JP5213582B2

JP5213582B2 - 流量測定装置

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Publication number: JP5213582B2
Application number: JP2008209688A
Authority: JP
Inventors: 広宣松沢
Original assignee: Advance Denki Kogyo KK
Current assignee: Advance Denki Kogyo KK
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-08-18
Also published as: JP2010044011A

Description

本発明は、流体の流量測定装置に関し、特に差圧式流量センサーの流量測定域を可変することができる流量測定装置に関する。

流体の流量を測定する流量センサーとして、回転式流量センサー、浮子式流量センサー、超音波流量センサー、カルマン渦流量センサー等の種々の流量センサーがある。回転式流量センサーや浮子式流量センサーでは羽根車や浮子が流路内で可動することにより流路にパーティクル（微細なゴミ）が発生してしまう等の問題がある。超音波流量センサーやカルマン渦流量センサーは流体（液体）の流通時に発生する気泡に弱く流体の乱れによって精度にばらつきが生じる等の問題がある。特に、半導体製造等のように高清浄度が求められる環境や発泡性流体が用いられる現場での使用には難しい面があった。

上記の問題点を解決した流量センサーとして、差圧式流量センサーが知られている。例えば、２つの受圧部に対して１つのセンサーで検知するように構成された差圧式流量センサーが知られている（特許文献１参照）。特許文献１の差圧式流量センサーは、２つのダイヤフラムを対向配置してチャンバを区画し、一次側のチャンバからオリフィス部を有する流路を介して二次側のチャンバに所定の差圧を生じさせた流体を流通させ、２つのダイヤフラムの間に各ダイヤフラムが受ける圧力を伝達する受圧部を介して荷重差センサーを配置し、前記荷重差センサーによって各ダイヤフラムが受ける圧力差を荷重差として検知して流量を測定する。そのため、流体内にパーティクルを発生させるおそれもない流量センサーである。

現状、上記差圧式流量センサーを用いて流量測定を行う場合、想定される流量測定範囲に対応した差圧式流量センサーが流通ラインに配置される。そして、測定部分の配管を変化させたり、流量センサーの流量測定範囲外に測定流量を変化させたりする際には、想定外の圧力変動が発生するため、その変動圧力に対応した他の流量測定範囲を設定した差圧式流量センサーに取り替えられていた。しかし、そのような作業は手間であり、ランニングコストもかさむ。このことから、各種の流量領域に対応して最適な測定精度を維持することができるようなレンジアビリティの大きい差圧式流量センサーが求められている。

例えば、医療機器において、人工透析機に内蔵される流量センサーの場合、透析を受ける患者が乳幼児、子供、大人等の体格差により、それぞれ透析機内を透過させる血液量が異なる。各患者毎に透析機を使い分けることや、１台の透析機内に何種類もの流量センサーを内蔵した透析機を採用することは病院等に過大な設備負担を強いる。

また、半導体製造分野においても、シリコンウエハーに各種の加工を適宜行うため、フッ酸や硫酸、アンモニア等の化学薬液や、超純水を使用してウエハーの洗浄が行われる。ウエハーに供給される薬液の量は実施される工程によって異なるため、広範囲にわたって流量測定が可能な差圧式流量センサーが必要とされる。しかしながら、１台の半導体製造装置に複数のレンジの流量センサーを用いることは、装置が大型化するだけでなく、コストがかさむ等の問題がある。

そこで、一の装置において、被計測流体の清浄度に影響を与えることなく、簡便に複数の測定範囲（計測レンジ）の異なる流体流量の測定に適応した流量測定装置が求められるに至った。
特許第３８４５６１５号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、一の装置でありながら、計測対象である流体の清浄度に影響を与えることなく、簡便に複数の計測レンジの異なる流体流量を測定することができる流量測定装置を提供するものである。

