JPH0545198A - 流体の体積測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】流体の圧力変化を利用して、質量が小さく少流
量の流体の流量を測定する。 【構成】測定流体の流路中には、流路を開閉可能な弁機
構が設けられている。また、流路中には圧力検出機構が
あり、この圧力検出機構は弁を開閉することができる。
流体に流れの無い時、圧力検出機構は弁を閉じている。
あらかじめ設定した圧力を感知した時、圧力検出機構は
第一の圧力で弁を開き、第二の圧力で弁を閉じる。同時
に、計測時間とその間の弁が開いている時間をタイマー
が計測する。この求められた時間を、あらかじめ求めら
れた流量との関係と比較することによって、流体の流量
を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は流体、特に質量の小さ
い圧縮性流体でしかも流量の多少にかかわらず広範囲な
流量の測定に適する流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の流体流量測定装置としては
各種提案され実用化されているが、特に気体の微小流量
を測定する方法としては、湿式ガスメータを始めとする
容積式流量計、カルマン渦を利用した渦流量計、熱線や
サーミスタを利用した熱式流量計等が挙げられる。これ
らのうち、容積式流量計はその構造が複雑である上に容
積室を複数個必要とするため小型化する事は難しく、特
に湿式ガスメータに於いては取り付け方向等にも制限が
ある。また渦流量計は安定した渦を得る為にその流路の
管径を小さくする事は難しく、また直径に対して前後に
長い直管部を必要とするため小型化が難しい。さらに熱
式流量計は周囲の温度による影響を受けやすくまた高価
である等の欠点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は質量の
大小にかかわらず広範囲の流体の流量測定を可能にした
小型で安価な流量計を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、質量
が小さく少流量の液体の測定を可能とすべく、測定流体
の流路中に流路を開閉可能とする弁機構を設け、前記弁
機構によって一時的に流体の流れを遮断しそれによって
生ずる圧力変化を圧力検出部によって検出し、前記圧力
検出部は弁機構より上流又は下流側の流路内が第一の圧
力になった事を検出した時に前記弁機構を閉状態から開
状態に切り替え、流体の流れを遮断した事によって生じ
た圧力を復元させるように向わせて、圧力検出部が第二
の圧力になった事を検出した時に前記弁機構を開状態か
ら閉状態に切り替えるとともに、この弁機構の開状態に
ある時間を検出するようにタイマーを作動させ、タイマ
ーによって検出された時間と流量との相関関係により求
められる動作特性と比較する事によって、前記弁機構を
通過した流体の体積を測定する事を可能にした構成とし
たものである。

【０００５】

【実施例】以下本発明による測定装置の実施例を図に基
づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す説
明図であり、図３は圧力検出部の圧力の増減及び弁の開
閉の状態等を示したグラフ、図５は測定流体に空気を使
用して実測した値による弁の開時間と流量との相関を示
したグラフである。

【０００６】図１において１は測定流体の供給源であ
る。その供給方法は特に限定されないが、例えばコンプ
レッサー等によって供給される。本実施例においては、
供給源からの最大供給量は後述する圧力センサーより上
流の流路中に配設された流量調節弁1Aによって、測定装
置の測定限界を超えない様に調節される。この流量調節
弁1Aは、供給源からの供給量が少ない場合、例えば供給
源がオイルタンクなどから発生した蒸気などを測定する
場合などでその最大供給量が測定装置の測定限界を超え
ない時には不要である。後述する弁機構以下の構成は弁
の開放時に供給源からの最大供給量を充分に許容できる
程度に流路抵抗が低くなるように選定されていることが
望ましい。この供給源１より流体は流路５内に供給され
る。流路５は後述する弁によりその流れにおいて上流側
流路5A及び下流側流路5Bに分けられる。この時上流側流
路5Aはその途中に圧力センサー２を有している。この圧
力センサー２は供給源の圧力以下の圧力に第一の圧力を
設定され、第一の圧力より低い圧力を第二の圧力として
設定されている。前記圧力センサーより下流側の流路上
に前記圧力センサーの第一及び第二の設定圧力時に出力
される信号と連動し開閉する弁を持った弁機構として電
磁弁３が接続されており、電磁弁３の下流側には下流側
流路5Bが接続され、下流側流路5Bは充分な受入能力をも
った図示しない装置へと続いている。また電磁弁３はこ
れと連動するタイマー４を有しており、このタイマー４
は電磁弁３が開状態にある時間を積算し表示する事がで
きる。

