(57)【要約】【課題】計測手段をシンプルにすると共に、広範囲の流量を計測すること。【解決手段】弁体７の駆動部９、駆動部９の制御部１１および弁体７に対向して配置された弁座８とを備えると共に、弁体７と弁座８間の流速を計測する流速計測部２４、弁体７と弁座８間の間隔を計測する距離計測部３０および流速計測部２４からの信号と距離計測部３０からの信号より弁体７と弁座８間の通過流量を算出する演算部３３とを備えている。流体の流量や必要とする測定精度に応じて弁体７と弁座８間の距離を変化させる。これによって流量計測をコンパクトな構成で広範囲に行うことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体と、前記弁体の駆動部と、前記駆動部の制御部と、前記弁体に対向して配置された弁座と、前記弁体と前記弁座間を流れる流体の流速を計測する流速計測部と、前記弁体と前記弁座間の間隔を計測する距離計測部と、前記流速計測部からの信号と前記距離計測部からの信号より前記弁体と前記弁座間を流れる前記流体の流量を算出する演算部とを備えた流量計において、前記流体の流量に応じて前記弁体と前記弁座間の距離を所定の距離に変化させる流量計。
【請求項２】
流量が大きいときの前記所定の距離が、流量が小さいときの前記所定の距離よりも大きい請求項１記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開閉弁の開閉動作と連携して、開口部を通過する流速値を測定し、流量を計測する流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の流量計としては特許文献１に記載されている。以下、その構成について図１２により説明する。図１２において、１は流入口、２は流出口である。３ａは第１の開閉手段、４ａは第１の計測手段である。３ｂは第２の開閉手段、４ｂは第２の計測手段である。この様な構成において、例えば流量が少ないときには第２の開閉手段３ｂを閉じ、第１の開閉手段３ａのみを開放し、第１の計測手段４ａで流量を計測する。流量が多いときには第１、第２の両開閉手段３ａ，３ｂを開放し、第１と第２の計測手段４ａ，４ｂで流量を計測する。全体の流量はこれらの流量の和で計算される。
【特許文献１】特開平１０−３２０５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来のものでは、流量に応じて複数の流路を用いて計測する必要があるため、複数の計測手段と複数の開閉手段とが必要とされていた。また、大きな流量に対応するためには流路は大きく（多く）とりたいが、一方、測定精度が低下するという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために本発明は、弁体と弁座間を流れる流体の流速を計測する流速計測部と、弁体と弁座間の間隔を計測する距離計測部とを備え、流速と距離から流量を算出し、流量に応じて弁体と弁座間の距離を所定の距離に変化させるものである。そして、ひとつの弁部のみで流量を計測する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の流量計によれば、流量に応じて弁体と弁座間との距離を変えることにより、ひとつの計測部のみで広範囲の流量を計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、弁体と、前記弁体の駆動部と、前記駆動部の制御部と、前記弁体に対向して配置された弁座と、前記弁体と前記弁座間を流れる流体の流速を計測する流速計測部と、前記弁体と前記弁座間の間隔を計測する距離計測部と、前記流速計測部からの信号と前記距離計測部からの信号より前記弁体と前記弁座間を流れる前記流体の流量を算出する演算部とを備えた流量計において、前記流体の流量に応じて前記弁体と前記弁座間の距離を所定の距離に変化させる流量計であり、ひとつの弁部のみで広い流量範囲の計測が行え、流量計測を行うに際して、切換えの段数を少なくすることができる。
【０００７】
また本発明は、流量が大きいときの前記所定の距離が、流量が小さいときの前記所定の距離よりも大きいものであり、流量が大きいときには前記弁体と前記弁座間の距離を大きくして流量を確保するとともに、流量が小さいときは前記弁体と前記弁座間の距離を小さくして、測定精度を高めることができる。
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における流量計の外装を含む外観図、図２は流量計の外装を含む断面図、図３は流量計における計測系の構成を示す図、図４は図３のＡ−Ｂ線断面図、図５は同流量計の動作図、図６は流量計測動作のフローチャート、図７は流量計測範囲を示すグラフである。
