JP2014126425A - Flow rate calculation device and flow rate control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow rate calculation device and a flow rate control device capable of performing accurate flow rate control even when a cavitation flow is dominant in the flow of the liquid passing through a regulating valve.SOLUTION: When a determination part 20 determines that a cavitation flow is dominant in the flow of the liquid passing through a regulating valve 2, a flow calculation part 23 derives a flow rate coefficient Cv based on a second table which stores a pressure ratio XF and an opening degree θ in association with the flow rate coefficient Cv in a state that the cavitation flow is dominant. In this manner, a flow rate Q of the fluid flowing through the regulating value 2 is calculated using the derived flow rate coefficient Cv. Thereby, even when the cavitation flow is dominant, the flow rate Q can be accurately calculated, and as a result, more accurate flow rate control can be performed than before.

Description

本発明は、調節弁を通過する流体の流量を演算する流量演算装置およびこの流量演算装置を備えた流量制御装置に関するものである。   The present invention relates to a flow rate calculation device that calculates the flow rate of fluid that passes through a control valve, and a flow rate control device that includes this flow rate calculation device.

従来より、プラント等の配管を流れる流体の流量は、配管に設けられた調節弁により制御されている。具体的には、下式(1)により調節弁を通過する流量Qを算出し、この流量Qが設定流量Qspに一致するように調節弁の開度を制御することにより、調節弁を所定の流量の流体が通過するようにしている(例えば、特許文献1参照。)。ここで、ΔPは、調節弁の一次側(上流側)流路での圧力P1と二次側(下流側)流路での圧力P2との差圧(P1−P2)、Cvは、流量係数であり、調節弁の弁開度θ毎に設定されるものである。   Conventionally, the flow rate of a fluid flowing through a pipe of a plant or the like is controlled by a control valve provided in the pipe. Specifically, the flow rate Q passing through the control valve is calculated by the following equation (1), and the opening degree of the control valve is controlled so that the flow rate Q matches the set flow rate Qsp. A fluid with a flow rate is allowed to pass (see, for example, Patent Document 1). Here, ΔP is the differential pressure (P1−P2) between the pressure P1 in the primary (upstream) flow path of the control valve and the pressure P2 in the secondary (downstream) flow path, and Cv is the flow coefficient. And is set for each valve opening θ of the control valve.

Q=A・Cv・ΔP1/2 ・・・(1) Q = A · Cv · ΔP 1/2 (1)

このうち、調節弁の流量係数Cvは、調節弁の口径や種別ごとに違うため、対象となる調節弁に合わせて適切な値を求めておく必要がある。そこで、例えば数Pa毎など予め複数の差圧を設定し、これらの差圧ごとに調節弁の開度を例えば数%毎など所定値毎に変えたときの各開度に対応する流量係数Cvの値を求め、この値を差圧と各開度に対応させたテーブルを、出荷時に調節弁のアクチュエータや流量の測定装置などのメモリに記憶させている。そして、実際の流量を測定する際には、そのテーブルと測定された差圧および調節弁の実際の開度とに基づいて対応するCv値を導出し、上式(1)に代入することで流量Qを取得し、この流量Qが設定流量Qspに一致するように調節弁の開度を制御している。   Among these, the flow coefficient Cv of the control valve varies depending on the diameter and type of the control valve, and therefore it is necessary to obtain an appropriate value in accordance with the target control valve. Therefore, for example, a plurality of differential pressures such as every several Pa are set in advance, and the flow coefficient Cv corresponding to each opening when the opening of the control valve is changed every predetermined value such as every several% for each of these differential pressures. A table in which this value is associated with the differential pressure and each opening degree is stored in a memory such as a control valve actuator or a flow rate measuring device at the time of shipment. When measuring the actual flow rate, a corresponding Cv value is derived based on the table, the measured differential pressure, and the actual opening of the control valve, and is substituted into the above equation (1). The flow rate Q is acquired, and the opening degree of the control valve is controlled so that the flow rate Q matches the set flow rate Qsp.

特開平6−094160号公報JP-A-6-094160

しかしながら、上述した流量係数のテーブルは、調節弁内でキャビテーションが生じていない状態を前提としているので、調節弁内でキャビテーションが生じ、キャビテーション流れが支配的になると流量係数Cv値テーブルの各Cv値は実際の値に対応しなくなる。すると、上式(1)を用いて求めた流量Qが実際の流量ではなくなるため、結果として、正確な流量制御が行えなかった。   However, since the flow coefficient table described above is based on the premise that cavitation does not occur in the control valve, when the cavitation occurs in the control valve and the cavitation flow becomes dominant, each Cv value in the flow coefficient Cv value table. No longer corresponds to the actual value. Then, the flow rate Q obtained using the above equation (1) is not an actual flow rate, and as a result, accurate flow rate control cannot be performed.

そこで、本発明は、キャビテーション流れが支配的になっているときでも正確な流量制御を行うことができる流量演算装置および流量制御装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a flow rate calculation device and a flow rate control device that can perform accurate flow rate control even when the cavitation flow is dominant.

