JPH11132801A - 流体振動形流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズル流路より上流側の寸法の最適化を図る
ことにより、測定範囲及び精度の向上を図ることのでき
る流体振動形流量計を提供することにある。 【解決手段】 厚さ方向の寸法が一定に形成された２次
元流路としての流入口１１０、上流側流路２００、ノズ
ル流路２１０及び下流側流路２２０を有し、ノズル流路
２１０から下流側流路２２０に噴出する流体の振動に基
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、流入口１１０は、中心線Ｃに沿う方向の流
路長さがＬ１であり、中心線Ｃに直交する方向の流路幅
がＤ１である矩形状の２次元流路に形成されており、上
流側流路２００は、中心線Ｃに沿う方向の流路長さがＬ
２であり、中心線Ｃに直交する方向の流路幅がＤ２であ
る矩形状の２次元流路に形成されており、厚さ方向の寸
法をＨとした場合、Ｄ１／Ｈ＝２．９９〜６．０２、Ｌ
１／Ｈ＝１．６〜３．３、Ｄ２／Ｈ＝５．９９５〜１
２．０１、Ｌ２／Ｈ＝０．５〜７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次元流路の所
定の位置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８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それぞ
れ上流側流路２００及び下流側流路２２０を構成するよ
うになっている。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生じ、
この流体振動に基づいて流量を検出する方式になってい
る。

【０００３】上記ハウジング１は、凹状に形成された矩
形状の溝１００によって構成されている。そして、溝１
００の表面をカバー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次元流路を構成している。すなわち、上流側流路２
００、ノズル流路２１０及び下流側流路２２０は、厚さ
方向の寸法が一定で、かつ中心線Ｃに対して左右対称の
２次元流路とし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１１０及
び流出口１２０を介して他の流路につながるように構成
されている。また、ハウジング１には、下流側流路２２
０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は、ノズ
ル流路２１０から噴出する噴流の流体振動を検出するセ
ンサー（図示せず）に接続されている。

【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、上記圧力取出し口４を介して圧力
センサにて流体振動の周波数を検出することによって、
流量を測定する構成となっている。なお、上記流体振動
形流量計ＦＭは、ＬＰ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、
かつ精度の優れたものを得ることが重要である。このた
め、ノズル流路２１０の幅Ｗや長さＬｎ、ノズル流路２
１０の出口からターゲット３までの寸法Ｌｊ、下流側流
路２２０の形状を決める寸法等のノズル流路２１０より
下流側の寸法の最適化の研究がなされてきている。しか
し、ノズル流路２１０より上流側の寸法については、そ
の最適化の研究がなされていないのが現状である。

【０００８】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的はノズル流路より上流側の寸法の最
適化を図ることにより、測定範囲及び精度の向上を図る
ことのできる流体振動形流量計を提供することにある。

【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（Ｃ）に対して左右対称に形成された２次元流
路としての流入口（１１０）、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（２２
０）に噴出する流体の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、前記流入口
（１１０）は、中心線（Ｃ）に沿う方向の流路長さがＬ
１であり、中心線（Ｃ）に直交する方向の流路幅がＤ１
である矩形状の２次元流路に形成されており、前記上流
側流路（２００）は、中心線（Ｃ）に沿う方向の流路長
さがＬ２であり、中心線（Ｃ）に直交する方向の流路幅
がＤ２である矩形状の２次元流路に形成されており、前
記流入口（１１０）の上流側には、断面が半円形状に形
成され、その半円柱曲面（８２ａ）を上流側に向けた状
態で前記中心線（Ｃ）と同軸状に配置され、半円柱曲面
（８２ａ）の左右両側から流入口（１１０）に流体を供
給する半円柱（８２）が設けられており、前記厚さ方向
の寸法をＨとした場合、Ｄ１／Ｈ＝２．９９〜６．０
２、Ｌ１／Ｈ＝１．６〜３．３、Ｄ２／Ｈ＝５．９９５
〜１２．０１、Ｌ２／Ｈ＝０．５〜７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、２次元流路の厚さ方向の寸法Ｈを分母とし、こ
れ以外の流入口（１１０）の流路長さＬ１、流路幅Ｄ
１、及び上流側流路（２００）の流路長さＬ２、流路幅
Ｄ２を分子とする無次元数をパラメータとして、このパ
ラメータを上記のように一定の範囲内に入るような値に
標準化することよって、ノズル流路（２１０）から下流
側流路（２２０）に噴出する流体の振動を安定させるこ
とができ、よって測定範囲が広くかつ計測精度の高いも
のを得ることができる。ただし、厚さ方向の寸法Ｈが５
〜１０ｍｍのものに適用することが好ましい。

