
に与える影響を更に小さくすることができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
羽根車式流量計は、被測定流体の流れる筒管内に突出す
る羽根車の突出量を、上記羽根車の外径の半分以下にな
るように、上記羽根車を羽根車保持部に取付けたので、
羽根車の下部側に進入する流体による羽根車の回転速度
に与える影響を小さくすることができる。
【0020】請求項2に記載の羽根車式流量計は、被測
定流体の流れる筒管内に突出する羽根車の突出量を、上
記筒管の壁面の内径の半分以下になるように、上記羽根
車を羽根車保持部に取付けたので、羽根車の回転効率を
向上させることができる。
【0021】請求項3に記載の羽根車式流量計は、被測
定流体の流れる筒管内に突出する羽根車の突出量を、上
記羽根車の外径の半分以下で、かつ、上記筒管の壁面の
内径の0.3倍以下になるように、上記羽根車を羽根車
保持部に取付けたので、同一流速でも羽根車の回転速度
を上昇させることができ、したがって、流体の流量Qの
測定精度を向上させることができる。
【0022】また、請求項4に記載の羽根車式流量計
は、被計測流体として、使用流速領域が1l/min以
上の内燃機関用の燃料を使用しているので、羽根車の突
出量を、上記羽根車の外径の半分以下あるいは上記筒管
の壁面の内径の0.3倍以下になるようにした場合、羽
根車の回転速度が流速に対して単調増加するので、流体
の流量Qの測定精度を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係わる羽根車式流量計の
構成を示す図である。
【図2】羽根車の回転数検出方法を説明するための図で
ある。
【図3】噴射管内の流速分布を示す図である。
【図4】本発明の実施形態1に係わる羽根車の取付け位
置を示す図である。
【図5】本発明の実施形態2に係わる羽根車の取付け位
置を示す図である。
【図6】被測定流体の流速と羽根車の回転速度との関係
を示す図である。
【図7】羽根車の突出量と羽根車の回転速度との関係を
示す図である。
【図8】ホルダの構造を示す図である。
【符号の説明】
1 噴射管 2 (羽根車の)羽根部 3 羽根車 4 ホルダ 5 (羽根車の)軸 6,7 光ファイバ 8 光源 9 ディテクタ 10 カウンタ 11 モニタ 12 ハウジング

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被計測流体の流れる筒管と、上記筒管の
    内部にその一部が突出するとともに上記流体の流れの方
    向に回転可能に軸支される羽根車と、上記羽根車を保持
    する羽根車保持部とを備え、上記被計測流体の流量に応
    じて変化する上記羽根車の回転速度を検知して上記流体
    の流量を算出する羽根車式流量計において、上記羽根車
    が上記筒管内に突出する突出量が上記羽根車の外径の半
    分以下になるように、上記羽根車を上記羽根車保持部に
    取付けたことを特徴とする羽根車式流量計。
  2. 【請求項2】 被計測流体の流れる筒管と、上記筒管の
    内部にその一部が突出するとともに上記流体の流れの方
    向に回転可能に軸支される羽根車と、上記羽根車を保持
    する羽根車保持部とを備え、上記被計測流体の流量に応
    じて変化する上記羽根車の回転速度を検知して上記流体
    の流量を算出する羽根車式流量計において、上記羽根車
    が上記筒管内に突出する突出量が上記筒管の壁面の内径
    の半分以下になるように、上記羽根車を上記羽根車保持
    部に取付けたことを特徴とする羽根車式流量計。
  3. 【請求項3】 被計測流体の流れる筒管と、上記筒管の
    内部にその一部が突出するとともに上記流体の流れの方
    向に回転可能に軸支される羽根車と、上記羽根車を保持
    する羽根車保持部とを備え、上記被計測流体の流量に応
    じて変化する上記羽根車の回転速度を検知して上記流体
    の流量を算出する羽根車式流量計において、上記羽根車
    が上記筒管内に突出する突出量が、上記羽根車の外径の
    半分以下で、かつ、上記筒管の壁面の内径の0.3倍以
    下になるように、上記羽根車を上記羽根車保持部に取付
    けたことを特徴とする羽根車式流量計。
  4. 【請求項4】 上記被計測流体が内燃機関用の燃料であ
    ることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記
    載の羽根車式流量計。
JP26003997A 1997-09-25 1997-09-25 羽根車式流量計 Pending JPH11101669A (ja)

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JP26003997A JPH11101669A (ja) 1997-09-25 1997-09-25 羽根車式流量計
DE19881542T DE19881542T1 (de) 1997-09-25 1998-09-16 Turbinen-Durchflußmeßgerät
PCT/JP1998/004197 WO1999015860A1 (fr) 1997-09-25 1998-09-16 Debitmetre a turbine

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