JP5237682B2 - Pressure measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、圧力測定デバイスに関する。より詳しくは、マイクロ流路の一部を形成するチューブ体と、チューブ体における壁部の外側表面に取り付けられた歪みセンサとを備え、歪みセンサにより検出した壁部の歪みに基づいて、マイクロ流路を流れる流体の圧力を測定するように構成されたデバイスに関する。 The present invention relates to a pressure measuring device. More specifically, a tube body that forms a part of the microchannel and a strain sensor attached to the outer surface of the wall portion of the tube body, and the micro flow is based on the strain of the wall portion detected by the strain sensor. The present invention relates to a device configured to measure the pressure of a fluid flowing through a channel.
マイクロ化学プラントは、マイクロスケール空間内での混合、化学反応、分離などを利用した設備であり、大型タンクを用いた従来式のプラントと比較して多くの利点を備える。例えば、複数の流体の混合や化学反応を短時間且つ微量の試薬で行えること、装置が小型であるため実験室レベルで生成物の製造技術を確立できればナンバリングアップを行うことで容易に生産用の設備ができること、爆発などの危険を伴う反応にも適応可能であること、需要量に合わせた生産量の調整が容易にできることなどである。このため、化学工業や医薬品工業の分野では、流体の混合または反応を行い材料や製品を製造するための好適な装置として注目され、近年、その研究開発が盛んに行われている。 A microchemical plant is a facility that uses mixing, chemical reaction, separation, and the like in a microscale space, and has many advantages compared to a conventional plant using a large tank. For example, it is possible to mix a plurality of fluids and perform a chemical reaction with a small amount of reagent in a short time, and because the equipment is small, if the production technology of the product can be established at the laboratory level, it is easy to produce by performing numbering up. They can be equipped with equipment, can be adapted to reactions involving dangers such as explosions, and can easily adjust production to meet demand. For this reason, in the fields of chemical industry and pharmaceutical industry, it has been attracting attention as a suitable apparatus for producing materials and products by mixing or reacting fluids, and research and development has been actively conducted in recent years.
マイクロ化学プラントにおいては、反応路であるマイクロ流路を流れる流体の圧力を適正に制御することによって、反応速度や生成物の質を向上させることができる。上記制御を行うためには、流体の正確な圧力測定が必要となる。特許文献1には、ロケット推進薬供給配管内流体の正確な動的圧力測定を可能とする発明が記載されている。その発明によると、歪みゲージを薄肉配管の外表面に取り付ける構成とするため、配管にポートを設けることなく、配管内の動的圧力を正確に測定することができる。
マイクロ流路を流れる流体の圧力測定手段として、特許文献1の技術を用いることも考えられる。しかし、マイクロ化学プラントで用いられる流路は、一般に断面積が数mm2以下と小さく、マイクロ流路を形成するチューブ体の断面が真円形状であった場合、特許文献1の技術を用いると、次の問題がある。すなわち、真円状のチューブ体では、受圧面積が非常に小さく、歪みゲージを薄肉配管の外表面に取り付けたとしても、正確な圧力測定に十分となる歪みが生じない。マイクロ化学プラントで用いられる狭い流路内の圧力を正確に測定できる技術が要求されている。本発明は、この様な問題に鑑みてなされたものであり、マイクロ流路を流れる流体の圧力を正確に測定することができる圧力測定デバイスを提供することを目的とする。
It is also conceivable to use the technique of
上記目的を達成するために、請求項1の圧力測定デバイスは、マイクロ流路の一部を形成するチューブ体と、該チューブ体の外側表面に取り付けられた歪みセンサとを備え、前記歪みセンサにより検出した前記チューブ体の壁部の歪みに基づいて前記マイクロ流路を流れる流体の圧力を測定する圧力測定デバイスであって、
前記チューブ体は、前記流体の流れ方向に垂直な断面が略扁平円形状とされ、該チューブ体における略扁平円形状の短軸方向に互いに対向する壁部に前記歪みセンサが取り付けられ、扁平した該壁部を圧力ゲージのダイアフラム面として扱い、該壁部の歪を検出し、
前記歪みセンサは、縦歪み検出用の歪みセンサと、横歪み検出用の歪みセンサとの2種
類が取り付けられ、
前記縦歪み検出用の歪みセンサと、前記横歪み検出用の歪みセンサとは、互いに対向する壁部のそれぞれの外側表面に取り付けられ、一方の壁部における縦歪み検出用の歪みセンサと、他方の壁部における縦歪み検出用の歪みセンサとは互いに非対向位置となるように取り付けられ、且つ、一方の壁部における横歪み検出用の歪みセンサと、他方の壁部における横歪み検出用の歪みセンサとは互いに非対向位置となるように取り付けられることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a pressure measuring device according to
The tube body has a substantially flat circular cross-section perpendicular to the fluid flow direction, and the strain sensor is attached to the wall portions of the tube body facing each other in the short-axis direction of the substantially flat circular shape and flattened. Treat the wall as a diaphragm surface of a pressure gauge, detect strain in the wall ,
There are two types of strain sensors: a strain sensor for detecting vertical strain and a strain sensor for detecting lateral strain.
