JP3570024B2 - 流体流量計 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、流体の流量を検知する流体流量計に関するものであり、特に、低圧力損失で大流量を流しうる流路で微小流量を検知できる流体流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の微小な流量を検知する高感度な流体流量計としては、図9に示すような熱線式流体流量計がよく知られている。図9において、半導体などの基台1の表面上に、エッチングなどの微細加工技術で凹部2を設け、その上に電気絶縁性薄膜3をブリッジ状に形成し、さらにその上に、複数個の温度特性の優れた測温抵抗体4、5を、それぞれが熱的に絶縁されるよう電気絶縁性薄膜3にスリット6を構成し、さらに測温抵抗体4、5の近傍の電気絶縁性薄膜3上に流体の温度を検知する測温抵抗体からなる流体温度検出素子7を設け、熱線式流体流量計としていた。矢印8の方向から流体を流し、測温抵抗体4、5に定電流源からの一定電流を流し、加熱昇温するとともに、測温抵抗体4、5を、流体の上流、下流になるように配置し、流体の流速に依存した冷却効果によるそれぞれの測温抵抗体4、5の温度差から、流体の流速を検知しようとするものであった(特公平6−25684号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような構成では、大流量を流しうる流路でかつ、低流量域においては、熱対流の影響などのため、精度が悪く、感度が低下するなどのため、誤差が大きいという課題があった。また、発熱体を用いるため、消費電力も大きくなるという課題もあった。
【0004】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、大流量を流しうる流路であっても、微少流量を高感度に計量しかつ、低消費電力で検知できる圧損の小さい流体流量計を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の流体流量計は、流体を導入する流入部と、前記流入部の端面に第1の弾性体の復元力により押圧され、かつ流量に応じ前記流入部の端面に対して変位する流体遮蔽板と、前記流体遮蔽板の位置を検知する位置検知手段とからなり 、前記第1の弾性体は第2の弾性体で保持するようにしたものである。
【0006】
前記第1,2弾性体の具体的構成としては、第1の弾性体を平板状のジンバルバネで構成し、流入部の端面に平行関係を維持したまま流体遮蔽板を変位するようにし、かつ、前記平板状のジンバルバネの周辺部をコイルバネからなる第2の弾性体で保持するように構成する。
【0007】
また位置検知手段としては、流体遮蔽板を導電性材料とするとともに、流入部の端面に前記流体遮蔽板と平行にリング状電極を設けてコンデンサを構成したもの、或いは、流体遮蔽板の下流側に設けた中心棒を差動トランスに挿通したものが考えられる。そして位置検知手段として差動トランスを採用したものにおいては、この差動トランスを凹字型に形成して、中心棒と差動トランスとの間に空気ダンパ作用が発生するように構成することが望ましい。
【0008】
【作用】
本発明は前記の構成によるため、流体の流量が微少な流量域では、流体の流れ力が小さいため、前記遮蔽板は弾性体の復元力により、流体を導入する流入部の端面に押圧される。従って、位置検知器で前記遮蔽体の位置を検知することにより、ある微少な流量値以下であると検知することができる。また、前記位置検知手段で前記遮蔽板の動作を検知することにより、ある微少な流量値以上であると検知することができる。
【0009】
また、前記遮蔽体は、第1および第2の弾性体の復元力により流入部に押圧されているため、流体力の小さい少流量時には、復元力の小さい方の弾性体の復元力に従い、流体力の大きい大流量時には、復元力の大きい弾性体の復元力に従って動作する。このため、復元力の小さい弾性体には、ある一定以上の流体力が印加されることがなく、安定して動作することになる。
【0010】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は、本発明に基づく第1の実施例による流体流量計の断面図を示す。8は流体の流れる方向を示し、9は円筒状の流入部を、10は円筒状の流入部9を保持する枠体を、11は円形の流体遮蔽板を、12は枠体10に固定され円形の遮蔽板11を保持するコイル状のバネをそれぞれ示す。13は、枠体10に固定された位置検出手段としてのリミットスイッチであり、遮蔽板11の動作を検知する。
