JPH10253410A

JPH10253410A - 流量計

Info

Publication number: JPH10253410A
Application number: JP7277897A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 寛伊藤; Tomoyuki Koike; 智之小池; Masayuki Maeda; 雅之前田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】低流量の領域にある流量を、精度良く検出で
き、人手によらず自動的に検出可能でその検出結果をア
ナログ，デジタル等の信号出力が可能な流量計を提供す
ること【解決手段】ベンチュリー管１の上流側の拡大部１ａ
と中央の縮小部１ｂにそれぞれ導圧管２を接続し、その
導圧管を介して各部１ａ，１ｂの圧力は、差圧式圧力セ
ンサ４の感圧部としてのダイアフラムの両側に供給さ
れ、センサから圧力差に応じた電気信号が出力される。
センサ出力は制御回路５に与えられ、そこにおいて流量
換算し流量を求める。流量と圧力差には、一定の相関関
係があり、圧力差が求まると、流量も一義的に定まる。
制御回路で求めた流量は、アナログ出力回路６を介して
外部にアナログ出力させ、表示器７にデジタル表示し、
制御出力回路８にて基準値と比較し、流量が基準値以上
の時に異常とし警報出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流量計に関するも
ので、より具体的には、差圧式圧力センサを用いて流量
を検出し、その検出結果をアナログ・デジタル信号とし
て出力可能とすることにより、例えばファクトリーオー
トメーションの一部に組み込むことのできる流量計に関
し、特に低流量の領域にある流体を測定するのに適した
ものである。

【０００２】

【従来の技術】０〜数十Ｌ／ｍｉｎの低流量の領域にあ
る流量を測定するための流量計としては、従来、面積式
流量計，熱線式流量計，容積式流量計等がある。この中
で特に面積式流量計が、構造が簡単で、安価であること
から一般的に使用されている。この面積式流量計の構成
は、内形状が上部に行くほど広がる上下開口した透明な
管の中にフロートを供給し、下端を測定対象の流体が流
れる流路に連結する。また、管内には流量に応じた目盛
を設けている。そして、測定対象の流体の圧力と管内の
フロートの重量が釣り合った位置でフロートがとどまる
ので、そのフロートの位置の目盛を読み取ることにより
流量を検知するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した面積式流量計
では、管内に設けられた目盛を目視で読み取ることか
ら、外部から監視員が目盛を視認可能な位置に流量計を
設置しなければならず、設置位置が限られるとともに、
周囲に他の構造物が配置できないことから、配置レイア
ウトに制限を受けるとともに、流量計の専有面積が大き
くなる。しかも、面積式流量計では、その構造上の特徴
から、管を垂直方向に起立配置しなければならない。よ
って、上記した配置レイアウト上の問題がより顕著にな
る。その結果、面積式流量計自体の測定は容易であって
も、実際に流量計を取り付けた装置（操作盤）を使用環
境下に設置した状態での使い勝手は必ずしも良いもので
はなかった。

【０００４】さらに、監視員が読み取るため、その読み
取った流量を記録したり、流量に基づいて制御したりす
る場合には、再度人手によりデータの入力処理をしなけ
ればならず、煩雑である。そして、流量を常時監視する
ことは、その監視する人を流量計の前に常駐させること
になり、実際上困難である。また、必ずその設置位置ま
で行かなければ測定できない。さらには、監視員間での
読み取り誤差・ばらつきも生じる等、人手の目視による
計測における問題を有する。

【０００５】そして、係る問題を解決するために、フロ
ートの位置を電磁的，光学的に読み取る読取装置を設
け、その読取装置の検出信号により各種制御を図るよう
な技術も考えられている。しかし、汚れにより誤動作を
したりして検出精度に問題が有るばかりでなく、管の外
側に測定装置を設置することになり、装置構成がより大
型化してしまうとともに、コスト高を招くという新たな
問題を生じる。

