JPH0650797A - スモールボリュームプルーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小形な内弁方式の長所を生かし、基準体積の
流体を排出する計測シリンダおよびピストンを単純な形
状とし、流体の急激な温度変化および圧力変形を受けず
長期間安定して正確な基準体積が得られるようにする。 【構成】 被測定流体の流通する筒状体１内に両端開口
する同軸な計測シリンダ８を環状壁７で支持する。該環
状壁７近傍の計測シリンダ８の周上に設けられた透孔８
を、円筒スライド弁１０で開閉する。円筒スライド弁１
０により、非計測時では透孔８を開路し、計測時では閉
路する。流体は非計測時で環状流路１ｂを通って排出さ
れ、計測時でピストン９を移動する。ピストン９は、セ
ンサ１５，１６で定められる区間に相当する計測シリン
ダ８内の基準体積の流体を排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、流量計を検定するスモールボリ
ュームプルーバに関し、より詳細には、計測時の流体流
れによる急激な温度変化、および、圧力の影響を受けな
い計測シリンダを有し、該計測シリンダのバイパス流路
のない小形なスモールボリュームプルーバに関する。

【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
信する発信パルスの数(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。外弁方式のスモ
ールボリュームプルーバはバイパス流路を有するので、
その分大形になるが、内弁方式は小形となるのが特徴で
ある。

【０００５】図５は、従来のスモールボリュームプルー
バの動作を説明するための図で、特開昭５４−１５３０
６２号公報に開示されるものである。図中、２０はシリ
ンダ、２１，２２は端面板、２１ａは液シール材、２２
ａは接続フランジ、２２ｂは流出口、２３は流路、２４
は可動部材、２４ａは開口、２４ｂは弁座、２５は円板
部材、２５ａは開口、２６は支持ロッド、２７はポヘッ
ト弁、２７ａはシール部材、２８はばね、２９は引戻し
装置、３０は円筒導管、３１はロッド、３２はピスト
ン、３３はフランジ、３４，３５はデテクタ、３６，３
７は空気圧導入口である。

【０００６】図示において、被試験流量計（図示せず）
は、複数の流路２３に分流する以前の上流側流路に介装
される。シリンダ２０は基準体積管で両端面に端面板２
１，２２が固着され、内部には、複数の支持ロッド２６
により平行に固着された可動部材２４と円板部材２５と
が液密に移動可能に嵌挿されている。前記可動部材２４
（ピストン）と円板部材２５との間にはポペット弁２７
が同軸に移動可能に配設されている。

【０００７】前記ポペット弁２７は引戻し装置２９によ
り移動される。ポペット弁２７は前記引戻し装置２９の
ロッド３１の一端に固着し、該ロッド３１の他端に配設
したピストン３２に作用する空気圧により円筒導管３０
内を移動する。空気圧は、前記円筒導管３０の両端部に
開口する圧力導入口３６，３７の何れか一方に導入さ
れ、圧力導入口３６，３７の何れかが他方が大気開放さ
れる。

【０００８】またポペット弁２７と円板部材２５との間
には同軸にばね２８が張設される。また円筒導管３０の
中間区間に一対のデテクタ３４，３５が配設され、ピス
トン３２の通過を検知する。

【０００９】次に叙上のスモールボリュームプルーバの
動作を説明する。被測定液体は、常時、流量計（図示せ
ず）→流路２３，２３→開口２９ａ→開口２４ａ→流出
口２２ｂの順で矢印Ｑ方向に流出しているが、試験開始
に当って、圧力導入口３６に空気圧を導入し、圧力導入
口３７を大気開放するとピストン３２は流れＱ方向に移
動し、張設したばね２８のばね力も加わってポペット弁
２７は、弁座２４ｂに嵌挿し、シール部材２７ａにより
液シールするとともに開口２４ａを封止する。

