JP2000249579A - 流量測定方法及びそれを利用した差圧式流量計 - Google Patents
流量測定方法及びそれを利用した差圧式流量計Info
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- JP2000249579A JP2000249579A JP11052125A JP5212599A JP2000249579A JP 2000249579 A JP2000249579 A JP 2000249579A JP 11052125 A JP11052125 A JP 11052125A JP 5212599 A JP5212599 A JP 5212599A JP 2000249579 A JP2000249579 A JP 2000249579A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 粘度の高い流体や速度の小さな流体の流量を
正確に測定する。 【解決手段】 絞り機構を利用して流体の圧力変化量及
び流速を求め、流体の流量を算出する差圧式流量計にお
いて、管路を流れる流体の圧力損失によって生じる第１
の差圧を測定する装置４を設け、この第１の差圧と、絞
り機構１の入口と絞り部の間の第２の差圧とから、ベル
ヌーイの定理に従う管路断面積が変化したことのみによ
る補正圧力変化量を算出し、この補正圧力変化量を利用
して流速を求め、その流速と管路断面積とから流体の流
量を算出する演算手段６を備える。
正確に測定する。 【解決手段】 絞り機構を利用して流体の圧力変化量及
び流速を求め、流体の流量を算出する差圧式流量計にお
いて、管路を流れる流体の圧力損失によって生じる第１
の差圧を測定する装置４を設け、この第１の差圧と、絞
り機構１の入口と絞り部の間の第２の差圧とから、ベル
ヌーイの定理に従う管路断面積が変化したことのみによ
る補正圧力変化量を算出し、この補正圧力変化量を利用
して流速を求め、その流速と管路断面積とから流体の流
量を算出する演算手段６を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ベンチュリ管など
の絞り機構を利用した流量測定方法及びそれを利用した
差圧式流量計に関するものである。
の絞り機構を利用した流量測定方法及びそれを利用した
差圧式流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】流体が絞り部を通過する時には流路断面
積の変化により流速が早くなり、圧力が小さくなる。こ
れをベルヌーイの定理と呼び、以下のような式（１）が
成り立つ。
積の変化により流速が早くなり、圧力が小さくなる。こ
れをベルヌーイの定理と呼び、以下のような式（１）が
成り立つ。
【０００３】
【数１】
【０００４】ここで、ｐは圧力、ρは流体密度、ｕは流
体流速であって、添え字は、１が断面積変化前で、２が
断面積変化後を意味する。また、絞り部分で流量は保存
するので以下の式（２）が成立する。
体流速であって、添え字は、１が断面積変化前で、２が
断面積変化後を意味する。また、絞り部分で流量は保存
するので以下の式（２）が成立する。
【０００５】
【数２】
【０００６】ここで、Ａは流路断面積である。式（１）
と式（２）からｕ2 を消去すると以下の式（３）が得ら
れ、密度が変化しない場合には、絞り部前後の差圧を測
定することにより流速および流量が得られることにな
る。
と式（２）からｕ2 を消去すると以下の式（３）が得ら
れ、密度が変化しない場合には、絞り部前後の差圧を測
定することにより流速および流量が得られることにな
る。
【０００７】
【数３】
【０００８】この原理を利用した差圧式流量計がオリフ
ィス流量計やベンチュリ流量計である。図１には、従来
のベンチュリ流量計の構成を示した。ここでは、流体１
０が絞り機構を備えた導圧管１１の中を流れ、その絞り
部での差圧が差圧計１２で測定されている。なお、この
場合、式（３）を書き直した以下の式（４）が、測定に
際して実際に用いられている。
ィス流量計やベンチュリ流量計である。図１には、従来
のベンチュリ流量計の構成を示した。ここでは、流体１
０が絞り機構を備えた導圧管１１の中を流れ、その絞り
部での差圧が差圧計１２で測定されている。なお、この
場合、式（３）を書き直した以下の式（４）が、測定に
際して実際に用いられている。
【０００９】
【数４】
【００１０】ここで、△ｐv が絞りによって生じた差
圧、ｃが流出係数、εが膨張係数、βは絞り比（Ａ2 ／
Ａ1 ）1/2 である。式（４）を実際に使用する際には、
気体を測定するときの密度変化は膨張係数で補正してい
る。また、管摩擦により生じる圧力損失を流出係数とい
う一定値を与えて測定流量範囲で補正している。
圧、ｃが流出係数、εが膨張係数、βは絞り比（Ａ2 ／
Ａ1 ）1/2 である。式（４）を実際に使用する際には、
気体を測定するときの密度変化は膨張係数で補正してい
る。また、管摩擦により生じる圧力損失を流出係数とい
