WO2007145036A1

WO2007145036A1 - 容積流量を切り替えポイントに用いるマルチ渦流量計

Info

Publication number: WO2007145036A1
Application number: PCT/JP2007/059280
Authority: WO
Inventors: Naoki Matsubara; Kohji Takahashi
Original assignee: Oval Corporation
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2007-12-21
Also published as: EP2028456B1; US20090241687A1; EP2028456A4; EP2028456A1; US7895904B2

Abstract

マルチ渦流量計１は、容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路１３を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける。マルチ渦流量計１は、質量流量を切り替えポイントに用いる。すなわち、マルチ渦流量計１は、二つの流量計の切り替えポイントを質量流量に基づくものとする。渦流量計の最小流量より大きく熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント質量流量Ｑｍを、Ｑｍ＝Ｋ３＊√Ｐで決定する。但し、Ｐ：流路の圧力（変数）、Ｋ３：流路１３の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、０℃で１ａｔｍの密度、及び、１ａｔｍの時の圧力で決まる定数とする。あるいは、渦流量計の最小流量より大きく熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント容積流量Ｑを、Ｑ＝Ｋ１／√Ｐで決定する。但し、Ｐ：流路の圧力（変数）、Ｋ１：流路１３の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、０℃で１ａｔｍの密度、及び、１ａｔｍの時の圧力で決まる定数とする。

Description

明細書容積流量を切り替えボイントに用いるマルチ渦流量計技術分野

本発明は、容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計に関し、詳しくは、二つの流量計の切り替えポイントに関する。背景技術

流管に流れる被測定流体の流量を計測するために、渦流量計や熱式流量計が用いられている。

渦流量計は、周知のように、流体の流れの中に渦発生体を配設したとき、所定のレイノルズ数範囲では、渦発生体から単位時間内に発生するカルマン渦の数（渦周波数）が気体、液体に関係なく流量に比例することを利用したもので、この比例定数はスト口一ハル数と呼ばれている。渦検出器としては、熱センサ、歪みセンサ、光センサ、圧力センサ、超音波センサ等が挙げられ、これらは渦による熱変化、揚力変化等を検出することが可能なものになっている。渦流量計は、被測定流体の物性に影響されずに流量を測定できる簡易な流量計であって、気体や流体の流量計測に広く使用されている（例えば、特許第 2 8 6 9 0 5 4号公報参照）。

熱式流量計は、感温センサ（流体温度検出センサ）と加熱感温センサ（加熱側温度センサ）とを備えて構成されており、温度センサと加熱センサの機能を有する加熱感温センサ（流速センサ（ヒ一夕 ) ) の温度が感温センサで計測される温度に対して一定の温度差になるように制御されている。これは、被測定流体を流した時にヒー夕から奪われる熱量が質量流量と相関があるからであって、ヒー夕に対する加熱電力量から質量流量が算出されるようになつている（例えば、特開 2 0 0 4— 1 2 2 2 0号公報参照）。

特開 2 0 0 6— 2 9 9 6 6号公報には、渦流量計の機能と熱式流量計の機能とを兼ね備えてなるマルチ渦流量計の技術が開示されている。マルチ渦流量計は、微少流量から大流量まで精度よく計測することができ、この点が特に他の流量計よりも優れている。

マルチ渦流量計は、流管の流路を流れる被測定流体の流れの状況に応じて渦流量計の機能と熱式流量計の機能とが使い分けられるようになつている。すなわち、微少流量域や低流量域では、熱式流量計の機能によって計測がなされ、高流量域では、渦流量計の機能によって計測がなされるようになつている。

渦流量計は、流量が低くなつて渦差圧が小さくなると渦検出器の感度が不足してしまうことから、マルチ渦流量計では、所定の下限流量で熱式流量計へ機能を切り替えるような制御がなされている。発明の開示

従来のマルチ渦流量計にあっては、渦流量計の機能と熱式流量計の機能との切り替えに関して、流量を基準に判断するような制御がなされている。すなわち、従来のマルチ渦流量計にあっては、ある一定の流量になると切り替えが行われるような制御がなされている。ここで問題となるのは、流管内の圧力が全く考慮されてない点であると本願発明者は考えている。'以下、図面を参照しながら問題点について説明する。

