JPH102770A - 一体形差圧式流量計 - Google Patents

一体形差圧式流量計

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JPH102770A
JPH102770A JP15383896A JP15383896A JPH102770A JP H102770 A JPH102770 A JP H102770A JP 15383896 A JP15383896 A JP 15383896A JP 15383896 A JP15383896 A JP 15383896A JP H102770 A JPH102770 A JP H102770A
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朋之 飛田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成でありながら、被測定流体の脈動成
分の影響を抑制し、測定精度の向上が可能な一体形差圧
式流量計を実現する。 【解決手段】被測定流体は高圧側導圧配管102から差
圧発生体170の、接続部171及び絞り機構部172
を介して、低圧側導圧配管104に流れる。差圧発生体
170の絞り機構部172は金属の細管からなり、この
細管172は被測定流体の流量変動(脈動)のエネルギ
ーを吸収する吸収体として働く。これにより、被測定流
体が脈動しても、検出する差圧の脈動成分が抑制され、
測定精度の向上化が可能となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、化学プラント等
の液体、気体等の流体を制御するために、それらの流体
の差圧を測定し、流量制御のために用いられる差圧式流
量計に関する。
【0002】
【従来の技術】化学プラント等の液体、気体等の流体の
流量制御のために差圧式流量計が用いられる。差圧式流
量計4は、図9に示すように、三方弁41、圧力配管3
1、32、アタッチメント21を介してパイプライン1
に接続される。そして、パイプライン1に設置されたオ
リフィス等の差圧発生機構2(絞り機構)で発生した差
圧が、圧力配管31、32を介して、差圧式流量計4に
伝達され、差圧を検出する構成であった。かかる構成に
おいては、上記オリフィスはプロセスの計画時に所定の
値で設計され、プロセスの配管内に永久的に固定され使
用される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の差圧式流量計において、パイプラインを流れる被測
定流体の流量が脈動すると、オリフィス等の差圧発生機
構2にて発生される差圧にも脈動成分が発生する。差圧
発生機構2にて発生される差圧に脈動成分が発生する
と、差圧式流量計4では、その脈動の影響を直接受ける
ため、測定誤差が発生してしまっていた。このため、従
来の差圧式流量計においては、被測定流体の脈動成分の
影響により、測定精度の向上化が困難であった。
【0004】この発明の目的は、簡単な構成でありなが
ら、被測定流体の脈動成分の影響を抑制し、測定精度の
向上が可能な一体形差圧式流量計を実現することであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)上記目的を達成するため、この発明は、次のよう
に構成される。すなわち、被測定流体の流量に対応する
差圧を検出する一体形差圧式流量計において、被測定流
体を導入する流体導入手段と、流体導入手段により導入
された被測定流体が供給され、その被測定流体供給入り
口と出口との間で差圧を発生させる絞り機構と、絞り機
構からの被測定流体を導出する流体導出手段と、絞り機
構により発生された差圧を検出し、検出した差圧に対応
する信号を出力する差圧検出手段とを備える。
【0006】絞り機構が、被測定流体の流量変動(脈
動)のエネルギーを吸収する吸収体(脈圧が差圧発生体
を振動、揺動する)として働くので、被測定流体が脈動
しても、検出する差圧の脈動成分が抑制され、測定精度
の向上化が可能となる。
【0007】(2)好ましくは、(1)において、検出
した差圧の平方根を表示する表示手段をさらに備える。 (3)また、好ましくは、(1)において、絞り機構
は、金属パイプであり、この金属パイプの一方の開口部
に、流体導入手段からの被測定流体が導入され、金属パ
