JP6751609B2 - 流量調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波流量計測部を備えた流量調整装置に関する。

従来、流量測定用の流体を流す直管状の測定用管体を備える超音波流量計が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される超音波流量計は、直管状の測定用管体の外周に所定の間隔を空けて一対の超音波振動子を配置したものである。特許文献１に開示される超音波流量計は専ら流量の測定を行うものであり、流体の流量を調整する機能は備えていない。
また、特許文献１に開示される超音波流量計に流量を調整する機能を追加する場合、直管状の測定用管体の部分は一対の超音波振動子が発信する超音波が伝搬する部分であるため、この部分において流量調整を行うことはできない。そのため、特許文献１に開示される超音波流量計に流量を調整する機能を追加する場合には、超音波流量計の下流側に別途の流量調整装置を接続する必要がある。

特開２０１２−４２２４３号公報

特許文献１に開示される超音波流量計の下流側に別途の流量調整装置を接続することにより、超音波流量計が計測する流量に基づいて流体の流量を調整することが可能となる。
しかしながら、超音波流量計は、差圧式流量計等とは異なり流体の圧力に基づかずに流量を計測する装置であるため、流体の圧力に起因する異常が発生した場合に、その異常が流体の圧力に起因する異常であるのか超音波流量計自体の異常であるのかを判別することができない。
例えば、開閉弁が閉状態に維持されて超音波流量計へ流体が流入しない場合、超音波流量計の内部に流体が導かれずに大気圧状態に維持されるため、流体の圧力に起因する異常となる。この場合、超音波流量計が計測する流体の流量がゼロとなるため、流体の圧力に起因する異常であることが不明である場合には、超音波流量計自体の異常であると判別されてしまう可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、直管状の計測流路を有する超音波流量計測部による流量の計測とその計測結果に基づいた流量の調整を可能としつつ、流体の圧力に起因する異常を判別可能とした流量調整装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の一態様にかかる流量調整装置は、流入ポートから流入して直管状の計測流路を流通する流体の流量を得るために該計測流路の上流側と下流側に配置された一対の振動子が発信する超音波の伝搬時間差を計測する超音波流量計測部と、前記計測流路の下流側から流出ポートへ流出する流体の流量を調整する流量調整部と、前記超音波流量計測部が計測する流体の流量が予め設定された設定値と一致するように前記流量調整部を制御する制御部と、前記流入ポートから前記計測流路の上流側に流入する流体の圧力を測定する圧力測定部と、前記制御部が前記流量調整部を制御する場合に、前記超音波流量計測部が計測する前記伝搬時間差から得た流体の流量と前記設定値と前記圧力測定部が測定する圧力とを対応づけた情報を記憶する記憶部と、を備える。

本発明の一態様に係る流量調整装置によれば、直管状の計測流路を流通する流体の流量を得るために超音波流量計測部が一対の振動子が発信する超音波の伝搬時間差を計測する際に、圧力測定部により計測流路の上流側に流入する流体の圧力が測定される。圧力測定部により測定された圧力は、制御部が流量調整部を制御する場合に、超音波流量計測部が計測する伝搬時間差から得られる流体の流量および予め設定された設定値と対応付けた情報として記憶部に記憶される。
流量調整装置に、設定値を設定しても超音波流量計測部が計測する伝搬時間差から得られる流体の流量が変化しない等の異常が発生した場合、記憶部に記憶された情報を参照することにより、その異常が流体の圧力に起因する異常であるのか流量調整装置自体の異常であるのかを判別することができる。

例えば、流入ポートへ流体が流入しない場合、伝搬時間差から得られた流体の流量がゼロとなったときに、計測流路に流体が導かれずに大気圧状態に維持されていたことを、記憶部に記憶された情報から認識することができる。この場合、超音波流量計測部が計測する伝搬時間差から得られた流体の流量がゼロとなった要因が、計測流路に流体が導かれずに大気圧状態に維持されていたという流体の圧力に起因する異常であったと判別することができる。
このように、本発明の一態様に係る流量調整装置によれば、直管状の計測流路を有する超音波流量計測部による流量の計測とその計測結果に基づいた流量の調整を可能としつつ、流体の圧力に起因する異常を判別可能とした流量調整装置を提供することができる。

本発明の一態様にかかる流量調整装置において、前記流量調整部は、前記流出ポートへ流体を導く流出側流路部に形成される弁孔に挿入される弁体部と、該弁体部を前記弁孔の中心軸に沿って進退させる駆動部と、を有し、前記記憶部は、前記制御部が前記流量調整部を制御する場合に、前記駆動部が進退させる前記弁体部の位置から得られる該弁体部の開度と前記圧力測定部が測定する前記圧力とを対応づけて記憶するものであってよい。
このようにすることで、流量調整装置に、設定値を設定しても超音波流量計測部が計測する伝搬時間差から得られる流体の流量が変化しない一方で弁体部の開度が大きくなる等の異常が発生した場合、記憶部に記憶された情報を参照することにより、その異常が流体の圧力に起因する異常であるのか流量調整装置自体の異常であるのかを判別することができる。

本発明の一態様にかかる流量調整装置において、前記制御部は、前記流量調整部を制御する場合に、前記圧力測定部が測定する圧力が所定の圧力異常状態であるかどうかを判別し、前記所定の圧力異常状態であると判別した場合に前記所定の圧力異常状態を報知し、前記所定の圧力異常状態であると判別しなかった場合において、前記超音波流量計測部が所定の流量異常状態であるかどうかを判別し、または、前記流量調整部が所定の調整異常状態であるかどうかを判別し、前記所定の流量異常状態であると判別した場合に前記所定の流量異常状態を報知し、前記所定の調整異常状態であると判別した場合に前記所定の調整異常状態を報知する構成にしてもよい。
このようにすることで、圧力測定部が測定する圧力が所定の圧力異常状態であるかどうかを、流量調整装置の操作者が容易に認識することができる。また、所定の圧力異常状態であると判別しなかった場合において、超音波流量計測部が所定の流量異常状態であるかどうか、または流量調整部が所定の調整異常状態であるかどうかを、流量調整装置の操作者が容易に認識することができる。

