WO1995033979A1

WO1995033979A1 - Flowmeter

Info

Publication number: WO1995033979A1
Application number: PCT/JP1995/001070
Authority: WO
Inventors: Kazumitsu Nukui; Toshiharu Saito; Tokudai Neda
Original assignee: Tokyo Gas Co., Ltd.
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 1995-12-14
Also published as: US5861556A; EP0763718A4; EP0763718A1

Description

明細書

流量計技術分野

本発明はガス等の流体の流量を測定し表示するための流量計に関する。背景技術

ガスメータ等に利用される流量計として、熱線流速計を用いたものが知られている。熱線流速計は、配管中に配置された熱線の冷却率が配管中を流れる流体の流速の関数になることを利用して流速を求めるものである。この熱線流速計を用いた流量計では、流速から流量を演算して、これを表示するようになっている。図 1乃至図 3は、従来の熱線流速計を用いた流量計の一例の構成を表すものである。この流量計は、配管 1 0 0 1内の例えば中央部に配設された流速センサ 1 0 0 2を備えている。この流速センサ 1 0 0 2は熱線 1 0 0 2 Aを有している。熱線 1 0 0 2 Aには抵抗器 1 0 0 3 Aを介して直流電源 1 0 0 3 Bが接続されている。また、抵抗器 1 0 0 3 Aの両端には、流量を演算する演算回路 1 0 0 3 C が接続されている。この演算回路 1 0 0 3 Cには流量を表示するための表示部 1 0 0 3 Dが接続されている。

ここで、直流電源 1 0 0 3 Bの供給電圧を V。、熱線 1 0 0 2 Aの抵抗値を r 0 、抵抗器 1 0 0 3 Aの抵抗値を RQ 、熱線 1 0 0 2 Aおよび抵抗器 1 0 0 3 A を流れる電流を i。とすると、次式（1) の関係がある。

i 0 = Vo / (Ro + r o ) … （ 1 )

ここで、 r。〉>R。とすると、式（1) は次式（2) のように近似される。 i 0 = Vo / r o … （ 2 )

熱線 1 0 0 2 Aの抵抗値 r。は流速によって変化するので、電圧 V。が一定のとき、式（2) より、電流 i。も流速によって変化する。従って、流速に対応する流量 Q。は電流 i。の関数となり、次式（3) のように表すことができる。 Qo =Ko x ( i ο - i oo) … （ 3 )

なお、式（3 ) において、 KQ は配管等に応じた係数、 i ooは流量 Q。 = 0のときに熱線 1 0 0 2 Aおよび抵抗器 1 0 0 3 Aを流れる電流である。

式（ 3 ) における電流 i。は、抵抗器 1 0 0 3 Aの両端の電圧を V。としたとき、 i。 = v。 / R。として求まる。図 3に示した演算回路 1 0 0 3 Cは式（3 ) に基づいて流量 Q。を演算する。また、演算された流量 Q。は表示部 1 0 0 3 Dに表示される。

しかしながら、配管 1 0 0 1中の流速は、配管形状の違いや曲がり部、分岐部等の存在、あるいは流量の大小によって、同一断面上の流速分布が異なる。また、配管 1 0 0 1内において、流速の変化と流量の変化が比例関係にある測定場所の範囲は狭い。そのため、流速センサ 1 0 0 2を配管 1 0 0 1中の一箇所に配置した従来の流量計では、配管 1 0 0 1中の一箇所における流速しか求めることができない。すなわち従来の流量計では、広い流量の測定範囲において、流量を正確に求めることができないという問題点があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構成で、配管内の流速分布にかかわらず、流量を正確に測定することができるようにした流量計を提供することにある。発明の開示

本発明の流量計は、配管中の長手方向に対して直交する同一断面上の互いに異なる位置に配設され各々流体の流速を検出する複数の流速センサと、これら複数の流速センサの出力信号を入力として複数の位置における流速の平均値を演算する平均流速演算手段と、この平均流速演算手段の演算結果に基づいて流体の流量を演算する流量演算手段とを備えたものである。

この流量計では、複数の流速センサにより同一断面上の複数の地点における流速が計測され、これらの計測値の平均値が平均流速演算手段によつて演算され、流量演算手段によって平均値に基づいた流量が演算され、これが表示手段によつて表示される。従って、 1の流速センサで流路の中央部のみを測定する従来の流量計に比べて、測定精度が大きく向上し、広範囲な流量を正確に測定することができる。

また、本発明の流量計は、配管の長手方向に沿った壁面の任意の位置に前記配管の壁面を貫通するように設けられたガイド部材揷入部と、このガイド部材挿入部を介して配管内に挿入されると共に、流体の流れ方向に沿って複数の第 1の流体通過孔を有する中空状のガイド部材と、このガイド部材に揷入されると共に、前記ガイド部材の複数の第 1の流体通過孔に対応して複数の第 2の流体通過孔を有し、かっこれら複数の第 2の流体通過孔各々に臨むように複数の流速センサが配設された流速センサュニッ卜と、この流速センサュニッ卜における複数の流速センサの各出力信号を入力とし、流体流路内の複数の地点における流速の平均値を演算する平均流速演算手段と、この平均流速演算手段の演算結果に基づいて流体の流量を演算する流量演算手段とを備えたものである。

この流量計では、ガイド部材に流速センサュニッ卜を外から挿入させる構成としたので、流量計の設置が容易である。

更に、本発明の流量計は、配管の長手方向に直交する同一断面上において、それぞれ前記壁面を貫通するように設けられた複数のガイド部材揷入部と、これらガイド部材揷入部を介してそれぞれ配管内に挿入されると共に、流体の流れ方向に沿って少なくとも 1つの第 1の流体通過孔を有する中空状の複数のガイド部材と、これらのガイド部材それぞれに揷入されると共に、前記ガイド部材の第 1の流体通過孔に対応して少なくとも 1つの第 2の流体通過孔を有し、かつ前記第 2 の流体通過孔に臨むように少なくとも 1つの流速センサが配設された複数の流速センサュニッ卜と、これらの流速センサュニッ卜における複数の流速センサの各出力信号を入力とし、流体流路内の複数の地点における流速の平均値を演算する平均流速演算手段と、この平均流速演算手段の演算結果に基づいて流体の流量を演算する流量演算手段とを備えたものである。

