JPH0650795A - スモールボリュームプルーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定シリンダを計測流体の温度と常に等しく
保つことにより温度影響を受けることなく且つ圧力によ
る基準体積が変化することない、小形で、信頼性の検査
結果を得る。 【構成】 両端面近傍に流入口５と流出口６とを有する
密閉状の筒状体１と、ピストン１８を挿通する計測シリ
ンダ１７とを、流入口５と流出口６を区画する環状壁１
６を介して同心に固着し、更に、筒状体１に環状壁１６
を挾んで開口するバイパス管７を設け、該バイパス管７
内に設けられたバイパス弁１０を非計測時は、開弁し、
計測シリンダ１７を流体温度とし、計測時は閉弁しピス
トン１８を移動する。ピストン１８の基準移動量は検出
ロッド１９のマーク２０，２１を外部に設けられたセン
サ２２，２３とで検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、流量計の精度を検定するための
小形な検定装置に関し、より詳細には、試験流体の圧
力、温度等の影響を受けにくい高精度な小形流量計検定
装置に関する。

【０００２】

【従来技術】流量計を検定するための検定装置は、新規
に製作された場合、および、使用中の流量計が、温度、
圧力等の外部要因又は可動部摩耗等の内部要因などによ
る特性の変化に対して流量計を信頼できる精度で使用す
るために、定期的に、または任意に試験して特性を求め
ること、いわゆる特性試験を行うものである。この特性
試験は、大別すると固定試験装置に被試験流量計を介装
して試験を行なうキャリブレータと、流量計を流体シス
テム内に介装して任意に試験を行なうプルーバ方式の流
量計試験装置により行われる。プルーバ方式は前記の如
く流量計の特性試験をオンラインで行なうことができ、
必要に応じて任意の特性試験を行なうことができるので
特に配管影響を受け易い推測形の流量計、例えばタービ
ンメータの試験に多く使用されている。プルーバは、断
面一定な管体内をピストンとか球体等の移動体が流体と
共に移動し、該移動体が所定区間を移動することにより
排出する流体を基準体積とする装置であり、プルーバ方
式による流量計の特性試験は、プルーバに規定された基
準体積の流体が流通するときの流量計の読み、すなわち
流量計から発信される流量パルスの数を検知することに
より単位体積当りに発信される流量パルスの数（流量係
数）いわゆるＫファクタを算出するものである。また、
必要により複数の被測流量において流量計数に基づい
て、連続した流量特性曲線が求められる。

【０００３】流量係数を高分解能で求めるためには基準
体積当りに発信する流量パルスの数が所定数以上である
ことが必要で、例えば基準体積の大きい大型の据置き形
プルーバの場合は２０,０００パルス以上の規定が与え
られる。これに対して基準体積を小さくすると、前記規
定数以上の流量パルスが発信できないが、基準体積をピ
ストン等の移動体が通過する間に発信するクロックパル
スの数（時間）と、この間の直前、直後に流量計から発
信する発信パルス（時間）との関係から流量計数を求め
ることができる。従って、流量パルス数が少ない場合で
も小形なプルーバ（以後、スモールボリュームプルーバ
と呼ぶ）が適用でき、移動も可能となる。スモールボリ
ュールプルーバは、基本的には被試験流量計と直列に接
続された断面一定な計測シリンダを有し、該計測シリン
ダ内で移動するピストンが、一定距離移動したとき、輸
液される流体の体積と流量計の読みとを比較するもので
ある。流体の体積は、実際には、ピストンの移動量から
求められる。プルービングにおいては、通常、複数回の
試験結果を平均し、平均値に基づいて流量係数（Ｋファ
クタ）が算出される。このため、各々の観測流量につき
計測シリンダ内でのピストンは、試験回数だけ往復移動
する。

【０００４】計測シリンダ内でピストンを規定区間移動
し、計測を完了してから、ピストンを再びもとの位置に
戻す方式として、ピストンロッドを油圧又は空気圧を用
いたアクチュエータで駆動するが、この間に流体を流通
させるための流通路は、計測シリンダを利用する場合と
計測シリンダに並列な、別に設けられたバイパス流路を
利用する場合とがある。計測シリンダを流通させる場合
は、アクチュエータで戻されるピストン内に弁機能を有
し、計測時には閉弁し、戻しにおいて開弁するようにな
っている。以後、この方式を内弁方式と呼ぶ。バイパス
流路を流通させる場合は、バイパス流路内にバイパス弁
を設け、計測時には閉弁し、戻しで開弁するものであ
る。以後、この方式を外弁方式と呼ぶ。