Kind is attached,
The strain sensor for detecting the vertical strain and the strain sensor for detecting the lateral strain are attached to the outer surfaces of the wall portions facing each other, the strain sensor for detecting the vertical strain on one wall portion, and the other The vertical strain detection strain sensors in the wall portion are attached so as not to face each other, and the lateral strain detection strain sensor in one wall portion and the lateral strain detection in the other wall portion. The strain sensor is attached so as to be in a position not facing each other .
請求項1の圧力測定デバイスによると、チューブ体における略扁平円形状の短軸方向に互いに対向する壁部に取り付けられた歪みセンサにより検出した歪みに基づいて、マイクロ流路を流れる流体の圧力を測定する。つまり、この扁平壁部を圧力ゲージのダイアフラム面として扱うことになる。この扁平壁部の歪みは、マイクロ流路を流れる流体の圧力に比例して発生するため、この歪み量を適当な物理量へ変換することで正確な圧力測定が可能である。流体の流れ方向に垂直な断面が真円形状のチューブ体に比較して、有効な受圧面積を大きくとることができ、マイクロ流路を流れる流体の圧力測定に十分な歪みを発生させることができる。そして、流路にポート等の滞留部を持たせる必要もない。
According to the pressure measuring device of
また、請求項1の圧力測定デバイスによると、縦歪み検出用の歪みセンサと、横歪み検出用の歪みセンサとの2種類が取り付けられるため、縦歪みと横歪みを同時に測定することが可能となり、更に一層正確な圧力測定が可能となる。In addition, according to the pressure measuring device of
また、請求項1の圧力測定デバイスによると、一方の壁部における縦歪み検出用の歪みセンサと、他方の壁部における縦歪み検出用の歪みセンサとは、マイクロ流路を流れる流体の流れ方向についての異なる2点の圧力を測定できる。この2点の圧力平均を求めることで、より信頼度の高い圧力測定が可能となる。横歪み検出用の歪みセンサについても同様である。 According to the pressure measuring device of
請求項2の圧力測定デバイスは、前記チューブ体の両端部を溶接構造により固定支持する固定枠を備える。 The pressure measuring device according to a second aspect includes a fixing frame that fixes and supports both end portions of the tube body by a welding structure.
請求項2の圧力測定デバイスによると、チューブ体の両端部は、溶接構造により固定枠に固定支持されるため、チューブ体で発生した歪みがチューブ体より外部に伝搬することがない。チューブ体は固定枠内でのみ歪みを生ずるため、より正確な圧力測定が可能となる。 According to the pressure measuring device of the second aspect, since both end portions of the tube body are fixedly supported by the fixed frame by the welding structure, the strain generated in the tube body does not propagate outside the tube body. Since the tube body is distorted only within the fixed frame, more accurate pressure measurement is possible.
請求項3の圧力測定デバイスは、前記チューブ体が、前記流体の流れ方向に垂直な断面が略扁平円形状とされた扁平部と、前記流体の流れ方向に垂直な断面が略真円形状とされた真円部とを備え、該チューブ体の真円部の外側表面に取り付けられた補正用歪みセンサと、該補正用歪みセンサで得た歪み情報に基づいて前記歪みセンサにより検出した歪みの温度影響を補正する温度影響補正手段とを備える。
The pressure measuring device according to
請求項3の圧力測定デバイスによると、圧力変化による歪みが殆どないチューブ体の真円部に取り付けた補正用歪みセンサによって温度変化による歪みを検出することができるので、チューブ体の扁平部に取り付けた歪みセンサにより検出した歪みにおける温度影響をより正確に補正することができ、より正確な圧力測定が可能となる。
According to the pressure measuring device of
請求項4の圧力測定デバイスは、前記チューブ体における略扁平円形状の短軸方向に互いに対向する壁部に取り付けられた温度センサと、この温度センサで得た温度情報に基づいて前記歪みセンサにより検出した歪みの温度影響を補正する温度影響補正手段とを備える。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a pressure measuring device including: a temperature sensor attached to a wall portion facing each other in a short axis direction of a substantially flat circular shape in the tube body; and the strain sensor based on temperature information obtained by the temperature sensor. Temperature influence correction means for correcting the temperature influence of the detected strain.
請求項4の圧力測定デバイスによると、温度センサで得た温度信号により歪みセンサにおける温度影響が補正されるため、更に正確な圧力測定が可能となる。 According to the pressure measuring device of the fourth aspect, since the temperature effect in the strain sensor is corrected by the temperature signal obtained by the temperature sensor, more accurate pressure measurement is possible.
