JPS63231603A - 流量制御装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は流Ｔ制御装置に係り、特に流路中を流れる被測
流体の流量を応答性良く制御する流量制御装置に関する
。

従来の技術 従来の流♀制御装置としては、例えばバイパス流路に絞
りを設けるとともに、バイパス流路より分岐したセンサ
流路に熱式流量センサを設け、センサ流路内を流れる流
量を熱式流量センサにより検出し、この検出信号に基づ
いて制御弁の弁開度を可変する構成のものがある。

発明が解決しようとする問題点 しかるに、上記装置では熱式流量センサが流量に応じた
温度変化を検出するため、流量センサの応答性向上に限
界があり、例えばステップ信号に対して時定数がおよそ
１．５〜２ｓｅｃ程度である。

よって、流量制御装置としての応答性もこの熱式流量セ
ンサに制限され約２　ｓｅｃ程度である。そのため、流
量制御装置においては従来より応答性の向上が要望され
ていた。

また、上記装置では熱式流量センサの感熱部の小形化、
ワンチップ化を図ることにより応答性の向上が考えられ
るが、センサの感熱部が直接被測流体にさらされるため
、腐蝕性ガス等を４測する際腐食しやすく適用流体が限
られていた。従って、従来の装置では、流体中の異物な
どによる汚れにも弱いので、流体の種類を制限されず、
また流体中の異物等による影響を受けずに流量を制御で
きることが要望されている。

そこで、本発明は上記要望に応じた流量制御装置を提供
するこを目的とする。

問題点を解決するための手段及び作用 本発明は被測流体が通過するセンサチューブと、センナ
チューブを振動させる加振器と、センサデユープの振動
に伴い前記被測流体の流出に比例して生ずる該センサチ
ューブの変位を検出するピックアップと、廿ンリヂ１−
ブに連通する流路中に設けられ流量を可変する弁機構ど
、ピックアップの検出信号に基づいて弁機構を駆動し所
定の流用を保つよう弁開度を可変する弁駆動部とからな
り、流出制御を応答性良く行なうとともに流体の種類に
かかりらず流ωを計測し制御できるようにしたものであ
る。

実施例 第１図に本発明になる流部制御ｌｌ装置の一実施例を示
す。第１図中、流量制御装置１は被測流体が給送される
配管２．３途中に設けられ、通過する被測流体を所定の
流量に制御する。なお、上流側の配管２は流入口４に螺
合する継ｆ５を介して装Ｆｉ１の本体１ａに接続されて
おり、下流側の配管３は流出口６に螺合する継手７を介
して本体１ａに接続されている。また、配管２より流入
口４に給送された流体は流１測部８のＵ字状のセンサデ
ユープ９を通過して弁機構１０に至り、弁開度に応じた
流量が流出口６より下流側の配管３に流出する。

Ｕ字状のセンサデユー１９は取付プレート１１を介して
本体１ａの上部に取イ１」けられ、一方の端部９ａを流
入口４に開口さヒ、他方の端部９ｂを本体１ａ内の流路
１ｂに開口させている。また、センサチューブ９の湾曲
部９ｃと各端Ａｎ　９　ａ　。

９ｂとを結ぶ直線部９ｄ、９ｅ間に【よ、支持部材１２
が横架している。

１３は加振器で、支持部材１２の中間位置に設けられ、
支持部材１２を介して所定の周波数の撮動をセンサチュ
ーブ９に加える。従って加振器１３により加振されたセ
ンサチューブ９は、直線部９ｄ、９ｅがたわみ湾曲部９
ｃが第１図の紙面に対して垂直、垂下方向に振動する。

１４．１５はピックアップで、支持部材１２の両端に設
けられ、加振器１３に加振されて生ずるセンサチューブ
９の変位を検出する。

加振器１３は例えば固定側にコイルを設け、可動側の支
持部材１２に７グネツトを設けてなり、コイルで発生す
る磁界によりマグネットを駆動さける構成のものが考え
られている。また、ピックアップ１４．１５として（よ
、例えば固定側のコイルと可動側のマグネットとよりな
り、マグネッ１−の変位量に応じた起電力を得る電磁ピ
ックアップが考えられている。

