JPH05164587A - 流体の流量測定装置及び粘性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体管路において、流体の流量や粘性を計測
する装置であって、流体供給の制御基礎値として利用す
る。 【構成】 流体管路に２本以上配置される測温センサー
または発熱作用を有する測温センサーによって、管路に
導入された異種流体を検出し、その移動時間から流体流
量を計測するとともに、流体の粘性を前記発熱作用を有
する測温センサー温度と流体温度から計測する装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は測温作用を有するセンサ
ー及び／または、発熱作用を有するとともに測温作用を
有するセンサーを複数使用して流体管路における流体の
流量と粘性を一つの計測装置で測定するもので、各種産
業における流体の供給制御の基礎値として利用するため
の流体の流量測定装置及び粘性測定装置に関する。特に
流速や温度によって粘性の変化しやすい非ニュートン流
体においては、これを定量供給することが困難であり、
流量測定を行うとともに流量制御に粘性を基礎値とする
場合のための簡単な粘性測定の実現が望まれている。

【０００２】

【従来の技術】従来流体の状態変化を測定する方法とし
て、本出願人が出願した特開昭６０−１５２９４３号及
び特開昭６２−１８５１４６号があげられる。また流体
の流速測定技術として特開昭６３−３１７７２５号、特
開昭６２−２３３７２１号、特開平２−２８７１２０号
があげられる。特開昭６０−１５２９４３号は、金属細
線と流体の温度差を一定に保つよう電流を調節して、そ
の時の電流値から金属細線の表面における流体の熱伝達
率を算出して、その熱伝達率の変化か流体の状態変化を
計測する方法である。特開昭６２−１８５１４６号は、
流体と熱的に接触する感知素子の温度、液体の温度、感
知素子と流体の温度差を計測して、その変化から流体の
状態変化を判定する方法である。特開昭６３−３１７７
２５号は、流体管路に流体と異なる温度を有する感知素
子を配置し、その素子の温度と流体の温度を計測して流
体流量を測定する方法である。特開昭６２−２３３７２
１号は、流体管路に気体を注入して流路内壁に全接する
気泡を形成させ、その気泡の移動速度を検出して、流体
の流速を導く方法である。特開平２−２８７１２０号
は、流体管路に整流部を設け、この下流にて色素注入を
行い、この色素の移動を光センサーで検出するととも
に、流体の温度と圧力を検出して流体流量を算出する装
置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】流体流量を計測する手
段として定容量式のものが最も正確であるが、例えば、
食品産業における生クリームの流量を測定するような場
合は、ホイップ化を避けるためにギア式の定容量式流量
計は使用できない。また、飲食品などにおいても果肉を
混入するものなどは果肉の破壊が問題となるためライン
定量は実施できない。そして、固形物を混入する汚泥の
流量を計測するような場合も一般の流量計測装置では計
測が困難である。このような流体流量の計測において
は、定容量式以外で考慮する必要があるが、差圧式や渦
式でも正確な流量を得ることが困難である。また、定容
量式では流体の流量を測定する場合は流体の粘性変化を
考慮しなくて良いが、本発明のように異種流体の移動を
検知して流体の流量を求める場合は、流体の粘性変化に
よって生ずる流動の変化を加味した流量補正が必要であ
る。例えば、アイスクリーム製造ライン内においてオー
バーランの制御をしながら冷却制御も行なっており、ア
イスクリームのライン内における粘性変化や流量は製品
品質、歩留におおきく影響する。同じく、生クリームの
ホイッピング装置においても生クリームの流量と組成変
化による粘性変化と空気の量は、ホイップクリームの固
さに直接影響し、品質を左右する。従って、ラインにお
いて流体の流量と粘性を同時に計測可能であることは重
要な技術であるが、従来は粘性流体の流量を流体の破壊
や変化なく測定する方法がなかった。また粘性の変化に
よる流量の把握も別個の流量計、粘度計に頼っていた。
特に組成変化による粘性変化は計測が困難で、作業者の
