CN108107921A - 流道形成结构、流量测定装置和流量控制装置 - Google Patents

流道形成结构、流量测定装置和流量控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种流道形成结构，抑制向流道插入轴体时产生的轴体相对于流道的中心轴的轴偏摆。所述流道形成结构包括：通过流体的流道(10)、以及插入所述流道(10)的轴体(40)，其中，所述轴体(40)的上游侧与所述流道(10)的内周面在相位不同的多个位置接触，所述轴体(40)的下游侧与所述流道(10)的内周面在相位不同的多个位置接触，在所述轴体(40)和所述流道(10)的内周面之间的间隙中流过所述流体，所述上游侧或所述下游侧中的一侧的接触位置的任意一方，与另一侧的全部接触位置相位不同。

Description

流道形成结构、流量测定装置和流量控制装置
技术领域
本发明涉及流道形成结构、具备所述流道形成结构的流量测定装置和流量控制装置。
背景技术
专利文献1(日本专利公开公报特开平4-110617号)中公开了一种现有的流道形成结构，具备通过流体的流道和插入流道的轴体，使轴体的中途上设置的锥状轴体的上游侧和下游侧与流道的内周面接触，在流道和轴体之间形成的间隙中流过流体。
可是，在所述流道形成结构中，向流道插入轴体时产生轴偏摆，因为所述轴偏摆，每个产品中轴体的上游侧和流道的内周面之间形成的流道、与轴体的锥状轴体和流道的内周面之间形成的流道的压差流量特性方面，存在线性被损害且产生波动的问题。
发明内容
本发明的主要目的是在流道形成结构中，抑制向流道插入轴体时产生的轴体相对流道的中心轴的轴偏摆。
即，本发明的流道形成结构，具备通过流体的流道，以及插入所述流道的轴体，所述轴体的上游侧与所述流道的内周面在相位不同的多个位置接触，所述轴体的下游侧与所述流道的内周面在相位不同的多个位置接触，在所述轴体与所述流道的内周面之间的间隙中流过所述流体，其中，所述上游侧或所述下游侧中的一侧的接触位置的任意一方，与另一侧的全部接触位置相位不同。
按照这种构成，轴体的上游侧或下游侧中的一侧以规定相位与流道的内周面接触，另一侧不以规定相位与流道的内周面接触，这样，在不以规定相位和流道的内周面接触的另一侧中产生的、轴体相对于流道的中心轴的向规定相位侧的轴偏摆，在以规定相位和流道的内周面接触的一侧中被修正，轴体相对于流道的中心轴的轴偏摆得到抑制。因此，向流道插入轴体时的轴偏摆变小，每个产品的轴体与流道内周面之间形成的间隙的再现性提高，对于每个产品的压差流量特性，不损害线性且波动也变小。
在所述流道形成结构中，优选所述上游侧或所述下游侧的任意一方或双方的接触位置，可以是相位间隔相等。
按照这种构成，通过使各接触位置相位间隔相等，由所述各接触位置产生的相对轴体的应力的偏置消除，可以进一步抑制轴体相对于流道的中心轴的轴偏摆。
在所述流道形成结构中，优选所述上游侧和所述下游侧的双方的接触位置，相位间隔相等且数量相同，所述上游侧的接触位置与所述下游侧的接触位置，相位偏移所述相位间隔的二分之一。
按照这种构成，在所述上游侧和所述下游侧的双方的接触位置相位间隔相等且数量相同的情况下，由轴体的上游侧或下游侧中的一侧的无接触位置的非接触相位上产生的、相对于流道的中心轴的向所述非接触相位侧的轴偏摆，通过处于该非接触相位的附近的相位的另一侧的两个接触位置中轴体与流道的内周面的接触被修正，且由于该非接触相位位于所述另一侧的两个接触位置的中央的相位上，因此能够进一步抑制轴体相对于流道的中心轴的轴偏摆。
在上述任意一个流道形成结构中，优选所述轴体的上游侧与所述流道的内周面、或所述轴体的下游侧与所述流道的内周面的任意一方或双方，通过设置在所述轴体或所述流道的内周面的接触位置上的垫片接触，此外，所述轴体的上游侧或下游侧的任意一方或双方，呈各接触位置上具有角的柱状结构，且所述各角和所述流道的内周面接触。按照后者的构造，轴体的加工性提高。此外，如果所述轴体的上游侧或下游侧的任意一方或双方呈在各接触位置上具有角的棱柱状，轴体的加工性进一步提高。
