KR20010039993A - 유량 및 유속 측정장치 - Google Patents

유량 및 유속 측정장치 Download PDF

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KR20010039993A
KR20010039993A KR1020000058226A KR20000058226A KR20010039993A KR 20010039993 A KR20010039993 A KR 20010039993A KR 1020000058226 A KR1020000058226 A KR 1020000058226A KR 20000058226 A KR20000058226 A KR 20000058226A KR 20010039993 A KR20010039993 A KR 20010039993A
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마에다순스케
고무라요시히코
고지마다키오
구즈야야스히사
스다마사노리
오시마다케후미
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오카무라 가네오
니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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    • G01F1/6842—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow with means for influencing the fluid flow

Abstract

(과제) 검출소자에 대한 오염물의 축적이 방지되고 또 순류와 마찬가지로 역류의 측정이 가능한 유량 및 유속 측정장치의 제공.
(해결수단) U자 관로를 구비한 분류관(20)의 외벽(23)의 외주부 양단에는 검출대상인 주류(M)의 흐름방향과 직교하는 면에서 개구되는 도입구(25) 및 도출구 (26)가 대향되게 형성되어 있다. 분류관(20)내에는 만곡된 칸막이(27)에 의해서 분류관(20)내에서 서로 분기 및 합류되는 복수의 분기유로(28a,28b)가 형성되어 있다. 외벽(23)의 양단부 내측에는 외주측 분기유로(28a)의 입구 및 출구를 막도록 기복부(32,33)가 각각 형성되며, 이것에 의해서 도입구(25)와 분기유로(28a)의 입구와의 사이의 유로 및 도출구(26)와 분기유로(28a)의 출구와의 사이의 유로에 스로트가 각각 형성된다. 분류관(20)의 외벽(23)의 저부에는 외주측 분기유로(28a)내의 흐름에 쐬이도록 검출소자(31)가 부착되며, 그 검출면에는 분류(D)에서 더 분기된 다운플로(DW)가 경사져서 부딪친다.

Description

유량 및 유속 측정장치{Flow Rate and Flow Velocity Measurement Device}
본 발명은 흐름(flow)에 관한 제반 양(量)을 측정하기 위한 장치, 특히 온도에 의존하는 검출소자 및/또는 반도체 칩상에 일체로 형성된 검출소자를 이용한 유량 및 유속 측정장치에 관한 것으로서, 예를 들면, 차량 또는 산업용 엔진의 연소제어용 질량유량센서, 혹은 산업용 공조시스템이나 컴프레서 압축공기 공급시스템용 질량유량센서, 또한 가정용 가스곤로의 공연비제어용 유량센서로서 매우 적합하게 적용되는 측정장치에 관한 것이다.
차량용의 엔진연소제어용 질량유량센서에 있어서, 검출소자에 대한 오염물의 집적에 의한 출력변화는 큰 문제가 되고 있다. 이 문제를 해결하기 위해서, 일본국 특허공개 평8-193863호 공보등에는 「주된 공기류에서 일부의 공기를 딴 데로 돌리는 보조통로 및 적당한 개구부를 하우징 구조에 형성함으로써 검지요소에 대한 오염물의 집적 및 역류의 작용을 방지한다」는 것이 제안되어 있다.
그러나, 상기 일본국 특허공개 평8-193863호 공보에 개시된 센서의 하우징 구조는 측정유체(測定流體)보다 밀도가 매우 큰 오염물의 집적방지에는 유효하지만, 비교적 밀도가 작은 오염물에 대해서는 이것이 분류로내로 침입하여 검출소자상에 축적될 우려가 있다. 또, 이 센서는 역류의 영향을 배제하려고 하였기 때문에 역류의 측정이 곤란하게 되어 있다.
그런데, 최근에는 이미션(emission)규제 등에 대응하기 위해서, 또한 고성능의 연소제어용 질량유량센서, 예를 들면 순류(順流) 및 역류(逆流) 모두를 검출할 수 있는 센서가 요망되고 있다. 또한, 종래에는 역류를 검출할 수 있는 센서의 유로(流路)구조도 제안되어 있으나, 역류를 측정할 경우에는 순류와 같은 레벨의 검출출력이 얻어지지 않기 때문에 제어회로에 의한 검출출력의 보정이 필요하다고 생각되고 있다.
본 발명의 목적은 검출소자에 대한 오염물의 축적이 방지되는 유량 및 유속 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 순류와 마찬가지로 역류의 측정이 가능한 유량 및 유속 측정장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도
도 2는 도 1에 나타낸 분류관의 도입구 부근을 확대한 부분확대도
도 3은 도 1에 나타낸 분류관의 도입구 부근을 확대한 부분확대 동작도
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 분류관의 도입구 부근을 확대한 부분확대도
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 측정장치를 설명도로서, 분류관의 도입구 부근을 확대한 부분확대도
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 관한 측정장치를 설명도로서, 분류관의 도입구 부근을 확대한 부분확대도
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, (A)는 주류관의 축방향을 따르는 종단면도, (B)는 (A)의 B-B선 단면도
도 8은 본 발명의 제 6 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, (A)는 분류관의 정상부 외벽과 도입판의 일단부 부근의 부분확대 단면도{분류(D)의 흐름 단면에 평행한 단면을 나타낸다}, (B)는 (A)에 직교하는 단면도
도 9의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 제 7 실시예 내지 제 9 실시예에 관한 측정장치를 각각 나타낸 설명도로서, 분류관의 도입구와 그 도출구를 바이패스하는 오리피스 부근의 부분확대도
도 10은 제 1 비교예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도
도 11은 도 10에 나타낸 제 1 비교예에 관한 측정장치의 유량특성을 나타낸 그래프
도 12는 도 7의 (A){제 5 실시예에 관한 측정장치}를 다시 게재한 도면
도 13은 도 12에 나타낸 제 5 실시예에 관한 측정장치의 유량특성을 나타낸 그래프
도 14는 본 발명의 제 10 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도
도 15는 본 발명의 제 11 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도
도 16은 본 발명의 제 12 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도
도 17은 본 발명의 제 13 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도
도 18은 본 발명의 제 14 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도
도 19는은 본 발명의 제 15 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도
도 20은 본 발명의 제 16 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도
도 21은 본 발명의 제 17 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 검출소자 근방의 부분확대도
* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 - 주류관(主流管) 2 - 분류관(分流管)
3 - 분류관의 외벽(하우징) 3a,3b - 융기부
4 - 도입판(세퍼레이터) 5 - 도입구
6 - 도출구 7 - 칸막이
7a - 돌출부 8a,8b - 분기유로(分岐流路)
10 - 기판(회로기판,제어기판) 11 - 검출소자
12,13,14 - 기복부(起伏部) 20 - 분류관