【００１０】
図１において、５はケーシング、５ａは流入部、５ｂは流出部である。図２において、６ａは計測構成部、６ｂは駆動構成部である。図３において、７は外形が軸対称に形成された弁体、８は外形が軸対称に形成された弁座である。９は弁体７を駆動するための駆動部、１０は弁体７と駆動部９を接続する駆動軸である。１１は制御部であり、駆動部９に対して信号線１２を介して駆動信号が送られる。
【００１１】
また、１３は弁体７と弁座８の間隙にて円環状に形成された流れの入口部であり、１４は円形状の出口部である。１５は  弁体７に設けられた平坦部であり、１６は平坦部１５に続く傾斜部である。また、１７は  弁座８に設けられた平坦部であり、１８は平坦部１７に続く傾斜部である。１９は弁体７の傾斜部１６に設けられた第１の窪み部であり、２０は第１の窪み部１９に配置された第１の超音波振動子である。２１は弁座８の傾斜部１８に設けられた第２の窪み部であり、２２は第２の窪み部２１に配置された第２の超音波振動子である。２３は流速検知部である。第１の超音波振動子２０、第２の超音波振動子２２、および流速検知部２３により流速計測部２４が形成されている。
【００１２】
また、２５は信号処理部であり、信号線２６を介して第１の超音波振動子２０からの信号が入力され、信号線２７を介して第２の超音波振動子２２からの信号が入力される。２８は第３の超音波振動子であり、弁体７の傾斜面２９と共に距離計測部３０を形成している。傾斜面２９は傾斜部１６の一部である。
【００１３】
３１は信号処理部であり信号線３２を介して第３の超音波振動子２８の信号が入力される。３３は演算部であり、３４は処理部２５と演算部３３とを接続する信号線、３５は処理部３１と演算部３３とを接続する信号線である。
【００１４】
また、３６は演算部３３と制御部１１とを接続する信号線である。図４は図３のＡ−Ｂ線断面を示しており、第１の超音波振動子２０、および第３の超音波振動子２８はこの実施の形態では中心に対して対向した位置に配置されている。図６において、３７は開始命令、３８は距離計測命令、３９は流速計測命令、４０は流量算出命令である。４１は計測流量域かどうかの判断命令である。流量算出命令における算出流量が計測流量域内であればＹＥＳの側に分岐され、計測流量域外であればＮｏの側に分岐される。また、４２は弁体移動命令、４３はインターバル設定命令である。
【００１５】
次に動作、作用について説明する。図１において、流入部５ａより流入した流れは、流出部５ｂより流出する。内部構造は図２に示されており、流入部５ａより流入した流れは計測構成部６ａを通過して、流出部５ｂより流出する。図３には、計測構成部６ａについての詳細が示されており、入口部１３より流入した流れは流速検知部２３を通過して出口部１４より流出する。
【００１６】
弁体７と弁座８の間を流れる流体の流速計測は、第１の超音波振動子２０と第２の超音波振動子２２間の双方向における伝搬伝達時間差を利用した公知の方法で行われる。第１の超音波振動子２０と第２の超音波振動子２２に対する送受信指示は処理部２５と、これら振動子間において、信号線２６、および信号線２７を介して行われる。
【００１７】
弁体７と弁座８の距離計測は、第３の超音波振動子２８から発した超音波が弁体７の傾
斜面２９にて反射して帰ってくるまでの時間計測により行われる。超音波振動子２８に対する送受信指示は処理部３１との間で信号線３２を介して行われる。処理部２５にて得られた流速に関する処理結果は信号線３４を介して、また、処理部３１にて得られた距離に関する処理結果は信号線３５を介して、演算部３３に送られる。演算部３３ではこれらの信号を基に、下記の演算式に基づき流量を算出する。
【００１８】
Ｑ＝（２πｒ）×（ｄ）×（ｖ）
ここで、Ｑは流量、ｒは図３に示してあるように、弁体７の中心軸ｍと流速検知部２３の中央軸との距離、ｄは弁体７と弁座８との距離、ｖは流速検知部２３における流速である。
【００１９】
次に図６により演算部３３の内容を説明する。いま、弁体７が所定位置のときに、流体が入口部１３より流入したとすると、演算部３３では図６のフローチャートに従って、プログラムが始動する。図６において開始命令３７によりプログラムが開始する。まず、距離計測命令３８に基づいて、弁体７と弁座８間の距離ｄが計測される。次に流速計測命令３９に基づいて、流速検知部２３での流速ｖが計測される。これらの値を基にして、式（１）に基づき、流量算出命令４０により流量（Ｑ）が算出される。
【００２０】
