JPH02263117A - 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〕 本発明は、熱式流速センサを用いた流量計に関するもの
である。

〔従来の技術〕

一般に、気体の流量測定には得々の方式のセンサが使用
されているが、その１つとして、熱式流速センサがある
。この熱式流速センサの代表的なものは、抵抗体に電流
を流して加熱し、気体の流れの中に置いたときに気体の
流れによって冷却され抵抗が変化するのを利用して気体
の流量を測定するものである。

一方、この種の流速センサとしては、近年手導体製造技
術を用いて作られた各種タイプのものが知られており、
これは、通常マイクロフローセンサ（またはマイクロブ
リッジフローセンサ）トモ呼ばれ、非常に応答が速く、
高感度、低消費電力。

しかも量産性が良いなど多くのすぐれた特長をもってい
る。

ところで、従来、このマイクロフローセンサを用いた流
量計は、該７０−センサを円管や矩形管などの一定形状
の流路に配置して気体の流量を測定するのが普通である
。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来の流量計においては、円管や炉形管な
どの流路の中にマイクロフローセンサを取り付けるだけ
でも低流量の測定はできるが、流量が大きくなると上流
側の管内の段差や曲がりおよび壁面から乱れが発達する
ため、マイクロフローセンサのような応答速度の速いセ
ンサではその乱れをひろってしまいセンサ出力が大きく
乱れる。

このため、平均流量を測定するためには強力なローパス
フィルタ等が必要であった。また、使用できる電力が非
常に少ない場合はセンサを間欠駆動させなければならな
いため、出力が乱れていると測定が非常に困難であった
。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、マイクロフローセンサ等の熱式流速センサを用いて低
流量から高流量まで安定して測定できる流量計を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するために、本発明の流量計は、
流路内に複数の金網またはハニカム等の整流素子を間隔
をあけて配置し、複数の金網またはハニカム等の整流素
子の後方の流路を流路が絞り込まれる絞り部となし、こ
の絞り部の直ぐ後にマイクロフローセンサ々どの熱式流
速センサを配置するようにしたものである。

〔作　用〕

本発明においては、熱式流速センサのところで気体の流
れの乱れが非常に少なくなり、高流量でも安定して測定
できる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明による流量計の第１の実施例を示す断面
図である。同図において、１け気体の流量を測定するた
めの流路を形成する管路であり、この管路１は入口側の
円管部２の後方の流路を絞り部３にて絞って中間の円管
部４と々し、さらにこの中間の円管部４の後方の流路を
拡大部５で拡大して出口側の円管部６となしている。そ
して、入口側の円管部２内には、その径とほぼ同径を有
する整流用の金網７□〜７４が円筒状の各金網固定用ス
ペーサ８、〜８４でそれぞれはさみ込まれて外側からリ
ング状のスペーサ固定用ネジ体９□にて押え付けられて
いる。これにより、４枚の整流用金網７□〜７．が各ス
ペーサ８□〜８．で所定の間隔をあけて配置されている
。このとき、各スペーサ８、〜８４　およびネジ体９、
の内径は、その円管部２内の流路に段差が生じないよう
に絞り部３の始めの径と一致させてあり、これは入力側
円管部２内の流路径と等価である。また、出口側の円管
部６にも、前記入口側の円管部２と同様に整流用の金網
７．がスペーサ８′５ではさみ込まれて外側からスペー
サ固定用ネジ体９□にて押え付けることにより、その拡
大部５の直後に１枚の金網７．が配置されている。

また、中間の円管部４の中央部分の外壁にはセンサ取付
用溝１０が形成されている。この溝１゜内には、その円
管部４の内壁にあけられたセンサ取付穴（図示せず）に
、検出面を流路側に位置させてマイクロフローセンサ１
１がその円管部４内の絞９部３の直ぐ後に取付けられて
いる。なお、第１図中１２はガスケット、１３はセンサ
取付用蓋、１４は取付ネジ、２１および２２は管路１の
入口、出口側に設けられた配管接続用ネジ部であり、記
号Ｆは気体の流れ方向を示している。

ここで、本実施例ではマイクロフローセンサ１１を取付
ける円管部４の径（φ２Ｙを１０閣としたが、この値は
測定範囲によって決壕る。す々わち、小さい径では流速
が速く出力信号レベルが太きいため低流量の測定には適
しているが、高流量になるとマイクロフローセンサの出
力が飽和してしまい、また、圧力損失も大きく在るため
、高流量せで測定したい場合は径を大きくする。また、
絞り部３における絞りは流れの乱れを押さえると同時に
流速分布をフラットにし、マイクロフローセンサ１１が
取付けである壁付近の流速を大きく、すガわち出力信号
レベルを大きくする効果がある。さらに、入口側の複数
の整流用金網７□〜７４　は比較的目が粗いもので良い
ので、流れ中のダストによる目づまりや圧力損失が小さ
く、シかも乱れ、偏流を押さえる効果がある。

