KR20120011011A - 유량 측정 장치 및 유체 압력 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
도관부 그 자체를 배제하여, 도관부가 존재하는 것에 기인하는 문제점을 발본적으로 해결한다. 배관 부재(1)의 중간부에 스로틀 기구(3)를 마련하고, 그 상류측 및 하류측에 설치한 압력 센서(2)에 의한 측정 압력에 기초하여 상기 유체의 유량을 측정하는 유량 측정 장치에 있어서, 상기 배관 부재(1)에서의 외벽(11)의 소요 지점에 외면측이 오목한 두께가 얇은 부분(11a)을 마련하고, 상기 유체의 압력 변동에 의한 상기 두께가 얇은 부분(11a)의 탄성 변형에 의해 돌출 함몰하는 돌출 함몰부(6)가, 상기 스로틀 기구(3)의 상류측 및 하류측에 형성되도록 하며, 상기 돌출 함몰부(6)의 외표면에 압력 센서(2)의 감압면을 접촉시키도록 하였다.
Description
본 발명은, 배관 부재 사이에 마련된 스로틀 기구의 상류측 및 하류측에서의 유체 압력을 압력 센서로 측정하는 것에 의해, 상기 유체의 유량을 측정하는 유량 측정 장치 등에 관한 것이며, 특히 반도체 제조 장치, FPD 제조 장치, 태양 전지 제조 장치 등에의 각종 약액이나 세정액 또는 각종 가스 유체 등을 송출하는 라인에 설치되어 적합하게 이용되는 것에 관한 것이다.
종래 이 종의 압력 센서를 이용한 유량 측정 장치(이하, 차압식 유량계라고도 함)에는, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 측정 대상이 되는 유체가 흐르는 메인 배관으로부터 압력 센서에 압력을 유도하기 위한 도관부가 설치되어 있다. 이 도관부는, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 메인 배관으로부터 분기시킨 것이고, 예컨대 작은 구멍이나 세관(細管)으로 형성되어 있다. 또한 특허문헌 2에는, 압력 센서로서 수정 원판을 이용한 것이 개시되어 있다. 이 문헌에서는 수정 원판은, 압력이 면판부에 수직으로 작용하도록 구성되어 있고, 메인 배관으로부터 수정 원판에 이를 때까지 단거리이기는 하지만 도관부가 형성되어 있다.
그러나, 예컨대 점성이 높은 액체의 경우는 도관부가 막힐 우려가 있다. 또한 점성이 낮은 유체로 하여도, 상기 도관부에 부착물이 발생하거나, 그 부착물이 박리되어 하류에 흘러, 컨태미네이션의 원인이 되거나 한다. 이 컨태미네이션은, 반도체 프로세스 등에서는 큰 악영향을 미친다. 또한 일반적으로 차압식 유량계의 경우는, 베르누이의 정리에서 명백한 바와 같이, 저유량에서의 측정 정밀도가 열화한다.
물론, 차압식 유량계 이외에도, 예컨대 초음파식 유량계나 전자식 유량계 등이 있다.
그러나, 초음파식 유량계에서는, 구조상, 세관?굴곡?오리피스 등을 설치하는 것에 의한 거품 영향을 받는다던지, 접속 배관 직경과 센서 부분의 배관 직경이 상이하기 때문에 체류 컨태미네이션이 발생한다던지, 점성 유체에서는 그 유속 분포가 측정 오차의 원인이 된다고 하는 문제점이 있고, 또한 전자식 유량계에서는, 유체에 도전성이 필요하다던지 세관에서의 센서 구조가 어렵다고 하는 문제점이 있다.
그래서 본 발명은, 유체의 압력을 상기 배관 부재의 벽체를 통해 측정할 수 있는 구성으로 하는 것에 의해, 도관부 그 자체를 배제하여, 상기 도관부가 존재하는 것에 기인하는 문제점을 발본적으로 해결하는 것을 주된 소기 과제로 한 것이다.
