JP2018523108A - 流量測定のためのパルス消去 - Google Patents

Abstract

本発明は、流体の質をサンプリングするためのサンプリング装置（１）に関し、流体が流れる流路（２）と、前記流路（２）に設けられ前記流路における圧力を検出するよう構成された圧力センサ（３）と、前記流路（２）において前記圧力センサ（３）の下流側又は上流側に設けられ、圧力の修正（ＰＭ）を引き起こすよう構成された膜（４）と、前記圧力センサ（３）及び前記膜（４）に結合されたコントロールユニット（６）と、を具える。このサンプリング装置は、前記コントロールユニット（６）が、前記検出される圧力が所定の圧力範囲を逸脱する場合に前記圧力の修正（ＰＭ）を引き起こすように前記膜（４）を動作させるよう構成されており、これにより、前記流路（２）における圧力の変動を和らげることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、あるエリアにおける流体中の物質の存在を検出するための流体検出装置の流量を制御及び／又は測定するための方法に関する。特に、本発明は、請求項１の導入部に規定された流体検出及び／又はモニタリング装置、及び請求項１３の導入部に規定されているように、あるエリアにおける流体中の物質の存在を検出するための方法に関する。

様々な汚染物質及び様々な分析法に関する流体のサンプリングシナリオにおいて、ガス又は液体のいずれかの流体が、通常、流体の汚染物質が捕捉されることによって検出及び／又はサンプリングされるサンプリング装置を通して取り出される。大部分のサンプリング装置は、サンプリング装備を通して流体を引くポンプに結合される。結果を定量化し得るために、サンプリング装備を通した流量を知ることが重要であり、サンプリングされる総量の正しい値を得ることができ、汚染物質の正しい濃度を計算できる。

しかしながら、サンプリング装備を通して流れを形成するよう使用されるポンプは、サンプルを通した層流を形成できない。全ての種類のポンプは、ガス及び液体を引く場合、変動を伴った不均一な流量を形成するという欠点がある。流体をサンプリングする膜ポンプ又は回転ポンプが多くの場合使用される。膜ポンプの場合、ポンプチャンバが膜又は複数の膜によって周期的に空となり、脈動流を形成する。回転ポンプの場合、流れがロータの動翼によって駆動され、各動翼に起因する脈動を有する流れを形成する。

ポンプハウジング内及び何らかの結合機器内の流路の構造もまた、脈動の存在に影響し、これを促す可能性がある。

したがって、例えば、大気汚染のサンプリング又は水質汚染のサンプリングのためのサンプリング装備を介した脈動する流量という課題を解決する改善されたサンプリング装備の必要性がある。

本発明の目的は、当技術分野の現状を改善し、上記の課題を解決し、例えばポンプの流量を、その能力の１％乃至１００％で動作し得るように制御及び／又はモニタリングするための改善された方法を提供することである。これら及び他の目的は、流体の質をサンプリングするためのサンプリング装置であって、流体が流れる流路と、前記流路に設けられ前記流路における圧力を検出するよう構成された圧力センサと、前記流路において前記圧力センサの下流側に設けられ、圧力の修正を引き起こすよう構成された膜と、前記圧力センサ及び前記膜に結合されたコントロールユニットとを具え、コントロールユニットが、検出される圧力が所定の圧力範囲を逸脱する場合に前記圧力の修正を引き起こすように前記膜を動作させるよう構成されており、これにより、前記流路における圧力の変動を和らげる、サンプリング装置によって達成される。

圧力の逸脱は、平均流量すなわち層流からの逸脱であると理解すべきである。圧力の逸脱は、例えば、サンプリング装備を通る流れに負わせるポンプの不良によって引き起こされる。圧力の修正は、圧力の逸脱が圧力の変動の逆となるような方法で圧力の逸脱に対応するよう構成される。独創的なサンプリング装置の使用によって、流量の変動が打ち消されて、流路を通る層流の流体流れが残り、流体サンプリングプロセスでより正確な測定がなされ得る。

