KR100232397B1

KR100232397B1 - 유량계

Info

Publication number: KR100232397B1
Application number: KR1019960706893A
Authority: KR
Inventors: 가즈미쓰 누꾸이; 도시하루 사이또; 도꾸다이 네다
Original assignee: 안자이 구니오; 도쿄 가스 가부시키가이샤
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 1999-12-01
Also published as: KR970703523A

Abstract

배관 (11) 중의 가스 유로 내의 동일 단면상의 서로 다른 위치에 4 개의 유속 센서 (12₁∼ 12₄) 가 세로 일렬로 설치되어 있다. 유속 센서 (12₁∼ 12₄) 각각의 검출 신호는 평균 유속 연산부로 입력되어, 이 평균 유속 연산부에서 유속 측정치의 평균치가 연산된다. 평균 유속 연산부에서 연산된 유량 평균치는 유량 연산부에서 유량으로 변환된 후에, 표시부에서 표시된다. 배관 (11) 의 형상의 상이함 등으로 변화하는 배관 (11) 내의 유속 분포에 상관없이, 유량을 정확히 측정할 수 있으며, 그 결과, 넓은 유량 범위에 걸쳐 정확히 유량을 측정할 수 있다.

Description

유량계{FLOWMETER}

가스 미터 등에 이용되는 유량계로서, 열선 유속계를 사용한 것이 알려져 있다. 열선 유속계는 배관 중에 배치된 열선의 냉각율이 배관 내를 흐르는 유체의 유속의 함수가 되는 것을 이용하여 유속을 구하는 것이다. 이 열선 유속계를 사용한 유량계에서는, 유속으로부터 유량을 연산하여, 이를 표시하도록 되어 있다.

도 1 내지 도 3 은, 종래의 열선 유속계를 사용한 유량계의 일 예의 구성을 나타낸 것이다. 이 유량계는, 배관 (1001) 내의 예를 들면 중앙부에 설치된 유속 센서 (1002) 를 구비하고 있다. 이 유속 센서 (1002) 는 열선 (1002A) 을 갖고 있다. 열선 (1002A) 에는 저항기 (1003A) 를 거쳐서 직류 전원 (1003B) 이 접속되어 있다. 또한, 저항기 (1003A) 의 양단에는 유량을 연산하는 연산 회로 (1003C) 가 접속되어 있다. 이 연산 회로 (1003C) 에는 유량을 표시하기 위한 표시부 (1003D) 가 접속되어 있다.

여기에서, 직류 전원 (1003B) 의 공급 전압을 V₀, 열선 (1002A) 의 저항치를 r₀, 저항기 (1003A) 의 저항치를 R₀, 열선 (1002A) 및 저항기 (1003A) 를 흐르는 전류를 i₀로 하면, 다음 식 ① 의 관계가 있다.

i₀= V₀/ (R₀+ r₀) … ①

여기에서 r₀≫ R₀로 하면, 식 ① 은 다음 식 ② 와 같이 근사해진다.

i₀= V₀/ r₀… ②

열선 (1002A) 의 저항치 (r₀) 는 유속에 의하여 변화하기 때문에 전압 (V₀) 이 일정할 때, 식 ② 로부터 전류 (i₀) 도 유속에 의하여 변화한다. 따라서, 유속에 대응하는 유량 (Q₀) 은 전류 (i₀) 의 함수로 되고, 다음 식 ③ 과 같이 표시할 수 있다.

Q₀= K₀× (i₀- i₀) … ③

또한, 식 ③ 에 있어서, K₀는 배관 등에 따른 계수, i₀는 유량 (Q₀) = 0 일 때에 열선 (1002A) 및 저항기 (1003A) 를 흐르는 전류이다.

식 ③ 에 있어서의 전류 (i₀) 는 저항기 (1003A) 의 양단의 전압을 v₀로 했을 때, i₀= v₀/ R₀로서 구해진다. 도 3 에 나타난 연산 회로 (1003C) 는 식 ③ 에 의거하여 유량 (Q₀) 을 연산한다. 또, 연산된 유량 (Q₀) 은 표시부 (1003D) 에 표시된다.

그러나 배관 (1001) 중의 유속은, 배관 형상의 상이함이나 휨부, 분기부 등의 존재, 또는 유량의 대소에 의해서, 동일 단면상의 유속 분포가 다르다. 또한, 배관 (1001) 내에 있어서 유속의 변화와 유량의 변화가 비교 관계에 있는 측정 장소의 범위는 좁다. 그 때문에, 유속 센서 (1002) 를 배관 (1001) 중의 일 지점에 배치한 종래의 유량계로는, 배관 (1001) 중의 일 지점에서의 유속 밖에 구할 수 없다. 즉, 종래의 유량계로는, 넓은 유량의 측정 범위에서, 유량을 정확히 구할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 간단한 구성으로 배관 내의 유속 분포에 관계없이, 유량을 정확히 측정할 수 있도록 한 유량계를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 가스 등의 유체의 유량을 측정하여 표시하기 위한 유량계에 관한 것이다.

도 1 은 종래의 유량계의 측정 원리를 설명하기 위한 단면도, 도 2 는 도 1 의 A-A 선 화살표 방향의 단면도, 도 3 은 도 1 의 유량계의 회로 구성을 나타내는 도이다.

도 4 는 본 발명의 제 1 의 실시예에 따른 유량계의 구성을 나타내는 단면도, 도 5 는 도 4 의 B-B 선 화살표 방향의 단면도, 도 6 은 도 4 의 유량계의 회로 구성을 나타내는 블록도이다.

도 7 은 도 4 의 유량계의 구체적인 태양을 나타내는 사시도, 도 8 은 도 7 의 C-C 선 화살표 방향의 단면도이다. 도 9 는 도 8 의 D-D 선 화살표 방향의 단면도, 도 10 은 도 7 의 유량계의 가이드 부재 및 유속 센서 유닛를 꺼내어 나타내는 분해 사시도이다.

도 11 은 도 4 의 유량계의 다른 태양을 나타내는 사시도, 도 12 는 도 11 의 E-E 선 화살표 방향의 단면도, 도 13 은 도 11 의 유량계의 가이드 부재 및 유속 센서 유닛를 꺼내어 나타내는 분해 사시도, 도 14 는 도 13 의 F-F 선 화살표 방향의 정면도, 도 15 는 도 13 의 G-G 선 화살표 방향의 정면도이다.

도 16 은 도 4 의 유량계의 또 다른 구성을 나타내는 단면도, 도 17 은 도 4 의 유량계의 또 다른 구성을 나타내는 단면도, 도 18 은 도 4 의 유량계의 또 다른 구성을 나타내는 단면도이다.

도 19 는 도 4 의 유량계의 회로 구성도, 도 20 은 다른 회로 구성을 나타내는 회로 구성도이다.

도 21 은 본 발명의 제 2 의 실시예에 따른 유량계의 구성을 나타내는 단면도, 도 22 는 도 21 의 H-H 선 화살표 방향의 단면도, 도 23 은 도 22 의 I-I 선 화살표 방향의 단면도, 도 24 는 도 21 의 유량계의 제어부의 회로 구성을 나타내는 블록도, 도 25 는 유속 센서 및 맴돌이 검출 센서의 출력의 적용 범위를 설명하기 위한 도, 도 26 은 도 21 의 유량계의 요부의 다른 구성을 나타내는 사시도, 도 27 은 도 21 의 유량계의 요부의 또 다른 구성을 나타내는 사시도이다.

발명의 개시

본 발명의 유량계는, 배관 중의 길이 방향에 대해서 직교하는 동일 단면상의 서로 다른 위치에 설치되어 각각 유체의 유속을 검출하는 복수의 유속 센서와, 이들 복수의 유속 센서의 출력 신호를 입력으로 하여 복수의 위치에 서의 유속의 평균치를 연산하는 평균 유속 연산 수단과, 이 평균 유속 연산 수단의 연산 결과에 의거하여 유체의 유량을 연산하는 유량 연산 수단을 구비한 것이다.