論争計測部８は上記レンづチューブ９、加振器１３、ピ
ックアップ１４．１５より大略構成されている。なお、
流量譜測部８では流路を分流する構造とけず、被測流体
がすべてセンサデユープ９を通過する構造にできるので
、センサチューブ９の内径寸法を例えば熱式流出センサ
のものよりも大径にすることが可能である。このため、
流体中に異物またはダス］・等が含まれていても、異物
またはダストによりセンサチューブ９がつまってしまう
といった不都合が生じるおそれがない。従って、流量計
測部８では気体、液体だけでなく混相流体等あらゆる種
類の流体を計測できる。

１６は制御回路で、上記流用計測部８からの流出計測信
号を供給され、その流償泪測値と予め設定された設定値
とを比較し、その差に応じたパルスを弁駆動部２６に出
力する。弁駆動部２６でｔ、１制御回路１６からのパル
スを供給されると、ス１ッピングモータ１７が回転駆動
する。

モータ１７の回転駆動クツは減速ギＶ機構２７で減速さ
れ、カップリング１８を介してネジ部１９に伝達される
。ネジ部１９は本体１のメネジ部２０に螺合しているの
で、その回転方向によって上界または降下する。またネ
ジ部１９の下端にはｊＨ＊２１を介してテーパ状の弁体
２２が一体的に取イ４けられている。この弁体２２は本
体１ａ内の流路１ｂに設けられた梵座２３内に嵌入して
いる。

従つ゛Ｃ１弁体２２はステッピングモータ１７の回転に
より上、下動し弁座２３に近接または離間して弁開度を
可変する。

なお、弁＠２１の上部に設ｃノられた鍔部２１ａにはコ
イルバネ２４が当接しており、弁軸２１はバネ２４の弾
発力により上りに押圧附勢されている。このため、ネジ
部１９とメネジ部２０との間に遊びがあっても、弁体２
２はネジ部１９の上。

不動に追従してガタッキなく変位する。また、弁体２２
の上部と本体壁部１Ｃとの間には、弁軸２１の外周を黄
うベローズ２５が設けられている。

従って、べ［Ｉ−ズ２５により流路１ｂ内の流体がネジ
部１つ側に流入する口とが防止されている。

なお、上記実施例ではステッピング［−夕１７により弁
体２２を駆動するようにしたが、これに限らず、例えば
、電磁ソレノイドにより弁機構を駆動して弁開度を可変
するようにしても良いのは勿論である。

次に、上記構成に＜ｒる流量制御装置１の流量計測時の
動作につき説明する。

センリーチ］−ブ９は畠′に加振器１３により；ｊ１１
攪され、その固有周波数に近い振動数で一定の（層幅を
もって振動させられている。このセンサチューブ９の固
有振動数はセン１ノブｌ−ブ９白体のバネ定数と、セン
サチューブ９内を流れる流体の質予と、センサチューブ
９内を流れる流体の７１帛と；こまって定まる。

このように、振動Ｊるヒンリチューブ９内に被測：・全
体が流れると、湾曲部９０で【よ後述するＪ、うにコリ
オリの力による捩れが発生する。

ここで、第２図に示すようにセンリチコ−ＩＳ）が矢印
で示す方向に振動し一点鎖線で示リイ◇首より実線で示
す位置に振られるときの１行稈を考えてみる。

第２図中、センサチューブ９の基端側より先端側にいく
ほど撮幅が大きくなるため、センサチューブ９内を流れ
る流体の振動方向の４１ＣＩ先端側はど大きい。したが
って、センづチューブ９の先端側にいくほど流体に加速
度ａがつき、また湾曲部９Ｃを通過した流出側の直線部
９ｅでは垂直１ｊ向の速度が徐々に減少していくため、
流体に負の加速度ａがつく。この加速度ａに対して加速
度の方向と逆方向にコリオリの力Ｆ（＝ｍａ）が働く。

したがって第３図に示す如くセンサチューブ９の流入側
と流出側では夫々反対１ノ向に同じ大ぎさの力Ｆが作用
するため、センリヂ１−ブ９に捩れが発生する。

前、後方向にセンサチューブ９を振り切った状態で・は
変位方向の速度が零となり、捩れ角度θも零となる。ま
た、捩れ角度θはセンサチューブ９の速度が最も大きい
中間点で最大となる。このようなセンサチューブ９の変
位はピックアップ１４゜１５により検出されており、ピ
ックアップ１４゜１５はセンサチューブ９の捩れ角度θ
を時間差の信号として検出する。