このように上記実施例の流量計によると、入口側の円管
部２内に複数の整流用金網７１〜７４　を所定の間隔を
あけて配置するとともに、これら金網７□〜７４　の後
方の流路を流路が絞り込まれた絞り部３となし、この絞
り部３の直ぐ後にマイクロフローセンサ１１を配置した
構造とすることにより、該マイクロフローセンサ１１の
ところで流れの乱れが非常に少なく々ジ、低流量から高
流量にわたって安定した測定が可能になる。

次に、上記実施例構成の絞り部３および入口。

出口側の整流用金網７□〜γ５　、マイクロフローセン
サ１１の取付は位置について具体的な数値例をあげて説
明する。

まず絞り部３においては、第２図（＆）に示すように、
入口側の円管部２の断面積金Ｓ□、中間の円管部４の断
面積をＳ２　とすると、その絞ｐ比（断面積比）Ｓ１／
Ｓ２は Ｓ□／Ｓ２≧１８　　　　・・山（１）とした。また絞
９角度θは、絞り内の最大角度を１５°≦θ≦５５　　
　・・・・・（２）の範囲とした。絞ｐ部３の形状は、
第２図（ｂ）に示すように、絞り部３の長さをｔ、その
間の中心線上における各々のＸ、Ｙ方向の大きさをＸ、
ｙｏ。

Ｙ　＋　ｙｌ　　とすると、 により、余弦曲線とした。

例えば流量範囲がＯ〜６０００　’／ｌのときは、入口
側および中間の円管部２，４の径φ０．φ２　をそれぞ
れ２２ｎｏ＊　、　１４ｒｍ、絞り部３の長さｔを１０
圏とした。その結果、かかる構造の絞り部３では、流速
分布がフラットに近く々す、円管部４の内壁に取付けら
れたマイクロフローセンサ１１付近の速度勾配が太きく
なり、そのセンサの出力が高くなる。また、絞り作用に
より流れの境界層が打消され、そこからまた発達するの
で、マイクロフローセンサ１１を絞りの直ぐ後あるいは
途中に取付けると、流量測定レンジの中で流れが層流か
ら乱流に変わる点があっても、その影響を受けない。

しかも偏流や乱れを押える効果が高いという利点を有す
る。

次に、入口側の整流用金網１□〜７．について述べる。

ここで金網の整流効果の指標と寿る抵抗係数には、一般
に金網の開口面積比β（＝（１−ｄ／７）２）とレイノ
ルズ数Ｒｅｌ：＝ｖｄ／（βν）〕によって変わること
が知られており、円形断面の針金で正方形網目の金網に
対して、次の式がある。

Ｋ−ΔＰ／（ρＶ　２／２　）　、または６（１−β）
ｆ２Ｒｅ−１／１１・・・・・　（４） （ただし、６０くＲ８＜６００） ここに、ΔＰは金網による圧力損失、ρは流体の密度、
■は流速、νは動粘性係数、ｄは針金の直径、ｔは針金
の間隔である。

この流ｌ計に使用する整流用の金網の目安としテハ、網
目にして２０〜６０メツシユ、β≧０．５．０８≦に≦
２．４（最大流量において）程度とし、ステンレス等の
さびない材質で正方形網目の金網を３〜５枚組合せて用
いた。例えば、ｄ＝０．２咽、３０メツシユの金網で、
そのβは０５８３で；ｌｐ、ａＯ，１６ｍｎ＋、４０メ
ツシュの金網でβ−０，５６である。金網の間隔は大体
網目の１０倍以上で、好ましくは２０倍以上である。こ
のとき、網目サイズの異なる金網を用いる場合は、入口
側から粗い順に並べた方が同一サイズのものだけを並べ
るよりも整流効果は大きいことが確認された。さらに、
網目の向きは互に隣りの金網とその針金の向きがほぼ４
５になるように並べた方が効果的であった。ただし、最
終金網と絞ｐ部３の距離は、各金網の間隔と同様にした
。

このように入力側の円管部２において、網目サイズの異
なる３〜５枚の比較的口の粗い金網７□〜７．（この例
では４枚）を入力側から網目が粗い順に並べて配置する
ことにより、流れ中のダストによる目づまりや圧力損失
が小さくなり、しかも乱れ、偏流を押さえる効果が高く
なる。

また出口側の金網７．は、必らずしも用いる必要はない
が、後ろからのゴミよけと流れをスムースに拡大させる
ために拡大部５の直ぐ後に設置した方が良い。この場合
、金網は、網目にして１０〜４０メツシュ位で、その他
は入口側と同じである。

一方、マイクロフローセンサ１１の取付は位置は、絞ジ
部３の終りまぎわか、あるいはその終りから円管部４の
直径以内に取付けた方が好適である（但し、出力の乱れ
をそれほど抑えなくても良いのであれば、これよυ後で
も構わない。）。このとき、絞シ部３の終りからマイク
ロフローセンサ１１の取付は位置までの距離をｒ１円管
部４の直径をｄとすると、ｒ≦ｄの関係に設定する。例
えば、ｄ＝１４ｍのとき、ｒは９ＩＩＩＩ＋とした。こ
れは、絞り部３から離れるにつれて管壁から乱れが発達
するので、その前で測定するためである。従って、かか
るマイクロフローセンサ１１の取付は構造によると、流
れの遷移（層流←乱流）の影響を受けずに広い流量範囲
にわたって測定が可能にガる。

