JPWO2019031056A1

JPWO2019031056A1 - 流量計

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Publication number: JPWO2019031056A1
Application number: JP2018554513A
Authority: JP
Inventors: 諒江口; 尚嗣世古; 一寿伊藤
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Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-11-07
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Abstract

流量を計測するためのセンサチップ（２１）が架設されたセンサ流路（１６）の他に、センサ流路（１６）に対するバイパス流路となるオリフィス流路（１３）を設けた流量計（１）において、オリフィス流路（１３）の流路径（Ｃ）を流入流路（１２）の流路径（Ａ）より小さくし、センサ流路（１６）の入口側に分流オリフィス（３０）を配置しており、オリフィス流路（１３）と分流オリフィス（３０）は、縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、有効断面積の変化傾向が同じになるように、構成する。

Description

本発明は、流量を計測するためのセンサが架設されたセンサ流路の他に、センサ流路に対するバイパス流路を備える流量計に関するものである。

例えば、特許文献１および特許文献２には、流入流路と流出流路に接続するセンサ流路の他に、センサ流路に対するバイパス流路を備える流量計が、開示されている。被測定流体は、流入流路に流れ込んだ後、センサ流路へ流れ込むものと、バイパス流路に流れ込むものとに、分流される。このとき、流入流路に流れ込んだ被測定流体は、センサ流路で発生するセンサ側抵抗（上流側圧力と下流側圧力との差圧）と、バイパス流路で発生するバイパス側抵抗（上流側圧力と下流側圧力との差圧）がバランスする流量で、センサ流路に流れる。センサ流路とバイパス流路から流れ出した被測定流体は、流出流路にて合流し、流量計の外に流れ出す。流量計は、センサ流路に架設されたセンサにより、センサ流路に流れる被測定流体の流量を計測し、その流量をセンサ側抵抗とバイパス側抵抗の比率（分流比）を用いて流量計を流れる被測定流体の全体流量に換算し、信号を出力する。

特許第５５８０１４０号公報特許第５１６０８０９号公報

しかしながら、従来の流量計には、次のような問題があった。すなわち、従来の流量計は、当該流量計に流れ込む被測定流体の質量流量が同じでも、図７に示すように、当該被測定流体が正圧である場合と、当該被測定流体が負圧である場合とで、センサ出力にズレが生じることがあった。本発明者らは、これまで正圧流体の流量制御に使用していた流量計を、負圧流体の制御に使用したところ、この問題に気がついた。本発明者らは、この原因について検討を重ねた結果、流体圧力によって分流比が変動することが原因であるとの結論に至った。

具体的に説明すると、質量流量が同じ場合、負圧流体は、正圧流体よりも分子密度が低く、センサ流路に流れ込みやすい。そのため、センサにより検出される流量は、負圧流体の方が正圧流体より多くなる。つまり、流体圧力によって、センサ側抵抗とバイパス流路側抵抗のバランスが崩れ、分流比が変動する。従来の流量計は、所定の分流比とセンサにより検出された流量とにより全体流量を算出していた。そのため、流量計に供給される被測定流体の質量流量が同じでも、正圧流体と負圧流体とでセンサ出力に差が生じていた。従来は、この程度の差は許容されていたが、近年、流量計に求められる精度がシビアになってきている。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、被測定流体の流体圧変動によってセンサ出力の精度が低下することを抑制できる流量計を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様における流量計は、（１）流量を計測するためのセンサが架設されたセンサ流路の他に、前記センサ流路に対するバイパス流路を備える流量計において、前記センサ流路の入口側に設けられた分流オリフィスと、前記バイパス流路に設けられたメインオリフィスとを有すること、縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、前記メインオリフィスの有効断面積の変化傾向と前記分流オリフィスの有効断面積の変化傾向とが同じであること、を特徴とする。

上記流量計は、流体圧力が変動すると、メインオリフィスの有効断面積と、分流オリフィスの有効断面積が変化する。このとき、分流オリフィスの有効断面積とメインオリフィスの有効断面積とが、同じ傾向で変化する。そのため、流体圧力が変動しても、分流オリフィスを流れる流体の流量とメインオリフィスを流れる流体の流量との分流比の変動が少ない。これにより、所定の分流比とセンサにより検出される流量に基づいて全体流量を算出しても、流体圧力の変動によって生じるセンサ出力のズレが抑えられる。よって、上記流量計は、流体圧力の変動によってセンサ出力の精度が低下することを抑制できる。

