JP2008286760A - ピストンプルーバ - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン内部のポペット弁をなくし、構造が簡単で、部品点数が少なく、かつシール箇所も少ない、低コスト、高信頼性のピストンプルーバを得る。
【解決手段】基準体積管１−１の両端の開口部に第１の退避室２−１と第２の退避室２−２を取り付けてシリンダ１とする。ピストン２の外周面２ａに切欠２ｂを設ける。切欠２ｂは、ピストン２がシリンダ１内の計量区間Ａ−Ｂの開始位置Ａよりも流入口１ｄ側に定められる始端位置ＳＴに位置している場合に流入口１ｄと流出口１ｆとを連通状態とし、ピストン２の計量区間Ａ−Ｂへの移動に伴ってシリンダ１の内周面１ｇによって閉塞される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、流量計の校正や計測精度の検査などに用いて好適なピストンプルーバに関するものである。

従来より、シリンダ内をピストンが所定距離移動する間にシリンダから排出される基準体積の流体を被校正流量計（被試験流量計）へ送り、この被校正流量計へ送った基準体積の流体の流量（基準流量）と被校正流量計で計測された計測流量とを比較し、その比較結果に基づいて被校正流量計の計測流量を校正する単管型のピストンプルーバが知られている。

例えば、特許文献１には、上述した単管型のピストンプルーバの典型的な構造が示されている。この特許文献１に示されたピストンプルーバでは、ピストンの内部に通水弁（ポペット弁）を設け、非校正時にはポペット弁を開いて流体を通過させ、校正時にはポペット弁を閉じて流体の流れ方向にピストンを動かし、ピストンが所定距離移動する間にシリンダ内の流体を排出させ、この流体を基準体積の流体として被校正流量計へ送るようにしている。校正終了後、ピストンは、ポペット弁を開いた状態で、流体の流れ方向とは逆方向に引き戻される。

なお、このようなピストンプルーバは、管路に直接入れて電気式や機械式の流量計を検定し、密度や粘性が変化した場合でも基準体積の流量と誤差補正することが可能であるので、取引やタンクへの積載量管理に使われる。また、機械式や電気式の各種流量計測装置の校正規準器として使用される。例えば、電磁流量計の校正装置として使用されたり、水道メータの規準器などとして使用されたりする。

特公昭６０−６０８号公報（図２、図３、図３Ａ、５〜６頁の記載参照）

しかしながら、特許文献１に示されたピストンプルーバでは、ピストンの内部にポペット弁を必要とし、このポペット弁を開閉するための操作機構を設けなければならず、構造が複雑となり、高コストとなるという問題があった。
また、ポペット弁での流体のリークが計測誤差を生み、それを防止するためにシール箇所が多く、複雑な構造とならざるを得ない。また、シール箇所が多いので、リークの発生が起こり易く、信頼性に劣る。
また、部品点数が多く、構造も複雑なので、作業性が悪くコスト高となる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ピストン内部のポペット弁をなくし、構造が簡単で、部品点数が少なく、かつシール箇所も少ない、低コスト、高信頼性のピストンプルーバを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、流体の流入口と流出口を有するシリンダと、このシリンダ内を移動するピストンとを備え、シリンダ内に流体が充満されている状態でかつ流入口と流出口とが非連通とされている状態で、シリンダ内の流入口と流出口との間に定められる計量区間の開始位置から終了位置までピストンが移動する間に流出口より排出される流体を基準体積の流体として被試験流量計へ送るピストンプルーバにおいて、シリンダを、計量区間を含む基準体積管と、基準体積管の一端側開口部に面して取り付けられ当該開口部よりも間口の広い内部空間およびこの内部空間に連通する流入口を有する第１の退避室と、基準体積管の他端側開口部に面して取り付けられ当該開口部よりも間口の広い内部空間およびこの内部空間に連通する流出口を有する第２の退避室とを備えた構成とし、シリンダ内に、ピストンがシリンダ内の計量区間の開始位置よりも流入口側に定められる始端位置に位置している場合、ピストンの基準体積管の一端側開口部から露出する部分が第１の退避室の内部空間に位置し、流入口と流出口とを連通させる第１の連通路が形成され、ピストンがシリンダ内の計量区間の終了位置よりも流出口側に定められる終端位置に位置している場合、ピストンの基準体積管の他端側開口部から露出する部分が第２の退避室の内部空間に位置し、流入口と流出口とを連通させる第２の連通路が形成されるようにしたものである。