上記構成の流量調整装置において、前記所定の異常状態は、前記圧力測定部が測定する圧力が第１所定圧力以下で維持される状態、前記圧力測定部が測定する圧力が第２所定圧力以上で維持される状態、または前記圧力測定部が測定する圧力の単位時間あたりの変動量が所定量を超える状態であってよい。
このようにすることで、計測流路に流入する流体の圧力が第１所定圧力以下となって流体の供給が少ない状態、第２所定圧力以上となって流体の流量調整が適切に行われない状態、あるいは流体の供給がない状態を所定の異常状態として判別することができる。

本発明の一態様にかかる流量調整装置においては、外部装置と通信線を介して接続される通信部を有し、前記制御部は、前記通信部が前記外部装置から前記情報の送信要求を受信した場合に、前記記憶部に記憶された前記情報を前記外部装置へ送信するよう前記通信部を制御する構成としてもよい。
このようにすることで、外部装置からの送信要求に応じて記憶部に記憶された情報を送信し、外部装置で情報を参照することにより、発生した異常が流体の圧力に起因する異常であるのか流量調整装置自体の異常であるのかを判別することができる。

上記構成の流量調整装置において、前記制御部は、前記通信部が前記情報を前記外部装置へ送信した後に該外部装置から消去指示を受信した場合に、前記記憶部に記憶された送信済みの前記情報を消去するよう前記記憶部を制御してもよい。
このようにすることで、外部装置への情報の送信が完了するまでは記憶部に確実に情報を記憶させつつ、外部装置への情報の送信が完了した後に記憶部の情報を消去して情報の記憶に必要な領域を適切に確保することができる。また、記憶部の情報を消去することにより、制御部による制御内容などの重要な機密情報が外部へ流出することを防止することができる。

本発明によれば、直管状の計測流路を有する超音波流量計測部による流量の計測とその計測結果に基づいた流量の調整を可能としつつ、流体の圧力に起因する異常を判別可能とした流量調整装置を提供することができる。

流量調整装置の一実施形態を示す部分縦断面図である。 図１に示す流量調整装置のＡ−Ａ矢視部分断面図である。 図１に示す超音波流量計測部を示す部分縦断面図である。 図１に示す流量調整部および流出側流路部を示す部分縦断面図である。 図１に示す流入側流路部および圧力センサを示す縦断面図である。 本実施形態の流量調整システムを示す構成図である。 外部装置の表示部に表示される画面の一例を示す図である。 外部装置の表示部に表示される画面の一例を示す図である。 本実施形態の流量調整装置が実行する自動データログ機能の処理を示すフローチャートである。 本実施形態の流量調整装置が記憶部に記憶された情報を外部装置へ送信する処理を示すフローチャートである。 本実施形態の流量調整装置が異常状態を判定して報知する処理を示すフローチャートである。 圧力センサが測定する流体の圧力、目標流量の設定値、計測流路を流通する流体の流量の経過時間による変化を示すグラフである。 圧力センサが測定する流体の圧力と弁体部の開度の経過時間による変化を示すグラフである。 圧力センサが測定する流体の圧力、目標流量の設定値、計測流路を流通する流体の流量の経過時間による変化を示すグラフである。 圧力センサが測定する流体の圧力と弁体部の開度の経過時間による変化を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態の流量調整装置１００について図面を参照して説明する。
図１および図２に示す本実施形態の流量調整装置１００は、直管状の計測流路１４を流通する流体の流量を計測する超音波流量計測部１０と、流体の流量を調整する流量調整部２０と、流量調整部２０を制御する制御部３０と、超音波流量計測部１０と流量調整部２０と制御部３０とを収容するハウジング部４０と、流入ポート１００ａから流入する流体を計測流路１４の上流側へ導く流入側流路部５０と、計測流路１４の下流側から流出する流体を流出ポート１００ｂへ導く流出側流路部６０と、圧力センサ（圧力測定部）７０と、シールド部材８０と、を備える。
本実施形態の流量調整装置１００が流量を調整する流体は、例えば、半導体製造装置に用いる薬液，純水等の液体である。また、流体の温度は、例えば、常温域（例えば、１０℃以上かつ５０℃未満）あるいは高温域（例えば、５０℃以上かつ８０℃以下）の温度であるものとする。

流量調整装置１００のハウジング部４０は、締結ボルト（図示略）により設置面Ｓに対して固定されている。また、流量調整装置１００は、ケーブル２００を介して外部装置（図示略）と接続されており、ケーブル２００を介して外部装置から電力供給を受けるとともに、外部装置との間で各種の信号の送受信を行う。外部装置から受信する信号は、例えば、流量調整装置１００が調整する目標流量の設定値を示す信号である。また、外部装置へ送信する信号は、例えば、超音波流量計測部１０が測定した信号に基づいて制御部３０が算出した流体の流量を示す信号や、圧力センサ７０が測定する流体の圧力を示す信号である。

超音波流量計測部１０は、流入側の配管（図示略）から流入して直管状の計測流路１４を流通する流体の流量を得るために、計測流路１４の上流側に配置された上流側振動子１１および計測流路１４の下流側に配置された下流側振動子１２の一対の振動子が発信する超音波の伝搬時間差を計測するものである。
図３に示すように、超音波流量計測部１０は、設置面Ｓと平行な軸線Ｘ２上に配置される上流側振動子１１および下流側振動子１２と、流入側流路部５０に接続される流入流路１３と、流入流路１３に接続されるとともに軸線Ｘ２（第２軸線）に沿って延びる直管状の計測流路１４と、流出側流路部６０に接続される流出流路１５と、を有する。軸線Ｘ２は、後述する弁体部２１の進退方向である軸線Ｘ１（第１軸線）と平行な方向となっている。

上流側振動子１１および下流側振動子１２は、軸線Ｘ２上で計測流路１４を介して対向する位置に配置されており、それぞれ超音波信号の発信と受信を行うことが可能である。上流側振動子１１が発信した超音波信号は、計測流路１４を流通する流体を伝搬して下流側振動子１２により受信される。同様に、下流側振動子１２が発信した超音波信号は、計測流路１４を流通する流体を伝搬して上流側振動子１１により受信される。流体は計測流路１４を上流側から下流側へ向けて流通するため、上流側振動子１１が発信する超音波信号の下流側振動子１２への伝搬時間は、下流側振動子１２が発信する超音波信号の上流側振動子１１への伝搬時間よりも短くなる。超音波流量計測部１０は、この伝搬時間差を利用して計測流路１４を流通する流体の流量を計測する。