【０００７】次に上述の様に構成した測定装置の動作に
ついて述べる。まず測定流体が供給源１より供給されて
いない間は上流流路5A内の圧力は圧力センサー２の第一
の圧力例えば150mm水柱値（ゲージ圧を示す。以下同
じ。）以下であり、この時圧力センサー２に連動する電
磁弁３は閉じた状態であって流体の流れはない。

【０００８】次に供給源１より測定流体が上流流路5A中
に供給されると電磁弁３が閉じている為に上流流路内の
流体は圧縮され図３のＡに示すように圧力上昇を初め、
やがて圧力センサー２の第一の圧力に達し、圧力センサ
ーが出力する信号により電磁弁３が開く。その出力信号
に連動してタイマー４が計時を開始すると共に、上流流
路5A側の流体は電磁弁を通り下流流路5Bへと流出し膨張
を始める。この時電磁弁の開口部及び下流流路の口径を
測定流体の流れを妨げないように設定しておく事によっ
て上流流路内の圧力は図３のＢに示すように降下を続
け、やがて第二の圧力例えば80mm水柱値にまで降下す
る。それを圧力センサー２が検出する事によって信号を
出力し電磁弁３が閉じられると同時に流体の流れは止ま
り、タイマー４は計時を終了する。また電磁弁が閉じる
と上流流路内の圧力は再び上昇を始め、上述の動作を繰
返す。この繰返しにおいてタイマーは電磁弁の開状態の
時間を積算していく。

【０００９】この間、弁の開いた時間の総和と測定流体
の流量との関係は図５の様になり、単位時間当りの流量
の0.1cc/sec程度からそれ以上の広範囲について、直線
的な関係が得られた。図５には空気を使用して実測した
値によるものを示したが、弁の開いた時間の総和と測定
流体の流量との関係は測定流体の種類によって異なる。
しかし実験の結果、同一の装置で同一の測定流体を使用
していれば直線的な関係を保つことが判った。このこと
から前もって実際に使用する装置での弁の開いている時
間と測定流体の流量との関係（以下動作特性と言う）を
求めておくことにより、弁を開いた時間の総和を計測
し、その測定装置での動作特性と比較する事によって弁
機構を通過した流体の総流量を測定する事ができる。

【００１０】また、測定された流体の総流量を測定時間
で除することにより単位時間当りの平均流量を測定する
こともできる。さらに、その測定流体の瞬間最大流量に
対して流路の断面積、及び弁機構の開口面積等を適当な
値に設定する事により、大流量の測定はさらに容易とな
る。

【００１１】この結果、容積室等の構造を特に必要とし
ないために小型化する事が可能となり、さらにその取り
付け方向等の限定を受けないという特長を有する。

【００１２】次に、図２及び図４によって第２の実施例
を説明する。図２はこの実施例を示す説明図であり、図
４は圧力検出部の圧力の増減及び弁の開閉の状態等を示
したグラフである。なお図２において図１と同じ効果を
有する機構部分には同一の番号を付けている。

【００１３】図２において６は真空ポンプ等による測定
流体の吸込装置である。その吸入方法は特に限定されな
いが、弁機構以前の構成を弁の開放時にその最大吸入量
を充分に許容できる程度に流路抵抗が低くなるように選
定されていることが望ましい。また、本実施例に置いて
は吸込装置６の最大吸入量を測定限界以下に押える為に
後述の圧力センサーより下流の流路中に流量調整弁6Aを
有している。前記吸込装置６により流体は流路５内より
吸引される。流路５は電磁弁３によりその流れにおいて
上流側流路5A及び下流側流路5Bに分けられる。この時、
下流側流路5Aはその途中に圧力センサー２を有してい
る。この圧力センサー２は吸込装置の吸引圧力以上の圧
力例えば大気圧より150mm水柱値低い値に第一の圧力を
設定され、第一の圧力より高い圧力例えば大気圧より80
mm水柱値低い値を第二の圧力として設定されている。前
記圧力センサーより上流側の流路上に前記圧力センサー
と連動する電磁弁３が接続されており、電磁弁３の上流
側には上流側流路5Aが接続されさらに充分な供給能力を
もった図示しない供給源へと続いている。但し、この供
給源は能動的に流体を送り出すものではない。また電磁
弁３はこれと連動するタイマー４を有しており、このタ
イマー４は電磁弁３が開状態にある時間を積算する事が
できる。

