JPH071183B2 - 流体振動子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、パイプラインを通る流体の流量を測定する分
岐流量計に使用する流体振動子に関するものである。

半導体の製造業者らによって、シリコンで作られたマス
フローセンサが設計されかつ開発されており、産業用プ
ラントに供給される空気その他のガスのような流体の流
量測定精度を向上させるべく、これらのセンサの性能を
向上させることが要求されている。しかしながら、産業
用の空気その他のガスを供給するパイプラインの直径は
一般的に25〜300mmあるのに対し、シリコンチップの活
性流検出エレメントの直線寸法は一般的に１〜2mmであ
る。従って、かようなパイプライン中を流れる空気又は
ガスの流量を正確に測定することは簡単ではない。特に
生産現場のゴミや埃で汚染された工場の大気を発生源と
する空気のような場合には流量の正確な測定は困難であ
る。また、燃焼用空気の場合には、燃焼空気ファンの使
用による種々の程度の流れ振動が空気供給ライン内に生
起し得る。シリコンチップセンサを用いるのに適した流
量計は、流体振動子の原理に基くものと考えられる。シ
リコンチップ流量センサを流体の流れの振動数又は反転
数の検出及び計数を行うデジタルモードで使用すると
き、流量の測定精度及び測定範囲は主として流体振動子
の幾何学的形状により左右されるであろう。このような
ことを考慮すると、流体振動子の設計に際し、標準範囲
の直径をもつパイプラインと組み合わせて使用できるよ
うに流体振動子を設計することが望ましいであろうし、
このパイプラインのサイズに関する問題の一つの解決法
は、任意の直径サイズのパイプラインの分岐形又はバイ
パス形流量計に使用可能な流体装置（フルイディクユニ
ット）を開発することにある。このような分岐構造は、
大きなパイプ直径をもつ空気供給パイプに使用するのに
魅力的であり、これは又、塵埃が高速度で流量センサに
衝突することから流量センサを保護する一つの方法を提
供するであろう。

特開昭48−16669号公報又は英国特許公開公報第2177204
号には、第１流路部分および第２流路部分を備えた形式
の流体振動子が開示されており、第１流路部分は、人口
端部と、相互作用室と、第１流路部分の入口端部に連結
され且つ相互作用室内に向けられた主流体ノズルとを有
し、第２流路部分は、第１流路部分の下流側に並設され
ており、出口端部と、該出口端部の上流側で第２流路部
分内に開口するセンサポートとを有している。

特開昭48−16669号公報や、特開昭50−36162号公報等に
おける流体振動子の欠点は、該流体振動子をパイプライ
ンと直列又は整列した状態で使用せざるを得ず、全体的
な嵩又は容積が増大してしまう点にある。流体振動子
は、実開昭58−21820号に示される如く、パイプライン
と分岐関係をなして使用されると想定されることから、
流体振動子とパイプラインとの連結部を、パイプライン
の内径よりも小さな直径のものにすることができるの
で、流体振動子の幅を低減させることができる。しかし
ながら、流体振動子を真っ直ぐに通る流体流路の長さ
は、該流体振動子を通る流体流量の一次関数である。従
って、特開昭48−16669号公報、特開昭50−36162号公報
および実開昭58−21820号等において知られた流体振動
子の本体の全長は、前記流路と実質的に同じ長さである
が故に、長いものとなってしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、上記形式の流体振動子の全長を低
減し、分岐形態で使用される流量計のために、より一層
小型化された流体振動子を提供することにある。