なお、上流側振動子１１および下流側振動子１２による超音波信号の発信は、図３に示す信号線１６,１７により接続された制御部３０により制御される。また、上流側振動子１１および下流側振動子１２による超音波信号の受信は、信号線１６,１７を介して制御部３０に伝達される。制御部３０は、後述するように、制御部３０は、上流側振動子１１および下流側振動子１２に指示した超音波信号の発信タイミングと、それに対応して上流側振動子１１および下流側振動子１２から受信した超音波信号の受信タイミングから伝搬時間差を算出し、算出した伝搬時間差から流体の流量を算出する。

流量調整部２０は、計測流路１４の下流側から流出側流路部６０を介して流出側の配管（図示略）に接続される流出ポート１００ｂへ流出する流体の流量を調整するものである。流量調整部２０は、図１に示すように、設置面Ｓに直交する設置方向である軸線Ｙ方向において、超音波流量計測部１０と制御部３０との間に配置されている。図１に示すように、軸線Ｙ方向において、設置面Ｓに最も近接した位置に超音波流量計測部１０が配置され、設置面Ｓから最も遠ざかった位置に制御部３０が配置され、これらの間に流量調整部２０が配置されている。

図４に示すように、流量調整部２０は、流出側流路部６０に形成される弁孔６２に挿入される弁体部２１と、弁体部２１を設置面Ｓと平行な軸線Ｘ１（第１軸線）に沿って進退させる電動駆動部２２とを有する。電動駆動部２２は、弁体部２１を図４に実線で示す閉状態の位置と破線で示す開状態の位置との間で軸線Ｘ１に沿って進退させる。流量調整部２０は、弁体部２１の軸線Ｘ１上の位置を電動駆動部２２により調整することにより、弁孔６２から弁室６３へ流入する流体の量を調整する。

制御部３０は、超音波流量計測部１０が計測する流体の流量に基づいて流量調整部２０を制御するものである。制御部３０は、ケーブル２００を介して外部装置から受信した目標流量の設定値を記憶しており、超音波流量計測部１０が計測する流体の流量が目標流量の設定値と一致するように流量調整部２０の弁体部２１の位置を制御する。
制御部３０は、前述した機能を実装した板状の制御基板３１および制御基板３２とからなる。ここでは、制御部３０は２枚の制御基板からなるものとしたが、１枚あるいは３枚以上等、少なくとも１つの制御基板からなるように構成してもよい。制御基板３１および制御基板３２は、軸線Ｘ１および軸線Ｘ２と平行な軸線Ｘ３（第３軸線）に沿って配置されている。また、制御基板３１および制御基板３２が配置される軸線Ｙ方向の位置は、超音波流量計測部１０および流量調整部２０よりも設置面Ｓから離れた位置となっている。

制御部３０は、超音波流量計測部１０が有する上流側振動子１１および下流側振動子１２のそれぞれに超音波信号の発信を指示することができる。また、制御部３０は、上流側振動子１１および下流側振動子１２のいずれか一方から発信された超音波信号を、上流側振動子１１および下流側振動子１２のいずれか他方で受信したタイミングを検出することができる。

制御部３０は、下流側振動子１２に指示した超音波信号の発信タイミングと、それに対応した上流側振動子１１での超音波信号の受信タイミングとから、第１の伝搬時間を算出する。また、制御部３０は、上流側振動子１１に指示した超音波信号の発信タイミングと、それに対応した下流側振動子１２での超音波信号の受信タイミングとから、第２の伝搬時間を算出する。制御部３０は、第１の伝搬時間から第２の伝搬時間を減算した伝搬時間差と予め定められた流量演算式とに基づいて計測流路１４を流通する流体の流量を得る。

ハウジング部４０は、図２に示すように、流量調整装置１００の各部を収容するハウジング本体４１と、ハウジング本体４１の上方に取り付けられるキャップ部４２と、ハウジング本体４１とキャップ部４２により形成される内部空間を仕切る仕切部材４３とを有する。
仕切部材４３は、ハウジング部４０の内部を、超音波流量計測部１０および流量調整部２０が配置される空間と、制御部３０が配置される空間とに仕切るものである。仕切部材４３は、制御部３０が配置される空間を流体が流通する空間から隔離することにより、流体が比較的高温（例えば、５０℃以上かつ８０℃以下の範囲）となる場合に流体の熱が制御部３０に伝達されることを抑制することができる。

図１に示すように、ハウジング部４０には、軸線Ｙに沿って設置面Ｓに近い側から順に空気導入ポート４０ａと空気排出ポート４０ｂとが形成されている。空気導入ポート４０ａは、空気供給源（図示略）から供給される空気をハウジング部４０の内部へ導入するポートである。また、空気排出ポート４０ｂは、ハウジング部４０の内部で流通した空気をハウジング部４０の外部へ排出するポートである。
図１中に矢印で示すように、空気導入ポート４０ａから導入された空気は、制御基板３２の下面を冷却しながら流入ポート１００ａ側へ向けて流通し、その後に制御基板３２の上面と制御基板３１の上面および下面とを冷却しながら流出ポート１００ｂ側へ向けて流通し、最後に空気排出ポート４０ｂから排出される。

このように、ハウジング部４０の内部で空気を流通させることにより、制御基板３１および制御基板３２を冷却することができる。また、仕切部材４３により仕切られた制御部３０が配置される空間にのみ空気を流通させることにより、制御基板３１および制御基板３２の上面および下面をそれぞれ効果的に冷却することができる。

流入側流路部５０は、図１および図５に示すように、流入ポート１００ａから計測流路１４の上流側の流入流路１３へ向けて設置面Ｓに近付く方向に傾斜した流入側傾斜流路５１が内部に形成された部材である。流入側流路部５０には、流入側傾斜流路５１を流通する流体の圧力を検出するための圧力センサ７０が取り付けられている。

