JP3501971B2 - 流体消費量測定方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体機器における
圧縮空気等の流体の消費量を測定する流体消費量測定方
法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】製造工程等において、流体機器が広範に
使用されている。流体機器は、通常、動作の停止中は圧
力流体を消費しないように構成されているが、配管やパ
ッキンの損傷等により圧力流体が漏洩することがある。

【０００３】従来、このような圧力流体の漏洩による消
費量を測定するために、流量測定装置が使用されてい
る。この流量測定装置としては、例えば、差圧流量計、
超音波流量計、タービン流量計、熱線式流量計、オリフ
ィス式流量計、フロート式流量計等がある。

【０００４】ここで、差圧流量計を用いて圧力流体の消
費量を測定する場合について説明すると、この流量測定
装置１０は、図８に示すように、流体圧システム１１を
構成する圧力流体供給源１２と被測定物である流体機器
１４との間に配設され、既知の有効断面積を有する絞り
１６を備える。絞り１６の上流側および下流側には圧力
計１８、２０がそれぞれ接続される。なお、流体機器１
４中に配設される絞り２２を通過する圧力流体の量は、
流体機器１４によって消費される圧力流体の消費量に対
応する。

【０００５】流体機器１４によって消費される圧力流体
の消費量を測定する場合、先ず、圧力流体供給源１２を
付勢し、絞り１６を介して流体機器１４に圧力流体を供
給する。このとき、下流側の圧力計２０によって測定さ
れる圧力流体の圧力は、流体機器１４の絞り２２の有効
断面積に反比例する。また、流体機器１４に流れる圧力
流体は全て絞り１６を通って供給されるため、絞り１６
を流れる圧力流体の流量は流体機器１４に供給される圧
力流体の流量に等しい。

【０００６】そこで、圧力計１８、２０によってそれぞ
れ測定された圧力流体の圧力と絞り１６の有効断面積と
から絞り１６に流れる圧力流体の流量を求め、この流量
と下流側の圧力計２０によって測定された圧力流体の圧
力とから絞り２２の有効断面積を求め、絞り２２の前記
有効断面積と上流側の圧力計１８によって測定された圧
力流体の圧力とから、流体機器１４の絞り２２を流れる
圧力流体の流量、すなわち消費量を求めることができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような流量測定装置１０を用いて漏洩による消費量を測
定することは、相当に困難である。すなわち、流体機器
１４の消費量を高精度に測定するためには、その消費量
の程度に応じた測定レンジを有する流量測定装置１０を
選択しなければならないが、通常、測定しようとする流
体の漏洩による消費量の程度はわからないからである。

【０００８】このため、最適な測定レンジを有する流量
測定装置１０を選択すべく、測定レンジの異なる複数の
流量測定装置１０から選択した１つを流体圧システム１
１に対して試行錯誤しながら着脱することも考えられる
が、着脱作業が非常に煩雑であり、また、このような流
量測定装置１０自体が相当に高価なものであるため、あ
まり現実的な方法とは言えない。

【０００９】さらに、図８に示すように、流量測定装置
１０を、流体圧システム１１を構成する流体機器１４の
前段に直列に接続し、前記流体機器１４による消費量を
測定するように構成した場合、例えば、少ない消費量を
高精度に測定するためには流量測定装置１０の絞り１６
の有効断面積を小さく設定する必要があり、この結果、
圧力流体の流動抵抗が大きく、従って、消費量の測定
後、このような流量測定装置１０を装着したままで流体
機器１４に所定量の圧力流体を供給して駆動させること
が困難となってしまう。

【００１０】なお、図９に示すように、圧力流体供給源
１２と流体機器１４との間にストップバルブ２４を設
け、このストップバルブ２４の前後間にストップバルブ
２６、流量測定装置１０およびストップバルブ２８から
なるバイパスを設けるように構成すると、ストップバル
ブ２４、２６、２８を切り換えることにより、消費量の
測定時には流量測定装置１０を介して流体機器１４に圧
力流体を供給することができる一方、流体機器１４の駆
動時には流量測定装置１０を装着したままで所定量の圧
力流体を流体機器１４に直接供給することができる。

【００１１】しかしながら、この場合においても、高精
度な消費量の測定を行うためには、最適な測定レンジの
流量測定装置１０を選択する作業を要するため、前記の
問題を解決できるものとはならない。

【００１２】本発明は前記の課題を解決すべくなされた
ものであって、流体圧システムへの取り付け、取り外し
等の作業が容易で、圧力流体の漏洩等による消費量を容
易に測定することができ、しかも、消費量の測定レンジ
によらず高精度な測定が可能な流体消費量測定方法およ
びその装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、圧力流体供給源にストップバルブを介
して接続された流体機器における圧力流体の消費量を測
定する方法であって、前記ストップバルブを全開にし、
該ストップバルブの下流側の圧力値Ｐ₁ を測定する第１
工程と、前記ストップバルブの開度を調整し該ストップ
バルブを流れる圧力流体の流速を音速に設定したときの
該ストップバルブの下流側の圧力値Ｐ₂ を測定するとと
もに、前記ストップバルブの下流側に既知の有効断面積
Ｓ_n を有するノズルを接続し、前記ノズルから圧力流体
の一部を放出したときの前記ストップバルブの下流側の
圧力値Ｐ₃ を測定する第２工程と、前記測定された圧力
値Ｐ₂ 、Ｐ₃ と、前記ノズルの有効断面積Ｓ_n とを用い
て前記流体機器の流路の有効断面積Ｓを演算し、前記演
算された流体機器の流路の有効断面積Ｓと前記測定され
た圧力値Ｐ₁ とから、前記流体機器における圧力流体の
消費量Ｑを演算する第３工程と、を有することを特徴と
する。