【００１４】次に上述の様に構成された測定装置の動作
について述べる。まず吸込装置６が動作していない間は
測定流体に流れは無く、下流流路5B内の圧力は圧力セン
サー２の第一の圧力以上であり、この時圧力センサー２
に連動する電磁弁３は閉じた状態を保っている。

【００１５】次に吸込装置６が動作し、測定流体が下流
流路5B中より吸引されると電磁弁３が閉じている為に下
流流路内の流体は膨張し図４のＡに示すように圧力は降
下を初めやがて圧力センサー２の第一の圧力にまで減
じ、圧力センサーに連動した電磁弁３が開く。それと同
時に圧力センサーと連動してタイマー４が計時を開始す
ると共に、上流流路5A側の流体は電磁弁を通り下流流路
5Bへと流入を始める。この時電磁弁の開口部及び上流流
路の口径を測定流体の流れを妨げないように設定してお
く事によって下流流路内の圧力は図４のＢに示すように
上昇し、やがて第二の圧力にまで上昇する。それを圧力
センサー２が検出する事によって連動する電磁弁３が閉
じられると同時に流体の流れは止まり、タイマー４は計
時を終了する。また電磁弁が閉じると下流流路内の圧力
は再び下降を始め、上述の動作を繰返す。この繰返しに
おいてタイマーは電磁弁の開状態の時間を積算してい
く。

【００１６】この場合も前述した第１の実施例の如く、
弁の開いた時間の総和と測定流体の流量との関係は図５
の様になり、予め実際に使用する装置における動作特性
を求めておくことにより、弁機構を開いた時間の総和を
計測する事によって弁機構を通過した流体の総流量を測
定する事ができる。

【００１７】次に図６によって第３の実施例を示す。図
６において11Aは上流側筐体、11Bは下流側筐体である。
前記各筐体は各々上流側開口部18A、下流側開口部18Bを
有し、上流及び下流側流路の一部をなしている。各々の
筐体間は圧着されて気密に固定された仕切板12によって
仕切られ、筐体の内部は上流側圧力室13Aと下流側圧力
室13Bに分けられている。前記仕切板12には孔14が穿た
れており、仕切板12の上流側表面には前記孔14を閉塞す
るようにバネ19によって偏倚力を与えられた弁15が設け
られている。また本実施例では、下流側圧力室の孔14を
挟んで弁15と対向する位置に弁15を開閉可能な動作機構
ここではソレノイド16が気密に配されており、上流側圧
力室中にソレノイドを動作させる圧力センサー17が気密
に配設されている。また圧力センサー17は図示しないタ
イマーとも接続されている。なお図中20は全て気密シー
ル用のＯリングの如きものである。

【００１８】この構造の装置を流路中に取り付けた時の
動作について説明する。まず流体の流れが存在しない
時、本装置は図６に示された状態を保ち、孔14を通して
流れる流体も無い。

【００１９】次に18Aに接続された図示しない供給源よ
り流体が供給されると上流側圧力室13A中の圧力は上昇
を始めやがてその圧力は図３のＡに示したように第１の
圧力に達する。それにより圧力センサー17はソレノイド
16を動作させ、ソレノイド16は弁15を仕切板12から開離
させる。これにより開放された孔14を通して測定流体は
流れだす。それと同時に圧力センサー17に接続された図
示しないタイマーが計時を開始する。弁15以下の構造を
測定流体の流れを妨げないように設定しておくことによ
って、上流側圧力室13A中の圧力は下降を始め、やがて
その圧力は図３のＢに示したように第２の圧力に達す
る。それにより圧力センサー17がソレノイド16を復帰さ
せる信号を送り、ソレノイド16は図６の状態に戻り、弁
15は再び孔14を密閉するようバネ19により仕切板12に密
着される。それと共に圧力センサー17に接続されたタイ
マーは計時を終了する。流体の流れがある間は上述の動
作を繰返し、タイマーが弁15を開放していた時間を積算
していく。よってその積算値を予め求められた動作特性
と比較することにより弁を通過した流体の総流量を測定
する事ができる。本実施例は上流側流路中に圧力センサ
ーを設置したものであるが、圧力センサーを下流側流路
中に設置した形式のものに変えることとその動作につい
ては極めて容易に推考できるので省略する。