設置面Ｓが水平面である場合、軸線Ｙ方向は鉛直方向となる。この場合、超音波流量計測部１０よりも鉛直方向の上方に流入側流路部５０が配置される。そのため、超音波流量計測部１０を流通する流体に気泡が含まれる場合であっても、その気泡が計測流路１４内の上流側振動子１１に近接する面に滞留しにくい。これは、気泡が、上流側振動子１１に近接する面の上方に配置される流入側流路部５０に導かれるからである。そのため、上流側振動子１１に近接する面に気泡が滞留することにより、超音波流量計測部１０が流量を誤検出する不具合が抑制される。

流出側流路部６０は、図１および図４に示すように、流量調整部２０から流出ポート１００ｂへ向けて設置面Ｓに近付く方向に傾斜した流出側傾斜流路６１が内部に形成された部材である。流出側流路部６０は、弁室６３の上方に設けられた開口部６４から流出流路６５を介して、流出側傾斜流路６１の上流側へ流体を導く。流出側傾斜流路６１の上流側へ導かれた流体は、流出側傾斜流路６１に沿って流出ポート１００ｂへ導かれる。
図２および図４に示すように、流出側流路部６０には、複数の締結ボルト６６が貫通する貫通穴が設けられている。流出側流路部６０は、締結ボルト６６を電動駆動部２２に締結することにより、電動駆動部２２に固定されている。

設置面Ｓが水平面である場合、軸線Ｙ方向は鉛直方向となる。この場合、超音波流量計測部１０よりも鉛直方向の上方に流出側流路部６０が配置される。そのため、超音波流量計測部１０を流通する流体に気泡が含まれる場合であっても、その気泡が計測流路１４内の下流側振動子１２に近接する面に滞留しにくい。これは、気泡が、下流側振動子１２に近接する面の上方に配置される流出側流路部６０に導かれるからである。そのため、下流側振動子１２に近接する面に気泡が滞留することにより、超音波流量計測部１０が流量を誤検出する不具合が抑制される。

圧力センサ７０は、流入ポート１００ａから計測流路１４の上流側の流入側傾斜流路５１に流入する流体の圧力（供給圧）を計測するものである。圧力センサ７０は、例えば、歪みゲージ式の圧力センサである。圧力センサ７０は、センサホルダ７１によって流入側流路部５０に取り付けられている。圧力センサ７０が計測した流体の圧力を示す圧力信号は、制御部３０に伝達され、制御部３０が備える記憶部（図示略）に記憶される。また、圧力信号は、ケーブル２００を介して外部装置へ伝達される。

シールド部材８０は、図２に示すように、上流側振動子１１および下流側振動子１２を取り囲むように配置される金属製（例えば、ステンレス）の部材である。シールド部材８０は、外部の磁気等によって超音波流量計測部１０に計測誤差が発生することを抑制するためのものである。

次に、本実施形態の流量調整装置１００と外部装置３００とをケーブル２００を介して接続した流量調整システムについて説明する。
図６に示すように、流量調整装置１００と外部装置３００とは、ケーブル２００を介して通信可能に接続されている。
また、図６に示すように、本実施形態の流量調整装置１００は、前述した構成に加えて、記憶部９０と通信部９５とを更に備える。

記憶部９０は、制御部３０が得た計測流路１４を流通する流体の流量（実流量）と、外部装置３００から受信する目標流量の設定値と、電動駆動部２２が進退させる弁体部２１の位置から得られる弁体部２１の開度と、圧力センサ７０が測定する流体の圧力とを対応付けた情報を記憶する装置である。記憶部９０は、情報の書き込みと読み出しを繰り返し行うことが可能な装置であり、例えば、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリにより構成されている。記憶部９０への情報の書き込みおよび読み出しは、制御部３０により制御される。

ここで、弁体部２１の開度とは、弁体部２１を弁孔６２へ接触させて全閉状態としたときを０％とし弁体部２１を弁孔６２から最も遠ざけたときを１００％とする割合をいう。弁体部２１を弁孔６２から遠ざけるにつれて、弁体部２１の開度は０％から１００％に向けて漸次増加する。

通信部９５は、外部装置３００とケーブル（通信線）２００を介して接続されており、制御部３０と外部装置３００との間でデータの送受信を行う装置である。
通信部９５は、制御部３０が得た計測流路１４を流通する流体の流量（実流量）と、電動駆動部２２が進退させる弁体部２１の位置から得られる弁体部２１の開度と、圧力センサ７０が測定する流体の圧力とを、リアルタイムで送信可能である。また、通信部９５は、制御部３０により記憶部９０から読み出された情報を送信可能である。

次に、図７および図８を参照して、外部装置３００の表示部（図示略）に表示される画面について説明する。
図７に示すように、外部装置３００の表示部に表示される画面において、数値欄７０１には、制御部３０が得た計測流路１４を流通する流体の流量（実流量；Current flow rate）が表示される。また、数値欄７０２には、予め外部装置３００の操作者により設定された目標流量の設定値（Target flow rate）が表示される。また、数値欄７０３には、電動駆動部２２が進退させる弁体部２１の位置から得られる弁体部２１の開度（Valve Opening）が表示される。

また、図７に示すように、外部装置３００の表示部に表示される画面において、文字欄７０４には、制御部３０が流量調整部２０を制御している制御状態（Control）または制御していない停止状態（Stop）のいずれかの文字が表示される。
図７に示す表示画面でボタン７０５がマウス等の入力デバイスにより押下された場合に文字欄７０４に「Control」と表示され、ボタン７０６が押下された場合に文字欄７０４に「Stop」と表示される。

外部装置３００は、ボタン７０５が押下された場合に、計測流路１４を流通する流体の流量が数値欄７０２に表示された目標流量の設定値と一致するように制御部３０を動作させるための制御開始信号を、流量調整装置１００の通信部９５へ送信する。流量調整装置１００の制御部３０は、通信部９５が制御開始信号を受信した場合に、計測流路１４を流通する流体の流量が数値欄７０２に表示された目標流量の設定値と一致するように流量調整部２０を制御する。

また、外部装置３００は、ボタン７０６が押下された場合に、計測流路１４を流通する流体の流量がゼロとなるように制御部３０を動作させるための制御停止信号を、流量調整装置１００の通信部９５へ送信する。流量調整装置１００の制御部３０は、通信部９５が制御停止信号を受信した場合に、計測流路１４を流通する流体の流量がゼロとなるように流量調整部２０を制御する。

