JP5501806B2 - 圧力センサ、差圧式流量計及び流量コントローラ - Google Patents
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Description
上述した差圧式流量計において、たとえば図8に示すように、流体圧力を検知する圧力センサ1は、流体主流路2からT字状に分岐した圧力導入管3の先端部に圧力計測部4を配置した構成とされる。
従来の圧力センサにおいて、具体的なダメージ軽減対策としては、たとえば図9に示す圧力センサ1′のように、圧力導入管3Aの管径を細くすること、圧力導入管3Aを長くして圧力計測部4を流体主流路から離すこと、及びこれらの組合せが行われている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、洗浄等による液体の置換を容易かつ完全に実施できるダメージ軽減対策を施した圧力センサを提供することにあり、さらに、この圧力センサを用いて構成される差圧式流量計及び流量コントローラを提供することにある。
本発明に係る圧力センサは、流体主流路を流れる液体の圧力を検出する圧力センサにおいて、前記流体主流路の直管部から分岐した位置に圧力計測空間部を設けて圧力計測部を設置し、前記流体主流路と前記圧力計測空間部との間を、前記流体主流路より管径の細い導入管及び流出管を介して接続し、前記流体主流路は、前記導入管の分岐位置に拡径部を備えていることを特徴とするものである。
このため、流体主流路及び圧力センサを洗浄する際には、圧力計測空間部内に液体の流れが生じるため、内部の液体を確実に置換することができる。そして、導入管及び流出管は流体主流路より管径が細いため、圧力計測空間部へ到達する脈動やウォーターハンマを緩和することができる。
また、圧力計測空間部に設置される圧力計測部は、流体と受圧面とが接液しないようにするため、通常フッ素樹脂(PFA)シートを介在させている。このため、上述した脈動やウォーターハンマの緩和は、検出精度に影響するフッ素樹脂シートの浮き上がり防止にも有効である。このようなフッ素樹脂シートの浮き上がり防止は、高温液体を取り扱う場合において特に有効となる。
また、この圧力センサを用いて構成される差圧式流量計及び流量コントローラは、洗浄等による液体の置換を容易かつ完全に実施でき、しかも、脈動やウォーターハンマにより圧力計測部が受けるダメージを緩和するダメージ軽減対策が施されたものとなる。
図1(a)に示す圧力センサ10は、たとえば配管等により形成される流体主流路11の直管部に設置され、液体流路11を流れる液体の圧力を検出するものである。このような圧力センサ10は、流体主流路11の適所に設置して圧力検出を行うだけでなく、たとえば図2に示す流量コントローラ20において、差圧式流量計30を構成する差圧検出用圧力センサ31,32としてオリフィス33の上流側及び下流側に設置される。
図示の流量コントローラ20には、差圧式流量計30の流量算出部と、流量コントローラ20の流量制御部とを備えた制御部40が設けられている。
流量制御部は、流量算出部で得られた流量測定値の信号を受け、この流量測定値と設定流量値との差に基づいて開度調整信号を算出し、この開度調整信号により流量調整弁31の開度制御を行うための制御部である。
すなわち、単に流量測定を行う差圧式流量計30として使用する場合には、流量算出部のみを備えていればよいが、流量コントローラ20として使用する場合には、流量算出部及び流量制御部の両方が必要となるため、別体の両制御部間を電気的に接続した構成、あるいは、両制御部を一体化した制御部40を備えていればよい。
また、圧力計測空間部12は、図1(b)に示すように、平面視において流体主流路11の軸中心線CL上に中心がある円形となる。そして、導入管13及び流出管14は、いずれも円形断面の分岐流路とされ、圧力計測空間部12に接続された導入管13の出口開口13a及び流出管14の入口開口14aは、いずれも軸中心CL上に配置されている。
なお、上述した導入管13及び流出管14は、流体主流路11と圧力計測空間部12との間を接続していればよく、分岐角度θ1及び合流角度θ2については、特に鋭角に限定されることはない。
なお、このような拡径部15は、本実施形態の圧力センサ10に必須の構成要素ではなく、必要に応じて適宜設ければよい。
この場合、オリフィス33の上流側となる差圧検出用圧力センサ31には、図1に示した圧力センサ10が使用される。従って、図3に示す差圧式流量計30のボディ34は、オリフィス33の上流側に設置する差圧検出用圧力センサ31として、導入管13の分岐位置に拡径部15を備えた圧力センサ10を設置するようになっている。このため、差圧検出用センサ31用としては、導入管13の分岐位置に拡径部15を備えた流体主流路11が形成されている。なお、図中の符号35はオリフィス33の設置スペースである。
