WO2007145037A1 - 圧力計一体形マルチ渦流量計 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a multi-vortex flow meter having both the function of a vortex flow meter and the function of a thermal flow meter, and more particularly to a multi-vortex flow meter in which a pressure gauge is integrated.
- Vortex flowmeters and thermal flowmeters are used to measure the flow rate of the fluid to be measured flowing in the flow tube.
- the vortex flowmeter is the number of Karman vortices (vortex frequency) generated within a unit time from the vortex generator within a specified Reynolds number range. Is proportional to the flow rate regardless of gas or liquid, and this proportionality constant is called the stoichiometric number.
- vortex detectors include thermal sensors, strain sensors, optical sensors, pressure sensors, ultrasonic sensors, etc., which can detect thermal changes, lift changes, etc. caused by vortices. .
- the vortex flowmeter is a simple flowmeter that can measure the flow rate without being affected by the physical properties of the fluid to be measured, and is widely used for gas and fluid flow measurement.
- the thermal flow meter is composed of a temperature sensor (fluid temperature detection sensor) and a heating temperature sensor (heating temperature sensor), and a heating temperature sensor (functioning as a temperature sensor and a heating sensor) (The temperature of the flow velocity sensor is controlled so that it has a certain temperature difference from the temperature measured by the temperature sensor. This is because the amount of heat taken from the evening when the fluid to be measured flows is correlated with the mass flow rate, and the mass flow rate is calculated from the amount of heating power for the heat flow. (For example, refer to Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-04-12-220).
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-069 9 6 6 discloses a technique of a multi-vortex flow meter that combines the function of a vortex flow meter and the function of a thermal flow meter. Multi-vortex flowmeters can measure from small to large flow rates with high accuracy, and this is especially superior to other flowmeters.
- the multi-vortex flowmeter is designed to use the function of the vortex flowmeter and the function of the thermal flowmeter separately according to the flow condition of the fluid to be measured flowing through the flow path of the flow tube. In other words, measurement is performed by the function of the thermal flow meter in the micro flow region and low flow region, and measurement is performed by the function of the vortex flow meter in the high flow region.
- the multi-vortex flowmeter should be switched to a thermal flowmeter at a predetermined lower limit flow rate. Is being controlled
- the inventor of the present application increases the vortex differential pressure as the pressure in the flow tube increases, and this makes it possible to lower the lower limit flow rate that serves as a criterion for switching the function of the flow meter. I want to reflect this finding in the multi-vortex flowmeter.
- the present inventor wants to measure the flow rate using the function of the vortex flowmeter as much as possible. For this reason, the present inventor believes that it is necessary for a multi-vortex flow meter to have a pressure gauge that grasps the pressure fluctuation in the flow tube.
- This invention is made
- the pressure vortex integrated multi-vortex flow meter according to claim 1 of the present invention which has been made to solve the above problems, is provided in a flow path and passes through a fluid to be measured.
- a vortex detector having a vortex generator provided on the measurement tube so as to face the flow of the fluid to be measured, and a vortex detector for detecting a change based on the Karman vortex generated by the vortex generator
- a multi-vortex flowmeter further comprising a thermal detection means having a temperature sensor and a heating temperature sensor protruding in the flow path, and further comprising a flow rate converter.
- a pressure gauge for measuring the pressure in the pipe wired together with the vortex detector and the thermal detection means is integrally provided.
- the pressure gauge integrated with the flow rate converter has the advantage that the influence of disturbance on the wiring does not have to be considered, compared to the multi-vortex flow meter with a separate pressure gauge. Yes. This makes it possible to improve detection accuracy and the like.
- the pressure gauge integrated with the flow rate converter has the advantage of being easier to set up than the multi-vortex flow meter with a separate pressure gauge, and the pressure at the optimum position. This has the advantage that it can be measured.
- the pressure gauge integrated multi-vortex flow meter according to the present invention described in claim 2 is the pressure gauge integrated multi-vortex flow meter according to claim 1, further comprising a measurement mounting pipe that forms the flow path.
- a pressure measuring unit that introduces a part of the fluid to be measured that flows through the flow path into the mounting pipe is formed, and the pressure gauge is housed in the pressure measuring unit.
- the pressure measuring unit is formed and the pressure gauge is housed therein, it is possible to perform pressure measurement without affecting the detection of the change based on the Karman vortex. Become.
- FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a multi-vortex flow meter integrated with a pressure gauge of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
- Fig. 3 is a cross-sectional view of the flow rate converter.
- FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a pressure gauge integrated multi-vortex flow meter according to the present invention.
- 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the flow rate converter.
- reference numeral 1 indicates a multi-vortex flow meter (multi-vortex flow meter integrated with a pressure gauge) of the present invention.
