JP2000222043A - 差圧による圧力制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数以上の多数の管路の圧力を精度良く制御す
る方法。および、それぞれの管路の圧力値を制御する方
法のうち、負荷流量による圧力値の変動は大きくとも、
それぞれの管路の圧力値を相対的に同一な圧力に制御す
る方法。 【解決手段】単独で制御されている主たる管路と従たる
管路間を差圧変換器で連結しその差圧値（差圧信号）に
より従たる管路に設置された制御弁で圧力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】工場内配管等多数の管路から分岐
して流体を流したり、また異なった管路の流体をそれぞ
れ混合したりする。このような混合器の場合、混合比が
安定した率で制御されるためには特に圧力制御が正確に
行なわれる必要がある。比率の場合、重要なのは率で
（割合）である。その限りにおいては圧力も絶対値とし
ての正確さを要求されるのではなく、相対的な大きさと
して誤差が無ければ良い場合が往々にしてある。例えば
多種類の流体の混合器のような場合、比率を制御する為
にオリフィス（絞り）を通過する流体の流量によって発
生する圧力に着目した場合が多い。このような混合器の
場合のオリフィス流入口は別々で流出口が連結されてい
る結果、流出側圧力は常に同一で、流入口の圧力の精度
がそのままオリフイスの差圧の精度、言換えると流量精
度として現れてしまう。このような場合ににおいても本
方式は各管路に単独の自力式圧力調整弁を使う方式や圧
力変換器と調節計と調節弁等の制御方式と比べ数段上の
精度で制御される。

【０００２】

【従来の技術】従来、管路における圧力の安定した流体
の連続的な供給には簡易型として、一般的には自力式圧
力制御弁による方法（図５）がもちいられていた。また
より高精度な制御を要求される場合においては別の方法
として管路の一部に取り付けせれた圧力変換器、制御弁
と調節計によるフィードバック制御方式等が用いられて
いた（図６）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術における自力
式圧力制御弁方式では使用流量に応じて流量対圧力特性
が変動し負荷に対する供給圧も変動してしまう結果とな
った（図３）。さらに圧力変換器、制御弁と調節計によ
る制御方式では圧力は制御されていて一見、使用流量に
応じて流量対圧力特性が比較的安定した特性（図４）と
なっているように見える。しかし誤差としては一定で小
さく見えても各管路における相対値として見ると誤差が
大きく、その値が無視できない。その結果オリフィス前
後等に発生する差圧の様に負荷抵抗が小さい場合、その
相対的圧力誤差が流量誤差に大きく反映し使用に耐えな
い場合が存在した。これら各負荷抵抗の入力圧力の不均
衡等の不都合を取り除くことと多数の管路間において、
それぞれ流量や負荷抵抗が変動しても、それぞれの各管
路の負荷の入力圧力がすべて同一の圧力値が与える為の
制御方式確立。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明において上述の目
的を達成するために、多数の管路間において、主たる管
路に自力式圧力制御弁または圧力変換器、調節弁と調節
計を設置し、それら主たる管路とこれに併設された従た
る管路とを差圧変換器で連結しその差圧信号により、主
たる管路と従たる管路の間の差圧値を大きさをゼロを含
む設定された差圧に制御する。

【０００５】

【作用】主たる管路に自力式圧力制御弁（主たる管路に
圧力変換器、調節弁、調節計を使用しない）を設置し従
たる管路との間に差圧変換器を設置、従たる管路の圧力
を制御すれば、取付場所も小さく取付機器、付帯工事も
少なく、低価格で相対的な倣い制御が可能となる。また
圧力変換器、調節弁、調節計により制御している主たる
管路と従たる管路との間を差圧変換器で連結しその差圧
信号で従たる管路の圧力制御を行なうと、主たる管路の
流量対圧力特性が平坦な結果、差圧信号により倣い適な
制御による従たる管路の圧力特性も流量の変動にかかわ
らず平坦な特性を示す。さらに圧力設定信号として、さ
らに小さな圧力を検出可能な差圧値を設定信号として使
用することで、各管路の偏差を小さく、言換えると高精
度に制御可能となる。

