JP2008026153A - 質量流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】バイパス部の変更によらずセンサ部に関する構成の変更により、流量測定範囲を拡大する。
【解決手段】加熱されると共に管内に流体が流されるセンサ細管５を備え、流体の質量流量に応じて生ずる前記センサ細管５の温度分布の変化に基づき流体の質量流量を検出する流量計において、前記センサ細管５と直列に流体の抵抗細管７を設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、質量流量計に関し、特に、細管を加熱すると共に細管中に流体を流して、そのときに生じる細管における温度分布の変化から質量流量を検出するようになされた熱式の質量流量計に関するものである。

従来、測定流量を拡大するためには、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているように、流量センサと並列になるよう質量流量計の流路中にバイパス部を設ける手法が採用されている。

米国特許第5044199 号明細書 米国特許第5804717 号明細書

サーマル式の質量流量センサのダイナミックレンジは大きいもので、おおよそ１：１０００である。この測定範囲を超える流量についてはバイパス部を設け、分流することで流量計としての計測範囲を拡大している。細管を用いた質量流量センサは測定範囲が数十ＣＣ／分程度であるが、バイパス部を設けることで１００Ｌ／分を超えるものも製作されている。

ここで、バイパス部を流れる流体のレイノルズ数は空気では数千まで層流を保つことができ、実用的には相当流速の広い範囲を使用することができる。しかし一方で、センサ部を流れる流体においては、流体と細管との熱交換が間に合わないという問題があるため、使用可能である流体流速の範囲は狭く、空気ではレイノルズ数は僅か数１０ほどである。このアンバランスから、バイパス部の実用的な流速範囲は実際にはもっと広いにもかかわらず、更に別途大きなバイパスを用意してバイパス部の流速を下げ、低い差圧で動作させなければならなかった。

即ち、必要に応じて所要計測流量範囲を得ようとして測定範囲の拡大を図るためには、異なる流速を実現する相当数のバイパス体が必要となっていた。

本発明は、上記の通りの現状に鑑みなされたもので、バイパス部の変更によらずセンサ部に関する構成の変更により、流量測定範囲を拡大することを目的とする。また、必要となるバイパス体の種類の増加を低減し、生産コストを低減することを目的とする。

本発明に係る質量流量計は、加熱されると共に管内に流体が流されるセンサ細管を備え、流体の質量流量に応じて生ずる前記センサ細管の温度分布の変化に基づき流体の質量流量を検出する流量計において、前記センサ細管と直列に流体の抵抗細管を設けたことを特徴とする。

本発明に係る質量流量計では、前記抵抗細管は、それぞれ異なる流体コンダクタンスを有する複数の抵抗細管から選択されて設けられたことを特徴とする。

本発明に係る質量流量計では、センサ細管と並列に所定のコンダクタンスを有する流体のバイパス部を有し、抵抗細管は、前記バイパス部の一部に設けられていることを特徴とする。

本発明に係る質量流量計では、加熱されると共に管内に流体が流されるセンサ細管の温度分布の変化に基づき流体の質量流量を検出する流量計において、センサ細管と直列に流体の抵抗細管を設けたので、センサ部のコンダクタンスはセンサ細管のコンダクタンスと抵抗細管のコンダクタンスとの比率に応じて小さくなり、センサ細管に流体が流れ込み難くして出力の飽和を防止し、バイパス部によることなくダイナミックレンジの広い質量流量計を提供できる。抵抗細管を様々に変えることにより所望の流量範囲を持った質量流量計を作成する場合に、必要となるバイパス体の種類の増加を低減し、生産コストを低減することができる。

以下添付図面を参照して、本発明に係る質量流量計の実施例を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
＜実施例１＞
図１には、本発明に係る質量流量計の実施例の断面図が示されている。この質量流量計は、横長に置かれた角柱状の本体管３に対し、その左側にＯリングを介して入口側ブロック１が結合され、その右側にＯリングを介して出口側ブロック２が結合されている。

本体管３の円筒状内部におけるほぼ中央には、図２に示されるバイパス部１０が圧入配置されている。バイパス部１０は、細径のチューブを複数本束ねて大径の外側管に収納した如くに構成され、層流素子の機能を有する。

バイパス部１０の入口側ブロック１側における始端のやや前方には、本体管３の天井部においてセンサ細管５に連なる孔が穿設されており、バイパス部１０の出口側ブロック２側における終端のやや後方には、本体管３の天井部において孔が穿設されている。本体管３における上記孔の位置には、センサ部フランジ４と抵抗細管フランジ９とがそれぞれＯリングを介して結合されている。

センサ部フランジ４には、流体が流れる入口側孔と出口側孔とが図の上下方向に形成されており、これら入口側孔と出口側孔とには、例えば内径０．３ｍｍのＵ字状のセンサ細管５が結合されており、結合部はＯリングによりシールされている。センサ細管５には、流体の上流側となる位置及び下流側となる位置に、一対の測温抵抗６、６が巻回されている。この測温抵抗６、６による質量流量の検出については、例えば、特許第３２２９１３８号公報に開示の構成を用いる。

センサ部フランジ４における出口側孔は、センサ細管５と連通する縦方向の流路と、抵抗細管７に連通する横方向の流路とを有する。また、抵抗細管フランジ９にも、縦方向の流路とこれに連通する横方向の流路とが形成されている。センサ部フランジ４における横方向の流路と、抵抗細管フランジ９における横方向の流路とには、蓋体８ａ、８ｂを介して抵抗細管７が結合される。

