JPH11118543A - フルイディック型流量計の振動検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス等の流体のフルイディック振動を検出し
て通過流量を測定するフルイディック型流量計の振動検
出センサにおいて、フルイディック振動を正確に検出す
る。 【解決手段】 センサケース２４内に２つの振動検出室
２５・２６を設け、それら振動検出室内をそれぞれ圧電
膜２７・２８で２つの部屋に仕切り、一側にガス導入室
２５ａ・２６ａを形成し、他側に外室２５ｂ・２６ｂを
形成する。そして、一側のガス導入室２５ａ・２６ａ
を、それぞれガスのフルイディック振動を発生する振動
発生室と、振動検出穴３０・３１を通して連通させる一
方、外室２５ｂ・２６ｂ同志を、その間に設ける連通路
４０で連通させてなる。

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、ガス等の流体の
通過流量を計測するガスメータなどで、流体のフルイデ
ィック振動を検出して流量を測定するフルイディック型
流量計に適用し得る。詳しくは、そのフルイディック型
流量計に備え、流体のフルイディック振動を検出する振
動検出センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえばフルイディック型ガスメータ
は、図１１に示すように、通常、メータ本体１内のガス
流路途中に振動発生室１ａを設け、ガス流量が一定以上
の大流量になると、振動発生室１ａ内のガスの流れによ
り所謂フルイディック振動を発生し、その振動圧力を振
動検出センサ２で検出して電圧値として出力し、その出
力値から、計量制御部３にて単位時間当たりの振動周波
数を求め、その周波数から流量値を演算して使用流量を
積算している。

【０００３】従来、そのようなガスメータに備える振動
検出センサ２は、たとえばメータ本体１を上から被う蓋
体（図示省略）に設け、図１２に示すように、センサケ
ース４内に凹部４ａを２つ形成し、それらの底部に上記
振動発生室１ａと連通する振動検出穴ａ・ｂを設ける一
方、凹部４ａの開口を、それぞれ圧電素子を有する圧電
膜５・６で塞いで各凹部４ａ内に振動検出室ｃ・ｄを形
成してなる。

【０００４】さらに、圧電膜５・６で仕切って振動検出
室ｃ・ｄの図中上側に外室ｅを形成し、その外室ｅ内
を、ガス流路のガス圧（ライン圧）より負圧に形成し、
ガスの不使用時は、圧電膜５・６を、外室ｅ側に膨出し
た撓み状態で保持して動かないように安定させてなる。

【０００５】そして、ガスの使用時に、フルイディック
振動を発生し、その振動圧力が、たとえば振動検出穴ａ
を通して振動検出室ｃに及ぶと、図１３に示すように、
圧電膜５が外室ｅ側にさらに撓み、同時に隣の圧電膜６
も逆向きに少し変形する。一方、振動圧力が振動検出穴
ｂから振動検出室ｄに及ぶと、今度は圧電膜５・６が上
記とは互いに逆向きに変形する。こうして２つの振動検
出穴ａ・ｂから交互に入り込むガスの振動圧力に応じ
て、圧電膜５・６を撓ませ、その撓み量に基づきフルイ
ディック振動を検出して電圧を出力している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、そのような
従来の振動検出センサ２では、ガスの使用時に、フルイ
ディック振動を検出するときは、すでに外室ｅ側に撓ん
だ状態の圧電膜５・６をそれ以上に撓ませることになる
から、それだけ圧電膜５・６の撓み量が小さくなる。ま
た、微弱な振動圧力が加わる程度では、圧電膜５・６が
それ以上ほとんど撓まないこともあり、その結果、検出
可能な低流量域近くでは、フルイディック振動を正確に
検出することができないという問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１に記載
の発明によるフルイディック型流量計の振動検出センサ
は、たとえば図１〜図６を用いて説明する実施の形態の
ように、センサケース２４内にそれぞれ独立に設ける第
１振動検出室２５および第２振動検出室２６と、その第
１および第２振動検出室２５・２６内に設けてそれらを
２つの部屋、たとえばガス導入室２５ａと外室２５ｂ、
ガス導入室２６ａと外室２６ｂに仕切る圧電膜２７・２
８と、その圧電膜２７・２８で仕切った一方の各々の部
屋と、ガス流路１３のような流体の流路とを個別に連通
するフルイディック振動検出用の振動検出穴３０・３１
と、前記圧電膜２７・２８で仕切った他方の部屋同志を
連通する連通路４０と、を備えることを特徴とする。

