JPH11211522A

JPH11211522A - 流体振動形流量計の限界流量予測方法及び流体振動形流量計

Info

Publication number: JPH11211522A
Application number: JP1077598A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kumagai; 稔熊谷
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1998-01-22
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】測定可能な限界流量を予測することができ、
開発に要する費用や時間等を低減することのできる流体
振動形流量計の限界流量予測方法及び流体振動形流量計
を提供することを課題としている。【解決手段】厚さ方向の寸法が一定に形成された２次
元流路の一部を構成するノズル流路２１０から噴出する
噴流の流体振動に基づいて流量を検出するものであっ
て、前記厚さ方向の寸法をＨとし、限界流量をＱｃと
し、比例定数をＫとすると、Ｑｃ＝Ｋ×Ｈの関係を用い
て、前記厚さ方向の寸法Ｈから限界流量Ｑｃを予測する
ことを特徴とする流体振動形流量計の限界流量予測方法
及び流体振動形流量計を提供している。また、厚さ方向
の寸法Ｈの単位をｍとし、限界流量Ｑｃの単位をｍ³／
ｈとすると、Ｋ＝６．５×１０²ｍ²／ｈであることを特
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次元流路のノ
ズル流路出口部付近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１８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ぞれぞ
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１ａによって構成されている。そして、溝１ａ
の表面をカバー５で覆うことによって、上流側流路２０
０、ノズル流路２１０及び下流側流路２２０からなる２
次元流路を構成する。すなわち、上流側流路２００、ノ
ズル流路２１０及び下流側流路２２０は、深さ（厚さ方
向の寸法）が一定で、中心線Ｃを介して左右対称の２次
元流路によって連続的に形成されている。

【０００４】また、ハウジング１は、流入口１ｂ及び流
出口１ｃを介して他の流路につながるように構成されて
いる。そして、ハウジング１には、下流側流路２２０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】さらに、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。

【０００７】なお、上記流体振動形流量計ＦＭは、プロ
パンガス（ＬＰＧ）の流量を測定するものであるが、都
市ガス等の他の気体や、液体の流量を測定することも可
能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな流体振動形流量計ＦＭにおいては、測定可能な限界
流量を検討したものがなく、設計段階においてその限界
流量を予測することができないという欠点がある。この
ため、一つの流体振動形流量計ＦＭを開発するために
は、設計と実験とを繰り返し行わなければならないとい
う問題があった。

【０００９】この発明は上述した問題を解消するために
なされたもので、測定可能な限界流量を予測することが
でき、開発に要する費用や時間等を低減することのでき
る流体振動形流量計の限界流量予測方法及び流体振動形
流量計を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、厚さ方向の寸法が一定に形
成された２次元流路の一部を構成するノズル流路から噴
出する噴流の流体振動に基づいて流量を検出する流体振
動形流量計の限界流量予測方法であって、前記厚さ方向
の寸法をＨとし、限界流量をＱｃとし、比例定数をＫと
すると、Ｑｃ＝Ｋ×Ｈの関係を用いて、前記厚さ方向の
寸法Ｈから限界流量Ｑｃを予測することを特徴とする流
体振動形流量計の限界流量予測方法を提供している。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、厚さ方向の寸法Ｈの単位をｍとし、限界流
量Ｑｃの単位をｍ³／ｈとすると、Ｋ＝６．５×１０²ｍ
²／ｈであることを特徴とする流体振動形流量計の限界
流量予測方法を提供している。

【００１２】請求項３に係る発明は、厚さ方向の寸法が
一定に形成された２次元流路の一部を構成するノズル流
路から噴出する噴流の流体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、前記厚
さ方向の寸法をＨとし、限界流量をＱｃとし、比例定数
をＫとすると、Ｑｃ＝Ｋ×Ｈの関係を有することを特徴
とする流体振動形流量計を提供している。

【００１３】請求項４に係る発明は、請求項３に係る発
明において、厚さ方向の寸法Ｈの単位をｍとし、限界流
量Ｑｃの単位をｍ³／ｈとすると、Ｋ＝６．５×１０²ｍ
²／ｈになっていることを特徴とする流体振動形流量計
を提供している。

【００１４】そして、上記のように構成された請求項１
に係る発明においては、Ｑｃ＝Ｋ×Ｈという関係を見い
だすことができたことから、この関係により、厚さ方向
の寸法Ｈから限界流量Ｑｃを容易に予測することができ
る。このため、所定の限界流量Ｑｃを有する流体振動形
流量計を設計段階で予測することができるから、目的と
する限界流量Ｑｃを得るために、設計及び実験を繰り返
すことがなくなる。したがって、開発に要する費用や時
間等を低減することができる。

