JPH11223536A

JPH11223536A - 流体振動形流量計

Info

Publication number: JPH11223536A
Application number: JP2483298A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kumagai; 稔熊谷
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】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を提供するを課題としている。【解決手段】厚さ方向の寸法が一定に形成され、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、ノズル流路２１０から下流側流路２２
０に噴出する噴流の流体振動に基づいて流量を検出する
ように構成された流体振動形流量計であって、下流側流
路２２０には、中心線Ｃ上にターゲット３を設けてな
り、ノズル流路２１０の幅をＷ、ノズル流路２１０の出
口からターゲット３までの距離をＬｊ、厚さ方向の寸法
をＨとした場合、Ｌｊ／Ｗ＝４．１９３５〜１１．４２
８６、Ｈ／Ｗ＝２．４３５５〜７．１７８６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】ターゲット３は、中心線Ｃに対応する部分
が下流側に凸となるような円弧状の断面形状を有し、そ
の断面形状のまま厚さ方向に延在する柱状のもので構成
されている。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】

【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、測定範囲が広
く、かつ計測精度の優れたものを得ることが重要であ
る。しかし、測定範囲や計測精度がノズル流路２１０の
幅Ｗや長さＬｎ、ノズル流路２１０の出口からターゲッ
ト３までの距離Ｌｊ、下流側流路２２０の形状等の影響
を受けるため、実際に流体振動形流量計ＦＭを開発する
にあたっては、試作と実験を繰り返すことによって、上
記ノズル流路２１０の幅Ｗ、長さＬｎ等の寸法について
最適なものを見出ださなければならない。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、多くの
費用や時間等がかかるという問題があった。

【００１０】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、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を提供することを目的と
している。

【００１１】

【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）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（２１
０）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流
体振動形流量計であって、前記下流側流路（２２０）に
は、前記中心線（Ｃ）上にターゲット（３）を設けてな
り、前記ノズル流路（２１０）の幅をＷ、ノズル流路
（２１０）の出口からターゲット（３）までの寸法をＬ
ｊ、厚さ方向の寸法をＨとした場合、Ｌｊ／Ｗ＝４．１
９３５〜１１．４２８６、Ｈ／Ｗ＝２．４３５５〜７．
１７８６の関係を有することを特徴としている。

【００１２】そして、上記のように構成された発明にお
いては、ノズル流路（２１０）の幅Ｗを分母とし、他の
各寸法Ｌｊ、Ｈを分子とする無次元数をパラメータとし
て、このパラメータを一定の値に標準化することよっ
て、測定範囲が広くかつ計測精度のよい流体振動形流量
計の素子を開発することができる。このため、上記パラ
メータを用いることによりターゲット（３）の位置決定
やＨの寸法決定を容易に行うことができる。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。

【００１３】

【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７（図２〜図７は実験結果例）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。

【００１４】この実施例で示す流体振動形流量計ＦＭ
は、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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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８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。

【００１９】そして、この実施例の流体振動形流量計Ｆ
Ｍは、上記寸法のうち、Ｗ＝１．４〜３．１ｍｍ、Ｌｊ
＝１３〜１６ｍｍ、Ｈ＝７．５５〜１０．０５ｍｍの寸
法に形成されており、測定範囲が広くかつ精度が良いも
のとなっている。

【００２０】すなわち、Ｗ＝１．４〜３．１ｍｍに設定
すると、測定範囲が広くかつ計測精度が良くなるのは、
Ｗが１．４ｍｍ未満であると、圧力損失が大きくなりす
ぎるとともに噴流が不安定になるからであり、Ｗが３．
１ｍｍを超えると、噴流の二次元化を保つことができな
くなり、流体振動が不安定になるからである。そして、
好ましくは、Ｗ＝２．５ｍｍに設定することがよい。

