JPH02236123A - 容積式流量計の器差補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は管内と流れる流体を高精度で計量する工業計器
の改良に関するものである．〔従来の技術〕 プラントで一般に用いられる流体は粘度指数の低い場合
が多く、温度による粘度変化が大きく、高い精度の計器
を用いたとしてもＭ差は免れない。温度管理を精密に行
うためには高度の技術を要するが僅かな温度変化でも粘
度の変化を伴い，足による精度の誤差が生ずる。容積式
流量計は計量精度が高く、特に双回転子型歯車式流量計
は信頼性が高いとされているが，機械式横遣であるため
に回転部の機械的摩耗により計量室内のクリアランスの
増大により計量機能が低下する。双回転子型流量計の計
量機能をなす回転体の両端面は、計量室内壁面との間に
微小間隙を設け、回転自在に収装されるが，回転軸が水
Ｙ面に対し僅か傾斜すると回転体の一方の端面がクーシ
ングの内壁面と接触しながら回転することにより回転抵
抗が増し、さらに他方の側の端面と内側壁面とのロ陳を
増し漏れ量が増加するため器差値が大きくなる．故に回
転体の両端面の内開壁面との問陳は、等しい一定値を保
ちながら回転することが望ましく、回転体が正確に中心
位置に保たれることが器差性能の変化を１少ならしめる
のに重要である．従来の水Ｔ軸型は回転体が自由な水下
方向の移動が可能であるため、流体の流れに伴い両端の
クリアランス値が一定に保たれず，このため非円形回転
体の回転速度による慣性モーメントの変化に伴って微小
問隙から漏れる量すなわち器差値が変化し，正確な流量
表示が得られない欠点があった．電子式器茎補正マーイ
ク口コンピュータは極めて精密な演算機能を発揮するが
，計器本体の計量素子の摩耗変形，回転位置の変動によ
り器差性能が変化するのであれば、このような補正は無
意味となる。

電気絶縁性流体の計量機能として優れた性能を有する容
積式流量計は、前述のごとくａｌ械式構造であり，運転
時間の経過とともに計量機能をなす回転素子の摩耗変形
により性能が低下するため，耐久性に優れた横成が肝要
であるが、これと共に回転素子の計量室内の位置を正確
に保持されることにより計量精度を保つことが可能であ
り，電子式器差補正装置の組み合わせにより容積式流量
計の性能をより以上に高めることができる，すなわち容
積式流鼠計の内部漏れ量が運転時間の経過により変化す
ることなく、一定値が維持されるならば器差特性は一定
であるから，これを流体の温度と相関関係にある流体の
体積膨張及び粘度、及び計器固有の器差特性の補正をも
って誤ｌを零に近づけることが可能となる． しかし計器本体の器差特性の温度変化に伴い変化する値
の補正がなされなければ、換算流量を正しく補正するこ
とはできず、また微小クリアランスを以て収装される回
転素子の計量室内の回転位置の偏りを起こすことなく正
しい中心位！で回転することが出末なければこの様な零
に近い測定値を得ることは困難で島る．この回転体を計
量室内の中心位置に保つためには、固定軸型ではスラス
トリングを介して回転体のサイドクリアランスを保つ方
式が用いられ、または回転体と軸とを一体に構成する軸
一体型では軸端を微調整螺子機構により微調整する複雑
な構成を必要とした． 〔亀明が解決しようとする課題〕 本発明の課運は、流量計の計量素子の回転運動によって
表示される指示流量と実測値との問に、被計測流体の温
度変化に伴う粘度の変化、体ｍ膨張、計器本体の器差特
性により生ずる誤差を除去し，正確なる流量指示を与え
ることを目的とする９　正確な流量指示を与えるには、
被計測流体の温度の変化による体積膨張と、温度と粘度
の相関関係による器差に及ぼす影響を除くと共に、計器
本体の回転素子のルーツ・ロー夕，楕円歯車等の回転体
相互の係合部及びケーシングとの隙問より漏れる量の温
度により異なる計器特有の値を示す器χ特性の変化のた
め生ずる誤差の補正が必要であり、プロセスの温度変化
に伴う被計測流体のこれら誤差補正と共に計器特有の構
成要素の温度による膨張収縮のために起る器差値の補正
により精密な流量が求められる． プラントに於けるプロセスの被計測流体の流れの状態の
諸条件は温度と相関関係にあり、これらの変化要因の直
接測定することは困難であるが、これらの変化をリアル
タイムに把握して換算流量を求めるには，変化する温度
を瞬時に精密測定することが可能であるから、温度の精
密測定により分解能の高い補正値を求めることができ，
より正確な流量指示が得られる。このよつに分解能の高
い電子式補正装置は極めて精密な補正値を与えるのであ
るから、計菫機能が安定した流量計本体との組み合せが
肝要でありこれによって誤差の無い測定が達成される。