- the multi-vortex flow meter 1 is configured to have both the function of a vortex flow meter and the function of a thermal flow meter. Further, as will be described later, the multi-vortex flow meter 1 is configured to have a structure capable of lowering the lower limit flow rate that is a determination criterion at the time of switching.
- the multi-vortex flow meter 1 includes a vortex detection means 7 having a measurement mounting pipe 2, a pressure gauge 3, a measurement pipe 4, a vortex generator 5, and a vortex detector 6, a temperature sensor 8 and a heating temperature sensor 9.
- a flow rate converter 1 that calculates the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured (not shown) based on the output signals from the vortex detection means 7 and the thermal detection means 10. 1 and is configured. Each configuration will be described below with reference to FIGS.
- the mounting pipe 2 for measurement is detachably attached to the middle of the flow pipe 1 2 (it is not limited to the middle of the flow pipe 1 2 and can be attached to the end), and the flow path 1 3 is connected to this inside.
- it is formed as a cylindrical structure as shown.
- a joint is formed at each end of the measurement mounting pipe 2.
- the vessel 11 is fixed by appropriate means.
- the flow path 13 formed in the measurement mounting pipe 2 has a circular cross section. In this flow path 13, the fluid to be measured flows in the direction of the arrow.
- a measuring tube 4 In the middle of the flow path 13, a measuring tube 4, a temperature sensor 8 and a heating temperature sensor 9 are provided. Further, a pressure measuring unit 14 is formed on the upstream side of the measuring tube 4 and in the vicinity of the measuring tube 4 (the arrangement is an example).
- a pressure gauge 3 is attached to the pressure measuring unit 14 so as to be accommodated.
- the pressure measuring unit 14 has a part for housing the pressure gauge 3 and a part for introducing a part of the fluid to be measured flowing through the flow path 13.
- the pressure gauge 3 is for measuring the pressure of the fluid to be measured flowing through the flow path 13, and a known pressure gauge is used here (however, it can be used for the flow rate converter 11).
- the pressure gauge 3 is attached to the flow rate converter 11 so as to be integrated.
- the pressure gauge 3 is integrated with the flow rate converter 11 at a position slightly away from the vortex detector 6, the temperature sensor 8, and the heating temperature sensor 9 slightly upstream.
- the measuring tube 4 is formed in a cylindrical shape having a rectangular tube cross section (the shape is an example).
- the measuring tube 4 is formed so as to extend along the direction of the arrow through which the fluid to be measured flows.
- a vortex generator 5 and a pressure receiving plate 15 to be described later located on the downstream side of the vortex generator 5 are provided in the portion of the measuring tube 4 where the fluid to be measured flows.
- Outside the measuring tube 4 is provided a temperature sensor holding portion 16 for holding the tips of the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 (in this embodiment, it is integrated, but this is not a limitation).
- the measuring tube 4 is fixed to the vortex detector 6 through the connecting cylinder portion 17.
- the vortex detector 6 connected to the measurement tube 4 is attached to the measurement mounting pipe 2 so as to be detachable.
- the vortex generator 5 is a part for generating a vortex inside the measuring tube 4, and this shape is set so as to face the flow of the fluid to be measured. ing.
- the vortex generator 5 is formed in a triangular prism shape. (The shape is an example. Japanese Patent No. 2 8 6 9 0 5 4 of Patent Document 1 discloses several examples. Have been).
- the vortex generator 5 is provided at the opening of the measuring tube 4 on the side where the fluid to be measured flows.
- the vortex generator 5 is provided so as to be located at the center of the opening of the measurement tube 4.
- the vortex generated by the vortex generator 5 will be described.
- the vortex peels off from the position where the fluid to be measured flowing into the opening of the measuring tube 4 has a large momentum change caused by the flow flowing along the vortex generator 5, and the cross section of the vortex generator 5 Thus, in the case of a hexagonal shape, the triangular edge becomes the peeling point.
- the vortices separating and flowing out of the vortex generator 5 are alternately generated in a staggered manner according to the Karman stable vortex condition, and flow out while forming a vortex row that maintains a constant vortex distance and vortex row distance.
- the distance between vortices is the unit calculated based on the number of vortices generated per unit time, that is, the vortex frequency and the flow rate obtained from the fluid flowing into a reference container such as a reference tank within a predetermined time. It can be determined from the flow rate per hour.
- the temperature sensor holding portion 16 is formed so as to protrude horizontally from the lower wall of the measuring tube 4, in other words, protrude from both side walls of the measuring tube 4.
- the temperature sensor holding portion 16 is not particularly limited, but is formed so that the shape in plan view is a ⁇ square shape.
- the temperature sensor holding part 16 is formed in a shape in which the measurement tube 4 has fins. The tips of the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 are inserted straight into the vicinity of the top of the triangle of the temperature sensor holding portion 16.
- the vortex detector 6 is a sensor for detecting vortices, and a pressure receiving sensor is used here.