【０００６】

【実施例】以下、添付図に示す実施例に基づき本発明の
詳細を説明する。流体としては液体、ガス体のどちらか
に限定されることはないが、この実例ではガス体を使用
している。図１は、本発明に係わる圧力制御系のフロー
チャートである。便宜上、図１、図２、図５、図６にお
ける管路名はａ管路、ｂ管路、ｃ管路としているがｃ管
路は点線で記してあり、ｂ管路と同じ構成であるために
ｂ管路と同様な考えでいくらでも管路を増設できること
を示している。ここでは単に原理の説明のため、ａ管路
とｂ管路との動作説明に限定する。

【０００７】ここではａ管路を主たるａ管路としてい
て、主たるａ管路には供給ガスがガスシリンダーまたは
多の供給源から供給されている。以後、図１、図２、図
５、図６の各管路はガスシリンダー１０等又は他のガス
供給源に接続され、ガスは規定以上の圧力供給されてい
るものとする。

【０００８】さて主たるａ管路に供給されたガスは自力
式圧力調節弁１を通り管路の負荷抵抗６ａを経てｂ管路
の負荷抵抗６ｂの端末に連結されている。もしこのａ管
路のみに着目して圧力対流量特性を見るとこの特性は図
３のようになっていて流量ゼロで設定した圧力は流量の
増加と共に低下して行くことになる。

【０００９】このような自力式圧力制御弁１でのみ構成
された多管路におけるフローチャートが図５である。こ
の場合、各管路の圧力は初期状態において、いくら正確
に設定しても流量が変動すると自力式圧力調圧弁１以後
の圧力はバラバラになり、当然各管路に設けられた負荷
抵抗６ａ，６ｂの入力における圧力もバラバラとなって
しまう。その結果負荷抵抗６ａ，６ｂに発生する差圧も
バラバラとなり負荷抵抗をオリフィス（絞り）にたとえ
るなら、そこを通過する流量もまちまちとなり端末が連
結されていて混合されるガスの様な場合、その混合比率
は不安定なものになってしまう。

【００１０】しかし図１のような管路構成において、主
たるａ管路はガス供給口から自力式圧力調整弁１、負荷
抵抗６ａを経てｂ管路の負荷抵抗６ｂの端末に連結され
る。一方従たるｂ管路はガス供給口を通り以後、調整弁
５ｂ負荷抵抗６ｂを経てａ管路の負荷抵抗６ａの端末に
連結合流する。さらに主たるａ管路の自力式圧力調整弁
１と負荷抵抗６ａの間と従たるｂ管路に設置された調整
弁５ｂと負荷抵抗６ｂとの間を差圧変換器で連結し両管
路の差圧を測定可能にする。この状態下で自力式圧力調
整弁１を操作し圧力を変更するとａ管路とｂ管路との間
に設置された差圧変換器３ｂは不均衡を感知し出力信号
を発信する。発信された信号は調節計４ｂに入力され調
節計４ｂに設定された値と差し引き演算し偏差がある場
合、調節計４ｂはその偏差をゼロにするべく従たるｂ管
路に設置された制御弁５ｂを操作し規定の差圧調整され
る。上記では圧力の変更を自力式圧力調整弁１で行なっ
たが実際に使用する場合には自力式圧力調整弁１は一度
設定したら変更しないで使用するのが通常である。この
一度設定した圧力は消費流量により変動しその変動は差
圧変換器３ｂの偏差として現れその偏差は調節計４ｂに
より制御弁５ｂを操作し差圧ゼロに調節される。

【００１１】この差圧は調節計４ｂの設定値をゼロにし
ておけば、主たる管路と従たるｂ管路は全く同じ圧力に
なるし、言換えると主たるａ管路に従たるｂ管路の圧力
がちょうど倣い制御の如く追従し両管路の圧力は同一値
に制御される。すなわち図１の管路では各管路の圧力値
は主たる管路の特性（図３）と同じ圧力特性となる。

【００１２】また調節計４ｂの設定値を特定な値にする
と主たるａ管路と従たるｂ管路の間の圧力の大きさはそ
の特定な設定値分だけ異なった管路の圧力となる。これ
も言換えると主たるａ管路と従たるｂ管路との間には常
に一定の偏差が発生することとなる。すなわち図１の管
路では各管路の圧力値は主たるａ管路の特性（図３）を
調節計４ｂで設定した分、平行移動したグラフ特性とな
る。

