JPH08122115A - 流体流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低流量域から高流量域まで高感度で、流量範
囲の広い流体流量計を提供する。 【構成】 流体を導入する流体導入部（９）の端面には
弾性体（１２）の復元力により押圧された平板状の流体
遮蔽板（１１）が設けられ、またこの流体遮蔽板の上流
側と下流側との差圧を検知する差圧検出手段（１３）が
設けられている。これによって流体の力に応じて、流体
遮蔽板が変位する。そして流体遮蔽板の上流側と下流側
との差圧により広い流量範囲にわたって、流量を検知す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の流量を検知する
流体流量計に関し、特に、微小流量から検知でき、か
つ、流量検知範囲の広い流体流量計に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の流体流量計としては、図
９に示すような差圧型流体流量計がよく知られている。
即ち、流体の流れる管路１にオリフィス２を設け、オリ
フィス２の上流と下流との間に発生する差圧を差圧計３
で検知し、この差圧から管路１を流れる流体の流量を検
出していた。なお、４、５はそれぞれオリフィス２の上
流側、下流側に設けられた圧力導入管を示し、６は流体
の流れる方向を示す（特開昭５−１１８８９０号公
報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような構成では、流量は差圧の平方根に比例する原理を
利用して計量できるものの、広い流量範囲を精度よく検
知することができないという課題があった。

【０００４】また、低流量域では、感度が低く、誤差が
大きくなるなどの課題もあった。また、流体が逆流する
という課題もあった。

【０００５】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、低流量域から高流量域まで広い検知範囲にわたって
精度よく、かつ、高感度に検知できる流体流量計を提供
することを目的としている。

【０００６】また、流体が逆流し難い流体流量計を提供
することをも目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の流体流量計は、流体を導入する流体導入部
と、前記流体導入部の端面に弾性体の復元力により押圧
された平板状の流体遮蔽板と、前記流体遮蔽板の上流側
と下流側との差圧を検知する差圧検知手段とからなる構
成とした。

【０００８】また、本発明の流体流量計は、流体を導入
する流体導入部と、前記流体導入部の端面に平板状のジ
ンバルバネにより押圧される平板状の導電性材料で構成
される流体遮蔽板とを設け、前記流体導入部の端面に前
記流体遮蔽板と平行にリング状電極を設け、前記流体遮
蔽板と前記リング状電極とで電気的接点を構成してなる
構成とした。

【０００９】また、本発明の流体流量計は、流体を導入
する中心軸を有する流体導入部と、前記流体導入部の端
面に弾性体の復元力により押圧され、前記中心軸上をス
ライドする平板状の流体遮蔽板と、前記流体遮蔽板の上
流側と下流側との差圧を検知する差圧検知手段とからな
る構成とした。

【００１０】また、本発明の流体流量計は、流体を導入
する流体導入部と、前記流体導入部の端面に弾性体の復
元力により押圧される流体遮蔽板と、前記流体遮蔽板を
下流側に設けたピストン状の軸受けで保持するととも
に、前記流体遮断板の上流側と下流側との差圧を検知す
る差圧検知手段とからなる構成とした。

【００１１】また、本発明の流体流量計は、流体を導入
する流体導入部と、前記流体導入部の端面に弾性体の復
元力により押圧される流体遮蔽板と、前記流体遮蔽板を
下流側に設けたピストン状の軸受けで保持するととも
に、前記ピストン状の軸受けを凹字型に構成してなる構
成とした。

【００１２】また、本発明の流体流量計の差圧検出手段
は、中央部に電極を有する２枚のアルミナ平板を、前記
電極が対向するように、前記電極の周辺部で接着してな
るコンデサからなる静電容量型差圧検知器からなる構成
とした。

【００１３】

【作用】本発明は前記の構成によるため、低流量域では
流体の流体力が小さいため、前記流体遮蔽板は弾性体の
復元力により、流体を導入する流体導入部の端面に押圧
され、流体が流れる流路が狭くなる。また、高流量域で
は、流体の流体力が大きいため、前記流体遮蔽板は弾性
体の復元力に逆らって、流体導入部の端面からより遠く
に離れることになり、流体が流れる流路が広くなる。こ
のように、流体が流れる流路が流体の流量によって、流
量が小さい時は狭く、流量が大きい時は広くなるように
変化する。従って、微小流量でも前記流体遮蔽板の上流
側と下流側との差圧を検知すれば精度よく流量を検知す
ることでき、流量検知範囲も大きくとることができる。

