JP2009139387A - 流量計及び流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量の計測条件、及び計測条件の設定値の確認が容易な流量計を提供する。
【解決手段】気体又は液体等の流体が流れる流路11が設けられた流路保持体10と、流路11を流れる流体の流量を計測する計測ユニット30と、流量の計測条件、及び計測条件の設定値を同時に表示する表示装置35とを備える。表示装置35は、計測条件を、計測条件に対応する符号で表示する。また、計測条件と、対応する符号を保存する対応関係記憶装置401を更に備える。
【選択図】図１

Description

本発明は計測技術に関し、流量計及び流量制御装置に関する。

工業炉、ボイラ、及び空調熱源機器等においては、適切な流量の流体が供給されることが求められている。そのため、流量を正確に計測するための流量計が種々開発されている（例えば、特許文献1参照。）。流量計は、測定した流量を記憶装置に適宜保存する。使用者は、記憶装置に保存された流量を読み出し、流体の供給先の必要に応じて、流量を制御することができる。

特開2008-89318号公報

流量計には、流体の流量を計測する際の使用圧力、流体の種類、及び画面に表示される流量の単位等の流量の計測条件を設定することが可能である。しかし、従来は、設定された計測条件の設定値を確認することが困難であった。そこで本発明は、流量の計測条件、及び計測条件の設定値の確認が容易な流量計及び流量制御装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の態様は、（イ）流路が設けられた流路保持体と、（ロ）流路を流れる流体の流量を計測する計測ユニットと、（ハ）流量の計測条件、及び計測条件の設定値を同時に表示する表示装置と、を備える流量計であることを要旨とする。本発明に係る流量計によれば、流量の計測条件、及び計測条件の設定値が同時に表示されるため、計測条件の設定値を容易に確認することが可能となる。

本発明の他の態様は、（イ）流路が設けられた流路保持体と、（ロ）流路を流れる流体の流量を計測する計測ユニットと、（ハ）流量の計測条件、及び計測条件の設定値を同時に表示する表示装置と、（ニ）流路を流れる流体の流量を制御するための制御弁と、（ホ）検出された流量に基づき、制御弁を駆動し、流路を流れる流体の流量を調節するコントローラと、を備える流量制御装置であることを要旨とする。本発明に係る流量計によれば、計測条件の設定値を容易に確認することが可能であり、流体の流量を適切に制御することが可能となる。

本発明によれば、流量の計測条件、及び計測条件の設定値の確認が容易な流量計及び流量制御装置を提供可能である。

本発明の第1の実施の形態に係る流量計の断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る流れセンサの斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係る流れセンサの図2のIII-III方向から見た断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る流量計を流れる流体の瞬時流量の例を示すグラフである。 本発明の第1の実施の形態に係る入力装置及び表示装置を示す第1の上面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る入力装置及び表示装置を示す第2の上面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る流量制御装置の断面図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第1の実施の形態）
第1の実施の形態に係る流量計は、断面図である図1に示すように、気体又は液体等の流体が流れる流路11が設けられた流路保持体10と、流路11を流れる流体の流量を計測する計測ユニット30と、流量の計測条件、及び計測条件の設定値を同時に表示する表示装置35とを備える。なお、図1は断面図であるが、計測ユニット30の内部は模式的に描かれており、実際には、マイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、I/O回路等が計測ユニット30の内部に配置されている。

流路保持体10には、注入口13及び排出口14が設けられており、流路11は、注入口13から排出口14に流路保持体10の内部を貫通している。注入口13及び排出口14のそれぞれには、ガスや液体等の流体を通す配管が挿入される。流路11の内壁には、流れセンサ8が配置されている。

流れセンサ8は、斜視図である図2、及びIII-III方向から見た断面図である図3に示すように、キャビティ66が設けられた基板60、基板60上にキャビティ66を覆うように配置された絶縁膜65、及び絶縁膜65に設けられたヒータ61を備える。また、流れセンサ8は、ヒータ61より図1に示す流路11の上流側に位置する図2及び図3に示す上流側測温抵抗素子62、ヒータ61より下流側に位置する下流側測温抵抗素子63、及び上流側測温抵抗素子62より上流側に設けられた周囲温度センサ64を備える。