（２）上記（１）に記載する流量計において、縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、前記流体圧力が負圧となる領域で、前記分流オリフィスの有効断面積が左肩下がりに変化すること、縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、前記流体圧力が負圧となる領域で、前記メインオリフィスの有効断面積が左肩下がりに変化すること、が好ましい。

流体圧力が負圧となる領域では、分流オリフィスは、オリフィス孔の大きさや数などによって、有効断面積の変化傾向が異なる。また、メインオリフィスも、小径部の長さなどによって、有効断面積の変化傾向が異なる。そこで、流体圧力が負圧となる領域で、有効断面積の変化傾向が左肩下がりに変化するメインオリフィスと分流オリフィスを組み合わせて、流量計に設置する。これにより、流量計は、流体圧力が負圧となる領域で変動しても、分流比の変動を効果的に抑制することができる。

（３）上記（１）又は（２）に記載する流量計において、前記メインオリフィスは、管路軸方向の長さが、管路軸に対して直交する方向の流路径に対して、２倍以上であるノズル形であること、前記分流オリフィスは、複数の孔を有すること、が好ましい。

流体は、ノズル形のメインオリフィスを流れるときの方が、薄い板に円形の孔を形成したオリフィスを流れるときよりも、管摩擦抵抗が大きくなる。そのため、ノズル形のメインオリフィスは、板状のオリフィスと比べ、圧損が大きくなる。一方、分流オリフィスは、開口面積が同じでも、１個の孔を備える場合よりも、複数の孔を備える場合の方が、流体が孔の内壁に接する面積が広くなる。そのため、分流オリフィスは、１個の孔を形成するよりも、複数の孔を形成する方が、圧損が大きくなる。よって、流量計は、メインオリフィスをノズル形にした場合には、複数の孔を備える分流オリフィスを使うことにより、メインオリフィスと分流オリフィスの有効断面積の変化傾向を同じにすることができる。

（４）上記（１）乃至（３）の何れか一つに記載する流量計において、前記有効断面積を、亜音速領域の公式により計算していること、が好ましい。

亜音速領域で有効断面積を算出するための公式が、負圧領域では十分機能していないと考えられる。しかし、その公式により、ある種の傾向を把握することは可能であり、本発明は、その定性的な傾向を利用するものである。すなわち、上記流量計によれば、分流オリフィスとメインオリフィスの有効断面積の変化傾向を周知の亜音速領域の公式を用いて簡単に求めることができる。

（５）上記（１）乃至（４）の何れか一つに記載する流量計において、前記メインオリフィスが小径部を有し、その小径部の長さが９ｍｍ以上あること、前記分流オリフィスは、小流量用では、直径０．２ｍｍの孔９個を備えること、大流量用では、直径０．１５ｍｍの孔７個を備えること、が好ましい。

上記流量計は、小流量用の分流オリフィスの方が、大流量用の分流オリフィスよりも、開口面積が大きいが、流体が流れにくい。この理由は、分からないが、実験によりこの流量特性が得られている。よって、流量計は、流体の流量に応じて、小流量用の分流オリフィスと大流量用の分流オリフィスを使い分けることにより、小流量から大流量まで精度良く測定することができる。

従って、本発明によれば、流体圧力の変動によってセンサ出力の精度が低下することを抑制できる流量計を提供することが可能になる。

本発明の実施形態に係る流量計の流路断面図である。分流オリフィスの積層構造の模式図である。小流量用の分流オリフィスの孔周辺の平面図である。大流量用の分流オリフィスの孔周辺の平面図である。分流オリフィスの流量特性を示すグラフである。メインオリフィスの流量特性を示すグラフである。センサ出力特性の一例を示すグラフである。

本発明の流量計の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（流量計の概略構成）
図１は、流量計１の流路断面図である。流量計１は、大別して、ボディ１０とセンサ基板２０とから構成される。センサ基板２０は、ボディ１０の上面に開口する流路空間１８を塞ぐように、シールパッキン２３を介してボディ１０の上面に配置され、基板押さえ２２をボディ１０にネジで固定することにより、ボディ１０に密着されている。