【００１４】また、前記流体遮蔽板が導電性材料で構成
され、且つ、前記流体導入部の端面にリング状電極が形
成されているため、それらを電気接点とすることによ
り、簡単に流体が流れていないときを検知できる。従っ
て、零流量での差圧を校正することもできる。

【００１５】また、本発明は前記の構成によるため、即
ち、前記流体遮蔽板を弾性体の復元力により、流体を導
入する流体導入部の端面に押圧するとともに、端面が凹
字型のピストン状の軸受けで保持する構成であるため、
このピストン状の軸受けが空気ダンパーとして動作する
ため、流体の流量が急激に変動しても、前記流体遮蔽板
が振動することもなく、安定して差圧を検知することが
できる。

【００１６】また、本発明は前記の構成によるため、即
ち、前記流体遮蔽板を弾性体の復元力により、流体を導
入する流体導入部の端面に押圧される構成であるため、
流体が逆流することがない。

【００１７】また、本発明は前記の構成によるため、即
ち、前記差圧計をダイアフラム型の差圧計で構成してい
るため、ダイアフラムを容易に大きくすることができ、
簡単に感度を大きくとることができる。従って、微差圧
の検知が要求される流体流量計の差圧計として適してい
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明に基づく流体流量計の断面図を示
す。８は流体の流れる方向を示し、９は円筒状の流体導
入孔を、１０は円筒状の流体導入孔９を保持する枠体
を、１１は円形の流体遮蔽板を、１２は枠体１０に固定
され円形の遮蔽板１１を保持するコイル状のバネをそれ
ぞれ示す。１３は差圧検出手段としての差圧計を示す。
１４、１５はそれぞれ流体遮蔽板１１の上流側、下流側
の圧力導入管を示す。

【００１９】次に、その動作について説明する。コイル
状のバネ１２は、流体が流れていないときは、前記円形
の遮蔽板１１を、前記流体導入孔９の端面に押圧するよ
うに設定されている。このため、逆方向に流体が流れる
ように圧力が印加されても、即ち流体が逆流しようとし
ても、遮蔽板１１が前記流体導入孔９の端面に押圧さ
れ、逆流しないよう動作し、逆流防止弁として働く。ま
た、流体が流れると、その流体の力とコイル状のバネ１
２とがバランスする位置まで流体遮蔽板１１が変位し、
常に変位に比例した押圧力で遮蔽板１１を保持し、流体
の流量に応じて流体遮蔽板が変位する。従って、遮蔽板
１１は、流量の小さい時は、小さい押圧力で、狭いギャ
ップを、流量の大きい時は、大きい押圧力で、広いギャ
ップを形成するように動作する。このため、差圧計１３
は、流量の小さい時は、狭いギャップに発生する差圧
を、流量の大きい時は、広いギャップに発生する差圧を
検知することになる。従って、広い流量範囲にわたっ
て、比較的狭い範囲の差圧を検知すればよく、精度よ
く、且つ、感度よく差圧を検知することができる。

【００２０】なお、コイル状のバネ１２は数グラム以下
程度に設定することは実用上容易であるため、微小流量
から大流量までの流量範囲において圧損を数ｍｍＡｑか
ら数十ｍｍＡｑ以下に設定することができる。

【００２１】以上説明したように、予めバネ定数が解っ
ていれば、流体遮蔽板１１の上流側と下流側との間に発
生する差圧からその時の流量を簡単に検知することがで
きる。