23 - 분류관의 외벽 23a,23b - 융기부
24 - 도입판(세퍼레이터) 25 - 도입구
26 - 도출구 27 - 칸막이
27a - 돌출부 28a,28b - 분기유로
29 - 정상부 외벽 30 - 기판(회로기판,제어기판)
31 - 검출소자 32,33 - 기복부
34 - 바이패스유로 35 - 오리피스부재
40,42,44 - 정상부 외벽 40a,42a,44a - 돌기부
41,43,45 - 도입판 41a - 돌기부
43a,45a - 도입판의 일단부 92 - 분류관
93 - 분류관의 외벽 93a,93b - 융기부
94 - 도입판(세퍼레이터) 95 - 도입구
96 - 도출구 97 - 칸막이
97a - 돌출부 98a,98b - 분기유로
99 - 정상부 외벽 99a - 돌기부
100 - 기판(회로기판,제어기판) 101 - 검출소자
104 - 오리피스 112 - 분류관
113 - 분류관의 외벽 113a,113b - 융기부
114 - 도입판(세퍼레이터) 115 - 도입구
116 - 도출구 119 - 정상부 외벽
118a,118b,118c - 분기유로 120 - 기판(회로기판,제어기판)
121 - 검출소자 122,123 - 기복부
124 - 바이패스유로 137,138 - 복수의 칸막이
137a - 돌출부 142 - 분류관
143 - 분류관의 외벽 143a,143b - 융기부
144 - 도입판(세퍼레이터) 145 - 도입구
146 - 도출구 147 - 칸막이
147a - 돌출부 148a,148b - 분기유로
150 - 기판(회로기판,제어기판) 151 - 검출소자
152,153 - 기복부 162 - 분류관
163 - 분류관의 외벽 163a,163b - 융기부
164 - 도입판(세퍼레이터) 164a - 확개부(擴開部)
165 - 도입구 166 - 도출구
167 - 칸막이 167a - 돌출부
168a,168b - 분기유로 169 - 정상부 외벽
170 - 기판(회로기판,제어기판) 171 - 검출소자
172,173 - 기복부 174 - 바이패스유로
182 - 분류관 183 - 분류관의 외벽
184 - 도입판(세퍼레이터) 184a - 돌출부
185 - 도입구 186 - 도출구
187 - 칸막이 188a,188b - 분기유로
189 - 정상부 외벽 191 - 검출소자
192,193 - 기복부 194 - 바이패스유로
202,203 - 기복부 222 - 분류관
223 - 분류관의 외벽 223a,223b - 융기부
224 - 도입판(세퍼레이터) 224a - 돌출부
225 - 도입구 226 - 도출구
227 - 칸막이 227a - 돌출부
228a,228b - 분기유로 230 - 기판
231 - 검출소자 232,242 - 기복부
250 - 벤투리 270 - 칸막이
278a,278b - 분기유로 280 - 기판
281 - 검출소자 290 - 벤투리
M - 주류(主流) D - 분류(分流)
D1 - 제 1 분류(복수의 분기유로로 유입되는 흐름)
D2 - 제 2 분류(바이패스유로를 경유하는 흐름)
DW - 다운플로
P - 오염물(입자상 물질)
L - 칸막이의 단부와 도입구의 칸막이측 내주벽과의 거리
H1 - 기복부가 칸막이상에 형성된 분기유로의 유로면에서 돌출되는 높이
H2 - 기복부가 칸막이상에 형성된 분기유로의 유로면에서 돌출되는 높이
W1 - 바이패스유로의 흐름방향의 단면 지름
W2 - 오리피스의 지름
N - 최협부(最狹部)
본 발명의 제 1 시점(視點)에 관한 측정장치는, 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는, 기본적으로 U자 형상으로 만곡된 분류관로를 구비한 분류관과; 상기 분류관로의 외주측에 형성되며, 상기 주류관내의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 상기 분류관의 도입구와; 상기 분류관내에 형성된 칸막이와; 상기 분류관내에서 서로 분기 및 합류되도록 상기 칸막이에 의해서 분할형성된 복수의 분기유로와; 상기 복수의 분기유로 중 상기 분류관의 외주측에 형성된 분기유로내의 흐름에 쐬이도록 배치되며, 흐름에 관한 양(量)을 검출하는 검출소자;를 가진다.
이 측정장치에 있어서는, 분류관내에 있어서, 분류관내에 도입된 측정유체가 검출소자를 가지는 분기유로의 입구에 이를때까지 크게 방향전환된다. 따라서, 관성이 큰 오염물이 검출소자를 가지는 분기유로로 침입하는 것이 방지된다. 또한, 분류관내에 있어서, 칸막이에 의해서 더 분류됨으로써 검출소자를 향하는 흐름의 레이놀즈수(Reynods number)를 저하시킬 수 있기 때문에(유로의 단면적이 작아지기 때문에), 검출소자 근방에서의 흐름이 정류(整流)되어 높은 정밀도의 검출을 할 수 있다. 즉, 이 측정장치에 의하면, 측정유체를 효과적으로 분기 및 방향전환함으로써 측정유체내에 혼입되어 있는 측정유체보다 밀도가 큰 오염물 및 밀도가 비교적 작은 오염물 모두가 검출소자의 검출면에 축적되는 것이 방지되므로, 내오염성이 우수하고 또한 장기간에 걸쳐서 검출출력변화가 적은 측정장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 시점에 관한 측정장치는, 분류관이 검출소자를 중심으로 하여 기본적으로 대칭인 유로구조를 가진다.
이와 같이 대칭인 유로구조에 의하면, 순류에 대한 분류관로내의 흐름과 역류에 대한 분류관로내의 흐름이 대칭이 되기 때문에, 역류의 경우에 있어서 검출출력을 각별히 보정할 필요가 없게 된다. 특히, 상기 제 1 시점 및 제 2 시점에 의거하는 측정장치를 구성함으로써 내오염성이 우수함과 아울러 순류 및 역류 모두에 대하여 같은 검출출력레벨을 얻을 수 있다.
본 발명의 제 3 시점에 관한 측정장치는, 복수의 분기유로 중 분류관의 내주측 또는 중간부에 형성된 분기유로내의 흐름에 쐬이도록 배치되며, 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자와; 분류관의 도입구와 검출소자의 검출면이 상기 흐름에 쐬이는 분기유로의 입구와의 사이의 유로에 형성된 스로트;를 가진다.
이와 같이 외주측 분기유로에 비해 분류관의 도입구에 도입된 흐름의 방향전환이 비교적 작은 내주측 또는 중간부의 분기유로에 검출소자를 배치할 경우에는 상기 스로트를 형성함으로써 검출소자에 대한 오염물의 축적이 매우 적절하게 방지된다.
본 발명의 제 4 시점에 관한 측정장치는, 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는, 기본적으로 U자 형상으로 만곡된 분류관로를 구비한 분류관과; 상기 분류관로의 일단의 외주측에 형성되며, 상기 주류관내의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 상기 분류관의 도입구와; 상기 분류관로의 타단의 정상부에 형성되며, 상기 주류관내의 흐름방향과 거의 평행한 면에서 개구되는 상기 분류관의 도출구와; 상기 분류관내에 형성되며, 그 일단이 상기 도입구 근방까지, 그 타단이 상기 도출구로부터 이간하여 연재되는 칸막이와; 상기 분류관내에서 서로 분기 및 합류되도록 상기 칸막이에 의해서 분할형성된 복수의 분기유로와; 상기 복수의 분기유로 중 상기 분류관의 외주측에 형성된 분기유로내의 흐름에 쐬이도록 배치되며, 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자;를 가진다.
이 측정장치는 비대칭인 유로구조를 가지기 때문에, 특히 순류를 측정하는 경우에 적합하다.
본 발명의 제 5 시점에 관한 측정장치는, 분류관에 도입된 흐름이 방향전환되어, 검출소자가 상기 흐름에 쐬이고 있는 분기유로로 유입되도록 서로 형성된 분류관의 도입구와 해당 분기유로의 입구를 가진다.
본 발명의 제 6 시점에 관한 측정장치는, 분류관에 도입된 흐름이 방향전환되어, 검출소자가 상기 흐름에 쐬이고 있는 분기유로로 유입되도록 분류관의 도입구와 해당 분기유로의 입구와의 사이의 유로에 형성된 스로트를 가진다.
본 발명의 제 7 시점에 관한 측정장치는, 칸막이의 상기 검출소자와 대향하는 벽면상에, 상기 검출소자의 상류에서 하류에 걸쳐서 상기 검출소자가 배치된 분기유로의 유로가 상기 검출소자의 중앙부근에서 가장 좁게 되도록 형성된 벤투리를 가진다.
본 발명의 그외 시점 및 특징은, 각 청구항에 기재되어 있는 바와 같으므로 그 인용의 중복기재를 생략한다. 따라서, 각 청구항의 각 특징은 여기에 기재되어 있는 것으로 본다, 또한, 각각의 종속항은 각 독립항에 기재된 발명의 원리에 반하지 않는 한 각 독립항에 적용될 수 있으며, 또 종속항은 다른 종속항에 적용될 수 있다.