【００１１】また、流入口（１１０）及び上流側流路
（２００）が矩形状に形成されていて、形状が簡単であ
るから、製造が容易になるという利点がある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を実
施例に基づき図１〜図７（図３〜図７は実験例）を参照
して説明する。ただし、図８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。
なお、流体としては空気を用いている。

【００１３】この実施例で示す流体振動形流量計ＦＭ
は、図１及び図２に示すように、厚さ方向の寸法Ｈが一
定に形成され、かつ中心線Ｃに対して左右対称に形成さ
れた２次元流路としての流入口１１０、上流側流路２０
０、ノズル流路２１０、下流側流路２２０及び流出口１
２０を有し、ノズル流路２１０から下流側流路２２０に
噴出する流体の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。

【００１４】流入口１１０は、中心線Ｃに沿う方向の流
路長さがＬ１であり、中心線（Ｃ）に直交する方向の流
路幅がＤ１である矩形状の２次元流路に形成されてい
る。そして、流入口１１０の底面は、上流側流路２００
の底面２００ａがそのまま上流側に延在したもので構成
されている。また、上流側流路２００は、中心線Ｃに沿
う流路長さがＬ２であり、中心線Ｃに直交する方向の流
路幅がＤ２である矩形状の２次元流路に形成されてい
る。

【００１５】ハウジング１には、流入口１１０を覆うよ
うにガス供給路８３がボルトで固定されている。ガス供
給路８３は、流入口１１０に合致する形状の開口部８３
ａを有し、この開口部８３ａが上流側に平行移動した形
状の矩形状の空間部８３ｂを備えており、その開口部８
３ａを流入口１１０に一致させるようにして、ハウジン
グ１に固定されている。空間部８３ｂは、厚さ方向の寸
法がＨであって上記２次元流路の厚さ方向の寸法と等し
く形成され、かつ中心線Ｃに対して左右対称に形成され
ている。さらに、ガス供給路８３の底面８３ｃは、流入
口１１０及び上流側流路２００の底面２００ａ、ノズル
流路２１０の底面２１０ａ及び下流側流路２２０の底面
２２０ａと面一状に構成されている。

【００１６】また、ガス供給路８３には、後述する流体
導入流路８１ａから流入口１１０に達する部分に、流体
の淀みが生じないように、淀み防止手段８４が設けられ
ている。この淀み防止手段８４は、流体導入流路８１ａ
から流入口１１０に達する傾斜面８４ａを有するもので
あり、中心線Ｃに対して左右対称の位置に設けられてい
る。また、左右に位置する淀み防止手段８４の各傾斜面
８４ａは、９０度の角度で交差するような傾きに設定さ
れている。

【００１７】さらに、ガス供給路８３には、半円柱８２
が設けられている。この半円柱８２は、半円柱曲面８２
ａと直径平面８２ｂとによる半円形の断面を有し、その
半円柱曲面８２ａを上流側に向け、かつ直径平面８２ｂ
をガス供給路８３の開口部８３ａに一致させた状態で中
心線Ｃと同軸状に位置し、半円柱曲面８２ａの左右両側
から流入口１１０に流体を供給するようになっている。
直径平面８２ｂは、その直径方向の寸法がＤで表示され
ている。

【００１８】またさらに、ガス供給路８３には、その上
流側の端面に、空間部８３ｂに通じるパイプ（流体導入
手段）８１が設けられている。パイプ８１は、直径がφ
の断面円形状の流体導入流路８１ａを有しており、中心
線Ｃと同軸状になるように、ガス供給路８３に固定され
ている。

【００１９】そして、上記Ｈ、Ｄ１、Ｌ１、Ｄ２及びＬ
２の各寸法は、この実施例においては、Ｈ＝５〜１０ｍ
ｍ、Ｄ１＝２９．９〜３０．１ｍｍ、Ｌ１＝１６〜１
６．５ｍｍ、Ｄ２＝５９．９５〜６０．０５ｍｍ、Ｌ２
＝５〜３５ｍｍであり、Ｈとの比による無次元数で示す
と、Ｄ１／Ｈ＝２．９９〜６．０２、Ｌ１／Ｈ＝１．６
〜３．３、Ｄ２／Ｈ＝５．９９５〜１２．０１、Ｌ２／
Ｈ＝０．５〜７の関係を有するものとなっている。