図３は、抵抗細管フランジ９における横方向の孔部に、蓋体８ｂを介して抵抗細管７が結合される構造が示されている。抵抗細管７の一端が蓋体８ｂの中央に穿設された孔を介して、抵抗細管フランジ９における横方向の孔部に結合され、蓋体８ｂはネジ２１により抵抗細管フランジ９と結合される。抵抗細管７の一端が蓋体８ｂの中央に穿設された孔には、Ｏリング２２が嵌合され、抵抗細管７と抵抗細管フランジ９における横方向の孔部との結合部分がシールされる。ネジ２３は、抵抗細管フランジ９を本体管３に結合するために用いられるものである。センサ部フランジ４における横方向の部分に、蓋体８ａを介して抵抗細管７が結合される構造についても、この図３と同様の構成によって実現されるものである。

流量計の計測流量は、目的の計測流量に対し、選択的に圧入されたバイパス部１０のコンダクタンスに加え、抵抗細管７及びセンサ細管５のコンダクタンスで決定される。抵抗細管７のコンダクタンスは、内径の異なるものを使用するか、或いは長さの異なるものを適時使用することによって、従来実現できなかった広範囲の測定範囲に容易に対処できる。この場合、抵抗細管７の径や長さに対応した長さ(図１の横方向の長さ)の抵抗細管フランジ９を用意し、また、対応するセンサ部フランジ４を用意することで、本体管３の孔位置が異なるものを用意することなく対応できる構成となっている。

図４に示すように、バイパス部１０のコンダクダンスをＧｂ、センサ部のセンサ細管５のコンダクタンスをＧｓ１、抵抗細管７のコンダクタンスをＧｓ２とすると、流量計としてのコンダクタンスＧｔは次の式１の通りとなる。

上記式１により明らかな通り、センサ部のコンダクタンスＧｓは右辺の第２項であり、Ｇｓ１とＧｓ２の比率で小さくなることが分かる。つまり、センサ細管５に流体が流れ過ぎて出力が飽和することを防止できる。抵抗細管７のコンダクタンスＧｓ２は選択的に所定のサイズのものを設置することで、容易に必要な流量を測定できる流量計が実現できる。また、流量計に印加される差圧Ｄｐで流れる流量Ｑは、次の式２により示される。

斯して式２に示す通りの流量Ｑとなって、コンダクタンスはおおよそＧｂ／Ｇｓ１倍大きくなり、大きな流量の計測が可能となる。これに対し、抵抗細管７のコンダクタンスＧｓ２が存在しない従来例にあっては、流量Ｑは、次の式３により示される。

式３において、Ｇｂ>>Ｇｓ１であり、従来例の流量はほぼＧｂのみで決定されるため、流量を変化させるためにはバイパス部１０のコンダクダンスをＧｂ変更する手法が採用されることになる。

本実施例に係る質量流量計と従来品の出力例を図５に示す。従来品では、１００Ｌ／分以下で出力が飽和しているが、本実施例による抵抗細管７を設けた場合では、２００Ｌ／分まで良好な出力直線性が得られている。即ち、バイパス部２の構造を変えることなく、広い流量範囲の計測が可能となることが分かる。

＜実施例２＞
図６に第２の実施例を示し、図７に抵抗細管７ｂの構成を示す。この例では、センサ細管５と直列に設ける抵抗細管７ａをバイパス部１０ａの一部に、溝を掘ることで構成したものである。

本例では、バイパス部１０ａの入口側ブロック１側における始端のやや前方の本体管３ａの天井部には、センサ細管５に連なる孔が穿設されており、バイパス部１０ａに形成された溝の始端に対応する位置における本体管３ａの天井部にも孔が穿設されている。本体管３ａにおける上記孔の位置には、センサ細管５がＯリングを介して結合されている。

この実施例でも第１の実施例と同じ作用効果を得ることができ、抵抗細管７ａのコンダクタンスは、溝径の異なるバイパス部１０ａを使用するか、或いは溝長の異なるバイパス部１０ａものを適時使用することによって、従来実現できなかった広範囲の測定範囲に容易に対処できる。

本発明に係る質量流量計の第１の実施例を示す断面図。 本発明に係る質量流量計の第１の実施例に用いられるバイパス部を示す斜視図。 本発明に係る質量流量計の第１の実施例に用いられる抵抗細管の組立を示す斜視図。 本発明に係る質量流量計における各部のコンダクタンスを示す図。 本発明に係る質量流量計の第１の実施例と従来品の出力例を示す図。 本発明に係る質量流量計の第２の実施例を示す断面図。 本発明に係る質量流量計の第２の実施例に用いられるバイパス部を示す斜視図。

符号の説明

１ 入口側ブロック
２ 出口側ブロック
３、３ａ 本体管
４ センサ部フランジ
５ センサ細管
６ 測温抵抗
７、７ａ 抵抗細管
８ａ、８ｂ 蓋体
９ 抵抗細管フランジ
１０、１０ａ バイパス部

Claims (3)

1. 加熱されると共に管内に流体が流されるセンサ細管を備え、流体の質量流量に応じて生ずる前記センサ細管の温度分布の変化に基づき流体の質量流量を検出する流量計において、
   前記センサ細管と直列に流体の抵抗細管を設けたことを特徴とする質量流量計。
2. 前記抵抗細管は、それぞれ異なる流体コンダクタンスを有する複数の抵抗細管から選択されて設けられたことを特徴とする請求項１に記載の質量流量計。
3. センサ細管と並列に所定のコンダクタンスを有する流体のバイパス部を有し、抵抗細管は、前記バイパス部の一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の質量流量計。