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JP4280396B2 - Fluidic type flow rate detecting element and composite type flow meter using the same - Google Patents
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JP4280396B2 - Fluidic type flow rate detecting element and composite type flow meter using the same - Google Patents

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JP4280396B2 JP2000187394A JP2000187394A JP4280396B2 JP 4280396 B2 JP4280396 B2 JP 4280396B2 JP 2000187394 A JP2000187394 A JP 2000187394A JP 2000187394 A JP2000187394 A JP 2000187394A JP 4280396 B2 JP4280396 B2 JP 4280396B2
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Elemex Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス等の流体の流量検出に用いられるフルイディック型流量検出素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、フルイディック型流量検出素子を用いた流量計としては、種々のものが考え出されている。一例として、特開平8-210886記載のフルイディック型流量検出素子が用いられた流量計を図8に示す。
【0003】
フルイディック型流量検出素子1は、流体流入口2と流体流出口3とを結ぶ経路上に、上流側から順にセットリングスペース4、ノズル5、流路拡大部6が配設されて形成されている。流路拡大部6内には、ノズル5の中心線の延長線上に位置させて誘振子7が設けられ、誘振子7と流体流出口3との間に、誘振子7を囲むような形状のエンドブロック8が設けられている。
【0004】
流体流入口2から流体流出口3までの流路幅は、流体流入口2からセットリングスペース4までで拡大され、セットリングスペース4からノズル5までで縮小され、ノズル5から流路拡大部6までで拡大され、流路拡大部6から流体流出口3までで縮小される。流体流入口2から流体流出口3までの流路において、流体流入口2の幅と流体流出口3の幅とは、略同じであり、ノズル5で最も幅が狭くなる。
【0005】
誘振子7は、円柱体に、この円柱体の軸方向に直交する平面で円弧を描くように湾曲した凹面9を形成した形状とされている。凹面9は、ノズル5の噴出口10に対向している。
【0006】
流体流入口2から流入する流体は、セットリングスペース4で二次元的な流れに整流され、ノズル5を通って、流路拡大部6内へ噴出される。ノズル5から噴出される整流された流体の流れである噴流は、誘振子7に当たることにより、誘振子7を挟む二方向に分かれるが、ある流量を超えると、誘振子7の背後にできる渦の不安定性によって、前述の誘振子7を挟む二方向のどちらかへ偏って流れる。そのため、エンドブロック8にぶつかった流れは、エンドブロック8の前面形状および流路拡大部6の側壁11の形状に沿って形成される帰還流路を流れる帰還流としてノズル5の噴出口10に達し、噴流に略直行する方向からぶつかる。帰還流は、噴流にぶつかることによって、噴流の方向を最初の偏り方向の逆の方向へ偏らせる。
【0007】
このような噴流の偏り方向の変化は、規則的に繰り返され(フルイディック振動)、交番圧力波を生じる。交番圧力波の振動数すなわち単位時間あたりに噴流の偏り方向が変化する回数は、流量の増加に対して直線的に増加する。すなわち、流量と振動数との間には直線的な関係(線形性)がある。
【0008】
そして、ノズル5の噴出口10の近傍に設けられた一対の圧力検出孔12に生じる圧力変化を圧力検出機構により検出し、その変化の周期から、噴流の偏り方向の変化の振動数が求められ、この振動数に基づいて流量を算出する。
【0009】
現在、フルイディック型流量検出素子は、低流量領域の流量測定に向かないため、熱式流量検出素子と組み合わせられて、複合型の流量計とされることが多い。複合型流量計では、流量が低流量領域にあるときは熱式流量検出素子の出力を参照して、流量が高流量領域にあるときはフルイディック型流量検出素子の出力を参照する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
フルイディック型流量検出素子には、最低振動検出流量(フルイディック振動が開始する流量)が低く、流量範囲が広い、というダイナミックレンジが望まれている。
【0011】
もし、流量0からフルイディック型流量検出素子により流量測定することができれば、フルイディック型流量検出素子のみによる流量計が実現できる。
【0012】
また、現状の複合型流量計では、例えば、フルスケール4000L/Hの場合、200L/H以上を高流量領域としてフルイディック型流量検出素子で測定し、それ以外の0〜200L/Hを低流量領域として熱式流量検出素子で測定するように設計されている。つまり、熱式流量検出素子が受け持つ範囲が広く、低流量領域の精度が低くなりがちになっている。このため、熱式流量検出素子の性能に厳しい仕様が要求され、複雑な信号処理や流量補正演算が必要となっている。