本発明は又、このような流体振動子を備えた分岐流量計
を提供することを目的とする。

本発明によれば、パイプラインを通る流体の流量を測定
する分岐流量計に使用する流体振動子であって、 第１の流路部分と第２の流路部分とを有し、 該第１流路部分は、人口端部と、相互作用室と、第１流
路部分の入口端部に連結され且つ相互作用室内に向けら
れた主流体ノズルと、前記相互作用室から下流側に延び
る拡散側壁と、該拡散側壁から前記相互作用室の制御ノ
ズルに延びるフィードバックループとを備えており、 前記第２流路部分は、前記第１流路部分の下流側に並設
され、該第２流路部分は、出口端部と、該出口端部の上
流側で該第２流路部分内に開口したセンサポートとを有
する流体振動子において、 前記第１流路部分及び第２流路部分は、第１流路部分を
通る流体の全体的な流れ方向が、前記第２流路部分を通
る流体の全体的な流れ方向に対して実質的に平行且つ反
対方向を向くように、側方に互いに並べて配置されてお
り、前記センサポートは夫々、一端が、前記流体振動子
の外部領域に通じ、他端が、前記第２流路部分に通じて
おり、前記第２流路部分を通る流体流の振動を検出すべ
く、流量センサを前記センサポートによって前記第２流
路部分に連結せしめることを特徴とする流体振動子が提
供される。

好ましくは、第３の流路部分が設けられ、前記第１流路
部分は、該第３流路部分によって前記第２流路部分の入
口端部に連結された出口端部を備える。前記第３流路部
分は、前記第１流路部分の出口端部及び前記第２流路部
分の入口端部の双方に対して実質的に直角に配置される
とともに、実質的に平行な側壁を備える。前記第１流路
部分、第２流路部分及び第３流路部分は、一緒に組み立
てられて流体振動子を構成する３つの部品に夫々形成さ
れる。

更に好ましくは、前記第２流路部分は、前記第１流路部
分からの流れを物理的に分割するための流れスプリット
ボディを備え、前記センサポートは、前記流れスプリッ
トボディには形成されずに、該流れスプリットボディの
両側に夫々配置される。前記第２流路部分は拡散側壁を
備えており、該拡散側壁は、第２流路部分の出口端部に
隣接する流れ制限部にて終端している。

好適には、流れスプリット壁を備えた第３の流路部分が
設けられ、該流れスプリット壁は、該第３流路部分の側
壁と平行に配置されるとともに、前記第２流路部分の流
れスプリットボディと整列して配置される。流れスプリ
ット部材が、前記第１流路部分の出口端部に隣接する部
位に配置され、該流れスプリット部材は、前記第３流路
部分の流れスプリット壁と整列している。

少なくとも前記第１流路部分の入口端部を横切るフロー
コンディショナを設けるのが良く、該フローコンディシ
ョナは、前記入口端部に流入する流体に乱流を生じさせ
るとともに、流体から粒状物を除去するフィルタとして
働く。フローコンディショナは、前記第１流路部分の入
口端部及び第２流路部分の出口端部に組付けられた第４
の流路部分に設けられる。

本発明は又、パイプラインを通る流体の流量を測定する
ための分岐流量計において、上記構成の流体振動子と、
前記センサポートを介して流体振動子内の振動を検出す
るように配設された流量センサとを有することを特徴と
する分岐流量計を提供する。

好ましくは、前記流量センサはシリコンチップセンサを
有する。前記第１流路部分の入口端部がパイプラインの
分岐ポートに連結され且つ前記第２流路部分の出口端部
が前記パイプラインの分岐戻しポートに連結されるよう
に、分岐流量計は、前記パイプラインと分岐した形態に
取付けられる。分岐流量計は、前記第１流路部分への入
口端部が前記パイプラインの管壁の分岐ポートに連結さ
れ且つ前記第２流路部分の出口端部が前記パイプライン
の管壁の分岐戻しポートに連結されるように、前記パイ
プラインと分岐した形態に取付けられ、該パイプライン
内には、前記分岐ポートと前記分岐戻しポートとの間に
流れ制限部が配置される。

本発明をより容易に理解できるようにするため、添付図
面に基いて本発明の実施例を以下に詳細に説明する。

図示の流体振動子は３つのブロック形部分１、２及び３
から組み立てられ、各ブロック形部分は流体振動子の原
理部分４、５及び６の１つを有している。第１図、第２
図及び第３図は、分解したこれらの部分を示す平面図で
あり、第１図及び第２図に示した２つの部分の対面する
側は取り外されていて、これらの各部分により形成され
る第１及び第２の流路部分４、５を示している。