또한, 본 발명은 수정판의 배치에 독특한 고안을 하는 것에 의해, 배관 부재가 세관의 경우라도 무리없이 압력 측정할 수 있고, 저유량에서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 것 등을 부차적인 과제로 한 것이다.
즉, 본 발명에 따른 유량 측정 장치는, 내부에 유량 측정의 대상이 되는 유체가 흐르는 배관 부재와, 상기 배관 부재 사이에 마련된 스로틀 기구와, 상기 스로틀 기구의 상류측 및 하류측에 설치되며 상기 유체의 압력을 측정하는 한 쌍의 압력 센서를 구비하고, 각 압력 센서에 의한 측정 압력에 기초하여 상기 유체의 유량을 측정하는 것으로서, 상기 배관 부재에서의 외벽의 소요 지점에 외면측이 오목한 두께가 얇은 부분을 마련하고, 상기 유체의 압력 변동에 의한 상기 두께가 얇은 부분의 탄성 변형에 의해 돌출 함몰(突沒)하는 돌출 함몰부를, 상기 스로틀 기구의 상류측 및 하류측에 형성하며, 상기 돌출 함몰부의 외표면에 압력 센서의 감압면을 접촉시키고 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 것이면, 압력 센서에 압력을 유도하기 위한 도관부가 완전히 불필요해지고, 또한 압력을 전달하는 돌출 함몰부가, 배관 부재 외벽의 외측을 오목하게 한 두께가 얇은 부분에 의해 형성되므로, 배관 부재의 내면의 요철을 완전히 없앨 수 있기 때문에, 유체의 체류를 방지할 수 있다. 또한 그 유체의 체류에 기인하는 거품?압력 손실?컨태미네이션의 발생 등도 방지할 수 있다. 추가로, 압력 센서를 배관 부재의 외측에 배치할 수 있기 때문에, 착탈을 용이하게 할 수 있어, 메인터넌스의 간편성 등도 향상시킬 수 있고, 소형화도 가능하게 된다.
수정판(압전 소자)을 이용한 압력 센서의 경우, 상기 특허문헌 2에도 나타나 있는 바와 같이, 일반적으로는, 수정판의 면판부가 압력 방향으로 수직이 되도록 배치하는 것, 이것을 세로로 하는, 즉 수정판의 단부 가장자리를 감압면으로 하고, 수정판을 상기 돌출 함몰부의 표면에 거의 수직인 자세로 배치하며, 상기 돌출 함몰부로부터의 압박력이 수정판의 단부 가장자리에 작용하도록 구성해 두면, 배관 부재가 세관인 경우라도 무리없이 압력 측정할 수 있고, 저유량 영역에서의 분해능을 향상시키는 것이 가능해진다.
보다 구체적으로는, 상기 수정판의 면판부가 유체의 흐름 방향과 평행해지도록, 상기 압력 센서를 배관 부재에 부착하고 있는 것이 바람직하다. 수압 면적이 커져, 압력 전달 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.
상기 돌출 함몰부를 간단한 가공으로 형성할 수 있는 구체적 양태로서는, 상기 배관 부재의 외벽에 주회하는 바닥이 있는 홈을 마련하고, 그 바닥이 있는 홈의 바닥부가 상기 돌출 함몰부로서 기능하도록 한 것을 들 수 있다.
또한, 이러한 구성에서 수정판을 간단한 구성으로 적합하게 유지하기 위해서는, 상기 바닥이 있는 홈 및 그 전후의 배관 부재 주위에 밀착 고정된 외각(外殼)체를 설치해 두고, 상기 외각체의 표면으로부터 상기 바닥이 있는 홈에 이르는 관통 구멍을 형성하며, 상기 관통 구멍에 상기 수정판을 수용 유지시키고 있는 것이 바람직하다.