(발명의 실시형태)
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 칸막이의 단부가 분류관의 도입구 직하까지 연재되지 않으며, 따라서 검출소자가 배치된 외주측 분기유로의 입구가 분류관의 도입구 직하에서 개구되어 있지 않다. 이것에 의해서, 오염물이 분류관의 도입구에서 상기 분기유로의 입구를 향하여 직진하는 것이 방지된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류관의 도입구와 도출구를 복수의 분기유로를 경유하지 않고 단락(短絡)하는 바이패스유로가 형성된다. 이것에 의해서, 분류관내에 도입된 흐름이 안정화되고, 또 분류관내로 측정유체(주류관내의 흐름)가 도입되기 쉽게 된다. 특히, 분류관의 유로구조를 검출소자를 중심으로 하여 대칭으로 형성한 경우에는, 상기 바이패스유로 내지 이 바이패스유로의 흐름방향의 단면 지름을 작게 한 오리피스를 형성함으로써 순류 및 역류 모두에 대해서 검출소자에 도달하는 흐름의 안정화를 꾀할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 바이패스유로에 오리피스가 형성되며, 오리피스를 형성하는 유로벽의 돌기량 내지 오리피스의 개구면적에 따라 검출소자로 향하는 측정유체의 유량이 설정된다. 이것에 의해서, 검출소자를 향하는 유량을 정량적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류관내에 검출소자의 검출면을 향하여 경사져서 부딪치는 흐름을 형성하는 수단이 형성된다. 이 흐름제어수단에 의해서 검출소자의 검출면으로 정상적으로 검출해야 할 흐름이 공급되고, 확실하게 검출해야 할 흐름이 상기 검출면상을 흐르게 된다고 생각된다. 또한, 검출면 근방에서의 와류 및 박리의 발생이 억제되기 때문에 검출 정밀도 및 재현성이 향상된다고 생각된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자의 검출면에 경사져서 부딪치는 흐름{다운플로(down flow)} 내지 검출면에 대하여 경사져서 흐르는 흐름을 형성하기 위한 흐름제어수단으로서, 검출소자의 적어도 상류 혹은 상류 및/또는 하류에 있어서 검출면보다 융기되어 있는 유로면이 형성된다. 상기 융기의 형태로서는 검출면에 경사져서 부딪치는 흐름을 형성할 수 있는 것이라면 어떠한 형태라도 되며, 바람직하게는 오목형상 또는 볼록형상으로 융기되거나, 융기의 표면이 직선적, 다각형상 또는 오목곡면형상의 경사면을 이룬다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류관(검출관)의 변곡부(變曲部)에 있어서 검출소자의 검출면이 이 분류관내의 흐름에 쐬이도록 하고 있다. 더욱 바람직하게는 주류관(측정대상관)에 직교하는 방향으로 분류관(변곡관)이 부착되고, 이 분류관의 변곡부(절곡부, 유로가 구부러지는 부분)에 검출소자가 배치된다. 혹은, 분류관에 있어서의 흐름이 반전되는 부분 또는 흐름의 방향이 크게 변경되는 부분 내지 근방에 검출소자가 배치된다. 또, 바람직하게는 분류관내에 있어서 흐름이 빠른 부분에 검출소자가 배치된다. 또, 바람직하게는 분류관내에 있어서 흐름이 좁혀지고 계속해서 흐름의 방향이 변경되는 부분 내지 그 근방에 검출소자가 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는 다음과 같은 검출소자를 이용한다. 즉, 검출소자는 기본적으로 반도체 칩에 4개의 박막 저항체가 형성된 것이다. 보다 구제적으로는 반도체층상에 다이어프램부와 림부가 형성되어 있다. 다이어프램부에는 상류온도센서와, 하류온도센서와, 상류온도센서와 하류온도센서와의 사이에 배치된 히터가 형성되어 있다. 한편, 림부에는 분위기 온도센서가 형성되어 있다. 다이어프램부는 극히 박육화되어 열절연이 도모된다.
이어서, 상기 검출소자를 이용한 유속 및 유량 등의 흐름에 관한 제반 양의 검출원리를 하기에 나타낸다.
1) 히터가 분위기 온도에 대하여 항시 일정한 온도차를 갖도록 히터에 공급하는 전력을 제어한다.
2) 따라서, 흐름이 없는 경우에는 상류온도센서와 하류온도센서의 온도는 거의 같게 되어 있다.
3) 그러나, 흐름이 있는 경우에는, 상류온도센서의 온도는 그 표면에서 열이 발산하기 때문에 저하된다. 하류온도센서의 온도는 히터로부터의 열입력이 증가하기 때문에 온도변화는 상류온도센서의 그것보다도 작다. 또한, 하류온도센서의 온도는 상승하는 경우도 있다.
4) 상류온도센서와 하류온도센서의 온도차에 의거하여 유량 및 유속 등을 검출하고, 이 온도차의 부호로부터 흐름방향을 검출한다. 또한, 상기 온도차는 온도에 의한 전기저항의 변화에 의거하여 검출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자가 온도에 의거하여 유량 및/또는 유속을 적어도 포함하는 흐름에 관한 양을 측정하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 본 발명에 의한 측정장치를 각종 차량에 있어서의 엔진의 흡기계에 설치하여 엔진의 흡기량등의 측정에 적용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 의한 측정장치는, 4륜 차량에 탑재되는 엔진의 흡기계에 있어서, 에어 크리너와 스로틀밸브 사이에 설치된다. 또, 본 발명에 의한 측정장치는, 2륜 차량에 탑재되는 엔진의 흡기계에 있어서, 실린더에 접속되는 이륜차용 흡기관(에어 퍼늘)에 흡기의 유량 내지 유속 등을 측정하기 위해서 부설된다.
〔실시예〕
이상 설명한 본 발명의 바람직한 실시형태를 더욱 명확하게 하기 위해서, 이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
〈제 1 실시예〉
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 주류관(1)내에는 측정대상인 주류(M)가 흐르고 있다. 주류관(1)의 관벽에는 주류(M)에서 분류된 분류(D)를 도입할 수 있도록 주류관(1)의 축방향에 직교하여 분류관(2)이 장착되어 있다. 분류관(2)내에는 주류(M)의 흐름방향{주류관(1)의 축방향}과 거의 직교하는 방향으로 연재되는 도입판(4)(세퍼레이터)에 의해서 대략 U자 형상으로 만곡된 분류관로가 형성되어 있다. 분류관(2)의 외벽(3)의 일단에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 도입구(5)가 형성되고, 분류관(2)에 있어서의 주류관(1)의 축방향을 따라서 연재되는 정상부 외벽에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 평행한 면에서 개구되는 도출구(6)가 형성되어 있다.
또, 분류관(2)내에는 이 분류관(2)의 만곡형상에 대응하여 만곡된 칸막이(7)가 형성되어 있다. 분류관(2)내에는 상기 칸막이(7)에 의해서 서로 분기 및 합류되는 복수의 분기유로(8a,8b)가 형성된다. 분류관(2)의 저부 외벽에는 외주측 분기유로(8a)내의 흐름에 쐬이도록 검출소자(11)가 기판(10)을 통해서 부착되어 있다. 이와 같이 검출소자(11)는 분류관(2)의 변곡부(變曲部)에 배치되며 또 교환이 용이하도록 주류관(1)의 외측에 위치하고 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 분류관(2)의 도입구(5) 부근을 확대한 부분확대도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 칸막이(7)의 도입구(5)측 단부는 도입구(5)의 칸막이(7)측 내주벽보다 거리 'L'만큼 후퇴한 위치에 있다. 즉, 칸막이(7)의 단부가 도입구(5) 직하까지 연재되어 있지 않으므로 적어도 외주측 분기유로(8a)의 입구가 도입구(5) 직하에서 개구되지 않는다.
또, 외주측 분기유로(8a)를 형성하는 외벽(3)에는 검출소자(11)를 사이에 두고서 양측에 분기유로(8a)의 흐름방향의 단면 중앙을 향하여 돌출되는 융기부(3a, 3b)가 형성되어 있다. 칸막이(7)의 상기 검출소자(11)의 검출면에 대향하는 부분에는 이 검출면을 향하여 돌출되는 돌출부(7a)가 형성되어 있다. 융기부(3a,3b)의 유로면은 오목곡면으로 형성되어 있다. 돌출부(7a)의 유로면은 검출소자(11)를 향하여 볼록한 볼록곡면으로 형성되어 있다. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자 (11)의 검출면을 향하여 경사져서 흐르는 다운플로(DW)가 형성된다.