【００２０】次に、図７(A)乃至図７(B)によって第４の
実施例を説明する。図７(A)において21Aは上流側筐体、
21Bは下流側筐体である。前記各筐体はそれぞれ上流側
開口部31A、下流側開口部31Bを有している。また前記各
筐体は例えば合成樹脂の様な材料で形成され、各々の筐
体間は圧着されて気密に固定されたダイアフラム22によ
って仕切られ、それにより筐体の内部は前記ダイアフラ
ム22によって上流側圧力室23Aと下流側圧力室23Bとに分
けられている。前記ダイアフラム22は上流側圧力室23A
と下流側圧力室23Bの圧力差によって中央部が上流側と
下流側に移動可能な構造とされている。前記ダイアフラ
ム22の表面には孔24が穿たれており、ダイアフラム22の
上流側表面には前記孔を閉塞するように偏倚力が与えら
れた弁25が一端を固着又は一体的の方法で設けられてい
る。また、孔24を挟んで弁25と対向する位置に下流側筐
体21Bから突起26が配設されている。また、本実施例で
はダイアフラム22と接して下流側に保持板27が配設さ
れ、その中央部に円環状の永久磁石28が接着などの方法
で固定されている。前記保持板と磁石は中央に流体の流
れを妨げないよう充分な開口部を持っていることはもち
ろんである。これら保持板、磁石及びダイアフラムに上
流側への偏倚力を与えるために、バネ板29が設置されて
いる。このバネ板29は反転及び復帰時にはスナップアク
ションをするように成形されており、同時に常時上流側
に偏倚力を加えるようになされている。このバネ板29は
反転と復帰の動作での応差を持ち、この応差とバネの復
元力によってこの装置の第一の動作圧力差及び第二の動
作圧力差が決定される。また下流側筐体21Bの凹部30に
は動作検出のためのリードスイッチ32が配設される。

【００２１】次にこの装置の動作について説明する。流
体に流れを生じていない間は、各圧力室23A、23Bの間に
圧力差は無く図７(A)に示す状態が保たれており、弁25
によって孔24は気密に保たれ流体の移動は生じない。次
に上流側開口部31Aに接続された図示しない供給部より
流体が供給されると上流側圧力室23A内の圧力が上昇し
ダイアフラムを下流側に押す力が作用する。しかしバネ
板29の偏倚力により各圧力室23A、23B間の圧力差が第一
の圧力差に達するまではダイアフラムは図７(A)の位置
に保持される。また上流側圧力室23A内の圧力が下流側
圧力室23B内より高くなることによって弁25はさらに孔2
4に押し付けられる事になり、気密性はより高くなる。
上流側開口部31Aに流体が供給し続けられることにより
上流側圧力室23A内の圧力はさらに上昇し、やがて各圧
力室23A、23B間の圧力差が第一の圧力差に達するとバネ
板29がスナップアクションで反転し、図７(B)の状態と
なる。即ちバネ板29が反転することによってそれまで押
えられていたダイアフラム22が下流側に移動し、同時に
保持板27と磁石28も同方向に移動する。この時、弁25は
突起部26により図示の如く移動を止められ、その結果孔
24を開放し、流体は上流側から下流側へと流れ出し、下
流側開口部31Bに接続された図示しない供給部分へ流出
する。それと同時に凹部30に配設されたリードスイッチ
32に磁石28が接近するためリードスイッチはオン（又は
オフ）になり弁が開いたことを知らせる。リードスイッ
チは図示しないタイマーに接続されており、リードスイ
ッチのオン（又はオフ）の信号によりタイマーは弁の開
いている時間の計測を開始する。

【００２２】孔24が開放され流体の流れが発生すると、
ダイアフラム22及び弁25より上流の流路抵抗を弁25以下
の下流の流路抵抗より大きくなるように選定しておく、
もしくは弁25以下の下流の流路抵抗を供給源からの最大
供給量に対して充分吸収能力を有するように選定してお
くことによって、上流側圧力室23Aへの流入量より流出
量が上回り、その結果上流側圧力室23A内の圧力は徐々
に下降し始める。そして各圧力室23A、23B間の圧力差が
第二の圧力差にまで下がるとダイアフラムの押圧力に抗
してバネ板29は偏倚力によりクイックアクションで復帰
しダイアフラムを押戻す。それと同時に弁25が突起部26
から離れ、孔24を再び密閉する。それに伴いリードスイ
ッチ32から磁石28も離れ、リードスイッチはオフ（又は
オン）となり、リードスイッチに接続されたタイマーは
計時を停止する。