【００１０】この結果、可動部材２４は、円板部材２５
と共に矢印Ｑ方向に移動する。ピストン３２がデテクタ
３４を通過したとき、流量計の流量パルスのゲート（図
示せず）を開き、デテクタ３５を通過したときゲートを
閉じることにより、積算される流量パルスとデテクタ３
４，３５間をピストン３２が移動することによりシリン
ダ２０の区間で定められる基準体積とを比較して流量係
数が算出される。

【００１１】ポペット弁２７の引き戻しは圧力導入口３
７に空気圧を導入し、圧力導入口２６を大気開放するこ
とによりピストン３２の力によりポペット弁２７に作用
する圧力とばね２８のばね力とに抗して開弁され、流れ
に抗して図示の位置に戻される。

【００１２】上述のスモールボリュームプルーバは、構
造は簡単であるが、基準体積管であるシリンダ２０は、
被測定液体が流通する流通路となるものであるから、該
液体の圧力の大きさにより膨張し基準体積が変化する。
更に温度が変化した場合、シリンダ内外周の温度差によ
り熱ひずみが発生し、温度差によっても基準体積が複雑
に変化する。すなわち、シリンダ２０は単一構造である
ため被測液体の圧力、温度影響を受け、基準体積が変化
する。この変化を防ぐため厚肉円筒とすると重量が増
し、高価となる問題があった。また、ポペット弁２７と
可動部材２４とは、シール部材２７ａにより液シールさ
れるが、ポペット弁２７の開閉回数が多いので、該ポペ
ット弁の特にシ〜ト部分の寿命が短くなる。可動部材
（ピストン）２４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２７の信頼性は、試験結果の信頼度につながるも
のである。

【００１３】

【目的】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもの
で、内弁式のスモールボリュームプルーバの特徴を生か
し、小形であって、被測流体の温度、圧力の影響を受け
て基準体積が変化することがなく、更に、単純な弁構造
とすることにより液もれがなく、信調性の高い計測を可
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
目的としてなされたものである。

【０００１４】

【構成】本発明のスモールボリュームプルーバは、上記
目的を達成するために、（１）両端部近傍に流入口と流
出口とを有する筒状体と、両端が開口し、一方の端面近
傍の流出口側における周上に透孔を有する断面一様な円
筒で、前記筒状体内に同軸に配置される計測シリンダ
と、前記筒状体と計測シリンダとで環状流路を形成し、
該環状流路の流入口と流出口とを区画する環状壁と、前
記計測シリンダ内を移動し、所定区間内の移動により基
準体積の流体を排出するピストンと、前記計測シリンダ
内を移動するピストンの上流側に位置して計測シリンダ
内を移動し、流体を、非計測時は前記透孔より環状流路
に導入し計測時は計測シリンダ内を流通するように作動
する円筒状スライド弁と、前記ピストンを非計測時は透
孔近傍の所定位置に係止し、計測後は前記所定位置に戻
す第１アクチュエータと、前記円筒状スライド弁を駆動
し、非計測時は、前記透孔を開口し、計測時に閉止させ
る第２アクチュエータとから構成したことを特徴とした
もので、更には、（２）前記（１）において、計測シリ
ンダの透孔を、流出口側の環状壁近傍の周方向に複数個
を１列に設け、前記計測シリンダ内を移動して透孔を開
閉する円筒状スライド弁に中間に環状溝を設け糸巻形状
としたこと、更には、（３）前記（１）において、計測
シリンダの透孔を、環状壁を挾んだ流入口側と流出口側
周方向に各々複数個を１列に設け、前記円筒状スライド
弁を、円筒面の流入口側と流出口側との対応する位置に
開口し、該流入口側と流出口側との透孔を連通する連通
路を円筒状内に設けた２重円筒形とし、流入口側の透孔
と流出口側の透孔とを非計測時の所定位置で連通し、所
定位置よりも移動した計測時には前記連通路が閉止する
構造とし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。

