JPS59171816A - 微小流量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は細管の先端から滴下する層温の定量性を利用
した新規な微小流量計測装置に関する。

細管で出来だ滴下管の先端から滴下する水滴の体積につ
いて研究した論文が、昭和５４年１月通産省計量研究所
発行の計量研究所報告Ｖｏ　１．２８．　Ｎｏ、　１に
発表されている。この論文によれは、滴下管の先端から
滴下する水滴の体積は、先端の径によって異なり連続滴
下間隔時間などによって違ってくることが究明されてい
る。

唾この発明は蒸上の研究をさらに発展させて得られたも
ので、南下する液滴が広範囲な滴下、間隔時亘 間に却って一定の微小定容量として再現できることを究
明し、更に、その液Ｙ陶の体積が所定の量になるＪ″）
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・７−賜金でＬ止εＣ第１．第２θ′慣珪哨泣で１：先
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肴上ロ１１血條刀衷浦２柊下不■置Ｉコ傘−１尺イホー
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（丁革伏併Ｃり負ど１５ｇ下し蒜骨区丁つの〈゛。

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７；ｊ：ｂ。昂７図明り甫当牙欠λδ司芙娩イ列で　（
作Ｊ旧１八榛、７（す）；↓林片に生芋４ムに月１べし
ｒ−５ａ−ｃ゛ゐう。

献上圀仰ぐ　不突明１ミまれ１ｖ永め（ｍ′Ｉ単Ｒ上り
魚下鍜置Ｚ旧いて点下木の借弥蚤λ満下足度のム・・ｋ
回！ミ亘−て−７τ１１禾つ二乙１ミより予浬オ兜２毘
でわ９痕シ簡の）朗下櫻Ｘρ、−７神１．１−’Ｔｔｆ
吾１　ｂｌ：＠ＴｔＴ：Ｊ乙乙該、（ミニ／ｌ處量乙弊
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仄刷却乙３：ハ（＼・７’Ｊ’ｉ：、１．；託量９ｆ思
１１分計１・仝えゐ斗１種１９ワ灸り呆（↑八さく、力
・フライ面で゛ゐる二乙力、→λ矛す僧ト自′祈り刀果
　１ｔ−１へ）　（）ｓＪ　　・＼ｔσつでｄへ択４−
（２）面η簡輌−′致叩 罎ｇｌａ　山′野ひ　〕しン四０１↓イ〈完明１−イメ
ミクイ七又・１・博さＴノＪ’ｌ　３　＠　’）　　Ｉ
　　ｆ　２Ａｉ”イ？’＋　？”　？　５゜　’＝ｚｌ
力（イ）、　　（ｏ）ＩＬ不、？ＢＦｌ、ｌ二ｉ余が〃
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１了たａへぞハ（イ）、（０）、４−Ａ　　Ｙえ地図Ｚ
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自下窄λの　１宍投（列で′、ｈ５゜１馬４１刀１　η
ヲ図しハ゛よひ″冨Ｌｌ口（↓木飽−胎、１．（づ電融
η目氏ｆダ１（゛ゐ玩第７図１丁滴下￥４１Ｓ、Ｒ’１
丁）崩下泣λ才辷１ゐ末壺積である。第Ｙ図ＩＬ罠滴当
救乙不発明戎マ１−萌こ践した爲合の１炙斤、１り・１
（上嶋。Ｖ’ｌ’ａ＋７．液浦当朽の１１尖；復仔’＋
　　？’（イノ′７（ロ）゛１丁季れ之′ン＼（伺、（
ロ）Ａ−Ａす（ネ見１力でＪ５　　　′）う。％１０１
３　Ｊ　Ｔ髄／１尤鳩η嗅股）り・１くゐ尻。