【0013】
したがって、フルイディック型流量検出素子の最低振動検出流量が0にまでならなかったとしても、最低振動検出流量を現状よりも100L/H程度低減できて80〜90L/Hになるだけでも、熱式流量検出素子の受け持ち範囲を狭めることができるので、信号処理のし易さ信頼性や製造コストに与える影響は大きい。
【0014】
本発明は、フルイディック型流量検出素子の最低振動検出流量を低くすることを目的とする。
【0015】
本発明は、低い流量も検出可能なフルイディック型流量検出素子を得ることを目的とする。
【0016】
本発明は、フルスケールを高流量領域と低流量領域とに分けて高流量領域の測定にフルイディック型流量検出素子を用いる複合型流量計における高流量領域と低流量領域との切り替わり近傍の測定精度を向上させることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、流体を噴出するノズルの下流側に配設されてこのノズルに対向する凹面を有する誘振子と、前記ノズルから噴出された流体の一部を前記誘振子の下流側で反転させて帰還流体とする壁面とを備え、前記ノズルから噴出される流体と前記帰還流体とによるコアンダ効果によりフルイディック振動を発生させるフルイディック型流量検出素子であって、前記誘振は、前記凹面の両側部が丸みを帯びるように形成され且つ前記ノズルの幅の中心線上に軸心を有する直径Dの円柱体に前記凹面が設けられたものであり、この誘振子を前記軸心に直交する平面における断面で見たとき、前記凹面は、前記ノズルの幅の中心線上に曲率中心を有し前記軸心に接する扇形に形成されたものであり、この凹面の前記両側部は、前記誘振子の輪郭に内接する半径Rの内接円に沿った形状に形成されたものであり、前記円柱体の直径Dと前記内接円の半径Rとの関係が、R≦D/60という条件を満たすことを特徴とするものである。
【0018】
これにより、最低振動検出流量を低くするとともに、再現性よく、更に低い最低振動検出流量のフルイディック型流量検出素子を得ることができる。
【0025】
請求項に記載の発明は、請求項1に記載のフルイディック型流量検出素子であって、前記誘振子は、テーパ角度が3°未満の錐状であることを特徴とするものである。
【0026】
ここで、テーパ角度は、一つの軸断面における円錐の二つの母線の間の角度を言う。上記の範囲であれば、樹脂成形など、抜き勾配(テーパー)がある工法で製造しても、流量測定の精度を損なわない。
【0027】
請求項に記載の発明は、フルスケールを高流量領域と低流量領域とに分けて検出する複合型流量計であって、前記高流量領域については請求項1又は2に記載のフルイディック型流量検出素子の出力により検出し、前記低流量領域については他の方式で流量検出を行う流量検出手段で検出することを特徴とするものである。
【0028】
これにより、低流量領域を狭くすることができる。
【0029】
請求項に記載の発明は、請求項に記載の複合型流量計であって、前記低流量領域の流量検出には、発熱抵抗とこの発熱抵抗を挟んで配設される一対の測温素子と前記測温素子の一方から前記発熱抵抗を経て前記測温素子の他方へと抜ける流路とを備える熱式流量検出素子を用いることを特徴とするものである。
【0030】
したがって、フルイディック型流量検出素子と熱式流量検出素子との測定範囲のオーバーラップが大きくなり、高流量領域と低流量領域との切り替わり近傍の流量補正がし易くなる。
【0031】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図1〜図7を用いて説明する。まず、図1の平面図を用いて、フルイディック型流量検出素子21と熱式流量検出素子であるフローセンサ22とを備える複合型流量計の構造を説明する。
【0032】
フルイディック型流量検出素子21は、流体流入口23と流体流出口24とを結ぶ経路上に、上流側から順に、第一〜第三整流網25〜27、整流器28、流路縮小区間29、ノズル30、流路拡大部31が配設されて形成されている。フローセンサ22は、流路縮小区間29におけるノズル30の直前に配設されている。
【0033】
流路拡大部31内には、ノズル30の中心線の延長線上に位置させて誘振子32が設けられ、誘振子32と流体流出口24との間に、誘振子32を囲むような形状のエンドブロック33が設けられている。誘振子32には、ノズル30の噴出口34に対向する凹面35が形成されている。
【0034】
フローセンサ22とノズル30とは、同一線上に配設されている。フローセンサ22は壁面に配置する必要があるので、流路は円管にはされておらず、流路の断面形状は概ね矩形で形成されている。
【0035】
流体流入口23から流入する流体は、まず第一整流網25によって緩衝され、第一整流網25と第二整流網26との間隙でミキシングされることにより、周期的な変動が緩和される。そしてこの流体は、第二整流網26および第三整流網27によってほぼ均一な流速分布にされた後、格子状の整流器28によって2次元流にされ、非圧縮性の定常的で一様な流れができる。
【0036】
ここで、この流れは、流路縮小区間29が直線的に絞られていることにより、極めて二次元的な性質を持った流れとなって、フローセンサ22によっては、安定したの出力信号が得られる。
【0037】
噴出口34付近では、噴流の両側は、一様な圧力を持った静止流体で占められているため、噴流の自由流線は、始めは角度を持っているが最終的には平行になる。自由流線上では圧力が一定であるので、流速もまた一定になる。この位置に誘振子32を配置することによって、フルイディック振動が得られる。
【0038】