請求項5の圧力測定デバイスは、前記歪みセンサと、前記温度センサまたは前記補正用歪みセンサとが、コーティング剤によりコーティングされる。
In the pressure measuring device according to
請求項5の圧力測定デバイスによると、チューブ体の外側表面に取り付けられた歪みセンサ、温度センサ、補正用歪みセンサが、コーティング剤により外気から遮断されるため、歪みセンサ等がその周囲の温度・湿度による影響を受けにくくなる。 According to the pressure measuring device of the fifth aspect, the strain sensor, the temperature sensor, and the correction strain sensor attached to the outer surface of the tube body are shielded from the outside air by the coating agent. Less susceptible to humidity.
請求項6の圧力測定デバイスは、前記チューブ体の流路の断面積が1mm2以上且つ8mm2以下である。
In the pressure measuring device according to a sixth aspect , the cross-sectional area of the flow path of the tube body is 1
本発明によると、マイクロ流路を流れる流体の圧力を正確に測定することができる圧力測定デバイスが提供される。 According to the present invention, there is provided a pressure measuring device that can accurately measure the pressure of a fluid flowing through a microchannel.
本発明に係る第一実施形態の圧力測定デバイス10について、図1から図3を参照しながら説明する。圧力測定デバイス10は主として、固定枠12、チューブ体13、歪みセンサ14、補正用歪みセンサ15、及び信号変換部16を備える。
A
固定枠12は、ステンレス鋼や真鍮等の金属を材質とし、直方体形状の本体ブロック121と、本体ブロック121の長手方向の両端部に設けられた入口側接続部122及び出口側接続部123とを備えている。
The
本体ブロック121は、その上面から下面に貫通する貫通穴124を中央に備える。貫通穴124は、図1に示すように、本体ブロック121の長手方向を長軸方向とする略長穴形状を成しており、その長軸方向において互いに対向する壁部にそれぞれ、貫通穴125及び貫通穴126を備えている。
The
入口側接続部122は、本体ブロック121の長手方向の一端面にこれと一体的に設けられた中空雄コネクタ体である。入口側接続部122は、中心軸部に貫通穴127を備え、この貫通穴127と本体ブロック121の貫通穴125とは連通する。
The inlet
出口側接続部123は、本体ブロック121の長手方向の他端面にこれと一体的に設けられた中空雄コネクタ体である。出口側接続部123は、中心軸部に貫通穴128を備え、この貫通穴128と本体ブロック121の貫通穴126とは連通する。
The outlet
チューブ体13は、ステンレス鋼等の金属を材質とし、マイクロ流路の一部を形成する。すなわち、マイクロ流路に接続されてマイクロ流路Rの一部とされる。また、チューブ体13は、チューブ内を流れる液体の流れ方向に垂直な断面(横断面)が略扁平円形状とされた扁平部131と、液体の流れ方向に垂直な断面(横断面)が略真円形状とされた真円部132とを備える。
The
図3に示すように、チューブ体13の扁平部131は、円筒を径方向に押し潰した際に得られる扁平筒形状を成している。このチューブ体13の流路の断面積は、1mm2〜8mm2である。この扁平筒状体において短軸J方向に互いに対向する壁部131a,131bは、それぞれ歪みセンサ14による圧力測定に十分な歪量が得られる厚みとされ、具体的には、90μm以上且つ110μm以下の薄肉状とされる。この厚みは、チューブ体13を流れる液体の圧力が、0〜1MPaの範囲内である場合に好適な値である。なお、マイクロ流路Rを流れる液体の圧力範囲に応じて、適宜他の値に変更することができる。また、扁平部131の横断面形状は、例えば、楕円形状、長円形状等の種々の設計変更が可能である。
As shown in FIG. 3, the
チューブ体13は、図2に示すように、上記固定枠12の貫通穴127及び貫通穴128に挿入されており、チューブ体13の両端部が、固定枠12の入口側接続部122及び出口側接続部123にそれぞれ、溶接部Wにより溶接固定されている。
As shown in FIG. 2, the
チューブ体13の扁平部131の上記壁部131a,131bの外側面には、歪みセンサ14(14a1,14a2,14b1,14b2)が取り付けられ、チューブ体13の真円部132の外周面には、補正用歪みセンサ15(15a1,15a2,15b1,15b2)が取り付けられている。
The strain sensor 14 (14a1, 14a2, 14b1, 14b2) is attached to the outer surface of the
