JPH03186717A

JPH03186717A - 極低温流量計

Info

Publication number: JPH03186717A
Application number: JP1326124A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Wachi; 良裕和智
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1991-08-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、極低温流体の流量を測定する極低温流量計に
関する。

（従来の技術）液体窒素や液体ヘリウムのような極低温流体の流量を測
定する場合、オリフィスやベンチュリーなどで力学的な
量を測定する差圧測定法と熱的な量を測定するヒートパ
ルス法や加熱法などがある。

加熱法は、低温工学Ｖｏ１２．１６．　Ｎａ　３　（１
９８１年）ｐ１４４−　ｐ１４６に示すように、流体の
流れている配管の一部を加熱し、加熱量とそれに伴う冷
媒の温度上昇を測定することにより、流量を次式から算
出する方法である。

Ｇ＝Ｑ／ＣｐΔＴ　　　　　　　　　（１）ここでＧ：流体の質量流量　（ｋｇ／　ｈ　）Ｑ：加熱量　　
　　　（ＫｃａＱ／　ｈ　）Ｃｐ：加熱部の流体の平均定圧比熱　　（ＫｃａＩｌ／ｋｇ−Ｋ）ΔＴ：加熱
加熱日入口口間の流体の温度差　（Ｋ）（発明が解決しようとする課題）以上のような流量測定方法には、それぞれ次のような欠
点、不都合がある。

一般に、極低温部において流体の流量が多い場合でも、
温度が低い為、流体の密度が大きく、流速が極端に小さ
くなる。この為、力学的な量である差圧を測定するオリ
フィスやベンチュリーなどでは十分な静水圧を得ること
ができず流量測定が困難となる。また、測定する静水圧
が小さいため。

測定に使用されるオリフィスやベンチュリーの寸法は、
超小型かつ高精度の加工が要求される。流量が更に少な
い場合は、ますます測定は困難となり測定誤差も増大す
る。更に、本方式の流路測定は、流体の流路の１部に差
圧発生の為の流動抵抗を設ける必要がある。

一方、加熱法による流量Δ１り定の場合、流体の流路の
一部に流動抵抗を設ける必要がないが、加熱量Ｑがすべ
て流体に伝達されなければ流量を精度良＜８（す定でき
ない。また、流体のエンタルピ変化から流量を測定する
ため、加熱部入ロ、出口の流体の温度、圧力を精度良く
測定しなければならない。特に、加熱ｊｔＱが小さいと
流体の入口出口間の温度変化が小さく、測定誤差が大き
くなる。この為、加熱量は、一定値以上が要求され、流
体への熱的外乱が増加する。

そこで本発明の目的は、流体への熱的外乱、もしくは流
動抵抗を極力少なくするとともに、簡便で安価かつ交換
容易で測定誤差の少ない極低温流量計を提供することに
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）すなわち本発明の極低温流量計は、極低温流体を流す配
管に取付けられた加熱手段と、この加熱手段の下流側の
２点に取付けられた温度計あるいは圧力計とを備えた構
成とする。

（作用）本発明の極低温流量計においては、加熱手段によって加
熱された流体の温度変化あるいは圧力変化が下流側２点
を通過する時間差を測定して流量を求める。

（実施例）以下、本発明を第１図に示す一実施例について説明する
。流体が流れる配管工の上流側、外表面に誘導加熱コイ
ル２を配置する。その下流側で間隔りの２点Ａ、Ｂに熱
電対３を、また、この２点Ａ、Ｂ間に、例えば銅のよう
な熱伝導率の高い金属で製作された温度均一ブロック４
に収納した温度計５および、導圧管６を配管１外表面」
二に取付けである。また導圧管６の端部には、図示して
いないが圧力センサーがとりつけである。これらの配管
１の周囲は、真空雰囲気７を介して熱シールド８で熱侵
入を軽減している。熱シールド８の外周側には、真空雰
囲気７を保つための外管９が配管１をおおっている。

次に、上記のように構成した本発明の作用について第２
図を用いて説明する。第２図（ａ）は、誘導加熱コイル
による流体への入熱時の、加熱コイル印加時の出力電圧
とその時間変化を示したものである。第２図（ｂ）は、
２点Ａ、Ｂでの温度差（熱起電力の差）の時間変化を示
したものである。