第１図に示す如く理論線（Ａ）に対し測定せる器差一ロ
ータ回転速度曲線（Ｂ）とは一定の関係を示す．即ち．
ロー夕の低速回転域及び高速回転域で増加する器差値（
Ｅ）を零となるごとく回転体の回転により算出される換
Ｘ流量に加算し、個体差による器差を補正し，演算装置
により加算することで正しい流量が示される。次ぎに同
一仕様の場合でも１かの温度変化で被計８１！流体の比
重と粘度が変化するため，回転体の回転速度により表示
算出される流量は補正値が加えられねばならない．第２
図の線（Ａ＞は器差一流量の理論線を示し、曲！Ｉ　（
Ｃ）及び曲線（Ｄ）は実測値を示す器差一流量曲線にし
て（Ｃ）の曲線よりも（Ｄ）の曲線は？ｔｉ温の場合を
示す。しかして実験の結果では（Ｃ）及び（Ｄ）曲線の
ピーク　ＸＩとＸ２の温度変化に対するかい離と低速回
転域ＹｌとＹ２、および高速回転域ＺＬ　　Ｚ２とのか
い離は比例せず、それぞれ特定の変化量を示す。

また兼計測流体の液種によっても器差一流量曲線は特定
の形状を示し、低粘度流体ではその値も増大する．しか
して測定基準温度を２０℃に設定する場合は粘度の影響
を除くための条件補正値をもって曲線（Ｃ）或いは曲線
（Ｄ）を条件補正をもって修正すれば２０℃に於ける器
差一流量曲！ｌ　（Ｂ）が描かれる．これにより前記第
１図に示す補正方式でエラー（Ｅ）が除かれ、理論曲ａ
　（Ａ）となり，正確な流量が算出される．故に計器本
体の仕様により定められる器差特性曲線に従って流量，
即ちロータ回転数に対応する器差値をもって補正するこ
とにより正しい流量が得られる．第３図は低い粘度の流
体の場合及び．流量計のロータ問のクリアランスが大き
い場合は内部漏れの菫が多いため、図のようなＱＥ曲線
を示す． 回転体を、端面の軸径に対し漸次細くした形状の短軸を
もってそれぞれ両端を支承する信成により、回転時の両
側端のクリアランスが笠しぐ保持されながら回転するご
とくなし回転体が軸の中央に対し求心的に回転する機能
を持たせて前記の閏題を解消し，回転体の回転時におけ
る計量機能を一定条件に維持して正確な′ｆＬ！ｉを表
示せしめることができる．しがしこのようなＱＥ曲線が
長時運転後に於いても変化することなく安定しているな
らば、電子式補正装置で正確な流量計表示が可能となる
． 理想値とされる器差一流量曲線に対し，ロタの回転速度
一器差、及び温度変化一器差との間にそれぞれ関係があ
り、これらが誤差として示され，特定の比率をもって補
正を加えることにより正確な値を表示する． 足により特に精密化学汁野に於ける超精密訓定、工程管
理用として利用することが出宋、このように容積式流量
計に電子式補正機構を加えることによりプラスマイナス
０．１　パーセント以下の極めて高い精度が得られる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の手段は容積式流量計の器差要因となる流体の粘
度等の誤差補正値と、リアルタイムに得るため、測定精
度の高い温度センサーにより粘度笠の分解能の高い補正
値をもって基準値に喚算して把握し補正を行うにあり、
特にプロセス中の微小温度変化に（ｆう流体の粘度及び
比重の変化及び計器本木の温度変ｆヒに伴う固有の器差
変化の各データを入力したＲＯＭを装備した電子式補正
装置をもって正確な流量を表示する器差補正装置及び双
回転子型容積式流量計の回転体をテーバー軸で支承する
横成となし，ハ回転体の求心的な回転を与えることによ
る安定した計量機能を発揮するｒＩ造の計器本体を前記
電子式補正装置と装備することにより超高精度の計量機
能を得るにある， 回転体の定量回転毎に得られる流量パルスの周期を測定
し，予めＲＯＭに記憶されている周期と，補正流量との
データから周期に対する流量パルスｌパルス毎の量計を
読み出して積算するマイクロコンピューターを使用する
。ロー夕の回転毎に量計を示すパルス信号を出力する回
転検知センサーと流体の温度を測定する温度センサーと
、マイクロコンピューターを設ける。