【０００８】そして、流体が流れたとき、フルイディッ
ク振動を発生し、その振動圧力が、たとえば振動検出穴
３０から第１振動検出室２５の一方の部屋に及ぶと、圧
電膜２７が他方の部屋側に撓むと同時に、その圧電膜２
７の撓みにより内圧の高まりが連通路４０を通して第２
振動検出室２６の他方の部屋に影響し、その内圧に押さ
れて圧電膜２８が逆向きに撓む。反対に、振動検出穴３
１から加わる振動圧力で圧電膜２８が撓むと、同時にそ
の撓みにより内圧の高まりが連通路４０を通して第１振
動検出室２５の他方の部屋に影響し、その内圧に押され
て圧電膜２７が逆向きに撓む。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のフルイディック型流量計の振動検出センサにおいて、
たとえば図１〜図６を用いて説明する実施の形態のよう
に、前記連通路４０の両端に有する開口４０ａを、前記
圧電膜２７・２８の中心と対向して設けてなる、ことを
特徴とする。

【００１０】そして、たとえば一方の圧電膜２７が振動
圧力で撓むと、その圧電膜２７の撓みにより内圧の高ま
りが連通路４０を通して開口４０ａから、他方の圧電膜
２８の中心に影響し、圧電膜２８を撓ませる。

【００１１】請求項３に記載の発明によるフルイディッ
ク型流量計の振動検出センサは、たとえば図７〜図１０
を用いて説明する実施の形態のように、センサケース２
４内にそれぞれ独立に設ける第１振動検出室２５および
第２振動検出室２６と、その第１および第２振動検出室
２５・２６内に設けてそれらを２つの部屋、たとえばガ
ス導入室２５ａと外室２５ｂ、ガス導入室２６ａと外室
２６ｂに仕切る圧電膜２７・２８と、その圧電膜２７・
２８で仕切った一方の各々の部屋と、ガス流路１３のよ
うな流体の流路とを個別に連通するフルイディック振動
検出用の振動検出穴３０・３１と、前記流路内のフルイ
ディック振動を発生しない位置、たとえば整流室１３ａ
と前記圧電膜２７・２８で仕切った他方の各々の部屋と
を連通する流通路５０と、を備えることを特徴とする。

【００１２】そして、流体が流れていないときは、流路
から流体が振動検出穴３０・３１を通して第１および第
２振動検出室２５・２６の一方の部屋に入り込む一方、
フルイディック振動を発生しない位置から流通路５０を
通して他方の部屋にも入り込み、それら流体の圧力を圧
電膜２７・２８の両面に加えて、圧電膜２７・２８をそ
れぞれ第１および第２振動検出室２５・２６内でフラッ
トな状態に保持する。流体が流れたとき、フルイディッ
ク振動を発生し、その振動圧力が、たとえば振動検出穴
３０を通して第１振動検出室２５の一方の部屋に及ぶ
と、圧電膜２７がフラットな状態から他方の部屋側に撓
む。また、振動圧力が振動検出穴３１から第２振動検出
室２６の一方の部屋に及ぶと、同様に圧電膜２８がフラ
ットな状態から他方の部屋側に撓む。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のフルイディック型流量計の振動検出センサにおいて、
たとえば図７〜図１０を用いて説明する実施の形態のよ
うに、前記流通路５０の前記流路側の一部を、たとえば
通路５０ｂのように共通に形成してなる、ことを特徴と
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、この発
明の実施の形態について説明する。図５は、この発明の
振動検出センサを備えたフルイディック型ガスメータ
で、そのガス流路部分の概略横断面図である。

【００１５】図中符号１０は、メータ本体である。メー
タ本体１０には、その図中下側端面に、ガスを流入する
入口１１と排出する出口１２を設け、その入口１１と出
口１２間にガス流路１３を形成する。そして、メータ本
体１０の上に、四角い板状の蓋体（図示省略）を取り付
けてガス流路１３を被ってなる。

【００１６】ガス流路１３は、入口１１のすぐ下流に幅
広の整流室１３ａを設け、その整流室１３ａの下流側を
幅狭に絞ってジェットノズル部１３ｂを設ける。さら
に、そのジェットノズル部１３ｂの下流側を幅広に拡大
し、そこに高流量時にフルイディック振動を発生する振
動発生室１３ｃを設ける。振動発生室１３ｃには、その
底面ほぼ中央に細長い誘振子１４を立てて設け、その下
流側に横断面弓状のエンドブロック１５を立てて設けて
なる。