この発明によれば、ピストンがシリンダ内の始端位置に位置している場合、ピストンの基準体積管の一端側開口部から露出する部分が第１の退避室の内部空間に位置し、流入口と流出口とを連通させる第１の連通路が形成され、この第１の連通路を通してシリンダの流入口と流出口とが連通状態とされ、シリンダの流入口から流入した流体がシリンダの内部を通って流出口から流出する。これにより、校正や計測精度の検査前の状態として、被試験流量計への通常の流体の流れが作られる。
計量区間へのピストンの移動が開始されると、この計量区間へのピストンの移動に伴って、流入口と流出口とを連通させる第１の連通路が閉塞される。これにより、シリンダ内に流体が充満した状態で、シリンダの流入口と流出口とが非連通状態とされる。
流入口と流出口とを連通させる第１の連通路が閉塞されると、流入口からの流体はピストンの下流側には流れず、ピストンの上流側を押圧して、ピストンを下流側に移動させ、シリンダ内の流体を流出口より排出させる。このピストンの移動中、計量区間の開始位置から終了位置までピストンが移動する間に流出口より排出される流体が基準体積の流体として、被試験流量計へ送られる。

ピストンが移動してシリンダ内の終端位置に達すると、ピストンの基準体積管の他端側開口部から露出する部分が第２の退避室の内部空間に位置し、流入口と流出口とを連通させる第２の連通路が形成され、この第２の連通路を通してシリンダの流入口と流出口とが連通状態とされ、シリンダの流入口から流入した流体がシリンダの内部を通って流出口から流出するようになる。

本発明において、ピストンが終端位置に位置している場合に、シリンダと被試験流量計との間の流路を切り替え、シリンダの流入口を流出口とし、流出口を流入口とするようにしてもよい。これにより、ピストンを終端位置から始端位置に戻しながら、被試験流量計の校正や計測精度の検査を連続して行うことが可能となる。

また、本発明では、流入口側へのピストンの移動を始端位置において停止したり、流出口側へのピストンの移動を終端位置において停止したりする規制手段を設けることが望まれるが、この規制手段は電気的な規制手段であてもよいし、機械的な規制手段であってもよい。

また、本発明では、シリンダを基準体積管の両端の開口部に第１の退避室と第２の退避室を取り付けた構造としているので、基準体積管の外径を小さくし、すなわち基準体積管の肉厚を薄くし、軽量化を図ることが可能となる。また、第１の退避室と第２の退避室とを共通部材として、部品の種類を削減し、管理コストや製作コストの低減を図ることが可能となる。

本発明によれば、シリンダを、計量区間を含む基準体積管と、基準体積管の一端側開口部に面して取り付けられ当該開口部よりも間口の広い内部空間およびこの内部空間に連通する流入口を有する第１の退避室と、基準体積管の他端側開口部に面して取り付けられ当該開口部よりも間口の広い内部空間およびこの内部空間に連通する流出口を有する第２の退避室とを備えた構成としたので、基準体積管の肉厚を薄くし、軽量化を図ることが可能となる。また、第１の退避室と第２の退避室とを共通部材として、部品の種類を削減し、管理コストや製作コストの低減を図ることが可能となる。

また、本発明によれば、シリンダ内に、ピストンがシリンダ内の計量区間の開始位置よりも流入口側に定められる始端位置に位置している場合、ピストンの基準体積管の一端側開口部から露出する部分が第１の退避室の内部空間に位置し、流入口と流出口とを連通させる第１の連通路が形成され、ピストンがシリンダ内の計量区間の終了位置よりも流出口側に定められる終端位置に位置している場合、ピストンの基準体積管の他端側開口部から露出する部分が第２の退避室の内部空間に位置し、流入口と流出口とを連通させる第２の連通路が形成されるようにしたので、第１の連通路や第２の連通路がポペット弁の役割を果たし、従来必要であったピストン内部のポペット弁をなくし、構造を簡単として、コストを低減することが可能となる。また、シール箇所を少なくして、リークの発生を起こり難くし、信頼性を高めることが可能となる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係るピストンプルーバの一実施の形態の要部を示す側断面図である。

図１において、１はシリンダであり、シリンダ１は計量区間Ａ−Ｂを含む基準体積管１−１と、基準体積管１−１の一端側開口部１ａに面して取り付けられた第１の退避室１−２と、基準体積管１−２の他端側開口部１ｂに面して取り付けられた第２の退避室１−３とから構成されている。

第１の退避室１−２は、基準体積管１−１の一端側開口部１ａよりも間口の広い、すなわち基準体積管１−１の内径Ｌ０よりもその内径Ｌ１（Ｌ１＞Ｌ０）が大きい内部空間１ｃを有しており、第１の退避室１−２には内部空間１ｃに連通する流体の流入口１ｄが設けられている。

第２の退避室１−３は、基準体積管１−１の他端側開口部１ｂよりも間口の広い、すなわち基準体積管１−１の内径Ｌ０よりもその内径Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ０、Ｌ２＝Ｌ１）が大きい内部空間１ｅを有しており、第２の退避室１−３には内部空間１ｅに連通する流体の流出口１ｆが設けられている。

本実施の形態では、第１の退避室１−２と第２の退避室１−３とを同一材料かつ同一構造で構成することにより、すなわち第１の退避室１−２と第２の退避室１−３とを共通部材とすることにより、部品の種類を削減し、管理コストや製作コストの低減を図っている。