ボディ１０の両端面には、入力ポート１１と出力ポート１５が形成されている。入力ポート１１は、流入流路１２と、オリフィス流路１３と、流出流路１４と、センサ流路１６を介して、出力ポート１５に連通している。

入力ポート１１と流入流路１２とオリフィス流路１３と流出流路１４と出力ポート１５は、同軸上に形成されている。流入流路１２は、入力ポート１１からボディ１０の中央部へ向かって有底円筒形状に形成されている。流出流路１４は、出力ポート１５からボディ１０の中央部へ向かって有底円筒形状に形成されている。オリフィス流路１３は、管路軸に対して直交する方向の断面形状が、円筒形状にされている。

流入流路１２の流路径Ａと流出流路１４の流路径Ｂは、同じである。オリフィス流路１３の流路径Ｃは、流路径Ａ，Ｂより小さい。オリフィス流路１３は、管路軸方向の長さＬが流路径Ｃの２倍以上である。なお、流入流路１２のセンサ流路１６と接続する部分より下流側から流出流路１４のセンサ流路１６と接続する部分より上流側までの流路は、バイパス流路の一例である。また、オリフィス流路１３は、メインオリフィスおよびメインオリフィスの小径部の一例である。

センサ流路１６は、流入流路１２に対して垂直に接続する上流側流路１７と、流出流路１４に対して垂直に接続する下流側流路１９と、上流側流路１７と下流側流路１９を接続する流路空間１８を備える。センサチップ２１は、センサ基板２０に設けられ、流路空間１８に架設されている。尚、センサチップ２１は、センサの一例である。

上流側流路１７と下流側流路１９は同じ径で設けられている。上流側流路１７の流路径Ｄは、オリフィス流路１３の流路径Ｃより小さい。分流オリフィス３０は、上流側流路１７に配設されている。つまり、分流オリフィス３０は、センサチップ２１の上流側に配設されている。

図２に示すように、分流オリフィス３０は、オリフィスプレート３１と、スペーサ３２と、フィルタプレート３３を積層して構成されている。具体的に、オリフィスプレート３１とフィルタプレート３３との間には、複数のスペーサ３２が配置され、オリフィスプレート３１に被測定流体（流体の一例）を円滑に流すための隙間が確保されている。そして、フィルタプレート３３は、スペーサ３２と交互に配置される。センサ流路１６は、被測定流体に混入した異物がフィルタプレート３３により除去される。そのため、流路空間１８の内壁とセンサチップ２１との間の細い空間に異物が詰まることを回避できる。

分流オリフィス３０は、被測定流体の流量に応じて、図３に示す小流量用のオリフィスプレート３１と、図４に示す大流量用のオリフィスプレート３５が使い分けられる。オリフィスプレート３１，３５は、何れも、管路軸を中心として複数の孔３１ａ，３５ａを形成されている。図３に示すオリフィスプレート３１は、直径０．２ｍｍの孔３１ａを９個備える。図４に示すオリフィスプレート３５は、直径０．１５ｍｍの孔３５ａを７個備える。よって、分流オリフィス３０は、小流量用のオリフィスプレート３１を使用する方が、大流量用のオリフィスプレート３５を使用するよりも、開口面積が大きい。

上記流量計１は、オリフィス流路１３の流路径Ｃが流入流路１２の流路径Ａより小さいので、オリフィス流路１３内で圧力降下が起きる。そのため、流入流路１２に流れ込んだ被測定流体の一部がセンサ流路１６へ確実に流れ込む。よって、流入流路１２に流れ込んだ被測定流体は、センサ流路１６の分流オリフィス３０へ流れ込むものと、オリフィス流路１３に流れ込むものとに、分流される。このとき、被測定流体は、センサ流路１６で発生するセンサ側抵抗（分流オリフィス３０の上流側圧力と下流側圧力との差圧）と、オリフィス流路１３で発生するバイパス側抵抗（オリフィス流路１３の上流側圧力と下流側圧力との差圧）がバランスする流量で、センサ流路１６に流れる。その後、センサ流路１６を流れた被測定流体と、オリフィス流路１３を流れた被測定流体が、流出流路１４にて合流し、出力ポート１５を介して流量計１の外に流れ出す。

