JP5220642B2 - 差圧式流量計および流量コントローラ - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、化学工場、半導体製造、食品、バイオ等の各種産業分野における流体輸送配管中に用いられる差圧式流量計および流量コントローラに関するものである。
化学工場、半導体製造、食品、バイオ等の各種産業分野における流体輸送配管中に用いられる差圧式流量計および流量コントローラとしては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。
特開2009−2901号公報
上記特許文献1に開示された差圧式流量計および流量コントローラを構成する2つの圧力センサはそれぞれ、環境温度(周囲の温度)が変わると指示値が変化するという特性、すなわち、環境温度が高くなると指示値が高くなるという特性を有している。
したがって、一方の圧力センサの環境温度のみが変わり、一方の圧力センサの環境温度と、他方の圧力センサの環境温度との間に温度差が生じると、圧力センサによる圧力測定が不安定なものとなり、誤作動の原因となることがある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、一方の圧力センサの環境温度と、他方の圧力センサの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができ、正確で安定した圧力測定を行うことができる差圧式流量計を提供するとともに、この差圧式流量計を用いた流量コントローラを提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る差圧式流量計は、圧力測定を行う流体が流れる流体主流路が形成されたボディと、前記流体主流路に対して直列に配置されるとともに、前記ボディに保持される2つの圧力センサとを備え、前記2つの圧力センサの下方に位置する前記ボディの下面を連通するようにして形成された凹所内に、熱伝導性に優れた材料を用いて一体的に形成された温度バランサーが収容されている。
本発明に係る差圧式流量計によれば、2つの圧力センサの下方に位置するボディに、熱伝導性に優れた材料(例えば、アルミニウム合金A5052)からなる温度バランサーが埋め込まれて(嵌め込まれて)いるので、一方の圧力センサの環境温度と、他方の圧力センサの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができ、正確で安定した圧力測定を行うことができる。
本発明に係る流量コントローラは、一方の圧力センサの環境温度と、他方の圧力センサの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができ、正確で安定した圧力測定を行うことができる差圧式流量計を備えている。
本発明に係る流量コントローラによれば、流量測定値(測定流量)の精度や安定性が向上することにより、流体主流路を流れる測定流量の流体流量コントロール精度を向上させることができる。
本発明に係る流量コントローラは、前記流量調整弁の弁体を上下方向に移動させるモータ、および前記流量調整弁の開度制御を行う制御基板の下方に位置するボディと、前記2つの圧力センサの下方に位置するボディとが、前記2つの圧力センサの下方に位置するボディの幅よりも狭く、かつ、前記2つの圧力センサの下方に位置するボディの高さよりも低くなるように形成されたくびれ部を介して連結されている。
本発明に係る流量コントローラによれば、2つの圧力センサの下方に位置するボディと、熱源となるモータおよび制御基板の下方に位置するボディとが、くびれ部を介して連結されているので、熱源となるモータおよび制御基板の下方に位置するボディから、2つの圧力センサの下方に位置するボディへの熱伝導を抑制することができ、一方の圧力センサの環境温度と、他方の圧力センサの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができて、流体主流路を流れる測定流量の流体流量コントロール精度をさらに向上させることができる。
上記流量コントローラにおいて、前記ボディと設置面との間に配置され、締結部材を介して前記ボディに固定されるベース部材を備え、前記2つの圧力センサの下方に位置するベース部材と、前記モータおよび前記制御基板の下方に位置するベース部材との間に位置するベース部材に、板厚方向に貫通する少なくとも1つのスリットが形成されているとさらに好適である。
このような流量コントローラによれば、2つの圧力センサの下方に位置するベース部材と、熱源となるモータおよび制御基板の下方に位置するベース部材との間に位置するベース部材に、少なくとも1つ(例えば、7つ)のスリットが形成されているので、熱源となるモータおよび制御基板の下方に位置するベース部材から、2つの圧力センサの下方に位置するベース部材への熱伝導を抑制することができ、一方の圧力センサの環境温度と、他方の圧力センサの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができて、流体主流路を流れる測定流量の流体流量コントロール精度をさらに向上させることができる。
上記流量コントローラにおいて、前記モータおよび前記制御基板の下方に位置するベース部材の上面に、正面と背面とを連通する少なくとも1つの冷却用溝が形成されているとさらに好適である。