歪みセンサ14は、取り付けた検出対象の歪みに応じた電気信号を出力する歪ゲージで構成されており、縦歪検出用の歪みセンサ14a1,14b1、及び横歪検出用の歪みセンサ14a2,14b2から成る。縦歪検出用の歪みセンサ14a1は、扁平部131の壁部131aの縦方向(長手方向)の歪みを検出するように取り付けられる。横歪検出用の歪みセンサ14a2は、壁部131aの横方向(短手方向)の歪みを検出するように取り付けられる。同様に、縦歪検出用の歪みセンサ14b1は、壁部131bの縦方向の歪みを検出するように取り付けられ、横歪検出用の歪みセンサ14b2は、壁部131bの横方向の歪みを検出するように取り付けられる。
The
縦歪み検出用の歪みセンサ14a1と、横歪検出用の歪みセンサ14a2とは、壁部131aの外側面において扁平部131の長手方向に沿って取り付けられる。同様に、縦歪み検出用の歪みセンサ14b1と、横歪検出用の歪みセンサ14b2とは、壁部131bの外側面において扁平部131の長手方向に沿って取り付けられる。壁部131aにおける縦歪み検出用の歪みセンサ14a1と、壁部131bにおける縦歪み検出用の歪みセンサ14b1とは互いに非対向位置となるように取り付けられ、且つ、壁部131aにおける横歪み検出用の歪みセンサ14a2と、壁部131bにおける横歪み検出用の歪みセンサ14b2とは互いに非対向位置となるように取り付けられる。
The strain sensor 14a1 for detecting vertical strain and the strain sensor 14a2 for detecting lateral strain are attached along the longitudinal direction of the
補正用歪みセンサ15は、取り付けた検出対象の歪みに応じた電気信号を出力する歪ゲージで構成されており、縦歪検出用の補正用歪みセンサ15a1,15b1、及び横歪検出用の補正用歪みセンサ15a2,15b2から成る。縦歪検出用の補正用歪みセンサ15a1は、チューブ体13の真円部132の周壁部の縦方向(チューブ体13の軸方向)の歪みを検出するように取り付けられる。横歪検出用の補正用歪みセンサ15a2は、真円部132の周壁部の横方向(チューブ体13の円周方向)の歪みを検出するように取り付けられる。同様に、縦歪検出用の補正用歪みセンサ15b1は、周壁部の縦方向の歪みを検出するように取り付けられ、横歪検出用の補正用歪みセンサ15b2は、周壁部の横方向の歪みを検出するように取り付けられる。
The
縦歪み検出用の補正用歪みセンサ15a1と、横歪検出用の補正用歪みセンサ15a2とは、真円部132の周壁部の上面においてチューブ体13の軸方向に沿って取り付けられる。同様に、縦歪み検出用の補正用歪みセンサ15b1と、横歪検出用の補正用歪みセンサ15b2とは、真円部132の周壁部の下面においてチューブ体13の軸方向に沿って取り付けられる。縦歪み検出用の補正用歪みセンサ15a1と、縦歪み検出用の補正用歪みセンサ15b1とは互いに非対向位置となるように取り付けられ、且つ、横歪み検出用の補正用歪みセンサ15a2と、横歪み検出用の補正用歪みセンサ15b2とは互いに非対向位置となるように取り付けられる。
The correction strain sensor 15 a 1 for detecting vertical strain and the correction strain sensor 15 a 2 for detecting lateral strain are attached along the axial direction of the
歪みセンサ14及び補正用歪みセンサ15は、それぞれに接続されたリード線14L,15Lやグランド用のリード線と共に、コーティング剤17を介してチューブ体13の外表面に取り付けられる。コーティング剤17は、本実施形態では、シリコン樹脂を用いたが、圧力測定時における液温に応じて、適宜他の材質に変更することができる。また、リード線14L,15Lは、固定枠12の貫通穴124の内壁面においてもコーティング剤17を介して取り付けられる。
The
信号変換部16は、歪みセンサ14(14a1,14a2,14b1,14b2)及び補正用歪みセンサ15(15a1,15a2,15b1,15b2)から出力された信号を増幅する増幅回路、各歪みセンサ14、各補正用歪みセンサ15で得た信号の平均値を算出する平均値算出回路などを備え、各出力平均を圧力信号として出力するように構成される。その際、各補正用歪みセンサ15で測定した歪み信号に基づいて、歪みセンサ14が受けた温度影響についても演算処理するように構成される。
The
以上のように、本実施形態の圧力測定デバイス10によると、チューブ体13の扁平部131における略扁平円形状の短軸方向に互いに対向する壁部131a,131bに取り付けられた歪みセンサ14により検出した歪みに基づいて、マイクロ流路Rを流れる流体の圧力を測定することができる。つまり、この扁平した壁部131a,131bを圧力ゲージのダイアフラム面として扱うことになる。この扁平した壁部131a,131bの歪みは、マイクロ流路Rを流れる流体の圧力に比例して発生するため、この歪み量を適当な物理量へ変換することで正確な圧力測定が可能である。扁平部131の壁部131a,131bにおいては、横断面が略真円形状の真円部132に比較して、有効な受圧面積を大きくとることができ、マイクロ流路を流れる流体の圧力測定に十分な歪みを発生させることができる。そして、流路にポート等の滞留部を持たせる必要もない。
As described above, according to the
また、チューブ体13の両端部は、溶接構造により固定枠12に固定支持されるため、チューブ体13で発生した歪みがチューブ体13より外部に伝搬することがない。チューブ体13は固定枠12内でのみ歪みを生ずるため、より正確な圧力測定が可能となる。
In addition, since both end portions of the