【００１４】本発明によれば、流体機器における消費量
の測定レンジが不明の場合であっても、ストップバルブ
の下流側の圧力値Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ をそれぞれ測定して
演算することにより、流体機器に流れる圧力流体の消費
量を簡便に測定することができる。

【００１５】この場合、前記第２工程では、前記圧力値
Ｐ₁ と前記圧力値Ｐ₂ とが、 （Ｐ₂ ＋Ｐ₀ ）／（Ｐ₁ ＋Ｐ₀ ）≦０．５２８３ （但し、Ｐ₀ ：大気圧） となるように前記ストップバルブの開度を調整すると、
容易に該ストップバルブを流通する圧力流体の流速を音
速にすることができ、好適である。

【００１６】また、前記第３工程では、前記流体機器の
流路の有効断面積Ｓを、 Ｓ＝Ｓ_n ×（Ｐ₃ ＋Ｐ₀ ）／（Ｐ₂ −Ｐ₃ ） （但し、Ｐ₀ ：大気圧、Ｐ₂ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 、Ｐ₃ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、Ｐ₂ ≠
Ｐ₃ ） または、 Ｓ＝２×Ｓ_n ×√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）／｛Ｐ₂ ＋Ｐ₀ −２×
√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）｝ （但し、Ｐ₂ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、Ｐ₃ ＜
０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） あるいは、 Ｓ＝Ｓ_n ×√（Ｐ₃ ）／｛√（Ｐ₂ ）−√（Ｐ₃ ）｝ （但し、Ｐ₂ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、Ｐ₃ ＜
０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、√（Ｐ₂ ）≠√
（Ｐ₃ ）） として求めることができる。

【００１７】さらにまた、前記第３工程では、前記流体
機器に流れる圧力流体の消費量Ｑを、 Ｑ＝１１．１×Ｓ×（Ｐ₁ ＋Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２
７３＋θ）｝ （但し、θ：圧力流体の温度、Ｐ₁ ≧０．９２２３ｋｇ
ｆ／ｃｍ² ） または、 Ｑ＝２２．２×Ｓ×√（Ｐ₁ ×Ｐ₀ ）×√｛２７３／
（２７３＋θ）｝ （但し、Ｐ₁ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） として求めることができる。

【００１８】なお、前記圧力値Ｐ₂ と前記圧力値Ｐ₃ と
は、いずれを先に求めてもよく、また、ストップバルブ
の下流側の圧力値Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ をそれぞれ測定する
際、予め、有効断面積が既知の他のバルブを介して圧力
流体の一部を強制的に大気中に放出させておくことによ
り、圧力降下が大きくなり測定時間が短縮される。

【００１９】また、本発明は、圧力流体供給源にストッ
プバルブを介して接続された流体機器における圧力流体
の消費量を測定する流体消費量測定装置において、前記
ストップバルブの下流側に接続され、管路を流通する圧
力流体の圧力を検出する圧力検出部材と、前記ストップ
バルブの下流側に接続されるオン／オフ弁と、前記オン
／オフ弁の下流側に接続され、既知の有効断面積Ｓ_n を
有するノズルと、前記圧力検出部材により測定された圧
力値と前記有効断面積Ｓ_n とを用いて、前記流体機器に
おける圧力流体の消費量Ｑを演算して求める演算部と、
を備えることを特徴とする。

【００２０】本発明によれば、流体消費量測定装置を圧
力流体供給源から流体機器までの配管の途中に設ける必
要がないため、流体消費量測定装置の取り付け、取り外
しが容易となる。

【００２１】この場合、前記演算部は、前記オン／オフ
弁をオフにした状態において前記ストップバルブを流れ
る圧力流体の流速を音速に設定したときの該ストップバ
ルブの下流側に供給され前記圧力検出部材によって測定
される圧力流体の圧力値をＰ ₂ 、前記オン／オフ弁をオ
ンにした状態において前記ストップバルブの下流側に供
給され前記圧力検出部材によって測定される圧力流体の
圧力値をＰ₃ とすると、前記流体機器の流路の有効断面
積Ｓを、 Ｓ＝Ｓ_n ×（Ｐ₃ ＋Ｐ₀ ）／（Ｐ₂ −Ｐ₃ ） （但し、Ｐ₀ ：大気圧、Ｐ₂ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 、Ｐ₃ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、Ｐ₂ ≠
Ｐ₃ ） または、 Ｓ＝２×Ｓ_n ×√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）／｛Ｐ₂ ＋Ｐ₀ −２×
√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）｝ （但し、Ｐ₂ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、Ｐ₃ ＜
０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） あるいは、 Ｓ＝Ｓ_n ×√（Ｐ₃ ）／｛√（Ｐ₂ ）−√（Ｐ₃ ）｝ （但し、Ｐ₂ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、Ｐ₃ ＜
０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、√（Ｐ₂ ）≠√
（Ｐ₃ ）） として求めることができる。

【００２２】また、前記演算部は、前記流体機器に流れ
る圧力流体の消費量Ｑを、 Ｑ＝１１．１×Ｓ×（Ｐ₁ ＋Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２
７３＋θ）｝ （但し、θ：圧力流体の温度、 Ｐ₀ ：大気圧、 Ｐ₁ ：前記圧縮空気供給源から供給される圧力流体の圧
力値、 Ｐ₁ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） または、 Ｑ＝２２．２×Ｓ×√（Ｐ₁ ×Ｐ₀ ）×√｛２７３／
（２７３＋θ）｝ （但し、Ｐ₁ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） として求めることができる。

