JPH0545188A - フルイデイツク流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流量の変動を高感度に検出すること。 【構成】 整流用の流路縮小部４とジェットノズル５と
流路拡大部６とを同一線上に順に設け、流路拡大部６中
のジェットノズル５対向位置に偏流を起こさせる誘振子
７を設け、この流路拡大部６中の誘振子７の背後で排出
管２に至るまでの位置に帰還流路形成用のエンドブロッ
ク９を設けたフルイディック流量計において、被測定流
体の流量に対応した頻度で流れが周期的に変動する流路
部分の振動検出センサとしては、流量の増加に関してそ
の周期的な変化が線形的に増加するように変化するもの
であればよい点に着目し、対象流路部分に電気的抵抗に
よる速度センサ１１を設け、この速度センサ１１を含む
４つの抵抗Ｒ１〜Ｒ４によりブリッジ回路１２を形成
し、このブリッジ回路１２内の電位変動に基づき流量変
動を検出する検出回路１３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体や液体の流量の計
測に用いられるフルイディック流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の膜式ガスメータに代るものとして
開発されている、フルイディック発振を利用したフルイ
ディック流量計は、小型で可動部がないので、耐久性に
優れていることから、各方面でその研究・改良が進めら
れている。さらに、従来からのガス流量計は、取付けに
関して立上り面積を要することや都市美観の上からも小
型にして取付けに際して方向性を問わないものが望まれ
る。このような観点から、フルイディック流量計におい
てその特徴を活かした小型で性能のよいものが望まれて
いる。

【０００３】ここに挙げたフルイディック流量計は、一
般の教科書にも説明されているように、流れが自己を制
御するように働くことで振動を起こすことに着目し、そ
の振動数が流量に比例することを利用したものであり、
一般に、その振動数は流量の範囲が１５０リットル／時
間〜３０００リットル／時間でほぼ直線的に変化するこ
とが知られている。このようなフルイディック流量計
は、例えば特開昭６２−３０９１７号公報、特開昭６２
−１０８１１５号公報、特開昭６３−１３９２１４号公
報、特開昭６３−３１３０１８号公報などに示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これらのも
のでは圧力センサを用いて流路部分の変動を検出するよ
うにしており、流量の変化に対する感度の点で不十分で
あり、信頼性に欠けるものとなる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、整流用の流路縮小部とジェットノズルと流路拡大部
とを同一線上に順に設け、前記流路拡大部中のジェット
ノズル対向位置に偏流を起こさせる誘振子を設け、この
流路拡大部中の前記誘振子の背後で排出管に至るまでの
位置に帰還流路形成用のエンドブロックを設けたフルイ
ディック流量計において、前記流路拡大部中で被測定流
体の流量に対応した頻度で流れが周期的に変動する流路
部分に電気的抵抗による速度センサを設け、この速度セ
ンサを含む４つの抵抗によりブリッジ回路を形成し、こ
のブリッジ回路内の電位変動に基づき流量変動を検出す
る検出回路を設けた。

【０００６】この際、ブリッジ回路を形成する抵抗の
内、速度センサの抵抗をＲ１、速度センサに直列に接続
された抵抗をＲ２、この抵抗Ｒ２の対角位置に接続され
た抵抗をＲ３、この抵抗Ｒ３と直列に接続された抵抗を
Ｒ４としたとき、請求項２記載の発明では、流量０のと
きにはＲ１×Ｒ４＞Ｒ２×Ｒ３、流量がある値を越えた
ときにＲ１×Ｒ４＜Ｒ２×Ｒ３となる関係を満たすよう
に、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の値を設定し、検出回路によ
り抵抗Ｒ１，Ｒ２間の中点と抵抗Ｒ３，Ｒ４間の中点と
の間に流れる電流方向又は電位差の正負の反転回数を計
数して流量変動を測定するようにした。

【０００７】逆に、請求項３記載の発明では、流量０の
ときにはＲ１×Ｒ４＜Ｒ２×Ｒ３、流量がある値を越え
たときにＲ１×Ｒ４＞Ｒ２×Ｒ３となる関係を満たすよ
うに、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の値を設定し、検出回路に
より抵抗Ｒ１，Ｒ２間の中点と抵抗Ｒ３，Ｒ４間の中点
との間に流れる電流方向又は電位差の正負の反転回数を
計数して流量変動を測定するようにした。

