KR101543575B1 - 유량측정방법 및 유량측정장치 - Google Patents

Abstract

측정유량의 범위가 넓고 사용하기 쉽게 한다. 내부에 유체가 흐르는 관(10)의 외부로부터, 가열에 의해 관(10)내의 유체에 열 마커(위치표지)를 형성시키는 열 마커 형성기(13)와, 열 마커 형성기(13)보다 하류측에 설치되며, 열 마커 형성기(13)에 의해 형성된 관(10)내의 유체의 열 마커를 검출하는 열 마커 검출기(5)를 사용하여, 열 마커 형성기(13)와 열 마커 검출기(5)와의 거리 및 관(10)내의 유체의 열 마커가 열 마커 형성기(13)에 의해 형성된 후부터 열 마커 검출기(5)에서 검출될 때까지의 시간 및 관(10)의 단면적을 기초로 하여 관(10)내의 유체의 유량을 측정하는 유량측정방법에 있어서, 열 마커 형성기(13)가 마이크로파 가열방식에 의해 유체를 가열하는 것이며, 또한, 그 마이크로파 인가형태가 마이크로스트립 선로(17)를 사용한 인가형태인 유체의 유량측정방법을 제공한다.

유량측정방법, 유량측정장치

Description

유량측정방법 및 유량측정장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING FLOW RATE}

본 발명은, 유체의 유량을 측정하는 방법 및 유량측정장치에 관한 것이다.

유체의 유량을 측정하는 방법으로서, 유체의 일부분에 주위와의 온도차를 의도적으로 형성시킨 영역(이하,「열 마커」라고 한다.)을 형성하고, 열 마커가 이동하는 모양을 열 마커 검출부에 의해 모니터하는 것에 의해, 유체의 유량을 측정하는 방법이 있다(일본국 특개2002-148089호 공보 및 일본국 특개2004-271523호 공보).

일본국 특개2002-148089호 공보 및 일본국 특개2004-271523호 공보의 방법은, 히터나 레이저광 등의 열원을 사용하여, 유체가 흐르는 관의 외측으로부터 열 마커의 형성이 가능하기 때문에, 열원을 직접적으로 유체에 접촉시키지 않는다. 열 마커 검출부에 있어서도, 유체의 특정 파장의 빛의 흡광도 변화를 검출할 때에 레이저광 등을 검출광으로 사용하면, 열 마커 검출부를 유체에 직접 접촉시키지 않고 유량을 측정할 수가 있다. 따라서, 유량을 측정할 때에, 유체를 바람직하지 않은 재질의 것에 접촉시켜서 오염시키는 일이 없다는 이점을 가지고 있다.

한편, 일본국 특개2002-148089호 공보 및 일본국 특개2004-271523호 공보에 개시되어 있는 방법에서는, 유체의 온도변화에 대한 특정 파장의 빛의 흡광도 변화에 대한 감도는 좋으나, 열 마커의 형성에 대해서는, 열원으로서의 특성이 충분하지 않다는 문제점이 있다. 왜냐하면, 유체가 흐르는 관의 외측에 외부 히터 등의 열원을 직접 접촉시키는 방법으로서는, 유체가 흐르고 있는 관에 외부 히터로부터의 열이 전달된 후부터 유체 자체가 가열되기 때문에, 열의 전달이 늦어지는 일이 발생하는 것과 동시에, 가열범위가 넓어진다. 그 결과, 열 마커의 패턴이 열원보다 크게 넓어져서, 유량측정의 오차가 확대되어 버리기 때문이다.

상기 문제를 해결할 수 있는 방법으로서는, 미소 영역을 조사할 수 있는 레이저광에 의한 가열도 제안되고 있다. 레이저광에 의해 가열하는 경우에는, 레이저광의 파장을 선택하는 것에 의해, 유체가 흐르고 있는 관에 레이저광을 투과시켜서, 유체의 레이저광 조사영역에 가열부분을 제한시켜서 직접 가열할 수가 있다. 따라서, 열 마커부가 불필요하게 넓어져서, 유량측정의 정밀도를 떨어뜨리는 일이 없다.

그러나, 현재, 이와 같은 사용목적에 적합한 레이저에는 싼 값의 고출력 레이저가 없기 때문에, 현실적으로는 출력이 작은 레이저만 사용할 수가 있다. 레이저의 출력이 작기 때문에, 유체의 온도변화가 작게 제한되어 버리고, 측정 유량의 범위가 제한되어 버리고 있다. 그 때문에, 측정 유량 영역은 10ml/min 이하로 제한되는 것과 동시에, 측정범위의 상한과 하한과의 차이도 10배 정도로 제한되어 버리고 있다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기 문제점을 감안하여, 종래의 것 보다, 보다 측정범위가 넓고 사용하기 쉬운 유량측정방법 및 유량측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 유량측정방법 및 유량측정장치는 이하의 수단을 채용한다.

