JPH02208521A - 流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、ｖＲ管の中を流れる液体、気体または蒸気の
流量を測定する流量計、特にオリフィス板、該オリフィ
ス板内に移動可能に配置されて環状オリフィスの有効面
積を変化させるオリフィスプラグと、該オリフィスプラ
グを支持する抵抗バネから成る流量計に関するものであ
る。

「従来の技術１ 従来、上記種類の流量計としては、英国特許第１９０１
２号の明細書に記載されているように、オリフィス板と
オリフィス内に配置されたオリフィスプラグにより環状
オリフィスを形成し、上記第１７　フイス板とオリフィ
スプラグとの相対的軸方向位置を変化させて、上記環状
オリフィスの面積を変化させるものがあった。

上記オリフィスプラグは軸を介してダイヤプラムに一体
的に取り付けられており、その軸方向移動は、その前後
の流体圧力の差に依存して作動する上記ダイヤプラムの
動きに追随し、そのオリフィスプラグの移動位置を読取
ることにより流量を測定するようになっている。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、上記従来の流量計は、構造が複雑であっ
て、しかも測定の全範囲に互って高精度に測定すること
が不可能であった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、ダイヤプラムを省略
してオリフィスプラグそのものを流体の流れにより動か
すことにより、構造が簡単で、流体の流量を広い範囲に
亙って高精度に測定することが出来ると共に、逆方向の
流れに対しても測定することが出来る流量計を提供する
ことにある。

［課題を解決するだめの手段１ 本発明の流量計は、配管の途中に挿入して接続するため
のフランジを両端閉口部に有する測定管と；該測定管内
に固定されたオリフィス板と；」１記測定管の中心細線
に沿って設けられ、オリフィスの中心を通るスピンドル
と；該スピンドルにその軸方向に移動可能に取り付けら
れ、鼓状円錐体の輪郭を有し、前記オリフィス板との間
で形成される環状オリフィスの面積を変化せしめるオリ
フィスプラグと；該オリフィスプラグが流体の流れによ
り下流側へ移動するのを弾性的に受止めてバランスを保
ち、最適の環状オリフィスを形成する抵抗バネと、上記
オリフィスプラグの前後の流体の圧力の差を測定する差
圧計測手段から構成されていることを特徴とするもので
ある。

また、本発明の流量計は、上記構造のものに、逆方向に
流れる流体により移動するオリフィスプラグを受け止め
て、オリフィス板との間で固定した環状オリフィスを形
成せしめるストッパを設けたことを特徴とするものであ
る。

さらに、オリフィスプラグの上記鼓状円錐体の輪郭が ｙ＝、／ｉロア７「 （ただし、Ｘはオリフィスプラグの最大直径部分から軸
方向への距離、ＹはＸ位置におけるオリフィスプラグの
半径、Ｒは上記最大直径部分の半径、お上びＫは定数で
ある。） を満足する形状であることも特徴とするものである。

［実施例１ 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図において、１は測定管であって、その入口側およ
び出口側には７ランジ２および３が設けられており、流
量を測定すべき配管の途中に挿入して接続されるように
なっている。

上記測定管１の内壁にはオリフィス板４が例えば溶接ま
たは圧入等により固定されている。該オリフィス板４に
は円形のオリフィスが形成されていて、下流側に向けて
窄まったテーパー４ａがつけられており、エツジ４ｂが
下流側に形成されていて、オリフィスの穴壁の摩耗が少
なくなるようにしている。

５および６は支持ブラケットであって、その間にスピン
ドル７が取付けられている（第２図も参照）。該スピン
ドル７は、上記測定’ｔ？１の中心軸線に沿って配置さ
れていて、」二記オリフィスの中心を通っており、これ
を回転させることにより軸方向にｌ；１９移動できるよ
うになっている。

８はオリフィスプラグであって、上記スピンドル７に摺
動自在に取り付けられており、上記オリフィス板４との
間で環状オリフィスを形成している。該オリフィスプラ
グ８は下流側に向けて拡がった鼓状円錐体の形状をして
おり、スピンドル７に沿って軸方向に移動することによ
り、上記環状オリフィスの面積を変化せしめるようにな
っている。

９は抵抗バネであって、上記オリフィスプラグ８の下流
側のスピンドル７に外挿されている。該抵抗バネ９は、
上記オリフィスプラグ８が流体の流れによって下流側へ
移動するのを弾性的に受止めて、最適の環状オリフィス
を形成する位置でバランスを保ってオリフィスプラグを
静止せしめるようになっている。