１　−−−−−−　叶Ｇ７Ｑ、：１１１；、７−ｊ：コ
）−−−−−一濃Ｌ’Ｅ　、１　と；−−−−−−、シ
１）：ｊ下＄　　　　旨ノフー−−−・−針刃’Ｉ芯Ｊ
　　Ｂ−−−−−−ＪＸ’ｉ、ｌｃ＋−−−−−ｉ水ｔ
ｒｉ　１．’ｅ謔記材、　　”ノ１う一−−−−−、ｆ
填写Ｓ↑、　２’）−−−−−−＋＄；山当肩丸ン２−
−−−−一才−バ′−−フロー管、刀−−−−−−７し
Ｘンノ、Ｌ／？、δＩ−、−−−−−品１の　ｎ待７゛
１汀出願人　　　オリ＼）Ａｐｋ蕃り耐腸Ｍ羽士第１図 第２図 （イ）　　　　（ロ） 第４図 第７図 第９図 第１０図 ８　　　　　８ 特許庁長官　若杉　和犬　　殿 １．事件の表示 昭和５８年特許願第４５６０３号 ２、発明の名称 微小流量計測装置 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住　所　　東京都新宿区上落合３丁目１０番８号昭和５
８年６月８日（発送日昭和５８年６月２８日）６、補正
の内容 明細書全体および図面（第２．９図）を別紙の通り補正
する。

ただし、発明の名称、特許請求の範囲および発明の詳細
な説明　　細　　沓 １発明の名称 測 微小流量針台装置 ２、特許請求の範囲 （１）被計測液体源と、との被計測液体源と連通し開口
面積を変更できる滴下管と、この滴下管開口部からの液
滴下を検知する検出部と、流出管を有する計測容器と、
液の滴下管を計量する機構とで構成され、前記流出管に
おける微小な連続流を前君己滴下管による不連続流とし
て計測することにより求めることを特徴とした微小流量
計測装置。

（２）″−１計測液体源はろ過器を介して外気に通じる
導入管と計測容器に連通ずる導出管を配設した密閉容器
に収納された液体であることを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載の微小流量計也１１装置。

（３）滴下管はその外周から外周母線に対し鈍角で内周
近傍に至る錐面より形成されることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項または第（２）項記載の彼ｌ」・流
量計測装置。

（４）被計測液体源は被計測液体を連続的に供給できる
貯蔵タンクとし、この貯蔵タンクの底面と連通ずるフレ
キシブル管とオーバーフロー管とを具備し、上記フレキ
シブル管の伸縮により貯蔵タンク内の被計測液体の水頭
を調節し、かつオーツ（−フロー管の開口端を大気側に
開放してなる特許請求の範囲第（１）項乃至第（３）項
いずれか記載の微小流量計測装置。

（５）検出部は計測容器内で少なくとも液滴が滴下管開
口部より離脱する下方の位置で、液滴よりも小さい間隙
をもって対向した電極を配設し、かつこの電極の先端部
を残して他部を撥水性材料で被覆え しだ液滴検出器を備６てなる特許請求の範囲第（１）項
乃至第（４）項いずれか記載の微小流量測定装置。

（６）対向した電極はその間の距離が液滴より大きい位
置より液滴落下線に向って下方に湾曲した形状を有する
電極を持つ特許請求の範囲第（５）項記載の微小流量測
定装置。

（７）一方の電極が計測容器下面または下面近傍まで伸
びている特許請求の範囲第（５）項記載の微小流量測定
装置。

（８）検出部は滴下管の開口端下方位置において液滴に
よる光音の変化を検知することを特徴とする特許請求の
範囲第（１）項乃至第（５）項いずれか記載の微小流量
測定装置。

（９）検出部は滴下管の開口端下方位置において液滴の
通過による静電容量の変化を検知することを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項乃至第（５）項いずれか記載
の微小流量測定装置。

σＯ検出部は滴下管の開口端下方位置において液滴の通
過による熱的変化を検知することを特徴とする特許請求
の範囲第（１）項乃至第（５）項いずれか記載の微小流
量測定装置。

０計測容器は液滴落下位置に液滴当板を配設することを
特徴とする特許請求の範囲第（１）珈乃至第峙項いずれ
か記載の微小流量測定装置。

（２）計測容器は滴下管近傍に位置する第１の液滴検出
器と、この第１の液滴検出器より所定距離下方に位置す
る第２の液滴検出器とを配設し、上記第１および第２の
液滴検出器が同時に作動したとき前記滴下管における滴
下流を遮断することを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項乃至第σ］）項いずれが記載の微小流量測定装置。

