JPS5936210B2 - 流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流量計に係り、特に測定流量範囲が広い流量計
に関する。

従来の流量計としては、一般的なものとして、（１）オ
リフィス流量計、ペンチユリ流量計、フロ ・−ノズル
流量計、等のように管路に絞りを入れ、この絞りによつ
て発生する差圧より流量を測定するもの、（２）タービ
ン流量計のように、管路に回転翼車を入れ、その回転数
より流量を測定するもの、（３）電磁流量計のように磁
場中を移動する流体に生ずる電位差の測定より流量を測
定するもの、（４）容器中に流体を流入させ、その液位
上昇より流量を測定するもの、などが上げられる。

（１）の差圧測定式の流量計は、流速りと差圧ΔＰとの
関係が、りｃｘ−Ｆ で表わされる。

ΔＰの測定可能範囲は測定誤差を考慮すると、差圧計の
フルスケールから、その５〜１０％程度の間であり、こ
れにより低い流量範囲では誤差が増加する。このΔＰの
測定可能範囲の平方をとつた値、すなわち２２〜１００
％が、上式より流速すなわち流量の測定可能範囲になる
。このことから差圧式の流量計は測定可能な流量範囲が
最低流量の５倍程度しか無いことがわかる。つぎに上記
の（２）に述べたタービン流量計は、流量と回転翼車の
回転速度が比例しているため、流量測定可能範囲は５〜
１００％となり、最低流量の２０倍程度の範囲まで測定
可能である。上記（３）の電磁流量計は可動部が無く、
また出力と流量が比例しているので、流量測定可能な範
囲は１〜１００％となり、最低流量の１００倍程度の範
囲まで測定可能である。上記３種の流量計はいずれも単
相流の瞬間流量を測定するためのもので、気泡のまじつ
た液体とか、流量範囲が極端に広い場合、間欠的に液体
が流入する場合等には使用できない。これらの目的に対
しては、上記（４）の容器内の液位上昇速度によつて流
量を測定する方式が適している。この液位上昇速度を連
続的に測定し、これを時間で微分してやれば瞬間流量を
求めることができ、また液位が一定距離だけ上昇する時
間を測定することにより、その時間の間の平均流量を求
めることができる。後者の平均流量を求める方式では、
容器中の高さの異なる位置に液位計を２本人れ、この２
本の液位計が０Ｎになる時間間隔を測定するだけなので
、容器の断面積を適当に大きくして、最大流量時の液位
上昇速度が極端に高くならないようにしてやれば、その
流量測定可能範囲は事実上無制限に広げることができる
。ただしこの流量計は容器が流体で一杯になつたらドレ
ンして内部を空にする必要がある。このドレン操作は、
容器底部につけた電磁弁で行なうのが一般的である。す
なわち容器が一杯になつたことを液位計等で検知して電
磁弁を開き、ドレン終了時にはこの弁を閉じてまた液位
上昇速度の測定を開始するわけである。以上容器に流入
水を一旦貯え、その液位上昇速度から流量を求める力式
は、流量の測定範囲が他の流量計に比べて非常に広くと
れる利点を有することを述べた。

しかし、流量測定範囲を非常に広くとり、かつ最大流量
時の液位上昇速度が極端に大きくならないように容器断
面積を広くとると、最小流量時の液位上昇速度が極端に
小さくなるので、上述のように容器中の高さの異なる位
置に入れた２本の液位計の０Ｎになる時間差で流量を測
定する方式では、この時間差（すなわち流量の１回の測
定時間）が．極端に長くなる欠点があつた。本発明の目
的は、流量測定範囲が広く、かつ小流量時でも流量の測
定時間が極端に長くならない流量計を提供するにある。
本発明は、流入流量の大小によつて測定容器の（実効断
面積を変化させることにより、小流量時でも流量の測定
時間が極端に長くならないようにしたものである。