１０は校正歯車であって、上記スピンドルの周囲に７に
形成されているネジ７ａに螺合した状態でスピンドル７
に取り付けられており、上記抵抗バネ９を下流側で受け
止めている。上記校正歯車１０はつオーム１１と噛合っ
ていて、＃Ｓ２図に仮想線で示すように、該つオーム１
１を外部からボックスレンチ等の工具Ｔを用いて回転さ
せることにより校正歯車１０を回転せしめるようになっ
ている。上記校正歯車１０は、スピンドル７の回りを回
転しながら、その軸方向に移動するようになっている。

該校正歯＄１０の位置を調節することにより上記オリフ
ィスプラグ８に対する抵抗バネ９の押圧力をｇ整するよ
うになっている。

１２はストッパであって、上記スピンドル７に外挿して
固定されるか、又はスピンドル７と一体的に形成されて
おり、第３図に示すように、上記オリフィスプラグ８が
流体の逆方向の流れにより押されて動かされた場合、オ
リフィス板４との間に形成される環状オリフィスの面積
を一定に保つように、オリフィスプラグ８の動きを規制
するようになっている。

上記７ランジ２お上Ｖ３には、各々フランジタツプ１３
および１４が形成されていて、測定Ｗ１内の流体の圧力
を計測し、オリフィスプラグ８の前後の圧力の差をマノ
メーター等により測定するようになっている。

上記オリフィスプラグ８の鼓状円錐体の輪郭、即ちオリ
フィスプラグ８の軸線を通る平面と、鼓状円錐体の表面
とが交わる線の形状は、第４図に示すように ｙ＝、／ｉ−幻Ｔ・・・（１） の関係式が成立するような形状に精密加工されている。

尚、−上記式（１）において、Ｘはオリフィスプラグ８
の最大直径部分８ａから軸方向への距離、ＹはＸ位置に
おけるオリフィスプラグ８の半径（環状オリフィスの内
径）、Ｒは上記最大直径部分８ｍの半径（環状オリフィ
スの外径）、お上びＫは定数を示す。

上記式（１）を満足するように、オリフィスプラグ８の
鼓状円錐体の輪郭を形成することにより、第５図に示す
ように、オリフィスプラグ８の前後の流体圧の差圧に正
比例して流量が変化することになり、全測定幅（０〜１
００％）に亙って流量を高精度に測定することができる
。

次に、上記式（１）の輪郭を有するオリフィスプラグ８
を使用することにより差圧に正比例した流量が測定でき
ることを証明する。

一般の配管中のオリフィスに対しては、ベルヌーイの定
理により Ｑ　＝　Ｋ　＋　Ａ（’Ｖ　　・・・（２）が導き出さ
れる。

ス面積、ｈは差圧である。

ところで、本発明では流量が差圧に正比例しなければな
らないから、 Ｑ　＝　Ｋ　、ｈ　　・・・（３）（Ｋ２は定数）従っ
て、上記式（２）と（３）から、 Ｋ＋Ａ５＝に２ｂ　　・・・（４） が得られ となる。ここでに、はＫ　２／　Ｋ　＋の定数である。

萌述のように、本発明のオリフィスプラグ８は抵抗バネ
９の助けにより、その前後の差圧に比例した位置まで移
動してバランスを保たれるので、そのＸｏＣｈ　（Ｘは
オリフィスプラグの移動量であって、式（１）のＸと同
じ）の関係より、上ご式（５）はＡ＝に３．／”５１”
　　・・・（６）となる。

ところで、ＡはＸ位置における環状オリフィスの有効面
積であるので、Ａ＝ｘ（Ｒ’−Ｋ２）を式（６）に代入
すると、 ここに、Ｑは流量、Ｋ１は定数、Ａはオリフイπ（Ｒ２
−ｙ　２）＝　Ｋ　ｆｆ、／Ｙ　　・・・（７）となる
。

これをＹについて整理すると、 となって、上記式（１）が得られる。

尚、第１図において、１５は空気抜穴、１６はドレン抜
穴であって、通常は各々ボルト栓により閉じている。

次に、上記実施例の流量計の作用について説明する。

まず、測定前に流量計の校正を行なっておく。

即ち、校正器蓋１７を外して校正歯車１０をソケットレ
ンチ等の工具Ｔを使用してＷＲｌする。

無流量負荷状態でのゼロ流量点設定は困難なのでスピン
ドル７、オリフィスプラグ８及び抵抗バネ９のオリフィ
ス板４に対する関係位置決めは、流量負荷をかけて行な
う。

使用する流体の水換算最大流量に対応する公称差圧は計
算によって求められる。

流量と差圧との直接比例関係は、四分の一負荷流量（水
換算）時における四分の一最大差圧を実測しそれを調整
する゛ことにより求められる。この実測調整は、前述の
校正歯車調整をくり返しながら測定精度を確立するまで
続けられる。この実測校正は引続き、ゼロから最大流量
負荷までの間の１４個所以上の特定流量負荷点について
くり返され、真の直線（比例）性能を確立する。