此外，本发明的流量测定装置，具备所述任意一个流道形成结构，还包括：与所述流道并列连接的流量测定流道、以及设置在所述流量测定流道上的流量传感器。
此外，本发明的流量控制装置，具备所述任意一个流道形成结构，还包括：与所述流道并列连接的流量测定流道、设置在所述流量测定流道上的流量传感器、以及流量控制机构；所述流量控制机构设置在所述流道中的与所述流量测定流道的合流部位的下游侧，根据所述流量传感器测定的流量，控制流过所述流道的流体的流量。
按照这样结构的本发明，向流道插入轴体时轴体相对于流道的中心轴的轴偏摆得到抑制，能够提高流道与轴体之间的间隙上形成的流道的再现性，不损害压差流量特性的线性且其波动受到抑制。这样，产品组装时的精度提高。
附图说明
图1是示意性表示第1实施方式中的流量控制装置的结构的截面示意图。
图2是表示第1实施方式中的将轴体插入分路流道的状态的截面图。
图3是表示第1实施方式中的轴体的立体图。
图4是表示从轴向目视观察第1实施方式中的将轴体插入分路流道的状态的截面图。
图5是表示由使用第1实施方式中的轴体和比较轴体的实验得到的压差流量特性的图形。
图6是表示从轴向目视观察另一实施方式中的将轴体插入分路流道的状态的截面图。
图7是表示另一实施方式中的轴体的侧视图。
图中：100―流量控制装置，10―主流道，13―分路流道，13a―上游侧流道，13b―下游侧流道，13c―流量调整流道，20―流量测定流道，30―主体，40―轴体，41―上游侧轴体，42―下游侧轴体，43―流道调整轴体，50―流量传感器，60―流量控制阀。
具体实施方式
以下，根据附图说明具备本发明的流道形成结构的流量控制装置。
如图1所示，本实施方式的流量控制装置100包括：主体30，具备将流体从一端导入并向另一端导出的主流道10、和相对于主流道10并列连接的流量测定流道20；插入主流道10的中途的轴体40；设置在流量测定流道20上的流量传感器50；以及设置在主流道10的、轴体40的下游侧上的流量控制阀60(流量控制机构)。另外，主体30划分为多个模块件31、32、33，通过将上述的模块件31、32、33加以连接，形成主流道10、20，流量测定流道20的一部分，由与模块件32连接的毛细管34构成。另外，主流道10与技术方案中的流道对应。
主流道10具备：用于从主体30外向主流道10导入流体的导入口11、从导入口11向下游侧延伸并连接流量测定流道20的分路流道12、从分路流道12向下游侧延伸并供轴体40插入的分路流道13、从分路流道13向下游侧延伸的流量控制流道14、以及从流量控制流道14向下游侧延伸并用于向主体30外导出流体的导出口15。
如图2所示，分路流道13具有：与分路流道12连通的上游侧流道13a、与流量控制流道14连通的下游侧流道13b、以及连通上游侧流道13a和下游侧流道13b的流量调整流道13c。另外，上游侧流道13a，其上游侧直径相同，下游侧成为朝向流量调整流道13c直径逐渐缩小的锥状。下游侧流道13b直径相同，且内径小于上游侧流道13a的下游端的内径。流量调整流道13c以和上游侧流道13a的下游端接续的方式成为朝向下游侧流道13b的上游端直径逐渐缩小的锥状。
轴体40具有：位于分路流道13的上游侧流道13a内的上游侧轴体41、位于分路流道13的下游侧流道13b内的下游侧轴体42、以及位于分路流道13的流量调整流路13c内并连接上游侧轴体41和下游侧轴体42的流道调整轴体43。