本願発明者は、流量が低くても流管内の圧力が上昇すると渦差圧が高くなり、これによつて流量計の機能を切り替える際の判断基準となる下限流量を下げることが可能であることを見出し、この見出した結果をマルチ渦流量計に反映したいと考えている。本願発明者は、渦流量計の利点を生かすために、できるだけこの渦流量計の機能を用いて流量を測定したいと考えている。図 7 (a) において、縦軸を容積流量 [L/mi n] 、横軸を流管内の圧力 [Mp a ab s] としたグラフには、渦流量計の最小流量（一点鎖線）が曲線で示されている。このグラフから渦流量計は、流管内の圧力が上昇するに伴って、より低い流量まで計測することができるということが分かる。これは、流量が低くても流管内の圧力が上昇すると渦差圧が高くなり、渦信号が安定することによるものである。このことは本願発明者が見出している。

ところで、従来のマルチ渦流量計にあっては、上記の如く、ある一定の流量になると切り替えが行われるようになることから、切り替えポイントをグラフにプロットしてみると、図 7 (b) の横一直線の太実線で示すようなものになる（切り替えポイントは、当然であるが、渦流量計の最小流量（一点鎖線）の曲線よりも上にプロヅトされる）。

次に、このような図 7 (b) に示す切り替えポイント（太実線 ) や渦流量計の最小流量（一点鎖線）に対応する熱式流量計に関して考えると、この選定に当たっては、熱式流量計の最大流量が渦流量計の最小流量（一点鎖線）の曲線よりも上で、且つ、切り替えポイント（太実線）に対して交差することのない、図 6 (a) の曲線 (間隔が狭い破線）で示すような最大流量のものを選定しなければならないことになる。

しかしながら、図 8 (a) の曲線（間隔が狭い破線）で示すような最大流量の熱式流量計にあっては、流量計測範囲が広い反面、マルチ渦流量計として必要な微少流量域や低流量域での精度が十分に得られないという可能性を含んでいる。

現在、精度の良い熱式流量計は数多く存在している。その中で最大流量の曲線が渦流量計の最小流量（一点鎖線）の曲線により近くなるものを選定すれば、より良いマルチ渦流量計を提供することができるようになると本願発明者は考えている。しかし、精度の良い熱式流量計を選定した場合には、図 8 (b) に示すように最大流量の曲線（間隔の広い破線）がこの途中で切り替えポイント（太実線）に交差してしまうことから、結果、計測不能となる状態を発生させてしまうことになる。

本願発明者は、次のように考えている。すなわち、切り替えポィン卜が流管内の圧力を考慮したものではないことが精度の良い熱式流量計を使用することのできない要因であると考えている。本願発明者は、精度の良い熱式流量計を使用してより良いマルチ渦流量計を提供したいと考えている。

また、本願発明者は、流量が低くても流管内の圧力が上昇すると渦差圧が高くなり、これによつて流量計の機能を切り替える際の判断基準となる下限流量を下げることが可能であることを見出し、この見出した結果をマルチ渦流量計に反映したいと考えている。本願発明者は、渦流量計の利点を生かすために、できるだけこの渦流量計の機能を用いて流量を測定したいと考えている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、質量流量を切り替えボイントに用いてより良いマルチ渦流量計を提供することを課題とする。

また、本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、切り替えポイントを見直して精度の良い熱式流量計を使用することが可能となるマルチ渦流量計を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項 1記載の本発明の質量流量を切り替えボイントに用いるマルチ渦流量計は、容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、前記二つの流量計の切り替えポイントを前記質量流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント質量流量 Q mを Q m = K 3 * Ρで決定する（但し、 Ρ : 流路の圧力（変数）、 Κ 3 ：流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、 0°Cで l a tmの密度、及び、 l a t mの時の圧力、で決まる定数）ことを特徴としている。

上記課題を解決するためになされた請求項 2記載の本発明の質量流量を切り替えボイン卜に用いるマルチ渦流量計は、容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、前記二つの流量計の切り替えポィントを前記質量流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント質量流量 Qmを Qm = K 4 * (Ρ/Τ) で決定する（但し、 Ρ ：流路の圧力（変数）、 Τ ：被測定流体の絶対温度（変数）、 Κ 4 ：流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、 0°Cで l a t m の密度、 1 a t mの時の圧力、及び、 0 °Cに相当する絶対温度（ 2 73. 1 5 K) 、で決まる定数）ことを特徴としている。

上記課題を解決するためになされた請求項 3記載の本発明の容積流量を切り替えボイントに用いるマルチ渦流量計は、容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、前記二つの流量計の切り替えポィントを前記容積流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント容積流量 Qを Q = K 1 Pで決定する（但し、 P ：流路の圧力（変数）、 K 1 ：流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、 0°Cで l a tmの密度、及び、 l a tmの時の圧力、で決まる定数 ) ことを特徴としている。