このような流量コントローラによれば、熱源となるモータおよび制御基板の下方に位置するベース部材の上面に、少なくとも1つ(例えば、2つ)の冷却用溝が形成されており、この冷却用溝内を通過する空気によって、熱源となるモータおよび制御基板の下方に位置するボディおよびベース部材の熱が奪い去られることとなるので、熱源となるモータおよび制御基板の下方に位置するボディおよびベース部材から、2つの圧力センサの下方に位置するボディおよびベース部材への熱伝導を抑制することができ、一方の圧力センサの環境温度と、他方の圧力センサの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができて、流体主流路を流れる測定流量の流体流量コントロール精度をさらに向上させることができる。
上記流量コントローラにおいて、前記モータおよび前記制御基板の下方に位置するベース部材の下面に、正面と背面とを連通する少なくとも1つの溝が形成されているとさらに好適である。
このような流量コントローラによれば、熱源となるモータおよび制御基板の下方に位置するベース部材の下面に、少なくとも1つ(例えば、1つ)の溝が形成されているので、設置面からベース部材への入熱を防止することができ、一方の圧力センサの環境温度と、他方の圧力センサの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができて、流体主流路を流れる測定流量の流体流量コントロール精度をさらに向上させることができる。
上記流量コントローラにおいて、前記2つの圧力センサの下方に位置するベース部材の下面に、正面と背面とを連通する少なくとも1つの溝が形成されているとさらに好適である。
このような流量コントローラによれば、2つの圧力センサの下方に位置するベース部材の下面に、少なくとも1つ(例えば、1つ)の溝が形成されているので、設置面からベース部材への入熱を防止することができ、一方の圧力センサの環境温度と、他方の圧力センサの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができて、流体主流路を流れる測定流量の流体流量コントロール精度をさらに向上させることができる。
本発明に係る差圧式流量計によれば、一方の圧力センサの環境温度と、他方の圧力センサの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができ、正確で安定した圧力測定を行うことができるという効果を奏する。
また、本発明に係る差圧式流量計の測定値を用いて流量調整弁の開度制御を行う流量コントローラによれば、流量測定値(測定流量)の精度や安定性が向上することにより、流体主流路を流れる測定流量の流体流量コントロール精度を向上させることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る流量コントローラの正面図である。 図1の平面図である。 図2のA−A矢視断面図である。 図2のB−B矢視断面図である。 本発明の一実施形態に係る差圧式流量計に組み込まれた温度バランサーを示す図であって、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
以下、本発明に係る差圧式流量計および流量コントローラの一実施形態について、図1から図5を参照しながら説明する。
図1は本実施形態に係る流量コントローラの正面図、図2は図1の平面図、図3は図2のA−A矢視断面図、図4は図2のB−B矢視断面図、図5は本実施形態に係る差圧式流量計に組み込まれた温度バランサーを示す図であって、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
流量コントローラ10は、後述する流体主流路12と連通する配管11に組み込まれ、同流路内を流れる液体(薬液等)の流体流量を一定に保つ流量制御装置であり、実際の流体流量を測定するための差圧式流量計20と、弁体の開度制御が可能な流量調整弁60とを主たる要素として構成されている。
なお、差圧式流量計20は、流体主流路12内を流れる流体の流れ方向において、流量調整弁60の上流側に配置されている。
差圧式流量計20は、一対の圧力センサ21A,21Bがオリフィスユニット40を介して直列に配置された構成とされている。すなわち、差圧式流量計20では、オリフィスユニット40を通過することで圧力差を生じた流体圧力が両圧力センサ21A,21Bによって各々検出され、これら二つの圧力値は各々電気信号に変換されて制御部(図示せず)に入力される。こうして圧力値の信号入力を受けた制御部は、二つの圧力値から得られる差圧を流量に換算することにより、流体主流路12を流れる流体の流量測定を行うことができる。以下の説明では、オリフィスユニット40より上流側に配置した圧力センサ21Aを第1センサと呼び、下流側に配置した圧力センサ21Bを第2センサと呼んで区別する。
なお、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの構成は基本的に同じであるから、以下では上流側に配置された第1センサ21Aについて説明する。
第1センサ21Aは、例えば、図3に示すように、圧力測定を行う流体が流れる流体主流路12から上方へT字状に分岐する圧力導入流路22に配置されたセンサ本体(圧力検出部)23を備えている。本実施形態では、ボディ24を貫通して形成された流体主流路12と略直交するようにして、上方のセンサ収納空間25へ連通する圧力導入路22が設けられている。圧力導入流路22は、流体流れ方向下流側となる壁面に、流体の入口側開口面積を広げる方向の傾斜面26を備えている。この傾斜面26は、圧力導入流路22の下流側半分を略円錐台形状にして側壁面に傾斜を設けたものであり、圧力導入流路22は、流体主流路12に連通して流体入口側となる下方の流路断面積がセンサ収納空間25に連通する流体出口側より大きくなっている。