経験にたよるところがおおきかった。ここで、特開昭６
０−１５２９４３号の発明は熱伝達率の変化から流体の
状態変化を計測するもので特に粘性変化を計測するもの
であるが、この計測において粘性率を実質値として知る
必要はなく、変化の始点や終点を時機的に把握する計測
方法である。したがって、粘性を求めるものでない。特
開昭６２−１８５１４６号の発明は流体の温度と発熱素
子の温度の温度差を計測して流体の状態を計測するもの
で、粘性や速度、組成など計測する方法にとどまる。特
開昭６３−３１７７２５号の発明は加熱や冷却によって
流体と異なる温度を有する感知素子の温度と、流体の温
度を計測し、流体流量を得ているが、粘性による流体へ
の影響は考慮されていない。特開昭６２−２３３７２１
号の発明は流体管路に気泡を形成させてその移動速度か
ら流体流量を計測するものであるが、管路における気泡
の注入は管径によって管路全部を閉塞的に混入させえる
ものではない。特に管径が大きくなると気体は管内上部
において平状に変形して移動することとなるため該発明
では管径に限界がある。特開平２−２８７１２０号の発
明は色素を混入させてその移動を検出し流体流量を導く
ものだが、特開昭６２−２３３７２１号の発明と同じく
管径の問題があるとともに、色素が流体と混合されるこ
とによる境界の判定のあいまいさの問題、及び流体が透
明であることを必然としていることによる流体の種類に
制限があること、また流体内に固形物が混入する場合は
整流部でつまるため採用できないなどの制約がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は発熱作用と測温
作用を有するセンサーを利用して流体や管径に制限され
ることなく流体の流量を計測するとともに、流体の粘性
をも計測可能とし、一つの計測装置で多角的利用を可能
とすることを目的としている。かかる目的を達成すべ
く、流体の流路を形成する管路に測温作用を有するセン
サーを配置し、この測温センサーより上流に位置すると
ころに流体温度と異なる温度の異種流体を導入する導入
管を接続し、前記測温センサーに異種流体が接触したと
きの温度変化を該センサーで計測することから流体の流
量を得る流体の流量測定装置を発明した。また、発熱作
用を有しかつ測温作用を有するセンサーを、流体の流路
を形成する管路に配置し、これらセンサーよりも上流に
位置するところに異種流体を導入する導入管を接続し、
前記センサーが発熱作用をしているときに異種流体が接
触して生ずる定常状態温度の変化を計測することによっ
て流体の流量を得る流体の流量測定装置を発明した。そ
して、以上のような測定装置において、流体の管路に、
流体内に導入される異種流体がセンサーと接触するよう
に流路を形成させる手段を設け、異種流体を気体とし
た。更に、測温作用を有するセンサーと発熱兼測温作用
を有するセンサーのどちらか一方の種類のもの、もしく
は両者を混在させて管内に複数本配置させ、それらが計
測する温度変化の時間差から流体の流量を得るように構
成した。そして、センサーにより流体の温度とセンサー
の発熱温度の温度差を計測し、この温度差と流体の粘性
の相関関係から流体の粘性をも測定するように構成し
た。なお、本発明では発熱作用と測温作用を有する特殊
なセンサーを利用するが、この測温素子の機能と発熱機
能を有するセンサーに関しては、例えば特開昭６４−４
４８３８号のようなセンサーが実例としてあげられる。
このようなセンサーを用いた流体の状態測定において、
発熱作用による素子温度が上昇過程にある非定常状態
と、流体に組成変化などの状態の変化がないかぎり一定
温度に安定する定常状態という現象が見られる。センサ
ー温度が定常状態になってから流体の組成変化や粘性変
化がおきると、定常状態温度が変化することから、流体
の状態変化を計測するセンサーとして利用しているが、
流体自体が交換された場合の検出や異種流体の境界面の
計測にも利用可能である。従って、流体内に気体が混入
する場合の気体の存在も検出可能である。このようなセ
ンサーを使用する場合において、粘性変化を数値として
ではなく変化状態の計測として用いる場合においてその
指標値を得る点では、指標値が変化の状態を表すため問
題が生じない。