【００２３】さらに、本発明によれば、前記オン／オフ
弁および前記ノズルの組を並列に複数備えるとよい。こ
の場合、前記各オン／オフ弁の全てがオフのときの前記
圧力検出部材によって検出された圧力値と、前記複数の
オン／オフ弁を選択的にオンとし、オンにしたオン／オ
フ弁に接続された前記ノズルの有効断面積の合計と、こ
のときの前記圧力検出部材によって検出された圧力値と
から圧力流体の消費量を前記演算部により演算すると、
ノズルの有効断面積を切り換えて圧力検出部材によって
検出される圧力を調整し、最適な圧力レンジによる測定
を行うことができ、好適である。

【００２４】さらにまた、前記オン／オフ弁に、有効断
面積が可変であるノズルを接続して測定レンジを切り換
えるように構成してもよい。

【００２５】さらにまた、本発明によれば、ストップバ
ルブの下流側に既知の有効断面積を有する他のノズルが
接続された圧力流体排出用バルブを備えるとよい。

【００２６】この場合、オン／オフ弁に接続されたノズ
ルと圧力流体排出用バルブに接続された他のノズルとの
有効断面積の差と、前記圧力流体排出用バルブを全開に
して他のノズルから圧力流体の一部を放出した状態にお
いて、オン／オフ弁がオフのときの圧力値およびオンの
ときの圧力値とに基づいて圧力流体の消費量が演算部に
より演算される。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明に係る流体消費量測定方法
について、それを実施する装置との関係において、好適
な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳
細に説明する。

【００２８】図１において、参照符号４０は、本発明の
実施の形態に係る流体消費量測定装置を示す。この流体
消費量測定装置４０は、管路４２に接続された圧力セン
サ（圧力検出部材）４４を備え、圧力センサ４４の出力
信号はＡ／Ｄ変換部４６によってデジタル信号に変換さ
れて演算部４８に入力される。演算部４８には演算結果
を表示する表示部５０が接続される。管路４２にはオン
／オフ弁５２が接続され、オン／オフ弁５２には既知の
有効断面積Ｓ_n を有するノズル５４が接続される。

【００２９】本発明の実施の形態に係る流体消費量測定
装置４０は、基本的には以上のように構成されるもので
あり、次に、この流体消費量測定装置４０が接続される
流体圧システム６０について説明する。

【００３０】この流体圧システム６０は、例えば、工場
内の壁面等に沿って配設される流体用の幹線路６４に対
して圧縮空気、ガス等の圧力流体を供給する圧力流体供
給源６２を備える。幹線路６４には、所定の設備に近接
した部位にストップバルブ６６を介してヘッダ６８が接
続される。ストップバルブ６６は、設備の変更等により
ヘッダ６８の取り付け、取り外しを行う際に、ヘッダ６
８に供給される圧力流体を停止して該ヘッダ６８の取り
付け、取り外しを安全に行うために設けられる。ヘッダ
６８には複数のストップバルブ７０ａ〜７０ｃが設けら
れる。

【００３１】本実施の形態では、ストップバルブ７０
ａ、７０ｂに被測定物であるシリンダ、エアーブロー装
置等の流体機器７２ａ、７２ｂが接続されている。な
お、ヘッダ６８に接続される流体機器の数は、必要に応
じて増減することができる。ストップバルブ７０ｃは、
ヘッダ６８に接続される流体機器７２ａ、７２ｂの数を
増加する場合に用いられるものであり、このストップバ
ルブ７０ｃに前記流体消費量測定装置４０の管路４２が
接続される。

【００３２】次に流体消費量測定装置４０の動作につい
て、図２に示すフローチャートに従い、本実施の形態に
係る流体消費量測定方法との関係で説明する。

【００３３】この場合、工場等においては、圧力流体供
給源６２が常時付勢されており、幹線路６４には圧力流
体である圧縮空気等の気体が導入されているものとす
る。

【００３４】流体機器７２ａ、７２ｂにおける圧縮空気
の漏洩等の消費量の測定を行う場合、作業者は、先ず、
ストップバルブ７０ｃに流体消費量測定装置４０を取り
付ける。

【００３５】次いで、ストップバルブ６６、ストップバ
ルブ７０ａ〜７０ｃをそれぞれ全開状態にする。このた
め、流体機器７２ａ、７２ｂおよび流体消費量測定装置
４０にヘッダ６８を介して圧縮空気が供給される（ステ
ップＳ１）。なお、その際、オン／オフ弁５２は、オフ
状態に制御してあるものとする。

【００３６】次に、圧力センサ４４によってストップバ
ルブ６６の下流側の管路４２に供給された圧縮空気の圧
力値Ｐ₁ を測定する（ステップＳ２）。この場合、圧力
センサ４４は圧縮空気の圧力値Ｐ₁ に対応したアナログ
信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部４６ではこのアナログ信
号をデジタル信号に変換して演算部４８に入力し、演算
部４８は表示部５０によって前記圧力値Ｐ₁ を表示する
とともに、図示しないメモリに前記圧力値Ｐ₁ に対応す
るデータを記憶しておく。

【００３７】なお、この場合、ストップバルブ６６の開
度が全開になっているため、ストップバルブ６６の下流
側の圧力値Ｐ₁ とストップバルブ６６の上流側の圧縮空
気の圧力値とは等しくなっている。

