JP2014153300A - 気体流量計用計測方法および計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏流防止装置として簡単な整流装置を用いても効率よく正確な計測を実現できる気体流量計用計測方法および計測装置を提供することにある。
【解決手段】整流装置２０を有し気体流量計Ｅの校正または検査を実施する第１測定器２、この第１測定器２に連接され、整流装置２０を有し気体流量計Ｅの検査または校正を実施する第２測定器３、およびこれらの両測定器２、３に対し一方の測定器２から他方の測定器３へと共通の基準流量を供給する基準流量供給装置４からなる連続測定装置１を備え、一方の測定器２で気体流量計Ｅの特性値を校正した後、この校正結果に基づき気体流量計Ｅの特性値を調整し、この調整結果に基づく気体流量計Ｅの特性値を他方の測定器３で検査することにより、校正用と検査用とに基準流量を共通使用することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、内燃機関の吸入空気量を測定する空気流量測定装置として用いられる気体流量計の特性を計測するための方法および装置に関し、さらに詳しくは、気体流量計に対しその特性値を校正手段と検査手段の２段階にわたって調整・検査するための計測方法および計測装置に関するものである。

〔従来の技術〕
従来より、この種の計測方法および計測装置としては、ソニックノズル方式が専ら採用されている。
このソニックノズル方式は、図４に示すように、測定管１０１の一端側に、ベンチュリー形状のソニックノズル１０２および真空ポンプ１０３からなる基準流量供給手段１０４を備えた計測装置１００を用い、測定管１０１には他端側から基準流量を導入して、測定管１０１に設置した気体流量計Ｅの特性値を計測するものである。
そして、気体流量計Ｅの特性値を上記計測装置１００によって具体的に計測するに際しては、第１回目の計測で校正（「較正」とも称されている。）を行い、その校正結果に基づいて気体流量計Ｅの特性値の調整（ＲＯＭへの書き込みや抵抗値のトリミング等）を実施した後、第２回目の計測を行うことにより、調整後の特性値が正確であるか否かの合否を検査する、という校正手段と検査手段の２段階にわたって気体流量計Ｅの特性値の計測を実施していた。

〔従来技術の問題点〕
しかしながら、上述の方式では、一台の計測装置１００で２度計測を行わなければならず、しかも、測定管１０１の他端側から導入する基準流量の流れに偏流が生じる恐れがあり、都度計測条件が異なることになる。そのため、煩雑で正確性に欠ける計測手法となっており、改善策が待望されている。
なお、偏流を取り除く手段としては例えば特許文献１に記載のごとき偏流防止装置（整流装置の一種）が提案されていることから、かかる偏流防止装置を測定管１０１の他端側に装着することが考えられる。

ところが、上記偏流防止装置を採用しただけでは２度計測の煩雑さは解消されず、上記偏流防止装置も大型で必ずしも充分な偏流防止機能（整流機能）が発揮されず、計測装置自体の構成についても一層の改善が望まれている。

特開２００４−３６７８４号公報

本発明者らは、かかる問題を究明すべく、種々の実験・研究を重ねた結果、校正用と検査用とに共通使用する基準流量を生成し、かかる基準流量のもとで、校正専用・検査専用の計測を実施することで、効率よく正確な計測を実現できることを確認した。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、偏流防止装置として簡単な整流装置を用いても効率よく正確な計測を実現できる気体流量計用計測方法を提供することにある。
また、本発明は、上記計測方法を実施するのに好適な気体流量計用計測装置を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明（計測方法）は、測定対象の気体流量計に対しその特性値を校正と検査の２段階にわたって調整・検査するための計測方法であって、整流機能を有する第１の測定手段、この第１の測定手段の出口側に連接され、整流機能を有する第２の測定手段、および第１および第２の両測定手段に対し一方の測定手段から他方の測定手段へと共通の基準流量を供給する基準流量供給手段からなる連続測定手段を備え、一方の測定手段で気体流量計の特性値を校正した後、この校正結果に基づき気体流量計の特性値を調整し、この調整結果に基づく気体流量計の特性値を他方の測定手段で検査することを特徴としている。