上述したような課題を解決するために、本発明に係る流量演算装置は、流路に接続された調節弁の絞り部よりも上流側を流れる流体の圧力である第1の圧力、調節弁の絞り部よりも下流側を流れる流体の圧力である第2の圧力、および、第1の圧力と第2の圧力との差圧のうち少なくとも2つを取得する取得部と、調節弁の弁開度を取得する弁開度取得部と、取得部により取得された第1の圧力、第2の圧力および差圧のうち少なくとも2つに基づいて、第1の圧力、第1の圧力と第2の圧力との差圧および流体の飽和蒸気圧に基づく第1の係数を演算する係数演算部と、調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的ではない状態における、第1の圧力と第2の圧力の差圧および弁開度と、流量係数とを対応付けて記憶した第1のテーブルと、調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的である状態における、第1の係数および弁開度と、流量係数とを対応付けて記憶した第2のテーブルと、調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的であるか否かを判定する判定部と、判定部により調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的ではないと判定された場合、差圧および弁開度と第1のテーブルとに基づいて流量係数を導出し、この流量係数と差圧とに基づいて調節弁を流れる流体の流量を演算し、判定部により調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーションが支配的であると判定された場合、第1の係数および弁開度と第2のテーブルとに基づいて流量係数を導出し、この流量係数と差圧とに基づいて調節弁を流れる流体の流量を演算する流量演算部とを備えることを特徴とするものである。   In order to solve the problems as described above, a flow rate calculation device according to the present invention includes a first pressure, which is a pressure of a fluid flowing upstream from a throttle portion of a control valve connected to a flow path, An acquisition unit for acquiring at least two of the second pressure, which is the pressure of the fluid flowing downstream from the throttle unit, and the differential pressure between the first pressure and the second pressure; Based on at least two of the first pressure, the second pressure, and the differential pressure acquired by the acquisition unit, and a valve opening degree acquisition unit that acquires the degree, the first pressure, the first pressure, and the second pressure A coefficient calculation unit for calculating a first coefficient based on a pressure difference between the first pressure and the saturated vapor pressure of the fluid; and a first pressure in a state where the cavitation flow is not dominant in the flow of the fluid passing through the control valve; The second differential pressure and valve opening are associated with the flow coefficient. A first table in which the cavitation flow is dominant in the flow of fluid passing through the control valve, and the second table storing the first coefficient, the valve opening degree, and the flow coefficient in association with each other. A determination unit that determines whether the cavitation flow is dominant in the flow of fluid passing through the control valve, and the determination unit determines that the cavitation flow is not dominant in the flow of fluid that passes through the control valve In this case, a flow coefficient is derived based on the differential pressure, the valve opening degree, and the first table, the flow rate of the fluid flowing through the control valve is calculated based on the flow coefficient and the differential pressure, and the control valve is operated by the determination unit. When it is determined that cavitation is dominant in the flow of fluid passing therethrough, a flow coefficient is derived based on the first coefficient, the valve opening degree, and the second table. It is characterized in further comprising a flow rate computation unit for computing the flow rate of the fluid flowing through the regulating valve on the basis of the amount coefficient and the differential pressure.

上記流量演算装置において、係数演算部は、第1の係数をXF、差圧をΔP、第1の圧力をP1、飽和蒸気圧をPVとしたとき、XF=ΔP/(P1−PV)から第1の係数を演算するようにしてもよい。   In the above-described flow rate calculation device, the coefficient calculation unit calculates the first coefficient from XF = ΔP / (P1−PV), where XF is the first coefficient, ΔP is the differential pressure, P1 is the first pressure, and PV is the saturated vapor pressure. A coefficient of 1 may be calculated.

また、上記流量演算装置において、弁開度に応じて設定された閾値を記憶する記憶部をさらに備え、判定部は、係数演算部により演算された第1の係数と、記憶部に記憶された閾値とを比較し、第1の係数が閾値以上の場合に調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的であると判定するようにしてもよい。   The flow rate calculation device further includes a storage unit that stores a threshold value set according to the valve opening, and the determination unit is stored in the storage unit with the first coefficient calculated by the coefficient calculation unit. The cavitation flow may be determined to be dominant in the flow of fluid passing through the control valve when the first coefficient is equal to or greater than the threshold value.

また、上記流量演算装置において、流路を流れる流体の温度を取得する温度取得部と、流体の温度毎の飽和蒸気圧を記憶した第3のテーブルとをさらに備え、係数演算部は、温度取得部により取得された流体の温度と、第3のテーブルとに基づいて導出した飽和蒸気圧を用いて、第1の係数を演算するようにしてもよい。   The flow rate calculation device further includes a temperature acquisition unit that acquires the temperature of the fluid flowing through the flow path, and a third table that stores a saturated vapor pressure for each temperature of the fluid, and the coefficient calculation unit includes the temperature acquisition unit. The first coefficient may be calculated using the saturated vapor pressure derived based on the temperature of the fluid acquired by the unit and the third table.

また、本発明に係る流量制御装置は、流路に接続された調節弁を流れる流体の流量を演算する流量演算装置と、この流量演算装置により演算された流量が設定値に一致するよう調節弁の開度を制御する弁制御装置とを備えた流量制御装置であって、流量演算装置は、上述した流量演算装置からなることを特徴とするものである。   The flow rate control device according to the present invention includes a flow rate calculation device that calculates the flow rate of the fluid flowing through the control valve connected to the flow path, and the control valve so that the flow rate calculated by the flow rate calculation device matches a set value. The flow rate control device includes a valve control device that controls the degree of opening, and the flow rate calculation device includes the above-described flow rate calculation device.

本発明によれば、調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的ではないと判定されると、調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的ではない状態における、第1の圧力と第2の圧力の差圧および弁開度と、流量係数とを対応付けて記憶した第1のテーブルに基づいて流量係数を導出し、キャビテーション流れが支配的であると判定されると、調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的である状態における、第1の係数および弁開度と、流量係数とを対応付けて記憶した第2のテーブルに基づいて流量係数を導出し、このようにして導出した流量係数を用いて調節弁を流れる流体の流量を演算するので、キャビテーション流れが支配的である場合でも正確な流量制御を行うことができる。   According to the present invention, when it is determined that the cavitation flow is not dominant in the flow of fluid passing through the control valve, the first state in the state where the cavitation flow is not dominant in the flow of fluid passing through the control valve. When the flow coefficient is derived based on the first table in which the differential pressure between the pressure and the second pressure, the valve opening, and the flow coefficient are stored in association with each other, and it is determined that the cavitation flow is dominant, The flow coefficient is derived based on the second table in which the first coefficient, the valve opening degree, and the flow coefficient are stored in association with each other in a state where the cavitation flow is dominant in the flow of the fluid passing through the control valve. Because the flow rate of fluid flowing through the control valve is calculated using the flow coefficient derived in this way, accurate flow control even when the cavitation flow is dominant It can be carried out.