上記課題を解決するためになされた請求項 4記載の本発明の容積流量を切り替えボイントに用いるマルチ渦流量計は、容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、前記二つの流量計の切り替えポィントを前記容積流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント容積流量 Qを Q = K 2 /V ( Ρ / Τ ) で決定する（但し、 Ρ ：流路の圧力（変数）、 Τ ：被測定流体の絶対温度（変数）、 Κ 2 ：流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、 0 ^で 1 & 1； 111の密度、 1 a t mの時の圧力、及び、 0 °Cに相当する絶対温度（ 2 7 3 . 1 5 K ) 、で決まる定数）ことを特徴としている。

このような特徴を有する請求項 1および請求項 2に記載の発明によれば、圧力が加味された上で、或いは圧力と温度とが加味された上で渦流量計の機能から熱式流量計の機能へ、或いは熱式流量計の機能から渦流量計の機能への切り替えが行われるようになる。本発明は、圧力が高い方が渦差圧が上がって、結果、渦流量計の感度が上がり低い流量まで測定をすることが可能になることに着目する。本発明のように切り替えポイントを決定することで、圧力、温度が変動しても最適な（できるだけ低い）流量（流速）により流量計の切り替えを行うことができるようになる。

また、このような特徴を有する請求項 3および請求項 4に記載の発明によれば、圧力が加味された上で、或いは圧力と温度とが加味された上で渦流量計の機能から熱式流量計の機能へ、或いは熱式流量計の機能から渦流量計の機能への切り替えが行われるようになる。本発明によれば、渦流量計の最小流量と関係がある圧力（圧力及び温度）に合わせて切り替えポイントが変化するようになる。従つて、渦流量計の最小流量の曲線に近い最大流量の曲線を有する精度の良い熱式流量計の使用が可能になる。

したがって、請求項 1および請求項 2に記載の発明によれば、渦流量計の利点を生かした精度の良いマルチ渦流量計を提供することができるという効果を奏する。従って、従来よりもより良いマルチ渦流量計を提供することができるという効果を奏する。また、請求項 3および請求項 4に記載の発明によれば、切り替えポイントを見直すことにより、精度の良い熱式流量計を使用することができる。従って、従来よりも格段に良くなるマルチ渦流量計を提供することができるという効果を奏する。図面の簡単な説明

本発明の質量流量又は容積流量を切り替えボイントに用いるマルチ渦流量計の一実施の形態を示す正面図である。

図 2は、図 1の A— A線断面図である。

図 3は、流量変換器の断面図である。

図 4は、切り替えポイントの説明に係る図である。

図 5は、切り替えポイントの説明に係る図である。

図 6は、切り替えポイントの比較説明に係る図である。

図 7は、従来の切り替えポイントの説明に係る図である。

図 8は、従来の切り替えボイントの説明に係る図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しながら説明する。図 1は本発明の質量流量を切り替えボイントに用いるマルチ渦流量計の一実施の形態を示す正面図である。また、図 2は図 1の A— A線断面図、図 3は流量変換器の断面図である。さらに、図 4は切り替えポイントの説明に係る図、図 5は切り替えポイントの比較説明に係る図、図 6は切り替ぇポイントの説明に係る図である。

図 1及び図 2において、引用符号 1は本発明のマルチ渦流量計を示している。このマルチ渦流量計 1は、渦流量計の機能と熱式流量計の機能とを兼ね備えるように構成されている。また、マルチ渦流量計 1は、後述するが、二つの流量計の切り替えポイントを決定し、この決定した切り替えボイントに基づいて流量計の機能が切り替わるように構成されている。マルチ渦流量計 1は、測定用取付配管 2、圧力計 3、測定管 4、渦発生体 5、及び渦検出器 6を有する渦式検出手段 7 と、感温センサ 8及び加熱感温センサ 9を有する熱式検出手段 1 0 と、渦式検出手段 7及び熱式検出手段 1 0からの出力信号に基づいて被測定流体（図示省略）の流速又は流量を算出する流量変換器 1 1 とを備えて構成されている。以下、先ず各構成について図 1ないし図 3を参照しながら説明し、次に二つの流量計の切り替えポイントについて説明をする。

