(57)【特許請求の範囲】
【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差圧検知手段とからなる流体流量計。
【請求項２】
前記差圧検知手段は、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。
【請求項３】
前記流体遮蔽板は、表面を粗とした請求項２記載の流体流量計。
【請求項４】
前記流体遮蔽板は、中央部に細孔の設けられた請求項３記載の流体流量計。
【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。
【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】
第１の発明は、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差圧検知手段とからなる構成とした。
【０００７】
また、第２の発明は、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、第３の発明は、前記流体遮蔽板を表面を粗となる構成とした。
【０００９】
また、第４の発明は、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、第５の発明は、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】
第１の発明では、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、第２の発明では、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、第３の発明では、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、第４の発明では、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、第５の発明では、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、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（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１３に固定されている。可動リング１３は、一端を枠体１０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。
【００１８】
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。
【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。
【００２０】
（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。２１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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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２５、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、Ｒ１、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。
【００２３】
（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２２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。
【００２４】
以上のように本発明の実施の形態によれば次の効果が得られる。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（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。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の流体流量計は、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、大流量を流し得る流路において微少流量を検知できる。
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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