【０００５】内弁方式のスモールボリュームプルーバと
して、特開平５４−１５３０６３号公報に開示されたも
のがある。これは、ピストン（可動部材）にポヘット弁
を設けたもので、非計量時には開弁し、計測時に閉弁す
るが、前記ポペット弁の開閉回数が多いので、該ポペッ
ト弁の、特にシート部分の寿命が短くなる。ピストン部
での液洩れが試験結果に重大な影響を及ぼすスモールボ
リュームプルーバにとっては、ポペット弁の信頼度は、
試験結果の信頼度につながるものである。

【０００６】外弁方式のスモールボリュームプルーバと
して、特開昭６０−１７３４１８号において「小型流量
検定器」が開示されている。図４は、従来のスモールボ
リュームプルーバを説明するための図で、図中、５１は
導入管、５１ａは流入口、５２はハウジング、５３はバ
イパス管、５４はバイパス弁、５５はアクチュエータ、
５６は導入部、５７は押出体（ピストン）、５８は軸、
５９は主シリンダ、６０は下流部、６１は排出管、６２
はばね、６３，６４はジャーナル軸受、６５は油圧シリ
ンダ、６６は油圧ピストン、６７は検出ロッド、６８は
検出ユニット、６９，７０，７１は検出器、７２は検出
フラッグ、７３はパイロット、７４はスリーブ軸受であ
る。

【０００７】図示において、ハウジング５２は、計測シ
リンダとなる主シリンダ５９と、該主シリンダよりも大
径の導入部５６および下流部６０とより構成されてい
る。前記導入部５６には油圧シリンダ６５が配設し、該
配設部近傍の導入部５６に導入管５１が連通している。
該導入管５１は、ハウジング５２のバイパス流路の一部
となるもので、該バイパス流路は、前記導入管５１とバ
イパス管５３と排出管６１とで構成され、該バイパス流
路に設けられた流入口５１ａと排出口６１ａとの間にバ
イパス５４が介装されている。油圧シリンダ６５と主シ
リンダ５９とは同軸で、油圧ピストン６６と軸５８と押
出体５７とが順に一体に接続されている。軸５８はジャ
ーナル軸受６３で液密に軸承され、該ジャーナル軸受６
３と押出体５７との間には、ばね６２が張設されてい
る。また、押出体５７には、軸５８と平行して検出ロッ
ド６７が固着され、押出体５７の移動を検知可能にして
いる。

【０００８】図示の状態においては、押出体５７の大口
径の導入部５６内に位置しており検出フラッグ７２と検
出器６９とが同位置にある。また、バイパス弁５４が閉
弁されており流入口５１ａから流入した流体は、矢印方
向に導入管５１から主シリンダ５９を通り、排出管６１
の排出口６１ａより流出する。押出体５７は静止してお
り計測待機の状態である。

【０００９】次に、計測開始指令により、油圧ピストン
６６が下流部６０側（右方向）に移動初めると、ばね６
２の張力の助けを受け乍ら押出体５７を移動する。検出
フラッグ７２が検出器７０と７１との区間を通過する間
の移動量を、押出体５７が主シリンダ５９内を移動して
排出される流体体積が基準体積となる。押出体５７は、
該押出体５７の軸方向に伸びるように固着されたパイロ
ット７３がスリーブ軸受７４に軸承されて停止する。こ
の状態で、流体は、大口径の下流部６０の部分を通り流
出口６１ａより流出する。アクチュエータ５５の作動に
よりバイパス弁５４が開弁されると流体は、バイパス管
５３を経て流出口６１ａより流出する。この状態で押出
体５７は、油圧ピストン６６により図示の待機状態位置
に戻される。

