JPH11132812A - 流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定流体の種類ごとに流量計を構成しなけ
ればならず、複数種類の被測定流体を１つの流量計で測
定できないなどの課題があった。 【解決手段】 被測定流体の種類に応じた流量特性を演
算装置３０ａによって補正する際に使用される補正係数
を予め記憶しておくメモリ３０ｂと、メモリ３０ｂに記
憶された複数の補正係数の中から演算に必要な補正係数
を選択する設定スイッチ３６とを備えて構成したので、
複数種類の被測定流体を１つの流量計で測定できる。ま
た、液晶表示器３８を設定スイッチ３６とともにカバー
３４に設けたので、設置現場において設定内容と測定さ
れた流量を確認できる。

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、流体の流量を検
出するための流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は本願出願人が特開平９−６８４
４８号公報に開示した流量計を示す断面図、図１１は従
来の流量計の回路構成を示すブロック図、図１２は流速
センサの出力と流量との関係を示すグラフ図である。図
１０において、１００はボディ、１０１は入口流路、１
０２は入口流路１０１よりも流路径が大きい大流量計測
用流路、１０３は大流量計測用流路１０２よりも流路径
が小さい小流量計測用流路、１０５は流速センサユニッ
ト、１０５ａ〜１０５ｃは被測定流体の流速を検出する
流速センサ、１０６は流速センサユニット、１０６ａ〜
１０６ｃは被測定流体の流速を検出する流速センサ、１
０７は整流部材である。また、図１１において、１１０
は大流量計測用流路１０２内の流速センサ１０５ａ〜１
０５ｃの各出力信号に基づいて流速の平均値を算出する
平均流速演算部、１１１は小流量計測用流路１０３内の
流速センサ１０６ｂ，１０６ｃの各出力信号に基づいて
流速の平均値を算出する平均流速演算部、１１２は平均
流速演算部１１０と平均流速演算部１１１の出力の一方
を予め定めた流量に応じて選択して出力する信号切換部
である。１１３は信号切換部１１２の出力に基づいて流
量および積算流量を算出する流量演算部であり、例え
ば、各流路１０２，１０３に対応した配管形状係数を乗
算して流量を算出するようになっている。また、この流
量演算部１１３は、予め特定された１種類の被測定流体
の補正係数に基づいて流量を算出するようになってい
る。１１４は流量演算部１１３によって算出された積算
流量などを表示する表示部、１１５は流量演算部１１３
によって算出された流量および積算流量を外部に出力す
る外部出力端子である。

【０００３】次に動作について説明する。入口流路１０
１から導入された被測定流体は、整流部材１０７などを
経て整流される。そして、流速センサ１０５ａ〜１０５
ｃおよび流速センサ１０６ｂ，１０６ｃによって流速を
検出され、平均流速演算部１１０，１１１によってそれ
ぞれ平均流速が演算される。これらの出力は予め定めた
流量に応じて信号切換部１１２によって選択され、流量
演算部１１３に出力される。流量演算部１１３では流量
および積算流量が算出され、表示部１１４に表示され
る。

【０００４】この場合、センサ出力と流量との関係は、
図１２に示すようになる。ここで、グラフの縦軸は流速
センサ１０５ａ〜１０５ｃまたは流速センサ１０６ｂ，
１０６ｃによって出力されるセンサ出力、横軸は流量を
示す。この出力曲線は、ある特定の１種類の被測定流体
を測定して得たものである。したがって、別の種類の被
測定流体を測定した場合には、比熱などの物性が異なる
ため、これと異なる出力曲線が得られることとなる。す
なわち、別の種類の被測定流体に対しては、それに対応
する補正係数に基づいて流量を算出する必要があり、当
該補正係数が設定された他の流量計を用いて流量測定を
することとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の流量計は以上の
ように構成されているので、被測定流体の種類ごとに流
量計を構成しなければならず、複数種類の被測定流体を
１つの流量計で測定できないなどの課題があった。

【０００６】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、複数種類の被測定流体を１つの流
量計で測定できる流量計を得ることを目的とする。

