JP2000298046A - 計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測管の周囲における流体のカルマン渦の発
生を抑制することができ、ひいては流量等の計測項目に
ついての計測を精度よく行うことが可能な計測装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 流量計測部１を区画壁１０により、流入
室１１と流出室１２とに区画するとともに、流量計測部
１内に前記区画壁１０を貫通する態様で計量管１３を設
ける。そして、前記流入室１１における計測管１３の周
囲に、流体のカルマン渦の発生を抑制する整流板１４を
設ける。これにより、流入室１１に流入してきた流体
は、計測管１３の周囲に設けられた整流板１４により整
流され、計測管１３の周囲における流体のカルマン渦の
発生が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスその他の流
体の流量等、所期する計測項目についての計測を行う計
測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスその他の流体の所期する計測項目、
例えば流体の流量を求めるに際し、まず流体の流速を連
続的ないし定期的に計測し、これに基いて流体の流量を
演算することが行われている。そして、このような流体
の流量の計測方法の一つとして、超音波を利用した方法
が知られている。

【０００３】かかる超音波を利用した方法の原理を、図
６に示される従来の装置により説明すると次のとおりで
ある。図６において、（２１）は内部をガス等の流体が
流れる計測管である。この計測管（２１）内には、流れ
方向の上流側及び下流側に、所定距離を隔てて超音波振
動子（２）（３）が配置されている。

【０００４】この超音波振動子（２）（３）は、パルス
発生回路（４）からの駆動パルスにより駆動されて振動
し、超音波を発生送信する一方、送信されてきた超音波
を受信するもので、その超音波振動子（２）（３）が振
動したときの受信波が増幅回路（５）から電気信号とし
て出力されるものとなされている。

【０００５】そして、上流側の超音波振動子（２）から
流れに対して順方向に送信された超音波が下流側の超音
波振動子（３）で受波されるまでの伝搬時間と、下流側
の超音波振動子（３）から流れに対して逆方向に送信さ
れた超音波が上流側の超音波振動子（２）で受波される
までの伝搬時間との差は流速に関係することから、演算
回路（７）において前記伝搬時間差に基づいて流速を計
測し、さらに流速に基づいて流量を求める。なお、図６
において、（６）は各超音波振動子（２）（３）とパル
ス発生回路（４）及び増幅回路（５）の接続を切替える
切替回路であり、まずパルス発生回路（４）と上流側の
超音波振動子（２）、下流側の超音波振動子（３）と増
幅回路（５）を接続して、上流側から下流側への伝搬時
間を計測したのち、該切替回路（６）の作動によりパル
ス発生回路（４）と下流側の超音波振動子（３）、上流
側の超音波振動子（２）と増幅回路（５）とが接続され
るように切替えて、下流側から上流側への伝搬時間を計
測するものとなされている。

【０００６】ところで、上述のような超音波を利用した
流量計測装置として、図７に示すような流量計測装置が
提案されている。この流量計測装置は、流量計測部
（１）内部が区画壁（１０）により流入室（１１）と流
出室（１２）とに区画される共に、前記流入室（１１）
及び流出室（１２）に流入管（８）及び流出管（９）が
連結されている。また、前記区画壁（１０）には、計測
管（１３）が区画壁（１０）を貫通する態様で設けられ
ており、流入室（１１）と流出室（１２）とが連通せし
められている。

【０００７】しかして、流入管（８）を流れてきた流体
は、図７の白抜矢印のように、前記計測管（１３）の長
さ方向と交差する向きで流入室（１１）に流入し、該流
入室（１１）において流れの勢いが緩和される。そし
て、流れの勢いが緩和された流入室（１１）内の流体
は、計測管（１３）の流入室（１１）側の開口部（１１
ｄ）まで流れ、該開口部（１１ｄ）から計測管（１３）
内に流入する。計測管（１３）内に流入した流体は、そ
のまま計測管（１３）内を流入室（１１）側から流出室
（１２）側に流れ、計測管（１３）の流出室（１２）側
の開口部（１１ｅ）から流出室（１２）に流出したあ
と、そのまま流出管（９）に流出していく。