上游侧轴体41呈外径小于上游侧流道13a的内径的圆柱状，如图3(a)或作为图2的A-A截面的图4(a)所示，其三个垫片41a···分别隔开120度配置在上游侧轴体41的外周面上，并沿轴体40的中心轴延伸。即，所述三个垫片41a···沿轴体40的圆周方向分别等间隔配置。另外，各垫片41a的前端面，配置成直径与上游侧流道13a的内径大体相同的同心圆状，并形成为以和上游侧流道13a的内周面进行面接触的方式沿着所述内周面的圆弧面状。因此，上游侧轴体41在三个相位不同的位置与上游侧流道13a的内周面接触。此外，各垫片41a形成同一形状，从上游侧轴体41的上游端延伸到下游端。而且，各垫片41a的上游侧，其以相对于上游侧轴体41的外周面的高度为相同的高度接续，各垫片41a的下游侧，其相对于上游侧轴体41的外周面的高度随着朝向下游端逐渐降低。这样，各垫片41a的下游侧，沿上游侧流道13a的形成锥状的下游侧倾斜。此外，各垫片41a的与上游侧流道13a的内周面接触的部分(上游侧)，沿圆周方向使上游端和下游端一致并平行排列。
下游侧轴体42呈从上游端延伸到下游端的三棱柱状，如图3或作为图2的B-B截面的图4(b)所示，其朝向下游侧流道13b的内周面的三个角42a···分别隔120度配置。即，所述三个角42a···沿轴体40的圆周方向分别等间隔配置。因此，下游侧轴体42以三个不同的相位和下游侧流道13b接触。另外，各角42a的前端面配置成直径和下游侧流道13b的内径相同的同心圆状，并形成为以和下游侧流道13b的内周面面接触的方式沿着所述内周面的圆弧面状。
如图2所示，就流道调整轴体43而言，其上游端具有和上游侧流道13a的下游端的内径大体相同的内径，下游端具有和下游侧流道13b的内径大体相同的内径，并形成为从上游端朝向下游端直径逐渐缩小的锥状。
而后，就上游侧轴体41和上游侧流道13a的内周面的接触位置、与下游侧轴体42和下游侧流道13b的内周面的接触位置而言，相位偏移60度，换句话说，偏移上游侧轴体41及下游侧轴体42的接触位置的相位间隔(120度)的二分之一。此外，轴体40相对于从中心轴向上游侧轴体41和下游侧轴体42的任意一方的接触位置延伸的平面呈面对称。另外，相位示出以轴体40的中心轴(图4中由×标记表示)为中心的该轴体40的向圆周方向的旋转角度。而且，相位间隔示出相邻的接触位置之间的旋转角度。
另外，上游侧轴体41和上游侧流道13a的内周面，通过使在上游侧轴体41的所述周面的相位不同的三个位置上设置的垫片41a···与上游侧流道13a的内周面接触，由此，如图4(a)所示，在上游侧轴体41和上游侧流道13a的内周面之间，形成由垫片41a···分割的三个截面为圆弧状的间隙41b···，所述间隙41b···成为流体的流道。此外，下游侧轴体42和下游侧流道13b的内周面，通过使在下游侧轴体42的相位不同的三个位置形成的角42a···与下游侧流道13b的内周面接触，由此，如图4(b)所示，在下游侧轴体42和下游侧流道13b的内周面之间，形成由角42a···分割的三个截面为弓形的间隙42b···，所述间隙42b···成为流体的流道。
流量测定流道20如图1所示，与分路流道12连接的上游侧的一部分和与分路流道13的下游侧流道13b连接的下游侧的一部分，形成在构成主体30的模块件32上，构成为将所述上游侧的一部分和下游侧的一部分由模块件32上连接的毛细管34相连的结构。而且，毛细管34上设有用于对在流量测定流道20内流过的流体的流量进行测定的流量传感器50。
流量传感器50是热式质量流量传感器，其具有：缠绕在毛细管34上的一对发热电阻丝51、51；根据一对发热电阻丝51、51上产生的温度差来计算在流量测定流道20流过的流体的质量流量的计算部52。计算部52利用电桥电路，将因流过电流而被加热的一对发热电阻丝51、51经流过毛细管34的流体被冷却而产生的温度差转换为电信号，并根据所述电信号计算流过流量测定通路20内的流体的质量流量。
流量控制流道14的一部分从模块件33露出，这里设有流量控制阀60。流量控制阀60具备：以覆盖流量控制流道14的露出部位的方式配置且对流量控制流道14的开度进行控制的隔板61、驱动隔板61的压电致动器62、以及控制压电致动器62的驱动的阀控制部63。另外，阀控制部63具有计算机，该计算机具备CPU、存储器、A/D·D/A转换器、输入输出机构等，通过执行所述存储器中存储的程序，各种设备进行协作，由此来实现所述各功能。具体而言，阀控制部63发挥的功能在于，比较把从流量传感器50的计算部52发送的一对发热电阻丝51、51的温度差转换成的电信号与预先在存储器中存储的流量设定信号，计算信号差异，并根据所述信号差异驱动压电致动器62。