イプの他方の開口部から被測定流体が流体導出手段に供
給される。
【0008】(4)また、好ましくは、(3)におい
て、金属パイプは、差圧検出手段に着脱可能な接続手段
を有する。 (5)また、好ましくは、(3)において、金属パイプ
は、螺旋形状である。
【0009】(6)また、好ましくは、(5)におい
て、流体導入手段と、流体導入手段とを連通する通路
と、この通路を選択的に開閉する連通路開閉手段とをさ
らに備える。 (7)また、好ましくは、(5)において、金属パイプ
の一方の開口部を選択的に開閉する第1の開閉手段と、
金属パイプの他方の開口部を選択的に開閉する第2の開
閉手段とをさらに備える。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この発明の第1の実施形態
である一体形差圧式流量計を図1〜図7を参照して説明
する。図1は、この発明の第1の実施形態である一体形
差圧式流量計の斜視図であり、一部分を断面で示すもの
であり、図2は、図1のA−A線に沿った断面図であ
る。
【0011】この一体形差圧式流量計の全体構成は、大
きくは、プロセス流体が供給される高圧側の導圧配管
(流体導入手段)102及び低圧側の導圧配管(流体導
出手段)104(図4に示す)に接続された差圧検出器
の受圧部120と、センサ部組122からの信号を処理
する信号処理回路が収まった信号処理部190と、差圧
発生体170とによって構成されている。なお、受圧部
120と信号処理部190とにより差圧検出手段が構成
される。
【0012】受圧部120において、高圧側の流体圧力
及び低圧側の流体圧力が、それぞれ高圧側のシールダイ
アフラム162及び低圧側のシールダイアフラム164
(図4)を介して、受圧部120内に収められた非圧縮
性の液体(例えば、シリコンオイル)に伝達される。そ
して、シリコンオイル等の液体に伝達された圧力は、過
負荷保護ダイアフラム141により形成される第1及び
第2の隔離室303、304(図3に示す)を介してセ
ンサ部組122に伝達される。これにより、半導体複合
機能型センサ44は、高圧と低圧との間の圧力差を検出
するようになっている。
【0013】差圧発生体170は、図1、図2、図4に
示すように、受圧部120の高圧側導圧配管102及び
低圧側導圧配管104の他方の側に取り付けられる。こ
の差圧発生体170は、大きくは二つの要素から構成さ
れ、その一つは受圧部120と接続を可能にする要素で
ある接続部材171であり、他の一つは差圧を発生させ
る要素172(絞り機構部)である。
【0014】この絞り機構部172は、所定の内径及び
長さの細管であり、例えば、内径が4mmで、長さが1
00mmの管となっている。絞り機構部172は、周知
の如く、流体が流れている場所に絞り要素があると、そ
の入り口と出口とでは圧力損失が発生することを利用し
ている。この原理は絞り機構の形式に関係なく同一であ
り、ベルヌーイの定理によって定まっている。
【0015】ここで、絞り機構部172の形状を、内径
dの真直な円管とすると、比重量γの流体が平均流速υ
で流れるとき、管の長さιについての流体摩擦による圧
力損失をP1−P2、損失ヘッドをh、重力加速度をgと
すると、次式(1)及び(2)が成立する。 ΔP=P1−P2 −−−(1) h=(P1−P2)/γ=λ×ι×υ2/(d×2×g) −−−(2) ただし、△Pは差圧である。また、λは管摩擦係数と呼
ばれ、レイノルズ数(Re)および管壁のあらさによっ
て決定され、次式(3)で表される定数である。ただ
し、γは動粘度である。 Re=υ×d/γ −−−(3) 以上の原理により、差圧発生体170に被測定流体が流
れると、その入り口(差圧機構部172の高圧側入り
口)の圧力P1と出口(差圧機構部172の低圧側出
口)の圧力P2とで、流速に比例した差圧(△P=P1
−P2)が発生する。
【0016】この差圧(ΔP=P1−P2)は上述の如
く、管の内径dとその長さιとによって決定される。各
圧力(P1、P2)は、受圧部120のシールダイアフ
ラム162、164にそれぞれ印加され、半導体複合機
能センサ44で差圧(△P=P1−P2)が電気信号に変
換される。
【0017】図3(図1のB−B線に沿った断面図)及
び図4は、受圧部120の詳細構成を断面で示したもの
であり、受圧部120のシールダイアフラム164を取
り付けるための穴部312には、導圧配管104を接合