すなわち、請求項１の発明は、被計測流体の主流路に１次側圧力流路及び２次側圧力流路を介して差圧式流量センサー部を接続した流量測定装置であって、前記差圧式流量センサー部は、単一のチャンバ部内に第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとを対向して収容し、前記第１ダイヤフラムに面する第１チャンバと前記第２ダイヤフラムに面する第２チャンバに前記チャンバ部を区画していると共に、前記第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとの間に荷重検出センサーを配置し、前記荷重検出センサーからの信号を流量信号に変換する演算部を備え、前記第１チャンバと前記第２チャンバとを接続する迂回流路を形成しており、前記１次側圧力流路は前記主流路と前記第１チャンバを接続し、前記２次側圧力流路は前記主流路と前記第２チャンバを接続し、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に差圧を生じさせる圧力損失部と、前記１次側圧力流路及び前記２次側圧力流路が接続する間の前記主流路内もしくは前記迂回流路のいずれかに少なくとも一の開閉弁部を備え、前記開閉弁部は、ダイヤフラムを有するとともに貫通孔が形成されているポペット弁体を備え、バルブボディの弁室内を前記ポペット弁体が進退して前記弁室の流入口を開閉制御して流出口から流出する流体の流通を制御するとともに、前記貫通孔が前記ポペット弁体により前記弁室の前記流入口を閉鎖した際に前記流入口より流路径の小さい流路によって前記流入口と前記弁室とを連通させて、前記弁室への流入流路側と前記弁室からの流出流路側との間に差圧を生じさせることを特徴とする流量測定装置に係る。

請求項２の発明は、前記開閉弁部を一の流路に複数備える場合において、いずれの開閉弁部も当該開閉弁部が備えられる一の流路に対して並列に配置される請求項１に記載の流量測定装置に係る。

請求項１の発明に係る流量測定装置は、被計測流体の主流路に１次側圧力流路及び２次側圧力流路を介して差圧式流量センサー部を接続した流量測定装置であって、前記差圧式流量センサー部は、単一のチャンバ部内に第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとを対向して収容し、前記第１ダイヤフラムに面する第１チャンバと前記第２ダイヤフラムに面する第２チャンバに前記チャンバ部を区画していると共に、前記第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとの間に荷重検出センサーを配置し、前記荷重検出センサーからの信号を流量信号に変換する演算部を備え、前記第１チャンバと前記第２チャンバとを接続する迂回流路を形成しており、前記１次側圧力流路は前記主流路と前記第１チャンバを接続し、前記２次側圧力流路は前記主流路と前記第２チャンバを接続し、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に差圧を生じさせる圧力損失部と、前記１次側圧力流路及び前記２次側圧力流路が接続する間の前記主流路内もしくは前記迂回流路のいずれかに少なくとも一の開閉弁部を備え、前記開閉弁部は、ダイヤフラムを有するとともに貫通孔が形成されているポペット弁体を備え、バルブボディの弁室内を前記ポペット弁体が進退して前記弁室の流入口を開閉制御して流出口から流出する流体の流通を制御するとともに、前記貫通孔が前記ポペット弁体により前記弁室の前記流入口を閉鎖した際に前記流入口より流路径の小さい流路によって前記流入口と前記弁室とを連通させて、前記弁室への流入流路側と前記弁室からの流出流路側との間に差圧を生じさせるため、開閉弁部での流体の圧力損失が抑制されて置換特性にも優れるとともに、開閉弁部に圧力損失部を兼用させて当該流量測定装置の構成の簡素化を図ることができ、一の装置でありながら被計測流体の清浄度に影響を与えることなく、簡便に複数の測定範囲の異なる流体流量を測定することができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記開閉弁部を一の流路に複数備える場合において、いずれの開閉弁部も当該開閉弁部が備えられる一の流路に対して並列に配置されるため、一の流路を選択可能な複数の流路として構成することができる。

以下添付の図面に従ってこの発明を詳細に説明する。
図１は流量測定装置が配置された流体の供給ラインの概略図、図２は差圧式流量センサー部の要部断面図、図３はポペット弁体を備えた開閉弁部の要部断面図、図４は本発明の第１実施例に係る流量測定装置が配置された流体の供給ラインの概略図、図５は迂回流路が形成された差圧式流量センサー部の要部断面図、図６は主流路内及び迂回流路の両方に開閉弁部を備える流量測定装置が配置された流体の供給ラインの概略図である。

図１に示す流量測定装置１０Ａは、被計測流体の主流路１１に１次側圧力流路１２及び２次側圧力流路１３を介して差圧式流量センサー部２０Ａが接続される。図において、符号１６は主流路１１に被計測流体を供給するための供給部、１７は供給された被計測流体の使用部を表す。なお、ここでいう１次側とは被計測流体が流通する供給ラインの上流側（供給部１６側）であり、２次側とはその下流側（使用部１７側）である。