センサ基板２０は、センサ流路１６を流れる被測定流体の流量をセンサチップ２１により計測する。センサ基板２０は、センサチップ２１により計測された被測定流体の流量を、所定の分流比に基づいて、全体流量に換算する。センサ基板２０は、算出した全体流量に比例して信号を出力する。

（分流オリフィスとメインオリフィスの流量特性について）
本発明者らは、流体圧力と分流オリフィスの有効断面積との関係を調べる第１試験、および、流体圧力とメインオリフィスの有効断面積との関係を調べる第２試験を行った。第１試験と第２試験には、上流側から順に、レギュレータ、圧力センサ、ＭＦＣ、上流側圧力センサ、試験対象の流量計、下流側圧力センサ、可変絞り、真空ポンプを配置した試験装置を使用した。

第１及び第２試験では、被測定流体として空気を使用した。そして、第１及び第２試験では、レギュレータにより、ＭＦＣに供給される空気の一次側圧力を０．３ＭＰａに調整した。そして、ＭＦＣにより空気の流量を一定流量に制御した。そして、可変絞りにより、試験対象の流量計の上流側圧力と下流側圧力を変化させた。そして、上流側圧力センサにより試験対象の流量計の上流側圧力Ｐ１を測定し、下流側圧力センサにより試験対象の流量計の下流側圧力Ｐ２を測定した。温度Ｔは一定とした。そして、上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２を下記の数式１に示す亜音速領域の公式と下記の数式２に示す音速領域の公式に当てはめ、有効断面積を逆算した。なお、Ｑは流量（Ｌ／ｍｉｎ）、Ｐ１は上流側圧力（ＭＰａ）、Ｐ２は下流側圧力（ＭＰａ）、Ｔは温度（Ｋ）、Ｓは有効断面積（ｍｍ²）である。また、下記数式１に示す亜音速領域の公式は、（Ｐ２＋０．１）／（Ｐ１＋０．１）＞０．５の場合に使用した。下記数式２に示す音速領域の公式は、（Ｐ２＋０．１）／（Ｐ１＋０．１）≦０．５の場合に使用した。

ここで、亜音速領域または音速領域で有効断面積を算出するための公式（数式１、数式２）は、負圧領域では十分機能していないと考えられる。しかし、それらの公式により、ある種の傾向を把握することは可能である。そこで、第１試験と第２試験では、数式１に示す亜音速領域の公式と数式２に示す音速領域の公式から有効断面積を逆算し、有効断面積の定性的な傾向を把握することにした。

第１試験では、試験対象の流量計として、分流オリフィスを除いて構造が同じ第１対象製品と、第２対象製品と、第３対象製品を使用した。第１対象製品は、直径０．４ｍｍの孔１個を備える第１分流オリフィスを使用した。第２対象製品は、直径０．６ｍｍの孔１個を備える第２分流オリフィスを使用した。第３対象製品は、直径０．２ｍｍの孔９個を備える第３分流オリフィスを使用した。第１試験の結果を、図５に示す。図５の縦軸は、有効断面積の変化（％）を示し、横軸は、流体圧力（ＭＰａ）を示す。流体圧力は、第１〜第３対象製品に供給される空気の流体圧力（上流側圧力Ｐ１）である。有効断面積の変化は、流体圧力（上流側圧力Ｐ１）が０ＭＰａ（大気圧）であるときに算出した分流オリフィスの有効断面積に対する有効断面積の変化の割合である。

第２分流オリフィスと第３分流オリフィスは、孔の数が異なるが、開口面積が同じである。しかし、図５に示すように、第２分流オリフィスは、流体圧力が負圧となる領域において、有効断面積の変化傾向が左肩上がりになる。これに対して、第３分流オリフィスは、流体圧力が負圧となる領域において、有効断面積の変化傾向が左肩下がりになる。この流量特性の違いは、複数の孔の方が、１個の孔よりも、空気に接する面積が広く、空気が流れにくくなることに起因すると考えられる。

