JPH0694494A - 気体の流量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液化しやすくまた性状不安定な気体であっても
その流量の測定を支障なくかつ高信頼度で測定するこ
と。 【構成】測定対象とされる気体を流す主通路６に浄化用
気体導入管１３，１４を２方向弁１１，１２を介して接
続し、測定終了後に２方向弁１１，１２を切り替えて主
通路６に浄化用気体を勢いよく流して主通路６に残存す
る気体を排出させる。また、加熱部１９によってその内
部を気体の液化を防止できる温度に加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、常温で液化、または、
性状の変化しやすい気体を極めて高精度で測定すること
が可能な気体の流量計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】気体の流量を計測するにはそれ専用の装
置が必要となるが、その装置の一例としては図１に示す
ようなものを例示できる。同図に示す装置は熱式質量流
量計と称されるものであり、気体の流量を測定する流量
センサ部１と、この流量センサ部１によって検出された
測定値に基づいて流量を演算する電気回路部２とから成
り、この電気回路部２には、当該電気回路部２で演算さ
れた演算結果を流量出力信号として出力する出力端子３
が設けられている。

【０００３】流量センサ部１の具体的な構成は図２に示
す通りである。測定対象とされる気体は図示流量計の入
口側から出口側に矢印方向に流れる（図１の矢印もこの
気体の流れ方向を示す）。この流量センサ部２には、気
体の流通経路としてバイパス通路５と主通路６とが設け
られている。バイパス通路５には、主通路６にある程度
の量の気体を流入させるためのラミナーフローエレメン
ト７が設けられている。一方、主通路６は非常に小口径
の細管状であり、この主通路６にはこの主通路６の一部
を加熱するヒータ８が取り付けられ、その両側には、こ
の主通路８の温度を検出する温度センサ９，１０がそれ
ぞれ設けられている。

【０００４】この主通路６に気体が流れると、図３に示
すように主通路６の温度分布が不均一となって、この結
果ヒータ８の両側に設けられている２つの温度センサ
９，１０にこの気体の質量流量に対応した温度差が生じ
ることになる。つまり気体の流通方向上流側では気体に
より熱が奪われるために温度センサ９の検出温度は低下
するが、逆にその下流方向では気体が奪った熱のために
温度センサ１０の検出温度は上昇する。この検出温度差
は気体の比熱によって定まる。尚、気体が流れていない
ときには同図に示すようにこれらの温度センサ９，１０
の温度差はない。この装置の電気回路部２ではこの温度
差に基づいて気体の流量を測定することになるが、この
測定にあたってはその算出のために測定対象となる気体
の比熱や密度の値を定数として入力しておくのはもちろ
んである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置にあっては、主通路６が非常に口径の小
さい細管（直径0.3mm 程度）であるために、この細管内
を流れる気体が常温付近において液化しやすいものであ
る場合には、この気体を主経路６に導く配管内において
液化し、主経路６内においては霧状となって、液化した
成分がその内部に付着したり詰まったりして流量の測定
に支障を来たすという問題がある。

【０００６】また、上記のように気体の定数値を予め入
力しておくので、この気体の計測中にその気体の性状が
変化しやすく、その比熱や密度の値が変化する気体を計
測する場合には、測定値の信頼性に問題が残る。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、上記のように液化しやすく
また性状不安定な気体であってもその流量の測定を支障
なくかつ高信頼度で測定することができる気体の流量計
測装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、常温で液化しやすい気体又は常温で性状が
変化し易い気体が通過する細管状の気体導入管が設けら
れ、当該気体導入管には、その一部分にこの気体導入管
内を加熱するヒータと、当該ヒータ両側にこの気体導入
管の温度を検出する温度センサとで構成された流量計測
部が設けられ、これら両温度センサのそれぞれの検出温
度差に基づいて前記気体の流量を計測する気体の流量計
測装置において、前記気体が流通する系内から前記気体
導入管に前記気体を導入して当該系内に戻す第１経路
と、前記気体が流通しない系外から前記気体導入管にこ
の気体導入管内を浄化する管内浄化用気体を導入して当
該系外に排出する第２経路と、当該第１経路または当該
第２経路を選択的に形成する経路形成手段と、少なくと
も前記気体導入管を含む第１経路の流量計測部の上流側
に気体導入管を加熱する加熱部とを有することを特徴と
する。

【０００９】

【作用】このように構成した本発明にあっては、気体の
流量測定を行なう場合には経路形成手段によって第１経
路が形成されることとなり、系内の気体はこの第１経路
内を流れることになる。また、流量測定を行なわない場
合であって必要な場合には、経路形成手段によって第２
経路が形成されることとなって、管内浄化用気体はこの
経路内を勢い良く流れてこの経路内を浄化する。従っ
て、この管内浄化用気体によって気体導入管内部が清浄
されることとなり、この気体導入管が詰まっているよう
な場合であってもそれが解消されることになる。