２はシリンダ１内を移動するピストンである。ピストン２はシリンダ１内を貫通して設けられたシャフト３に固定されている。シャフト３は図示左右方向に摺動可能に軸支されている。このシャフト３と一体となってピストン２がシリンダ１内を移動する。

ピストン２の外周面２ａには、その外周面２ａとシリンダ１の内周面（基準体積管１−１の内周面）１ｇとの間の隙間を流れようとする流体の流通を阻止するためのシール部として、リング（シールリング）２−１，２−２が装着されている。

シャフト３の軸端には、このピストン２を補助的に駆動する装置（補助駆動装置）として、ボールネジ，台形ネジ，ラック＆ピニオンなどの機構を介してサーボモータ４が連結されている。この補助駆動装置の機構中には、シリンダ１内におけるピストン２の移動位置を検出するためのエンコーダ５が設けられている。

図１の状態は、シリンダ１内の計量区間Ａ−Ｂの開始位置Ａよりも流入口１ｄ側に定められた始端位置ＳＴにピストン２が位置している場合を示している。始端位置ＳＴでは、ピストン２の基準体積管１−１の一端側開口部１ａから露出する部分が第１の退避室１−２の内部空間１ｃに位置し、ピストン２とシリンダ１との間に流入口１ｄと流出口１ｆとを連通させる連通路Ｈ１が形成される。本実施の形態では、ピストン２の外周面２ａの前方に切欠（開口）２ｂが形成されており、この切欠２ｂが連通路Ｈ１となる（図３（ａ））。

図２にピストン２がシリンダ１内の計量区間Ａ−Ｂの終了位置Ｂよりも流出口１ｆ側に定められた終端位置ＥＮＤに位置している場合を示す。終端位置ＥＮＤでは、ピストン２の基準体積管１−１の他端側開口部１ｂから露出する部分が第２の退避室１−３の内部空間１ｅに位置し、ピストン２とシリンダ１との間に流入口１ｄと流出口１ｆとを連通させる連通路Ｈ２が形成される。本実施の形態では、ピストン２の外周面２ａの後方に切欠（開口）２ｃが形成されており、この切欠２ｃが連通路Ｈ２となる（図３（ｃ）参照）。

図４にこのピストンプルーバを用いた流量校正システムのシステム構成図を示す。同図において、図１と同一符号は図１で参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

図４において、６はタンク、７はタンク６に蓄えられた流体を吸い上げるポンプ、８はポンプ７から配管へ流す流体の流量を調整する制御弁、９は配管を流れている流体の流量を計測するモニタ流量計、１０は被校正流量計、１１はポンプ７とシリンダ１の流入口１ｄとを結ぶ配管Ｐ１の途中に設けられた第１のバルブ、１２はシリンダ１の流出口１ｆと被校正流量計１０とを結ぶ配管Ｐ２の途中に設けられた第２のバルブ、１３はポンプ７とシリンダ１の流出口１ｆとを結ぶ配管Ｐ３の途中に設けられた第３のバルブ、１４はシリンダ１の流入口１ｄと被校正流量計１０への流体の流入口とを結ぶ配管Ｐ４の途中に設けられた第４のバルブであり、被校正流量計１０の流体の流出口とタンク６との間は配管Ｐ５により結ばれている。

１５は制御装置、１６はシーケンサ、１７はサーボアンプ、１８は基準クロックを発生するクロックジェネレータ、１９はシリンダ１の第１の退避室１−２内の流体圧と第２の退避室１−３内の流体圧との差圧ΔＰを計測する差圧計である。

本実施の形態では、制御装置１５として、パーソナルコンピュータを用いている。制御装置１５とサーボアンプ１７とはシーケンサ１６を介して接続されており、制御装置１５からのシーケンサ１６を介する指令に従ってサーボモータ４が駆動される。また、制御装置１５は、シーケンサ１６を介して、エンコーダ５、制御弁８、モニタ流量計９、被校正流量計１０、バルブ１１〜１４、クロックジェネレータ１８、差圧計１９とも接続されている。なお、クロックジェネレータ１８に代えて、周波数発振器を用いてもよい。

制御装置１５は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。具体的には、ハードディスクにプログラムがインストールされ、このインストールされたプログラムに従うＣＰＵの処理動作として実現される。ハードディスクには、本実施の形態特有のプログラムとして、被校正流量計１０の計測流量を校正するための計測流量校正プログラムが格納されている。

以下、図６〜図８に分割して示すフローチャートを参照して、この計測流量校正プログラムに従って制御装置１５のＣＰＵが実行する処理動作について説明する。

なお、本実施の形態では、ピストンプルーバの要部構成を図１に示したが、このピストンプルーバの構成には制御装置１５，シーケンサ１６，サーボアンプ１７，クロックジェネレータ１８，差圧計１９なども含まれるものとする。また、実際には制御装置１５のＣＰＵがシーケンサ１６を介して以下の処理動作を実行するが、制御装置１５が実行するものとして説明を進める。また、被校正流量計１０の上流配管は、被校正流量計１０の種類や規格によって流れの安定性を配慮した配管長さや直管長の配慮がなされているものとする。