σ→流出管は前記滴下管より小さい口径であることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（１２項記載
の微小流量計測装置。

３発明の詳細な説明 この発明は細管の先端から滴下する液滴の定量性を利用
した新規な微小流量計測装置に関する。

細管で出来だ滴下管の先端から滴下する水滴の体積につ
いて研究した論文が、昭和５４年１月通産省計量研究所
発行の計量研究所報告Ｖｏ１．２８゜Ｎｏ、　１に発表
されている。この論文によれば、滴下管の先端から滴下
する水滴の体顆は、先端の径によって異なり連続滴下間
隔時間などによって違ってくることが究明されている。

この発明は蒸上の研究をさらに発展させて得られたもの
で、滴下する液滴が広範、囲な滴下間隔時間に亘って一
定の微小定容量として再現できることを究明し、更にそ
の液滴の体積が所定の量になるようガ滴下管の開口面積
を定めて、との液滴の滴下数を単純に計数することによ
り、この計数量が体積積算量に表示することを目的とし
だものである。

また、本発明の他の目的は液滴の滴下により不連続流か
ら微小な連続流を得ることである。

以下に本発明の構成を示す１実施例を図面とともに説明
する。

第１図において軸は被測定液体を貯蔵した貯蔵容器であ
り、外気と濾過器３を介して通じる導入管２と下方で滴
下管６と通じる導出管４とが挿通されている。導入管２
は導出管４よｐ流出する被ｍ）＋定液体と見合う外気を
導入するもので他の開口部は貯蔵容器１の頂部に位置し
、これと反対に導出管４の他端は貯蔵容器１の底部に開
口する。滴下管６は導出管４の下端と結合されるととも
に計測容器７内で開口し液滴１１を滴下する。この滴下
管６は開口部の面精を可変機構５により０ｆダで角る。

ｆｌ、簡１１は滴下管６の下部に少くとも液滴が滴下管
より彫脱する距離を隔てて、がっ液滴よシも小さい間隙
をもって対向した電極８を配設されていて、電極８の先
端部を残した他部をテフロンのような撥水性材料１０で
１覆しである。液滴が水のような導電性液体であれば電
極８間を液滴が通過したとき積算計１３と電源１４間は
閉路され、液滴が通過する毎に積オされる。図において
ｔ＆８は計測容器７の内壁に配設されているが滴下管６
に相互の電極が絶縁して固定される方法でもより、要は
液滴の通過する毎に確実に積算できることである。計測
容器７の下端には流出管９が配設され外部に流出する。

流出管９の内径は任意でよいが、本発明の主旨とすると
ころは滴下液の液滴量が一定の滴下時間間隔内において
流出管９内の流れが連続流となるような内径にすること
。すなわち滴下による不連続流を連続流に変換した微小
流を得ることにあるので、滴下管６の内径は流出管９の
内径よりも太きい。

第２１（ハ）には滴下管６の開口部面積を変更して液滴
の体積が所定量になるよう微量調整する可変ｉ構５の１
実施例を示す。１滴下管６は弾性円筒でちり、この弾性
円筒６に設けられたフランジ部１７と開口部２５との間
に薄肉部２ｏを設けである。さらに、この薄肉部２０と
開口部２５との間には弾性円筒６の外径よりも大きい雄
ねじ２１を設けて、これと螺合する雌ねじ２２をもった
内筒１５を弾性円筒６の外周に被冠しである。まだ、と
の内筒］５はフランジ部１７下面と外周に外接し、さら
にフランジ上面に軸受１９を介して上記内部フランジ上
面周に設けられた雄ねじ２３と螺合する雌ねじ２４を内
面に設けた外周１６と一体的に結合している。しだがっ
て内外筒部は計測容器７、滴下管６に対してｍ動自在と
なって層り、かつシール２６により計測容器７と外気と
は一気−密となっている。滴下管６の開口部は第２図（
イ）（ロ）に示すように滴下管の外周から外周母線に対
して鈍角をなし、内周近傍に到る錐面となって居り、こ
の錐面は撥水性絶縁材料が塗布されている。