この標準的な実測校正によって全測定範囲内での測定誤
差は最大±１％以内に抑えられる。

この実測校正生得たデータはコンピューターに保存され
、製品の精度証明書ならびに校正グラフ発給に使用され
る。本校正後、工具Ｔは外され校正器蓋１７はシールさ
れる。本実測校正の意義は、あらゆる種類の使用物流に
対して単一の流体、即ち、水で校正出来ることにあり、
この水と、他の流体との密度差の補正は次式で行なえ、
この簡単式が本発明を〃ス・蒸気など粘度３０センチ・
ストーク以下のあらゆる流体の流量計測への応用を可能
にしている。

ユニで、 Ｑ　＝使用流体の水換算流量 Ｍ　＝使用流体の流量 ５−Ｇ＝水に対する使用流体の比重 以上の校正は一度行うと再度の校正は必要ない。

次に流量測定について説明する。

まず流体を第１図で矢印方向に流すと、その流動エネル
ギーによりオリフィスプラグ８は抵抗バネ９に抗して下
流方向へ押され、オリフィス板４との間で環状オリフィ
スを形成する。該オリフィスプラグ８は、流体の流動エ
ネルギーと抵抗バネ９の抵抗力によりバランスを保たれ
て最適の環状オリフィスを形成する。

この状態で両フランジタツプ１３．１４の圧力差を読取
ると流量が直接求められる。

上記オリフィスプラグ８は、流量に変化が生ずると、再
び、抵抗バネ９の抵抗力とバランスが保たれる位置まで
移動して、環状オリフィスの面積を変化させるので、再
度、差圧を読取ることにより流量を求める。

一方、逆方向に流れる流体の流量を測定する場合には、
第３図に示すように、オリフィスプラグ８がストンパ１
２により停止した位置で、固定された環状オリフィスが
形成されるので、Ｑ　＝　ＫｆｉＶ（ただし、Ｑは流量
、Ｋ′は定数、１１は差圧）から、流量を求めることが
できる。

［発明の効果］ （１）本発明の流量計によれば差圧が流量変化に正比例
するので、差圧の出力信号から流量を直接求めることが
出来、従来の差圧の平方根から流量を求める方式のよう
な制約や取扱いの繁雑さがない。

（２）測定範囲が０〜１００％の全範囲に互って高精度
に測定することが出来る。

（３）流体の逆方向の流れに則しても流量を測定するこ
とが出来る。

（４）測定管が短くて済み、配管中にコンパクトにセッ
トすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流量計の一実施例を示す縦断面図、第
２図は第１図のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図、第３図逆
方向の流れの場合のオリフィスプラグの状態を示す部分
断面図、！＊４図はオリフィスプラグの輪郭を示す曲線
図、第５図は差圧と流量の関係を示すグラフである。 １・・・測定！、２，３・・・７ランジ、４・・・オリ
フィス板、４ａ・・・テーパー、４１１・・・ニック、
５，６・・・支持ブラケット、７・・・スピンドル、７
ａ・・・ネジ、８・・・オリフィスプラグ、８ａ・・・
最大直径部分、９・・・抵抗バネ、１０・・・校正歯車
、１１・・・つｔ−ム、１２・・・ストパ、１３．１４
・・・フランジタツプ、１５・・・空気抜穴、１６・・
・ドレン抜穴、１７・・・較正器蓋。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、配管の途中に挿入して接続するためのフランジを両
   端閉口部に有する測定管と；該測定管内に固定されたオ
   リフィス板と；上記測定管の中心軸線に沿って設けられ
   、オリフィスの中心を通るスピンドルと；該スピンドル
   にその軸方向に移動可能に取り付けられ、鼓状円錐体の
   輪郭を有し、前記オリフィス板との間で形成される環状
   オリフィスの面積を変化せしめるオリフィスプラグと；
   該オリフィスプラグが流体の流れにより下流側へ移動す
   るのを弾性的に受止めてバランスを保ち、最適の環状オ
   リフィスを形成する抵抗バネと、上記オリフィスプラグ
   の前後の流体の圧力の差を測定する差圧計測手段から構
   成されていることを特徴とする流量計。 ２、逆方向に流れる流体により移動するオリフィスプラ
   グを受け止めて、オリフィス板との間で固定した環状オ
   リフィスを形成せしめるストッパを設けたことを特徴と
   する請求項１に記載の流量計。 ３、オリフィスプラグの上記鼓状円錐体の輪郭がＹ＝√
   ［Ｒ＾２Ｋ√（Ｘ）］ （ただし、Ｘはオリフィスプラグの最大直径部分から輪
   方向への距離、ＹはＸ位置におけるオリフィスプラグの
   半径、Ｒは上記最大直径部分の半径、およびＫは定数で
   ある。） を満足する形状であることを特徴とする請求項１に記載
   の流量計。