JPH0452518A - 流量計測装置 - 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〕 本発明は流量計測装置に係り、特に流量計測系統内を流
れる微少流量を正確に測定できるようにした流量計測装
置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、容積式流量計やタービン式流量計などを用いて
なる流量計測装置は知られている。この種の従来の流量
計測装置では、１つの流量計測系統に１台の流量計を組
み込み、この１台の流量計により、１系統内を流れる最
少流量から最大流量までの全流量を測定している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の流量計では、測定する流量が微少流量に
なると、その流量を正確に測定することができなくなる
という問題がある。

以下、この問題をパルス出力型流量計の計測原理に基づ
いて説明する。

パルス出力型流量計とは、回転体の外周に衝突する流体
の流量を、回転体の回転数（パルス周波数）に変換して
出力するものである。流量計から出力されるパルス周波
数をＨ（Ｈｚ）、流量計のパルス分解能をａ　（Ｉ！／
ｍ　ｉ　ｎ／Ｈｚ　）としたとき、一般に、流量Ｑ　Ｃ
１／ｍ　ｉ　ｎ）は、Ｑ＝ａＨ・・・　（１） の式で表される。

ところで、（１）式は大きい流量領域での成立式であり
、小さい流量領域になると、回転体の摩擦損失などが影
響してくるので、流量ＱＣＩ／ｍｊｎ）は、 Ｑ＝ａＨ＋ｂ　　　　　　　　　　・・・（２）の式で
表される。

（２）式のうち定数すは該流量計では計測が不可能にな
る無効流量（１７ｍ１ｎ）を示している。

ここで、パルス分解能ａは無効流量を示す定数すの影響
により変化する。

この無効流量を示す定数すは、計測すべき流量が少なく
なるにつれて、次第に大きくなり漸近値として定数すに
なる。計測すべき流量が定数すの無効流量以下になった
場合には、仮に、その流体が回転体の外周に衝突しても
、該回転体は回転しなくなり、パルス出力型流量計は出
力しなくなり、流量計測が不可能になる。

この種の従来の流量計では、実際上、（１）式の範囲（
微少流量以外の流量領域）内で流量計測するか、（２）
式のうち定数ａ及びｂを便宜的に定め、この定めた値に
基づいて流量計測するか、いずれかの方法により計測が
行われている。

しかし、前者の方法では、流量が少なくなると、精度の
良い計測ができなくなり、流量が無効流量すよりも少な
くなると、計測精度は極端に悪化するという問題がある
。また、後者の方法では、（２）式に従って流量を演算
することにより、計測精度を充分に確保することはでき
るか、計測可能な最低流量は無効流量すを越えることは
できず、微小流量の計測に限界があるという問題がある
。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する
問題点を解消し、微少流量から最大流量までの全流量を
、正確に測定できるようにした流量計測装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、流量計測系統の
入口及び出口に連なる供給管路と、この供給管路内に接
続された供給流量計と、この供給流量計をバイパスして
供給管路に接続された戻り管路と、この戻り管路内に接
続された戻り流量計とを備え、供給流量計の計測値と戻
り流量計の計測値との差分により流量計測系統内を流れ
る流体の流量を計測するように構成したことを特徴とす
るものである。

また、他の発明は上記構成の他に、さらに、入口及び出
口に連なる供給管路内に循環ポンプを接続したことを特
徴とするものである。

〔作　用〕

本発明によれば、供給流量計により計測した計測値から
、戻り流量計により計測した計測値を減算して、その差
分により、流量計測系統内の流体の流量を計測するので
、減算の過程で、いわゆる流量計の無効流量の項が無視
できる程度に消去されるので、無効流量に影響されるこ
となく、流量を計測することができ、微少流量から最大
流量までの全ての流量を正確に測定できる。

〔実施例〕

以下、本発明による流量計測装置の一実施例を添付図面
を参照して説明する。

第１図において、１は流量計測系統を示し、この流量計
測系統１は、入口２と出口３とを有している。入口２に
は供給源Ａが接続され、出口３にはワークＢが接続され
、入口２と出口３との間には、計測機構４が接続されて
いる。

この計測機構４は、入口２及び出口３に連なる供給管路
５を有し、この供給管路５には、上流側から循環ポンプ
６と供給流量計７とが順に接続されている。また、供給
管路５には、循環ポンプ６及び供給流量計７をバイパス
して戻り管路９が接続され、この戻り管路９には、戻り
流量計１０と絞り弁１１とが順に接続されている。