계속해서 상기 측정장치의 동작에 대해서 설명한다. 도 3은 도 1에 나타낸 분류관(2)의 도입구(5) 부근을 확대한 부분확대 동작도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 주류(M)에서 분류된 분류(D)가 도입구(5)에서 분류관(2)내로 도입된다. 분류(D)는 분류관(2)내에서 그 흐름이 방향전환되어 외주측 및 내주측 분기유로(8a,8b)로 유입된다. 다만, 측정유체보다 밀도가 큰 오염물(P)은 흐름방향의 전환에 완전히 추종할 수 없기 때문에 관성에 의해서 직진하여 도입구(5) 직하에 쌓이거나 혹은 내주측 분기유로(8b)로 침입하여 간다. 그 이유는, 분기유로(8a,8b)가 분류(D)의 흐름방향과 거의 직교하는 방향으로 연재되어 있어 측정유체보다 밀도가 큰 오염물(P)이 흐름의 방향전환에 완전히 추종할 수 없기 때문이고, 특히 도입구(5)에 가까운 외주측 분기유로(8a)로의 오염물(P)의 침입이 방지된다. 따라서, 외주측 분기유로(8a)측(흐름의 급격한 방향전환을 요한다)에 배치된 검출소자(11)에 오염물(P)이 축적되는 것이 방지된다. 또한, 상기 분류관(2)의 유로구조에 의하면, 도입구(5)에서 도출구(6)를 향하여 흐르는 순류를 호적하게 측정할 수 있다.
〈제 2 실시예 내지 제 4 실시예〉
이어서, 본 발명의 제 2 실시예 내지 제 4 실시예로서 상기한 제 1 실시예의 여러 변형예를 설명한다. 도 4 내지 도 6은 본 발명의 제 2 실시예 내지 제 4 실시예에 관한 측정장치를 각각 설명하기 위한 설명도로서, 분류관의 도입구 부근을 확대한 부분확대도이다. 또한, 제 2 실시예 내지 제 4 실시예에 관한 측정장치에 있어서, 도 4 내지 도 6에 나타낸 부분 이외의 구조는 상기한 제 1 실시예에 관한 측정장치와 기본적으로 같다.
본 발명의 제 2 실시예에 관한 측정장치는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 분류관(2)의 외벽(3)의 내측에는 도입구(5) 근방에 외주측 분기유로(8a)의 입구를 막도록 기복부(起伏部)(12)가 형성되어 있다. 기복부(12)의 정점(頂点)은 칸막이(7)상에 형성된 외주측 분기유로(8a)의 내주측 유로면보다 도입판(4)을 향하여 높이 'H1'만큼 돌출되어 있다. 이 기복부(12)에 의해서 분류관(2)의 도입구(5)와 검출소자(11)가 배치된 외주측 분기유로(8a)의 입구와의 사이의 유로에 스로트(throat)가 형성된다. 이와 같은 구조에 의해서 검출소자(11)의 오염이 더욱 방지된다.
본 발명의 제 3 실시예에 관한 측정장치는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 도입구(5) 하측에 있어서 분류관로를 형성하는 내주측 유로벽(도입판과 정상부 외벽과의 사이)에는 오목곡면형상의 유로면을 구비한 기복부(13)가 형성되어 있다. 이것에 의해서 분기유로(8a,8b)를 향하는 흐름이 정류(整流)된다. 또, 이와 같은 기복부(13)에 의해서 스로트를 형성할 수도 있고 또 오염물을 검출소자(11)가 배치되어 있지 않은 내주측 분기유로(8b)측으로 안내할 수도 있다.
본 발명의 제 4 실시예에 관한 측정장치는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 도입판(4)의 도입구(5)측 내벽에는 내주측 분기유로(8b)의 입구를 막도록 기복부(14)가 형성되어 있다. 기복부(14)의 정점은 칸막이(7)상에 형성된 내주측 분기유로(8b)의 외주측 유로면보다 외벽(3)을 향하여 높이 'H2'만큼 돌출되어 있다. 이 기복부(14)에 의해서 분류관(2)의 도입구(5)와 내주측 분기유로(8b)의 입구와의 사이의 유로에 스로트가 형성되며, 또 기복부(14)의 도 6에 있어서의 좌측에는 저류실(貯留室)이 형성된다. 이와 같은 유로구조에 의해서 내주측 분기유로(8b)측에 검출소자를 배치하는 것이 가능하게 된다.
〈제 5 실시예〉
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, (A)는 주류관의 축방향을 따르는 종단면도, (B)는 (A)의 B-B선 단면도를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 주류관(1)내에는 측정대상인 주류(M)가 흐르고 있다. 주류관(1)의 관벽에는 주류(M)에서 분류된 분류(D)를 도입할 수 있도록 주류관(1)의 축방향에 직교하여 분류관(20)이 장착되어 있다. 분류관(20)내에는 주류(M)의 흐름방향{주류관(1)의 축방향}과 거의 직교하는 방향으로 연재되는 도입판(24)(세퍼레이터)에 의해서 대략 U자 형상으로 만곡된 분류관로가 형성된다. 분류관(20)의 외벽(23)의 양단에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 각각 개구되는 도입구(역류의 측정에서는 도출구가 된다)(25) 및 도출구(역류의 측정에서는 도입구가 된다)(26)가 대향되게 형성되어 있다. 분류관(20)의 정상부 외벽(29)과 도입판(24)의 일단부와의 사이에는 바이패스유로(34)을 형성하여 도입구(25)와 도출구(26)를 단락(短絡)시키고 있다. 후술하는 바와 같이 분류(D)가 거의 직각으로 크게 방향전환되기 때문에, 오염물의 함유량이 적은 제 1 분류(D1)는 후술하는 복수의 분기유로(28a,28b)의 입구를 향하여 흐르게 되고, 한편 비교적 밀도가 큰 오염물은 제 2 분류(D2)에 의해서 바이패스유로(34)를 경유하여 운반됨으로써 도입구(25)에서 도출구(26)로 직진하여 분류관(20)의 외측으로 배출된다(이것의 역류도 또한 같다).
또한, 분류관(20)내에는 이 분류관(20)의 만곡형상에 대응하여 만곡된 칸막이(27)가 형성되어 있다. 분류관(20)내에는 상기 칸막이(27)에 의해서 서로 분기 및 합류되는 복수의 분기유로(28a,28b)가 형성된다. 외벽(23)의 양단부 내측{도입구(25) 및 도출구(26) 근방}에는 외주측 분기유로(28a)의 입구 및 출구를 막도록 기복부(32,33)가 각각 형성되어 있다. 이 기복부(32,33)에 의해서 도입구(25)와 외주측 분기유로(28a)의 입구와의 사이의 유로 및 도출구(26)와 외주측 분기유로 (28a)의 출구와의 사이의 유로에 스로트가 각각 형성된다.
분류관(20)의 저부 외벽에는 외주측 분기유로(28a)내의 흐름에 쐬이도록 검출소자(31)가 기판(30)을 통해서 부착되어 있다. 이와 같이 검출소자(31)는 분류관 (20)의 변곡부에 배치되며 또 교환이 용이하도록 주류관(1)의 외측에 위치하고 있다. 또, 외벽(23)의 저부 내측에는 검출소자(31)를 사이에 두고서 양측에 분기유로 (28a)의 흐름방향의 단면 중앙을 향하여 돌출되는 융기부(23a,23b)가 형성되어 있다. 칸막이(27)의 상기 검출소자(31)의 검출면에 대향하는 부분에는 이 검출면을 향하여 돌출되는 돌출부(27a)가 형성되어 있다. 융기부(23a,23b)의 유로면은 오목곡면으로 형성되어 있다. 돌출부(27a)의 유로면은 검출소자(31)를 향하여 볼록한 볼록곡면으로 형성되어 있다. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자(31)의 검출면을 향하여 경사져서 흐르는 다운플로(DW)가 형성된다.
계속해서 상기 측정장치의 동작에 대해서 도 7의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
1) 주류(M)에서 분류된 분류(D)가 도입구(25)에서 분류관(20)내로 도입된다.