図７に示すチェックボックス７０７は、数値欄７０２に表示される目標流量の設定値を設定するためのチェックボックスである。図７に示す表示画面でチェックボックス７０７がマウス等の入力デバイスにより押下された場合に、別の画面（図示略）が表示され、その画面を介して操作者が目標流量の設定値を入力する。

図７に示すチェックボックス７０８は、データログ機能（Data logger function）を設定するためのチェックボックスである。図７に示す表示画面でチェックボックス７０８がマウス等の入力デバイスにより押下された場合に、図８に示す別の画面が表示され、その画面を介してデータログ機能が設定される。

図８に示す画面において、欄８０１は手動データログ機能（Manual data logger function）を設定する領域であり、欄８０２は自動データログ機能（Auto data logger function）を設定する領域である。
手動データログ機能とは、外部装置３００がケーブル２００を介して流量調整装置１００から受信する情報を外部装置３００の記憶部（図示略）に記憶する機能である。一方、自動データログ機能とは、流量調整装置１００が備える記憶部９０に情報を記憶する機能である。流量調整装置１００は、ケーブル２００を介して外部装置３００が接続されていない場合でも、自動データログ機能を実行して記憶部９０に情報を記憶することができる。

手動データログ機能を設定する欄８０１において、文字欄８０３は、外部装置３００が備える記憶部（図示略）におけるどの領域に情報を記憶するかを選択するための記憶先の情報を入力する欄である。
また、欄８０１において、ボタン８０４は手動データログ機能の実行を開始するためのボタンであり、ボタン８０５は手動データログ機能の実行を停止するためのボタンである。図８においては、ボタン８０５が選択された状態となっている。

手動データログ機能を設定する欄８０１において、数値欄８０６は手動データログ機能により流量調整装置１００から取得して記憶するサンプリング周期を入力する欄である。また、数値欄８０７は手動データログ機能により流量調整装置１００から取得して記憶する期間を入力する欄である。
外部装置３００は、手動データログ機能が実行される場合、数値欄８０６に入力されるサンプリング周期で流量調整装置１００から情報を取得し、数値欄８０７に入力される期間にわたって流量調整装置１００から取得した情報を文字欄８０３に入力された記憶先に記憶する。

自動データログ機能を設定する欄８０２において、ボタン８０８は自動データログ機能の実行を開始するためのボタンであり、ボタン８０９は自動データログ機能の実行を停止するためのボタンである。図８においては、ボタン８０９が選択された状態となっている。
自動データログ機能を設定する欄８０２において、数値欄８１０は手動データログ機能により流量調整装置１００が記憶部９０に情報を記憶するサンプリング周期を入力する欄である。
外部装置３００は、ボタン８０８が押下された場合、自動データログ機能を流量調整装置１００に実行させるための制御信号を通信部９５へ送信する。流量調整装置１００の制御部３０は、通信部９５が自動データログ機能を実行させるための制御信号を受信した場合、数値欄８０６に入力されるサンプリング周期で情報を記憶するように記憶部９０を制御する。

次に、外部装置３００の操作者により自動データログ機能を流量調整装置１００に実行させる指示がされた場合に、流量調整装置１００が実行する自動データログ機能の処理について説明する。
図９に示す処理は、制御部３０がＲＯＭ（図示略）等に記憶されたプログラムを読みだして実行することにより行われる処理である。

図８に示す表示画面においてボタン８０８が押下された場合、外部装置３００は、自動データログ機能を流量調整装置１００に実行させるための制御信号を通信部９５へ送信する。また、外部装置３００は、目標流量の設定値と数値欄８１０に入力されたサンプリング周期を通信部９５へ送信する。
また、外部装置３００は、表示部に表示される自動データログ機能を設定する欄８０２において、ボタン８０９が押下された場合に、自動データログ機能の実行を停止させる制御信号を流量調整装置１００に送信する。

図９に示すステップＳ９０１で、制御部３０は、自動データログ機能がオン状態であるかどうかを判定し、オン状態であればステップＳ９０２に処理を進める。制御部３０は、オフ状態であると判定した場合は図９に示す処理を一旦終了させて再び図９に示す処理を開始する。制御部３０は、通信部９５が外部装置３００から自動データログ機能を流量調整装置１００に実行させるための制御信号を受信した場合に、自動データログ機能がオン状態であると判定する。

ステップＳ９０２で制御部３０は、通信部９５が外部装置３００から受信したサンプリング周期が経過したかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ９０３へ処理を進める。制御部３０は、サンプリング周期が経過していないと判定した場合は図９に示す処理を一旦終了させて再び図９に示す処理を開始する。
なお、サンプリング周期を計時するタイマー（図示略）は、図９に示す処理とは独立してサンプリング周期の計時を行う。タイマーは、ステップＳ９０２でＹＥＳと判定された場合に、計時する時間をゼロに初期化して再びサンプリング周期の計時を行う。
制御部３０は、自動データログ機能がオン状態であり、かつサンプリング周期が経過した場合に、以下のステップＳ９０３〜ステップＳ９０７に示す自動データログ機能を実行する。

制御部３０は、ステップＳ９０３で圧力センサ７０が測定する流体の圧力を取得し、ステップＳ９０４で受信済の目標流量の設定値を取得し、ステップＳ９０５で計測流路１４を流通する流体の流量を取得し、ステップＳ９０６で弁体部２１の弁開度を取得する。
ステップＳ９０７で、制御部３０は、圧力センサ７０が測定する流体の圧力と、目標流量の設定値と、流体の流量と、弁体部２１の弁開度とを対応付けた情報を記憶部９０へ記憶させ、図９に示す処理を終了する。