センサ本体23は、流体圧力を検出できれば特に限定されることはないが、例えば、ピエゾ式圧力センサや静電容量式圧力センサ、ひずみゲージ式圧力センサが好ましく、本実施形態では、センサ本体23として、ひずみゲージ式圧力センサを用いている。
ボディ24は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(Polytetrafluoroethylene:PTFE)を用いて一体的に形成されている。また、第1センサ21Aおよび第2圧力21Bの下方に位置するボディ24の下面には、図5に示す温度バランサー27を収容する凹所28(図4参照)が形成されている。
図5に示すように、温度バランサー27は、平面視矩形状、側面視コ字形状を呈する薄板状の部材であり、例えば、アルミニウム合金A5052を用いて一体的に形成されている。また、温度バランサー27の中央部には、平面視矩形状を呈する貫通穴27aが形成されている。
第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するボディ24と、後述するモータ61および制御基板66の下方に位置するボディ24とは、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するボディ24の幅(図2における上下方向の長さ)よりも狭く、かつ、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するボディ24の高さ(図1および図3における上下方向の長さ)よりも低くなるように形成された連結部(くびれ部)24Aを介して連結されており、この連結部24Aの内側には、流体主流路12が形成されている。
また、ボディ24の上部には、センサ本体23の関連部品を覆うようにしてカバー29が取り付けられている。そして、ボディ24は、ねじ13等の締結部材を介してベース部材14上に固定支持されており、ボディ24には、継手構造の袋ナット15を介して流体主流路12と連通する配管11が連結(接続)されている。
ベース部材14は、例えば、ポリプロピレン(polypropylene:PP)を用いて一体的に形成されている。第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するベース部材14と、後述するモータ61および制御基板66の下方に位置するベース部材14との間に位置するベース部材14には、図2に示すように、幅方向(図2において上下方向)に沿って配列された少なくとも1つ(本実施形態では7つ)のスリット14aが形成されている。スリット14aはそれぞれ、板厚方向に貫通された貫通穴であり、長手方向(図2において左右方向)に沿って長穴形状に形成されている。
また、後述するモータ61および制御基板66の下方に位置するベース部材14の上面には、図1に示すように、長手方向(図1において左右方向)に沿って配列された少なくとも1つ(本実施形態では2つ)の冷却用溝(第1の溝)14bが形成されている。冷却用溝14bは、正面と背面とを連通する正面視矩形状を呈する溝であり、幅方向(図1において紙面に垂直な方向)に沿って形成されている。
一方、後述するモータ61および制御基板66の下方に位置するベース部材14の下面には、図1および図3に示すように、幅方向(図1および図3において紙面に垂直な方向)に沿って少なくとも1つ(本実施形態では1つ)の溝(第2の溝)14cが形成されている。溝14cは、正面と背面とを連通する正面視略矩形状を呈する溝である。
また、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するベース部材14の下面には、図1および図3に示すように、幅方向(図1および図3において紙面に垂直な方向)に沿って少なくとも1つ(本実施形態では1つ)の溝(第3の溝)14dが形成されている。溝14dは、正面と背面とを連通する正面視略矩形状を呈する溝である。
オリフィスユニット40は、第1センサ21Aと第2センサ21Bとの間に設置されるオリフィス本体41を備えている。このオリフィス本体41には、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bのボディ24に形成された流体主流路12より流路断面積を絞ったオリフィス流路42が形成されている。図示の例では、流体主流路12から最小径のオリフィス流路42まで、段階的に流路断面積が狭められている。
オリフィス本体41は、オリフィス流路42を有する一端部(図3において下側の端部)がボディ24内に挿入されている。
第2センサ21Bの下流側となる流体主流路12には、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bと共通のボディ24に流量調整弁60が設置されている。この流量調整弁60は、差圧式流量計20の流量測定値と予め定めた設定流量との差が所定の範囲内に入るよう開度制御を行うものである。
流量調整弁60は、ステッピングモータ等のモータ61を備えた駆動機構によりニードル(弁体)62を上下方向に移動させ、弁座63に対してニードル62が所望の開度位置となるように開閉動作させる構成を備えている。しかし、流量調整弁60については、ニードル62の開度調整が可能なものであれば、その駆動機構や弁体構造など特に限定されることはない。