この流量計では複数の流速センサュニットを備えており、より多くの流速センサを同一断面上に配置することができるので、より測定精度が向上する。

この流量計においては、ガイド部材を円筒状に形成し、流体の流れを妨げないようにすることが好ましい。

また、前記ガイド部材は、内部中空部に長手方向に沿って前記第 1の流体通過孔に対応して少なくとも 1つの第 3の流体通過孔が形成された 1つの仕切部を有すると共に、前記仕切部の両側にそれぞれ半円柱形状のュニット揷入部を有し、一方、前記流速センサュニッ卜が、各々前記ガイド部材のュニット揷入部に対して揷入可能な半円柱形状の 2つのュニット部材からなり、これらュニット部材各々に前記第 3の流体通過孔に対向して少なくとも 1つの第 2の流体通過孔が設けられ、かつ下流側に配置されるュニット部材側の第 2の流体通過孔に対応して流速センサが配設されてなる構成とすることができる。

更に、前記ガイド部材は、内部中空部に長手方向に沿って前記第 1の流体通過孔に対応して少なくとも 1つの第 3の流体通過孔が形成された 2つの仕切部を有すると共に、これら仕切部を間にして 3つのュニット揷入部を有し、一方、前記流速センサュニッ卜が、各々前記ガイド部材のュニット揷入部に対して挿入可能な 3つのュニット部材からなり、これらュニット部材各々に前記第 3の流体通過孔に対向して少なくとも 1つの第 2の流体通過孔が設けられ、かつ流れ方向に対して真ん中に配置されるュニット部材の第 2の流体通過孔に対応して流速センサが配設されてなる構成とすることができる。

本発明の流量計においては、前記ガイド部材の外壁に第 1の流体通過孔に対応して、ガイド部材の設置方向を合わせるための指標部を備える構成とすることにより、ガイド部材を配管に対して正確に設置できる。

更に、本発明の流量計は、それぞれ、電流によって加熱されると共に温度に応じて抵抗値が変化する発熱体を有し、配管中において、配管の長手方向に対して直交する方向の位置が互いに異なる複数の位置に配設された複数の流速センサと、各流速センサの発熱体を共通の電源に対して並列または直列に接続すると共に、各流速センサが配設された位置における流速の平均値に依存するパラメ一夕を出力する流速検出回路と、この流速検出回路の出力に基づいて、配管中を流れる流体の流量を演算する流量演算手段とを備えている。

この流量計では、流速検出回路によって、各流速センサが配設された位置における流速の平均値に依存するパラメータが出力され、この流速検出回路の出力に基づいて、流量演算手段によって、配管中を流れる流体の流量が演算される。前記流速検出回路は、各流速センサの発熱体を共通の定電圧電源に対して並列に接続すると共に、パラメータとして、各発熱体を流れる電流の総和に対応する値を出力するように構成することができる。このような構成の流量計では、流量に応じて各流速センサの発熱体の温度および抵抗値が変化し、その結果、各発熱体を流れる電流の総和が変化する。流速検出回路は、この電流の総和に対応する値を、各流速センサが配設された位置における流速の平均値に依存するパラメータとして出力する。

また、前記流速検出回路は、各流速センサの発熱体を共通の電源に対して直列に接続すると共に、パラメータとして、各発熱体の抵抗値の総和に対応する値を出力するように構成することもできる。

このような構成の流量計では、流量に応じて各流速センサの発熱体の温度および抵抗値が変化し、その結果、各発熱体の抵抗値の総和が変化する。流速検出回路は、この各発熱体の抵抗値の総和に対応する値を、各流速センサが配設された位置における流速の平均値に依存するパラメータとして出力する。

また、本発明の流量計は、配管中の長手方向に対して直交するように配設されると共に、流体の流速を検出するための複数の流速センサ、および、流体が通過することにより発生するカルマン渦の周波数を検出するための渦検出センサとを有する棒状のセンサ保持体と、前記複数の流速センサの出力を基に複数の位置における流速の平均値を演算する平均流速演算手段と、小流量域においては前記平均流速演算手段の演算結果に基づいて流体の流量を求めると共に、大流量域においては前記渦検出センサの検出結果に基づいて流体の流量を求める流量演算手段とを備えている。

この流量計では、一定流量以下の小流量域においては、複数の流速センサにより配管内の同一断面上の複数の地点における流速が計測され、これらの計測値の平均値が平均流速演算手段によつて演算され、この平均流速値に基づいて流量演算手段によって流量が求められる。一方、大流量域においては、渦検出センサによって、流体がセンサ保持体の両側を通過することにより発生するカルマン渦の周波数（渦の数）が検出され、その検出結果に基づいて流量演算手段により流量が求められる。従って、小流量域においては、 1の流速センサで流路の中央部のみを測定する従来の流量計に比べて、測定精度が大きく向上すると共に広範囲な流量を測定でき、また、大流量域においても、渦検出センサにより流量を計測できるため、より広範囲な流量を測定することができる。前記センサ保持体は、流体の流れ方向に沿って複数の流体通過孔が設けられると共に前記流体通過孔に対して交差するように貫通孔が設けられた円柱状部材からなり、前記複数の流速センサ各々が前記対応する流体通過孔に臨むように配置されると共に、前記渦検出センサが前記貫通孔に臨み、かつ渦の発生により前記円柱部材の両側部間に生ずる圧力差を検出できる位置に配設された 1または 1対の圧力センサであるよう、構成することができる。

また、前記センサ保持体は、流体の流れ方向に沿って複数の流体通過孔が設けられた円柱状部材からなり、前記複数の流速センサ各々が前記対応する流体通過孔に臨むように配置されると共に、前記渦検出センサがそれぞれ渦の発生により前記円柱部材の両側部間に生ずる力差を検出できる位置に配設された 1対の圧力センサであるように構成することができる。図面の簡単な説明

図 1は従来の流量計の測定原理を説明するための断面図、図 2は図 1の A - A 線矢視方向の断面図、図 3は図 1の流量計の回路構成を表す図である。

図 4は本発明の第 1の実施例に係る流量計の構成を表す断面図、図 5は図 4の B - B線矢視方向の断面図、図 6は図 4の流量計の回路構成を表すプロック図であ" O

