JP4135432B2

JP4135432B2 - 流量計測装置

Info

Publication number: JP4135432B2
Application number: JP2002229726A
Authority: JP
Inventors: 善紀乾; 行夫長岡; 肇宮田; 茂岩永; 康裕梅景
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: JP2004069519A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置を、図５に基づいて説明する。図において、流体通路１の一部に超音波式のような流量検出手段２を備えて流量を計測する。流れに周期的な変動がある場合には、計測のタイミングによって流量測定値にバラツキが生じる。例えば家庭用ガス消費量を計量するガスメータでは、近くでガスエンジンが運転されると圧力変動が発生する。このため圧力変動を緩衝するため弁体３を有する脈動吸収装置４を設け脈動レベルを低減することが行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の流量計測装置では、脈動吸収装置４によって生じる流れの乱れや流速分布の偏りが流量計測の精度を悪化させる欠点があった。また弁体が開いた時の隙間による透過は面積Ｓの隔壁にその弁体の面積の１／ｎの隙間があるとすると透過損失ＴＬは、
ＴＬ≒１０１ｏｇｎ
たとえば、隙間が１／１０００あるときには透過損失は３０ｄｂ以上にはならない。
【０００４】
またガスエンジンが運転された時の流体通路の空洞共振現象に対して通常問題になるのは５０ＨＺ〜１５０ＨＺの周波数であるが、空洞共振に対し流体通路形状を変更し、その共振周波数を変更したり、腹になる位置を移動させようということはまず困難である。
【０００５】
本発明はかかる従来の課題に鑑み、弁体等の可動部を有せず圧力変動耐性を向上する流量計測装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、入口通路と出口通路に直交して配置された流体通路と、前記流体通路内に配置され通路の流量を検出する流量検出手段と、前記流体通路の上流側に、入口通路断面と同等以上の断面積を有し、入口からの流体の導入方向の延長線上で、前記流体通路と交差し前記流体通路の高さの１〜5倍の深さを有する凹部とを備え、前記流体通路の一端に設けた凹部に吸音部材を設けたものである。
【０００７】
上記発明によって圧力変動を抑制するとともに、脈動を吸収し正確な流量を求める。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、入口通路と出口通路に直交して配置された流体通路と、前記流体通路内に配置され通路の流量を検出する流量検出手段と、前記流体通路の上流側に、入口通路断面と同等以上の断面積を有し、入口からの流体の導入方向の延長線上で、前記流体通路と交差し前記流体通路の高さの１〜 5 倍の深さを有する凹部とを備え、前記流体通路の一端に設けた凹部に吸音部材を設けたもので、脈動がある場合にはその脈動を吸収し、流れの乱れを発生させず流量を正確に計測する。吸音部材表面は楔状の凹凸を有し、さらに吸音性を高める。
【０００９】
また、吸音部材として微細セル構造を有する多孔質発泡体を備えたもので、この多孔質部材によって脈動を吸収し流量計測を安定化させるものである。
【００１０】
また、吸音部材としてバルク状部材を備えたもので、この繊維状部材の密度を小さくすることによって脈動を吸収し流量計測を安定化させるものである。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の流量計測装置を示した構成図である。図１において、流体通路５に流量検出手段６を設け通路の流量を検出する。流量検出手段６は流れの上流側と下流側に超音波送受信器６ａと６ｂをそれぞれ配置し、上流から下流への超音波の伝搬時間と、下流から上流への超音波伝搬時間の時間差から流量を算出するもので、詳細は後述する。流量検出手段６の上流５ａには流体通路の高さの１〜５倍の深さを有する凹部７ａが設けられている。凹部７ａには吸収部材７ｂが設けられ圧力変動吸収部７を構成している。吸収部材７ｂは、前記凹部７ａに吸収部材７ｂの弾性を利用して圧入、固着される。吸収部材７ｂの上端面は、流体通路下端より流体通路高さｈの１／５〜１低く設けてあり曲がり部を通過する際の圧力損失を低減している。吸収部材７ｂにより圧力変動抑制効果がさらに大きくなる。圧力変動が発生した場合流れは瞬間的に凹部７ａに流れ込む迂回流を起こすが前記吸収部材７ｂにより凹部７ａに流れ込む迂回流を抑制し効果的に圧力変動を吸収することができる。
