JPS6114522A - ２段オリフイス式流量計 - 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】 本発明は、一般的には流量測定装置に関し、さらに詳し
く言えば、流量を測定すると同時に、流量の指示を無効
にするような無効化の状態の存在を表示する装置に関す
る。

従来の装置としているいろな種類の流量測定装置が知ら
れている。これらいろいろな形式の装置は、堰のような
開放型流量測定装置から閉止型の容積流量計までさまざ
まなものがある。経済的でかつ信頼性のおけるとくに好
適した形式の装置は流動管路区画の中に流動制限手段を
使用したものである。これらの流動制限手段は一般的に
はオリフィスと呼ばれていて、オリフィス、ベンチュリ
、ジェットならびにこれらのものを組み合わせたものか
ら構成されている。これらの流動制限手段を使用する場
合、通常、上流側圧力と下流側圧力との間の差圧をモニ
ターする手段を備えた態様のものが゛採用されている。

差圧を検知する正確な位置は管路の直径と比べて異なっ
た流動制限手段の直径とともに変わるが、二、三の直径
についてあらかじめ外側に圧力検知タップを設けること
は容易である。たとえば、ウォーカーとレビイスの共著
になる著書「化学エンジニアリングの原理」の昭和５年
刊行の第２版は、圧力タップを設けることを教示してお
り、またこれらの圧力タップの設置を示すものとしてデ
ィビスとヨルダンの共著になるイリノイ大学工業研究所
の論文集第１０９号（大正８年）を引用している。ニュ
ーヨーク市のマツフグロウ・ヒル・ブック社が刊行した
ウォーカー、　　ルビイス、マツクアダムス、キリアン
ド共著になる著者「化学工学シリーズ」の第５版の６２
に一ジには管路区画の差圧を検知するため圧力タップを
設置する位置を計算するやり方が教示されている。

事前審査で見つかった本発明装置にもつとも近い従来の
装置の代表的なものは下記の米国特許公報に開示されて
いるものである。大正１５年の始めに公告された米国特
許第１，５５９，１５６号は、上流側オリフィスの上流
側に圧力タップを設けるとともに、下流側オリアイスの
下流側に圧力タップを設けた２つのオリフィスが圧力セ
ンサーと協働して使用されていて、容積で表わした流量
を検知するとともに、アウト・オブ・レンジの状態を指
示する状態または流量に関する情報を無効にする状態を
検知するよう構成された流量計に使用されるオリフィス
・タイプの差圧を作る装置を開示している。このように
構成された装置では圧力タップは最大圧力と最小圧力の
間の差を検知し、これにより最大差圧Ｐ１−Ｐ２を求め
ることができる。この発明は、各流動制限手段について
５つの管路の限界的な間隔を限定している。このよ５に
構成することにより各流量測定装置の較正を行なう必要
をなくすことができる。米国特許第１，９６５，０１１
号は、粘度を計算するために使用される差圧を利用した
２段オリフィスを使用することを開示している。

米国特許第５．７１４３３７号は、測定範囲が２段増幅
器により広げられているが、圧力タップを適所に設けた
オリフィスを１つだけ使用した装置を開示している。米
国特許第３，７９７，４７９号は、自動的に欠陥をゼロ
にする特徴を備えた装置について欠陥を選りわゆるスピ
ロメーターを開示している。米国特許第＆９２４，４４
５号は、２つのベンチュリが流路の中に順々に挿入され
ていて、ノクイパスが平行に接続された較正装置を備え
た流量測定システムを開示し又いる。

従来の装置は流量を測定するためいろいろなこころみを
行なっているが、流量を測定する手段としてまた流動状
態に関する情報を無効にするような異常な状態を指示す
る手段として各流動制限手段の上流側圧力間の差圧だけ
を利用する経済的で信頼性のあるシステムを提供するに
はいたっていない。

したがって、本発明の目的は、流動管路区画の中に直列
に配置された各流動制限手段の上流側で測定された上流
側圧力にもとづくだけで流量を測定することができる経
済的で信頼性があり、しかも容易に設置することが可能
な装置を提供することである。

さらに詳しく言えば、本発明の目的は、複数の直列に接
続された流動制限手段と、流量の測定と同時に、流量に
関する情報を無効ならしめる異常な状態を検知するため
、各流動制限手段の上流で圧力を測定する装置とより成
る流量測定装置を提供することである。