なお、ピックアップ１４．１５が電磁ピックアップの場
合、ある基準の電圧から他の異なる電圧に変化するまで
の時間が流出に比例し、この時間を５１測することによ
り流量が求まる。

センサチューブ９内を流れる流体の質問魔笛は第３図中
Ｐ１点と１２点とが／ＩＡ軸を横切るときの時間差へｔ
に比例しており、センサチューブ９の撮動周波数には関
係がない。また、第４図に示す如く、ピックアップ１４
．１５によって誘起される電圧は正弦波として轟１測さ
れる。また、第４図中線図工は流入側のピックアップ１
４の検出信号、線図■は流出側のピックアップ１５の検
出信号で、線図Ｉ、Ｉ［によって両ピックアップ１４゜
１５から発生する電圧の位相差、寸なわら時間差Δｔが
表わされる。

なお、両ピックアップ１４．１５の位相差信号は制御回
路１６で整形、増幅されたのら、時間積分により質量流
量に比例した電圧信号どなる。さらに、この電圧信号は
制御回路１６ひ周波数伝号に変換され、予め設定された
設定値ど比中交された後その偏差に応じたパルス信号と
して出力される。

このようにして制御回路１６より出力された信号はステ
ッピングモータ１７に供給され、ステッピングモータ１
７は弁軸２１を駆動１Ｊる１、ソのため、弁機Ｍ４１０
は弁体２２の変位によりその弁聞度を可変され、流体を
所定の流量に制御する。

上記流量制御装置１は流体が通過するセンサチューブ９
を振動さゼで発生するコリオリの力を利用して流体の流
量を直接計測し、その計測値に基づいて弁開度を可変す
る構成である。従って、流最語測部８は従来の熱式流量
センサを使用したものに比べて、熱伝導、熱伝達による
応答性の遅れがほと／ｖどなく、時定数がおよそ０．１
〜０．２ｓｅｃである。

よって、弁Ｂｉ４？１ｉ１０の動作速１ｑを速くして流
■制御系のゲインを大きくすることが可能になる。

即ら、流樋制御の応答時間をより短縮化することができ
る。従って、従来はスデップ応答に対する選定時間（目
標の±２％に達するまでの時間）が、およそ３〜６　ｓ
ｅｃであったが、流子制御装置１では選定時間をおよそ
ｉ　ｓｅｃ以下に短縮できる。

発明の効果 本発明になる流量制御装置は、センサチューブ内を通過
する流体の質量流かをセンケチ１−ブの湾曲部に作用す
るコリオリの力を利用して直接計測できるのでより応答
性良く流量を計測することができ、弁機構の弁開、弁開
動作をより速くして高速応答制御が可能になり、装ａの
整定時間を従来のものよりも大幅に短縮化することがで
きる。

また、センサチューブを流路より分岐させず全流量がセ
ンサチューブ内を通過できるのでセンサチューブの流路
面積をより大きくして流体中の異物またはダスト等によ
りつまることがなく、しかも高速応答で流２を制御でき
るにもかかわらず適用流体が気体、液体、渥相流体等流
体の種類の制限を受けずあらゆる流体の流量を制御する
ことができる答の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる流ｅ制御装置の一実施例の縦凹面
図、第２図はセンサチューブの動作を説明するための斜
視図、第３図はセン勺デユープに発生するコリオリの力
の作用を説明するための図、第４図はピックアップによ
り検出された信号の波形図である。 １・・・流量制御装置、８・・・流量計測部、９・・・
センサチューブ、１０・・・弁機構、１３・・・加振器
、１４゜１５・・・ピックアップ、１７・・・ステッピ
ングモータ、２１・・・弁軸、２２・・・弁体、２６・
・・弁駆動部。 特許出願人　ト　キ　コ　株式会社 第１図 Ｗ魔　ゴ仲

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測流体が通過するセンサチューブと、前記センサチュ
   ーブを振動させる加振器と、該センサチューブの振動に
   伴い前記被側流体の流量に比例して生ずる該センサチュ
   ーブの変位を検出するピックアップと、該センサチュー
   ブに連通する流路中に設けられ流量を可変する弁機構と
   、前記ピックアップの検出信号に基づいて前記弁機構を
   駆動し所定の流量を保つよう弁開度を可変する弁駆動部
   とからなることを特徴とする流量制御装置。