JPH08136295A

JPH08136295A - 流量計

Info

Publication number: JPH08136295A
Application number: JP30281594A
Authority: JP
Inventors: Kazumitsu Nukui; 一光温井; Shinichi Sato; 真一佐藤
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 1996-05-31
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: JP3338574B2

Abstract

(57)【要約】【目的】フルイディック素子を用いた流量計におい
て、外乱による圧力変動がある状態でも正確に流量を計
測できるようにする。【構成】補正処理部５５は、流量演算部４５が第１の
圧電膜センサ３５によって検出されるフルイディック発
振のパルスに基づいて流量を算出しているときに、ノズ
ルの通路内に設けられたフローセンサ３０の出力を用い
て圧力変動の周波数を求め、この圧力変動の周波数とフ
ルイディック発振の周波数とを比較して外乱によってフ
ルイディック発振の周波数が変化しているか否かを判断
する。変化していると判断したときは第２の圧電膜セン
サ５３によって検出されるノズルの上流側と下流側との
間の差圧に基づいて流量を算出し、フルイディック発振
のパルスに基づく流量と置き換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フルイディック素子を
用いた流量計に係り、特に外乱の影響を低減できるよう
にした流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスメータ等に利用される流量計とし
て、フルイディック流量計が知られている。このフルイ
ディック流量計は、噴流を発生させるノズルの下流側
に、一対の側壁によって流路拡大部を形成すると共に、
側壁の外側に設けられたリターンガイドによって、ノズ
ルを通過した流体を各側壁の外側に沿ってノズルの噴出
口側へ導く一対のフィードバック流路を形成し、ノズル
を通過した流体が一対のフィードバック流路を交互に流
れる現象（本出願において、フルイディック発振とい
う。）を利用し、フルイディック発振の周波数や周期に
基づいて流体の流量を測定するものである。このフルイ
ディック流量計では、例えば、フルイディック発振を圧
電膜センサによって検出し、この圧電膜センサの出力を
パルス化し、各パルス毎に、その前のパルスとの時間間
隔であるパルス周期を求め、このパルス周期から流量お
よび積算流量を求めるようになっている。

【０００３】図４は圧電膜センサの出力に基づいて生成
されたパルス（以下、圧電膜センサのパルスという。）
を表したもので、この図において符号Ａ〜Ｅはパルス周
期を表している。フルイディック流量計では、このパル
ス周期の逆数に補正係数を掛けた値を積算して積算流量
を求めるようになっている。

【０００４】このフルイディック流量計は測定領域があ
まり広くないため、例えば特開平４−３１５９１６号公
報に示されるように、フルイディック流量計と、微小流
量の測定に適した熱式流速センサ（以下、フローセンサ
という。）とを併用した流量計も提案されている。フロ
ーセンサは、配管中における熱の移動が配管中を流れる
流体の流速と関係することを利用して流速を求めるセン
サである。このフローセンサは、例えばフルイディック
流量計のノズルの通路内に配置され、この通路内におけ
る流速を検出するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなフルイディック流量計では、上流側における圧力変
動等の外乱によって、図５（ａ）に示すようにノズルを
通過する流体に圧力変動が生じ、その結果、図５（ｂ）
に示すように、圧電膜センサのパルスの周波数が部分的
にあるいは全体的に圧力変動の周波数またはその１／２
に変化してしまうという現象が起こる。そうすると、正
確な流量および流量積算を計測できなくなるという問題
点がある。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、フルイディック素子を用いた流量計
であって、外乱による圧力変動がある状態でも正確に流
量を計測できるようにした流量計を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の流量計
は、流体の入口部から出口部に到る流路を形成する流量
計本体と、この流量計本体内に設けられ、流体を噴出す
るノズルを含み、このノズルから噴出される流体による
フルイディック発振を生成するフルイディック発振生成
部と、このフルイディック発振生成部によって生成され
るフルイディック発振を検出するフルイディック発振検
出センサと、ノズルを通過する流体の流速を検出する流
速センサと、ノズルの上流側と下流側との間の差圧を検
出する差圧センサと、流量に応じて、フルイディック発
振検出センサの出力と流速センサの出力の一方に基づい
て流量を算出する流量演算手段と、この流量演算手段が
フルイディック発振検出センサの出力に基づいて流量を
算出しているときに、前記流速センサの出力を用いて圧
力変動の周波数を求め、この圧力変動の周波数とフルイ
ディック発振の周波数とを比較して外乱によってフルイ
ディック発振の周波数が変化しているか否かを判断し、
変化していると判断したときは差圧センサの出力に基づ
いて流量を算出し、前記フルイディック発振検出センサ
の出力に基づく流量と置き換える補正処理手段とを備え
たものである。

