(57)【要約】【課題】低流量測定を高精度に再現性よく行うことができる渦流量計を提供すること。【解決手段】渦発生体２１、渦検出器２が配置される測定流路部１８の横断面形状を、渦発生体２１の長手方向と同方向に短軸を、渦発生体２１の長手方向に直交する方向に長軸を有する楕円形状とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体ハウジングに形成された管流路を横切って延在する柱状の渦発生体と、前記管流路を流れる流体の流れで見て前記渦発生体より下流側に配置された渦検出器とを有し、前記管流路を流れる流体の流量を当該管流路に発生するカルマン渦によって測定する渦流量計において、
前記管流路のうち、前記渦発生体及び前記渦検出器が配置される測定流路部の横断面形状が、前記渦発生体の長手方向と同方向に短軸を、前記渦発生体の長手方向に直交する方向に長軸を有する楕円形状である渦流量計。
【請求項２】
本体ハウジングに形成された管流路を横切って延在する柱状の渦発生体と、前記管流路を流れる流体の流れで見て前記渦発生体より下流側に配置された渦検出器とを有し、前記管流路を流れる流体の流量を当該管流路に発生するカルマン渦によって測定する渦流量計において、
前記管流路のうち、前記渦発生体及び前記渦検出器が配置される測定流路部の横断面形状が、前記渦発生体の長手方向に直交する方向の寸法が前記渦発生体の長手方向に同方向の寸法より長い形状であって、かつ、曲率が互いに異なる複数個の円弧のみの組合せによる形状である渦流量計。
【請求項３】
前記管流路の両端が円形横断面の継手接続部になっており、当該継手接続部から前記測定流路部にかけて流路横断面形状が、円形よりなだらかに楕円形あるいは曲率が異なる複数個の円弧のみの組合せによる形状に移行している請求項１または２記載の渦流量計。
【請求項４】
前記渦発生体は、柱状部と、前記柱状部の両端に設けられたフランジ部とを有し、前記柱状部の全体が前記測定流路部を横切り、両端のフランジ部が前記測定流路部の壁面より前記管流路内に突出している請求項１〜３の何れか１項記載の渦流量計。
【請求項５】
前記渦発生体は、型成形品であり、型割面が前記管流路を流れる流体の流れに平行な仮想平面に沿っている請求項１〜４の何れか１項の渦流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、渦流量計に関し、特に、液晶、半導体製造装置関係、その他、一般工業用途における低流量測定に適した渦流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
渦流量計は、本体ハウジングに形成された管流路を横切って延在する柱状の渦発生体の下流側に生じるカルマン渦の発生周波数と流速とが所定レイノルズ数範囲内で流速に比例することを利用して管流路を流れる流量を推定する流量計である。
【０００３】
従来の渦流量計の管流路、特に柱状の渦発生体が配置される測定流路部の横断面形状は円形が主流である（例えば、特許文献１、２）。このような渦流量計によって零流量近くの低流量測定を行うとすると、流量測定に必要なレイノルズ数を確保するために、測定流路部の通路内径を小さくして測定流路部の測定流体の流速を速める必要がある。
【０００４】
しかし、測定流路部の通路内径を小さくすると、圧力損失が大きくなり、キャビテーションが起こり易くなり、検出精度、再現性が悪く、不安定であると云う問題点が生じる。このことに対処して、低流量を測定するには境界層の影響が少ない矩形の流路断面のものを用いることの研究、開発がなされている。
【０００５】
測定流路部の流路断面形状を矩形にすることは、専ら、測定流路部における測定流体の流れを二次元的流れに近づけることを目的としており、渦発生体の軸方向（長手方向）の寸法より渦発生体の軸方向に直角の方向の寸法が長い横長断面形状で、両側の短辺を曲面（半円）にしたものがある（特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１９５５２１号公報
【特許文献２】
特開２００２−１６２２６６号公報