【０００７】また、この発明は、設置現場において、設
定内容と測定された流量を確認できる流量計を得ること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る流量計
は、被測定流体の種類に応じた流量特性を演算装置によ
って補正する際に使用される補正係数を予め記憶してお
くメモリと、前記メモリに記憶された複数の補正係数の
中から演算に必要な補正係数を選択し前記演算装置に演
算指示を与える入力手段とを備えたものである。

【０００９】この発明に係る流量計は、入力手段による
設定内容と測定された流量とを表示する表示手段を備え
たものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による流
量計の回路構成を示すブロック図、図２は流量計を示す
垂直断面図、図３は流路の入口方向から見た突出部を示
す正面図、図４は突出部付近の構造を示す拡大断面図、
図５は流量計を示す分解斜視図、図６はカバーの正面
図、図７は複数の被測定流体についてセンサ出力と流速
との関係を示すグラフ図、図８は複数の被測定流体につ
いて補正係数と流速との関係を示すグラフ図、図９は演
算装置によって出力される出力と流量との関係を示すグ
ラフ図である。先ず、本発明の全体構成を図２ないし図
５に基づいて説明する。図２ないし図５において、１は
例えば、ガラス繊維強化熱可塑性樹脂により射出成形あ
るいはダイカスト成形されたボディであり、被測定流体
の流れる方向を指定する指標部１ａを側面に有してい
る。２は被測定流体が流れる円形断面の流路であり、入
口側の断面積を出口側の断面積よりも大きく形成し、か
つ、入口側から出口側に向かって内径が縮小するように
勾配が１度程度のテーパ状に形成したものである。すな
わち、成形後に流路２から金型を容易に引き抜くことが
できるように流路２をテーパ状に形成することで、射出
成形法あるいはダイカスト成形法を用いて容易かつ安価
に製造することができるようにしたものである。なお、
この実施の形態の被測定流体としては、例えば、空気、
窒素、アルゴン、炭酸、酸素などの気体を対象としてい
るが、本発明の対象はこれに限られず、液体用の流量計
であってもよい。

【００１１】３はリング状のアルミニウム製スペーサ４
を係止する段部、５は流路２の入口側の内壁に互いに対
向して設けられ、スペーサ４の外周部に当接することに
よりこれを保持する２対の突出部である。すなわち、図
４に拡大して示したように、流路２の入口側もテーパ状
に形成されているため、何らの手当てをしなければ、同
一外径のスペーサ４を段部３に至るまで順次嵌挿してい
くと、流路２の入口側に位置するスペーサ４と流路２の
内壁との間に隙間が生じ、この隙間によりスペーサ４お
よび整流用金網６にがたつきが生じて被測定流体の流れ
を乱し、高精度の流量検出が困難となる。そこで、かか
る隙間を埋めるべく突出部５を流路２の内壁に形成し、
スペーサ４および整流用金網６のがたつきを防止したも
のである。

【００１２】６はスペーサ４に挟持され被測定流体の流
れを整えるステンレス製の整流用金網、６ａは被測定流
体が逆流するような事態が生じたときに被測定流体中の
塵などを除去するステンレス製のフィルタ用金網であ
る。７は流路２に連通するように形成され後述するセン
サユニット（流速センサ）８のセンサチップ固定基板１
１と係合するセンサ取付孔である。

【００１３】センサユニット８は、被測定流体の流速を
検出するマイクロフローセンサチップ９と当該マイクロ
フローセンサチップ９を片面に固定し他面から当該マイ
クロフローセンサチップ９の検出信号を取り出すリード
線１０を導出する金属製のセンサチップ固定基板１１と
から構成されている。このリード線１０はセンサチップ
固定基板１１に挿通され、ガラス封着材によって固定さ
れている。

【００１４】マイクロフローセンサチップ９には、例え
ば、本願出願人が特願平３−１０６５２８号に係る明細
書等において開示した半導体ダイアフラム構成のものを
使用することができる。すなわち、このマイクロフロー
センサチップ９は、図示例を省略するが、発熱部とこの
発熱部の上流側および下流側に配設された２つの温度検
出部を有し、これら２つの温度検出部によって検出され
る温度の差を一定に保つために必要な発熱部に対する供
給電力から流速に対応する流量を求めたり、あるいは一
定電流または一定電力で発熱部を加熱し、２つの温度検
出部によって検出される温度の差から流量を求めること
ができるように形成されている。そして、このマイクロ
フローセンサチップ９は、熱絶縁されたきわめて薄いダ
イアフラム構造を採用しているため、高速応答、低消費
電力という特長を備えている。