図 7は図 4の流量計の具体的な態様を表す斜視図、図 8は図 7の C - C線矢視方向の断面図である。図 9は図 8の D— D線矢視方向の断面図、図 1 0は図 7の流量計のガイド部材および流速センサュニットを取り出して示す分解斜視図である。

図 1 1は図 4の流量計の他の態様を表す斜視図、図 1 2は図 1 1の E - E線矢視方向の断面図、図 1 3は図 1 1の流量計のガイド部材および流速センサュニットを取り出して示す分解斜視図、図 1 4は図 1 3の F - F線矢視方向の正面図、図 1 5は図 1 3の G - G線矢視方向の正面図である。

図 1 6は図 4の流量計の更に他の構成を表す断面図、図 1 7は図 4の流量計の更に他の構成を表す断面図、図 1 8は図 4の流量計の更に他の構成を表す断面図である。図 1 9は図 4の流量計の回路構成図、図 2 0は他の回路構成を表す回路構成図である。

図 2 1は本発明の第 2の実施例に係る流量計の構成を表す断面図、図 2 2は図 2 1の H - H線矢視方向の断面図、図 2 3は図 2 2の I - I線矢視方向の断面図、図 2 4は図 2 1の流量計の制御部の回路構成を表すブロック図、図 2 5は流速センサおよび渦検出センサの出力の適用範囲を説明するための図、図 2 6は図 2 1の流量計の要部の他の構成を表す斜視図、図 2 7は図 2 1の流量計の要部のさらに他の構成を表す斜視図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図 4は本発明の第 1の実施例に係る流量計の概略の断面構成を表し、図 5は図 4の B— B矢視方向の断面構成を表すものである。

本実施例の流量計は、ガス等の流体 aが通過する配管 1 1内の所定の位置において流体 aの流れ方向に直交するように配置された円柱形状のセンサュニット 1 3を備えている。センサュ二ット 1 3には流体 aの流れ方向に沿うように 4つの流体通過孔 1 3 ! , 1 3 2 , 1 3 ₃ , 1 3 ₄ が設けられている。センサユニット 1 3内にはこれら流体通過孔 1 3 〜 1 3 ₄ 各々に臨む位置に複数例えば 4個の流速センサ 1 2〗， 1 2 2 , 1 2 3 , 1 2 ₄ が配設されている。すなわち、本実施例の流量計では、配管 1 1中において、配管 1 1の長手方向に対して直交する方向の位置が互いに異なる複数の位置、特に配管 1 1内の同一断面上の互いに異なる複数の位置に、 4個の流速センサ 1 2〗〜 1 2 ₄ が縦一列に配設されている流速センサ 1 2 ! 〜 1 2 ₄ 各々の検出信号は図 6にブロック図で示したように平均流速演算部 1 4へ入力され、この平均流速演算部 1 4において流速測定値の平均値（V a ) が演算される。平均流速演算部 1 4において演算された流量平均値（V a ) は流量演算部 1 5において次式（4 ) により流量 Qに変換された後、表示部 1 6において表示される。なお、平均流速演算部 1 4および流量演算部 1 5はマイクロコンピュータ 1 Ίにより実現される。 Q = k x V a ( kは配管形状係数） … （4 )

本実施例の流量計においては、配管 1 1中において、配管 1 1の長手方向に対して直交する方向の位置が互いに異なる複数の位置に、複数の流速センサ 1 2 , 〜 1 2 ₄ を配置し、これらの流速センサ 1 2 , 〜 1 2 ₄ を用いて、各流速センサが配設された位置における流速の平均値に対応する流量 Qを求めるようにしている。従って、配管形状の相違等によって変化する配管 1 1内の流速分布にかかわらず、流量を正確に測定することができ、その結果、広い流量範囲にわたって正確に流量を測定することができる。

図 7は上記流量計のより具体的な態様を表す斜視図であり、図 8は図 7の C - C矢視方向の断面図、図 9は図 8の D— D矢視方向の断面図である。なお、図 4 ないし図 6と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。この流量計では、配管 1 1の長手方向に沿った壁面の任意の位置に配管 1 1を貫通するようにガイド部材揷入部 2 1が設けられている。ガイド部材揷入部 2 1 には円筒形状のガイド部材 2 2が揷入されるようになっている。ガイド部材 2 2 は鋼等の金属や樹脂などにより形成される。このガイド部材 2 2は配管 1 1内に挿入される部分に、流体 aの流れ方向に沿って複数、例えば 4個の第 1の流体通過孔 2 3 ι , 2 3 2 , 2 3 3 , 2 3 ₄ が設けられている。また、ガイド部材 2 2 の内部中空部には長手方向に沿って板状の仕切部 2 5が設けられている。この仕切部 2 5の両側にそれぞれ図 7に示したように半円柱形状のュニット揷入部 2 2 a , 2 2 bが設けられている。仕切部 2 5には 4個の第 1の流体通過孔 2 3！， 2 3 2 , 2 3 a , 2 3 ₄ に対応して同じく 4個の第 3の流体通過孔 2 6〗， 2 6 2 , 2 6 a , 2 6 4 が形成されている。

ガイド部材 2 2の配管 1 1の外部に位置している部分には、第 1の流体通過孔 2 3 1 〜2 3 ₄ の長手方向（すなわち流体 aの流れ方向）に沿って、板状の指標部 2 4が設けられている。ガイド部材 2 2をガイド部材揷入部 2 1に挿入した後、この指標部 2 4を見て、第 1の流体通過孔 2 3〗 ~ 2 3 4 を流体 aの流れ方向に正確に向けることができる。なお、この指標部 2 4はガイド部材 2 2の設置方向を定めることができるものであればよく、マーク表示などでもよい。