図1は、本発明の実施の形態に係る流量制御システムの構成を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a flow control system according to an embodiment of the present invention. 図2は、流量演算装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the flow rate calculation device. 図3は、第1のテーブルの構成を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the first table. 図4は、第2のテーブルの構成を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the second table. 図5は、弁制御装置の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the valve control device.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[流量制御システムの構成]
図1に示すように、本実施の形態に係る流量制御システムは、流路1と、この流路1に設けられた調節弁2と、流路1に設けられた温度センサ3と、調節弁2内の絞り部よりも上流側(一次側)に設けられた一次側圧力センサ4と、調節弁2内の絞り部よりも下流側(二次側)に設けられた二次側圧力センサ5と、調節弁2に設けられた弁開度センサ6と、流路1を流れる流体の流量を制御する流量制御ユニット7とを備えている。
[Configuration of flow control system]
As shown in FIG. 1, the flow rate control system according to the present embodiment includes a flow path 1, a control valve 2 provided in the flow path 1, a temperature sensor 3 provided in the flow path 1, and a control valve. The primary pressure sensor 4 provided on the upstream side (primary side) of the throttle part in 2 and the secondary pressure sensor 5 provided on the downstream side (secondary side) of the throttle part in the control valve 2. And a valve opening sensor 6 provided in the control valve 2 and a flow rate control unit 7 for controlling the flow rate of the fluid flowing through the flow path 1.

流路1は、プラント等に設けられる1つの配管からなり、内部を流体が流通する。   The flow path 1 consists of one piping provided in a plant etc., and a fluid distribute | circulates the inside.

調節弁2は、内部に流路を有するとともに、その流路の途中に絞り部を有する弁本体と、この弁本体内部に配設されて絞り部を通過する流体の流量を規制する弁体、この弁体を駆動させることにより開度を制御する電動アクチュエータやポジショナ等の流量制御ユニット7で構成され、流量制御ユニット7からの制御信号に基づいて弁開度を変えることにより、調節弁2を通過する流体の流量、すなわち、流路1内部を流れる流体の流量を制御する。   The control valve 2 has a flow path inside, a valve body having a throttle portion in the middle of the flow path, and a valve body that is disposed inside the valve main body and regulates the flow rate of fluid passing through the throttle portion, The valve body is composed of a flow control unit 7 such as an electric actuator or a positioner that controls the opening degree by driving the valve body. By changing the valve opening degree based on a control signal from the flow control unit 7, the control valve 2 is controlled. The flow rate of the fluid passing therethrough, that is, the flow rate of the fluid flowing in the flow path 1 is controlled.

温度センサ3は、公知の温度センサからなり、流路1内部を流れる流体の温度Tを測定する。この測定結果は、流量制御ユニット7に送信される。   The temperature sensor 3 is a known temperature sensor and measures the temperature T of the fluid flowing in the flow path 1. This measurement result is transmitted to the flow control unit 7.

一次側圧力センサ4は、公知の圧力センサからなり、調節弁2内の絞り部よりも上流側(一次側)の流路中を流れる流体の圧力P1を測定する。この測定結果は、流量制御ユニット7に送信される。   The primary pressure sensor 4 is a known pressure sensor, and measures the pressure P1 of the fluid flowing in the flow path upstream (primary side) from the throttle portion in the control valve 2. This measurement result is transmitted to the flow control unit 7.

二次側圧力センサ5は、公知の圧力センサからなり、調節弁2内の絞り部よりも下流側(二次側)の流路中を流れる流体の圧力P2を測定する。この測定結果は、流量制御ユニット7に送信される。   The secondary pressure sensor 5 is a known pressure sensor, and measures the pressure P2 of the fluid flowing in the flow path on the downstream side (secondary side) of the throttle portion in the control valve 2. This measurement result is transmitted to the flow control unit 7.

弁開度センサ6は、調節弁2の弁開度θを測定するセンサからなる。この測定結果は、流量制御ユニット7に送信される。   The valve opening sensor 6 is a sensor that measures the valve opening θ of the control valve 2. This measurement result is transmitted to the flow control unit 7.

<流量制御ユニットの構成>
流量制御ユニット7は、温度センサ3、一次側圧力センサ4、二次側圧力センサ5および弁開度センサ6から受信する測定結果に基づいて流路1を流れる流体の流量を演算する流量演算装置8と、この流量演算装置8による演算結果に基づいて制御信号を生成して調節弁2に送信することにより、調節弁2の弁開度を制御する弁制御装置9とを備えている。
<Configuration of flow control unit>
The flow rate control unit 7 calculates the flow rate of the fluid flowing through the flow path 1 based on the measurement results received from the temperature sensor 3, the primary side pressure sensor 4, the secondary side pressure sensor 5, and the valve opening degree sensor 6. 8 and a valve control device 9 that controls the valve opening degree of the control valve 2 by generating a control signal based on the calculation result of the flow rate calculation device 8 and transmitting the control signal to the control valve 2.

≪流量演算装置の構成≫
ここで、流量演算装置8は、図2に示すように、温度取得部11と、一次圧取得部12と、二次圧取得部13と、第3のテーブル14と、飽和蒸気圧導出部15と、差圧演算部16と、係数演算部17と、弁開度取得部18と、閾値記憶部19と、判定部20と、第1のテーブル21と、第2のテーブル22と、流量演算部23とを備えている。
≪Configuration of flow rate calculation device≫
Here, as shown in FIG. 2, the flow rate calculation device 8 includes a temperature acquisition unit 11, a primary pressure acquisition unit 12, a secondary pressure acquisition unit 13, a third table 14, and a saturated vapor pressure derivation unit 15. A differential pressure calculation unit 16, a coefficient calculation unit 17, a valve opening degree acquisition unit 18, a threshold storage unit 19, a determination unit 20, a first table 21, a second table 22, and a flow rate calculation. Part 23.