【００１５】１４はセンサユニット８をセンサ取付孔７
の所定位置に固定するためのブラケットであり、ステン
レス鋼板をプレス成形したものである。このブラケット
１４は、センサ取付孔７の反流路２側の外周縁部付近に
Ｏリング１７を介してネジ１８によってボディ１に固定
される本体固定板１４ａと、当該本体固定板１４ａに突
設され、後述する回路基板２７の係合突部２７ｂと係合
する係合孔１５ｃを有した基板支持片１４ｂと、本体固
定板１４ａから流路２側に突設した突出板１４ｃと、突
出板１４ｃの先端部に設けられセンサチップ固定基板１
１を固定するセンサ固定板１４ｄとを一体に有してい
る。なお、図５において、ネジ１８の数を省略して１本
しか描いていないが、４本のネジ１８が用いられること
は言うまでもない。基板支持片１４ｂは、ステンレス鋼
板をプレス成形することで本体固定板１４ａと一体に形
成されているため、弾性変形が可能である。また、１５
ａはリード線１０を挿通するリード線挿通孔、１５ｂは
ネジ１８を挿通するネジ孔である。なお、センサチップ
固定基板１１は、センサ固定板１４ｄに対して、例え
ば、電気抵抗溶接、半田接合、共晶接合あるいは電子ビ
ーム溶接などにより気密的に金属接合されている。

【００１６】１６はセンサ取付孔７の反流路２側の外周
縁部近傍に当該センサ取付孔７と同軸状に、かつ、当該
センサ取付孔７の内径よりも大きな内径となるように凹
設され、ブラケット１４の突出板１４ｃと係合するブラ
ケット位置決め部である。また、図２および図５におい
て、１９はブラケット１４の基板支持片１４ｂと係合す
るようにボディ１の内壁面に突出形成された２本のブラ
ケット位置決め用突条である。この２本のブラケット位
置決め用突条１９，１９は平行に設けられ、その間隔は
基板支持片１４ｂの幅とほぼ同じであり、これにより基
板支持片１４ｂを案内する溝が形成されることとなる。
すなわち、ブラケット１４のセンサ固定板１４ｄに予め
固定されているマイクロフローセンサチップ９をボディ
１のセンサ取付孔７に挿通して流路２に露出させる際
に、ブラケット１４の基板支持片１４ｂを２本のブラケ
ット位置決め用突条１９，１９によって形成された案内
溝に係合させて滑らせることにより、マイクロフローセ
ンサチップ９がセンサ取付孔７のほぼ中央を通過して所
定の位置に正確かつ容易に納まるようにし、きわめて微
細な構造を持つマイクロフローセンサチップ９がセンサ
取付孔７の縁やボディ１の内壁面に接触して破損するの
を防止できるように構成したものである。

【００１７】２０はボディ１と図示しない配管とを接続
するためにダイカスト成形されたアルミニウム製のフラ
ンジであり、ボディ１に設けられた係合突部２１に係合
する係合孔２２を有し、当該係合突部２１とネジ２３に
よって固定されるものである。２４および２５は例えば
合成ゴムからなるＯリングである。

【００１８】２７はセンサユニット８のリード線１０が
導通固定されるリード線取付孔２７ａと、当該センサユ
ニット８の動作回路と、基板支持片１４ｂの係合孔１５
ｃに係合する係合突部２７ｂと、コネクタ２７ｃとを有
した回路基板である。この動作回路は、例えば、抵抗ブ
リッジ回路や増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路などを備えてい
る。なお、この回路基板２７は、ボディ１に対して固定
手段２８ａ，２８ｂによって固定されている。また、回
路基板２７の幅は、ブラケット１４の基板支持片１４
ｂ，１４ｂ間の寸法とほぼ等しくなっている。したがっ
て、回路基板２７は、その係合突部２７ｂを、ブラケッ
ト１４の基板支持片１４ｂ，１４ｂを各々外側に弾性変
形させ、係合孔１５ｃに係合させることにより、コネク
タやケーブル部材などを使用することなくセンサユニッ
ト８と容易に接続できるとともに、基板支持片１４ｂ，
１４ｂによって支持できるように構成したものである。