本発明の発明者は、設計パラメーターを設定して、フルイディック振動が開始する流量と、この流量とフルイディック振動の振動数との関係の直線性に関して実験し、検討したところ、誘振子32の形状が重要な制御因子であることをつきとめた。
【0039】
すなわち、流体が一定巾のノズル30から誘振子32に向けて噴出された場合、周囲の流体よりも高速の流れとなるノズル30から噴出される「噴流」と、流れの中に置かれた誘振子32の下流側で見られる低速の流れである「後流」との関係が重要であって、2次元流れの場で考えると、誘振子32の形状がフルイディック振動特性に極めて重要な役割を果たしている、ということである。
【0040】
より詳細に説明する。「噴流」は、半無限の空間に噴出するのではなく、流路拡大部31内という誘振子32や壁面36などの障害物がある空間に噴出するので、「噴流」がノズル30から出た時の初速の方向を維持できなくなる。このため、2次元噴流は不安定になり、この不安定性によってフルイディック振動が始まるきっかけが生まれると考えられる。
【0041】
一方、流れの中に配置した誘振子32の下流には、カルマン渦が生成し、この渦列は蛇行する流れとなる。したがって、「後流」は振動流となり、安定ではあり得なくなると考えられる。
【0042】
このように、「噴流」も「後流」も誘振子32の形状や壁面36によって影響を受けて不安定になるので、「噴流」と「後流」とを有効に制御できるように誘振子32の形状を選定すれば、上記課題が改善されたフルイディック型流量検出素子21が得られることになる。
【0043】
実験からは、図2に示すように、誘振子32の凹面35を、円柱の軸中心に接しこの軸中心とノズル30の幅の中心線とを結んだ線上に中心点を持った円弧状にすることで、噴流が誘振子32に衝突する際の2次元噴流を制御できることと、誘振子32の両側部32aを、誘振子32の輪郭に内接する内接円によって丸めることで、後流を制御できることとがわかった。
【0044】
図3では、誘振子32の直径をDとしたとき、曲率半径r=0.35D、0.5D、Dの凹面35を描いている。誘振子32は、凹面35の曲率半径rが大きくなるにつれて半月型に近づいていき、曲率半径rが小さくなるにつれて円柱に近づいていく。
【0045】
r/Dの許容される範囲を実験的に検討したところ、r/D=0.35〜2.5好ましくはr/D=0.5が良いことがわかっている。
【0046】
また、別の実験によれば、誘振子32は垂直な柱状である必要はなく、テーパ角度が3°未満の錐状であれば、フルイディック振動性能に悪影響を及ぼさないことがわかっている。テーパ角度は、一つの軸断面における円錐の二つの母線の間の角度を言う。つまり、誘振子32が錐状であると仮定し、誘振子32の軸心を含む平面で誘振子32の断面をとったとき、この断面における誘振子32の二本の母線の間の角度が3°未満であれば、誘振子32が柱状でなくても、フルイディック振動性能に悪影響を及ぼさない。誘振子32が上記の範囲を満たすのであれば、樹脂成形など、抜き勾配(テーパー)がある工法で製造しても、流量測定の精度を損なわない。
【0047】
図4は、実験に使った誘振子32の代表的な断面の形状である。D=6(mm)とし、凹面35の曲率半径r=0.5Dとした。そして、この図4の誘振子32の両側部32aを、図5に示すように、半径R=0.2、0.5、0.8(mm)の3種類の円で丸めて、それらの場合のそれぞれについて実験を行った。
【0048】
図6は、図5の各誘振子32を用いた複合型流量計のフルイディック振動数から求めた流量に対する4号ガスメーターの器差を示すグラフである。流体には可燃性ガスを用いた。図中、2点差線で表示してある領域は、計量法で定められた各流量に対する器差である。200〜400L/Hの流量の器差は、±3%以内、400〜4000L/Hの器差は、±1.5%以内と定められている。
【0049】
この実験結果からは、R0.2、R0.5では問題にならないが、R0.8では規定の器差を満足しないことがわかった。また、R0.8としたときには1000L/H以下の比較的低流量の場合と、3000L/H以上の比較的大流量の場合との両方で、器差を満足しないことがわかった。この実験では、誘振子32の両側部32aのRが大きくなるにつれて、振動抜けが頻繁になることが判明した。この振動抜けの現象は、誘振子32の直径D=6(mm)時には、R0.5以下で殆ど起こらず、最低振動検出流量がもっとも小さく、かつ安定しているのは、R0.2以下であった。
【0050】
図7は、誘振子32の直径Dと両側部32aの曲率半径との比R/Dと、最低振動検出流量(L/H)との関係を示している。この実験の結果によれば、最低振動検出流量150L/Hを満足する比R/Dは1/12であり、1/60であれば100L/Hを満足する。
【0051】
【発明の効果】
請求項1記載の発明では、誘振子の凹面の両側部は丸みを帯びるように形成され、誘振子は、ノズルの幅の中心線上に軸心を有する直径Dの円柱体に凹面を設けた形状であって、この誘振子を軸心に直交する平面における断面で見たとき、凹面は、ノズルの幅の中心線上に曲率中心を有し軸心に接する扇形に形成されていて、この凹面の両側部は、誘振子の輪郭に内接する半径Rの内接円に沿った形状に形成されているので、最低振動検出流量を低くすることができる。しかも、円柱体の直径Dと内接円の半径Rとの関係が、R≦D/60であるので、再現性よく、更に低い最低振動検出流量のフルイディック型流量検出素子を得ることができる。
【0055】
請求項に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、誘振子は、テーパ角度が3°未満の錐状であるので、樹脂成形など、抜き勾配(テーパー)がある工法で製造可能であるので、流量測定の精度を損なわずに製造コストを抑えることができる。