【００３８】次に、ストップバルブ６６を流れる圧縮空
気の流速が音速となるように、ストップバルブ６６の開
度を調整する（ステップＳ３）。

【００３９】ここで、ストップバルブ６６の上流側の圧
力値Ｐ₁ と、下流側の圧力値Ｐ₂ との関係が、 （Ｐ₂ ＋Ｐ₀ ）／（Ｐ₁ ＋Ｐ₀ ）≦０．５２８３ …（１） （但し、Ｐ₀ ：大気圧） にあるとき、ストップバルブ６６を流れる圧縮空気の流
速が音速となることが知られている。この場合、ストッ
プバルブ６６を流れる圧縮空気の流速を音速に設定する
ことにより、前記ストップバルブ６６を流れる圧縮空気
の流量が略一定となる（図３参照）。

【００４０】式（１）に大気圧Ｐ₀ ＝１．０３３ｋｇｆ
／ｃｍ² を代入すると、 Ｐ₂ ≦０．５２８３×（Ｐ₁ ＋１．０３３）−１．０３３ …（２） の関係が得られる。式（２）の等号成立時のグラフを図
４に示す。

【００４１】そこで、前記ストップバルブ６６の開度を
調整しながら、圧力値Ｐ₁ に対する圧力値Ｐ₂ の関係
が、図４のグラフに示す斜線部の領域８２となるよう
に、ストップバルブ６６の開度を調整する。そして、前
記ストップバルブ６６を流れる圧力流体の流速が音速に
設定されたときのストップバルブ６６の下流側の圧力値
Ｐ ₂ を圧力センサ４４によって測定する（ステップＳ
４）。例えば、圧力値Ｐ₁ が５ｋｇｆ／ｃｍ² のとき、
圧力値Ｐ₂ が２．１５４ｋｇｆ／ｃｍ² 以下となるよう
にストップバルブ６６を絞る。

【００４２】次に、オン／オフ弁５２をオンにしてノズ
ル５４から圧縮空気を大気中に放出し（ステップＳ
５）、このときのストップバルブ６６の下流側の圧力値
Ｐ₃ を圧力センサ４４によって測定する（ステップＳ
６）。

【００４３】このようにして測定された圧力値Ｐ₂ 、Ｐ
₃ の判定（ステップＳ７、Ｓ９）と、ノズル５４の有効
断面積Ｓ_n とから、流体機器７２ａ、７２ｂの流路の有
効断面積Ｓを演算部４８によって演算する（ステップＳ
８、Ｓ１０、Ｓ１１）。

【００４４】ここで、流体機器７２ａ、７２ｂの流路の
有効断面積Ｓは、流体機器７２ａ、７２ｂにおける圧縮
空気の消費量（漏洩量）に比例する。また、流体機器７
２ａ、７２ｂとノズル５４との流路を流れる圧縮空気の
消費量（漏洩量）は、流体機器７２ａ、７２ｂの流路の
有効断面積Ｓとノズル５４の有効断面積Ｓ_n との合計に
比例する。従って、オン／オフ弁５２をオフにした場合
の流体機器７２ａ、７２ｂにおける圧縮空気の消費量
（漏洩量）と、前記オン／オフ弁５２をオンにして流体
機器７２、７２ｂとノズル５４との流路を流れる圧縮空
気の消費量（漏洩量）との関係から、流体機器７２ａ、
７２ｂにおける圧縮空気の消費量（漏洩量）を求める。
その際、流体機器７２ａ、７２ｂから放出される圧縮空
気の流速が音速または亜音速である場合と、流体機器７
２ａ、７２ｂおよびノズル５４から放出される圧縮空気
の流速がそれぞれ音速または亜音速である場合の４つの
場合があり、以下それぞれの場合に分けて説明する。

【００４５】先ず、オン／オフ弁５２がオフ状態にあ
り、流体機器７２ａ、７２ｂから外部に流出する圧縮空
気の流速が音速か亜音速のどちらであるかを判断する。

【００４６】Ｐ₀ ／（Ｐ₂ ＋Ｐ₀ ）≦０．５２８３ であれば、すなわち、大気圧Ｐ₀ ＝１．０３３ｋｇｆ／
ｃｍ² を代入して、 Ｐ₂ ≧０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ であれば、流体機器７２ａ、７２ｂから外部に流出する
圧縮空気の流速が音速であり、このとき、流体機器７２
ａ、７２ｂの流路を流れる圧縮空気の消費量Ｑは、圧力
流体の温度をθとすると、 Ｑ＝１１．１×Ｓ×（Ｐ₂ ＋Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ …（３） となる。

【００４７】一方、 Ｐ₀ ／（Ｐ₂ ＋Ｐ₀ ）＞０．５２８３ であれば、すなわち、大気圧Ｐ₀ ＝１．０３３ｋｇｆ／
ｃｍ² を代入して、 Ｐ₂ ＜０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ であれば、流体機器７２ａ、７２ｂから外部に流出する
圧縮空気の流速が亜音速であり、このとき、流体機器７
２ａ、７２ｂの流路を流れる圧縮空気の消費量Ｑは、 Ｑ＝２２．２×Ｓ×√（Ｐ₂ ×Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ …（４） となる。

【００４８】次に、オン／オフ弁５２がオン状態にあ
り、流体機器７２ａ、７２ｂおよびノズル５４から外部
に流出する圧縮空気の流速が音速か亜音速のどちらであ
るかを判断する。

【００４９】Ｐ₃ ≧０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ であれば、流体機器７２ａ、７２ｂおよびノズル５４か
ら外部に流出する圧縮空気の流速が音速であり、このと
き、流体機器７２ａ、７２ｂとノズル５４との流路を流
れる圧縮空気の消費量Ｑは、 Ｑ＝１１．１×（Ｓ＋Ｓ_n ）×（Ｐ₃ ＋Ｐ₀ ） ×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ …（５） となる。