第３図は本発明の第２の実施例を示す概略断面図である
。同図において、１５はデイフユーザ、１６は拡大部で
あり、第１図と同一部分寸たは和尚部分には同一符号が
付しである。この実施例では、φ２０の円管部２０入口
に３０メツシユの金網７６を付け、デイフユーザ１５で
示すように径をφ３４に拡大して拡大部１６となし、拡
大部１６に３０メツシユの金網７．．７８　を２枚入れ
、この拡大部１６の後方の流路を絞り部３に示すように
絞ってφ１０の円管部４となし、その円管部４にマイク
ロフローセンサ１１を取９付ける。拡大部１６を設けた
のは、流速を落として整流効果を上げるためである。こ
の場合デイフユーザ１５の長さ（流れ方向）は短い方が
特性が良かった。また、デイフユーザ１５の直ぐ後に整
流用の金網７．．７８を置くこ七が重要である。

第４図は、第３図の拡大部１６に整流用金網７９，７８
　の代わりに細管（キャピラリー）を束ねたハニカム等
の整流素子１Ｔを入れた例である。

この場合細管（キャピラリー）は長くするよりも内径を
小さくした方が乱れが小さくなり、効果的である。また
、細管の肉厚を薄くする必要がある。

なお、第３図および第４図のマイクロフローセンサ１１
の取付は位置は第１図と同様に絞り部３に近ければ近い
ほどよい。絞り部３から遠ざかるにつれて乱れが発達し
ていくからである。また、絞り部３の形状は余弦曲線な
どがよい。

第５図および第６図は整流用金網の取付は方法を示す断
面図および説明図である。第５図は拡大部１６における
金網７７．７８　の取付は方法を示し、第６図は円管部
２の入口における金網７６の取付は方法を示す。第５図
においては金網７．．７８　は溝に嵌め込まれ、第６図
においては金網７６は金網取付用リング２０により円管
部２の入口に取り付けられる。なお、第５図においては
、１８は０リング、１９はネジである。

第３図および第４図の入口の金網７６は第７図に示すよ
うに少し中に入れた方がよい。第７図では、円管部２と
デイフユーザ１５の境界に設けられている。

第８図は第１図〜第４図に示す流１・１１の代表的な出
力特性を示し、横軸が流量、縦軸が出力である。

上記実施例では流路の管は円管としたが、矩形管も考え
られる。しかし、矩形管の場合はコーナから渦（＝乱れ
）が発達するので、円管の方が特性は良い。また、金網
に限定されるものではなく、他の材質の網でも構わない
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、マイクロフローセ
ンサ等の熱式流速センサを用いた流量計において高流量
でも流れの乱れが非常に少々くなり安定するので、ロー
パスフィルタ無しでも、また間欠駆動でも、高流量から
低流量にわたる広い範囲で精度良い測定ができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流量計の第１の実施例を示す断面
図、第２図は第１図の実施例を説明するための説明図、
第３図および第４図は本発明による流量計の第２．第３
の実施例を示す概略断面図、第５図および第６図は金網
の取付は方法を説明するための断面図および説明図、第
７図は入口の金網の取付は方法を説明するための断面図
、第８図は第１〜第３の実施例の特性を示すグラフであ
る。 １・・・・管路、２・・・・入口側の円管部、３・・・
・絞り部、４・・・・中間の円管部、５・・・・拡大部
、６・・・・出口側の円管部、７〜７　・・・・整流用
金網、８１〜８．・・・・金網固定用スペーサ、９〜９
２　　・・・・スペーサ固定用ネジ体、１０・・・・セ
ンサ染付用溝、１１・・・・マイクロフローセンサ、１
５・・・・デュフユーザ、１６・・・・拡大ｇ（＋、１
７・・・・整流素子。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）流路内に複数の整流用金網を間隔をあけて配置し
   、前記複数の整流用金網の後方の流路を流路が絞り込ま
   れる絞り部となし、この絞り部の直ぐ後に熱式流速セン
   サを配置したことを特徴とする流量計。
2. （２）請求項１において、熱式流速センサは絞り部の終
   りからその流路の直径以内に取付けたことを特徴とする
   流量計。
3. （３）請求項１または２において、絞り部の形状は余弦
   曲線としたことを特徴とする流量計。
4. （４）請求項１〜３のいずれかにおいて、複数の整流用
   金網は入口側から網目が粗い順に並べて配置したことを
   特徴とする流量計。
5. （５）請求項１〜４のいずれかにおいて、複数の整流用
   金網は互いに隣りの金網とその針金の向きがほぼ４５度
   になるように並べて配置したことを特徴とする流量計。
6. （６）請求項１において、複数の整流用金網に代えてハ
   ニカム等の整流素子を備えたことを特徴とする流量計。
7. （７）請求項１において、入口側の流路が拡大された拡
   大部に整流用金網を配置したことを特徴とする流量計。
8. （８）請求項６において、入口側の流路が拡大された拡
   大部にハニカム等の整流素子を配置したことを特徴とす
   る流量計。