JP5119208B2 - 差圧流量計 - Google Patents

Description

本発明は、差圧流量計に関するものであり、とりわけ微小流量の液体を正確に測定可能とする差圧流量計に関する。

図９はオリフィスを用いた流体の流体流量制御機器４１の構成を示す図である。図９において、４２は流体Ｆを流通する第１流路４２ａ〜第３流路４２ｃを設けた本体ブロック、４３は第１流路４２ａと第２流路４２ｂの間に介在させたオリフィス、４４はオリフィス４３の上流側における流体Ｆの圧力Ｐ1 を測定する圧力センサ、４５はオリフィス４３の下流側における流体Ｆの圧力Ｐ2 を測定する圧力センサ、４６は第２流路４２ｂと第３流路４２ｃの間における流路の開度を調整する流量調整弁、４７は演算処理部、４８はケースである。

上記構成の流体流量制御機器４１において、流体Ｆがオリフィス４３を通過すると、このオリフィス４３の絞り部分４３ａの形状に合わせた圧力降下が生じる。したがって、前記演算処理部４７は両圧力センサ４４，４５の測定値Ｐ₁ ，Ｐ₂ を用いてオリフィス４３による圧力差（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）から流体Ｆの流量を求め
ることができる。つまり、流体流量制御機器４１は一点鎖線に示す部分から図示左側部分において差圧流量計４１Ａを形成している。また、演算処理部４７はオリフィス４３を流れる流体Ｆの流量が設定流量Ｖset になるように流量調整弁４６に対する開度制御信号Ｓを出力する。

ところで、オリフィス４３を流れる流体ＦはＪＩＳ（日本工業規格）で定められている条件を満たした場合、オリフィス４３の両端における圧力差（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）と流量Ｖとの間には、以下の式（１）に示す関係がある。
Ｖ＝ＣＡ₀ √｛２（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）／ρｘ｝ … 式（１）
但し、Ａ₀ は絞り部分４３ａの断面積、ρｘ（ｘは流体の種類を示している）は流体Ｆの比重、Ｃは流出係数である。また、流出係数はＪＩＳにて明記されている。

特開２００１−１２５６４９公報

ところが、上述のようなオリフィスまたはノズルを用いた差圧流量計４１Ａは微少流量の測定において、絞り部分４３ａにおける十分な圧力差を得ることが困難であった。すなわち、オリフィスまたはノズルを用いて微少流量の測定を行うためには、絞り部分４３ａの径を極微小径に形成する必要があった。また、微小流量のオリフィスまたはノズルの作製には、高度な技術を要する微細加工を必要としており、絞りを用いた微少流量の差圧流量計を製造する場合には、この絞り部分の製造コストがかかることが避けられなかった。

さらに、絞り部分４３ａの径が小さくなると、この絞り部分４３ａを透過する液体Ｆに極小さな不純物（パーティクル）が含まれているだけで、この絞り部分４３ａが閉塞することがあった。加えて、絞り部分４３ａを通過する液体Ｆの圧力Ｐ₁ ，Ｐ₂ はノズルの前後において大きく変動するので、液体に大きな圧力変化を与えると、減圧沸騰によるキャビテーション（発泡現象）が起こり、これによってさまざまな弊害が生じることがあった。

一方、レイノルズ数の小さい層流領域における液体Ｆの流れを形成するための差圧発生部として直線状に配置されたキャピラリを用いた場合には、この層流領域における流量Ｖとキャピラリ（差圧発生部）の両端における圧力差（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）との間に以下の式（２）に示す関係がある。そして、式（２）が示すように、差圧流量計においては、流量Ｖの測定精度に流体Ｆの粘性ηｘが大きく影響する。
Ｖ＝πｒ⁴ （Ｐ₁ −Ｐ₂ ）／（８×Ｌ×ηｘ） … 式（２）
但し、ｒはキャピラリの内部流路の半径、Ｌはキャピラリの長さ、ηｘは液体の粘度（ｘは液体の種類を示している）である。

