JPH09280913A - 差圧流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の温度を正確に測定でき、また配管コス
トの低減と配線の短縮化を図る。 【解決手段】 ベンチュリー管３の下流側円錐管５ｂに
センサ装填部１６を設け、その内部に温度センサ１８を
配置する。温度センサ１８の測温部側端面１８ａと円錐
管５ｂの内壁面を略同一面にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は絞り機構としてベン
チュリー管またはフローノズルを用い、上下流の圧力差
から流量を測定する差圧流量計に関し、更に詳しくは温
度による流体の密度補正を行うようにした絞り機構に関
する。

【０００２】

【従来の技術】管路内を定常流で流れる液体、気体、蒸
気等の各種流体の流量測定に用いられる差圧流量計は、
絞り機構として通常ベンチュリー管、フローノズル、オ
リフィス等を用いて圧力差を発生させ、その差圧から流
量を測定している。すなわち、管路の途中に管路の断面
積を狭くする絞り機構を設けると、そこを流体が流れる
とき、絞り機構の前後に圧力差が生じる。この圧力差と
流量との間にはある一定の関係があるので、差圧を導圧
管によって差圧計に導いて電気信号に変換し演算するこ
とにより、その信号から管路内を流れる流体の流量を算
出することができる。このような差圧流量計のうちベン
チュリー管を用いた差圧流量計においては、円錐管によ
り流体を円滑に導いているので、オリフィス等の他の絞
り機構に比べて圧力損失が最小（発生差圧の１０〜２０
％）で、また差圧流量計の中で最高の測定精度をもつ。
また、スロート（絞り穴部分）の摩耗も少なく、沈澱に
よりスロートが塞がるおそれも少ないという特長を有し
ている。ベンチュリー管の管径をＤ、スロート径をｄと
すると、絞り直径比（＝ｄ／Ｄ）は、通常０．２５〜
０．５程度とされる。また、上流側の直管部は少なくと
も５Ｄ以上を必要とするが、下流側直管部の長さは測定
に大きく影響しない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような差圧流量計
において、流体の温度変化により流体の密度が変化する
ため、測定誤差が生じる。そのため、流体の温度を測定
し密度変化による誤差を補正している。その場合、管路
中を流れる流体は、管路中心の流速が速く、管壁近辺の
流速が遅く、温度勾配をもつため、温度センサを管路内
に突出させて設置している。しかしながら、温度センサ
を管路内に突出させると、温度センサの後方に渦が発生
して流体の流れの乱れや、圧力反射を起こし圧力が変動
するため、スロートより上流側に１０〜２０Ｄ、もしく
は下流側に５Ｄ以上離して温度センサを設置する必要が
あった（ＪＩＳ規格による）。そのため、配管に温度セ
ンサのための取付座を設けたり、配線が長くなるという
問題があった。また、スロートの上流側に１０〜２０Ｄ
も離して設けると、それだけ配管が長くなるため、配管
コストが高くなるという問題もあった。

【０００４】そこで、本発明者らは、ＪＩＳによる規格
通りに温度センサを設けた流量計と、温度センサの取付
位置および取付状態を種々異ならせた流量計とを製作
し、これら流量計に同じ条件で流体を流した時、温度の
測定値がどのような影響を受けるかを比較試験した。そ
の結果、温度センサの後方に渦が発生して流体の流れが
乱れたり圧力反射を起こさなければ、温度センサをスロ
ートまたはその付近に近接して設けても忠実に流体の温
度を測定することができ、実用上何等問題がないことを
確認した。流体の流れが乱れたり圧力反射を起こさない
ようにするには、温度センサを管路中に突出させず、絞
り機構の内壁面と略同一面にするか、または外壁面に内
壁面にまで達する不貫通孔を形成し、この孔に温度セン
サを配置すればよい。なお、このような実験は、温度セ
ンサをスロートまたはスロートの近傍内に埋設すること
から、ベンチュリー管やフローノズルには適用可能であ
ってもオリフィスを用いた絞り機構には適用が困難であ
ることが判った。

【０００５】本発明は上記した従来の問題点および実験
結果に基づいてなされたもので、その目的とするところ
は、流体の流れが乱れたり圧力反射を起こしたりするこ
となく流体の温度を正確に測定でき、また配管コストの
低減と配線の短縮化を可能にした差圧流量計を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、スロートを有するベンチュリー管またはフ
ローノズルの上下流の差圧から流量を測定する差圧流量
計において、前記スロートまたはスロート近傍部内に温
度センサを埋設したことを特徴とする。また、本発明
は、スロートまたはスロート近傍部に管路内に連通する
センサ装填部を設け、このセンサ装填部内に温度センサ
をその測温部側端面がスロートまたはスロート近傍部の
内壁面と略同一面を形成するように装填したことを特徴
とする。さらに、本発明は、スロートまたはスロート近
傍部の外壁面に内壁面近傍にまで達する不貫通孔を形成
し、この不貫通孔内に温度センサを装填したことを特徴
とする。