う一定値を与えて測定流量範囲で補正している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、管摩擦により
生じる圧力損失はレイノルズ数の関数となるため、レイ
ノルズ数が高い領域では流出係数を一定と仮定しても問
題はないが、レイノルズ数が低い場合には問題が生じ
る。この問題は粘度の高い流体や速度の小さい流体の場
合に現れるため、上述の測定方法は油などの流量測定に
は適さない。特に、水と油が混ざった流体を測定する場
合、油の中に水が分散している状態（油連続状態）と、
水の中に油が分散している状態（水連続状態）では流出
係数が大きく変化する。
生じる圧力損失はレイノルズ数の関数となるため、レイ
ノルズ数が高い領域では流出係数を一定と仮定しても問
題はないが、レイノルズ数が低い場合には問題が生じ
る。この問題は粘度の高い流体や速度の小さい流体の場
合に現れるため、上述の測定方法は油などの流量測定に
は適さない。特に、水と油が混ざった流体を測定する場
合、油の中に水が分散している状態（油連続状態）と、
水の中に油が分散している状態（水連続状態）では流出
係数が大きく変化する。
【００１２】水、油、気体が混ざった流体を測定する多
相流流量計にベンチュリ管を用いた場合も、同じように
問題が生じる。図２は、水と油と空気を混ぜた流体を流
し、その時のベンチュリ差圧を利用して流体の平均密度
を測定した結果である。横軸はこの三成分からなる流体
の理論的な平均密度であり、縦軸はその流体の測定に基
づき式（５）から得られる流体の平均密度ρ1である。
相流流量計にベンチュリ管を用いた場合も、同じように
問題が生じる。図２は、水と油と空気を混ぜた流体を流
し、その時のベンチュリ差圧を利用して流体の平均密度
を測定した結果である。横軸はこの三成分からなる流体
の理論的な平均密度であり、縦軸はその流体の測定に基
づき式（５）から得られる流体の平均密度ρ1である。
【００１３】
【数５】
【００１４】この図を見ると、液体中の水の割合を示す
ウォータカットＷ／Ｃが２０％以下と３０％以上とで
は、結果が明らかに異なっている。すなわち、Ｗ／Ｃが
２０％以下の状態は油の中に水が分散している油連続状
態であり、Ｗ／Ｃが３０％以上の状態は水の中に油が分
散している水連続状態となっている。これは、油連続と
水連続の変化がこの間のＷ／Ｃで起こったためであり、
本来は流出係数を変化させなければならないのに対し
て、それを変化させていないために生じたものである。
ウォータカットＷ／Ｃが２０％以下と３０％以上とで
は、結果が明らかに異なっている。すなわち、Ｗ／Ｃが
２０％以下の状態は油の中に水が分散している油連続状
態であり、Ｗ／Ｃが３０％以上の状態は水の中に油が分
散している水連続状態となっている。これは、油連続と
水連続の変化がこの間のＷ／Ｃで起こったためであり、
本来は流出係数を変化させなければならないのに対し
て、それを変化させていないために生じたものである。
【００１５】これを修正するためには、粘度計のような
新しい測定器を用いて、レイノルズ数の関数となってい
る流出係数を補正する方法があるが、それは装置が複雑
になる欠点がある。本発明は、この問題を解決するた
め、より簡便な方法で流出係数の補正を行う手法を適用
した、差圧式流量計を提案するものである。
新しい測定器を用いて、レイノルズ数の関数となってい
る流出係数を補正する方法があるが、それは装置が複雑
になる欠点がある。本発明は、この問題を解決するた
め、より簡便な方法で流出係数の補正を行う手法を適用
した、差圧式流量計を提案するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の流量測定方法
は、絞り機構を利用して流体の圧力変化量及び流速を求
め、流体の流量を算出する流量測定方法において、管路
を流れる流体の圧力損失によって生じる第１の差圧を測
定する装置を設け、前記第１の差圧と、前記絞り機構の
入口と絞り部の間の第２の差圧とから、ベルヌーイの定
理に従う管路断面積が変化したことのみによる補正圧力
変化量を算出し、この補正圧力変化量を利用して流体の
流速を求め、その流速と管路断面積とから流体の流量を
算出するようにしたものである。
は、絞り機構を利用して流体の圧力変化量及び流速を求
め、流体の流量を算出する流量測定方法において、管路
を流れる流体の圧力損失によって生じる第１の差圧を測
定する装置を設け、前記第１の差圧と、前記絞り機構の
入口と絞り部の間の第２の差圧とから、ベルヌーイの定
理に従う管路断面積が変化したことのみによる補正圧力
変化量を算出し、この補正圧力変化量を利用して流体の
流速を求め、その流速と管路断面積とから流体の流量を
算出するようにしたものである。
【００１７】また、本発明の差圧流量計は、絞り機構を
利用して流体の圧力変化量及び流速を求め、流体の流量
を算出する差圧式流量計において、管路を流れる流体の
圧力損失によって生じる第１の差圧を測定する装置を設
け、前記第１の差圧と、前記絞り機構の入口と絞り部の
間の第２の差圧とから、ベルヌーイの定理に従う管路断