そこで、レイノルズ数が小さい層流領域を測定する差圧流量計では、測定対象となる流体Ｆの粘性の温度影響をキャンセルするために流体Ｆの温度を測定し、その流体Ｆのその温度における粘性で補正を行うことが考えられる。しかしながら、この場合には流体Ｆの粘性と温度との関係が明確になっていなければならないので、粘性と温度の関係が分からない流体Ｆの温度補正は全くできなかった。特に、測定対象となる流体Ｆとして半導体製造装置などに用いられる液体の流量を測定するような差圧流量計を製造する場合には、粘性と温度の関係が分からない場合が多く、この液体Ｆの温度補正ができないことも少なくなかった。

さらに、新たな液体Ｆを測定対象とする場合には、実際にこの液体Ｆの温度を変えながら、その各温度における流量に対する圧力差（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）の関係をそれぞれ測定して、各温度における温度補正係数を算出する必要があった。また、たとえ測定対象の液体Ｆについて各温度に対する温度補正係数を求めたとしても、各温度に対する温度補正係数を予め求めておいた温度条件の範囲内においてだけしか温度補正を行うことができなかった。

本発明は上述の事柄を考慮に入れて成されたものであって、その目的は、レイノルズ数の小さい流体の流れを用いて極微小流量の測定を安定して行うことができる差圧流量計を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の差圧流量計は、液体の流れに抵抗を与える差圧発生部と、
この差圧発生部の両端における圧力差を測定する圧力センサと、
圧力差の測定値から液体の流量を求める演算処理部と、
液体の粘性を上げるために差圧発生部を流れる液体の温度を冷却する温度調節部とを有することを特徴としている。（請求項１）

すなわち、液体（以下、単に流体という）の温度を一定にすることにより、環境温度による流体の粘度変化を無くすことができ、レイノルズ数の小さい層流領域の流体の流れを形成する場合においても、環境温度の変化による差圧の変化を起こすことがなく、常に安定した流量測定を行うことができる。また、粘度と温度との関係が明確になっていないような流体であっても、前記温度調節部によって調節される温度におけるこの液体の粘度を測定し、この粘度を記憶することにより、この流体の流量を正確に求めることができる。

つまり、測定対象の流体の粘度と代替の流体の粘度との比（粘性比）さえ明確であれば、測定対象の流体の各温度における粘度を測定する必要がない。また、差圧流量計の製造の段階においては、新たに製造された差圧流量計の個体差を測定するために、代替の流体を用いることができ、測定対象の流体を用いる必要がないので、とりわけ測定対象の流体が高価であったり毒性があるなど取扱いが困難な流体の場合に、代替の流体を用いて安全かつ低コストにて調整を行うことができる。

前記差圧発生部が小径の管内に流体を流すことで管の長さに応じた流れの抵抗を形成するキャピラリである場合には、キャピラリに流体を流通させることにより、この流体に生じる圧力損失をキャピラリの全長に分散することができレイノルズ数の小さい流体の流れを形成すると共に流体の流れに抵抗を与えることができる。したがって、キャピラリの流路を長くすればするほど、その流路の径を前記絞り部４３ａに比べて大径にすることができ、流体に含まれる不純物などによってキャピラリが閉塞するなどの問題が生じることを防止できる。また、仮にキャピラリが大きな不純物によって閉塞することがあったとしても、このキャピラリを低コストにて交換することが可能となる。

加えて、比較的流路径が大きなキャリラリは極微小の絞り部分を形成したオリフィスやノズルに比べてはるかに低コストにて製造可能であるから、それだけ差圧流量計の製造コストを削減できる。さらに、短いノズルやオリフィスによって圧力変化を形成することがなく、長いキャピラリを用いて圧力損失を形成して、キャピラリを流通する流体の圧力が急激に変化することがないので、流体の流れによって流体にキャビテーションが発生することを防止できる。

前記温度調節部が差圧発生部を流れる液体の温度を冷却によって一定に保つ温度調節部である場合（請求項２）には、差圧発生部を流通する液体の温度を一定に保つことができるので、この液体の粘度を一定にして、その流量の測定精度を高く保つことができる。

前記温度調節部が、温度調節体と、この温度調節体によって温度調節されると共に良好な熱伝導率を用いて温度分布を小さくする金属ブロックと、この金属ブロックから差圧発生部への熱伝達を大きくする熱伝達手段と、金属ブロックの温度を測定する温度センサとを有する場合（請求項３）には、差圧発生部の全部分における温度を的確に一定値に調整できると共に、その構成を簡略化することができる。

