JPH0777536A

JPH0777536A - 微小差圧発生装置

Info

Publication number: JPH0777536A
Application number: JP22360193A
Authority: JP
Inventors: Norio Akino; 詔夫秋野
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1993-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1995-03-20
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: JP3322451B2

Abstract

(57)【要約】【目的】絶対値が分かった、例えば１００から０．０
１Ｐａ程度までの微小差圧を、１％以内の高精度で、し
かも恒温室などを使用することなく簡単で且つ安価な設
備で安定的に長時間発生させることができる装置。【構成】流動抵抗要素を流体が層流状態で流過する際
に生ずる圧力降下が流量に比例するという流体力学の原
理を応用して、圧力降下が大きく異なる２つ又は複数の
流動抵抗要素を直列に接続し、それらに作動流体を層流
状態で流過させ、圧力降下が大なる高流動抵抗要素に生
じる圧力降下を基準として用いることにより、圧力損失
が小さな低流動抵抗要素に発生する微小な圧力降下を高
精度に計算して決定し、その圧力降下を導出して基準と
なる微小な差圧を発生させる装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小な差圧を高精度か
つ安定に発生する装置に関するものである。差圧測定セ
ンサーの校正には、差圧（及び圧力）を高精度かつ安定
に発生できる差圧発生装置が必要である。発生する差圧
の絶対値が保証される装置を使用する場合には、それだ
けで差圧測定センサーの絶対校正ができる。しかし、発
生する差圧は安定であるが、絶対値が分からない装置の
場合には、基準となる差圧測定器との相対校正が必要に
なる。従って、差圧の絶対値精度が保証され、かつ安定
な差圧を発生する差圧発生器が望まれている。

【０００２】

【従来の技術】微小な差圧を測定する差圧測定センサー
等の差圧計測器を校正する相対校正法では、何らかの差
圧発生器を用いて差圧（圧力）を発生させ、連通管等の
精密マノメーターを差圧基準器として使用して差圧計測
器の校正を行う。又、絶対校正法では、絶対圧力発生基
準器（エアーピストンゲージ等）を２台組み合わせて使
用して差圧計測器の絶対校正を行う方法が用いられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記相対校正法により
微小な差圧を測定する差圧計測器を校正する際には、微
小差圧を安定に発生し得る差圧発生器と精密な差圧基準
器とが不可欠であるが、微小差圧を高精度に長時間維持
することは困難である。又、高精度な微小差圧を測定す
る差圧基準器としては光干渉式マノメーター等がある
が、これらは高価である上に、振動などに極めて鋭敏で
ある等の理由でその取扱上において難しさがある。この
ような現状においては、相対校正法によって１０Ｐａ以
下の微小な差圧を測定する差圧計測器の校正を高精度に
行うことは容易ではない。

【０００４】前記絶対校正法に用いられるエアーピスト
ンゲージは、精密に加工されたシリンダーとピストンと
で構成された円柱空間に加圧乾燥空気等の気体を供給
し、気体潤滑状態が維持される状態でピストンを浮遊状
態とすることによって構成されている。その際、内部気
体の圧力値がピストン重量（実際には、天秤用の分銅を
加除する）をピストン面積で除した値で示されるという
原理に基づいている。

【０００５】従って、エアーピストンゲージは絶対値と
して明らかな圧力を発生することができるが、現実に運
用するには作動気体の完璧な除塵、恒温度状態の維持な
ど極めて繊細な取り扱い技術を必要とする。更に、差圧
測定器の校正には、特性の揃った２台のエアーピストン
ゲージをわずかに異なる圧力において作動させる必要が
あるため、操作は極めて慎重を要し、しかも恒温状態を
保持する必要がある等の理由でその設備費は高価になら
ざるを得ない。又、シリンダーとピストンとの間隙か
ら、作動流体が漏洩するため、長時間（１０分以上）に
わたって一定圧力の発生状態を維持することは不可能で
ある。即ち、絶対校正法を使用しても、１０Ｐａ以下の
微小な差圧を測定する差圧計測器の校正を高精度に行う
ことは極めて難しい。

【０００６】なお、これらの方法は、気体を作動流体と
する方法であり、液体に用いる同様な微小差圧を発生し
得る装置は存在しない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来方法
の困難性を改善しようとするものである。即ち、絶対値
が分かった微小差圧（１００から０．０１Ｐａ程度ま
で）を、精度良く（１％以内）、しかも簡単に（恒温室
などを要せず）、且つ安価な設備で安定に長時間発生さ
せることができる装置を実現するものである。