【０００８】そして、前記流量計測部（１）の長さ方向
両側の内面には、前記超音波振動子（２）（３）が設け
られており、計測管（１３）内を流れる流体の流速を、
上述の超音波を利用した方法で計測し、さらに流速に基
づいて流量を求めるものとなされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、流体が計測管（１３）の長さ方向と交差する向
きで流入室（１１）に流入する構造だと、流体の流れの
勢いは緩和されるが、計測管（１３）の周囲にいわゆる
カルマン渦（Ｐ）が発生することが多かった。このた
め、カルマン渦（Ｐ）によって流入室（１１）内の流体
の流れが乱れて、計測管（１３）内に流入する流体の流
量が不安定になるので、計測管（１３）内を流れる流体
の流量を精度よく求めることができないという問題があ
った。そして、この構造にかかる問題は、上述の超音波
を利用した流量計測の場合のみならず、その他の方法を
利用した流量計測の場合や、流速のみを計測する場合、
流体の温度その他の計測項目を計測する場合においても
同様に生じるものであった。

【００１０】この発明は、上述のような技術背景に鑑み
てなされたもので、計測管の周囲における流体のカルマ
ン渦の発生を抑制することができ、ひいては流量等の計
測項目についての計測を精度よく行うことが可能な計測
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、流体流入室
と、一端部を前記流入室に臨ませ、かつ他端部を前記流
入室外に臨ませるとともに、長さ方向を前記流入室に流
入する流体の流入方向に対して交差する状態に配置され
た計測管とを備え、前記計測管の長さ方向と交差する向
きで前記流入室に流入したのち、前記計測管を通過して
流出する流体について、前記計測管通過中に、所期する
計測項目についての計測を行うものとなされた流体の計
測装置であって、前記流入室における前記計測管の周囲
に、流入流体のカルマン渦の発生抑制用の整流板が設け
られていることを特徴とする。

【００１２】これによれば、前記計測管の長さ方向と交
差する向きで前記流入室に流入した流体は、計測管の周
囲に設けられた整流板により整流されるので、計測管の
周囲における流体のカルマン渦の発生が抑制される。

【００１３】なお、この発明では、交差とは、前記流入
室に流入する流体の流入方向と、前記計測管の長さ方向
とが交わる場合のみならず、前記流入室に流入する流体
の流入方向と、前記計測管の長さ方向とがねじれの関係
にある場合も含まれる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、この発明に係る
計測装置を、超音波を利用した流量計測装置に適用した
状態を示す図である。

【００１５】図１において、（１）は流体の流量を計測
する流量計測部で、流体が流入するための流入管（８）
と流体が流出するための流出管（９）とが区画壁（１
０）を介して連結されている。（２）（３）は超音波を
送信・受信する超音波振動子で、流量計測部（１）の長
さ方向両側の内面中央に突設された収容部（１ａ）に、
互いに対向する態様で設けられている。（４）は超音波
振動子（２）（３）を駆動するためのパルスを発生する
パルス発生回路、（５）は超音波振動子（２）（３）で
受信した受信波を出力する増幅回路、（６）は超音波振
動子（２）（３）とパルス発生回路（４）及び増幅回路
（５）の接続を切り替える切替回路、（７）は超音波の
伝搬時間差に基づいて流体の流速、さらには流量を求め
る演算回路である。なお、図１において、図７に示した
ものと同一部分については同一の符号を付す。

【００１６】前記流量計測部（１）は、その長さ方向の
中央部よりやや超音波振動子（３）側の位置において、
横断面全域にわたって区画壁（１０）が設けられてお
り、超音波振動子（２）が設けられている左側の空間が
流入室（１１）となされる一方、超音波振動子（３）が
設けられている右側の空間が流出室（１２）となされて
いる。そして、前記流量計測部（１）の流入室（１１）
側の上壁には、前記区画壁（１０）寄りの位置におい
て、流入管（８）が垂直に連結されている。このため、
流入管（８）内を流れてきた流体は、流量計測部（１）
の長さ方向と垂直な方向から流入室（１１）に流入し、
該流入室（１１）において流れの勢いが緩和される。ま
た、前記流量計測部（１）の流出室（１２）側の上壁に
は、流出室（１２）の中央位置において、流出管（９）
が垂直に連結されている。このため、流出室（１２）内
の流体は、流出管（９）を介して、流量計測部（１）の
長さ方向と垂直上向きに流出する。