第１図に本発明の一実施例を示す。

この例では容器１の上部に給水管２が接続され、流量を
測定したい流体がこれから容器１内に流入する。容器１
の内部は内筒３によつて下部で互に連通した２つの空間
領域部に分けられている。内側の領域部には２本の液位
測定用の電極４が、絶縁５を介して挿入されており、容
器１内の液位上昇によつて電極の下端が端液したときの
、電極４と容器１間の電気伝導度の変化を検出して、液
位が各電極４の下端部より下にあるか上にあるかを測定
できるようになつている。また容器１の底部には、ドレ
ン管６およびドレン弁Ｔがついており容器内の流体をド
レンタンク８にドレンできるようになつている。容器１
内の内筒３で仕切られた２つの領域部には、それぞれ上
部に空気抜き９，１０がつけられており、液位測定用の
電極４が入つていない領域部の側の空気抜き１０には弁
１１が取り付けられている。これら２本の空気抜き９，
１０の配管は、ドレンタンク８に接続され、容器１内の
液位上昇，下降に伴なう容器１内の空気部体積の変化を
、ドレンタンク８との間で空気をやりとりすることで吸
収している。第２図と第３図を用いて本発明の原理を説
明する。

第２図のＡ，ｂ，ｃは弁１１を閉じた時の特性を示して
いる。容器１内に給水管２から流体が流入すると、内筒
３で仕切られた容器１内の２つの領域部は下部で連通し
ているので、液位はこの２つの領域部で均等に上昇しよ
うとするが、弁１１が閉じているので、外側の領域部の
空気が排除されず、したがつて外側の領域の液位はほと
んと上昇しない。給水管２からの給水をつづけると、内
部の領域部の液位のみが上昇してｂ・のような状態とな
る。ａからｂの状態になる途中で、電極４の長い方がま
ず接液し、つぎに短い方が接液する。前述のように各電
極４・と容器１との電気伝導度の変化でこの接液を検知
できるので、２本の電極４の接液の時間差ΔＴ，と、内
筒３の内側の横断面積Ａ１および２本の電極４の下端部
の高さの差Ｈより、流入流量Ｑ１をの式で求めることが
できる。

内筒３内部の液位が上つてｂの状態になり、短い方の電
極４が接液したら、ドレン弁？を開けて容器１内の水を
ｃのように−ドレンする。このときも給水管２からは連
続的に流体が流入しているので、ドレンによつて容器１
内の液位を下げるには、ドレン管６およびドレン弁Ｔは
十分太い必要がある。ドレンが進み、２本の電極４が空
気中に露出したら、ドレン弁Ｔを閉じると、状態はａに
戻る。次に第３図は弁１１を開けた場合で、この場合に
は容器１内の内筒３で仕切られた２つの領域部が、上は
空気抜き管９，１０で、また下は内筒３底部の連通部で
つながつているので、容器１内に流入した流体の液位は
、第３図のＡ，ｂ，ｃに示すように容器１内で均一であ
る。このときの流入流量Ｑ２は、前と同様にして、Ｑ２
＝ Ａ２・ Ｈ／ΔＴ２・・・・・・ （２）で求める
ことができる。

ここでＡ２は容器１内の全横断面積、ΔＴ２は２本の電
極４の接液の時間差である。ここでＱ１＝Ｑ２であると
、Ａ２の方がＡ，より内筒３の外側の領域部の断面積分
だけ大きいので、ΔＴ２もこれに比例して大きくなる。
すなわち第３図のように弁１１を明けた力が、同じ流入
流量でも液位上昇速度が小さくなることがわかる。した
がつて流入流量が大きいとき、すなわち液位上昇速度が
速いときには弁１１を開けて容器１内全部でこれを受け
入れ、流入流量が小さいとき、すなわち液位上昇速度が
遅いときには、弁１１を閉じて内筒３内のみでこれを受
け入れるようにすれば、液位上昇速度が流入流量に反比
例して極端に変化することが防止できる。以上弁１１を
設けて容器１内の液体の入る部分の実効断面積を制御す
ることにより、流量測定に要する時間（ΔＴ，，２）が
極端に長くなることを防止できることを述べた。