【００１３】図２における実施例の説明 さて図２において主たるａ管路に供給されたガスは制御
弁１ａを通り管路の負荷抵抗６ａを経てｂ管路の端末に
連結されていて制御弁１ａと負荷抵抗６ａとの中間に設
置された圧力変換器２ａと調節計４ａにより圧力は一定
値に制御されている。もしこの図２のａ管路のみに着目
して圧力対流量特性を見るとこの特性は図４のようにな
っていて流量ゼロで設定した圧力は流量の変動にほぼ無
関係である。但し流量が極端に増加すると制御能力外と
なり圧力は極端に低下する。

【００１４】このような制御弁１ａ圧力変換器２ａ調節
計４ａでのみ構成された多管路におけるフローチャート
が図６である。この場合、各管路の圧力は初期状態にお
いて、調節計４ａで設定した値に調節される。しかし問
題は圧力変換器と調節計の誤差があり各管路でその誤差
のバラツキが相関的に問題になる。どのような値に設定
しても調節弁１ａ以後の圧力には一定の偏差があり当然
各管路に設けられた負荷抵抗６ａ，６ｂの入力における
圧力にもその偏差が現れてしまう。その結果負荷抵抗６
ａ，６ｂに発生する差圧もバラバラとなり負荷抵抗をオ
リフィスにたとえるなら、そこを通過する流量もまちま
ちとなり端末が連結されていて混合されるガスの混合比
率は不安定なものになってしまう。

【００１５】しかし図２のような管路構成においては、
主たるａ管路はガス供給口から調整弁１ａ、負荷抵抗６
ａを経てｂ管路の負荷抵抗６ｂの端末に連結される。一
方従たるｂ管路はガス供給口を通り以後、調整弁５ｂ負
荷抵抗６ｂを経てａ管路の負荷抵抗６ａの端末に連結合
流する。さらに従たるｂ管路に設置された調整弁５ｂと
負荷抵抗６ｂの間と主たるａ管路の調整弁１ａと負荷抵
抗６ａの間を差圧変換器で連結し両管路の差圧を測定可
能にする。この状態下で調節計４ａを操作し調整弁１ａ
により主たるａ管路の圧力を変更するとａ管路とｂ管路
との間に設置された差圧変換器３ｂは不均衡を感知し出
力信号を発信する。発信された信号は調節計４ｂに入力
され調節計４ｂに設定された値と差し引き演算し偏差が
ある場合、調節計４ｂはその偏差をゼロにするべく従た
るｂ管路に設置された制御弁５ｂを操作し規定の差圧を
生成する。

【００１６】この差圧は調節計４ｂの設定値をゼロにし
ておけば、主たるａ管路と従たるｂ管路は全く同じ圧力
になる。言換えると主たるａ管路に従たるｂ管路の圧力
がちょうど倣い制御の如く追従し両管路の圧力は同一値
に制御される。すなわち図２の管路では各管路の圧力値
は主たるａ管路の特性（図４）と同じ圧力特性となる。

【００１７】また調節計４ｂの設定値を特定な値にする
と主たるａ管路と従たるｂ管路の間の圧力の大きさはそ
の特定な設定値分だけ異なった管路の圧力となる。これ
も言換えると主たるａ管路と従たるｂ管路との間には常
に一定の偏差が発生することとなる。すなわち図２の管
路では各管路の圧力値は主たるａ管路の特性（図４）を
調節計４ｂで設定した分、平行移動したグラフ特性とな
る。

【００１８】請求項３、４について 図示されていないが管路間を差圧変換器で比較しその差
圧をゼロにすることで各管路間の圧力値を同一値になる
ように制御することを目的としているが、あえて調節計
により各管路間の値を異なった大きさに調節することで
広い範囲のほかの目的に使用することを意図する。

【００１９】請求項５に付いて 図示されていないが通常差圧変換器は目的上、小さな値
を測定するためその差圧間に大きな差圧が存在すると機
器の破損または誤差が生じる。この点熱線式質量流量計
は基本的に耐圧が大きく、流量が極端にに小さくとも流
量対圧力の関係は一般的に直線的関係にありその特性が
明確であることが多い。その性格を利用すればたとえ管
路の圧力値が極端に大きくともより小さな差圧の測定が
可能となる。