본 발명의 한 형태는, 내부에 유체가 흐르는 관의 외부로부터, 가열에 의해 상기 관내의 유체에 열 마커가 되는 고온부를 형성시키는 가열부와, 상기 가열부보다 하류측에 설치되며, 상기 가열부에 의해 형성된 상기 관내 유체의 고온부를 검출하는 검출부를 사용하여, 상기 가열부와 상기 검출부 사이의 거리 및 상기 관내 유체의 고온부가 상기 가열부에 의해 형성된 후부터 상기 검출부에서 검출될 때까지의 시간과, 상기 관내의 단면적을 기초로 하여 상기 관내 유체의 유량을 측정하는 유량측정방법에 있어서, 상기 가열부가 마이크로파 가열방식에 의해 상기 유체를 가열하는 것이며, 또한, 유체에 대한 마이크로파의 인가형태가 전송 선로를 사용한 인가형태인 것을 특징으로 하는 유체의 유량측정방법이다.

본 발명의 형태에 의하면, 가열부에 의해, 관내를 흐르는 유체를 마이크로파에 의해 집중가열하기 때문에, 레이저광을 사용한 경우와 동일하게 관의 외부로부터 가열할 수가 있다. 또, 본 발명의 형태에 의하면, 레이저광과 같이 유체의 표면 근방에서 열흡수되지 않고 내부까지 가열할 수가 있다. 따라서, 종래 사용되고 있던 레이저광보다 큰 출력에 의해, 유체의 온도변화가 큰 열 마커를 형성시킬 수가 있다.

또, 본 발명의 형태에 의하면, 마이크로파가 전송 선로를 통해 조사되기 때문에, 유체를 국부적으로 집중가열할 수가 있으며, 열 마커를 명료하게 형성시킬 수가 있게 된다. 이에 의해, 가열부보다 하류측의 검출부에 설치된 검출기에 의해 유체의 열 마커를 검출하기 쉬워지고, 가열부와 검출부와의 거리를 넓힐 수가 있다. 따라서, 측정유량의 범위를 확대시킬 수가 있게 된다.

상기의 형태에 있어서는, 검출부에 있어서의 열 마커 검출방식이 소정 파장의 검출광 흡광도 변화에 기초하는 방식에 의한 것으로 하여도 좋다.

또, 상기 형태에 있어서는, 상기 전송 선로가, 마이크로스트립 선로인 것으로 하여도 좋다.

이와 같이 구성하는 것에 의해, 예를 들면, 안지름이 1mm인 관에 대하여 약 2mm 이상 6mm 이하의 선 폭의 마이크로스트립 선로를 채용하여, 전자렌지나 마이크로파 가열장치에 사용되고 있는 2.45GHz의 마이크로파를 유체에 조사할 수가 있다. 따라서, 가열부의 소형화를 꾀할 수가 있다.

또, 상기 형태의 발명에 있어서는, 상기 전송 선로가, 동일축 선로인 것으로 하여도 좋다.

마이크로파 가열방식에 있어서는, 유체의 내부까지 가열할 수가 있다. 따라서, 유체가 흐르는 관의 안지름을 크게 하는 것에 의해서도, 측정유량범위의 확대 를 꾀할 수가 있다. 그러나, 관의 안지름을 크게 하면 유체층의 두께가 두꺼워지기 때문에, 열 마커의 검출부에 있어서는, 검출광이 유체의 내부에서 감쇄해 버리므로 충분한 강도의 검출광이 유체를 투과하지 않을 가능성이 있다.

따라서, 상기 형태에 있어서는, 상기 검출부가 설치되는 부분의 상기 관의 유체의 두께가, 소정 파장의 검출광이 투과하는 부분에 있어서는 그 상류부분보다 얇아지도록 상기 관의 형상이 일부 변화한 것을 사용하여 이루어지는 것으로 하여도 좋다.

또한, 열 마커의 검출부가 설치되는 관부분을 평면으로 하는 것에 의해, 검출광을 관부에 수직으로 입사시키는 것이 가능해지기 때문에, 통상적인 둥근 관상태인 경우와 비교하여, 검출광의 관 표면에 있어서의 반사를 억제할 수가 있게 된다는 이점도 있다.

이와 같이 구성하는 것에 의해, 검출광이 투과하는 투과위치에서는 충분한 강도의 검출광을 투과시킬 수 있을 정도로 유체층의 얇기로 제한하는 것과 동시에, 관의 지름이 보다 굵은 것을 사용하는 것에 의해, 측정 유량의 범위를 효과적으로 확대시킬 수가 있다.

또, 상기 형태의 열 마커의 검출부에 있어서는, 검출부의 소정 파장의 검출광의 광원으로서 반도체 레이저 다이오드로부터의 레이저광을 사용하고, 또, 상기 레이저광의 광 강도를 검출하는 포토다이오드를 구비한 것으로 하여도 좋다.

이와 같이 구성하는 것에 의해, 레이저광은 지향성이 높기 때문에, 유체의 유체층을 얇게 하는 범위를 극히 작게 할 수가 있다. 따라서, 관의 안지름을 보다 크게 하여, 측정유량범위의 확대를 꾀할 수가 있다.