【０００５】

【作用】管路内を流動する流体中に、測温素子を複数本
配置し、該測温素子の上流において流体の温度と異なる
温度の異種流体を管内に導入し、異種流体が流体ととも
に移動して各測温素子と接触するとき各測温素子が温度
変化を生じる時間差を計測することによって流体の流速
を計測し、流量を算出する。または管路内を流動する流
体中に、発熱作用と測温作用を有するセンサーを複数個
配置して各々を発熱させながら定常状態を維持している
とき、このセンサーの上流から注入される異種流体が前
記センサーと接触し通過すると、定常状態の温度に変化
が現れる。この温度変化を例えば２本のセンサー間で計
測すればその温度変化の検出時間の差は異種流体がセン
サーを通過した時間を表し、この時間と２本のセンサー
間の距離から異種流体の移動速度が算出でき、かつ流量
が算出出来る。従って異種流体が管内流体とともに移動
するならば該異種流体の移動速度は管内流体の移動速度
と関係がある移動を示し、流体の流速が解る。また、セ
ンサーは発熱作用をし、定常状態を形成することから、
流量の組成変化等による粘性変化にともなう定常状態温
度の変化を検出することが可能であり、この定常状態温
度と流体温度の温度差と、粘性の相関関係を予め得てお
くことにより、粘性を知ることができる。なお、この定
常状態温度はつまり発熱センサー温度である。本発明の
方法において管を平行にして異種流体を流体内に混入さ
せると、管壁の流体の静止膜現象により異種流体が管壁
上部で停滞することがあり、この場合管に傾斜をもたせ
るなどの配慮が必要であるが、管に傾斜をもたせた場合
には異種流体の浮力によって流体の流速に浮力が加わっ
た速度で移動するため正確な流量が得られないという問
題に直面する。この場合は装置自体の設計において傾斜
角を一定に設定し、流量と異種流体の浮力による異種流
体の移動の間に特定の相関が得られるのでこれを利用し
て補正される。この補正は粘性の変化による補正と加味
されておこなわれて差し支えない。なお、管を傾斜させ
る度合については異種流体の種類によって異なるもので
あり、例えば気体と油性液ではその傾斜許容範囲が異な
るため特定できるものではなく適宜実験による設定が必
要である。しかし、流体の上流より下流が高く、かつセ
ンサーと異種流体が接触する条件さえ確立できれば設定
不可能な傾斜角度は存在しない。また、流速を計測する
にあたって測温素子による温度変化を利用する場合は、
導入される異種流体が管内流動流体の温度と異なる必要
があるが、その温度差に特段の限界はない。なお、測温
素子の測定精度の関係から現在の技術では±３℃以上の
温度差が必要である。さらに測温素子と発熱作用を有し
かつ自らの温度計測が可能なセンサーを併用すること、
各機能素子を１本づつ計２本以上配置することなども本
発明の技術範囲にある。流体流路である管路に挿入する
異種流体としては油、水銀、エチレングリコール、アル
コール、アンモニア、空気、不活性ガス、蒸気など液
体、気体どちらでもかまわなく、管内を流れる流体の特
性に応じて選定するのがよい。なおセンサー等は管上部
に配置限定されるものではないが、上部に配置する方法
が管理状好ましく、従って浮力によって管上部を移動す
る気体を異種流体として利用するほうが好ましいことと
考察される。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は実
施例にかかる測定装置の一例を示す縦断面図であり、図
２は図１に示すＡ−Ａ線の断面矢視図である。３は流体
の流路を形成する流体管路であり、この流体管路３の上
面に一定距離Ｘをおいてセンサー１とセンサー２が配設
してある。センサー２はセンサー１よりも下流側にあ
る。これらセンサー１、２は何れも発熱機能を有すると
共に自らの温度を計測可能な機能を有するセンサーであ
り、例えば本出願人が先に特開昭６４−４４８３８号で
開示した金属細線を用いた通電加熱法によるセンサーな
どが利用できる。なお、通電加熱法によるセンサーは金
属細線に通電する電流値によって発熱量が異なるが、か
かる発熱量は液体温度に変化のないかぎりは変化しない
ことから流体の流速の変化や状態の変化を把握できるも
のである。センサー１とセンサー２には一定の電流を通
電する定電流電源４、５が接続され、センサー１とセン
サー２における発熱量の変化はデーターコントローラ６
に入力されるようになっている。そして、このデーター
コントローラ６からＣＰＵ７に信号が入り、ＣＰＵ７か
ら出力された信号によって流量コントローラ８、粘性コ
ントローラ９、異種流体注入制御装置１０が適宜稼働さ
れる。また、流体管路３においてセンサー１よりも上流
側に異種流体注入管路１１が接続してあり、この異種流
体注入管路１１の途中に設けられた開閉弁１２が上記異
種流体注入制御装置１０によって制御されるように構成
してある。