前記温度調節部が差圧発生部の前段側流路の温度を一定にする前段側温度調節部を有する場合（請求項４）には、流体の温度を差圧発生部に入る前の段階において一定に調整できるので、この流体の比熱が高い場合においても差圧発生部に流入する最初の段階から流体の温度を一定に保ってその粘度を一定にし、流量の測定精度を高く保つことができる。

前記前段側温度調節部が、温度調節体と、この温度調節体によって温度調節されると共に良好な熱伝導率を用いて温度分布を小さくする金属ブロックと、この金属ブロックの温度を測定する温度センサとを有し、金属ブロックが、差圧発生部の上流側の流路における流体との接触面積を広げるための接触面積増加流路を設けた場合には、金属ブロックを流れる流体の温度を効率よく速やかに一定温度に調整できる。

前記接触面積増加流路が流体を並列に流す複数の小径流路を有する場合には、流体の流路抵抗の増加を必要最小限に抑えながら接触面積を増加させることができる。

前記温度調節体がペルチエ効果素子である場合（請求項５）には、熱の発生および吸収を行うことができるので、流体の温度を常温の一定温度に調節することが可能となり、それだけエネルギーの消費を抑えることで、省エネルギに貢献できる。さらに、流体の温度を低い温度に調節することにより、流体の粘性を上げた状態で測定可能であると共に、加熱に伴う化学変化や気化の発生を抑えることができる。

以上説明したように本発明では、差圧発生部における液体の温度を常に一定に保つことができるので、測定対象となる液体の粘度を一定に保った状態で流量測定を行なうことができ、レイノルズ数の小さい液体の流れを形成した場合にも液体の流れに抵抗を与える差圧発生部を用いて環境温度の変化に影響されることのない極めて安定した流量測定を行うことができる。また、液体の温度を測定して温度補正を行なう場合に比べて温度補正演算を省略できるだけでなく、粘度と温度との関係が明確でない液体も測定対象とすることができる。さらに、液体の温度を低い温度に調節することにより、液体の粘性を上げた状態で測定可能であると共に、加熱に伴う化学変化や気化の発生を抑えることができる。

本発明の第１実施例である差圧流量計の構成を示す概略図である。 前記差圧流量計の斜視図である。 第１実施例の差圧流量計の内部流路を透視して示す図である。 前記差圧流量計のベースブロックの構成を示す平面図と断面図である。 前記差圧流量計の圧力測定ブロックの構成を示す平面図と断面図である。 前記差圧流量計の圧力測定ブロックの構成を示す左側面図、断面図、右側面図である。 前記差圧流量計のキャピラリブロックの構成を示す平面図と断面図である。 第２実施例である差圧流量計の構成を示す概略図である。 従来の差圧流量計を用いた流体流量制御機器の構成を示す図である。

図１，２は、本発明の第１実施例である差圧流量計１の構成を示す図である。図１はその全体的な構成を概略的に示しており、図２は一部を分解して示す斜視図である。

図１に示すように、２は流体Ｆを流通する第１流路２ａおよび第２流路２ｂを形成してなる本体ブロック、３は第１流路２ａに連通するように設けた第１圧力センサ、４は第２流路２ｂに連通するように設けた第２圧力センサ、５は第１流路２ａと第２流路２ｂとを連通連結するように設けた差圧発生部（キャピラリ）、６は両圧力センサ３，４によって測定された圧力Ｐ₁ ，Ｐ₂ の測定値を用いて流量Ｖを算出する演算処理部である。

Ｈ₁ ，Ｈ₂ は電熱ヒータであり、Ｔｈはキャピラリ５の近傍における温度を測定する温度センサである。ヒータＨ₁ は例えば前記キャピラリ５の前段側流路の第１流路２ａの近傍に配置されて、この第１流路２ａを流れる流体Ｆを加熱し、ヒータＨ₂ は例えば前記キャピラリ５の近傍に配置されてキャピラリ５内を流れる流体Ｆを加熱する。演算処理部６は温度センサＴｈによって検出される温度Ｔを監視しながら、ヒータＨ₁ ，Ｈ₂ に供給する電力を制御することにより、金属ブロック２の温度を一定値に調節する。すなわち、温度センサＴｈ，演算処理部６，ヒータＨ₁ ，Ｈ₂ およびブロック２（後述する金属ブロック２Ａ〜２Ｄ）は本例における温度調節部である。

