(57)【要約】【課題】計測時の流体密度に基づくサーボモータの制御が可能で、高精度の流量計測が可能な可搬式サーボ型容積流量計を提供する。【解決手段】可搬式容積流量計１は、ケーシング２に配設の計量室３内で流体差圧により回転し流入した一定体積の流体を流出する一対の第１，第２回転子６，７を有する。第１回転子６はサーボモータ１７を連結する。容積流量計１の流入口８と流出口９に設けた圧力検出口１０，１１の圧力差は差圧計１２で求められ、一方、流体の密度は計量室３に通ずる流管に配設の密度計３３で計測される。差圧計１２の差圧信号，密度計３３の密度信号から、サーボ機構が差圧信号を制御目標差圧ＳＶ＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２（ρ：流体密度、Ｖ：回転子６の回転速度、ｇ：重力加速度、ｋ：流量計構造寸法，管摩擦係数で決まる値）となるようにサーボモータ１７を駆動する。その時の回転子６の回転を流量発信器１９により流量信号として取り出す。【選択図】        図１
2004226192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路内に設けられた計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の流体を流出する対をなす第１及び第２回転子とを備え、該回転子の回転から流量を計測する可搬式サーボ型容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかと連結されたサーボモータと、前記計量室の上流側と下流側の差圧を検出する差圧計と、該差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の密度を計測する密度計と、前記差圧計の差圧信号及び前記密度計の密度信号を入力し、該差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動するサーボ機構とを備え、ここで、
ＳＶ  ＝  ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、ρ：被測定流体の密度、Ｖ：流体の流速、ｇ：重力加速度、ｋ：流量計の構造寸法、管摩擦係数等で決まる値）
としたことを特徴とする可搬式サーボ型容積流量計。
【請求項２】
流路内に設けられた計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の流体を流出する対をなす第１及び第２回転子とを備え、該回転子の回転から流量を計測する可搬式サーボ型容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかと連結されたサーボモータと、前記計量室の上流側と下流側の差圧を検出する差圧計と、該差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の温度を計測する温度計と、該温度計から密度を換算する密度算出器と、前記差圧計の差圧信号及び前記密度算出器の密度信号を入力し、該差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動するサーボ機構とを備え、ここで、
ＳＶ  ＝  ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、ρ：被測定流体の密度、Ｖ：流体の流速、ｇ：重力加速度、ｋ：流量計の構造寸法、管摩擦係数等で決まる値）
としたことを特徴とする可搬式サーボ型容積流量計。
【請求項３】
請求項１又は２記載の可搬式サーボ型容積流量計において、前記差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の粘度又は動粘度を計測する粘度計を備え、前記サーボ機構は、差圧信号及び密度信号に加えて前記粘度計の粘度信号又は動粘度信号を入力し、前記差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動し、ここで、
ＳＶ  ＝  （ｋ１（μ／ρ）１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、μ：被測定流体の粘度、μ／ρ：被測定流体の動粘度、ｋ１：摩擦損失係数、ｋ２：形状損失係数）
としたことを特徴とする可搬式サーボ型容積流量計。
【請求項４】
請求項１又は２記載の可搬式サーボ型容積流量計において、前記差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の温度を計測する温度計と、該温度計から粘度又は動粘度を換算する粘度算出器とを備え、前記サーボ機構は、差圧信号及び密度信号に加えて前記粘度算出器の粘度信号又は動粘度信号を入力し、前記差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動し、ここで、
ＳＶ  ＝  （ｋ１（μ／ρ）１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、μ：被測定流体の粘度、μ／ρ：被測定流体の動粘度、ｋ１：摩擦損失係数、ｋ２：形状損失係数）
としたことを特徴とする可搬式サーボ型容積流量計。
【請求項５】
流路内に設けられた計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の流体を流出する対をなす第１及び第２回転子とを備え、該回転子の回転から流量を計測する可搬式サーボ型容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかと連結されたサーボモータと、前記計量室の上流側と下流側の差圧を検出する差圧計と、該差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の粘度又は動粘度を計測する粘度計と、前記差圧計の差圧信号及び前記粘度計の粘度信号又は動粘度信号を入力し、該差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動するサーボ機構とを備え、ここで、
ＳＶ  ＝  （ｋ１（μ／ρ）１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、ρ：被測定流体の密度、Ｖ：流体の流速、ｇ：重力加速度、μ：被測定流体の粘度、μ／ρ：被測定流体の動粘度、ｋ１：摩擦損失係数、ｋ２：形状損失係数）