이 유량계에서는, 복수의 유속 센서에 의하여 동일 단면상의 복수의 지점에서의 유속이 계측되고, 이들 계측치의 평균치가 평균 유속 연산 수단에 의하여 연산되고, 유량 연산 수단에 의하여 평균치에 의거한 유량이 연산되어, 이것이 표시 수단에 의하여 표시된다. 따라서, 하나의 유속 센서로 유로의 중앙부만을 측정하는 종래의 유량계에 비하여, 측정 정밀도가 크게 향상되어 광범위한 유량을 정확히 측정할 수 있다.

또, 본 발명의 유량계는, 배관의 길이 방향을 따른 벽면의 임의의 위치에 상기 배관의 벽면을 관통하도록 설치된 가이드 부재 삽입부와, 이 가이드 부재 삽입부를 거쳐서 배관 내에 삽입됨과 동시에, 유체의 흐름 방향을 따라서 복수의 제 1 의 유체 통과공을 갖는 중공형의 가이드 부재와, 이 가이드 부재에 삽입됨과 동시에, 상기 가이드 부재의 복수의 제 1 의 유체 통과공에 대응하여 복수의 제 2 의 유체 통과공을 가지며, 또한 이들 복수의 제 2 의 유체 통과공 각각에 면하도록 복수의 유속 센서가 설치된 유속 센서 유닛과, 이 유속 센서 유닛에 있어서의 복수의 유속 센서의 각 출력 신호를 입력으로 하여, 유체 유로 내의 복수의 지점에서의 유속의 평균치를 연산하는 평균 유속 연산 수단과, 이 평균 유속 연산 수단의 연산 결과에 의거하여 유체의 유량을 연산하는 유량 연산 수단을 구비한 것이다.

이 유량계에서는 가이드 부재에 유속 센서 유닛을 밖에서 삽입시키는 구성으로 했기 때문에 유량계의 설치가 용이하다.

또한, 본 발명의 유량계는, 배관의 길이 방향으로 직교하는 동일 단면상에서, 각각 상기 벽면을 관통하도록 설치된 복수의 가이드 부재 삽입부와, 이들 가이드 부재 삽입부를 거쳐서 각각 배관 내에 삽입시킴과 동시에, 유체의 흐름 방향을 따라서 적어도 1 개의 제 1 의 유체 통과공을 갖는 중공형의 복수의 가이드 부재와, 이들 가이드 부재 각각에 삽입됨과 동시에, 상기 가이드 부재의 제 1 의 유체 통과공에 대응하여 적어도 1 개의 제 2 의 유체 통과공을 가지며, 또한 상기 제 2 의 유체 통과공에 면하도록 적어도 1 개의 유속 센서가 설치된 복수의 유속 센서 유닛과, 이들 유속 센서 유닛에 있어서의 복수의 유속 센서의 각 출력 신호를 입력으로 하여, 유체 유로 내의 복수의 지점에서의 유속의 평균치를 연산하는 평균 유속 연산 수단과, 이 평균 유속 연산 수단의 연산 결과에 의거하여 유체의 유량을 연산하는 유량 연산 수단을 구비한 것이다.

이 유량계에는 복수의 유속 센서 유닛을 구비하고 있으며, 보다 많은 유속 센서를 동일 단면상에 배치할 수 있으므로, 보다 측정 정밀도가 향상된다.

이 유량계에서는, 가이드 부재를 원통형으로 형성하여, 유체의 흐름을 방해하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또, 상기 가이드 부재는, 내부 중공부에 길이 방향을 따라서 상기 제 1 의 유체 통과공에 대응하여 적어도 1 개의 제 3 의 유체 통과공이 형성된 1 개의 칸막이부를 갖고 있음과 동시에, 상기 칸막이부의 양측에 각각 반원주 형상의 유닛 삽입부를 갖고 있으며, 한편, 상기 유속 센서 유닛이, 각각 상기 가이드 부재의 유닛 삽입부에 대하여 삽입 가능한 반원주 형상의 2 개의 유닛 부재로 이루어지고, 이들 유닛 부재 각각에 상기 제 3 의 유체 통과공에 대향하여 적어도 1 개의 제 2 의 유체 통과공이 형성되고, 또한 하류측에 배치되는 유닛 부재측의 제 2 의 유체 통과공에 대응하여 유속 센서가 설치되어 이루어지는 구성으로 할 수 있다.

또한, 상기 가이드 부재는, 내부 중공부에 길이 방향을 따라서 상기 제 1 의 유체 통과공에 대응하여 적어도 1 개의 제 3 의 유체 통과공이 형성된 2 개의 칸막이부를 가짐과 동시에, 이들 칸막이부를 사이에 두고 3 개의 유닛 삽입부를 가지며, 한편, 상기 유속 센서 유닛이, 각각 상기 가이드 부재의 유닛 삽입부에 대하여 삽입 가능한 3 개의 유닛 부재로 이루어지고, 이들 유닛 부재 각각에 상기 제 3 의 유체 통과공에 대향하여 적어도 1 개의 제 2 의 유체 통과공이 형성되어 있고, 또한 흐름 방향에 대하여 중앙에 배치되는 유닛 부재의 제 2 의 유체 통과공에 대응하여 유속 센서가 설치되어 이루어지는 구성으로 할 수 있다.

본 발명의 유량계에서는, 상기 가이드 부재의 외벽에 제 1 의 유체 통과공에 대응하여, 가이드 부재의 설치 방향을 맞추기 위한 지표부를 구비한 구성으로 함으로써, 가이드 부재를 배관에 대하여 정확히 설치할 수 있다.

또한, 본 발명의 유량계는, 각각, 전류에 의하여 가열됨과 동시에 온도에 따라서 저항치가 변화하는 발열체를 가지며, 배관 중에서, 배관의 길이 방향에 대하여 직교하는 방향의 위치가 서로 다른 복수의 위치에 설치된 복수의 유속 센서와, 각 유속 센서의 발열체를 공통의 전원에 대하여 병렬 또는 직렬로 접속함과 동시에, 각 유속 센서가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 의존하는 파라미터를 출력하는 유속 검출 회로와, 이 유속 검출 회로의 출력에 의거하여, 배관 내을 흐르는 유체의 유량을 연산하는 유량 연산 수단을 구비하고 있다.

이 유량계에서는, 유속 검출 회로에 의하여, 각 유속 센서가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 의존하는 파라미터가 출력되고, 이 유속 검출 회로의 출력에 의거하여, 유량 연산 수단에 의하여, 배관 내를 흐르는 유체의 유량이 연산된다.

상기 유속 검출 회로는, 각 유속 센서의 발열체를 공통의 정전압 전원에 대하여 병렬로 접속함과 동시에, 파라미터로서, 각 발열체를 흐르는 전류의 총합에 대응하는 값을 출력하도록 구성할 수 있다.

이와 같은 구성의 유량계에서는, 유량에 따라서 각 유속 센서의 발열체의 온도 및 저항치가 변화하고, 그 결과, 각 발열체를 흐르는 전류의 총합이 변화한다. 유속 검출 회로는, 이 전류의 총합에 대응하는 값을 각 유속 센서가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 의존하는 파라미터로서 출력한다.

또, 상기 유속 검출 회로는 각 유속 센서의 발열체를 공통의 전원에 대하여 직렬로 접속함과 동시에, 파라미터로서 각 발열체의 저항치의 총합에 대응하는 값을 출력하도록 구성할 수도 있다.

이와 같은 구성의 유량계에서는, 유량에 따라서 각 유속 센서의 발열체의 온도 및 저항치가 변화하고, 그 결과 각 발열체의 총합이 변화한다. 유속 검출 회로는, 이 각 발열체의 저항치의 총합에 대응하는 값을, 각 유속 센서가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 의존하는 파라미터로서 출력한다.