【００１３】
次に動作について述べる。図１において圧力変動吸収部７は流量検出手段６の上流側に設けられており、入口からの流体の流れの延長線上でかつ計測流路に交差するように構成されている。入口から出口に順方向に流体が流れると小流量の場合には、前記凹部７ａに回り込む流れは無くほぼ最短の流線を描く。凹部７ａは流体通路の高さの１〜５倍の深さとしている。１倍以下では圧力変動を吸収する効果が小さく５倍以上にしても効果の増加が認められない。流れがないときには圧力脈動は凹部７ａによって吸収されるため、圧力は大きく増加しない。圧力変動によって出口から入口に逆方向の流れが発生すると、凹部７ａで圧力上昇を緩和する。
【００１４】
すなわち流体通路５に流れがない場合や小流量の場合には、圧力変動によって発生する逆流を緩和し、また順方向の流れも圧力変動吸収部７によって抑制され、脈動的な流れは低減され、流量検出手段６の値も大きく変動せず、平均流量を算出できる。また、流体通路５に大流量が流れ、このとき圧力変動が発生すると圧力変動を抑制する効果が小さいので流量誤差を発生するが、平均流量が大きく流れており、相対的に誤差の比率は小さいので問題にならない。
【００１５】
圧力変動吸収部７を流量検出手段６より上流側に設けると、この部分で圧力変動が抑制されるので、流量検出手段６には脈動の影響がよりいっそう小さくなる。
【００１６】
一方上流に圧力変動吸収部７が設けられることによって流れが変化し流量精度を悪化させることが考えられる。しかし、流体は前記凹部７ａに回り込むわけではなく平均して流れるので、流量検出手段６への影響は極めて小さい。
【００１７】
図２は超音波による流量検出手段の詳細を示したものである。図２において、第１送受信器６ａと送受信する第２送受信器６ｂが流れ方向に配置されている。８は超音波に基づく信号を処理し演算する流量演算手段で、９は送信回路で、トリガ手段１０によって第１送受信器６ａを駆動し、第２送受信器６ｂに向け、すなわち上流から下流に超音波を送信する。増幅回路１１は第２送受信器６ｂで受信した信号を増幅し、この増幅された信号は基準信号と比較回路１２で比較され、基準信号以上の信号が検出された後、繰り返し手段１３で再度トリガ手段１０から送信が行われ、上記の送受信を所定の回数を繰り返した後の時間をタイマカウンタのような計時手段１４で求める。
【００１８】
次に切換手段１５で第１送受信器６ａと第２送受信器６ｂの送受信を切り換えて、第２送受信器６ｂから第１送受信器６ａすなわち下流から上流に向かって超音波信号を送信し、この送信を前述のように繰り返し、その時間を計時する。
【００１９】
そして、その時間差から管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段８で流量値を求める。
【００２０】
（実施例２）
図３は本発明の実施例を示す構成図で、流体通路５に設けられた流量検出手段６の上流側に凹部７ａと吸収部材７ｂからなる圧力変動吸収部７および下流側に凹部１６ａと吸収部材１６ｂからなる圧力変動吸収部１６が設けられている。
【００２１】
次に動作について述べる。流れがないときには出口側から脈動が加わった場合、圧力変動吸収部１６はその脈動を吸収し圧力は大きく増加しない。圧力変動によって局部的な逆方向の流れが発生しても、圧力変動吸収部１６によって流れが減少される。圧力変動吸収部１６は流量検出手段６の下流側にあるので、この部分で多少流れが乱れても流量検出に悪影響を及ぼすことがない。
【００２２】
（実施例３）
図３において吸収部材７ｂ、１６ｂは多孔質発泡体を設けたもので、小流量時にはこの多孔質が圧力変動を吸収するため流れは極めて安定である。また多孔質発泡体を多層にし流体に接する側７ｄ、１６ｄの表面の密度を小さくすることにより吸収応答性が高く流量検出精度が高くなる。流体に接する表面の層７ｄ、１６ｄは、音響インピーダンスが気体に近く密度が小さい方が好ましい。