【００２０】上記のように構成された流体振動形流量計
ＦＭにおいては、パイプ８１から流入するガスが半円柱
８２によって中心線Ｃを中心にして左右に均等に分流さ
れ、直列に並んだ流入口１１０及び上流側流路２００を
通ってノズル流路２１０内に流れる。そして、流入口１
１０及び上流側流路２００が中心線Ｃを中心にして左右
対称の矩形状に形成されているから、半円柱８２によっ
て左右に分流されたガスの流れは、中心線Ｃを中心にし
て対称に下流側に流れ、各ノズル部材２、２の上端面２
ｃに当たって、その一部が溝１００の左右の各壁面１０
０ａに向かって流れ、残りがノズル流路２１０の入口側
に流れる。

【００２１】上記各壁面１００ａに向かって流れたガス
は、各壁面１００ａに沿って上流側に流れ、さらに中心
線Ｃに向かって流れた後、半円柱８２の左右の各部から
流出するガスの流れに合流するような一定の形状の渦を
描いて流れるようになる。また、ノズル流路２１０の入
口側に向かったガスは、この入口部で合流してノズル流
路２１０内に安定的に流れ込む。

【００２２】すなわち、各壁面１００ａ側へのガスの流
れも、ノズル流路２１０の入口側へのガスの流れも安定
したものとなるため、ノズル流路２１０の入口部におい
て、ガスの流速分布が厚さＨの方向に一様な２次元流れ
となる。これにより、ノズル流路２１０内を流れるガス
の流れは、安定した２次元の流れとなる。したがって、
ノズル流路２１０から下流側流路２２０に噴出する流体
の振動を安定させることができ、よって測定範囲が広く
かつ計測精度のよいものを得ることができる。

【００２３】そして、特に、２次元流路の厚さ方向の寸
法Ｈを分母とし、これ以外の流入口１１０の流路長さＬ
１、流路幅Ｄ１、及び上流側流路２００の流路長さＬ
２、流路幅Ｄ２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ように一定の範囲内に入る
ような値に標準化することよって、ノズル流路２１０か
ら下流側流路２２０に噴出する流体の振動を安定させる
ことができ、よって測定範囲が広くかつ計測精度のよい
ものを得ることができる。

【００２４】また、流入口１１０及び上流側流路２００
が矩形状に形成されていて、形状が簡単であるから、製
造が容易になるという利点がある。

【００２５】次に、Ｈ、Ｄ１、Ｌ１、Ｄ２及びＬ２を上
述の寸法に設定することによって、測定範囲が広くかつ
計測精度のよいものが得られる理由を、図３〜図７に示
す実験例に基づいて説明する。ただし、この実験例にお
いてはノズル流路２１０の直線部の長さをＬｎとし、ノ
ズル流路２１０の出口からターゲット３までの距離をＬ
ｊとし、ノズル流路２１０の幅をＷとして示している。
また、Ｈ、Ｄ１、Ｌ１、Ｄ２、Ｌ２、Ｌｎ、Ｌｊ及びＷ
は、図３〜図７上において、［ｍ］の単位で示してい
る。

【００２６】図３〜図７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
（ＲＥ）を数式で表すと次の通りである。

【００２７】ＳＴ＝Ｆ×ｄ／Ｕ ＲＥ＝Ｕ×ｄ／ν ただし、Ｆは流体振動周波数［Ｈｚ］、ｄはノズル流路
の相当直径［ｍ］、Ｕはジエット流の平均流速［ｍ／
ｓ］、νはガスの運動粘度［ｍ² ／ｓ]である。

【００２８】また、図３〜図７において、Ｒｅ１は、ス
トローハル数（ＳＴ）が一定であ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３〜図７において、Ｒｅｃは本
形状の素子で流量測定できる上限値を示すものである。

【００２９】上記厚さ方向の寸法Ｈを５〜１０ｍｍに設
定したのは、Ｈが大きくなりすぎると、二次元流れを形
成できなくなるためであり、またＨが小さすぎると圧力
損失が大となるからである。

【００３０】流入口１１０の流路幅Ｄ１を２９．９〜３
０．１ｍｍに設定したのは、Ｄ１が大きくなりすぎる
と、上流側流路２００内の両側に発生する渦が小さくな
りすぎ、ノズル入口で流れが不安定となる。また、ノズ
ル入口へ向う流れの速度も小さくなり過ぎる。一方Ｄ１
が小さすぎると、半円柱で両側へ分流される流れの速度
が大きくなりすぎ、乱れが生ずる。また、ノズル入口部
で流れが不安定となり、二次元流を発生できなくなる。

