JPH09113326A - 流体流量計 - Google Patents

流体流量計

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JPH09113326A
JPH09113326A JP7275329A JP27532995A JPH09113326A JP H09113326 A JPH09113326 A JP H09113326A JP 7275329 A JP7275329 A JP 7275329A JP 27532995 A JP27532995 A JP 27532995A JP H09113326 A JPH09113326 A JP H09113326A
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謙三 黄地
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行夫 長岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低圧損で大流量を流し得る流路において、微
少流量を検知する。 【解決手段】 流体を導入する流体導入部(9)と、流
体導入部の端面に第1の弾性体(12)の復元力により
押圧された平板状の流体遮蔽板(11)と、第1の弾性
体を保持する第2の弾性体(15)と、遮蔽板の上流側
と下流側との一定の差圧を検知する圧力スイッチ(1
6)とを備えている。これにより大流量時には圧損は小
さく、微少流量域では比較的圧損を大きいため、容易に
微少流量を圧力スイッチで検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を検知
する流体流量計に関するものであり、特に、大流量が流
れる流路で微小流量が高精度に検知できる流体流量計に
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は、図8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の上流側と下流側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(特開平5−118890号公報参
照)。
【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、流体の流れによって発生する差圧は、
オリフィスによって決まるため、大流量が流れる流路で
は圧損が大きくなるためオリフィスを絞ることができな
い。このため微少流量を高精度に検知できないという課
題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の流体流量計にお
いては、流体導入部の端面に第1の弾性体の復元力によ
り押圧される流体遮蔽板と、この第1の弾性体を保持す
る第2の弾性体と、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を備えている。
【0005】この本発明によれば、大流量を流し得る流
路において微小流量を検知することが可能となる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1記載の流体流量
計は、流体を導入する流体導入部と、前記流体導入部の
端面に第1の弾性体の復元力により押圧された流体遮蔽
板と、前記第1の弾性体を保持する第2の弾性体と、前
記遮蔽板の上流側と下流側との一定の差圧を検知する圧
力スイッチとからなる構成とした。
【0007】また、本発明の請求項2記載の流体流量計
は、一定の差圧を検知する圧力スイッチとからなる構成
とした。
【0008】また、本発明の請求項3記載の流体流量計
は、前記流体遮蔽板を表面を粗となる構成とした。
【0009】また、本発明の請求項4記載の流体流量計
は、前記流体遮蔽板を中央部に細孔の設けられた構成と
した。
【0010】また、本発明の請求項5記載の流体流量計
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、平板状の流体遮蔽板が前記端面に平行となるよう
ジンバルバネで押圧し、前記ジンバルバネの周辺部を変
位量の大きいコイルバネで保持し、前記遮蔽板の上流側
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。
【0011】請求項1記載の流体流量計は、低流量域で
は流体の流体力が小さいため、前記遮蔽板は第1の弾性
体および第2の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、前記遮蔽板は第1の弾性体および第2の弾性体の復
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。従って、
大流量の流体が流れても圧損が小さい。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。こ
のため、前記遮蔽板で発生する差圧を圧力センサで検知
することにより、有る範囲の微小流量を高精度に検知す
ることができる。
【0012】また、請求項2記載の流体流量計は、ある
一定の圧力以下になれば動作するように設定しておく
と、ある一定の微小流量以下になれば、前記圧力センサ
が動作し、簡単な構成で微小流量を検知できる。
【0013】また、請求項3記載の流体流量計は、前記
流体遮蔽板の流体導入部の端面にあたる面の表面を粗し
た構成であるため、低流量時に、前記流体遮蔽板が流体
導入部の端面に押圧されても、表面が粗面となっている
ため、密着することがない。
【0014】また、請求項4記載の流体流量計は、前記