本発明のその他の目的は、添付図面を参照して作成され
た以下の説明を精読することにより容易に明らかになる
であろう。

上記の目的を達成するため、流量を測定すると同時に、
流量に関する情報を無効にする状態の存在を指示する装
置であって、 ａ、第１の直径をもった流動管路区画と、ｂ・　該流動
管路区画内に直列に配置されていて、ｄｌより小さい直
径ｄ２とｄ３をもった少なくとも２つの流動制限手段と
、 Ｃ−該流動制限手段それぞれの上流側の圧力を検知する
少なくとも２つの圧力検知手段と、ｄ、該圧力検知手段
をモニターするとともに、容積で表わした流量と前記圧
力検知手段により検知された圧力にもとづいた無効状態
を決定するマイクロッ０ンビユーターと、 ｅ、容積で表わした流量と無効化の状態の存在を関係者
が理解できるような表示態様で目視可能に表示する表示
装置と より成ることを特徴とする装置が本発明に従がって提案
されたのである。

圧力検知装置は、流動制限手段それぞれＫついて平均上
流側圧力を検知するよう上流側流動制限手段の外側に配
置されている。マイクロコンピュータ−は各圧力検知装
置と接続されていて、プログラムの中の所定の相関関係
に従がって差圧を計算するかあるいは各圧力を比較する
データーにもとづいて動作することができるよう入力を
圧力検知装置の出力と適合させることができるようにな
っている。

以下、本発明の実施例を図解した添付図面を参照しなが
ら本発明の詳細な説明する。

本発明は、直列に配置された２つのオリフィスの間に存
在する圧力と前記オリフィスの上流側に存在する圧力と
の間に相関関係が成立していて、オリフィスを通るガス
の流量を測定することができることを発見したことにも
とづくものである。

本発明に係る圧力のデーターはマイクロプロセッサ−に
入力され、容積で表わした流量の形で前記マイクロプロ
セッサ−からの出力がアウト・オブ・レンジ・インジケ
ーターにより表示される。このアウト・オブ・インジケ
ーターは流量の表示を無効にさせるような欠陥がシステ
ム中に存在していることを指示するものである。本発明
においては、全流量とは、単純に言って、容積で表わし
た流量に、マイクロコンピュータ−が計算した流動が行
なわれていた間の時間を乗算したものである。流量に関
するデーターを無効にするような欠陥の一例として、オ
リアイスの一方またはガス管路のつまりを挙げることが
できる。

添付図面を参照した以下の発明を精読することにより本
発明をより完全に理解していただけよう。

さて、第１図を参照すれば、ガス源１１は酸素のごとき
ガスを供給する。ガスは調節器１３を通って供給され、
たとえば、病院の酸素システムに分配供給するために設
定された所定のレベルまで圧力を減圧する。この装置は
第１の直径ｄ１をもった流動管路区画１５を備えている
。前記直径ｄ１より小さい直径ｄ２とｄ３をもったオリ
フィス１７と１９が流動管路区画１５に設けられている
。図面を見れば判るように、オリフィス１７と１９は直
列に配置されている。以下の説明より明らかなように、
オリフィスという用語は、この明細書では一般に使用さ
れている流量を制約することに関する手段を表示したも
のとして使用されている。特殊設計のオリフィスを採用
しなければならない場合、特殊な区別づけが行なわれよ
う。上述の一般的な説明より明らかなように、オリフィ
スの用語には断面形状が正方形のオリフィス、断面形状
が丸いオリフィス、ベンチュリ、ジェット、通過するガ
スの流量に比例した差圧を作るその他の類似の装置が含
まれている。管路は末端の使用区画２１に接続されてい
る。この末端の使用区画２１としてガスの性質とガスの
使い方に応じて決定されるのであって、酸素テント等を
挙げることができる。

オリフィスが直列に配置されている結果、各オリフィス
の上流側に上流側圧力Ｐ１とＰ２が現われる。これらの
圧力は圧力タップ２３と２５で検知される。該圧力タッ
プ２３と２５は流動制限手段１７と１９それぞれの上流
側の平均圧力を検知するため流動制限手段の上流側の外
側に配置されている。図面より明らかなように、各流動
制限手段１７と１９の上流側の平均圧力を検知するため
流動管路区画と連通状態に接続されている圧カドランス
デューサーの形をした２つの圧力検知手段２７と２９が
設けられている。圧カドランスデューサー２７と２９は
検知された圧力、すなわち、ＰｌとＰ２トマイクロコン
ピューター３１の間のインターフェイスの働きをするも
のである。さらに詳しく言えば、圧カドランスデューサ
ー２７と２９は、マイクロコンピュータ−３１が使用可
能な形に圧力を変換する。たとえば、圧カドランスデュ
ーサー２７と２９は、マイクロコンピュータ−がディジ
タル・プログラムとモードを使用する場合、ディジタル
・タイプのインターフェイスに類似したものとして使用
される。