2) 분류(D)는 복수의 분기유로(28a,28b)의 입구 바로 앞에서 주류(M)의 흐름방향에 대해서 거의 직교하는 방향으로 전환되는 흐름(제 1 분류)(D1)과, 주류(M)의 흐름방향에 대해서 거의 평행하게 흐르는 흐름(제 2 분류)(D2)으로 분류된다.
3a) 제 1 분류(D1)는 기복부(32)에 의해서 형성된 스로트에 의해서 유속이 상승되어 복수의 분기유로(28a,28b)로 유입된다. 여기서, 측정유체보다도 비교적 밀도가 큰 오염물은 스로트를 통과한 후의 흐름의 급격한 방향전환에 추종할 수 없기 때문에 관성에 의해서 내주측 분기유로(28b)측으로 침입한다. 따라서, 오염물이 극히 적은 측정유체가 검출소자(31)를 가지는 외주측 분기유로(28a)측으로 유입되게 된다. 그리고, 검출소자(31)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 흐름, 즉 다운플로(DW)가 발생한다.
3b) 제 2 분류(D2)는 바이패스유로(34)로 유입된다.
4) 복수의 분기유로(28a,28b)로 유입된 제 1 분류(D1)는 바이패스유로(34)를 통과한 제 2 분류(D2)에 의해서 인출되어 도출구(26)에서 주류관(1)내로 되돌려진다.
또, 상기 분류관(20)내에는 대략 U자 형상의 분류관로에 있어서의 흐름방향을 따라서 검출소자(31)를 중심으로 하여 대칭인 유로구조가 형성되어 있다. 따라서, 상기 분류관(20)에 의하면, 오염물이 검출소자(31)에 축적되는 것이 방지됨과 아울러, 순류 및 역류 모두를 동등한 검출출력레벨로 측정할 수 있다.
〈제 6 실시예〉
이어서, 본 발명의 제 6 실시예로서 상기한 제 5 실시예의 변형예를 설명한다. 도 8은 본 발명의 제 6 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, (A)는 분류관의 정상부 외벽과 도입판의 일단부 부근의 부분확대 단면도{분류(D)의 흐름방향의 단면에 평행한 단면을 나타낸다}이고, (B)는 (A)에 직교하는 단면도이다. 또한, 제 6 실시예에 관한 측정장치에 있어서, (A) 및 (B)에 나타낸 부분 이외의 구조는 상기한 제 5 실시예에 관한 측정장치와 기본적으로 같다.
도 8을 참조하면, 분류관의 정상부 외벽(29)과 도입판(24)의 일단부와의 사이에는, 즉 상기한 제 5 실시예의 바이패스유로(34){도 7의 (A) 참조}에는 오리피스부재(35)가 부착되거나 또는 일체로 형성되어 있다. 바이패스유로(34)의 흐름방향의 단면 지름(W1)에 대하여 오리피스의 지름(W2)을 조절함으로써 검출소자가 배치된 분기유로를 향하는 유량을 정량적으로 제어할 수 있다.
〈제 7 실시예 내지 제 9 실시예〉
이어서, 본 발명의 제 7 실시예 내지 제 9 실시예로서 상기한 제 6 실시예의 여러 변형예를 설명한다. 도 9의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 제 7 실시예 내지 제 9 실시예에 관한 측정장치를 각각 설명하기 위한 설명도로서, 분류관에 있어서의 도입구와 도출구를 바이패스하는 오리피스 부근을 나타낸 부분확대도이다. 또한, 제 7 실시예 내지 제 9 실시예에 관한 측정장치에 있어서, 도면에 나타낸 부분 이외의 구조는 상기한 제 6 실시예에 관한 측정장치와 기본적으로 같다.
본 발명의 제 7 실시예에 관한 측정장치는, 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 도입판(41)의 일단부 및 이 일단부에 대향하는 정상부 외벽(40)에는 삼각형상의 돌기부(40a,41a)가 각각 형성되며, 이들 돌기부(40a,41a)에 의해서 분류관에 있어서의 도입구와 도출구를 단락하는 바이패스유로에 오리피스가 형성된다.
본 발명의 제 8 실시예에 관한 측정장치는, 도 9의 (B)에 나타낸 바와 같이, 도입판(43)의 일단부(43a)는 장방형 형상이고, 이 일단부(43a)에 대향하는 정상부 외벽(42)에는 다각형 형상의 돌기부(42a)가 형성되며, 상기 일단부(43a) 및 다각형 형상의 돌기부(42a)에 의해서 분류관에 있어서의 도입구와 도출구를 단락하는 바이패스유로에 오리피스가 형성된다.
본 발명의 제 9 실시예에 관한 측정장치는, 도 9의 (C)에 나타낸 바와 같이, 도입판(45)의 일단부(45a)은 장방형 형상이고, 이 일단부(45a)에 대향하는 정상부 외벽(44)에는 곡면형상(반원형상)의 돌기부(44a)가 형성되며, 상기 일단부(45a) 및 곡면형상의 돌기부(44a)에 의해서 분류관에 있어서의 도입구와 도출구를 단락하는 바이패스유로에 오리피스가 형성된다.
〈제 1 비교예와 제 5 실시예의 대비)
이어서, 제 1 비교예에 관한 측정장치의 센서(검출)출력과 상기 제 5 실시예에 관한 측정장치의 센서출력을, 특히 역류의 측정에 관해서 대비하여 설명한다.
우선, 제 1 비교예에 관한 측정장치의 구조와 상기 제 5 실시예에 관한 측정장치의 구조와의 상이점에 대해서 설명한다.
도 10은 제 1 비교예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 주류관(1)의 관벽에는 주류(M)에서 분류된 분류(D)를 도입할 수 있도록 주류관(1)의 축방향에 직교하여 분류관(52)이 장착되어 있다. 분류관(52)내에는 내벽(54)(세퍼레이터)에 의해서 대략 U자 형상으로 만곡된 분류관로가 형성되어 있다. 분류관(52)의 외벽(53)의 일단에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 도입구(역류의 측정에서는 도출구가 된다)(55)가 형성되고, 분류관(52)에 있어서의 주류관(1)의 축방향을 따라서 연재되는 정상부 외벽에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 평행한 면에서 개구되는 도출구(역류의 측정에서는 도입구가 된다)(56)가 형성되어 있다. 분류관로에는 도입구(55)에서 도출구(56)를 향하는 흐름방향에 있어서, 도입구(55) 근방과 검출소자(61)와의 사이에서 관로의 지름이 축소되는 축경부(63)가 형성되어 있고, 검출소자(61)와 도출구(56)와의 사이에서 관로의 지름이 확대되는 확경부(64)가 형성되어 있다.
또, 분류관(52)의 외벽(53) 내측에는 검출소자(61)를 사이에 두고서 양측에 분류관로의 흐름방향의 단면 중앙을 향하여 돌출되는 융기부(53a,53b)가 형성되어 있다. 융기부(53a,53b)의 유로면은 오목곡면으로 형성되어 있다. 분류관(52)의 내벽(54)에 있어서의 상기 검출소자(61)에 대향하는 부분에는 그 검출면을 향하여 돌출되는 돌출부(54a)가 형성되어 있다. 돌출부(54a)의 유로면은 검출소자(61)를 향하여 볼록한 볼록곡면으로 형성되어 있다. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자 (61)의 검출면을 향하여 경사져서 흐르는 다운플로(DW)가 형성된다.
도 11은 도 10에 나타낸 제 1 비교예에 관한 측정장치의 유량특성을 나타내는 그래프이다. 도 10에 나타낸 제 1 비교예에 관한 측정장치에 의하면, 흐름방향을 따라서 검출소자(61)를 중심으로 하여 비대칭인 유로구조가 형성되어 있기 때문에, 도 11에 나타낸 바와 같이 순류{도입구(55)에서 도출구(56)를 향하는 흐름} 및 역류{도출구(56)에서 도입구(55)를 향하는 흐름} 모두를 동등한 검출출력레벨로 검출할 수 없다.