なお、図中の符号64はモータ61等を覆うカバー、符号65はカバー64の一端(図3において上端)に形成された開口を覆う蓋体、符号66は制御基板である。
このように構成された流量コントローラ10は、運転開始前において、制御部に対し一定に保ちたい所望の流体流量(以下、「設定流量」と呼ぶ。)Qrを入力して記憶させる。制御部は、入力された設定流量Qrに対応する弁開度となるように、流量調整弁60のニードル62を動作させて初期開度を設定する。そして、流量コントローラ10に流体を流すと、差圧式流量計20が実際に流れる流体流量(以下、「測定流量」と呼ぶ。)Qfを測定して制御部へ入力するので、制御部の内部では、測定流量Qfと設定流量Qrとの流量差ΔQ(ΔQ=Qr−Qf)を求めて比較する。
上述した流量差ΔQは、予め設定された許容範囲qと比較される。そして、流量差ΔQの絶対値が許容範囲qより小さい(ΔQ<q)場合には、所望の設定流量Qrが流れていると判断して流量調整弁60を初期開度のまま維持する。
一方、上述した流量差ΔQが正の値(Qr>Qf)となり、かつ、流量差ΔQの絶対値が許容範囲q以上に大きい(ΔQ≧q)場合には、測定流量Qfが所望の設定流量Qrを満足しない少量側の状態と判断できる。そこで、流量調整弁60のニードル62は、測定流量Qfを増加させるため、初期開度より開度が大きくなる方向へ動作させる。
さらに、上述した流量差ΔQが負の値(Qr<Qf)となり、かつ、流量差ΔQの絶対値が許容範囲q以上に大きい(ΔQ≧q)場合には、測定流量Qfが所望の設定流量Qrを満足しない多量側の状態と判断できる。そこで、流量調整弁60のニードル62は、測定流量Qfを減少させるため、初期開度より開度が小さくなる方向へ動作させる。
このようにして、流体コントローラ10は、差圧式流量計20から入力される測定流量Qfに基づいて、設定流量Qrとの比較により得られる流量差ΔQの絶対値が所定の許容範囲qを満足するようにフィードバック制御を行って、流体主流路12を流れる流体流量を一定に保つことができる。
本実施形態に係る差圧式流量計20によれば、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するボディ24に、熱伝導性に優れた材料(本実施形態ではアルミニウム合金A5052)からなる温度バランサー27が埋め込まれて(嵌め込まれて)いるので、第1センサ21Aの環境温度と、第2センサ21Bの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができ、正確で安定した圧力測定を行うことができる。
また、本実施形態に係る差圧式流量計20の測定値を用いて流量調整弁60の開度制御を行う流量コントローラ10によれば、流量測定値(測定流量Qf)の精度や安定性が向上することにより、流体主流路12を流れる測定流量Qfの流体流量コントロール精度を向上させることができる。
本実施形態に係る流量コントローラ10によれば、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するボディ24と、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するボディ24とが、連結部24Aを介して連結されているので、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するボディ24から、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するボディ24への熱伝導を抑制することができ、第1センサ21Aの環境温度と、第2センサ21Bの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができて、流体主流路12を流れる測定流量Qfの流体流量コントロール精度をさらに向上させることができる。
また、本実施形態に係る流量コントローラ10によれば、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するベース部材14と、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するベース部材14との間に位置するベース部材14に、少なくとも1つ(本実施形態では7つ)のスリット14aが形成されているので、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するベース部材14から、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するベース部材14への熱伝導を抑制することができ、第1センサ21Aの環境温度と、第2センサ21Bの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができて、流体主流路12を流れる測定流量Qfの流体流量コントロール精度をさらに向上させることができる。