前記流量パルス信号の周期を測定し、予めＲＯＭに記憶
されている周期と補正流量とのデータから周期に対する
回転パルス１パルス毎の流量を読み出し、かつ予めＲ　
Ｏ　Ｍに記憶されている各温度毎の比重と，示す温度補
正データよりリアルタイムに温度補正係数を読み出し，
前記のパルス毎の流量を修正する．更に前記修正した流
量を次ぎの方法で修正する．あらかじめＲＯＭに記憶さ
れている各温度毎の粘度を示す補正係数データより温度
に対する粘度一器差の相問関係より得られる補正係数よ
り修正値を求め、前記修正した流量にこれら修正値を加
えて修正する． 〔実施例〕 第４図より第６図に示す実施例により説明する。１は双
回転子型の容積式流量計を示す．５は計量室内又は連接
される管内に設けられる温度センサーである．温度セン
サーの信号はＡ　，−Ｄ変換器１０１を経てＭ御装ｉｔ
ｏｏに配線で継続される．６は粘度センサーの場合分示
す．制御装ｆｆｉ　１００内の演算装！より発信される
信号は表示器１０３　を作動させる。第５図および第６
図に示す回路図において，制御装置ｌｏｏの内部電気回
路、及び接続される機器の説明図であり、流量計の非円
形歯車回転体の回転を伝える温度センサー５及び回転検
知センサー７がらのパルス信号は入力．インタフエイス
　１０８に入力され中央制御装置ＣＰＵ　　（　１　）
１１４の割り入れ端子に入力される。

ｃ　ｒｓ　Ｕ（１）　１１４はこの割り込みにより、パ
ルス入力があったことを入出力インターフェイス１０８
，１０９の入力をチェックすることにより確認し，積算
に移る。このパルス人力とその前のパルス入力の間の時
問，すなわちパルス間隔によりパルスｌパルス当たりの
流量をＲＯＭ（１）１１２に予め記憶させた器差の補正
データより読み取り，また流量計１内に設けられる温度
センサー５の比抵抗をアナ口グーデジタル変換器１０１
　でデジタル値に変換して得られた温度を読み取る。Ｒ
ＯＭ　（１）１１２に予め記憶される温度一比重データ
より前記パルス当たりの流量を基準温度，例えば２０℃
の流量に換算する。

前記換算された流量は更に入出力インターフ工，イス１
０８．１０９にフィードバックされる。次ぎに回転セン
サー　７からのパルスｌパルス当たりノＴＸ＊ｆｘＲＯ
Ｍ　（ＩＩ）　１１３　Ｇ：記憶される器差補正データ
より読み取り，又渣筐計内に設けられる温度センサー５
のｆエ号を変換器１０１　　でデジタル値に変換して得
られる温度一粘度データより補正値を求め，前記流量を
２ｃ準温度の流量に換算する。次ぎにドライバー　１０
４　を介して表示器１０３に積算流量或いは瞬時流量を
表示する。又はカウンター　１０５　を作動させる。６
は連続粘度測定用センサを示し，単独或いは温度センサ
ーと併設することにより広範囲の液種に対応して使用で
きる。

保証精度０．０５パーセントの精度は、表示される流量
の２０００分の１以内の誤差を意味し、機械式構造の容
積式流量計の計量機能をなす回転子、ベアリング、スラ
ストリング等回転部の摩耗変形のない横遣であることが
肝要である、例えば非円形歯車式流量計の回転体の歯型
を、閉じ込み現象がなく、噛み合いｍ面の変形を生じな
い形状とすれば、マイクロコンピューター装備による精
密な流量補正効果を発揮させることができる。また機械
式横遣であるため，使用粂件が過酷でないことが望まし
く，計浦瓜量範囲に於ける回転体の回転速度が低く微小
流量に於ける回転速度が低い計器であることが重要であ
る。即ち吐出率《回転容積に対する１回転当たりの吐出
量の比》の大きい軽量回転体がこの要件を満足する． 次に前記電子式補正機横を用いて基準温度に於ける正確
な流１に換算し器差を補正して表示する。　しかし計器
本体の計ｉ機能をなす回転子、軸受の機械的摩耗による
変形が生じないことか肝要である．これら回転要素の変
形は、Ｋ　ｉｔ計本体のクリアランス値を変化させるた
め，器差曲線が変化し，器蟇補正換算値を修正せねばな
らない、故に回転子は，サイクロイド歯型等の閉じ込み
を起こさない歯型を用いることが望ましい。このような
歯車はスコーリング現宝を生じないから耐久性が優れて
いる，更に回転抵抗ら小さく、計量ＦＲ能が優れている
。