【発明の効果】自力式圧力制御弁を主たるａ管路に設置
し併設された多数の従たるｂ管路間を差圧変換器で連結
しその差圧信号により従たるｂ管路の圧力を制御する事
で、従たるｂ管路の圧力特性は主たるａ管路の圧力特性
を倣い制御する形となり、その圧力特性は同一となり相
対誤差は極度に改良された。また多数の管路間を差圧変
換器で連結しその差圧信号により従たるｂ管路を制御す
る事でより高精度の制御が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】主たるａ管路の圧力を自力式圧力調節弁で制御
し、従たるｂ管路と主たるａ管路とを差圧変換器で連結
し、その差圧信号により、従たるｂ管路の圧力を調節計
と調節弁で制御する方法。

【図２】主たるａ管路の圧力を圧力変換器と制御弁によ
るフィードバック制御等の方式で制御し、従たるｂ管路
と主たるａ管路とを差圧変換器で連結し、その差圧信号
により、従たるｂ管路の圧力を調節計と調節弁で制御す
る方法。

【図３】自力式制御弁における流量対圧力特性

【図４】フィードバック制御における流量対圧力特性

【図５】多管路を各々個別に自力式圧力制御弁により圧
力制御する従来の方法。

【図６】多管路を各々個別に圧力変換器、制御弁と調節
計により圧力制御する従来の方法。

【符号の説明】

１ 主たる管路用自力式圧力調節弁 １ａ 主たるａ管路の制御弁 ２ 主たる管路用圧力計 ２ａ 主たるａ管路の圧力変換器 ３ｂ 主たるａ管路と従たるｂ管路に設置された差圧変
換器 ３ｃ 主たるａ管路と従たるｃ管路に設置された差圧変
換器 ４ａ 主たるａ管路の調節計 ４ｂ 従たるｂ管路用調節計 ４ｃ 従たるｃ管路用調節計 ５ｂ 従たるｂ管路用調節弁 ５ｃ 従たるｃ管路用調節弁 ６ａ 主たるａ管路の負荷 ６ｂ 従たるｂ管路の負荷 ６ｃ 従たるｃ管路の負荷 １０ ガスシリンダー ａ管路 主たるａ管路 ｂ管路 従たるｂ管路 ｃ管路 従たるｃ管路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２以上の多数の管路における各管路の圧力
   制御において自力式圧力弁で制御の行われている主たる
   管路と調節弁が設置された従たる管路間を差圧変換器で
   連結し、その差圧力信号により、調節計等を介し従たる
   管路の圧力制御を行う。
2. 【請求項２】２以上の多数の管路における各管路の圧力
   制御において圧力変換器と調節計と調節弁等の制御方式
   で行われている主たる管路と調節弁が設置された従たる
   管路間を差圧変換器で連結し、その差圧力信号により調
   節計等を介し従たる管路の圧力制御を行う。
3. 【請求項３】２以上の多数の管路における各管路の圧力
   制御において主たる管路と従たる管路間を差圧変換器で
   連結し、その差圧力信号により従たる管路の圧力制御を
   調節計、調節弁等で行うが差圧をゼロに調節するのみな
   らず、あえて差圧に一定偏差を与えるべく調節計の設定
   値に加減等の演算を行いその設定値を設定信号とするか
   又は差圧力信号値に加減等の演算を行い調節計の入力信
   号とする。
4. 【請求項４】２以上の多数の管路における各管路の圧力
   制御において主たる管路と従たる管路間を差圧変換器で
   連結し、その差圧力信号により従たる管路の圧力制御を
   調節計、調節弁等で行うが差圧をゼロに調節するのみな
   らず、あえて差圧に一定偏差、比率値を与えるべく調節
   計の設定値にたいして、主たる管路に設置された圧力変
   換器の圧力信号値とを加減乗除等の演算を行ないその信
   号を設定信号とする。
5. 【請求項５】２以上の多数の管路における各管路の圧力
   制御において、それら管路を連結する差圧変換器の差圧
   力信号により圧力制御を行なううが、流量対圧力特性の
   判明している流量計を差圧変換器として使用する。