돌출 함몰부의 다른 구체적 양태로서는, 상기 배관 부재의 외벽에, 외향으로 개구하는 환상의 바닥이 있는 홈을 마련하고, 그 바닥이 있는 홈의 바닥부에 상기 두께가 얇은 부분을 형성하는 것에 의해, 상기 바닥이 있는 홈으로 둘러싸인 외벽 부분을, 상기 돌출 함몰부로서 기능시키고 있는 것을 들 수 있다. 이러한 것이면, 돌출 함몰부에서의 감압면이 접촉하는 부위는, 다른 외벽과 같은 두께가 두꺼운 부분이 되기 때문에, 감압면에 의한 돌출 함몰부의 휨이나, 접촉 부위에서의 돌출 함몰부의 파손을 방지할 수 있다.
간단히 제조할 수 있고, 구조의 일체화를 도모할 수 있는 바람직한 양태로서는, 상기 배관 부재가 수지제 또는 금속제이며, 상기 스로틀 기구가 배관 부재와 동일 소재로 일체 연속적으로 설치된 것을 들 수 있다. 배관 부재의 일부를 압박하거나 열을 부여하는 등으로 변형시켜, 스로틀 기구를 간단히 형성할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명은, 스로틀 기구를 생략함으로써 유체 압력 측정 장치로서도 응용할 수 있다. 이러한 것이면, 압력을 컨태미네이션이 없는 상태를 유지하고 측정하는 것이 가능해진다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 압력 센서에 압력을 유도하기 위한 도관부가 불필요해지고, 또한 압력을 전달하는 돌출 함몰부가, 배관 부재 외벽의 외측을 오목하게 한 두께가 얇은 부분에 의해 형성되므로, 배관 부재의 내면의 요철을 없앨 수 있기 때문에, 유체의 체류를 방지할 수 있다. 또한 그 유체의 체류에 기인하는 컨태미네이션의 발생 등도 방지할 수 있다.
추가로, 압력 센서를 배관 부재의 외측에 배치할 수 있기 때문에, 착탈을 용이하게 할 수 있고, 메인터넌스성 등도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 유량 측정 장치의 내부 구조를 도시하는 종단면도.
도 2는 제1 실시형태에서의 유량 측정 장치의 전체 사시도.
도 3은 제1 실시형태에서의 유량 측정 장치의 압력 센서의 내부를 도시하는 정면도.
도 4는 제1 실시형태에서의 배관 부재 및 스로틀 기구를 도시하는 평면도.
도 5는 제1 실시형태에서의 돌출 함몰부를 도시하는 부분 확대도.
도 6은 도 5에서의 선 A-A를 따라 취한 단면도.
도 7은 제1 실시형태에서의 압력 센서의 유량 특성을 도시하는 그래프.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에서의 유량 측정 장치의 내부 구조를 도시하는 종단면도.
도 9는 도 8에서의 선 A-A를 따라 취한 단면도.
도 2는 제1 실시형태에서의 유량 측정 장치의 전체 사시도.
도 3은 제1 실시형태에서의 유량 측정 장치의 압력 센서의 내부를 도시하는 정면도.
도 4는 제1 실시형태에서의 배관 부재 및 스로틀 기구를 도시하는 평면도.
도 5는 제1 실시형태에서의 돌출 함몰부를 도시하는 부분 확대도.
도 6은 도 5에서의 선 A-A를 따라 취한 단면도.
도 7은 제1 실시형태에서의 압력 센서의 유량 특성을 도시하는 그래프.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에서의 유량 측정 장치의 내부 구조를 도시하는 종단면도.
도 9는 도 8에서의 선 A-A를 따라 취한 단면도.
이하에, 본 발명의 일 실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
<제1 실시형태>
본 실시형태에 따른 유량 측정 장치(100)는, 도 1, 도 2에 그 전체를 개략적으로 도시하는 바와 같이, 내부에 유량 측정 대상이 되는 유체가 흐르는 배관 부재(1)와, 상기 배관 부재(1) 사이에 마련된 스로틀 기구(3)와, 상기 스로틀 기구(3)의 상류측 및 하류측에 설치되고 상기 유체의 압력을 측정하는 한 쌍의 압력 센서(2)와, 각 압력 센서(2)에 의한 측정 압력을 수신하고 그 측정 압력에 기초하여 상기 유체의 유량을 산출하는 정보 처리 수단(5)을 구비한, 소위 차압식이 것이다.