【０００１５】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構成図で、図中、１
は筒状体、１ａは支持板、１ｂは環状流路、２は管壁、
３は流入側端面板、４は流出側端面板、５は流入口、６
は流出口、７は環状壁、８は計測シリンダ、８ａは透
孔、９はピストン、９ａはシール材、９ｂはピストンロ
ッド、９ｃは第１駆動ピストン、９ｄは接触リング、１
０は円筒スライド弁、１０ａは環状溝、１０ｂは支柱、
１０ｃはフランジ、１０ｄはスライド弁ロッド、１０ｅ
は第２駆動ピストン、１１は第１アクチュエータ、１１
ａはストッパ、１１ｂは高圧空気口、１１ｃは大気圧
口、１２は第２アクチュエータ、１２ａはストッパ、１
２ｂ，１２ｃは空気圧口、１３はばね、１４はダンパ、
１４ａはケーシング、１４ｂは受圧体、１４ｃはばね、
１４ｄは空気孔、１５，１６はセンサである。

【０００１６】図示において、筒状体１は流入側端面板
３と流出側端面板４とを有する密閉構造で、各々の端面
近傍に流入口５と流出口６とが設けられている。該筒状
体１内には、断面が精密に一定となるように加工され両
端が開口する計測シリンダ８が同軸に配設されている。
該計測シリンダ８は、一方の開口部近傍で環状壁７によ
り筒状体１内に固着され、他端部で支持板１ａで支持さ
れている。また、計測シリンダ８の環状壁の近傍には、
周方向に多数、図においては一列の透孔８ａが開口して
おり、該計測シリンダ８と筒状体１とで形成される環状
流路１ｂに連通している。

【０００１７】筒状体１の流入側端面板３には、順に第
２アクチュエータ１２と、第１アクチュエータ１１が配
設されている。第１アクチュエータ１１内には空気圧駆
動される第１駆動ピストン９ｃが軸上を摺動可能に配設
され、該第１駆動ピストン９ｃにはピストンロッド９ｂ
を介してピストン９が接続されている。ピストン９は計
測シリンダ８内を移動して基準体積の被測流体を排出す
るための移動体であり、液洩れを防ぐために摺動する外
周面にシール材９ａが配設されている。また、ピストン
９の移動範囲は第１アクチュエータ１１内のストッパ１
１ａ、１１ａで定められる第１駆動ピストン９ｃの移動
範囲で規定され、透孔８ａより流出側端面４側に僅かに
離れた位置から、計測シリンダ８より外れた位置までの
区間である。

【０００１８】第２アクチュエータ１２は、第１アクチ
ュエータ１１と同軸に空気圧又は油圧で移動する第２ピ
ストン１０ｅを駆動するための駆動装置で、該第２駆動
ピストン１０ｅは円筒スライド弁１０を駆動する駆動体
である。円筒スライド弁１０は、計測シリンダ８を摺動
して透孔８ａを開閉する弁体で、外周に環状溝１０ａを
有する円筒形で、第２駆動ピストン１０ｅとは順に支柱
１０ｂ、フランジ１０ｃ、スライド弁ロッド１０ｄを介
して同軸に接続されている。なお、環状溝１０ａはスラ
イド弁１０の摺動面に作用する流体圧を一定とし、スム
ーズに移動させるためのものである。従って、該円筒ス
ライド弁１０は第２ピストン１０ｅの移動に従って移動
するが、該第２ピストン１０ｅは第２アクチュエータ１
２内でストッパ１２ａ、１２ａで規定された区間を移動
する。この区間は、計測シリンダ８の透孔８ａを含む位
置から流入口５側の端部迄の範囲である。

【０００１９】上述の構成を有する本発明のスモールボ
リュームプルーバの動作を説明する。図１は、試験待機
の状態で、第２アクチュエータ１２の駆動により円筒ス
ライド弁１０は透孔８ａを開路している。被験流量計
（図示せず）と直列に接続された流入口５より流入する
流体は、矢印Ｑ方向に進む。すなわち、支柱１０ｂとフ
ランジ１０ｃおよび円筒スライド弁１０とで形成される
内部空間から、円筒スライド弁１０内および透孔８ａを
経て環状流路１ｂを通り流出口６に流出する。この間、
ピストン９は、該ピストン９と一体に設けられた接触リ
ング９ｄの端部と円筒スライド弁１０の端面とが当接し
ておりアクチュエータ１１により透孔８ａの僅かに後流
側に固定されている。すなわち、第１アクチュエータ１
１内に高圧空気口１１ｂを介して導入された空気圧によ
り第１駆動ピストン９ｃがストッパ１１ａに当接してい
る位置である。