【００２２】図２に、前記コイル上のバネ１２のバネ定
数を１ｇ／ｍｍ、前記流体導入孔９の内径を２０ｍｍと
設定したときの、空気の流量（ｍＬ／ｍｉｎ）と差圧
（ｍｍＡｑ）との関係を示す。同図において、横軸は空
気の流量（ｍＬ／ｍｉｎ）の対数値を、縦軸は差圧（ｍ
ｍＡｑ）を示す。数ｍＬ／ｍｉｎの微小流量域から数十
Ｌ／ｍｉｎの大流量域までを、０〜６ｍｍＡｑの範囲の
差圧で検知できることを示している。従って、差圧計１
３で、０〜６ｍｍＡｑの範囲の圧力を検知すれば、数ｍ
Ｌ／ｍｉｎの微小流量域から数十Ｌ／ｍｉｎの大流量域
までの流量を検知できることを示している。

【００２３】図３は、本発明の他の実施例であり、図３
（ａ）は流体流量計の断面図を示す。流体遮蔽板１１
は、平板状のジンバルバネ１６により水平に保持されて
いる。図３（ｂ）に円形の平板状のジンバルバネ１６の
平面図を示す。中央部の流体遮蔽板１１は、リング状を
したジンバルバネ１６で支えられ、前記ジンバルバネ１
６は枠体１０に固定されている。なお、リング状のバネ
部分は、交互に直交する連結部１７で連結されている。
このような構成であるため、流体遮蔽板１１は、流体の
流量が変化したとき、流体導入孔９の端面と平行を維持
したまま、傾斜することなく変位することになる。差圧
検出手段１３で、その時の差圧を検出することで、より
精度よく流体の流量を検知できる。

【００２４】図４は、本発明の他の実施例であり、流体
遮蔽板１１を導電性材料で構成するとともに、流体導入
孔９の端面にリング状電極１７を、流体遮蔽板１１と平
行になるように構成した流体流量計の断面図を示す。ジ
ンバルバネ１６で支持された流体遮蔽板１１は、流体導
入孔９の端面と水平を維持したまま変位するため、流体
が流れていない時には、流体遮蔽板１１とリング状電極
１７とが接触することになり、流量零検知ができる。従
って、この場合に差圧計１３にある一定値以上の差圧が
観測されると、差圧計１３が異常であるのか、流体遮蔽
板１１がリング状電極１７に固着したりする異常である
のかなどを検知することができる。

【００２５】また、電極の接触により、零流量が検知で
きるため、差圧計１３の校正をすることもできる。

【００２６】図５は、本発明の他の実施例であり、流体
遮蔽板１１は、流体導入孔９の内壁に固定された梁状の
支持体１８で支えられた中心軸１９に沿って上下に変位
する構成とした。この場合、流体は流体導入孔９と中心
軸１８との間を流れることになり広い流量範囲にわたっ
て乱れの小さい流体となり、正確に流量を検知すること
ができる。また、急激な流量変化があっても流体遮蔽板
１１は、傾斜することなく流体導入孔の端面と平行を維
持したまま中心軸１８い沿って上下に変位することにな
り、流量変化に対する追従性が向上するとともに、精度
も向上する。

【００２７】図６は、本発明の他の実施例であり、流体
遮蔽板１１に固定された中心棒１９が、下流側に設けら
れたピストン状のガイド２０で支えられている。この場
合も、流体遮蔽板１１は流体導入孔９の端面と常に平行
を維持したまま変位することになる。なお、コイルバネ
１２を、ピストン状のガイド２０内に構成することもで
き、よりコンパクトな構成にすることができる。また、
この場合、中心棒１９とピストン状のガイド２０とが、
流体に直接さらされないため、ゴミなどによる目詰まり
もなく、耐久性に優れた構成となる。

【００２８】図７は、本発明の他の実施例であり、流体
遮蔽板１１に固定された中心棒２０とピストン状のガイ
ド２１とで構成し、ガイド２１の端面に封じ板２２を取
り付けた構成とした。このため、ピストン状のガイド２
１が空気ダンパとしても動作することになる。従って、
流量の急激な変化に対しても流体遮蔽板が振動すること
がなくなり、流量変化に対しても安定して流量を検知す
ることができる。