温度取得部11は、温度センサ3から、この温度センサ3により測定された流路1を流れる流体の温度Tを取得する機能部である。取得した温度Tは、飽和蒸気圧導出部15に出力される。   The temperature acquisition unit 11 is a functional unit that acquires the temperature T of the fluid flowing through the flow path 1 measured by the temperature sensor 3 from the temperature sensor 3. The acquired temperature T is output to the saturated vapor pressure deriving unit 15.

第3のテーブル14は、流体の温度Tと、飽和蒸気圧PVとを対応付けて記憶したデータテーブルからなる。一例として、第3のテーブル14には、例えば0.1℃毎など所定値刻みで設定された温度T1と、各温度T1に対応する飽和蒸気圧PVとが対応付けて記憶されている。   The third table 14 includes a data table that stores the temperature T of the fluid and the saturated vapor pressure PV in association with each other. As an example, the third table 14 stores a temperature T1 set in increments of a predetermined value such as every 0.1 ° C. and a saturated vapor pressure PV corresponding to each temperature T1 in association with each other.

飽和蒸気圧導出部15は、温度取得部11から入力された流路1を流れる流体との温度T1と、第3のテーブル14とに基づいて、流路1を流れる流体の飽和蒸気圧PVを導出する。具体的には、第3のテーブル14を参照して、温度取得部11から入力された温度Tに対応する飽和蒸気圧PVを導出する。この導出した飽和蒸気圧PVは、係数演算部17に出力される。このように、流体温度Tに応じた飽和蒸気圧PVが導出されるので、後述する係数演算部17による圧力比XFの演算精度が向上する。   The saturated vapor pressure deriving unit 15 calculates the saturated vapor pressure PV of the fluid flowing through the flow channel 1 based on the temperature T1 of the fluid flowing through the flow channel 1 input from the temperature acquisition unit 11 and the third table 14. To derive. Specifically, the saturated vapor pressure PV corresponding to the temperature T input from the temperature acquisition unit 11 is derived with reference to the third table 14. The derived saturated vapor pressure PV is output to the coefficient calculation unit 17. Thus, since the saturated vapor pressure PV corresponding to the fluid temperature T is derived, the calculation accuracy of the pressure ratio XF by the coefficient calculation unit 17 described later is improved.

一次圧取得部12は、一次側圧力センサ4から、この一次側圧力センサ4により測定された一次側流路を流れる流体の圧力P1を取得する機能部である。取得した圧力P1は、差圧演算部16および係数演算部17に出力される。   The primary pressure acquisition unit 12 is a functional unit that acquires, from the primary side pressure sensor 4, the pressure P <b> 1 of the fluid flowing through the primary side flow path measured by the primary side pressure sensor 4. The acquired pressure P1 is output to the differential pressure calculation unit 16 and the coefficient calculation unit 17.

二次圧取得部13は、二次側圧力センサ5から、この二次側圧力センサ5により測定された二次側流路を流れる流体の圧力P2を取得する機能部である。取得した圧力P2は、差圧演算部16および係数演算部17に出力される。   The secondary pressure acquisition unit 13 is a functional unit that acquires, from the secondary side pressure sensor 5, the pressure P <b> 2 of the fluid flowing through the secondary side flow path measured by the secondary side pressure sensor 5. The acquired pressure P2 is output to the differential pressure calculation unit 16 and the coefficient calculation unit 17.

差圧演算部16は、一次圧取得部12から入力された圧力P1と、二次圧取得部13から入力された圧力P1との差圧ΔP(=P1−P2)を演算する機能部である。この得演算した差圧ΔPは、係数演算部17および流量演算部23に出力される。   The differential pressure calculation unit 16 is a functional unit that calculates a differential pressure ΔP (= P1−P2) between the pressure P1 input from the primary pressure acquisition unit 12 and the pressure P1 input from the secondary pressure acquisition unit 13. . The obtained differential pressure ΔP is output to the coefficient calculation unit 17 and the flow rate calculation unit 23.

係数演算部17は、飽和蒸気圧導出部15から入力された飽和蒸気圧PVと、一次圧取得部12から入力された圧力P1と、差圧演算部16から入力された差圧ΔPとに基づいて、第1の係数を演算する機能部である。本実施の形態では、その第1の係数として圧力比XFを演算する。この圧力比XFとは、一方が差圧ΔP、他方が圧力P1または圧力P2と飽和蒸気圧との差分からなる比を意味する。具体的には、係数演算部17は、下式(2)に基づいて圧力比XFを演算する。この演算した圧力比XFは、判定部20および流量演算部23に出力される。   The coefficient calculation unit 17 is based on the saturated vapor pressure PV input from the saturated vapor pressure deriving unit 15, the pressure P <b> 1 input from the primary pressure acquisition unit 12, and the differential pressure ΔP input from the differential pressure calculation unit 16. And a functional unit for calculating the first coefficient. In the present embodiment, the pressure ratio XF is calculated as the first coefficient. The pressure ratio XF means a ratio composed of the difference between the differential pressure ΔP and the other the pressure P1 or the pressure P2 and the saturated vapor pressure. Specifically, the coefficient calculation unit 17 calculates the pressure ratio XF based on the following equation (2). The calculated pressure ratio XF is output to the determination unit 20 and the flow rate calculation unit 23.

XF=ΔP/(P1−PV) ・・・(2) XF = ΔP / (P1-PV) (2)

上式(2)により、判定部20により流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的か否かを判定するために必要な圧力比XFを算出することができる。   From the above equation (2), the determination unit 20 can calculate the pressure ratio XF necessary for determining whether the cavitation flow is dominant in the fluid flow.