각 부를 상술하면, 상기 배관 부재(1)는, 도 1 등에 도시하는 바와 같이, 예컨대 단면이 원형인 수지(예컨대 PFA)제 튜브이고, 그 내경은 동등하며, 그 외벽(11)의 두께도, 후술하는 두께가 얇은 부분(11a)을 제외하면 동등하게 구성되어 있다.
스로틀 기구(3)는, 도 1, 도 4에 도시하는 바와 같이, 배관 부재(1)와 동일한 소재를 이용한 튜브형의 것이며, 구체적으로는, 그 중앙부를 최소 내경으로 하고 있고, 이 중앙부로부터 서서히 그 내경을 증대시켜 양단부에 매끄럽게 이르는 형상을 이룬다. 양단부의 내경은 상기 배관 부재(1)의 내경과 합치시키고 있고, 이 양단부를, 그 상류측 및 하류측의 배관 부재(1)의 단부와 일체 연속적으로 접속하고 있다.
압력 센서(2)는, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 하우징(22)과, 그 하우징(22)에 지지시킨 수정판(21)을 구비하는 것이며, 수정판(21)에 작용하는 외압에 의해 그 발진 주파수가 변화하기 때문에, 수정판(21)의 발진 신호를, 압력 신호로서 출력하는 타입의 것이다.
각 부를 설명하면, 하우징(22)은, 평면에서 봤을 때, 대략 타원형을 이루는 것으로, 본 실시형태에서는, 이 하우징(22)을 2개의 압력 센서(2)에서 공용하도록 하고 있다. 물론, 하우징(22)을 분리하여도 상관없다. 그리고 이 하우징(22)에는, 바닥벽(22a) 및 이 바닥벽(22a)으로부터 기립하는 측 둘레벽(22b)에 의해 위요(圍繞)되어 일면을 개구시킨 수용실(22c)이 마련되어 있고, 후술하는 수정판(21)은 이 수용실(22c) 안에 배치되어 있다.
수정판(21)은, 특히 도 3에 도시하는 바와 같이, 예컨대 오리엔테이션 플랫(orientation flat)부(이하, 오리엔테이션 플랫부(21a)로 칭한다)를 갖는 두께가 같은 원판형을 이루는 것이며, 그 표리면에는 각각 전극판(23)이 첨접(添接)되어 있다. 그리고, 상기 오리엔테이션 플랫부(21a)를, 상기 수용실(22c)의 바닥벽(22a)에 부착한 유지대(25)에 고착하여, 바닥벽(22a)으로부터 이 수정판(21)이 기립하고, 수정판(21)의 선단 감압면(21b)[오리엔테이션 플랫부(21a)의 대향 부위]이, 수용실(22c)의 개구부(P)(도 1에 도시)를 향하도록 구성되어 있다.
또한, 이 수정판(21)은, 그 각 측 가장자리부를, 바닥벽(22a)으로부터 기립시킨 한 쌍의 슬릿이 있는 탄성 지지체(24)에 의해서도 지지시키고 있다. 이 탄성 지지체(24)는 금속 등의 도전성 재료로 이루어지는 것으로, 세로로 연장되는 슬릿(도시 생략)으로, 수정판(21)과 전극판(23)을 함께 협압(挾壓)하고, 리드선으로서의 기능을 하도록 되어 있다. 이러한 구성에 의해, 이 수정판(21)은, 감압면인 상기 선단을 압박한 경우에, 세로 방향(윤곽 방향)으로는 그 압박력이 그대로 전해져 압축 변형되어 휘지만, 전후 방향이나 가로 방향으로는 이동하지 않도록 설정되어 있다.
