JPH0690057B2 - 流量計測装置 - Google Patents

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（/min/H
z）としたとき、一般に、流量Ｑ（/min）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Ｑ（/min）は、 Ｑ＝aH＋ｂ ……（２） の式で表される。

（２）式のうち定数ｂは該流量計では計測が不可能にな
る無効流量（/min）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ｂの影響により変化する。

この無効流量を示す定数ｂ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ｂに
なる。計測すべき流量が定数ｂ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ｂ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
きるが、計測可能な最低流量は無効流量ｂ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側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と計測不可能な無効流量領域を有するパルス出力型の
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、上記供給
流量計７とほぼ同じ計測不可能な無効流量領域を有する
パルス出力型の戻り流量計10と絞り弁11とが順に接続さ
れている。

パルス出力型の流量計には、例えば、ギヤ式の流量計や
インペラ式の流量計などが含まれるが、ギア式のもので
は、構造上必ず漏れが発生するので、一定の低流量領域
においては、流量計測が不可能になる領域が存在する。
また、インペラ式のものでは、インペラの外周部に流体
を衝突させてインペラを回転させることにより流量を計
測するので、一定の低流量領域においては、インペラを
回転させることができずに、流量計測が不可能になる領
域が存在する。これら流量計測が不可能になる領域をこ
の明細書においては無効流量領低域と定義する。

従来、パルス出力型の流量計では、この無効流量領域の
存在により計測できる最低流量に限界が設けられてい
る。

この実施例では、その限界を取り払おうとするもので、
これによれば、以下に詳細に説明するように、微少流量
から最大流量までの全流量を無理無く計測することがで
きる。

次に、本実施例の作用を説明する。

流量計側系統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Qs、戻り流量計10の計
測値をQrとすると、流量計測系統１内を流れる流量Qc
は、 Qc＝Qs−Qr ……（３） 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Qrは零になるので、（３）式から、計測系統１
内を流れる流量は、Qc＝Qsで表される。

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_Cは、供給流量計７の計測値Q_Sと戻り流量計10の
計測値Qrとの差分として、（３）式から、Qc＝Qs−Qrで
表される。

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
7,10で計測される流量Qs,Qr（/min）は、 Qs＝asHs＋bs ……（４） Qr＝arHr＋br ……（５） の各式で表される。

各式のうち定数bs,br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
（/min）を示している。

（４）、（５）式を（３）式に代入すると、 Qc＝Qs−Qr＝asHs−arHr＋（bs−br） ……（６） 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≒br、となり、また、
ａ^＊≒as≒arとおいて、これらを（６）式に代入する
と、 Qc＝ａ^＊（Hs−Hr） ……（７） 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bs,brが消去されている。即ち、計測系統１内
を流れる流量Qcは、流量計7,10から出力されるパルス周
波数Hs,Hr（Hz）と、流量計7,10のパルス分解能ａ
^＊（/min/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ｂ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ｂが消去されるので、無効
流量（/min）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Qcmaxは、（７）式
から明らかなように、Hrが零の場合であるから、Qcmax
＝ａ^＊Hsである。これに対し、最少流量Qcminは、
（７）式から明らかなように、Hs−Hr＝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−Hr≦５程度であり、計測可能な最少流量Qcmin
は、Qcmin≒5a^＊程度である。

この種の流量計においては、計測可能な最大流量Qcmax
と、計測可能な最少流量QcminとのレンジビリティRc
（＝Qcmax/Qcmin）が、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Rcは、 Rc＝Qcmax/Qcmin≒ａ^＊Hs/5a^＊ ……（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
くしたとしても、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＝Qmax/（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ｂ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ｂ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^＊（/min
/Hz）を増大させるだけで、最少流量（≒5a^＊）及びレ
ンジビリティ（≒ａ^＊Hs/5a^＊）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Rcを、従来の流量計のレンジ
ビリティＲに比較すると、 Rc＝（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1/2〜1/2
01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11
（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17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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流量計測装置の一実施例を示す系
統図、第２図は他の実施例を示す系統図である。 １……流量計測系統、２……入口、３……出口、４……
計測機構、５……供給管路、６……循環ポンプ、７……
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、16……第２の流量
調節弁、17……第３の流量調節弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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計測不可能な無効
   流量領域を有するパルス出力型の供給流量計と、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前記供給流量計の
   計測不可能な無効流量領域とほぼ同じ無効流量領域を有
   するパルス出力型の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. 【請求項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。