【０００７】以上のような測定装置において、流体管路
３に例えば液体を流し、異種流体として例えば空気を選
択して異種流体注入管路１１から液体管路３に空気を注
入できるように構成する。そして、先ず開閉弁１２を閉
じて異種流体注入管路１１から空気を注入しない状態で
流体管路３に液体を流す。この状態でセンサー１とセン
サー２に電流を通電して発熱させると、発熱開始から一
定時間経過後において、センサー表面における熱伝達現
象が安定してセンサー１とセンサー２の発熱体温度が一
定温度となり、熱伝達現象は定常状態となる。しかし
て、異種流体注入制御装置１０から指令を発して開閉弁
１２を開き、異種流体注入管路１１から空気を注入す
る。こうして、流体管路３において液体に混じりながら
空気が一緒に流れる状態にする。流れてきた空気がセン
サー１、２に接触するとその組成の違いからセンサー表
面における熱伝達現象に変化が起き上記定常状態温度が
変化する。即ち、空気がセンサー１、２と接触すると、
気体は液体より密度が小さく熱伝達率が小さいためセン
サー１、２の温度が高くなる。これは空気における定常
状態に推移するためである。しかして、以上のような測
定を行うと、実際には空気は泡状となって流れ、センサ
ー１、２と接触するのは一瞬であるためセンサーに生じ
る温度変化は図３に示すように鋭い凸状になり、すぐも
との、液体による定常状態温度にもどる。従って、セン
サー１にこのような温度上昇の現象が起きてからセンサ
ー２に同じ現象が起きるまでの時間差Ｔを計測すれば、
時間差Ｔは空気泡がセンサー１、２間を移動した時間に
なる。センサー間距離Ｘは決っていることから、空気泡
が液体の流動力によって移動するかぎり空気泡の移動時
間Ｔは流体のセンサー間移動時間を代表する。従って、
流体流速Ｖは例えば 流速Ｖ ＝ 距離Ｘ ／ 時間Ｔ （ｍ／ｓ） となり、ゆえに流量Ｑは 流量Ｑ ＝ 流速Ｖ × 管内径断面積Ａ （ｍ3 ／
ｓ） であらわされることになる。なお、センサー１，２を測
温作用のみを有するセンサーとする場合は、流体の温度
を大きく差のある温度の異種流体を混入させるよう構成
し、センサーで異種流体の接触による温度変化を計測す
ることで達成される。