【０００６】一方、従来、差圧式流量計もあるが、これ
はＪＩＳ規格でも定められているように、管径は５０ｍ
ｍ以上で、測定対象の流量も１０００Ｌ／ｍｉｎ以上の
領域での使用となり、プラント設備等における大流量の
領域にある流量を測定するために用いられている。つま
り、本発明が対象とする低流量を測定するための技術的
工夫はされていなかった。

【０００７】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、低流量の領域にある流量を、精度良く検出でき、し
かも、人手によらず自動的に検出可能でその検出結果を
アナログ，デジタル等の信号出力が可能となり、さら
に、小型で設置場所等を問わず、安価な流量計を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る流量計では、測定対象の流体の流
れ方向に沿って、断面形状の大きな拡大部と、断面形状
の小さな縮小部とを有した管体と、前記拡大部における
圧力と、前記縮小部の圧力の差を検出する差圧式圧力セ
ンサと、その差圧式圧力センサの出力に基づいて流量を
求める演算手段と、その演算手段により求めた流量デー
タを出力する出力手段とを備えて構成した（請求項
１）。

【０００９】流路の断面形状（断面積）が変わる箇所で
流速が変わる。よって、拡大部と縮小部との間では圧力
差が生じる。この圧力差は、流量との間で一定の相関関
係がある。よって、その圧力差を差圧式圧力センサで検
出することにより、電気信号に変換し、さらに上記相関
に基づき演算手段で流量に換算する。圧力センサの出力
ですでに電気信号になっているため、演算手段の出力も
電気信号（アナログ，デジタル信号）とすることができ
る。従来のように目盛りを目視で読み取る必要がないの
で、設置位置は自由になり、また、離れた位置で確認す
ることもでき、出力信号に基づいて自動的に記録した
り、他の制御装置への入力信号とすることもできる。さ
らには、装置による自動監視も行える。さらにまた、差
圧式圧力センサは、例えば静電容量式の半導体センサを
用いることができ、微量な圧力差も検出でき、センサ並
びに管体を小型化できる。

【００１０】管体としては、実施の形態で説明したよう
にベンチュリー管を用いることができるし、それ以外
も、オリフィスその他各種の構造をとることができる。
そして、適宜の筐体内に実装して一体化したり、管体
と、信号処理を離反配置することもできる。

【００１１】管体の断面積を小さくすると、レイノルズ
数が小さくなりレイノルズ数の変化に対する流出係数も
しくは流量係数の変化の割合も大きくなり、誤差の要因
となる。そこで、前記演算手段は、理論値データを保有
しており、既知の流量にて求めた測定結果と、前記理論
値データに基づいて補正データを生成するようにし、未
知の流量に対する測定は、前記補正データを用いて行う
機能をさらに備えるようにしてもよい（請求項２）。こ
のようにすると、管体の寸法形状が、個々の製品間で異
なっていても、各流量計ごとに補正されるため、より精
度よく流量の測定が行える。

【００１２】また、出力手段は、流量をディジタル／ア
ナログ信号として出力するようにしたり、流量がある基
準値以上或いは以下のときに異常信号として警報・報知
出力するようにしたりすることもできるし、さらにはＬ
ＣＤ等の表示部に表示することもできる。そして、出力
手段として表示部を用いる場合に、その表示部を含む装
置部分が、前記管体に対して所定角度範囲内で回転可能
に取り付けられるようにしてもよい（請求項３）。その
様にすると、管体の取り付け位置の自由度が増し、表示
部を回転することにより、監視員が見やすい状態に設置
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る流量計の第
１の実施の形態を示している。同図に示すように、中央
の内径が絞り込まれて狭くなった構造のベンチュリー管
１の、上流側の拡大部１ａと中央の縮小部１ｂにそれぞ
れ導圧管２を接続し、その導圧管２を介して各部１ａ，
１ｂの圧力は、差圧式圧力センサ４の感圧部としてのダ
イアフラムの両側に供給されるようになっている。差圧
式圧力センサ４は、例えば静電容量式半導体圧力センサ
を用いることができ、拡大部１ａと縮小部１ｂの圧力の
差に応じた電気信号が出力（本例では差圧に応じた周波
数出力）されるようになっている。そして、本形態で用
いるベンチュリー管１の管径は、拡大部１ａと縮小部１
ｂの径の差に基づく差圧を差圧式圧力センサ４で検出で
きればよいので、非常に小さくできる。一例を示すと、
８ｍｍ程度或いはそれ以下とすることができる。