그리고 이 실시형태에서는, 도 1, 도 4?도 6에 도시하는 바와 같이, 스로틀 기구(3)의 상류측 및 하류측에서의 배관 부재(1)의 외벽(11)에, 외향으로 개구하는 환상을 이루는 바닥이 있는 홈(4)을 각각 마련하고 있다. 이 바닥이 있는 홈(4)은, 배관 부재(1)의 길이 방향으로 연장되는 타원형을 이루는 것으로, 당연하지만, 바닥이 있는 홈(4)의 바닥부에서의 외벽(11)의 두께는, 다른 외벽(11)의 두께에 비해, 얇아진다. 그리고 이 두께가 얇은 부분(11a)은, 다른 외벽(11)에 비해 탄성 변형하기 쉽기 때문에, 바닥이 있는 홈(4)으로 둘러싸인 영역은, 두께가 얇은 부분(11a)의 탄성 변형에 의해, 유체의 압력 증대시에는 돌출하고 압력 감소시에는 함몰하는 돌출 함몰부(6)로서 기능하게 된다. 그리고, 이 돌출 함몰부(6)의 표면에, 상기 압력 센서(2)의 감압면, 즉 수정판(21)의 선단 감압면이 접촉하도록 구성되어 있다.
보다 구체적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 하우징(22) 안에 상기 배관 부재(1) 및 스로틀 기구(3)를 관통시켜 고정함으로써, 수정판(21)의 선단 감압면이 돌출 함몰부(6)의 외표면에 접촉하도록 하여, 유체의 압력을, 돌출 함몰부(6)를 통해 압력 센서(2)가 검지할 수 있는 구성으로 하고 있다. 이 때, 수정판(21)의 면판부는, 유체의 흐름 방향, 즉 배관 부재(1)의 길이 방향과 평행이 되고, 또한 수용실(22c)에서의 측 둘레벽(22b)의 선단은, 돌출 함몰부(6)의 주위에서의 배관 부재(1)의 외벽(11)에 밀착되어, 수용실(22c)이 기밀 공간이 된다. 기밀 공간이 된 수용실(22c)에는, 건조시킨 질소 가스 등의 비활성 가스를 충전해 두면, 수명이나 측정 정밀도 등의 관점에서 바람직한 것이 된다.
또한, 도 1중에서의 부호 8은, 유지대(25)를 진퇴 이동시켜, 수정판(21)의 돌출 함몰부(6)에 대한 압박력의 초기값(오프셋)을 조정하기 위한 나사 이송 기구이다.
정보 처리 수단(5)은, CPU나 메모리, 카운터 등을 구비한 전기 회로이며, 압력 센서(2)로부터의 발진 신호를 수신하여 그 주파수를 카운터 등으로 측정하고, 그 주파수로부터 압력을 산출하는 것이다. 본 실시형태의 압력 센서(2)는, 압력과 주파수의 상관이, 표 1 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 1차 함수가 되고, 또한 그 재현성이 매우 좋기 때문에, 주파수로부터 정밀도 좋게 압력을 산출할 수 있다. 여기서는 1차 함수를 나타내는 근사식은 y=6.650x+8.589였다. 즉, 측정 주파수를, 압력으로서 취급할 수 있다.
[표 1]
그리고, 이 정보 처리 수단(5)이 유량을 산출하는 수순을 설명하면, 각 압력 센서(2)의 발진 신호의 주파수를 각각, fu(상류측), fd(하류측)으로 한 경우, 상류측의 측정 압력(Pu) 및 하류측의 측정 압력(Pd)은, 각각
Pu=a?fu+b
Pd=a?fd+b
로 나타낼 수 있다. 여기서, a, b는 각각 실험 등으로 미리 정한 상수이다.
따라서, 차압(ΔP)은
ΔP=Pu-Pd=a?(fu-fd)=a?Δf
그런데, 유량(Q)의 제곱값은, ΔP에 비례하기 때문에,
Q=c?√(ΔP)=k√(Δf)
가 된다. 여기서, c는 실험 등으로 미리 정한 상수이며, k는 a 및 c의 곱셈값이다.
이것으로부터, 이 정보 처리 수단(5)은, 주파수차(Δf)의 평방근에, 실험에서 정한 계수(k)를 곱함으로써, 유량(Q)을 산출한다.