測定用取付配管 2は、流管 1 2の中間に着脱自在に取り付けられて（流管 1 2の中間に限らず、端部に取り付けても可）、この内部に流路 1 3を形成する例えば図示のような筒状の構造体として形成されている。測定用取付配管 2の両端には、それそれ継ぎ手が形成されている。このような測定用取付配管 2の外部には、流量変換器 1 1が適宜手段で固定されている。測定用取付配管 2に形成される流路 1 3は、断面円形状に形成されている。この流路 1 3には、被測定流体が矢印方向に流れるようになつている。

流路 1 3の中間には、測定管 4や、感温センサ 8及び加熱感温センサ 9が設けられている。また、これら測定管 4等の上流側で且つ測定管 4の近傍には、圧力計測部 1 4が形成されている（配置は一例であるものとする）。この圧力計測部 1 4には、圧力計 3が収納されるような状態で取り付けられている。圧力計測部 1 4は、圧力計 3を収納する部分と、流路 1 3を流れる被測定流体の一部を導入する部分とを有している。圧力計 3は、流路 1 3を流れる被測定流体の圧力を計測するためのものであって、ここでは公知の圧力計が用いられている（但し流量変換器 1 1に対応可能なものとする）。圧力計 3は、流量変換器 1 1に対し一体化するように取り付けられている。圧力計 3は、渦検出器 6ゃ感温センサ 8及び加熱感温センサ 9に対して若干上流側に離れた位置で流量変換器 1 1に対し一体化されている。

測定管 4は、管断面が四角形状となる筒状に形成されている（形状は一例であるものとする）。測定管 4は、被測定流体が流れる矢印方向に沿って伸びるように形成されている。測定管 4の被測定流体が流れる部分には、渦発生体 5と、この渦発生体 5の下流側に位置する後述の受圧板 1 5とが設けられている。測定管 4の外部には、感温センサ 8及び加熱感温センサ 9の先端を保持する温度センサ保持部 1 6が設けられている（本形態では一体であるが、この限りでないものとする）。測定管 4は、連結筒部 1 7を介して渦検出器 6に固定されている。本形態において、測定管 4を連結した渦検出器 6は、測定用取付配管 2に対して着脱自在となるように取り付けられている。

渦発生体 5は、測定管 4の内部に渦を発生させるための部分であって、被測定流体の流れに対向するように、この形状が設定されている。渦発生体 5は、本形態において、三角柱形状に形成されている（形状は一例であるものとする。特許文献 1の特許第 2 8 6 9 0 5 4号公報には幾つかの例が開示されている）。渦発生体 5は、測定管 4の被測定流体が流入する側の開口部分に設けられている。渦発生体 5は、測定管 4の開口部分中央に位置するように設けられている。

ここで、渦発生体 5により生じる渦について説明する。渦は、測定管 4の上記開口部分に流入する被測定流体が渦発生体 5に沿つて流れる流れによって生じる運動量変化の大きい位置から剥離するもので、渦発生体 5の断面が本形態のように三角形状の場合は、三角形エッジ部が剥離点となる。渦発生体 5から剥離し流出する渦は、カルマンの安定渦条件に従って、千鳥状に交互に発生し、一定の渦間距離及び渦列間距離を保った渦列を形成しながら流出する。渦間距離は、単位時間当たりに発生する渦の数、すなわち、渦周波数と、所定時間内に、例えば、基準タンク等の基準容器に流入した流体から求めた流量に基づいて算出された単位時間当たりの流速とから求めることができる。温度センサ保持部 1 6は、測定管 4の下壁から水平方向に、言い換えれば測定管 4の両側壁からそれぞれ突出するように形成されている。温度センサ保持部 1 6は、特に限定するものではないが、平面視の形状が三角形となるように形成されている。温度センサ保持部 1 6は、測定管 4に恰もヒレがあるような形状に形成されている。このような温度センサ保持部 1 6には、感温センサ 8、加熱感温センサ 9の各先端が真つ直く、に差し込まれるようになつている。

渦検出器 6は、渦検出のためのセンサであって、ここでは受圧センサが用いられている。渦検出器 6は、測定管 4内の渦発生体 5 の下流側に配置される受圧板（センサ受圧板） 1 5と、渦検出器 6 内部に設けられる圧力検出素子板とを有しており、渦発生体 5により生じるカルマン渦に基づく変動圧力（交番圧力）を受圧板 1 5を介して圧力検出素子板により検出するように構成されている。渦検出器 6は、本形態において、流量変換器 1 1に対し一体化するように取り付けられている。