距離計測命令３８の実施により、弁体７と弁座８間の距離が特定されるが、これにより現在設定されている弁体７の位置が図７における抵抗曲線（ａ）もしくは（ｂ）（設定が２種類の場合）のいずれであるかが判定される。いま、設定が（ａ）（ｄ＝ｄ１）にされているとする。また、これらの抵抗曲線（ａ）における計測流領域をＱ＞ｑａ、抵抗曲線（ｂ）における計測流領域をＱ＜ｑｂとする。計測流量域判断命令４１では、この流量が、その抵抗曲線における計測流量域内かどうかが判定される。
【００２１】
いま、算出された流量が計測流量域内（この場合にはＱ＞ｑａ）であれば、計測流量域判断命令４１はＹｅｓの側に分岐され、インターバル設定命令４３により指定された経過時間の後、再度距離計測命令３８以下のフローを継続する。算出された流量が計測流量域外（この場合にはＱ＜ｑａ）であれば、計測流量域判断命令４１はＮｏの側に分岐され、弁体移動命令４２により、予め設定された量だけ、弁体７を下方に移動する。
【００２２】
図５はこの様にして弁体７が図３の状態から移動し、弁体７と弁座８間の距離ｄが小さくなった（ｄ＝ｄ２＜ｄ１）状態を示している。この場合、図７における抵抗曲線は（ｂ）の側に移行する。その後、図６に示したフローに基づき、上に示したのと同様の流量計測動作が実施される。このとき計測流量域かどうかはＱ＝ｑｂを基準にして判定され、Ｑ＞ｑｂのとき計測流量域外、Ｑ＜ｑｂのとき計測流量域内と判定される。
【００２３】
次に、流量計測範囲と計測精度について説明する。いま、弁体７と弁座８間の距離が比較的小さい値で一定（例えばｄ＝ｄ２）であるとする。流量計に対して圧力損失が例えばＰｍａｘにて規制されているとき、最大計測流量はＱ２である。しかしながら、弁体７と弁座８間の距離を変化（例えばｄ＝ｄ１）することにより、最大計測流量はＱ１（Ｑ２＜Ｑ１）に拡大することができる。
【００２４】
また、弁体７と弁座８間の距離が比較的大きい値で一定（例えばｄ＝ｄ１）であるとすると、流量が小さくなった場合に計測部の流速が小さいため、流速計測の精度が悪くなる。しかしながら、弁体７と弁座８間の距離を変化（例えばｄ＝ｄ２）することにより、計測部の流速を大きくして計測精度を向上させることができる。なお、上記実施の形態において、流速計測部２４と距離計測部３０との配置関係は上記に限るものではなく、相互の影響が少ないような位置関係であれば、任意の位置に配置可能である。
【００２５】
また、第３の超音波振動子を弁座８の傾斜部１８に配置したが、この位置はこれに限るものではない。流量を算出するにあたり必要な弁体７と弁座８間の距離（ｄ）が求められる位置であれば良い。例えば、弁座８のフラット部１７に配置したり、弁体７の側に配置することも可能である。この様に、流速計測部２４と弁体７、弁座８と一体構成とすることにより、コンパクトで流量範囲の広い流量計を構成することができる。
【００２６】
（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２における流量計の構成図である。４４は弁座８にとりつけられたフローセンサ、４５は流速検知部であり、全体として流速計測部４６を形成している。４７は処理部であり、４８，４９、５０は信号線である。本実施の形態２において、上記以外の構成は実施の形態１と同様であるため、番号は実施の形態１と同じものを用い、説明は省略する。
【００２７】
次に動作、作用を説明する。流速計測部４６における計測はフローセンサ４４を用いて行われる。フローセンサ４４にて計測された信号は信号線４８を介して処理部４７に送られる。また、処理部４７にて処理された内容は信号線５０を介して演算部３５に送られる。
【００２８】
流量計測動作は実施の形態１の図６におけるフローチャートで示したものと同様のプロセスにて実施される。本実施の形態ではフローセンサ４４を弁座８に取りつけた例を示したが、弁体７に取りつけても、弁体７もしくは弁座８の平坦部にとりつけても上記と同様の動作は可能である。
【００２９】
また、流速計測部４５と距離計測部３０との配置関係は上記に限るものではない。相互に影響を与えないような位置関係であれば、任意の位置に配置可能である。以上に示したように、流速計測部４５にフローセンサを用いる構成としたため、１つのセンサで流量計測が可能となり、よりシンプルな流量計を構成することができる。
【００３０】
（実施の形態３）
図９は本発明の実施の形態３における流量計の構成図である。図９において５１は距離計測部であり、５２はレーザ送信部、５３はレーザ受信部、５４はレーザ反射部である。５５、５６は信号線、５７は処理部である。本実施の形態３において、上記以外の構成は実施の形態１と同様であるため、番号は実施の形態１と同じものを用い、説明は省略する。
【００３１】