【００１４】差圧式圧力センサ４の出力は、制御回路５
に与えられ、そこにおいてアナログ的な周波数変化を流
量換算し、流量を求める。つまり、流量と圧力差には、
一定の相関関係があり、圧力差が求まると、流量も一義
的に定まる。そして、その相関関係が一次式，二次式な
どの簡単な演算式で規定される場合には、周波数出力に
基づいて演算処理して流量を算出することになる（一般
には、圧力と流量は比例関係にある）。一方、簡単な演
算式で規定できない場合には、予め圧力差と流量の関連
づけたテーブルを作成しておき、与えられた圧力差に基
づいてテーブルを参照することにより流量を抽出するよ
うにしても良い。

【００１５】制御回路５で求めた流量は、アナログ出力
回路６を介して外部にアナログ出力させるようにしてい
る。また、表示器７にて求めた流量をデジタル表示する
ようにしている。さらには、求めた流量を制御出力回路
８に与え、そこにおいて基準値と比較し、流量が基準値
以上の時に異常と判断し、外部に対して警報出力をする
ようにしている。

【００１６】一方、上記したように管径を小さくする
と、レイノルズ数が小さくなりレイノルズ数の変化に対
する流出係数もしくは流量係数の変化の割合も大きくな
り、誤差の要因となる。そこで本形態では、予め全流量
における理論値と測定データとの誤差を求めておき、係
る誤差を制御回路５に登録しておく。そして、個々の流
量計に対し、既知のある一点の流量を流し、その時の差
圧式圧力センサ４に基づく測定データと理論値との誤差
率を求める。そして、その誤差率に基づいて全流量に対
して補正を行い、実際の流量計測は、係る補正データに
基づいて行うようにするとよい。

【００１７】つまり、理論値が図２中破線で示すように
なっており、ある流量における実測データがｐ１であっ
たとすると、その時の理論値ｐ０との誤差率は、誤差率＝ｐ１／ｐ０により求める。そして、破線で示す全流量に対する理論
値に対し、上記誤差率を掛けることにより、同図中実線
で示すような、その流量計にあった補正データが作成さ
れる。そして、以後の実際の測定では、実線で示す補正
データに基づいて流量換算を行うようになる。

【００１８】図３は、本発明に係る流量計の外観図の一
例を示している。図１におけるベンチュリー管１を差圧
発生部１０内に内蔵する。また、図１における差圧式圧
力センサ４，制御回路５，アナログ出力回路６，表示器
７並びに制御出力回路８を信号処理部１１内に内蔵す
る。そして、差圧発生部１０の端部は、ベンチュリー管
に連通する開口部（空気導入口）１２ａとなっており、
具体的には、内面にネジが切られており、他の配管にネ
ジ止めできるようになっている。さらにベンチュリー管
１の拡大部，縮小部と、差圧式圧力センサ４とを結ぶ導
圧管２は、差圧発生部１０と信号処理部１１とを結ぶ連
通管となっている。また本発明では、流量計の設置の際
の向き・姿勢は問われないので、差圧発生部１０と信号
処理部１１とを一体化し、小型化・省スペース化を図る
ようにしている。

【００１９】さらにまた、同図（Ａ），（Ｂ）を比較す
ると明らかなように、本形態では、差圧発生部１０の軸
方向（ベンチュリー管の軸方向）に対し、信号処理部１
１を９０度回転できるようにしている。これにより、流
量計を操作盤に設置する際の自由度が増す。