渦式検出手段 7は、測定用取付配管 2内を流動する被測定流体の流速又は流量を求めるために設けられている。測定用取付配管 2 内を流動する被測定流体の流速又は流量は、測定管 4内を流れる被測定流体の流速又は流量を、測定用取付配管 2の部分流速又は部分流量として算出することにより求められるようになつている。これは、測定用取付配管 2の管断面の全体ではなく、この一部について測定しても流れが均一ならば全体流量を推定することができることに基づくものである。すなわち、直管を流れる整流された流体の流速分布は、レイノルズ数の関数として与えられるので、測定用取付配管 2の中心部から或る距離の位置での流速を測定用取付配管 2内の平均流速に換算することができるものである。

熱式検出手段 1 0を構成する感温センサ 8及び加熱感温センサ 9は、共に公知のものが用いられている。尚ここでは、具体的な構成についての説明を省略するものとする。本形態の感温センサ 8は、棒状の温度センサであり、同じく棒状の加熱感温センサ 9は、温度センサと加熱センサの機能を有する流速センサ（ヒ一夕）であるものとする。感温センサ 8及び加熱感温センサ 9は、本形態において、流量変換器 1 1に対し一体化するように取り付けられている。

感温センサ 8及び加熱感温センサ 9は、測定用取付配管 2の流路 1 3に突出しており、最先端部分が温度センサ保持部 1 6によつて保持されている。感温センサ 8及び加熱感温センサ 9の各感温部分は、測定管 4の近傍に配置されている。感温センサ 8及び加熱感温センサ 9は、渦検出器 6 と共に横一列に並んで配置されている（配置は一例であるものとする。渦検出に影響を来さないように配置すれば他でもよいものとする）。尚、感温センサ 8及び加熱感温センサ 9の各感温部分を温度センサ保持部 1 6から更に流路 1 3の中央に突出させるように長くしてもよいものとするのとする（外部から測定用取付配管 2に伝わる熱の作用を避けるため）。

流量変換器 1 1は、変換器ケース 1 8を有している。この変換器ケース 1 8の内部には、マイクロコンピュー夕等の構成を有するアンプポ一ド 1 9が設けられている。アンプボード 1 9には、圧力計 3の伝送線 2 0と、感温センサ 8及び加熱感温センサ 9の各リ一ドと、渦検出器 6の伝送線 2 1 とが接続されている（図 3中の感温センサ 8及び加熱感温センサ 9の配置を便宜上変えて図示している。実際には 9 0 ° 回転した位置に配置される。渦検出器 6の伝送線 2 1 と共に図 3の紙面直角方向に並ぶように配置される）。

感温センサ 8及び加熱感温センサ 9と伝送線 2 0及び 2 1は、変換器ケース 1 8の内部に引き込まれている。感温センサ 8及び加熱感温センサ 9 と伝送線 2 0及び 2 1は、外部に露出することなく変換器ケース 1 8の内部に引き込まれている。感温センサ 8及び加熱感温センサ 9 と、圧力計 3 と、渦検出器 6と、アンプボード 1 9 は、流量計測部及び流量演算部としての機能を有している。

変換器ケース 1 8の開口部分には、スィツチボ一ド 2 2やディスプレイボード 2 3を有する変換器カバー 2 4がパヅキン（符号省略）を挟んだ状態で取り付けられている。変換器ケース 1 8の一側壁には、伝送ケ一ブル 2 5が接続されている。

上記構成及び構造において、本発明のマルチ渦流量計 1は、測定用取付配管 2の流路 1 3を流れる被測定流体の流れの状況に応じて、すなわち後述する切り替えポイントに基づいて、渦流量計の機能と熱式流量計の機能とが使い分けられるようになつている。具体的に、微少流量域や低流量域では、熱式流量計の機能によって計測がなされ、高流量域では、渦流量計の機能によって計測がなされるようになつている（できるだけ渦流量計の機能によって計測がなされるようになっている）

本発明のマルチ渦流量計 1は、熱式流量計の機能における高流量域計測と、渦流量計の機能における低流量域計測とがある程度ラヅプするようになつており、このラップする範囲において切り替えポイントが決定され、そして、決定された切り替えポイントに基づいて流量変換器 1 1で切り換えが行われるようになつている（切り替えポイントについては後述する）。