【００１９】また、図１および図２に示すように、３０
はマイクロフローセンサチップ９の検出信号に基づいて
被測定流体の流量を算出する演算装置３０ａや、被測定
流体の種類に応じた流量特性を当該演算装置３０ａによ
って補正する際に使用される補正係数を予め記憶してお
くメモリ３０ｂ、演算結果などを４−２０ｍＡで出力し
たり、積算パルスとして出力する出力インタフェース３
０ｃなどからなる回路基板である。出力インタフェース
３０ｃは、４−２０ｍＡ回路にあってはＤ／Ａおよびオ
ペアンプによる電圧−電流変換回路により構成し、積算
パルス出力にあってはフォトカプラにより出力できる構
成としてある。

【００２０】センサユニット８の出力と流速との関係
は、図７に示すように、種類の異なる被測定流体（例え
ばガスＡ，ガスＢ，ガスＣ）によって異なる特性カーブ
を描く。また、上記補正係数と流速との関係は、図８に
示すように、種類の異なる被測定流体（例えば、ガス
Ａ，ガスＢ，ガスＣ）によって異なる特性カーブを描
く。仮に被測定流体がガスＡのときは、当該ガスＡに係
る補正係数を用いて補正すれば、図９に示すような流量
に正比例した出力が得られる。また、補正係数に流路２
の断面積に関する要因も含ませておけば、流速から流量
を算出することができる。したがって、１つの流量計で
複数種類の被測定流体を任意に選択して測定できるよう
にするために、上記メモリ３０ｂには複数種類の被測定
流体に対応する補正係数を予め記憶しておき、これを設
定スイッチ３６によって任意に選択設定できるように構
成したものである。例えば、空気や窒素ガスをグループ
１、アルゴンガスをグループ２、炭酸ガスをグループ
３、酸素ガスをグループ４というようにグループ分けし
ておき、この中から任意のグループを設定スイッチ３６
によって選択設定して測定できるようになっている。な
お、演算装置３０ａやメモリ３０ｂには、設定操作や演
算処理のためのアルゴリズムなども予め書き込まれてお
り、例えば、表示モード設定、ガス種設定、アナログス
ケーリングなどの各種機能の設定やパラメータ設定を行
う設定モードや、瞬時流量、積算流量、逆積算流量など
の流量演算を実行させる測定モードなどを実現するため
の制御プログラムが予め書き込まれている。また、メモ
リ３０ｂは、測定された流量データなども随時保存でき
るようになっている。

【００２１】また、この回路基板３０と回路基板２７と
は、コネクタ２７ｃと図示しないケーブルなどにより接
続されている。また、３１はボディ１に設けられ、回路
基板３０を固定する固定手段である。３２は外部出力用
のコネクタであり、例えば、図示しないパーソナルコン
ピュータとケーブル接続して通信可能に形成したもので
ある。

【００２２】また、図１、図２、図５および図６におい
て、３４はガラス繊維強化熱可塑性樹脂などにより成形
され、ボディ１に装着可能に形成したカバーであり、演
算装置３０ａに各種の設定入力を行う設定スイッチ（入
力手段）３６と、当該設定スイッチ３６による設定内容
や当該演算装置３０ａの出力結果などを表示する液晶表
示器（表示手段）３８とを備えている。また、このカバ
ー３４の側面中央の下部には、ボディ１の側面中央の上
部に１対設けられた係合突部３５，３５と弾性的に係合
する１対の係合孔３４ａ，３４ａが設けられている。こ
れら係合突部３５，３５および係合孔３４ａ，３４ａ
は、カバー３４をボディ１に対して装着方向を反転させ
た場合にも係合する位置に設けられている。すなわち、
カバー３４はボディ１に予め装着して出荷されるが、ボ
ディ１の設置場所の制約により、カバー３４の設定スイ
ッチ３６と液晶表示器３８の向きがユーザーに対して逆
になり操作上不便を来す場合があるが、かかる場合にカ
バー３４をボディ１に対して装着方向を反転し係合させ
ることによって容易に装着できるように構成したもので
ある。