また、チューブ体13の真円部132に取り付けた補正用歪みセンサ15によって温度変化による歪みを検出しているので、扁平部131に取り付けた歪みセンサ14によって検出した歪みにおける温度影響をより正確に補正することができ、更に正確な圧力測定が可能となる。つまり、マイクロ流路Rを流れる流体の温度が変化する場合、チューブ体13の扁平部131には、流体の圧力変化による歪みの他に、流体の温度変化による歪みも生じることになり、圧力測定に誤差をもたらすことになるが、チューブ体13の真円部132においては、圧力変化による歪みは、温度変化による歪みに比べて殆ど発生しない。したがって、この真円部132の歪みを補正用歪みセンサ15により検出し、この歪み情報に基づいて歪みセンサ14により検出した歪みにおける温度影響を補正することによって、チューブ体13の流体圧力を正確に測定することができる。
In addition, since the distortion due to the temperature change is detected by the
また、チューブ体13の外側表面に取り付けられた歪みセンサ14及び補正用歪みセンサ15が、コーティング剤17により外気から遮断されるため、歪みセンサ14及び補正用歪みセンサ15が周囲の温度・湿度による影響を受けにくくなる。
Further, since the
また、縦歪み検出用の歪みセンサ14a1,14b1と、横歪み検出用の歪みセンサ14a2,14b2との2種類が取り付けられるため、チューブ体13の扁平部131の縦歪みと横歪みを同時に測定することができ、より一層正確な圧力測定が可能となる。また、本実施形態では、縦歪み検出用の補正用歪みセンサ15a1,15b1と、横歪み検出用の補正用歪みセンサ15a2,15b2との2種類が取り付けられるため、チューブ体13の真円部132の縦歪みと横歪みを同時に測定することができ、このことでも、より一層正確な圧力測定が可能となる。
Further, since two types of strain sensors 14a1 and 14b1 for detecting longitudinal strain and strain sensors 14a2 and 14b2 for detecting lateral strain are attached, the longitudinal strain and lateral strain of the
また、チューブ体13の扁平部131の一方の壁部131aにおける縦歪み検出用の歪みセンサ14a1と、他方の壁部131bにおける縦歪み検出用の歪みセンサ14b1とによって、マイクロ流路Rを流れる流体の流れ方向についての異なる2点の圧力を測定することができる。これら2点の圧力平均を求めることで、より信頼度の高い圧力測定が可能となる。横歪み検出用の歪みセンサ14a2,14b2についても同様である。
Further, the fluid flowing through the micro flow path R by the strain sensor 14a1 for detecting the vertical strain in the one
また、本実施形態では、チューブ体13の真円部132に取り付けられた縦歪み検出用の補正用歪みセンサ15a1と補正用歪みセンサ15b1とによって、真円部132の流れ方向において異なる2点の歪みを測定できるので、これら2点の平均を求めることで、より信頼度の高い圧力測定が可能となる。横歪み検出用の補正用歪みセンサ15a2,15b2についても同様である。
Further, in the present embodiment, two different points in the flow direction of the
次に、本発明に係る第二実施形態の圧力測定デバイス1について、図4から図7を参照しながら説明する。図4は本発明に係る圧力測定デバイス1の外観を示す斜視図、図5は本発明に係る圧力測定デバイス1の平面一部断面図、図6は本発明に係る圧力測定デバイス1の正面一部断面図、図7はチューブ体3の横断面図である。
Next, the
図4から図6に示すように、本発明に係る圧力測定デバイス1は、固定枠2、チューブ体3、歪みセンサ4、温度センサ5及び信号変換部6などを備える。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
固定枠2は、ステンレス鋼や真鍮等の金属を材質とし、本体ブロック21、入口側接続部22及び出口側接続部23を備える。
The fixed
本体ブロック21は、上面から下面に貫通する貫通穴24を中央に備える中空箱状体である。貫通穴24は、図6に示すように、上穴部241、下穴部242及び中穴部243からなる。上穴部241は、中心に向かって下傾する逆円錐台斜面24Dにより形成される。下穴部242は、中心に向かって上傾する円錐台斜面24Uにより形成される。中穴部243は、円筒面24Tにより形成される。円筒面24Tにおいて互いに対向する両部分には、それぞれ、入口側流路となる半径0.6mmの貫通穴251、及び出口側流路となる半径0.6mmの貫通穴252を備える。
The
入口側接続部22は、本体ブロック21の一端面にこれと一体的に設けられた中空雄コネクタ体である。その外周面には雄ねじ22Nが形成され、入口ポート穴となる半径0.6mmの貫通穴22Hが中心軸部に穿設される。本体ブロック21における貫通穴251と入口側接続部22における貫通穴22Hとは連通する。
The inlet
出口側接続部23は、本体ブロック21の他端面にこれと一体的に設けられた中空雄コネクタ体である。その外周面には雄ねじ23Nが形成され、出口ポート穴となる半径0.6mmの貫通穴23Hが中心軸部に穿設される。本体ブロック21における貫通穴252と入口側接続部22における貫通穴23Hとは連通する。