弁開度取得部18は、弁開度センサ6から、この弁開度センサ6により測定された調節弁2の弁開度θを取得する機能部である。取得した開度θは、判定部20および流量演算部23に出力される。   The valve opening obtaining unit 18 is a functional unit that obtains the valve opening θ of the control valve 2 measured by the valve opening sensor 6 from the valve opening sensor 6. The acquired opening degree θ is output to the determination unit 20 and the flow rate calculation unit 23.

閾値記憶部19は、判定部20による判定動作に用いられる閾値A(θ)を記憶した機能部である。この閾値A(θ)は、調節弁2の開度θ毎に設定される固有の値である。同じ調節弁2であっても、開度θが異なるとキャビテーション流れが支配的となる圧力比の大きさも異なってくる。そこで、閾値記憶部19には、例えば1°毎など所定値刻みで設定された調節弁2の開度θと、各開度θに対応する閾値A(θ)とが対応付けて記憶されている。これにより、より正確に流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的か否かを判定することが可能となる。   The threshold storage unit 19 is a functional unit that stores a threshold A (θ) used for the determination operation by the determination unit 20. This threshold value A (θ) is a unique value set for each opening degree θ of the control valve 2. Even if the same control valve 2 is used, the pressure ratio at which the cavitation flow becomes dominant also varies depending on the opening degree θ. Therefore, the threshold value storage unit 19 stores the opening degree θ of the control valve 2 set in predetermined value increments, for example, every 1 °, and the threshold value A (θ) corresponding to each opening degree θ. Yes. This makes it possible to determine whether or not the cavitation flow is dominant in the fluid flow.

判定部20は、流体の流れにおいてキャビテーションが支配的か否かを判定する機能部である。本実施の形態において、判定部20は、係数演算部17から入力された圧力比XFと、弁開度取得部18から入力された開度θと、閾値記憶部19に記憶された閾値A(θ)とに基づいて判定する。具体的には、判定部20は、閾値記憶部19を参照して、弁開度取得部18から入力された開度θに対応する閾値A(θ)を取得し、この閾値A(θ)と圧力比XFとを比較する。そして、XFの値が閾値A(θ)の値より小さい場合(XF<A(θ))、流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的ではないと判定する。一方、XFの値が閾値A(θ)の値以上の場合(XF≧A(θ))、流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的であると判定する。この判定結果は、流量演算部23に出力される。   The determination unit 20 is a functional unit that determines whether cavitation is dominant in the fluid flow. In the present embodiment, the determination unit 20 includes the pressure ratio XF input from the coefficient calculation unit 17, the opening degree θ input from the valve opening degree acquisition unit 18, and the threshold value A ( and θ). Specifically, the determination unit 20 refers to the threshold storage unit 19 to acquire a threshold value A (θ) corresponding to the opening degree θ input from the valve opening degree acquisition unit 18, and this threshold value A (θ). Is compared with the pressure ratio XF. When the value of XF is smaller than the value of the threshold A (θ) (XF <A (θ)), it is determined that the cavitation flow is not dominant in the fluid flow. On the other hand, when the value of XF is equal to or greater than the value of the threshold A (θ) (XF ≧ A (θ)), it is determined that the cavitation flow is dominant in the fluid flow. This determination result is output to the flow rate calculation unit 23.

第1のテーブル21は、流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的ではない場合における、開度θおよび差圧ΔPと、流量係数Cvとの関係を示すデータテーブルである。具体的には、図3に示すように、縦軸に例えば1°毎など所定値刻みで設定された調節弁2の開度θ(θ1〜θi)、横軸に例えば1[Pa]毎など所定値刻みで設定された差圧ΔP(=X〜XXX)をとり、各レコードに対応する流量係数Cv(Cvv1i〜Cvv3i)が記憶されている。 The first table 21 is a data table showing the relationship between the opening degree θ and the differential pressure ΔP and the flow coefficient Cv when the cavitation flow is not dominant in the fluid flow. Specifically, as shown in FIG. 3, the opening θ (θ 1 to θ i ) of the control valve 2 set in increments of a predetermined value such as every 1 ° on the vertical axis, and 1 [Pa] on the horizontal axis, for example. A differential pressure ΔP (= X to XXX) set in increments of a predetermined value such as every time is taken, and a flow coefficient Cv (Cvv 1i to Cvv 3i ) corresponding to each record is stored.

第2のテーブル22は、流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的である場合における、開度θおよび圧力比XFと、流量係数Cvとの関係を示すデータテーブルである。具体的には、図4に示すように、縦軸に例えば1°毎など所定値刻みで設定された調節弁2の開度θ(θ1〜θj)、横軸に所定値刻みで設定された圧力比XF(XFv=Y〜YYY)をとり、各レコードに対応する流量係数Cv(Cvvc1j〜Cvvc3j)が記憶されている。 The second table 22 is a data table showing the relationship between the opening degree θ, the pressure ratio XF, and the flow coefficient Cv when the cavitation flow is dominant in the fluid flow. Specifically, as shown in FIG. 4, the opening θ (θ 1 to θ j ) of the control valve 2 set in increments of a predetermined value such as every 1 ° on the vertical axis and set in increments of a predetermined value on the horizontal axis. The pressure ratio XF (XFv = Y to YYY) is taken, and the flow coefficient Cv (Cvvc 1j to Cvvc 3j ) corresponding to each record is stored.

流量演算部23は、調節弁2を通過する流体の流量Qを演算する機能部である。具体的には、差圧演算部16から入力された差圧ΔPと、流量係数Cvと上式(1)に代入することにより、現在、調節弁2を通過している流体の流量Qを演算する。この演算された流量Qは、弁制御装置9に出力される。
ここで、上式(1)に代入する流量係数Cvは、次のように導出される。
The flow rate calculation unit 23 is a functional unit that calculates the flow rate Q of the fluid passing through the control valve 2. Specifically, the flow rate Q of the fluid currently passing through the control valve 2 is calculated by substituting into the differential pressure ΔP input from the differential pressure calculation unit 16, the flow coefficient Cv, and the above equation (1). To do. The calculated flow rate Q is output to the valve control device 9.
Here, the flow coefficient Cv to be substituted into the above equation (1) is derived as follows.