なお、本例では温度センサＴｈを温度調節においてより重要なキャピラリ５の近傍にのみ設けているので、製造コストを最小限に抑えながら、効果的に温度調整を行えるようにしている。しかしながら、温度センサＴｈはキャピラリ５の近傍のみならず、圧力測定ブロック２Ｂ内の第１流路２ａの近傍における温度を別の温度センサによって測定して、両ヒータＨ₁ ，Ｈ₂ による加熱をそれぞれ制御してもよい。

図２に示すように、本体ブロック２は例えばベースブロック２Ａと、圧力測定ブロック２Ｂと、キャピラリブロック２Ｃと、蓋体２Ｄとに分けることができる。そして、例えば圧力測定ブロック２Ｂに対する圧力センサ３，４の接続部およびキャピラリブロック２Ｃに対する蓋体２Ｄの接続部は例えばビス７の螺合および解除によって着脱可能に形成されている。また、ベースブロック２Ａには流体Ｆの流入部および流出口を形成する配管の接続部材８，９が形成されている。

前記キャピラリブロック２Ｃには、平面視略凹字状であり湾曲部１０ａの曲率がキャピラリ５の流路を潰さない程度に大きくなるように形成した溝１０を形成すると共に、キャピラリ５の両端部を前記流路２ａ，２ｂにロウ付け接続するための開口部１１を形成している。すなわち、キャピラリ５を溝１０内に埋め込むことにより、キャピラリブロック２Ｃの大きさをコンパクトに抑えながらキャピラリ５の長さＬを長くすることができる。

１２は圧力測定ブロック２Ｂの一側面から設けられて前記ヒータＨ₁ を挿入するための孔であり、１３はキャピラリブロック２Ｃの一側面から設けられて前記ヒータＨ₂ および温度センサＴｈを挿入するための孔である。

図３〜７は前記差圧流量計１の具体的な構成を示す図であって、図３は前記流路２ａ，２ｂの細部を示すように一部を透視して示す斜視図、図４はベースブロック２Ａの構成を示す図、図５，６は圧力測定ブロック２Ｂの構成を示す図、図７はキャピラリブロック２Ｃの構成を示す図である。これらのブロック２Ａ〜２Ｄは何れも良好な熱伝導率を用いて温度分布を小さくする例えばステンレスなどの金属からなる金属ブロックである。

図３，４に示すように、第１流路２ａはベースブロック２Ａ内において入口側流路１４と、この入口側流路１４にそれぞれ連通して流体Ｆを例えば５流路に分岐させて並列に流す複数の小径流路１５と、これらの小径流路１５をまとめて上方に導く縦流路１６（流体を並列に流す複数の小径流路の一部）とを有している。なお、図４（Ａ）はベースブロック２Ａの平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図である。

前記入口側流路１４はベースブロック２Ａの側面から浅く切削して形成することができ、小径流路１５は入口側流路１４の奥部に連通するように複数切削して形成できる。また、縦流路１６は各小径流路１５に連通するようにベースブロック２Ａの上面から切削して形成できる。すなわち、各流路１４〜１６は簡単な切削によって形成でき、流体Ｆとの接触面積を広げる接触面積増加流路１４〜１６を低コストにて極めて容易に形成できる。

さらに、第１流路２ａは、図３，５，６に示すように、圧力測定ブロック２Ｂの下面に形成されて前記縦流路１６に連通する環状溝流路１７と、この環状溝流路１７に連通する例えば２本の縦流路１８と、圧力測定ブロック２Ｂの上面に形成されて両縦流路１８に連通する環状溝流路１９とを有している。また、両縦流路１８には前記圧力センサ３の取付け孔２０に連通させるための連通孔２１をそれぞれ形成している。