또한, 각 압력 센서(2)의 기기 차이에 대해서는, 이 정보 처리 수단(5)에서의 카운터로 보정하도록 하고 있다.
<제2 실시형태>
이 실시형태에 따른 유량 측정 장치(100A)는, 도 8에 그 전체를 개략적으로 도시하는 바와 같이, 내부에 유량 측정의 대상이 되는 유체가 흐르는 상류측 및 하류측의 배관 부재(1A)와, 상기 배관 부재(1A) 사이에 마련된 스로틀 기구(3A)와, 상기 각 배관 부재(1A)에 설치되고 상기 유체의 압력을 측정하는 한 쌍의 압력 센서(2A)와, 각 압력 센서(2A)에 의한 측정 압력을 수신하고 그 측정 압력에 기초하여 상기 유체의 유량을 산출하는 정보 처리 수단(5A)을 구비한, 소위 차압식의 것이다.
각 부를 상술하면, 상기 배관 부재(1A)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 예컨대 단면이 원형인 수지(예컨대 PFA)제 튜브이고, 그 내경은 동등하며, 그 외벽(11A)의 두께도, 후술하는 두께가 얇은 부분(11aA)을 제외하면 동등하게 구성되어 있다.
스로틀 기구(3A)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 블록체 형상, 보다 구체적으로는 직방체 형상을 이루는 것이며, 내부에 스로틀 기능을 담당하는 유로(31A)가 관통되어 있다. 그리고, 이 스로틀 기구(3A)의 양단부에 상기 각 배관 부재(1A)의 단부가 삽입되어, 배관 부재(1A)와 상기 유로(31A)가 직렬로 접속되도록 구성되어 있다. 상기 스로틀 기구(3A)는, 그 중앙부를 최소 내경으로 하고, 이 중앙부로부터 서서히 그 내경을 증대시켜 양단부에 매끄럽게 이르는 형상을 이루는 것이며, 그 양단부의 내경을 상기 배관 부재(1A)의 내경과 합치시켜, 상기 유로(31A) 그 상류측 및 하류측의 배관 부재(1A)가 매끄럽게 연속하도록 구성되어 있다.
압력 센서(2A)는, 도 8, 도 9에 도시하는 바와 같이, 수정판(21A)과, 그 수정판(21A)을 지지하는 지지체(22A)를 구비하는 것이고, 수정판(21A)에 작용하는 외압에 의해 그 발진 주파수가 변화하기 때문에, 수정판(21A)의 발진 신호를, 압력 신호로서 출력하는 타입의 것이다.
지지체(22A)는, 수정판(21A)의 좌우측 가장자리부를 지지하는 측 가장자리 지지부(22aA)와, 수정판(21A)의 기단부를 지지하는 기단 지지부(22bA)를 포함하는 것으로, 이 기단 지지부(22bA)에, 수정판(21A)으로부터의 전기 신호를 취출하는 전기 회로 기판(PA)이 부착되어 있다.
수정판(21A)은, 제1 실시형태와 유사한 것이기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
그리고 이 실시형태에서는, 도 8, 도 9에 도시하는 바와 같이, 스로틀 기구(3A)의 상류측 및 하류측에서의 배관 부재 외벽(11A)에, 둘레 방향으로 주회하는 바닥이 있는 홈(4A)을 각각 마련하고 있다.
이 바닥이 있는 홈(4A)은, 배관 부재(1A)를 1주하는 일정 폭의 것으로, 당연하지만, 바닥이 있는 홈(4A)의 바닥부에서의 외벽(11A)의 두께는, 다른 외벽(11A)의 두께에 비해, 얇아진다. 그리고 이 두께가 얇은 부분(11aA)은, 다른 외벽(11A)에 비해 탄성 변형하기 쉽기 때문에, 이 실시형태에서는, 상기 두께가 얇은 부분(11aA)의 일부 영역이, 유체의 압력 증대시에는 돌출하고 압력 감소시에는 함몰하는 돌출 함몰부(6A)로서 기능하도록 구성되어 있다. 그리고, 이 돌출 함몰부(6A)의 표면에, 후술하는 스페이서(8A)를 통해 상기 압력 센서(2A)의 감압면, 즉 수정판(21A)의 선단 감압면을 접촉시키고 있다.