差圧式流量センサー部２０Ａは、図２に示すように、単一のチャンバ部２２内に第１ダイヤフラム３０と第２ダイヤフラム３５とが対向して収容される。第１ダイヤフラム３０に面する第１チャンバ２３と第２ダイヤフラム３５に面する第２チャンバ２４によりチャンバ部２２は区画される。第１ダイヤフラム３０と第２ダイヤフラム３５との間に荷重検出センサー４０が配置され、前記荷重検出センサーからの信号を流量信号に変換する演算部Ｃを備える。演算部Ｃとしては、ＰＬＣ等の公知の演算手段が用いられる。

この差圧式流量センサー部２０Ａでは、後述する圧力損失部５０の流路面積に応じて生じる差圧に基づいて流量の測定が行われる。そこで、差圧式流量センサー部２０Ａの演算部Ｃには、圧力損失部５０の流路面積に対応する差圧の値と、該差圧に基づいて決定される流量値又はそれらの折れ線近似があらかじめ記憶され、測定誤差等を考慮して記憶された流量値に最適な流量測定範囲が設定される。また、後述するように測定対象の流路内に複数種類の圧力損失部５０が配置されている場合には、各圧力損失部５０の流路面積にそれぞれ対応した差圧の値とその流量値又はそれらの折れ線近似が記憶され、各流量値に最適な複数種類の流量測定範囲が設定される。

図２において、符号２１は差圧式流量センサー部２０Ａのボディ本体、２７は第１チャンバ２３に形成された被計測流体の流入部、２８は第２チャンバ２４に形成された被計測流体の流出部、３１は第１ダイヤフラム３０を固定する内周押さえリング、３２は第１ダイヤフラム３０を固定する外周押さえリング、３６は第２ダイヤフラム３５を固定する内周押さえリング、３７は第２ダイヤフラム３５を固定する外周押さえリング、４１は第１ダイヤフラム３０の圧力を受けてその荷重を伝達する受圧部、４２は第１ダイヤフラム３０の変位が所定以上の大きさにならないように受圧部４１の内側に設けられた変位制限部材、４３はチャンバ部２２内に固定配置された外周枠部、４６は第２ダイヤフラム３５の圧力を受けてその荷重を伝達する受圧部、４７は第２ダイヤフラム３５の変位が所定以上の大きさにならないように受圧部４６の内側に設けられた変位制限部材、４８は各受圧部４１，４６が取付けられる中心部材、４９は外周枠部４３と中心部材４８との間に延設された起歪部４９ａに生じる変位量を電気信号として取り出して演算部Ｃに送信する計測部である。

この流量測定装置１０Ａにあっては、１次側圧力流路１２は主流路１１と第１チャンバ２３を接続し、２次側圧力流路１３は主流路１１と第２チャンバ２４を接続する。第１チャンバ２３と第２チャンバ２４との間には、差圧を生じさせる圧力損失部５０が配置され、１次側圧力流路１２及び２次側圧力流路１３が接続する間の主流路１１内に少なくとも一の開閉弁部６０が備えられている。

圧力損失部５０は、差圧式流量センサー部２０Ａの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを連通する流路内に少なくとも１以上設けられる。そして、該圧力損失部５０によって生じた差圧に基づいて差圧式流量センサー部２０Ａが被計測流体の流量を測定するように構成される。なお、圧力損失部５０としては、流路面積を絞って差圧を生じさせることが可能なものであればどのような構成であってもよく、例えば、流路を公知のベンチュリ管構造としたり、オリフィス部を設ける等、適宜の構成を採用することができる。

開閉弁部６０は、被計測流体が流通する適宜の流路を開閉自在に構成される。この開閉弁部６０としては、適宜の流路の開閉が可能であればどのような構成であってもよい。例えば、図３に示すポペット弁体７５を備えた開閉弁部７０等が用いられる。

図３に示す開閉弁部７０は、バルブボディ７１の弁室７２内をダイヤフラム７５Ａを有するポペット弁体７５が進退して弁室７２の流入口７３を開閉制御して流出口７４から流出する流体の流通を制御する。この図において、符号７６は流体の流入流路、７７は流出流路、８０はポペット弁体７５の作動機構（シリンダ装置）、８１はそのシリンダ室、８２はシリンダ室８１と弁室７２とを区画する区画ブロック、８３はポペット弁体７５と連結されたピストン部材、８４，８５はピストン部材８３を進退させる作動流体の流出入部、８６はエア抜き部、８７はポペット弁体７５の取付部材、８８はポペット弁体７５を前進方向に付勢する弾性部材である。