【００１７】また、前記流量計測部（１）内の中央部に
は、長さ方向が流量計測部（１）の長さ方向と合致した
状態で、かつ前記区画壁（１０）の中央部を貫通する態
様の計測管（１３）が設けられており、該計測管（１
３）によって前記流入室（１１）と流出室（１２）とが
連通せしめられている。これにより、流入室（１１）内
に貯蓄した流体は、計測管（１３）の流入室（１１）側
の開口部（１３ｄ）から計測管（１３）内に流入し、そ
のまま計測管（１３）内を流入室（１１）側から流出室
（１２）側に流れ、計測管（１３）の流出室（１２）側
の開口部（１３ｅ）から流出室（１２）に流出する。そ
して、このときに計測管（１３）内を流れている流体の
流速を、後述の超音波を利用した方法で計測し、さらに
流速に基づいて流量を求めるようになっている。

【００１８】なお、この計測管（１３）の長さ方向両端
部（１３ａ）（１３ｂ）は、先端部に向かって拡径とな
る横断面円形のホーン型に形成され、流入室（１１）内
の流体がスムーズに計測管（１３）内に流入すると共
に、計測管（１３）内の流体がスムーズに流入室（１
１）に流出するようになっている。また、計測管（１
３）の中間部（１３ｃ）は、中央部から両端部（１３
ａ）（１３ｂ）にかけて緩やかに縮径する内面に形成さ
れており、超音波振動子（２）（３）から送信された超
音波の大部分が、この中間部（１３ｃ）内面で反射した
あと、対向する超音波振動子（３）（２）に受信される
ようになっている。

【００１９】また、流量計測部（１）の流入室（１１）
には、幅方向（図１の紙面の厚さ方向）の中央位置おい
て、計測管（１３）が存在する領域と、超音波振動子
（２）及び計測管（１３）の間の領域とを除く縦断面全
域にわたって、整流板（１４）（１４）が計測管（１
３）の長さ方向に、かつ垂直に設けられている。この整
流板（１４）は、流入管（８）から流入室（１１）に流
入してきた流体の流れを整流するものである。具体的に
説明すると、流入管（８）を流れてきた流体は、流入管
（８）と流量計測部（１）の連結部において、流量計測
部（１）の幅方向両側に分かれながら流入室（１１）に
流入する。そして、それぞれ別々に計測管（１３）上方
の整流板（１４）の側面、計測管（１３）の外周面、及
び計測管（１３）下方の整流板の側面を順に沿うように
して流れたあと、そのまま整流板の（１４）の側面に沿
って、計測管（１３）の流入室（１１）側の開口部（１
３ｄ）までスムーズに流れるので、計測管（１３）の周
囲における流体のカルマン渦の発生を抑制することがで
きる。

【００２０】次に、図１に示す流量計測装置を用いた流
量計測方法を説明する。

【００２１】まず、流入管（８）に流体を供給すると、
その流入管（８）を流れてきた流体は、流入管（８）と
流量計測部（１）の連結部において、流量計測部（１）
の幅方向両側に分かれながら流入室（１１）に流入す
る。そして、それぞれ別々に計測管（１３）上方の整流
板（１４）の側面、計測管（１３）の外周面、及び計測
管（１３）下方の整流板（１４）の側面を順に沿うよう
にして流れたあと、計測管（１３）下方の整流板（１
４）に沿って計測管（１３）の開口部（１３ｄ）まで流
れていく。このとき、流入室（１１）に流入されてきた
流体は、該流入室（１１）においてその流れの勢いが緩
和されると共に、計測管（１３）の周囲に設けられた整
流板（１４）によりカルマン渦の発生が抑制されること
によって、流入室（１１）内をスムーズに流れることが
できる。

【００２２】そして、計測管（１３）の流入室（１１）
側の開口部（１３ｄ）に到達した流体は、該開口部（１
３ｄ）から計測管（１３）内に流入し、そのまま計測管
（１３）内を流入室（１１）側から流出室（１２）側に
流れ、計測管（１３）の流出室（１２）側の開口部（１
３ｅ）から流出室（１２）に流出したあと、流出管
（９）に流出していく。

【００２３】この状態で、計測管（１３）内を流れる流
体の流量を計測するべく、パルス発生回路から超音波振
動子（２）を駆動するためのパルスを出力すると、その
超音波振動子（２）の振動に応じた超音波が送信され
る。そして、その超音波の大部分は、そのまま対向する
超音波振動子（３）に受信されるか、あるいは計測管
（１３）の中間部（１３ｃ）の内面で反射したあと、流
出側の超音波振動子（３）に受信される。