また、導入管13及び流出管14は、流体主流路11より管径が細いため、図9に示した圧力導入管3Aと同様に、圧力計測空間部12へ到達する脈動やウォーターハンマを緩和することができる。このような脈動やウォーターハンマの緩和は、特に高温液体を取り扱う場合において、検出精度に影響するフッ素樹脂シート5の浮き上がり防止対策としても有効である。
この試験装置50は、純水と塩水との液置換特性を比較する試験を行うもので、従来の圧力センサ1または本実施形態の圧力センサ10に流す流体を三方弁51で切り換えることにより、時間経過に伴う比抵抗値の変化を抵抗率計52で計測する。すなわち、試験装置50は、塩水を流した後に三方弁51を操作して純水を流し、塩水が純水に置換されたことを意味する純水比抵抗値(16.7MΩ・cm)に到達するまでの時間経過を測定する装置である。
なお、図中の符号52aは液体の抵抗率を計測する抵抗率計測部、57は空気圧を調整するレギュレータ、58は塩水送液圧力を計測する圧力計、59は純水送液圧力を検出する圧力計、60は液体の回収タンク、61は開閉弁である。
ここで、試験条件は下記の通りである。
1)充填流体:塩水(濃度は3%)
2)置換流体:純水
3)流体温度:25℃
4)環境温度:常温
5)純水流量設定:1500L/min.(送液圧力150kPa)
6)純水比抵抗値(基準値):16.7MΩ・cm
7)塩水通液圧力:200kPa
8)設置方向:水平
また、圧力センサ1には、内径が直径10mmの圧力導入管(分岐流路)3を設け、圧力センサ10には、内径が直径3mmの導入管13及び流出管14を設けてある。
なお、使用した圧力センサ1,10は、いずれも使用温度範囲が20〜60℃である。
このような出口開口13b及び入口開口14bの配置を採用すれば、導入管13から圧力計測空間部12内に流入した流体は、圧力計測空間部12内に旋回流を形成して流出管14から流出する。この結果、圧力計測空間部12内の液体は、内部に形成された旋回流により撹拌されて流出するので、置換特性をより一層向上させることができる。
このような凸面形状の底面12bは、たとえば液体として固着しやすい薬液等を流すような場合において、流れを停止しても圧力計測空間部12内から確実に流出させることができるため、底面12bに薬液の固形物が付着して残ることを防止できる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
4a 受圧面
5 フッ素樹脂シート
10 圧力センサ
11 流体主流路
12 圧力計測空間部
12a,12b 底面
13 導入管
13a,13b 出口開口
14 流出管
14a,14b 入口開口
15 拡径部
20 流量コントローラ
21 流量調整弁
30 差圧式流量計
31,32 差圧検出用圧力
33 オリフィス
40 制御部
θ1 分岐角度
θ2 合流角度
Claims (6)
- 流体主流路を流れる液体の圧力を検出する圧力センサにおいて、
前記流体主流路の直管部から分岐した位置に圧力計測空間部を設けて圧力計測部を設置し、前記流体主流路と前記圧力計測空間部との間を、前記流体主流路より管径の細い導入管及び流出管を介して接続し、
前記流体主流路は、前記導入管の分岐位置に拡径部を備えていることを特徴とする圧力センサ。 - 前記流体主流路から分岐する前記導入管の分岐角度θ1及び前記流体主流路に合流する前記流出管の合流角度θ2は、いずれも鋭角であることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。
- 前記圧力計測空間部に接続された前記導入管の出口開口及び前記流出管の入口開口は、前記流体主流路の軸中心から互いにオフセットした位置に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の圧力センサ。
- 前記圧力計測空間部の底面は、前記導入管の出口開口及び前記流出管の入口開口へ向けて下る凸面に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の圧力センサ。
- 流体主流路の直管部に設けた一対の圧力センサ間にオリフィスが配設され、前記圧力センサで検出した二つの圧力値により得られる差圧を流量に換算して流量測定を行う差圧式流量計であって、前記圧力センサとして、請求項1から4のいずれかに記載の圧力センサが用いられていることを特徴とする差圧式流量計。
- 請求項5に記載の差圧式流量計と、
前記流体主流路に設けられ、前記差圧式流量計の流量測定値と予め定めた設定流量値との差が所定の範囲内に入るよう開度制御される流量調整弁と、
を具備して構成したことを特徴とする流量コントローラ。
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