(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二等辺三角形で二等辺の交点を頂部とし頂部の対辺を底部とするくさび型断面形状を有し頂部で全圧を測定し底部で背圧を測定する測定部と、該測定部をくさび型断面に垂直な軸まわりに回転自在に支持する支持部とからなり、前記測定部の回転中心は測定部の前記垂直な軸に平行な軸まわりの回転モーメントの中心よりも頂部側に設けられることより前記頂部は流体の流れ方向に常に正対するように回転することを特徴とする流速計。
【請求項２】
前記測定部には流体の温度を計測する温度センサが設けられていることを特徴とする請求項１記載の流速計。
【請求項３】
前記支持部には前記測定部の回転角度を検出する回転角度検出器が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の流速計。
【請求項４】
前記支持部には前記測定部で測定した全圧、背圧、温度および較正データから流体の流速を算出する演算部を備えていることを特徴とする請求項２記載の流速計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、流体の速度を計測する流速計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体の流速を計測する計測器としては、ピトー管が用いられる。ピトー管は前面で静圧と動圧からなる全圧を計測し、側面で静圧を計測して動圧を求め、これより流速を求める。しかし、流速が低いときには動圧が小さいため全圧と静圧との比が小さく測定誤差が大きい。ところで、計器の背面の背圧と全圧との比は流速が小さくても大きな値が得られる。そこで背圧を用いた流速計が用いられている。
【０００３】
図３は全圧と背圧を用いた流速計の一例を示す図である。（Ａ）は縦断面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ断面図である。矢印は流体の流れ方向示す。流速計１の断面は長円形で、長軸を流れに平行に設置する。前面に全圧取入口２が複数あり、後部の同じレベルに背圧取入口３が設けられ、全圧（ＰＴ）、背圧（ＰＢ）の平均値を求め、全圧と背圧の比と他の方法で求めた流速とから較正曲線を作成し、実測した全圧と背圧からこの較正曲線を用いて流速を算出する。これにより、比較的低速度まで精度よく測定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ピトー管や図３に示した全圧と背圧を用いた流速計は、流れの向きを固定とし、この方向に合わせて流速計を設定する。このため、流れの向きが変化する位置では計測できない。図４は図３に示した流速計の較正曲線の一例を示す。縦軸は全圧／背圧比を示し、横軸は流速を示す。流速計の断面は長円形であり、レイノルズ数（主に流速）によって流速計まわりの流れが層流から乱流になるなど流れの性質が急変する値があり、較正曲線に不連続点が発生する。このため限られた範囲のレイノルズ数でしか使用できない。
【０００５】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、流れの向きの変化に対応し精度よく計測できる流速計を提供することを目的とする。また、低流速域まで精度よく計測できる流速計を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、二等辺三角形で二等辺の交点を頂部とし頂部の対辺を底部とするくさび型断面形状を有し頂部で全圧を測定し底部で背圧を測定する測定部と、該測定部をくさび型断面に垂直な軸まわりに回転自在に支持する支持部とからなり、前記測定部の回転中心は測定部の前記垂直な軸に平行な軸まわりの回転モーメントの中心よりも頂部側に設けられることより前記頂部は流体の流れ方向に常に正対するように回転する。
【０００７】
請求項２の発明では、前記測定部には流体の温度を計測する温度センサが設けられている。
【０００８】
請求項３の発明では、前記支持部には前記測定部の回転角度を検出する回転角度検出器が設けられている。
【０００９】
請求項４の発明では、前記支持部には前記測定部で測定した全圧、背圧、温度および較正データから流体の流速を算出する演算部を備えている。
【００１０】
【作用】
請求項１の発明では、くさびの頂部が流れ方向に正対している場合、くさびの頂部の全圧と底部の背圧の比または差はレイノルズ数に対して安定しており、図４で説明したような不連続点は発生しない。背圧はピトー管などで計測される側圧よりも低い値まで計測できるので、この背圧を用いることにより低速でも精度よく計測できる。また、測定部の回転中心は測定部の前記垂直な軸に平行な軸まわりの回転モーメントの中心よりも頂部側に設けられているので、頂部は流れに対して正対するように回転する。これにより流れの方向が変化しても流れに正対して測定部が回転するので常に正確な計測が可能となる。
【００１１】
請求項２の発明では、測定部には流体の温度を計測する温度センサが設けられているので、計測値を温度補正して正確な流速が得られる。
【００１２】
請求項３の発明では、前記支持部には前記測定部の回転角度を検出する回転角度検出器が設けられているので、流れの向きを計測することができる。
【００１３】