【００１７】さらに、ガス流路１３の途中には、振動発
生室１３ｃの下流側に順に、地震などの緊急時にガスの
供給を停止する遮断弁１６と、低流量域測定用のフロー
センサ１７を設けてなる。

【００１８】そして、上述した蓋体には、その振動発生
室１３ｃの上方位置において、この発明による高流量域
測定用の振動検出センサ２０を取り付けてなる。

【００１９】さて、図示ガスメータにおいて、ガスの使
用時は、ガスを入口１１からガス流路１３内に流入し、
そのガス流路１３を通して出口１２から排出する。

【００２０】そして、ガス流路１３を通る流量が一定以
上の大流量の場合は、ガスがジェットノズル部１３ｂか
ら噴出し、その出口で図５中矢印ｊで示すジェット流と
なって振動発生室１３ｃに入り、さらに誘振子１４とエ
ンドブロック１５とで矢印ｍ・ｎで各々示すようにノズ
ル部１３ｂへ戻る帰還流を生じ、その帰還流ｍ・ｎがジ
ェット流ｊに当たることにより、ジェット流ｊが吐出方
向左右に振動し、所謂フルイディック振動を発生する。

【００２１】そうして、この振動の圧力を、振動検出セ
ンサ２０で検出して電圧値として出力し、その振動検出
センサ２０の出力値を、図６に示す振動検出回路２１で
パルス信号に変換し、そのパルス数から計量制御部２２
で単位時間当たりの振動周波数を求め、その周波数から
流量値を算出して使用流量を積算し、その積算結果を表
示部２３で表示する。

【００２２】一方、ガス流路１３を通る流量が一定以下
の小流量になると、フローセンサ１７でガスの流速を検
出し、その流速の検出結果から流量値を算出する。

【００２３】ところで、上述した振動検出センサ２０
は、図１に示すように、四角いブロック状をなす樹脂製
のセンサケース２４内に、断面円形の第１振動検出室２
５と第２振動検出室２６を形成する。それら振動検出室
２５・２６は、内部をそれぞれ円形の圧電膜２７・２８
で仕切って図中下側にガス導入室２５ａ・２６ａを形成
し、上側に外室２５ｂ・２６ｂを形成してなる。なお、
センサケース２４は、樹脂製のものに限らず、たとえば
金属製のものであってもよい。

【００２４】圧電膜２７・２８は、図２に示すように、
たとえば真鍮製のマイナス電極板３３と銀製のプラス電
極板３４間に、板状の圧電素子３５を挟んで接着してな
る。そして、電極板３３の周縁を、第１および第２振動
検出室２５・２６の内壁にそれぞれ図示省略する取付方
法で取り付けてなる。

【００２５】さらに、センサケース２４には、その図１
中下側の底部２４ａに、ガス導入室２５ａ・２６ａと各
々通ずる振動検出穴３０・３１を設ける一方、上部２４
ｂに外室２５ｂ・２６ｂ同志を連通する連通路４０を設
けてなる。連通路４０は、その両端に有する開口４０ａ
を、それぞれ圧電膜２７・２８の中心と対向するように
あけてなる。

【００２６】そして、振動検出センサ２０は、上記蓋体
を本体ケース１０上に組み付けるとき、振動検出穴３０
・３１が、図５中点線で示すように各々ジェット流ｊの
両側に位置すべく蓋体に取り付けてなる。そうして、ガ
スを振動発生室１３ｃからガス導入室２５ａ・２６ａへ
送り込めるように、振動発生室１３ｃとガス導入室２５
ａ・２６ａを振動検出穴３０・３１で個別に連通させて
なる。

【００２７】さて、上述した構成の振動検出センサ２０
では、ガスの使用時に、フルイディック振動を発生し、
その振動圧力が、たとえば振動検出穴３０を通して第１
振動検出室２５のガス導入室２５ａに及ぶと、図３に示
すように、圧電膜２７が外室２５ｂ側に撓む。すると、
その圧電膜２７の撓みにより内圧の高まりが連通路４０
を通して外室２６ｂに影響し、その内圧に押されて圧電
膜２８がガス導入室２６ａ側に撓む。