【００１０】上述の外弁方式のスモールボリュームプル
ーバは、押出体５７は、主シリンダ５９との間でシール
５７ａを介して摺動することとなるので、内弁方式の場
合のポペット弁部でのリークの心配はない。しかし、主
シリンダ５９の内面は均一な断面になるように精密加工
が施された一重管であるから、流体の温度、圧力等によ
る変形を受ける。温度が高い場合は主シリンダ５９の内
外面間の温度差が大きくなり、しかも、温度差が流体温
度により異なるので、主シリンダ５９内の体積変化を補
正する場合の補正量は一時的に定まらない。また、圧力
変化は、主シリンダ５９内の体積変化をもたらし、基準
体積管としての基準体積が変化することとなる。また、
主シリンダ５９の両端面に大口径の導入部５６と下流部
６０とが配設されているので、全長が長く更に、バイパ
ス流路は導入部５６と下流部６０とが連通するので大形
なプルーバとなり小形にすることは困難である。

【００１１】

【目的】本発明は、上述の問題点に鑑みなされたもので
小形で、しかモ流体の温度、特に圧力影響を受けない信
頼度の高い計測を可能とするスモールボリュームプルー
バを提供することを目的とするものである。

【００１２】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
両端面近傍に、互いに離間して流入口および流出口を設
けた密閉状の筒状体と、流入口と流出口間との間を前記
筒状体との間に設けられた環状壁で封止区画し、該環状
壁により筒状体内に同心支持された断面一様な計測シリ
ンダと、前記環状壁を挟む筒状体壁に開口し、バイパス
弁を配設したバイパス管と、前記計測シリンダ内で軸上
を移動するピストンと、該ピストンが計測シリンダの所
定位置区間を移動したとき、該所定位置を検知するセン
サとから構成したこと、更には、（２）前記（１）にお
いて、流入口側の筒状体端面に、ピストンが始動すると
きに、該ピストンの移動を付勢するばね手段を設け、該
ばね手段のばねの強さを試験流量に応じて調整可能とし
たこと、更には、（３）前記（１）において、バイパス
管内の流路を開閉するバイパス弁体に、該バイパス減が
流路を閉弁する閉弁動を付勢するばね手段を設けたこと
を特徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づ
いて説明する。

【００１３】図１は、本発明のスモールボリュームプル
ーバの一実施例を説明するための図で、図中、１は筒状
体、２は壁面、３は上流側端面、４は下流側端面、５は
流入口、６は流出口、７はバイパス管、８は導入管、９
は排出管、１０はバイパス弁、１１はアクチュエータロ
ッド、１２はバイパス弁付勢機構、１３，２６は筒体、
１４，２７は押圧体、１５，２８はばね、１６は環状
壁、１７は計測シリンダ、１８はピストン、１８ａはシ
ール材、１８ｂはガイドリング、１９は検出ロッド、１
９ａはリークデテクト孔、２０，２１はマーク、２２，
２３はセンサ、２４はピストン付勢機構、２５はジャー
ナル軸受、２９は端面板である。

【００１４】図示において、筒状体１は両端面に各々上
流側端面板３および下流側端面板４を有する密閉状の筒
体であり、両端面近傍に、流入口５および流出口６が設
けてある。該筒状体１の内部には、同軸な円筒で両端を
開口する計測シリンダ１７が配設されている。該計測シ
リンダ１７は、流入口５と流出口６とを封止区画する環
状壁１６を介して外周面で接合されている。また、計測
シリンダ１７は、基準体積管となるもので内面は精密に
断面一定となるように加工を施している。

【００１５】前記計測シリンダ１７内には、ピストン１
８が摺動可能に挿入されている。該ピストン１８には、
両面の前後部には摺動面が常に安定するようにガイドリ
ング１８ｂが設けられ、摺動面には液洩れを防止するた
めにシール材１８ａが配設され、更に、ピストン１８の
移動を検知するための検出ロッド１９が固着されてい
る。該検出ロッド１９は、計測シリンダ１７の正しく軸
上を移動するように、下流側端面板４のジャーナル軸受
２５により摺動可能に支持されている。検出ロッド１９
の外周には、位置検出のためのマーク２０，２１が基準
体積に対応する所定間隔を隔て、設けられており、軸内
には、ピストン１８の計測シリンダ１７内の摺動におい
て、摺動面の液洩れを検知するためのリークデテクト孔
１９ａが設けられている。