さらに、本実施形態に係る流量コントローラ10によれば、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するベース部材14の上面に、少なくとも1つ(本実施形態では2つ)の冷却用溝14bが形成されており、この冷却用溝14b内を通過する空気によって、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するボディ24およびベース部材14の熱が奪い去られることとなるので、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するボディ24およびベース部材14から、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するボディ24およびベース部材14への熱伝導を抑制することができ、第1センサ21Aの環境温度と、第2センサ21Bの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができて、流体主流路12を流れる測定流量Qfの流体流量コントロール精度をさらに向上させることができる。
さらにまた、本実施形態に係る流量コントローラ10によれば、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するベース部材14の下面に、少なくとも1つ(本実施形態では1つ)の溝14cが形成され、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するベース部材14の下面に、少なくとも1つ(本実施形態では1つ)の溝14dが形成されているので、設置面(図示せず)からベース部材14への入熱を防止することができ、第1センサ21Aの環境温度と、第2センサ21Bの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができて、流体主流路12を流れる測定流量Qfの流体流量コントロール精度をさらに向上させることができる。
さらにまた、本実施形態に係る流量コントローラ10によれば、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するベース部材14の下面に、少なくとも1つ(本実施形態では1つ)の溝14cが形成されており、この溝14c内を通過する空気によって、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するベース部材14の熱が奪い去られることとなるので、熱源となるモータ61および制御基板66の下方に位置するベース部材14から、第1センサ21Aおよび第2センサ21Bの下方に位置するベース部材14への熱伝導を抑制することができ、第1センサ21Aの環境温度と、第2センサ21Bの環境温度との差を低減させる(なくす)ことができて、流体主流路12を流れる測定流量Qfの流体流量コントロール精度をさらに向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
10 流量コントローラ
12 流体主流路
13 ねじ(締結部材)
14 ベース部材
14a スリット
14b 冷却用溝
14c 溝
14d 溝
20 差圧式流量計
21A 第1センサ(圧力センサ)
21B 第2センサ(圧力センサ)
24 ボディ
24A 連結部(くびれ部)
27 温度バランサー
28 凹所
60 流量調整弁
61 モータ
62 ニードル(弁体)
66 制御基板

Claims (7)

  1. 圧力測定を行う流体が流れる流体主流路が形成されたボディと、
    前記流体主流路に対して直列に配置されるとともに、前記ボディに保持される2つの圧力センサとを備え、
    前記2つの圧力センサの下方に位置する前記ボディの下面を連通するようにして形成された凹所内に、熱伝導性に優れた材料を用いて一体的に形成された温度バランサーが収容されていることを特徴とする差圧式流量計。
  2. 請求項1に記載の差圧式流量計の測定値を用いて流量調整弁の開度制御を行うことを特徴とする流量コントローラ。
  3. 請求項1に記載の差圧式流量計の測定値を用いて流量調整弁の開度制御を行う流量コントローラであって、
    前記流量調整弁の弁体を上下方向に移動させるモータ、および前記流量調整弁の開度制御を行う制御基板の下方に位置するボディと、前記2つの圧力センサの下方に位置するボディとが、前記2つの圧力センサの下方に位置するボディの幅よりも狭く、かつ、前記2つの圧力センサの下方に位置するボディの高さよりも低くなるように形成されたくびれ部を介して連結されていることを特徴とする流量コントローラ。
  4. 前記ボディと設置面との間に配置され、締結部材を介して前記ボディに固定されるベース部材を備え、
    前記2つの圧力センサの下方に位置するベース部材と、前記モータおよび前記制御基板の下方に位置するベース部材との間に位置するベース部材に、板厚方向に貫通する少なくとも1つのスリットが形成されていることを特徴とする請求項3に記載の流量コントローラ。
  5. 前記モータおよび前記制御基板の下方に位置するベース部材の上面に、正面と背面とを連通する少なくとも1つの冷却用溝が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の流量コントローラ。
  6. 前記モータおよび前記制御基板の下方に位置するベース部材の下面に、正面と背面とを連通する少なくとも1つの溝が形成されていることを特徴とする請求項4または5に記載の流量コントローラ。
  7. 前記2つの圧力センサの下方に位置するベース部材の下面に、正面と背面とを連通する少なくとも1つの溝が形成されていることを特徴とする請求項4または5に記載の流量コントローラ。
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