The outlet
チューブ体3は、ステンレス鋼等の金属を材質とし、図7に示すように、円筒を径方向に押し潰した際に得られる扁平筒形状を呈する。すなわち液体の流れ方向に垂直な断面が略扁平円形状とされる。チューブ体3の中空部の流路がマイクロ流路Rの一部とされ、その断面積は1mm2〜8mm2である。この扁平筒状体において短軸J方向に互いに対向する壁部31a,31bは、それぞれ歪みセンサ4による圧力測定に十分な歪量が得られる厚みとされ、具体的には、90μm以上且つ110μm以下の薄肉状とされる。この厚みは、チューブ体3を流れる液体の圧力が0〜1MPaの範囲内である場合に好適な値である。なお、マイクロ流路Rを流れる液体の圧力範囲に応じて、適宜他の値に変更することができる。チューブ体3は、本体ブロック21における円筒面24Tにおける互いに対向する壁面間に、貫通穴251及び貫通穴252のそれぞれに連通するように取り付けられる。取り付けは、具体的には溶接により行われる。
The
上記各壁部31a,31bの外側面には、それぞれ歪みセンサ4(4a1,4a2,4b1,4b2)及び温度センサ5(5a,5b)が取り付けられる。
Distortion sensors 4 (4a1, 4a2, 4b1, 4b2) and temperature sensors 5 (5a, 5b) are attached to the outer surfaces of the
歪みセンサ4は、取り付けた検出対象の歪に応じた電気信号を出力する歪ゲージで構成され、縦歪検出用の歪みセンサ4a1,4b1、及び横歪検出用の歪みセンサ4a2,4b2を備える。縦歪検出用の歪みセンサ4a1は、壁部31aの縦方向(長手方向)歪みを検出するように取り付けられる。横歪検出用の歪みセンサ4a2は、壁部31aの横方向(短手方向)歪みを検出するように取り付けられる。同様に、縦歪検出用の歪みセンサ4b1は、壁部31bの縦方向歪みを検出するように取り付けられる。また、横歪検出用の歪みセンサ4b2は、壁部31bの横方向歪みを検出するように取り付けられる。
The
縦歪み検出用の歪みセンサ4a1と、横歪検出用の歪みセンサ4a2とは、壁部31aの外周面において扁平筒状体の長手方向に沿って取り付けられる。同様に、縦歪み検出用の歪みセンサ4b1と、横歪検出用の歪みセンサ4b2とは、壁部31bの外周面において扁平筒状体の長手方向に沿って取り付けられる。壁部31aにおける縦歪み検出用の歪みセンサ4a1と、壁部31bにおける縦歪み検出用の歪みセンサ4b1とは互いに非対向位置となるように取り付けられ、且つ壁部31aにおける横歪み検出用の歪みセンサ4a2と、壁部31bにおける横歪み検出用の歪みセンサ4b2とは互いに非対向位置となるように取り付けられる。
The strain sensor 4a1 for detecting vertical strain and the strain sensor 4a2 for detecting lateral strain are attached along the longitudinal direction of the flat cylindrical body on the outer peripheral surface of the
温度センサ5は、2つの異種金属を接合させた熱電対を構成要素としている。温度センサ5は、壁部31a,31bの外側面に取り付けられる。取付位置は、壁部31aにおける温度センサ5aについては、縦歪み検出用の歪みセンサ4a1と横歪み検出用の歪みセンサ4a2との間とされる。壁部31bにおける温度センサ5bについては、縦歪み検出用の歪みセンサ4b1と横歪み検出用の歪みセンサ4b2との間とされる。
The
歪みセンサ4及び温度センサ5は、それぞれに接続されたリード線4L,5Lやグランド用のリード線GLと共に、コーティング剤7を介して壁部31a,31bの外周面に取り付けられる。コーティング剤7は、本形態ではシリコン樹脂を用いたが、圧力測定時における液温に応じて、適宜他の材質に変更することができる。また、リード線4L,5Lは本体ブロック21における逆円錐台斜面24Dにおいても同コーティング剤7を介して取り付けられる。
The
信号変換部6は、歪みセンサ4a,4b及び温度センサ5a,5bから出力された信号を増幅する増幅回路、歪みセンサ4a1,4a2で得た信号の平均値、歪みセンサ4b1,4b2で得た信号の平均値を算出する平均値算出回路などを備え、各出力平均を圧力信号S1として出力するように構成される。その際、温度センサ5で測定した温度信号に基づいて、歪みセンサ4が受けた温度影響についても演算処理するように構成される。
The signal conversion unit 6 amplifies the signals output from the strain sensors 4a and 4b and the
次に、図8を参照しながら圧力測定デバイス1の使用例について説明する。図8は本発明に係る圧力測定デバイス1を用いた反応システム20の概略図である。図8に示すように、反応システム20は、第1液供給部71、第2液供給部72、第1液圧調整部73、第2液圧調整部74、圧力測定デバイス1、マイクロリアクタ81、コントローラ9及び配管75,83,84などからなる。
Next, a usage example of the