본 발명에 의하면, 측정유량의 범위가 넓어서 사용하기 쉽다는 효과를 나타낼 수 있다.

(제1실시형태)

이하, 본 발명의 제1실시형태에 있어서의 유량측정방법 및 유량측정장치에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 유량측정장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 관(10)내를 흐르는 유체의 일부에 주위와의 온도차를 형성시키는 열 마커 형성기(13)를 구비한 열 마커 형성부(가열부)(3)와, 이 열 마커 형성기(13)에 의해 형성된 열 마커를 검출하는 열 마커 검출기(5)를 구비한 열 마커 검출부(검출부)(6)와, 열 마커 형성부(3) 및 열 마커 검출부(6)를 컨트롤하는 마이크로프로세서 등을 구비한 제어시스템(7)을 구비하고 있다.

상기 유량측정장치(1)는, 열 마커 형성기(13)와 열 마커 검출부(5) 사이의 거리(보다 구체적으로는, 열 마커를 형성하는 위치에서부터 열 마커를 검출하는 위치까지의 거리), 열 마커 형성기(13)에 의해 형성된 열 마커가 열 마커 검출기(5)에 도달할 때까지 걸리는 시간, 및 관(10)의 단면적에 기초하여, 관(10)내를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 것이다.

열 마커 형성부(3)는, 마이크로파를 펄스적으로 발생시키는 마이크로파 발진기(9)와, 마이크로파 발진기(9)로부터 발생된 마이크로파를 증폭시키는 파워앰 프(11)와, 파워앰프(11)에 의해 증폭된 마이크로파를 효율적으로 열 마커 형성기(13)에 전달하기 위한 임피던스 정합기(23)와, 유체에 마이크로파를 관(10)의 외부로부터 조사하여 가열하고, 열 마커를 형성시키는 열 마커 형성기(13)와, 이들을 연결하는 동일축 케이블(15)을 구비하고 있다.

마이크로파 발진기(9)로서는, 예를 들면, 솔리드 스테이트형의 50W급 이하의 출력의 것이 사용되도록 되어 있다. 마이크로파로서는, 바람직하게는, 300MHz 이상 30GHz 이하의 범위, 특히 바람직하게는 2.45GHz의 주파수를 채택하는 것으로 하여도 좋다.

열 마커 형성기(13)에 전송 선로의 한 형태인 마이크로스트립 선로(17)를 사용한 것을 도 2에 나타낸다.

열 마커 형성기(13)는, 관(10)내를 흐르는 유체를 마이크로파 가열방식에 의해 국부적으로 집중 가열하는 것이다. 열 마커 형성기(13)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 마이크로파를 전달 운반하는 전송 선로의 한 형태인 마이크로스트립 선로(17)와, 그랜드 도체(21)와, 대략 직육면체 형상으로 형성되며, 내부를 관(10)이 관통하도록 형성된 유전체(19)를 구비하고 있다. 또한, 관(10)은, 예를 들면, 지름이 1mm이상 4mm이하이고, 폴리테트라플루오로에틸렌(테플론(등록상표)) 등의 불소수지에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 내산성 및 내알칼리성이 있는 불소수지를 사용하는 것에 의해, 강산에서부터 강알칼리성까지의 다양한 약액을 사용할 수 있게 된다는 이점이 있다.

마이크로스트립 선로(17)는, 예를 들면, 선의 폭이 2mm이상 6mm이하이고 두 께가 수십μm 정도의 판형상으로 형성된 Cu 또는 Au로 이루어진다. 또, 마이크로스트립 선로(17)는, 관(10)을 상방에서 횡단하도록 유전체(19)의 상단면에 설치되어 있다. 또, 마이크로스트립 선로(17)의 일단에는 동일축 케이블(15)이 접속되며, 타단에는 터미네이터(도시하지 않음)가 장착되어 있다. 상기 마이크로스트립 선로(17)는, 동일축 케이블(15)에 의해 전달되어 온 GHz대역의 마이크로파를 마이크로스트립 선로(17) 직하의 관(10)내 유체를 조사하고, 터미네이터에 의해 종단에서의 마이크로파의 반사를 방지하도록 되어 있다.

마이크로스트립 선로(17)의 임피던스는, 주로 유도체(19)의 유전률과, 유전체(19)의 두께와, 마이크로스트립 선로(17)의 선 폭에 의해 결정되기 때문에, 동일축 케이블(15)의 특성 임피던스에 적합하도록 설정된다. 통상적으로, 동일축 케이블(15)의 특성 임피던스는 50Ω가 사용된다. 예를 들면, 관(10)의 안지름이 지름 1mm인 경우에는, 유전체(19)에 불소수지부재를 채용하면, 마이크로스트립 선로(17)를 6mm 정도의 선 폭으로 형성할 수가 있다. 또, 유전체(19)에 알루미나 세라믹스나 사파이어부재를 채용하면, 마이크로스트립 선로(17)를 2mm 정도의 선 폭으로 형성할 수가 있다.