【００１５】請求項２においては、Ｋ＝６．５×１０²
ｍ²／ｈという値を見いだすことができたことから、限
界流量Ｑｃを正確に予測することができる。その他、請
求項１に係る発明と同様の作用を奏する。

【００１６】請求項３に係る発明においては、請求項１
に係る発明と同様の作用を奏する。さらに、請求項４に
係る発明においては、請求項１及び請求項２に係る発明
と同様の作用を奏する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を実施
例に基づき図１〜図１７（図２〜図１７は実験結果例）
を参照して説明する。ただし、図１８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。

【００１８】この実施例で示す流体振動形流量計ＦＭ
は、図１に示すように、厚さ方向の寸法が一定に形成さ
れ、かつ中心線Ｃを介して左右対称に形成された２次元
流路としての上流側流路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２２０に噴出する噴流の流体振動に基づいて流
量を検出するように構成されたものである。

【００１９】ノズル流路２１０は、上流側流路２００に
面し、円弧状に凸なる面で幅が狭まるように形成された
ノズル縮流部２１１と、このノズル縮流部２１１の下流
側に連続して形成された所定の幅のノズル助走部２１２
を有している。

【００２０】下流側流路２２０は、直線状に形成された
ノズル助走部２１２の出口に対して円弧状に凹なる面で
幅が広がるように形成された拡大流路部２２１と、この
拡大流路部２２１の下流側に位置し、円弧状に凹なる面
で幅が狭まるように形成された第１の縮流部２２２と、
この第１の縮流部２２２の下流側に位置し、円弧状に凸
なる面で幅が狭まるように形成された第２の縮流部２２
３と、この第２の縮流部２２３の下流側に連続して形成
された所定の幅の排出口部２２４を有している。そし
て、拡大流路部２２１と第１の縮流部２２２、あるいは
第１の縮流部２２２と第２の縮流部２２３は、平面を介
して接続されている。ただし、平面を介さずに直接接続
するように構成してもよい。

【００２１】また、ノズル縮流部２１１の半径をＲｎ、
拡大流路部２２１の半径をＲ、第１の縮流部２２２の半
径をＲ１、第２の縮流部２２３の半径をＲ２、第１の縮
流部２２２の半径の中心点から前記中心線Ｃに垂線をお
ろし、その交点からノズル助走部２１２の出口までの距
離をＸ、同交点から第１の縮流部２２２の半径の中心点
までの距離をＹ、排出口部２２４の幅をＷｏ、ノズル助
走部２１２の中心線に沿う方向の距離をＬｎ、ノズル助
走部２１２の幅をＷ、ノズル流路２１０におけるノズル
助走部２１２の出口からターゲット３までの中心線Ｃに
沿う距離をＬｊ、厚さ方向の寸法をＨ（図示せず）とし
て示す。

【００２２】さらに、図１には圧力取出し口４について
示していないが、この圧力取出し口４についても図１８
に示すものと同様にハウジング１に設けられている。ま
た、ハウジング１の流出口１ｃの幅も排出口部２２４の
幅と同じ寸法Ｗｏに形成されている。

【００２３】そして、厚さ方向の寸法Ｈと限界流量Ｑｃ
とは、Ｑｃ＝Ｋ×Ｈの関係にある。ただし、Ｋは比例定数である。この比例
定数Ｋは、厚さ方向の寸法Ｈの単位をｍとし、限界流量
Ｑｃの単位をｍ³／ｈとすると、Ｋ＝６．５×１０²ｍ²／ｈとなっている。

【００２４】次に、上記数１及び数２について、図２〜
図１７に示す実験結果例を参照しながら説明する。

【００２５】図２〜図６は、噴流による流体振動の周波
数Ｆとガスの流量Ｑとの関係を示したものである。ただ
し、図２における流体振動形流量計は、Ｗ＝２．５ｍ
ｍ、Ｌｎ＝２０ｍｍ、Ｈ＝７．５ｍｍ、Ｌｊ＝１４ｍ
ｍ、ｄ＝１５ｍｍ、Ｒｎ＝５ｍｍ、Ｒ＝１４ｍｍ、Ｒ１
＝７ｍｍ、Ｒ２＝５ｍｍ、Ｘ＝２０．５ｍｍ、Ｙ＝１
０．５ｍｍ、Ｗｏ＝１９ｍｍに設定されている。なお、
上記ｄは、流体振動形流量計の上流側に取付けるガス供
給路内に設置する半円柱の直径である。