この開閉弁部７０では、図３に示したように、流出口７４を弁室７２の横側に形成して流出流路７７を連接したことにより、流入流路７６から流入口７３を経て弁室７２内に流入した流体が弁室７２から流出口７４を経て流出流路７７に直線方向に流通する。そのため、流体の圧力損失が小さくなり、置換特性にも優れる。

また、図３に示すように、ポペット弁体７５には貫通孔７８が形成される。この貫通孔７８は、ポペット弁体７５を前進させて流入口７３を閉鎖した際に、流入口７３より流路径の小さい流路によって流入口７３と弁室７２とを連通させる。そのため、貫通孔７８は、流入流路７６側と流出流路７７側との間に差圧を生じさせるオリフィス部として作用する。これにより、開閉弁部７０に圧力損失部５０を兼用させることが可能となり、当該流量測定装置１０Ａの構成の簡素化を図ることができる。なお、ポペット弁体７５に貫通孔７８を形成した際には、オリフィス部等の圧力損失部５０を配置しなくてもよい。

流量測定装置１０Ａでは、図１，２に示すように、複数（この例では２つ）の開閉弁部６０（第１開閉弁部６１，第２開閉弁部６２）が主流路１１に対して並列に配置されている。すなわち、主流路１１が第１分岐流路１５ａと第２分岐流路１５ｂとを有しており、各分岐流路１５ａ，１５ｂのそれぞれに第１開閉弁部６１，第２開閉弁部６２が配置されるように構成される。なお、この開閉弁部６０において、流入流路（７６，９６）は各分岐流路１５ａ，１５ｂの供給部１６側流路に対応し、流出流路（７７，９７）は各分岐流路１５ａ，１５ｂの使用部１７側流路に対応する。

流量測定装置１０Ａにあっては、第１開閉弁部６１が開放状態かつ第２開閉弁部６２が閉鎖状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ａの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが１次側圧力流路１２から第１分岐流路１５ａを経て２次側圧力流路１３で連通される。

また、第１開閉弁部６１が閉鎖状態かつ第２開閉弁部６２が開放状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ａの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが１次側圧力流路１２から第２分岐流路１５ｂを経て２次側圧力流路１３で連通される。

一方、各開閉弁部６１，６２がともに開放状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ａの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが、１次側圧力流路１２から第１分岐流路１５ａを経て２次側圧力流路１３で連通されると共に、１次側圧力流路１２から第２分岐流路１５ｂを経て２次側圧力流路１３で連通される。

このように、複数の開閉弁部６０（６１，６２）を主流路１１に対して並列に配置することにより、差圧式流量センサー部２０Ａの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを連通させる複数種類の流路を選択的に構成することが可能となる。

また、この流量測定装置１０Ａでは、上記のとおり、第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを連通させる流路を複数種類（この例では、第１分岐流路１５ａ，第２分岐流路１５ｂ）構成した場合、第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを連通させるいずれの流路（第１分岐流路１５ａ，第２分岐流路１５ｂ）に対しても、圧力損失部５０を少なくとも１以上配置する（この例では、第１分岐流路１５ａに対して第１圧力損失部５１，第２分岐流路１５ｂに対して第２圧力損失部５２）ように構成されている。その際、各圧力損失部５１，５２は、各流路１５ａ，１５ｂの流量にそれぞれ対応する差圧を発生させることができるように適宜設定される。

ここで、当該流量測定装置１０Ａの作用について説明する。この流量測定装置１０Ａにおいて、差圧式流量センサー部２０Ａの演算部Ｃには、第１分岐流路１５ａに配置された第１圧力損失部５１の差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似、第２分岐流路１５ｂに配置された第２圧力損失部５２の差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似、第１圧力損失部５１及び第２圧力損失部５２の差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似がそれぞれ記憶されている。そして、各流量値に対応した流量測定範囲がそれぞれ設定される。仮に、第１圧力損失部５１により測定可能な流量を１０〜５０ｍＬ／ｍｉｎ、第２圧力損失部５２により測定可能な流量を５０〜１５０ｍＬ／ｍｉｎ、第１圧力損失部５１及び第２圧力損失部５２により測定可能な流量を１０〜２００ｍＬ／ｍｉｎとして説明する。