【００５０】一方、 Ｐ₃ ＜０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ であれば、流体機器７２ａ、７２ｂおよびノズル５４か
ら外部に流出する圧縮空気の流速が亜音速であり、この
とき、流体機器７２ａ、７２ｂとノズル５４との流路を
流れる圧縮空気の消費量Ｑは、 Ｑ＝２２．２×（Ｓ＋Ｓ_n ） ×√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ …（６） となる。

【００５１】なお、流体機器７２ａ、７２ｂおよびノズ
ル５４に供給される圧縮空気の消費量Ｑと、ストップバ
ルブ６６に流れる圧縮空気の流量とは一致する。そし
て、ストップバルブ６６に流れる圧縮空気の流速は、前
述の通り、音速であるため、消費量Ｑは一定である。

【００５２】流体機器７２ａ、７２ｂの流路の合成され
た有効断面積Ｓは、前記圧力値Ｐ₂と圧力値Ｐ₃ のそれ
ぞれの大きさを判断して以下のように求められる。

【００５３】すなわち、前記圧力値Ｐ₂ 、Ｐ₃ が Ｐ₂ ≧０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ Ｐ₃ ≧０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ である場合（ステップＳ７でＹＥＳの場合）、式
（３）、式（５）から、 １１．１×Ｓ×（Ｐ₂ ＋Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ ＝１１．１×（Ｓ＋Ｓ_n ）×（Ｐ₃ ＋Ｐ₀ ） ×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ Ｓ＝Ｓ_n ×（Ｐ₃ ＋Ｐ₀ ）／（Ｐ₂ −Ｐ₃ ） …（７） 但し、Ｐ₂ ≠Ｐ₃ として求められる（ステップＳ８）。

【００５４】また、圧力値Ｐ₂ 、Ｐ₃ が、 Ｐ₂ ≧０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ Ｐ₃ ＜０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ である場合（ステップＳ７がＮＯであり且つステップＳ
９がＹＥＳの場合）、式（３）、式（６）から、 １１．１×Ｓ×（Ｐ₂ ＋Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ ＝２２．２×（Ｓ＋Ｓ_n ） ×√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ Ｓ＝２×Ｓ_n ×√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）／｛Ｐ₂ ＋Ｐ₀ −２×√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）｝ …（８） として有効断面積Ｓが求められる（ステップＳ１０）。

【００５５】さらに、圧力値Ｐ₂ 、Ｐ₃ が、 Ｐ₂ ＜０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ Ｐ₃ ＜０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ である場合（ステップＳ９でＮＯの場合）、式（４）、
式（６）から、 ２２．２×Ｓ×√（Ｐ₂ ×Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ ＝２２．２×（Ｓ＋Ｓ_n ） ×√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ Ｓ＝Ｓ_n ×√（Ｐ₃ ）／｛√（Ｐ₂ ）−√（Ｐ₃ ）｝ …（９） 但し、√（Ｐ₂ ）≠√（Ｐ₃ ） として有効断面積Ｓが求められる（ステップＳ１１）。

【００５６】なお、オン／オフ弁５２がオンになると、
圧縮空気の流路がノズル５４の有効断面積Ｓ_n だけ増加
するため、このときの圧力値Ｐ₃ がオン／オフ弁５２を
オフにした状態における圧力値Ｐ₂ より大きくなること
はない。このため、 Ｐ₂ ＜０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ Ｐ₃ ≧０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ となることはない。

【００５７】以上のようにして、オン／オフ弁５２をオ
フにした状態において圧力センサ４４によって検出され
る圧力値Ｐ₂ と、前記オン／オフ弁５２をオン状態にし
た状態において圧力センサ４４によって検出される圧力
値Ｐ₃ と、ノズル５４の有効断面積Ｓ_n とに基づいて、
流体機器７２ａ、７２ｂの流路の有効断面積Ｓが演算さ
れる。

【００５８】次に、前記流体機器７２ａ、７２ｂの流路
の有効断面積Ｓが求められると、この有効断面積Ｓを用
いてストップバルブ６６が全開状態のときに流体機器７
２ａ、７２ｂの流路を流れる圧縮空気の消費量Ｑを求め
ることができる。

【００５９】すなわち、ステップＳ２において予め検出
された圧力値Ｐ₁ に対応するデータを図示しないメモリ
から読み出して前記圧力値Ｐ₁ の大きさを判断し（ステ
ップＳ１２）、 Ｐ₁ ≧０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ である場合、流体機器７２ａ、７２ｂに流れる圧縮空気
の流速が音速であると判断して、 Ｑ＝１１．１×Ｓ×（Ｐ₁ ＋Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ …（１０） から消費量Ｑが求められ（ステップＳ１３）、一方、 Ｐ₁ ＜０．９２２３［ｋｇｆ／ｃｍ² ］ である場合、流体機器７２ａ、７２ｂに流れる圧縮空気
の流速が亜音速であると判断して、 Ｑ＝２２．２×Ｓ×√（Ｐ₁ ×Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２７３＋θ）｝ …（１１） から消費量Ｑが求められる（ステップＳ１４）。

【００６０】そして、以上のようにして求められた消費
量Ｑが表示部５０に表示される（ステップＳ１５）。

【００６１】この消費量Ｑは、流体機器７２ａ、７２ｂ
が停止した状態であれば、流体機器７２ａ、７２ｂから
漏洩している圧縮空気の消費量Ｑを示す。このため、流
体機器７２ａ、７２ｂに異常がないか否かをこの消費量
Ｑにより判断することができる。また、このように、圧
縮空気の漏洩を容易に調べることができるため、漏洩個
所に対策を施し、圧縮空気の消費量を減少させることが
可能である。