유전체(19)는, 불소수지나 세라믹스 및 사파이어부재 뿐만 아니라, 절연체이면 좋다. 또, 유전체(19)의 하단면 전체에 Cu 또는 Au로 이루어지는 그랜드 도체(21)가 설치되어 있다.

열 마커 검출기(5)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 적외레이저광(레이저광. 이하, 간단히 「레이저광」이라고 한다.)을 관(10)내를 흐르는 유체를 향해서 발사 시키는 반도체 레이저 다이오드(25)와, 반도체 레이저 다이오드(25)로 부터 발사되어 유체를 투과한 레이저광을 수광하는 포토다이오드(27)를 구비하고 있다.

상기 열 마커 검출기(5)는, 열 마커 형성기(13)로부터 소정의 간격을 두고 관(10)의 하류측에 배치되며, 유체를 투과시킨 레이저광의 흡광도 변화를 검출하는 것이다. 구체적으로는, 열 마커 검출기(5)는, 열 마커 형성기(13)로부터 약 10cm 하류측의 관(10) 위에 배치되어 있다. 또, 열 마커 검출기(5)는, 반도체 레이저 다이오드(25)로부터 발사되어 포토다이오드(27)에 의해 검출된 특정 파장의 레이저광의 흡광도 변화에 기초하여, 열 마커의 도달시점을 검출하도록 되어 있다.

관(10)의 열 마커 검출기(5)가 설치된 부분은, 반도체 레이저 다이오드(25)와 포토다이오드(27)가 대향하는 방향에 대하여 관(10)내를 흐르는 유체층의 최대 두께가 얇아지도록 관의 형상을 부분적으로 변화시키고, 또, 레이저광의 입사방향 및 출사방향에 대하여 관부분이 수직 평면이 되도록 하여, 충분한 강도의 레이저광을 포토다이오드(27)까지 투과시키도록 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 반도체 레이저다이오드(25)로부터 발사된 레이저광을, 필요 이상으로 유체의 내부에서 감쇄시키는 일 없이 포토다이오드(27)에 수광시킬 수가 있다.

레이저광의 투과위치(이하, 「레이저광 투과위치(26)」라고 한다.)에서의 관(10)의 외측 면을 평행 평면으로 하는 것에 의해, 통상적인 둥근 중공관을 사용하는 경우와 비교하여, 관(10)의 중심으로부터 레이저광의 투과축이 조금 벗어난 경우에도, 수광측 포토다이오드(27)의 수광 강도가 일정하게 유지된다. 따라서, 위치조정시의 정밀도에 여유를 갖게 할 수 있다는 이점이 있다.

이와 같이 구성된 본 실시형태에 있어서의 유량측정장치(1)의 작용에 대하여 설명한다.

우선, 유체가 흐르는 관(10)에 유량측정장치(1)를 설치하고, 열 마커 형성부(3)의 마이크로파 발진기(9)로부터, 예를 들면, 전자렌지 등에 사용되고 있는 2.45GHz의 주파수의 마이크로파를 펄스적으로 발생시킨다. 마이크로파 발진기(9)로부터 발생된 마이크로파는, 파워앰프(11)에서 증폭되어 임피던스 정합기(23)에서 임피던스 매칭된 후, 동일축 케이블(15)에 의해 전달되어 열 마커 형성기(13)에 인가된다.

동일축 케이블은 200W 정도까지의 전력을 전달할 수가 있다. 종래의 마이크로파 가열장치에 사용되고 있는 도파관을 사용하지 않고, 통상의 동일축 케이블(15)을 사용하는 것에 의해, 열 마커의 형성이 가능하게 되기 때문에, 열 마커 형성부(3)를 소형화할 수가 있다. 또, 솔리드 스테이트형의 마이크로파 발진기(9)를 사용하는 것에 의해, 마이크로파를 펄스형상의 것도 포함하여 임의의 패턴으로 인가할 수 있게 되어, 여러가지 패턴의 열 마커를 형성할 수가 있게 된다.

이어서, 열 마커 형성기(13)에 있어서는, 동일축 케이블(15)에 의해 전송된 마이크로파가, 마이크로스트립 선로(17)로부터 관(10)내의 유체에 조사된다. 이에 의해, 유체의 일부가 국부적으로 집중가열되어, 열 마커가 형성된다. 예를 들면, 10W의 마이크로파가 인가되면, 유체가 물인 경우에는, 1초 이내의 마이크로파의 펄스조사에 의해 10℃ 정도의 온도상승이 가능해진다. 따라서, 열 마커 형성기(13)와 열 마커 검출기(5)와의 거리를 10cm 정도까지 넓혀도, 열 마커 검출기(5)에 있어서 충분히 열 마커를 검출하는 것이 가능해지며, 유량측정장치(1)의 측정 유량의 범위를 확대시킬 수가 있다.