ガイド部材 2 2には流速センサュニット 2 7が揷入されるようになっている。流速センサュニット 2 7は、例えば樹脂で形成された円柱状部材を 2つ割りにした構造であり、 2つの半円柱状のユニット部材 2 7 A , 2 7 Bから構成されている。これらュニット部材 2 7 A , 2 7 Bには、ガイド部材 2 2に形成された 4個の第 1の流体通過孔 2 3 , 〜 2 3 ₄ に対応して 4個の第 2の流体通過孔 2 8 j ， 2 8 2 , 2 8 3 . 2 8 ₄ が形成されている。 2つのユニット部材 2 7 A， 2 7 B のうち、流体 aの流れ方向に対して下流側に位置するュニット部材 2 7 Bには、第 2の流体通過孔 2 8 ! , 2 8 a , 2 8 3 , 2 8 ₄ 各々に臨むように流速センサ 2 9！ , 2 9 2 , 2 9 3 , 2 9 ₄ が配設されている。

図 1 0はガイド部材 2 2と流速センサュニット 2 7とを取り出して、流速センサュニット 2 7の取付状態を表すものである。ガイド部材 2 2のュニット揷入部 2 2 aには流速センサュニット 2 7を構成する一方のュニッ卜部材 2 7 A力く、ュニット揷入部 2 2 bには流速センサュニッ卜 2 7を構成する他方のュニット部材 2 7 Bがそれぞれ挿入される。

本実施例においては、配管 1 1内を流れる流体 aの一部は、ガイド部材 2 2に形成された 4個の第 1の流体通過孔 2 3 ！〜2 3 ₄ 、流速センサュニット 2 7に形成された第 2の流体通過孔 2 8 ! 〜2 8 ₄ 、および仕切部 2 5に形成された第 3の流体通過孔 2 6 1 〜2 6 4 を介してガイド部材 2 2の下流側へ流れ、その途中において流速センサ 2 9 〜2 9 ₄ により流速が計測される。そして流速センサ 2 9 〜2 9 ₄ により計測された流速の平均値が、前述の平均流速演算部 1 4 において求められ、さらに流量演算部 1 5において流量に変換された後、表示部 1 6に表示される。なお、流体 aの残りはガイド部材 2 2の両側をガイド部材 2 2の外壁面に沿って下流側へ流れる。

本実施例では、配管 1 1内の同一断面上の互いに異なる位置にそれぞれ配置された流速センサ 2 9 〜2 9 ₄ の計測値の平均が演算されるため、配管形状の相違などにより流速分布が異なつても正確に流速を測定でき、よつて広い流量範囲にわたつて正確に流量を測定することができる。また、本実施例においては、ガィド部材 2 2の外形が円柱状となっているため、流体 aは円滑に流れる。

図 1 1は上記流量計の、更に他の態様を表す斜視図であり、図 1 2は図 1 1の E— E矢視方向の断面図、図 1 3はガイド部材 2 2と流速センサュニット 2 7とを取り出して、流速センサュニッ卜 2 7の取付状態を表す図、図 1 4は図 1 3の F - F矢視方向の断面図、図 1 5は図 1 3の G - G矢視方向の断面図である。なお、図 7ないし図 1 0と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。

この流量計においては、ガイド部材 2 2の内部中空部には長手方向に沿って板状の 2つの仕切部 2 5 A , Bが形成されている。これらの仕切部 2 5 A , 2 5 B を間にしてユニット揷入部 2 2 a , 2 2 b , 2 2 cが設けられている。仕切部 2 5 A , 2 5 Bにはそれぞれガイド部材 2 2に形成された第 1の流体通過孔 2 3 , ~ 2 3 4 に対応して同じく 4個の第 3の流体通過孔 2 6 1 ~ 2 6 4 が形成されている。

ガイド部材 2 2に揷入される流速センサュニッ卜 2 7は、円柱状部材を 3つ割りにした構造であり、 3つの柱状のユニット部材 2 7 A , 2 7 B , 2 7 Cから構成されている。これらュニット部材 2 7 A〜2 7 Cにはそれぞれ、ガイド部材 2 2に形成された 4個の第 1の流体通過孔 2 3！〜2 3 ₄ に対応して 4個の第 2の流体通過孔 2 8 1 〜2 8 ₄ が形成されている。 3つのュニット部材 2 7 A〜2 7 Cのうち、流れ方向に対して中央部分に位置するュニット部材 2 7 Cには、第 2 の流体通過孔 2 8 ， 2 8 2 , 2 8 3 , 2 8 ₄ 各々に臨むように流速センサ 2 9 1 , 2 9 2 , 2 9 3 , 2 9 4 が配設されている。

ガイド部材 2 2のュニット揷入部 2 2 aには図 1 3に示したようにュニット部材 2 7 Aが、ュニッ卜揷入部 2 2 bにはュニッ卜部材 2 7 B力またュニット揷入部 2 2 cにはュニット部材 2 7 Cがそれぞれ挿入される。

この流量計においては、上記実施例と同様に、配管 1 1内を流れる流体 aの一部は、ガイド部材 2 2に形成された 4個の第 1の流体通過孔 2 3 〜2 3 ₄ 、流速センサュニット 2 7に形成された第 2の流体通過孔 2 8！〜2 8 ₄ 、および仕切部 2 5 A , Bに形成された第 3の流体通過孔 2 6 i 〜2 6 ₄ を介してガイド部材 2 2の下流側へ流れ、その途中において流速センサ 2 9 ~ 2 9 ₄ により流速が計測される。以降の動作は上記実施例と同様である。

この流量計においても、配管 1 1内の同一断面上の互いに異なる位置にそれぞれ配置された流速センサ 2 9 〜2 9 ₄ の計測値の平均が演算されるため、より正確に流速を測定でき、よつて広い流量範囲にわたつて正確に流量を測定することができる。

また、本実施例においては、流速センサ 2 9！ ~ 2 9 4 が取り付けられるセンサ用のュニット部材 2 7 Cが他のュニット部材 2 7 A , 2 7 Bとは別に独立して形成されるため、流速センサ 2 9！ ~ 2 9 4 も含めてプリント板のような構造で薄く製作することができる。

図 1 6は、第 1の実施例に係る流量計の更に他の態様を表すものである。本実施例では、図 7ないし図 1 0に示した流量計に、さらに 2つのガイド部材 3 0、 3 1を水平方向に取り付ける構造としたものである。なお、図 7ないし図 1 0と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。

