(57)【要約】【課題】流路の構造や制約によるなどして流速分布や温度分布にある程度の不均一性がある場合においても、ラミナー型流量計の特徴である流量と差圧との直線性から簡単に面積平均によって平均的な流量の測定が可能になる【解決手段】多数の細い流路群をもつラミナー・エレメントを構成して円管状の流路の中に保持し、ラミナー・エレメントの上流側の静圧と下流側の静圧との圧力差に基づいて当該流体の流量を測定するラミナー型流量計において、細い流路群の入り口側および出口側の平均的な静圧と入り口側の平均温度を検出するためにラミナー・エレメントの半径方向の面積平均位置すなわち環状に区分して例えば一区分の場合には内側と外側の面積が等しくなる半径位置に静圧および温度の検出端を配置した【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄い波形状板と平板との組合せで作った三角状の細い流路群をもつマトリックス、薄い板やセラミックなどで格子状に形成した四角形の細い流路群をもつマトリックス、薄い板などによってハネカム状の六角形の細い流路群を構成したマトリックス、あるいは複数のキャピラリーを集合させて構成するマトリックスなどによって、多数の細い流路群をもつラミナー・エレメントを構成して円管状の流路の中に保持し、ラミナー・エレメントの上流側の静圧と下流側の静圧との圧力差に基づいて当該流体の流量を測定するラミナー型流量計において、細い流路群の入り口側および出口側の平均的な静圧と入り口側の平均温度を検出するためにラミナー・エレメントの半径方向の面積平均位置すなわち環状に区分して例えば一区分の場合には内側と外側の面積が等しくなる半径位置に静圧および温度の検出端を配置したラミナー型流量計。
【請求項２】
請求項１のラミナー型流量計において静圧および温度の検出端位置ついて、ラミナー・エレメントを複数の同一半径方向面積に区分してそれぞれに対応した面積平均的な位置に検出端を適切な複数箇所に配置して、上流側と下流側の静圧と温度に関して平均的な測定値が得られるようにして流路断面の半径方向平均面積の静圧と温度によって適正な流量演算を可能にするよう構成したラミナー型流量計。
【請求項３】
請求項１または２のラミナー型流量計において、ラミナー・エレメントの上流側と下流側とのそれぞれの面積平均静圧を検出するために、それぞれの側に剛性のある導圧管を半径方向に一本または複数本配置して、同心円状に同じ面積に区分した領域の半径方向平均代表位置において導圧管の側面に流体の流れ方向に平行した面を形成して、動圧を受けないで静圧だけを導圧管に導くようにした圧力検出端を一個以上配置してそれぞれの側の面積平均静圧を測定できるようにしたラミナー型流量計。
【請求項４】
請求項３のラミナー型流量計において、剛性のある導圧管をラミナー・エレメントの上流側と下流側のそれぞれ対応する位置に配置して、ラミナー・エレメントを環状に区分して平均を求めるのに適当な位置に静圧測定孔を設けるとともにラミナー・エレメントを適切に機械的に充分な強度をもって確実に保持するようにし、さらに、一個以上の温度検出端を環状面積の平均を考慮して流体の温度を適切に検出できる位置に配置して確実に保持するようにしたラミナー型流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は流量計測を必要とする全ての流体工業の産業分野に係わる。とくに流体温度や圧力が変化する燃焼装置に関連した流体計測を必要とする環境対策技術分野に係わり、さらに詳しくはラミナー型流量計に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
ラミナー型流量計は広く利用されているが、従来の技術ではラミナー・エレメントの上流側および下流側の静圧と温度の測定を流路の管壁または流路の中心部に検出端を配置して測定を行っていた。
【０００３】
【従来技術の問題点】
従来技術では流路内において流体温度や流速が均一である場合にはハーゲン・ポァズイユの層流理論の流速と粘性抵抗に基づき流量と差圧との線形な特性が得られて、上記の検出端の配置によっても極めて正確な流量測定ができるが、例えば内燃エンジンの排気系において流量測定をするようなときには流れに脈動や変動があり温度も変化するだけでなく流路の外部とに温度差があることなどから管内温度分布や流速分布に均一性が確保できないことがあり、正確な流量測定が困難になることがあった。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】
通常ラミナー型流量計のマトリックス内部の細い流路群におけるレイノルズ数は層流域においても極めて小さい範囲に限定してその細い流路の内部では圧力や温度の均一性は保たれるが、マトリックス全体での温度や流速分布を均一にするためには整流とある程度の流路の長さを必要とする。しかし、流路に許される長さや抵抗損失などから多くの場合完全な均一性を確保することが困難である。とくにエンジン排気系における測定ではこれらの制約が大きいのが普通である。このために本発明ではマトリックスの平均的な流量をより正確に求める手段として、円形流路の半径方向にある傾向の変化があると考えられる静圧と温度の検出端を流路の半径方向について面積平均が測定できるような位置とする法、すなわち、例えば円形流路においては円の中心ではなく環状流路としての平均面積位置として最も簡単には１／２の面積になる円の中心から半径ｒの１／√２の点を選ぶ方法とした。面積を分割する数を増やせばより正確な平均値が得られる。もちろん、流路内で流速分布が層流などに限定されていれば、その平均流速位置は定まっているのでその位置で静圧などを検出すればよい。簡便には圧力導管に剛性を持たせてマトリックスの径方向に配置し、適切な位置に単数または複数の静圧検出孔を設け、これに温度検出端を配置して半径方向の面積平均静圧や温度を取り出すとともに温度や流体・振動などの機械的影響を受ける条件の中でマトリックスの保持を確実にできるようにした。