【0056】
請求項に記載の発明では、高流量領域については請求項1又は2に記載のフルイディック型流量検出素子の出力により検出し、低流量領域については他の方式で流量検出を行う流量検出手段で検出するので、低流量領域を狭くすることができるので、低流量領域の測定を受け持つ流量検出手段の測定精度を高くすることができる。
【0057】
請求項記載の発明では、請求項に記載の発明において、低流量領域の流量検出には、発熱抵抗とこの発熱抵抗を挟んで配設される一対の測温素子と測温素子の一方から発熱抵抗を経て測温素子の他方へと抜ける流路とを備える熱式流量検出素子を用いるので、フルイディック型流量検出素子と熱式流量検出素子との測定範囲のオーバーラップが大きくなり、高流量領域と低流量領域との切り替わり近傍の流量補正がし易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態におけるフルイディック型流量検出素子の構造を概略的に示す平面図である。
【図2】誘振子の平面図である。
【図3】誘振子に形成された凹面の形状を示す平面図である。
【図4】両側端の形状を変化させる実験に用いられた誘振子の凹面の形状を示す平面図である。
【図5】両側端の形状を変化させる手法を示した誘振子の平面図である。
【図6】両側端の形状が異なる誘振子を備えたフルイディック型流量検出素子の各流量における器差を示すグラフである。
【図7】両側端の形状と最低振動検出流量との関係を示すグラフである。
【図8】従来のフルイディック型流量検出素子が用いられた流量計の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
21 フルイディック型流量検出素子
22 熱式流量検出素子
30 ノズル
32 誘振子
32a 両端部
35 凹面
36 壁面
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluidic type flow rate detecting element used for detecting a flow rate of a fluid such as a gas.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of flowmeters using fluidic type flow rate detection elements have been devised. As an example, FIG. 8 shows a flow meter using a fluidic type flow rate detecting element described in JP-A-8-210886.
[0003]
The fluidic flow rate detecting element 1 is formed by arranging a settling space 4, a nozzle 5, and a flow path expanding portion 6 in order from the upstream side on a path connecting the fluid inlet 2 and the fluid outlet 3. Yes. In the flow path expanding portion 6, an attractor 7 is provided on an extension of the center line of the nozzle 5, and the shape of the attractor 7 is formed between the attractor 7 and the fluid outlet 3. An end block 8 is provided.
[0004]
The flow path width from the fluid inlet 2 to the fluid outlet 3 is expanded from the fluid inlet 2 to the settling space 4, is reduced from the settling space 4 to the nozzle 5, and the nozzle 5 to the flow path expanding portion 6. And is reduced from the flow path expanding portion 6 to the fluid outlet 3. In the flow path from the fluid inlet 2 to the fluid outlet 3, the width of the fluid inlet 2 and the width of the fluid outlet 3 are substantially the same, and the width is narrowest at the nozzle 5.
[0005]
The attracting element 7 has a shape in which a concave surface 9 curved so as to draw an arc on a plane perpendicular to the axial direction of the cylindrical body is formed on the cylindrical body. The concave surface 9 faces the ejection port 10 of the nozzle 5.