以上の構成に基ついて動作を説明すると、貯蔵容器１内
の被測定液体は導出管４がら流出する液量と等しい外気
とｐ過器３、導入管２を介して貯蔵容器１内で置換され
る。導出管４と接合されている滴下管６よυ計測容器７
内に液滴が滴下されるが、滴下液の体積は滴下管６の開
口部２５における被測定液体の表面張力の総量と液滴の
重量との釣合条件により変化する。したがって表面張力
に影響を与える滴下管６の内径、外径の比率と大きさが
滴下液の体積決定侠素として１袋である。しかし、液滴
の離脱に対しては滴下管６の外周の大きさが第−義的な
要素となる。内周の影響は滴下管下面における液体粘性
付層に影響を与えるものでちり、滴下時間間隔が短くな
り、との液滴の滴下管離脱時、内外周間に狭まれだ底面
部の液体が衡 この表面張力との千キによる安定位置に到達する以前に
次の液滴が供給される場合、液滴にこの慣性影響分が附
加されるので液滴の体積は大きくなる。これらの影響を
無くして広範囲の滴下時間間隔に対して滴下液体体積を
一定とするためには滴下管６の開口部において粘性付着
の影響を小さくし、表面張力の大きさが常に一定に保た
れることでちり、第２図（イ）（ロノの如く内外周が殆
んと一致する如く滴下管開口部をその外周から外周母線
に対して鈍角で内周近傍に到る錐面、すなわちチー・く
−形状とし、しかも錐面は液体付着により表面張力の大
きさが変化しないように栴水性劇料を塗布して濡れが拡
がるのを防いだ。このことにより水滴体積の一定性は単
なる円筒形状に対して２０チも拡大した。しかし、この
ような水滴の体積は開口部の外周の大きさに依存するの
で、この水滴の大きさを適当な体積にするためには外周
を変更すればよく、同一形状であれは開口部の面積を変
更できれはよい。第２図（ハ）の例では一体的に結合さ
れた内外筒を回転することにより滴下管６は薄肉部Ａを
支点としてＢ部に曲げ力が加わることとなるので弾性体
の開口部は僅かに開口する。この方法は１例に過ぎない
が、開口径の異なる０数の滴下管を交換することでもよ
い。贅は液滴の体積が液滴の言」〕″＆栴で単純に計量
した揚台、意味ある数値となる童に調整できることであ
る。

このように調歪された滴下液は開口部下方に配設された
電極により滴下捕捉時の電気伝導性を利用して、計量機
構たとえば電磁カウンタ等を駆動する。液滴が電気伝導
性の無い場合とか液滴が不透明であるときは、たとえば
光の透過、遮断を光電某換して計量することもできるし
、また誘電体であれば静電容量の変化からも計量するこ
とができる。あるいけまた熱線、サーミスタの如き流体
変位感応素子を用いて液滴の通過による熱的変化を検知
することから計量することもできる。これら検出様相と
滴下管は中空容器である計測容器７に流出管９とともに
収納されているものであり、滴下液は流出管９のみを通
して排出されるものでちる。この場合、計測容器内にお
いては液滴落下による開側容器内の圧力上昇のため、流
出管からは外圧との圧力平衡を保つ可く流出する。定常
状態においては滴下液の体積と流出液の体積とは等しく
、シたがって滴下する液滴の数から流出流を求めること
ができる。この場合、滴下液の滴下不連続流を連続流に
する口径を流出口に与えることにより滴下流相当の微小
流れを連続流れに変換できる。たとえば滴下管の口径に
比較して流出管の口径を小さくしておく。あるいはまた
任意の口径の流出管に絞りを設け、それを調節すること
により滴下流相等の微小流れを連続流に変換することが
可能である。口径の選択は連続流の条件を充たす範囲で
任意に決められる。