通过调整轴体40相对于分路流道13的轴向的位置，使流道调整轴体43和流量调整流道13c的内周面之间形成圆环状的间隙43a，由此，上游侧的三个间隙41b···、所述圆环状的间隙43a和下游侧的三个间隙42b···连通而形成流过流体的流道。另外，如图2所示，在主流道10的分路流道13流过的流体的流量，通过使轴体40相对于分路流道13的轴向的位置向上游侧移动而增加，通过使轴体40相对于分路流道13的轴向的位置向下游侧移动而减少。具体而言，通过使轴体40相对于分路流道13的轴向的位置向上游侧移动，所述圆环状的间隙43a的间隔扩大，在连通的流道流过的流体的流量增加，通过使轴体40相对于分路流道13的轴向的位置向下游侧移动，所述圆环状的间隙43a的间隔变窄，在连通的流道流过的流体的流量减少。
按照所述轴体40和所述分路流道13的这种结构，插入上游侧流道13a的上游侧轴体41，容易产生朝向上游侧的接触位置之间(中间)的相位侧的轴偏摆，难以产生朝向上游侧的接触位置的相位侧的轴偏摆，另一方面，插入下游侧流道13b的下游侧轴体42，容易产生朝向下游侧的接触位置之间(中间)的相位侧的轴偏摆，难以产生朝向下游侧的接触位置的相位侧的轴偏摆，由于上游侧的接触位置与下游侧的接触位置恰好偏离60度(即，所述相位间隔的二分之一的相位)，所以在上游侧和下游侧，容易产生轴偏摆的相位与不易产生轴偏摆的相位反转，轴偏摆在上游侧和下游侧得到相互修正，这样，抑制了轴体40相对于分路流道13的中心轴的轴偏摆。
另外，作为流量控制装置100的插入分路流道13的轴体，本实施方式的轴体40和比较轴体分别准备了三个，所述比较轴体的上游侧的接触位置与下游侧的接触位置的相位没有偏移而是相同相位，除了变更轴体之外，其他条件一致，作成了六个流量控制装置，进行了各流量控制装置中的测定压差流量特性的实验。在各流量控制装置中，用压力传感器对位于轴体的上游侧的分路流道的压力和位于轴体的下游侧的分路流道的压力进行测定，在所述压差成为同一压力的状态下以流体N2流过相同流量的方式将轴体固定在分路流道中，形成了流道。而后，图5表示了对得到的六个流量控制装置的压差流量特性进行测定的结果。图5(a)是表示使用本实施方式的轴体40的流量控制装置的压差流量特性的图形，图5(b)是表示使用比较轴体的流量控制装置的压差流量特性的图形，在两图形中，横轴代表由所述两压力传感器测定的压力的压差ΔP(％)，纵轴表示流量线性(％R.S.)，针对每个流量控制装置以不同的标记·线种(三角·虚线、菱形·实线、四角·单点划线)显示了测定结果。比较两图形时，和使用比较轴体的三个流量控制装置相比，使用本实施方式的轴体40的三个流量控制装置在各直线的波动方面明显变小，此外可知，各直线的压差为10％的线性的绝对值改善约1％R.S.左右。
另外，在本实施方式中，除了流量传感器50以外还具备流量控制机构60，由此构成流量控制装置100，但是也可以在不设置流量控制机构60的情况下构成流量测定装置。(另一实施方式)
图6和图7示出另一实施方式，图6表示从轴向目视观察轴体40的截面，左侧的图表示将上游侧轴体41插入上游侧流道13a的状态，右侧的图表示将下游侧轴体42插入下游侧流道13b的状态。
在图6(a)所示的另一实施方式中，上游侧轴体41在外周面上以分别间隔60度的方式设有六个垫片41a···，下游侧轴体42为三棱柱状。而后，上游侧轴体41和上游侧流道13a的内周面借助六个垫片41a···接触，下游侧轴体42和下游侧流道13b的内周面通过三棱柱的三个角42a···接触。这样，上游侧轴体41与上游侧流道13a的内周面在六个相位上接触，下游侧轴体42与下游侧流道13b的内周面在三个相位上接触，上游侧的六个接触位置与下游侧的三个接触位置，间隔120度相位一致。