上記構成の本発明方法によれば、校正用と検査用とに共通使用する基準流量のもとで、校正専用・検査専用の計測を実施することができるため、気体流量計に対して効率よく正確な計測を実施することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の発明（計測装置）は、測定対象の気体流量計に対しその特性値を校正と検査の２段階にわたって調整・検査するための計測装置であって、整流装置を有し気体流量計の校正または検査を実施する第１測定器、この第１測定器に連接され、整流装置を有し気体流量計の検査または校正を実施する第２測定器、およびこれらの両測定器に対し一方の測定器から他方の測定器へと共通の基準流量を供給する基準流量供給装置からなる連続測定装置を備え、各測定器の整流装置は、基準流量の流れ方向の上流側に配置された多孔板およびその下流側に配置されたハニカム構造体を有しており、気体流量計は、ハニカム構造体を経由した基準流量で計測されることを特徴としている。

上記構成の本発明装置によれば、コンパクトで圧力損失が小さい整流装置によって計測に相応しい基準流量を形成することができるため、第１測定器および第２測定器を全長の短い小型の構造とし、かつ、基準流量供給装置としても小型のものを採用しながら、気体流量計に対して良好な計測を実施することができる。

本発明の計測方法および計測装置の全体構成の説明に供する模式的部分断面図である（実施例）。 図１に示す計測装置における測定器の外観図である（実施例）。 図２に示す測定器の分解拡大断面図である（実施例）。 従来の計測方式の説明に供する模式的部分断面図である（従来例）。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例にしたがって詳細に説明する。

本実施例は、本発明の計測方法および計測装置を、測定対象となる気体流量計の代表例として、内燃機関の吸入空気量を測定する空気流量測定装置（エアフロメータ）への適用例で示しており、以下の説明では、まず、本発明の計測方法および計測装置の基本構成を概説したのち、本発明の特徴点および作用効果について順次説明する。なお、以下の説明においては、基準流量を形成するために用いられる基準用気体およびその流れを、単に“気体”および“気流”あるいは“空気”および“空気流”と呼称することがあるが、すべて同意語である。また、各図において、基準用気体の流れは川上側（図示左側）を“上流”、川下側（図示右側）を“下流”と称することとする。

［実施例の構成］
まず、本発明の計測方法および計測装置の基本構成を図１に基づいて説明する。

測定対象となる気体流量計Ｅは、空気流量測定装置（エアフロメータ）の場合、内燃機関への吸入空気量を測定するにあたり、吸気管（配管）に配設されて当該配管中央の局所領域を通過する空気の流量を測定し、その値を基にして内燃機関へ供給される吸入空気量を演算して出力するものであって、この出力の値、つまり特性値を、計測装置Ｍによって校正と検査の２段階にわたって計測し、気体流量計Ｅに対して必要な特性値の調整を施すと共に、その調整結果の合否を検査（判定）するものである。

本実施形態に係る計測装置Ｍは、測定器として、連続測定装置１を複数段〔（ア）、（イ）〜（オ）＜ただし、（オ）は任意数＞の段数〕備えているものである。この段数は、測定対象の気体流量計Ｅに対し、その特性値を幾つのポイントで計測する必要があるのか、という必要計測ポイントの数に応じて適宜設定されるものである。

各段の連続測定装置１は、全体として、第１測定器２、第２測定器３、および基準流量供給装置４の３つの主要構成要素から構成されている。
第１測定器２および第２測定器３は、それぞれ一端側に入口管２ａ、３ａ、他端側に出口管２ｂ、３ｂを有しており、第１測定器２の出口管２ｂと第２測定器３の入口管３ａとが連接され、第２測定器３の出口管３ｂに基準流量供給装置４が接続されている。
そして、第１測定器２および第２測定器３には、その出口管２ｂ、３ｂに気体流量計Ｅが配置される。したがって、当該出口管２ｂ、３ｂが測定管をなしている。