【０００８】次に、以上のような測定装置によって流体
の粘度を計測する場合は、センサー１の電流は測温素子
として機能させ、流体の温度を計測する。これは、例え
ばセンサー１の金属細線に液体に温度変化の影響を与え
ない程度の微弱電流を通電せしめ、その金属細線の抵抗
値から流体の温度を計測することができる。また、セン
サー２は発熱機能を維持させ定常状態の温度を計測す
る。流体に粘性変化があると、熱伝達現象に変化が起
き、定常状態温度が変化したことがセンサー２で計測で
きるように構成する。そして、これらセンサー１、２に
よって液体の温度θ１と発熱素子であるセンサー２の温
度θ２を計測し、予め求めておいた発熱素子温度と流体
温度の差θ２−θ１と液体の粘性の相関関係を調べてお
けば、その相関関係から即座に流体の粘性が計測される
ようになる。

【０００９】なお、上述したような流速を計測するため
の空気泡の接触による熱伝達現象の変化と、このように
粘性変化による熱伝達現象の変化には大きな差があるの
で、両者を混同することはない。特に、液体の流速測定
のために異種流体として気体を使用する場合は、定常状
態温度が明らかに区別できるため混同は生じない。ま
た、以上のように２本のセンサー１、２を用いて粘性と
相関をとる発熱素子温度と液体の温度の差をとる意味
は、粘性変化が流体の温度変化によるものなのか、組成
の変化によるものなのかを区別するためである。なお、
上記温度差と粘性の相関関係は流体の温度変化に関係な
く計測可能な方法である。これは従来技術の本出願人先
行出願でもあきらかである。

【００１０】以上のようにして測定した流量及び粘性に
基づいて流量コントローラ８や粘性コントローラ９へデ
ーターをフィードバックし、流体管内３を流れている流
体の粘性、流量を制御することができるようになる。な
お、これらは管内へ異種流体を挿入する制御装置１０へ
の出力とともに、ＣＰＵ７で管理される。

【００１１】図４から図１２までは流体管路３において
異種流体注入管路１１より注入された異種流体がセンサ
ー１、２と確実に接触するように加えられる補足的な手
段を示している。図４、５は管を水平に設けた仕切り板
１５によって流体管路３を上下に仕切った例を示してい
る。図６、７はセンサー１、２の両側を挟むようにして
２枚の案内板１６を液体管路３の上面に垂設した例を示
している。図８、９はセンサー１、２の周りを取り囲む
ようにして角筒状のケース１７を設けて、上記仕切り板
１５と案内板１６を兼ねるように構成した例である。図
１０、１１は以上のものと異なり、異種流体注入管路１
１の出口を流体管路３の中心部に配設した円筒状のケー
ス１８に接続するように構成した例を示している。ま
た、図１２はそのような円筒状のケース１８の代わり
に、下方が開放した形状のケース１９を設けた例を示し
ている。しかして、このように仕切り板などを設けるこ
とにより、異種流体注入管路１１より注入された異種流
体がセンサー１、２と確実に接触させることができるよ
うになる。なお、これら仕切り板等の形状や大きさは流
体管路３を流れる流体の種類や流体の状態、例えば流体
内に破壊できない固体が混入する場合などの流体の条件
によって自在に選定しえるものであり、かつ流体管路３
が傾斜する場合やその距離についても都度設定されるも
のである。さらには、これらセンサー１、２よりも上流
において流体の整流装置や異物除去のためのスクリー
ン、分岐装置などを設けることは状況に応じて対処され
る。なお、本発明においては、異種流体注入管路１１よ
り流体管路３に注入される異種流体は大量な注入量を必
要とするものではなく、異種流体とセンサー１、２との
接触状況さえよければ極少量に制限できるものである。
また、以上の図４乃至図１２で説明した例は異種流体の
比重が流体より小さく浮力により流体管路３の上部を移
動するという前提のもとに描かれているが、反対に異種
流体の比重が大きい場合などはセンサー１、２を流体管
路３の下部に設け、仕切り板なども図中の上下部に配置
できることはいうまでもない。何れにしても、仕切り板
などの位置や形状はセンサー１、２が配置される位置や
異種流体の種類によって状況に応じて設定すべきであ
る。