- the vortex detector 6 has a pressure receiving plate (sensor pressure receiving plate) 15 disposed on the downstream side of the vortex generator 5 in the measuring tube 4 and a pressure detecting element plate provided inside the vortex detector 6. According to vortex generator 5 The fluctuating pressure (alternating pressure) based on the Karman vortex generated is detected by the pressure sensing element plate via the pressure receiving plate 15.
- the vortex detector 6 is attached so as to be integrated with the flow rate converter 11.
- the vortex detection means 7 is provided to determine the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured flowing in the measurement mounting pipe 2.
- the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured flowing in the measurement mounting pipe 2 is obtained by calculating the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured flowing in the measurement pipe 4 as the partial flow velocity or partial flow in the measurement mounting pipe 2. It is becoming possible. This is based on the fact that the entire flow rate can be estimated if the flow is uniform even if a part of the pipe section of the measurement mounting pipe 2 is measured instead of the entire pipe cross section. That is, since the flow velocity distribution of the rectified fluid flowing through the straight pipe is given as a function of the Reynolds number, the flow velocity at a certain distance from the center of the measurement mounting pipe 2 is measured in the measurement mounting pipe 2. It can be converted into an average flow velocity.
- the temperature sensor 8 of this embodiment is a rod-shaped temperature sensor, and the rod-shaped heating temperature sensor 9 is also a flow rate sensor (heater) having the functions of a temperature sensor and a heating sensor. In this embodiment, the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 are attached to the flow rate converter 11 so as to be integrated.
- the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 protrude from the flow path 13 of the measurement mounting pipe 2, and the most advanced part is held by the temperature sensor holding part 16.
- Each temperature sensing part of the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 is arranged in the vicinity of the measuring tube 4.
- the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 are arranged side by side with the vortex detector 6 (the arrangement is an example. If the arrangement is made so as not to affect the vortex detection, it is But shall be fine).
- the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor Each temperature-sensitive part of sensor 9 may be extended so that it protrudes further from the temperature sensor holding part 1 6 to the center of the flow path 1 3 (transmitted from outside to the measurement mounting pipe 2) To avoid the action of heat).
- the flow rate converter 11 has a converter case 18. Inside the converter case 18, an amplifier board 19 having a configuration such as a microcombination is provided. The amplifier board 19 is connected to the transmission line 20 of the pressure gauge 3, the leads of the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9, and the transmission line 21 of the vortex detector 6 (Fig. The layout of temperature sensor 8 and heating sensor 9 in Fig. 3 is changed for convenience, and is actually placed at a position rotated 90 ° Fig. 3 along with transmission line 2 1 of vortex detector 6 Arranged in a direction perpendicular to the paper surface).
- the temperature sensor 8, the heating temperature sensor 9, and the transmission lines 20 and 21 are drawn into the converter case 18.
- the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 and the transmission lines 20 and 21 are drawn into the converter case 18 without being exposed to the outside.
- the temperature sensor 8, the heating temperature sensor 9, the pressure gauge 3, the vortex detector 6, and the amplifier board 19 have functions as a flow rate measurement unit and a flow rate calculation unit.
- a converter cover 2 4 having a switch board 2 2 and a display board 2 3 is attached to the opening of the converter case 1 8 with a packing (not shown) interposed therebetween.
- a transmission cable 2 5 is connected to one side wall of the converter case 1 8.
- the multi-vortex flow meter 1 of the present invention has the function of the vortex flow meter and the thermal flow meter depending on the state of the flow of the fluid to be measured flowing through the flow path 13 of the measurement mounting pipe 2.
- the function can be used properly. In other words, measurement is performed by the function of the thermal flow meter in the minute flow range and the low flow region, and measurement is performed by the function of the vortex flow meter in the high flow region.
- the multi-vortex flow meter 1 of the present invention is designed to wrap the high flow rate measurement in the function of the thermal flow meter and the low flow rate measurement in the function of the vortex flow meter to some extent. Switching is performed by the converter 1 1.
- the heating temperature sensor 9 performs flow measurement based on the temperature detected by the temperature sensor 8. That is, in the flow rate measurement unit and the flow rate calculation unit in the flow rate converter 11, the heating temperature sensor is set so that the temperature difference between the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9 is constant (for example, + 30 ° C.). Heat 9 (flow current), and calculate the mass flow rate from the current value for this heating. The calculated mass flow rate is converted into a predetermined unit and then displayed on the display unit provided on the upper part of the converter cover 24 or transmitted by the transmission cable 25 and displayed on a display device (not shown). Is done.
- the heating temperature sensor 9 is cooled by the fluid to be measured. In order to control the temperature difference with the temperature sensor 8 to be constant, it is necessary to pass a current through the heating temperature sensor 9. At this time, it is known that the current flowing through the heating temperature sensor 9 is proportional to the mass flow rate, and the mass flow rate is calculated using this.