【０００８】

【作用】請求項１記載の発明によれば、被測定流体の流
量に対応した頻度で流れが周期的に変動する流路部分の
変動検出センサとしては、流量の増加に関してその周期
的な変化が線形的に増加するように変化するものであれ
ばよい点に着目し、電気的に制御される速度センサを用
いるようにしたので、圧力センサによる場合に比して流
量変化が高感度で検出されるものとなる。特に、速度セ
ンサの抵抗を１辺に有するブリッジ回路構成に基づき検
出回路で検出するので、高感度に流量を測定できるもの
となり、かつ、応答性を高めたり、ノイズに対するレベ
ルを選択するといった処置も容易なものとなる。

【０００９】この際、請求項２又は３記載の発明のよう
な条件設定によれば、反転回数の計数といったデジタル
回路処理により、非常に高感度にして正確に測定できる
ものとなる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。まず、本発明を適用し得るフルイディック流量計の
基本的構成及び作用を図１(ｂ)を参照して説明する。こ
こでは、流入管１から排出管２を結ぶ経路上に、セット
リングスペース３、流路縮小部４、ジェットノズル５、
流路拡大部６を順に設け、かつ、流路拡大部６中に誘振
子７とサイドブロック８とエンドブロック９とを備えて
構成されている。ここに、このようなフルイディック流
量計は、ジェットノズル５と誘振子７とを結ぶ直線に対
して線対称な形状とされている。エンドブロック９には
サイドブロック８を覆うような状態で流路上流側に向か
って延ばした壁９ａ，９ｂを両側に有する。また、この
エンドブロック９の背後は、排出空間１０とされてい
る。

【００１１】このような構成において、まず、流路上流
側からの管状の流れはセットリングスペース３で２次元
的な流れに整流され、流路縮小部４によりさらに整流さ
れて円滑にジェットノズル５に向かう。そして、ジェッ
トノズル５で整流されたジェット流は、誘振子７に当た
ることにより左右に分れるが、エンドブロック９に至る
までの流路拡大部６の空間において、ある流量を越える
と誘振子７の背後にできる渦の不安定性によって、左又
は右に偏った流れを形成する。そのため、エンドブロッ
ク９にぶつかった流れは、エンドブロック９前面に沿
い、さらにサイドブロック８周りに沿ってジェットノズ
ル５の出口に達し、ジェット流に直角的にぶつかる。こ
のため、その脇から帰還した流れによってジェット流の
方向を最初の偏流とは反対方向に偏らせる。これによ
り、反対側では再び同様のことが起こり、結果としてジ
ェットノズル５を出る流れは規則的に交互に流れの方向
を変化させる。この規則的に方向を変化させる振動の周
波数は、流量の増加に対して直線的に増加する。

【００１２】このような一般的なフルイディック流量計
において、振動の起こる原理について、ジェットノズル
５、誘振子７、エンドブロック９などの基本となる構成
要素を実験的に調べた結果、整流用の流路縮小部４、ジ
ェットノズル５及びその流れの標的となる誘振子７が大
きな役割をし、さらに、エンドブロック９が帰還路の役
を担っていることが判明した。ここに、本実施例では、
流路拡大部６の内壁６ａを帰還流路として利用すること
で確実に振動を行なわせるものとしており、排出管２に
至る流路中にエンドブロック９が存在すればよく、サイ
ドブロック８は必須ではない。

【００１３】また、流路拡大部６中で被測定流体の流量
に対応した頻度で流れが周期的に変動する流路部分に検
出センサを設けるが、本実施例では速度センサ１１ａ，
１１ｂが用いられている。速度センサ１１ａ，１１ｂは
細線又は薄膜による電気的抵抗として構成されたものが
用いられ、電気的な回路構成とされている。即ち、速度
センサ１１ａ，１１ｂをなす抵抗体に僅かに電流を流す
ことにより発熱させ、抵抗値を変化させる。すると、発
生した熱は流路中の流れによってとり去られるが、その
度合いによって抵抗体温度も変化し、抵抗値変化を示す
ので、その電位差を検出することで、被測定流体の流れ
の変動周期を検出できるものである。この結果、変動周
期に対応させて流量変化が求められる。