第４図は、以上述べた本発明の効果を示すため、流量Ｑ
と２本の液位計電極４の接液時間差Δｔおよび弁１１の
開閉の関係について示したものである。

弁１１を閉じた状態でのＱとΔｔの関係を曲線ＡＢＣＤ
）弁１１を開けた状態でのＱとΔｔの関係を曲線ＥＦＧ
Ｈで表わす。弁１１を開けた状態の力が容器１内の液体
の入る部分の断面積が大きい（Ａ２＞Ａ１）ので、同じ
流量Ｑに対し液位上昇速度は遅く、したがつてΔｔは大
きくなる。弁１１を開けたままの状態では、流量がＱｍ
ａｘからＱｍｉｎに減少すると、ΔｔはΔＴｍｉｎから
Δｔ ’Ｍａｘまで増加し、流量最小時のΔｔが極端に
長くなる。また弁１１を閉じたままだと、液位上昇速度
が速くなるため、流量を増加していつた場合、流量Ｑ’
ＭａｘでΔｔがΔＴｍｉｎまで低下してしまう。これ以
上流量を増加させると、Δｔが小さくなりすぎてΔｔの
測定誤差が大きくなるので、このままでは大流量の測定
が困難である。本発明では、弁１１を適当に切り換える
ことにより、Δｔの変動範：用をあまり増加させること
なく、流量測定範囲を広げている。すなわち、流量Ｑを
Ｑｍｉｎから増カロさせていくときは、まず弁１１を閉
じたままで（１）式に従つた曲線ＡＢＣのように進み、
Δｔが設定値Ｓ２に達したとき、弁１１を開ける。この
ときＱとΔｔの関係はＣ点からＧ点に移動する。流量Ｑ
をなおも増加させると、（２）式に従つた曲線ＧＨのよ
うに進むことになる。逆に流量が減少した場合には、Δ
ｔが設定値Ｓ，に達したら、弁１１を閉じ、Ｆ点からＢ
点に移行し、曲線ＢＡと進むようにする。このように弁
１１の閉鎖時には設定値Ｓ２で弁を開け、弁１１の開放
時には設定値Ｓ，で弁を閉じることにより、Ｑｍｉｎか
らＱｍａｘまでの流量範囲の流量を、ΔＴｍａｘからΔ
Ｔｍｉｎの測定時間範囲内で測定可能になる。なお弁操
作をしない場合は、ΔｔはΔｔ’ＭａｘからΔＴｍｉｎ
まで変化する。ここで弁１１の切換点付近でのハンチン
グを防止するためには、第４図のＣＧＦＢに示すような
ヒステリシスループを作つておく必要があり、これを満
足すべき条件として、のように設定値Ｓ１とＳ２を選ぶ
必要がある。

１例として、容器１の内径３００ｍＷＬ）内筒３の内径
８０ｍｍのときにはＡ，＝ ５０Ｃ７ｒＬ２、Ａ２＝７
０７ｃｍ２、Ａ２／Ａ１＝１４であるから、Ｓ２＝７秒
とするとＡ２Ｓ，＝１００秒＞− Ｓ２＝９８となる。