次に動作、作用を説明する。この場合、弁体７と弁座８間の距離計測は、レーザ送信部５２から発したレーザが弁体７のレーザ反射部５４にて反射し、レーザ受信部５３で受信する方式を用いて行われる。レーザ送信部５２、レーザ受信部５３に対する送受信指示は処理部５７との間で信号線５５、５６を介して行われる。以上に示したように、弁体７と弁座８間の計測をレーザで行う構成としたため、精度の良い距離計測が可能となる。
【００３２】
（実施の形態４）
図１０は本発明の実施の形態４における流量計の構成図である。図１０において５
８は流速兼距離計測部である。５９，６０は信号線である。６１は処理部であり、６２は信号線である。本実施の形態３において、上記以外の構成は実施の形態１と同様であるため、番号は実施の形態１と同じものを用い、説明は省略する。
【００３３】
次に動作、作用を説明する。流速計測は、実施の形態１と同様に第１の超音波振動子２０と第２の超音波振動子２２間の双方向における伝達時間差を利用した公知の方法で行われる。第１の超音波振動子２０と第２の超音波振動子２２に対する送受信指示は処理部６
１とこれら振動子間において、信号線５９、および信号線６０を介して行われる。
【００３４】
また、距離計測も実施の形態１と同様に、例えば第１の超音波振動子２０より発した超音波が、第２の超音波振動子２２にて反射して帰ってくるまでの時間計測により行われる。第１の超音波振動子２０に対する送受信指示も処理部６１との間で信号線５９を介して行われる。この場合、第１の窪み部１９、第２の窪み部２１の無効距離は処理部６１で差引かれ、有効距離ｄが算出される様になっている。
【００３５】
流量計測動作は実施の形態１で示したものと同様のプロセスにて実施される。この実施の形態において、距離計測用に第１の超音波振動子２０を用いたが、第２の超音波振動子２２を用いてもよい。以上に示したように、流速と距離を流速兼距離計測部５８で行う構成としたため、一対の超音波センサのみで流量計測が可能となり、シンプルな流量計を構成することができる。また、距離計測を超音波で行う構成としたため、流量計測の超音波計測回路との共用化が可能となる。
【００３６】
（実施の形態５）
図１１は本発明の実施の形態５における流量計の構成図である。図１１において６３は制御部である。制御部６３は移動信号発生部６４と制御信号発生部６５とにより構成されている。６６，６７は信号線である。本実施の形態５において、上記以外の構成は実施の形態１と同様であるため、番号は実施の形態１と同じものを用い、説明は省略する。
【００３７】
次に動作、作用を説明する。駆動部９の移動は移動信号発生部６４からの指示により、制御信号発生部６５を介して送られることにより行われる。この場合、弁体７と弁座８の間の距離計測は駆動部９に対する移動信号発生部６４にて行われることになる。例えば駆動部９がモータであるとすると、弁体７の移動は間接的に移動信号により読み取れるため、移動信号発生部６４からの信号が距離信号に相当する。すなわち、移動信号発生部６４は距離計測部に相当する。この距離信号は信号線６７を介して、演算部３３に送られる。
【００３８】
以上に示したように、距離計測信号を駆動部９の移動信号を用いることにより、弁体８に距離計測部を設ける必要がなく、コンパクトな構成が可能となる。上記実施の形態において、駆動部９としてモータを用いた場合には、回転位置に対応したエンコーダを用いることにより、距離検知を行うことが出来る。また、駆動部９としてステッピングモータを使用した場合には、送りのパルスをカウントすることにより、距離検知を行うことが出来る。また、駆動部９として、多段駆動型ソレノイド弁を用いた場合には、位置設定精度が向上するため、正確な距離検知を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１における流量計の外装を含む外観斜視図
【図２】同流量計の外装を含む断面図
【図３】同流量計の計測系を示す構成図
【図４】図３におけるＡ−Ｂ線断面図
【図５】同流量計の動作を説明する断面図
【図６】同流量の計測演算部のフローチャート
【図７】流量計の圧力と流量の関係を示す特性図
【図８】本発明の実施の形態２における流量計の構成図
【図９】本発明の実施の形態３における流量計の構成図
【図１０】本発明の実施の形態４における流量計の構成図
【図１１】本発明の実施の形態５における流量計の構成図
【図１２】従来の流量計を示す構成図
【符号の説明】
【００４０】
７  弁体
８  弁座
９  駆動部
１１  制御部
２４  流速計測部
３０  距離計測部
３３  演算部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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