するためのテーパーねじ受けが加工され、そして接続ア
ダプター234にもテーパーねじ受けが加工され、導圧
配管104を接続することにより強固に導圧配管104
を接続するようになっている。
【0018】また、導圧配管104からの流体を受ける
受け口を挾む位置に、対称的にテーパーねじ受けが加工
され、ボルトねじ248、246(図2に示す)によっ
て接続アダプター234を受圧部120に締め付けるこ
とによって、導圧配管104と受圧部120との気密を
図るようなっている。さらに、他方の側には差圧発生体
170と接合するためのテーパーねじ受けが加工され、
導通路322によって穴部312と接続されている。
【0019】同様に、穴部311においても、テーパー
ねじが導圧配管102と接合するために加工され、導通
路321により接続されている。また、ボルトねじ24
2、244(図1に示す)を受けるためのテーパーねじ
受けが加工され、導圧配管102を接続アダプター23
2を介して締め付け導圧配管102と受圧部120との
気密を図るようになっている。
【0020】半導体複合機能センサ44からの信号は、
フレキシブルプリント基板を介して、第1の回路基板1
10の回路に伝達される。回路基板110に伝達された
信号は、さらに第2の回路基板112の回路を介して、
第3の回路基板114の回路に伝達される。そして、最
終的な信号情報が、配線接続口118に接続されたケー
ブルから、例えば4〜20mAのアナログ定電流信号と
して、また4〜20mAのアナログ定電流信号に矩形波
のディジタル信号が重畳した信号として、更にはディジ
タルの定電流信号に変換出力される。続いて、カバー1
16内に保持されている表示器(ドットマトリクスLC
D)140に種々の形態で信号内容が表示される。
【0021】表示器140は、信号処理部190に、カ
バー116を介してねじ止めされる。カバー116に
は、表示器140の指示を外部から観察できるように、
ガラスあるいは透明な部材404が、ガスケット、止め
バネ等を介して装着される。なお、図2において、48
はシール部材である。また、図3において、3111及
び3121は、シール部材であり、46はリード線であ
る。
【0022】さて、従来の差圧式流量計においては、上
述したように、測定する流体量に脈動成分がある場合に
は、検出した差圧も脈動するため、検出精度が低下して
しまっていた。これに対して、図1の例の差圧式流量計
においては、差圧発生体170、特に、絞り機構部17
2が、被測定流体の流量変動(脈動)のエネルギーを吸
収する吸収体(脈圧が差圧発生体を振動、揺動する)と
して働くので、被測定流体が脈動しても、検出する差圧
の脈動成分が抑制され、測定精度の向上化が可能となっ
ている。したがって、簡単な構成でありながら、被測定
流体の脈動成分の影響を抑制し、測定精度の向上が可能
な一体形差圧式流量計を実現することができる。
【0023】また、従来の差圧式流量計においては、差
圧伝送器内は流体が停留し、配管内の異物等が伝送器内
に残存してしまい定期的にブローさせる等の処理を行っ
て保守、点検を実施していた。
【0024】これに対して、この発明の第1の実施形態
においては、差圧発生体170が差圧検出器に具備され
ており、差圧検出器内を流体が常時流れているので、保
守、点検の期間を延長することができる。また、従来、
計測または測定流量を変更する場合は、測定を停止して
差圧検出装置と一緒に絞り機構を交換していたが、この
第1の実施形態においては、差圧発生体のみの交換で済
むため、メンテナンス費用の低減が可能である。
【0025】なお、この第1の実施形態における差圧発
生体170の絞り機構部172は、単一の金属管或いは
その集合体で構成できるので、小型、軽量なもので実現
できる。また、この第1の実施形態によれば、差圧発生
体172は、その接続部171により、差圧検出器12
0に容易に設置、或いは着脱を実施できるので、メンテ
ナンスが容易である。さらに、この第1の実施形態によ
れば、差圧発生体171の金属管のみを交換、或いは延
長、縮小するだけで、検出する流体に対応して、発生す
る差圧を、容易に変更、調整することができ、広範囲の
種類の被測定流体に適用可能である。
【0026】図5は、上記第1の実施形態における信号
処理回路の一例の概略ブロック図である。図5におい
て、差圧発生体170で発生した差圧は、複合機能型セ