【０００８】この流量計では、フルイディック発振検出
センサによってフルイディック発振が検出され、流速セ
ンサによってノズルを通過する流体の流速が検出され、
差圧センサによってノズルの上流側と下流側との間の差
圧が検出される。演算手段は、流量に応じて、フルイデ
ィック発振検出センサの出力と流速センサの出力の一方
に基づいて流量を算出する。また、補正処理手段は、流
量演算手段がフルイディック発振検出センサの出力に基
づいて流量を算出しているときに、流速センサの出力を
用いて圧力変動の周波数を求め、この圧力変動の周波数
とフルイディック発振の周波数とを比較して外乱によっ
てフルイディック発振の周波数が変化しているか否かを
判断し、変化していると判断したときは差圧センサの出
力に基づいて流量を算出し、フルイディック発振検出セ
ンサの出力に基づく流量と置き換える。これにより、外
乱による圧力変動がある状態では、フルイディック発振
検出センサの出力ではなく、差圧センサの出力に基づい
て流量が算出され、正確な流量の計測が可能となる。

【０００９】請求項２記載の流量計は、請求項１記載の
流量計において、前記流速センサが間欠的に駆動され、
且つ前記補正処理手段によって圧力変動の周波数を求め
る際の流速センサの駆動周期は、前記流量演算手段が前
記流速センサの出力に基づいて流量を算出する際の前記
流速センサの駆動周期よりも小さくなるように構成した
ものである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例に係る流量計の構
成を示す断面図である。本実施例に係る流量計は、ガス
メータとして使用されるものである。図１に示すよう
に、流量計は、気体（ガス）を受け入れる入口部１１と
気体を排出する出口部１２とを有する本体１０を備えて
いる。本体１０内には隔壁１３が設けられ、この隔壁１
３と入口部１１との間に第１の気体流路１４が形成さ
れ、隔壁１３と出口部１２との間に第２の気体流路１５
が形成されている。隔壁１３には開口部１６が設けら
れ、第１の気体流路１４内には、開口部１６を閉塞可能
な遮断弁１７が設けられている。また、本体１０の外側
にはソレノイド１８が固定され、このソレノイド１８の
プランジャ１９が、本体１０の側壁を貫通して遮断弁１
７に接合されている。また、遮断弁１７と本体１０との
間におけるプランジャ１９の周囲には、ばね２０が設け
られ、このばね２０が遮断弁１７を開口部１６側へ付勢
している。

【００１２】第２の気体流路１５内には、入口部１１か
ら受け入れた気体を通過させて噴流を発生させるノズル
２１が設けられている。このノズル２１の上流側には気
体の流れを整えるための整流部材２２が設けられてい
る。また、ノズル２１の通路内には、熱式流速センサで
あるフローセンサ３０が配設されている。このフローセ
ンサ３０は、図示しないが、発熱部とこの発熱部の上流
側および下流側に配設された２つの温度センサを有し、
２つの温度センサによって検出される温度の差を一定に
保つために必要な発熱部に対する供給電力から流速に対
応する流量を求めたり、一定電流または一定電力で発熱
部を加熱し、２つの温度センサによって検出される温度
の差から流量を求めるようになっている。

【００１３】ノズル２１の下流側には、拡大された流路
を形成する一対の側壁２３、２４が設けられている。こ
の側壁２３、２４の間には、所定の間隔を開けて、上流
側に第１ターゲット２５、下流側に第２ターゲット２６
がそれぞれ配設されている。また、側壁２３、２４の外
側には、ノズル２１を通過した気体を各側壁２３、２４
の外周部に沿ってノズル２１の噴出口側へ帰還させる一
対のフィードバック流路２７、２８を形成するリターン
ガイド２９が配設されている。また、フィードバック流
路２７、２８の各出口部分と出口部１２との間には、リ
ターンガイド２９の背面と本体１０とによって、一対の
排出路３１、３２が形成されている。これらノズル２１
から排出路３１、３２に到る部分が本発明におけるフル
イディック発振生成部に対応する。