Ａ ΔＴｍｉｎ＝ ３秒とし、２本の液位計電極４の上下刃
向の高さの差Ｈを４２０ｍｍとすると、Ｑｍａｘ＝Ａ２
・Ｈ／ΔＴｍｉｎ２−１０ρ００（Ｖ７ｌ丹Ａとなる。

最小流量Ｑｍｉｎをこれの１／１０００（したがつてこ
の流１計の流量測定範囲は１０〜１０，０００（Ｖ７ｌ
３／ Ｓとなる。）にすると、となる。ここで弁１１の
切り換えを行なわず、弁１１を開けたままでＱｍａｘ＝
１０，０００Ｃ１ｒＬ３／ ｓからＱｍｉｎ＝１０（Ｖ
７ｌ３／ ｓの範囲の流量を測定したときは、Δｔの変
化はΔＴｍｉｎ＝ ３秒から、Δｔ′Ｍａｘ＝Ａ２Ｈ／
Ｑｍｉｎ＝２９７０秒主５０分となるので、本発明によ
り最小流量時の測定時間が５０分から３．５分に短縮さ
れることになる。第５図に以上述べた弁１１の操作を自
動化する際のシークンスを示す。２本の液位計電極４の
出力ＬＬ（！１．ＬＨは、液位上昇速度演算器１３に入
り、ＬＬが０Ｎになつた時刻ｔｌとＬＨが０Ｎになつた
時刻Ｔ２をタイマ１２との比較で求め、これらの差から
Δｔを求める。

このΔｔと、別に与えた前述の設定値Ｓ，とＳ２の比較
より、弁１１操作器１４は弁１１の開閉を行なう。なお
ＨＯｌｄと書いたのは、弁１１に対しなにも操作信号を
出さないことを意味する。また別に液位計電極４の出力
ＬＬ（５ＬＨ（））０Ｎ／０ＦＦの状態により、ドレン
弁操作器１５は前述のようにドレン弁Ｔの開閉を行なι
、容器１内の流体のドレン操作を自動的に行なう。第６
図と第Ｔ図は本発明の他の実施例で、第６図の実施例は
、第１図の実施例で内筒３の内側にあつた液位計電極４
を、外側に移し、これに伴なつて空気抜き９，１０の位
置を入れ換えたものである。

効果は第１図の実施例と同じである。第Ｔ図の実施例は
、第１図および第６図の実施例のように容器１の内部を
内筒３で区切ることを止め、測定容器１６と制御容器Ｉ
Ｔのようにまつたく別の容器を２個並べたものである。
測定容器１６が第１図の実施例の内筒３の内側の領域に
対応し、また制御容器ＩＴは、同実施例の内筒３の外側
の領域に対応しており、効果は第１図の実施例と同じで
あるが、容器が２個に増加した分だけ複雑になつており
、製造コストが高くなる。以上本発明によれば、弁１１
の開閉によつて容器１の有効断面積を制御できるので、
容器１内部の液位上昇速度を測定して流入流量を求める
液位計において、流量測定範囲が広いという特徴はその
まま生かしながら、流量測定にかかる時間を大巾に（例
えば１／１０）以上に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の・一実施例を示す断面図、第２図と第
３図は、本発明の動作原理を示す路線図、第４図は本発
明の動作原理を示すグラフ、第５図は本発明の装置の制
御系のシークンスを示す図、第６図と第Ｔ図は本発明の
他の実施例図である。 １ ・・・・・・容器、２・・・・・・給水管、３・・
・・・・内筒、４・・・・・・電極、６・・・・・・ド
レン管、Ｔ・・・・・・ドレン弁、１１・・・・・・弁
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容器の底部で互いに連通した２個の空間領域部と、
   該領域部のいずれか一方に設けられた液体流入部と、上
   記容器の低部から該容器内の液体をドレンする手段と、
   上記いずれか一方の領域部の内部に設けられた高低２個
   所以上の液位を測定する手段と、該液位測定手段を設置
   した領域部の上部に設けられた気体排出手段と、他方の
   領域部の上部に設けられた開閉自在な気体排出手段とを
   含んで構成される流量計。 ２ 上記測定する手段は、容器内の液位上昇速度を求め
   、該速度と予じめ定めた設定値とを比較し、その結果を
   もつて測定結果とする機能によつて構成し、上記開閉自
   在な弁の開閉制御を上記測定結果に従つて行つてなる特
   許請求の範囲第１項記載の流量計。