非円形歯車式流量計は容積効率が高い為、計１精度が高
い。回転子は偏゛ｒ度が大きい程，吐出率が大きく、器
茎特性が向１すると共に計器本体の大きさが小さくなる
ｆｌｌ点がある　しかし噛み合う一対の歯車回転子は互
いに加速、減速を繰り返し乍ら回転するため、高速回転
となるに従って振動、騒音が大きくなり、更に回転体に
よる制動力が大きくなる 第７図は温度センサー、回転検知磁気センナを内装した
流量計及び制御装宜の間に、理想的ＱＥ曲線に対する特
性曲線の誤差を補正するための磁気センサー割り込みと
、クロック信号割り込み入力する制御装置を組み入れた
実施例の回路図を示す．前記第６図に説明した制御装ｌ
ｌ００で流体の体積変化及び温度一粘度の相閏関係によ
る器差の補正を行うと同時に、ＲＯＭ（ＩＩＩ）　１１
７　に記憶されるＦｌ！想ＱＥ曲線に対する計器固有特
性の誤差を補正するデータを読み取り補正する電気回路
図である。流量計１の回転体の回転を伝える回転磁気セ
ンサー７、及び温度センサー５からのパルス信号は人力
インタフエイス１０８　　に入力され、中゛央２ＩＩｔ
ｎ装ｚｃｐｕ（ＩＩＩ）　１１８の割り入れ端子に入力
される。

Ｃｒ（Ｊ（ＩＩＩ）　　１１８は此の削り込みにより、
パルス入力があったこと念入出力、インターフエ，イス
　ｌＯ８の入力をチエ・ソクすることによって確認し、
このパルス入力およびその前のパルス入力の問の時間よ
り，１パルス当たりの流量をＲ０Ｍ（ｍ’）に記憶され
る器差の補正データから読み収り各流量域に於ける計器
固有の誤差補正と行い、次ぎに前記第６図で説明したＭ
御装置１００で流体の温度変化による体積一比重及び粘
度変化による器差の補正値を演算する。

第８図は、前記温度変化による流体の体積変化、粘度変
化による器差の値を補正するためのＲＯＭ　（１）　１
１１、　ＲＯＭ（ＩＩ）　　１１４　　を組み込んだ電
気回路、及び流量計器固有の特性誤差を補正するための
回路にＲＯＭ　（ＩＩＩ）　１１７　を組み合わせた制
御装置の回路図を示し，瞬時の器差補正値を表示及び発
信する機能を有する本発明の前記温一比重、温度一粘度
及び温度一計器特性誤差の三要素の補正をなす電子式補
正装！の回路図である。