【００２３】
（実施例４）
図３において吸収部材７ｂ、１６ｂは微細なセル構造を有する多孔質発泡体を設けたもので、セルの大きさは超音波の波長の１／４〜１が好ましい。
【００２４】
（実施例５）
図４において吸音材はバルク状部材１７ｂ、１８ｂとしたもので、小流量時にはこのバルク状部材の空隙が圧力変動を吸収するため流れが安定する。またバルク状部材は中心が中空になったミクロチューブ状の中空繊維にし密度を小さくすることにより吸収応答性が高くなる。特に流体に接する側の表面は、音響インピーダンスが気体に近く密度が小さくなるよう繊維の密度が小さい方が好ましい。
【００２５】
（実施例６）
図１において吸収部材７ｂの端面に楔状の凹凸を複数形成している。吸収部材７ｂは、楔状の凹部において吸収、反射を繰り返すことにより減衰しさらに圧力変動が抑制される。
【００２６】
以上の説明から明らかなようにこれまで説明した各実施例によれば、次の効果が得られる。
【００２７】
（１）実施例の流量測定装置によれば、流体通路５と、前記流体通路５の流量を
検出する流量検出手段６と、前記流体通路５の上流側に圧力変動を抑制する凹部７ａとを備えたので、脈動がある場合にはその脈動を吸収し、脈動がない場合にも流れの乱れを発生させず流量を正確に計測できる。
【００２８】
さらに前記凹部７ａに設けた吸音部材７ｂにより圧力変動を吸収するので、脈動がなく流れの安定性をより一層高めることができる。
【００２９】
（２）さらに、流体通路５と、前記流体通路５の流量を検出する流量検出手段６と、前記流体通路５の上流側および下流側に、圧力変動を抑制するとともに吸音部材７ｂ，１６ｂを収容する凹部７ａ，１６ａとを備えたので逆方向の流れを抑制するとともに順方向には、圧力変動を抑制する下流側凹部１６ａでの流れの乱れによる流量計測精度への影響が少なく、高精度に計測できる。さらに上流側と下流側を対称形状にすることにより圧力変動の影響が相殺され流量計測精度への影響をさらに少なくすることができる。
【００３０】
（３）また、吸音部材７ｂ，１６ｂは多孔質発泡体としたので脈動がなく流れの安定性を高めることができ計測精度が高い。
【００３１】
（４）吸音部材７ｂ，１６ｂは微細セル構造を有する多孔質発泡体としたのでさらに圧力変動吸収が高まり脈動がなく流れの安定性を高めることができ計測精度が高い。
【００３２】
（５）吸音部材７ｂ，１６ｂをバルク状部材により構成したので、繊維の密度を小さくでき、低流量時にも圧力変動による流れの乱れが小さく、高精度に計測できる。
【００３３】
（６）また該吸音部材７ｂの表面には楔状突起を有し、楔状突起間で吸収、反射を繰り返すため吸音率が大きくなり脈動がなく流れの安定性をより一層高めることができ計測精度が高い。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、精度よく流量測定ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１、実施例６の流量計測装置の構成図
【図２】同装置における流量計測手段のブロック図
【図３】本発明の実施例２の流体通路の上流側および下流側に設けた凹部と吸収部材、実施例３、４の微細セル構造を有する多孔質発泡体を示す構成図
【図４】本発明の実施例５のバルク状部材の構成図
【図５】従来の脈動吸収装置の構成図
【符号の説明】
５流体通路
６流量検出手段
７変動圧力吸収部
７ａ凹部
７ｂ吸収部材

Claims

入口通路と出口通路に直交して配置された流体通路と、前記流体通路内に配置され通路の流量を検出する流量検出手段と、前記流体通路の上流側に、入口通路断面と同等以上の断面積を有し、入口からの流体の導入方向の延長線上で、前記流体通路と交差し前記流体通路の高さの１〜５倍の深さを有する凹部とを備え、前記流体通路の一端に設けた凹部に吸音部材を設けた流量計測装置。
吸音部材は多孔質発泡体とした請求項１記載の流量計測装置。
吸音部材は微細セル構造を有する多孔質発泡体とした請求項２記載の流量計測装置。
吸音部材はバルク状部材により構成した請求項１記載の流量計測装置。
吸音部材の流体と接する側に楔状突起を備えた請求項１〜３のいずれか１項記載の流量計測装置。