【００１２】次に、以上の測定装置により本出願人が行
った実験の結果を示す。 （実験例１）図１３のように水を充填した流体槽２０か
ら設けた流体管路３の途中にポンプ２１、電磁流量計２
２を介して測定部２３を形成して水の流量を計測した。
管径２０ｍｍの円管からなる測定部２３において９０ｃ
ｍの間隔で、発熱作用を有しかつ自らの温度を計測でき
るセンサー１、２を２本配置した。また、異種流体注入
管路１１による異種流体の挿入部よりも上流に電磁流量
計２２を設け、該値より流量コントローラ８を介してポ
ンプ２１の回転数を制御し、水の流量が既知流量となる
よう構成した。異種流体として空気を用い、１０ｃｃ注
入した。発熱作用を有し、かつ測温作用を有するセンサ
ーを配置し、流量を２５ｃｍ３／ｓに設定して計測した
結果、各センサー１、２の定常温度に図１４に示すよう
な変化が計測された。なお、図中点線がセンサー１の温
度変化を示し、実線がセンサー２の温度変化を示す。こ
の図１４で各センサー１、２の定常状態の変化起点の時
間差ΔＴを計測したところ、時間差ΔＴは３.９２秒で
あった。なお、このように温度の変化起点を用いて時間
計測をする理由は、空気が管内において変形するため起
点以外の点の温度推移に計測ズレが生じるためである。
この値をもとに流速Ｖを算出すると 流速Ｖ ＝ 距離Ｘ ／ 時間ΔＴ（ｍ／ｓ） より Ｖ ＝ ９０ ／ ３．９２ ＝ ２２．９５ （ｃｍ
／ｓ） となる。ここで、本実験のように流体が液体で異種流体
が空気である場合は浮力によって空気が液体より早く移
動するため、このようにセンサー１、２で測定される流
速は電磁流量計で設定した流量値より算出された流速値
７．９６ｍ／ｓよりも大きな値となるのが一般である。
そこで、両者の関係を図１５のように表し、このグラフ
を用いてセンサー１、２で測定される流速Ｖを補正する
ようにする。図中、縦軸はセンサー１、２による流速
Ｖ、横軸は電磁流量計による流速Ｖｔを示し、＊印は電
磁流量計で流量を種々の値に変えながら各流量値におけ
るセンサー１、２の流速Ｖと電磁流量計の流速Ｖｔを比
較してプロットしたものである。直線２５は、それらの
プロットした点に基づいて最小自乗法によって求めた較
正直線である。なお、両者の関係を式で表せば Ｖ ＝ １２．０６ ＋ １．４４Ｖｔ となる。しかして、上述のようにセンサー１、２による
流速Ｖが２２．９５（ｃｍ／ｓ）のとき、上記関係式よ
り流速は７.９ｃｍ／ｓとなる。そして、次式 流量Ｑ ＝ 流速Ｖｔ × 管内径断面積Ａ （ｍ３／
ｓ） より、流量Ｑは ７．９×２×２×３．１４／４ ＝ ２４．８ （ｃｍ
３／ｓ） と算出された。

【００１３】（実験例２）図１３に示した測定装置にお
いて、測温作用のみのセンサーを用いた例で流体管路３
に温度４２℃の水を流し、異種流体注入管路１１より温
度約２０℃の空気を導入して同様の測定を行ったとこ
ろ、図１６に示すような結果を得た。図中、縦軸はセン
サー１、２の温度変化を示し、横軸は経過時間を示して
いる。本実験例では流体温度が高く挿入空気温度が低い
ため、センサー１、２によって温度降下という変化が検
出されている。図１７は、本実験例においてセンサー
１、２で測定される流速Ｖと電磁流量計で設定した流量
値より算出された流速Ｖｔの関係を比較したグラフであ
り、両者の関係を式で表せば Ｖ ＝ １２．８２ ＋ １．３１Ｖｔ となる。なお、このように、本実験例における関係式が
実験例１のものと異なるのは水と空気の温度差から生ず
る浮力の違いなどが考えられる。しかして、本実験例に
おいても設定流量２５ｃｍ３／ｓにおいて時間差ΔＴは
３．９２秒が得られ、図１７に基づいて流速を補正して
流量Ｑを算出したところ、流量Ｑは２４．８ｃｍ３／ｓ
となり、本装置の実現性が高いことが証明された。な
お、以上のように図１５、図１７において示した関係
は、流体が異なれば異なるので、相関関係については予
め検討して求めておくことが必要になる。また、多くの
流体が通過するラインではそれぞれの補正値を演算装置
に記憶させ流体に応じて使用するのがよい。この場合の
流体の種類の判別方法はその流体の粘性を計測すること
で判別可能である。