〔校正前〕
今、校正前の状態として、ポンプ７が運転状態とされ、制御弁８は所定の開度で開かれているものとする。また、制御装置１５が、バルブ１１と１２を開き、バルブ１３と１４を閉じているものとする。また、シリンダ１内のピストン２は、その基準体積管１−１から露出する部分が第１の退避室１−２内に位置しているものとする。図４はこの状態を示している。

この場合、ポンプ７によってタンク６から吸い上げられた流体は、制御弁８でその流量が絞られ、バルブ１１（配管Ｐ１）を通って、シリンダ１の流入口１ｄへ送られる。シリンダ１の流入口１ｄから流入した流体は、ピストン２の外周面２ａの前方の切欠２ｂを通過し（図３（ａ）参照）、基準体積管１−１内を通り、下流の流出口１ｆへと流れて行く。流出口１ｆから出た流体は、バルブ１２（配管Ｐ２）を通って、被校正流量計１０へ送られ、被校正流量計１０を通過してタンク６へ戻される。これにより、校正前の状態として、被校正流量計１０への通常の流体の流れが作られている。

〔往路での校正〕
制御装置１５は、オペレータからの校正開始の指示を受けると（図６：ステップ１０１のＹＥＳ）、設定流量をＱＳとし（ステップ１０２）、管路を流れている現在の流体の流量ＱＲをモニタ流量計９で計測し、この流量ＱＲが設定流量ＱＳとなるように制御弁８の開度を制御する（ステップ１０３〜１０５）。なお、この実施の形態では、モニタ流量計９をシリンダ１の上流側に設けているが、下流側に設けるようにしても構わない。

流量ＱＲが設定流量ＱＳとなれば（ステップ１０５のＹＥＳ）、設定流量ＱＳをピストン２の有効断面積Ｓで除して基準体積管１−１内の流体の速度Ｖｐを求め（ステップ１０６）、ピストン２の移動速度がＶｐとなるようにサーボモータ４の回転数Ｎを設定する（ステップ１０７）。すなわち、基準体積管１−１内を流れている流体の現在の速度Ｖｐを求め、この速度Ｖｐをピストン２の初速として設定する。

そして、サーボモータ４へ運転開始指令を送り（ステップ１０８）、初速Ｖｐでピストン２を前進させる。このピストン２の前進により、ピストン２がシリンダ１の基準体積管１−１内に入り込み、ピストン２の外周面２ａの前方の切欠２ｂが基準体積管１−１の内周面によって塞がれる。これにより、シリンダ１内に流体が充満した状態で、シリンダ１の流入口１ｄと流出口１ｆとが非連通状態とされる。

ピストン２の外周面２ａの切欠２ｂが閉塞されると、流入口１ｄからの流体はピストン２の下流側には流れず、ピストン２の上流側を押圧して、ピストン２を下流側に移動させ、シリンダ１内の流体を流出口１ｆより排出させる。この時、ピストン２は、その移動速度がそれまで基準体積管１−１内を流れていた流体の速度Ｖｐと同じであるので、流入口１ｄからの流体の圧力を受けて、流体に急激な流量変化を生じさせることなく、スムーズに基準体積管１−１内に入り込む。また、切欠２ｂの形状によって、ピストン２の移動に伴う流体の通過面積変化に特性がもたらされ、ピストン２が動き出して基準体積管１−１を塞ぐようになる時に発生する急激な流量変化が緩和される。

ピストン２の移動中、ピストン２の外周面２ａと基準体積管１−１の内周面１ｇとの間の隙間を流体が流れようとする。この流体の流れは、ピストン２の外周面２ａに装着されたリング２−１，２−２によって阻止される。すなわち、ピストン２の外周面２ａの中央部に前後して装着されたリング２−１，２−２のうち、前方に装着されたリング２−１によって基準体積管１−１内の流出口１ｆ側から流入口１ｄ側へ抜けようとする流体の流れが阻止され、後方に装着されたリング２−２によって基準体積管１−１内の流入口１ｄから流出口１ｆ側へ抜けようとする流体の流れが阻止される。

制御装置１５は、ピストン２の移動位置がシール位置Ｓ１に達すると（ステップ１０９のＹＥＳ）、すなわちリング２−１，２−２の両方がシール部として作用し始めると、差圧計１９からのシリンダ１の第１の退避室１−２内の流体圧と第２の退避室１−３内の流体圧との差圧ΔＰをチェックし（図７：ステップ１１０）、この差圧ΔＰが０となるようにサーボモータ４の回転数Ｎを調整する（ステップ１１１）。これにより、ピストン２が流体に対して無抵抗（無負荷）の状態で移動するものとなり、シリンダ１内をピストン２がスムーズに移動し、リークの発生が起こり難くなる。