第1液供給部71は、被反応液である第1液を所定の圧力で圧送可能に構成される。第2液供給部72は、被反応液である第2液を所定の圧力で圧送可能に構成される。本形態では、第1液供給部71及び第2液供給部72が第1液及び第2液を圧送したときに、圧力測定デバイス1またはマイクロリアクタ81における液圧が0〜1MPaの範囲内となるように上記所定の圧力が決定される。第1液圧調整部73は、第1液供給部71から供給される第1液を、コントローラ9からの制御信号S2に基づいて加圧または減圧するように構成される。第2液圧調整部74は、第2液供給部72から供給される第2液を、コントローラ9からの制御信号S2に基づいて加圧または減圧するように構成される。マイクロリアクタ81は、第1液と第2液との反応が進行するように形成されたマイクロ流路82を備える。
The 1st
コントローラ9は、圧力測定デバイス1から出力された圧力信号S1に基づいて、第1液圧調整部73及び第2液圧調整部74に制御信号S2を送るように構成される。制御信号S2による制御内容は後述する。
The
反応システム20の動作及び圧力測定デバイス1の作用効果について説明する。第1液供給部71及び第2液供給部72は、配管75を通じてそれぞれ第1液及び第2液を同時に圧力測定デバイス1に供給する。
The operation of the
圧力測定デバイス1のマイクロ流路Rを流れる第1液と第2液との混合液の圧力は、歪みセンサ4により測定される。また、この混合液の温度は、温度センサ5により測定される。信号変換部6では、各歪みセンサ4から取得した信号を適正な圧力データに変換すると共に、温度センサ5で測定した温度信号に基づいて、歪みセンサ4が受けた温度影響について補正演算処理する。
The pressure of the mixed liquid of the first liquid and the second liquid flowing through the micro flow path R of the
コントローラ9では、温度補正処理した圧力信号S1に基づき、制御信号S2を生成する。制御信号S2は次に示す制御を行う。すなわち、目標とする圧力よりも測定した圧力が高いときは、コントローラ9は、第1液供給部73及び第2液供給部74から供給される第1液及び第2液の圧力を下げるように、第1液圧調整部73及び第2液圧調整部74を制御する。反対に、目標とする圧力よりも測定した圧力が低いときは、コントローラ9は、第1液供給部73及び第2液供給部74から供給される第1液及び第2液の圧力を上げるように、第1液圧調整部73及び第2液圧調整部74を制御する。これにより反応液の圧力が適正に制御される。
The
圧力測定デバイス1から出た第1液と第2液とは、配管83を介してマイクロリアクタ81に入る。その後、第1液と第2液とは、マイクロ流路82内で反応を進行させていく。そして、マイクロリアクタ81の出口ポートからは、反応が完了した反応済み液が配管84を通じて次の工程へと導出される。
The first liquid and the second liquid that have come out of the
上述したように、圧力測定デバイス1によると、チューブ体3における壁部31a,31bの外側表面に取り付けられた歪みセンサ4により検出した壁部31a,31bの歪みに基づいて、マイクロ流路Rを流れる液体の圧力を測定する。つまり、チューブ体3における壁部31a,31bを圧力ゲージのダイアフラム面として扱うことになる。チューブ体3における壁部31a,31bの歪みは、マイクロ流路Rを流れる液体の圧力に比例して発生するため、この歪み量を適当な物理量へ変換することで正確な圧力測定が可能である。本発明では、チューブ体3は、液体の流れ方向に垂直な断面が略扁平円形状とされ、この略扁平円形状の短軸J方向に互いに対向する壁部31a,31bがそれぞれ薄肉状とされる。このため、断面が真円状のチューブ体に比較して、有効な受圧面積を大きくとることができ、マイクロ流路Rを流れる液体の圧力測定に十分な歪みを発生させることができる。そして、流路にポート等の滞留部を持たせる必要もない。
As described above, according to the
また、チューブ体3の両端部は、溶接構造により固定枠2に固定支持されるため、チューブ体3で発生した歪みがチューブ体3より外部に伝搬することがない。チューブ体3は固定枠2内でのみ歪みを生ずるため、より正確な圧力測定が可能となる。
Further, since both end portions of the
また、温度センサ5で得た温度信号により歪みセンサ4における温度影響が補正されるため、更に正確な圧力測定が可能となる。
In addition, since the temperature effect in the
また、チューブ体3における壁部31a,31bの外側表面に取り付けられた歪みセンサ4は、コーティング剤7により外気から遮断されるため、歪みセンサ4がその周囲の温度・湿度による影響を受けにくくなる。
Further, since the
また、縦歪み検出用の歪みセンサ4a1,4b1と、横歪み検出用の歪みセンサ4a2,4b2との2種類が取り付けられるため、縦歪みと横歪みが同時に測定可能となり、更に一層正確な圧力測定が可能となる。 In addition, since two types of strain sensors 4a1 and 4b1 for detecting longitudinal strain and strain sensors 4a2 and 4b2 for detecting lateral strain are attached, it becomes possible to measure longitudinal strain and lateral strain at the same time, and more accurate pressure measurement. Is possible.