次に、本実施例の作用を説明する。

流量計測系統１内を流れる微少流量から最大流量までの
全流量は、計測機構４により計測される。

実際には、供給流量計７の計測値から戻り流量計１０の
計測値を減算して計測される。

例えば、供給流量計７の計測値をＱ　１戻り流Ｓ 置針１０の計測値をＱ　とすると、流量計測系統１内を
流れる流量Ｑ　は、 Ｑ　　＝Ｑ　　−Ｑ　　　　　　　　　・・・（３）Ｃ
Ｓ　　　　　　ｒ で表される。

ところで、ワークＢで消費される消費量が供給源Ａから
の供給量に等しい場合には、流体の全てが供給管路５を
通ってワークＢに供給される。この場合に、戻り管路９
内の流量Ｑ　は零になるので、（３）式から、計測系統
１内を流れる流量は、Ｑ　　＝Ｑ　　で表される。

ｓ 一方、ワークＢで消費される流体消費量が少なくなると
、供給源Ａからの流体のうち、ワークＢで消費されない
分は、戻り管路９を通って供給管路５内に戻される。こ
の場合に、流体は、循環ポンプ６を介して供給管路５及
び戻り管路９内を循環するので、計測系統１内を流れる
流量Ｑ　は、供給流量計７の計測値Ｑ　と戻り流量計１
０の計測値Ｑ　との差分として、（３）式から、Ｑ　　
＝Ｑ　　−Ｑ　　で表される。

ＣＳ　　　　　　ｒ これらを、パルス流量計の計測原理から考察すると、流
量計から出力されるパルス周波数をＨ（Ｈｚ）、流量計
のパルス分解能をａ（（！／ｍｉｎ／Ｈｚ）としたとき
、各流量計７．ｌＯて計測される流量Ｑ　　、　　Ｑ　
　（Ｊ’／ｒｎｊｎ）は、Ｓ　　　　　　　＋ Ｑ　　＝ａ　　Ｈ＋ｂ　　　　　　　・・・（４）Ｓ　
　　　　　　ＳＳ　　　　　　　ＥＱ　　＝ａ　　Ｈ＋
ｂ　　　　　　　・・・（５）ｒ　　　　　　　Ｉｔ　
　　　　　　１の各式で表される。

各式のうち定数す、ｂ　　は、各流量計７゜１０に固有
の数値であり、各流量計７．１０では計測が不可能にな
る無効流量（ｌ／ｍ１ｎ）を示している。

（４）、（５）式を（３）式に代入すると、Ｑ　　＝Ｑ
　　−Ｑ ＣＳ　　　　　　「 ａ　Ｈ−ａ　Ｈ ５Ｓ　　　　　　　Ｉｔ ＋（ｂ　　−ｂ　　）・・・（６） Ｓ　　　　　　　＋ で表される。

この実施例によれば、流量計７．１０には全く同じタイ
プの流量計が使用されているので、ｂｓ＝ｂ　、となり
、また、ａ＊＝ａ　　＝ａ　　とおいｒ　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｓ　　　
　　　ｒて、これらを（６）式に代入すると、 ＊ Ｑ＝ａ（Ｈ−Ｈ）　　　由（７） ＣＳ　　　　　　Ｔ で表される。

（７）式から明らかなように、この減算の過程では無効
流量の項す、、ｂ、が消去されている。

即ち、計測系統１内を流れる流量Ｑ　は、流量計７．１
０から出力されるパルス周波数Ｈ，Ｈｒ （Ｈｚ）と、流量計７，１０のパルス分解能ａ＊（Ａ’
　７ｍ　ｉ　ｎ／Ｈｚ）と、のみから求まる。

例えば、仮に、１台の流量計により流量計測する場合に
は、（１）式からも明らかなように、流量は、Ｑ＝ａＨ
＋ｂで表されるので、微少流量になると、定数すが大き
な誤差となって表れ、正確な測定ができなくなる。

しかして、この実施例によれば、同一タイプの２台の流
量計７，１０を使用して、しかも各流量計７．１０の計
測値の差分により流量を計測するようにしたので、（７
）式に示すように、計測値からは定数すが消去されるの
で、無効流量ＣＩ／ｍ１ｎ）には影響されずに、たとえ
計測流量が微少流量になったとしても、正確に測定する
ことができる。