まず、５０ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、第１開閉弁部６１を開放状態かつ第２開閉弁部６２を閉鎖状態とし、差圧式流量センサー部２０Ａの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４との間の主流路において、被計測流体が第１分岐流路１５ａのみを経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ａの演算部Ｃでは、第１圧力損失部５１に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

また、１５０ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、第１開閉弁部６１を閉鎖状態かつ第２開閉弁部６２を開放状態とし、差圧式流量センサー部２０Ａの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４との間の主流路において、被計測流体が第２分岐流路１５ｂのみを経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ａの演算部Ｃでは、第２圧力損失部５２に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

さらに、２００ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、各開閉弁部６１，６２をともに開放状態とし、差圧式流量センサー部２０Ａの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４との間の主流路において、被計測流体が第１分岐流路１５ａ及び第２分岐流路１５ｂの双方を経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ａの演算部Ｃでは、第１圧力損失部５１及び第２圧力損失部５２に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

よって、流量測定装置１０Ａでは、異なる流量の被計測流体を切替選択して流通させる場合であっても、単一の装置でありながら目的とする各流量に対応した測定範囲を容易に設定することができる。

図４に示す本発明の第１実施例に係る流量測定装置１０Ｂは、被計測流体の主流路１１に１次側圧力流路１２及び２次側圧力流路１３を介して差圧式流量センサー部２０Ｂが接続される。なお、以下の例において、流量測定装置１０Ａと同一符号は同一の構成を表すものとして、その説明を省略する。

この流量測定装置１０Ｂでは、図４，５に示すように、差圧式流量センサー部２０Ｂに第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを接続する迂回流路２５が形成されている。そして、１次側圧力流路１２及び２次側圧力流路１３が接続する間の主流路１１内もしくは迂回流路２５のいずれかに少なくとも一の開閉弁部６０が備えられている。実施例の流量測定装置１０Ｂでは、図４，５に示すように、１次側圧力流路１２及び２次側圧力流路１３が接続する間の主流路１１内に単一の開閉弁部６０（第３開閉弁部６３）が配置されている。この実施例の開閉弁部６０では、流入流路（７６，９６）は主流路１１の供給部１６側流路に対応し、流出流路（７７，９７）は主流路１１の使用部１７側流路に対応する。なお、この図において、符号２５ａは迂回流路２５の１次側流路、２５ｂは迂回流路２５の２次側流路を表す。

流量測定装置１０Ｂにあっては、第３開閉弁部６３が開放状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ｂの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが１次側圧力流路１２から主流路１１を経て２次側圧力流路１３で連通されると共に、迂回流路２５を介して連通される。

また、第３開閉弁部６３が閉鎖状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ｂの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが迂回流路２５をのみを介して連通される。つまり、被計測流体は、１次側圧力流路１２から迂回流路２５を経て２次側圧力流路１３に流通される。

このように、１次側圧力流路１２及び２次側圧力流路１３が接続する間の主流路１１内もしくは迂回流路２５のいずれかに少なくとも一の開閉弁部６０を備えることにより、差圧式流量センサー部２０Ｂの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを連通させる複数種類の流路を選択的に構成することが可能となる。

また、この流量測定装置１０Ｂでは、上記のとおり、第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを連通させる流路を複数種類（実施例では、主流路１１、迂回流路２５）構成した場合、第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを連通させるいずれの流路（主流路１１、迂回流路２５）に対しても、圧力損失部５０を少なくとも１以上配置する（この例では、主流路１１に対して第３圧力損失部５３，迂回流路２５に対して第４圧力損失部５４）ように構成されている。その際、各圧力損失部５３，５４は、各流路１１，２５の流量にそれぞれ対応する差圧を発生させることができるように適宜設定される。

ここで、当該流量測定装置１０Ｂの作用について説明する。この流量測定装置１０Ｂにおいて、差圧式流量センサー部２０Ｂの演算部Ｃには、主流路１１に配置された第３圧力損失部５３及び迂回流路２５に配置された第４圧力損失部５４の差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似、第４圧力損失部５４のみの差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似がそれぞれ記憶されている。そして、各流量値に対応した流量測定範囲がそれぞれ設定される。仮に、第４圧力損失部５４により測定可能な流量を５〜２５ｍＬ／ｍｉｎ、第３圧力損失部５３及び第４圧力損失部５４により測定可能な流量を５〜１７５ｍＬ／ｍｉｎとして説明する。