【００２６】また、図３における流体振動形流量計は、
図２のものに対して、Ｌｎのみが２０ｍｍから１５ｍｍ
に変更されている。図４における流体振動形流量計は、
図３のものに対して、Ｌｎのみが１５ｍｍから１０ｍｍ
に変更されている。図５における流体振動形流量計は、
図４のものに対して、Ｌｎのみが１０ｍｍから５ｍｍに
変更されている。図６における流体振動形流量計は、図
３のものに対して、Ｗのみが２．５ｍｍから２．０ｍｍ
に変更されている。

【００２７】上記図２〜図６において、流量Ｑが約５ｍ
³／ｈになると各測定点によって得られた直線から逸れ
る。この逸れる限界における流量Ｑを限界流量Ｑｃとす
る。流量Ｑが限界流量Ｑｃ以下（Ｑ≦Ｑｃ）の時は、直
線の傾きがlog-logのグラフ上で１．０であり、流量Ｑ
と流体振動周波数Ｆとは良好な比例関係にあることが判
る。したがって、Ｑ≦Ｑｃの場合は、流量測定が可能と
なる。

【００２８】また、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。ただし、この図７における流体振動
形流量計は、図２のものに対して、Ｈが７．５ｍｍから
１０ｍｍに変更され、かつＬｊが１４ｍｍから１４．２
ｍｍに変更されている。

【００２９】図７においては、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。

【００３０】ＳＴ＝Ｆ×Ｄ／ＵＲＥ＝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。

【００３１】そして、流量Ｑと流体振動周波数Ｆは、比
例関係にある。すなわち、Ｑ＝αＦただし、αは比例定数であり、このαが一定である範
囲、すなわちストローハル数（ＳＴ）が一定である範囲
が広いほど、精度良く測定できる範囲が広いといえる。

【００３２】また、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広くなる。さらに、図
において、Ｒｅｃは本形状の流体振動形流量計の素子で
流量測定できる上限値、すなわち限界流量Ｑｃに対応す
るレイノルズ数を示すものである。そして、図７におい
ては、Ｒｅ１とＲｅ２との間隔が広いため、流量を計測
精度良く測定できる範囲が広いといえる。

【００３３】また、図８は、限界流量Ｑｃと厚さ方向の
寸法Ｈとの関係を図示したものである。この図８にプロ
ットした各Ｑｃ及びＨは、図９〜図１７の実験結果によ
って得られたものである。

【００３４】すなわち、図９における流体振動形流量計
は、図２のものに対して、Ｈのみが７．５ｍｍから５ｍ
ｍに変更されている。図１０における流体振動形流量計
は、図９のものに対して、Ｈのみが５ｍｍから６ｍｍに
変更されている。図１１における流体振動形流量計は、
図１０のものに対して、Ｈのみが６ｍｍから７．５ｍｍ
に変更されている。図１２における流体振動形流量計
は、図１１のものに対して、Ｈのみが７．５ｍｍから８
ｍｍに変更されている。図１３における流体振動形流量
計は、図１２のものに対して、Ｈのみが８ｍｍから９ｍ
ｍに変更されている。図１４における流体振動形流量計
は、図１３のものに対して、Ｈのみが９ｍｍから１０ｍ
ｍに変更されている。図１５における流体振動形流量計
は、図１４のものに対して、Ｈのみが１０ｍｍから１２
ｍｍに変更されている。図１６における流体振動形流量
計は、図１５のものに対して、Ｈのみが１２ｍｍから１
５ｍｍに変更されている。図１７における流体振動形流
量計は、図１６のものに対して、Ｈのみが１５ｍｍから
１７ｍｍに変更されている。

【００３５】そして、図８においては、各ＱｃとＨとに
よって得られた直線の傾きがlog-logのグラフ上で１．
０であり、ＱｃとＨが良好な比例関係にあることが判
る。

【００３６】すなわち、上記数１が求められる。そし
て、単位を考慮した場合の直線の傾きとしての比例定数
Ｋが上記数２のようになる。

【００３７】すなわち、上記数１、数２により、任意の
Ｈにおける限界流量Ｑｃを見積もることが可能になる。
また、上記数２に示したＫの値は、Ｈを除く上記Ｒｎ、
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２、Ｘ、Ｙ、Ｗｏ、Ｌｎ、Ｗ、Ｌｊ、ｄ等
の各寸法によって構成される流体振動形流量計の固有の
値と考えられる。ただし、少なくともＷについては、図
２及び図６に示すように２．０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲
で上記Ｋの値が維持でき、Ｌｎについては、図２〜図５
に示すように５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で上記Ｋの値が維
持でき、Ｌｊについては、図７及び図１４に示すように
１４ｍｍ〜１４．２ｍｍの範囲で上記Ｋの値が維持でき
ることが判る。