いずれにせよ、マイクロコンピュータ−は圧力Ｐ１とＰ
２を検知し、表示装置３５上の流量３３として表示され
る流動速度または容積で表わ［７た流量を計算する。

マイクロコンピュータ−３１は、流量に時間を乗算し、
増加分それぞれについてこれを加算することにより容積
で表わした全流量を計算して合計する装置をそのプログ
ラムの中に備えていて、第１図に示されているように全
流量というラベルを貼った個所に表示３７を目視可能に
指示することが好ましい。

マイクロコンピュータ−３５はまた、第１図に示されて
いるアウト・オブ・レンジ・インジケーター３９により
設定された相関関係から判断して圧力のうちの一方が他
方の圧力と比べて異常に高いかあるいは低いことを指示
する装置を備えている。たとえば、第２図に示されてい
るように、オリフィス間の圧力が１次圧力として使用さ
れる場合、ｐｌについて第３図の線４１により表示され
ている特定の圧力範囲がマイクロコンピュータ−に入力
される。図示の実施例で、もし、毎分２ｔの流量でＰ２
を約１．６９　ｂ／ｃｍ２（２４ｔｈ　／　ｉｎ２　）
と読み、このとぎＰｌが約２．４６　Ｋ４７ｃｍ２（３
５ｔｂ／　１ｎ２）を上回っていることは、たとえば、
上流側オリフィスの中につまったごみにより生じたアウ
ト・オブ・レンジの状態を指示するものであろう。

他方、もし、約２．９５　Ｋｇ／＋ｏ＋＋２（４２ｔｂ
／ｉｎ２　）の上流側圧力を主圧力として使用した場合
、第３図の線４３と４５は圧力Ｐ２が下がったかあるい
はアウト・オブ・レンジの状態が指示される範囲を指示
する。

たとえば、毎分３ｔの流量で約２．９５　ｈ／ｃｒｒｒ
’　（４２ｔｂ／１ｎ２）の圧力Ｐ１が示される場合、
圧力Ｐ２が約１．７６Ｋｇ／ａｎ２（２５ｚｂ／１ｎ２
）より下がって、上流側オリアイスに支障が生じたこと
を指示するか、あるイハ圧力が約２．３’２１１１ｚ／
−（５３ｔｂ／１ｎ２）より昇圧して、下流側オリフィ
スに支障が生じたことを指示するとき、アウト・オブ・
レンジの状態を指示するようマイクロコンピュータ−を
プログラミングすることができる。また、図面より判る
ように、所定の相関関係または範囲と比較して中間圧力
Ｐ２を使用することにより両方のオリフィスに障害が生
じたことを指示することができる。範囲の選択と範囲の
大きさは、特定の使用分野とマイクロコンピュータ−３
１に入力されたプログラムと該プログラムの範囲の大き
さを判定する特定の担当技術者次第で変わるものである
ことは理解していただけよう。

以下に記載されている実例は、本発明をさらに完全に説
明するものであろう。これらの実例は第２図に図解され
ている設備に類似した試験設備から得られたものである
。ガス源から供給されたボンベ詰めのガスは圧力調整器
１３をへてＴ１とＰｌとして圧力と温度を測定する上流
側オリフィス１７に供給された。この試験装置では流動
管路区画１５の直径は、たとえば、３Ｗ１ｍ（１，５ｉ
ｎｃｈ）のごとき呼び径に寸法ぎめされた。直列に接続
された第２のオリフィス１９は第１のオリフィス１７の
下流側に配置されて、流体の圧力と温度なＴ２とＴ２と
゛　　して測定した。流動状態を測定するためロタメー
ター４５が使用された。よく知られているように、ロタ
メーターは、該ロタメーターの容積流量に比例して目盛
付けされている２ケールを取り付けた太い穴に沿って上
に向かって移動する浮子を備えている。したがって、ロ
タメーターは目盛を読むことにより計量すべき流量を示
すことができた。

排出端４７の温度がＴ３として測定された。

これらの実例では排流部４７における下流側圧力は１．
０２Ｋｏ／ｃｍ２（１４，５ｔｂ／１ｎ２）であった、
　、ｔ１７フイスの上流側ガス温度とオリフィスの下流
側のガス温度は２５．０から２５．６℃（７７から７８
″Ｆ）の範囲にあった。すべての実際的な：目的を考慮
してＴ１とＴ２とＴ３は一定とした。温度２Ｑ、０℃（
６８″Ｆ）と絶対圧力１．０３　ｂ／ｃｍ２（１４，７
ｔｂ／　ｉｎりで測定されたガスの密度はｉｓ　３Ｋｆ
／　ｍ３（０，０８３ｔ′Ｖｆｅｅｔ’）であった。ガ
スの比熱は１．４であった。