面積が変化したことのみによる補正圧力変化量を算出
し、この補正圧力変化量を利用して流体の流速を求め、
その流速と管路断面積とから流体の流量を算出する演算
手段を備えたものである。
利用して流体の圧力変化量及び流速を求め、流体の流量
を算出する差圧式流量計において、管路を流れる流体の
圧力損失によって生じる第１の差圧を測定する装置を設
け、前記第１の差圧と、前記絞り機構の入口と絞り部の
間の第２の差圧とから、ベルヌーイの定理に従う管路断
面積が変化したことのみによる補正圧力変化量を算出
し、この補正圧力変化量を利用して流体の流速を求め、
その流速と管路断面積とから流体の流量を算出する演算
手段を備えたものである。
【００１８】また、前記圧力損失が前記絞り機構の上流
または下流に配置したスタティックミキサによるもので
ある。
または下流に配置したスタティックミキサによるもので
ある。
【００１９】さらに、前記圧力損失が前記絞り機構によ
るものである。
るものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】図３は絞り機構としてベンチュリ
管を用いた本発明の差圧流量計の構成図である。ここで
は、ベンチュリ管１の入口とスロート部との差圧Δｐv
を測定する差圧計２と、ベンチュリ管１の入口の絶対圧
を測定する絶対圧計３を設置する。また、ベンチュリ管
１の上流にはスタティックミキサ４を設置し、さらに、
スタティックミキサ４の上流の絶対圧を測定する絶対圧
計５を設置する。スタティックミキサ４における圧力損
失による差圧Δｐs は、絶対圧計３と絶対圧計５との差
から計算される。なお、これらの差圧計２、および絶対
圧計３、５から各圧力信号を受けとり、所定の計算を行
うのが演算装置６である。
管を用いた本発明の差圧流量計の構成図である。ここで
は、ベンチュリ管１の入口とスロート部との差圧Δｐv
を測定する差圧計２と、ベンチュリ管１の入口の絶対圧
を測定する絶対圧計３を設置する。また、ベンチュリ管
１の上流にはスタティックミキサ４を設置し、さらに、
スタティックミキサ４の上流の絶対圧を測定する絶対圧
計５を設置する。スタティックミキサ４における圧力損
失による差圧Δｐs は、絶対圧計３と絶対圧計５との差
から計算される。なお、これらの差圧計２、および絶対
圧計３、５から各圧力信号を受けとり、所定の計算を行
うのが演算装置６である。
【００２１】ベンチュリ管１の入口とスロート部との差
圧Δｐv は、先述した式（４）ではなくて、管摩擦など
による圧力損失を考慮した式（６）のようになる。
圧Δｐv は、先述した式（４）ではなくて、管摩擦など
による圧力損失を考慮した式（６）のようになる。
【００２２】
【数６】
【００２３】式（６）の右辺第１項はベルヌーイの定理
に従う断面積が変化したことよる圧力の変化の項であ
る。そして、右辺第２項が管摩擦などによる圧力損失の
項となる。多相流のような場合は、複数の相が混合する
ことによるエネルギ損失もこの中に含まれる。なお、Ｋ
はベンチュリ管１の入口とスロート部の間の圧力損出係
数である。一方、スタティックミキサ４での圧力損失に
よる差圧Δｐs は、断面積変化がないため、式（７）に
示すように、式（６）の右辺第２項と同じ形になる。
に従う断面積が変化したことよる圧力の変化の項であ
る。そして、右辺第２項が管摩擦などによる圧力損失の
項となる。多相流のような場合は、複数の相が混合する
ことによるエネルギ損失もこの中に含まれる。なお、Ｋ
はベンチュリ管１の入口とスロート部の間の圧力損出係
数である。一方、スタティックミキサ４での圧力損失に
よる差圧Δｐs は、断面積変化がないため、式（７）に
示すように、式（６）の右辺第２項と同じ形になる。
【００２４】
【数７】
【００２５】ただし、Ｋ′はスタティックミキサにおけ
る圧力損出係数である。よって、管摩擦などに依存せず
にベルヌーイの定理に従う断面積が変化したことのみに
よる圧力の変化△ｐの項だけを残すために、以下の補正
式（８）を用いる。
る圧力損出係数である。よって、管摩擦などに依存せず
にベルヌーイの定理に従う断面積が変化したことのみに
よる圧力の変化△ｐの項だけを残すために、以下の補正
式（８）を用いる。
【００２６】
【数８】
【００２７】ここで、Ｋ″はＫ／Ｋ′であり、ベンチュ
リ管に固有の係数であるため、あらかじめ水、油で値を
決めておく。さらに、次の式（９）が成り立つ。
リ管に固有の係数であるため、あらかじめ水、油で値を
決めておく。さらに、次の式（９）が成り立つ。
【００２８】
【数９】
【００２９】この式（９）を変形することにより、流体
の密度ρ1 は、流出係数に依存しない、次の（１０）式
から求められる。
の密度ρ1 は、流出係数に依存しない、次の（１０）式
から求められる。
【００３０】
【数１０】
【００３１】このようにして得られた流体の平均密度ρ
1とその理論的平均密度との関係（図２に対応する関
係）は、図４に表される。これを見ると、Ｗ／Ｃが２０
％より小さい場合でも、また３０％より大きい場合で