流体遮蔽板の中央部に細孔を設けた構成であるため、第
1および第2の弾性体の押圧力と釣り合うように細孔の
径を選ぶことにより、検知する一定の圧力値を、ある流
量値に自由に設定することができる。
【0015】また、請求項5記載の流体流量計は、第1
の弾性体をジンバルバネで構成しているため、前記流体
遮蔽板は、常に流体導入孔の端面に平行に変位する。ま
た、第2の弾性体をコイルバネで構成しているため、大
きく変位する。従って、大流量を差圧を大きくとること
なく流すことができる。
【0016】以下、本発明の実施例の形態を図面に基づ
いて説明する。 (実施の形態1)図1は、本発明の第1の実施の形態で
あり、流体流量計の断面図を示す。矢印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保持する枠体を、11は円形の流体遮
蔽板を、12は前記流体遮蔽板11を保持する第1の弾
性体であるコイル状のバネを示す。コイル状のバネ12
は前記枠体10の内面に沿って移動可能な可動リング1
3に固定されている。可動リング13は、一端を枠体1
0に固定された固定リング14に支えられた第2の弾性
体であるコイル状のバネ15によって枠体10の上部に
押圧されている。16は流体遮蔽板11の上流側と下流
側との差圧を検知する差圧検知手段としての圧力スイッ
チを示す。17、18はそれぞれ上流側、下流側の圧力
を導入する圧力導入管を示す。
【0017】図2に、前記第1、第2のコイル状のバネ
の変位と力との関係を示す。横軸に流体遮蔽板11の変
位量を、縦軸にそのときの力を示す。実線19は、最初
に動作するコイル状のバネ12の動作を示す。実線20
は、ある一定以上の力が作用すると動作する第2のコイ
ル状のバネ15の動作を示す。実線19、20の傾きが
それぞれのバネのバネ定数(力/変位)を示している。
実線19と20との交点の力が、第2のバネ15に予め
与えられている力に相当し、枠体10に固定された固定
リング14によってバネ15に与えられた圧縮力であ
る。
【0018】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、逆流防止弁としても動作す
る。また、流体が流れると、その流体の力とコイル状の
バネ12とがバランスする位置まで流体遮蔽板11が変
位する。この時の変位力に相当する差圧が、流体遮蔽板
11の上流側と下流側とに発生する。従ってこの差圧を
圧力スイッチ16で検知すると、ある設定された流量値
以下、あるいは以上であること検知できる。さらに流量
が増加し、流体の力が大きくなり、図2に示した交点以
上の力が流体遮蔽板11に作用すると図2の実線20に
沿って動作することになり、より小さい力で大きく変位
することになり、大流量が流れても圧損は大きくならな
い。このように流量の少ないときは硬いバネで比較的圧
損を大きくし検知しやすくするとともに、流量の大きい
ときは軟らかいバネで比較的圧損を小さくするように動
作する。
【0019】(実施の形態2)図3は、本発明の第2の
実施の形態であり、流体遮蔽板11の断面図を示す。2
1は、流体遮蔽板11の表面に設けた凹凸を示す。表面
の凹凸21は、#100〜#300のサンドペーパで形
成した。表面に凹凸を形成することにより、流量が零に
なって流体遮蔽板11と流体導入孔9の端面とが密着し
ても、必ず微少な隙間が生じるため、次に微少流量が流
れ始めても、流体遮蔽板11が流体導入孔9の端面に密
着することなく、再現性よく動作する。なお、表面の凹
凸は、サンドブラストや化学腐食などによっても形成で
きる。
【0020】(実施の形態3)図4は、本発明の第3の
実施の形態であり、流体遮蔽板11の断面図であり、中
央部に細孔11aを設けた。圧力スイッチ16で一定の
差圧を検知していても、細孔22の寸法を適当に設定す
ることにより検知流量値をある程度自由に設定すること
ができる。
【0021】(実施の形態4)図5は、本発明の第4の
実施の形態であり、図1に示した圧力スイッチ16に換
えて用いた検知範囲の広い微差圧計22の断面図を示
す。この種の微差圧計として構成できる静電容量式の微
差圧計を示す。17、18は流体遮蔽板11の上流側、
下流側の圧力導入管を示す。23、24はそれぞれ板厚
が0.05mm、0.65mmの2枚の直径約30mm
のアルミナ板を示し、それぞれの中央部に円形の電極2
5、26が対向するように配置し、静電容量を形成する
ようにした。2枚のアルミナ板23、24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、高さは約0.05mmとした。上流
側、下流側の圧力導入管17、18とアルミナ板23、
24との間は、エポキシなどの適当な接着材で密封固定
した。板厚の厚いアルミナ板24に貫通孔28を設け、
流体遮蔽板11の上流と下流との間に発生する差圧が、
板圧の薄いアルミナ板23にだけ作用するようにした。
この為、差圧が発生するとアルミナ板23がダイアフラ
ムとして動作し、中央部がたわみ変形する。従って、電
極23と24との間の距離が変化し、形成する静電容量
が変化する。この静電容量の変化は、図6に示すCR−
発振回路で周波数として検知した。図6において、R
1、R2は抵抗素子を示し、Cはコンデンサ、即ち、電
極23と24とが形成する静電容量を示す。29はイン
バータ素子を示し、30は出力端子を示す。この構成に
より微少圧力範囲0〜50mmAqを0.01mmAq
の分解能で検知することができた。円筒状の流体導入孔
9の内径を20mmとした場合、5〜50mL/min
の流量範囲を、0.05〜2mmAqの差圧として検知
することができる。また、10m^3/hrもの大流量
を流しても圧損は20mmAq以下とすることができ
た。
