CN113155207A - 差压式流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够降低流量测量误差的差压式流量计。其具备配管(1)、配置于配管1内的层流元件(2)、测量层流元件(2)上游侧的流体的绝对压力P1和下游侧的流体的绝对压力P2的差压ΔP的差压传感器(3)、测量绝对压力P2的绝对压力传感器(4)、基于由差压传感器(3)测量得的差压ΔP和由绝对压力传感器(4)测量得的绝对压力P2计算流体的流量的流量计算部(8)。

Description

差压式流量计
技术领域
本发明涉及一种层流流量计等的差压式流量计。
背景技术
层流流量计为利用了在配管内流体以层流状态流动的情况下伴随流体移动的压力下降与体积流量成比例的现象的流量计(参考专利文献1、专利文献2)。通过层流元件的流体与发生的差压ΔP的关系一般由下式表示。
Qm＝ΔP×π×d4×ρ/(128×μ×L)···(1)
在式(1)中，Qm为质量流量、d为层流元件的流路直径、L为层流元件的流路长度、μ为流体的粘性系数、ρ为流体密度。
如图9所示，在层流流量计中，在层流元件100的上游以及下游配置绝对压力传感器101、102，通过由绝对压力传感器101所测量的绝对压力P1与由绝对压力传感器102所测量的绝对压力P2的差分(P1-P2)计算流体通过层流元件100时的差压ΔP。
作为层流元件，广泛使用有层叠金属薄板的方式。该方式的层流元件通过在经由蚀刻加工等形成流路用开口部的金属薄板的上下部层叠其他金属薄板，能够形成矩形截面的流路。在该层流元件中，由于流路高度依赖于金属薄板的厚度，所以与一般的加工相比，具有容易制作均匀高度的流路的特征。此外，通过改变由金属薄板所形成的流路的层叠张数，可以容易地调整流量范围。
在图9所示的层流流量计中，由于使用了两个绝对压力传感器101、102，存在各绝对压力传感器101、102的特性差异所引起的发生流量测量误差的问题。即，如果将绝对压力P1、P2的测量误差分别设为p1、p2，则差压ΔP的测量误差p3如下所示用平方和表示，可知绝对压力传感器101、102各自的测量误差对流量测量精度有很大影响。
[式1]
Figure BDA0002904565600000021
以上的问题不限于层流流量计，同样发生在将孔板、皮托管等作为差压生成机构使用的差压式流量计中。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]日本专利第4987977号公报
[专利文献2]日本专利特开2015-34762号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够降低流量测量误差的差压式流量计。
解决问题的技术手段
本发明的差压式流量计，其特征在于，具备：配管，其使测量对象的流体流通；差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体产生差压；差压传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力和所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力的差压；绝对压力传感器，其构成为测量所述第二绝对压力；以及流量计算部，其构成为基于由所述差压传感器测量到的差压和由所述绝对压力传感器测量到的第二绝对压力来计算所述流体的流量。
此外，本发明的差压式流量计，其特征在于，具备：配管，其使测量对象的流体流通；层流元件，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体产生差压；差压传感器，其构成为测量所述层流元件内的入口附近的所述流体的第一绝对压力和所述层流元件内的出口附近的所述流体的第二绝对压力的差压；绝对压力传感器，其构成为测量所述第二绝对压力；以及流量计算部，其构成为基于由所述差压传感器测量到的差压和由所述绝对压力传感器测量到的第二绝对压力来计算所述流体的流量，所述层流元件具备设置于入口附近的所述第一绝对压力的取出端口和设置于出口附近的所述第二绝对压力的取出端口。