判定部20により流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的ではないと判定された場合、流量演算部23は、第1のテーブル21を参照して、弁開度取得部18から入力された開度θおよび差圧演算部16から入力された差圧ΔPに対応する流量係数Cvを導出し、この導出した流量係数Cvを上式(1)に代入する。   When the determination unit 20 determines that the cavitation flow is not dominant in the fluid flow, the flow rate calculation unit 23 refers to the first table 21 and the opening degree θ input from the valve opening degree acquisition unit 18. The flow coefficient Cv corresponding to the differential pressure ΔP input from the differential pressure calculation unit 16 is derived, and the derived flow coefficient Cv is substituted into the above equation (1).

一方、判定部20により流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的であると判定された場合、流量演算部23は、第2のテーブル22を参照して、弁開度取得部18から入力された開度θおよび係数演算部17から入力された圧力比XFに対応する流量係数Cvを導出し、この導出した流量係数Cvを上式(1)に代入する。このとき、圧力比XFは、判定部20による判定で用いられた圧力比XFが用いられるので、再度の演算が不要となるので、演算負荷を軽減することができる。   On the other hand, when the determination unit 20 determines that the cavitation flow is dominant in the fluid flow, the flow rate calculation unit 23 refers to the second table 22 and opens the opening input from the valve opening degree acquisition unit 18. The flow coefficient Cv corresponding to the pressure θ and the pressure ratio XF input from the coefficient calculator 17 is derived, and the derived flow coefficient Cv is substituted into the above equation (1). At this time, since the pressure ratio XF is the pressure ratio XF used in the determination by the determination unit 20, it is not necessary to perform the calculation again, so that the calculation load can be reduced.

このように、流量演算装置8では、流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的か否かを判定し、キャビテーション流れが支配的ではない場合には第1のテーブル21、キャビテーション流れが支配的である場合には第2のテーブル22に基づいて導出された流量係数を用いて流量を演算するので、より正確な流量を得ることができる。   As described above, the flow rate calculation device 8 determines whether or not the cavitation flow is dominant in the fluid flow. If the cavitation flow is not dominant, the first table 21, the case where the cavitation flow is dominant. Since the flow rate is calculated using the flow coefficient derived based on the second table 22, a more accurate flow rate can be obtained.

このような流量演算装置8は、流量制御ユニット7である電動アクチュエータやポジショナが内蔵するCPU等の演算回路と、メモリ等の記憶回路と、インストールされたプログラムとから構成される。すなわちハードウェア資源とソフトウェアとが協働することによって、上記のハードウェア資源がプログラムによって制御され、上述した温度取得部11、一次圧取得部12、二次圧取得部13、第3のテーブル14、飽和蒸気圧導出部15、差圧演算部16、係数演算部17、弁開度取得部18、閾値記憶部19、判定部20、第1のテーブル21、第2のテーブル22および流量演算部23が実現される。   Such a flow rate calculation device 8 includes a calculation circuit such as a CPU built in an electric actuator or positioner that is the flow rate control unit 7, a storage circuit such as a memory, and an installed program. That is, the hardware resources and software cooperate to control the hardware resources by a program, and the temperature acquisition unit 11, the primary pressure acquisition unit 12, the secondary pressure acquisition unit 13, and the third table 14 described above. , Saturated vapor pressure derivation unit 15, differential pressure calculation unit 16, coefficient calculation unit 17, valve opening degree acquisition unit 18, threshold value storage unit 19, determination unit 20, first table 21, second table 22, and flow rate calculation unit 23 is realized.

≪弁制御装置の構成≫
弁制御装置9は、図5に示すように、流量取得部31と、設定値取得部32と、弁開度演算部33と、信号生成部34とを備えている。
≪Configuration of valve control device≫
As shown in FIG. 5, the valve control device 9 includes a flow rate acquisition unit 31, a set value acquisition unit 32, a valve opening calculation unit 33, and a signal generation unit 34.

流量取得部31は、流量演算装置8から、この流量演算装置8により演算された調節弁2を通過する流体の流量Qを取得する機能部である。取得した流量Qは、弁開度演算部33に出力される。   The flow rate acquisition unit 31 is a functional unit that acquires the flow rate Q of the fluid passing through the control valve 2 calculated by the flow rate calculation device 8 from the flow rate calculation device 8. The acquired flow rate Q is output to the valve opening calculation unit 33.

設定値取得部32は、流量制御ユニット7と通信可能に接続された上位装置から調節弁2を通過させる流体の流量の設定値Qspを取得する機能部である。取得した設定値Qspは、弁開度演算部33に出力される。   The set value acquisition unit 32 is a functional unit that acquires a set value Qsp of the flow rate of the fluid that passes through the control valve 2 from a host device that is communicably connected to the flow rate control unit 7. The acquired set value Qsp is output to the valve opening calculator 33.

弁開度演算部33は、流量取得部31から入力された流量Qと、設定値取得部32から入力された設定値Qspとに基づいて、流量Qが設定値Qspに一致するようになる調節弁2の開度を演算する機能部である。この演算結果は、信号生成部34に出力される。   Based on the flow rate Q input from the flow rate acquisition unit 31 and the set value Qsp input from the set value acquisition unit 32, the valve opening calculation unit 33 adjusts so that the flow rate Q matches the set value Qsp. This is a functional unit that calculates the opening degree of the valve 2. This calculation result is output to the signal generator 34.