【００１４】また、ノズル２１の噴出口の近傍には導圧
孔３３、３４が設けられ、本体１０の底部の外側には、
図示しない導圧路を介して導圧孔３３、３４に連通し、
導圧孔３３と導圧孔３４における差圧を検出するフルイ
ディック発振検出センサとしての第１の圧電膜センサ３
５（図１では図示せず。）が設けられている。

【００１５】ノズル２１の上流側と出口部１２にはそれ
ぞれ導圧孔５１、５２が設けられている。また、本体１
０の底部の外側には、図示しない導圧路を介して導圧孔
５１、５２に連通し、導圧孔５１と導圧孔５２における
差圧を検出する差圧センサとしての第２の圧電膜センサ
５３（図１では図示せず。）が設けられている。

【００１６】図２は図１に示した流量計の回路部分の構
成を示すブロック図である。この図に示すように、流量
計は、フローセンサ３０の出力信号をアナログ−ディジ
タル（以下、Ａ／Ｄと記す。）変換するＡ／Ｄ変換器４
２と、第１の圧電膜センサ３５の出力信号を増幅するア
ナログ増幅器４３と、このアナログ増幅器４３の出力を
波形整形してパルスを生成する波形整形回路４４と、流
量に応じて、フローセンサ３０の出力（Ａ／Ｄ変換器４
２の出力）と第１の圧電膜センサ３５の出力（波形整形
回路４４の出力）の一方に基づいて流量および積算流量
を算出する流量演算部４５と、この流量演算部４５によ
って算出された積算流量を表示する表示部４６と、流量
演算部４５によって制御され、ソレノイド１８を駆動し
て遮断弁１７を制御する遮断弁制御部４７とを備えてい
る。遮断弁制御部４７は、例えば、流量演算部４５が所
定量以上の流量を検出した場合や所定の流量を所定時間
以上検出した場合等に、ソレノイド１８を動作させ、遮
断弁１７によって開口部１６を閉塞してガスを遮断する
ようになっている。

【００１７】流量計は、更に、第２の圧電膜センサの５
３の出力信号を増幅するアナログ増幅器５４と、フロー
センサ３０、Ａ／Ｄ変換器４２、波形整形回路４４、ア
ナログ増幅器５４および流量演算部４５に接続された補
正処理部５５とを備えている。補正処理部５５は、流量
演算部４５が第１の圧電膜センサ３５の出力に基づいて
流量を算出しているときに、フローセンサ３０の出力を
用いて圧力変動の周波数を求め、この圧力変動の周波数
とフルイディック発振の周波数とを比較して外乱によっ
てフルイディック発振の周波数が変化しているか否かを
判断し、変化していると判断したときは第２の圧電膜セ
ンサ５３の出力（アナログ増幅器５４の出力）に基づい
て流量を算出し、流量演算部４５において算出される第
１の圧電膜センサ３５の出力に基づく流量と置き換える
補正処理を行うようになっている。また、フローセンサ
３０は、消費電力低減のため、通常時は例えば８秒周期
で間欠駆動されているが、補正処理部５５が圧力変動の
周波数を求める際には、補正処理部５５の制御によって
最小周期、例えば０．１秒周期で間欠駆動されるように
なっている。

【００１８】なお、流量演算部４５、遮断弁制御部４７
および補正処理部５５は、例えばマイクロコンピュータ
によって構成される。

【００１９】次に、本実施例に係る流量計の動作につい
て説明する。

【００２０】流量計の入口部１１から受け入れられた気
体は、第１の気体流路１４、開口部１６、第２の気体流
路１５、整流部材２２を順に経て、ノズル２１に入る。
そして、ノズル２１の通路内に配設されたフローセンサ
３０によって、ノズル２１を通過する気体の流速が検出
される。