【００１０】また加熱部は、気体導入管を含む第１経路
を加熱するようにしてあるので、性状の不安定な気体で
あっても比較的安定した状態で測定が行なえるようにな
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図４は、本発明にかかる気体の流量計測装置に
おける主要部の構成図である。この図は図２に示した主
通路６を中心とする詳細な構成を示しており、気体入口
１６と気体出口１７とは計測対象となる流体の流通する
系に連なるバイパス通路１に接続される。図符１０Ａで
示されている部分は、図２において点線で囲まれている
部分と同一の構造をしている流量計測部分であり、その
内部には図２に示してあるようにヒータ８と２つの温度
センサ９，１０が設けられている。また、主通路６には
気体の流れ方向入口側と出口側とにそれぞれ経路形成手
段として機能する２方向弁１１，１２が設けられ、この
２方向弁１１，１２にはこの間の主通路６の内部を浄化
するための浄化用気体を主通路６内に導入し系外に排出
するための浄化用気体導入管１３，１４がそれぞれ接続
されている。この２方向弁１１，１２を主通路６に測定
対象となる気体を流入させるように切り替えた場合に
は、この主通路６はこの２方向弁１１，１２を含む気体
入口１６，気体出口１７及びバイパス通路１と共に第１
経路を構成し、また浄化用気体を流入させるように切り
替えた場合には、この主通路６はこの２方向弁１１，１
２を含む浄化用気体導入管１３，１４との間で第２経路
を構成する。

【００１２】２方向弁１１，１２を含む主通路６は断熱
材を充填した保温箱１５内に設けられ、その内部の温度
が測定値の信頼性に影響を与えないような温度に保温さ
れる。 ２つの温度センサ９，１０による測定信号は、
電気回路部２に設けられている演算器２０に入力され、
ここでの演算結果は表示器２１によって表示されること
になる。なお、この演算部２０での演算を行なうに当た
り、他のセンサによって検出された測定流体の発生条件
が入力される。

【００１３】このように構成された本発明にかかる気体
の流量計測装置はその各部において次のように作用する
ことになる。

【００１４】一般的に熱式質量流量系の場合には図１に
示した流量センサ部１は、その構成部品の１つである気
体通路内においての液化を防止するために加熱をする必
要があり、その熱から電気回路部２を保護しなければな
らない関係上、流量センサ部１と電気回路部２とを分離
した構成としている。上記の実施例ではこの流量センサ
部１が保温箱１５に内蔵されており、また、電気回路部
２は上記の演算器２０に内蔵されていると考えて差し支
えない。

【００１５】主通路６の流量計測部１０Ａの上流側には
電気ヒータ１８が巻き付けられて加熱部１９が形成され
ており、この主通路６はそれに流入する気体の液化を阻
止するような温度に制御されているので、たとえ図４に
示す気体入口から流入する気体が霧状であってもその通
路６を通過する際にはその気体は完全に気化されること
になる。計測後の気体は気体出口より排出されて経路内
に戻されることになる。この場合には２つの２方向弁１
１，１２が切り替えられて第１経路が形成されているの
はもちろんである。

【００１６】次に、流量計測が終了した場合には、この
主通路６内に残留している気体の液化による詰まりを防
止し、あるいはその内部に付着している微少な水滴を吹
き飛ばすためにこの２方向弁１１，１２が切り替えられ
て浄化用気体導入管１３，主通路６及び浄化用気体導入
管１４が連通される第２経路が形成される。この経路が
形成されると、浄化用気体入口から非常に高圧のパージ
用気体（常温で液化しないような気体である）をその出
口方向に向けて供給する。これによって主通路６に残存
している測定対象とした気体をパージ用気体とともに外
部に放出する。このパージ作業が終了した後には、２方
向弁が再び切り替えられて第１経路が形成されることに
なる。

【００１７】図５は、本発明の装置を使用して、非常に
性状の変化しやすいガソリンベーパを計測する場合の流
量補正演算を行なう際のブロック図を示す図であり、図
６はそのフローチャートを示している。

【００１８】ガソリンタンク３０内に収容されているガ
ソリンの温度は補正演算の対象とされ、またそのタンク
３０の内圧も補正演算の対象とされる。さらにガソリン
のＲＶＰも補正演算の対象とされる。そしてタンク３０
内におけるガソリンベーパは前述のヒータ８及び温度セ
ンサ９，１０を含む部分，すなわち流量計測部１０Ａに
おいて検出された流量に相当する流量出力信号も補正演
算の対象とされる。これらの緒量を総合的に勘案して正
確な流量を求めるわけである。この処理をフローチャー
トに基づいて詳細に説明する。

【００１９】演算器２０において上述したような３つの
緒量をそれぞれ入力し、比熱と密度の補正演算を行な
う。ガソリンベーパの比熱と密度との変化は、この緒
量，すなわち、タンク３０内の温度Ｔｔ，圧力Ｐｔ，及
びガソリンのＲＶＰの変化に依存するために、これらの
３つの値を基に補正演算を行なう。Ｔｔ，Ｐｔ，ＲＶＰ
をパラメーターとした比熱，密度の重回帰式（補正式）
をシュミレーションの結果などを参考に算出する。この
比熱，密度の補正式は次のように表わされる。