또, 마이크로파 가열방식을 사용하고 있기 때문에, 레이저광에 의한 열 마커의 형성과 같이 유체의 표면에서 거의 열흡수되지 않으며, 유체의 단면적이 커도 내부까지 가열할 수가 있다. 따라서, 굵은 관을 사용할 수가 있으며, 측정 유량 범위의 확대를 꾀할 수가 있다.

유체를 수송하는 관(10)에 대해서는, 통상의 둥근 관에 그치는 것이 아니라, 네모형의 관을 사용하여도 좋다. 특히, 열 마커 형성기(13)에 삽입하는 관(10)의 형상은, 편평한 네모형의 관을 사용하여도 좋다. 마이크로스트립 선로(17)와 그랜드 도체(21)와의 사이에 편평한 네모형 관의 짧은 변을 이용하여, 편평한 네모형 관을 마이크로스트립 선로(17)와 그랜드 도체(21)와의 사이에 끼우는 형상으로 하는 것에 의해, 굵고 둥근 관을 사용하는 것과 동일한 유체의 수송능력의 확대와, 마이크로스트립 선의 폭을 억제할 수가 있다. 따라서, 관 지름의 확대와 명료한 열 마커의 형성과의 양립을 꾀할 수가 있게 된다.

또한, 일반적으로 전자렌지나 마이크로파 가열장치에 사용되고 있는 도파관으로 마이크로파를 전달하거나, 유체에 조사하거나 하는 방법으로는, 큰 파워를 전달할 수는 있으나, 도파관의 사이즈는 신호의 주파수로 결정되기 때문에 도파관의 크기가 제한되어 버린다. 그 때문에, 열 마커 형성부를 작게 할 수가 없다.

구체적으로는, 전자렌지의 2.45GHz의 마이크로파 신호를 사용하는 경우에는, 일반적인 도파관의 사이즈는 내부 치수로 109.22mm×54.61mm(JIS형식 WRJ-2)가 된 다. 이 사이즈의 도파관의 짧은 변을 사용하여 열 마커의 형성을 실시한다고 하여도, 사이즈가 너무 커서 명료한 열 마커의 형성에는 부적합하다. 또, 도파관의 규격에는 JIS형식 WRT-2라는 것도 있으나, JIS형식 WRT-2의 도파관을 사용해도, 사이즈는 27mm×96mm이다.

단, 편평 도파관을 사용하는 것에 의해, 열 마커의 형성은, 통상의 도파관을 사용한 경우보다 개선할 수가 있다. 예를 들면, EIAJ 규격의 WFI-26 규격의 편평 도파관의 사이즈는, 안지름의 치수가 86.36mm×10.4mm이므로, 이 사이즈의 편평 도파관의 짧은 변을 사용하면 10.4mm까지 마이크로파의 조사영역을 작게 할 수가 있다. 그러나, 제1 실시형태에서 나타낸 마이크로스트립 선로(17)를 사용한 쪽이 열 마커 형성기(13)의 소형화와 열 마커의 명료화에 유리하다.

이어서, 열 마커 검출기(5)에 있어서는, 반도체 레이저 다이오드(25)로부터 레이저광이 발사되어, 관(10)내의 유체를 투과한 레이저광이 포토다이오드(27)에 의해 수광된다. 그리고, 포토다이오드(27)에 의해, 특정 파장의 레이저광의 흡광도 변화가 검출된다. 레이저광의 흡광도는 유체온도의 변화에 따라서 변화하기 때문에, 흡광도 변화의 포인트를 검출하는 것에 의해, 열 마커의 도달시점을 알 수 있다.

레이저광의 유체에 의한 흡수량은 투과하는 유체의 유체층 두께에 크게 영향을 받는바, 레이저광의 투과위치(26)의 관 부분이 레이저광의 투과방향으로 얇아지도록 형성되어 유체의 유체층의 두께가 얇게 제한되어 있기 때문에, 포토다이오드(27)에 의해 충분한 강도의 레이저광을 수광할 수가 있다. 따라서, 열 마커 검출 기(5)에 있어서는, 열 마커 형성기(13)측 관(10)의 지름을 크게 하여도 영향이 없으며, 측정유량범위의 확대를 효과적으로 꾀할 수가 있다.

제어시스템(7)에 있어서는, 열 마커 형성기(13)와 열 마커 검출기(5)와의 거리 및 관(10)의 단면적을 알고 있기 때문에, 열 마커 검출기(5)에 의해 검출된 열 마커의 도달시간에 기초하여 연산처리되어, 관(10)내를 흐르는 유체의 유량이 측정된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 유량측정방법 및 유량측정장치(1)에 의하면, 관(10)내를 흐르는 유체를 마이크로파에 의해 집중 가열하여 열 마커를 형성하기 때문에, 레이저광을 사용한 경우와 마찬가지로 관(10)의 외부로부터 가열할 수가 있다. 또, 레이저광과 같이 유체의 표면 근방에서 열흡수되는 일 없이 내부까지 가열할 수가 있다. 따라서, 종래 사용되고 있던 레이저광보다 큰 마이크로파 출력에 의해, 유체의 온도변화가 큰 열 마커를 형성시킬 수가 있다.