또, 본 발명의 유량계는, 배관 중의 길이 방향에 대하여 직교하도록 설치됨과 동시에, 유체의 유속을 검출하기 위한 복수의 유속 센서 및, 유체가 통과함으로써 발생하는 카르먼 맴돌이의 주파수를 검출하기 위한 맴돌이 검출 센서를 갖는 봉 모양의 센서 유지체와, 상기 복수의 유속 센서의 출력을 기초로 복수의 위치에서의 유속의 평균치를 연산하는 평균 유속 연산 수단과, 소 유량역에서는 상기 평균 유속 연산 수단의 연산 결과에 의거하여 유체의 유량을 구함과 동시에, 대 유량역에서는 상기 맴돌이 검출 센서의 검출 결과에 의거하여 유체의 유량을 구하는 유량 연산 수단을 구비하고 있다.

이 유량계로는, 일정 유량 이하의 소 유량역에서는, 복수의 유속 센서에 의하여 배관 내의 동일 단면상의 복수의 지점에서의 유속이 계측되고, 이들 계측치의 평균치가 평균 유속 연산 수단에 의하여 연산되어, 이 평균 유속치에 의거하여 유량 연산 수단에 의하여 유량이 구해진다. 한편, 대 유량역에서는, 맴돌이 검출 센서에 의하여 유체가 센서 유지체의 양측을 통과함으로써 발생하는 카르먼 맴돌이의 주파수 (맴돌이 수) 가 검출되고, 그 검출 결과에 의거하여 유량 연산 수단에 의하여 유량이 구해진다. 따라서 소 유량역에서는, 1 의 유속 센서로 유로의 중앙부만을 측정하는 종래의 유량계에 비하여, 측정 정밀도가 크게 향상됨과 동시에 광범위한 유량을 측정할 수 있으며, 또한, 대 유량역에서도, 맴돌이 검출 센서에 의하여 유량을 계측할 수 있기 때문에, 보다 광범위한 유량을 측정할 수 있다.

상기 센서 유지체는, 유체의 흐름 방향을 따라서 복수의 유체 통과공이 형성됨과 동시에 상기 유체 통과공에 대하여 교차하도록 관통공이 형성된 원주형 부재로 이루어져 있고, 상기 복수의 유속 센서 각각이 상기 대응하는 유체 통과공에 면하도록 배치됨과 동시에, 상기 맴돌이 검출 센서가 상기 관통공에 면하며 또한 맴돌이의 발생에 의하여 상기 원주 부재의 양측부간에 생기는 압력차를 검출할 수 있는 위치에 설치된 1 또는 1 쌍의 압력 센서이도록 구성할 수 있다.

또, 상기 센서 유지체는 유체의 흐름 방향을 따라서 복수의 유체 통과공이 형성된 원주형 부재로 이루어져 있고, 상기 복수의 유속 센서 각각이 상기 대응하는 유체 통과공에 면하도록 배치됨과 동시에, 상기 맴돌이 검출 센서가 각각 맴돌이의 발생에 의하여 상기 원주 부재의 양측부간에 생기는 압력차를 검출할 수 있는 위치에 설치된 1 쌍의 압력 센서이도록 구성할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4 는 본 발명의 제 1 의 실시예에 따른 유량계의 개략의 단면 구성을 나타내고, 도 5 는 도 4 의 B-B 화살표 방향의 단면 구성을 나타내는 것이다.

본 실시예의 유량계는, 가스 등의 유체 (a) 가 통과하는 배관 (11) 내의 소정의 위치에서 유체 (a) 의 흐름 방향으로 직교하도록 배치된 원주 형상의 센서 유닛 (13) 을 구비하고 있다. 센서 유닛 (13) 에는 유체 (a) 의 흐름방향을 따르도록 4 개의 유체 통과공 (13₁), (13₂), (13₃), (13₄) 이 설치되어 있다. 센서 유닛 (13) 내에는 이들 유체 통과공 (13₁∼ 13₄) 각각에 면하는 위치에 복수 예를 들면 4 개의 유속 센서 (12₁), (12₂), (12₃), (12₄) 가 설치되어 있다. 즉, 본 실시예의 유량계에서는 배관 (11) 중에서, 배관 (11) 의 길이 방향에 대하여 직교하는 방향의 위치가 서로 다른 복수의 위치, 특히 배관 (11) 내의 동일 단면상의 서로 다른 복수의 위치에 4 개의 유속 센서 (12₁∼ 12₄) 가 세로로 일렬로 설치되어 있다.

유속 센서 (12₁∼ 12₄) 각각의 검출 신호는 도 6 에 블록도로 나타난 바와 같이 평균 유속 연산부 (14) 에 입력되어, 이 평균 유속 연산부 (14) 에서 유속 측정치의 평균치 (Va) 가 연산된다. 평균 유속 연산부 (14) 에서 연산된 유속 평균치 (Va) 는 유량 연산부 (15) 에서 다음 식 ④ 에 의하여 유량 (Q) 로 변환된 후, 표시부 (16) 에 표시된다. 또한 평균 유속 연산부 (14) 및 유량 연산부 (15) 는 마이크로 컴퓨터 (17) 에 의하여 실현된다.

Q = k × Va (k 는 배관 형상 계수) … ④

본 실시예의 유량계에서는, 배관 (11) 중에서 배관 (11) 의 길이 방향에 대하여 직교하는 방향의 위치가 서로 다른 복수의 위치에, 복수의 유속 센서 (12₁∼ 12₄) 를 배치하고, 이들 유속 센서 (12₁∼ 12₄) 를 사용하여 각 유속 센서가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 대응하는 유량 (Q) 을 구하도록 하고 있다. 따라서, 배관 형상의 상이함 등에 따라 변화하는 배관 (11) 내의 유속 분포에 상관없이, 유량을 정확히 측정할 수 있으며, 그 결과 넓은 유량 범위에 걸쳐 정확히 유량을 측정할 수 있다.

도 7 은 상기 유량계의 보다 구체적인 태양을 나타내는 사시도이고, 도 8 은 도 7 의 C-C 화살표 방향의 단면도, 도 9 는 도 8 의 D-D 화살표 방향의 단면도이다. 또한 도 4 내지 도 6 과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여서 그의 설명을 생략한다.

이 유량계에는, 배관 (11) 의 길이 방향을 따른 벽면의 임의의 위치에 배관 (11) 을 관통하도록 가이드 부재 삽입부 (21) 가 설치되어 있다. 가이드 부재 삽입부 (21) 에는 원주 형상의 가이드 부재 (22) 가 삽입되도록 되어 있다. 가이드 부재 (22) 는 철강 등의 금속이나 수지 등에 의하여 형성된다. 이 가이드 부재 (22) 는 배관 (11) 내에 삽입되는 부분에, 유체 (a) 의 흐름 방향을 따라서 복수, 예를 들면 4 개의 제 1 의 유체 통과공 (23₁), (23₂), (23₃), (23₄) 이 설치되어 있다. 또, 가이드 부재 (22) 의 내부 중공부에는 길이 방향을 따라서 판형의 칸막이부 (25) 가 설치되어 있다. 이 칸막이부 (25) 의 양측에 각각 도 7 에 나타난 바와 같이 반원주 형상의 유닛 삽입부 (22a), (22b) 가 설치되어 있다. 칸막이부 (25) 에는 4 개의 제 1 의 유체 통과공 (23₁), (23₂), (23₃), (23₄) 에 대응하여 동일하게 4 개의 제 3 의 유체 통과공 (26₁), (26₂), (26₃), (26₄) 이 형성되어 있다.

가이드 부재 (22) 의 배관 (11) 의 외부에 위치하고 있는 부분에는, 제 1 의 유체 통과공 (23₁∼ 23₄) 의 길이 방향 (즉 유체 (a) 의 흐름 방향) 을 따라서, 판형의 지표부 (24) 가 설치되어 있다. 가이드 부재 (22) 를 가이드 부재 삽입부 (21) 에 삽입한 후에, 이 지표부 (24) 를 보고, 제 1 의 유체 통과공 (23₁∼ 23₄) 을 유체 (a) 의 흐름 방향으로 정확히 향하게 할 수 있다. 또한, 이 지표부 (24) 는 가이드 부재 (22) 의 설치 방향을 구할 수 있는 것이라면 좋고, 마크 표시 등이라도 좋다.