【００１６】上流側端面板３には、ピストン付勢機構２
４が配設されている。該ピストン付勢機構２４は、ピス
トン１８が計測のため始動するとき、慣性によりピスト
ン１８の速度が低下するのを補正するためのものであ
る。該ピストン付勢機構２４は、検出ロッド１９と同軸
に、上流端面板３に筒体２６を介して設けられており、
該筒体２６の端面板２９と軸上に移動可能に設けられた
糸巻き状の押圧体２７との間に張設されたばね２８とに
より構成される。前記押圧体２７はピストン１８を下流
側端面板４側の軸方向に押圧するように当接している。

【００１７】筒状体１の壁面には、更に環状壁１６を隔
て、バイパス弁１０を配設したバイパス流路が開口して
いる。バイパス流路は、導入管８とバイパス管７と排出
管９とで構成される。バイパス弁１０はアクチュエータ
ロッド１１に接合され、ストッパ２４およびジャーナル
軸受２５により軸承され、アクチュエータロッド１１の
移動によりバイパス管７のシート７ａに嵌合することに
より閉弁する。該バイパス弁１０には、押圧体１４を介
してばね１５のばね力によりバイパス弁１０の初動を付
勢するバイパス弁付勢機構１２が設けられている。前記
バイパス流路が、導入管８と排出管９を含む面と流入口
５と流出口６とを含む面と同一の面となるように配置さ
れた所定の角度を有する場合。すなわち、導入管８と排
出管９とが筒状体１の上部に開口しない場合はバイパス
流路を流通する流れは筒状体１内に滞留することがある
ので、図１の図示の如く同一な面となるように、配設さ
れることが好ましい。

【００１８】上述のスモールボリュームプルーバは、ピ
ストン１８が図示のＡ位置にある状態がプルービングす
る以前のものである。この状態では、流入口５から筒状
体１内に流入した流体は筒状体１と計測シリンダ１７と
の間を通り、開弁しているバイパス弁１０から排出管９
を経て、再び筒状体１と計測シリンダ１７との間の流路
から流出口６より流出している。従って、計測シリンダ
１７は常に流体の温度と同じ温度に保たれている。ま
た、計測シリンダ１７の内外の圧力は等しいので、計測
シリンダ１７には流体圧による変形は生じない。

【００１９】計測開始の指令に基づいて、アクチュエー
タロッド１１がアクチュエータ（図示せず）により駆動
され、バイパス弁がバイパス管７を閉弁すると、流体圧
がピストン１８に作用し、該ピストン１８を下流側端面
板４に向けて移動し、ピストン１８は点線で示したＢ位
置で停止する。この間、該ピストン１８の移動により検
出ロッド１９も検出する。通常センサは１個のみ装着さ
れているが、本発明においては２個移動方向に間隔を隔
てて設けられている。このため、マーク２０，２１をセ
ンサ２２および２３で２回検知するので、平均値を算出
でき読み値の確らしさが向上する。また、センサの一方
が破損しても他方のセンサで確実にマーク２０，２１を
検知できる。ピストン１８が移動中に摺動面で洩れがあ
ればリークデテクト孔１９ａを介して洩れ量を筒状体１
の外部で検知できる。

【００２０】以上の試験操作により、プルービングが終
了するが、流体は、計測シリンダ１７の内部を経て流入
口５と流出口６との間を流通している。この状態で、バ
イパス弁１０を開弁し、バイパス流路を流通することに
より、ピストン１８をＡの位置に戻すことができる。該
ピストン１８の戻しの移動は、検出ロッド１９に接続さ
れたアクチュエータ（図示せず）により行われ、ピスト
ン１８がＡ位置に戻った図示の状態で一回のプルービン
グ動作は終了する。

【００２１】プルービングは、一定の流量でのみ行うの
ではなく、被検流量計の流量範囲内の各観測ポイントで
行われる。従って、ピストン１８の移動速度も流量に従
って変化する。しかし、ピストン１８と検出ロッド１９
等を含めた移動体の慣性は一定であるから、遅れ時間に
より大流量ではピストン１８が一定速度に達しない区間
が生ずるという問題が生ずる。逆に小流量の場合は、ピ
ストン付勢機構２４のばね２８のばね力により実際の移
動速度よりも速くなる区間が生ずる。