【００６２】また、一方の流体機器７２ａまたは７２ｂ
における圧縮空気の消費量を測定する場合、測定する流
体機器７２ａまたは７２ｂが接続されているストップバ
ルブ７０ａまたは７０ｂの一方を全開状態にし、他方を
全閉状態にして圧縮空気の消費量を測定すればよい。

【００６３】なお、流体機器７２ａ、７２ｂがエアーブ
ロー装置であれば、その動作中の圧縮空気の消費量を測
定することができる。また、本実施の形態では、圧力の
単位を重力単位系の［ｋｇｆ／ｃｍ² ］により表記した
が、［ｐｓｉ］による表記でもよく、また、ＳＩ単位系
の［Ｐａ］により表記してもよい。

【００６４】本実施の形態では、流体消費量測定装置４
０を製造工程等に取り付ける際、流体機器７２ａ、７２
ｂと圧力流体供給源６２との間に流体消費量測定装置４
０を配設する必要がないため、取り付け作業が容易とな
り、また、測定される流体機器７２ａ、７２ｂが使用さ
れる製造工程等の全体を停止させる必要がなく、流体機
器７２ａ、７２ｂのみを停止させて測定を行うことがで
きる。

【００６５】また、本実施の形態では、流体消費量測定
装置４０の取り付け、取り外しが容易であるため、製造
工程等において圧縮空気の消費量を測定する必要がある
個所を任意に選択して流体消費量測定装置４０を設ける
ことができる。

【００６６】さらに、本実施の形態では、圧力流体が漏
洩する場合のように測定しようとする圧力流体の消費量
が不明であっても、前記圧力流体の消費量を容易且つ高
精度に測定することができる。

【００６７】さらにまた、本実施の形態では、圧力値Ｐ
₂ （ステップＳ４）を測定した後に圧力値Ｐ₃ （ステッ
プＳ６）を測定しているが、測定順序を逆にして、スト
ップバルブ６６を流れる圧力流体の流速を音速に設定し
た状態においてオン／オフ弁５２をオンにしてノズル５
４から圧縮空気を放出したときの圧力値Ｐ₃ を測定した
後に、前記オン／オフ弁５２をオフに切り換えて圧力値
Ｐ₂ を測定してもよい。

【００６８】なお、本実施の形態では１つのノズル５４
を設けているが、これに限定されるものではなく、図５
に示される他の実施の形態に係る流体消費量測定装置８
０では、管路４２に複数のオン／オフ弁５２ａ〜５２ｃ
を並列に接続し、それぞれのオン／オフ弁５２ａ〜５２
ｃの下流側にそれぞれ有効断面積Ｓ_n が既知のノズル５
４ａ〜５４ｃをそれぞれ接続するようにしてもよい。

【００６９】この場合、複数のオン／オフ弁５２ａ〜５
２ｃのいずれかを選択的にオンにして圧力センサ４４に
付与される圧力を調整し、最適な圧力レンジで測定を行
うことにより、高精度な消費量の測定が可能となる。こ
のように構成することにより、測定可能な流量の範囲が
実質上拡大されるため、従来技術のように、異なる測定
レンジを有する流量測定装置を試行錯誤的に取り替えて
測定する必要がなくなる。

【００７０】また、図６に示されるように、さらに他の
実施の形態に係る流体消費量測定装置９０では、オン／
オフ弁５２に接続されるノズル５５の有効断面積Ｓ_n を
可変に構成することで、圧力センサ４４に付与される圧
力レンジを調整することもできる。

【００７１】さらに、他の実施の形態に係る流体消費量
測定装置１００を図７に示す。なお、図１に示す流体消
費量測定装置４０と同一の構成要素には同一の参照符号
を付しその詳細な説明を省略する。

【００７２】この他の実施の形態に係る流体消費量測定
装置１００では、オン／オフ弁５２の上流側の管路４２
に圧力流体排出用ストップバルブ１０２を接続し、さら
に前記圧力流体排出用ストップバルブ１０２に、既知の
有効断面積を有するノズル１０４を接続している点に特
徴がある。

【００７３】すなわち、流体機器７２ａ、７２ｂの消費
量（圧縮空気漏洩量）が少ない場合や配管内の容積が大
きい場合には、図２のステップＳ５に示されるようにオ
ン／オフ弁５２を切り換えてオンとしノズル５４から大
気中に圧縮空気を放出してもその圧力降下が小さいとき
がある。この場合、予め、圧力流体排出用ストップバル
ブ１０２の開度を全開としてノズル１０４から少量の圧
力流体を強制的に排出させておくことにより、圧力降下
を大きくし測定時間を短縮することができる。

【００７４】なお、前記ノズル１０４の有効断面積は、
オン／オフ弁５２に接続されたノズル５４の有効断面積
よりも小さく設定されているものとし、前記式（５）乃
至式（９）中のノズル５４の合成された有効断面積Ｓ_n
は、該ノズル５４の有効断面積からノズル１０４の有効
断面積を差し引いた値を代入して演算する。

【００７５】

【発明の効果】本発明に係る流体消費量測定方法および
その装置によれば、以下のような効果ならびに利点が得
られる。

【００７６】流体機器が使用される製造工程等に対して
流体消費量測定装置の取り付け、取り外しの作業を行う
際、圧力流体供給源と流体機器との間に流体消費量測定
装置が接続される従来技術と比較して、取り付け、取り
外しの作業が容易であり、測定に要する時間が短縮さ
れ、作業効率が向上する。