[0006]
The fluid flowing in from the fluid inlet 2 is rectified into a two-dimensional flow in the settling space 4, and is ejected through the nozzle 5 into the flow path expanding portion 6. The jet flow, which is the flow of rectified fluid ejected from the nozzle 5, is divided into two directions sandwiching the attracting element 7 by hitting the attracting element 7, but when a certain flow rate is exceeded, a vortex formed behind the attracting element 7 Due to the instability, the current flows in one of the two directions sandwiching the above-described attractor 7. Therefore, the flow that hits the end block 8 reaches the jet port 10 of the nozzle 5 as a return flow that flows through the return flow path formed along the front surface shape of the end block 8 and the shape of the side wall 11 of the flow path expanding portion 6. It hits from the direction that goes almost straight to the jet. The return flow strikes the jet and biases the direction of the jet in a direction opposite to the initial bias direction.
[0007]
Such a change in the direction of deviation of the jet is regularly repeated (fluidic vibration), and an alternating pressure wave is generated. The frequency of the alternating pressure wave, that is, the number of changes in the jet bias direction per unit time increases linearly with increasing flow rate. That is, there is a linear relationship (linearity) between the flow rate and the frequency.
[0008]
Then, a pressure change generated in a pair of pressure detection holes 12 provided in the vicinity of the nozzle 10 of the nozzle 5 is detected by a pressure detection mechanism, and the frequency of the change in the jet bias direction is obtained from the period of the change. The flow rate is calculated based on this frequency.
[0009]
Currently, fluidic type flow rate detection elements are not suitable for flow rate measurement in a low flow rate region, and are therefore often combined with thermal flow rate detection elements to form a composite type flow meter. In the combined flow meter, the output of the thermal flow rate detection element is referred to when the flow rate is in the low flow rate region, and the output of the fluidic flow rate detection element is referred to when the flow rate is in the high flow rate region.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The fluidic flow rate detecting element is desired to have a dynamic range in which the minimum vibration detection flow rate (the flow rate at which fluidic vibration starts) is low and the flow rate range is wide.
[0011]
If the flow rate can be measured with a fluidic type flow rate detecting element from a flow rate of 0, a flow meter using only the fluidic type flow rate detecting element can be realized.
[0012]
Moreover, in the present combined flow meter, for example, in the case of a full scale of 4000 L / H, 200 L / H or more is measured with a fluidic type flow rate detection element in a high flow rate region, and the remaining 0 to 200 L / H is a low flow rate. The area is designed to be measured by a thermal flow rate detecting element. In other words, the thermal flow rate detecting element has a wide range, and the accuracy in the low flow rate region tends to be low. For this reason, strict specifications are required for the performance of the thermal flow rate detection element, and complicated signal processing and flow rate correction calculation are required.
[0013]
Therefore, even if the minimum vibration detection flow rate of the fluidic type flow rate detection element does not reach zero, the minimum vibration detection flow rate can be reduced by about 100 L / H from the current level, and only 80 to 90 L / H can be obtained. Since the range of the flow rate detecting element can be narrowed, the influence on the reliability of the signal processing and the manufacturing cost is great.
[0014]
An object of the present invention is to reduce the minimum vibration detection flow rate of a fluidic type flow rate detection element.
[0015]
An object of the present invention is to obtain a fluidic type flow rate detecting element capable of detecting a low flow rate.
[0016]
The present invention divides a full scale into a high flow rate region and a low flow rate region, and measures near the switching between the high flow rate region and the low flow rate region in a composite flow meter that uses a fluidic type flow rate detection element to measure the high flow rate region. The purpose is to improve accuracy.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided an inducer having a concave surface disposed on the downstream side of a nozzle for ejecting fluid and facing the nozzle, and a part of the fluid ejected from the nozzle on the downstream side of the attractor. in is inverted and a wall to return fluid to a microfluidic type flow rate detecting element for generating fluidic vibrations by Coanda effect fluid and the feedback fluid ejected from the nozzle, the誘振child is The concave surface is formed on a cylindrical body having a diameter D and having a shaft center on the center line of the nozzle width, and both sides of the concave surface are rounded. The concave surface is formed in a sector shape having a center of curvature on the center line of the width of the nozzle and in contact with the axis, and the both side portions of the concave surface are Said invitation It is formed in a shape along an inscribed circle of radius R inscribed in the contour of the child, and the relationship between the diameter D of the cylindrical body and the radius R of the inscribed circle is such that R ≦ D / 60 It is characterized by satisfying.
[0018]
As a result, it is possible to obtain a fluidic type flow rate detecting element having a lower minimum vibration detection flow rate with a lower minimum vibration detection flow rate and a lower reproducibility .
[0025]
According to a second aspect of the invention, a microfluidic type flow rate detecting element according to claim 1, wherein誘振Ko is characterized in that the taper angle is conical below 3 °.
[0026]
Here, the taper angle refers to an angle between two buses of a cone in one axial section. If it is said range, even if it manufactures by the construction method with draft (taper), such as resin molding, the precision of a flow measurement is not impaired.