ガイド部材 3 0には 2つの第 1の流体通過孔 3 2 1 ， 3 2 ₂ が形成されると共に流速センサュニット 2 7と同様の流速センサ 3 3〗， 3 3 2 を備えたセンサュニットが揷入されている。一方、ガイド部材 3 1にも 2つの第 1の流体通過孔 3 4！ , 3 4 2 が形成されると共に流速センサュニット 2 7と同様の流速センサ 3 5！ , 3 5 ₂ を備えたセンサユニットが揷入されている。

この流量計においては、ガイド部材 2 2と、ガイド部材 3 0 , 3 1とが互いに直交するように配設され、上記実施例に比較して数の多い 8個の流速センサ 2 9 S S , 3 3 , 3 3 2 , 3 5 ! , 3 5 ₂ の計測値の平均が演算されるため、より正確に流速を測定でき、さらに広い流量範囲にわたって正確に流量を測定することができる。

上記実施例においては、ガイド部材 2 2と、ガイド部材 3 0 , 3 1とを互いに直交するように配設したが、図 1 7に示したように、ガイド部材 3 0， 3 1と同様の構造を持つガイド部材 3 6， 3 7をさらに加え、各部材が互いに 6 0 ° の角度をなすような構成とし、流速センサの数をさらに增加させることにより、より精度良く流速を測定し、さらに広い流量範囲にわたって正確に流量を測定すること力できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば図 1 6および図 1 7の実施例においては、複数のガイド部材および流速センサュニッ卜に対してそれぞれ複数の流体通過孔および複数の流速センサを設けるようにしたが、各ガィド部材および流速センサュニットに対して 1つの流体通過孔および 1つの流速センサを設けるようにしてもよく、要は全体として複数の流体通過孔および複数の流速センサが配置される構成であればよい。

また、上記実施例においては、いずれもガイド部材 2 2をボス（ガイド部材揷入部 2 1 ) に揷入させる構成としたが、図 1 8に示したように配管 1 1およびガィド部材 2 2にそれぞれ対応させてフランジ部 4 0、 4 1を設け、両者を締付ねじ 4 2、 4 3により固定するようにしてもよい。また、配管 1 1とガイド部材 2 2との間にガスの漏洩を防止するために 0リングを介在させる構成としてもよい以上説明したように第 1の実施例に係る流量計によれば、配管中の流体流路に複数の流速センサを配設し、これら流速センサの計測値の平均値を求めて流量に換算するようにしたので、測定精度が向上し、広範囲な流量を正確に測定できるという効果がある。

次に、図 1 9は図 4および図 5に示した流量計の回路構成を表すものである。なお、以下、説明を一般化するため、流速センサの数を N個として説明する。図 1 9に示したように、本実施例の流量計では、流速センサ 1 2 ， 1 2 2 , 1 2 3 ， ···， 1 2 _N は、電流によって加熱されると共に、温度に応じて抵抗値が変化する発熱体としての熱線 1 1 5 ， 1 1 5 2 , 1 1 5 3 , - , 1 1 5 N を有している。ここで、熱線 1 1 5〗， 1 1 5 ₂ , 1 1 5 3 , ·'· , 1 1 5 _N 各々の抵抗値をそれぞれ , r a , r ₃ ， …， r _N とする。

本実施例の流量計は、熱線 1 1 5！， 1 1 5 ₂ ， 1 1 5 3 , …， 1 1 5 _N を共通の電源 1 2 1に対して並列に接続するための流速検出回路 2 0 0を備えている。電源 1 2 1は、一定の電圧を発生する安定化電源である。また、流速検出回路 2 0 0は、電源 1 2 1の一端と熱線 1 1 5 ， 1 1 5 2 , 1 1 5 ₃ , …， 1 1 5 N 各々の一端との間に介装された抵抗器 1 2 2を有している。そして、この抵抗器 1 2 2の両端の出力端子 1 2 0 a， 1 2 0 bより、流速センサ 1 2〗， 1 2 ₂ , 1 2 a , · · · , 1 2 N が配設された位置における流速の平均値に依存するパラメ一夕として、熱線 1 1 5！， 1 1 5 2 , 1 1 5 3 , ··· , 1 1 5 _N 各々を流れる電流の総和 Iに対応する値を出力するようになっている。すなわち、抵抗器 1 2 2の抵抗値を Rとすると、抵抗器 1 2 2の両端の出力端子 1 2 0 a， 1 2 0 b 間の電圧は I * Rとなるため、この電圧が電流の総和 Iに対応する値となる。また、出力端子 1 2 0 a, 1 2 0 bには、流速検出回路 2 0 0の出力に基づいて配管 1 1中を流れる流体の流量を演算する流量演算手段としての演算回路 1 2 3が接続されている。この演算回路 1 2 3には流量を表示する表示部 1 6が接続されている。

次に、この流量計の作用について説明する。

流速センサ 1 2 _n (η = 1 , 2, 3， ···, Ν) の熱線 1 1 5 _η (η = 1 , 2 , 3, ···, Ν) には、電源 2 1より一定の電圧 Vュが印加される。ここで、熱線 1 1 5 _η を流れる電流を i _n とし、 r _n >>Rとすると、次式（5 ) の関係がある。 i n -Vi / r„ … （5 )

熱線 1 1 5 _n の抵抗値 r _n は流速によって変化するので、電流 i _n も流速によつて変化する。従って、流速センサ 1 2 _n が配設された位置における流速に対応する流量 Q_n は電流 i _n の関数となり、次式（6 ) のように表すことができる。

なお、式（ 6 ) において、 i _n0は流量 = 0のときに熱線 1 1 5 _n を流れる電流である。また、は、配管等に応じた係数であり、熱線 1 1 5 _n が金属の場合は > 0、半導体の場合は Id < 0となる。

