JP4007652B2 - Flowmeter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は流量計、特に気体の流量計測に好適な流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】
推測式流量計の特性は、通常上流部と下流部の配管状態により大きく左右される為、上流部と下流部に整流部としての適当な長さの直管部が必要とされ、直管部の長さは流量計の口径Dの10倍以上に定めている。
【0003】
また、従来の推測式流量計では、流路に設けた単一のセンサーの信号に基づいて流量を計測している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
流量計の流量は(流速×流路断面積)で決まるので、前記従来の技術では、計測部の流路断面積に応じた整流部を上流部と下流部に設置する必要から大容量流量計の小形化に問題があった。
【0005】
また、単一のセンサーを用いた従来の流量計では流量計測範囲がセンサーの特性によって限定されるため、流量計のレンジャビリティの拡大が制限されるという問題点があった。
【0006】
そこで、本発明では従来技術の問題点を解消して、大容量でも小形化できる流量計を提供することを第1の目的とする。
そして、さらにレンジャビリティの拡大を実現することを第2の目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記第1の目的を達成するために、請求項1の発明は、
計測流路(3)は、配管接続部を構成する入口フランジ(1)と出口フランジ(2)の軸線X−Xと直交する軸Y−Yを有する第1の円柱面(4)と軸Y−Yに平行な軸を有する第2の円柱面(5)にはさまれた断面がドーナツ状の流路で、第1の円柱面(4)と第2の円柱面が互いに偏芯して配設されており、
第1の円柱面(4)の直径(Ф 1 )は第2の円柱面(5)の直径(Ф 2 )よりも小さく、かつ、第1の円柱面(4)は第2の円柱面(5)の内側に納まるように偏芯量(B)が決められ、
両円柱面同士の間にはさまれた計測流路(3)のうち、少なくとも隙間の狭い流路部(H 1 部)にセンサーを設置し、このセンサーの信号に基づいて流量を計測する流量計である。
【0008】
請求項2の発明は、前記第1の目的を達成するために、請求項1の流量計において、
計測流路(3)のうち、隙間の広い流路部(H 2 部)にも流量を検出するセンサーを設置したことを特徴とするものである。
【0010】
また、請求項3の発明は、請求項2の発明において、一方のセンサーが熱式フローセンサーで他方のセンサーが超音波センサーであることを特徴とするものである。
【0011】
請求項4の発明は、請求項2の流量計において、
両方のセンサーが熱式フローセンサーであることを特徴とするものである。
請求項5の発明は、請求項2の流量計において、
両方のセンサーが超音波センサーであることを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態を図面の実施例に基づいて説明する。
図1(a)(b)は第1実施例の流量測定原理図で、軸線X−Xを有する入口フランジ1と出口フランジ2が配管接続部を構成している。
【0013】
計測流路3は同図(a)に示すようにフランジ1,2に対して直交して設置され、その流路断面は同図(b)に示すようにドーナツ状に形成されている。この計測流路3は、軸線X−Xと直交する軸Y−Yを有する第1の円柱面4と軸Y−Yに平行な軸を有する第2の円柱面5にはさまれた断面がドーナツ状の流路で、円柱面4と5が互いに偏心して配設されているため、両円柱面同士の隙間は狭い部分から次第に広い部分へと連続的に変化している。
【0014】
同図(b)で、符号H1 は最も狭い隙間を、H2 は最も広い隙間を示している。符号Bは円柱面4と5の偏心量である。なお、4aは第1の円柱面4の軸Y−Yが通る中心を、5aは第2の円柱面5の軸が通る中心を示す。
【0015】
第1の円柱面4の直径Φ1 は第2の円柱面の直径Φ2 よりも小さく、かつ第1の円柱面4は第2の円柱面5の内側に納まるように偏心量Bが決められ、こうして二重構造とした内部に流量計測部を設置し、フローセンサー6,7で流量を検出する。
【0016】
フローセンサー6,7は、いわゆる流量検出センサーで、家庭用ガスメータの小流量域測定に用いられている、白金薄膜抵抗を使用した熱式流速検出素子で、このフローセンサー6,7から得られる質量流量に対応した出力を基に演算処理して体積流量を求める。
【0017】
一般に流路断面が円形断面でない場合の流量計測部の入口と出口の圧力差(圧損)ΔPは、円形断面の直径Dに相当する相当寸法をH、流速をV、管摩擦係数をf、流体の密度をρ、粘度をμ、流量計測部の長さをL、重力換算係数をgとすると、
ΔP=(4fρLV2 )/(2gH)
であらわされる。
【0018】
従って、図1(a)(b)のように、偏心した円柱面4,5で挟まれた隙間H1 ,H2 を有する計測流路3について、隙間H1 ,H2 の両部分で圧力差(圧損)ΔPは同じであるので、隙間H1 ,H2 の部分での流速をそれぞれV1 ,V2 とすると、気体の速度比V1 /V2 は、
V1 /V2 =(H2 /H1 )1/2
となる。
【0019】
H1 とH2 の寸法はH1 =3mm、H2 =27mmに選ぶと、H2 =27mmの広い流路部はH1 =3mmの狭い流路部の3倍の流速となる。
フローセンサーの単体のレンジャビリティと測定流速が1:1000と0.008〜8m/sと仮定した場合、H2 部が24m/s時にH1 部では8m/sの計測可能流速域となり、小流量域をH2 部のフローセンサー7で計測し、大流量域をH1 部のフローセンサー6で計測するようにすれば、流量全体の断面平均流速では約0.008〜24m/s間の1:3000の測定が可能となり、フローセンサー単体性能の3倍のレンジャビリティの流量計測ができる。
【0020】
長さLの流量計測部は、二重構造とした内部に独立して設置され、安定した流れとする。そして、その計測部は流速分布の安定成長に通常必要な10Dの代わりに、10H1 又は10H2 を用いている。
【0021】
実施例では10H1 =10×3=30mm、10H2 =10×27=270mmであるので、L=270mmの計測流路を接続配管部に対して直交させた位置に設置し、上流・下流の流れの悪影響を防いでいる。
【0022】
なお、図1(a)で、8は上流側と下流側の間の隔壁である。
また、10は流速分布を示し、H1 部のV1 に対してH2 部では3倍の3V1 となる。
【0023】
図1(a)(b)の第1実施例では、隙間の狭い流路部(H1部)と隙間の広い流路部(H2部)に流量を検出するセンサー6と7をそれぞれ設置したが、両円柱面4,5同士の間にはさまれた計測流路のうち、少なくとも隙間の狭い流路部のH1部にセンサーを設置し、このセンサーの信号に基づいて流量を計測するようにしても良い。
【0024】
図2(a)(b)は、大流量測定側に超音波センサー9を設けてフローセンサー6の代わりに用いた点だけが第1実施例と異なる。こうすることで、長期安定性にすぐれた超音波センサーを大流量測定値に用いることになり、流量計としての信頼性が良くなる。一般に超音波センサーの測定範囲は0.02〜20m/sと高速側にあるので、フローセンサーとの組み合わせでより効果がある。