以上の図９のフローチャートの説明においては、外部装置３００から目標流量の設定値が送信され、流量調整装置１００が目標流量の設定値を記憶部９０へ記憶させるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、外部装置３００から目標流量の設定値が送信されない場合であっても、自動データログ機能を実行させるための制御信号を流量調整装置１００が受信した場合には自動データログ機能を実行するようにしてもよい。この場合、流量調整装置１００は、流体の圧力、流体の流量、弁体部２１の弁開度をそれぞれ取得して、記憶部９０へ記憶させる。また、外部装置３００から目標流量の設定値が送信されない場合であっても、流量調整装置１００は、目標流量の設定値を記憶部９０へ記憶させる。この場合、記憶部９０へ記憶させる目標流量の設定値は０（ゼロ）である。

次に、図１０を参照して、自動データログ機能により記憶部９０に記憶された情報を外部装置３００へ送信してその後に消去する処理について説明する。図１０に示す処理は、制御部３０がＲＯＭ（図示略）等に記憶されたプログラムを読みだして実行することにより行われる処理である。
ステップＳ１００１において、制御部３０は、通信部９５が外部装置３００から記憶部９０に記憶された情報の送信要求を受信したかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１００２へ処理を進める。

ステップＳ１００２において、制御部３０は、記憶部９０に記憶された情報を外部装置３００へ送信するよう通信部９５を制御する。ここで、記憶部９０に記憶された情報とは、圧力センサ７０が測定する流体の圧力と、目標流量の設定値と、流体の流量と、弁体部２１の弁開度とを対応付けた情報である。外部装置３００は、通信部９５により送信された情報を受信し、受信したことが確認された受信済み情報を消去するための消去指示を流量調整装置１００の通信部９５へ送信する。

ステップＳ１００３において、制御部３０は、外部装置３００から送信される消去指示を受信したかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１００４へ処理を進める。
ステップＳ１００４において、制御部３０は、外部装置３００から送信される消去指示により特定される送信済みの情報を記憶部９０から消去するよう制御する。
制御部３０は、ステップＳ１００１およびステップＳ１００３でＮＯと判定された場合、図１０に示す処理を一旦終了させて再び図１０に示す処理を開始する。

図１０に示す処理を実行することにより、自動データログ機能により記憶部９０に記憶された情報を外部装置３００へ送信することができる。流量調整装置１００から情報を受信した外部装置３００の操作者は、受信した情報を解析することにより、流量調整装置１００において発生した異常がどのような異常であったのかを判別することができる。

次に、流量調整装置１００が異常状態を判定して報知する処理について説明する。図１１に示す処理は、制御部３０がＲＯＭ（図示略）等に記憶されたプログラムを読みだして実行することにより行われる処理である。
制御部３０は、ステップＳ１１０１で圧力センサ７０が測定する流体の圧力を取得し、ステップＳ１１０２で目標流量の設定値を取得し、ステップＳ１１０３で計測流路１４を流通する流体の流量を取得し、ステップＳ１１０４で弁体部２１の弁開度を取得する。
制御部３０は、ステップＳ１１０２で取得した目標流量の設定値を設定し、流量調整部２０による流量調整を開始する。

ステップＳ１１０５において、制御部３０は、取得した流体の圧力が所定の異常状態にあるかどうかを判定し、ＮＯであればステップＳ１１０６へ処理を進め、ＹＥＳであればステップＳ１１０８へ処理を進める。
ステップＳ１１０５における判定において、所定の異常状態とは、取得した流体の圧力が予め定めた第１所定圧力以下（例えば、１０ｋＰａ以下）で維持される状態、取得した流体の圧力が予め定めた第２所定圧力以上（例えば、５００ｋＰａ以上）で維持される状態、または取得した圧力の単位時間（例えば、０．５〜１．０秒）あたりの変動量が所定量（例えば、５０ｋＰａ）を超える状態をいう。

取得した流体の圧力が第２所定圧力以上に維持される状態においては、流量調整部２０による流量調整が適切に行われない状態となる。この場合、例えば目標流量を０とし弁体部２１を閉状態としようとしても、高い圧力の流体によって弁体部２１が閉状態とならない。
また、取得した圧力の単位時間の変動量が所定量を超える状態とは、例えば、圧力が急激に上昇するオーバーシュート状態や、圧力が急激に下降するアンダーシュート状態や、圧力変動が周期的に繰り返される脈動状態をいう。

ステップＳ１１０６において、制御部３０は、超音波流量計測部１０が所定の異常状態であるかどうかを判定し、ＮＯであればステップＳ１１０７へ処理を進め、ＹＥＳであればステップＳ１１０８へ処理を進める。
ステップＳ１１０６における判定において、所定の異常状態とは、例えば、ステップＳ１１０４で取得する弁体部２１の開度が開状態であることを示すにもかかわらずステップＳ１１０２で取得する流体の流量がゼロとなる状態をいう。

ステップＳ１１０７において、制御部３０は、流量調整部２０が所定の異常状態であるかどうかを判定し、ＮＯであれば本フローチャートの処理を終了し、ＹＥＳであればステップＳ１１０８へ処理を進める。
ステップＳ１１０７における判定において、所定の異常状態とは、例えば、ステップＳ１１０２で取得した目標流量の設定値とステップＳ１１０３で取得した流体の流量に一定量以上の差があるにもかかわらずステップＳ１１０４で取得する弁体部２１の開度が一定のまま変化しない状態をいう。

ステップＳ１１０８において、制御部３０は、ステップＳ１１０５で流体の圧力が所定の異常状態にあると判定された場合に、その所定の異常状態を報知する。また、制御部３０は、ステップＳ１１０６で超音波流量計測部１０が所定の異常状態にあると判定された場合に、その所定の異常状態を報知する。また、制御部３０は、ステップＳ１１０７で流量調整部２０が所定の異常状態にあると判定された場合に、その異常状態を報知する。
制御部３０による異常状態の報知は、各異常状態に応じた情報を流量調整装置１００が備える表示部（図示略）に表示する方法や、各異常状態に応じた警告音をブザー（図示略）により報知する方法や、各異常状態に応じた光源（図示略）の点滅状態により報知する方法などにより行われる。

次に、図１２から図１５を参照して、圧力センサ７０が測定する流体の圧力、目標流量の設定値、計測流路１４を流通する流体の流量（実流量）、弁体部２１の開度の具体例について説明する。
図１２および図１３は、圧力センサ７０が測定する流体の圧力が正常状態である場合を示す例である。図１２は、圧力センサ７０が測定する流体の圧力、目標流量の設定値、計測流路１４を流通する流体の流量（実流量）の経過時間による変化を示すグラフである。図１３は、圧力センサ７０が測定する流体の圧力と弁体部２１の開度の経過時間による変化を示すグラフである。