この計測系統１内を流れる最大流量Ｑ　　ｍａｒは、（
７）式から明らかなように、Ｈが零の場合であるから、
Ｑ　　ｍａｗ　＝ａ＊Ｈである。これに対Ｓ し、最少流量Ｑ　　ｍｉｎは、（７）式から明らかなよ
うに、Ｈ，−Ｈ，＝１の場合であるから、Ｑｃｍｉｎ　
＝ａ　　である。しかし、これは理論値であって、実際
上は、供給流量や消費流量に変動があるから、ＨＳ−Ｈ
，≦５程度であり、計測可能な最少流量Ｑ　　ｍｉｎは
、Ｑ　　ｍｔｎ＝＝５ａ＊程度でＣ ある。

この種の流量計においては、計測可能な最大流量Ｑ　　
ｍａｘと、計測可能な最少流量Ｑ　　ｍｉｎとのＣ レンジビリティＲ（＝Ｑ　　ｍａｙ　／Ｑ　　ｍｉｎ　
）が、ＣＣＣ 性能評価の一つの目安となり、この計測機構４のレンジ
ビリティＲは、 Ｒ，＝Ｑｃｍａｘ　／Ｑ、　ｍｉｎ ＊ −ａ　　Ｈ１５ａ＊　　　　　・・・（８）で表される
。

ここで、従来のように、１台の流量計により流量計測す
る場合に、最少流量Ｑｍｉｎは（２）式において、Ｈ＝
１の場合であるから、Ｑｍｉｎ＝ａ＋ｂで表される。こ
の結果、測定可能な最少流量Ｑｍｉｎは如何にパルス分
解能ａを小さくしたとしでも、ｂより小さくなることは
ない。また、この場合に、レンジビリティＲは、Ｒ＝Ｑ
ｍａｘ　／　（ａ＋ｂ）となり、このレンジビリティＲ
の限界は、ｂに影響されることになる。

しかして、この実施例によれば、上述したように、流量
の算出式から定数すの項が全て消去されるので、最少流
量及びレンジビリティが、この定数すに影響されること
はなく、単に、流量計７゜１０のパルス分解能ａ　　（
Ｉ！／ｍｉｎ／Ｈｚ）を増大させるだけで１、最少流量
（−５ａ＊）及びレンジビリティ　（＝ａ　　Ｈ１５ａ
＊）を極めて簡＊ 単に向上させることができる。

また、このレンジビリティＲを、従来の流量計のレンジ
ビリティＲに比較すると、 Ｒ＝　　（１＋ｂ／ａ）Ｒ・　（９） で表される。

一般には、ａ　／　ｂ　＝　１〜１　／　２００である
から、この実施例によれば（９）式から明らかなように
、２〜２００倍のレンジビリティを得ることができる。

したがって、最大計測流量が同一の流量計にあっては、
従来の流量計の１／２〜１／２０１倍の微少流量を計測
することが可能になる。

第２図は他の実施例を示している。

この流量計測系統１内には、外部ポンプ（図示せず）を
介して流体が供給されるようになっている。したがって
、この実施例によれば、循環ポンプ６（第１図）の代わ
りに、第１の流量調節弁１５が接続され、また絞り弁１
１（第１図）の代わりに、第２の流量調節弁１６が接続
され、さらに戻り管路９の途中には第３の流量調節弁１
７が接続されている。

この実施例によれば、流量計測系統１内を流れる流量が
、供給流量計７の計測可能な最大流量を越えないように
、第１及び第２の流量調節弁１５゜１６の弁開度が制御
されており、ワークＢに過大な流量が負荷されないよう
に、供給源Ａ側に適宜に流体を戻すように、第３の流量
調節弁１７の弁開度が制御されている。

なお、本実施例の作用及び効果は、上述の実施例と同じ
であるのでその説明を省略する。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、供給
流量計の計測値と、戻り流量計の計測値との差分により
、流量計測系統内を流れる流体の流量を計測するように
したので、いわゆる無効流量に影響されることなく、流
体の流量を計測することができるので、微少流量から最
大流量までの全流量を極めて正確に測定することができ
る。

供給流量計、９・・・戻り管路、１０・・・戻り流量計
、１１・・・絞り弁、１５・・・第１の流量調節弁、１
６・・・第２の流量調節弁、１７・・・第３の流量調節
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流量計測系統の入口及び出口に連なる供給管路と、
   この供給管路内に接続された供給流量計と、この供給流
   量計をバイパスして前記供給管路に接続された戻り管路
   と、この戻り管路内に接続された戻り流量計とを備え、
   前記供給流量計の計測値と前記戻り流量計の計測値との
   差分により流量計測系統内を流れる流体の流量を計測す
   るようにしたことを特徴とする流量計測装置。 ２、前記供給管路内に循環ポンプを接続したことを特徴
   とする請求項１記載の流量計測装置。