ンサ44によって、差圧センサと静圧センサと温度セン
サとによるゲージ抵抗の変化を電気信号として出力し、
マルチプレクサ(MPX)731に選択的に取り込まれ
る。
【0027】マルチプレクサ731に取り込まれた複合
機能型センサ44からの信号は、プログラマブルゲイン
アンプ(PGA)733で増幅された後、A/D変換器
734でディジタル信号に変換され、マイクロプロセッ
サ(MPU)730に送信される。
【0028】メモリ739(EEPROM)には差圧セ
ンサ、静圧センサ、温度センサの各特性(圧力伝送器の
場合は圧力と温度センサの各特性のみでも可能)が予め
記憶されており、これらのデータを用いてマイクロプロ
セッサ730にて補正演算することにより、高精度の差
圧信号値と、静圧値、温度信号値を演算する。
【0029】この演算結果は、D/A変換器737とV
/I変換器738とを介して通常のアナログ信号に変換
され、DC4〜20mAの直流電流信号としてアレスタ
フィルタ830を介して、上位の制御装置であるコンピ
ュータや信号変換器に差圧信号、静圧信号、温度信号が
送出できる構成となっている。
【0030】そして、この実施形態においては、複合機
能センサ44により求めたプロセス状態に関する情報
を、信号処理部ケース190内の表示部140に表示す
ることが可能である。さらには、DC4〜20mAの直
流電流に情報をディジタル信号として重畳して送ること
も可能であり、図示していないが信号処理回路から直流
電流によるディジタル信号を送ることによりプロセス情
報を出力することも可能である。
【0031】また、直流電流信号にディジタル信号を重
畳する通信方法、又はディジタル信号で外部に設けられ
た監視制御装置と通信を行う通信方法では、V/I変換
器738内に収められたディジタルI/O回路により、
ハンドヘルドターミナルにプロセス状態に関する情報を
表示し、これらの装置から測定レンジなどパラメータの
設定、変更、出力調整、入出力モニタ、自己診断などの
指定を行うことができる。
【0032】図6は表示器140の検出装置の信号出力
状態の具体例を示した一例である。この表示記140
に、この発明の一体形差圧式流量計を用いて検出され
た、パイプライン中に流れる流体の流量を演算し、表示
する。このため、差圧発生体170を流体が通過すると
きに発生する差圧ΔPを測定して、次式(4)により流
量Qを算出する。 Q=k√(ΔP) −−−(4) ここで、Kはレイノルズ数等で決まる定数である。
【0033】従来の差圧伝送器においては、伝送器のセ
ンサが検出した差圧情報をリニアに対応させて4〜20
mAの定電流信号として2線式伝送路に送信し、上位機
器であるシグナルコンパレータがこの差圧情報を、ルー
ト変換し、その平方根の値を更に上位機器のオペレータ
ズコンソールに送信して、最終的にオペレータズコンソ
ールが流量Qを求めていた。
【0034】これに対して、この発明の一体形差圧式流
量計では、伝送器本体内にセンサが検出した差圧情報を
ルート変換し、その平方根の値に対応した情報を2線式
伝送路に送信する機能を備えると共に、設定によりルー
ト変換前の値、又は 変換後の値を表示器140に表示
する機能をも備え、表示内容、出力内容が変換前の値、
又は変換後の値を示しているのかを操作者に対して知ら
しめる表示機能を持たせたものである。
【0035】また、表示器140ではゼロ点の外部から
の調整許可の状態を、表示部818に点滅させて識別さ
せると共に、その調整状態に対しても、その出力信号が
目的とする信号出力%になるように、ゼロ点を上げてい
る状態を示しており、オーバースケールマーク812が
表示されると共に、ドットマトリックスマーク806が
表示値に対応して点燈し、レベルアップするようになっ
ている。
【0036】さらに、ゼロ点を下げている状態をも表示
できるようにしており、アンダースケールマーク814
が表示されると共に、ドットマトリックスマーク806
が表示値に対応して点燈し、レベルダウンするようにな
っている。
【0037】図7の(a)は、ルート変換出力マーク8
20、変換表示マーク808を共に点燈させないことに
より、表示、出力値とも共に変換前の値を表示、出力し
ていることを示したものであり、その表示区分804の
表示値は変換前の値が表示され、この値に対応してドッ
トマトリックスマーク806が点燈する。
【0038】図7の(b)は、ルート変換出力マーク8