【００２０】比熱の補正式 Ｃp （Ｔｔ，Ｐｔ，ＲＶＰ）＝Ａ0 ＋Ａ1 Ｔｔ＋Ａ2 Ｐ
ｔ＋Ａ3 ＲＶＰ密度の補正式 ρ（Ｔｔ，Ｐｔ，ＲＶＰ）＝Ｂ0 ＋Ｂ1 Ｔｔ＋Ｂ2 Ｐｔ
＋Ｂ3 ＲＶＰ 以上の式において、Ａ0 〜Ａ3 及びＢ0 〜Ｂ3 は重回帰
分析より求めた係数である。

【００２１】これらの式は、演算器２０に予め記憶され
ており、入力されたこれらの値はこの式に代入されるこ
とで比熱と密度との補正演算が行なわれることになる
（Ｓ１，Ｓ２）。

【００２２】次に、このステップ２において求められた
比熱と密度の補正量が勘案されて温度センサ９，１０の
検出温度に基づいて演算された流量が補正される（Ｓ
３）。そして、以上の処理によって算出されたそれぞれ
の値は必要に応じて取り出され、表示器２１に表示され
ることになる（Ｓ４）。

【００２３】図７に示す装置は、本発明の思想を使用し
ている装置における他の実施例を示すものである。この
図に示してある装置は、基本的には図４に示した装置と
同様の構成となっているが、気体入口と２方向弁１１と
の間に液体回収容器３５，２方向弁１２と気体出口との
間に液体回収容器３６をそれぞれ設けていることと、パ
ージ用の気体を貯蔵するタンク３８が設けられている点
が異なっている。このような構成とすることによって、
ガソリンベーパのように極めて液化しやすい気体の測定
精度をさらに高めることができるようになる。つまり、
極めて液化しやすい気体は主通路６に流入する前に液化
している可能性がある為に、このような液体回収容器を
設けてその液体分の回収を行なうようにしている。

【００２４】この図において、主通路６の加熱にはセラ
ミックヒータ１８Ａを用いている。また、同図に示すよ
うに、測定対象となる気体が下側から上側に流入するよ
うに主通路６を螺旋状に形成しておけば、気体の液化を
防ぐ効果がさらに向上することになる。

【００２５】主通路６の清浄化用気体はエアポンプとし
て機能するタンク３８によって供給されるようにしてあ
るが、工場で使用されてるエアーや他の不活性気体を使
用しても良い。

【００２６】測定対象となっている気体の比熱と密度と
を計測器によって測定できるような場合には、図６のフ
ローチャートによって処理される補正演算に代えてこの
測定器の検出値を用いることも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、流量
測定を行なわない場合であって必要な場合には、経路形
成手段によって第２経路を形成し、管内浄化用気体をこ
の経路内に勢い良く流すようにしたので、この管内浄化
用気体によって気体導入管内部が清浄されることとな
り、この気体導入管が詰まっているような場合であって
もそれが解消されることになる。

【００２８】また、気体導入管を含む第１経路の流量計
測部の上流に気体導入管を加熱する加熱部を設けてある
ので、性状の不安定な気体であっても比較的安定した状
態で測定が行なえるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】気体の流量を計測する一般的な装置の外観図で
ある。

【図２】図１に示した装置における流量測定部の概略構
成図である。

【図３】図２に示した測定部の検出原理を説明するため
の図である。

【図４】本発明にかかる気体の流量計測装置における主
要部の構成図である。

【図５】本発明の装置を使用して、非常に性状の変化し
やすいガソリンベーパを計測する場合の流量補正演算を
行なう際のブロック図を示す図である。

【図６】図４に示した装置の動作フローチャートであ
る。

【図７】本発明にかかる装置の他の実施例を示す図であ
る。

【符号の説明】

６…主通路（気体導入管） ８…ヒータ ９，１０…温度センサ １１，１２…２方向弁 １３，１４…清浄化用気体導入管 １５…保温箱

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】常温で液化しやすい気体又は常温で性状が
   変化し易い気体が通過する細管状の気体導入管が設けら
   れ、当該気体導入管には、その一部分にこの気体導入管
   内を加熱するヒータと、当該ヒータ両側にこの気体導入
   管の温度を検出する温度センサとで構成された流量計測
   部が設けられ、これら両温度センサのそれぞれの検出温
   度差に基づいて前記気体の流量を計測する気体の流量計
   測装置において、 前記気体が流通する系内から前記気体導入管に前記気体
   を導入して当該系内に戻す第１経路と、 前記気体が流通しない系外から前記気体導入管にこの気
   体導入管内を浄化する管内浄化用気体を導入して当該系
   外に排出する第２経路と、 当該第１経路または当該第２経路を選択的に形成する経
   路形成手段と、 少なくとも前記気体導入管を含む第１経路の流量計測部
   の上流側に気体導入管を加熱する加熱部とを有すること
   を特徴とする気体の流量計測装置。