絶縁膜65のキャビティ66を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。周囲温度センサ64は、図1に示す流路11に流入してきた流体の温度を測定する。図2及び図3に示すヒータ61は、キャビティ66を覆う絶縁膜65の中心に配置されており、流路11に流れる流体を、周囲温度センサ64が計測した温度よりも一定温度、例えば10℃高くなるよう、加熱する。上流側測温抵抗素子62はヒータ61より上流側の温度を検出するために用いられ、下流側測温抵抗素子63はヒータ61より下流側の温度を検出するために用いられる。

ここで、図1に示す流路11中の流体が静止している場合、図2及び図3に示すヒータ61で加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に拡散する。したがって、上流側測温抵抗素子62及び下流側測温抵抗素子63の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子62及び下流側測温抵抗素子63の電気抵抗は等しくなる。これに対し、図1に示す流路11中の流体が上流から下流に流れている場合、図2及び図3に示すヒータ61で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。したがって、上流側測温抵抗素子62の温度よりも、下流側測温抵抗素子63の温度が高くなる。そのため、上流側測温抵抗素子62の電気抵抗と、下流側測温抵抗素子63の電気抵抗に差が生じる。下流側測温抵抗素子63の電気抵抗と上流側測温抵抗素子62の電気抵抗の差は、図1に示す流路11中の流体の流速と相関関係がある。そのため、図2及び図3に示す下流側測温抵抗素子63の電気抵抗と上流側測温抵抗素子62の電気抵抗の差から、図1に示す流路11を流れる流体の流量が求められる。

図2及び図3に示す基板60の材料としては、シリコン(Si)等が使用可能である。絶縁膜65の材料としては、酸化ケイ素(SiO₂)等が使用可能である。キャビティ66は、異方性エッチング等により形成される。またヒータ61、上流側測温抵抗素子62、下流側測温抵抗素子63、及び周囲温度センサ64のそれぞれの材料には白金(Pt)等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。

図1に示す流路11の一部には、流路11の内径を狭める絞り12が設けられている。絞り12における流路11の断面積は、流路11内の流体の流速が、流れセンサ8の流速計測範囲内となるよう、適宜設定される。計測ユニット30は、流路保持体10上に配置される。計測ユニット30は、流れセンサ8に電気的に接続された中央演算処理装置(CPU)300を備える。

CPU300は、流量算出部301を備える。流量算出部301は、流れセンサ8から、図2及び図3に示す下流側測温抵抗素子63の電気抵抗の値と、上流側測温抵抗素子62の電気抵抗の値を受信する。さらに、図1に示す流量算出部301は、図2及び図3に示す下流側測温抵抗素子63の電気抵抗の値と、上流側測温抵抗素子62の電気抵抗の値との差に基づいて、図1に示す流路11を流れる流体の流速Vの値を算出する。また、流量算出部301は、下記(1)式に示すように、流速Vに絞り12の断面積Aを乗じて、流体の瞬時流量Qを算出する。
Q = V × A ・・・(1)
なお、流体の流速の単位は、例えばm/minであり、絞り12の断面積の単位は、例えばm²である。また、流量算出部301は、所定の記録間隔をおいて、図4に示すように、瞬時流量を算出し、記録することを継続する。なお、記録間隔は、例えば、図１に示すCPU300に含まれるインタフェース350に接続された入力装置251を介して、使用者によって設定される。

さらに、流量算出部301は、記録間隔をおいて算出された瞬時流量を、記録を開始した時点から現在まで積分して、積算流量を経時的に算出する。CPU300には、流量算出部301で算出された瞬時流量及び積算流量を保存する流量記憶装置400が接続されている。流量算出部301は、算出した瞬時流量及び積算流量を、流量記憶装置400に保存する。流量記憶装置400は、例えばRAM等の揮発性記憶装置である。また、流量算出部301は、算出した瞬時流量あるいは積算流量を、インタフェース350に接続された表示装置35に表示させる。

計測ユニット30上に配置された表示装置35は、インタフェース350に接続されており、上面図である図5に示すように、デジタル表示部36、単位表示部37、及び警告灯38を含む。デジタル表示部36は、図1に示す流量算出部301が算出した瞬時流量の値、及び積算流量の値等を表示する。図5に示す単位表示部37は、デジタル表示部36で表示された値の単位を表示する。なお、瞬時流量又は積算流量の値の桁数が、表示装置35で表示可能な桁数よりも多い場合、表示装置35は、瞬時流量又は積算流量の値を上位桁と下位桁に分割し、上位桁の値と、下位桁の値を交互に表示してもよい。警告灯38は、流量等の演算に何らかのエラーが生じたときに点灯する。入力装置251は、例えば、左シフトキー21、右シフトキー22、下キー23、上キー24、実行キー25、入力キー26、及び表示キー27を備える。