【００２０】そして、そのように回転させるための具体
的な構成は、図４に示すように差圧発生部１０の側面に
平板状の固定板１３を設ける。この固定板１３には、中
央にセンチュリー管の縮小部に連通する連通管１４の開
口部が形成され、その周囲に扁平リング状の凸部１５が
配置されている。また、その連通管１４の横には、所定
距離を置いてセンチュリー管の拡大部に連通する連通管
１４ａの開口部が形成され、その周囲にリング状の凸部
１５ａが配置されている。

【００２１】また、中央の連通管１４を通り、上記２つ
の連通管１４，１４ａの配置方向と直交する方向には、
それぞれ円形の突起１６を形成している。この突起１６
の形状は、凸部１５，１５ａの厚さ及び外径と等しくし
ている。さらには、固定板１３の対角線上の頂点付近に
は、ネジ１７が設けられている。

【００２２】一方、信号処理部１１を構成する筐体の裏
面には、その中央に、上記凸部１５が符合する円形の凹
部が形成されるとともに、その中央に差圧式圧力センサ
の感圧部に連通する連通管２０が形成されている。さら
に、その凹部内にはゴムパッキン２１が装着されてい
る。

【００２３】また、その連通管２０を中心として、同一
円周上（半径は、固定板１３に設けた凸部１５，１５ａ
間距離）に４５度間隔で４つの凹部２２が形成されてい
る。この凹部２２は、上記した固定板１３に設けられた
凸部１５ａ，突起１６に符合する円形状となっており、
しかも、その内の隣接する２つには連通管２０ａが形成
されるとともに、ゴムパッキン２１ａが内装されてい
る。そして、その２つの連通管２２ａは、信号処理部１
１の筐体内で１つに繋がっており、前記差圧式圧力セン
サの感圧部（上記連通管２０とは逆側の面）に連通する
ようになっている。また、残りの２つの凹部２２は、め
くら穴となっている。さらに、信号処理部１１の裏面の
所定位置は、ねじ穴２３が形成されている。

【００２４】そして、この信号処理部１１に形成した凹
部と固定板１３に形成した凸部・突起を嵌め合わせるこ
とにより、位置決めされつつ信号処理部１１を固定板１
３に取付ける。そして、ねじ１７をねじ穴２３に挿入す
るとともに締結することにより固定する。また、このよ
うに一体化された状態では、固定板１３に設けた中央の
凸部（連通孔１４）１５は中央の凹部に符合し、凸部
（連通孔１４ａ）１５ａは、いずれか１方の連通孔２０
ａが形成された凹部２２に符合する。また、残りの連通
孔２０ａが形成された凹部には、突起１６が符合して閉
塞する。これにより、センチュリー管の拡大部と縮小部
は信号処理部１１内の差圧式圧力センサの感圧部に連通
する。しかも、その連結部分にはゴムパッキン２１，２
１ａが介在しているので、気密性が保持される。さら
に、固定板１３に設けた残りの突起１６は、信号処理部
１１のめくら穴の凹部２２に符合する。そして、固定板
１３に形成した連通孔１４ａ（凸部１５ａ）を挿入する
凹部２０を替えることにより、差圧発生部１０と信号処
理部１１との相対位置関係を９０度回転させることがで
きる。

【００２５】なお、上記の例では、差圧式圧力センサ４
は信号処理部１１内に内蔵するようにしたが、本発明は
これに限ることはなく、差圧発生部１０側に差圧式圧力
センサまで実装するようにしてもよい。その様にする
と、差圧発生部１０と信号処理部１１とは、信号線で接
続すればよくなるので、図４に示す例では固定板１３と
信号処理部１１の筐体の裏面には基本的中央の貫通孔の
みでよくなるとともにパッキンも不要となるので、構成
が簡略化される。