한편, 도 12는 상기 제 5 실시예에 관한 측정장치를 다시 도시한 도면(도 7 참조)이고, 도 13은 상기 제 5 실시예에 관한 측정장치의 유량특성을 나타내는 그래프이다. 제 5 실시예에 관한 측정장치의 분류관(20)내에는, 도 12에 나타낸 바와 같이 흐름방향을 따라서 검출소자(31)를 중심으로 하여 대칭인 유로구조가 형성되어 있다. 따라서, 상기 제 5 실시예에 관한 측정장치의 분류관(20)에 의하면, 도 13에 나타낸 바와 같이 순류{도입구(25)에서 도출구(26)를 향하는 흐름} 및 역류{도출구(26)에서 도입구(25)를 향하는 흐름} 모두를 동등한 검출출력레벨로 측정할 수 있다.
이어서, 본 발명에 관한 측정장치의 제 10 실시예 내지 제 15 실시예를 설명한다. 또한, 제 10 실시예 내지 제 15 실시예에 관한 이하의 설명에서는 상세한 설명의 중복을 피하기 위해서 주로 상기 제 5 실시예에 관한 측정장치와의 상이점에 대해서 설명하고, 동일한 점에 대해서는 상기 제 5 실시예에 관한 설명을 참고하는 것으로 한다. 또, 제 10 실시예 내지 제 14 실시예에 관한 측정장치는, 분류관내의 유로구조가 모두 흐름방향을 따라서 검출소자를 중심으로 하여 대칭으로 되어 있어 순류 및 역류 모두를 동등한 검출출력레벨로 측정할 수 있다. 또, 제 15 실시예에 관한 측정장치는 순류의 측정에 적합하다.
〈제 10 실시예〉
도 14는 본 발명의 제 10 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도를 나타낸다. 도 14를 참조하면, 분류관(92)내에는 주류 (M)의 흐름방향과 거의 직교하는 방향으로 연재되는 도입판(94)에 의해서 대략 U자 형상으로 만곡된 분류관로가 형성되어 있다. 분류관(92)의 외벽(93)의 양단에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 도입구(95) 및 도출구(96)가 대향되게 형성되어 있다. 또한, 분류관(92)내에는 만곡된 칸막이(97)에 의해서 서로 분기 및 합류되는 복수의 분기유로(98a,98b)가 형성되어 있다. 분류관(92)의 외벽(93)의 저부에는 검출소자(101)가 기판(100)을 통해서 부착되어 있다. 또, 외벽 (93)의 내측에는 검출소자(101)를 사이에 두고서 양측에 융기부(93a,93b)가 형성되어 있다. 칸막이(97)에는 검출소자(101)의 검출면을 향하여 돌출되는 돌출부(97a)가 형성되어 있다. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자(101)의 검출면을 향하여 경사져서 흐르는 다운플로(DW)가 형성된다. 도입판(94)의 일단부에 대향하는 정상부 외벽(99)의 내측에는 삼각형상의 돌기부(99a)가 형성되며, 이것에 의해서 도입구(95)와 도출구(96)를 단락하는 바이패스유로에 오리피스(104)가 형성된다.
〈제 11 실시예〉
도 15는 본 발명의 제 11 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도를 나타낸다. 도 15를 참조하면, 분규관(112)내에는 주류 (M)의 흐름방향과 거의 직교하는 방향으로 연재되는 도입판(114)에 의해서 대략 U자 형상으로 만곡된 분류관로가 형성되어 있다. 분류관(112)의 외벽(113)의 양단에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 도입구(115) 및 도출구 (116)가 대향되게 형성되어 있다. 또한, 분류관(112)내에는 만곡된 복수의 칸막이 (137,138)에 의해서 외주측에서 내주측을 향하여 순차 서로 분기 및 합류되는 복수의 분기유로(118a,118b,118c)가 형성되어 있다. 외벽(113)의 양단부 내측{도입구 (115) 및 도출구(116) 근방}에는 분기유로(118a,118c)의 입구 및 출구를 막도록 기복부(122,123)가 각각 형성되어 있다. 기복부(122,123)에 의해서 도입구(115)와 분기유로(118a,118c)의 입구와의 사이의 유로 및 도출구(116)와 분기유로(118a,118c)의 출구와의 사이의 유로에 스로트가 각각 형성된다. 분류관(112)의 외벽(113)의 저부에는 검출소자(121)가 기판(120)을 통해서 부착되어 있다. 또, 외벽(113)의 내측에는 검출소자(121)를 사이에 두고서 양측에 융기부(113a,113b)가 형성되어 있다. 외주측 칸막이(137)에는 검출소자(121)의 검출면을 향하여 돌출되는 돌출부 (137a)가 형성되어 있다. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자(121)의 검출면을 향하여 경사져서 흐르는 다운플로(DW)가 형성된다. 도입판(114)의 일단부와 이것에 대향하는 정상부 외벽(119)의 내측에는 도입구(115)와 도출구(116)를 단락하는 바이패스유로(124)가 형성되어 있다.
〈제 12 실시예〉
도 16은 본 발명의 제 12 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도를 나타낸다. 도 16을 참조하면, 분류관(142)내에는 주류 (M)의 흐름방향과 거의 직교하는 방향으로 연재되는 도입판(144)에 의해서 대략 U자 형상으로 만곡된 분류관로가 형성되어 있다. 분류관(142)의 정상부 외벽 및 외벽(143)의 외주부 양단에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 평행한 면 및 거의 직교하는 면에서 개구되는 도입구(145) 및 도출구(146)가 형성되어 있다. 분류(D)는 주로 경사져서 분류관(142)내로 도입된다. 또한, 분류관(142)내에는 만곡된 칸막이(147)에 의해서 서로 분기 및 합류되는 복수의 분기유로(148a,148b)가 형성되어 있다. 외벽(143)의 양단부 내측{도입구(145) 및 도출구(146) 근방}에는 외주측 분기유로 (148a)의 입구 및 출구를 각각 막도록 기복부(152,153)가 각각 형성되어 있다. 기복부(152,153)에 의해서 도입구(145)와 외주측 분기유로(148a)의 입구와의 사이의 유로 및 도출구(146)와 외주측 분기유로(148a)의 출구와의 사이의 유로에 스로트가 각각 형성된다. 분류관(142)의 외벽(143)의 저부에는 검출소자(151)가 기판(150)을 통해서 부착되어 있다. 또, 외벽(143)의 내측에는 검출소자(151)를 사이에 두고서 양측에 융기부(143a,143b)가 형성되어 있다. 칸막이(147)에는 검출소자(151)의 검출면을 향하여 돌출되는 돌출부(147a)가 형성되어 있다. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자(151)의 검출면을 향하여 경사져서 흐르는 다운플로(DW)가 형성된다.
〈제 13 실시예〉
도 17은 본 발명의 제 13 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도를 나타낸다. 도 17을 참조하면, 분류관(162)내에는 주류관(1)의 축방향과 거의 직교하는 방향으로 연재되는 도입판(164)에 의해서 대략 U자 형상으로 만곡된 분류관로가 형성되어 있다. 분류관(162)의 외벽(163)의 양단에는 주류(M)와 거의 직교하는 면에서 개구되는 도입구(165) 및 도출구(166)가 대향되게 형성되어 있다. 또한, 분류관(162)내에는 만곡된 칸막이(167)에 의해서 서로 분기 및 합류되는 복수의 분기유로(168a,168b)가 형성되어 있다. 외벽(163)의 양단부 내측{도입구(165) 및 도출구(166) 근방}에는 외주측 분기유로(168a)의 입구 및 출구를 각각 막도록 기복부(172,173)가 각각 형성되어 있다. 이 기복부(172,173)에 의해서 도입구(165)와 외주측 분기유로(168a)의 입구와의 사이의 유로 및 도출구 (166)와 외주측 분기유로(168a)의 출구와의 사이의 유로에 스로트가 각각 형성된다. 도입판(164)의 일단부는 그 양측에서 각각 도입구(165) 및 도출구(166)를 향하여 넓게 벌려지는 확개부(擴開部)(164a)로 되어 있으며, 이 확개부(164a)와 이 확개부(164a)의 저면에 대향하는 정상부 외벽(169)과의 사이에는 도입구(165)와 도출구(166)를 단락하는 바이패스유로(174)가 형성되어 있다. 분류관(162)의 외벽(163)의 저부에는 검출소자(171)가 기판(170)을 통해서 부착되어 있다. 또, 외벽(163)의 내측에는 검출소자(171)를 사이에 두고서 양측에 융기부(163a,163b)가 형성되어 있다. 칸막이(167)에는 검출소자(171)의 검출면을 향하여 돌출되는 돌출부(167a)가 형성되어 있다. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자(171)의 검출면을 향하여 경사져서 흐르는 다운플로(DW)가 형성된다.