【０００２０】上記待機状態において計測開始指令が発
せられると、第２アクチュエータ１２と第１アクチュエ
ータ１１内の高圧空圧を大気開放する。この結果、ばね
１３のばね力により円筒スライド弁１０は透孔８ａを閉
路し、同時にピストン９を接触リング９ｄを介して駆動
し、ピストン９を短時間で一定速度とする初期加速作用
を与えて、高精度な流量一定とする効果を与える。環状
流路１ｂは閉止されたのでピストン９は、流体圧により
計測シリンダ８内を流出側端面板４に向けて移動する。
同時に第２駆動ピストン９ｃも移動し、センサ１５，１
６から位置信号を発信させる。該センサ１５，１６から
発信される信号の区間がピストン９が排出する基準体積
で被検流量計（図示せず）と比較される。

【０００２１】図２は、図１において計測が終了した状
態を示す図で、第２アクチュエータ１２の駆動により円
筒スライド弁１０は透孔８ａを閉路している。ピストン
９は、計測シリンダ８の外部に移動して、流入口５から
流入した流体は、円筒スライド弁１０と計測シリンダ８
内とを通り流出口６より流出している。ダンパ１４は、
ピストン９の移動を停止させるときの緩衝装置で、ピス
トン９を受圧体１４ｂで受けて、ばね１４ｃのばね力と
空気孔１４ｄで定める制動力によりピストン９に無理な
力が作用しないようにする。

【０００２２】図３は、本発明のスモールボリュームプ
ルーバの他の実施例を示す円筒スライド弁の部分図で、
図中、８ｂ，８ｃは透孔，１７は２ポートスライド弁、
１８は連通路、１８ｂ，１８ｃは開口、１９は円筒通
路、１９ａは壁面で、図１と同じ作用する部分には等し
い符号を付している。

【０００２３】図示において、２ポートスライド弁１７
は、円筒状体で、中間部の壁面に離間して開口する開口
部１８ｂ，１８ｃを有し、円筒状体内部に形成された連
通路１８が設けられている。一方、計測シリンダ８に
は、環状壁７を挾んだ流入口と、流出口側に、各々円周
上に列をなし開口する複数の透孔８ｂ、および８ｃが設
けられている。透孔８ｂと８ｃとは開口１８ｂと１８ｃ
と等しい間隔となっており、透孔８ｂが開口１８ｂと一
致したところでは透孔８ｃ開口１８ｃとが一致し連通路
１８により連通される。また、前記一致した位置から所
定量移動した位置では、透孔８ｂ，８ｃは２ポートスラ
イド弁１７の外周面と、壁面１８ａとで閉止される。

【０００２４】次に上記の構成における動作を説明す
る。ピストン９および２ポートスライド弁１７は共に第
１アクチュエータ、第２アクチュエータ（図示せず）に
より係止され、図示の位置で固定されている。環状壁７
により封止されていた流入口から流体は矢印Ｆに従って
連通路１８を流通して流出口側に流出する。流体は、計
測シリンダ８と接しているので、計測シリンダ８の温度
は常に流体温度になっており、また計測シリンダ８の流
出側で開口しているので、流体圧力により変形すること
はない。

【０００２５】図４は、図３において計測中の状態を説
明するための図で、２ポートスライド弁１７は支柱１０
ｂを介して第２アクチュエータを図示の位置となるよう
に駆動する。これにより透孔８ｂおよび８ｃは閉止し、
流入口側と流出口側の連通路１８は遮断される。この直
後、第１アクチュエータの係止を解き、ピストン９は流
体と共に矢印ＦＭ方向に移動し計測を完了する。