図1に示すCPU300は、流量の計測条件を設定する計測条件設定部302をさらに備える。流量の計測条件とは、流体に加える圧力、流体の種類、及び流量の表示単位等を指す。流量計の使用者は、入力装置251を介して、使用条件に適合する流量の計測条件を計測条件設定部302に入力する。計測条件設定部302は、設定された計測条件にしたがって、流量を算出するよう、流量算出部301を制御する。また、計測条件設定部302は、入力装置251を介した使用者等の要求に応じて、設定されている計測条件を、表示装置35に表示させる。

ここで、CPU300には、対応関係記憶装置401が接続されている。対応関係記憶装置401は、計測条件と、計測条件に対応する符号である機能コードを保存する。例えば、計測条件の一つである「基準温度」に対応する機能コードが「C02」である場合、対応関係記憶装置401は、「基準温度」と、対応する機能コード「C02」を関連付けて保存する。また、対応関係記憶装置401は、計測条件に対応する設定値と、設定値に対応する符号を保存する。例えば、計測条件が基準温度であり、基準温度の設定値が0℃であり、0℃に対応する符号が「01」である場合、対応関係記憶装置401は、流体に加える圧力の設定値「0℃」と、対応する符号「01」を関連付けて保存する。

詳述すると、気体を定量化するためには、気体の種類、温度、圧力を特定することが必要である。気体の商取引において、基準圧力は1気圧に（事実上）統一されて用いられているが、基準温度については気体の種類等に応じて異なる温度が用いられているのが現状である。異なる基準温度に応じた流量算出式を対応させて用いるために、第1の実施の形態に係る流量計は、基準温度を切り替える機能を有する。対応関係記憶装置401には、基準温度と流量算出式との対応関係を記憶されている。対応関係記憶装置401には、EEPROM等の不揮発性記憶装置等が使用可能である。

計測条件設定部302は、使用者が入力装置251を介して計測条件を設定又は確認する場合、計測条件に対応する機能コードと、計測条件に対応する現在の設定値の符号とを、同時に表示装置35に表示させる。図6に示す例では、流体の基準温度に対応する機能コード「C02」と、基準温度の設定値「0℃」に対応する符号「01」とが、同時に表示されている。例えば、基準温度の設定値が20℃であり、対応する符号が「02」であるとすると、基準温度の設定値を20℃に切り替えたときには、デジタル表示部36の表示は「C02.02」となる。

従来においては、表示装置は、まず計測条件のみを表示し、その後、使用者の要求に応じて、設定値のみを表示していた。しかし、設定値のみが表示されている時間が長くなると、使用者が、どの計測条件の設定値が表示されているのか判別できなくなる場合があった。これに対し、第１の実施の形態に係る流量計によれば、使用者は、表示装置35上で、計測条件と設定値とを、一見して確認することが可能となる。

また、流量計は小型化されることが望まれているため、図5及び図6に示すように、デジタル表示部36の表示可能な桁数が例えば5桁等と少ない場合がある。そのため、計測条件及び設定値の両方を、そのまま5桁のデジタル表示部36に同時に表示させることは、困難である場合がある。これに対し、第１の実施の形態に係る流量計においては、計測条件を3桁の機能コードで表し、設定値を2桁の符号で表すことによって、5桁のデジタル表示部36に、計測条件及び設定値の両方を同時に表示させることが可能となる。

なお、瞬時流量の上限値及び下限値等は、予め対応関係記憶装置401に保存された設定値の選択肢から選択されるよりも、流量計の稼動現場で、例えば10.58L/min等の数値を入力することが望まれる場合もある。この場合は、デジタル表示部36に、符号ではなく、入力された設定値のみが表示されるよう、表示モードを変更してもよい。

（第2の実施の形態）
第2の実施の形態に係る流量制御装置は、図7に示すように、流量計50、流量計50の排出口14に接続された流路99、及び流路99に接続され、流体の流量を制御する制御弁41を備える。制御弁41は、例えばソレノイド弁である。制御弁41は、流路43及び流路44と、流路43及び流路44を連通する弁室45が設けられた弁座42、弁室45に収納され、流路44を開閉する弁体46、弁体46に連結された磁性体のプランジャ47、及び通電されてプランジャ47を上下させるソレノイドコイル48を備える。