【0011】
次に、その動作について説明する。コイル状のバネ12は、流体が流れていないときは、前記円形の遮蔽板11を、前記流入部9の端面に押圧するように設定されている。従って、流体が流れていないときは、遮蔽板11は、前記流入部9の端面に押圧されているため、リミットスイッチ13で、その存在が確認され、流体が流れていない。即ち、遮蔽板11を動かしうる程の流量が流れていないことが検知される。また、流体が逆流しようとしても、遮蔽板が抵抗となって、逆流しないよう動作し、逆流防止弁としても働く。
【0012】
また、流体が流れはじめると、その流体の力とコイル状のバネ12とがバランスする位置まで遮蔽板11が変位し、流体の流量に応じて流体遮蔽板が変位する。従って、位置検出手段としてのリミットスイッチ13で遮蔽板の動作を検出することができ、一定流量以上の流量が流れたことを検出することができる。なお、コイル状のバネ12は数グラム以下程度に設定することは実用上容易であるため、微小流量から大流量までの流量範囲において、例えば内径100MM程度の管で、最大流量が100〜150m 3 /hの流量範囲において、圧損を数MMAQから数十MMAQ以下に設定することができる。
【0013】
以上説明したように、予めバネ定数が解っていれば、遮蔽板の動作からその時の微少流量値が一定値以上か、以下かを簡単に検知することができる。また、発熱体などを用いずに、ただ単にリミットスイッチ13のON/OFFを検知すればよいため、消費電力も非常に少なくて済む。
【0014】
図2は、本発明の第2の実施例であり、流体流量計の断面図を示す。遮蔽板11は、中央部に細孔14が設けられている。流体が流れたとき細孔14の寸法で決まる力が遮蔽板11に印加される。従って細孔14の寸法と、コイル状のバネ12との力関係で、リミットスイッチ13の動作点を決定することができる。このためリミットスイッチ13の動作点を自由に、簡単に、設定することがき、実用範囲が大幅に拡大する。即ち、リミットスイッチ13の動作点を、細孔14の内径が小さいときは小流量に、細孔14の径が中程度の時は中流量に、細孔14の径が大きいときは大流量に設定できる。
【0015】
図3は、本発明の第3の実施例であり、流体流量計の断面図を示す。円形の遮蔽板11を、流入部9の端面に押圧するコイル状の第1のバネ12は、第2のバネ15で保持されている可動リング16に固定されている。第2のバネ15の他の一方は枠体10に固定されている固定リング17に保持されている。18は、レーザなどの変位計であり、遮蔽板11の変位を検知する。なお、第1のバネ12と、第2のバネ15とのバネ定数をそれぞれK1、K2とすると、K1>K2と設定する。即ち、第2のバネの方が、より弱い力で変位するように設定する。しかし、可動リング16は、だい2のバネ15により枠体10の上部に押圧されている。なお、枠体10に固定された固定リング17の固定場所を設定することにより、第2のバネ15に圧縮力を与えることができる。
【0016】
従って、ある程度以上の力が働くまで、第2のバネ15は動作しないことになる。このため、ある程度以上の力が働くまで可動リング16は、動作しないことになる。図示すると、図4のようになる。図4は、横軸に遮蔽板11の変位を、縦軸に遮蔽板に印加される力を示し、遮蔽板11の変位特性を示す。直線19は、第1のバネ12の変位と力の関係を示し、その傾きがバネ定数K1である。直線20は、第2のバネ15の変位と力との関係を示し、その傾きがバネ定数K2である。また、直線19と20との交点の力が、第2のバネ15に予め与えられている、固定リング17による圧縮力である。
【0017】
次に、その動作について説明する。流体の流量が小さい時は、第1のバネ12が動作し変位直線19に沿って遮蔽板11は変位する。流量が順次増加し、流体力が大きくなり直線19と20との交点まで増加すると、第2のバネ15が動作を始め、より小さい力で遮蔽板が大きく変位することになる。従って、微少流量時には、バネ定数の大きな硬いバネが作用し、数MMAQ程度と圧力損失を大きくし、変位計18で遮蔽板11の変位を検知し、その変位から再現性よく微少流量を計測することができる。流量が大きくなり流体力が大きくなると、第2のバネが動作する。従って、大流量時には第2のバネの変位直線20に沿って変位し、より小さい力で遮蔽板が大きく変位する。このため、大流量時には10MMAQ以下と、圧力損失を小さくすることができる。さらに、第2のバネが緩衝材となるため第1のバネ12に過大な力が印加されることがなくなる。このため第1のバネ12の耐久性が向上し、微少流量を精度よく検知できる。