〈제 14 실시예〉
도 18은 본 발명의 제 14 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도를 나타낸다. 도 18을 참조하면, 분류관(182)내에는 주류관(1)의 축방향과 거의 직교하는 방향으로 연재되는 도입판(184)에 의해서 대략 U자 형상으로 만곡된 분류관로가 형성되어 있다. 분류관(182)의 외벽(183)의 양단에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 도입구(185) 및 도출구 (186)가 대향되게 형성되어 있다. 또한, 분류관(182)내에는 만곡된 칸막이(187)에 의해서 서로 분기 및 합류되는 복수의 분기유로(188a,188b)가 형성되어 있다. 외벽 (183)의 양단부 내측{도입구(185) 및 도출구(186) 근방}에는 외주측 분기유로 (188a)의 입구 및 출구를 각각 막도록 기복부(192,193)가 각각 형성되어 있다. 또한, 도입판(184)의 중간부 양측에는 외벽(183)의 내측을 향하여 각각 돌출되는 기복부(202,203)가 각각 형성되어 있다. 이들 기복부(192,202,193,203)에 의해서 도입구(185)와 내주측 분기유로(188b)의 입구와의 사이의 유로 및 도출구(186)와 내주측 분기유로(188b)의 출구와의 사이의 유로에 다단계의 스로트가 각각 형성된다. 도입판(184)의 일단부와 이 일단부에 대향하는 정상부 외벽(189)과의 사이에는 도입구(185)와 도출구(186)를 단락하는 바이패스유로(194)가 형성되어 있다. 칸막이 (187)의 변곡부에는 검출소자(191)가 내주측 분기유로(188b)내의 흐름에 그 검출면이 쐬이도록 부착되어 있다. 도입판(184)의 타단부에는 검출소자(191)의 검출면을 향하여 돌출되는 곡면형상의 돌출부(184a)가 형성되어 있다. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자(191)의 검출면을 향하여 경사져서 흐르는 다운플로(DW)가 형성된다.
〈제 15 실시예〉
도 19는 본 발명의 제 15 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도를 나타낸다. 도 19를 참조하면, 분류관(222)내에는 주류관(1)의 축방향과 거의 직교하는 방향으로 연재되는 도입판(224)에 의해서 대략 U자 형상으로 만곡된 분류관로가 형성되어 있다. 분류관(222)의 외벽(223)에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 도입구(225)가 형성되고, 분류관(222)의 정상부 외벽에는 주류(M)의 흐름방향과 거의 평행한 면에서 개구되는 도출구(226)가 형성되어 있다. 또한, 분류관(222)내에는 만곡된 칸막이(227)에 의해서 서로 분기 및 합류되는 복수의 분기유로(228a,228b)가 형성되어 있다. 칸막이(227)의 도출구(226)측 타단부는 그 도입구(225)측 일단부에 비해 도출구(226)로부터 크게 이간되어 있다. 외벽(223)의 내측에 있어서의 도입구(225) 근방에는 외주측 분기유로(228a)의 입구를 막도록 기복부(232)가 형성되어 있다. 한편, 도입판(224)의 도입구(225) 근방에도 기복부(242)가 형성되어 있다. 이들 기복부(232, 242)에 의해서 도입구(225)와 외주측 분기유로(228a)의 입구와의 사이의 유로에 스로트가 형성된다. 분류관(222)의 외벽(223)의 저부에는 검출소자(231)가 기판(230)을 통해서 부착되어 있다. 또, 외벽(223)의 내측에는 검출소자(231)를 사이에 두고서 양측에 융기부(223a,223b)가 형성되어 있다. 칸막이(227)의 중간부에는 검출소자(231)의 검출면을 향하여 돌출되는 돌출부(227a)가 형성되어 있다. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자(231)의 검출면을 향하여 경사져서 흐르는 다운플로(DW)가 형성된다.
〈제 16 실시예〉
도 20은 본 발명의 제 16 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 주류관의 축방향을 따르는 종단면도를 나타낸다. 또한, 이 제 16 실시예는 상기한 제 5 실시예의 변형예로서, 제 16 실시예에 있어서의 상기 제 5 실시예와 같은 요소에 대해서는 상기 제 5 실시예와 같은 도면부호를 붙인다. 또, 제 16 실시예의 설명에 있어서, 제 16 실시예의 측정장치가 상기 제 5 실시예의 측정장치와 같은 구성 및 기능을 가지는 부분에 대해서는 상기 제 5 실시예의 설명을 적절히 참조할 수 있는 것으로 한다.
도 20을 참조하면, 칸막이(27)에 있어서의 검출소자(31)와 대향하는 벽면상에는 검출소자(31)의 상류에서 하류에 걸쳐서 벤투리(벤투리 벽부)(250)가 형성되어 있다. 이 벤투리(250)에 의해서 검출소자(31)가 배치된 외주측 분기유로(28a)의 유로가 검출소자(31)의 중앙부근에서 가장 좁아지게 된다{이것을 "최협부(最狹部) (N)"라 한다}. 이와 같은 유로구조에 의해서 검출소자(31)의 검출면상에서의 난류가 억제됨과 아울러, 검출소자(31)의 검출면에 경사져서 부딪치는 흐름이 강하게 또한 안정하게 형성됨으로써 검출 정밀도가 향상된다.
〈제 17 실시예〉
도 21은 본 발명의 제 17 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 검출소자 근방의 부분확대도이다. 또한, 이 제 17 실시예는 상기한 제 16 실시예의 변형예로서, 이하의 설명에서는 제 17 실시예와 상기 제 16 실시예의 측정장치가 상이한 부분에 대해서 설명하고, 양자가 같은 구성 및 기능을 가지는 부분에 대해서는 상기 제 16 실시예의 설명을 적절히 참조할 수 있는 것으로 한다.
도 21을 참조하면, 칸막이(270)에 의해서 분류관내에 외주측 분기유로(278a)와 내주측 분기유로(278b)가 형성된다. 분류관의 외벽의 저부에는 기판(280)을 통해서 검출소자(281)가 부착되며, 외주측 분기유로(278a)내의 흐름에 쐬이도록 하고 있다. 칸막이(270)에 있어서의 상기 검출소자(281)와 대향하는 벽면상에는 검출소자(281)의 상류에서 하류에 걸쳐서 벤투리(290)가 형성되어 있다. 이 벤투리(290)에 의해서 검출소자(281)가 배치된 외주측 분기유로(278a)의 유로가 검출소자(281)의 중앙부근에서 가장 좁아지게 된다(이것을 "최협부(N)"라 한다). 또, 칸막이 (270)에 있어서의 도 21의 좌우방향의 유로면{주류(M)(도 20 참조)에 직교하는 방향의 유로면}과 벤투리(290)상의 유로면은 매끄럽게 천이되어 있다.
본 발명에 의하면, 검출소자에 대한 오염물의 축적이 방지되는 유량 및 유속 측정장치가 제공된다. 또, 본 발명에 의하면, 순류와 마찬가지로 역류의 측정이 가능한 유량 및 유속 측정장치가 제공된다.