가이드 부재 (22) 에는 유속 센서 유닛 (27) 이 삽입되도록 되어 있다. 유속 센서 유닛 (27) 은, 예를 들면 수지로 형성된 원주형 부재를 2 개로 나눈 구조이며, 2 개의 반원주형의 유닛 부재 (27A), (27B) 로 구성되어 있다. 이들 유닛 부재 (27A), (27B) 에는, 가이드 부재 (22) 에 형성된 4 개의 제 1 의 유체 통과공 (23₁∼ 23₄) 에 대응하여 4 개의 제 2 의 유체 통과공 (28₁), (28₂), (28₃), (28₄) 이 형성되어 있다. 2 개의 유닛 부재 (27A), (27B) 중, 유체 (a) 의 흐름 방향에 대하여 하류측에 위치하는 유닛 부재 (27B) 에는, 제 2 의 유체 통과공 (28₁), (28₂), (28₃), (28₄) 각각에 면하도록 유속 센서 (29₁), (29₂), (29₃), (29₄) 가 설치되어 있다.

도 10 은 가이드 부재 (22) 와 유속 센서 유닛 (27) 을 꺼내어, 유속 센서 유닛 (27) 의 부착 상태를 나타내는 것이다. 가이드 부재 (22) 의 유닛 삽입부 (22a) 에는 유속 센서 유닛 (27) 을 구성하는 한 쪽의 유닛 부재 (27A) 가, 유닛 삽입부 (22b) 에는 유속 유닛 (27) 을 구성하는 다른 쪽의 유닛 부재 (27B) 가 각각 삽입된다.

본 실시예에서는, 배관 (11) 내를 흐르는 유체 (a) 의 일부는, 가이드 부재 (22) 에 형성된 4 개의 제 1 의 유체 통과공 (23₁∼ 23₄), 유속 센서 유닛 (27) 에 형성된 제 2 의 유체 통과공 (28₁∼ 28₄) 및, 칸막이부 (25) 에 형성된 제 3 의 유체 통과공 (26₁∼ 26₄) 을 통하여 가이드 부재 (22) 의 하류측으로 흐르고, 그 도중에 유속 센서 (29₁∼ 29₄) 에 의하여 유속이 계측된다. 그리고 유속 센서 (29₁∼ 29₄) 에 의하여 계측된 유속의 평균치가, 앞에서 서술한 평균 유속 연산부 (14) 에서 구해지고, 또한 유량 연산부 (15) 에서 유량으로 변환된 후, 표시부 (16) 에 표시된다. 또한, 유체 (a) 의 나머지는 가이드 부재 (22) 의 양측을 가이드 부재 (22) 의 외벽면에 따라서 하류측으로 흐른다.

본 실시예에서는, 배관 (11) 내의 동일 단면상의 서로 다른 위치에 각각 배치된 유속 센서 (29₁∼ 29₄) 의 계측치의 평균이 연산되기 때문에, 배관 형상의 상이함 등에 의하여 유속 분포가 달라도 정확히 유속을 측정할 수 있으며, 따라서 넓은 유량 범위에 걸쳐 정확히 유량을 측정할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 가이드 부재 (22) 의 외형이 원주형으로 되어 있기 때문에, 유체 (a) 는 원활하게 흐른다.

도 11 은 상기 유량계의, 또 다른 태양을 나타내는 사시도이고, 도 12 는 도 11 의 E-E 화살표 방향의 단면도, 도 13 은 가이드 부재 (22) 와 유속 센서 유닛 (27) 을 꺼내어, 유속 센서 유닛 (27) 의 부착 상태를 나타내는 도, 도 14 는 도 13 의 F-F 화살표 방향의 단면도, 제 15 는 도 13 의 G-G 화살표 방향의 단면도이다. 또한, 도 7 내지 도 10 과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여서 그의 설명을 생략한다.

이 유량계에서는, 가이드 부재 (22) 의 내부 중공부에는 길이 방향을 따라서 판형의 2 개의 칸막이부 (25A), (25B) 가 형성되어 있다. 이들 칸막이부 (25A), (25B) 를 사이에 두고 유닛 삽입부 (22a), (22b), (22c) 가 설치되어 있다. 칸막이부 (25A), (25B) 에는 각각 가이드 부재 (22) 에 형성된 제 1 의 유체 통과공 (23₁∼ 23₄) 에 대응하여 동일하게 4 개의 제 3 의 유체 통과공 (26₁∼ 26₄) 이 형성되어 있다.

가이드 부재 (22) 에 삽입되는 유속 센서 유닛 (27) 은, 원주형 부재를 3 개로 나눈 구조이고, 3 개의 기둥 모양의 유닛 부재 (27A), (27B), (27C) 로 구성되어 있다. 이들 유닛 부재 (27A ∼ 27C) 에는 각각 가이드 부재 (22) 에 형성된 4 개의 제 1 의 유체 통과공 (23₁∼ 23₄) 에 대응하여 4 개의 제 2 의 유체 통과공 (28₁∼ 28₄) 이 형성되어 있다. 3 개의 유닛 부재 (27A ∼ 27C) 중, 흐름 방향에 대하여 중앙 부분에 위치하는 유닛 부재 (27C) 에는 제 2 의 유체 통과공 (28₁), (28₂), (28₃), (28₄) 각각에 면하도록 유속 센서 (29₁), (29₂), (29₃), (29₄) 가 설치되어 있다.

가이드 부재 (22) 의 유닛 삽입부 (22a) 에는 도 13 에 나타난 바와 같이 유닛 부재 (27A) 가, 유닛 삽입부 (22b) 에는 유닛 부재 (27B) 가, 또는 유닛 삽입부 (22c) 에는 유닛 부재 (27C) 가 각각 삽입된다.

이 유량계에서는, 상기 실시예과 동일하게, 배관 (11) 내를 흐르는 유체 (a) 의 일부는 가이드 부재 (22) 에 형성된 4 개의 제 1 의 유체 통과공 (23₁∼ 23₄), 유체 센서 유닛 (27) 에 형성된 제 2 의 유체 통과공 (28₁∼ 28₄) 및 칸막이부 (25A), (25B) 에 형성된 제 3 의 유체 통과공 (26₁∼ 26₄) 을 통하여 가이드 부재 (22) 의 하류측으로 흐르며, 그 도중에 유속 센서 (29₁∼ 29₄) 에 의하여 유속이 계측된다. 이후의 동작은 상기 실시예와 동일하다.

이 유량계에서도, 배관 (11) 내의 동일 단면상의 서로 다른 위치에 각각 배치된 유속 센서 (29₁∼ 29₄) 의 계측치의 평균이 연산되기 때문에, 보다 정확히 유속을 측정할 수 있으며, 따라서 넓은 유량 범위에 걸쳐 정확히 유량을 측정할 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 유속 센서 (29₁∼ 29₄) 가 부착되는 센서용의 유닛 부재 (27C) 가 다른 유닛 부재 (27A), (27B) 와는 별도로 독립해서 형성되기 때문에, 유속 센서 (29₁∼ 29₄) 도 포함하여 프린트판과 같은 구조로 얇게 제작할 수 있다.

도 16 은, 제 1 의 실시예에 따른 유량계의 또 다른 태양을 나타내는 것이다. 본 실시예에서는, 도 7 내지 도 10 에 나타난 유량계에, 또한 2 개의 가이드 부재 (30), (31) 를 수평 방향으로 부착하는 구조로 한 것이다. 또한, 도 7 내지 도 10 과 동일 구성 성분에는 동일 부호를 붙여서 그의 설명을 생략한다.