【００２４】次に、切替回路により接続を切り替え、超
音波振動子（３）から超音波を送信すると、上述と同様
にして、超音波の大部分は対向する超音波振動子（２）
に受信される。

【００２５】しかして、演算回路（７）によって、流入
室（１１）側の超音波振動子（２）から流れに対して順
方向に送信された超音波が、流出室（１２）側の超音波
振動子（３）に受信されるまでの伝搬時間と、流出室
（１２）側の超音波振動子（３）から流れに対して逆方
向に送信された超音波が、流入室（１１）側の超音波振
動子（２）に受信されまでの伝搬時間との差から、計測
管（１３）内を流れる流体の流速を導出し、さらに該流
速に基づいて、計測管（１３）内を流れる流体の流量を
求める。

【００２６】なお、以上の実施形態では、整流板（１
４）を、流入室（１１）の幅方向中央位置において、計
測管（１３）が存在する領域と、超音波振動子（２）及
び計測管（１３）の間の領域とを除く縦断面全域にわた
って設けるものとしたが、これに限られず、図３に示す
ように、整流板（１５）を計測管（１３）の下方（又は
上方）にのみ設けてもよい。あるいは、整流板を計測管
（１３）の長さ方向の一部分、例えば、図４に示すよう
に整流板（１６）を計量管（１３）の中間部分に設けた
り、図６に示すように整流板（１７）を区画壁（１０）
から計量管（１３）の開口部（１３ｄ）にわたる部分に
設けるものとしてもよい。要は、計測管（１３）の周囲
における流体のカルマン渦の発生を抑制できるように、
整流板を計測管（１３）の周囲の所定箇所に設けるもの
とすればよい。

【００２７】また、流入管（８）を流量計測部（１）に
垂直に連結することにより、流体を計測管（１３）に対
して垂直な方向から流入室（１１）に流入せしめるもの
としたが、必ずしも直角でなくてもよく、計量管（１
３）の長さ方向と交差する向きで流体を流入室（１１）
に流入せしめるものであればよい。

【００２８】また、計量管（１３）の端部（１３ｂ）を
流出室（１２）に臨ませるものとしたが、計量管（１
３）の端部（１３ｂ）を直接流出管（９）に直接連結す
るものとしてもよい。

【００２９】また、超音波を利用した流量計測のみなら
ず、その他の方法を利用した流量計測であってもよい
し、さらに流量でなく、他の計測項目を計測するものと
してもよい。

【００３０】

【発明の効果】この発明に係る流量計測装置は、流入室
における前記計測管の周囲に、流入流体のカルマン渦の
発生抑制用の整流板が設けられていることを特徴とする
から、前記計測管の長さ方向と交差する向きで前記流入
室に流入した流体は、計測管の周囲に設けられた整流板
により整流され、計測管の周囲における流体のカルマン
渦の発生を抑制することができる。従って、流入室内の
流体は、カルマン渦により流れを乱されることなく計測
管内にスムーズに流入していくので、流体の流量等の計
測項目の計測を精度よく行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る流量計測装置を示
す概略構成図である。

【図２】図１の流量計測装置のＩ−Ｉ線矢視断面図であ
る。

【図３】整流板を計量管の下方に設けた流量計測装置を
示す概略構成図である。

【図４】整流板を計量管の中間部に設けた流量計測装置
を示す概略構成図である。

【図５】整流板を区画壁から計量管の開口部にわたる部
分に設けた流量計測装置を示す概略構成図である。

【図６】超音波流速計測方法を説明するための概略構成
図である。

【図７】従来の流量計測装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１・・・流量計測部 ２、３・・・超音波振動子 ８・・・流入管 ９・・・流出管 １０・・・区画壁 １１・・・流入室 １２・・・流出室 １３・・・計測管 １４・・・整流板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体流入室と、一端部を前記流入室に臨
   ませ、かつ他端部を前記流入室外に臨ませるとともに、
   長さ方向を前記流入室に流入する流体の流入方向に対し
   て交差する状態に配置された計測管とを備え、 前記計測管の長さ方向と交差する向きで前記流入室に流
   入したのち、前記計測管を通過して流出する流体につい
   て、前記計測管通過中に、所期する計測項目についての
   計測を行うものとなされた流体の計測装置であって、 前記流入室における前記計測管の周囲に、流入流体のカ
   ルマン渦の発生抑制用の整流板が設けられていることを
   特徴とする流体の計測装置。