또, 본 실시형태에 있어서의 유량측정방법 및 유량측정장치(1)에 의하면, 마이크로파가 마이크로스트립 선로(17)에 의해 조사되기 때문에, 유체를 국부적으로 집중 가열할 수가 있으며, 열 마커를 명료하게 형성시킬 수가 있게 된다. 이에 의해, 레이저광의 흡광도 변화의 계측이 보다 용이해지기 때문에, 측정유량의 범위를 보다 확대시킬 수가 있다. 또, 마이크로파를 통상의 마이크로파 가열에 사용되는 도파관에 의해 조사하는 경우와 비교하여, 열 마커 형성기(13)의 소형화를 꾀할 수가 있다. 또, 종래는, 열 마커 형성기와 열 마커 검출기와의 거리가 10mm 정도로서, 측정유량의 범위도 10ml/min 정도로 그치고 있었으나, 유량측정장치(1)에 의하 면, 열 마커 형성기(13)와 열 마커 검출기(5)와의 거리를 10cm정도까지 격리시킬 수가 있으며, 측정유량의 범위도 100ml/min 정도까지 넓힐 수가 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서의 유량측정방법 및 유량측정장치(1)는, 다음과 같이 변형할 수가 있다.

예를 들면, 본 실시형태에 있어서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 관(10)의 레이저광 통과위치(26)에서 전체 관의 단면이 똑같이 얇아지도록 형성되어 있는 것으로 하였으나, 이 대신에, 도 4A 및 도 4B에 나타내는 바와 같이, 레이저광이 투과하는 만큼의 극미소 영역만, 즉, 레이저광의 구경보다 약간 큰 원형상의 영역만 관(10)의 두께가 얇아지도록, 레이저광의 투과위치(26)를 형성하는 것으로 하여도좋다. 이와 같이 하는 것에 의해, 보다 광범위하게 관(10)의 안지름을 크게 하여, 측정유량범위의 확대를 꾀할 수가 있다.

(제2실시형태)

이어서, 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 유량측정방법 및 유량측정장치에 대하여 도 5A 및 도 5B를 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 유량측정장치(101)는, 열 마커 형성기(113)로서, 마이크로스트립 선로(17) 대신에 동일축 선로(전송 선로)(107)를 사용한다는 점에서 제1실시형태와 상이하다.

이하, 제1실시형태에 있어서의 유량측정장치(1)와 구성을 공통으로 하는 부분에 대해서는, 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 5A 및 도 5B의 예에서는, 동일축 선로(107)의 일부를 개구하고, 불소수지 의 관(210)을 삽입한 예를 나타내고 있다. 도 5A에 열 마커 형성기(113)의 전체를 나타내고, 도 5B에 불소수지의 관(210)이 삽입되어 있는 부분에서의 동일축 선로(107)의 단면을 나타낸다. 동일축 선로(107)의 구성은 통상의 동일축 케이블과 동일하며, 마이크로파를 전달하는 중심도체(110)와, 이 중심도체(110)를 동심적으로 둘러싸는 원통형의 외부도체(112)와, 중심도체(110)와 외부도체(112)와의 사이에 설치되는 동일축 선로 유전체(114)와, 외부도체(112)의 바깥쪽 둘레를 덮는 외부 보호피막(116)을 구비하고 있다. 또한, 동일축 선로(107)에는, 마이크로파의 전달방향의 종단에 터미네이터(도시하지 않음)가 장착되어 있다.

이와 같이 구성하는 것에 의해, 동일축 선로(107)의 동일축 선로 유전체(114)의 중심도체(110)와 외부도체(112)와의 사이의 두께 이내의 바깥지름의 관에 대하여 본 발명을 적용할 수가 있다. 특히, 바깥지름 1mm 이하의 관을 사용하는 미소 유량계에 대하여 본 발명을 적용하는 것이 유효해진다.

[제3실시형태]

이어서, 본 발명의 제3실시형태에 있어서의 유량측정방법 및 유량측정장치에 대하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 유량측정장치(201)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 열 마커 검출기(205)와 제2 열 마커 검출기(206)를 구비한다는 점에서, 제1 실시형태와 상이하다.