信号生成部34は、調節弁2の開度を、弁開度演算部33から入力された調節弁2の開度とするための制御信号を生成する機能部である。この生成した制御信号は、調節弁2に出力される。これにより、調節弁2の開度は、制御信号により特定される開度に制御され、設定値Qspに対応する流量の流体が調節弁2を通過することとなる。   The signal generator 34 is a functional unit that generates a control signal for setting the opening of the control valve 2 to the opening of the control valve 2 input from the valve opening calculator 33. The generated control signal is output to the control valve 2. Thereby, the opening degree of the control valve 2 is controlled to the opening degree specified by the control signal, and the fluid having a flow rate corresponding to the set value Qsp passes through the control valve 2.

このような弁制御装置9は、流量演算装置8と同様、流量制御ユニット7である電動アクチュエータやポジショナが内蔵するCPU等の演算回路と、メモリ等の記憶回路と、インストールされたプログラムとから構成される。すなわちハードウェア資源とソフトウェアとが協働することによって、上記のハードウェア資源がプログラムによって制御され、上述した流量取得部31、設定値取得部32、弁開度演算部33および信号生成部34が実現される。   Similar to the flow rate calculation unit 8, such a valve control unit 9 includes a calculation circuit such as a CPU built in an electric actuator or positioner that is the flow rate control unit 7, a storage circuit such as a memory, and an installed program. Is done. That is, the hardware resources and software cooperate to control the hardware resources by a program, and the flow rate acquisition unit 31, the set value acquisition unit 32, the valve opening calculation unit 33, and the signal generation unit 34 described above are controlled. Realized.

以上説明したように、本実施の形態によれば、判定部20により流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的か否かを判定し、キャビテーション流れが支配的ではないと判定されると、キャビテーション流れが支配的ではない状態における、圧力P1と圧力P2の差圧ΔPおよび弁開度θと、流量係数Cvとを対応付けて記憶した第1のテーブル21に基づいて流量係数Cvを導出し、キャビテーション流れが支配的であると判定されると、キャビテーション流れが支配的である状態における、圧力比XFおよび弁開度θと、流量係数Cvとを対応付けて記憶した第2のテーブル22に基づいて流量係数Cvを導出し、このようにして導出した流量係数Cvを用いて調節弁2を流れる流体の流量Qを演算するので、キャビテーション流れが支配的である場合であっても正確な流量制御を行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, the determination unit 20 determines whether or not the cavitation flow is dominant in the fluid flow, and if it is determined that the cavitation flow is not dominant, the cavitation flow is determined. The flow coefficient Cv is derived based on the first table 21 in which the differential pressure ΔP between the pressure P1 and the pressure P2 and the valve opening degree θ and the flow coefficient Cv are stored in association with each other in a non-dominant state, and the cavitation flow Is determined to be dominant, the flow rate is determined based on the second table 22 in which the pressure ratio XF, the valve opening degree θ, and the flow coefficient Cv are stored in association with each other in a state where the cavitation flow is dominant. Since the coefficient Cv is derived and the flow rate Q of the fluid flowing through the control valve 2 is calculated using the flow coefficient Cv derived in this way, the cavitation flow Even if it is dominant it is possible to perform accurate flow control.

なお、本実施の形態では、差圧演算部16により一次圧取得部12により取得された圧力P1と二次圧取得部13により取得された圧力P2から差圧ΔPを演算する場合を例に説明したが、流路1に差圧計を設け、この差圧計の測定結果をそのまま差圧ΔPとして用いるようにしてもよい。この場合には、圧力P1と圧力P2のうち少なくとも一方を取得できれば、他方についても差圧ΔPから演算することができる。   In the present embodiment, a case where the differential pressure ΔP is calculated from the pressure P1 acquired by the primary pressure acquisition unit 12 and the pressure P2 acquired by the secondary pressure acquisition unit 13 by the differential pressure calculation unit 16 will be described as an example. However, a differential pressure gauge may be provided in the flow path 1, and the measurement result of the differential pressure gauge may be used as it is as the differential pressure ΔP. In this case, if at least one of the pressure P1 and the pressure P2 can be acquired, the other can also be calculated from the differential pressure ΔP.

本発明は、調節弁を用いる各種システムに適用することができる。   The present invention can be applied to various systems using a control valve.

1…流路、2…調節弁、3…温度センサ、4…一次側圧力センサ、5…二次側圧力センサ、6…弁開度センサ、7…流量制御ユニット、8…流量演算装置、9…弁制御装置、11…温度取得部、12…一次圧取得部、13…二次圧取得部、14…第3のテーブル、15…飽和蒸気圧導出部、16…差圧演算部、17…係数演算部、18…弁開度取得部、19…閾値記憶部、20…判定部、21…第1のテーブル、22…第2のテーブル、23…流量演算部、31…流量取得部、32…設定値取得部、33…弁開度演算部、34…信号生成部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow path, 2 ... Control valve, 3 ... Temperature sensor, 4 ... Primary side pressure sensor, 5 ... Secondary side pressure sensor, 6 ... Valve opening degree sensor, 7 ... Flow control unit, 8 ... Flow rate arithmetic unit, 9 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Valve control apparatus, 11 ... Temperature acquisition part, 12 ... Primary pressure acquisition part, 13 ... Secondary pressure acquisition part, 14 ... 3rd table, 15 ... Saturated vapor pressure derivation part, 16 ... Differential pressure calculation part, 17 ... Coefficient calculation unit, 18 ... valve opening degree acquisition unit, 19 ... threshold value storage unit, 20 ... determination unit, 21 ... first table, 22 ... second table, 23 ... flow rate calculation unit, 31 ... flow rate acquisition unit, 32 ... set value acquisition unit, 33 ... valve opening calculation unit, 34 ... signal generation unit.