第１の部分４は、流量計を装着すべきパイプラインの出
口ポートに連結される入口端部７と、相互作用室８と、
前記入口端部７に連結されておりかつ前記相互作用室８
に向いている主流体ノズル９と、前記相互作用室８から
延びている拡散側壁10と、相互作用室８の下流側で、前
記拡散側壁10から相互作用室８のところに設けられた制
御ノズル12まで延びているフィードバックループ11とか
ら構成されている。第１の部分４を通る流れを物理的に
分割する流れスプリット部材13が、第１の部分４の出口
端部14の個所及び該出口端部14に隣接する個所に配置さ
れている。

第２の部分５は拡散側壁15を有しており、該拡散側壁15
は、第２の部分５の入口端部16から延びておりかつ第２
の部分５の出口端部18に隣接する流れ制限部17に終端し
ている。この第２の部分５を通る流れを物理的に分割す
る流れスプリットボディ19が、入口端部16から流れ制限
部17に隣接する位置まで突出している。流れスプリット
ボディ19の側壁20は、その大部分の長さ範囲にわたっ
て、第２の部分５の拡散側壁15に対しほぼ平行に拡散し
ている。流れスプリットボディ19の出口側端部におい
て、流れ制限部17に対しほぼ対面する位置に向かって側
壁20が収斂していてエッジ21を形成している。流れスプ
リットボディ19の両側には、センサポート22（該センサ
ポートを介して、流量センサがこの第２の部分に接続さ
れている）が配置されている。

第３の流路部分６は、第１の部分の出口端部14と第２の
端部の入口端部16とを連結するための互いに平行な２つ
のチャンネル23を有している。これらのチャンネル23
は、第１の部分の流れスプリット部材13及び第２の部分
の流れスプリットボディ19と整合するように配置された
流れスプリット壁24によって互いに分離されている。こ
の第３の部分の全幅は第１の部分の出口端部及び第２の
部分の入口端部の幅に等しく、また、チャンネル23を構
成する各壁は互いに平行に配置されている。

これらの３つの部分４、５及び６の各流路は、ほぼ矩形
の断面形状を有している。

第４図、第５図及び第６図は組み立てられた状態にある
流体振動子の断面を示すものである。図示のように、２
つのブロック形部分１、２は、第１の部分４及び第２の
部分５を通る流れの方向が互いにほぼ平行でかつ反対方
向になるように、互いに並べて取付けられる。また、ブ
ロック形部分３は、チャンネル23が第１の部分４の出口
端部14及び第２の部分５の入口部分16に対して直角に配
置されるように、かつ、流れスプリット壁24を第１の部
分４の流れスプリット部材13及び第２の部分５の流れス
プリットボディ19と整合させつつ前記出口部分14と入口
部分16とがチャンネル23によって相互連結されるよう
に、ブロック形部分１、２の端部に固定される。従っ
て、第１、第２及び第３の部分は連続的に配置され、流
体振動子のためのほぼＵ字形をなす流路が形成される。