【００３８】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、Ｑｃ＝Ｋ×Ｈという関係を見いだすこ
とができたことから、この関係により、厚さ方向の寸法
Ｈから限界流量Ｑｃを容易に予測することができる。こ
のため、所定の限界流量Ｑｃを有する流体振動形流量計
を設計段階で予測することができるから、目的とする限
界流量Ｑｃを得るために、設計及び実験を繰り返すこと
がなくなる。したがって、開発に要する費用や時間等を
低減することができる。

【００３９】また、Ｈを除く上記Ｒｎ〜ｄ等の各寸法が
上述の通りのものであれば、Ｋの値は上記数２の通りと
なるので、上記数１及び数２によって、ＨからＱｃを確
実に予測することができる。しかも、Ｋの誤差は図８か
ら多く見積もっても±５％内に入ると判断できるので、
限界流量Ｑｃも±５％程度の正確さで予測することがで
きる。したがって、高い精度で限界流量Ｑｃを予測する
ことができるとともに、誤差を考慮に入れて限界流量Ｑ
ｃを予測することができる点で利益が大きい。すなわ
ち、例えば所定の限界流量Ｑｃを最初からどうしても得
たい場合には、上記誤差分だけＨを大きく設定すればよ
いことになる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１に係る発明においては、Ｑｃ＝
Ｋ×Ｈという関係を見いだすことができたことから、こ
の関係により、厚さ方向の寸法Ｈから限界流量Ｑｃを容
易に予測することができる。このため、所定の限界流量
Ｑｃを有する流体振動形流量計を設計段階で予測するこ
とができるから、目的とする限界流量Ｑｃを得るため
に、設計及び実験を繰り返すことがなくなる。したがっ
て、開発に要する費用や時間等を低減することができ
る。

【００４１】請求項２においては、Ｋ＝６．５×１０²
ｍ²／ｈという値を見いだすことができたことから、限
界流量Ｑｃを正確に予測することができる。その他、請
求項１に係る発明と同様の効果を奏する。

【００４２】請求項３に係る発明においては、請求項１
に係る発明と同様の効果を奏する。さらに、請求項４に
係る発明においては、請求項１及び請求項２に係る発明
と同様の効果を奏する。

【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
量計の要部平面図である。

【図２】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
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】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図９】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図１０】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図１１】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図１２】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図１３】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図１４】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図１５】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図１６】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図１７】同流体振動形流量計の実験結果を示す図であ
る。

【図１８】従来例として示した流体振動形流量計の平面
図である。

【符号の説明】

２ノズル部材３ターゲット２００上流側流路２１０ノズル流路２１１ノズル縮流部２２０下流側流路Ｃ中心線ＦＭ流体振動形流量計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さ方向の寸法が一定に形成された２次
元流路の一部を構成するノズル流路から噴出する噴流の
流体振動に基づいて流量を検出する流体振動形流量計の
限界流量予測方法であって、前記厚さ方向の寸法をＨとし、限界流量をＱｃとし、比
例定数をＫとすると、Ｑｃ＝Ｋ×Ｈの関係を用いて、前記厚さ方向の寸法Ｈから限界流量Ｑ
ｃを予測することを特徴とする流体振動形流量計の限界
流量予測方法。
【請求項２】厚さ方向の寸法Ｈの単位をｍとし、限界
流量Ｑｃの単位をｍ³／ｈとすると、Ｋ＝６．５×１０²ｍ²／ｈであることを特徴とする請求項１記載の流体振動形流量
計の限界流量予測方法。
【請求項３】厚さ方向の寸法が一定に形成された２次
元流路の一部を構成するノズル流路から噴出する噴流の
流体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、前記厚さ方向の寸法をＨと
し、限界流量をＱｃとし、比例定数をＫとすると、Ｑｃ＝Ｋ×Ｈの関係を有することを特徴とする流体振動形流量計。
【請求項４】厚さ方向の寸法Ｈの単位をｍとし、限界
流量Ｑｃの単位をｍ³／ｈとすると、Ｋ＝６．５×１０²ｍ²／ｈになっていることを特徴とする請求項３記載の流体振動
形流量計。