보다 구체적으로는, 도 8, 도 9에 도시하는 바와 같이, 상기 바닥이 있는 홈(4A) 및 그 전후의 배관 부재(1A)의 주위에 블록체형을 이루는 외각체(7A)를 밀착 고정하고, 그 외각체(7A)의 표면으로부터 상기 바닥이 있는 홈(4A)의 일부에 이르는 직사각형상의 관통 구멍(7aA)을 형성하며, 그 관통 구멍(7aA)에 상기 수정판(21A)을 포함하는 압력 센서(2A) 및 상기 스페이서(8A)를 수용 유지시키고 있다.
상술하면, 외각체(7A)는, 그 횡단면 윤곽 형상이, 상기 스로틀 기구(3A)의 횡단면 윤곽 형상과 동등한 것이며, 이 외각체(7A)와 스로틀 기구(3A)가 연속하여 긴 막대 형상을 이루도록 구성되어 있다. 또한 이 외각체(7A)는, 길이 방향을 따라 세로로 2분할 가능한 것으로, 분할한 각 반할(半割)체(71A, 72A)를 조합시키는 것에 의해 배관 부재(1A)의 주위를 덮을 수 있도록 되어 있다.
스페이서(8A)는, 그 바닥면이 바닥이 있는 홈(4A)의 곡률에 맞춰 만곡하도록 구성된 블록체형을 이루는 것으로, 상기 관통 구멍(7aA)에 의해 노출된 바닥이 있는 홈(4A)의 일부분인 돌출 함몰부(6A)의 외표면에 접하도록 상기 관통 구멍(7aA)에 끼워 넣어져 있다. 또한, 이 스페이서(8A)는, 관통 구멍(7aA) 내에서 돌출 함몰부(6A)의 돌출 함몰 동작에 맞춰 상하 이동만 가능하게 배치되어 있다.
그리고 상기 수정판(21A)의 선단 감압면을, 이 스페이서(8A)의 외표면에 접촉하도록 배치하는 것에 의해, 유체의 압력을, 돌출 함몰부(6A), 스페이서(8A)를 통해 압력 센서(2A)가 검지할 수 있는 구성으로 하고 있다. 또한 수정판(21A)은 상기 제1 실시형태와 같이, 그 면판부가, 유체의 흐름 방향, 즉 배관 부재(1A)의 길이 방향과 평행이 되도록 배치되어 있다.
정보 처리 수단(5A)의 구조나 정보 처리 수단(5A)에 의한 유량 산출 방법에 대해서는, 상기 제1 실시형태와 같기 때문에, 여기서의 기재는 생략한다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다.
예컨대 압력 센서는, 스로틀 기구의 상류 및 하류에 반드시 필요한 것이 아니라, 예컨대 상류측 또는 하류측의 압력이, 진공이나 정압력원에 접속되어 있는 등의 기지의 경우는, 기지의 압력측의 압력 센서나 그것을 유지하기 위한 관통 구멍 또는 돌출 함몰부 등은 불필요해진다.
또한, 스로틀 기구를 마련하지 않고, 배관 부재와 단일의 압력 센서를 이용하여, 내부에 흐르는 유체의 압력을 측정하는 유체 압력 측정 장치를 구성하여도 좋다. 이와 같이 본 발명은, 컨태미네이션이 없는 상태를 유지하고 압력 측정하는 것이 가능한 유체 압력 측정 장치로서도 응용할 수 있다.
또한, 제1 실시형태에서의 압력 센서(2)이지만, 예컨대 수용실(22c)의 개구를 박막 부재로 미리 밀폐하고, 수용실(22c)을 미리 기밀 공간으로 해 두어도 좋다. 즉, 수용실(22c)을 형성하는 벽체의 일부를 변형 가능한 금속 등의 박막 부재로 구성하고, 상기 박막 부재의 표면을 감압면으로서 설정하며, 수정판(21)을, 상기 기밀 공간 내에서 상기 감압면과 거의 수직인 자세로 상기 박막 부재의 내면에 접하도록 배치하여도 상관없다. 이와 같이 하면, 압력 센서(2) 단일체로 미리 조립해버리는 것이 가능해진다. 또한, 이 경우는, 박막 부재의 표면과 돌출 함몰부(6)의 표면을 접착하면 좋다.