【００２８】一方、振動圧力が振動検出穴３１から第２
振動検出室２６のガス導入室２６ａに及ぶと、今度は、
圧電膜２８が外室２６ｂ側に撓むと同時に、その撓みに
より内圧の高まりが連通路４０を通して外室２５ｂ側に
影響し、その内圧に押されて圧電膜２７がガス導入室２
５ａ側に撓む。

【００２９】そのように圧電膜２７・２８が撓むと、各
々の圧電素子３５に電圧を発生し、たとえば図４(ａ)・
(ｂ)に示すように、互いに逆位相の電圧を出力する。そ
して、その出力電圧の絶対値を、前記振動検出回路２１
にて合成して図５(ｃ)に示すような波形とし、これをパ
ルス信号に変換して計量制御部２２へ送るようにする。

【００３０】なお、外室２５ｂ・２６ｂおよび連通路４
０には、不使用時のガス圧（ライン圧）に相当する圧力
のガスを予め封止しておくようにしてもよい。

【００３１】さて、この発明による振動検出センサ２０
は、たとえば図７および図８に示すような構成とするこ
ともできる。

【００３２】図７および図８に示す例では、センサケー
ス２４の上部２４ｂに、外室２５ｂ・２６ｂ同志を連通
する通路５０ａと、その通路５０ａの途中から分岐して
さらに両振動検出室２５・２６間を通って底部２４ａか
ら図中下向きに開口する通路５０ｂを設け、それら通路
５０ａ・５０ｂでガスの流通路５０を形成してなる。

【００３３】そして、図示振動検出センサ２０を、上述
した蓋体に取り付けて上記本体ケース１０上に設置した
とき、図９に示すように、振動発生室１３ｃとガス導入
室２５ａ・２６ａをそれぞれ振動検出穴３０・３１を介
して連通させ、整流室１３ａと外室２５ｂ・２６ｂを流
通路５０を介して連通させてなる。

【００３４】そうして、ガスの不使用時は、振動発生室
１３ｃからガスが、図７に矢示する如く振動検出穴３０
・３１を通ってガス導入室２５ａ・２６ａに入り込む一
方、整流室１３ａから流通路５０を通って外室２５ｂ・
２６ｂにも入り込み、それらガス圧（ライン圧）を圧電
膜２７・２８の両面に等しく加えて、圧電膜２７・２８
をそれぞれ第１および第２振動検出室２５・２６内でフ
ラットな状態に保持する。

【００３５】そして、ガス使用時に、フルイディック振
動を発生し、その振動圧力が、たとえば振動検出穴３０
を通してガス導入室２５ａに及ぶと、圧電膜２７がフラ
ットな状態から外室２５ｂ側に撓んで圧電素子３５に電
圧を発生する。一方、振動圧力が振動検出穴３１からガ
ス導入室２６ａに及ぶときも、同様に、圧電膜２８がフ
ラットな状態から撓んで圧電素子３５に電圧を発生す
る。

【００３６】そうして、振動検出センサ２０では、その
ように電圧を出力すると、その出力電圧を、図１０に示
す振動検出回路２１にて前述のようにパルス信号に変換
して計量制御部２２へ送るようにする。

【００３７】なお、上述した流通路５０は、整流室１３
ａから途中まで、一部を共通の通路５０ｂで形成する
が、全部を独立した通路で整流室１３ａと外室２５ｂ・
２６ｂとを個別に連通させる構成にしてもよい。

【００３８】ところでまた、図７〜図１０に示す例で
は、フルイディック振動を発生しないときに、圧電膜２
７・２８の両面に常時ガスのライン圧が加わる構成とす
るため、ガスの不使用時は、随時、そのライン圧を振動
検出センサ２０で検出して上記ガスメータ内の圧力監視
を行うようにすることもできる。

【００３９】そして、ガスの不使用時に、たとえば上述
したガスメータ内で圧力変動を生じ、そのために圧電膜
２７・２８が撓んで電圧を出力すると、その出力値を、
図１０に示す振動検出回路２１および計量制御部２２を
介して保安制御部５５へ送り、そこで予め記憶した設定
値と比較し、出力値がその設定値を超えたとき、圧力異
常を発生したと判断し、保安制御部５５からガス遮断信
号を出力して遮断弁５６を閉じる。