【００１４】まず、速度センサ１１ａ，１１ｂを図１
(ｂ)中に示すように、ジェットノズル５の出口両側に配
置させて測定した場合の、流量−振動周波数の関係を図
２に示す。このように流量の増加に関してその周期的な
変化が線形的に増加するように変化すればよいので、本
実施例のように電気的に制御される速度センサ１１ａ，
１１ｂを用いることにより、圧力センサの場合よりも感
度よく流量変化を計測し得るものとなる。なお、速度セ
ンサ１１ａ，１１ｂを図１(ｂ)中の測定点Ｍ１，Ｍ２、
即ち誘振子７で振動して偏流しエンドブロック９にぶつ
かる領域で測定した場合も同様な特性が得られる。

【００１５】ところで、速度センサ１１の抵抗をＲ１と
したとき、この抵抗Ｒ１は図１(ａ)に示すように他の３
つの抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とともに電源Ｖに接続された
ブリッジ回路１２が形成される。即ち、抵抗Ｒ１，Ｒ２
が直列に接続され、抵抗Ｒ３，Ｒ４が直列に接続され、
抵抗Ｒ１に対して抵抗Ｒ４が対角に位置するブリッジ回
路１２構成とされている。また、抵抗Ｒ１，Ｒ２間の中
点と抵抗Ｒ３，Ｒ４間の中点との間にはこれらの中点間
を流れる電流Ｉを検出する検出回路１３が接続されてい
る。

【００１６】このようなブリッジ回路１２において、抵
抗に僅かに電流が流れた状態で、例えばＲ１×Ｒ２＝Ｒ
３×Ｒ４となるように各抵抗値と電流値とを調整してお
く。この状態で、被測定流体が速度センサ１１に当たる
と、その抵抗Ｒ１の値が変化し、ブリッジ回路１２の原
理により、各点の電位が変化し、また、電流の大きさも
変化する。特に、抵抗Ｒ２の値を抵抗Ｒ１と同程度若し
くはそれ以下に設定しておけば、非常に高感度に流量変
化を検出できる。例えば、電流Ｉは図３に示すように振
動するので、この振動周期を検出回路１３により検出す
れば高感度に流量の変化を算出できる。

【００１７】ところで、速度センサ１１の材質を適当に
選び、抵抗に僅かに電流を流した状態で、流量０のとき
にはＲ１×Ｒ４＞Ｒ２×Ｒ３、流量がある規定値を越え
たときにＲ１×Ｒ４＜Ｒ２×Ｒ３となる関係を満たすよ
うに、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の値を設定しておい
てもよい。この場合、最初は中点間には微小な電流Ｉが
流れるが、被測定流体が流れて速度センサ１１の抵抗Ｒ
１の値が下がると、Ｒ１×Ｒ４＜Ｒ２×Ｒ３となり、電
流Ｉの方向は逆向きとなる。即ち、速度センサ１１の配
設位置を適当に設定することににより、電流Ｉは被測定
流体の偏向に伴い方向が変わり図４に示すように正負に
振動する。よって、検出回路１３をデジタル回路構成と
してこの電流Ｉの向きが反転する回数を計数することに
より流量変化を算出できるものとなる。

【００１８】これは、一方の中点の電位Ｖ１と他方の中
点の電位Ｖ２との間の電位差ΔＶ１２（＝Ｖ１−Ｖ２）
の正負、従って、０Ｖを越えた回数を検出回路１３で計
数するようにしても、高感度で流量を算出できるものと
なる。

【００１９】このように速度センサ１１の材質として
は、発熱により抵抗値が増加するもの、例えばタングス
テンや合金などが適している。

【００２０】また、速度センサ１１として逆の性質を持
つもの、即ち、発熱により抵抗値が減少するもの、例え
ばサーミスタを用い、抵抗に僅かに電流を流した状態
で、流量０のときにはＲ１×Ｒ４＜Ｒ２×Ｒ３、流量が
ある規定値を越えたときにＲ１×Ｒ４＞Ｒ２×Ｒ３とな
る関係を満たすように、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の
値を設定するようにしてもよい。この場合、最初は中点
間には微小な電流Ｉが流れるが、被測定流体が流れて速
度センサ１１の抵抗Ｒ１の値が下がると、Ｒ１×Ｒ４＞
Ｒ２×Ｒ３となり、電流Ｉの方向は逆向きとなる。即
ち、速度センサ１１の配設位置を適当に設定することに
により、電流Ｉは被測定流体の偏向に伴い方向が変わり
図４に示すように正負に振動する。よって、検出回路１
３をデジタル回路構成としてこの電流Ｉの向きが反転す
る回数を計数することにより流量変化を算出できるもの
となる。