第７図は、ガス供給パイプの一部25に取付けられた上記
流体振動子を組み込んだ流量計を示すものであり、ま
た、ワイヤメッシュ26で構成された第４の流路部分、即
ち、フローコンディショナも示されており、該フローコ
ンディショナを介して流量計の入口端部及び出口端部が
パイプラインに連結されている。従って、パイプの一部
25は、流量計を取付けるべきパイプラインに連結される
ようになっている。パイプライン内のガス流の一部が流
量計を通るようにバイパスさせるための分岐入口ポート
27及び分岐出口ポート28が設けられており、これらのポ
ート27、28はパイプ部分25内に形成された流れ制限部29
の両側に配置されている。この流量計は、流体振動子の
ブロック形部分１、２及び３と、シリコンチップで作ら
れておりかつブロック形部分２の外側に取付けられた流
量センサ30とを有しており、該流量センサ30は、センサ
ポート22（第２図及び第５図）を介して流体振動子内の
振動を検出するようになっている。ワイヤメッシュすな
わちフローコンディショナ26は流体振動子の第１の部分
４の入口端部７及び第２の部分５の出口端部18の領域に
配置されており、該フローコンディショナ26は、これら
の入口端部７及び出口端部18とパイプ部分25の分岐入口
ポート27及び分岐出口ポート28との間に適当なフローコ
ンディショナ（図示せず）を取付けている。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明の範囲を逸脱することなくして種々の改変を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、本発明に従って構成され
た流体振動子の各構成部分を示す平面図である。 第４図及び第５図は、組み立てられた流体振動子を、そ
れぞれ第１の部分及び第２の部分を通る平行平面で断面
した断面図である。 第６図は、第４図及び第５図の断面に直角な平面で断面
した断面図である。 第７図は、本発明を具現化した流量計を取付けたパイプ
ラインをその長手方向に断面した断面図である。 １、２、３……ブロック形部分、４……第１の部分、５
……第２の部分、６……第３の部分、７……第１の部分
の入口端部、８……相互作用室、９……主流体ノズル、
10……拡散側壁、11……フィードバックループ、12……
制御ノズル、13……流れスプリット部材、14……第１の
部分の出口端部、15……拡散側壁、16……第２の部分の
入口端部、17……流れ制限部、18……第２の部分の出口
端部、19……流れスプリットボディ、20……側壁、21…
…エッジ、22……センサポート、23……チャンネル、24
……流れスプリット壁、25……パイプの一部、26……フ
ローコンディショナ（ワイヤメッシュ）、27……分岐入
口ポート、28……分岐出口ポート、29……流れ制限部、
30……流量センサ。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パイプライン（25）を通る流体の流量を測
   定する分岐流量計（１、２、３、30）に使用する流体振
   動子（１、２、３）であって、 第１の流路部分（４）と第２の流路部分（５）とを有
   し、 該第１流路部分（４）は、人口端部（７）と、相互作用
   室（８）と、第１流路部分の入口端部に連結され且つ相
   互作用室（８）内に向けられた主流体ノズル（９）と、
   前記相互作用室（８）から下流側に延びる拡散側壁（1
   0）と、該拡散側壁から前記相互作用室（８）の制御ノ
   ズル（12）に延びるフィードバックループ（11）とを備
   えており、 前記第２流路部分（５）は、前記第１流路部分（４）の
   下流側に並設され、該第２流路部分（５）は、出口端部
   （18）と、該出口端部（18）の上流側で該第２流路部分
   （５）内に開口したセンサポート（22）とを有する流体
   振動子（１、２、３）において、 前記第１流路部分及び第２流路部分（４、５）は、第１
   流路部分（４）を通る流体の全体的な流れ方向が、前記
   第２流路部分（５）を通る流体の全体的な流れ方向に対
   して実質的に平行且つ反対方向を向くように、側方に互
   いに並べて配置されており、前記センサポート（22）は
   夫々、一端が、前記流体振動子（１、２、３）の外部領
   域に通じ、他端が、前記第２流路部分（５）に通じてお
   り、前記第２流路部分（５）を通る流体流の振動を検出
   すべく、流量センサ（30）を前記センサポート（22）に
   よって前記第２流路部分（５）に連結せしめることを特
   徴とする流体振動子。