【0022】(実施の形態5)図7(a)は、本発明の
第5の実施の形態であり、第1の弾性体であるコイル状
のバネ12に換え、ジンバルバネ31を用い流体遮蔽板
11を保持するようにし、より高精度に微少流量が検知
できるようにした。流体遮蔽板11を保持するジンバル
バネ31は第2のコイルバネ15により、その周辺部を
押圧され、枠体10に固定されたストップリング32に
接触している。また、流体遮蔽板11は流体導入孔9の
端面に押圧される構成とした。図7(b)にジンバルバ
ネ31の平面図を示す。ジンバルバネ31は、リング状
のバネ部分が交互に直交する連結部で連結されるため、
流体力によって流体遮蔽板11が変位する時、常に流体
遮蔽板11が流体導入孔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。このため、微差圧計2
2で、より高精度に微少流量を再現性よく検知すること
ができる。
【0023】
【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。
【0024】(1)流体を導入する流体導入部と、前記
流体導入部の端面に第1の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、前記第1の弾性体を保持す
る第2の弾性体と、前記遮蔽板の上流側と下流側との一
定の差圧を検知する圧力スイッチとからなる構成である
ため、微少流量域では比較的圧損を大きくし、大流量域
では比較的圧損を小さくできる。従って、大流量を流し
得る流路において微少流量を検知できる。
【0025】(2)流体を導入する流体導入部と、前記
流体導入部の端面に第1の弾性体の復元力により押圧さ
れた表面が粗である平板状の流体遮蔽板と、前記第1の
弾性体を保持する第2の弾性体と、前記遮蔽板の上流側
と下流側との一定の差圧を検知する圧力スイッチとから
なる構成であるため、流量が零の場合でも、流体遮蔽板
と流体導入孔の端面とが密着することがない。従って、
微少流量値をヒステリシスもなく再現性よく検知でき
る。
【0026】(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第1の弾性体の復元力により押圧さ
れた表面が粗であり、中央部に細孔のある平板状の流体
遮蔽板と、前記第1の弾性体を保持する第2の弾性体
と、前記遮蔽板の上流側と下流側との一定の差圧を検知
する圧力スイッチとからなる構成であるため、前記細孔
に径を適当に設定することにより、検知する微少流量値
をある程度自由に設定できる。
【0027】(4)流体を導入する流体導入部と、前記
流体導入部の端面に第1の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、前記第1の弾性体を保持す
る第2の弾性体と、前記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であるため、
大流量を流し得る流路において、ある程度の範囲の微少
流を高精度に検知できる。
【0028】(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、平板状の流体遮蔽板が前記端面に
平行となるようジンバルバネで押圧し、前記ジンバル場
ねの周辺部を変位量の大きいコイルバネで保持し、前記
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
段とからなる構成であるため、大流量を流し得る流路に
おいて、ある程度の範囲の微少流を再現性よく、高精度
に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における流体流量計
の断面図
【図2】同流量計の第1および第2の弾性体の変位と力
との関係を示す特性図
【図3】本発明の第2の実施の形態における流体遮蔽板
の断面図
【図4】本発明の第3の実施の形態における流体流量計
の断面図
【図5】本発明の第4の実施の形態における差圧計の断
面図
【図6】本発明の第4の実施の形態における回路図
【図7】(a)本発明の第5の実施の形態における流体
流量計の断面図 (b)同流量計のジンバルバネの平面図
【図8】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、15 コイルバネ 13 可動リング 14 固定リング 16 圧力スイッチ

Claims (5)

    【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
    入部の端面に第1の弾性体の復元力により押圧された流
    体遮蔽板と、前記第1の弾性体を保持する第2の弾性体
    と、前記流体遮蔽板の上流側と下流側との一定の差圧を
    検知する圧力スイッチとからなる流体流量計。
  2. 【請求項2】差圧検知手段は、一定の差圧を検知する圧
    力スイッチである請求項1記載の流体流量計。
  3. 【請求項3】流体遮蔽板は、表面を粗とした請求項2記
    載の流体流量計。
  4. 【請求項4】流体遮蔽板は、中央部に細孔の設けられた
    請求項3記載の流体流量計。
  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、平板状の流体遮蔽板が前記端面に平行と
    なるようジンバルバネで押圧し、前記ジンバルバネの周
    辺部を変位量の大きいコイルバネで保持し、前記遮蔽板
    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。
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