[0027]
The invention according to claim 3 is a composite flow meter that detects the full scale separately in a high flow rate region and a low flow rate region, and the fluid flow type according to claim 1 or 2 for the high flow rate region. It is detected by an output of a flow rate detecting element, and the low flow rate region is detected by a flow rate detecting means for detecting a flow rate by another method.
[0028]
Thereby, the low flow rate region can be narrowed.
[0029]
A fourth aspect of the present invention is the composite flow meter according to the third aspect of the present invention, wherein for detecting the flow rate in the low flow rate region, a heating resistor and a pair of temperature measuring elements disposed across the heating resistor are provided. A thermal type flow rate detecting element including an element and a flow path that passes from one of the temperature measuring element to the other of the temperature measuring element through the heating resistor is used.
[0030]
Therefore, the overlap of the measurement range between the fluidic type flow rate detection element and the thermal type flow rate detection element becomes large, and the flow rate correction near the switching between the high flow rate region and the low flow rate region becomes easy.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the structure of a composite flow meter including a fluidic flow rate detection element 21 and a flow sensor 22 that is a thermal flow rate detection element will be described with reference to the plan view of FIG.
[0032]
The fluidic type flow rate detecting element 21 is arranged on the path connecting the fluid inlet 23 and the fluid outlet 24 in order from the upstream side to the first to third rectifier networks 25 to 27, the rectifier 28, the flow path reduction section 29, A nozzle 30 and a flow path enlarged portion 31 are disposed and formed. The flow sensor 22 is disposed immediately before the nozzle 30 in the flow path reduction section 29.
[0033]
In the flow path expanding portion 31, an attractor 32 is provided on an extension of the center line of the nozzle 30, and the shape is such that the attractor 32 is surrounded between the attractor 32 and the fluid outlet 24. An end block 33 is provided. The attracting element 32 is formed with a concave surface 35 that faces the ejection port 34 of the nozzle 30.
[0034]
The flow sensor 22 and the nozzle 30 are disposed on the same line. Since it is necessary to arrange the flow sensor 22 on the wall surface, the flow path is not a circular pipe, and the cross-sectional shape of the flow path is substantially rectangular.
[0035]
The fluid flowing in from the fluid inflow port 23 is first buffered by the first rectifying network 25 and mixed in the gap between the first rectifying network 25 and the second rectifying network 26, thereby mitigating periodic fluctuations. This fluid is made to have a substantially uniform flow velocity distribution by the second rectifier network 26 and the third rectifier network 27, and then is made into a two-dimensional flow by the lattice-like rectifier 28, so that it is an incompressible steady and uniform flow. Can do.
[0036]
Here, this flow has a very two-dimensional property because the flow path reduction section 29 is linearly restricted, and a stable output signal can be obtained depending on the flow sensor 22. It is done.
[0037]
In the vicinity of the jet port 34, both sides of the jet are occupied by a static fluid having a uniform pressure, so that the free streamline of the jet has an angle at first but finally becomes parallel. Since the pressure is constant on the free streamline, the flow rate is also constant. By arranging the attractor 32 at this position, fluidic vibration is obtained.
[0038]
The inventors of the present invention set the design parameters, and experimented and examined the linearity of the relationship between the flow rate at which fluidic vibration starts and the flow rate and the frequency of fluidic vibration. We found that shape is an important control factor.
[0039]
That is, when the fluid is ejected from the nozzle 30 having a certain width toward the attracting element 32, the “jet” ejected from the nozzle 30 that has a higher speed flow than the surrounding fluid, and the invitation placed in the flow. The relationship with the “wake”, which is the low-speed flow seen downstream of the pendulum 32, is important, and when considering the two-dimensional flow field, the shape of the attractor 32 is extremely important for the fluidic vibration characteristics. It means that
[0040]
This will be described in more detail. The “jet” is not ejected into a semi-infinite space, but is ejected into a space where there are obstacles such as the attracting element 32 and the wall surface 36 in the flow path expanding portion 31. It becomes impossible to maintain the direction of the initial speed of the hour. For this reason, it is considered that the two-dimensional jet becomes unstable, and this instability gives rise to the start of fluidic oscillation.
[0041]
On the other hand, a Karman vortex is generated downstream of the pendulum 32 arranged in the flow, and this vortex row becomes a meandering flow. Therefore, it is considered that the “wake flow” becomes an oscillating flow and cannot be stable.
[0042]
As described above, both the “jet flow” and the “wake flow” are affected by the shape of the attractor 32 and the wall surface 36 and become unstable, so that the “jet flow” and the “wake flow” can be effectively controlled. If the shape of 32 is selected, the fluidic type flow rate detecting element 21 in which the above problems are improved can be obtained.
[0043]
From the experiment, as shown in FIG. 2, the concave surface 35 of the attracting element 32 is formed in an arc shape having a center point on a line connecting the axis center of the cylinder and the center line of the width of the nozzle 30. By doing so, it is possible to control the two-dimensional jet when the jet collides with the attracting element 32, and by rounding both side portions 32a of the attracting element 32 with an inscribed circle inscribed in the outline of the attracting element 32, I knew that I could control it.