2. 【請求項２】少なくとも前記第１流路部分（４）の入口
   端部（７）を横切ってフローコンディショナ（26）が配
   置されており、該フローコンディショナ（26）は、前記
   入口端部（７）に流入する流体に乱流を生じさせるとと
   もに、該流体から粒状物を除去するフィルタとして働く
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体振動子。
3. 【請求項３】前記第２流路部分（５）は、前記第１流路
   部分（４）からの流れを物理的に分割するための流れス
   プリットボディ（19）を備えていることを特徴とする請
   求項１又は２記載の流体振動子。
4. 【請求項４】前記センサポート（22）は、前記流れスプ
   リットボディ（19）には形成されずに、該流れスプリッ
   トボディ（19）の両側に夫々配置されていることを特徴
   とする請求項３に記載の流体振動子。
5. 【請求項５】前記第２流路部分（５）は拡散側壁（15）
   を備えており、該拡散側壁は、第２流路部分の出口端部
   （18）に隣接する流れ制限部（17）にて終端しているこ
   とを特徴とする請求項４に記載の流体振動子。
6. 【請求項６】第３の流路部分（６）が設けられ、前記第
   １流路部分（４）は、該第３流路部分（６）によって前
   記第２流路部分（５）の入口端部（16）に連結された出
   口端部（14）を備えていることを特徴とする請求項１乃
   至５のいずれか１項に記載の流体振動子。
7. 【請求項７】前記第３流路部分（６）は、前記第１流路
   部分（４）の出口端部（14）及び前記第２流路部分
   （５）の入口端部（16）の双方に対して実質的に直角に
   配置されるとともに、実質的に平行な側壁を備えている
   ことを特徴とする請求項６に記載の流体振動子。
8. 【請求項８】流れスプリット壁（24）を備えた第３の流
   路部分（６）が設けられ、該流れスプリット壁（24）
   は、該第３流路部分（６）の側壁と平行に配置されると
   ともに、前記第２流路部分（５）の流れスプリットボデ
   ィ（19）と整列して配置されていることを特徴とする請
   求項３又は７に記載の流体振動子。
9. 【請求項９】流れスプリット部材（13）が、前記第１流
   路部分（４）の出口端部（14）に隣接する部位に配置さ
   れ、該流れスプリット部材（13）は、前記第３流路部分
   （６）の流れスプリット壁（24）と整列していることを
   特徴とする請求項８に記載の流体振動子。
10. 【請求項１０】前記第１流路部分、第２流路部分及び第
    ３流路部分は、一緒に組み立てられて流体振動子を構成
    する３つの部品に夫々形成されていることを特徴とする
    請求項６乃至８のいずれか１項に記載の流体振動子。
11. 【請求項１１】フローコンディショナが、前記第１流路
    部分（４）の入口端部（７）及び第２流路部分（５）の
    出口端部（18）に組付けられた第４の流路部分（26）に
    設けられていることを特徴とする請求項２又は10に記載
    の流体振動子。
12. 【請求項１２】パイプライン（25）を通る流体の流量を
    測定するための分岐流量計において、請求項１乃至11の
    いずれか１項に記載の流体振動子と、前記センサポート
    （22）を介して流体振動子内の振動を検出するように配
    設された流量センサ（30）とを有することを特徴とする
    分岐流量計。
13. 【請求項１３】前記流量センサ（30）がシリコンチップ
    センサを有することを特徴とする請求項12に記載の分岐
    流量計。
14. 【請求項１４】前記第１流路部分の入口端部（７）がパ
    イプライン（25）の分岐ポート（27）に連結され且つ前
    記第２流路部分の出口端部（18）が前記パイプラインの
    分岐戻しポート（28）に連結されるように、前記パイプ
    ラインと分岐した形態に取付けられたことを特徴とする
    請求項12又は13に記載の分岐流量計。
15. 【請求項１５】分岐流量計は、前記第１流路部分への入
    口端部（７）が前記パイプライン（25）の管壁の分岐ポ
    ート（27）に連結され且つ前記第２流路部分の出口端部
    （18）が前記パイプラインの管壁の分岐戻しポート（2
    8）に連結されるように、前記パイプラインと分岐した
    形態に取付けられ、 該パイプライン（25）内には、前記分岐ポート（27）と
    前記分岐戻しポート（28）との間に流れ制限部（29）が
    配置されることを特徴とする請求項13に記載の分岐流量
    計。