一方、第１分流オリフィスと第２分流オリフィスは、孔の数が１個で同じである。しかし、第２分流オリフィスは、第１分流オリフィスより開口面積が大きい。常識的には、第２分流オリフィスは、第１分流オリフィスより有効断面積が大きくなり、流体が流れやすくなると考えられる。しかし、第１試験の結果、図５に示すように、第２分流オリフィスは、第１分流オリフィスと比べ、流体圧力が負圧となる領域で有効断面積の増加割合が小さい。つまり、第２分流オリフィスは、第１分流オリフィスより開口面積が大きいにもかかわらず、流体が流れにくい。

上記第１試験の結果より、本発明者らは、分流オリフィスの開口面積や、孔の数によって、流体圧力が変動した場合における有効断面積の変化傾向が異なることを確認した。

これに対して、第２試験では、試験対象の流量計として、メインオリフィスを除いて構造が同じ第４対象製品と、第５対象製品を使用した。第４対象製品と第５対象製品は、流入流路１２とオリフィス流路１３と流出流路１４の流路径が同じであり、オリフィス流路１３にメインオリフィスを配置した。第４対象製品は、厚さ（小径部の管路軸方向の長さ）が９．４ｍｍのノズル形の第１メインオリフィスを使用した。第５対象製品は、厚さ（小径部の管路軸方向の長さ）が１ｍｍの板状の第２メインオリフィスを使用した。第１メインオリフィスと第２メインオフィスのオリフィス径は同じである。第２試験の結果を、図６に示す。図６の縦軸は、有効断面積の変化（％）を示し、横軸は、流体圧力（ＭＰａ）を示す。流体圧力は、第４〜第５対象製品に供給される空気の流体圧力（上流側圧力Ｐ１）である。有効断面積の変化は、流体圧力（上流側圧力Ｐ１）が０ＭＰａであるときに算出したメインオリフィスの有効断面積に対する変化の割合である。

図６に示すように、第２メインオリフィスでは、流体圧力が負圧となる領域において、有効断面積の変化傾向が左肩上がりになる。これに対して、第１メインオリフィスでは、流体圧力が負圧となる領域において、有効断面積の変化傾向が左肩下がりになる。このような違いは、メインオリフィスの小径部の長さが長い程、流体とメインオリフィスの内壁との間に生じる管摩擦抵抗が大きくなり、流体が流れにくくなることに起因すると考えられる。

上記第２試験の結果より、本発明者らは、メインオリフィスの小径部の長さによって、流体圧力が変動した場合における有効断面積の変化傾向が異なることを確認した。

（メインオリフィスと分流オリフィスの組み合わせについて）
第１メインオリフィスと第２分流オリフィスを組み合わせた第１比較例と、第１メインオリフィスと第３分流オリフィスを組み合わせた第１実施例について、流体圧力と分流比との関係を検討する。

第１比較例は、流体圧力が負圧となる領域で、第１メインオリフィスの有効断面積の変化傾向が左肩下がりであり、第２分流オリフィスの有効断面積の変化傾向が左肩上がりである。つまり、第１メインオリフィスと第２分流オリフィスは、有効断面積の変化傾向が逆になる。そのため、第１比較例では、流体圧力が０ＭＰａから低下するほど、第１メインオリフィスの有効断面積が小さくなるのに反して、第２分流オリフィスの有効断面積が大きくなる。

その結果、第１比較例では、流体圧力が０ＭＰａから負圧に変動すると、第１メインオリフィスでは空気が流れにくくなるのに対して、第２分流オリフィスでは空気が流れやすくなる。よって、第１比較例では、流体圧力が０ＭＰａである場合と流体圧力が負圧である場合とで、第２分流オリフィス側の抵抗と第１メインオリフィス側の抵抗とのバランスが大きく崩れる。つまり、第１比較例では、流体圧力が０ＭＰａである場合と流体圧力が負圧である場合とで、分流比の変動が大きくなる。そのため、流体圧力の変動によって、所定の分流比とセンサチップ２１により計測される流量に基づいて算出する全体流量がばらついて、センサ出力のズレが大きくなる。

例えば、第２分流オリフィスに流れ込む空気と第１メインオリフィスに流れ込む空気の分流比が、流体圧力が０ＭＰａである場合には、３分の１と３分の２であったのが、流体圧力が負圧となる領域では、例えば５分の２と５分の３に変化してしまう。そのため、センサチップ２１が計測する流量が変動し、センサ出力にズレが生じる。