【００２１】この場合も電位差ΔＶ１２の正負の反転回
数を計数することによってもよい。

【００２２】何れにしても、本実施例のような速度セン
サ１１方式によれば、電気的回路構成によりその応答性
を高めたり、ノイズなどに対するレベル選択も容易なも
のとなる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、上述したように構成したの
で、請求項１記載の発明によれば、被測定流体の流量に
対応した頻度で流れが周期的に変動する流路部分の振動
検出センサとしては、流量の増加に関してその周期的な
変化が線形的に増加するように変化するものであればよ
い点に着目し、電気的に制御される速度センサを用いる
ようにしたので、圧力センサによる場合に比して流量変
化を高感度で検出でき、特に、このような速度センサの
抵抗を１辺に有するブリッジ回路構成に基づき検出回路
で検出するようにしたので、より高感度に流量を測定で
きるものとなり、かつ、応答性を高めたり、ノイズに対
するレベルを選択するといった処置も容易なものとな
る。

【００２４】この際、請求項２又は３記載の発明のよう
な条件設定によれば、反転回数の計数といったデジタル
回路処理により、非常に高感度にして正確に測定できる
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、(ａ)は回路図、(ｂ)
は水平断面図である。

【図２】流量−振動数特性を示す特性図である。

【図３】ブリッジ回路の電流変化特性を示す特性図であ
る。

【図４】ブリッジ回路の電流変化特性を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

２ 排出管 ４ 流路縮小部 ５ ジェットノズル ６ 流路拡大部 ７ 誘振子 ９ エンドブロック １１ 速度センサ １２ ブリッジ回路 １３ 検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 裕子 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 岡田 健二 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 渡邉 好夫 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 近藤 久景 愛知県名古屋市東区泉二丁目28番24号 リ コーエレメツクス株式会社内 (72)発明者 高宮 敏行 東京都品川区南大井６−16−10 リコー精 器株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流用の流路縮小部とジェットノズルと
   流路拡大部とを同一線上に順に設け、前記流路拡大部中
   のジェットノズル対向位置に偏流を起こさせる誘振子を
   設け、この流路拡大部中の前記誘振子の背後で排出管に
   至るまでの位置に帰還流路形成用のエンドブロックを設
   けたフルイディック流量計において、前記流路拡大部中
   で被測定流体の流量に対応した頻度で流れが周期的に変
   動する流路部分に電気的抵抗による速度センサを設け、
   この速度センサを含む４つの抵抗によりブリッジ回路を
   形成し、このブリッジ回路内の電位変動に基づき流量変
   動を検出する検出回路を設けたことを特徴とするフルイ
   ディック流量計。
2. 【請求項２】 ブリッジ回路を形成する抵抗の内、速度
   センサの抵抗をＲ１、速度センサに直列に接続された抵
   抗をＲ２、この抵抗Ｒ２の対角位置に接続された抵抗を
   Ｒ３、この抵抗Ｒ３と直列に接続された抵抗をＲ４とし
   たとき、流量０のときにはＲ１×Ｒ４＞Ｒ２×Ｒ３、流
   量がある値を越えたときにＲ１×Ｒ４＜Ｒ２×Ｒ３とな
   る関係を満たすように、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の値を設
   定し、検出回路により抵抗Ｒ１，Ｒ２間の中点と抵抗Ｒ
   ３，Ｒ４間の中点との間に流れる電流方向又は電位差の
   正負の反転回数を計数して流量変動を測定するようにし
   たことを特徴とする請求項１記載のフルイディック流量
   計。
3. 【請求項３】 ブリッジ回路を形成する抵抗の内、速度
   センサの抵抗をＲ１、速度センサに直列に接続された抵
   抗をＲ２、この抵抗Ｒ２の対角位置に接続された抵抗を
   Ｒ３、この抵抗Ｒ３と直列に接続された抵抗をＲ４とし
   たとき、流量０のときにはＲ１×Ｒ４＜Ｒ２×Ｒ３、流
   量がある値を越えたときにＲ１×Ｒ４＞Ｒ２×Ｒ３とな
   る関係を満たすように、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の値を設
   定し、検出回路により抵抗Ｒ１，Ｒ２間の中点と抵抗Ｒ
   ３，Ｒ４間の中点との間に流れる電流方向又は電位差の
   正負の反転回数を計数して流量変動を測定するようにし
   たことを特徴とする請求項１記載のフルイディック流量
   計。