가이드 부재 (30) 에는 2 개의 제 1 의 유체 통과공 (32₁), (32₂) 이 형성됨과 동시에 유속 센서 유닛 (27) 과 동일한 유속 센서 (33₁), (33₂) 를 구비한 센서 유닛이 삽입되어 있다. 한편, 가이드 부재 (31) 에도 2 개의 제 1 의 유체 통과공 (34₁), (34₂) 이 형성됨과 동시에 유속 센서 유닛 (27) 과 동일한 유속 센서 (35₁), (35₂) 를 구비한 센서 유닛이 삽입되어 있다.

이 유량계에서는, 가이드 부재 (22) 와, 가이드 부재 (30), (31) 가 서로 직교하도록 설치되어 상기 실시예와 비교해서 수가 많은 8 개의 유속 센서 (29₁∼ 29₄), (33₁), (33₂), (35₁), (35₂) 의 계측치의 평균이 연산되기 때문에, 보다 정확히 유속을 측정할 수 있으며, 또한 넓은 유량 범위에 걸쳐 정확히 유량을 측정할 수 있다.

상기 실시예에서는, 가이드 부재 (22) 와, 가이드 부재 (30), (31) 를 서로 직교하도록 설치하였지만, 도 17 에 나타난 바와 같이, 가이드 부재 (30), (31) 와 동일한 구조를 갖고 있는 가이드 부재 (36), (37) 를 더 부가하여, 각 부재가 서로 60 ℃ 의 각도를 이루는 구성으로 하여, 유속 센서의 수를 더욱 증가시킴으로써, 보다 정밀도 좋게 유속을 측정하고, 또한 넓은 유량 범위에 걸쳐 정확히 유량을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 도 16 및 도 17 의 실시예에서는, 복수의 가이드 부재 및 유속 센서 유닛에 대하여 각각 복수의 유체 통과공 및 복수의 유속 센서를 설치하도록 하였지만, 각 가이드 부재 및 유속 센서 유닛에 대하여 1 개의 유체 통과공 및 1 개의 유속 센서를 설치하도록 해도 좋고, 요는 전체로서 복수의 유체 통과공 및 복수의 유속 센서가 배치되는 구성이면 좋다.

또한, 상기 실시예에서는, 어느 것이나 가이드 부재 (22) 를 보스 (가이드 부재 삽입부 (21)) 에 삽입시키는 구성으로 했지만, 도 18 에 나타난 바와 같이 배관 (11) 및 가이드 부재 (22) 에 각각 대응시켜서 플랜지부 (40), (41) 를 설치하여 양자를 조임 나사 (42), (43) 에 의하여 고정하도록 해도 좋다. 또, 배관 (11) 과 가이드 부재 (22) 와의 사이에 가스의 누설을 방지하기 위해서 O-링을 개재시키는 구성으로 해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 제 1 의 실시예에 따른 유량계에 의하면, 배관 내의 유체 유로에 복수의 유속 센서를 설치하고, 이들 유속 센서의 계측치의 평균치를 구하여 유량으로 환산하도록 했기 때문에, 측정 정밀도가 향상되고, 광범위한 유량을 정확히 측정할 수 있다는 효과가 있다.

다음에 도 19 는 도 4 및 도 5 에 도시한 유량계의 회로 구성을 나타내는 것이다. 또한, 이하 설명을 일반화시키기 위해서, 유속 센서의 수를 N 개로 해서 설명한다. 도 19 에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 유량계에서는, 유속 센서 (12₁), (12₂), (12₃), … , (12_N) 는, 전류에 의하여 가열됨과 동시에, 온도에 따라서 저항치가 변화하는 발열체로서의 열선 (115₁), (115₂), (115₃), … , (115_N) 을 갖고 있다. 여기에서, 열선 (115₁), (115₂), (115₃), … , (115_N) 각각의 저항치를 각각 r₁, r₂, r₃, … , r_N로 한다.

본 실시예의 유량계는, 열선 (115₁), (115₂), (115₃),… , (115_N) 을 공통의 전원 (121) 에 대하여 병렬로 접속하기 위한 유속 검출 회로 (200) 를 구비하고 있다. 전원 (121) 은, 일정한 전압 (V₁) 을 발생시키는 안정화 전원이다. 또, 유속 검출 회로 (200) 는, 전원 (121) 의 일단 (一端) 과 열선 (115₁), (115₂), (115₃), … , (115_N) 각각의 일단과의 사이에 개장된 저항기 (122) 를 갖고 있다. 그리고, 이 저항기 (122) 의 양단 (兩端) 의 출력 단자 (120a), (120b) 에서, 유속 센서 (12₁), (12₂), (12₃), … , (12_N) 가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 의존하는 파라미터로서, 열선 (115₁), (115₂), (115₃), … , (115_N) 각각을 흐르는 전류의 총합 (I) 에 대응하는 값을 출력하도록 되어 있다. 즉, 저항기 (122) 의 저항치를 R 로 하면, 저항기 (122) 의 양단의 출력 단자 (120a), (120b) 간의 전압은 I·R 이 되기 때문에, 이 전압이 전류의 총합 (I) 에 대응하는 값이 된다.

또, 출력 단자 (120a), (120b) 에는, 유속 검출 회로 (200) 의 출력에 의거하여 배관 (11) 내를 흐르는 유체의 유량을 연산하는 유량 연산 수단으로서의 연산 회로 (123) 가 접속되어 있다. 이 연산 회로 (123) 에는 유량을 나타내는 표시부 (16) 가 접속되어 있다.

다음에 이 유량계의 작용에 대하여 설명한다.

유속 센서 (12_n) (n = 1, 2,3, …, N) 의 열선 (115_n) (n = 1, 2, 3, …, N) 에는 전원 (21) 으로부터 일정한 전압 (V₁) 이 인가된다. 여기에서 열선 (115_n) 을 흐르는 전류를 i_n로 하여, r_N≫ R 로 하면, 다음 식 ⑤ 의 관계가 있다.

i_n= V₁/r_n… ⑤

열선 (115_n) 의 저항치 (r_n) 는 유속에 의하여 변화하기 때문에, 전류 (i_n) 도 유속에 의하여 변화한다. 따라서, 유속 센서 (12_n) 가 설치된 위치에서의 유속에 대응하는 유량 (Q_n) 은 전류 (i_n) 의 함수가 되고, 다음 식 ⑥ 과 같이 나타낼 수 있다.

Q_n= K₁× (i_n- i_n0) … ⑥

또한, 식 ⑥ 에서, i_n0은 유량 (Q) = 0 일 때에 열선 (115_n) 을 흐르는 전류이다. 또, K₁은 배관 등에 따른 계수이고, 열선 (115_n) 이 금속인 경우에는 K₁〉0, 반도체인 경우에는 K₁〈 0 이 된다.

따라서, 유속 센서 (12_n) 가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 대응하는 유량 (Q) 은 다음 식 ⑦ 과 같이 표시된다.

Q_n= (1 / N) × ∑Q_N

= (1 / N) × K₁× ∑ (i_n- i_n0)

= (1 / N) × K₁× (I - I₀) … ⑦

또한 ∑Q 는 Q₁, Q₂, Q₃, … ,Q_n의 총합을 나타내며, ∑(i_n - i_n0) 는 i₁- i₁₀, i₂- i₂₀, i₃- i₃₀, …, i_N- i_N0의 총합을 나타내고 있다. 또, I₀는 유량 (Q) = 0 일 때에 열선 (115₁), (115₂), (115₃), … , (115_N) 각각을 흐르는 전류의 총합이다.

식 ⑦ 에 있어서의 전류 (I) 는, 앞에서 서술한 바와 같이 저항기(122) 의 양단의 출력 단자 (120a), (120b) 간의 전압으로부터 구해진다. 거기에서, 도 19 에 나타낸 연산 회로 (123) 는 식 ⑦ 에 의거하여 유량 (Q) 을 연산한다. 따라서, 연산 회로 (123) 에 의하여 유속 센서 (12_n) 가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 대응하는 유량 (Q) 이 구해진다. 또, 연산 회로 (123) 에 의하여 구해진 유량 (Q) 은 표시부 (16) 에 의하여 표시된다.