【００２３】以下流体の流入が続く間は上述した動きを
繰返し、タイマーは弁の開いた時間を積算する。前述の
実施例において説明した如くあらかじめ動作特性を求め
ておくことによって、弁の開いた時間から測定流体の流
量を測定することができる。

【００２４】また、本実施例においては上流側開口部31
Aに供給源を接続した構造について説明したが、下流側
開口部31Bに吸込装置を接続する構造としても同様の効
果を示すことは理解されよう。

【００２５】また、本実施例においては弁の開時間と流
量の相関関係からその流量を算出する方法について説明
したが、弁の開時間を測定時間とその間の弁の開時間と
の比率に置き換えても同様の結果が得られるものであ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、簡単
な構成で微小流量の流体の流量測定が可能になり、従っ
て流体の質量の大小にかかわらず、また流量の広範囲な
測定が可能になり、さらに取り付け方向を限定されない
安価な流体の体積測定装置を提供する事が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施例の構成を示す説明図。

【図２】 第２の実施例の構成を示す説明図。

【図３】 第１の実施例の圧力の増減と弁の開閉の状態
を示すグラフ。

【図４】 第２の実施例の圧力の増減と弁の開閉の状態
を示すグラフ。

【図５】 弁の開時間と流量との相関を示したグラフ。

【図６】 第３の実施例を示す断面図。

【図７(A)】 第４の実施例の弁閉状態を示す断面図。

【図７(B)】 第４の実施例の弁開状態を示す断面図。

【符号の説明】

１：測定流体の供給源 ２：圧力センサー ３：電磁弁 ４：タイマー ５：流路 5A：上流側流路 5B：下流側流路 ６：吸込装置 11：筐体 11A：上流側筐体 11B：下流側筐体 12：仕切板 13：圧力室 13A：上流側圧力室 13B：下流側圧力室 14：孔 15：弁 16：ソレノイド 17：圧力センサー 18：開口部 18A：上流側開口部 18B：下流側開口部 19：バネ 21：筐体 21A：上流側筐体 21B：下流側筐体 22：ダイアフラム 24：孔 25：弁 26：突起 28：磁石 29：バネ板 31：開口部 31A：上流側開口部 31B：下流側開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻 岳男 愛知県名古屋市南区平子二丁目５の15 (72)発明者 小関 秀樹 愛知県丹羽郡扶桑町南山名小山西40の２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定流体の流路中に流路を開閉可能とす
   る弁機構を設け、前記弁機構の上流側の流路には圧力検
   出部を有し、前記圧力検出部は弁機構より上流側の流路
   内が第一の圧力以上になった事を検出した時に前記弁機
   構を閉状態から開状態に切り替え、第二の圧力以下にな
   った事を検出した時に前記弁機構を開状態から閉状態に
   切り替えるとともに、この弁機構の開状態にある時間を
   検出するようにタイマーを作動させ、そのタイマーによ
   って検出された時間を、弁の開状態にある時間と流量と
   の相関関係により予め求められた動作特性と比較する事
   によって、前記弁機構を通過した流体の体積測定装置。
2. 【請求項２】 測定流体の流路中に流路を開閉可能とす
   る弁機構を設け、前記弁機構の下流側の流路には圧力検
   出部を有し、前記圧力検出部は弁機構より下流側の流路
   内が第一の圧力以下になった事を検出した時に前記弁機
   構を閉状態から開状態に切り替え、第二の圧力以上にな
   った事を検出した時に前記弁機構を開状態から閉状態に
   切り替えるとともに、この弁機構の開状態にある時間を
   検出するようにタイマーを作動させ、そのタイマーによ
   って検出された時間を、弁の開状態にある時間と流量と
   の相関関係により予め求められた動作特性と比較する事
   によって、前記弁機構を通過した流体の体積測定装置。
3. 【請求項３】 測定流体の流路中に流路を開閉可能とす
   る弁機構を設け、前記弁機構は圧力検出部に連動し、前
   記圧力検出部は弁機構の上流側と下流側の圧力差を検出
   するよう構成され、該圧力検出部は前記圧力差が第一の
   圧力差以上になった事を検出した時に弁機構を閉状態か
   ら開状態に切り替え、第二の圧力差以下になった事を検
   出した時に弁機構を開状態から閉状態に切り替えると共
   に、この弁機構の開状態にある時間を検出するようにタ
   イマーを作動させ、そのタイマーによって検出された時
   間を、弁の開状態にある時間と流量との相関関係により
   予め求められた動作特性と比較する事によって、前記弁
   機構を通過した流体の体積測定装置。