基準流量供給装置４は、例えば真空ポンプおよびソニックノズルからなり、基準流量を生成・供給するものであって、連続測定装置１に対し白抜き矢印のごとく左から右へと基準用の気体（空気）を流通させる。したがって、各段の連続測定装置１においては、第１測定器２から第２測定器３へと順次共通（同一）の基準流量が供給されることになる。
なお、各段で使用される基準流量は、気体流量計Ｅにおける計測ポイントの特性値に合わせて、例えば、上段から下段にかけて、段々大きくなる基準流量（Ｎｏ.１、Ｎｏ.２〜Ｎｏ.Ｘ）に設定されている。

各段の連続測定装置１は、実質的に同一構成の第１測定器２および第２測定器３を備えている。
第１測定器２および第２測定器３の基本構成は、図２に示す通りで、一端側の入口管２ａ、３ａと他端側の出口管２ｂ、３ｂとの間に、一対のベルマウス１０、１１とこの一対のベルマウス１０、１１にて挟持される整流装置２０とを具有している。
一対のベルマウス１０、１１は、小径の入口管２ａ、３ａおよび出口管２ｂ、３ｂと大径の整流装置２０とを流路面積が円滑に連なるように連接するためのもので、入口管２ａ、３ａ側に位置する一方のベルマウス１０は上流側に向かって縮径形状を呈するラッパ型の拡大管をなしているのに対し、出口管２ｂ、３ｂ側に位置する他方のベルマウス１１は逆に下流側に向かって縮径形状を呈するラッパ型の縮小管をなしている。
なお、整流装置２０の具体的な構造の子細については後述するが、整流装置２０は、基準用気体の偏流を抑制するための偏流防止装置である。

［実施例の作用効果］
次に、上記構成の計測装置Ｍにおいて、気体流量計Ｅに実施する計測、つまり『校正工程』、『調整工程』および『検査工程』の手順を説明する。

本実施例の計測装置Ｍにおいては、図１に太線矢印の流れで示すように、左側から右側へ「計測開始」→「校正」→「調整」→「検査」→「計測終了」の手順で気体流量計Ｅの特性値の計測を行っていくため、各段の連続測定装置１において、左側（上流側）で『校正工程』が実施され、右側（下流側）で『検査工程』が実施される配置となっている。
したがって、気体流量計Ｅは、まず、『校正工程』において、各段の第１測定器２を（ア）〜（オ）まで上段から下段へと順次経由することにより各計測ポイントでの「校正」が実施され、その校正結果に基づいて続く『調整工程』で各計測ポイントでの特性値に対する必要な「調整」が行われる。この「調整」は、ＲＯＭへの書き込みや抵抗値のトリミング等によって気体流量計Ｅの特性値を調整する作業内容で、一般的に採用されている周知の手法である。
次いで、『検査工程』では、逆に（オ）〜（ア）の下段から上段まで、各段の第２測定器３を順次経由して各計測ポイントでの「検査」が実施され、調整後の特性値の確認（合否判定）がなされる。

上記のように、気体流量計Ｅは、各段の連続測定装置１において、同一の基準流量の下で「校正」と「検査」が実施される。

ところで、上記の『校正工程』および『検査工程』において、各段の連続測定装置１に供給される基準用気体の流れ（空気流）には、図１に流速分布で示すごとき偏流Ａ、Ｃが生じるが、第１測定器２および第２測定器３は整流装置２０を有しており、かかる偏流Ａ、Ｃの影響を軽減できる。
まず、『校正工程』において、第１測定器２の入口管２ａに導入される気流は偏流Ａを伴なっているが、第１測定器２の整流装置２０によって偏流成分が除去され整流Ｂとなって出口管（測定管）２ｂに供給される。このため，出口管（測定管）２ｂでは、気体流量計Ｅに対し、偏流Ａの影響を受けることのない良好な「校正」が実施される。
また、『検査工程』においては、前工程の『校正工程』において気体流量計Ｅを通過することにより流れが乱れることになるため、第２測定器３の入口管３ａに導入される気体にも偏流Ｃが含まれることになる。第２測定器３においても、整流装置２０によって偏流成分が除去され整流Ｄとなって出口管（測定管）３ｂに供給される。このため，出口管（測定管）３ｂでは、気体流量計Ｅに対し、偏流Ｃの影響を受けることのない良好な「検査」が実施される。