関 第１図に榊しての斜上の訝明では、滴下流の流出にした
がって貯蔵容８ａ１の液位は低下する。液位の低下は滴
下時間の時間間隔を大きくする。

ところで、滴下管６により微小な一定５−を注入する必
※のある場合は貯蔵容器１の液位を常に一定にすること
が要求される。第３図に示したのはこの要求に対して液
位を任意な値で一楚に保持するための装置で、滴下管６
の上流で？Ｌ通する液体の貯蔵容器１とオーバーフロー
管３２とからなり、液体の貯蔵容器１には被計測液体が
液体供給管２９を介して図示しない供給源から供給され
る。オーバーフロー管３２は液位調節装置３５によりオ
ーバーフロー管３２の開口部３１を上下に移動させる。

液位調節装置３５はフレキンプル管３３をその上部に連
結された上下動機構３４により移動させるもので、開口
部３１の位置に応じた一定流量を供給できるものである
。３６はオーバーフロー管３２の開口部３１より流出し
た液体を受けるタンクである。

第４図乃至第６図および第１０図は電極８の形状を示す
。第４図は液滴１１の径に対して俤かに狭い距離を隔て
て対向して配設された電極であり、電極８は先端部を残
して撥水性絶縁材料１０により被覆され、液滴の電極８
への接触によらない電極の短絡を防いでいる。第５図は
′に極の先端を液滴の落下線に向って下方に傾斜させた
形状であり、液滴のｔｉ間での保持時間を長くすること
により計量装置の動作時間に応じた導通時ｍ］が得られ
る。

第６図は第５図の亀、極において、一方の電極を液位近
傍まで延長したもので電極を通過した液滴は延長した％
極に付浴し乍ら落下する。すなわち、液滴は表面Φ力に
より拡り乍ら落下するので、落下の際発生する気泡が流
出口１２に到り、流出￥ｆ９より流出する流れの中に気
泡が入るのを防止する効果がある。第１０図の如く電極
８の先端を板状に形成しておけは、接触面積が大きくな
るので、液滴の検知がより確実になる。

第７図は本願の主旨とする滴下液の体積が滴下管の周長
ζに依存することを利用した微小流量計測分野において
、流量が大きくなり滴下液が連続流になった場合、滴下
流を遮断するか管轄を発する／こめ、液滴１１を検出す
る第１の電＆８１の下方に少なくともｇ！Ｌ画の大きさ
以上離れた位置に第２の電極８２を配設し、この第１お
よび第２の電極が同時に閉路することを示すＡＮＤ素子
２７の信号により、図ボしていない滴下流を遮断するか
警報を発するものである。上記の説明は電極を配設した
方式に関するものであ゛るが、他の方式として光または
静電容量ｔｌ−用いた場合でも上記の飢１、第２の電極
の位置に光または静電容量検出器を配設することにより
四球の効果が得られる。

第８図は流出管９に気泡が流入するのを防止する他の方
法で、計釧谷器７（流出口に近傍の液滴落下位置に傘状
体の液滴当叛２８を配設したものである０敢簡は傘状体
の頂点に落下し拡散するので、計測容器７内の液位に達
したときは流速も遅く気泡を巻き込むことは無くなる。