そして、ピストン２の移動位置がシリンダ１内の計量区間Ａ−Ｂの開始位置Ａに達すると（ステップ１１２のＹＥＳ、図３（ｂ）参照）、制御装置１５は、クロックジェネレータ１８からの基準クロックのカウントを開始する（ステップ１１３）。これにより、ピストン２がシリンダ１内の計量区間Ａ−Ｂの開始位置Ａに達してからの経過時間ＴＣの計測が開始される。また、制御装置１５は、この経過時間ＴＣの計測の開始と同時に、被校正流量計１０からの通過する流体の流量に応じたパルス（流量信号）のカウントを開始する（ステップ１１４）。被校正流量計のパルスをトリガーにクロックジェネレータ１８からの基準クロックのカウントを開始する。

ピストン２の移動位置がシリンダ１内の計量区間Ａ−Ｂの終了位置Ｂに達すると（ステップ１１５のＹＥＳ）、制御装置１５は、計量区間Ａ−Ｂの開始位置Ａから終了位置Ｂまでピストン２が移動する間に流出口１ｆより排出された流体の流量を基準体積の流体とし、この基準体積の流体の流量を基準流量ＱＣとして算出する（ステップ１１６）。また、被校正流量計１０から発信されたこの間の流量信号のカウント値から、被校正流量計１０における基準流量ＱＣに対する計測流量ＱＶを算出する（ステップ１１７）。

そして、基準流量ＱＣをその間の経過時間ＴＣで除して平均基準流量Ｑｃ（Ｑｃ＝ＱＣ／ＴＣ）を求め（ステップ１１８）、計測流量ＱＶをその間の経過時間ＴＣで除して平均計測流量Ｑｖ（Ｑｖ＝ＱＶ／ＴＣ）を求め（ステップ１１９）、平均基準流量Ｑｃと平均計測流量Ｑｖとを比較する（図８：ステップ１２０）。

ここで、Ｑｃ＝Ｑｖであれば（ステップ１２０のＹＥＳ）、制御装置１５は、計測流量ＱＶに誤差が生じていないものと判断し、ディスプレイ上にその旨の表示を行ったうえ（ステップ１２１）、ステップ１２４へ進む。

これに対し、Ｑｃ≠Ｑｖであれば（ステップ１２０のＮＯ）、Ｑｃ−Ｑｖ＝ΔＱｃとして誤差量を求め（ステップ１２２）、この誤差量ΔＱｃを計測流量に対する補正情報として被校正流量計１０にセットし（ステップ１２３）、ステップ１２４へ進む。

ステップ１２４において、制御装置１５は、サーボモータ４の回転数Ｎをアップし、回転数Ｎｍａｘとする。そして、ピストン２がシリンダ１内の終端位置ＥＮＤに達すると（ステップ１２５のＹＥＳ）、サーボモータ４へ運転停止指令を送り、ピストン２の移動を停止する（ステップ１２６）。これにより、ピストン２は、計量区間Ａ−Ｂの通過後、シリンダ１内の終端位置ＥＮＤまで高速で移動し、校正に要する時間の短縮が図られる。

ピストン２は、シリンダ１内の終端位置ＥＮＤにおいて、その基準体積管１−１から露出する部分が第２の退避室１−３内に位置する（図３（ｃ）参照）。この場合、シリンダ１の流入口１ｄから流入し、基準体積管１−１内を流れてくる流体は、ピストン２の外周面２ａの後方の切欠２ｃを通過し、下流の流出口１ｆへと流れて行く。流出口１ｆから出た流体は、バルブ１２（配管Ｐ２）を通って、被校正流量計１０へ送られ、被校正流量計１０を通過してタンク６へ戻される。

なお、上述において、シリンダ１内の計量区間Ａ−Ｂは、被校正流量計１０の発生パルス（流量パルス）が計測時の測定流量（流速）でその区間内に１００００パルス以上になる区間を選定して使用するのが良い。この時間計測はいわゆるパルス内挿法によるのがよい。

〔復路での校正〕
制御装置１５は、オペレータから次の校正開始指示を受けると（ステップ１２７のＹＥＳ）、バルブ１１と１２を閉じ、バルブ１３と１４を開き、シリンダ１と被校正流量計１０との間の流路を切り替える（ステップ１２８）。これにより、図５に示されるように、シリンダ１の流出口１ｆが流入口となり、流入口１ｄが流出口となる。以下、流出口１ｆを流入口、流入口１ｄを流出口、終端位置ＥＮＤを始端位置、始端位置ＳＴを終端位置、計量区間Ａ−Ｂの終了位置Ｂを開始位置、計量区間Ａ−Ｂの開始位置Ａを終了位置と呼び替える。

この場合、ポンプ７によってタンク６から吸い上げられた流体は、制御弁８によってその流量が絞られ、バルブ１３（配管Ｐ３）を通って、シリンダ１の流入口１ｆへ送られる。この時、シリンダ１内のピストン２は、その基準体積管１−１から露出する部分が第２の退避室１−３内に位置している。