流体は、前記サンプリング装置の前記流路に提供されるガス又は液体である。したがって、流体は、例えば労働環境の空気、環境状況の水、又は純度が重要でありそのような特定の状況で汚染物質を避けなければならない任意の他のガス又は液体といった前記サンプリング装置によって検査すべき何らかのガス又は液体である。

所定の圧力範囲は、膜によってなされる打ち消しのための閾値として機能する、前記圧力センサによって検出される所定時間周期にわたる平均圧力に基づいている。

本発明の一態様によれば、サンプリング装置の圧力センサは、示差熱質量流量センサである。

圧力センサとしての示差熱質量流量センサの使用は、示差熱質量流量センサは非常に迅速な検出器であるという事実で有利である。膜はほぼ即座に動作しなければならないため、迅速な検出器が重要である。示差質量流量センサは、正確な意味において圧力ではなく質量流量の変動を測定する。しかしながら、示差質量流量センサによって測定される質量流量は圧力に比例し、何らかの脈動の打ち消しのために膜にコントロールユニットを介して供給するのに十分である。

サンプリング装置のコントロールユニットに圧力センサからの測定値を処理するための時間を与えるために、圧力センサが膜の上流側に配置されるならば有利である。流れの速度に対応する時間遅延は、膜を動作させるための信号を送信するときに説明される。サンプリング装置の膜は、同様に、サンプリング装置によって形成される層流が層流が重要な場所で使用されるように、膜、吸収面、及び／又は衝撃面として流体流れ中の汚染物質を収集するためのサンプリング装備の上流側に配置されるべきである。

示差熱質量流量センサは、好適には、少なくとも、前記流路の内壁に配置された加熱素子と、前記加熱素子の流れ方向の上流側において流路の内壁に配置された少なくとも１の熱センサと、前記加熱素子の流れ方向の下流側において前記流路の内壁に配置された少なくとも１の熱センサとを具える。したがって、流れの温度が、温度センサの上流側で測定され、そして再び別の温度センサの下流側で測定される。したがって、示差質量流量センサのそばを流れる質量流量が、上流側の温度センサと下流側の温度センサとの間の温度差によって推定される。２つ以上の下流側の温度センサ及び／又は２つ以上の上流側の温度センサを有する場合、質量流量の測定が、流路中の現在の質量流量に関して最適な精度で最適化される。

膜は、好適には、前記コントロールユニットによって動作するよう構成された可撓部材である。例えば典型的な多孔質部材は、例えば永久磁石によって形成される磁場中に配置されたコイルによってダイナミックに駆動されるスピーカの膜である。膜は、
前記膜に取り付けられたコイルを具えて磁場中を移動するよう構成されたダイナミック型、
前記膜に電荷を与えて前記電荷の電位にしたがって静電場中を移動するよう構成される静電型、
前記膜に組み込まれた導電体又はコイルを具えて磁場中を移動するよう構成される静磁場型、
電流を流すときに前記膜がその形状を変化させる圧電結晶材料を具える圧電型、
前記膜にひだが付けられて、前記膜が磁場中に取り付けられ、電流に応じて開閉させられるハイル（Ｈｅｉｌ）エアモーショントランスデューサ型、
のうちのいずれかの型である。

本発明のさらなる態様によれば、サンプリング装置が、さらに、前記流路に前記流体の流れを形成するよう構成されたポンプを具える。

さらに、本発明は流体の質をサンプリングするための方法において、流路中の流体流れを準備するステップと、前記流路に提供される圧力センサで前記流路中の圧力を検出するステップと、前記流路の前記圧力センサの下流側に提供される膜で圧力の修正を引き起こすステップと、検出された前記圧力が所定の圧力範囲を逸脱するときに前記圧力の修正を引き起こすように、前記膜を動作させることで、前記流路における圧力の変動を和らげるステップと、を具える。