かくして、同一の基準流量を使用するため、簡単な整流装置２０を用いて「校正」および「検査」を効率よく実施することができる。したがって、気体流量計Ｅの計測の生産性を向上することができる。
なお、気体流量計Ｅの出口管（測定管）２ｂ、３ｂへの着脱は、図示を省略しているが自動的に行えることは言うまでもなく、気体流量計Ｅの計測工程を一連の自動化ラインとして構築することができる。

［実施例の装置としての特徴点］
次に、本実施例における計測装置Ｍの特筆すべき事項について説明する。

上述のごとく、気体流量計Ｅの上流に整流機能を付与するにあたり、整流装置２０として、一般的な整流器（例えば、オリフィスプレートや衝突板とパンチングメタル）を配置することで偏流を抑制する方法（特許文献１参照）も考えられる。
しかしながら、かくした場合、整流器自体の圧力損失が大きいため、基準流量供給装置４への負荷が増大し、より強力な基準流量供給装置４が必要になる（懸念点１）。また、対象とする流量レンジが広い場合には、対象とする流量レンジを決め、そのレンジ毎に整流器の形状を最適化しなければならない（懸念点２）。

これらの懸念点を払拭すべく探究したところ、懸念点１は、整流器自体の圧力損失をできるだけ小さくすることで解消し、懸念点２は、整流器自体の圧力損失を小さくしながらも整流性能さえ確保できれば、最大流量の下で偏流を抑制できる整流器を他の流量レンジにおいても適用可能である点に着目した。

そこで、本実施例では、整流機能（整流装置２０）を有する第１測定器２および第２測定器３に次のような具体策が講じられている。
図３において、一対のベルマウス１０、１１によって挟持する整流装置２０には、中空円筒状の筐体２１内に、その一端（入口側）から他端（出口側）に向かって、第１パンチングメタル（多孔板）２２、第２パンチングメタル（多孔板）２３、およびハニカム構造体２４が順次配設されている。なお、筐体２１は、組付けの関係上３分割されており、各分割筒２１ａ、２１ｂ、２１ｃに第１パンチングメタル２２、第２パンチングメタル２３、ハニカム構造体２４が収納されている。

このようにして、上流側配管（入口管２ａ、３ａ）に配置した拡大管（ベルマウス１０）によって配管径を一旦拡大し、その後方に２枚の多孔板（パンチングメタル２１、２２）とハニカム構造体２３を設置し、下流側配管（測定管；出口管２ｂ、３ｂ）に配置した縮小管（ベルマウス１１）によって配管径を元に戻して、偏流が除去された整流状態の基準用気体を気体流量計Ｅに導く構成になっている。

〔実施例の装置としての作用・効果〕
上記構成からなる第１測定器２および第２測定器３における構成要素別の作用効果は、次の通りである。
（１）拡大管（ベルマウス１０）；配管径を拡大させることで流速を低減させることができる。この流速を低減させることで後方に配置する多孔板（パンチングメタル２２、２３）をより圧力損失の小さなものとすることができる。
（２）多孔板（パンチングメタル２２、２３）；２枚のパンチングメタル２２、２３のそれぞれに役割を持たせることで、トータルでの圧力損失を低減することができる。
すなわち、１枚目（第１パンチングメタル２２）では、偏流の方向成分を整える機能（整流機能）に優れていると称されている、板厚と孔径の比が０．８を有するパンチングプレートを採用し、２枚目（第２パンチングメタル２３）では、流速分布を平坦化できる最適の板厚、孔径、ピッチを実験にて決定するわけである。
（３）ハニカム構造体２３；単位表面積あたりの孔面積を最大限に確保することができ、圧力損失をさほど招くことなく流速分布を平坦化できる最適長を選定することができる。
（４）縮小管（ベルマウス１１）；元の配管径に戻し、偏流を抑制させた最終的な流速分布を形成する。