従って、流速センサ 1 2 _n が配設された位置における流速の平均値に対応する流量 Qは、次の式（7 ) のように表される。

Q = ( 1 ZN) X ∑ Q n

なお、 ∑ Q _n は , Q ₂ , Q ₃ , ···， Q_N の総和を表し、 ∑ ( i n — i _{n 0}) は i i 一 i io， i 2 — i 20， i 3 - i so. ···， i N — i NOの総禾ロを表している。また、 I。は流量 Q = 0のときに熱線 1 1 5 i ， 1 1 52 , 1 1 5₃ ， …， 1 1 5 N 各々を流れる電流の総和である。式（ 7 ) における電流 Iは、前述のように抵抗器 1 2 2の両端の出力端子 1 2 0 a、 1 2 0 b間の電圧より求まる。そこで、図 1 9に示した演算回路 1 2 3は式（7) に基づいて流量 Qを演算する。従って、演算回路 1 2 3によって、流速センサ 1 2 _n が配設された位置における流速の平均値に対応する流量 Qが求められる。また、演算回路 1 2 3によって求められた流量 Qは、表示部 1 6によって表示される。

この流量計では、流速検出回路 2 0 0によって、流速センサ 1 2 _η の熱線 1 1 5_η を共通の電源 2 1に対して並列に接続し、流速センサ 1 2 _η が配設された位置における流速の平均値に依存するパラメータとして熱線 1 1 5_η を流れる電流の総和 Iに対応する値を出力し、この流速検出回路 2 0 0の出力に基づいて、配管 1 1中を流れる流体の流量 Qを演算するようにしている。従って、複数の流速センサの出力信号に基づいて各々流速を演算し、更にその平均値を演算する回路が不要となり、流量計の構成を簡略化することができる。

図 2 0は図 4および図 5に示した流量計の他の構成を表す回路図である。本実施例の流量計では、図 1 9の流速検出回路 2 0 0の代わりに、熱線 1 1 5 _η を共通の電源 1 3 1に対して直列に接続する流速検出回路 3 0 0を備えている。電源 1 3 1は、一定の電流 I。を供給する定電流電源である。

流速検出回路 3 0 0は、流速センサ 1 2_η が配設された位置における流速の平均値に依存するパラメータとして、熱線 1 1 5_η の抵抗値の総和に対応する値である電源 1 3 1の供給電圧 V ₂ を、出力端子 1 3 0 a, 1 3 0 bより出力するようになつている。また、この流量計では、図 1 9に示した演算回路 1 2 3の代わりに、流速検出回路 3 0 0の出力端子 1 3 0 a， 1 3 0 bに接続された演算回路 1 3 3を備えている。この演算回路 1 3 3には表示部 1 6が接続されている。次に、この流量計の作用について説明する。

流速センサ 1 2 _n (n = 1， 2 , 3， ···, Ν) の熱線 1 1 5_η (η = 1， 2， 3, ·.·, Ν) には、電源 1 3 1より一定の電流 I。が供給される。ここで、熱線ェ ^ の抵抗値！"。 (n= 1, 2， 3， …， N) は流速によって変化するので、熱線 1 5_n の抵抗値の総和∑ r_n も流速によって変化し、この抵抗値の総和∑ r n は流速センサ 1 2_n が配設された位置における流速の平均値に依存するパラメータとなる。

そして、流速センサ 1 2_n が配設された位置における流速の平均値に対応する流量 Qは、次式（8) のように表される。

Q = K₂ ( 1 /N) X∑ ( - r„o)

=K₂ x ( 1 /N) x (V₂ - V₂₀) / I o - (8)

なお、 r _n。は流量 Q= 0のときの熱線 1 1 5_n の抵抗値、 ₂₍₎は流量(3= 0のときの出力端子 1 3 0 a、 1 3 0 b間の電圧である。また、 K₂ は、配管等に応じた係数であり、熱線 1 1 5 _η が金属の場合は Κ ₂ く 0、半導体の場合は Κ ₂ > 0となる。

式（8) における電圧 V ₂ は、前述のように出力端子 1 3 0 a, 1 3 0 b間の電圧として求まる。そこで、図 2 0における演算回路 1 3 3は式（8) に基づいて流量 Qを演算する。従って、演算回路 3 3によって、流速センサ 1 2 が配設された位置における流速の平均値に対応する流量 Qが求められる。また、演算回路 1 3 3によって求められた流量 Qは、表示部 1 6によって表示される。

以上説明したように図 1 9および図 2 0に示した流量計によれば、それぞれ、配管中において、配管の長手方向に対して直交する方向の位置が互いに異なる複数の位置に複数の流速センサを配設し、各流速センサの発熱体を共通の電源に対して並列または直列に接続すると共に各流速センサが配設された位置における流速の平均値に依存するパラメ一タを出力する流速検出回路を設け、この流速検出回路の出力に基づいて、配管中を流れる流体の流量を演算するようにしたので、簡単な構成で、配管内の流速分布にかかわらず、流量を正確に測定することができるという効果がある。

次に、本発明の第 2の実施例について説明する。

ところで、通常用いられる流速センサは、一般に、流量が 3 0 0 - 3 5 0 (リットル Zh) 以下の微小流量の測定に適用されるものであり、流量がそれ以上の流量域においては測定精度が低下する。従って、この流速センサを複数備えた本発明の流量計においては、小流量域の測定におレ、て流速分布のばらつきに起因する誤計測を無くすことができ、測定精度が向上するものの、大流量域の測定には不十分である。第 2の実施例に係る流量計は、小流量域における測定精度を向上させると同時に、大流量域においても正確に測定できるようにして、より広範囲な流量を測定できるようにしたものである。なお、第 1の実施例と同一構成部分については同一符号を付して説明する。

図 2 1はこの流量計の断面構成を表すものである。また、図 2 2は図 2 1の H —H矢視方向の構成を表し、更に図 2 3は図 2 2の I 一 I矢視方向の構成を表すものである。

本実施例の流量計は、ガス等の流体 aが通過する配管 1 1内の所定の位置に、センサ保持体として、円柱形状のセンサュニット 1 3を流体 aの流れ方向に直交するように配置したものである。センサュニッ卜 1 3には流体 aの流れ方向に沿うように 3つの流体通過孔 1 3 ! , 1 3 2 , 1 3 3 がそれぞれ等間隔に設けられている。センサュニット 1 3内にはこれら流体通過孔 1 3〗〜 1 3 ₃ 各々に臨む位置に、複数例えば 3個の小流量域用の流速センサ 1 2 〜1 2 ₃ が配設されている。以上は第 1の実施例（図 4 ) と同様である。