Claims (24)

  1. 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는, 기본적으로 U자 형상으로 만곡된 분류관로를 구비한 분류관과;
    상기 분류관로의 외주측에 형성되며, 상기 주류관내의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 상기 분류관의 도입구와;
    상기 분류관내에 형성된 칸막이와;
    상기 분류관내에서 서로 분기 및 합류되도록 상기 칸막이에 의해서 분할형성된 복수의 분기유로와;
    상기 복수의 분기유로 중 상기 분류관의 외주측에 형성된 분기유로내의 흐름에 쐬이도록 배치되며, 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자;를 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분류관의 도입구와 상기 검출소자가 배치된 상기 외주측 분기유로의 입구가 기본적으로 서로 직교하는 면에서 개구되며, 상기 분류관에 도입된 흐름이 방향전환되어 해당 분기유로로 유입되는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 칸막이의 단부가 상기 분류관의 도입구 직하까지 연재되지 않는 것,
    적어도 상기 외주측 분기유로의 입구가 상기 분류관의 도입구 직하에서 개구되지 않는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 분류관의 도입구와 상기 외주측 분기유로의 입구와의 사이의 유로에 스로트가 형성된 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 분류관내에 만곡된 상기 분류관로를 형성하는 도입판이 형성되고,
    상기 스로트가 상기 분류관의 외벽 내측, 상기 칸막이 및 상기 도입판 중 어느 하나 이상에 형성된 기복부에 의해서 형성된 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 분류관의 외벽 내측에 형성된 기복부가 상기 외주측 분기유로의 입구 근방의 내주측 유로면보다 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분류관내에 만곡된 상기 분류관로를 형성하는 도입판이 형성되고,
    상기 분류관의 도입구 하측에 있어서, 상기 분류관로를 형성하는 내주측 유로벽이 기복하여 오목곡면형상의 유로면이 형성된 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 분류관이 상기 검출소자를 중심으로 하여 기본적으로 대칭인 유로구조를 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 분류관의 도출구와 상기 외주측 분기유로의 출구와의 사이의 유로에 스로트가 형성된 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분류관내에 만곡된 상기 분류관로를 형성하는 도입판이 형성되고,
    상기 스로트가 상기 분류관의 외벽 내측, 상기 칸막이 및 상기 도입판 중 어는 하나 이상에 형성된 기복부에 의해서 형성된 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 분류관의 외벽 내측에 형성된 기복부가 상기 외주측 분기유로의 출구 근방의 내주측 유로면보다 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 분류관의 도출구가, 상기 분류관로의 외주측에 있어서, 상기 분류관의 도입구와 대향하여 상기 주류관내의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되도록 형성되고,
    상기 분류관내에 만곡된 상기 분류관로를 형성하는 도입판이 형성되고,
    상기 도입판의 일단부와 상기 분류관의 정상부 외벽과의 사이에 상기 분류관의 도입구와 도출구를 단락하는 바이패스유로가 형성된 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 바이패스유로에 오리피스가 형성되고,
    상기 오리피스를 형성하는 유로벽의 돌기량 내지 오리피스의 개구면적에 따라 상기 검출소자로 향하는 측정유체의 유량이 설정되는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 오리피스를 형성하는 유로벽이 오리피스의 중앙을 향하여 돌기되며, 이 돌기부의 유로면의 단면형상이 다각형 면, 곡면 및 복수 곡면 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출소자가 배치된 상기 분기유로에 형성되며, 상기 검출소자의 검출면에 경사져서 부딪치는 흐름을 형성하는 흐름제어수단을 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 칸막이의 상기 검출소자와 대향하는 벽면상에 상기 검출소자의 상류에서 하류에 걸쳐서 벤투리가 형성되며, 상기 벤투리에 의해서 상기 검출소자가 배치된 상기 분기유로의 유로가 상기 검출소자의 중앙부근에서 가장 좁게 되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  17. 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는, 기본적으로 U자 형상으로 만곡된 분류관로를 구비한 분류관과;
    상기 분류관내에 형성된 칸막이와;
    상기 분류관내에서 서로 분기 및 합류되도록 상기 칸막이에 의해서 분할형성된 복수의 분기유로와;
    상기 복수의 분기유로 중 상기 분류관의 내주측 또는 중간부에 형성된 분기유로내의 흐름에 쐬이도록 배치되며, 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자와;
    상기 분류관의 도입구와 상기 검출소자의 검출면이 상기 흐름에 쐬이는 분기유로의 입구와의 사이의 유로에 형성된 스로트;를 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 검출소자가 상기 칸막이에 형성된 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  19. 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는, 기본적으로 U자 형상으로 만곡된 분류관로를 구비한 분류관과;
    상기 분류관로의 일단의 외주측에 형성되며, 상기 주류관내의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 상기 분류관의 도입구와;
    상기 분류관로의 타단의 정상부에 형성되며, 상기 주류관내의 흐름방향과 거의 평행한 면에서 개구되는 상기 분류관의 도출구와;
    상기 분류관내에 형성되며, 그 일단이 상기 도입구 근방까지, 그 타단이 상기 도출구로부터 이간하여 연재되는 칸막이와;
    상기 분류관내에서 서로 분기 및 합류되도록 상기 칸막이에 의해서 분할형성된 복수의 분기유로와;
    상기 복수의 분기유로 중 상기 분류관의 외주측에 형성된 분기유로내의 흐름에 쐬이도록 배치되며, 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자;를 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 분류관내에만곡된 상기 분류관로를 형성하는 도입판이 형성되고,
    상기 분류관의 도입구 근방에 있어서, 상기 분류관의 외벽 내측, 상기 칸막이 및 상기 도입판 중 어느 하나 이상에 기복부가 형성되며, 상기 기복부에 의해서 상기 분류관의 도입구와 상기 외주측 분기유로의 입구와의 사이의 유로에 스로트가 형성된 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  21. 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는, 기본적으로 U자 형상으로 만곡된 분류관로를 구비한 분류관과;
    상기 분류관내에 형성된 칸막이와;
    상기 분류관내에서 서로 분기 및 합류되도록 상기 칸막이에 의해서 분할형성된 복수의 분기유로와;
    상기 복수의 분기유로 중 어느 하나의 분기유로내의 흐름에 쐬이도록 배치되며, 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자와;
    상기 분류관에 도입된 흐름이 방향전환되어, 상기 검출소자가 상기 흐름에 쐬이고 있는 상기 분기유로로 유입되도록 서로 형성된 상기 분류관의 도입구 및 해당 분기유로의 입구;를 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  22. 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는, 기본적으로 U자 형상으로 만곡된 분류관로를 구비한 분류관과;
    상기 분류관내에 형성된 칸막이와;
    상기 분류관내에서 서로 분기 및 합류되도록 상기 칸막이에 의해서 분할형성된 복수의 분기유로와;
    상기 복수의 분기유로 중 어느 하나의 분기유로내의 흐름에 쐬이도록 배치되며, 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자와;
    상기 분류관에 도입된 흐름이 방향전환되어, 상기 검출소자가 상기 흐름에 쐬이고 있는 상기 분기유로로 유입되도록 상기 분기관의 도입구와 해당 분기유로의 입구와의 사이의 유로에 형성된 스로트;를 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  23. 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는, 기본적으로 U자 형상으로 만곡된 분류관로를 구비한 분류관과;
    상기 분류관로의 일단의 외주측에 형성되며, 상기 주류관내의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 상기 분류관의 도입구와;
    상기 분류관로의 타단의 외주측에 형성되며, 상기 주류관내의 흐름방향과 거의 직교하는 면에서 개구되는 상기 분류관의 도출구와;
    상기 분류관내에 형성된 칸막이와;
    상기 분류관내에서 서로 분기 및 합류되도록 상기 칸막이에 의해서 분할형성된 복수의 분기유로와;
    상기 복수의 분기유로 중 상기 분류관의 외주측에 형성된 분기유로내의 흐름에 쐬이도록 배치되며, 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자와;
    상기 분류관의 도입구와 상기 외주측 분기유로의 입구와의 사이의 유로 및 상기 분류관의 도입구와 상기 외주측 분기유로의 출구와의 사이의 유로에 각각 형성된 스로트와;
    상기 칸막이의 상기 검출소자와 대향하는 벽면상에 상기 검출소자의 상류에서 하류에 걸쳐서 상기 검출소자가 배치된 상기 분기유로의 유로가 상기 검출소자의 중앙부근에서 가장 좁게 되도록 형성된 벤투리;를 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
  24. 청구항 1 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    차량에 탑재되는 내연기관의 흡기계에 설치되는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
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