なお、図５（Ａ）は圧力測定ブロック２Ｂの平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるII−II断面図である。また、図６（Ａ）は圧力測定ブロック２Ｂの一方（圧力センサ３側）の側面図、図６（Ｂ）は図５（Ａ）におけるIII −III 断面図、図６（Ｃ）は圧力測定ブロック２Ｂの他方（圧力センサ４側）の側面図である。

また、前記環状溝流路１７，１９および後述の円盤状流路２４，２６は圧力測定ブロック２Ｂの上下面を浅く切削することで、各金属ブロック２Ａ〜２Ｃを組み付けたときに形成することができる。この金属ブロック２Ａ〜２Ｃの組み付け時には接合部にシール材を介在させて環状溝流路１７，１９および円盤状流路２４，２６に漏れが生じないようにする。そして、前記縦流路１８および後述の縦流路２５は、前記環状溝流路１７，１９および円盤状流路２４，２６に連通する位置において圧力測定ブロック２Ｂを上下方向に貫通するように形成したものである。

さらに、前記圧力センサ３の取付け孔２０は圧力測定ブロック２Ｂの一側面から前記縦流路１８，２５に連通しない程度の深さで圧力センサ３を挿入可能な程度の径を有するように形成したものであり、連通孔２１は取付け孔２０の奥部から縦流路１８に連通するように切削して形成したものである。すなわち、前記各流路１７〜２１および後述の流路２４〜２６も簡単な切削などによって形成でき、流体Ｆとの接触面積を広げる接触面積増加流路１７〜２１を極めて容易に形成できる。

そして、前記第１流路２ａは、図３，７に示すように、キャピラリブロック２Ｃに形成されて前記環状溝流路１９に連通する接続流路２２を含んでいる。また、図７（Ａ）はキャピラリブロック２Ｃの平面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示したキャピラリブロック２ＣのIV−IV断面図である。前記キャピラリ５はこの接続流路２２および後述する接続流路２３に銀ロウ付けなどによって接続されることにより、第１流路２ａおよび第２流路２ｂに連通連結される。

キャピラリ５は図７（Ｂ）の拡大図に示すように、前記キャピラリブロック２Ｃに形成された溝１０内に埋め込んだ状態でキャピラリ５と溝１０との間に生じる隙間に熱伝導率に優れた合成樹脂からなる熱伝達性樹脂１０ｂを満たすように構成している。つまり、溝１０と熱伝達性樹脂１０ｂを熱伝達手段として用いることによってキャピラリ５はキャピラリブロック２Ｃとの熱のやり取りを円滑に行うことができ、キャピラリブロック２Ｃの温度調節によってキャピラリ５を流れる流体Ｆの温度を確実に制御できる。

また、前記ヒータＨ₁ ，Ｈ₂ は熱伝導率に優れた金属ブロック２Ｂ，２Ｃに埋め込まれているので、各ヒータＨ₁ ，Ｈ₂ からの熱は金属ブロック２Ｂ，２Ｃの全体に伝わって、その温度分布を小さくすることができる。加えて、差圧流量計１に流入する流体Ｆはキャピラリ５の部分（差圧発生部）のみならず、その上流側の第１流路２ａ内において予め加熱されて一定温度に温度調節される。

さらに、前記金属ブロック２Ａ〜２Ｃが、キャピラリ５の上流側の第１流路２ａを構成する各流路１５，１６，１７，１８，１９を用いて流体Ｆとの接触面積を広げて、これらの流路１５，１６，１７，１８，１９が接触面積増加流路を形成しているので、流体Ｆは接触面積増加流路１５，１６，１７，１８，１９を流通することで、十分に金属ブロック２Ａ〜２Ｃに接触する。これによって、キャピラリ５に流入する最初の段階からその流体Ｆの粘度を一定にすることが可能となる。すなわち、周囲温度の変化に関係なく極めて安定した流量測定を行うことができる。

一方、前記第２流路２ｂは、キャピラリブロック２Ｃに形成された接続流路２３と、圧力測定ブロック２Ｂの上面に形成されて接続流路２３に連通する円盤状流路２４と、この円盤状流路２４から下方に連通する縦流路２５と、圧力測定ブロック２Ｂの下面に形成されて立ち下げ流路２５に連通する円盤状流路２６と、ベースブロック２Ａに形成された出口側流路２７とを有している。