【００２９】次に、この種の流体流量計に最適な、低差
圧検出用として構成することのできる静電容量型の差圧
計を、図８に示す。差圧計１３は、２枚の直径約３０ｍ
ｍの円板状のアルミナ板２３、２４から構成されてい
る。圧力検知部（ダイアフラム）として動作する上部の
アルミナの板厚は約０．０５０ｍｍ、基台としての下部
のアルミナの板厚は約０．６００ｍｍとした。それぞれ
の中央部に直径約１５ｍｍの円形の導電性薄膜からなる
上電極２５と下電極２６とが形成され対向し、静電容量
を形成している。アルミナ板２３と２４とは、その周辺
部を接着ガラス２７で接着されている。接着ガラス２７
の内径は約２４ｍｍ、幅は約２ｍｍとし、その高さは約
５０μｍとした。上流側圧力導入管１４とアルミナ板２
３との間、および下流側圧力導入管１５とアルミナ板２
４との間は、それぞれ適当な接着剤、例えば、エポキシ
系接着剤で接着、密封されている。２８は下部アルミナ
板２４に設けられた貫通孔を示し、下流側の圧力が上部
アルミナ板２３と下部アルミナ板２４との間に伝わるよ
うに設定されている。従って、流体遮蔽板１１の上流側
と下流側とに発生した差圧は、上部アルミナ板２３に印
加され、上部アルミナ板２３の中央部が、下部アルミナ
板２４の方へと変形するように作用する。このようにし
て、差圧により上電極２５と下電極２６とが形成してい
る静電容量が変化することになる。この静電容量の変化
を検知することにより、上部アルミナ板２３に印加され
た差圧を検知することができる。この静電容量の変化か
ら、約０．０１ｍｍＡｑの微小な差圧から約５０ｍｍＡ
ｑまでの大きな差圧までを、容易に、且つ、精度よく検
知することができた。アルミナ板２３と２４とは、まだ
まだその径を大きくすることができるため、さらに感度
を大きくとることも可能であり、この種の差圧計には最
適である。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明の流体流量計によれ
ば次の効果が得られる。

【００３１】（１）流体を導入する流体導入部の端面
に、弾性体の復元力により平板状の流体遮蔽板を押圧
し、前記流体遮蔽板の上流側と下流側との差圧を検知す
る差圧検出手段とからなる構成であるため、流体の力に
応じて、即ち、流体の流量に応じて、流体遮蔽板が変位
し、広い流量範囲にわたって、比較的小さい圧損で、且
つ、前記流体遮蔽板の上流側と下流側との差圧により流
量を検知することができる。

【００３２】（２）流体遮蔽板を、前記流体導入部の端
面と平行なるようジンバルバネで支持する構成であるた
め、流体遮蔽板は前記流体導入部の端面と平行を維持し
たまま広い流量範囲にわたって変位する。このため、広
い流量範囲にわたって精度よく、且つ再現性よく流量を
差圧で検知することができる。

【００３３】（３）流体遮蔽板を導電性材料で構成し、
且つ、前記流体導入部の端面に前記流体遮蔽板と平行に
リング状電極を設けているため、流体が流れていない時
に、遮蔽板とリング状電極とが接触し、容易に零流量を
検知できる。

