JP3757009B2

JP3757009B2 - 分流式流量計

Info

Publication number: JP3757009B2
Application number: JP28342696A
Authority: JP
Inventors: 一平鳥越
Original assignee: 一平鳥越
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: JPH10111156A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、管内を流れる流体の流量を測定する装置、とくに主管内の流れを分流管に分流し、分流管を流れる流量と、分流管と主管の接続部の上流側と下流側の間の主管内差圧とから、主管内の流量を推定する分流式流量計に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
主管の流れを分流管に分流して、分流管内の流量を測定し、主管内の流量と分流管内の流量の比―分流比を分流管内の流量に乗じて主管内の流量を知る分流式流量計は、主管の管径が大きく流量計を直接取り付けるのが困難である場合や、流量計を主管に直接取り付けると流量計の保守維持が困難になる場合等に有効な流量測定方式である。分流管に分流することにより、測定すべき流量が小さくなって流量計のコストが低くなること、流量計の設置条件の自由度が大きくなること、主管ではなく分流管に流量計を設置することで、主管の圧力損失を小さくできること等の利点も有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、分流式流量計においては、原理上、分流比が既知でなくてはならない。ところが、分流比は、一定ではなく流れの条件によって変化する。一般に、流れの条件が変化した場合、主管と分流管の流体抵抗が異なる変化をするためである。このため、従来の分流式流量計には、流れの条件が予め分かっていて分流比の変化も予め分かっている場合や、流れの条件の変化範囲が小さい場合にしか、正しく流量を測定できないという問題点がある。常に一定の分流比を保つよう工夫をした分流式流量計もあるが、この型の分流式流量計では、主管に絞りを挿入したりフィードバック機構を導入したりしているため、上述の分流式流量計本来の利点を損なうことになる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
分流比が変化しても正しく主管内流量が測定できる分流式流量計を実現するため、本発明においては、主管内の流れを分流管に分流して、分流管と主管の接続部の上流側と下流側の間で主管内差圧を測定し、この差圧出力を用いて分流比を計算し、分流管内の流量に分流比を乗ずることにより主管内の流量を推定する。
【０００５】
【作用】
主管の流れの一部を分流管に分流すると、主管内流量は、分流管の分岐点より下流では上流での流量より減少し、分流管の合流点で再び元の流量に復する。従って、分流管が主管と接続している点を境に、上流と下流とで主管内の流速が変化する。このとき、ベルヌーイの定理から、接続点の上流と下流には静圧差が生じ、その静圧差の大きさは主管内の流量と分流管内の流量の比─分流比に依存する。本発明の流量計においては、この静圧差を測定して分流比を計算し、分流管内の流量に分流比を乗じて主管内の流量を推定している。
【０００６】
分流管の接続点の上下流の差圧には、流体の粘性に起因する圧力降下の項もまた含まれている。ベルヌーイの定理から導出される上述の差圧項が、分流管の分岐点における差圧と合流点における差圧の両者中にノルマルモードの信号として含まれているのに対して、粘性に起因する圧力降下項は、コモンモードの雑音として含まれる。請求項２に記載の流量計においては、上記二つの差圧の差をとることによって、粘性に起因する圧力降下項を相殺し、流体の粘性の影響を受けることなく正確に分流比を計算することができる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の詳細を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の第一実施例である。図１において、１は、体積流量Ｑの流れている断面積Ｓの主管である。２は分流管で、上流側接続部１１および下流側接続部１２において主管１と接続している。３は分流管２に取り付けられた流量計である。４は差圧計で、導圧管６および６’によって導かれた主管内の静圧の差を測定している。導圧管６は、主管１と分流管２の上流側接続部１１より上流側の導圧口１３において、また導圧管６’は上流側接続部１１よりも下流で下流側接続部１２よりも上流の導圧口１４において、主管１に接続されている。８は、信号処理装置で、流量計３の出力および差圧計４の出力から、主管１内の流量を計算して、指示計器９に出力している。
【０００８】
本実施例では、流体が非圧縮・非粘性と近似できる場合を想定している。そこで、流れている流体を密度ρが一定で非粘性の流体と仮定して動作を説明する。分流管に分流している体積流量をｑとすると、主管１内の体積流量は、分流管２の上流側接続部１１より上流ではＱ、上流側接続部１１と下流側接続部１２の間ではＱ−ｑ、下流側接続部１２より下流では再びＱとなる。ここで、主管１の上流から下流に至る流線に沿って、ベルヌーイの定理を適用すれば、導圧口１３の断面における圧力をｐ₁₃、導圧口１４の断面における圧力をｐ₁₄として、
【０００９】
【数１】