また、図５，６に示すように、縦流路２５にはその上下２か所において前記圧力センサ４の取付け孔２８に連通させるための連通孔２９を形成している。なお、取付け孔２８および連通孔２９は前記取付け孔２８および連通孔２９と同様に切削などの手段で圧力測定ブロック２Ｂの側面から容易に形成することができる。

前記キャピラリ５は耐蝕性に優れた材質（例えばステンレスなど）からなる管体であり、その長さＬおよびその内部流路の半径（内径）ｒは前記式（２）に示すように、キャピラリ５の両端における流体Ｆの差圧（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）と流量Ｖとの比例関係に影響を与える要素である。なお、式（２）が成立する条件としてキャピラリ５が直管であることとされているが、本例ではキャピラリ５の湾曲部１０ａの曲率をその流路を潰さない程度に大きくすることで、キャピラリ５に所定の曲率以上の直線性を持たせてキャピラリ５内の層流を乱すことがなく、前記式（２）を近似的に適用することが可能である。したがって、キャピラリ５の長さＬを長くすればするほど、内径ｒを大きくすることができ、それだけキャピラリ５を流通する流体Ｆに詰まりが生じるのを防止できる。

また、前記演算処理部６は例えば前記式（２）における任意の温度（例えば５０℃）における粘度ηｘの値を流体Ｆの種類ｘに合わせて記憶する記憶部（図示省略）を有する。なお、実際にはキャピラリ５の内径ｒおよび長さＬの値が固定であるから、前記式（２）を以下の式（３）に示すように簡略化して各流体Ｆの種類に合わせた定数Ｃｘをそれぞれ記憶するようにしてもよい。
Ｖ＝（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）×Ｃｘ … 式（３）

なお、本例の差圧流量計１によって測定する流体Ｆの種類ｘは種々考えられるが、単一の流体Ｆのみを測定対象とする場合には複数の流体Ｆの粘度ηｘまたは定数Ｃｘを記憶する必要はない。逆に、差圧流量計１が複数の流体Ｆの粘度ηｘまたは定数Ｃｘを記憶する場合には、測定対象の流体Ｆの種類を選択するためのディップスイッチやロータリースイッチ、さらには、データ通信によって書換え可能な記憶部などからなる設定部を設けることで、差圧流量計１によって取り扱う流体Ｆの種類ｘを選択可能とすることが考えられる。この場合、複数記憶された各粘度ηｘまたは定数Ｃｘの中から適宜に選択して、測定対象となる流体Ｆを切換えることができる。

前記構成の差圧流量計１は、配管の接続部材８を介して流体Ｆが供給されることで、第１流路２ａに流入した流体ＦをヒータＨ₁ ，Ｈ₂ によって加熱することで、その温度を設定された一定温度に調節する（例えば５０℃に加熱する）。これによって流体Ｆの粘度は一定になる。ついで、温度調節された流体Ｆがキャピラリ５を通って第２流路２ｂに流れ、接続部材９を介して下流側に流れる。

このとき、キャピラリ５を通る流体Ｆにはキャピラリ５の内部流路の断面積に応じた抵抗により徐々に圧力低下が整流状態で発生するので、第１流路２ａ内の内圧Ｐ₁ が第２流路２ｂ内の内圧Ｐ₂ に比べて高くなる。それゆえに、この差圧（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）を圧力センサ３，４によって求めることにより、演算処理部６は前記式（２）または式（３）に示すように流体Ｆの微量流速Ｖを求めることができる。

なお、前記差圧流量計１は製造時に同一形状に形成されたとしても、キャピラリ５の形状の僅かな違いや、圧力センサ３，４の個体差などの種々の影響を受けることにより、差圧（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）の測定値に幾らかの個体差が生じるものである。そこで、新たに製造された差圧流量計１は校正を行って、その個体差を補正する必要がある。そして、本発明の差圧流量計１の場合、校正作業は蒸留水などの扱いやすい一種類の流体で行うことができ、差圧流量計１によって実際に測定される流体Ｆを用いて校正を行なう必要はない。