此外，本发明的差压式流量计的一个构成例中，其特征在于，所述层流元件为将第一薄板和第二薄板交替地在与所述流体的流通方向正交的方向上层叠的构造，多张所述第一薄板分别形成所述流体的流路，多张所述第二薄板分别具备第一贯通孔和第二贯通孔，所述第一贯通孔在与所述流路的入口附近的部分相连通的位置上以从背面到表面贯穿第二薄板的方式形成，所述第二贯通孔在与所述流路的出口附近的部分相连通的位置上以从背面到表面贯穿第二薄板的方式形成，所述第一绝对压力的取出端口设置为与在层叠方向的最外侧的所述第二薄板的所述第一贯通孔相连通，所述第二绝对压力的取出端口设置为与在层叠方向的最外侧的所述第二薄板的所述第二贯通孔相连通。
此外，本发明的差压式流量计的一个构成例中，其特征在于，所述流量计算部在针对每个第二绝对压力预先准备的流量转换式中，使用与由所述绝对压力传感器测量到的第二绝对压力相对应的流量转换式，根据由所述差压传感器测量到的差压来计算所述流体的流量。
此外，本发明的差压式流量计，其特征在于，具备：配管，其使测量对象的流体流通；差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体产生差压；差压传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力和所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力的差压；绝对压力传感器，其构成为测量所述第一绝对压力；以及流量计算部，其构成为基于由所述差压传感器测量到的差压和由所述绝对压力传感器测量到的第一绝对压力来计算所述流体的流量。
此外，本发明的差压式流量计，其特征在于，具备：配管，其使测量对象的流体流通；层流元件，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体产生差压；差压传感器，其构成为测量所述层流元件内的入口附近的所述流体的第一绝对压力和所述层流元件内的出口附近的所述流体的第二绝对压力的差压；绝对压力传感器，其构成为测量所述第一绝对压力；以及流量计算部，其构成为基于由所述差压传感器测量到的差压和由所述绝对压力传感器测量到的第一绝对压力来计算所述流体的流量，所述层流元件具备设置于入口附近的所述第一绝对压力的取出端口和设置于出口附近的所述第二绝对压力的取出端口。
此外，本发明的差压式流量计的一个构成例中，其特征在于，所述流量计算部通过由所述差压传感器测量到的差压与由所述绝对压力传感器测量到的第一绝对压力的差分而计算所述第二绝对压力，在针对每个第二绝对压力预先准备的流量转换式中，使用与计算得的所述第二绝对压力相对应的流量转换式，根据由所述差压传感器测量到的差压来计算所述流体的流量。
发明的效果
根据本发明，通过由一个差压传感器测量差压生成机构上游侧的流体的第一绝对压力和差压生成机构下游侧的流体的第二绝对压力，能够降低流量测量误差。此外，在本发明中，除了差压传感器，通过使用测量第二绝对压力或第一绝对压力的绝对压力传感器，能够更准确地计算流体的流量。
此外，在本发明中，作为差压生成机构，通过使用具备入口附近的第一绝对压力的取出端口和出口附近的第二绝对压力的取出端口的层流元件，可以不受层流元件的入口压力损失以及出口压力损失的影响地测量第一绝对压力或第二绝对压力和差压，可以更准确地进行流量测量。
附图说明
图1为表示本发明的第一实施例的层流流量计的构成的图。
图2为表示在层流流量计中使下游侧的流体的压力变化时的流体的流量和上游侧与下游侧的流体的差压的关系的一个例子的图。
图3为本发明的第一实施例的层流流量计的层流元件的分解立体图。
图4为本发明的第一实施例的层流流量计的层流元件的立体图。
图5为表示本发明的第一实施例的层流流量计的其他构成的图。
图6为表示本发明的第二实施例的层流流量计的构成的图。
图7为表示本发明的第二实施例的层流流量计的其他构成的图。
图8为表示实现本发明的第一、第二实施例的层流流量计的计算机的构成例子的模块图。
图9为表示以往的层流流量计的构成的图。
具体实施方式
第一实施例