【特許文献３】
特開平１１−６７４８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
測定流路部の流路断面形状が矩形であると、同一横断面積の円形のものに場合に比して周長が長くなることが避けられず、流路壁面抵抗による圧力損失の増加がある。また、測定流路部の流路断面形状は、短辺（曲線）と長辺（直線）との組合せであるため、短辺と長辺との接続部に角部が存在し、この角部での流速勾配が複雑になり、測定流路部におけるカルマン渦の発生が不安定になり、Ｋファクタ（パルス数／単位体積）のレンジが広くなる。このため、流量測定の精度確保が難しくなる。
【０００８】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、圧力損失が少なく、測定流路部におけるカルマン渦の発生が安定し、特に低流量測定を高精度に再現性よく行うことができる渦流量計を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による渦流量計は、本体ハウジングに形成された管流路を横切って延在する柱状の渦発生体と、前記管流路を流れる流体の流れで見て前記渦発生体より下流側に配置された渦検出器とを有し、前記管流路を流れる流体の流量を当該管流路に発生するカルマン渦によって測定する渦流量計において、前記管流路のうち、前記渦発生体及び前記渦検出器が配置される測定流路部の横断面形状が、前記渦発生体の長手方向と同方向に短軸を、前記渦発生体の長手方向に直交する方向に長軸を有する楕円形状、あるいは前記渦発生体の長手方向に直交する方向の寸法が前記渦発生体の長手方向に同方向の寸法より長い形状であって、かつ、曲率が互いに異なる複数個の円弧のみの組合せによる形状である。
【００１０】
この発明による渦流量計によれば、測定流路部の横断面形状が、渦発生体の長手方向と同方向に短軸を、渦発生体の長手方向に直交する方向に長軸を有する楕円形状、あるいは渦発生体の長手方向に直交する方向の寸法が渦発生体の長手方向に同方向の寸法より長い形状であって、かつ、曲率が互いに異なる複数個の円弧のみの組合せによる形状であることにより、同一横断面積の矩形断面であるものに比して周長が短くなり、それに伴い矩形断面であるものに比して圧力損失が低減し、また、直線部と直線部、あるいは直線部と曲線部との接続部にできるような角部が存在しないので、測定流路部におけるカルマン渦の発生が安定し、Ｋファクタの直線性が改善される。
【００１１】
この発明による渦流量計は、更に、前記管流路の両端が円形横断面の継手接続部になっており、当該継手接続部から前記測定流路部にかけて流路横断面形状が、円形よりなだらかに楕円形あるいは曲率が異なる複数個の円弧のみの組合せによる形状に移行している。これにより、境界層の影響を受け難く、流速勾配も穏やかに変化し、このことによっても測定流路部におけるカルマン渦の発生が安定する。
【００１２】
また、この発明による渦流量計は、更に、前記渦発生体が、柱状部と、前記柱状部の両端に設けられたフランジ部とを有し、前記柱状部の全体が前記測定流路部を横切り、両端のフランジ部が前記測定流路部の壁面より前記管流路内に突出している。
【００１３】
この発明による渦流量計によれば、柱状部の両端に形成されたフランジ部が測定流路部の壁面より管流路内に突出していることにより、渦発生体配置部における流路壁面部分に窪みがなく、測定流路部におけるカルマン渦の発生が安定する。
【００１４】
また、この発明による渦流量計は、更に、前記渦発生体が型成形品であり、型割面が前記管流路を流れる流体の流れに平行な仮想平面に沿っている。
【００１５】
この発明による渦流量計によれば、型割面に生じるばりの大小に起因して、渦発生体が流体の流れに対向する壁面の幅が変動することがなく、発生する渦周波数の個体差が減少する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１〜図４はこの発明による渦流量計の一つの実施形態を示している。
【００１７】