이 유량계에는, 유속 검출 회로 (200) 에 의하여, 유속 센서 (12_n) 의 열선 (115_n) 을 공통의 전원 (21)에 대하여 병렬로 접속하고, 유속 센서 (12_n) 가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 의존하는 파라미터로서 열선 (115_n) 을 흐르는 전류의 총합 (I) 에 대응하는 값을 출력하여, 이 유속 검출 회로 (200) 의 출력에 의거하여, 배관 (11) 내를 흐르는 유체의 유량 (Q) 을 연산하도록 하고 있다. 따라서, 복수의 유속 센서의 출력 신호에 의거하여 각각 유속을 연산하고, 또한 그의 평균치를 연산하는 회로가 불필요해져, 유량계의 구성을 간략화시킬 수 있다.

도 20 은 도 4 및 도 5 에 나타낸 유량계의 다른 구성을 나타내는 회로도이다.

본 실시예의 유량계에는, 도 19 의 유속 검출 회로 (200) 대신에, 열선 (115_n) 을 공통의 전원 (131) 에 대하여 직렬로 접속하는 유속 검출 회로 (300) 를 구비하고 있다. 전원 (131) 은, 일정한 전류 (I₀) 를 공급하는 정전류 전원이다.

유속 검출 회로 (300) 는, 유속 센서 (12_n) 가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 의존하는 파라미터로서, 열선 (115_n) 의 저항치의 총합에 대응하는 값인 전원 (131) 의 공급 전압 (V₂) 을 출력 단자 (130a), (130b) 에서 출력하도록 되어 있다. 또, 이 유량계에는, 도 19 에 나타낸 연산 회로 (123) 대신에, 유속 검출 회로 (300) 의 출력 단자 (130a), (130b) 에 접속된 연산 회로 (133) 를 구비하고 있다. 이 연산 회로 (133) 에는 표시부 (16) 가 접속되어 있다.

다음에, 이 유량계의 작용에 대하여 설명한다.

유속 센서 (12_n) (n = 1, 2, 3, …, N) 의 열선 (115_n) (n = 1, 2, 3, …, N) 에는, 전원 (131) 에서 일정한 전류 (I₀) 가 공급된다. 여기에서, 열선 (115_n) 의 저항치 (r_n) (n =1, 2, 3, …, N ) 는 유속에 의하여 변화하기 때문에, 열선 (15_n) 의 저항치의 총합 (∑r_n) 도 유속에 의하여 변화하고, 이 저항치의 총합 (∑r_n) 은 유속 센서 (12_n) 가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 의존하는 파라미터가 된다.

그리고 유속 센서 (12_n) 가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 대응하는 유량 (Q) 은, 다음 식 ⑧ 과 같이 표시된다.

Q = K₂× (1 / N) × ∑(r_n- r_n0)

= K₂× (1 / N) × (V₂- V₂₀) /I₀… ⑧

또한, r_n0는 유량 (Q) = 0 일 때의 열선 (115_n) 의 저항치, V₂₀은 유량 (Q) = 0 일 때의 출력 단자 (130a), (130b) 간의 전압이다. 또한, K₂는 배관 등에 따른 계수이고, 열선 (115_n) 이 금속인 경우에는 K₂〈 0, 반도체인 경우에는 K₂〉0 이 된다.

식 ⑧ 에 있어서의 전압 (V₂) 은 앞에서 서술한 바와 같이 출력 단자 (130a), (130b) 간의 전압으로서 구해진다. 거기에서, 도 20 에서의 연산 회로 (133) 는 식 ⑧ 에 의거하여 유량 (Q) 을 연산한다. 따라서, 연산 회로 (33) 에 의하여, 유속 센서 (12_n) 가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 대응하는 유량 (Q) 이 구해진다. 또, 연산 회로 (133)에 의하여 구해진 유량 (Q) 은 표시부 (16) 에 의하여 표시된다.

이상 설명한 바와 같이 도 19 및 도 20 에 나타난 유량계에 의하면, 각각, 배관 중에서, 배관의 길이 방향에 대하여 직교하는 방향의 위치가 서로 다른 복수의 위치에 복수의 유속 센서를 설치하고, 각 유속 센서의 발열체를 공통의 전원에 대하여 병렬 또는 직렬로 접속함과 동시에 각 유속 센서가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 의존하는 파라미터를 출력하는 유속 검출 회로를 설치하여, 이 유속 검출 회로의 출력에 의거하여, 배관 중을 흐르는 유체의 유량을 연산하도록 하였기 때문에, 간단한 구성으로, 배관 내의 유속 분포에 상관없이, 유량을 정확히 측정할 수 있다는 효과가 있다.

다음에, 본 발명의 제 2 의 실시예에 대하여 설명한다.

그런데, 통상 사용되는 유속 센서는, 일반적으로, 유량이 300 ∼ 350 (리터 /h) 이하의 미소 유량의 측정에 적용되는 것이고, 유량이 그 이상인 유량역에서는 측정 정밀도가 저하된다. 따라서, 이 유속 센서를 복수개 구비한 본 발명의 유량계에서는, 소 유량역의 측정에서 유속 분포의 불규칙에 기인하는 오계측을 없앨 수 있으며, 측정 정밀도가 향상되었지만, 대 유량역의 측정에는 불충분하다.

제 2 의 실시예에 따른 유량계는, 소 유량역에 있어서의 측정 정밀도를 향상시킴과 동시에, 대 유량역에서도 정확히 측정할 수 있도록 해서, 보다 광범위한 유량을 측정할 수 있도록 한 것이다. 또한, 제 1 의 실시예와 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여서 설명한다.

도 21 은 이 유량계의 단면 구성을 나타내는 것이다. 또, 도 22 는 도 21 의 H-H 화살표 방향의 구성을 나타내며, 또한 도 23 은 도 22 의 I-I 화살표 방향의 구성을 나타내는 것이다.

본 실시예의 유량계는, 가스 등의 유체 (a) 가 통과하는 배관 (11) 내의 소정의 위치에, 센서 유지체로서, 원주 형상의 센서 유닛 (13) 을 유체 (a) 의 흐름 방향으로 직교하도록 배치한 것이다. 센서 유닛 (13) 에는 유체 (a) 의 흐름 방향을 따르도록 3 개의 유체 통과공 (13₁), (13₂), (13₃) 이 각각 등간격으로 설치되어 있다. 센서 유닛 (13) 내에는 이들 유체 통과공 (13₁) ∼ (13₃) 각각에 면하는 위치에, 복수 예를 들면 3 개의 소 유량역용의 유속 센서 (12₁) ∼ (12₃) 가 설치되어 있다. 이상은 제 1 의 실시예 (도 4) 와 동일하다.

이 유량계에서는, 가스 유로에 대하여 원주 형상의 센서 유닛 (13) 이 설치되어 있기 때문에, 레이놀즈 수 (Re) 가 일정치 이상이 되면, 센서 유닛 (13) 의 양측에서는 도 23 에 나타난 바와 같이, 번갈아 규칙적인 맴돌이가 방출되고, 센서 유닛 (13) 의 하류측에 카르먼 맴돌이 열이라고 칭해지는 맴돌이 열이 형성된다. 이 맴돌이가 단위 시간 내에 센서 유닛 (13) 의 한쪽에서 방출되는 개수 (맴돌이 주파수) 는, 넓은 레이놀즈 수 범위에서 거의 유속에 비례하여, 양자의 관계는 다음 식 ⑨ 로 표시할 수 있다.