以下参照附图说明本发明的实施例。图1为表示本发明的第一实施例的层流流量计(差压式流量计)的构成的图。层流式流量计具备：使测量对象的流体流通的配管1，设置在配管1内、使上游侧的流体和下游侧的流体产生差压的差压生成机构的层流元件2，测量层流元件2上游侧的流体的绝对压力P1和下游侧的流体的绝对压力P2的差压ΔP的差压传感器3，测量绝对压力P2的绝对压力传感器4，将流体引导至差压传感器3的导管5、6，将流体引导至绝对压力传感器4的导管7，基于经由差压传感器3测量得的差压ΔP和经由绝对压力传感器4测量得绝对压力P2计算流体的流量的流量计算部8。
作为差压传感器3和绝对压力传感器4，例如有半导体压电电阻式的压力传感器、电容式压力传感器等。
在本实施例中，通过用一个差压传感器3测量在层流元件2中产生的流体的差压ΔP，与以往使用两个绝对压力传感器的情况相比，可以降低流量测量误差。
此外，由于流体的粘性和密度随着层流元件2下游侧的流体的压力变化而变化，所以流量和差压ΔP之间的关系例如如图2所示变化。因此，通过用绝对压力传感器4准确地测量下游侧的流体的绝对压力P2，可以准确地计算流量和差压ΔP的关系。图2的200、201、202、203、204、205、206、207表示分别绝对压力P2为1kPaA、5kPaA、10kPaA、20kPaA、40kPaA、60kPaA、80kPaA、100kPaA时的流量与差压ΔP的关系。
在本实施例的流量计算部8中，针对每个下游侧的流体的绝对压力P2预先登记有用于将差压ΔP转换为流量Q的流量转换式。流量计算部8使用与由绝对压力传感器4测量到的绝对压力P2对应的流量转换式，根据由差压传感器3测量到的差压ΔP计算流体的流量Q的值。如式(1)所示，由于可以根据差压ΔP计算质量流量Qm，所以可以根据质量流量Qm求出流量Q(体积流量)。每个绝对压力P2的流量变换式为例如式中所包含的粘性系数和密度的值与绝对压力P2相对应地个别改变的式子。
这样，在本实施例中，通过用一个差压传感器3测量差压ΔP，能够降低层流流量计的流量测量误差。
在本实施例中，需要将流经配管1的流体经由导管5-7引导至差压传感器3和绝对压力传感器4，但是由于层流元件2的入口压力损失和出口压力损失，所以流量测量的精度有可能降低。
因此，通过使用以下这样的层流元件，也可以进行更准确的流量测量。
图3是层流元件2的分解立体图。在此，将流体的流通方向设为X方向，将后述的金属薄板的层叠方向设为与Z方向、与X方向及Z方向正交的方向设为Y方向。在图3中，20、21是例如由不锈钢等构成的大小相互相等的矩形金属薄板。在金属薄板20(第一薄板)上形成有流路用的矩形的开口部22。在金属薄板21(第二薄板)上在流体的流通方向(X方向)的两端部附近形成有从背面到表面贯穿金属薄板21的贯通孔23、24。但是，如后所述，在金属薄板20、21交替地层叠时成为最下层的金属薄板21上不形成贯通孔23、24。
将这样的金属薄板20、21多片交替地重合，并将相邻的金属薄板20、21之间例如通过钎焊进行固定。并且，将层叠了金属薄板20、21的结构在比开口部22的两端部稍靠内侧的位置进行切断。图3中的30和31示出了切断位置。由此，完成如图4所示的层流元件2的结构。通过上述切断，在各金属薄板20上形成有流体的流通方向(X方向)的两端开口的矩形截面的空间。该空间成为流路25。也就是说，在层流元件2上形成有多个流路25。
此外，通过在除最下层的金属薄板21以外的各金属薄板21上形成有通孔23，而使贯通孔23被配置成与流路25的入口附近的部分连通。此外，贯通孔24被配置成与流路25的出口附近的部分连通。
并且，在层叠方向的最外侧(在图4的例子中为最上层)的金属薄板21上，以与贯通孔23连通的方式安装有绝对压力P1的取出端口26，以与贯通孔24连通的方式安装有绝对压力P2的取出端口27。
图5示出了应用图4的层流元件2的情况下的层流流量计的构成。导管5a连接到层流元件2的入口侧的取出端口26，导管6a连接到出口侧的取出端口27。导管5a将层流元件2内的入口附近的流体引导到差压传感器3。导管6a将层流元件2内的出口附近的流体引导到差压传感器3和绝对压力传感器4。