【００２１】Ｌｊ＝１３〜１６ｍｍに設定することによ
って、測定範囲が広くかつ計測精度が良くなるのは、後
述する実験結果例（図２〜図７）によって証明される。

【００２２】Ｈ＝７．５５〜１０．０５ｍｍに設定する
ことによって、測定範囲が広くかつ計測精度が良くなる
のは、Ｈが７．５５ｍｍ未満であると、ノズル部におけ
る圧力損失が大きくなるとともに、上下の壁面の影響で
厚さ方向に流速部分が生ずるからであり、Ｈが１０．０
５ｍｍを超えると、二次元噴流ができなくなるととも
に、下流側流路内においても二次元的な流れを保持でき
なくなるからである。

【００２３】そして、特に、ノズル流路２１０における
ノズル助走部２１２の幅Ｗを分母とし、他の各寸法Ｌ
ｊ、Ｈを分子とする無次元数をパラメータとして設定す
る。そうすると、各パラメータは、Ｌｊ／Ｗ＝４．１９
３５〜１１．４２８６、Ｈ／Ｗ＝２．４３５５〜７．１
７８６となる。

【００２４】したがって、上記各パラメータの数値を用
いた設計を行なうことにより、測定範囲が広くかつ計測
精度のよい流体振動形流量計の素子を開発することがで
きる。

【００２５】ただし、圧力が７，０００ｍｍＨ₂Ｏ〜１
５６，０００ｍｍＨ₂Ｏのプロパンガス（ＬＰＧ）に使
用することが好ましい。なぜならば、例えば都市ガスの
場合は、供給圧力が約１８０ｍｍＨ₂Ｏ〜２４０ｍｍＨ₂
Ｏと比較的低いため、ノズル流路２１０の幅Ｗを３．２
ｍｍ以上に大きくして、圧力損失を低下させる必要があ
るのに対して、ガス容器から供給される、プロパンガス
（ＬＰＧ）の場合は、容器からの圧力が７，０００ｍｍ
Ｈ₂Ｏ〜１５６，０００ｍｍＨ₂Ｏと比較的高いため、ノ
ズル流路２１０の幅Ｗを上述のように３．１ｍｍ以下に
狭め、噴流の速度を増大させることにより流体振動を安
定させ、流量測定精度を向上させることが可能であるか
らである。

【００２６】また、ノズル助走部２１２の幅Ｗを上記の
ように分母に選んだ理由は、噴流の二次元化を達成させ
る上で最重要因子の一つであるからである。

【００２７】さらに、上記各寸法Ｌｊ、Ｈを分子に選ん
だ理由は、次の通りである。すなわち、Ｌｊ選んだ理由
はノズルより噴射されるジェット流がターゲットに衝突
する時の速度すなわち運動量を決定する最重要因子であ
るからであり、Ｈを選んだ理由は二次元流路の決定に重
要となる因子であるからである。

【００２８】次に、図２〜図７を参照してこの実施例の
流体振動形流量計による実験結果例を説明する。これら
の図は、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。

【００２９】ＳＴ＝Ｆ×Ｄ／Ｕ……（１）ＲＥ＝Ｕ×Ｄ／ν……（２）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。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＝ＫＦ……（３）

【００３０】ただし、Ｋは比例定数であり、このＫ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。また、ストローハル数（ＳＴ）の一定である
範囲が広いことは、レンジアビリティが大であることを
示している。ここでレンジアビリティとは、流量計の仕
様に示された精度内の最大流量値と最小流量値の比を意
味している。

【００３１】図２に示すものは、Ｗ＝２．５ｍｍ、Ｌｊ
＝１２ｍｍ、Ｈ＝１０ｍｍ、Ｒ＝１４ｍｍ、Ｘ＝２０．
５ｍｍ、Ｙ＝１０．５ｍｍ、Ｒｎ＝５ｍｍ、Ｒ１＝７ｍ
ｍ、Ｒ２＝５ｍｍ、Ｌｎ＝１５ｍｍ、Ｗｏ＝１９ｍｍの
流体振動形流量計で実験した結果である。