【００２３】また、図２において、３９はカバー３４に
配設された設定スイッチ３６の上面を覆うように設けら
れた保護フィルム、４０は設定スイッチ３６と液晶表示
器３８の動作回路などを備えた回路基板であり、図示し
ないコネクタやケーブルなどにより回路基板３０と接続
されている。また、この回路基板４０は、カバー３４内
に設けられた固定手段４２ａ，４２ｂなどによってカバ
ー３４に固定されている。

【００２４】次に流量計の組み立て手順について説明す
る。入口側の流路２にはスペーサ４と整流用金網６とを
交互に嵌挿する。そして、フランジ２０をＯリング２
４，２５を介してネジ２３によってボディ１に固定す
る。一方、流路２の出口側にはフィルタ用金網６ａを配
設し、フランジ２０をＯリング２５を介してネジ２３に
よってボディ１に固定する。ブラケット１４のセンサ固
定板１４ｄに予め固定されているマイクロフローセンサ
チップ９を、ボディ１のセンサ取付孔７に挿通して流路
２に露出させる際には、ブラケット１４の基板支持片１
４ｂを２本のブラケット位置決め用突条１９，１９によ
って形成された案内溝に係合させて滑らせることによ
り、マイクロフローセンサチップ９をセンサ取付孔７の
ほぼ中央を通過させ所定の位置に正確かつ容易に納める
ことができ、きわめて微細な構造を持つマイクロフロー
センサチップ９がセンサ取付孔７の縁やボディ１の内壁
面に接触して破損するのを防止できる。また、ブラケッ
ト１４の突出板１４ｃをボディ１のブラケット位置決め
部１６に係合させることによって、センサ取付孔７に対
して容易に位置決めすることができ、組み立て作業が容
易である。また、センサチップ固定基板１１は、センサ
固定板１４ｄに対して予め気密的に金属接合されている
ので、当該接合部分での気密性は十分に確保される。さ
らに、ブラケット１４は、Ｏリング１７を介してネジ１
８によりボディ１に強固に固定されるので、本体固定板
１４ａとボディ１との気密性も十分に確保される。

【００２５】また、ブラケット１４に突出板１４ｃを形
成したことにより、ボディ１に対するネジ１８の有効長
さを容易かつ十分に確保できる。したがって、ネジ１８
の有効長さを確保するために、当該ネジ孔が流路２に貫
通してしまうような事態を回避できる。これにより、ボ
ディ１に大口径の流路２を設ける場合であっても、ブラ
ケット１４の突出板１４ｃの長さとボディ１の当該ネジ
孔を設ける箇所の肉厚とをネジ１８の有効長さに応じて
適宜調整して製造すれば、ボディ１全体を大型化しなく
ても済み、小型・軽量化による製造コストの削減にも寄
与することとなる。

【００２６】回路基板２７は、基板支持片１４ｂの弾性
変形を利用して係合突部２７ｂを係合孔１５ｃに係合さ
せるとともに、リード線取付孔２７ａにセンサユニット
８のリード線１０を挿通して半田付けすることにより、
コネクタやケーブル部材などを使用することなくセンサ
ユニット８と容易かつ迅速に接続できる。また、回路基
板２７は、固定手段２８ａ，２８ｂによりボディ１に固
定されているとともに、基板支持片１４ｂによっても支
持されているので、安定した固定が可能となる。

【００２７】また、回路基板３０は、固定手段３１によ
ってボディ１に固定する。なお、回路基板３０と回路基
板２７とは、コネクタ２７ｃと図示しないケーブルなど
により接続する。