这样，在图4、图5所示的构成中，因为可以取得层流元件2内的入口附近的流体的压力P1和层流元件2内的出口附近的流体的压力P2，所以不受层流元件2的入口压力损失和出口压力损失的影响，而可以测量差压ΔP＝P1-P2和绝对压力P2，可以进行更准确的流量测量。
第二实施例
接着，说明本发明的第二实施例。图6为表示本发明第二实施例的层流流量计(差压式流量计)的构成的图。本实施例的层流流量计具备：配管1，层流元件2，差压传感器3，测量层流元件2上游侧的流体的绝对压力P1的绝对压力传感器9，导管5、6，将流体导入绝对压力传感器9的导管10，基于由差压传感器3测量到的差压ΔP和由绝对压力传感器9测量到的绝对压力P1计算流体流量的流量计算部8a。
与绝对压传感器4同样地作为绝对压力传感器9例如有半导体压电电阻式的压力传感器、电容式压力传感器等。
本实施例的流量计算部8a根据由差压传感器3测量的差压ΔP和由绝对压力传感器9测量的绝对压力P1的差分，来计算层流元件2下游侧的流体的绝对压力P2。
P2＝P1－ΔP···(3)
与第1实施例同样地，在流量计算部8a中，针对每个下游侧的流体的绝对压力P2预先登记有用于将差压ΔP转换为流量Q的流量转换式。流量计算部8a使用与计算出的绝对压力P2对应的流量转换式，根据由差压传感器3测量的差压ΔP计算流体的流量Q的值。
因此，在本实施例中，可以获得与第一实施例相同的效果。但是，由于绝对压力P1的测量误差的产生，所以直接测量下游侧的绝对压力P2的第一实施例能够得到理想的效果。
图7示出了在将图4中所描述的层流元件2应用于本实施例的情况下层流流量计的构成。导管5b连接至层流元件2的入口侧的取出端口26，导管6b连接至出口侧的取出端口27。导管5b将层流元件2内的入口附近的流体引导至差压传感器3和绝对压力传感器9。导管6b将层流元件2内的出口附近的流体引导至差压传感器3。
这样，在图7所示的构成中，通过使用图4中所说明的层流元件2，能够不受层流元件2的入口压力损失和出口压力损失的影响，测量差压ΔP和绝对压力P1，能够进行更准确的流量测量。
在第一、第二实施例中将层流元件2作为差压产生机构使用，但是也可以使用孔板、皮托管等其他差压生成机构。
但是，在图5、图7所示的构成中，当然需要图4中所说明的层流元件2。
在第一、第二实施例中所说明的流量计算部8、8a可以通过具备CPU(CentralProcessing Unit中央处理器)、存储装置和接口的计算机和控制这些硬件资源的程序来实现。该计算机的构成例如图8所示。计算机具备CPU300、存储装置301和接口装置(I/F)302。传感器3、4、9的电路等连接至I/F 302。在这样的计算机中，用于实现本发明的流量测量方法的程序被存储在存储装置301中。CPU300根据存储在存储装置301中的程序，执行第一、第二实施例中所说明的处理。
产业上的利用可能性
本发明能够适用于差压式流量计。
符号说明
1…配管、2…层流元件、3…差压传感器、4，9…绝对压力传感器、5，5a，5b，6，6a，6b，7，10…导管、8，8a…流量计算部、20，21…金属薄板、23，24…贯通孔、25…流路、26，27…取出端口。

Claims (8)

1.一种差压式流量计，其特征在于，具备：
配管，其使测量对象的流体流通；
差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体产生差压；
差压传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力和所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力的差压；
绝对压力传感器，其构成为测量所述第二绝对压力；以及
流量计算部，其构成为基于由所述差压传感器测量到的差压和由所述绝对压力传感器测量到的第二绝对压力来计算所述流体的流量。
2.一种差压式流量计，其特征在于，具备：
配管，其使测量对象的流体流通；
层流元件，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体产生差压；