【０００７】本発明においては、温度センサをスロート
またはスロート近傍部内に埋設しているので、配管およ
び配線が短くてすむ。また、本発明は、スロートまたは
スロート近傍に管路内に連通するように貫通して設けた
センサ装填部内に温度センサを装填し、その測温部側端
面をスロートまたはスロート近傍部の内壁面と略同一面
にするか、もしくはスロートまたはスロート近傍部の外
壁面に内壁面近傍にまで達する不貫通孔を形成し、この
不貫通孔内に温度センサを装填したので、温度センサに
よる流体の乱れや圧力反射は発生しない。管路内を流れ
る流体は、管路中心が速く、管壁近くが遅いという流速
分布をもっているが、スロート部分においてはスロート
径ｄが小さいことから流速分布が均一に近くなる。その
ため、温度特性も管壁の影響が少なく、温度センサを管
路内に突出させなくても正確に温度を測定することがで
きる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は本発明に係る差圧流量計の一実施
の形態を示す断面図である。本実施の形態においては、
絞り機構としてベンチュリー管を用いた差圧流量計に適
用した例を示す。同図において、差圧流量計１は、配管
２の直管部の途中に設けられたベンチュリー管３を備え
ている。ベンチュリー管３は、内径がｄのスロート４
と、スロート４の両端にそれぞれ連設されたテーパの緩
やかな円錐管５ａ，５ｂと、内径がＤで上流側の円錐管
５ａに連設された直管６とからなり、下流側の円錐管５
ｂと直管６の端部に設けたフランジ７，８が配管２のフ
ランジ９，１０にそれぞれ接続されている。スロート４
と直管６の上面には、圧力取出口１１，１２がそれぞれ
設けられ、これらの圧力取出口１１，１２を導圧管１
３，１４によって差圧計１５の高圧側と低圧側にそれぞ
れ接続している。下流側の円錐管５ｂの外壁面には、内
部が管路内に連通する筒状のセンサ装填部１６が突設さ
れている。このセンサ装填部１６は、下流側に適宜角度
傾斜して設けられ、内部に流体１７の温度を測定する温
度センサ１８が挿入され取付けられている。センサ装填
部１６を下流側に傾斜させると内側開口端が上流側を指
向するので、流体１７をセンサ装填部１６内に進入し易
くし滞留するのを防止することができる。温度センサ１
８は熱電対、測温抵抗体等からなり、その測温部側端面
１８ａが円錐管５ｂの内壁面５ａと略同一面を形成する
ように位置付けられ流体１７と接液している。また、温
度センサ１８とセンサ装填部１６の内周面との間には適
宜な隙間が形成されている。そして、温度センサ１８は
配線１９によって前記差圧計１５に接続されている。

【０００９】このような構造からなる差圧流量計１にお
いて、上流側の圧力Ｐ1 と下流側の圧力Ｐ2 を、導圧管
１３，１４を介して差圧計１５に導き、その差圧を検出
して電気信号に変換し、次式に基づいて演算処理するこ
とにより配管２の管路内を流れる流体１７の流量Ｑを算
出することができる。

【００１０】

【数１】

【００１１】ただし、Ｆはスケールファクター、Ｔ1 は
設計上の流体の温度、Ｐ1 は設計上の高圧側圧力、ΔＰ
は発生差圧、ΔＰSPAN は流量レンジ１００Ｎｍ³／ｈに
対応する差圧である。

【００１２】測定において流体１７の温度が変化する
と、密度が変化して測定誤差が生じる。そこで、流体１
７の温度を温度センサ１８によって検出し、次式によっ
て流量を補正する。

【００１３】

【数２】

【００１４】だだし、Ｑ’は補正後の流量、Ｔ1’は測
定した流体の温度、Ｐ1’ は測定した上流側圧力であ
る。

【００１５】本発明においては、温度センサ１８をスロ
ート４に近接して下流側の円錐管５ｂに設けているの
で、配管２側にセンサのための取付座を設けたり、配線
１９を長くする必要がなく、安価に製作することがで
き、また正確な温度測定を行うことができる。すなわ
ち、管路内を流れる流体１７の流速分布は、管路中心が
速く、管壁近くが遅いという流速分布をもっているが、
スロート４に近い部分においてはスロート径ｄが小さい
ことから流速分布が均一に近くなる。そのため、温度特
性も管壁の影響が少なく略一様な温度分布となるので、
温度センサ１８を管路内に突出させなくても流体温度を
正確に測定することができる。