先ず、微少流量域や低流量域を計測する際の作用、すなわち、熱式流量計の機能によって計測を行う場合の作用を説明する。加熱感温センサ 9は、感温センサ 8で検出された温度に基づいて流量計測を行う。すなわち、流量変換器 1 1における流量計測部及び流量演算部では、感温センサ 8と加熱感温センサ 9との温度差が一定（例えば + 3 0 °C ) になるように、加熱感温センサ 9を加熱する（電流を流す) とともに、この加熱に係る電流値から質量流量を算出する。算出された質量流量は、所定の単位に換算された後に、変換器カバー 2 4の上部に設けられた表示部に表示、又は伝送ケーブル 2 5で送信されて図示しない表示装置に表示される。

上記質量流量の算出について補足説明をすると、被測定流体（図示省略）を矢印方向に流したときに、加熱感温センサ 9は被測定流体によって冷やされる。感温センサ 8との温度差を一定に制御するためには、さらに加熱感温センサ 9に電流を流す必要がある。この時、加熱感温センサ 9に流れる電流は、質量流量に比例することが知られており、これを利用して質量流量が算出される。

次に、渦流量計の機能によって計測を行う場合の作用を説明する。渦発生体 5により生じるカルマン渦に基づく変動圧力（交番圧力）を受圧板 1 5及び圧力検出素子板において検出する。そして、渦検出器 6における検出値から測定管 4内を流れる被測定流体の流速又は流量を、測定用取付配管 2の部分流速又は部分流量として算出し、測定用取付配管 2内を流れる被測定流体の流速又は流量（容積流量）を算出する。算出された流速又は流量は、所定の単位に換算された後に、変換器カバー 2 4の上部に設けられた表示部に表示、又は伝送ケーブル 2 5で送信されて図示しない表示装置に表示される。

流量変換器 1 1において行われる流量計の機能に係る切り換えに関しては、圧力計 3からの測定値が流量変換器 1 1に取り込まれ、この取り込まれた測定値が加味されて切り替えポィントが決定された上で、熱式流量計の機能から渦流量計の機能へ、或いは渦流量計の機能から熱式流量計の機能への切り替えが行われるようになつている。

切り替えポイントについて説明する。

渦差圧△ Pは次のような関係がある。

Δ Ρ = Κ * * ν ²

この式を変形すると、

ν ² = Δ Ρ / ( Κ ^ ) … （ 1 )

V ：流速

Δ Ρ ：渦差圧

Ρ ：密度

：定数となる。 .

<切り替えボイントの算出 1 >

質量流量で切り替えを行う（圧力のみを変数とした場合）。質量流量 Qmは、

Qm= 7r*R²*V* p ( 2)

Qm：質量流量

R ：流路 13の半径

という関係が、密度 /0は、

= 0 * P/P 0 ··· ( 3 )

p 0 ： 0 °Cで 1 a t mの密度

P ：絶対圧力 [Mp a a b s ]

P 0 : l a t mの圧力 = 0. 10 133 [Mp a ab s] という関係がある。

( 2 ) 式を（ 1 ) 式に代入すると、

{Qm/ (TT* R²* ) } ² = Δ Ρ/ (Κ* /θ)

となる。

左辺を Qmとなるように整理すると、

Qm = r*R²* * {Δ Ρ/ (Κ * ) }

となる。

この式を書き換えると、

Qm= 7Γ氺 R²ネ (Δ Ρ * /Κ) ··· (4)

となる。

(4) 式に（3) 式を代入すると、

Qm = 7Γ * R²*^ (ΔΡ * /θ Ο *Ρ/Ρ Ο/Κ)

となる。

さらに整理すると、

Qm= 7T*R²* T (ΔΡ * Ο/Ρ Ο/Κ) * Ρ·" ( 5) となる。

ここで、 K 3 = 7r* R²* " (Δ Ρ ^ /Ο ΟΖΡ Ο/Κ)

とすると、（ 5 ) 式は、

となり、この関数が切り替えポイント（切り替えポイント質量流量 Q m) となる。

<切り替えポイントの算出 2 >

質量流量で切り替えを行う（圧力 ·温度を変数とした場合）。質量流量 Qmは、上記の如く、

という関係がある。

密度 Οは、

ρ = ρ 0 ^ Ρ/Ρ 0 * Τ 0/Τ ··· ( 7 )

Τ ：絶対温度 [Κ]

Τ 0 ： 0°Cに相当する絶対温度 = 273. 1 5 [K] という関係がある。

( 4 ) 式に（ 7 ) 式を代入すると、

Qm = 7T*R²*V" (ΔΡ* 0 *Ρ/Ρ 0 *Τ 0/Τ/Κ) となる。

さらに整理すると、

Q m= 7Γ * R ² *Λ (△ Ρ * Ρ 0 0 * Τ 0 ΖΚ ) * (Ρ/Τ ト ·· （ 8 )