差压传感器，其构成为测量所述层流元件内的入口附近的所述流体的第一绝对压力和所述层流元件内的出口附近的所述流体的第二绝对压力的差压；
绝对压力传感器，其构成为测量所述第二绝对压力；以及
流量计算部，其构成为基于由所述差压传感器测量到的差压和由所述绝对压力传感器测量到的第二绝对压力来计算所述流体的流量，
所述层流元件具备设置于入口附近的所述第一绝对压力的取出端口和设置于出口附近的所述第二绝对压力的取出端口。
3.如权利要求2所述的差压式流量计，其特征在于，
所述层流元件为将第一薄板和第二薄板交替地在与所述流体的流通方向正交的方向上层叠的构造，
多张所述第一薄板分别形成所述流体的流路，
多张所述第二薄板分别具备第一贯通孔和第二贯通孔，所述第一贯通孔在与所述流路的入口附近的部分相连通的位置上以从背面到表面贯穿第二薄板的方式形成，所述第二贯通孔在与所述流路的出口附近的部分相连通的位置上以从背面到表面贯穿第二薄板的方式形成，
所述第一绝对压力的取出端口设置为与在层叠方向的最外侧的所述第二薄板的所述第一贯通孔相连通，
所述第二绝对压力的取出端口设置为与在层叠方向的最外侧的所述第二薄板的所述第二贯通孔相连通。
4.如权利要求1至3中任一项所述的差压式流量计，其特征在于，
所述流量计算部在针对每个第二绝对压力预先准备的流量转换式中，使用与由所述绝对压力传感器测量到的第二绝对压力相对应的流量转换式，根据由所述差压传感器测量到的差压来计算所述流体的流量。
5.一种差压式流量计，其特征在于，具备：
配管，其使测量对象的流体流通；
差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体产生差压；
差压传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力和所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力的差压；
绝对压力传感器，其构成为测量所述第一绝对压力；以及
流量计算部，其构成为基于由所述差压传感器测量到的差压和由所述绝对压力传感器测量到的第一绝对压力来计算所述流体的流量。
6.一种差压式流量计，其特征在于，具备：
配管，其使测量对象的流体流通；
层流元件，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体产生差压；
差压传感器，其构成为测量所述层流元件内的入口附近的所述流体的第一绝对压力和所述层流元件内的出口附近的所述流体的第二绝对压力的差压；
绝对压力传感器，其构成为测量所述第一绝对压力；以及
流量计算部，其构成为基于由所述差压传感器测量到的差压和由所述绝对压力传感器测量到的第一绝对压力来计算所述流体的流量，
所述层流元件具备设置于入口附近的所述第一绝对压力的取出端口和设置于出口附近的所述第二绝对压力的取出端口。
7.如权利要求6所述的差压式流量计，其特征在于，
所述层流元件为将第一薄板和第二薄板交替地在与所述流体的流通方向相正交的方向上层叠的构造，
多张所述第一薄板分别形成所述流体的流路，
多张所述第二薄板分别具备第一贯通孔和第二贯通孔，所述第一贯通孔在与所述流路的入口附近的部分相连通的位置上以从背面到表面贯穿第二薄板的方式形成，所述第二贯通孔在与所述流路的出口附近的部分相连通的位置上以从背面到表面贯穿第二薄板的方式形成，
所述第一绝对压力的取出端口设置为与在层叠方向的最外侧的所述第二薄板的所述第一贯通孔相连通，
所述第二绝对压力的取出端口设置为与在层叠方向的最外侧的所述第二薄板的所述第二贯通孔相连通。
8.如权利要求5至7中任一项所述的差压式流量计，其特征在于，
所述流量计算部通过由所述差压传感器测量到的差压与由所述绝对压力传感器测量到的第一绝对压力的差分而计算所述第二绝对压力，在针对每个第二绝对压力预先准备的流量转换式中，使用与计算得的所述第二绝对压力相对应的流量转换式，根据由所述差压传感器测量到的差压来计算所述流体的流量。
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