【００２１】ノズル２１を通過した気体は、噴流となっ
て噴出口より噴出される。噴出口より噴出された気体
は、コアンダ効果により一方の側壁に沿って流れる。こ
こでは、まず側壁２３に沿って流れるものとする。側壁
２３に沿って流れた気体は、更にフィードバック流路２
７を経て、ノズル２１の噴出口側へ帰還され、排出路３
１を経て出口部１２より排出される。このとき、ノズル
２１より噴出された気体は、フィードバック流路２７を
流れてきた気体によって方向が変えられ、今度は他方の
側壁２４に沿って流れるようになる。この気体は、更に
フィードバック流路２８を経て、ノズル２１の噴出口側
へ帰還され、排出路３２を経て出口部１２より排出され
る。すると、ノズル２１より噴出された気体は、今度
は、フィードバック流路２８を流れてきた気体によって
方向が変えられ、再び側壁２３、フィードバック流路２
７に沿って流れるようになる。以上の動作を繰り返すこ
とにより、ノズル２１を通過した気体は一対のフィード
バック流路２７、２８を交互に流れるフルイディック発
振を行う。このフルイディック発振の周波数、周期は流
量と対応関係がある。フルイディック発振は、第１の圧
電膜センサ３５によって検出される。

【００２２】流量演算部４５は、予め範囲が設定された
小流量側の流量域ではフローセンサ３０の出力（Ａ／Ｄ
変換器４２の出力）に基づいて流量および積算流量を算
出し、予め範囲が設定された大流量側の流量域では第１
の圧電膜センサ３５の出力（波形整形回路４４の出力）
に基づいて流量および積算流量を算出する。表示部４６
は流量演算部４５によって算出された積算流量を表示す
る。また、遮断弁制御部４７は、流量演算部４５が所定
量以上の流量を検出した場合や所定の流量を所定時間以
上検出した場合等に、ソレノイド１８を動作させ、遮断
弁１７によって開口部１６を閉塞し、流量計の下流側へ
の気体（ガス）の供給を停止する。

【００２３】次に、図３の流れ図を用いて、補正処理部
５５の動作について説明する。補正処理部５５は、ま
ず、流量演算部４５が第１の圧電膜センサ３５による計
測中か否かを判断し（ステップＳ１０１）、計測中では
ない場合（Ｎ）は他の処理へ移行する（リターン）。計
測中の場合（Ｙ）は、フローセンサ３０の駆動周期を
０．１秒にし（ステップＳ１０２）、数秒間、フローセ
ンサ３０の測定値を求める。そして、フローセンサ３０
の測定値から圧力変動の周波数を求める（ステップＳ１
０３）。なお、流速と圧力は対応関係があるので、圧力
変動の周波数は流速変動の周波数と同じである。補正処
理部５５は、次に、フローセンサ３０の測定値から求め
た圧力変動の周波数と波形整形回路４４から入力される
パルスの周波数すなわちフルイディック発振の周波数と
を比較して、外乱によってフルイディック発振の周波数
が変化しているか否かを判断する（ステップＳ１０
４）。なお、ここでは、フルイディック発振の周波数が
圧力変動の周波数と同じかその１／２になっている場合
に、外乱によってフルイディック発振の周波数が変化し
ていると判断する。そして、変化していないと判断した
とき（Ｎ）は補正処理は行わず、流量演算部４５に、通
常通り、第１の圧電膜センサ３５のパルス周期に基づい
て流量および積算流量を求めさせ（ステップＳ１０
５）、他の処理に移行する。

【００２４】一方、外乱によってフルイディック発振の
周波数が変化していると判断した場合（ステップＳ１０
４；Ｙ）には、補正処理部５５は、第２の圧電膜センサ
５３によってノズル２１前後の差圧を検出する（ステッ
プＳ１０６）。そして、この差圧から流量を求める（ス
テップＳ１０７）。なお、気体がノズル２１を通過する
ことによって圧力損失が生じ、ノズル２１の上流側と下
流側とで差圧が発生する。この差圧は流量の自乗に比例
する。従って、差圧と流量との関係を予め計測し把握し
ておけば、差圧から流量を求めることができる。次に、
補正処理部５５は、差圧から求めた流量を、流量演算部
４５において算出される第１の圧電膜センサ３５のパル
ス周期に基づく流量と置き換える補正処理を行い（ステ
ップＳ１０８）、他の処理に移行する。従って、この場
合には、流量演算部４５では、補正処理部５５によって
差圧から求められた流量に基づいて積算流量が算出され
ることになる。なお、図３に示した動作は、流量計全体
の動作の中で繰り返し実行される。