流量計50は、第1の実施の形態に係る流量計の構成要素に加えて、流量算出部301で算出された積算流量に基づき、制御弁41を駆動し、流路11及び流路99を流れる流体の流量を調節するコントローラ305をさらに備える。コントローラ305は、流量算出部301及び制御弁41のソレノイドコイル48に電気的に接続されている。コントローラ305は流量算出部301から積算流量の信号を受信し、積算流量が設定値よりも多い場合は、ソレノイドコイル48に通電して、流量を減少させる。また積算流量が設定値よりも少ない場合は、ソレノイドコイル48に通電して、流量を増加させる。

第2の実施の形態に係る流量制御装置は、第1の実施の形態で説明した流量計を採用しているため、使用者は、表示装置35上で、計測条件と設定値を、一見して確認することが可能となる。そのため、流路11を流れる流体の流量を適切に制御することが可能となる。なお、流量計50と制御弁41は一体化してもよい。

（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、流量計は、図1に示す流量算出部301が算出した瞬時流量及び積算流量を、外部のパーソナルコンピュータ等に送信する送信装置を備えていてもよい。また、流量算出部301、及び計測条件設定部302は、同様の機能を発揮させるプログラムを実行するCPU300の機能の一部であってもよいことはもちろんである。さらに、表示装置35及び入力部251は、計測ユニット30から離れた位置に配置されてもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

8・・・流れセンサ
10・・・流路保持体
11・・・流路
12・・・絞り
13・・・注入口
14・・・排出口
21・・・左シフトキー
22・・・右シフトキー
23・・・下キー
24・・・上キー
25・・・実行キー
26・・・入力キー
27・・・表示キー
35・・・表示装置
36・・・デジタル表示部
37・・・単位表示部
41・・・制御弁
42・・・弁座
43, 44・・・流路
45・・・弁室
46・・・弁体
47・・・プランジャ
48・・・ソレノイドコイル
50・・・流量計
60・・・基板
61・・・ヒータ
62・・・上流側測温抵抗素子
63・・・下流側測温抵抗素子
64・・・周囲温度センサ
65・・・絶縁膜
66・・・キャビティ
251・・・入力装置
300・・・CPU
301・・・流量算出部
302・・・計測条件設定部
400・・・流量記憶装置
401・・・対応関係記憶装置

Claims (11)

1. 流路が設けられた流路保持体と、
   前記流路を流れる流体の流量を計測する計測ユニットと、
   前記流量の計測条件、及び前記計測条件の設定値を同時に表示する表示装置と、
   を備えることを特徴とする流量計。
2. 前記表示装置が、前記計測条件を、前記計測条件に対応する符号で表示する、請求項１に記載の流量計。
3. 前記計測条件と、前記計測条件に対応する符号を保存する対応関係記憶装置を更に備える、請求項２に記載の流量計。
4. 前記表示装置が、前記設定値を、前記設定値に対応する符号で表示する、請求項１に記載の流量計。
5. 前記設定値と、前記設定値に対応する符号を保存する対応関係記憶装置を更に備える、請求項４に記載の流量計。
6. 前記対応関係記憶装置が不揮発性記憶装置である、請求項３又は５に記載の流量計。
7. 流路が設けられた流路保持体と、
   前記流路を流れる流体の流量を計測する計測ユニットと、
   前記流量の計測条件、及び前記計測条件の設定値を同時に表示する表示装置と、
   前記流路を流れる流体の流量を制御するための制御弁と、
   前記検出された流量に基づき、前記制御弁を駆動し、前記流路を流れる流体の流量を調節するコントローラと、
   を備えることを特徴とする流量制御装置。
8. 前記表示装置が、前記計測条件を、前記計測条件に対応する符号で表示する、請求項７に記載の流量制御装置。
9. 前記計測条件と、前記計測条件に対応する符号を保存する対応関係記憶装置を更に備える、請求項８に記載の流量制御装置。
10. 前記表示装置が、前記設定値を、前記設定値に対応する符号で表示する、請求項７に記載の流量制御装置。
11. 前記設定値と、前記設定値に対応する符号を保存する対応関係記憶装置を更に備える、請求項１０に記載の流量制御装置。

Images