図１に示されているように、渦流量計は、鋳造品あるいは樹脂成形品による筒状の本体ハウジング１１と、本体ハウジング１１の外側にねじ止めされた電気ケース１２とを有する。電気ケース１２は、流量計測のための電気部品、素子を実装された電気配線基板（図示省略）を内蔵している。
【００１８】
本体ハウジング１１の両端は入口側継手用ねじ部１３、出口側継手用ねじ部１４になっている。本体ハウジング１１には、一つの貫通流路として、図１で見て左右方向に延在する管流路１５が形成されている。管流路１５の一端は円形横断面の入口側継手接続部１６になっており、他端が同じ円形横断面の出口側継手接続部１７になっており、入口側継手接続部１６と出口側継手接続部１７との間の中央部に測定流路部１８が形成されている。
【００１９】
本体ハウジング１１には測定流路部１８を図にて上下方向に横切って延在する柱状の渦発生体２１と、測定流路部１８を流れる流体の流れで見て渦発生体２１より下流側に配置された圧力／電気変換素子等による渦検出器２２とが取り付けられている。
【００２０】
渦検出器２２は、測定流路部１８の境界層の影響を受けないか、あるいは影響を受け難いよう、渦検出器先端が測定流路部１８の管壁から離された位置に位置するよう配置される。例えば、小流量の場合、渦検出器先端と管壁底面との間には、測定流路部１８の渦検出器配置方向長（上下方向長）の０．１〜０．２、好ましくは、０．１〜０．１５程度の間隙が与えられればよい。
【００２１】
測定流路部１８は、図２及び図３に示されているように、渦発生体２１の長手方向（図にて上下方向）と同方向に短軸を、渦発生体２１の長手方向に直交する方向に長軸を有する楕円形状の横断面形状となっている。この楕円形状は、（ｘ2 ／ａ2 ）＋（ｙ2 ／ｂ2 ）の数式で表され、長軸と短軸との比は５：３程度が好ましい。
【００２２】
図１に示されているように、入口側継手接続部１６と測定流路部１８、測定流路部１８と出口側継手接続部１７は各々これらの間に延在する接続通路部１９、２０によって接続されており、接続通路部１９、２０は、入口側継手接続部１６あるいは出口側継手接続部１７から測定流路部１８にかけて流路横断面形状が、円形よりなだらかに楕円形に移行している。
【００２３】
上述したように、測定流路部１８の横断面形状が、渦発生体２１の長手方向と同方向に短軸を、渦発生体の長手方向に直交する方向に長軸を有する楕円形状であることにより、同一横断面積の矩形断面であるものに比して周長が短くなり、それに伴い矩形断面であるものに比して圧力損失が低減し、また、直線部と直線部、あるいは直線部と曲線部との接続部にできるような角部が存在しないので、測定流路部１８におけるカルマン渦の発生が安定し、Ｋファクタの直線性が改善される。また、角部が存在しないので、管流路１５を含む本体ハウジング１１の成形の転写性が向上する。
【００２４】
また、接続通路部１９、２０によって円形横断面の入口側、出口側継手接続部１６、１７から測定流路部１８にかけて流路横断面形状が、円形よりなだらかに楕円形に移行しているから、境界層の影響を受け難く、流速勾配も穏やかに変化し、このことによっても測定流路部１８におけるカルマン渦の発生が安定する。これらのことにより、流量測定精度が向上する。
【００２５】
同じ口径の全流量範囲に亘って同じ条件で、上述の構成による本発明品と測定流路部の横断面形状が矩形断面の従来品とで、Ｋファクタに関する評価を行ったところ、図７に示されているように、本発明品では、Ｋファクタは、なだらかなカーブを持ち、Ｋファクタの直線性が改善され、最大値と最小値の差は、本発明品と従来品とで、１３：１６となった。また、流量周波数特性も、図８（本発明品）、図９（従来品）に示されているように、本発明品のほうが、従来品より直線性を有し、特に、低流量での測定精度が改善された。
【００２６】
渦発生体２１は、図４に示されているように、台形状横断面の柱状部２１Ａと、柱状部２１Ａの両端に設けられたフランジ部２１Ｂ、２１Ｃとを有し、柱状部２１Ａの全体が、台形底辺面２１Ｄを正面（測定流路部１８を流れる流体の流れＱに正対向する面）にして測定流路部１８を横切り、図３に示されているように、両端のフランジ部２１Ｂ、２１Ｃが測定流路部１８の壁面１８Ａ、１８Ｂより測定流路部１８内に突出している。