これに対して、第１実施例では、流体圧力が負圧となる領域で、第１メインオリフィスの有効断面積の変化傾向と第３分流オリフィスの有効断面積の変化傾向が、左肩下がりで同じである。そのため、第１実施例では、流体圧力が０ＭＰａから低下すると、第１メインオリフィスの有効断面積も第３分流オリフィスの有効断面積も、小さくなる。

その結果、第１実施例では、流体圧力が０ＭＰａから負圧に変動すると、第１メインオリフィスにも第３分流オリフィスにも空気が流れにくくなる。よって、第１実施例では、流体圧力が０ＭＰａである場合と流体圧力が負圧である場合とで、第３分流オリフィス側の抵抗と第１メインオリフィス側の抵抗とのバランスが大きく崩れない。つまり、第２実施例では、流体圧力が０ＭＰａである場合と流体圧力が負圧である場合とで、分流比が近似する。そのため、流体圧力の変動によって、所定の分流比とセンサチップ２１により計測される流量に基づいて算出する全体流量がばらつきにくく、センサ出力のズレが小さい。

本発明者らが、第１比較例について、流体圧力が０ＭＰａのときのセンサ出力と流体圧力が−０．０７ＭＰａのときのセンサ出力を計測したところ、フルスケール最大流量に対する精度が、１２％ずれた（＋１２％Ｆ．Ｓ．）。一方、本発明者らが、第１実施例について、流体圧力が０ＭＰａのときのセンサ出力と流体圧力が−０．０７ＭＰａのときのセンサ出力を計測したところ、フルスケール最大流量に対する精度が３．７％ずれた（＋３．７％Ｆ．Ｓ．）。よって、第１実施例は、第１比較例に対して、センサ出力の精度の差を３分の１程度に抑制できることがわかった。

更に、本発明者らは、上記第１比較例と第１実施例を用いて、流体圧力が０ＭＰａである場合と流体圧力が正圧である場合について、センサ出力の差を調べた。その結果、第１比較例は、フルスケール最大流量に対する精度が−６％ずれた（−６％Ｆ．Ｓ．）。しかし、第１実施例は、フルスケール最大流量に対する精度が−２．１％ずれた（−２．１％Ｆ．Ｓ．）。よって、第１実施例は、流体圧力が正圧の領域においても、第１比較例に対してセンサ出力の差を３分の１程度に抑制できることがわかった。

よって、流体圧力が正圧の領域でも、負圧の領域でも、メインオリフィスと分流オリフィスの有効断面積の変化傾向を同じにすることにより、流体圧力の変動に応じてセンサ出力の精度に生じるズレを抑制できる。

尚、第２メインオリフィスを使用する場合には、第１分流オリフィスを使用することにより、流体圧力が負圧の領域で、第１メインオリフィスと第１分流オリフィスの有効断面積の変化傾向を左肩上がりにして、同じにできる。この場合、上記と同様に、流体圧力の変動による分流比の変化を小さくできるので、センサ出力の精度の低下を抑制できる。尚、第２分流オリフィスも、流体圧力が負圧の領域で、有効断面積の変化傾向が左肩上がりになる。しかし、第１分流オリフィスの方が第２分流オリフィスよりも、有効断面積の変化傾向が第２メインオリフィスの有効断面積の変化傾向に近い。よって、第２メインオリフィスに対しては第１分流オリフィスを組み合わせることで、有効断面積の変化傾向を近似させて分流比の変動をより効果的に抑制し、センサ出力の精度の低下を抑制できる。

本形態は、流量を計測するためのセンサチップ２１が架設されたセンサ流路１６の他に、センサ流路１６に対するバイパス流路（流入流路１２、オリフィス流路１３、流出流路１４）を備える流量計１において、センサ流路１６の入口側に設けられた分流オリフィス３０と、バイパス流路に設けられたオリフィス流路１３（メインオリフィス）とを有すること、縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、オリフィス流路１３（メインオリフィス）の有効断面積の変化傾向と分流オリフィス３０の有効断面積の変化傾向とが同じであることを特徴とするので、流体圧力の変動によってセンサ出力の精度が低下することを抑制できる。