【００２８】カバー３４は係合孔３４ａをボディ１の係
合突部３５に係合させることにより、ボディ１に装着す
る。このようにカバー３４はボディ１に予め装着して出
荷されるが、ボディ１の設置場所の制約により、カバー
３４の設定スイッチ３６と液晶表示器３８の向きがユー
ザーに対して逆になり操作上不便を来す場合がある。か
かる場合には、設置現場においてカバー３４をボディ１
に対して装着方向を反転して装着すればよく、液晶表示
器３８などの表示を見やすくできる。

【００２９】次に動作について説明する。メモリ３０ｂ
には、被測定流体の種類に応じた流量特性を演算装置３
０ａによって補正する際に使用される補正係数を予め記
憶してあるので、液晶表示器３８の表示を見ながら、設
定スイッチ３６による所定の操作によって該当する被測
定流体を選択し設定する。被測定流体は流路２の入口側
から流路２に導入され、整流用金網６によって整流され
る。そして、被測定流体はセンサユニット８のマイクロ
フローセンサチップ９によって流速を検出され、リード
線１０からその検出信号を回路基板２７に出力する。検
出信号は、所定の信号変換や増幅などを経て、回路基板
３０の図示しない演算装置に取り込まれ、リニアライズ
や補正を経て流量データが算出される。流量データの出
力は、例えば、４−２０ｍＡ出力や積算パルス出力で行
われ、液晶表示器３８にも表示される。なお、演算装置
３０ａによる出力と流量との関係は、図９に示すよう
に、比例するようにしてあるので取扱いに便利である。

【００３０】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、メモリ３０ｂには複数種類の被測定流体に対応する
補正係数を予め記憶しておき、これを設定スイッチ３６
によって任意に選択設定できるように構成したので、複
数種類の被測定流体を１つの流量計で測定できる効果が
得られる。また、液晶表示器３８を設定スイッチ３６と
ともにカバー３４に設けて構成したので、設置現場にお
いて設定内容と測定された流量を確認できる効果が得ら
れる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、被測
定流体の種類に応じた流量特性を演算装置によって補正
する際に使用される補正係数を予め記憶しておくメモリ
と、前記メモリに記憶された複数の補正係数の中から演
算に必要な補正係数を選択し前記演算装置に演算指示を
与える入力手段とを備えて構成したので、複数種類の被
測定流体を１つの流量計で測定できる効果がある。

【００３２】この発明によれば、入力手段による設定内
容と測定された流量とを表示する表示手段を備えて構成
したので、設置現場において設定内容と測定された流量
を確認できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による流量計の回路構
成を示すブロック図である。

【図２】流量計を示す垂直断面図である。

【図３】流路の入口方向から見た突出部を示す正面図で
ある。

【図４】突出部付近の構造を示す拡大断面図である。

【図５】流量計を示す分解斜視図である。

【図６】カバーの正面図である。

【図７】複数の被測定流体についてセンサ出力と流速と
の関係を示すグラフ図である。

【図８】複数の被測定流体について補正係数と流速との
関係を示すグラフ図である。

【図９】演算装置によって出力される出力と流量との関
係を示すグラフ図である。

【図１０】本願出願人が特開平９−６８４４８号公報に
開示した流量計を示す断面図である。

【図１１】従来の流量計の回路構成を示すブロック図で
ある。

【図１２】流速センサの出力と流量との関係を示すグラ
フ図である。

【符号の説明】

８ センサユニット（流速センサ） ３０ａ 演算装置 ３０ｂ メモリ ３６ 設定スイッチ（入力手段） ３８ 液晶表示器（表示手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 智彦 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 山武ハ ネウエル株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定流体の流速を検出する流速センサ
   と、前記流速センサの検出信号に基づいて当該被測定流
   体の流量を算出する演算装置とを備えた流量計におい
   て、前記被測定流体の種類に応じた流量特性を前記演算
   装置によって補正する際に使用される補正係数を予め記
   憶しておくメモリと、前記メモリに記憶された複数の補
   正係数の中から演算に必要な補正係数を選択し前記演算
   装置に演算指示を与える入力手段とを備えたことを特徴
   とする流量計。
2. 【請求項２】 入力手段による設定内容と測定された流
   量とを表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の流量計。