【００２７】
これにより、渦発生体配置部における流路壁面部分に窪みがなく、測定流路部１８におけるカルマン渦の発生が更に安定する。数値的には、窪みがあると、渦周波数の変動が、流量を一定にしても５％以上になることがあるが、窪みがないことにより、このような渦周波数の変動はなくなり、このことによって、流量測定精度が安定する。
【００２８】
なお、フランジ部２１Ｂ、２１Ｃは、図４に示されているように、測定流路部１８を流れる流体の流れで見て上流側が方形、下流側が半円形の前方後円形をしている。
【００２９】
渦発生体２１は、鋳造品あるいは樹脂成形品等による型成形品であり、管流路１５を流れる流体の流れＱに平行な仮想平面Ａ（図４参照）に沿った、図５に示されている型割面Ｓにて半割された半割型５０、５１によって成形されている。
【００３０】
これにより、型割部分に生じるばりは、図４に符号Ｂで示されているように、流体の流れＱの方向に沿って生じ、型割部分に生じるばりの大小に起因して、渦発生体２１の流体の流れＱに対向する壁面の幅が変動することがなくなる。この対向壁面幅は出力周波数に大きく影響するが、対向壁面幅が変動しないので、発生する渦周波数の個体差が減少し、数値的には３％程度から１％程度に減少し、渦流量計の調整作業が容易になる。
【００３１】
なお、測定流路部１８の横断面形状は、（ｘ2 ／ａ2 ）＋（ｙ2 ／ｂ2 ）の数式で表される楕円形状以外に、近似楕円形状として、図６に示されているように、渦発生体２１の長手方向に直交する方向の寸法が渦発生体２１の長手方向に同方向の寸法より長く、曲率が異なる複数個の円弧のみの組合せによる形状であってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による渦流量計によれば、測定流路部の横断面形状が、渦発生体の長手方向と同方向に短軸を、渦発生体の長手方向に直交する方向に長軸を有する楕円形状、あるいは渦発生体の長手方向に直交する方向の寸法が渦発生体の長手方向に同方向の寸法より長く、曲率が異なる複数個の円弧のみの組合せによる形状であることにより、同一横断面積の矩形断面であるものに比して周長が短くなり、それに伴い矩形断面であるものに比して圧力損失が低減し、また、直線部と直線部、あるいは直線部と曲線部との接続部にできるような角部が存在しないので、測定流路部におけるカルマン渦の発生が安定し、Ｋファクタの直線性が改善され、低流量測定を高精度に再現性よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による渦流量計の一つの実施形態を示す縦断面図である。
【図２】この発明による渦流量計の一つの実施形態を示す端面図である。
【図３】この発明による渦流量計の一つの実施形態の要部の拡大図である。
【図４】この発明による渦流量計の一つの実施形態における渦発生体の斜視図である。
【図５】この発明による渦流量計の一つの実施形態における渦発生体の成形型の型割を示す説明図である。
【図６】この発明による渦流量計の他の実施形態の要部の拡大図である。
【図７】本発明品と従来品のＫファクタ−流量特性を示すグラフである。
【図８】本発明品の流量周波数特性を示すグラフである。
【図９】従来品の流量周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１１  本体ハウジング
１２  電気ケース
１３  入口側継手用ねじ部
１４  出口側継手用ねじ部
１５  管流路
１６  入口側継手接続部
１７  出口側継手接続部
１８  測定流路部
１９、２０  接続通路部
２１  渦発生体
２１Ａ  柱状部
２１Ｂ、２１Ｃ  フランジ部
２１Ｄ  台形底辺面
２２  渦検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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