St = f·d /v … ⑨

(St : 스트로할 수, f : 맴돌이 주파수, d : 센서 유닛 (13) 의 폭,

v : 유속)

이와 같은 점에서 본 실시예에서는, 대 유량역의 유량 검출 수단으로서 맴돌이 검출 센서를 구비하고 있다. 즉, 센서 유닛 (13) 의, 예를 들면 유체 통과공 (13₁) 과 유체 통과공 (13₂) 과의 사이에는 이들 유체 통과공 (13₁), (13₂) 에 대하여 교차하도록 관통공 (19) 이 형성되고, 이 관통공 (19) 의 중앙부에 대향하는 위치에, 카르먼 맴돌이 열의 발생에 따라 생기는 가스 압력의 차 (P₁- P₂) (P₁, P₂는 각각 관통공 (19) 의 양측의 압력) 를 검출하기 위한 맴돌이 검출 센서 (본 실시예에서는 압전막 센서) (18) 가 설치되어 있다. 맴돌이 검출 센서 (18) 의 출력 (압력차) 이 맴돌이의 개수 (맴돌이 주파수) 와 비례 함수에 있기 때문에, 이 맴돌이 검출 센서 (18) 의 출력을 기초로, 유속, 또한 유량을 산출할 수 있다.

도 24 는 본 실시예에 따른 유량계의 제어부의 회로 구성을 나타내는 것이다. 유속 센서 (12₁∼ 12₃) 각각의 검출 신호는 평균 유속 연산부 (14) 로 입력되어, 이 평균 유속 연산부 (14) 에서 유속 측정치의 평균치 (Va) 가 연산되도록 되어 있다. 이 평균 유속 연산부 (14) 에서 연산된 유속 평균치 (Va) 및, 맴돌이 검출 센서 (18) 의 검출치는 각각 유량 연산부 (15) 에 입력되도록 되어 있다. 유량 연산부 (15) 는, 소 유량역에서는, 평균 유속 연산부 (14) 에서 연산된 유속 평균치 (Va) 를 기초로 앞에서 서술한 식 ④ 에 의하여 유량 (Q) 을 산출하고, 또한, 대 유량역에서는, 맴돌이 검출 센서 (18) 의 검출치를 기초로 유속을 구하고, 또한 유량 (Q) 을 산출한다. 이 유량 연산부 (15) 에서 산출된 유량치는 표시부 (16) 에서 표시되도록 되어 있다.

즉, 본 실시예의 유량계에서는, 1 개의 센서 유닛 (13) 에 대하여, 소 유량역용의 3 개의 유속 센서 (12₁∼ 12₃) 및, 대 유량역용의 맴돌이 검출 센서 (18) 를 각각 일체화시킨 것이다. 따라서, 일정유량 이하의 소 유량역에서는, 유속 센서 (12₁∼ 12₃) 에 의하여 동일 단면상의 복수의 지점에서의 유속이 계측되고, 이들 계측치의 평균치가 평균 유속 연산부 (14) 에 의하여 연산되어, 유량 연산부 (15) 에 의하여, 이 평균치에 의거한 유량이 구해진다. 한편, 대 유량역에서는, 맴돌이 검출 센서 (18) 에 의하여, 유체 (a) 가 센서 유닛 (13) 의 양측을 통과함으로써 발생하는 카르먼 맴돌이의 주파수 (맴돌이의 수) 가 검출되고, 그 검출 결과에 의거하여 유량 연산부 (15) 에 의하여 유량이 연산된다. 따라서, 소 유량역에서는, 1 의 유속 센서로 유로의 중앙부만을 측정하는 종래의 유량계에 비하여 측정 정밀도가 크게 향상됨과 동시에 광범위한 유량을 측정할 수 있으며, 또한, 대 유량역에서도, 맴돌이 검출 센서 (18) 에 의하여 유량을 측정할 수 있기 때문에, 전체로서, 보다 광범위한 유량을 정확히 측정할 수 있다.

또한, 유속 센서 (12₁∼ 12₃) 와 맴돌이 검출 센서 (18) 와의 계측 가능 영역은, 도 25 에 나타낸 바와 같이 일부 중복되고, 이 중복된 영역에서는, 어느 한쪽의 출력으로부터 유량을 구하도록 해도 좋고, 양자의 출력을 사용한 연산 (예를 들면 양자에서 구한 값의 평균치를 취하는 등) 에 의하여 유량을 구하도록 해도 좋다. 또한, 맴돌이 검출 센서 (18) 에 의한 계측치에 의거하여 유속 센서 (12₁) ∼ (12₃) 의 계측치를 교정하도록 해도 좋다.

이상 제 2 의 실시예를 들어서 본 발명을 설명하였는데, 제 2 의 실시예에서도, 그 균등 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.

예를 들면, 상기 실시예에서는, 센서 유닛 (13) 에 대하여 관통공 (19) 을 형성하고, 그 중앙부에 대응하는 위치에 1 개의 맴돌이 검출 센서 (압전막 센서) (18) 를 설치하고, 이것에 의하여 센서 유닛 (13) 의 양측의 차압 (P₁- P₂) 을 검출하도록 했지만, 도 26 에 나타난 바와 같이 관통공 (19) 의 양단부에 각각 센서 유닛 (13) 의 양측의 압력 (P₁), (P₂) 을 개별로 검출하기 위한 압력 센서 (20a), (20b) 를 설치하여, 이들 압력 센서 (20a), (20b) 의 출력을 기초로 유량 연산부 (15) 에서 유량을 산출하도록 해도 좋다.

또한, 도 27 에 나타낸 바와 같이, 관통공을 형성하는 일 없이, 센서 유닛 (13) 의 양단부에 각각 압력 센서 (20a), (20b) 를 설치하고, 이들 압력 센서 (20a), (20b) 의 출력을 기초로 유량 연산부 (15) 에서 유량을 산출하도록 해도 좋다.

또한, 본 발명은, 가스 등의 기체의 유량을 측정하는 것에 제한받지 않고, 액체의 유량을 측정하는 유량계에도 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 제 2 의 실시예에 따른 유량계에 의하면, 유체의 유속을 검출하기 위한 유속 센서 및, 유체가 통과함으로써 발생하는 카르먼 맴돌이 열의 주파수를 검출하기 위한 맴돌이 검출 센서를 갖고 있는 봉 모양의 센서 유지체를 배관 중의 길이 방향에 대하여 직교하도록 설치하고, 소 유량역에서는, 복수의 유속 센서의 계측치의 평균치를 구하여, 이 평균치에 의거하여 유량을 연산하고, 한편, 대 유량역에서는, 맴돌이 검출 센서의 검출 결과에 의거하여 유량을 연산하도록 했기 때문에, 1 의 유속 센서로 유로의 중앙부만을 측정하는 종래의 유량계에 비하여 소 유량역의 측정 정밀도가 크게 향상됨과 동시에 광범위한 유량을 측정할 수 있으며, 또, 대 유량역에서도, 맴돌이 검출 센서에 의하여 유량을 측정할 수 있기 때문에, 전체로서, 보다 광범위한 유량을 측정할 수 있다는 효과가 있다.

이상과 같이, 본 발명의 유량계는 측정 정밀도가 크게 향상되고, 광범위한 유량을 측정할 수 있기 때문에, 가스 미터 등에 적합하다.

Claims

배관의 길이 방향을 따른 벽면의 임의의 위치에 상기 벽면을 관통하도록 설치된 가이드 부재 삽입부와,

이 가이드 부재 삽입부를 통하여 배관 내에 삽입됨과 동시에 유체의 흐름 방향을 따라 복수의 제 1 의 유체 통과공을 갖는 중공형의 가이드 부재와,

이 가이드 부재에 삽입됨과 동시에, 상기 가이드 부재의 복수의 제 1 의 유체 통과공에 대응하여 복수의 제 2 의 유체 통과공을 갖고 있으며, 또한 이들 복수의 제 2 의 유체 통과공 각각에 면하도록 복수의 유속 센서가 설치된 유속 센서 유닛과,

이들 유속 센서 유닛에 있어서의 복수의 유속 센서의 각 출력 신호를 입력으로 하여, 유체 유로 내의 복수의 지점에서의 유속의 평균치를 연산하는 평균 유속 연산 수단과,

이 평균 유속 연산 수단의 연산 결과에 의거하여 유체의 유량을 연산하는 유량 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유량계.
배관의 길이 방향에 직교하는 동일 단면상에 있어서 각각 상기 배관의 벽면을 관통하도록 설치된 복수의 가이드 부재 삽입부와,