【００３４】また、零流量時に差圧がある一定値以上発
生していた場合には、差圧計が異常であると判別でき
る。

【００３５】また、零流量時が検知できるため、差圧計
を校正することもできる。 （４）流体を導入する中心軸を有する流体導入部と、前
記流体導入部の端面に弾性体の復元力により押圧され、
前記中心軸上をスライドする平板状の流体遮蔽板と、前
記流体遮蔽板の上流側と下流側との差圧を検知する差圧
検出手段とからなる構成であるため、流体が広い流量範
囲にわたって安定して流れるため、また、急激な流量変
化があっても、流体遮蔽板は常に流体導入孔の端面との
平行を維持したまま変位する。従って、広い範囲にわた
る流量域において、安定して、かつ、精度よく流量を差
圧により検知することができる。 （５）流体を導入する流体導入部と、前記流体導入部の
端面に弾性体の復元力により押圧されるピストン状の軸
受けを有する平板状の流体遮蔽板と、前記流体遮蔽板の
上流側と下流側との差圧を検知する差圧検出手段とから
なる構成であるため、急激な流量変化があっても、流体
遮蔽板は常に流体導入孔の端面との平行を維持したまま
変位する。従って、広い範囲にわたる流量域において精
度よく流量を差圧により検知することができる。また、
スライド部分が、流体の流れる部分に直接曝されない構
成にすることもできるため、ゴミなどによる目詰まりも
なく、耐久性に優れている。 （６）流体を導入する流体導入部と、前記流体導入部の
端面に弾性体の復元力により押圧されるピストン状の軸
受けを有する平板状の流体遮蔽板とからなり、前記ピス
トン状の軸受けを凹字形に構成であるため、急激な流量
変動があっても、前記ピストン状の軸受けが空気ダンパ
ーとして動作するため、流体遮蔽板が振動することがな
い。このため、急激な流量変化があっても精度よく流量
を差圧で検知することができる。 （７）差圧検知手段を、中央部に電極を有する２枚のア
ルミナ平板を、前記電極が対面するように、前記電極の
周辺部で接着してなるコンデサからなる静電容量型差圧
検知器からなる構成であるため、アルミナ平板を容易に
広い面積にすることができるため、高感度にすることが
でき、この種の差圧検知器として適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における流体流量計の断面図

【図２】同流量計の特性図

【図３】（ａ）本発明の他の実施例における流体流量計
の断面図 （ｂ）同流量計のジンバルバネの要部平面図

【図４】本発明の他の実施例における流体流量計の断面
図

【図５】本発明の他の実施例における流体流量計の断面
図

【図６】本発明の他の実施例における流体流量計の断面
図

【図７】本発明の他の実施例における流体流量計の断面
図

【図８】流体流量計に適した差圧計の断面図

【図９】従来の流体流量計の断面図

【符号の説明】

９ 流体導入孔 １０ 枠体 １１ 流体遮蔽板 １２ コイルバネ １３ 差圧検出手段

フロントページの続き (72)発明者 藤枝 博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体を導入する流体導入部と、前記流体導
   入部の端部に設けられた弾性体と、この弾性体の復元力
   により押圧された流体遮蔽板と、前記流体遮蔽板の上流
   側と下流側との差圧を検知する差圧検知手段とからなる
   流体流量計。
2. 【請求項２】流体遮蔽板を、流体導入部の端面と平行関
   係を維持したまま移動するジンバルバネで支持してなる
   請求項１記載の流体流量計。
3. 【請求項３】流体を導入する流体導入部と、前記流体導
   入部の端面に設けられ平板状のジンバルバネにより押圧
   される平板状の導電性材料の流体遮蔽板と、前記流体遮
   蔽板の上流側と下流側との差圧を検知する差圧検知手段
   と、前記流体導入部の端面に前記流体遮蔽板と平行に設
   けられたリング状電極と、前記流体遮蔽板と前記リング
   状電極とから形成した電気的接点とを備えた流体流量
   計。
4. 【請求項４】流体を導入する中心軸を有する流体導入部
   と、前記流体導入部の端面に弾性体の復元力により押圧
   され、前記中心軸上をスライドする平板状の流体遮蔽板
   と、前記流体遮蔽板の上流側と下流側との差圧を検知す
   る差圧検知手段とからなる流体流量計。
5. 【請求項５】流体を導入する流体導入部と、前記流体導
   入部の端面に弾性体の復元力により押圧される流体遮蔽
   板と、前記流体遮蔽板の下流側に設けられこれを保持す
   るピストン状の軸受けと、前記流体遮断板の上流側と下
   流側との差圧を検知する差圧検知手段とからなる流体流
   量計。
6. 【請求項６】流体を導入する流体導入部と、前記流体導
   入部の端面に弾性体の復元力により押圧される流体遮蔽
   板と、前記流体遮断板の上流側と下流側との差圧を検知
   する差圧検知手段と、前記流体遮蔽板の下流側に設けら
   れこれを保持するピストン状の軸受けとを備え、前記ピ
   ストン状の軸受けを凹字型に形成してなる流体流量計。
7. 【請求項７】差圧検出手段として中央部に電極を有する
   ２枚のアルミナ平板を対向させ、前記電極の周辺部で接
   着して静電容量型差圧検知器とした請求項１、２、３、
   ４、５または６記載の流体流量計。