【0018】
図5(A)は、本発明の第4の実施例であり、流体流量計の断面図を示す。遮蔽板11は平板状のジンバルバネ21により水平に保持され、流入部9の端面に押圧されるようにした。同図(B)は円形の平板状のジンバルバネ21の平面図を示す。中央部の遮蔽板11は、リング状をしたジンバルバネ21で支えられている。前記ジンバルバネ21は周辺部を、コイル状の第2のバネ15により支えられ、枠体10に固定された固定リング17により、枠体10の上方に固定されたストッパー22に押圧されている。固定リング17の位置を適当に設定することにより、ジンバルバネ21がストッパー22に押圧される力を調節するころができる。ジンバルバネ21は、リング状のバネ部分が、交互に直交する連結部23で連結されている。
【0019】
このような構成であるため、遮蔽板11は、流体の流量が変化したとき、流入部9の端面と平行を維持したまま、傾斜することなく変位することになる。変位検出手段18で、その変位を検出することで、より精度よく流体の微少流量を検知できる。流体力の小さい微少流量時には、ジンバルバネ21は、ストッパー22に押圧され定位置に設定されることになり、ジンバルバネ21の変位特性にしたがって変位する。また、流体力の大きな大流量時には、ジンバルバネ21は、第2のバネ15の変位特性にしたがって変位することになり、圧力損失を小さくすることができる。また、第2のバネが緩衝材となるためジンバルバネ21に過大な力が印加されることがなくなる。ジンバルバネ21の耐久性が向上し、微少流量を再現性よく精度よく検知できる。
【0020】
図6は、本発明の第5の実施例であり、流体流量計の断面図を示す。遮蔽板11を導電性材料で構成するとともに、流入部9の端面にリング状電極24を、遮蔽板11と平行になるように構成した。水平を維持したまま変位する遮蔽板11の変位を、遮蔽板11とリング状電極24とで形成されるコンデンサの静電容量で検出し、非接触型変位検出手段とする。この場合、特に微少な変位量をミクロンオーダーで容易に、また、簡単な構成で検出できるため、微少な流量を精度よく計測できる流体流量計を安価に構成することができる。また、遮蔽板11と、リング状電極24とが平行に対面する部分を広くとることも可能であるため、流体が流れる流路を狭く、かつ、長く構成することが可能となり、粘性をより大きくとることができるため、より微小な流量域まで検知できる流体流量計を構成するもできる。
【0021】
図7は、本発明の第6の実施例であり、流体流量計の断面図を示す。遮蔽板11に固定された中心棒25が、下流側に設けられたピストン状の差動トランス26で支えられている。従って、遮蔽板11は流入部9の端面と常に平行を維持したまま変位し、その変位は差動トランス26で検知されることになる。差動トランス26は、比較的簡単な構成で精度よく遮蔽板11の変位をやや広範囲にわたって検知することができる。このためコイル状の第1のバネ12の動作範囲全域にわたっての微少流量を精度よく検知できる。また、中心棒25とピストン状のガイド26とが、流体に直接さらされないため、ゴミなどによる目詰まりもなく、耐久性に優れた構成となる。さらに、この場合コイル状の第1のバネ12を差動トランス内に構成し、コイル状の第2のバネ15で、差動トランス26を保持する構成も可能である。従って、非常にコンパクトに構成することができる。
【0022】
図8は、本発明の第7の実施例であり、流体流量計の断面図を示す。差動トランス26の端面に封じ板27を取り付けた構成とした。このため、差動トランスが空気ダンパとしても動作することになる。従って、流量の急激な変化に対しても遮蔽板11が不要な振動をすることがなくなり、流量変化に対しても応答性よく安定して流量を検知することができる。
【0023】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように本発明の流体流量計によれば次の効果が得られる。
【0024】
(1)流体を導入する流入部と、前記流入部の端面に第1の弾性体の復元力により押圧された流体遮蔽板と、前記第1の弾性体を保持する第2の弾性体と、前記遮蔽板の位置を検知する位置検知手段とからなる構成であるので、微少流量値を精度よく検知するとともに、大流量時には、遮蔽板が小さい力で大きく変位するため、圧力損失を小さくすることができる。
【0025】