20を点燈させ、変換表示マーク808を点燈させない
ことにより、出力値として変換後の値が出されている
が、表示に変換前の値が出力されていることを示す。そ
して、表示区分804の表示値には変換前の差圧センサ
のリニアの値が表示される。
【0039】図7の(c)は、ルート変換表示マーク8
08を点燈させ、変換出力マーク820を点燈させない
ことにより、表示値がルート変換後の値を表示し、出力
値がリニア出力されている状態を示したものであり、出
力値として変換前の値が出され、かつ表示に変換後の値
が出力されていることを示している。そして、表示区分
804の表示値には 変換後の差圧センサの検出値が表
示される。
【0040】このように、この発明の一体形差圧式流量
計はメンテナンス時に、表示器のみで、その出力値、及
び出力モード等を一括して確認できるようになり、この
ため保守性管理が容易な優れた流量計を実現することが
できる。
【0041】従来の装置ではシステムを構成した場合に
シグナルコンパレータがこの差圧情報を変換しなければ
ならず、一台のシグナルコンパレータが複数の検出装置
からの信号を受信していた場合、信号変換のために上位
機器に対するレスポンスが遅れてしまっていた。
【0042】これに対し、この発明の流量計において
は、内部にセンサ信号を変換させる機能を持たせたの
で、大規模なシステムを構成した場合でも、シグナルコ
ンパレータの信号収集のレスポンスが遅れることはな
い。また、出力信号、表示信号が変換後の値であるかを
明確に知らしめる表示機能を備えたので、操作者は正確
に表示情報を把握することが出来るようになる。
【0043】図8は、この発明の第2の実施形態である
一体形差圧流量計の要部断面図である。この第2の実施
形態においては、差圧発生体170の接続要素171に
小型のバルブ175(第1の開閉手段)、176(第2
の開閉手段)を取付け、差圧検出器120内に高圧側と
低圧側とを連通する通路3211、3221とを設け、
その間に小型のバルブ(連通路開閉手段)173を付加
している。さらに、差圧検出器120の各シールダイア
フラム面に対応する封止部材(シール部材)3111、
3121にドレーンベントプラグ194、195を設け
た構成とした。さらには、差圧発生体の差圧発生要素
(絞り機構部)を、スパイラル形状(螺旋形状)の金属
管177としている。なお、図8に示した例の信号処理
回路は、図5に示した例と同等となるので、説明は省略
する。
【0044】上述した構成によれば、差圧発生体170
の金属管177の形状をスパイラル状にしているため、
脈圧エネルギーをより大きく吸収できる吸収体とするこ
とができる。このため、脈圧の影響を、さらに低減する
ことができ、測定値の信頼性が一層向上する。また、検
出差圧が大きい場合でも、差圧発生部の占める空間を同
じにすることができ、その保守時の作業空間領域は変化
しない。
【0045】また、差圧検出器120のバルブ173に
より、差圧検出器120のゼロ点を確認し、保守、メン
テナンスを行う場合に、バルブ173の開閉のみで高圧
側と低圧側が連通するので、メンテナンス性が一層向上
する。
【0046】また、バルブ173と差圧発生体170の
接続部に設けられたバルブ175と176により、従来
から使用している三方弁(三岐弁)と同じ機能を有する
構成を、小型、軽量化したバルブの集合体で構成できる
ので、経済性が一層向上する。
【0047】また、差圧検出器120に設けられたドレ
ーンベントプラグ194、195とバルブ173との通
路の構成により、差圧検出器内に停留している空気等の
混入物を容易に排除することができる。このため、差圧
測定時の誤差要因を排除することができ、測定の信頼性
が一層向上するとともに、メンテナンス性も向上する。
【0048】なお、図8に示した例において、金属管1
77は、スパイラル形状としたが、この金属管177
は、スパイラル形状に限らず、測定差圧の脈圧の状況に
より、適切な他の形状とすることも可能である。
【0049】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているため、次のような効果がある。絞り機構が、被
測定流体の流量変動(脈動)のエネルギーを吸収する吸
収体(脈圧が差圧発生体を振動、揺動する)として働く
ので、被測定流体が脈動しても、検出する差圧の脈動成