【００２６】図５は、本発明の他の実施の形態の外観を
示している。本例では、上記した図３，図４に示す形態
を基本とし、差圧発生部１０の端面にバルブ機構２５を
設けている。さらに、信号処理部１１の形状も上記の例
では、略立方体状であったのに対し、本例では、細長な
直方体状としている点で相違する。そして、バルブ機構
２５を開閉制御することにより、測定対象の流体を差圧
発生部１０内のベンチュリー管に供給したり遮断したり
することができる。つまり、通常はバルブを閉めてお
き、測定する時のみ、バルブを開くようにするなど、各
種の利用態様をとることができる。そして、信号処理部
１１も、差圧発生部１０に対して９０度回転可能となっ
ている。もちろん、回転不能に構成してもよい。

【００２７】図６は、さらに別の形態の外観を示してい
る。本例では、細長な差圧発生部１０の一端にバルブ機
構２５を設け、そのバルブ機構２５に信号処理部１１を
装着している。そして、差圧発生処理部１０と信号処理
部１１は、連通管２を介して接続されている。このよう
にすることにより、操作盤にはバルブ機構２５と信号処
理部１１を取付ければよく、設置面積をさらに小型化で
きる。そして、本例でも、同図（Ａ），（Ｂ）に示すよ
うに、バルブ機構２５に対して信号処理部１１を９０度
回転して取付可能としている。なお、図中符合２５ａ
は、差圧発生部１０内のベンチュリー管へ測定対象の流
体を供給するための導入口である。

【００２８】なお、上記した各実施の形態では、いずれ
も差圧発生部１０と信号処理部１１とを一体化した例を
示したが、本発明はこれに限ることはなく、例えば図７
に示すように、ベンチュリー管を内蔵した差圧発生部１
０と信号処理部１１とをチューブ状の連通管２を介して
連結することにより、両者１０，１１を分離形成しても
よい。係る構成をとると、より設置レイアウトの自由度
が増す。さらに、図７の構成を基本とし、図８に示すよ
うに、差圧発生部１０の端部にバルブ機構２５を取り付
けるようにしてももちろんよい。

【００２９】なおまた、図７，図８では、符合２を連通
管としたが、この例でも差圧発生部１０側に差圧式圧力
センサを設け、符合２を信号線として使用し、信号処理
部１１には、図１における制御回路５以降を実装するよ
うにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る流量計で
は、低流量の領域にある流量を、精度良く検出できる。
しかも、差圧式圧力センサにより、電気信号に変換する
ため、人手によらず自動的に検出可能でその検出結果を
アナログ，デジタル等の信号出力が可能となる。さら
に、目視が不要であることも相俟って、小型で設置場所
等を問わず、安価な流量計とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流量計の好適な一実施の形態を示
す原理図である。

【図２】補正処理を説明する図である。

【図３】本発明に係る流量計の一実施の形態を示す外観
図である。

【図４】本発明に係る流量計の一実施の形態を示す外観
図である。

【図５】本発明に係る流量計の一実施の形態を示す外観
図である。

【図６】本発明に係る流量計の一実施の形態を示す外観
図である。

【図７】本発明に係る流量計の一実施の形態を示す外観
図である。

【図８】本発明に係る流量計の一実施の形態を示す外観
図である。

【符号の説明】

１ベンチュリー管１ａ拡大部１ｂ縮小部２連通管４差圧式圧力センサ５信号処理回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象の流体の流れ方向に沿って、断
面形状の大きな拡大部と、断面形状の小さな縮小部とを
有した管体と、前記拡大部における圧力と、前記縮小部の圧力の差を検
出する差圧式圧力センサと、その差圧式圧力センサの出力に基づいて流量を求める演
算手段と、その演算手段により求めた流量データを出力する出力手
段とを備えたことを特徴とする流量計。
【請求項２】前記演算手段は、理論値データを保有し
ており、既知の流量にて求めた測定結果と、前記理論値
データに基づいて補正データを生成し、未知の流量に対する測定は、前記補正データを用いて行
う機能を有することを特徴とする請求項１に記載の流量
計。
【請求項３】前記出力手段は、表示部を備え、その表示部を含む装置部分が、前記管体に対して所定角
度範囲内で回転可能となっていることを特徴とする請求
項１または２に記載の流量計。