【００２２】図２は、本発明のスモールボリュームプル
ーバのピストン付勢機構の実施例を説明するための図
で、図中、３０はばね座、３１はガイドピン、３２は押
圧ねじ、３３，３４はウォーム歯車であり、図１と同一
の作用をする部分には等しい符号を付している。図示に
おいて、ばね２８は、ばね座３０と押圧体２７との間に
張設され、ばね座３０はガイドピン３１，３１に従って
端面板２９と平行に矢印Ｘ−Ｘ方向に移動する。移動量
はウォーム３４の軸３４ａを流量に従って、矢印Ｒ方向
に回転することによりウォーム歯車３３を回転し、ばね
座３０に当接する押圧ねじ３２を移動させるものであ
る。なお、前記においてはばね２８を押圧駆動する駆動
手段としては歯車を用いた例を述べたが、これに限るも
のではなく、例えば油圧又は空気圧等の流体圧で駆動さ
れるシリンダ内のピストンとばね座３０を連結する方法
でもよい。この場合はシリンダに印加される流体圧力に
基づいてばね２８の変位量を定める。

【００２３】図３（ａ）,（ｂ）は、ピストンの移動速
度を説明するための図で、図（ａ）は大流量時、図
（ｂ）は小流量時のピストン１８の速度応答を示す。従
来例は点線で示し、本発明は実線で示す。本発明による
と、大流量においては、図（ａ）の実線Ｂに示す如く、
ばね２８のばね力を強くすることによりピストン１８の
速度が増大し、マーク２１がセンサ２２に検出される以
前に一定速度Ｖ₁に達している。また、流量が小さいと
きは、ばね２８を弱めることにより、図（ｂ）の実線Ｄ
に示すごとく、計測範囲で、規定速度Ｖ₂を越えること
なく一定な速度Ｖ₂となる。

【００２４】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、（１）計測シリンダが筒状体内に同軸に配置され、
非計測時においても流体は、計測シリンダと筒状体との
間を流通するので、計測シリンダの温度は常に流体温度
となっており、計測時に温度急変により容積変化を生ず
ることがなく、更に流体の圧力変化により基準体積が変
化しないので、温度、圧力に影響されない正確な基準体
積が得られる。また、プルービングを開始させるための
バイパス流路外弁は、筒状体の側壁に開口するので長さ
が短かく、全体に小形なスモールボリュームプルーバと
することができる。 （２）ピストンの初動において、流量に応じてピストン
の移動を付勢する付勢量を可変にしたので、速度が一定
となる初期移動区間が短くなり、その分計測シリンダの
長さ、即ちプルーバの全長を短くすることができる。 （３）バイパス弁に対しても付勢機構を設けたので短時
間に始動ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のスモールボリュームプルーバの一実
施例を説明するための図である。

【図２】 本発明のスモールボリュームプルーバのピス
トン付勢機構の実施例を説明するための図である。

【図３】 ピストンの移動速度を説明するための図で、
図（ａ）は大流量時、図（ｂ）は小流量時のピストンの
速度応答を示す図である。

【図４】 従来のスモールボリュームプルーバを説明す
るための図である。

【符号の説明】

１…筒状体、５…流入口、６…流出口、７…バイパス
管、１０…バイパス弁、１２…はバイパス弁付勢機構、
１６…環状壁、１７…計測シリンダ、１８…ピストン、
２０，２１…マーク、２２，２３…センサ、２４…ピス
トン付勢機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永盛 雄二郎 東京都新宿区上落合３丁目10番８号 オー バル機器工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端面近傍に、互いに離間して流入口お
   よび流出口を設けた密閉状の筒状体と、流入口と流出口
   間との間を前記筒状体との間に設けられた環状壁で封止
   区画し、該環状壁により筒状体内に同心支持された断面
   一様な計測シリンダと、前記環状壁を挟む筒状体壁に開
   口し、バイパス弁を配設したバイパス管と、前記計測シ
   リンダ内で軸上を移動するピストンと、該ピストンが計
   測シリンダの所定位置区間を移動したとき、該所定位置
   を検知するセンサとから構成したことを特徴とするスモ
   ールボリュームプルーバ。
2. 【請求項２】 流入口側の筒状体端面に、ピストンが始
   動するときに、該ピストンの移動を付勢するばね手段を
   設け、該ばね手段のばねの強さを試験流量に応じて調整
   可能としたことを特徴とする請求項１記載のスモールボ
   リュームプルーバ。
3. 【請求項３】 バイパス管内の流路を開閉するバイパス
   弁体に、該バイパス減が流路を閉弁する閉弁動を付勢す
   るばね手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のス
   モールボリュームプルーバ。