まず、１７５ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、第３開閉弁部６３を開放状態とし、被計測流体が主流路１１及び迂回流路２５を経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ｂの演算部Ｃでは、第３圧力損失部５３及び第４圧力損失部５４に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

また、２５ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、第３開閉弁部６３を閉鎖状態とし、被計測流体が迂回流路２５のみを経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ｂの演算部Ｃでは、第４圧力損失部５４に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

よって、本発明の流量測定装置１０Ｂでは、異なる流量の被計測流体を切替選択して流通させる場合であっても、単一の装置でありながら目的とする各流量に対応した測定範囲を容易に設定することができる。

図６に示す流量測定装置１０Ｃは、被計測流体の主流路１１に１次側圧力流路１２及び２次側圧力流路１３を介して差圧式流量センサー部２０Ｃが接続され、１次側圧力流路１３及び２次側圧力流路１４が接続する間の主流路１１内及び迂回流路２５の両方にそれぞれ少なくとも一の開閉弁部６０が備えられている。なお、差圧式流量センサー部２０Ｃは、前記差圧式流量センサー部２０Ｂの迂回流路２５内に開閉弁部６０が配置されるように構成されている。

流量測定装置１０Ｃは、図６に示すように、１次側圧力流路１２及び２次側圧力流路１３が接続する間の主流路１１内と迂回流路２５の両方に開閉弁部６０がそれぞれ１つずつ配置されている。なお、この例において、迂回流路２５に配置される第４開閉弁部６４では、流入流路（７６，９６）は迂回流路２５の１次側流路２５ａに対応し、流出流路（７７，９７）は迂回流路２５の２次側流路２５ｂに対応する。

流量測定装置１０Ｃにあっては、第１開閉弁部６１が開放状態かつ第２及び第４開閉弁部６２，６４がともに閉鎖状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが１次側圧力流路１２から第１分岐流路１５ａを経て２次側圧力流路１３で連通される。

第１及び第４開閉弁部６１，６４がともに閉鎖状態かつ第２開閉弁部６２が開放状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが１次側圧力流路１２から第２分岐流路１５ｂを経て２次側圧力流路１３で連通される。

第１及び第２開閉弁部６１，６２がともに閉鎖状態かつ第４開閉弁部６４が開放状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが迂回流路２５をのみを介して連通される。つまり、被計測流体は、１次側圧力流路１２から迂回流路２５を経て２次側圧力流路１３に流通される。

第１及び第２開閉弁部６１，６２がともに開放状態かつ第４開閉弁部６４が閉鎖状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが、１次側圧力流路１２から第１分岐流路１５ａを経て２次側圧力流路１３で連通されると共に、１次側圧力流路１２から第２分岐流路１５ｂを経て２次側圧力流路１３で連通される。

第１及び第４開閉弁部６１，６４がともに開放状態かつ第２開閉弁部６２が閉鎖状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが１次側圧力流路１２から第１分岐流路１５ａを経て２次側圧力流路１３で連通されると共に、迂回流路２５を介して連通される。

第１開閉弁部６１が閉鎖状態かつ第２及び第４開閉弁部６２，６４がともに開放状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが１次側圧力流路１２から第２分岐流路１５ｂを経て２次側圧力流路１３で連通されると共に、迂回流路２５を介して連通される。

各開閉弁部６１，６２，６４がいずれも開放状態である場合、差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とが、１次側圧力流路１２から各分岐流路１５ａ，１５ｂを経て２次側圧力流路１３で連通されると共に、迂回流路２５を介して連通される。

このように、１次側圧力流路１２及び２次側圧力流路１３が接続する間の主流路１１内及び迂回流路２５の両方にそれぞれ少なくとも一の開閉弁部６０を備えることにより、差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを連通させる複数種類の流路を選択的に構成することが可能となる。

また、この流量測定装置１０Ｃでは、上記のとおり、第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを連通させる流路を複数種類（この例では、各分岐流路１５ａ，１５ｂ、迂回流路２５）構成した場合、第１チャンバ２３と第２チャンバ２４とを連通させるいずれの流路（各分岐流路１５ａ，１５ｂ、迂回流路２５）に対しても、圧力損失部５０を少なくとも１以上配置する（この例では、第１分岐流路１５ａに対して第１圧力損失部５１，第２分岐流路１５ｂに対して第２圧力損失部５２，迂回流路２５に対して第４圧力損失部５４）ように構成されている。その際、各圧力損失部５１，５２，５４は、各流路１５ａ，１５ｂ，２５の流量にそれぞれ対応する差圧を発生させることができるように適宜設定される。