이들 가이드 부재 삽입부를 통하여 각각 배관 내에 삽입됨과 동시에, 유체의 흐름 방향을 따라서 적어도 1 개의 제 1 의 유체 통과공을 갖는 중공형의 복수의 가이드 부재와,

이들 가이드 부재 각각에 삽입됨과 동시에, 상기 가이드 부재의 제 1 의 유체 통과공에 대응하여 적어도 1 개의 제 2 의 유체 통과공을 갖고 있으며, 또한 상기 제 2 의 유체 통과공에 면하도록 적어도 1 개의 유속 센서가 설치된 복수의 유속 센서 유닛과,

이들 유속 센서 유닛에 있어서의 복수의 유속 센서의 각 출력 신호를 입력으로 하여, 유체 유로 내의 복수의 지점에서의 유속의 평균치를 연산하는 평균 유속 연산 수단과,

이 평균 유속 연산 수단의 연산 결과에 의거하여 유체의 유량을 연산하는 유량 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 가이드 부재가 각각 원통형으로 형성된 것을 특징으로 하는 유량계.
제 3 항에 있어서, 상기 가이드 부재는, 내부 중공부에 길이 방향을 따라서 상기 제 1 의 유체 통과공에 대응하여 적어도 1 개의 제 3 의 유체 통과공이 형성된 1 개의 칸막이부를 가짐과 동시에, 상기 칸막이부의 양측에 각각 반원주 형상의 유닛 삽입부를 갖고 있고,

한편, 상기 유속 센서 유닛은, 각각 상기 가이드 부재의 유닛 삽입부에 대하여 삽입 가능한 반원주 형상의 2 개의 유닛 부재로 이루어져, 이들 유닛 부재 각각에 상기 제 3 의 유체 통과공에 대향하여 적어도 1 개의 제 2 의 유체 통과공이 형성되며, 또한 하류측에 배치되는 유닛 부재측의 제 2 의 유체 통과공에 대응하여 유속 센서가 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유량계.
제 3 항에 있어서, 상기 가이드 부재는, 내부 중공부에 길이 방향을 따라서 상기 제 1 의 유체 통과공에 대응하여 적어도 1 개의 제 3 의 유체 통과공이 형성된 2 개의 칸막이부를 가짐과 동시에, 이들 칸막이부를 사이에 두고 3 개의 유닛 삽입부를 갖고 있고,

한편, 상기 유속 센서 유닛은, 각각 상기 가이드 부재의 유닛 삽입부에 대하여 삽입 가능한 3 개의 유닛 부재로 이루어져, 이들 유닛 부재 각각에 상기 제 3 의 유체 통과공에 대향하여 적어도 1 개의 제 2 의 유체 통과공이 형성되며, 또한 흐름 방향에 대하여 중앙에 배치되는 유닛 부재의 제 2 의 유체 통과공에 대응하여 유속 센서가 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유량계.
제 1 항에 있어서, 상기 가이드 부재의 외벽에 제 1 의 유체 통과공에 대응하여, 가이드 부재의 설치 방향을 맞추기 위한 지표부를 갖는 것을 특징으로 하는 유량계.
각각, 전류에 의하여 가열됨과 동시에 온도에 따라 저항치가 변화하는 발열체를 갖고 있으며, 배관 중에서, 배관의 길이 방향에 대하여 직교하는 방향의 위치가 서로 다른 복수의 위치에 설치된 복수의 유속 센서와,

각 유속 센서의 발열체를 공통의 정전압 전원에 대하여 병렬로 접속함과 동시에, 각 유속 센서가 설치된 위치에서의 유속의 평균치에 의존하는 파라미터로서 각 발열체를 흐르는 전류의 총합에 대응하는 값을 출력하는 유속 검출 회로와,

이 유속 검출 회로의 출력에 의거하여, 배관 내를 흐르는 유체의 유량을 연산하는 유량 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유량계.
배관 중의 길이 방향에 대하여 직교하도록 설치됨과 동시에, 유체의 유속을 검출하기 위한 복수의 유속 센서 및, 유체가 통과함으로써 발생하는 카르먼 맴돌이 열의 주파수를 검출하기 위한 맴돌이 검출센서를 갖는 봉 모양의 센서 유지체와,

상기 복수의 유속 센서의 출력을 기초로 복수의 위치에서의 유속의 평균치를 연산하는 평균 유속 연산 수단과,

소 유량역에서는 상기 평균 유속 연산 수단의 연산 결과에 의거하여 유체의 유량을 구하는 것과 동시에, 대 유량역에서는 상기 맴돌이 검출 센서의 검출 결과에 의거하여 유체의 유량을 구하는 유량 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유량계.
제 8 항에 있어서, 상기 센서 유지체가, 유체의 흐름 방향을 따라서 복수의 유체 통과공이 형성됨과 동시에 상기 유체 통과공에 대하여 교차하도록 관통공이 설치된 원주형 부재로 이루어지고, 상기 복수의 유속 센서 각각이 상기 대응하는 유체 통과공에 면하도록 배치됨과 동시에, 상기 맴돌이 검출센서가 상기 관통공에 면하고, 또한, 맴돌이 발생에 의하여 상기 원주 부재에 양측부간에 생기는 압력차를 검출할 수 있는 위치에 설치된 1 또는 1쌍의 압력 센서인 것을 특징으로 하는 유량계.
제 8 항에 있어서, 상기 센서 유지체가, 유체의 흐름 방향을 따라서 복수의 유체 통과공이 형성된 원주 형상 부재로 이루어지고, 상기 복수의 유속 센서 각각이 상기 대응하는 유체 통과공에 면하도록 배치됨과 동시에, 상기 맴돌이 검출센서가 각각 맴돌이의 발생에 의하여 상기 원주 부재의 양측부간에 생기는 압력차를 검출할 수 있는 위치에 설치된 1쌍의 압력 센서인 것을 특징으로 하는 유량계.
제 2 항에 있어서, 상기 가이드 부재가 각각 원통형으로 형성된 것을 특징으로 하는 유량계.
제 11 항에 있어서, 상기 가이드 부재는, 내부 중공부에 길이 방향을 따라서 상기 제 1 의 유체 통과공에 대응하여 적어도 1 개의 제 3 의 유체 통과공이 형성된 1 개의 칸막이부를 가짐과 동시에, 상기 칸막이부의 양측에 각각 반원주 형상의 유닛 삽입부를 갖고 있고,

한편, 상기 유속 센서 유닛은, 각각 상기 가이드 부재의 유닛 삽입부에 대하여 삽입 가능한 반원주 형상의 2 개의 유닛 부재로 이루어져, 이들 유닛 부재 각각에 상기 제 3 의 유체 통과공에 대향하여 적어도 1 개의 제 2 의 유체 통과공이 형성되며, 또한 하류측에 배치되는 유닛 부재측의 제 2 의 유체 통과공에 대응하여 유속 센서가 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유량계.
제 11 항에 있어서, 상기 가이드 부재는, 내부 중공부에 길이 방향을 따라서 상기 제 1 의 유체 통과공에 대응하여 적어도 1 개의 제 3 의 유체 통과공이 형성된 2 개의 칸막이부를 가짐과 동시에, 이들 칸막이부를 사이에 두고 3 개의 유닛 삽입부를 갖고 있고,

한편, 상기 유속 센서 유닛은, 각각 상기 가이드 부재의 유닛 삽입부에 대하여 삽입 가능한 3 개의 유닛 부재로 이루어져, 이들 유닛 부재 각각에 상기 제 3 의 유체 통과공에 대향하여 적어도 1 개의 제 2 의 유체 통과공이 형성되며, 또한 흐름 방향에 대하여 중앙에 배치되는 유닛 부재의 제 2 의 유체 통과공에 대응하여 유속 센서가 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 유량계.
제 2 항에 있어서, 상기 가이드 부재의 외벽에 제 1 의 유체 통과공에 대응하여, 가이드 부재의 설치 방향을 맞추기 위한 지표부를 갖는 것을 특징으로 하는 유량계.