請求項４の発明では、前記支持部には前記測定部で測定した全圧、背圧、温度および較正データから流体の流速を算出する演算部を備えているので、流速値が電気信号として出力され、使い易い流速計となっている。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１は実施例の構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。流速計１０は流体の全圧と背圧および温度を計測する測定部１１と測定部１１を回転可能に支持する支持部１２からなる。測定部１１は二等辺三角形で二等辺の交点を頂部とし頂部の対辺を底部とするくさび形状をしており、頂部は丸みをおび流体の全圧を測定する全圧取入口１３が設けられ、底部には背圧を測定する背圧取入口１４がくさび中心線Ｃ上に設けられている。くさび形状は二等辺三角形なのでくさび中心線Ｃに対して対称となっている。なお、全圧取入口１３と背圧取入口１４をそれぞれ複数設け、図３と同様に連通させ、平均値を求めるようにしてもよい。全圧取入口１３と背圧取入口１４はそれぞれ圧力センサ１５に導通しており、圧力センサ１５は全圧と背圧を計測する。全圧取入口１３近傍に検出端を有する温度センサ１６が設けられ、流体の温度を測定する。
【００１５】
図１（Ａ）の平面図に垂直方向に設けられた支持軸１７により測定部１１は回転可能に支持される。支持軸１７は測定部１１に固定され一体として回転し、支持部１２に設けられた軸受１８により回転可能に軸支される。なお流体が液体の場合は軸受部はシール構造とする。Ｒは支持軸１７の回転中心を示す。Ｇは測定部１１の支持軸１７に平行な軸まわりの回転モーメントの中心を示す。回転中心Ｒは回転モーメントの中心Ｇよりもくさびの頂部側に設けられている。これにより矢印で示す方向を流れ方向とすると、測定部１１のくさびの頂部は流れの方向に正対するように回転する。これにより流れの方向とくさび中心線Ｃが常に一致するようになる。
【００１６】
支持部１２は円筒形で軸受により支持軸１７を回転可能に軸支する。支持軸１７の回転角度を検出する回転角度検出器１９が設けられ、測定部１１の回転角を検出することにより支持部１２に対する流れの方向を検出することができる。なお、支持軸１７は中空とし圧力センサ１５と温度センサ１６の電線を通過できるようにする。
【００１７】
支持部１２には演算部２０が設けられ、全圧、背圧および温度の計測値と較正データから流体の流速を算出する。較正データは、例えば、図４に示したように全圧／背圧比に対する流速を表す表とする。入出力ライン２１は圧力センサ１５、温度センサ１６、回転角度検出器１９および演算部２０への電源供給と測定値および算出した流速等の出力をする。
【００１８】
図２は断面形状をパラメータとしたレイノルズ数に対する抵抗係数の変化を示す。長方形、くさび、長円および略円形を矢印で示す流れ方向の流体に入れた場合で、長方形とくさびは流速（レイノルズ数は流速に対応）が変化しても抵抗係数はあまり変化しない。一方長円と略円形はある流速を過ぎると抵抗係数が大きく変化する。抵抗係数が大きく変化するのは流れの性質が、例えば、層流から乱流になるというように変化したことを示す。流れの性質が変化すると図４で示したように較正曲線が不連続になる。長方形は抵抗係数の変化は少ないが、抵抗係数が大きい。くさびは流速の変化に対して抵抗係数の変化が少なく、抵抗係数も小さい。このため較正曲線にも不連続点が生ぜず、広い範囲の流速の測定に適した計測部の断面形状であることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は測定部をくさび型としくさびの頂部で全圧を測定し底部で背圧を測定して流速を算出する。背圧はピトー管等で測定する側圧よりも低いため、低速まで精度よく測定することが可能となる。また、くさびに対する流体の流れは流速が変化しても流れの性質が変わらないため、全圧、背圧より流速を算出するとき用いる較正曲線に不連続点が生ぜず、広い範囲の流速を計測することができる。さらに、測定部の回転中心を測定部の回転モーメント中心よりくさびの頂部側に配置することにより、頂部が流体の流れ方向に常に正対するようになる。これにより流れの向きが不明な場所に設置しても常に正しい計測が可能となると共に、流れの方向を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図２】測定部の断面形状としてくさび形状が優れていることを示す図である。
【図３】従来の背圧を用いた流速計の構成を示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
【図４】従来の背圧を用いた流速計の較正曲線の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０  流速計
１１  測定部
１２  支持部
１３  全圧取入口
１４  背圧取入口
１５  圧力センサ
１６  温度センサ
１７  支持軸
１８  軸受
１９  回転角度検出器
２０  演算部
２１  入出力ライン
Ｒ  回転軸心
Ｇ  回転モーメント中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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