かくして、第１測定器２および第２測定器３には全長の短いコンパクトな構造のものを用いることができ、かつ、基準流量供給装置４としても小型のものを用いることができるため、全体としてコンパクトな計測装置Ｍで、気体流量計Ｅに対して良好な「校正」・「検査」を実施することができる。

〔変形例〕
以上、本発明の計測方法および計測装置を一実施例について詳述してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変形することが可能であり、その変形例のいくつかを例示する。

（１）図１においては、各段の連続測定装置１において、第１測定器２を校正用、第２測定器３を検査用として用い、上流側から下流側にかけて、「校正」→「調整」→「検査」の手順で気体流量計Ｅの特性値の計測が実施される例を説明したが、全く逆に、第１測定器２を検査用、第２測定器３を校正用として用い、下流側から上流側にかけて、「校正」→「調整」→「検査」の手順で気体流量計Ｅの特性値の計測が実施されるようにしても良い。
（２）また、図１の実施例および上記変形例（１）では、校正用を（ア）→（オ）の順とし、検査用を（オ）→（ア）の順にして相互に逆方向の計測ポイントから計測が実施されるような流れ作業の手順としたが、例えば、図１において、検査用の手順を校正用と同じく（ア）→（オ）の順にし、順方向の計測ポイントから計測が実施されるようにすることもできる。
（３）なお、気体流量計Ｅの特性値の計測ポイントが１点の場合には、１段の連続測定装置１だけで計測装置Ｍを構成しても良いことは勿論である。

（４）また、図３に示す整流装置２０では、中空円筒状の筐体２１として３分割のものを採用しているが、パンチングメタル２２、２３の枚数、ハニカム構造体２４の構造等によっては筐体２１の分割数を増減したり、無分割構造とすることも可能である。もっとも、要求される整流機能によっては、第１パンチングメタル２２とハニカム構造体２４との組み合わせ構成にしたり、ハニカム構造体２４を省略してパンチングメタルのみで構成する等、種々な組合わせ構成の整流装置２０を採用することができる。

（５）また、図３に示す構成を備える測定器（２、３）は、上述のごとくコンパクトで計測に相応しい基準流量を形成することができるため、１台の測定器を単独で用いて、測定対象の気体流量計Ｅに対しその特性値を計測するための計測装置Ｍとして活用することもできる。
つまり、図３に示す測定器２を１台単独で用い、この測定器２の出口管２ｂに基準流量を供給する基準流量供給装置４を直接連接することにより、入口管２ａからベルマウス（拡大管）１０を介して流入し整流装置２０で整流されベルマウス（縮小管）１１を介して出口管２ｂへ流出する基準流量によって気体流量計Ｅの特性値を計測することができる。

（６）本実施例で使用した用語について、「パンチングメタル」とは板材に多数の小孔を空けた所謂多孔板の総称であり、具体的な板素材としては、アルミ・銅・ステンレス等の金属のほかに、プラスチックのごとき非金属など種々な材質のものを用いることができる。また、「ハニカム構造体」とは、広義の“蜂の巣構造”の総称であり、孔形状は正六角形に限るものでないことは勿論である。

以上の実施形態では、本発明を、測定対象となる気体流量計の代表例として、内燃機関の吸入空気量を測定する空気流量測定装置（エアフロメータ）への適用例について説明したが、空気以外の気体を含め、気体の流量を測定するために使用される、所謂気体流量計と呼称される計器に対し、本発明を適用しその特性値を計測することにより、同様の効果を得ることができる。