【０００８】本発明は、層流状態で流体が流れる高流動
抵抗要素と低流動抵抗要素とを直列に接続して流体を流
すと、流体力学の原理により、両者に生じる圧力降下の
値の比を極めて大とすることができるので、圧力降下を
容易に高精度に測定することができる高流動抵抗要素の
圧力降下を測定し、これに予め決定してある圧力降下比
率を乗じることによって、低流動抵抗要素に生じる圧力
降下を高精度に決定できることに基づくものである。

【０００９】従って、低流動抵抗要素の上流部及び下流
部から圧力を導出することにより、正確な絶対値の分か
った圧力差を発生させることができることになる。又、
高流動抵抗要素に直列に接続した低流動抵抗要素は、そ
の下流部の圧力降下が微少であれば、上流部の圧力だけ
を利用することにより、絶対圧力発生基準装置となる。

【００１０】

【作用】本発明の装置を図１を用いて具体的に説明する
と、安定した流量で流体を供給できる流体供給部１の出
口に、流量を調節し必要に応じて流体温度を一定化させ
る機能を有する流量調節部２を設け、これに温度安定化
部３を接続し、更にこれに低流動抵抗要素４及び高流動
抵抗要素５を直列に接続する。

【００１１】設定流量の流体は、流体供給部１から流量
調節部２及び温度安定化部３を経て、低流動抵抗要素４
に流入され、そこで生ずる圧力降下が差圧計９で測定さ
れる。その際必要に応じ、低流動抵抗要素において発生
した差圧値に高次補正を加えるために、圧力と温度とを
それぞれ圧力計８と温度計７とで測定する。次ぎに、低
流動抵抗要素から流出した流体は高流動抵抗要素５に流
入され、その一部が配管を通して導出されて発生差圧供
給対象機器６に基準差圧用として供給される。

【００１２】流体供給部１は、流体ポンプ、気体圧縮
器、加圧タンク、蒸発タンク等で構成される。又、低流
動抵抗要素４の出口側に、流動抵抗を与えるしぼり弁等
を設置することによって、高圧状態で微小差圧を発生さ
せて流体を供給することができる。更に又、流体供給部
１として真空ポンプ等を用い、それを低流動抵抗要素４
の出口側に設置することにより、減圧状態で微小差圧の
流体を発生させることができる。

【００１３】

【実施例】本発明を実施例に基づいて説明する。この実
施例においては、流動抵抗要素として円管を使用するも
のを示す。高流動抵抗要素を長さＬｍの１本の円管であ
る『長円管』とし、低流動抵抗要素を長さＳｍの同一内
径の『短円管』とし、これらを直列に接続し、流体を流
す。

【００１４】十分低い流速の層流条件での円管の圧力降
下は円管の長さに比例するから、低流動抵抗要素である
『短円管』に生じる圧力降下は、高流動抵抗要素である
『長円管』の圧力降下に（Ｓ／Ｌ）を乗じた値となる。
具体例として、両円管の内径を０．５ｍｍ、Ｌを５００
ｃｍ、Ｓを５ｃｍとすると、（Ｓ／Ｌ）は（１／１０
０）となる。即ち、『長円管』に水柱１０Ｐａの圧力降
下が測定される条件では、『短円管』には０．１Ｐａの
微小圧力降下が生じている。この圧力降下値は、流量、
温度が変化しない限り安定である。このようにして、微
小な差圧（又は圧力）を安定に発生する装置を容易に実
現することができる。このように同一の円管を用いて製
作する場合は計算だけでその特性を知ることができる。

【００１５】高流動抵抗要素を長さＬｍの１本の円管で
ある『単一円管』とし、低流動抵抗要素を長さＳｍの同
一内径の円管をＮ本束とした『円管束』とし、これらを
直列に接続し流体を流す。『複数本の円管束』に生じる
圧力降下は、『単一直管』の圧力降下に（Ｓ／ＬＮ）を
乗じた値となる。

【００１６】具体例として、Ｌを１００ｃｍ、Ｓを１０
ｃｍ、Ｎを１００本とすると、（Ｓ／ＬＮ）は（１／１
０００）となる。即ち、『単一円管』に水柱１０Ｐａの
圧力降下が測定される条件では、『円管束』には０．０
１Ｐａの圧力降下が生じている。このようにして、微小
な差圧（又は圧力）を安定に発生できる装置を容易に実
現することができ、それを差圧の基準器として用いるこ
とができる。この場合も、同一の円管を用いて、単一円
管及び円管束を製作するならば計算だけで特性を知るこ
とができる。