この流量計においては、ガス流路に対して円柱形状のセンサュニット 1 3が配設されるため、レイノルズ数（R e ) が一定値以上になると、センサュニット 1 3の両側からは図 2 3に示したように、交互に規則的な渦が放出され、センサュニット 1 3の下流側にカルマン渦列と称される渦列が形成される。この渦が単位時間内にセンサュニット 1 3の片側から放出される個数（渦周波数）は、広いレイノルズ数範囲でほぼ流速に比例し、両者の関係は次式（9 ) で表すことができる

S t = ί · d / v… （ 9 )

( S t : スト口一ハル数， ί ：渦周波数， d ：センサユニット 1 3の幅， V ：流速）

このようなことから本実施例では、大流量域の流量検出手段として渦検出センサを備えている。すなわち、センサュニット 1 3の、例えば流体通過孔 1 3 と流体通過孔 1 3 ₂ との間にはこれら流体通過孔 1 3 ! ， 1 3 2 に対して交差するように貫通孔 1 9が設けられ、この貫通孔 1 9の中央部に対向する位置に、カルマン渦列の発生に伴って生ずるガス圧力の差（P i —P z ) ( P i , Ρ ₂ はそれぞれ貫通孔 1 9の両側の圧力）を検出するための渦検出センサ（本実施例では圧電膜センサ） 1 8が配設されている。渦検出センサ 1 8の出力（圧力差）が渦の個数（渦周波数）と比例関係にあることから、この渦検出センサ 1 8の出力を基に、流速、更に流量を算出することができる。

図 2 4は本実施例に係る流量計の制御部の回路構成を表すものである。流速センサ 1 2 ~ 1 2 ₃ 各々の検出信号は平均流速演算部 1 4へ入力され、この平均流速演算部 1 4において流速測定値の平均値（V a ) が演算されるようになっている。この平均流速演算部 1 4において演算された流量平均値（V a ) 、および渦検出センサ 1 8の検出値はそれぞれ流量演算部 1 5に入力されるようになっている。流量演算部 1 5は、小流量域では、平均流速演算部 1 4において演算された流量平均値（V a ) を基に前述の式（4 ) により流量（Q ) を算出し、また、大流量域においては、渦検出センサ 1 8の検出値を基に流速を求め、さらに流量 ( Q ) を算出する。この流量演算部 1 5で算出された流量値は表示部 1 6において表示されるようになっている。

すなわち、本実施例の流量計では、 1つのセンサュニット 1 3に対して、小流量域用の 3個の流速センサ 1 2 ! 〜1 2 ₃ 、および大流量域用の渦検出センサ 1 8をそれぞれ一体化したものである。従って、一定流量以下の小流量域においては、流速センサ 1 2ュ〜1 2 ₃ により同一断面上の複数の地点における流速が計測され、これらの計測値の平均値が平均流速演算部 1 4によって演算され、流量演算部 1 5によって、この平均値に基づいた流量が求められる。一方、大流量域においては、渦検出センサ 1 8によって、流体 aがセンサュニット 1 3の両側を通過することにより発生するカルマン渦の周波数（渦の数）が検出され、その検出結果に基づいて流量演算部 1 5により流量が演算される。従って、小流量域においては、 1の流速センサで流路の中央部のみを測定する従来の流量計に比べて測定精度が大きく向上すると共に広範囲な流量を測定でき、更に、大流量域においても、渦検出センサ 1 8により流量を計測できるため、全体として、より広範囲な流量を正確に測定することができる。

なお、流速センサ 1 2〗〜 1 2 ₃ と渦検出センサ 1 8 との計測可能領域は、図 2 5に示したように一部重複しており、この重複した領域では、いずれか一方の出力から流量を求めるようにしても良いし、両者の出力を用いた演算（例えば両者で求めた値の平均値をとる等）によって流量を求めるようにしても良い。さらには、渦検出センサ 1 8による計測値に基づいて流速センサ 1 2 : 〜1 2 ₃ の計測値を較正するようにしても良い。

以上第 2の実施例を挙げて本発明を説明したが、第 2の実施例においても、その均等の範囲で種々変形可能である。

例えば、上記実施例においては、センサュニッ卜 1 3に対して貫通孔 1 9を設け、その中央部に対応する位置に 1つの渦検出センサ（圧電膜センサ） 1 8を設置し、これによりセンサュニット 1 3の両側の差圧（Ρ ! — P ₂ ) を検出するようにしたが、図 2 6に示したように貫通孔 1 9の両端部にそれぞれセンサュニッ卜 1 3の両側の圧力 , P ₂ を個別に検出するための圧力センサ 2 0 a , 2 0 bを設け、これら圧力センサ 2 0 a , 2 0 bの出力を基に流量演算部 1 5において流量を算出するようにしても良い。

更には、図 2 7に示したように、貫通孔を設けることなく、センサュニット 1 3の両端部にそれぞれ圧力センサ 2 0 a， 2 O bを配設し、これら圧力センサ 2 0 a , 2 0 bの出力を基に流量演算部 1 5において流量を算出するようにしても良い。

なお、本発明は、ガス等の気体の流量を測定するものに限らず、液体の流量を測定する流量計にも適用することができる。

以上説明したように第 2の実施例に係る流量計によれば、流体の流速を検出するための複数の流速センサ、および流体が通過することにより発生するカルマン渦列の周波数を検出するための渦検出センサとを有する棒状のセンサ保持体を配管中の長手方向に対して直交するように配設し、小流量域においては、複数の流速センサの計測値の平均値を求め、この平均値に基づいて流量を演算し、一方、大流量域においては、渦検出センサの検出結果に基づいて流量を演算するようにしたので、 1の流速センサで流路の中央部のみを測定する従来の流量計に比べて小流量域の測定精度が大きく向上すると共に広範囲な流量を測定でき、また、大流量域においても、渦検出センサにより流量を計測できるため、全体として、より広範囲な流量を測定することができるという効果がある。産業上の利用可能性