例えば、差圧流量計１によって実際に測定される流体Ｆがアルコールであるとして、このアルコールの５０℃における粘度がηalc とし、校正作業に使用した蒸留水の５０℃における粘度がηwat であるとすると、前記校正作業によって得られた粘度ηｘまたは定数Ｃｘを粘度比ηalc ／ηwat によって乗算することによって、差圧流量計１の測定対象流体Ｆをアルコールとして校正を行うことができる。

さらに、未知の液体を測定対象の流体Ｆとする場合においても、この未知の流体を新たに製造された各差圧流量計１に実際に流す必要はなく、前記温度（例えば５０℃）における粘度ηｘのみを測定するだけでよい。とりわけ、半導体製造工程に用いられる液体を測定対象とする場合には、稀少価値があったり毒性があるなどの問題がある場合が多いので、別の液体を用いて差圧流量計１の校正を行うことが有用である。

加えて、前記差圧流量計１では、流体Ｆに生じる圧力変動が緩やかに生じるので、急激な圧力変動が生じたときに問題となる気泡現象（キャビテーション）の発生を効果的に抑えることができる。つまり、それだけ測定結果の信頼性が向上すると共に流体Ｆに与える影響を小さくすることができる。

さらに、前記キャピラリ５には、図９に示した従来のオリフィス４３のように微小な断面積を有する絞り部分４３ａを形成する必要がないので、キャピラリ５は高度な微細加工によって製造する必要がなく、その加工が極めて容易であって、汎用の用途で大量生産されているものを利用可能であるから、その製造コストを飛躍的に削減することができる。さらに、キャピラリ５の内径ｒが太くなればなるほどキャピラリ５に不純物の詰まりが発生する可能性を小さくすることができ、それだけ差圧流量計１の信頼性を向上できる。

また、仮にキャピラリ５が何らかの原因で詰まりを発生したり、劣化したとしても、本例の差圧流量計１はキャピラリブロック２Ｃ内にキャピラリ５を着脱可能に取付けられるものであるから、前記蓋体２Ｄを取り外してキャピラリ５の交換をすることが可能である。この場合にも、キャピラリ５が安価であるから従来のオリフィス４３のように高価な部品を交換する場合に比べて、コストを削減できる。さらに、キャピラリ５の交換を行うことで、前記式（２）に示す各値ｒ，Ｌを変更することも可能であり、これによって差圧流量計１の流量仕様の変更を行うことも可能である。

上述の例では、一例として流体Ｆとして微少流量の液体を用いた例を示しているが、本発明はこの点を限定するものではない。また、差圧発生部５はキャピラリであることにより、その取扱いが容易となるが本発明はこの点を限定する必要はなく、金属ブロック２Ａ〜２Ｃ内に形成した微小径流路など種々の構成が考えられる。

差圧発生部５としてキャピラリを用いる場合であっても、本例では図３に示すように、キャピラリ５を略凹字状に湾曲させることでその長さＬを長くするようにしているが、本発明はこの形状を限定するものではない。すなわち、キャピラリ５を渦巻き状やコイル状など様々な形状にしてその長さＬを長くすることができる。

さらに、キャピラリ５は図２，７（Ａ）に示すように、予め形成された溝１０に埋め込むようにして配置することで溝１０を熱伝達手段として用いて、金属ブロック２Ｃとの熱接触を十分に行うようにしているが、本発明はこの構成を限定する必要はない。例えば、キャピラリ５とヒータＨ₂ と温度センサＴｈの部分をアルミなどの熱伝導率に優れた金属によって鋳込むことで、その熱伝導率を最適化することも可能である。

また、上述の例では、差圧発生部５を流れる流体Ｆの温度を一定に保つ温度調節部の一例として、ヒータＨ₁ ，Ｈ₂ を温度調節体とする例を示しているが、このヒータＨ₁ ，Ｈ₂ に代えて、ペルチエ効果素子（電子冷却器）などを用いてもよい。この場合、流体Ｆの温度調節を行うときに加熱だけでなく冷却を行うことも可能となるので、例えば２５℃などの常温になるように温度調節することが可能となり、温度調節にかかるエネルギーを必要最小限に抑えることが可能となる。