또한, 돌출 함몰부는, 예컨대 배관 부재의 외벽의 일정 영역을 두께가 얇은 부분(11a)으로 하여, 그 두께가 얇은 부분 그 자체가 돌출 함몰부로서 기능하도록 하여도 좋다.
또한, 압력 센서로서, 수정판에 한하지 않고, 압전 소자를 이용한 것이나, 그 외 방식의 것을 이용하여도 상관없다.
그 외, 본 발명은, 전술한 실시형태나 변형 실시형태의 일부 또는 전부를 적절하게 조합하여도 좋고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능한 것은 물론이다.
Claims (7)
- 내부에 유량 측정의 대상이 되는 유체가 흐르는 배관 부재와, 상기 배관 부재의 사이에 마련된 스로틀 기구와, 상기 스로틀 기구의 상류측 및 하류측에 설치되고 상기 유체의 압력을 측정하는 한 쌍의 압력 센서를 구비하고, 각 압력 센서에 의한 측정 압력에 기초하여 상기 유체의 유량을 측정하는 유량 측정 장치로서,
상기 배관 부재에서의 압력 센서의 배치 부위에 외면측이 오목한 두께가 얇은 부분을 마련하고, 상기 유체의 압력 변동에 의한 상기 두께가 얇은 부분의 탄성 변형에 의해 직경 방향으로 돌출 함몰하는 돌출 함몰부를 형성하며, 상기 돌출 함몰부의 외표면에 상기 압력 센서의 감압면을 접촉시키고 있는 것을 특징으로 하는 유량 측정 장치. - 제1항에 있어서, 상기 압력 센서는, 수정판의 단부 가장자리를 감압면으로 하고, 상기 수정판의 발진 주파수의 변화로 상기 감압면에 작용하고 있는 압력을 검지하는 것으로서,
상기 수정판을 상기 돌출 함몰부의 표면에 거의 수직인 자세로 배치하고, 상기 돌출 함몰부로부터의 압박력이 수정판의 단부 가장자리에 작용하도록 구성되어 있는 것인 유량 측정 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수정판의 면판부가 유체의 흐름 방향과 평행해지도록, 상기 압력 센서를 배관 부재에 부착하고 있는 유량 측정 장치.
- 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 배관 부재의 외벽에, 주회(周回)하는 바닥이 있는 홈을 마련하고, 그 바닥이 있는 홈의 바닥부가 상기 돌출 함몰부로서 기능하도록 구성되어 있는 것인 유량 측정 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 바닥이 있는 홈 및 그 전후의 배관 부재의 주위에 밀착 고정된 외각(外殼)체를 구비하고, 상기 외각체의 표면으로부터 상기 바닥이 있는 홈에 이르는 관통 구멍을 형성하고, 상기 관통 구멍에 상기 수정판을 수용 유지시키고 있는 유량 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 스로틀 기구는, 배관 부재와 동일 소재로 일체 연속적으로 설치된 것인 유량 측정 장치.
- 내부에 유량 측정의 대상이 되는 유체가 흐르는 배관 부재와, 상기 유체의 압력을 측정하는 압력 센서를 구비한 유체 압력 측정 장치로서,
상기 배관 부재에서의 외벽의 정해진 지점에 외면측이 오목한 두께가 얇은 부분을 마련하고, 상기 유체의 압력 변동에 의한 상기 두께가 얇은 부분의 탄성 변형에 의해 돌출 함몰하는 돌출 함몰부를 형성하며, 상기 돌출 함몰부의 외표면에 상기 압력 센서의 감압면을 접촉시키고 있는 것을 특징으로 하는 유체 압력 측정 장치.
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