- the fluctuating pressure (alternating pressure) based on the Karman vortex generated by the vortex generator 5 is detected by the pressure receiving plate 15 and the pressure detecting element plate. Then, the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured flowing in the measurement pipe 4 is calculated as the partial flow velocity or flow rate in the measurement mounting pipe 2 from the detection value in the vortex detector 6, and the flow rate in the measurement mounting pipe 2 is calculated. Calculate the flow velocity or flow rate (volume flow rate) of the measurement fluid.
- the calculated flow velocity or flow rate is converted into a predetermined unit and then displayed on the display unit provided on the upper part of the converter cover 24 or transmitted by the transmission cable 25 to a display device (not shown). Is displayed.
- the measured value from the pressure gauge 3 is taken into the flow rate converter 1 1.
- the switch from the thermal flow meter function to the vortex flow meter function, or from the vortex flow meter function to the thermal flow meter function is performed. Yes.
- the vortex differential pressure increases when the pressure in the measurement mounting pipe 2 rises. Therefore, when switching from a thermal flow meter or when switching to a thermal flow meter, The lower limit flow rate, which is a criterion for this, is lowered, and switching is performed based on the lower limit flow rate after this reduction.
- the multi-vortex flowmeter 1 can measure the flow rate of the fluid to be measured with high accuracy from zero or very small flow rates to large flow rates.
- the pressure gauge 3 is integrated with the flow rate converter 11, and the pressure gauge 3 is combined with the temperature sensor 8 and the heating temperature sensor 9. Since wiring with the vortex detector 6 to the flow rate converter 1 1 is possible, the piping and wiring structure can be simplified compared to the case where a pressure gauge is provided separately from the multi-vortex flow meter 1. Also, as can be seen from the state shown in the figure, the transmission line 20 of the pressure gauge 3 is not exposed to the outside, so that it can be a flowmeter that is strong against disturbance and is unlikely to be erroneously detected. Furthermore, by integrating the pressure gauge 3 into the flow rate converter 11, it is easier to set up compared to the case where the pressure gauge is installed separately, and the pressure is measured near the measuring tube 4. In other words, the pressure can be measured at the optimum position.