この独創的な方法は、独創的な装置に関連して上述した態様を含めることができ、同様な対応する利点を有することに注目すべきである。

一般に、特許請求の範囲に使用される全ての用語は、ここでそれ以外を明示的に規定しない限り、技術分野におけるその通常の意味にしたがって解釈すべきである。「１つの／１つの／その［要素、装置、部品、手段、ステップ、等］」への全ての言及は、それ以外を明示的に述べない限り、前記要素、装置、部品、手段、ステップ、等の少なくとも１つの例として言及するものとしてオープンに解釈すべきである。

本発明のさらなる課題とともに上記の課題、態様及び効果は、添付の図面と併用すると、本発明の好適な実施例の以下の具体的且つ非限定的な詳細な説明を参照することにより十分に理解されるであろう。

図１は、本発明に係るサンプリング装置の概略図である。 図２は、流量偏差の消失の原理を示す線図である。

図１は、本発明に係る流体の質をサンプリングするためのサンプリング装置１の概略図である。サンプリング装置は、流体が流れる（７、ＰＦ）流路２を具えている。圧力センサ３が流路２に設けられており、流路２における圧力を検出するよう構成されている。膜４が流路２における圧力センサ３の下流側に設けられており、矢印５で示すように圧力の修正を引き起こす。膜は、膜４とともに流路２における流体を移動させることによって、流路２における圧力の修正を引き起こすように移動し得る。膜が流路から離れるよう移動すると流路２内の圧力が低下し、膜が流路の中央に向かって移動すると流路２内の圧力が増加する。コントロールユニット６は、圧力センサ３及び膜４に接続されている。コントロールユニット６は、さらに、検出される圧力が所定の圧力範囲から逸脱すると圧力の修正を引き起こすように、膜４を動作させるよう構成されており、これにより、上記流路における圧力の変動を和らげて、脈動を除去する。これは、図２に示すように測定される圧力の逸脱／変動の逆である圧力の修正を膜に引き起こさせることによってなされる。

図２では、脈動流（ＰＦ）が、ｙ軸が流量でｘ軸が時間である図に示されている。圧力の修正（ＰＭ）は、脈動除去効果を形成して得られる変動の無い流れ（ＲＦ）をもたらす膜４によって引き起こされる。圧力の修正（ＰＭ）による正味の流れはゼロであり、これにより流路２を流れる平均流量に寄与せず又は影響しない。

圧力センサ３は、好適には、流路２の内壁８に設けられた加熱素子１１を具える示差熱質量流量センサであり、少なくとも１つの上流側の熱センサ１０が、加熱素子１１よりも流れ方向の上流側の流路の内壁８に配置されており、少なくとも１つの下流側熱センサ１２が、加熱素子１１よりも流れ方向７の下流側の流路の内壁に配置されている。

膜４は、コントロールユニット６によって動作するよう構成された可撓性要素である。膜４は、好適には拡声器型であり、上記膜４に取り付けられたコイル（図示せず）を具えたダイナミックスピーカであり、コイルは、磁石（図示せず）によって発生する磁場中を移動するよう構成され、磁石は、永久磁石又は電磁石のいずれかである。コントロールユニット６は、圧力センサ３から受け取った圧力信号を反転させて膜のコイルに送り、圧力センサによる測定値に対して膜が反転パルスを引き起こす。

サンプリング装置は、好適には、膜、吸収面、及び／又は衝突面といった流体中の汚染物質を採取するためのサンプリング装備（図示せず）をさらに具えている。サンプリング装備は、好適には、サンプリング装置によって形成される層流が層流を有することが重要である場所で使用されるように、膜の下流側に配置される。上記流路２中に流体の流れ（７、ＰＦ）を形成するよう構成されるポンプ（図示せず）が、この場合はサンプリング装備の下流側に配置される。

本発明の他の変形例を実施し、いくつかの例では、他の態様の対応する使用なしに、本発明のいくつかの態様を採用し得ることが理解できる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲と合致する方法で広く解釈される。

Claims (8)