이하, 제1실시형태에 있어서의 유량측정장치(1)와 구성을 공통으로 하는 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

본 실시형태에 있어서의 유량측정장치(201)는, 제1 열 마커 검출기(205)가, 열 마커 형성기(13)에 의해 형성된 직후의 열 마커의 형상을 체크하고, 체크한 열 마커의 형상이 제2 열 마커 검출기(206)에 도달하는 시간으로 유량을 계측하도록 되어 있다. 구체적으로는, 제1 열 마커 검출기(205)가, 열 마커 형성기(13)의 하류측 근방에 배치되어, 열 마커의 형상을 미리 측정하도록 되어 있다. 또, 제2 열 마커 검출기(206)가, 제1 열 마커 검출기(205)의 하류측에 배치되어, 제1 열 마커 검출기(205)에 의해 측정된 열 마커의 피크포인트를 정확하게 검출하도록 되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 제1 열 마커 검출기(205)와 제2 열 마커 검출기(206) 사이의 거리, 제1 열 마커 검출기(205)에 의해 열 마커의 피크포인트가 계측된 후부터 제2 열 마커 검출기(206)에 의해 피크포인트가 검출될 때까지의 시간, 및 관(10)의 단면적에 기초하여 유체의 유량을 측정하는 것으로 하면 좋다. 이와 같이 하는 것에 의해, 마이크로스트립 선로(17)의 선 폭이 측정 오차에 주는 영향을 극히 작게 할 수가 있기 때문에, 보다 정확하게 유량을 측정할 수가 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 구체적인 구성은 이 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.

도 1은, 본 발명의 제1실시형태에 있어서의 유량측정장치를 나타내는 개략도.

도 2는, 도 1의 유량측정장치의 열 마커 형성기를 나타내는 개략도.

도 3은, 도 1의 유량측정장치의 열 마커 검출기의 개략을 나타내는 도면.

도 4A는, 본 발명의 제1실시형태의 변형예에 있어서의 관의 레이저광 투과위치를 나타내는 도면.

도 4B는, 본 발명의 제1실시형태의 변형예에 있어서의 관의 레이저광 투과위치에서의 단면의 개략도.

도 5A는, 본 발명의 제2실시형태의 유량측정장치의 열 마커 형성기의 전체를 나타내는 도면.

도 5B는, 도 5A의 열 마커 형성기의 동일축 선로에 불소수지의 관이 삽입되어 있는 부분의 단면을 나타내는 도면.

도 6은, 본 발명의 제3실시형태에 있어서의 유량측정장치의 열 마커 검출기의 개략을 나타내는 도면.

Claims (12)

1. 내부에 유체가 흐르는 관의 외부로부터, 가열에 의해 상기 관내의 유체에 고온부를 형성시키는 가열부와, 상기 가열부보다 하류측에 설치되며, 상기 가열부에 의해 형성된 상기 관내 유체의 고온부를 검출하는 검출부를 사용하여, 상기 가열부와 상기 검출부와의 거리 및 상기 관내 유체의 고온부가 상기 가열부에 의해 형성된 후부터 상기 검출부에서 검출될 때까지의 시간 및 상기 관내의 단면적을 기초로 하여 상기 관내 유체의 유량을 측정하는 유량측정방법에 있어서,

   상기 가열부가, 내부에 상기 관을 관통시키는 유전체와, 상기 관의 길이방향을 가로지르도록 상기 유전체의 표면에 배치된 마이크로스트립 선로를 구비하고, 마이크로파 가열방식에 의해 상기 마이크로스트립 선로로부터 상기 유전체를 통해서 상기 관내 유체에 마이크로파를 조사하여 상기 유체를 가열하는 특징으로 하는 유체의 유량측정방법.
2. 내부에 유체가 흐르는 관의 외부로부터, 가열에 의해 상기 관내의 유체에 고온부를 형성시키는 가열부와, 상기 가열부보다 하류측에 설치되며, 상기 가열부에 의해 형성된 상기 관내 유체의 고온부를 검출하는 검출부를 사용하여, 상기 가열부와 상기 검출부와의 거리 및 상기 관내 유체의 고온부가 상기 가열부에 의해 형성된 후부터 상기 검출부에서 검출될 때까지의 시간 및 상기 관내의 단면적을 기초로 하여 상기 관내 유체의 유량을 측정하는 유량측정방법에 있어서,

   상기 가열부가 마이크로파 가열방식에 의해 상기 유체를 가열하는 것이며, 또한, 유체에 대한 마이크로파의 인가형태가 동일축 선로를 사용하는 인가형태이고,

   상기 동일축 선로가, 마이크로파를 전달하는 중심도체와, 이 중심도체를 동심적으로 둘러싸는 외부도체와, 상기 중심도체와 상기 외부도체와의 사이에 설치되는 유전체를 구비하며,

   상기 관이 상기 유전체를 관통하여 연장되며, 상기 중심도체가 상기 관의 길이방향을 가로지르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체의 유량측정방법.
3. 내부에 유체가 흐르는 관의 외부로부터, 가열에 의해 상기 관내의 유체에 고온부를 형성시키는 가열부와, 상기 가열부보다 하류측에 설치되며, 상기 가열부에 의해 형성된 상기 관내 유체의 고온부를 검출하는 검출부를 사용하여, 상기 가열부와 상기 검출부와의 거리 및 상기 관내 유체의 고온부가 상기 가열부에 의해 형성된 후부터 상기 검출부에서 검출될 때까지의 시간 및 상기 관내의 단면적을 기초로 하여 상기 관내 유체의 유량을 측정하는 유량측정방법에 있어서,