Ｅ…気体流量計、Ｍ…計測装置、１…連続測定装置（連続測定手段）、２…第１測定器（第１の測定手段）、３…第２測定器（第２の測定手段）、４…基準流量供給装置（基準流量供給手段）、２０…整流装置（整流機能）、２２…第１パンチングメタル（多孔板）、２３…第２パンチングメタル（多孔板）、２４…ハニカム構造体。

Claims (5)

1. 測定対象の気体流量計（Ｅ）に対しその特性値を校正と検査の２段階にわたって調整・検査するための計測方法であって、
   整流機能（２０）を有する第１の測定手段（２）、この第１の測定手段（２）の出口側に連接され、整流機能（２０）を有する第２の測定手段（３）、および前記両測定手段（２、３）に対し一方の測定手段（２）から他方の測定手段（３）へと共通の基準流量を供給する基準流量供給手段（４）からなる連続測定手段（１）を備え、
   一方の前記測定手段（２）で前記気体流量計（Ｅ）の特性値を校正した後、
   この校正結果に基づき前記気体流量計（Ｅ）の特性値を調整し、
   この調整結果に基づく前記気体流量計（Ｅ）の特性値を他方の前記測定手段（３）で検査することを特徴とする気体流量計用計測方法。
2. 請求項１に記載の気体流量計用計測方法において、
   前記連続測定手段（１）を複数段備え、
   各段で前記気体流量計（Ｅ）の特性値を段階的に計測していくことを特徴とする気体流量計用計測方法。
3. 測定対象の気体流量計（Ｅ）に対しその特性値を校正と検査の２段階にわたって調整・検査するための計測装置（Ｍ）であって、
   整流装置（２０）を有し前記気体流量計（Ｅ）の校正または検査を実施する第１測定器（２）、この第１測定器（２）に連接され、整流装置（２０）を有し検査または校正を実施する第２測定器（３）、および前記両測定器（２、３）に対し一方の測定器（２）から他方の測定器（３）へと共通の基準流量を供給する基準流量供給装置（４）からなる連続測定装置（１）を備え、
   前記第１測定器（２）および第２測定器（３）の整流装置（２０）は、基準流量の流れ方向の上流側に多孔板（２１、２２）、その下流側にハニカム構造体（２３）をそれぞれ配置して構成されており、
   前記気体流量計（Ｅ）は、前記ハニカム構造体（２３）を経由した基準流量で計測されることを特徴とする気体流量計用計測装置。
4. 請求項３に記載の気体流量計用計測装置において、
   前記整流装置（２０）には、前記多孔板（２１、２２）の上流側に上流に向かって縮径形状を呈する拡大管（１０）、前記ハニカム構造体（２４）の下流側に下流に向かって縮径形状を呈する縮小管（１１）をそれぞれ配置することを特徴とする気体流量計用計測装置。
5. 測定対象の気体流量計（Ｅ）に対しその特性値を計測するための計測装置（Ｍ）であって、
   整流装置（２０）を有し、前記気体流量計（Ｅ）の計測を実施する測定器（２、３）と、この測定器（２、３）に連接され、前記測定器（２、３）に基準流量を供給する基準流量供給装置（４）とを備え、
   前記整流装置（２０）は、基準流量の流れ方向の上流側に多孔板（２１、２２）、その下流側にハニカム構造体（２３）をそれぞれ配置して構成されており、かつ、
   前記整流装置（２０）には、前記多孔板（２１、２２）の上流側に上流に向かって縮径形状を呈する拡大管（１０）、前記ハニカム構造体（２４）の下流側に下流に向かって縮径形状を呈する縮小管（１１）がそれぞれ配置されており、
   前記気体流量計（Ｅ）は、前記縮小管（１１）を経由した基準流量で計測されることを特徴とする気体流量計用計測装置。

Images