一方、図１４および図１５は、圧力センサ７０が測定する流体の圧力が所定の異常状態である場合を示す例である。図１４は、圧力センサ７０が測定する流体の圧力、目標流量の設定値、計測流路１４を流通する流体の流量（実流量）の経過時間による変化を示すグラフである。図１５は、圧力センサ７０が測定する流体の圧力と弁体部２１の開度の経過時間による変化を示すグラフである。

図１２と図１４を対比すると、図１２および図１４のいずれにおいても目標流量の設定値が経過時間５秒の近傍で０[ｍＬ／ｍｉｎ]から１００[ｍＬ／ｍｉｎ]に上昇し、その後経過時間２３秒の近傍で１００[ｍＬ／ｍｉｎ]から０[ｍＬ／ｍｉｎ]に下降している。これは、制御部３０が、経過時間５秒の近傍から経過時間２３秒の近傍までの期間で目標流量の設定値を１００[ｍＬ／ｍｉｎ]として流量調整部２０を制御していることを示す。

一方、図１２では経過時間５秒の近傍で目標流量の設定値の上昇に同期して流体の圧力が０[ｋＰａ（Ｇ）]から２００[ｋＰａ（Ｇ）]まで上昇するのに対して、図１４では経過時間５秒から約２秒遅れたタイミングで目標流量の設定値の上昇に同期せずに流体の圧力が０[ｋＰａ（Ｇ）]から２００[ｋＰａ（Ｇ）]まで上昇している。ここで、Ｇは大気圧を基準としたゲージ圧であることを示す。
これは、流入ポート１００ａへの流体の供給が目標流量の設定値を上昇させたタイミングから約２秒遅延したことを示す。図１４および図１５に示す所定の異常状態とは、制御部３０が目標流量の設定値に基づいた流量調整部２０の制御を開始した場合に圧力センサ７０が測定する圧力が所定圧力以下で維持される状態をいう。

図１２に示すように、圧力センサ７０が測定する流体の圧力が正常状態である場合、目標流量の設定値である１００[ｍＬ／ｍｉｎ]が設定されると、それに伴って計測流路１４を流通する流体の流量が増加し、約２秒後には目標流量の設定値である１００[ｍＬ／ｍｉｎ]が維持される状態となる。計測流路１４を流通する流体の流量が増加するのは、図１３に示すように、目標流量の設定値が１００[ｍＬ／ｍｉｎ]に設定されると、実流量との差分を減少させるために弁体部２１の開度が増加するからである。

一方、図１４に示すように、圧力センサ７０が測定する流体の圧力が所定の異常状態である場合、目標流量の設定値である１００[ｍＬ／ｍｉｎ]が設定されても、計測流路１４を流通する流体の流量が増加せずに約２秒後まで０[ｍＬ／ｍｉｎ]に維持される。これは、流入ポート１００ａへの流体の供給が目標流量の設定値を上昇させたタイミングから約２秒遅延したためである。計測流路１４を流通する流体の流量は、経過時間７秒近傍を経過してから目標流量の設定値である１００[ｍＬ／ｍｉｎ]の約３倍まで急上昇し、その後に５秒程度の期間で流量の増減を繰り返した後に目標流量の設定値に維持された状態となる。

計測流路１４を流通する流体の流量が経過時間７秒近傍を経過してから急上昇しているのは、図１５に示すように、経過時間７秒近傍を経過する時点で弁体部２１の開度が３０％以上となっているからである。弁体部２１の開度が３０％以上となっているのは、経過時間が約５秒を経過した時点で目標流量の設定値が１００[ｍＬ／ｍｉｎ]に設定されるものの、実流量が０[ｍＬ／ｍｉｎ]に維持されるため、実流量との差分を減少させるために弁体部２１の開度を増加させてしまうからである。

以上の図１２から図１５に示す例によれば、流体の流量、目標流量の設定値、弁体部の開度に加え、更に流体の圧力を対応付けた情報を解析することにより、流量調整装置１００において発生した異常が、流体の圧力が所定の異常状態であるために生じたのか、超音波流量計測部１０や流量調整部２０が所定の異常状態であるために生じたのかを解析することができる。

本実施形態においては、流量調整装置１００が記憶部９０に記憶した情報を外部装置３００へ送信することにより、外部装置３００の操作者が情報を参照して異常状態を解析することができる。また、流量調整装置１００が自ら異常状態の判定を行うことにより、異常状態を流量調整装置１００の操作者へ報知することも可能である。

以上説明した本実施形態の流量調整装置１００が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の流量調整装置１００によれば、直管状の計測流路１４を流通する流体の流量を得るために超音波流量計測部１０が一対の振動子１１，１２が発信する超音波の伝搬時間差を計測する際に、圧力センサ７０により計測流路１４の上流側に流入する流体の圧力が測定される。圧力センサ７０により測定された圧力は、制御部３０が流量調整部２０を制御する場合に、超音波流量計測１０部が計測する伝搬時間差から得られる流体の流量および予め設定された設定値と対応付けた情報として記憶部９０に記憶される。
流量調整装置１００に、目標流量の設定値を設定しても超音波流量計測部１０が計測する伝搬時間差から得られる流体の流量が変化しない等の異常が発生した場合、記憶部９０に記憶された情報を外部装置３００で参照することにより、その異常が流体の圧力に起因する異常であるのか流量調整装置１００自体の異常であるのかを判別することができる。

例えば、流入ポート１００ａへ流体が流入しない場合、伝搬時間差から得られた流体の流量がゼロとなったときに、計測流路１４に流体が導かれずに大気圧状態に維持されていたことを、記憶部に記憶された情報から認識することができる。この場合、超音波流量計測部１０が計測する伝搬時間差から得られた流体の流量がゼロとなった要因が、計測流路１４に流体が導かれずに大気圧状態に維持されていたという流体の圧力に起因する異常であったと判別することができる。
このように、本実施形態の流量調整装置１００によれば、直管状の計測流路１４を有する超音波流量計測部１０による流量の計測とその計測結果に基づいた流量の調整を可能としつつ、流体の圧力に起因する異常を判別することができる。