となる。

Κ 4 = 7Γ * (ΔΡ^ Ο/Ρ Ο ^Τ Ο/Κ)

とすると、（ 8 ) 式は、

となり、この関数が切り替えポイント（切り替えポイント質量流量 Qm) となる。

図 4において、縦軸を質量流量 [NLZmi n] (便宜上、ノルマル流量の単位（温度 ·圧力の基準値をそれぞれ 0 °C、 1 a t m としたもの）で示す）、横軸を圧力 [ M p a a b s ] としたグラフには、切り替えポイント（太実線：右上がりの曲線）、渦流量計の最小流量（一点鎖線：右上がりの曲線）、熱式流量計の最大流量（破線：横軸に平行な直線）の各ラインがプロットされている。図 4 に示される切り替えポイント（太実線）は、渦流量計の最小流量（一点鎖線）より大きく熱式流量計の最大流量（破線）より小さくなつているが、本発明によれば、上記の切り替えポイントの算出によると、切り替えポイント（太実線）が渦流量計の最小流量（一点鎖線）の近傍でこれに添うように決定されている。従って、このような切り替えポイント（太実線）によってグラフからも分かるように、本発明では、できるだけ渦流量計の機能を用いて流量を測定することができるようになる。

なお、比較のために図 5を参照しながら説明をすると、図 5のグラフでは切り替えポイント（太実線）が固定されている。切り替えポイント（太実線）は、渦流量計の最小流量（一点鎖線）より大きく熱式流量計の最大流量（破線）より小さくなることが必要であることから、切り替えポイント（太実線）を固定する場合には、熱式流量計の最大流量（破線）の近傍でこれに添うように真っ直ぐに決定されるようになる。従って、渦流量計で測定できるところでも熱式流量計で測定しなければならないことになる。一般的に熱式流量計は、渦流量計よりも精度面で劣ることが知られていることから、切り替えポイント（太実線）を固定する場合には、精度面に影響が少なからずともでてしまうことになる。本発明では、この点が解消されることになる。

以上、図 1ないし図 5を参照しながら説明してきたように、本発明によれば、渦流量計の利点を生かした精度の良いマルチ渦流量計 1を提供することができるようになる。言い換えれば、従来よりもより良いマルチ渦流量計 1を提供することができるようになる。圧力が高い方が渦差圧が上がり、結果、渦流量計の感度が上がるようになる。従って、圧力を加味すれば、或いは圧力と温度とを加味すれば、低い流量まで測定をすることができるようになる。この時、本発明の切り替えポイントが有用になる。本発明のように切り替えポイントを決定することで、圧力、温度が変動しても最適な (できるだけ低い）流量（流速）により流量計の切り替えを行うことができるようになる。

<切り替えボイン卜の算出 3 >

容積流量で切り替えを行う（庄力のみを変数とした場合）。容積流量 Qは、

Q = T*R²*V'" ( 10)

Q ：容積流量

R ：流路 1 3の半径

という関係がある。

そして、密度 pは、

^ Ο ^Ρ Ρ Ο- ( 1 1 )

Ρ 0 ： 0 で 1 a t mの密度

P ：絶対圧力 [Mp a a b s ]

P 0 ： 1 a t mの圧力 = 0. 1 0 133 [Mp a ab s] ( 10 ) 式を（ 1 ) 式に代入すると、

{Q/ (ττ * ²) } ² = ΔΡ/ (Κ ^ )

となる。

左辺を Qとなるように整理すると、

Q = 7r*R²*r {Δ P/ (K ） } … （ 1 2)

となる。

( 1 1 ) 式を（ 1 2 ) 式に代入すると、

Q = 7T*R²*^ {Δ P/ (K^ O ^P/P O) }

となる。

さらに整理すると、 Q = 7T*R²* ~ (Δ P/K/P 0 * Ρ 0 ) ΓΡ- ( 1 3 ) となる。

ここで、

K 1 = 7T*R²* (Δ P/K/P 0 * Ρ 0 )

とすると、（ 1 3 ) 式は、

となり、この関数が切り替えポイント（切り替えポイント容積流量 Q) となる。

<切り替えボイントの算出 4 >

容積流量で切り替えを行う（圧力 ·温度を変数とした場合）。容積流量 Qは、上記の如く、

Q = 7r*R²* ~ {Δ P/ (K* p) } … （ 1 2 )