今、誘導加熱コイル２に図示していないパルス電源から
のパルス放電によって電流を流すと配管↓の一部が加熱
され、それによって配管１内を流れる流体の温度が上昇
する。流体は、ある流速Ｖを有して上流から下流へと流
れているため、その流体の温度変化が発生する時刻１．
、１．および加熱コイル印加時の時刻ｔ。は、第２図に
示すようになる。この場合、流体の温度変化の伝搬速度
は。

２点間ＡＢの距離りを、配管の熱伝導による長手方向の
温度上昇が黙視できる値にとることによって流速と等し
いとおくことができる。

この結果、流速すは、１２−１□＝Δｔとおくことによ
りで与えられることになる。流速すが測定されるとＡＢ間
に設置された温度計５及び導圧管６の先にとりつけた圧
力センサーによって流体の温度、圧力がΔ（ｑ定でき、
その状態での流体の物性値を知ることができる。これに
より流体の流量は各々体積流＋Ｊｔ　：　Ｖ　（ｍ’／
　５）Ｖ＝Ａ−ぴ　　　　　　　　　　（４）質量流量
：Ｇ（ｋｇ／５）Ｇ＝ρ　・Ｖ　　　　　　　　　　　　　　（５）＝ρ
　・Ａ　−ｖ　　　　　　　　　　　　　（ｅで与えら
れる。

但し　Ａ：流路断面積　　（１）サ：流速　　　　　（ｍ／Ｓ） ρ：流体の平均密度（ｋｇ／ｍ’）である。ここで流量測定には、取付けの簡単で安価な熱
電対と加熱コイルを用いているのみで流動抵抗となるも
のは、−切流路中に介在させていない。

本実施例の特徴は、流速を測定する手段にある。

ヒートパルス法や加熱法による熱的な量から流量を求め
るのではなく、加熱は流体の単に温度変化を生じさせる
ための手段であり、加熱量を精度良く測定する必要は全
くない。重要なのは、流体の温度変化の伝搬速度を測定
することであり、そのための信号として、２点間の温度
変化を利用していることにある。

なお本実施例の説明では、伝搬速度測定用の信号として
２点間に熱電対を取付け、一端を共通にして絶対量でな
く相対量を測定した。これは加熱量が小さくて温度上昇
が微小にしか変化しなくても検出できるようにしたもの
である。然しなから、絶対量を測定しても何ら本発明の
作用に支障をきたすことはない。このため熱電対ではな
く抵抗温度計を用いてもよい。また、本実施例では、主
として温度計による伝搬速度測定について説明したが、
圧力による伝搬速度測定も可能である。前述のＡ８２点
に温度計のかわりに導圧管および圧力センサーを設置す
る。流体が加熱されて温度が上昇すると、それに伴い流
体の圧力が変化する。この圧力の変化の伝搬速度を測定
しても同じ効果を得ることができる。また流体の平均物
性値を知るための温度、圧力測定は、従来の測定方法と
何らかわりがないが、本実施例のように配管外表面に取
付けて測定するのではなく、管内に挿入して外界囲気の
影響をなくすようにすると更に精度良く流量を求めるこ
とができる。

さらに、流体の加熱手段は、上記実施例の誘導加熱コイ
ルのほかに、配管に巻付けられあるいは配管内に挿入さ
れた抵抗型のヒータでもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、流体への熱的外乱
、もしくは流動抵抗を極力少なくするとともに、簡便で
安価かつ交換容易で測定誤差の少ない極低温流量計を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明の実施例の極低温流量計の断面図、第２
図（ａ）、　（ｂ）は本発明の詳細な説明する図である
。工・・・配管　　　　　　　２・・・誘導加熱コイル３
・・・熱電対　　　　　　５・・・温度計６・・・導圧
管

Claims

【特許請求の範囲】

　極低温流体を流す配管に取付けられた加熱手段と、こ
の加熱手段の下流側の２点に取付けられた温度計あるい
は圧力計とを備えたことを特徴とする極低温流量計。