ここで、当該流量測定装置１０Ｃの作用について説明する。この流量測定装置１０Ｃにおいて、差圧式流量センサー部２０Ｃの演算部には、第１分岐流路１５ａに配置された第１圧力損失部５１の差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似、第２分岐流路１５ｂに配置された第２圧力損失部５２の差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似、迂回流路２５に配置された第４圧力損失部５４の差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似、第１圧力損失部５１及び第２圧力損失部５２の差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似、第１圧力損失部５１及び第４圧力損失部５４の差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似、第２圧力損失部５２及び第４圧力損失部５４の差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似、第１圧力損失部５１と第２圧力損失部５２と第４圧力損失部５４との差圧の値とそれに基づく流量値の折れ線近似がそれぞれ記憶されている。仮に、第１圧力損失部５１により測定可能な流量を１０〜５０ｍＬ／ｍｉｎ、第２圧力損失部５２により測定可能な流量を５０〜１５０ｍＬ／ｍｉｎ、第４圧力損失部５４により測定可能な流量を５〜２５ｍＬ／ｍｉｎ、第１圧力損失部５１及び第２圧力損失部５２により測定可能な流量を１０〜２００ｍＬ／ｍｉｎ、第１圧力損失部５１及び第４圧力損失部５４により測定可能な流量を５〜７５ｍＬ／ｍｉｎ、第２圧力損失部５１及び第４圧力損失部５４により測定可能な流量を５〜１７５ｍＬ／ｍｉｎ、第１圧力損失部５１と第２圧力損失部５２と第４圧力損失部５４により測定可能な流量を５〜２２５ｍＬ／ｍｉｎとして説明する。

まず、５０ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、第１開閉弁部６１を開放状態かつ第２及び第４開閉弁部６２，６４をともに閉鎖状態とし、被計測流体が差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４との間の第１分岐流路１５ａのみを経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ｃの演算部では、第１圧力損失部５１に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

１５０ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、第１及び第４開閉弁部６１，６４をともに閉鎖状態かつ第２開閉弁部６２を開放状態とし、被計測流体が差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４との間の第２分岐流路１５ｂのみを経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ｃの演算部では、第２圧力損失部５２に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

２５ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、第１及び第２開閉弁部６１，６２を閉鎖状態かつ第４開閉弁部６４を開放状態とし、被計測流体が迂回流路２５のみを経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ｃの演算部では、第４圧力損失部５４に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

２００ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、第１及び第２開閉弁部６１，６２をともに開放状態かつ第４開閉弁部６４を閉鎖状態とし、被計測流体が差圧式流量センサー部２０Ｃの第１チャンバ２３と第２チャンバ２４との間の第１分岐流路１５ａと第２分岐流路１５ｂの双方を経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ｃの演算部では、第１圧力損失部５１及び第２圧力損失部５２に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

７５ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、第１及び第４開閉弁部６１，６４をともに開放状態かつ第２開閉弁部６２を閉鎖状態とし、被計測流体が第１分岐流路１５ａと迂回流路２５の双方を経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ｃの演算部では、第１圧力損失部５１及び第４圧力損失部５４に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

１７５ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、第１開閉弁部６１を閉鎖状態かつ第２及び第４開閉弁部６２，６４を開放状態とし、被計測流体が第２分岐流路１５ｂと迂回流路２５の双方を経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ｃの演算部では、第２圧力損失部５２及び第４圧力損失部５４に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

２２５ｍＬ／ｍｉｎの被計測流体を流通させる場合、各開閉弁部６１，６２，６４をいずれも開放状態とし、被計測流体が各分岐流路１５ａ，１５ｂと迂回流路２５のそれぞれを経由して流通するように流路が選択される。その際、差圧式流量センサー部２０Ｃの演算部では、各圧力損失部５１，５２，５４に基づく差圧の値と流量値の折れ線近似が選択されて、対応する流量測定範囲が設定される。

よって、流量測定装置１０Ｃでは、異なる流量の被計測流体を切替選択して流通させる場合であっても、単一の装置でありながら目的とする各流量に対応した測定範囲を容易に設定することができる。