[0044]
In FIG. 3, when the diameter of the inducer 32 is D, a concave surface 35 having a radius of curvature r = 0.35D, 0.5D, D is depicted. The attracting element 32 approaches a half-moon shape as the radius of curvature r of the concave surface 35 increases, and approaches a cylinder as the radius of curvature r decreases.
[0045]
Experimentally examining the allowable range of r / D, it has been found that r / D = 0.35 to 2.5, preferably r / D = 0.5 is good.
[0046]
Further, according to another experiment, it is known that the attracting element 32 does not have to be a vertical columnar shape, and if the taper angle is a cone shape of less than 3 °, the fluidic vibration performance is not adversely affected. The taper angle refers to the angle between the two buses of the cone in one axial section. That is, assuming that the attractor 32 is conical, and the cross section of the attractor 32 is taken on a plane including the axis of the attractor 32, the angle between the two buses of the attractor 32 in this cross section is If it is less than 3 °, the fluidic vibration performance is not adversely affected even if the attracting element 32 is not columnar. If the attracting element 32 satisfies the above range, the accuracy of flow rate measurement is not impaired even if it is manufactured by a method having a draft (taper) such as resin molding.
[0047]
FIG. 4 shows a typical cross-sectional shape of the pendulum 32 used in the experiment. D = 6 (mm), and the radius of curvature r of the concave surface 35 was set to 0.5D. Then, as shown in FIG. 5, both side portions 32a of the attractor 32 of FIG. 4 are rounded with three kinds of circles having radii R = 0.2, 0.5, and 0.8 (mm). Experiments were conducted for each case.
[0048]
FIG. 6 is a graph showing the instrumental difference of the No. 4 gas meter with respect to the flow rate obtained from the fluidic frequency of the composite flow meter using each attractor 32 of FIG. A flammable gas was used as the fluid. In the figure, the area indicated by the two-point difference line is instrumental difference for each flow rate determined by the measurement method. The instrumental error of the flow rate of 200 to 400 L / H is defined as within ± 3%, and the instrumental error of 400 to 4000 L / H is defined as within ± 1.5%.
[0049]
From this experimental result, it was found that there is no problem with R0.2 and R0.5, but the specified instrumental error is not satisfied with R0.8. Further, it was found that when R0.8, the instrumental difference was not satisfied both in the case of a relatively low flow rate of 1000 L / H or less and in the case of a relatively large flow rate of 3000 L / H or more. In this experiment, it was found that the vibration loss frequently occurs as the R of the both side portions 32a of the attractor 32 increases. This phenomenon of vibration loss hardly occurs at R0.5 or less when the diameter D of the attractor 32 is 6 (mm), and the lowest vibration detection flow rate is the smallest and stable at R0.2 or less. there were.
[0050]
FIG. 7 shows the relationship between the ratio R / D between the diameter D of the inducer 32 and the radius of curvature of the side portions 32a and the minimum vibration detection flow rate (L / H). According to the result of this experiment, the ratio R / D that satisfies the minimum vibration detection flow rate of 150 L / H is 1/12, and if it is 1/60, 100 L / H is satisfied.
[0051]
【The invention's effect】
In the invention described in claim 1 , both sides of the concave surface of the attractor are formed to be rounded, and the attractor is provided with a concave surface on a cylindrical body having a diameter D and having an axis on the center line of the nozzle width. The concave surface is formed in a sector shape having a center of curvature on the center line of the width of the nozzle and in contact with the axis when viewed in a cross section in a plane orthogonal to the axis. Since both sides of the concave surface are formed in a shape along an inscribed circle having a radius R inscribed in the contour of the attracting element, the minimum vibration detection flow rate can be reduced. Moreover, since the relationship between the diameter D of the cylindrical body and the radius R of the inscribed circle is R ≦ D / 60, a fluidic flow rate detection element having a lower minimum vibration detection flow rate can be obtained with good reproducibility. .
[0055]
In the invention according to claim 2 , in the invention according to claim 1 , the attractor has a conical shape with a taper angle of less than 3 °, and therefore can be manufactured by a method having a draft (taper) such as resin molding. Therefore, the manufacturing cost can be suppressed without impairing the accuracy of the flow rate measurement.
[0056]
According to a third aspect of the present invention, a flow rate detecting means for detecting the high flow rate region by the output of the fluidic type flow rate detecting element according to claim 1 or 2 and detecting the flow rate by another method for the low flow rate region. Since the low flow rate region can be narrowed, the measurement accuracy of the flow rate detection means responsible for the measurement in the low flow rate region can be increased.