【００１４】（実験例３）図１３に示した測定装置にお
いて、流体管路３に０．３％のアルギン酸ソーダ液を流
して測定したところ、図１８に示す結果を得た。設定流
量２５ｃｍ３／ｓにおいて時間差ΔＴはやはり、３．９
２秒となった。また、本実験例において発熱作用かつ測
温作用を有するセンサー１、２で測定される流速Ｖと電
磁流量計で設定した流量値より算出された流速Ｖｔの関
係を比較したところ図１９に示すグラフを得た。両者の
関係を式で表すと Ｖ ＝ １２．８２ ＋ １．３１Ｖｔ となった。そして、この図１９に基づいて流速を補正し
て流量Ｑを算出したところ、流量Ｑは２４．８ｃｍ３／
ｓとなり、実験例１、２と同じ結果を得た。これはアル
ギン酸ソーダ液が０．３％で３５ｃＰ程度の粘性を持つ
ものの、流量にはほとんど影響していないことを示して
いる。従って水の場合と同じ流量となった。

【００１５】（実験例４）図１３に示した測定装置にお
いて、発熱作用かつ測温作用を有するセンサーを用いて
流体管路３に流すアルギン酸ソーダの濃度を変化させ、
粘度を変えて粘度の測定を行った。その結果、センサー
１で計測される流体温度θ１とセンサー２の発熱温度θ
２との温度差ΔＴと、流速Ｖとの関係は図２０のように
なった。図中、縦軸はセンサー２の発熱温度θ2と流体
温度θの温度差ΔＴを示し、横軸は流速Ｖを示す。しか
して、０．６％のアルギン酸ソーダの場合は△、０．３
％のアルギン酸ソーダの場合は●、水（０％のアルギン
酸ソーダ）の場合は○でプロットした点で示される結果
となり、温度差ΔＴと流速の関係は、各粘性の流体にお
いて、それぞれ直線関係を示すことがわかった。従っ
て、粘性が流速に影響するほど大きいような場合であっ
ても、その粘度における流速を電磁流量計の流速と相関
をとっておけば測定可能であることとなる。また、この
図２０より、同じ流速で粘性を変えた場合はセンサー２
と流体の温度差ΔＴが異なることが示され、一つのライ
ンにおいて温度差ΔＴの変化を計測することで粘性変化
を検出でき、流体が変化したことを計測できることが示
された。つまり、同じ流体で同じ速度でラインを移動し
ているときに粘性が変化すると、温度差ΔＴが変化する
ことによって粘度変化を推定できるのである。図２０の
例で言えば、流速が５ｃｍ／ｓのときに、０．３％アル
ギン酸ソーダの温度とセンサー温度の差が２８．９５℃
となっていたのが、２９．３℃に変化したということは
アルギン酸ソーダの濃度が０．６％に変化したことを示
す。なお、流体の粘度が流速に影響する状態になったと
きは、その粘度における測定流速値と電磁流量計の流速
値の補正相関を予め得ておくことが必要となる。しかし
て、以上の実験例において測定部２３を直管を構成した
ものを示したが、このようにセンサー１、２を配置する
管は直管でなければならないということはなく、異種流
体がセンサーと接触し、かつその流速と流体の実流速の
間に相関を得られるものならば曲管でもかまわない。