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Abstract
マルチ渦流量計1は、流路13に設けられて被測定流体を通過させる測定管4と、被測定流体の流れに対向するように測定管4に設けられる渦発生体5と、この渦発生体5により生じるカルマン渦に基づく変化を検出する渦検出器6とを有する渦式検出手段7を備える。また、流路13に突出する感温センサ8及び加熱感温センサ9を有する熱式検出手段10を備える。さらに、流量変換器11を備えて、この流量変換器11に、渦検出器6及び熱式検出手段10と共に配線される配管内圧力測定用の圧力計3を一体に設ける。
Description
圧力計一体形マルチ渦流量計 技術分野
本発明は、 渦流量計の機能と熱式流量計の機能とを兼ね備えて なるマルチ渦流量計に関し、 詳しくは、 圧力計が一体となるマルチ 渦流量計に関する。 背景技術
流管に流れる被測定流体の流量を計測するために、 渦流量計や 熱式流量計が用いられている。
渦流量計は、 周知のように、 流体の流れの中に渦発生体を配設 したとき、 所定のレイノルズ数範囲では、 渦発生体から単位時間内 に発生するカルマン渦の数 (渦周波数) が気体、 液体に関係なく流 量に比例することを利用したもので、 この比例定数はス ト口一ハル 数と呼ばれている。 渦検出器としては、 熱センサ、 歪みセンサ、 光 センサ、 圧力センサ、 超音波センサ等が挙げられ、 これらは渦によ る熱変化、 揚力変化等を検出することが可能なものになっている。 渦流量計は、 被測定流体の物性に影響されずに流量を測定できる簡 易な流量計であって、 気体や流体の流量計測に広く使用されている
(例えば特許第 2 8 6 9 0 5 4号公報参照) 。
熱式流量計は、 感温センサ (流体温度検出センサ) と加熱感温 センサ (加熱側温度センサ) とを備えて構成されており、 温度セン サと加熱センサの機能を有する加熱感温センサ (流速センサ (ヒー 夕) ) の温度が感温センサで計測される温度に対して一定の温度差 になるように制御されている。 これは、 被測定流体を流した時にヒ 一夕から奪われる熱量が質量流量と相関があるからであって、 ヒー 夕に対する加熱電力量から質量流量が算出されるようになつている
(例えば特開 2 0 0 4 - 1 2 2 2 0号公報参照) 。
特開 2 0 0 6— 2 9 9 6 6号公報には、 渦流量計の機能と熱式 流量計の機能とを兼ね備えてなるマルチ渦流量計の技術が開示され ている。 マルチ渦流量計は、 微少流量から大流量まで精度よく計測 することができ、 この点が特に他の流量計よりも優れている。
マルチ渦流量計は、 流管の流路を流れる被測定流体の流れの状 況に応じて渦流量計の機能と熱式流量計の機能とが使い分けられる ようになつている。 すなわち、 微少流量域や低流量域では、 熱式流 量計の機能によって計測がなされ、 高流量域では、 渦流量計の機能 によって計測がなされるようになつている。
渦流量計は、 流量が低くなって渦差圧が小さくなると渦検出器 の感度が不足してしまうことから、 マルチ渦流量計では、 所定の下 限流量で熱式流量計へ機能を切り替えるような制御がなされている
発明の開示
本願発明者は、 流量が低くても流管内の圧力が上昇すると渦差 圧が高くなり、 これによつて流量計の機能を切り替える際の判断基 準となる下限流量を下げることが可能であることを見出し、 この見 出した結果をマルチ渦流量計に反映したいと考えている。 本願発明 者は、 渦流量計の利点を生かすために、 できるだけこの渦流量計の 機能を用いて流量を測定したいと考えている。 このため、 流管内の 圧力変動を把握する圧力計を備えることがマルチ渦流量計には必要 であると本願発明者は考えている。
本発明は、 上述した事情に鑑みてなされたもので、 より良いマ ルチ渦流量計となる圧力計一体形マルチ渦流量計を提供することを 課題とする。
上記課題を解決するためになされた請求項 1記載の本発明の圧 力計一体形マルチ渦流量計は、 流路に設けられて被測定流体を通過
させる測定管と、 前記被測定流体の流れに対向するように前記測定 管に設けられる渦発生体と、 該渦発生体により生じるカルマン渦に 基づく変化を検出する渦検出器とを有する渦式検出手段を備えると ともに、 前記流路に突出する感温センサ及び加熱感温センサを有す る熱式検出手段を備え、 更に流量変換器を備えるマルチ渦流量計に おいて、 前記流量変換器に、 前記渦検出器及び前記熱式検出手段と 共に配線される配管内圧力測定用の圧力計を一体に設けることを特 徴としている。
このような特徴を有する本発明によれば、 圧力計の測定値が流 量変換器に取り込まれることにより、 流量が低くても渦差圧が高い 場合を把握することができるようになり、 切り替えの際の判断基準 となる下限流量を下げることが可能になる。 流量変換器に対して一 体となる圧力計は、 マルチ渦流量計に対して圧力計別置の場合と比 ベると、 配線への外乱影響等を配慮しなくても良い等の利点を有す る。 これにより、 検出精度等を高めることが可能になる。 また、 流 量変換器に対して一体となる圧力計は、 マルチ渦流量計に対して圧 力計別置の場合と比べると、 セッ トアツプが容易になるという利点 や、 最適な位置での圧力の計測が可能になるという利点を有する。 請求項 2記載の本発明の圧力計一体形マルチ渦流量計は、 請求項 1に記載の圧力計一体形マルチ渦流量計において、 前記流路を形成 する測定用取付配管を備え、 該測定用取付配管に前記流路を流れる 前記被測定流体の一部を導入する圧力計測部を形成し、 該圧力計測 部に前記圧力計を収納することを特徴としている。