図８は本発明の第２実施例である差圧流量計１の構成を概略的に示す図である。なお、図３において、図１，２と同じ符号を付した部分は同一または同等の部分であるから、その詳細な説明を省略する。

図８において、３０はキャピラリ５の上流側に連通する第１流路２ａと、キャピラリ５の下流側に連通する第２流路２ｂとを橋渡しするように形成された連通部、３１はこの連通部３０内に配置されてこれを閉鎖すると共に両流路２ａ，２ｂ間の差圧（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）を測定する差圧センサである。

本例のように、一つの差圧センサ３１によってキャピラリ５の上流側と下流側における圧力の差を検出することにより、複数の圧力センサ３，４を用いて圧力Ｐ₁ ，Ｐ₂ の圧力を検出した後にその差（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）を演算によって求める場合に比べて装置構成を簡素できる。すなわち、使用する圧力センサの数を削減して差圧流量計１の製造コストを削減できるだけでなく、圧力Ｐ₁ ，Ｐ₂ の差を一つの差圧センサ３１内で測定することで、その測定誤差を可及的に小さくできる。

なお、前記差圧センサ３１は好ましくは連通部３０を閉鎖するように配置したダイヤフラム３１ａを有し、圧力差（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）の大きさによって生じるダイヤフラム３１ａの撓みの大きさから差圧（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）を検出することが望ましい。この場合、圧力センサ３１の個体差が影響する部分を最小限に抑えることができるので、それだけ測定精度を向上させることができる。

上述した各例に示す差圧流量計１は何れも流体の微少流量を測定可能とするものであり、極微少流量であっても詰まりやキャビテーションを起こすことがない点において有用であるが、本発明は微少流量を測定することに限定される必要はない。

また、上述した各例においては演算処理部６によって圧力差（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）を流量Ｖに変換して出力する例を示しているが、本発明はこの点を限定するものではない。すなわち、前記演算処理部６の代わりに、簡単な記憶回路を設けて、差圧流量計１の校正時に測定した圧力差（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）と流量Ｖとの関係を記憶してもよい。

この場合、流量を測定するときは差圧流量計１を外部に設けた演算処理部と接続し、演算処理部による圧力差（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）の測定値の読み出しと前記式（２），式（３）の演算によって流量Ｖを算出する。また、前記式（２），式（３）に示す各定数ηｘ，Ｃｘは外部の演算処理部から差圧流量計１内の記憶回路に記憶されている圧力差−流量の関係から演算によって求めることが可能である。

１ 差圧流量計
２Ａ〜２Ｄ 金属ブロック
３，４，３１ 圧力センサ
５ キャピラリ（差圧発生部）
６ 演算処理部（温度調節部）
１０ 溝（熱伝達手段）
１０ｂ 熱伝達性樹脂（熱伝達手段）
１４〜２２ 接触面積増加流路
１５，１６ 小径流路
Ｆ 流体
Ｈ₁ ，Ｈ₂ ヒータ（温度調節体）
Ｌ 長さ
Ｔ 温度
Ｔｈ 温度センサ

Claims (5)

1. 液体の流れに抵抗を与える差圧発生部と、この差圧発生部の両端における圧力差を測定する圧力センサと、圧力差の測定値から液体の流量を求める演算処理部と、液体の粘性を上げるために差圧発生部を流れる液体の温度を冷却する温度調節部とを有することを特徴とする差圧流量計。
2. 前記温度調節部が差圧発生部を流れる液体の温度を冷却によって一定に保つ温度調節部である請求項１に記載の差圧流量計。
3. 前記温度調節部が、温度調節体と、この温度調節体によって温度調節されると共に良好な熱伝導率を用いて温度分布を小さくする金属ブロックと、この金属ブロックから差圧発生部への熱伝達を大きくする熱伝達手段と、
   金属ブロックの温度を測定する温度センサとを有する請求項１または２に記載の差圧流量計。
4. 前記温度調節部が差圧発生部の前段側流路の温度を一定にする前段側温度調節部を有する請求項１〜３の何れかに記載の差圧流量計。
5. 前記温度調節体がペルチエ効果素子である請求項３に記載の差圧流量計。
   

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