   상기 가열부가 마이크로파 가열방식에 의해 상기 유체를 가열하는 것이며, 또한, 유체에 대한 마이크로파의 인가형태가 동일축 선로를 이용한 인가형태이고,

   상기 검출부에 있어서의 상기 관의 유체의 두께가, 소정의 파장의 검출광이 투과하는 부분에서는 그 상류부분보다 얇아지도록 상기 관의 형상이 일부 변화한 것을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체의 유량측정방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 검출부가, 유체의 온도변화에 대한 소정 파장의 검출광의 흡광도 변화를 기초로 하는 방식에 의해 상기 고온부를 검출하는 것을 특징으로 하는 유체의 유량측정방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 검출부의 소정 파장의 검출광의 광원으로서 반도체 레이저 다이오드로부터의 레이저광을 사용하고, 또한, 상기 레이저광의 광 강도를 검출하는 포토다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 유량측정방법.
6. 내부에 유체가 흐르는 관의 외부로부터, 가열에 의해 상기 관내의 유체에 고온부를 형성시키는 가열부와, 상기 가열부보다 하류측에 설치되며, 상기 가열부에 의해 형성된 상기 관내 유체의 고온부를 검출하는 검출부를 구비하고, 상기 가열부와 상기 검출부 사이의 거리 및 상기 관내 유체의 고온부가 상기 가열부에 의해 형성된 후부터 상기 검출부에서 검출될 때까지의 시간 및 상기 관내의 단면적을 기초로 하여 상기 관내의 유체의 유량을 측정하는 유량측정장치에 있어서,

   상기 가열부가, 내부에 상기 관을 관통시키는 유전체와, 상기 관의 길이방향을 가로지르도록 상기 유전체의 표면에 배치된 마이크로스트립 선로를 구비하고, 마이크로파 가열방식에 의해 상기 마이크로스트립 선로로부터 상기 유전체를 통해서 상기 관내 유체에 마이크로파를 조사하여 상기 유체를 가열하는 것을 특징으로 하는 유체의 유량측정장치.
7. 내부에 유체가 흐르는 관의 외부로부터, 가열에 의해 상기 관내의 유체에 고온부를 형성시키는 가열부와, 상기 가열부보다 하류측에 설치되며, 상기 가열부에 의해 형성된 상기 관내 유체의 고온부를 검출하는 검출부를 구비하고, 상기 가열부와 상기 검출부 사이의 거리 및 상기 관내 유체의 고온부가 상기 가열부에 의해 형성된 후부터 상기 검출부에서 검출될 때까지의 시간 및 상기 관내의 단면적을 기초로 하여 상기 관내의 유체의 유량을 측정하는 유량측정장치에 있어서,

   상기 가열부가 마이크로파 가열방식에 의해 상기 유체를 가열하는 것이며, 또한, 유체에 대한 마이크로파의 인가형태가 동일축 선로를 사용하는 인가형태이고,

   상기 동일축 선로가, 마이크로파를 전달하는 중심도체와, 이 중심도체를 동심적으로 둘러싸는 외부도체와, 상기 중심도체와 상기 외부도체와의 사이에 설치되는 유전체를 구비하며,

   상기 관이 상기 유전체를 관통하여 연장되고, 상기 중심도체가 상기 관의 길이방향을 가로지르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체의 유량측정장치.
8. 내부에 유체가 흐르는 관의 외부로부터, 가열에 의해 상기 관내의 유체에 고온부를 형성시키는 가열부와, 상기 가열부보다 하류측에 설치되며, 상기 가열부에 의해 형성된 상기 관내 유체의 고온부를 검출하는 검출부를 구비하고, 상기 가열부와 상기 검출부 사이의 거리 및 상기 관내 유체의 고온부가 상기 가열부에 의해 형성된 후부터 상기 검출부에서 검출될 때까지의 시간 및 상기 관내의 단면적을 기초로 하여 상기 관내의 유체의 유량을 측정하는 유량측정장치에 있어서,

   상기 가열부가 마이크로파 가열방식에 의해 상기 유체를 가열하는 것이며, 또한, 유체에 대한 마이크로파의 인가형태가 전송 선로를 사용하는 인가형태이고,

   상기 검출부에 있어서의 상기 관의 유체의 두께가, 소정의 파장의 검출광이 투과하는 부분에서는 그 상류부분보다 얇아지도록 상기 관의 형상이 일부 변화한 것을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체의 유량측정장치.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 검출부가, 유체의 온도변화에 대한 소정 파장의 검출광의 흡광도 변화를 기초로 하는 방식에 의해 상기 고온부를 검출하는 특징으로 하는 유량측정장치.
10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 검출부의 소정 파장의 검출광의 광원으로서 반도체 레이저 다이오드로부터의 레이저광을 사용하고, 또한, 상기 레이저광의 광 강도를 검출하는 포토다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 유량측정장치.
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