特に、流量計１は、縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、流体圧力が負圧となる領域で、分流オリフィス３０の有効断面積が左肩下がりに変化すること、縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、流体圧力が負圧となる領域で、オリフィス流路１３（メインオリフィス）の有効断面積が左肩下がりに変化することを特徴とするので、流体圧力が負圧となる領域で変動しても、分流比の変動を効果的に抑制することができる。

また、流量計１は、亜音速領域の公式（上記数式１）および音速領域の公式（上記数式２）により有効断面積を計算している。上述のように、亜音速領域および音速領域で有効断面積を算出するための公式が、負圧領域では十分機能していないと考えられるが、その公式により、ある種の傾向を把握することは可能である、本形態は、その定性的な傾向を利用するものである。すなわち、本形態の流量計１によれば、分流オリフィスとメインオリフィスの有効断面積の変化傾向を周知の亜音速領域の公式を用いて簡単に求めることができる。

また、流量計１は、オリフィス流路１３の管路軸方向の長さ（メインオリフィスの小径部の長さ）が９ｍｍ以上あること、分流オリフィス３０は、小流量用では、直径０．２ｍｍの孔９個を備えること、大流量用では、直径０．１５ｍｍの孔７個を備えることを特徴とするので、被測定流体の流量に応じて、小流量用の分流オリフィスと大流量用の分流オリフィスを使い分けることにより、小流量から大流量まで精度良く測定することができる。

具体的に、例えば図７に示すように、流量が多いほど、正圧流体と負圧流体のセンサ出力にズレが生じやすい。これは、流体圧力だけでなく、流量によっても、分流比が変動することを意味する。よって、分流オリフィス３０について、流量に応じて小流量用のオリフィスプレート３１と大流量用のオリフィスプレート３５を使い分けることにより、センサ出力のズレをより効果的に抑制できる。

なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。

例えば、分流オリフィス３０は、センサ流路１６の入口側（上流側流路１７）だけでなく、出口側（下流側流路１９）にも配設して良い。これによれば、流量計１に対して流体を双方向に流す場合にも、流体圧力の変動によってセンサ出力の精度が低下することを抑制できる。

例えば、オリフィス流路１３の流路径Ｃを、流入流路１２の流路径Ａと同一にし、ボディ１０と別体のメインオリフィスを配置するようにしても良い。この場合、メインオリフィスは、小径部の管路軸方向の長さＬが管路軸方向に対して直交する方向の流路径に対して２倍未満である板状のオリフィスであってもよいし、長さＬが流路径に対して２倍以上であるノズル形のオリフィスであってもよい。

例えば、分流オリフィス３０は、小流量用のオリフィスプレート３１と大流量用のオリフィスプレート３５の何れかで構成し、スペーサ３２やフィルタプレート３３を省略しても良い。

例えば、分流オリフィス３０は、平面形状が円形でなくても、矩形状であっても良い。

１流量計
１３オリフィス流路
１６センサ流路
３０分流オリフィス
３１ａ孔
３５ａ孔
Ｃ流路径
Ｌ管路軸方向の長さ

具体的に説明すると、質量流量が同じ場合、負圧流体は、正圧流体よりも分子密度が低く、センサ流路に流れ込みやすい。そのため、センサにより検出される流量は、負圧流体の方が正圧流体より多くなる。つまり、流体圧力によって、センサ側抵抗とバイパス側抵抗のバランスが崩れ、分流比が変動する。従来の流量計は、所定の分流比とセンサにより検出された流量とにより全体流量を算出していた。そのため、流量計に供給される被測定流体の質量流量が同じでも、正圧流体と負圧流体とでセンサ出力に差が生じていた。従来は、この程度の差は許容されていたが、近年、流量計に求められる精度がシビアになってきている。