【００１６】

【発明の効果】以上、何れにしても本発明によれば以下
の効果を奏する。 １、流体の流速を計測するために流体管路に異種流体を
注入する上で、その管路において異種流体が管内流体を
遮断するがごとく大量に注入する必要がなく、管径に制
限がない。このため既存の管路に簡単に測定装置を配置
できる。 ２、流体の流量を計測するとともに、その粘性を計測す
ることが一つの装置で可能であり、経済的であるととも
に計測装置の設置容量を小さくできる。さらに流量と粘
性が計測できることは、粘性変化による流量の補正制御
や、粘性表示の補正などが即座に可能であり、ライン管
理に有用である。 ３、流体の流動に対して管路に装置的な制限を加える必
要がなく流体内に固形物が混入する場合も流動を阻害す
るなどの問題を生じることなく計測が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる測定装置の一例を示す縦断面図

【図２】図１Ａ−Ａ線断面矢視図

【図３】センサーに生じる温度変化を示すグラフ

【図４】仕切り板を設けた測定装置を示す縦断面図

【図５】図４Ｂ−Ｂ線断面矢視図

【図６】２枚の案内板を垂設した測定装置を示す縦断面
図

【図７】図６Ｃ−Ｃ線断面矢視図

【図８】角筒状のケースを設けた測定装置を示す縦断面
図

【図９】図８Ｄ−Ｄ線断面矢視図

【図１０】異種流体注入管路の出口を流体管路の中心部
に配設した測定装置を示す縦断面

【図１１】図１０Ｅ−Ｅ線断面矢視図

【図１２】下方が開放した形状のケースを設けた例を示
す流体管路縦断面図

【図１３】測定装置の説明図

【図１４】実験例１のセンサー温度の変化を示すグラフ

【図１５】実験例１の流速Ｖと流速Ｖｔの関係を示すグ
ラフ

【図１６】実験例２のセンサー温度の変化を示すグラフ

【図１７】実験例２の流速Ｖと流速Ｖｔの関係を示すグ
ラフ

【図１８】実験例３のセンサー温度の変化を示すグラフ

【図１９】実験例３の流速Ｖと流速Ｖｔの関係を示すグ
ラフ

【図２０】実験例４の結果を示すグラフ

【符号の説明】

１、２ センサー ３ 流体管路 １１ 異種流体注入管路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流路を形成する管路に測温作用を
   有するセンサーを配置し、この測温センサーより上流に
   位置するところに流体温度と異なる温度の異種流体を導
   入する導入管を接続し、前記測温センサーに異種流体が
   接触したときの温度変化を該センサーで計測することか
   ら流体の流量を得る流体の流量測定装置。
2. 【請求項２】 発熱作用を有しかつ測温作用を有するセ
   ンサーを、流体の流路を形成する管路に配置し、これら
   センサーよりも上流に位置するところに異種流体を導入
   する導入管を接続し、前記センサーが発熱作用をしてい
   るときに異種流体が接触して生ずる定常状態温度の変化
   を計測することによって流体の流量を得る流体の流量測
   定装置。
3. 【請求項３】 流体の管路に、流体内に導入される異種
   流体がセンサーと接触するように流路を形成させる手段
   を設けた請求項１または２に記載の流体の流量測定装
   置。
4. 【請求項４】 異種流体が気体である請求項１乃至３に
   記載の流体の流量測定装置。
5. 【請求項５】 測温作用を有するセンサーと発熱兼測温
   作用を有するセンサーのどちらか一方の種類のもの、も
   しくは両者を混在させて管内に複数本配置させ、それら
   が計測する温度変化の時間差から流体の流量を得る請求
   １乃至４に記載の流体の流量測定装置。
6. 【請求項６】 センサーにより流体の温度とセンサーの
   発熱温度の温度差を計測し、この温度差と流体の粘性の
   相関関係から流体の粘性をも測定する粘性測定装置であ
   る請求項２乃至５に記載の流体の流量測定装置。