【００１０】
が成り立つ。従って、差圧計４の出力Δｐ₄は
【００１１】
【数２】

【００１２】
となる。数２の両辺をρｑ²／Ｓ²で割って整理すると
【００１３】
【数３】

【００１４】
となる。主管１の断面積Ｓは一定の既知量であり、また密度ρも一定の既知量であるから、差圧計４の出力Δｐ₄と流量計３の出力ｑとが測定されれば、分流比Ｑ／ｑが計算できることが分かる。この分流比を流量計３の出力ｑに乗ずれば、主管１内の体積流量Ｑが知られる。
【００１５】
以上の原理から明らかなように、流量計３は、分流管内の流量を測定できるものであれば、どのような種類のものであっても構わない。また、本実施例においては、分流管２の上流側接続部１１の上流と下流の差圧を測定しているが、下流側接続部１２の上流と下流の差圧を測定しても、差圧の極性が反転する他は何ら原理上の違いは無い。
【００１６】
（第二実施例）第一実施例においては、流体を非粘性であると近似した。粘性の影響が小さい場合は、第一実施例の構成のままで、正確に主管１内流量を推定することができる。しかし、差圧計４の出力には数２の圧力の他に、粘性に起因する主管１内の圧力降下分が含まれるから、圧力降下が大きい場合には、数３で分流比を推定したのでは誤差が出る。この誤差を補正する構成をとったのが図２の第二実施例である。図２において、１は、体積流量Ｑの流れている断面積Ｓの主管である。２は分流管で、上流側接続部１１および下流側接続部１２において主管１と接続している。３は分流管２に取り付けられた流量計である。４は差圧計で、導圧管６および６’によって導かれた主管内の静圧の差を測定している。導圧管６は、主管１と分流管２の上流側接続部１１より上流側の導圧口１３において、また導圧管６’は、上流側接続部１１および下流側接続部１２から等距離にある断面内の導圧口１４において、主管１に接続されている。５は第二の差圧計で、導圧管７および７’によって導かれた主管内の静圧の差を測定している。導圧管７は、導圧管６’と共通の導圧口１４において、また導圧管７’は、下流側接続部１２より下流の導圧口１５において、主管１に接続されている。主管１の管軸に沿って測った、導圧口１３と１４の間の距離と、導圧口１４と１５との間の距離は、等しく作製されている。８は、信号処理装置で、流量計３の出力、差圧計４の出力、第二の差圧計５の出力、および別途測定された流体の密度ρとから、主管１内の流量を計算して、指示計器９に出力している。
【００１７】
分流管に流れている体積流量をｑとすると、主管１内の体積流量は、分流管２の上流側接続部１１より上流ではＱ、上流側接続部１１と下流側接続部１２の間ではＱ−ｑ、下流側接続部１２より下流ではＱとなる。ベルヌーイの定理から、導圧口１３の断面における圧力をｐ₁₃、導圧口１４の断面における圧力をｐ₁₄、導圧口１５の断面における圧力をｐ₁₅として、
【００１８】
【数４】

【００１９】
が成り立つ。差圧計４の出力Δｐ₄と第二の差圧計５の出力Δｐ₅は、数４から計算される差圧の他に、粘性による圧力降下分τ₄およびτ₅がそれぞれ重畳されて、
【００２０】
【数５】

【００２１】
【数６】

【００２２】
となる。本実施例では、導圧口１３と１４の間の距離と、導圧口１４と１５の間の距離が等しくなっており、なおかつ導圧口１４が接続部１１と１２のちょうど中央にあるから、τ₄とτ₅は互いに等しくなる。従って、Δｐ₄とΔｐ₅の差をとってΔｐ₀とすれば
【００２３】
【数７】

【００２４】
であり、Δｐ₀を使って、分流比が
【００２５】
【数８】

【００２６】
と計算できる。ここで、粘性による圧力降下の項τ₄およびτ₅は、互いに相殺され、分流比の計算に影響していない。なお、本実施例では、流体密度ρが変化する場合を想定して、密度ρを別途測定して、分流比の計算に用いている。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明では、主管の流れを分流管に分流して分流流量を測定する他に、分流管と主管の接続部の上流側と下流側の主管内静圧差を測定し、この差圧を用いて分流比を正確に求め、主管内流量を測定する。流れの条件が変化して分流比が変化しても、正確に主管内流量を測定することのできる分流式流量計を実現できることは、本発明の特有の効果である。
【００２８】
また、他の接続部の上流側と下流側の静圧差を測定する差圧計を用いる流量計は、流体の粘性の影響が大きくて主管内に大きな圧力降下がある場合にも、その影響を受けることなく正確に分流比を計算できる。粘性の影響が大きい場合にも分流比を正確に求めることのできる分流式流量計を実現できることも、本発明の特有の効果である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例である。
【図２】第二の差圧計を用いた、本発明の第二実施例である。
【符号の説明】
１主管
２分流管
３流量計
４差圧計
５第二の差圧計
６、６’ 導圧管
７、７’ 導圧管
８信号処理装置
９指示計器
１１上流側接続部
１２下流側接続部
１３、１４、１５導圧口

Claims

主管（１）の流れを分流管（２）に分流し、前記分流管内の流量から前記主管内の流量を推定する分流式流量計において、前記分流管と前記主管の一つの接続部（１１）の上流側と下流側の間の前記主管内静圧差を測定する差圧計（４）を有し、前記差圧計から得られる静圧差と前記分流管内の流量とから、前記主管内の流量を推定する事を特徴とする分流式流量計。
主管（１）と分流管（２）の他の接続部（１２）と、前記接続部（１２）の上流側と下流側の間の前記主管内静圧差を測定する差圧計（５）を有し、前記差圧計（５）の出力を用いて誤差の補正をする特許請求の範囲第一項記載の分流式流量計。