このような特徴を有する本発明によれば、 圧力計測部が形成さ れてここに圧力計が収納されることから、 カルマン渦に基づく変化 の検出に影響のでない状態での圧力計測が可能になる。
本発明によれば、 従来よりも格段により良くなるマルチ渦流量 計を提供することができるという効果を奏する。 また、 本発明によ れば、 できるだけ渦流量計の機能を用いて流量を測定することがで
きるという効果を奏する 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の圧力計一体形マルチ渦流量計の一実施の形態 を示す正面図である。
図 2は、 図 1の A— A線断面図である。
図 3は、 流量変換器の断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照しながら説明する。 図 1は本発明の圧力計一 体形マルチ渦流量計の一実施の形態を示す正面図である。 また、 図 2は図 1の A— A線断面図、 図 3は流量変換器の断面図である。
図 1及び図 2において、 引用符号 1は本発明のマルチ渦流量計 (圧力計一体形マルチ渦流量計) を示している。 このマルチ渦流量 計 1は、 渦流量計の機能と熱式流量計の機能とを兼ね備えるように 構成されている。 また、 マルチ渦流量計 1は、 後述するが、 切り替 えの際の判断基準となる下限流量を下げることが可能な構造を有す るように構成されている。 マルチ渦流量計 1は、 測定用取付配管 2 、 圧力計 3、 測定管 4、 渦発生体 5、 及び渦検出器 6を有する渦式 検出手段 7と、 感温センサ 8及び加熱感温センサ 9を有する熱式検 出手段 1 0と、 渦式検出手段 7及び熱式検出手段 1 0からの出力信 号に基づいて被測定流体 (図示省略) の流速又は流量を算出する流 量変換器 1 1とを備えて構成されている。 以下、 図 1ないし図 3を 参照しながら各構成について説明する。
測定用取付配管 2は、 流管 1 2の中間に着脱自在に取り付けら れて (流管 1 2の中間に限らず、 端部に取り付けても可) 、 この内 部に流路 1 3を形成する例えば図示のような筒状の構造体として形 成されている。 測定用取付配管 2の両端には、 それそれ継ぎ手が形 成されている。 このような測定用取付配管 2の外部には、 流量変換
器 1 1が適宜手段で固定されている。 測定用取付配管 2に形成され る流路 1 3は、 断面円形状に形成されている。 この流路 1 3には、 被測定流体が矢印方向に流れるようになっている。
流路 1 3の中間には、 測定管 4や、 感温センサ 8及び加熱感温 センサ 9が設けられている。 また、 これら測定管 4等の上流側で且 つ測定管 4の近傍には、 圧力計測部 1 4が形成されている (配置は 一例であるものとする) 。 この圧力計測部 1 4には、 圧力計 3が収 納されるような状態で取り付けられている。 圧力計測部 1 4は、 圧 力計 3を収納する部分と、 流路 1 3を流れる被測定流体の一部を導 入する部分とを有している。 圧力計 3は、 流路 1 3を流れる被測定 流体の圧力を計測するためのものであって、 ここでは公知の圧力計 が用いられている (但し流量変換器 1 1に対応可能なものとする) 。 圧力計 3は、 流量変換器 1 1に対し一体化するように取り付けら れている。 圧力計 3は、 渦検出器 6ゃ感温センサ 8及び加熱感温セ ンサ 9に対して若干上流側に離れた位置で流量変換器 1 1に対し一 体化されている。
測定管 4は、 管断面が四角形状となる筒状に形成されている ( 形状は一例であるものとする) 。 測定管 4は、 被測定流体が流れる 矢印方向に沿って伸びるように形成されている。 測定管 4の被測定 流体が流れる部分には、 渦発生体 5 と、 この渦発生体 5の下流側に 位置する後述の受圧板 1 5 とが設けられている。 測定管 4の外部に は、 感温センサ 8及び加熱感温センサ 9の先端を保持する温度セン サ保持部 1 6が設けられている (本形態では一体であるが、 この限 りでないものとする) 。 測定管 4は、 連結筒部 1 7を介して渦検出 器 6に固定されている。 本形態において、 測定管 4を連結した渦検 出器 6は、 測定用取付配管 2に対して着脱自在となるように取り付 けられている。
渦発生体 5は、 測定管 4の内部に渦を発生させるための部分で あって、 被測定流体の流れに対向するように、 この形状が設定され
ている。 渦発生体 5は、 本形態において、 三角柱形状に形成されて いる (形状は一例であるものとする。 特許文献 1の特許第 2 8 6 9 0 5 4号公報には幾つかの例が開示されている) 。 渦発生体 5は、 測定管 4の被測定流体が流入する側の開口部分に設けられている。 渦発生体 5は、 測定管 4の開口部分中央に位置するように設けられ ている。