【００２５】以上説明したように、本実施例によれば、
外乱による圧力変動がある状態では、第１の圧電膜セン
サ３５のパルス周期ではなく、第２の圧電膜センサ５３
によって検出されるノズル２１前後の差圧に基づいて流
量を算出するようにしたので、外乱による圧力変動があ
る状態でも正確な流量および積算流量を計測することが
できる。

【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
例えば、ノズル２１の上流側の導圧孔５１を設ける位置
は、流れが安定している所であればノズル２１の上流側
のどこでも良い。また、ノズル２１の下流側の導圧孔５
２を設ける位置は、流れが安定している出口部１２が好
ましい。

【００２７】また、フローセンサ３０としては、発熱部
と２つの温度センサを有するものに限らず、例えば、１
つの発熱部を有し、この発熱部の温度（抵抗）を一定に
保つために必要な発熱部に対する供給電力から流速を求
めたり、一定電流または一定電力で発熱部を加熱し、発
熱部の温度（抵抗）から流速を求めるものでも良い。

【００２８】また、本発明は、気体のみならず液体の流
量を計測する流量計にも適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の流量計によ
れば、流量演算手段がフルイディック発振検出センサの
出力に基づいて流量を算出しているときに、補正処理手
段によって、流速センサの出力を用いて圧力変動の周波
数を求め、この圧力変動の周波数とフルイディック発振
の周波数とを比較して外乱によってフルイディック発振
の周波数が変化しているか否かを判断し、変化している
と判断したときはノズルの上流側と下流側との間の差圧
を検出する差圧センサの出力に基づいて流量を算出し、
フルイディック発振検出センサの出力に基づく流量と置
き換えるようにしたので、外乱による圧力変動がある状
態でも正確な流量を計測することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る流量計の構成を示す断
面図である。

【図２】本発明の一実施例に係る流量計の回路構成を示
すブロック図である。

【図３】図２における補正処理部の動作を示す流れ図で
ある。

【図４】フルイディック流量計における圧電膜センサの
パルスを示す波形図である。

【図５】外乱によって圧電膜センサのパルスの周波数が
変化する現象を説明するための波形図である。

【符号の説明】

２１ノズル３０フローセンサ３３、３４導圧孔３５第１の圧電膜センサ４５流量演算部５１、５２導圧孔５３第２の圧電膜センサ５５補正処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の入口部から出口部に到る流路を形
成する流量計本体と、この流量計本体内に設けられ、流体を噴出するノズルを
含み、このノズルから噴出される流体によるフルイディ
ック発振を生成するフルイディック発振生成部と、このフルイディック発振生成部によって生成されるフル
イディック発振を検出するフルイディック発振検出セン
サと、前記ノズルを通過する流体の流速を検出する流速センサ
と、前記ノズルの上流側と下流側との間の差圧を検出する差
圧センサと、流量に応じて、前記フルイディック発振検出センサの出
力と前記流速センサの出力の一方に基づいて流量を算出
する流量演算手段と、この流量演算手段がフルイディック発振検出センサの出
力に基づいて流量を算出しているときに、前記流速セン
サの出力を用いて圧力変動の周波数を求め、この圧力変
動の周波数とフルイディック発振の周波数とを比較して
外乱によってフルイディック発振の周波数が変化してい
るか否かを判断し、変化していると判断したときは前記
差圧センサの出力に基づいて流量を算出し、前記フルイ
ディック発振検出センサの出力に基づく流量と置き換え
る補正処理手段とを具備することを特徴とする流量計。
【請求項２】前記流速センサは間欠的に駆動され、且
つ前記補正処理手段によって圧力変動の周波数を求める
際の前記流速センサの駆動周期は、前記流量演算手段が
前記流速センサの出力に基づいて流量を算出する際の前
記流速センサの駆動周期よりも小さいことを特徴とする
請求項１記載の流量計。