という関係がある。

そして、密度 ρは、

= 0 *P/P 0 *T 0/T- ( 14)

T ：絶対温度 [K]

T 0 ： 0 °Cに相当する絶対温度 = 2 7 3. 1 5 [K] という関係がある。

( 1 2 ) 式に ( 1 4 ) 式を代入すると、

となる。

さらに整理すると、

Q ^ TT ^ R²*, " (Δ Ρ/^/Κ/_ίο 0 * Ρ 0/Τ 0) / ~ ( Ρ/Τ ) ，·· （ 1 5 )

となる。

ここで、

K 2 = 7T*R²*V" (Δ P/K/ 0 * Ρ 0/Τ 0 )

とすると、（ 1 5 ) 式は、

Q = K 2/V" (P/T) となり、この関数が切り替えポイント（切り替えポイント容積流量 Q ) となる。

図 6において、縦軸を容積流量 [ L / m i n ] 、横軸を圧力 [ M p a a b s ] としたグラフには、切り替えポイント（太実線：非常になだらかな右下がりの曲線）、渦流量計の最小流量（一点鎖線：非常になだらかな右下がりの曲線）、熱式流量計の最大流量（破線：右下がりの曲線）の各ラインがプロットされている。図 4に示される切り替えポイント（太実線）は、渦流量計の最小流量（一点鎖線）より大きく熱式流量計の最大流量（破線）より小さくなつているが、本発明によれば、上記の切り替えポイントの算出によると、切り替えポイント（太実線）が渦流量計の最小流量（一点鎖線）の近傍でこれに添うように決定されている。従って、このような切り替えポイント（太実線）によってグラフからも分かるように、本発明では、できるだけ渦流量計の機能を用いて流量を測定することができるようになる。また、熱式流量計の最大流量（破線）が従来と比べて渦流量計の最小流量（一点鎖線）に近づけることで、精度の良い熱式流量計を使用することができるようになる。

以上、図 1ないし図 3、及び図 6を参照しながら説明してきたように、本発明によれば、切り替えポイントの見直しを行うことにより、従来よりも精度の良い熱式流量計を使用することができ、結果、従来よりも格段に良くなるマルチ渦流量計 1を提供することができるようになる。

本発明によれば、圧力、温度が変動しても最適な流量計の切り替えを行うことができるようになる。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

Claims

請求の範囲

1. 容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、

前記二つの流量計の切り替えボイントを前記質量流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント質量流量 Qmを Qm = K

3 *V"Pで決定する（但し、 P ：流路の圧力（変数）、 K 3 ：流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、 0°(で 1 &セ 111の密度、及び、 1 a t mの時の圧力、で決まる定数）

ことを特徴とする質量流量を切り替えポイントに用いるマルチ渦流里 Θ卜。

2. 容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、

4 * " (Ρ/Τ) で決定する（但し、 Ρ ：流路の圧力（変数）、 Τ ：被測定流体の絶対温度（変数）、 Κ4 ：流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、 0°Cで l a t mの密度、 l a t mの時の圧力、及び、 0°Cに相当する絶対温度（ 2 73. 1 5 Iく）、で決まる定数）ことを特徴とする質量流量を切り替えボイントに用いるマルチ渦流里 e卜。

3. 容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、

前記二つの流量計の切り替えボイントを前記容積流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント容積流量 Qを Q = K 1 / VPで決定する（但し、 Ρ ：流路の圧力（変数）、 Κ 1 ：流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、 0 で 1 & 1： 111の密度、及び、 1 a t mの時の圧力、で決まる定数）

ことを特徴とする容積流量を切り替えボイントに用いるマルチ渦流量計。

4. 容積流量で計測する渦流量計と質量流量で計測する熱式流量計とを備え、これら二つの流量計を流路を流れる被測定流体の流量に応じて使い分ける構成のマルチ渦流量計において、

前記二つの流量計の切り替えボイントを前記容積流量に基づくものとし、前記渦流量計の最小流量より大きく前記熱式流量計の最大流量よりも小さい範囲の切り替えポイント容積流量 Qを Q = K 2/ V" (P/T) で決定する（但し、 P ：流路の圧力（変数）、 T ：被測定流体の絶対温度（変数）、 K 2 ：流路の面積、渦差圧、渦差圧に係る定数、 0°Cで l a tmの密度、 1 a t mの時の圧力、及び、 0°Cに相当する絶対温度（ 2 73. 1 5 K) 、で決まる定数）ことを特徴とする容積流量を切り替えポイントに用いるマルチ渦 M計。