【０００５】
【実施例】
本発明の具体的な実施例を図１と図２に示して説明する。この発明のラミナー型流量計１は薄い波形状板と平板との組合せで作った断面三角状の細い流路群をもつマトリックス、薄い板やセラミックなどで断面格子状に形成した四角形の細い流路群をもつマトリックス、薄い板などによってハネカム状の断面六角形の細い流路群を構成したマトリックス、あるいは複数のキャピラリーを集合させて構成するマトリックスなどによって、多数の細い流路群４をもつラミナー・エレメント３を構成して円管状の管路２の中に保持する。管路２の内部が流路５となる。流れの方向に沿った断面図である図１において流体８が流路５となる管路２の中を流れてラミナー・エレメント３の中の細い流路群４の中に入り層流を形成するが、上流側の管路２ａの形状だけでなく下流側の管路２ｂの形状の影響を受けるなどしてラミナー・エレメント３の上流側においても下流側においても均一な静圧分布になるとは限らない。流体の温度についても同様に均一な分布は必ずしも期待できない。剛性のある圧力導管６がラミナー・エレメント３の上流側の端部に接して配置され、下流側には対応する位置に剛性のある圧力導管７が配置されている。したがって圧力導管６と圧力導管７は図２に示すように流れの方向に対向して（重なって）いる。圧力導管６（７）には図２に示すようにラミナー・エレメント３の円形な流路面積を環状に例えば、半径ｒ２の線のように仮想的に二等分し、さらにその各々を二等分するすなわち４等分割する半径ｒ１、ｒ２、ｒ３の３個の円周のうちの中心から外周部に向かって半径ｒ１の第１番目と半径ｒ３の第３番目の円周上の位置に静圧導入孔１１、１２、１３、１４が設けられている。円形の流路５の半径をｒとすると、
ｒ１＝ｒ・√（３／４）
ｒ２＝ｒ・√（１／２）
ｒ３＝ｒ・１／２
である。このときそれぞれの静圧導入孔１１（１２、１３、１４）は流路の中心対称的に配置されているが、必ずしも対称的にすることには拘る必要はない。重要なことは静圧だけを導くことで孔の面が流れの方向に平行で動圧を受けないことである。このために図３、図４に示すように静圧導入孔１１（１２、１３、１４）の周囲は流れ１９の方向に平行な平面９を作っておく。圧力導管６の内部はラミナー・エレメント上流側の平均静圧にほぼ等しくなる筈である。図には示していないが、下流側には圧力導管７と静圧導入孔３１、３２、３３、３４が対応する位置に配置され、下流側のほぼ平均静圧を取り出す。温度の検出は普通上流側で行うが、静圧の検出とほぼ同様でよい。ただし、多くの場合温度の検出端は細い線状であり輻射やセンサを保持する物体の熱伝導の影響を小さくするためにマトリックスからある程度距離をもたせる。図１の１５、１６、１７、１８が温度検出端を示す。
【０００６】
圧力導管６から適当な長さと管径を有するチューブ１０を用いて差圧センサ２１の一方の導入口にラミナー・エレメント入り口側の平均静圧を導くと共に絶対圧力センサ２２にも入り口静圧を入れて温度などと共に絶対圧力を流量演算に利用する。圧力導管７からはラミナー・エレメント出口側の平均静圧を適当な長さと管径をもつチューブ１９を経由して差圧センサ２１の他の一方の圧力導入口に導く。
【０００７】
平均温度については静圧検出端と同じ円周上に配置されたセンサの出力を単純に増幅器２０に入力し、その出力を平均化回路２３で平均化する。入り口側絶対圧力は入り口側静圧の平均値と同じで圧力センサが異なり、数値が異なる。これらの差圧、絶対圧、温度の出力を流量演算器２４に入力して別に校正して定めた流量係数を含めた計算から流量測定値が求められる。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によると流路の構造や制約によるなどして流速分布や温度分布にある程度の不均一性がある場合においても、ラミナー型流量計の特徴である流量と差圧との直線性から簡単に面積平均によって平均的な流量の測定が可能になる。とくにエンジンの排気系における測定のように流量や温度の不均一性が大きい場合にも正確な流量測定ができる効果がある。
【０００９】
この発明では、流れが円形の流路において流速分布や温度分布に均一性がない場合でもそれらの分布が一般的に半径方向の分布として現れることに対応できるように、半径方向の面積平均として静圧や温度を検出するので、流路全体の正確な平均流量測定が可能である。
【００１０】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のラミナー型流量計のラミナーエレメントを示す縦断面図。
【図２】この発明のラミナー型流量計の構成を示す説明図。
【図３】静圧導入孔を示す縦断面説明図。
【図４】静圧導入孔を示す正面説明図。
【符号の説明】
１　　　　　　　ラミナー型流量計
２、２ａ、２ｂ　管路
３　　　　　　　ラミナー・エレメント
４　　　　　　　流路群
５　　　　　　　流路
６　　　　　　　圧力導管
７　　　　　　　圧力導管
８　　　　　　　流体
９　　　　　　　静圧導入孔の近傍の平面
１０　　　　　　チューブ
１１　　　　　　静圧導入孔
１２　　　　　　静圧導入孔
１３　　　　　　静圧導入孔
１４　　　　　　静圧導入孔
１５　　　　　　温度検出端
１６　　　　　　温度検出器
１７　　　　　　温度検出端
１８　　　　　　温度検出端
１９　　　　　　流体の流れ
２０　　　　　　増幅器
２１　　　　　　差圧センサ
２２　　　　　　絶対圧力センサ
２３　　　　　　平均化回路
２４　　　　　　流量演算器
３１　　　　　　静圧導入孔
３２　　　　　　静圧導入孔
３３　　　　　　静圧導入孔
３４　　　　　　静圧導入孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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