第９図は＃崗当板２８の実施例で、（イ）は円錐状体、
（ロ）は板片を十字、Ｖに構成したものである。

蒸上の如く、本発明によれは伽めて簡単な滴下装置を用
いて滴下液の体積を滴下速度の広い範囲に亘って一定に
保つことにより不連続流でちる液滴の滴下数から微小な
流量を正確に計量するとともにこの流量と等しい連続流
に変換できるので、従来計測が困難ときれていた微小流
量計測分野に与える技術的効果は大きく、かつ安価であ
ることから経済的な効果も極めて太きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は本発明に係る９／」・流量計測装
置の１実施例である。第２図（イ）（ロ）は本発明に係
る滴下管の１実施例を示す縦Ｗｉ面図である。に）に）
はそれぞれ（１）（ロ）Ａ−Ａ矢視図である。（ハ）は
期変機構を有する滴下管の１実施例を示す縦断面図であ
る。第４図、第５図および與６図は本発明に係る電極の
１実施例でｂる。第７図は滴下管６における滴１流を検
出する機構である。第８図は液滴当板を本発明装置に配
設した場合の１実施例である０第９図はに！ｌ晶〕当叔
の１実施例で（イ）（ロ）はその世１面図であり、（ハ
）に）はそれぞれ（イＪ（ロＪＡ−Ａ矢視図である。第
１０図は％憧の先端のｌ爽施ψ１１である０１・・・貯
蔵容器、３・・・濾過器、６・・・滴下管、７・・・計
辿］容器、８・・・電極、１０・・・撥水性絶縁材、１
３・・・積算計、２８・・・液温当板、３２・・・オー
バーフロー！、３３・・・フレ斤シブル管、８１・・・
第１の霜、他、８２・・・第２の電極 特許出願人　オーバル機器工業株式会社第２図 （イ）　　　　（ロ） 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）被計測液体源と、この被計測液体源と連通し開口
   面積を変更できる滴下管と、この滴下管開口部からの液
   滴下を検知する検出部と、流出管を有する計測容器と、
   液の滴下量を計量する機構とで構成され、前記流出管に
   おける微小な連続流を前記滴下管による不連続流として
   計測することにより求めることを特徴とした微小流量計
   」１ｊ装置。 （２）被計測液体源はろ過器を介して外気に通じる導入
   管と計測容器に連通ずる導出管を配設した密閉容器に収
   納されだ液体であることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の微小流量計測装置。 （３）滴下管はその外周から外周母絣に対し鈍角で内周
   近傍に至る錐面よシ形成されることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項まだは第（２）項記載の微小流量計
   測装置。 （４）被計測液体源は被計測液体を連続的に供給できる
   貯蔵タンクとし、この貯蔵タンクの底面と連通ずるフレ
   キンプル管とオーバーフロー管とを具備し、上記フレキ
   ／プル管の伸縮により貯蔵夕／り内の被計測液体の水頭
   を調節し、かつオーバーフロー管の開口端を大気制御に
   開放してなる特許請求の範囲第（１）功乃至第（３）項
   いずれか記載の微小流量計測装置。 （５）検出部は計」り容器内で少なくとも液滴が滴下管
   開口部より離脱する下方の位置で、液滴よりも小さい間
   隙をもって対向した電極を配設し、かつこの電極の先端
   部を残して他部を１茫水性制利で被覆しだ液滴検出器を
   備えてなる特許請求の範囲第（１）項乃至第（４）項い
   ずれか記載の微小流量測定装置。 （６）対向した電極はその間の距離が液滴より大きい位
   置より液滴落下線に向って下方に湾曲した形状を有する
   電極を持つ特許請求の範囲第（５）項記載の微小流量測
   定装置。 （７〉一方の電極が計測容器下面まだは下面近傍まで伸
   ひている特許請求の範囲第（５）項記載の微小流量測定
   装置。 （８）検出部は滴下管の開口端下方位置において液滴に
   よる光量の変化を検知することを特徴とする特許請求の
   範囲第（１９項乃至第（５）項いずれか記載の微小流量
   測定装置。 （９）検出部は滴下管の開口端下方位置において液滴の
   通過による静電容量の変化を検知することを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項乃至第（５）項いずれか記載
   の微小流量測定装置。 （転）検出部は滴下管の開口端下方位置において液滴の
   通過による熱的変化を検知することを特徴とする特許請
   求の］ＴＩ）、凹第（１）項乃至第（５）項いずれか記
   載の微小流量測定装置。 ０計測容器は液滴落下位置に液滴当板を配設することを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（イ））項
   いずれか記載の微小流量測定装置。 ■計測容器は滴下管近傍に位置する第１の液滴検出器と
   、この第１の液滴検出器より所定距離下方に位置する第
   ２の液滴検出器とを配設し、上記第１および第２の液滴
   検出器が同時に作動したとき前記滴下管における滴下流
   を遮断することを特徴とする特許請求の岬、凹第（１）
   頌乃至第００項いずれが記載の微小流量測定装置。 餡）流出管は前記滴下管より小さい口径であることを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第に）項記載の
   微小流量計測装置。