これにより、シリンダ１の流入口１ｆから流入した流体は、ピストン２の外周面２ａの前方の切欠２ｃを通過し、基準体積管１−１内を通り、下流の流出口１ｄへと流れて行く。流出口１ｄから出た流体は、バルブ１４（配管Ｐ４）を通って、被校正流量計１０へ送られ、被校正流量計１０を通過してタンク６へ戻される。

この後、制御装置１５は、設定流量をＱＳとし（図６：ステップ１０２）、管路を流れている現在の流体の流量ＱＲをモニタ流量計９で計測し、この流量ＱＲが設定流量ＱＳとなるように制御弁８の開度を制御する（ステップ１０３〜１０５）。

流量ＱＲが設定流量ＱＳとなれば（ステップ１０５のＹＥＳ）、設定流量ＱＳをピストン２の有効断面積Ｓで除して基準体積管１−１内の流体の速度Ｖｐを求め（ステップ１０６）、ピストン２の移動速度がＶｐとなるようにサーボモータ４の回転数Ｎを設定する（ステップ１０７）。そして、サーボモータ４へ運転開始指令を送り（ステップ１０８）、速度Ｖｐでピストン２を後退させる。

以下、往路での校正の場合と同様にして、ピストン２が終端位置ＥＮＤまで移動し（ステップ１０８〜１２８）、すなわち最初の始端位置ＳＴまで移動し、その間に計量区間Ａ−Ｂにおける平均基準流量Ｑｃと平均計測流量Ｑｖとが求められ（ステップ１１８，１１９）、Ｑｃ≠Ｑｖである場合（ステップ１２０のＹＥＳ）、Ｑｃ−Ｑｖ＝ΔＱｃが計測流量に対する補正情報として被校正流量計１０にセットされる（ステップ１２３）。

なお、この例では、ステップ１２７において、オペレータから次の校正開始指示を受けるものとして説明したが、往路だけの校正とするか、往路と復路とを合わせた校正とするかの設定を可能とし、往路と復路とを合わせた校正の場合に、自動的にステップ１２８以降の処理が実行されるものとしてもよい。

以上の説明から分かるように、本実施の形態によれば、ピストン２の外周面２ａに形成された切欠２ｂや２ｃがポペット弁の役割を果たす。これにより、特許文献１のピストンプルーバで必要としていたピストン内部のポペット弁をなくし、構造を簡単とし、コストを低減することができるようになる。また、シール箇所を少なくして、リークの発生を起こり難くし、信頼性を高めることができるようになる。

また、本実施の形態では、ピストン２がシャフト３に固定されているので、いつでもシリンダ１内の同じ位置で基準体積の計量を行うことができるように、ピストン２の移動位置を制御することができる。これに対し、特許文献１に示されたポペット弁を用いたものでは、ピストンが位置検出のための棒に拘束されておらず、遊動状態にある。この場合、ポペット弁が閉じたときの隔壁との位置が変化すれば、計量管の異なる位置を動くことになり、計量管の形状誤差が繰り返し性の不確かさ生じさせることなる。本実施の形態では、シリンダ１内の同じ位置で常に基準体積の計量を行うことができるので、このような不確かさは生じない。

なお、本実施の形態では、切欠（開口）２ｂや２ｃを矩形に近い形状としているが、図９（ａ）に示すように半円状としたり、図９（ｂ）に示すように三角形状としたり、図９（ｃ）に示すように階段状としたり、図９（ｄ）に示すように半円形状を連ねた形状としたり、図９（ｅ）に示すように貫通孔とするなどしてもよい。このような形状の変化により、ピストン２の移動に伴う流体の通過面積変化に特性を持たせ、ピストン２が動き出して基準体積管１−１を塞ぐようになる時に発生する急激な流量変化を緩和する流量制御の特性を自由に作ることができる。

また、本実施の形態では、シリンダ１を基準体積管１−１の両端の開口部に第１の退避室１−２と第２の退避室１−３を取り付けた構造としたが、これらを一体化した管構造としてもよい。一体化構造とする場合、例えば、全加工でシリンダ１の３室（基準体積管、第１の退避室、第２の退避室）を製作し、端面を鏡板で塞ぐような構造とする。本実施の形態のように、基準体積管１−１の両端の開口部に第１の退避室１−２と第２の退避室１−３を取り付けた構造とすることにより、基準体積管１−１の外径を小さくし、すなわち基準体積管１−１の肉厚を薄くし、軽量化を図ることが可能となる。

また、本実施の形態では、シリンダ１内の始端位置ＳＴや終端位置ＥＮＤにピストン２を電気的に停止させるようにしているが、係止部材などを設けるなどして始端位置ＳＴや終端位置ＥＮＤにピストン２を機械的に停止させるようにしてもよい。すなわち、シリンダ１内の始端位置ＳＴや終端位置ＥＮＤにおいてピストン２の移動を規制する手段は、電気的にその位置に停止させる手段であってもよいし、機械的にその位置に停止させる手段であってもよい。