なお、流量測定装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃでは、各流路１１，１２，１３や、差圧式流量センサー部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ、圧力損失部５０，開閉弁部６０（７０）等における被計測流体が接触する部材が、耐食性、耐薬品性に優れたフッ素樹脂から形成されている。部材の材料となるフッ素樹脂は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレンプロペンコポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等である。これらのフッ素樹脂は、流通する流体の性質、加工のしやすさ等を考慮して選択される。これにより、被計測流体の計測時にその清浄度に影響を与えることが抑制される。

以上図示し説明したように、本発明の流量測定装置１０Ｂでは、一つの装置でありながら被計測流体の清浄度に影響を与えることなく、簡便に複数の測定範囲の異なる流体流量を測定することができる。そのため、例えば、医療機器において、人工透析機等に当該流量測定装置を内蔵すれば、透析を受ける患者が乳幼児、子供、大人等の体格差によって透析機内を透過させる血液量が異なる場合であっても、各患者毎に透析機を使い分ける必要がなくなり、作業効率や設備負担等を大幅に改善することができる。

また、半導体製造分野においても、必要とされる個々の処理毎に異なる測定範囲の流量センサーを使い分ける必要がなくなり、設備負担を軽減できる。

なお、本発明の流量測定装置は、前述の実施例のみに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適宜に変更して実施することができる。例えば、各開閉弁部の開閉動作等を差圧式流量センサー部の演算部によって制御可能に構成してもよい。このように構成すれば、各流路の選択切替を効果的かつ効率よく行うことができる。

また、実施例では、主流路に２つの分岐流路を設けて開閉弁部を並列に配置する構成としたが、並列させる開閉弁部の数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて増減させることができる。

さらに、第１実施例では開閉弁部が主流路に配置されているが、差圧式流量センサー部の迂回流路に開閉弁部を配置して、主流路を常に連通させた構成とすることができる。

流量測定装置が配置された流体の供給ラインの概略図である。差圧式流量センサー部の要部断面図である。ポペット弁体を備えた開閉弁部の要部断面図である。本発明の第１実施例に係る流量測定装置が配置された流体の供給ラインの概略図である。迂回流路が形成された差圧式流量センサー部の要部断面図である。主流路内及び迂回流路の両方に開閉弁部を備える流量測定装置が配置された流体の供給ラインの概略図である。

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ流量測定装置
１１主流路
１２１次側圧力流路
１３２次側圧力流路
１６供給部
１７使用部
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ差圧式流量センサー部
５０圧力損失部
６０開閉弁部

Claims

被計測流体の主流路に１次側圧力流路及び２次側圧力流路を介して差圧式流量センサー部を接続した流量測定装置であって、
前記差圧式流量センサー部は、単一のチャンバ部内に第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとを対向して収容し、前記第１ダイヤフラムに面する第１チャンバと前記第２ダイヤフラムに面する第２チャンバに前記チャンバ部を区画していると共に、前記第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとの間に荷重検出センサーを配置し、前記荷重検出センサーからの信号を流量信号に変換する演算部を備え、前記第１チャンバと前記第２チャンバとを接続する迂回流路を形成しており、
前記１次側圧力流路は前記主流路と前記第１チャンバを接続し、前記２次側圧力流路は前記主流路と前記第２チャンバを接続し、
前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に差圧を生じさせる圧力損失部と、
前記１次側圧力流路及び前記２次側圧力流路が接続する間の前記主流路内もしくは前記迂回流路のいずれかに少なくとも一の開閉弁部を備え、
前記開閉弁部は、ダイヤフラムを有するとともに貫通孔が形成されているポペット弁体を備え、バルブボディの弁室内を前記ポペット弁体が進退して前記弁室の流入口を開閉制御して流出口から流出する流体の流通を制御するとともに、前記貫通孔が前記ポペット弁体により前記弁室の前記流入口を閉鎖した際に前記流入口より流路径の小さい流路によって前記流入口と前記弁室とを連通させて、前記弁室への流入流路側と前記弁室からの流出流路側との間に差圧を生じさせることを特徴とする流量測定装置。
前記開閉弁部を一の流路に複数備える場合において、いずれの開閉弁部も当該開閉弁部が備えられる一の流路に対して並列に配置される請求項１に記載の流量測定装置。