【００１６】また、温度センサ１８を管路内に突出させ
ていないので、圧力取出部の上端部側に設けても流体１
７の流れが乱れたり、また下流側に設けても圧力反射を
起こすこともない。さらに、温度センサ１８とセンサ装
填部１６との間に隙間を設けておくと、温度センサ１８
の周囲に流体１７が入り込み温度センサ１８の接液面積
を増大させることができるので、管壁の温度による影響
を少なくすることができる。

【００１７】上記した実施の形態においては、下流側の
円錐管５ｂに温度計１８を配設した例を示したが、これ
に限らず例えば図２または図３に示すようにスロート４
に設けてもよい。すなわち、図２はスロート４の管壁に
センサ装填部１６を下流側に傾斜させて一体に突設し、
このセンサ装填部１６内に温度センサ１８を装填した例
を示す。センサ装填部１６はスロート４の内部に連通し
て形成されている。温度センサ１８の測温側端面１８ａ
は、上記した実施の形態と同様に、スロート４の内壁面
と略同一面を形成し、スロート４内には突出していな
い。

【００１８】一方、図３はスロート４の管壁外側面に、
不貫通孔からなるセンサ装填２８をスロート４の軸線と
直交するように形成し、このセンサ装填部２８に温度セ
ンサ１８を装填した例を示す。このため、温度センサ１
８は、スロート４内に突出しておらず、流体１７とは直
接接触しない。センサ装填部２８は、可能な限りスロー
ト４の管壁内側面の近傍にまで達するように深く形成さ
れている。このような構造においては、温度センサ１８
が流体１７に直接接液していないが、スロート４のセン
サ装填部２８における肉厚がきわめて薄く設定されてい
るので、熱の伝達が良好で温度勾配が小さく、実用上何
等問題ないことが判った。

【００１９】なお、上記した実施の形態においては、い
ずれもスロートを有する絞り機構としてベンチュリー管
を用いた差圧流量計に適用した例を示したが、本発明は
これに限らずフローノズルを用いた差圧流量計にも適用
することができる。また、本発明においては、センサ装
填部１６，２８を下流側の円錐管５ｂとスロート４に設
けた例を示したが、上流側の円錐管５ａに設けてもよ
い。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る差圧流
量計は、スロートを有するベンチュリー管またはフロー
ノズルの上下流の差圧から流量を測定する差圧流量計に
おいて、前記スロートまたはスロート近傍部内に温度セ
ンサを埋設したので、配管を長くしたりセンサの取付座
を設けたり、配線を長くしたりする必要がなく、安価に
製作することができる。また、スロートまたはスロート
に近い部分はスロート径が小さいことから流速分布が均
一に近く、そのため、温度特性も管壁の影響が少ないの
で、正確な温度測定を行いことができる。また、本発明
は、温度センサの測温部側端面をスロートもしくはスロ
ート近傍部の内壁面と略同一面にするか、またはスロー
トもしくはスロート近傍部の外壁面に内壁面近傍にまで
達する不貫通孔を形成し、この不貫通孔内に温度センサ
を装填したので、流体の流れが乱れたり圧力反射を起こ
すことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明をベンチュリー管を用いた差圧流量計
に適用した実施の形態を示す断面図である。

【図２】 本発明の他の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図３】 本発明の更に他の実施の形態を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１…差圧流量計、２…配管、３…ベンチュリー管、４…
スロート、５ａ，５ｂ…円錐管、６，７…直管、１１，
１２…圧力取出口、１６…センサ装填部、１８…温度セ
ンサ、２８…センサ装填部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロートを有するベンチュリー管または
   フローノズルの上下流の差圧から流量を測定する差圧流
   量計において、前記スロートまたはスロート近傍部内に
   温度センサを埋設したことを特徴とする差圧流量計。
2. 【請求項２】 請求項１記載の差圧流量計において、ス
   ロートまたはスロート近傍部に管路内に連通するセンサ
   装填部を設け、このセンサ装填部内に温度センサをその
   測温部側端面がスロートまたはスロート近傍部の内壁面
   と略同一面を形成するように装填したことを特徴とする
   差圧流量計。
3. 【請求項３】 請求項１記載の差圧流量計において、ス
   ロートまたはスロート近傍部の外壁面に内壁面近傍にま
   で達する不貫通孔を形成し、この不貫通孔内に温度セン
   サを装填したことを特徴とする差圧流量計。