【００３１】流入口１１０の流路長さＬ１を１６〜１
６．５ｍｍに設定したのは、Ｌ１が小さすぎると、半円
柱で分流されて流入したガスが溝１００の各壁面１００
ａに衝突してしまう。また、上流側流路２００の両側に
発生する渦が消滅してしまったり発生しなくなる。一方
Ｌ１が大きすぎると、上流側流路の空間が狭くなり、渦
が発生できなくなる。よって、流れが不安定となるから
である。

【００３２】上流側流路２００の流路幅Ｄ２を５９．９
５〜６０．０５ｍｍに設定したのは、Ｄ２が小さすぎる
と、半円柱で分流された流れがノズル部材の上端面２Ｃ
に衝突せず溝１００の各壁面１００ａに衝突する。また
は、上流側流路の両側に発生する渦が小さくなりすぎ流
れが不安定となる。また、Ｄ２が大きすぎると、分流し
て流入したガスが上端面２Ｃに衝突した時、大部分が両
壁面１００ａの方向へ向って流れるため、ノズル入口部
で衝突させる流れを発生できなくなるからである。

【００３３】上流側流路２００の流路長さＬ２を５〜３
５ｍｍに設定したのは、Ｌ２が５ｍｍ以下になると半円
柱で分流されて流入してくるガスの流速が大きい時にノ
ズルの上端面２Ｃに衝突するため、乱れが発生しやすく
なり、また、上流側流路の両側に発生する渦も小さすぎ
て、ノズル入口部での二次元流れを作れなくなる。また
Ｌ２が３５ｍｍ以上になると半円柱で分流された流れ
が、再度合流してノズル入口へ到達してしまうため、半
円柱の効果がなくなるからである。

【００３４】なお、上記実施例においては、ガスの流量
を測定するための流体振動形流量計ＦＭについて示した
が、上記構造の流体振動形流量計ＦＭにあっては、ガス
以外の他の気体の流量も測定することが可能である。

【００３５】

【発明の効果】この発明においては、２次元流路の厚さ
方向の寸法Ｈを分母とし、これ以外の流入口の流路長さ
Ｌ１、流路幅Ｄ１、及び上流側流路の流路長さＬ２、流
路幅Ｄ２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、Ｄ１／Ｈ＝２．９９〜６．０２、Ｌ１
／Ｈ＝１．６〜３．３、Ｄ２／Ｈ＝５．９９５〜１２．
０１、Ｌ２／Ｈ＝０．５〜７のように一定の範囲内に入
るような値に標準化することよって、ノズル流路から下
流側流路に噴出する流体の振動を安定させることがで
き、よって測定範囲が広くかつ計測精度のよいものを得
ることができる。

【００３６】また、流入口及び上流側流路が矩形状に形
成されていて、形状が簡単であるから、製造が容易にな
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例として示した流体振動形流
量計の内部を示す平面図である。

【図２】同流体振動形流量計を示す図であって、図１の
II−II線に沿う断面図である。

【図３】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図４】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図５】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図６】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図７】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図８】従来例として示した流体振動形流量計の内部を
示す平面図である。

【符号の説明】

８２ 半円柱 ８２ａ 半円柱曲面 ８２ｂ 直径平面 １１０ 流入口 ２００ 上流側流路 ２１０ ノズル流路 ２２０ 下流側流路 Ｃ 中心線 Ｄ 半円柱の直径 Ｄ１ 流入口の流路幅 Ｄ２ 上流側流路の流路幅 ＦＭ 流体振動形流量計 Ｌ１ 流入口の流路長さ Ｌ２ 上流側流路の流路長さ

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
   中心線に対して左右対称に形成された２次元流路として
   の流入口、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、 前記流入口は、中心線に沿う方向の流路長さがＬ１であ
   り、中心線に直交する方向の流路幅がＤ１である矩形状
   の２次元流路に形成されており、 前記上流側流路は、中心線に沿う方向の流路長さがＬ２
   であり、中心線に直交する方向の流路幅がＤ２である矩
   形状の２次元流路に形成されており、 前記流入口の上流側には、断面が半円形状に形成され、
   その半円柱曲面を上流側に向けた状態で前記中心線と同
   軸上に配置され、半円柱曲面の左右両側から流入口に流
   体を供給する半円柱が設けられており、 前記厚さ方向の寸法をＨとした場合、 Ｄ１／Ｈ＝２．９９〜６．０２ Ｌ１／Ｈ＝１．６〜３．３ Ｄ２／Ｈ＝５．９９５〜１２．０１ Ｌ２／Ｈ＝０．５〜７ の関係を有することを特徴とする流体振動形流量計。