分が抑制され、測定精度の向上化が可能となっている。
【0050】したがって、簡単な構成でありながら、被
測定流体の脈動成分の影響を抑制し、測定精度の向上が
可能な一体形差圧式流量計を実現することができる。
【0051】また、絞り機構を差圧検出手段から着脱可
能な構成とすれば、被測定流体に応じて、適切な絞り機
構を使用することができ、適用範囲を拡大することが可
能であるとともに、絞り機構の保守、点検が容易な一体
形差圧流量計を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態である一体形差圧式
流量計の一部分を断面とした斜視図である。
【図2】図1のA−A線に沿った断面図である。
【図3】図1のB−B線に沿った断面図である。
【図4】図1の要部断面図である。
【図5】第1の実施形態における信号処理回路の一例の
概略ブロック図である。
【図6】第1の実施形態における表示器の一例を示す平
面図である。
【図7】図6に示した表示器の表示例を説明する図であ
る。
【図8】この発明の第2の実施形態である一体形差圧流
量計の要部断面図である。
【図9】従来の差圧流量計の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
1 パイプライン 2 絞り機構 44 半導体複合機能センサ 46 FPC 102 高圧側導圧配管 104 低圧側導圧配管 110、112、114 回路基板 116 カバー 118 配線口 120 受圧部 122 センサ部組 140 表示器 141 過負荷保護ダイアフラム 162、164 シールダイアフラム 170 差圧発生体 172、177 金属パイプ 173、175、176 バルブ 190 信号処理部 194、195 ドレインベントプラグ 232、234 接続アダプタ 242、244、246、248 接続アダプタ用ボル
トねじ 311、312 受圧部凹部 404 透明部材 321、322 連通路 3111、3121 シール部材 3211、3221 受圧部内連通路

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定流体の流量に対応する差圧を検出す
    る一体形差圧式流量計において、 被測定流体を導入する流体導入手段と、 上記流体導入手段により導入された被測定流体が供給さ
    れ、その被測定流体供給入り口と出口との間で差圧を発
    生させる絞り機構と、 上記絞り機構からの被測定流体を導出する流体導出手段
    と、 上記絞り機構により発生された差圧を検出し、検出した
    差圧に対応する信号を出力する差圧検出手段とを備える
    ことを特徴とする一体形差圧式流量計。
  2. 【請求項2】請求項1記載の一体形差圧式流量計におい
    て、上記検出した差圧の平方根を表示する表示手段をさ
    らに備えることを特徴とする一体形差圧式流量計。
  3. 【請求項3】請求項1記載の一体形差圧式流量計におい
    て、上記絞り機構は、金属パイプであり、この金属パイ
    プの一方の開口部に、上記流体導入手段からの被測定流
    体が導入され、上記金属パイプの他方の開口部から被測
    定流体が上記流体導出手段に供給されることを特徴とす
    る一体形差圧式流量計。
  4. 【請求項4】請求項3記載の一体形差圧式流量計におい
    て、上記金属パイプは、上記差圧検出手段に着脱可能な
    接続手段を有することを特徴とする一体形差圧式流量
    計。
  5. 【請求項5】請求項3記載の一体形差圧式流量計におい
    て、上記金属パイプは、螺旋形状であることを特徴とす
    る一体形差圧式流量計。
  6. 【請求項6】請求項5記載の一体形差圧式流量計におい
    て、上記流体導入手段と、流体導入手段とを連通する通
    路と、この通路を選択的に開閉する連通路開閉手段とを
    さらに備えることを特徴とする一体形差圧流量計。
  7. 【請求項7】請求項5記載の一体形差圧式流量計におい
    て、上記金属パイプの一方の開口部を選択的に開閉する
    第1の開閉手段と、上記金属パイプの他方の開口部を選
    択的に開閉する第2の開閉手段とを、さらに備えること
    を特徴とする一体形差圧流量計。
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