また、一方の壁部31aにおける縦歪み検出用の歪みセンサ4a1と、他方の壁部31bにおける縦歪み検出用の歪みセンサ4b1とは、マイクロ流路Rを流れる液体の流れ方向についての異なる2点の圧力を測定できる。この2点の圧力平均を求めることで、より信頼度の高い圧力測定が可能となる。横歪み検出用の歪みセンサ4a2,4b2についても同様である。
Further, the strain sensor 4a1 for detecting the vertical strain in one
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。例えば、上述の実施の形態では、圧力測定の対象とする流体は液体としたが、気体であってもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment disclosed above is an illustration to the last, Comprising: The scope of the present invention is not limited to this embodiment. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. For example, in the above-described embodiment, the fluid for pressure measurement is a liquid, but it may be a gas.
1、10 圧力測定デバイス
2、12 固定枠
3、13 チューブ体
131 扁平部
132 真円部
4、14 歪みセンサ
4a1、14a1 縦歪み検出用の歪みセンサ
4a2、14a2 横歪み検出用の歪みセンサ
4b1、14b1 縦歪み検出用の歪みセンサ
4b2、14b2 横歪み検出用の歪みセンサ
15 補正用歪みセンサ
15a1 縦歪み検出用の補正用歪みセンサ
15a2 横歪み検出用の補正用歪みセンサ
15b1 縦歪み検出用の補正用歪みセンサ
15b2 横歪み検出用の補正用歪みセンサ
5 温度センサ
6、16 信号変換部(温度影響補正手段)
7、17 コーティング剤
31a、131a 壁部
31b、131b 壁部
R マイクロ流路
J 短軸
1, 10
7, 17
Claims (6)
前記チューブ体は、前記流体の流れ方向に垂直な断面が略扁平円形状とされ、該チューブ体における略扁平円形状の短軸方向に互いに対向する壁部に前記歪みセンサが取り付けられ、扁平した該壁部を圧力ゲージのダイアフラム面として扱い、該壁部の歪を検出し、
前記歪みセンサは、縦歪み検出用の歪みセンサと、横歪み検出用の歪みセンサとの2種類が取り付けられ、
前記縦歪み検出用の歪みセンサと、前記横歪み検出用の歪みセンサとは、互いに対向する壁部のそれぞれの外側表面に取り付けられ、一方の壁部における縦歪み検出用の歪みセンサと、他方の壁部における縦歪み検出用の歪みセンサとは互いに非対向位置となるように取り付けられ、且つ、一方の壁部における横歪み検出用の歪みセンサと、他方の壁部における横歪み検出用の歪みセンサとは互いに非対向位置となるように取り付けられることを特徴とする圧力測定デバイス。 A tube body that forms a part of the microchannel, and a strain sensor attached to an outer surface of the tube body, and the microchannel based on the strain of the wall of the tube body detected by the strain sensor A pressure measuring device for measuring the pressure of a fluid flowing through
The tube body has a substantially flat circular cross-section perpendicular to the fluid flow direction, and the strain sensor is attached to the wall portions of the tube body facing each other in the short-axis direction of the substantially flat circular shape and flattened. Treat the wall as a diaphragm surface of a pressure gauge, detect strain in the wall ,
Two types of strain sensors, a strain sensor for detecting vertical strain and a strain sensor for detecting lateral strain, are attached,
The strain sensor for detecting the vertical strain and the strain sensor for detecting the lateral strain are attached to the outer surfaces of the wall portions facing each other, the strain sensor for detecting the vertical strain on one wall portion, and the other The vertical strain detection strain sensors in the wall portion are attached so as not to face each other, and the lateral strain detection strain sensor in one wall portion and the lateral strain detection in the other wall portion. A pressure measuring device, wherein the pressure measuring device is attached so as to be in a non-opposing position with respect to the strain sensor .
前記チューブ体の真円部の外側表面の対向する壁部に取り付けられた補正用歪みセンサと、該補正用歪みセンサで得た歪み情報に基づいて前記歪みセンサにより検出した歪みの温度影響を補正する温度影響補正手段とを備える請求項1または請求項2に記載の圧力測定デバイス。 The tube body includes a flat portion in which a cross section perpendicular to the fluid flow direction is a substantially flat circular shape, and a perfect circle portion in which a cross section perpendicular to the fluid flow direction is a substantially circular shape,
The correction strain sensor attached to the opposing wall portion of the outer surface of the perfect circle portion of the tube body, and the temperature effect of the strain detected by the strain sensor is corrected based on the strain information obtained by the correction strain sensor. The pressure measurement device according to claim 1, further comprising a temperature influence correction unit that performs the operation.
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