【００７７】また、測定可能な消費量の範囲が実質上拡
大されるため、従来技術のように消費量に対応させて流
体消費量測定装置を選択する必要がなく、設置作業が一
層容易になり、さらに、圧力流体の漏洩のように測定レ
ンジが不明な消費量を、容易且つ高精度に測定すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る流体消費量測定装置
のブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る流体消費量測定方法
を説明するフローチャートである。

【図３】図１の流体消費量測定装置を構成する圧力セン
サによって測定された圧力値Ｐ ₁ 、Ｐ₂ とストップバル
ブを流れる圧縮空気の流速との関係を示すグラフであ
る。

【図４】前記圧力センサによって測定された圧力値Ｐ₁
と圧力値Ｐ₂ との関係を示すグラフである。

【図５】本発明の他の実施の形態に係る流体消費量測定
装置のブロック図である。

【図６】本発明のさらに他の実施の形態に係る流体消費
量測定装置のブロック図である。

【図７】本発明のさらにまた他の実施の形態に係る流体
消費量測定装置のブロック図である。

【図８】従来技術に係る流量測定装置のブロック図であ
る。

【図９】他の従来技術に係る流量測定装置のブロック図
である。

【符号の説明】

４０、８０、９０、１００…流体消費量測定装置 ４２…管路 ４４…圧力センサ ４８…演算部 ５２、５２ａ〜５２
ｃ…オン／オフ弁 ５４、５４ａ〜５４ｃ、５５、１０４…ノズル ６２…圧力流体供給源 ６６、７０ａ〜７０ｃ、１０２…ストップバルブ ６８…ヘッダ ７２ａ、７２ｂ…流
体機器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 希 茨城県筑波郡谷和原村絹の台４−２−２ エスエムシー株式会社 筑波技術セン ター内 (56)参考文献 特開 昭55−98311（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−192810（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−44824（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−136304（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−237261（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−171658（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−120132（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−41210（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/34 - 1/36 G01F 1/42