Claims (5)

流路に接続された調節弁の絞り部よりも上流側を流れる流体の圧力である第1の圧力、前記調節弁の絞り部よりも下流側を流れる流体の圧力である第2の圧力、および、前記第1の圧力と前記第2の圧力との差圧のうち少なくとも2つを取得する取得部と、
前記調節弁の弁開度を取得する弁開度取得部と、
前記取得部により取得された前記第1の圧力、前記第2の圧力および前記差圧のうち少なくとも2つに基づいて、前記第1の圧力、前記第1の圧力と前記第2の圧力との差圧および流体の飽和蒸気圧に基づく第1の係数を演算する係数演算部と、
前記調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的ではない状態における、前記第1の圧力と前記第2の圧力の差圧および前記弁開度と、流量係数とを対応付けて記憶した第1のテーブルと、
前記調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的である状態における、前記第1の係数および前記弁開度と、流量係数とを対応付けて記憶した第2のテーブルと、
前記調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的ではないと判定された場合、前記差圧および前記弁開度と前記第1のテーブルとに基づいて流量係数を導出し、この流量係数と前記差圧とに基づいて前記調節弁を流れる流体の流量を演算し、前記判定部により前記調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーションが支配的であると判定された場合、前記第1の係数および前記弁開度と前記第2のテーブルとに基づいて流量係数を導出し、この流量係数と前記差圧とに基づいて前記調節弁を流れる流体の流量を演算する流量演算部と
を備えることを特徴とする流量演算装置。
A first pressure that is a pressure of fluid flowing upstream from a throttle portion of the control valve connected to the flow path, a second pressure that is a pressure of fluid flowing downstream from the throttle portion of the control valve, and An acquisition unit that acquires at least two of the differential pressures between the first pressure and the second pressure;
A valve opening degree obtaining unit for obtaining a valve opening degree of the control valve;
Based on at least two of the first pressure, the second pressure, and the differential pressure acquired by the acquisition unit, the first pressure, the first pressure, and the second pressure A coefficient calculation unit for calculating a first coefficient based on the differential pressure and the saturated vapor pressure of the fluid;
The differential pressure between the first pressure and the second pressure, the valve opening, and the flow coefficient are stored in association with each other in a state where the cavitation flow is not dominant in the flow of fluid passing through the control valve. A first table;
A second table that stores the first coefficient, the valve opening, and the flow coefficient in association with each other in a state in which a cavitation flow is dominant in the flow of fluid passing through the control valve;
A determination unit for determining whether a cavitation flow is dominant in a flow of fluid passing through the control valve;
When the determination unit determines that the cavitation flow is not dominant in the flow of fluid passing through the control valve, a flow coefficient is derived based on the differential pressure, the valve opening, and the first table. When the flow rate of the fluid flowing through the control valve is calculated based on the flow coefficient and the differential pressure, and the determination unit determines that cavitation is dominant in the flow of fluid passing through the control valve, A flow rate calculation that derives a flow rate coefficient based on the first coefficient, the valve opening degree, and the second table, and calculates a flow rate of the fluid flowing through the control valve based on the flow rate coefficient and the differential pressure. And a flow rate calculation device.
請求項1記載の流量演算装置において、
前記係数演算部は、前記第1の係数をXF、前記差圧をΔP、前記第1の圧力をP1、前記飽和蒸気圧をPVとしたとき、XF=ΔP/(P1−PV)から前記第1の係数を演算することを特徴とする流量演算装置。
The flow rate calculation device according to claim 1,
The coefficient calculation unit is configured to calculate the first coefficient from XF = ΔP / (P1−PV) where XF is the first coefficient, ΔP is the differential pressure, P1 is the first pressure, and PV is the saturated vapor pressure. A flow rate calculation device that calculates a coefficient of one.
請求項2記載の流量演算装置において、
前記弁開度に応じて設定された閾値を記憶する記憶部
をさらに備え、
前記判定部は、前記係数演算部により演算された前記第1の係数と、前記記憶部に記憶された閾値とを比較し、前記第1の係数が前記閾値以上の場合に前記調節弁を通過する流体の流れにおいてキャビテーション流れが支配的であると判定する
ことを特徴とする流量演算装置。
The flow rate calculation device according to claim 2,
A storage unit for storing a threshold value set according to the valve opening;
The determination unit compares the first coefficient calculated by the coefficient calculation unit with a threshold value stored in the storage unit, and passes the control valve when the first coefficient is equal to or greater than the threshold value. A flow rate calculation device characterized by determining that the cavitation flow is dominant in the flow of fluid.
請求項2記載の流量演算装置において、
前記流路を流れる流体の温度を取得する温度取得部と、
前記流体の温度毎の飽和蒸気圧を記憶した第3のテーブルと
をさらに備え、
前記係数演算部は、前記温度取得部により取得された前記流体の温度と、前記第3のテーブルとに基づいて導出した飽和蒸気圧を用いて、前記第1の係数を演算する
ことを特徴とする流量演算装置。
The flow rate calculation device according to claim 2,
A temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the fluid flowing through the flow path;
A third table storing a saturated vapor pressure for each temperature of the fluid, and
The coefficient calculation unit calculates the first coefficient using a saturated vapor pressure derived based on the temperature of the fluid acquired by the temperature acquisition unit and the third table. Flow rate calculation device.
流路に接続された調節弁を流れる流体の流量を演算する流量演算装置と、この流量演算装置により演算された前記流量が設定値に一致するよう前記調節弁の開度を制御する弁制御装置とを備えた流量制御装置であって、
前記流量演算装置は、請求項1乃至4の何れか1項に記載された流量演算装置からなる
ことを特徴とする流量制御装置。
A flow rate calculation device that calculates the flow rate of the fluid flowing through the control valve connected to the flow path, and a valve control device that controls the opening of the control valve so that the flow rate calculated by the flow rate calculation device matches a set value. A flow control device comprising:
The flow rate calculation device comprises the flow rate calculation device according to any one of claims 1 to 4.
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