【0025】
例えば、フローセンサー7の計測範囲が0.008〜8m/sで、そのレンジャビリティが1:1000、超音波センサー9の計測範囲が0.02〜20m/sでそのレンジャビリティが1:1000とすると、H1 :H2 =1:9、V1 :V2 =1:3であるので、全体としては0.008〜60m/sの1:7500となる。この場合、0.008〜60m/sの60m/sは20m/s×3から得られるものである。
【0026】
図2(a)(b)の実施例では、一方のセンサーに熱式フローセンサーを用い、他のセンサーに超音波センサーを用いたが、両方のセンサーを熱式フローセンサーとすることもできる。
また、両方のセンサーを超音波センサーとすることもできる。
【0027】
【発明の効果】
本発明の流量計は上述のように構成されているので、配管接続部(フランジ)間の寸法(全長)が小さくでき、流量計をその容量の割に小形化できる。
【0028】
また、レンジャビリティの拡大ができる。
そして、請求項3の発明では、各センサーの特長を活かして、より効果的にレンジャビリティを拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の原理図で、(a)は縦断面図、(b)は横断面図である。
【図2】本発明の第2実施例の原理図で、(a)は縦断面図、(b)は横断面図である。
【符号の説明】
1,2 フランジ(配管接続部)
3 計測流路
4,5 円柱面
6,7 フローセンサー
9 超音波センサー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow meter, and more particularly to a flow meter suitable for gas flow measurement.
[0002]
[Prior art]
Since the characteristics of the speculative flow meter are usually greatly affected by the piping conditions of the upstream and downstream parts, a straight pipe part with an appropriate length as a rectifying part is required in the upstream part and the downstream part. Is determined to be at least 10 times the diameter D of the flow meter.
[0003]
Moreover, in the conventional speculative flow meter, the flow rate is measured based on the signal of a single sensor provided in the flow path.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the flow rate of the flow meter is determined by (flow velocity × channel cross-sectional area), the conventional technology requires a large-capacity flow meter because it is necessary to install a rectification unit corresponding to the cross-sectional area of the measurement unit in the upstream and downstream portions. There was a problem with downsizing.
[0005]
In addition, the conventional flow meter using a single sensor has a problem in that the range of flow measurement is limited by the characteristics of the sensor, so that the expansion of the rangeability of the flow meter is limited.
[0006]
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a flow meter that can solve the problems of the prior art and can be downsized even with a large capacity.
A second object is to further expand the rangeability.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the invention of claim 1 provides:
The measurement flow path (3) includes a first cylindrical surface (4) and an axis Y having an axis Y-Y perpendicular to the axis XX of the inlet flange (1) and the outlet flange (2) constituting the pipe connection portion. A cross-section sandwiched between second cylindrical surfaces (5) having an axis parallel to -Y is a donut-shaped channel, and the first cylindrical surface (4) and the second cylindrical surface are eccentric to each other. Arranged,
The diameter (Ф 1 ) of the first cylindrical surface (4) is smaller than the diameter (Ф 2 ) of the second cylindrical surface (5) , and the first cylindrical surface (4) is the second cylindrical surface ( 5) The amount of eccentricity (B) is determined so as to fit inside,
Of measurement flow path sandwiched between the two cylindrical faces (3), the flow rate of at least a gap narrow flow path portion (H 1 parts) sensor installed in, measures the flow rate based on the signal of the sensor It is a total .