も、流体の平均密度の理論値と実測値とがほぼ一致して
おり、従って、この圧力変化Δｐの補正式が適切である
ことを示している。
1とその理論的平均密度との関係（図２に対応する関
係）は、図４に表される。これを見ると、Ｗ／Ｃが２０
％より小さい場合でも、また３０％より大きい場合で
も、流体の平均密度の理論値と実測値とがほぼ一致して
おり、従って、この圧力変化Δｐの補正式が適切である
ことを示している。
【００３２】従って、このΔｐの値を用いて、式（９）
より流速ｕ1 が求められ、さらに、その流速ｕ1 に断面
積Ａ1 を掛けることにより、流体１０の流量を求めるこ
とができる。なお、上記に示した各処理計算はすべて演
算装置６で行うものとする。
より流速ｕ1 が求められ、さらに、その流速ｕ1 に断面
積Ａ1 を掛けることにより、流体１０の流量を求めるこ
とができる。なお、上記に示した各処理計算はすべて演
算装置６で行うものとする。
【００３３】図５には本発明の他の構成を示した。これ
は、先の例におけるスタティックミキサ４に代えて、ベ
ンチュリ管１により発生する圧力損失を利用したもの
で、その圧力損失による差圧Δｐe は差圧計７により測
定される。なお、図５中に示す符号のうち、図３と同じ
物は同一物または相当物を表すものとする。
は、先の例におけるスタティックミキサ４に代えて、ベ
ンチュリ管１により発生する圧力損失を利用したもの
で、その圧力損失による差圧Δｐe は差圧計７により測
定される。なお、図５中に示す符号のうち、図３と同じ
物は同一物または相当物を表すものとする。
【００３４】この例では、差圧計７で測定される差圧を
Δｐe とすると、式（８）に相当する補正式は、式（１
１）として得られる。
Δｐe とすると、式（８）に相当する補正式は、式（１
１）として得られる。
【００３５】
【数１１】
【００３６】従って、このΔｐの値を用いて、式（９）
より流速ｕ1 が求められ、さらに、その流速ｕ1 に断面
積Ａ1 を掛けることにより流体１０の流量を求めること
ができる。この場合には、スタティックミキサのような
障害物がないため、詰まりやすい流体を測定する時でも
詰まりが生じる危険が少なくなり、メンテナンスを容易
に行えるという利点がある。
より流速ｕ1 が求められ、さらに、その流速ｕ1 に断面
積Ａ1 を掛けることにより流体１０の流量を求めること
ができる。この場合には、スタティックミキサのような
障害物がないため、詰まりやすい流体を測定する時でも
詰まりが生じる危険が少なくなり、メンテナンスを容易
に行えるという利点がある。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の差圧式流
量計によれば、高粘度流体や低流速の流体を測定すると
きに流出係数が適切に補正されるため、正確に流量計測
を行うことができる。また、多相流流量の計測において
は、各相の状態が変化しても影響を受けることなく計測
を行うことができる。
量計によれば、高粘度流体や低流速の流体を測定すると
きに流出係数が適切に補正されるため、正確に流量計測
を行うことができる。また、多相流流量の計測において
は、各相の状態が変化しても影響を受けることなく計測
を行うことができる。
【図１】 従来のベンチュリ流量計の構成図である。
【図２】 従来の圧力変化量を用いた水、油および空気
からなる流体の平均密度と測定によって得られた平均密
度の関係図である。
からなる流体の平均密度と測定によって得られた平均密
度の関係図である。
【図３】 本発明の差圧式流量計の構成図である。
【図４】 本発明の補正圧力変化量を用いた場合の水、
油および空気からなる流体の平均密度と測定によって得
られた平均密度の関係図である。
油および空気からなる流体の平均密度と測定によって得
られた平均密度の関係図である。
【図５】 本発明の他の差圧式流量計の構成図である。
１ ベンチュリ管 ２ 差圧計 ３ 絶対圧計 ４ スタティックミキサ ５ 絶対圧計 ６ 演算装置 ７ 差圧計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591234178 帝国石油株式会社 東京都渋谷区幡ケ谷１丁目31番10号 (71)出願人 000006507 横河電機株式会社 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 (72)発明者 笛木 学 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 西 智美 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 田中 仁章 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 山崎 大輔 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F030 CA04 CC01 CC06 CD20 CE04 CE40
Claims (4)
- 【請求項１】 絞り機構を利用して流体の圧力変化量及