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力流体供給源にストップバルブを介して
   接続された流体機器における圧力流体の消費量を測定す
   る方法であって、 前記ストップバルブを全開にし、該ストップバルブの下
   流側の圧力値Ｐ₁ を測定する第１工程と、 前記ストップバルブの開度を調整し該ストップバルブを
   流れる圧力流体の流速を音速に設定したときの該ストッ
   プバルブの下流側の圧力値Ｐ₂ を測定するとともに、前
   記ストップバルブの下流側に既知の有効断面積Ｓ_n を有
   するノズルを接続し、前記ノズルから圧力流体の一部を
   放出したときの前記ストップバルブの下流側の圧力値Ｐ
   ₃ を測定する第２工程と、 前記測定された圧力値Ｐ₂ 、Ｐ₃ と、前記ノズルの有効
   断面積Ｓ_n とを用いて前記流体機器の流路の有効断面積
   Ｓを演算し、前記演算された流体機器の流路の有効断面
   積Ｓと前記測定された圧力値Ｐ₁ とから、前記流体機器
   における圧力流体の消費量Ｑを演算する第３工程と、 を有することを特徴とする流体消費量測定方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、 前記第２工程では、前記圧力値Ｐ₁ と前記圧力値Ｐ₂ と
   が、 （Ｐ₂ ＋Ｐ₀ ）／（Ｐ₁ ＋Ｐ₀ ）≦０．５２８３ （但し、Ｐ₀ ：大気圧） となるように前記ストップバルブの開度を調整すること
   を特徴とする流体消費量測定方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、 前記第３工程では、前記流体機器の流路の有効断面積Ｓ
   を、 Ｓ＝Ｓ_n ×（Ｐ₃ ＋Ｐ₀ ）／（Ｐ₂ −Ｐ₃ ） （但し、Ｐ₀ ：大気圧、 Ｐ₂ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、 Ｐ₃ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、 Ｐ₂ ≠Ｐ₃ ） または、 Ｓ＝２×Ｓ_n ×√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）／｛Ｐ₂ ＋Ｐ₀ −２×
   √（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）｝ （但し、Ｐ₂ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、 Ｐ₃ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） あるいは、 Ｓ＝Ｓ_n ×√（Ｐ₃ ）／｛√（Ｐ₂ ）−√（Ｐ₃ ）｝ （但し、Ｐ₂ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、 Ｐ₃ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、 √（Ｐ₂ ）≠√（Ｐ₃ ）） として求めることを特徴とする流体消費量測定方法。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方
   法において、 前記第３工程では、前記流体機器に流れる圧力流体の消
   費量Ｑを、 Ｑ＝１１．１×Ｓ×（Ｐ₁ ＋Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２
   ７３＋θ）｝ （但し、θ：圧力流体の温度、 Ｐ₁ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） または、 Ｑ＝２２．２×Ｓ×√（Ｐ₁ ×Ｐ₀ ）×√｛２７３／
   （２７３＋θ）｝ （但し、Ｐ₁ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） として求めることを特徴とする流体消費量測定方法。
5. 【請求項５】請求項１記載の方法において、 前記第２工程では、ストップバルブの開度を調整し該ス
   トップバルブを流れる圧力流体の流速を音速に設定した
   ときの該ストップバルブの下流側の圧力値Ｐ₂を測定し
   た後、前記ストップバルブの下流側に既知の有効断面積
   Ｓ_n を有するノズルを接続し、前記ノズルから圧力流体
   の一部を放出したときの前記ストップバルブの下流側の
   圧力値Ｐ₃ を測定することを特徴とする流体消費量測定
   方法。
6. 【請求項６】請求項１記載の方法において、 前記第２工程では、ストップバルブの下流側に既知の有
   効断面積Ｓ_n を有するノズルを接続し、前記ストップバ
   ルブの開度を調整して該ストップバルブを流れる圧力流
   体の流速を音速に設定した状態において、前記ノズルか
   ら圧力流体の一部を放出したときの前記ストップバルブ
   の下流側の圧力値Ｐ₃ を測定した後、前記ノズルからの
   圧力流体の放出を停止させ、該ストップバルブの下流側
   の圧力値Ｐ₂ を測定することを特徴とする流体消費量測
   定方法。
7. 【請求項７】請求項５または６記載の方法において、 前記ストップバルブの下流側に既知の有効断面積を有す
   る他のノズルが接続された圧力流体排出用バルブを設
   け、前記圧力流体排出バルブを全開にして他のノズルか
   ら圧力流体の一部を放出した状態で前記圧力値Ｐ₂ およ
   び圧力値Ｐ₃ を測定することを特徴とする流体消費量測
   定方法。
8. 【請求項８】圧力流体供給源にストップバルブを介して
   接続された流体機器における圧力流体の消費量を測定す
   る流体消費量測定装置において、 前記ストップバルブの下流側に接続され、管路を流通す
   る圧力流体の圧力を検出する圧力検出部材と、 前記ストップバルブの下流側に接続されるオン／オフ弁
   と、 前記オン／オフ弁の下流側に接続され、既知の有効断面
   積Ｓ_n を有するノズルと、 前記圧力検出部材により測定された圧力値と前記有効断
   面積Ｓ_n とを用いて、前記流体機器における圧力流体の
   消費量Ｑを演算して求める演算部と、 を備えることを特徴とする流体消費量測定装置。
9. 【請求項９】請求項８記載の装置において、 前記演算部は、前記オン／オフ弁をオフにした状態にお
   いて前記ストップバルブを流れる圧力流体の流速を音速
   に設定したときの該ストップバルブの下流側に供給され
   前記圧力検出部材によって測定される圧力流体の圧力値
   をＰ₂ 、前記オン／オフ弁をオンにした状態において前
   記ストップバルブの下流側に供給され前記圧力検出部材
   によって測定される圧力流体の圧力値をＰ₃ とすると、
   前記流体機器の流路の有効断面積Ｓを、 Ｓ＝Ｓ_n ×（Ｐ₃ ＋Ｐ₀ ）／（Ｐ₂ −Ｐ₃ ） （但し、Ｐ₀ ：大気圧、 Ｐ₂ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、 Ｐ₃ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、 Ｐ₂ ≠Ｐ₃ ） または、 Ｓ＝２×Ｓ_n ×√（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）／｛Ｐ₂ ＋Ｐ₀ −２×
   √（Ｐ₃ ×Ｐ₀ ）｝ （但し、Ｐ₂ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、 Ｐ₃ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） あるいは、 Ｓ＝Ｓ_n ×√（Ｐ₃ ）／｛√（Ｐ₂ ）−√（Ｐ₃ ）｝ （但し、Ｐ₂ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、 Ｐ₃ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² 、 √（Ｐ₂ ）≠√（Ｐ₃ ）） として求めることを特徴とする流体消費量測定装置。
10. 【請求項１０】請求項８または９記載の装置において、 前記演算部は、前記流体機器による圧力流体の消費量Ｑ
    を、 Ｑ＝１１．１×Ｓ×（Ｐ₁ ＋Ｐ₀ ）×√｛２７３／（２
    ７３＋θ）｝ （但し、θ：圧力流体の温度、 Ｐ₀ ：大気圧、 Ｐ₁ ：前記圧縮空気供給源から供給される圧力流体の圧
    力値、 Ｐ₁ ≧０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） または、 Ｑ＝２２．２×Ｓ×√（Ｐ₁ ×Ｐ₀ ）×√｛２７３／
    （２７３＋θ）｝ （但し、Ｐ₁ ＜０．９２２３ｋｇｆ／ｃｍ² ） として求めることを特徴とする流体消費量測定装置。
11. 【請求項１１】請求項８乃至１０のいずれか１項に記載
    の装置において、 該流体消費量測定装置は、前記オン／オフ弁および前記
    ノズルの組を並列に複数備え、前記各オン／オフ弁の全
    てがオフのときの前記圧力検出部材によって検出された
    圧力値と、前記複数のオン／オフ弁を選択的にオンと
    し、オンにしたオン／オフ弁に接続された前記ノズルの
    有効断面積の合計と、このときの前記圧力検出部材によ
    って検出された圧力値とから圧力流体の消費量を前記演
    算部により演算することを特徴とする流体消費量測定装
    置。
12. 【請求項１２】請求項８乃至１１のいずれか１項に記載
    の装置において、 前記オン／オフ弁には、有効断面積が可変であるノズル
    が接続されることを特徴とする流体消費量測定装置。
13. 【請求項１３】請求項８乃至１２のいずれか１項に記載
    の装置において、 該流体消費量測定装置は、ストップバルブの下流側に既
    知の有効断面積を有する他のノズルが接続された圧力流
    体排出用バルブを備え、オン／オフ弁に接続されたノズ
    ルと圧力流体排出用バルブに接続された他のノズルとの
    有効断面積の差と、前記圧力流体排出用バルブを全開に
    して他のノズルから圧力流体の一部を放出した状態にお
    いて、オン／オフ弁がオフのときの圧力値およびオンの
    ときの圧力値とに基づいて圧力流体の消費量を前記演算
    部により演算することを特徴とする流体消費量測定装
    置。