[0008]
In order to achieve the first object, the invention of
Of measurement flow path (3), is characterized in that it has installed a sensor for detecting the flow rate in the gap wide flow path portion (H 2 parts).
[0010]
The invention of
[0011]
The invention of
Both sensors are characterized by being thermal flow sensors.
The invention of
Both sensors are ultrasonic sensors.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, preferred embodiments of the present invention will be described based on examples of the drawings.
FIGS. 1A and 1B are flow measurement principle diagrams of the first embodiment, and an inlet flange 1 and an
[0013]
The
[0014]
In FIG. 4B, reference numeral H 1 indicates the narrowest gap, and H 2 indicates the widest gap. Reference B is the amount of eccentricity of the
[0015]
Diameter [Phi 1 of the first
[0016]
The
[0017]
In general, when the flow path cross section is not a circular cross section, the pressure difference (pressure loss) ΔP between the inlet and outlet of the flow rate measuring unit is H corresponding to the diameter D of the circular cross section, V is the flow velocity, f is the pipe friction coefficient, Where ρ is the density, μ is the viscosity, L is the length of the flow rate measuring unit, and g is the gravity conversion coefficient.
ΔP = (4fρLV 2 ) / ( 2 gH)
It is expressed.
[0018]
Accordingly, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), pressure is applied to both the gaps H 1 and H 2 in the
V 1 / V 2 = (H 2 / H 1) 1/2
It becomes.
[0019]
When the dimensions of H 1 and H 2 are selected as H 1 = 3 mm and H 2 = 27 mm, the wide flow path portion with H 2 = 27 mm has a flow velocity three times that of the narrow flow path portion with H 1 = 3 mm.
Single range catcher Stability and measuring the flow rate of the flow sensor 1: 1000 and 0.008~8m / s and assuming, H 2 parts becomes measurable flow rate range of 8m / s at 24m / s at H 1 parts small If the flow rate range is measured by the
[0020]
The flow rate measurement part of length L is installed independently in the inside made into the double structure, and it is set as the stable flow. Then, the measuring unit in place of the normally required 10D for stable growth of the velocity distribution, are used 10H 1 or 10H 2.
[0021]
In the embodiment, since 10H 1 = 10 × 3 = 30 mm, 10H 2 = 10 × 27 = 270 mm, the measurement flow path of L = 270 mm is installed at a position orthogonal to the connecting piping portion, and upstream and downstream Prevents adverse effects of flow.
[0022]
In FIG. 1A,
Further, 10 represents a flow velocity distribution, and 3
[0023]
In the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B,
[0024]
FIGS. 2A and 2B differ from the first embodiment only in that an
[0025]
For example, the measurement range of the
[0026]
In the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B, a thermal flow sensor is used for one sensor and an ultrasonic sensor is used for the other sensor. However, both sensors may be thermal flow sensors.
Also, both sensors can be ultrasonic sensors.
[0027]
【The invention's effect】
Since the flowmeter of the present invention is configured as described above, the dimension (overall length) between the pipe connecting portions (flange) can be reduced, and the flowmeter can be downsized for its capacity.
[0028]
In addition, rangeability can be expanded.
In the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle view of a first embodiment of the present invention, where (a) is a longitudinal sectional view and (b) is a transverse sectional view.
FIG. 2 is a principle view of a second embodiment of the present invention, where (a) is a longitudinal sectional view and (b) is a transverse sectional view.
[Explanation of symbols]
1, 2 Flange (Piping connection)
3
Claims (5)
第1の円柱面(4)の直径(Ф 1 )は第2の円柱面(5)の直径(Ф 2 )よりも小さく、かつ、第1の円柱面(4)は第2の円柱面(5)の内側に納まるように偏芯量(B)が決められ、
両円柱面同士の間にはさまれた計測流路(3)のうち、少なくとも隙間の狭い流路部(H 1 部)にセンサーを設置し、このセンサーの信号に基づいて流量を計測することを特徴とする流量計。 The measurement flow path (3) includes a first cylindrical surface (4) and an axis Y having an axis Y-Y perpendicular to the axis XX of the inlet flange (1) and the outlet flange (2) constituting the pipe connection portion. A cross-section sandwiched between second cylindrical surfaces (5) having an axis parallel to -Y is a donut-shaped channel, and the first cylindrical surface (4) and the second cylindrical surface are eccentric to each other. Arranged,
The diameter (Ф 1 ) of the first cylindrical surface (4) is smaller than the diameter (Ф 2 ) of the second cylindrical surface (5) , and the first cylindrical surface (4) is the second cylindrical surface ( 5) The amount of eccentricity (B) is determined so as to fit inside,
Of measurement flow path sandwiched between the two cylindrical faces (3), that at least the gap narrow flow path portion (H 1 parts) sensor installed in, measures the flow rate based on the signal of the sensor A flow meter characterized by
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