在图6(b)所示的另一实施方式中，上游侧轴体41形成圆柱状，上游侧流道13a在内周面上分别隔开120度设有三个垫片13c···，下游侧轴体42成为六棱柱状。而后，上游侧轴体41和上游侧流道13a的内周面借助三个垫片13c···接触，下游侧轴体42和下游侧流道13b的内周面通过六棱柱的六个角接触。这样，上游侧轴体41与上游侧流道13a的内周面在三个相位上接触，下游侧轴体42与下游侧流道13b的内周面在六个相位上接触，上游侧的三个接触位置与下游侧的六个接触位置，间隔120度相位一致。另外，在下游侧轴体42设为多棱柱状时，棱数越多，下游侧轴体42与下游侧流道13b之间的间隙42b···的截面积越小，可以防止流过流道的流体的偏流。
在图7所示的另一实施方式中，在上游侧轴体41在外周面上以分别间隔90度的方式设有四个垫片41a···，四个垫片41a···是将轴体40的相对于轴向的位置交替向上游侧或下游侧偏移配置。在上述另一实施方式中，也可以抑制轴体40相对于分路流道13的轴偏摆。
另外，如所述实施方式中的下游侧轴体这样，可以将上游侧轴体形成多棱柱状，也可以如所述实施方式中的上游侧轴体这样，在下游侧轴体的外周面上设置垫片。
此外，可以将上游侧轴体或下游侧轴体的任意一方或双方设为各接触位置上具有角的柱状，例如设为具有星形截面形状的柱状等。此时，轴体与流道的内周面之间的间隙，不会形成上述实施方式这种截面圆弧状和截面弓形状，截面形状是由轴体的形状和流道的内周面的形状决定。
此外，在所述实施方式中，上游侧和下游侧双方的轴体和流道每隔相等相位接触，但是如果间歇性地在相位不同的位置接触，则不必每隔相等相位接触。
此外，在上述实施方式中，由划分为多个的模块件构成主体30，但是可以由一个模块件构成。流过本发明流道形成结构的流道的流体，不仅是气体，还可以是包含液体和粉末等的混合物。

Claims (8)

1.一种流道形成结构，其特征在于，具备：
通过流体的流道、以及
插入所述流道的轴体，
所述轴体的上游侧与所述流道的内周面在相位不同的多个位置接触，
所述轴体的下游侧与所述流道的内周面在相位不同的多个位置接触，
在所述轴体与所述流道的内周面之间的间隙中流过所述流体，
所述上游侧或所述下游侧中的一侧的接触位置的任意一方，与另一侧的全部接触位置相位不同。
2.根据权利要求1所述的流道形成结构，其特征在于，所述上游侧或所述下游侧的任意一方或双方的接触位置，相位间隔相等。
3.根据权利要求1所述的流道形成结构，其特征在于，
所述上游侧和所述下游侧双方的接触位置，相位间隔相等且数量相同，
所述上游侧的接触位置与所述下游侧的接触位置，相位偏移所述相位间隔的二分之一。
4.根据权利要求1所述的流道形成结构，其特征在于，所述轴体的上游侧与所述流道的内周面、或所述轴体的下游侧与所述流道的内周面的任意一方或双方，通过设置在所述轴体或所述流道的内周面的接触位置上的垫片接触。
5.根据权利要求1所述的流道形成结构，其特征在于，
所述轴体的上游侧或下游侧的任意一方或双方，呈各接触位置上具有角的柱状结构，
所述各角和所述流道的内周面接触。
6.根据权利要求5所述的流道形成结构，其特征在于，所述轴体的上游侧或下游侧的任意一方或双方，呈在各接触位置上具有角的棱柱状。
7.一种流量测定装置，其特征在于，
具备权利要求1所述的流道形成结构，还包括：
与所述流道并列连接的流量测定流道；以及
设置在所述流量测定流道上的流量传感器。
8.一种流量控制装置，其特征在于，
具备权利要求1所述的流道形成结构，还包括：
与所述流道并列连接的流量测定流道；
设置在所述流量测定流道上的流量传感器；以及
流量控制机构，其设置在所述流道中的与所述流量测定流道的合流部位的下游侧，根据所述流量传感器测定的流量，控制流过所述流道的流体的流量。
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