び流速を求め、流体の流量を算出する流量測定方法にお
いて、 管路を流れる流体の圧力損失によって生じる第１の差圧
を測定する装置を設け、 前記第１の差圧と、前記絞り機構の入口と絞り部の間の
第２の差圧とから、ベルヌーイの定理に従う管路断面積
が変化したことのみによる補正圧力変化量を算出し、こ
の補正圧力変化量を利用して流体の流速を求め、その流
速と管路断面積とから流体の流量を算出する流量測定方
法。 - 【請求項２】 絞り機構を利用して流体の圧力変化量及
び流速を求め、流体の流量を算出する差圧式流量計にお
いて、 管路を流れる流体の圧力損失によって生じる第１の差圧
を測定する装置を設け、 前記第１の差圧と、前記絞り機構の入口と絞り部の間の
第２の差圧とから、ベルヌーイの定理に従う管路断面積
が変化したことのみによる補正圧力変化量を算出し、こ
の補正圧力変化量を利用して流体の流速を求め、その流
速と管路断面積とから流体の流量を算出する演算手段を
備えた差圧式流量計。 - 【請求項３】 前記圧力損失が前記絞り機構の上流また
は下流に配置したスタティックミキサによるものである
請求項２記載の差圧式流量計。 - 【請求項４】 前記圧力損失が前記絞り機構によるもの
である請求項２記載の差圧式流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11052125A JP2000249579A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | 流量測定方法及びそれを利用した差圧式流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11052125A JP2000249579A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | 流量測定方法及びそれを利用した差圧式流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000249579A true JP2000249579A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12906168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11052125A Pending JP2000249579A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | 流量測定方法及びそれを利用した差圧式流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000249579A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005537464A (ja) * | 2002-07-19 | 2005-12-08 | マイクロリス コーポレイション | 流体フロー測定および比例流体フロー制御デバイス |
| JP2014507007A (ja) * | 2011-03-03 | 2014-03-20 | ローズマウント インコーポレイテッド | 差圧型流量測定装置 |
| CN106123983A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-11-16 | 浙江汽轮成套技术开发有限公司 | 空气压缩机筒状进气管的进气流量测量方法 |
| CN108414400A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-08-17 | 泉州市法尔机械科技有限公司 | 油品粘度的判定方法及判定系统 |
| CN115216647A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-10-21 | 遵义钛业股份有限公司 | 倒u形联合法制备海绵钛蒸馏过道内高温流体流速计算方法 |
| CN118482341A (zh) * | 2024-07-15 | 2024-08-13 | 杭州云气控股有限公司 | 一种lng-cng集成式燃气回收式供应方法及系统 |
-
1999
- 1999-03-01 JP JP11052125A patent/JP2000249579A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2005537464A (ja) * | 2002-07-19 | 2005-12-08 | マイクロリス コーポレイション | 流体フロー測定および比例流体フロー制御デバイス |
| JP2010072008A (ja) * | 2002-07-19 | 2010-04-02 | Entegris Inc | 流体フロー測定および比例流体フロー制御デバイス |
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