【００４０】

【発明の効果】したがって、請求項１に記載の発明によ
れば、フルイディック振動を発生し、その振動圧力によ
って一方の圧電膜が撓むと、その圧電膜の撓みにより内
圧の高まりが連通路を通して他方の圧電膜に影響し、そ
の内圧で押して他方の圧電膜も逆向きに撓むようにする
から、それら圧電膜の全体の撓み量を一度に大きくとる
ことができ、それだけ検出可能な流量域を広げてフルイ
ディック振動を正確に検出することができる。

【００４１】請求項２に記載の発明によれば、加えて、
その連通路の両端に有する開口をそれぞれ圧電膜の中心
と対向して設けるから、それら圧電膜をひずみなく、よ
り大きく撓ませることができる。

【００４２】請求項３および４に記載の発明によれば、
流体が流れていないとき、双方の圧電膜の両面にそれぞ
れ流体の圧力を加えてフラットな状態に保持し、流れた
ときは、圧電膜をそのフラットな状態から振動圧力で撓
ませるようにするから、それだけ圧電膜の一度の撓み量
を大きくすることができ、その結果、検出可能な流量域
を広げてフルイディック振動を正確に検出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるフルイディック型ガスメータの
振動検出センサの内部構造を示す縦断面図である。

【図２】その振動検出センサに備える圧電膜の縦断面図
である。

【図３】その振動検出センサの作動状態の縦断面図であ
る。

【図４】(ａ)はその振動検出センサの一方の圧電膜から
出力する電圧の波形図、(ｂ)は他方の圧電膜から出力す
る電圧の出力波形図、(ｃ)は双方の出力電圧を合成処理
したときの波形図である。

【図５】上記フルイディック型ガスメータのガス流路部
分の概略横断面図である。

【図６】そのガスメータに備える電気的構成のブロック
図である。

【図７】この発明による振動検出センサの他例を示す概
略縦断面図である。

【図８】図７中線Ａ−Ａに沿って得た矢視横断面図であ
る。

【図９】その他例の振動検出センサを備えるフルイディ
ック型ガスメータのガス流路部分の概略横断面図であ
る。

【図１０】そのガスメータに備える電気的構成を示すブ
ロック図である。

【図１１】従来のフルイディック型ガスメータのガス流
路部分の概略横断面図である。

【図１２】そのガスメータに備える振動検出センサの部
分縦断面図である。

【図１３】その振動検出センサの作動状態の縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１３ ガス流路 １３ａ 整流室（フルイディック振動を発生し
ない位置） ２０ 振動検出センサ ２４ センサケース ２５ 第１振動検出室 ２６ 第２振動検出室 ２５ａ・２６ａ ガス導入室（一方の部屋） ２５ｂ・２６ｂ 外室（他方の部屋） ２７・２８ 圧電膜 ３０・３１ 振動検出穴 ４０ 連通路 ４０ａ 連通路の開口 ５０ 流通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷 勇一 愛知県名古屋市中区錦二丁目２番13号 リ コ−エレメックス株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサケース内にそれぞれ独立に設ける
   第１および第２振動検出室と、 その第１および第２振動検出室内に設けてそれらを２つ
   の部屋に仕切る圧電膜と、 その圧電膜で仕切った一方の各々の部屋と、流体の流路
   とを個別に連通するフルイディック振動検出用の振動検
   出穴と、 前記圧電膜で仕切った他方の部屋同志を連通する連通路
   と、 を備える、フルイディック型流量計の振動検出センサ。
2. 【請求項２】 前記連通路の両端に有する開口を、前記
   圧電膜の中心と対向して設けてなる、請求項１に記載の
   フルイディック型流量計の振動検出センサ。
3. 【請求項３】 センサケース内にそれぞれ独立に設ける
   第１および第２振動検出室と、 その第１および第２振動検出室内に設けてそれらを２つ
   の部屋に仕切る圧電膜と、 その圧電膜で仕切った一方の各々の部屋と、流体の流路
   とを個別に連通するフルイディック振動検出用の振動検
   出穴と、 前記流路内のフルイディック振動を発生しない位置と、
   前記圧電膜で仕切った他方の各々の部屋とを連通する流
   通路と、 を備える、フルイディック型流量計の振動検出センサ。
4. 【請求項４】 前記流通路の前記流路側の一部を共通に
   形成してなる、請求項３に記載のフルイディック型流量
   計の振動検出センサ。