実例　Ｉ この実例では上流側オリフィスと下流側オリフィスとも
オリフィスの直径は０．４６℃ｍＣ０，０１８ｉｎｃｈ
）に寸法ぎめされた。第３図は、ｔ／ｗｉｎで表わした
流量の関数として絶対圧で表わした上流側圧力Ｐ１と下
流側圧力Ｐ２の間の相関関係を示したものである。この
実例の場合、絶対圧はｔｂ／　ｉｎ２で表示されている
。

実例　田 この実例では上流側オリフィスの直径はＱ、４６ｍ（０
，０１ｆ３１ｎｃｈ）に寸法ぎめされ、また下流側オリ
フィスの直径は０．３３Ｗ（０，０１３１−ｎｃｈ　）
に寸法ぎめされた。測定結果は第４図に示されている通
りアあって、この図では縦軸はｔｂ／１ｎ２の絶対圧が
表わ　　　　。

した上流側圧力Ｐ１を示し、第１図でＴ２として示され
ているオリフィス間の圧力がＡ／ｍｉｎで表わした流量
の関数として示されている。

実例　■ この実例では上流側オリフィスの直径は０．３３１１１
＋（０，０１３１ｎｏｈ）に寸法ぎめされ、下流側オリ
フィスの直径は０．４６ｍＣ０，０１１３１ｎｃｈ）に
寸法ぎめされた。

この実例の測定結果は第５図に示されている通りである
。この実例では上流側の圧力とオリスイス間の圧力はＬ
　／ｍｉｎで表わした流量の関数として示されている。

実例　■ この実例では上流側オリアイスと下流側オリフィスとも
直径は０．３３ｍＣＤ、０１３ｉｎｃｈ）に寸法ぎめさ
れた。測定結果は第６図に示されている通りである。こ
の図面では各上流側圧力とオリフィス間の圧力はＡ／　
ｍｉｎで表わした流量を横軸上に相関関係の状態で示し
ている。

本発明の特長の１つは本発明を適用した場合に利用でき
るフレキシビリティの程度が大きいことである。たとえ
ば、差圧△Ｐは直接検知することもでき、また流量のモ
ニターとしてのマイクロコンピュータ−の計算とアウト
・オブ・レンジ・インジケーターによる検知を介して検
知することもできる。別のやり方で表現すれば、差圧△
Ｐを第５図に示されているように決定して、流量を表わ
す尺度として使用してもよい。たとえば、アウト・オブ
・レンジの条件に対応した範囲として示される最小差圧
ΔＰ１と最大差圧ΔＰ２の場合の約３　ｔ／　ｗｉｎを
表わす尺度として使用してもよい。このことはマイクロ
コンピュータ−を使用した簡単な比較が非常に容易であ
り、特殊なプログラミングの熟練を必要としないことを
意味する。これは、一方の圧力について先に説明した同
じ結果を求め、しかるのち第３図について先に説明した
予想される範囲の相関関係にもとづいて第２の圧力を比
較する別のやり方でもある。

本発明に係る流量測定装置について説明すると、第１図
を参照して先に説明した要領で取り付けを行なう。この
使用例は、圧カドランスデューサーと電子的な表示装置
を備えたマイクロコンピュータ−について説明したもの
である。なぜなら、この流量測定装置は、本発明の最初
の適用に成功した現在の病院設備にぐあいよく適合して
いるからである。一方、従来の圧力検知メーターは、各
圧力タップ間の圧力ヘッドを検知して装置をセットする
担当技術者が平衡状態を設定したあと、この圧力ベッド
が大きすぎるかあるいは小さすぎるかについて指示を与
えるために使用することができることは明らかである。

次に、上流側圧力Ｐ１を使用し、しかるのち第３図に示
されている線４３と４５の間の圧力範囲にあわせて圧力
Ｐ２を比較することについてこの実施例を説明する。も
し、圧力が図示のとときＰ２に対応した圧力の線に下が
ると、流量表示装置３３上に５　ｔ／　ｍｉｎの流量が
指示される。これに経過した時間を乗算することにより
、マイクロコンピュータ−は全流量３７により表示され
る現在の容積で表わした全流量を記憶する。もし、圧力
Ｐ２が線４３により示されている圧力を上回わるかある
いは線４５により示されている圧力よ′り下がると、第
１図に示されているアウト・オブ・レンジ指示灯３９が
点灯することによりアウト・オブ・レンジ・インジケー
ターは指示を行なう。この指示は、流量が信頼すること
ができるものではな（、たとえば、各オリフィスを検査
するような適当な補正を行なうべきことを担当技術者に
警告するものである。