【００１７】高流動抵抗要素の円管が長大となる場合に
は、『ら旋管』を用いることができる。この場合には、
条件によって、ら旋管の特性は直管と異なるので補正を
必要とする。ら旋の影響が圧力降下に現れない条件とす
ることもでき、そのためにはら旋の内径（ｄ）と巻き径
（Ｄ）の比を十分大きくすればよい。

【００１８】単一円管と円管束を構成する円管の直径
が、等しくない装置も可能である。この場合、円管内径
の高精度測定、又は校正試験が必要になる。

【００１９】円管と『層流流量計要素』を直列に接続す
ることによって、装置の小型化を達成することができ
る。『層流流量計要素』とは、波状に成形加工した薄い
金属箔と平坦な金属箔を重ねて渦巻状に巻付けて、多数
の微細な流路を構成し、個々の流路の平均径を極めて小
さくし、容易に層流を実現できるように工夫されたもの
である。２つの『層流流量計要素』を組み合わせる構成
もある。この長所は、校正済みの『層流流量計要素』を
用いることによって、直ちに差圧発生基準装置を準備で
きるところである。

【００２０】

【発明の効果】本発明の装置によれば、絶対値が分かっ
た、例えば１００から０．０１Ｐａ程度までの微小差圧
を、１％以内の高精度で、しかも恒温室などを使用する
ことなく簡単で且つ安価な設備で安定的に長時間発生さ
せることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の全体構成を示す図である。

【図２】高流動抵抗要素が単一円管であり、低流動抵
抗要素が円管束である本発明の装置を示す図である。

【図３】図２の装置のＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’線におけ
る断面図である。

【図４】高流動抵抗要素が単一開口のオリフィスであ
り、低流動抵抗要素が複数開口のオリフィスである本発
明の装置を示す図である。

【図５】図４の装置のＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’線におけ
る断面図である。

【図６】高流動抵抗要素に校正済差圧測定センサーを
結合し、低流動抵抗要素に校正される差圧測定センサー
を結合した構成を示す図である。

【符号の説明】

１流体供給部２流量調節部３温度安定部４低流動抵抗要素５高流動抵抗要素６発生差圧供給対象機器７温度計８圧力計９差圧計１０単一円管１１円管束１２単一オリフィス１３多孔オリフィス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動抵抗要素を流体が層流状態で流過す
る際に生ずる圧力降下が流量に比例するという流体力学
の原理を応用して、圧力降下が大きく異なる２つ又は複
数の流動抵抗要素を直列に接続し、それらに作動流体を
層流状態で流過させ、圧力降下が大なる高流動抵抗要素
に生じる圧力降下を基準として用いることにより、圧力
損失が小さな低流動抵抗要素に発生する微小な圧力降下
を高精度に計算して決定し、その圧力降下を導出して基
準となる微小な差圧を発生させる装置。
【請求項２】気体又は液体が作動流体である請求項１
に記載の装置。
【請求項３】高流動抵抗要素及び低流動抵抗要素が円
管である請求項１に記載の装置。
【請求項４】円管として直管又はら旋管が用いられる
請求項３に記載の装置。
【請求項５】円管として、内径が等しく長さが異なる
組み合わせ、内径が異なり長さが同一である組み合わ
せ、内径と長さが共に異なる組み合わせである請求項２
又は請求項４に記載の装置。
【請求項６】高流動抵抗要素が直管又はら旋管からな
る単一円管であり、低流動抵抗要素が円管束であり、高
流動抵抗要素と低流動抵抗要素に同一内径の円管を用い
る請求項３乃至請求項５に記載の装置。
【請求項７】高流動抵抗要素と低流動抵抗要素とが共
に層流流量計要素である請求項１に記載の装置。
【請求項８】高流動抵抗要素が単一の円形オリフィス
を開口した板であり、低流動抵抗要素が複数の円形オリ
フィスを開口した板である請求項１に記載の装置。
【請求項９】高流動抵抗要素が単一円管であり、低流
動抵抗要素が層流流量計要素である請求項１に記載の装
置。
【請求項１０】高流動抵抗要素が単一の円形オリフィ
スを開口した板であり、低流動抵抗要素が層流流量計要
素である請求項１に記載の装置。
【請求項１１】高流動抵抗要素が単一円管であり、低
流動抵抗要素が単一の円形オリフィスを開口した板であ
る請求項１に記載の装置。