【００３２】また、図２において、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
の直径であり、１５ｍｍに設定されている。また、図２
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広くなる。さらに、同図にお
いて、Ｒｅｃは本形状の流体振動形流量計の素子で流量
測定できる上限値を示すものである。

【００３３】そして、図２においては、Ｒｅ１とＲｅ２
との間隔が狭いため、流量を計測精度良く測定できる範
囲が広いとはいえない。すなわち、ストローハル数（Ｓ
Ｔ）が一定となる範囲が広いとはいえず、十分な成果を
得ることができなかった。

【００３４】図３に示すものは、図２に示すものに対し
て、Ｌｊを１２ｍｍから１３ｍｍに変更したもので実験
した結果である。この実験で用いた流体振動形流量計
は、Ｒｅ１とＲｅ２との間隔が広く、流量を計測精度良
く測定できる範囲が広いといえる。すなわち、低レイノ
ルズ数（低流量）から高レイノルズ数（高流量）までの
全範囲にわたって、ストローハル数（ＳＴ）が一定とな
る。よって、流体振動が安定し、流量と振動周波数との
比例関係が良いことが分かる。これにより、流量計測精
度が非常に良いことが分かる。また、Ｒｅ１とＲｅ２と
の範囲が大きいため、レンジアビリティが大きいことが
分かる。したがって、図３の実験に用いた流体振動形流
量計は、測定範囲が広く、かつ計測精度の良いものであ
る。

【００３５】図４に示すものは、図３に示すものに対し
て、Ｌｊを１３ｍｍから１４ｍｍに変更したもので実験
した結果である。この実験で用いた流体振動形流量計
は、Ｒｅ１とＲｅ２との間隔がさらに広がっているの
で、測定範囲が広く、かつ計測精度の良いものであると
いえる。

【００３６】図５に示すものは、図４に示すものに対し
て、Ｌｊを１４ｍｍから１５ｍｍに変更したもので実験
した結果である。この実験で用いた流体振動形流量計
は、Ｒｅ１とＲｅ２との間隔がさらに広がっている。し
たがって、測定範囲が広く、かつ計測精度の良いもので
あるといえる。

【００３７】図６に示すものは、図５に示すものに対し
て、Ｌｊを１５ｍｍから１６ｍｍに変更したもので実験
した結果である。この実験で用いた流体振動形流量計
は、Ｒｅ１とＲｅ２との間隔が図５に比べて狭まってい
るものの、図３と同程度の広さである。したがって、測
定範囲が広く、かつ計測精度の良いものであるといえ
る。

【００３８】図７に示すものは、図６に示すものに対し
て、Ｌｊを１６ｍｍから１７ｍｍに変更したもので実験
した結果である。この実験で用いた流体振動形流量計
は、低レイノルズ数でデータがストローハル数（ＳＴ）
の一定値より低い値を示している。

【００３９】そして、以上の実験結果から、Ｌｊについ
ては、Ｈ＝１３〜１６ｍｍの範囲で良好な流量計測が行
なえることが明らかになった。

【００４０】また、Ｈ＝７．５５〜８．０５ｍｍの場合
は、Ｌｊ＝１３．５〜１４．５ｍｍでストローハル数
（ＳＴ）一定の範囲が広くなり、Ｌｊ＝１３．８〜１
４．３ｍｍで測定精度が最適となる。さらに、Ｈ＝８．
９５〜９．０５ｍｍの場合は、Ｌｊ＝１３．０〜１６．
０ｍｍでストローハル数（ＳＴ）が一定値を示す範囲が
広く、Ｌｊ＝１３．５〜１５．０ｍｍで測定精度が最適
となる。また、Ｈ＝９．９５〜１０．０５ｍｍの場合
は、測定可能な最大流量Ｑｍａｘが７ｍ³／ｈで、Ｌｊ
＝１３．０〜１６．０ｍｍでストローハル数（ＳＴ）一
定の範囲が有効であり、Ｌｊ＝１３．４〜１５．０ｍｍ
で測定精度が最適となる。