上記課題を解決するために、本発明の一態様における流量計は、（１）流量を計測するためのセンサが架設されたセンサ流路の他に、前記センサ流路に対するバイパス流路を備える流量計において、前記センサ流路の入口側に設けられた分流オリフィスと、前記バイパス流路に設けられたメインオリフィスとを有すること、縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、前記流体圧力が負圧となる領域で、前記分流オリフィスの有効断面積が左肩下がりに変化するとともに、前記メインオリフィスの有効断面積が左肩下がりに変化すること、を特徴とする。
また、本発明の別態様における流量計は、（２）流量を計測するためのセンサが架設されたセンサ流路の他に、前記センサ流路に対するバイパス流路を備える流量計において、前記センサ流路の入口側に設けられた分流オリフィスと、前記バイパス流路に設けられたメインオリフィスとを有すること、縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、前記流体圧力が負圧となる領域で、前記分流オリフィスの有効断面積が左肩上がりに変化するとともに、前記メインオリフィスの有効断面積が左肩上がりに変化すること、を特徴とする。

その結果、第１実施例では、流体圧力が０ＭＰａから負圧に変動すると、第１メインオリフィスにも第３分流オリフィスにも空気が流れにくくなる。よって、第１実施例では、流体圧力が０ＭＰａである場合と流体圧力が負圧である場合とで、第３分流オリフィス側の抵抗と第１メインオリフィス側の抵抗とのバランスが大きく崩れない。つまり、第１実施例では、流体圧力が０ＭＰａである場合と流体圧力が負圧である場合とで、分流比が近似する。そのため、流体圧力の変動によって、所定の分流比とセンサチップ２１により計測される流量に基づいて算出する全体流量がばらつきにくく、センサ出力のズレが小さい。

尚、第２メインオリフィスを使用する場合には、第１分流オリフィスを使用することにより、流体圧力が負圧の領域で、第２メインオリフィスと第１分流オリフィスの有効断面積の変化傾向を左肩上がりにして、同じにできる。この場合、上記と同様に、流体圧力の変動による分流比の変化を小さくできるので、センサ出力の精度の低下を抑制できる。尚、第２分流オリフィスも、流体圧力が負圧の領域で、有効断面積の変化傾向が左肩上がりになる。しかし、第１分流オリフィスの方が第２分流オリフィスよりも、有効断面積の変化傾向が第２メインオリフィスの有効断面積の変化傾向に近い。よって、第２メインオリフィスに対しては第１分流オリフィスを組み合わせることで、有効断面積の変化傾向を近似させて分流比の変動をより効果的に抑制し、センサ出力の精度の低下を抑制できる。

（３）上記（１）に記載する流量計において、前記メインオリフィスは、管路軸方向の長さが、管路軸に対して直交する方向の流路径に対して、２倍以上であるノズル形であること、前記分流オリフィスは、複数の孔を有すること、が好ましい。

（５）上記（１）又は（３）に記載する流量計において、前記メインオリフィスが小径部を有し、その小径部の長さが９ｍｍ以上あること、前記分流オリフィスは、小流量用では、直径０．２ｍｍの孔９個を備えること、大流量用では、直径０．１５ｍｍの孔７個を備えること、が好ましい。

Claims

流量を計測するためのセンサが架設されたセンサ流路の他に、前記センサ流路に対するバイパス流路を備える流量計において、
前記センサ流路の入口側に設けられた分流オリフィスと、前記バイパス流路に設けられたメインオリフィスとを有すること、
縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、前記メインオリフィスの有効断面積の変化傾向と前記分流オリフィスの有効断面積の変化傾向とが同じであること、
を特徴とする流量計。
請求項１に記載する流量計において、
縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、前記流体圧力が負圧となる領域で、前記分流オリフィスの有効断面積が左肩下がりに変化すること、
縦軸に有効断面積を採り、横軸に流体の流体圧力を採ったときに、前記流体圧力が負圧となる領域で、前記メインオリフィスの有効断面積が左肩下がりに変化すること、
を特徴とする流量計。
請求項１又は請求項２に記載する流量計において、
前記メインオリフィスは、管路軸方向の長さが、管路軸に対して直交する方向の流路径に対して、２倍以上であるノズル形であること、
前記分流オリフィスは、複数の孔を有すること、
を特徴とする流量計。
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する流量計において、
前記有効断面積を、亜音速領域の公式により計算していること、
を特徴とする流量計。
請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載する流量計において、
前記メインオリフィスが小径部を有し、その小径部の長さが９ｍｍ以上あること、
前記分流オリフィスは、小流量用では、直径０．２ｍｍの孔９個を備えること、大流量用では、直径０．１５ｍｍの孔７個を備えること、
を特徴とする流量計。