また、本実施形態の流量調整装置において、流量調整部２０は、流出ポート１００ｂへ流体を導く流出側流路部６０に形成される弁孔６２に挿入される弁体部２１と、弁体部２１を弁孔６２の中心軸（軸線Ｘ１）に沿って進退させる電動駆動部２２と、を有する。また、記憶部９０は、制御部３０が流量調整部２０を制御する場合に、電動駆動部２２が進退させる弁体部２１の位置から得られる弁体部２１の開度と圧力センサ７０が測定する前記圧力とを対応づけて記憶する。
このようにすることで、流量調整装置１００に、目標流量の設定値を設定しても超音波流量計測部１０が計測する伝搬時間差から得られる流体の流量が変化しない一方で弁体部２１の開度が大きくなる等の異常が発生した場合、記憶部９０に記憶された情報を参照することにより、その異常が流体の圧力に起因する異常であるのか流量調整装置１００自体の異常であるのかを判別することができる。

また、本実施形態の流量調整装置１００において、制御部３０は、流量調整部２０を制御する場合に、圧力センサ７０が測定する圧力が所定の異常状態であるかどうかを判別し、所定の異常状態であると判別した場合にその異常状態を報知する。
このようにすることで、圧力センサ７０が測定する圧力が所定の異常状態であるかどうかを、流量調整装置１００の操作者が容易に認識することができる。
ここで、所定の異常状態は、圧力センサ７０が測定する圧力が第１所定圧力以下で維持される状態、圧力センサ７０が測定する圧力が第１所定圧力よりも高い第２所定圧力以上で維持される状態、または圧力センサ７０が測定する圧力の単位時間あたりの変動量が所定量を超える状態をいう。

また、本実施形態の流量調整装置１００は、外部装置３００とケーブル２００を介して接続される通信部９５を有し、制御部３０が、通信部９５が外部装置３００から情報の送信要求を受信した場合に、記憶部９０に記憶された情報を外部装置３００へ送信するよう通信部９５を制御する。
このようにすることで、外部装置３００からの送信要求に応じて記憶部９０に記憶された情報を送信し、外部装置３００で情報を参照することにより、発生した異常が流体の圧力に起因する異常であるのか流量調整装置１００自体の異常であるのかを判別することができる。

また、本実施形態の流量調整装置１００において、制御部３０は、通信部９５が情報を外部装置３００へ送信した後に外部装置３００から消去指示を受信した場合に、記憶部９０に記憶された送信済みの情報を消去するよう記憶部９０を制御する。
このようにすることで、外部装置３００への情報の送信が完了するまでは記憶部９０に確実に情報を記憶させつつ、外部装置３００への情報の送信が完了した後に記憶部９０の情報を消去して情報の記憶に必要な領域を適切に確保することができる。また、記憶部の情報を消去することにより、制御部による制御内容などの重要な機密情報が外部へ流出することを防止することができる。

１０ 超音波流量計測部
１１ 上流側振動子
１２ 下流側振動子
１３ 流入流路
１４ 計測流路
１５ 流出流路
２０ 流量調整部
２１ 弁体部
３０ 制御部
７０ 圧力センサ（圧力測定部）
９０ 記憶部
９５ 通信部
１００ 流量調整装置
２００ ケーブル（通信線）
３００ 外部装置

Claims (5)

1. 流入ポートから流入して直管状の計測流路を流通する流体の流量を得るために該計測流路の上流側と下流側に配置された一対の振動子が発信する超音波の伝搬時間差を計測する超音波流量計測部と、
   前記計測流路の下流側から流出ポートへ流出する流体の流量を調整する流量調整部と、
   前記超音波流量計測部が計測する流体の流量が予め設定された設定値と一致するように前記流量調整部を制御する制御部と、
   前記流入ポートから前記計測流路の上流側に流入する流体の圧力を測定する圧力測定部と、
   前記制御部が前記流量調整部を制御する場合に、前記超音波流量計測部が計測する前記伝搬時間差から得た流体の流量と前記設定値と前記圧力測定部が測定する圧力とを対応づけた情報を記憶する記憶部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記流量調整部を制御する場合に、前記圧力測定部が測定する圧力が所定の圧力異常状態であるかどうかを判別し、前記所定の圧力異常状態であると判別した場合に前記所定の圧力異常状態を報知し、
   前記所定の圧力異常状態であると判別しなかった場合において、前記超音波流量計測部が所定の流量異常状態であるかどうかを判別し、または、前記流量調整部が所定の調整異常状態であるかどうかを判別し、前記所定の流量異常状態であると判別した場合に前記所定の流量異常状態を報知し、前記所定の調整異常状態であると判別した場合に前記所定の調整異常状態を報知する流量調整装置。
2. 前記流量調整部は、
   前記流出ポートへ流体を導く流出側流路部に形成される弁孔に挿入される弁体部と、
   該弁体部を前記弁孔の中心軸に沿って進退させる駆動部と、を有し、
   前記記憶部は、前記制御部が前記流量調整部を制御する場合に、前記駆動部が進退させる前記弁体部の位置から得られる該弁体部の開度と前記圧力測定部が測定する前記圧力とを対応づけて記憶する請求項１に記載の流量調整装置。
3. 前記所定の圧力異常状態は、前記圧力測定部が測定する圧力が第１所定圧力以下で維持される状態、前記圧力測定部が測定する圧力が第２所定圧力以上で維持される状態、または前記圧力測定部が測定する圧力の単位時間あたりの変動量が所定量を超える状態である請求項１または請求項２に記載の流量調整装置。
4. 外部装置と通信線を介して接続される通信部を有し、
   前記制御部は、前記通信部が前記外部装置から前記情報の送信要求を受信した場合に、前記記憶部に記憶された前記情報を前記外部装置へ送信するよう前記通信部を制御する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流量調整装置。
5. 前記制御部は、前記通信部が前記情報を前記外部装置へ送信した後に該外部装置から消去指示を受信した場合に、前記記憶部に記憶された送信済みの前記情報を消去するよう前記記憶部を制御する請求項４に記載の流量調整装置。

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