[0057]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, for detecting the flow rate in the low flow rate region, a heating resistor and one of a pair of temperature measuring elements and a temperature measuring element disposed across the heating resistor are provided. Since a thermal flow rate detection element with a flow path that passes through a heating resistor to the other of the temperature measurement element is used, the overlap of the measurement range of the fluidic type flow rate detection element and the thermal flow rate detection element increases, It becomes easy to perform flow rate correction in the vicinity of switching between the high flow rate region and the low flow rate region.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view schematically showing a structure of a fluidic type flow rate detecting element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of an attractor.
FIG. 3 is a plan view showing the shape of a concave surface formed on the attractor.
FIG. 4 is a plan view showing the shape of the concave surface of the attracting element used in the experiment for changing the shape of both ends.
FIG. 5 is a plan view of a pendulum showing a method of changing the shape of both side ends.
FIG. 6 is a graph showing the instrumental difference at each flow rate of a fluidic flow rate detection element including an attractor having different shapes at both ends.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the shape of both ends and the minimum vibration detection flow rate.
FIG. 8 is a plan view showing an example of a flow meter using a conventional fluidic type flow rate detecting element.
[Explanation of symbols]
21 Fluidic type flow rate detecting element 22 Thermal type flow rate detecting element 30 Nozzle 32 Inductor 32a Both ends 35 Concave surface 36 Wall surface

Claims (4)

流体を噴出するノズルの下流側に配設されてこのノズルに対向する凹面を有する誘振子と、前記ノズルから噴出された流体の一部を前記誘振子の下流側で反転させて帰還流体とする壁面とを備え、前記ノズルから噴出される流体と前記帰還流体とによるコアンダ効果によりフルイディック振動を発生させるフルイディック型流量検出素子であって、前記誘振は、前記凹面の両側部が丸みを帯びるように形成され且つ前記ノズルの幅の中心線上に軸心を有する直径Dの円柱体に前記凹面が設けられたものであり、この誘振子を前記軸心に直交する平面における断面で見たとき、前記凹面は、前記ノズルの幅の中心線上に曲率中心を有し前記軸心に接する扇形に形成されたものであり、この凹面の前記両側部は、前記誘振子の輪郭に内接する半径Rの内接円に沿った形状に形成されたものであり、前記円柱体の直径Dと前記内接円の半径Rとの関係が、R≦D/60という条件を満たすことを特徴とするフルイディック型流量検出素子 An attractor having a concave surface that is disposed downstream of a nozzle that ejects fluid and faces the nozzle, and a part of the fluid ejected from the nozzle is inverted downstream of the attractor to provide a return fluid. and a wall surface, a fluidic type flow rate detecting element for generating fluidic vibrations by the Coanda effect and fluid ejected by said feedback fluid from said nozzle, said誘振child is both side portions of the concave rounded The concave surface is provided on a cylindrical body having a diameter D and having a shaft center on the center line of the width of the nozzle, and the attractor is seen in a cross section in a plane orthogonal to the shaft center. The concave surface is formed in a sector shape having a center of curvature on the center line of the width of the nozzle and in contact with the axis, and the both side portions of the concave surface are inscribed in the contour of the attractor Half It is formed in a shape along the inscribed circle of R, and the relationship between the diameter D of the cylindrical body and the radius R of the inscribed circle satisfies the condition R ≦ D / 60. Fluidic type flow rate detection element . 前記誘振子は、テーパ角度が3°未満の錐状であることを特徴とする請求項1に記載のフルイディック型流量検出素子。 The fluidic flow rate detecting element according to claim 1, wherein the attracting element has a conical shape with a taper angle of less than 3 °. フルスケールを高流量領域と低流量領域とに分けて検出する複合型流量計であって、前記高流量領域については請求項1又は2に記載のフルイディック型流量検出素子の出力により検出し、前記低流量領域については他の方式で流量検出を行う流量検出手段で検出することを特徴とする複合型流量計。A combined flow meter that detects a full scale separately in a high flow rate region and a low flow rate region, wherein the high flow rate region is detected by an output of a fluidic flow rate detection element according to claim 1 or 2 , The composite flow meter is characterized in that the low flow rate region is detected by a flow rate detecting means for detecting a flow rate by another method. 前記低流量領域の流量検出には、発熱抵抗とこの発熱抵抗を挟んで配設される一対の測温素子と前記測温素子の一方から前記発熱抵抗を経て前記測温素子の他方へと抜ける流路とを備える熱式流量検出素子を用いることを特徴とする請求項に記載の複合型流量計。For detecting the flow rate in the low flow rate region, a heating resistor, a pair of temperature measuring elements arranged across the heating resistor, and one of the temperature measuring elements pass through the heating resistor to the other of the temperature measuring elements. The composite flow meter according to claim 3 , wherein a thermal flow rate detection element including a flow path is used.
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