ここで、 渦発生体 5により生じる渦について説明する。 渦は、 測定管 4の上記開口部分に流入する被測定流体が渦発生体 5に沿つ て流れる流れによって生じる運動量変化の大きい位置から剥離する もので、 渦発生体 5の断面が本形態のように Ξ角形状の場合は、 三 角形エッジ部が剥離点となる。 渦発生体 5から剥離し流出する渦は 、 カルマンの安定渦条件に従って、 千鳥状に交互に発生し、 一定の 渦間距離及び渦列間距離を保った渦列を形成しながら流出する。 渦 間距離は、 単位時間当たりに発生する渦の数、 すなわち、 渦周波数 と、 所定時間内に、 例えば、 基準タンク等の基準容器に流入した流 体から求めた流量に基づいて算出された単位時間当たりの流速とか ら求めることができる。
温度センサ保持部 1 6は、 測定管 4の下壁から水平方向に、 言 い換えれば測定管 4の両側壁からそれそれ突出するように形成され ている。 温度センサ保持部 1 6は、 特に限定するものではないが、 平面視の形状が≡角形となるように形成されている。 温度センサ保 持部 1 6は、 測定管 4に恰もヒレがあるような形状に形成されてい る。 このような温度センサ保持部 1 6の三角形頂部近傍には、 感温 センサ 8、 加熱感温センサ 9の各先端が真つ直ぐに差し込まれるよ うになつている。
渦検出器 6は、 渦検出のためのセンサであって、 ここでは受圧 センサが用いられている。 渦検出器 6は、 測定管 4内の渦発生体 5 の下流側に配置される受圧板 (センサ受圧板) 1 5と、 渦検出器 6 内部に設けられる圧力検出素子板とを有しており、 渦発生体 5によ
り生じるカルマン渦に基づく変動圧力 (交番圧力) を受圧板 1 5を 介して圧力検出素子板により検出するように構成されている。 渦検 出器 6は、 本形態において、 流量変換器 1 1に対し一体化するよう に取り付けられている。
渦式検出手段 7は、 測定用取付配管 2内を流動する被測定流体 の流速又は流量を求めるために設けられている。 測定用取付配管 2 内を流動する被測定流体の流速又は流量は、 測定管 4内を流れる被 測定流体の流速又は流量を、 測定用取付配管 2の部分流速又は部分 流量として算出することにより求められるようになつている。 これ は、 測定用取付配管 2の管断面の全体ではなく、 この一部について 測定しても流れが均一ならば全体流量を推定することができること に基づくものである。 すなわち、 直管を流れる整流された流体の流 速分布は、 レイノルズ数の関数として与えられるので、 測定用取付 配管 2の中心部から或る距離の位置での流速を測定用取付配管 2内 の平均流速に換算することができるものである。
熱式検出手段 1 0を構成する感温センサ 8及び加熱感温センサ 9は、 共に公知のものが用いられている。 尚ここでは、 具体的な構 成についての説明を省略するものとする。 本形態の感温センサ 8は 、 棒状の温度センサであり、 同じく棒状の加熱感温センサ 9は、 温 度センサと加熱センサの機能を有する流速センサ (ヒー夕) である ものとする。 感温センサ 8及び加熱感温センサ 9は、 本形態におい て、 流量変換器 1 1に対し一体化するように取り付けられている。
感温センサ 8及び加熱感温センサ 9は、 測定用取付配管 2の流 路 1 3に突出しており、 最先端部分が温度センサ保持部 1 6によつ て保持されている。 感温センサ 8及び加熱感温センサ 9の各感温部 分は、 測定管 4の近傍に配置されている。 感温センサ 8及び加熱感 温センサ 9は、 渦検出器 6と共に横一列に並んで配置されている ( 配置は一例であるものとする。 渦検出に影響を来さないように配置 すれば他でもよいものとする) 。 尚、 感温センサ 8及び加熱感温セ
ンサ 9の各感温部分を温度センサ保持部 1 6から更に流路 1 3の中 央に突出させるように長く してもよいものとするのとする (外部か ら測定用取付配管 2に伝わる熱の作用を避けるため) 。
流量変換器 1 1は、 変換器ケース 1 8を有している。 この変換 器ケース 1 8の内部には、 マイクロコンビュ一夕等の構成を有する アンプボ一ド 1 9が設けられている。 アンプボード 1 9には、 圧力 計 3の伝送線 2 0と、 感温センサ 8及び加熱感温センサ 9の各リー ドと、 渦検出器 6の伝送線 2 1とが接続されている (図 3中の感温 センサ 8及び加熱感温センサ 9の配置を便宜上変えて図示している 。 実際には 9 0 ° 回転した位置に配置される。 渦検出器 6の伝送線 2 1 と共に図 3の紙面直角方向に並ぶように配置される) 。
感温センサ 8及び加熱感温センサ 9と伝送線 2 0及び 2 1は、 変換器ケース 1 8の内部に引き込まれている。 感温センサ 8及び加 熱感温センサ 9 と伝送線 2 0及び 2 1は、 外部に露出することなく 変換器ケース 1 8の内部に引き込まれている。 感温センサ 8及び加 熱感温センサ 9と、 圧力計 3と、 渦検出器 6 と、 アンプボード 1 9 は、 流量計測部及び流量演算部としての機能を有している。
変換器ケ一ス 1 8の開口部分には、 スィ ツチボード 2 2やディ スプレイボード 2 3を有する変換器カバ一 2 4がパヅキン (符号省 略) を挟んだ状態で取り付けられている。 変換器ケース 1 8の一側 壁には、 伝送ケ一ブル 2 5が接続されている。
上記構成及び構造において、 本発明のマルチ渦流量計 1は、 測 定用取付配管 2の流路 1 3を流れる被測定流体の流れの状況に応じ て渦流量計の機能と熱式流量計の機能とが使い分けられるようにな つている。 すなわち、 微少流量域や低流量域では、 熱式流量計の機 能によって計測がなされ、 高流量域では、 渦流量計の機能によって 計測がなされるようになつている。 本発明のマルチ渦流量計 1は、 熱式流量計の機能における高流量域計測と、 渦流量計の機能におけ る低流量域計測とがある程度ラップするようになっており、 流量変