また、本実施の形態では、被校正流量計１０を流体が流れる配管中の最も下流側に設けるようにしたが、配管の上流側に設けるようにしてもよい。例えば、モニタ流量計９の直後でバルブ１１，１３の手前の配管に設けるようにする。被校正流量計１０を配管の上流側に設ける場合、被校正流量計１０を通過した流体がシリンダ１に送られるものとなるが、シリンダ１から排出された基準体積の流体が被校正流量計１０に送られてくることに変わりはない。

また、本実施の形態では、被校正流量計を１つとして説明したが、被校正流量計が直列に複数接続された構成であってもよい。この場合、直列に接続された被校正流量計の流量の計測範囲（レンジ）が同じであるとすれば、被校正流量計から個々に流量信号を取り込んで、ピストン２の始端位置ＳＴから終端位置ＥＮＤまでの移動により、上述と同様の処理によって、全ての被校正流量計についての流量校正を一度に行うことができる。

なお、被校正流量計がレンジの異なる組合せのときは、シリンダ１の異なる区間で計量を行うようにすればよい。このときの計量対象のデータは、制御装置１５から該当する被校正流量計と通信して求めたり、シーケンサ１６に設けたマルチチャンネルのカウンタの値を当該チャンネルから読み出すことによって求めたりすればよい。

また、１つの被校正流量計でレンジ設定を複数有するような場合、通信でその設定を変えてから適切な計量区間で計量を行うようにすればよい。この場合、シリンダ１が１つなので、短時間で全ての計量を行うようにするために、計量の順序を予め決めておくようにするとよい。

また、本実施の形態では、ピストン２の初速を決定するためにモニタ流量計９を設けているが、このモニタ流量計９の精度はそれほど高くなくてよい。すなわち、必要に応じてピストンプルーバでモニタ流量計９の補正（校正）を行うことが可能であるので、モニタ流量計９の精度は低くても構わない。

また、本実施の形態では、シリンダ１の第１の退避室１−２内の流体圧と第２の退避室１−３内の流体圧との差圧ΔＰを差圧計１９によって計測するようにしたが、第１の退避室１−２内の流体圧を計測する第１の圧力計と、第２の退避室１−３内の流体圧を計測する第２の圧力計を設け、この第１および第２の圧力計の計測値を制御装置１５へ送り、制御装置１５において差圧ΔＰを求めるようにしてもよい。

また、必ずしも第１の退避室１−２内の流体圧と第２の退避室１−３内の流体圧の圧力差を差圧ΔＰとして計測しなくてもよく、シリンダ１の上流側の配管中の流体圧と下流側の配管中の流体圧との圧力差を差圧ΔＰとして計測するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、ピストン２の外周面２ａの前後に切欠２ｂおよび２ｃを形成するようにしたが、切欠２ｂのみを形成するようにしてもよい。例えば、ピストン２がシリンダ１内の計量区間Ａ−Ｂを通過した後、途中で流体の流れ方向を切り替えて、ピストン２を始端位置ＳＴに戻すというような制御方法とした場合、ピストン２の外周面２ａの切欠２ｃを省略し、切欠２ｂのみとすることが可能である。

また、本実施の形態では、配管に設けたバルブ１１〜１４の開閉によってシリンダ１と被構成流量計１０との間の流路を切り替えるようにしたが、例えばタンク６と被校正流量計１０との間に第２のポンプを設け、この第２のポンプによって逆方向に流体を流すようにしてもよい。また、タンク６側に流出路と流入路とを切り替えるバルブを設け、これによって逆方向に流体を流すようにしてもよい。

また、本実施の形態では、第１の退避室１−２や第２の退避室１−３の軸方向の端面に流入口１ｄや流出口１ｆを設けるようにしたが、第１の退避室１−２や第２の退避室１−３の上面や下面に流入口１ｄや流出口１ｆを設けるようにしてもよい。また、基準体積管１−１の端部に適当なテーパーを設けることで、ピストン２に装着したリング２−１や２−２を損傷しないような構造に容易にすることが可能である。

また、本実施の形態では、ピストン２に切欠２ａや２ｂを設けるようにしたが、必ずしもこのような切欠をピストン２に設けなくてもよい。例えば、図１０（ａ）や（ｂ）に示すように、切欠２ａ，２ｂを有さないピストン２’を基準体積管１−１から完全に脱した位置に停止させ、この場合に生じるピストン２’と基準体積管１−１との隙間を連通路Ｈ１やＨ２として、流入口１ｄと流出口１ｆとの連通を図るようにしてもよい。

また、本実施の形態では、被校正流量計１０の流量校正を行うものとしたが、被校正流量計１０の計測精度を検査するようにしてもよい。計測精度を検査する場合、被校正流量計は被検査流量計となるが、本発明では被校正流量計や被検査流量計を含む流量計を被試験流量計と呼んでいる。また、本発明では、流量校正を行うための補正情報や計測精度を含む情報を検定情報と呼んでいる。