【０００２６】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、計測シリンダは被測流体が常に流通する筒状体内に
同軸に配設されて、該被流定流体の温度に均一に保たれ
ているので基準体積の温度補正は正確になされる。また
圧力影響により変形することがないので、正確な基準体
積が得られる。更に、待機状態から計測開始する場合は
計測シリンダ内で単純な形状の円筒状スライド弁を移動
する内弁方式であるから、バイパス管は不要で小形であ
りながら常に安定した流路切替えができ、ピストンには
特別な付加要素を設けないので信頼性の高く、また軽量
であり慣性が小さく流速への追従性が良く短時間で一定
流速となるので高精度な基準体積が得られる。更には。
計測シリンダが両端開口しているので、該計測シリンダ
内に堆積するスラッジ等は計測毎に完全に排出されるの
でピストンの耐久性を高め、信頼性を大幅に向上させる
ことができる。

【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構造図である。

【図２】 図１において計測が終了した状態を示す図で
ある。

【図３】 本発明のスモールボリュームプルーバの他の
実施例を示す円筒スライド弁の部分図である。

【図４】 図３において計測中の状態を説明するための
図である。

【図５】 従来のスモールボリュームプルーバの動作を
説明するための図である。

【符号の説明】

１…筒状体、１ａ…支持板、１ｂ…環状流路、２…管
壁、３…流入側端面板、４…流出側端面板、５…流入
口、６…流出口、７…環状壁、８…計測シリンダ、８ａ
…透孔、９…ピストン、９ａ…シール材、９ｂ…ピスト
ンロッド、９ｃ…第１駆動ピストン、１０…円筒スライ
ド弁、１０ａ…環状溝、１０ｂ…支柱、１０ｃ…スライ
ド弁ロッド、１０ｄ…第２駆動ピストン、１１…第１ア
クチュエータ、１１ａ…ストッパ、１１ｂ…高圧空気
口、１１ｃ…大気圧口、１２…第２アクチュエータ、１
２ａ…ストッパ、１２ｂ，１２ｃ…油圧源、１３…ば
ね、１４…ダンパ、１４ａ…ケーシング、１４ｂ…受圧
体、１４ｃ…ばね、１４ｄ…空気孔、１５，１６…セン
サ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端部近傍に流入口と流出口とを有する
   筒状体と、両端が開口し、一方の端面近傍の流出口側に
   おける周上に透孔を有する断面一様な円筒で、前記筒状
   体内に同軸に配置される計測シリンダと、前記筒状体と
   計測シリンダとで環状流路を形成し、該環状流路の流入
   口と流出口とを区画する環状壁と、前記計測シリンダ内
   を移動し、所定区間内の移動により基準体積の流体を排
   出するピストンと、前記計測シリンダ内を移動するピス
   トンの上流側に位置して計測シリンダ内を移動し、流体
   を、非計測時は前記透孔より環状流路に導入し計測時は
   計測シリンダ内を流通するように作動する円筒状スライ
   ド弁と、前記ピストンを非計測時は透孔近傍の所定位置
   に係止し、計測後は前記所定位置に戻す第１アクチュエ
   ータと、前記円筒状スライド弁を駆動し、非計測時は、
   前記透孔を開口し、計測時に閉止させる第２アクチュエ
   ータ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】 計測シリンダの透孔を、流出口側の環状
   壁近傍の周方向に複数個を１列に設け、前記計測シリン
   ダ内を移動して透孔を開閉する円筒状スライド弁に中間
   部に環状溝を設け糸巻形状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】 計測シリンダの透孔を、環状壁を挾んだ
   流入口側と流出口側周方向に各々複数個を１列に設け、
   前記円筒状スライド弁を、円筒面の流入口側と流出口側
   との対応する位置に開口し、該流入口側と流出口側との
   透孔を連通する連通路を円筒状内に設けた２重円筒形と
   し、流入口側の透孔と流出口側の透孔とを非計測時の所
   定位置で連通し、所定位置よりも移動した計測時には前
   記連通路が閉止する構造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。