換器 1 1で切り換えが行われるようになつている。
先ず、 微少流量域や低流量域を計測する際の作用、 すなわち、 熱式流量計の機能によって計測を行う場合の作用を説明する。 加熱 感温センサ 9は、 感温センサ 8で検出された温度に基づいて流量計 測を行う。 すなわち、 流量変換器 1 1における流量計測部及び流量 演算部では、 感温センサ 8と加熱感温センサ 9との温度差が一定 ( 例えば + 3 0 °C ) になるように、 加熱感温センサ 9を加熱する (電 流を流す) とともに、 この加熱に係る電流値から質量流量を算出す る。 算出された質量流量は、 所定の単位に換算された後に、 変換器 カバ一 2 4の上部に設けられた表示部に表示、 又は伝送ケ一プル 2 5で送信されて図示しない表示装置に表示される。
上記質量流量の算出について補足説明すると、 被測定流体 (図 示省略) を矢印方向に流したときに、 加熱感温センサ 9は被測定流 体によって冷やされる。 感温センサ 8との温度差を一定に制御する ためには、 さらに加熱感温センサ 9に電流を流す必要がある。 この 時、 加熱感温センサ 9に流れる電流は、 質量流量に比例することが 知られており、 これを利用して質量流量が算出される。
次に、 渦流量計の機能によって計測を行う場合の作用を説明す る。 渦発生体 5により生じるカルマン渦に基づく変動圧力 (交番圧 力) を受圧板 1 5及び圧力検出素子板において検出する。 そして、 渦検出器 6における検出値から測定管 4内を流れる被測定流体の流 速又は流量を、 測定用取付配管 2の部分流速又は部分流量として算 出し、 測定用取付配管 2内を流れる被測定流体の流速又は流量 (容 積流量) を算出するする。 算出された流速又は流量は、 所定の単位 に換算された後に、 変換器カバ一 2 4の上部に設けられた表示部に 表示、 又は伝送ケ一ブル 2 5で送信されて図示しない表示装置に表 示される。
流量変換器 1 1において行われる流量計の機能に係る切り換え に関しては、 圧力計 3からの測定値が流量変換器 1 1に取り込まれ
、 この取り込まれた測定値を加味した上で、 熱式流量計の機能から 渦流量計の機能へ、 或いは渦流量計の機能から熱式流量計の機能へ の切り替えが行われるようになつている。 例えば、 流量が低くても 測定用取付配管 2内の圧力が上昇すると渦差圧が高くなることから 、 このことによって熱式流量計からの切り替え際の、 或いは熱式流 量計への切り替え際の判断基準となる下限流量を下げて、 この下げ た後の下限流量に基づいて切り替えが行われるようになつている。
以上、 図 1ないし図 3を参照しながら説明してきたように、 本 発明によれば、 従来よりも格段により良くなるマルチ渦流量計 1を 提供することができる。 マルチ渦流量計 1は、 ゼロや微少流量から 大流量まで精度よく、 被測定流体の流量を計測することができる。
本発明のマルチ渦流量計 1の効果に関し、 更に幾つか列挙する と、 圧力計 3を流量変換器 1 1に一体化するとともに、 この圧力計 3を感温センサ 8及び加熱感温センサ 9や渦検出器 6と一緒に流量 変換器 1 1へ配線することから、 マルチ渦流量計 1に対して圧力計 が別置となる場合と比べて、 配管及び配線構造を簡素化することが できる。 また、 図示の状態からも分かるように圧力計 3の伝送線 2 0を外部に露出させていないことから、 外乱に強く誤検出の起こり 難い流量計にすることができる。 さらに、 圧力計 3を流量変換器 1 1に一体化することにより、 前記の圧力計別置の場合と比べて、 セ ッ トアップを容易にすることや、 測定管 4の近傍で圧力を計測、 言 い換えれば最適な位置で圧力を計測することができる。
なお、 圧力計別置の場合では、 この別置の際の作業において、 動圧に影響を来すような加工を施してしまう恐れがある。 しかしな がら、 本発明では、 予め圧力計 3を測定用取付配管 2に一体化して いることから、 動圧に影響を来すような加工を施すことはないもの となる。
その他、 本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施 可能なことは勿論である。
Claims
1 . 流路に設けられて被測定流体を通過させる測定管と、 前記被測 定流体の流れに対向するように前記測定管に設けられる渦発生体と 、 該渦発生体により生じるカルマン渦に基づく変化を検出する渦検 出器とを有する渦式検出手段を備えるとともに、 前記流路に突出す る感温センサ及び加熱感温センサを有する熱式検出手段を備え、 更 に流量変換器を備えるマルチ渦流量計において、
前記流量変換器に、 前記渦検出器及び前記熱式検出手段と共に配 線される配管内圧力測定用の圧力計を一体に設ける
ことを特徴とする圧力計一体形マルチ渦流量計。
2 . 請求項 1に記載の圧力計一体形マルチ渦流量計において、 前記流路を形成する測定用取付配管を備え、 該測定用取付配管に 前記流路を流れる前記被測定流体の一部を導入する圧力計測部を形 成し、 該圧力計測部に前記圧力計を収納する
ことを特徴とする圧力計一体形マルチ渦流量計。
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