本発明が流量を測定すると同時に、流量の指示を無効に
させるような状態の存在を指示する状態の存在を表示す
ることができるフレキシブルで、容易に適合させること
がでと、経済的でかつ信頼のおけるシステムを提供する
ものであることは上述の説明より容易に理解していただ
けよう。別様に表現すれば、本発明は、従来の計測技術
に付随する欠点を解消するとともに、いろいろな設備に
経済的に設置して、すぐれた結果を提供することができ
る非常にフレキシブルで信頼のおけるシステムを提供す
るものである。

特定の実施例について本発明を説明したが、特許請求の
範囲により限定された本発明の範囲より　　′逸脱しな
い限り、構成と部材の組み合わせと配置をいろいろと変
更または修正してさしつかえないことは容易に理解して
いただけよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の使用を概念的に図解した
流動ダイヤグラム。第２図は、第１図に示されているマ
イクロコンピュータ−を使用する相関関係を作るために
設ゆられた流量を較正する装置を概念的に図解した説明
図。第５図は、流動制限状態が両方とも同じである圧力
と流量の間の相関関係を示したグラフ。第４図は、上流
側オリフィスの直径ｄ２が下流側オリフィスの直径ｄ３
より大きく寸法ぎめされている場合の上流側圧力と流量
の間の相関関係を示したグラフ。第５図は、上流側オリ
フィスの直径ｄ２が下流側オリフィスの直径ｄ３より小
さく寸法ぎめされている場合の上流側圧力と流量の間の
相関関係を示したグラフである。第６図は、両方のオリ
スイスの直径が同寸法であるが、同じ試験用パイプの直
径で使用されている場合と、第３図に示されているオリ
フィスの直径より小さく寸法ぎめされている場合につい
て上流側圧力間の相関関係を示したグラフ。 １１・・・ガス源、１７．１９・・・オリアイス、２３
．２５・・圧力タップ、２７．２９・・・圧力検知手段
、５１・・・マイクロコンピュータ−１３５・・・表示
装置、３９・・・アウト・オブ・レンジ指示灯、４５・
・・ロタメーター特許出願代理人

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）流量を測定すると同時に、流量に関する指示を無
   効にする状態の存在を表示する装置であつて、本質的に
   下記の構成要素、すなわち、 ａ、第１の直径ｄ１をもつた流動管路区画と、ｂ、該流
   動管路区画内に直列に配置されていて、ｄ１より小さい
   直径ｄ２とｄ３をもつた第２と第３の流動制限手段より
   成る少なくとも２つの流動制限手段と、 ｃ、該流動制限手段それぞれの上流側の圧力を検知する
   第１と第２の圧力検知装置より成る少なくとも２つの圧
   力検知装置と、該圧力検知装置が平均上流側圧力を検知
   するよう上流側流動制限手段の外側に配置されているこ
   とと、 ｄ、前記圧力検知装置をモニターするとともに、容積で
   表わした流量と前記圧力検知装置により検知された圧力
   にもとづいて無効化の状態を決定するマイクロコンピュ
   ーターと、該マイクロコンピューターが前記圧力検知装
   置それぞれと接続されていることと、 ｅ、前記容積で表わした流量と無効化の状態の存在を関
   係者が理解できるような表示態様で目視可能に表示する
   表示装置と より成ることを特徴とする装置。
2. （２）前記複数の流動制限手段が、２つの流動制限手段
   と該流動制限手段それぞれの上流側の圧力と連通状態に
   配置された２つの圧力検知手段とより成り、前記圧力と
   前記所定の流動制限手段の容積で表わした流量と無効化
   の状態との間の所定の相関関係が前記コンピューターに
   入力されていて、該マイクロコンピューターが前記所定
   の相関関係にもとづいて前記圧力を比較し、有効な流量
   と無効化の状態に関する指示を出力するプログラムを備
   えていることを特徴とする特許請求の範囲の第１項に記
   載の装置。
3. （３）前記流動制限手段の直径が同じ直径ｄ２とｄ３に
   寸法ぎめされていることを特徴とする特許請求の範囲の
   第２項に記載の装置。
4. （４）前記流動制限手段の直径が異なつた直径ｄ２とｄ
   ３に寸法ぎめされていることを特徴とする特許請求の範
   囲の第２項に記載の装置。
5. （５）ｄ２がｄ３より大きいことを特徴とする特許請求
   の範囲の第４項に記載の装置。
6. （６）ｄ３がｄ２より大きいことを特徴とする特許請求
   の範囲の第４項に記載の装置。