1. 流量の変動及び質をサンプリングするためのサンプリング及び／又はモニタリング装置（１）であって、
   流体が流れる（７、ＰＦ）流路（２）と、
   前記流路（２）に設けられ前記流路（２）における圧力を検出するよう構成された圧力センサ（３）と、
   前記流路（２）において前記圧力センサ（３）の下流側又は上流側に設けられ、圧力の修正（ＰＭ）を引き起こすよう構成された膜（４）と、
   前記圧力センサ（３）及び前記膜（４）に結合されたコントロールユニット（６）と、
   を具えており、
   前記コントロールユニット（６）が、検出される圧力が所定の圧力範囲を逸脱する場合に前記圧力の修正（ＰＭ）を引き起こすように前記膜（４）を動作させるよう構成されており、これにより、前記流路（２）における圧力の変動を最小限にし又は和らげることを特徴とするサンプリング及び／又はモニタリング装置（１）。
2. 請求項１に記載のサンプリング及び／又はモニタリング装置（１）において、
   前記所定の圧力範囲が、所定の時間周期における前記圧力センサ（３）によって検出される平均圧力に基づいていることを特徴とするサンプリング及び／又はモニタリング装置（１）。
3. 請求項１又は２に記載のサンプリング及び／又はモニタリング装置（１）において、
   前記圧力センサ（３）が、示差熱質量流量センサ（３）であることを特徴とするサンプリング及び／又はモニタリング装置（１）。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサンプリング及び／又はモニタリング装置（１）において、前記示差熱質量流量センサ（３）が、
   前記流路（２）の内壁に配置された加熱素子（１１）と、
   前記加熱素子（１１）の流れ方向の上流側において前記流路（２）の前記内壁（８）に配置された少なくとも１の熱センサ（１０）と、
   前記加熱素子（１１）の流れ方向の下流側において前記流路（２）の前記内壁（８）に配置された少なくとも１の熱センサ（１２）と、
   を具えることを特徴とするサンプリング及び／又はモニタリング装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のサンプリング及び／又はモニタリング装置（１）において、
   前記膜（４）が、前記コントロールユニット（６）によって動作するよう構成された可撓部材であることを特徴とするサンプリング及び／又はモニタリング装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のサンプリング及び／又はモニタリング装置（１）において、前記膜（４）が、例えば、
   前記膜に取り付けられたコイルを具えて磁場中を移動するよう構成されたダイナミック型、
   前記膜に電荷を与えて前記電荷の電位にしたがって静電場中を移動するよう構成される静電型、
   前記膜に組み込まれた導電体又はコイルを具えて磁場中を移動するよう構成される静磁場型、
   電流を流すときに前記膜がその形状を変化させる圧電結晶材料を具える圧電型、
   前記膜にひだが付けられて、前記膜が磁場中に取り付けられ、電流に応じて開閉させられるハイル（Ｈｅｉｌ）エアモーショントランスデューサ型、
   前記膜が機械式モータによって制御されて各回転が一定間隔の周期脈動流に同期する機械型、
   のうちのいずれかの型であることを特徴とするサンプリング及び／又はモニタリング装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のサンプリング及び／又はモニタリング装置（１）において、
   さらに、前記流路（２）に前記流体の流れ（７、ＰＦ）を形成するよう構成されたポンプを具えることを特徴とするサンプリング及び／又はモニタリング装置。
8. 流量の変動及び／又は流体の質をサンプリング及び／又はモニタリングするための方法において、
   流路（２）中の流体流れ（７、ＰＦ）を準備するステップと、
   前記流路（２）に提供される圧力センサ（３）で前記流体（２）中の圧力を検出するステップと、
   前記流路の前記圧力センサ（３）の下流側又は上流側に提供される膜（４）で圧力の修正（ＰＭ）を引き起こすステップと、
   検出された前記圧力が所定の圧力範囲を逸脱するときに前記圧力の修正（ＰＭ）を引き起こすように、前記膜（４）を動作させることで、前記流路（２）における流量の変動及び／又は圧力の変動を最小限にし又は和らげるステップと、
   を具えることを特徴とする方法。

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