また、本実施の形態では、正、逆、両方向で計測を行うことができる構造としているので、ピストン２にリング（シールリング）２−１，２−２を設け、２箇所の位置（シール位置）でシールを行っている。この場合、厳密に言えば、正方向と逆方向では異なる区間の容積を移動させていることになる。これを修正するためには、計測スタート、ＥＮＤの位置をシール位置の差分、制御装置１５上で補正して、時間計測の開始、終了を行うようにすることで、同じ計測区間を使うようにすることができる。シールリングを１本にすればこのような問題は生じない。

本発明に係るピストンプルーバの一実施の形態の要部（ピストンが始端位置に位置している場合）を示す側断面図である。 本発明に係るピストンプルーバの一実施の形態の要部（ピストンが終端位置に位置している場合）を示す側断面図である。 ピストンがシリンダ内の始端位置から終端位置まで移動する場合の流体の流れを示す図である。 このピストンプルーバを用いた流量校正システムのシステム構成図（ピストンが始端位置に位置している場合）である。 このピストンプルーバを用いた流量校正システムのシステム構成図（ピストンが終端位置に位置している場合）である。 このピストンプルーバの制御装置が実行する計測流量校正プログラムに従う処理動作を示すフローチャートである。 図６に続くフローチャートである。 図７に続くフローチャートである。 ピストンの外周面に形成する切欠（開口）の他の例を示す図である。 ピストンを基準体積管から完全に脱した位置に停止させるようにした例を示す図である。

符号の説明

１…シリンダ、１−１…基準体積管、１−２…第１の退避室、１−３…第２の退避室、１ａ…一端側開口、１ｂ…他端側開口、１ｃ…内部空間、１ｄ…流入口、１ｅ…内部空間、１ｆ…流出口、１ｇ…内周面、２，２’…ピストン、２ａ…外周面、２ｂ，２ｃ…切欠、２−１，２−２…リング（シールリング）、３…シャフト、４…サーボモータ、５…エンコーダ、６…タンク、７…ポンプ、８…制御弁、９…モニタ流量計、１０…被校正流量計、１１…第１のバルブ、１２…第２のバルブ、１３…第３のバルブ、１４…第４のバルブ、１５…制御装置、１６…シーケンサ、１７…サーボアンプ、１８…クロックジェネレータ、１９…差圧計、Ｐ１〜Ｐ５…配管、ＳＴ…始端位置、Ｓ１…シール位置、Ａ−Ｂ…計量区間、ＥＮＤ…終端位置、Ｈ１，Ｈ２…連通路。

Claims (4)

1. 流体の流入口と流出口を有するシリンダと、このシリンダ内を移動するピストンとを備え、前記シリンダ内に流体が充満されている状態でかつ前記流入口と流出口とが非連通とされている状態で、前記シリンダ内の前記流入口と流出口との間に定められる計量区間の開始位置から終了位置まで前記ピストンが移動する間に前記流出口より排出される流体を基準体積の流体として被試験流量計へ送るピストンプルーバにおいて、
   前記シリンダは、
   前記計量区間を含む基準体積管と、
   前記基準体積管の一端側開口部に面して取り付けられ当該開口部よりも間口の広い内部空間およびこの内部空間に連通する前記流入口を有する第１の退避室と、
   前記基準体積管の他端側開口部に面して取り付けられ当該開口部よりも間口の広い内部空間およびこの内部空間に連通する前記流出口を有する第２の退避室とを備え、
   前記シリンダ内に、
   前記ピストンが前記シリンダ内の前記計量区間の開始位置よりも前記流入口側に定められる始端位置に位置している場合、前記ピストンの前記基準体積管の一端側開口部から露出する部分が前記第１の退避室の内部空間に位置し、前記流入口と前記流出口とを連通させる第１の連通路が形成され、
   前記ピストンが前記シリンダ内の前記計量区間の終了位置よりも前記流出口側に定められる終端位置に位置している場合、前記ピストンの前記基準体積管の他端側開口部から露出する部分が前記第２の退避室の内部空間に位置し、前記流入口と前記流出口とを連通させる第２の連通路が形成される
   ことを特徴とするピストンプルーバ。
2. 請求項１に記載されたピストンプルーバにおいて、
   前記基準体積管は、
   前記流入口側への前記ピストンの移動を前記始端位置において規制する第１の規制手段と、
   前記流出口側への前記ピストンの移動を前記終端位置において規制する第２の規制手段と
   を備えることを特徴とするピストンプルーバ。
3. 請求項１に記載されたピストンプルーバにおいて、
   前記第１の退避室と前記第２の退避室とが共通部材とされている
   ことを特徴とするピストンプルーバ。
4. 請求項１に記載されたピストンプルーバにおいて、
   前記ピストンが前記終端位置に位置している場合に、前記シリンダと前記被試験流量計との間の流路を切り替え、前記シリンダの流入口を流出口とし、流出口を流入口とする流路切替手段
   を備えることを特徴とするピストンプルーバ。

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