前述の如く計器本木の非円形歯車式電子式補正装！によ
る補正は極めて精ちな分解能をしって誤差が除去される
のであるが、回転体の安定した計量機能を発揮するため
の形状を第９Ｉｉｌに示す．非円形歯車回転体２０１　
の軸２０２は図のごとく端面の軸径に対し先端部を細く
なしな形状をなす．反対側の軸も同様の形状をなす．こ
れらの軸２０２を填め合わせるための計量室内の内壁面
に礼状の軸受にそれぞれ填め合わされ、填め合い部は微
小のクリアランスを形成するごとく孔状をなす。被計測
流体の流れにより水Ｙ軸に収装された一対の回転体は互
いに噛み合い係合しながら回転するが、水平軸線の中心
位置を保つごとき求心作用が働き、回転体の両端面とケ
ーシング内壁面とのクリアランス値を一定に保ちながら
回転し、磁石２０３の作用によりパルスを発信する． 第ｌＯ図は回転体２０１　の軸孔２０４を端面の軸径に
対して漸次細くなる穿孔した形状の軸受けを示す。これ
を支承する計量室内の側壁面に前記軸孔に填め合わされ
る形状の固定軸を設けられる。回転体の端面の軸孔に対
し内部が漸次細くなる形状とした軸孔にそれぞれ計量室
内壁面に設けた固定軸が填め合い、回転自在に収装され
る．回転体は前記第９図に示した場合と同様に流体の流
れにより求心的に回転位置が保たれながら回転し、回転
体の端面と計量室内の側壁面とのクリアランスを一定に
保ちつつ運転されるため，器差の変化がなくなり正確な
計量がなされる．更に軽量素材の成型加工による回転体
の形状を、その一端を前記円錐体または紡錘体の形状を
なす回転軸を、他端を計量室のこれと同様の形状をなす
固定軸と填め合わされる軸孔となした非円形歯車も、同
様の求心的自転作用をなし，このような横成も特許請求
の範囲に包含される． 〔発明の効果〕 本発明は信頼性の高い容積式流量計の指示流量計の精度
を高めるため、被計ａｌ流体の温度変化に対応して流体
の比重、粘度、及び計器の特性に基づく計器固有の測定
誤差をリアルタイムに温度より演算される補正値をもっ
て換算流量を表示発信する電子式補正により広い流量範
囲に亘り、面も１かな温度変化に於いても超精密計測機
能を発揮する効果があり、このような微かな温度環境変
化に問連して変化する計器固有の計ａ誤差の温度変化に
よる微小な変化を把握して補正する演算装置を制御装１
内に装備せることを特徴とし，また軽量にして計量室内
の軸中心に対し求心的回転作動の回転素子による安定し
た機能により誤差の無い計測が可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第４図は容積式流量計の器
差曲線を示す説明図、第５図は本発明装置の構成を示す
説明図、第６図、第７図及び第８図は器差補正のための
電子式演算機構を組み込んだ制御装置の回路説明図、第
９図及び第ｌＯ図は円錐体状の回転軸及び軸受け孔を設
けた非円形歯車回転体を示す． １１６：　　ｒｔＡＭ　　ｔｔｉ．１１４、１１７：Ｒ
ＯＭｔｔｔ：　ｉ度一比重・演算用ＲＯＭ　　１１４：
ｆｆｌ度一粘度・演算用ＲＯＭ　　１１８：温度一固有
器差値・演算用ＲＯＭ　　１１２、１１５，　１１８＋
　ＣＩ’ＬＪ　　２０１：非円形回転体　２０２：テー
パー軸　２ｏ４：軸孔２０３：マグネット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）容積式流量計の非円形回転素子の回転より算出さ
   れる流量換算値を、温度の関数であ る被計測流体の比重−器差等相関関係が与 える補正値により修正した流量を出力・表 示させるため、流路内に設けた温度センサ の導線を流量計の電子式演算装置に接続し、温度変化を
   示す電気信号を演算装置に入力 させる流量計器に於いて、温度の関数であ る被計測流体の体積−器差の相関関係が与 える器差補正値を計測される温度より求め る手段と、前記補正値を前記回転素子の回 転毎に発信されるパルス信号の周期を測定 して算出させる手段と、算出させた流量換 算値に加えてリアルタイムに修正される流 量を出力・表示させる手段とを兼ね備えた メモリーに流体の温度と連係する体積膨張 係数の相関関係のデータを記録したＲＯＭ （ I ）を装備した器差補正装置、およびメモリーに流
   体の温度と連係する粘性係数の相 関関係のデータを記録したＲＯＭ（II）を装備した流体
   の温度と共に変化する粘性係数 のために生ずる計測誤差を補正する器差補 正装置、および流量計の特性に基づく計器 固有の計測誤差を補正するためのデータを 記録したＲＯＭ（III）を組み合わせてなる容積式流量
   計の器差補正装置。
2. （２）双回転子型の非円形回転素子の軸孔を、該回転素
   子の端面の径に対し内側の径を小な らしめた形状となし、これに填め合わされ る固定軸を計量室内側壁面に設け、回転自 在に収装してなる容積式流量計の計測に伴 う流体の温度変化による計器固有の計測誤 差流体の温度変化と連係する体積膨張係数 の相関関係、及び流体の温度変化に伴う粘 性係数の相関関係のために生ずる計測誤差 を補正する特許請求の範囲第１項記載の器 差補正装置。
3. （３）双回転子型の非円形回転素子と回転軸を一体に構
   成され、該回転軸を、回転素子の端 面の径に対し外端の径を細い形状となし、 これと填め合わされる計量室内側の軸受け を同様の形状となし、回転素子を回転自在 に収装してなる容積式流量計の計測に伴う 流体の温度変化による計器固有の計測誤差、流体の温度
   変化と連係する体積膨張係数の 相関関係及び、流体の温度変化に伴う粘性 係数の相関関係のために生ずる計測誤差を 補正する特許請求の範囲第１項記載の器差 補正装置。