以上のように本発明の流量計は、測定精度が大きく向上し、広範囲な流量を測定することができるので、ガスメ一夕等に好適である。

Claims

請求の範囲

1 . 配管中の長手方向に対して直交する同一断面上の互いに異なる位置に配設され各々流体の流速を検出する複数の流速センサと、

これら複数の流速センサの出力信号を入力として複数の位置における流速の平均値を演算する平均流速演算手段と、

この平均流速演算手段の演算結果に基づいて流体の流量を演算する流量演算手段

とを備えたことを特徴とする流量計。

2 . 配管の長手方向に沿った壁面の任意の位置に前記壁面を貫通するように設けられたガイド部材揷入部と、

このガイド部材揷入部を介して配管内に挿入されると共に、流体の流れ方向に沿つて複数の第 1の流体通過孔を有する中空状のガイド部材と、

このガイド部材に挿入されると共に、前記ガイド部材の複数の第 1の流体通過孔に対応して複数の第 2の流体通過孔を有し、かつこれら複数の第 2の流体通過孔各々に臨むように複数の流速センサが配設された流速センサュニットと、この流速センサュニッ卜における複数の流速センサの各出力信号を入力とし、流体流路内の複数の地点における流速の平均値を演算する平均流速演算手段と、この平均流速演算手段の演算結果に基づいて流体の流量を演算する流量演算手段

とを備えたことを特徴とする流量計。

3 . 配管の長手方向に直交する同一断面上において、それぞれ前記配管の壁面を貫通するように設けられた複数のガイド部材揷入部と、

これらガイド部材挿入部を介してそれぞれ配管内に挿入されると共に、流体の流れ方向に沿って少なくとも 1つの第 1の流体通過孔を有する中空状の複数のガィド部材と、

これらのガイド部材それぞれに挿入されると共に、前記ガイド部材の第 1の流体通過孔に対応して少なくとも 1つの第 2の流体通過孔を有し、かつ前記第 2の流体通過孔に臨むように少なくとも 1つの流速センサが配設された複数の流速センサュニットと、

これらの流速センサュニットにおける複数の流速センサの各出力信号を入力とし、流体流路内の複数の地点における流速の平均値を演算する平均流速演算手段と、

とを備えたことを特徴とする流量計。

4 . 前記ガイド部材がそれぞれ円筒状に形成されたことを特徴とする請求の範囲第 3項記載の流量計。

5 . 前記ガイド部材は、内部中空部に長手方向に沿って前記第 1の流体通過孔に対応して少なくとも 1つの第 3の流体通過孔が形成された 1つの仕切部を有すると共に、前記仕切部の両側にそれぞれ半円柱形伏のュニット揷入部を有し、一方、前記流速センサュニットは、各々前記ガイド部材のュニット揷入部に対して揷入可能な半円柱形状の 2つのュニット部材からなり、これらュニット部材各々に前記第 3の流体通過孔に対向して少なくとも 1つの第 2の流体通過孔が設けられ、かつ下流側に配置されるュニット部材側の第 2の流体通過孔に対応して流速センサが配設されてなることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の流量計。

6 . 前記ガイド部材は、内部中空部に長手方向に沿って前記第 1の流体通過孔に対応して少なくとも 1つの第 3の流体通過孔が形成された 2つの仕切部を有すると共に、これら仕切部を間にして 3つのュニット揷入部を有し、

, 一方、前記流速センサュニットは、各々前記ガイド部材のュニット揷入部に対して揷入可能な 3つのュニット部材からなり、これらュニット部材各々に前記第 3の流体通過孔に対向して少なくとも 1つの第 2の流体通過孔が設けられ、かつ流れ方向に対して真ん中に配置されるユニット部材の第 2の流体通過孔に対応して流速センサが配設されてなることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の流量計

7 . 前記ガイド部材の外壁に第 1の流体通過孔に対応して、ガイド部材の設置方向を合わせるための指標部を有することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の流量計。

8 . それぞれ、電流によって加熱されると共に温度に応じて抵抗値が変化する発熱体を有し、配管中において、配管の長手方向に対して直交する方向の位置が互いに異なる複数の位置に配設された複数の流速センサと、

各流速センサの発熱体を共通の電源に対して並列または直列に接続すると共に、各流速センサが配設された位置における流速の平均値に依存するパラメータを出力する流速検出回路と、

この流速検出回路の出力に基づいて、配管中を流れる流体の流量を演算する流量演算手段と

を備えたことを特徴とする流量計。

9 . 前記流速検出回路は、各流速センサの発熱体を共通の定電圧電源に対して並列に接続すると共に、前記パラメータとして、各発熱体を流れる電流の総和に対応する値を出力することを特徴とする請求の範囲第 8項記載の流量計。

1 0 . 前記流速検出回路は、各流速センサの発熱体を共通の定電流電源に対して直列に接続すると共に、前記パラメータとして、各発熱体の抵抗値の総和に対応する値を出力することを特徴とする請求の範囲第 8項記載の流量計。

1 1 . 配管中の長手方向に対して直交するように配設されると共に、流体の流速を検出するための複数の流速センサ、および、流体が通過することにより発生するカルマン渦列の周波数を検出するための渦検出センサとを有する棒状のセンサ保持体と、

前記複数の流速センサの出力を基に複数の位置における流速の平均値を演算する平均流速演算手段と、

小流量域においては前記平均流速演算手段の演算結果に基づいて流体の流量を求めると共に、大流量域においては前記渦検出センサの検出結果に基づいて流体の流量を求める流量演算手段と

を備えたことを特徴とする流量計。

1 2 . 前記センサ保持体が、流体の流れ方向に沿って複数の流体通過孔が設けられると共に前記流体通過孔に対して交差するように貫通孔が設けられた円柱状部材からなり、前記複数の流速センサ各々が前記対応する流体通過孔に臨むように配置されると共に、前記渦検出センサが前記貫通孔に臨み、かつ渦の発生により前記円柱部材の両側部間に生ずる圧力差を検出できる位置に配設された 1または 1対の圧力センサであることを特徴とする請求の範囲第 1 1項記載の流量計。

1 3 . 前記センサ保持体が、流体の流れ方向に沿って複数の流体通過孔が設けられた円柱状部材からなり、前記複数の流速センサ各々が前記対応する流体通過孔に臨むように配置されると共に、前記渦検出センサがそれぞれ渦の発生により前記円柱部材の両側部間に生ずる圧力差を検出できる位置に配設された 1対の圧カセンサであることを特徴とする請求の範囲第 1 1項記載の流量計。