【００４１】すなわち、Ｗ＝２．５ｍｍ、Ｒ＝１４ｍ
ｍ、Ｘ＝２０．５ｍｍ、Ｙ＝１０．５ｍｍ、Ｒｎ＝５ｍ
ｍ、Ｒ１＝７ｍｍ、Ｒ２＝５ｍｍ、Ｌｎ＝１５ｍｍ、Ｗ
ｏ＝１９ｍｍで、Ｈ＝７．５５〜８．０５ｍｍの場合
は、測定可能な最大流量Ｑｍａｘが５．２ｍ³／ｈで、
Ｌｊ＝１３．５〜１４．５ｍｍでストローハル数（Ｓ
Ｔ）が一定値を示す範囲が広くなるため、流量計として
使用することが有効であり、Ｌｊ＝１３．８〜１４．３
ｍｍで測定精度が最適となる。

【００４２】さらに、Ｈ＝８．９５〜９．０５ｍｍの場
合は、測定可能な最大流量Ｑｍａｘが６．１ｍ³／ｈ
で、Ｌｊ＝１３．０〜１６．０ｍｍでストローハル数
（ＳＴ）が一定となり、流量計測が有効であり、Ｌｊ＝
１３．５〜１５．０ｍｍで測定精度が最適となる。

【００４３】また、Ｈ＝９．９５〜１０．０５ｍｍの場
合は、測定可能な最大流量Ｑｍａｘが７ｍ³／ｈで、Ｌ
ｊ＝１３．０〜１６．０ｍｍでストローハル数（ＳＴ）
とレイノルズ数（Ｒｅ）の関係が一定となり、Ｌｊ＝１
３．４〜１５．０ｍｍで測定精度が最適となる。

【００４４】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、ノズル助走部２１２の幅Ｗが決定すれ
ば、最適なＬｊの寸法が決まるので、ターゲット３を最
適な位置に簡単に設置することができる。

【００４５】しかも、最大流量Ｑｍａｘが異なるごと
に、ターゲット３を最適な位置に設置することができる
から、計測精度を各流体振動形流量計ＦＭ毎に向上させ
ることができる。

【００４６】流体振動形流量計ＦＭの２次元流路の深
さ、すなわちＨが変化した時でも、各Ｈごとにターゲッ
ト３を最適な位置に簡単に設置することができる。

【００４７】したがって、流体振動形流量計ＦＭの開発
に要する費用や時間等を低減することができる。

【００４８】また、流体振動形流量計の素子をダイカス
トで作成したり、高分子材料を用いて成形で製造したり
する時の製作精度の誤差により生ずる測定精度の低下に
対しても、ターゲットの位置を調節することで対応でき
る。したがって、多量生産の場合、各部品の製作精度の
誤差による測定精度の低下を是正することができる。

【００４９】

【発明の効果】この発明においては、ノズル流路の幅Ｗ
を分母とし、他の各寸法Ｌｊ、Ｈを分子とする無次元数
をパラメータとして、このパラメータを一定の値に標準
化することよって、測定範囲が広くかつ計測精度のよい
流体振動形流量計の素子を開発することができる。この
ため、上記パラメータを用いることによりターゲットの
位置決定やＨの寸法決定を容易に行うことができる。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。

【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】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２１２ノズル助走部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、かつ
中心線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、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、前記下流側流路には、前記中心線上にターゲットを設け
てなり、前記ノズル流路の幅をＷ、ノズル流路の出口からターゲ
ットまでの距離をＬｊ、厚さ方向の寸法をＨとした場
合、Ｌｊ／Ｗ＝４．１９３５〜１１．４２８６Ｈ／Ｗ＝２．４３５５〜７．１７８６の関係を有することを特徴とする流体振動形流量計。