(2)流体を導入する流入部と、前記流入部の端面に、平行関係を維持したまま移動するよう平板状のジンバルバネからなる第1の弾性体で押圧された流体遮蔽板と、前記平板状のジンバルバネの周辺部を保持するコイルバネからなる第2の弾性体と、前記遮蔽板の位置を検知する位置検知手段とからなる構成とすれば、やや広い範囲の微少流量値を精度よく検知するとともに、大流量時には、遮蔽板が小さい力で大きく変位するため、圧力損失を小さくすることができる。
【0026】
(3)流体を導入する流入部と、前記流入部の端面に、平行関係を維持したまま移動するよう平板状のジンバルバネからなる第1の弾性体で押圧された導電性材料で構成される流体遮蔽板と、前記平板状のジンバルバネの周辺部を保持するコイルバネからなる第2の弾性体と、前記流入部の端面に前記遮蔽板と平行にリング状電極を設け、前記遮蔽板と前記リング状電極とでコンデンサを構成とすれば、特に微少流量域での遮蔽板の微少な変位を精度よく検知できる
。また、大流量時には、遮蔽板が小さい力で大きく変位するため圧力損失が小さくできる。
【0027】
(4)流体を導入する流入部と、前記流入部の端面に第1の弾性体の復元力により押圧される流体遮蔽板と、前記第1の弾性体を保持する第2の弾性体と、前期流体遮蔽板を下流側に設けたピストン状の軸受けで保持するとともに、前記ピストン状の軸受けを差動トランスで構成すれば、かなり広い範囲の微少流量域を精度よく検知することができる。また、大流量時には、遮蔽板が小さい力で大きく変位するため圧力損失が小さくできる。
【0028】
(5)流体を導入する流入部と、前記流入部の端面に第1の弾性体の復元力により押圧される流体遮蔽板と、前記第1の弾性体を保持する第2の弾性体と、前期流体遮蔽板を下流側に設けたピストン状の軸受けで保持するとともに、前記ピストン状の軸受けを凹字型の差動トランスで構成すれば、差動トランスが空気ダンパーとして動作するため、流量が急激に変化しても遮蔽板が振動することがなくなり、応答性よく微少な流量を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における流体流量計の断面図
【図2】本発明の第2の実施例における流体流量計の断面図
【図3】本発明の第3の実施例における流体流量計の断面図
【図4】バネの特性図(変位と力の関係図)
【図5】(A)本発明の第4の実施例における流体流量計の断面図
(B)同流量計のジンバルバネの平面図
【図6】本発明の第5の実施例における流体流量計の断面図
【図7】本発明の第6の実施例における流体流量計の断面図
【図8】本発明の第7の実施例における流体流量計の断面図
【図9】従来の熱線式流体流量計の測温抵抗体を示す斜視図
【符号の説明】
9 流入部
10 枠体
11 遮蔽板
12 コイルバネ
13 定位置検出手段
Claims (5)
- 流体を導入する流入部と、前記流入部の端面に第1の弾性体の復元力により押圧され、かつ流量に応じ前記流入部の端面に対して変位する流体遮蔽板と、前記流体遮蔽板の位置を検知する位置検知手段とからなり、前記第1の弾性体は第2の弾性体で保持するようにした流体流量計。
- 第1の弾性体を平板状のジンバルバネで構成し、流入部の端面に平行関係を維持したまま流体遮蔽板を変位するようにし、かつ、前記平板状のジンバルバネの周辺部をコイルバネからなる第2の弾性体で保持した請求項1記載の流体流量計。
- 流体遮蔽板を導電性材料とするとともに、流入部の端面に前記流体遮蔽板と平行にリング状電極を設けてコンデンサを構成し、このコンデンサの静電容量をもとに遮蔽板の位置を検知するようにした請求項1記載の流体流量計。
- 流体遮蔽板の下流側に設けた中心棒を差動トランスに挿通して位置検知手段を構成した請求項1記載の流体流量計。
- 中心棒と差動トランスとの間に空気ダンパ作用が発生するように前記差動トランスを凹字型に形成した請求項4記載の流体流量計。
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JPH0943013A JPH0943013A (ja) | 1997-02-14 |
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1995
- 1995-07-31 JP JP19455795A patent/JP3570024B2/ja not_active Expired - Fee Related
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