としたことを特徴とする可搬式サーボ型容積流量計。
【請求項６】
流路内に設けられた計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の流体を流出する対をなす第１及び第２回転子とを備え、該回転子の回転から流量を計測する可搬式サーボ型容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかと連結されたサーボモータと、前記計量室の上流側と下流側の差圧を検出する差圧計と、該差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の温度を計測する温度計と、該温度計から粘度又は動粘度を換算する粘度算出器と、前記差圧計の差圧信号及び前記粘度算出器の粘度信号又は動粘度信号を入力し、該差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動するサーボ機構とを備え、ここで、
ＳＶ  ＝  （ｋ１（μ／ρ）１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、ρ：被測定流体の密度、Ｖ：流体の流速、ｇ：重力加速度、μ：被測定流体の粘度、μ／ρ：被測定流体の動粘度、ｋ１：摩擦損失係数、ｋ２：形状損失係数）
としたことを特徴とする可搬式サーボ型容積流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可搬式サーボ型容積流量計に関し、より詳細には、小流量域から大流量域まで器差がほとんどゼロに近い優れた特性をもつ、基準器として利用可能な可搬式サーボ型容積流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一対の回転子を有する代表的な容積流量計は、計量室と、計量室内で流体差圧により回転する一対の回転子を有し、計量室と回転子とで形成される容積を基準容積として計量室内に流入する被測定流体を回転子の回転に応じて流出することにより、回転子の回転数から流量を求める流量計である。すなわち、容積流量計においては、理想的には基準容積に相当する体積の被測定流体が回転子の回転に比例して排出される。
【０００３】
しかし、実際の容積流量計においては、回転子の回転を可能とするために、回転子と計量室との間には微小な隙間が設けられており、回転子は計量室と接触することなく回転する。また、回転子が回転するためには、機械的要素の負荷、例えば軸受摩擦や計数部の負荷に打ち勝つ回転トルクが必要で、この回転トルクを被測定流体が回転子に作用する流体差圧による回転モーメントにより得ている。このため、被測定流体のエネルギーで回転子を回転させた場合（自力式容積流量計）、この隙間から、極わずかではあるが、入口側から出口側に漏洩が発生する。
【０００４】
図８は、自力式容積流量計の器差特性の一例を示す図である。
図８のように、この漏れの大きさは、流体差圧によるモーメントに対して、摩擦トルクの割合が大きい小流量の範囲で大きく、器差がマイナスとなり、その他の流量域において生ずる差圧の大きさによっても異なり、さらには、図８において３本の器差曲線で示すように、被測定流体の粘度の影響を受け器差特性が変化する。
【０００５】
一方、容積流量計は、直接体積流量が測定でき精度も高いことから、産業用、取り引き用の流量計として広く使用されている。しかし、上述したように原理的に計量室内で回転子が回転するために計量室と回転子との間に存在する隙間による漏洩が、微少流量の測定や、さらに高精度を追求する測定の場合には、無視できなくなる。また、この漏れ量は、容積流量計の流出入口間の圧力損失に比例する。
【０００６】
被測定流体の粘度や密度などの物性値に影響されずに安定した高精度の流量の測定が可能なように、流量計の流出入口間の圧力損失を正確に検出して、この圧力損失が常にゼロになるよう回転子に外部からサーボモータで駆動力を与えてやり、そのときの回転子の動作回転数から流量を測定するようにした流量計が、サーボ型容積流量計である。
【０００７】
従来、サーボ型容積流量計は、上述のごとく、流量の大小にかかわらず、流量計の入口側と出口側の差圧ΔＰを、ΔＰ＝０になるように、回転子の回転をサーボモータで強制駆動し制御していた。これは、容積流量計の流出入口間の圧力損失がゼロになるように流量を測定することができれば、漏れ量もゼロになるという理論に基づいたものである。
【０００８】
しかしながら、従来のサーボ型容積流量計で流量を実際に計測してみると、小流量域においては、従来の自力式容積流量計における大きなマイナス器差が改善されるものの、器差は全般にプラスに転じ、しかも、流量、密度の上昇と共に増大する特性を示すようになる。
【０００９】
図９は、サーボ型容積流量計の流体圧分布の状態を示す模式図である。
プラス器差の原因を説明すると、容積流量計の流出入口間の圧力損失を無差圧に制御するために、サーボモータで回転子を強制的に回転させた場合、容積流量計の流出入口間の圧力損失ΔＰがゼロとなっても、計量室内の回転子の回転方向前面側の圧力は、上昇し、背面側は降下することになり、回転子の回転方向の前面と背面側に、差圧ΔＰｉが発生してしまう。この差圧ΔＰｉにより、ケーシングと回転子間に存在する隙間から、流出側から流入側に被測定流体の漏洩が発生し、それがプラス器差の原因となる。すなわち、ケーシングと回転子の隙間から、この差圧ΔＰｉにより流出側から流入側に漏れる漏洩量が、被測定流体の密度ρ（詳細には動粘度νも）及び回転子の回転速度Ｖと相関する、圧力，流量の増加と共に増大し、器差がプラスとなるのである。
【００１０】
一般に、容積流量計に流体を流したとき、回転子より充分離れた差圧検出位置において、ΔＰの圧力損失が生じたとすると、
ΔＰ＝ΔＰｉ＋ΔＰｅ
が成立する。ここで、ΔＰｉは回転子を回転させるために費やされる圧力損失で、流量計内部の漏れに直接関与するため内部圧力損失という。また、ΔＰｅは流体が流量計を流れるために費やされる圧力損失で、漏れには直接関与しないため外部圧力損失という。
【００１１】
一対の回転子を内蔵した容積流量計において、流量計内部の漏れに関与する回転子前後の差圧ΔＰｉに対し、単位時間当たりの流量計内部の漏洩量Δｑは、μを流体の粘度、Ｑを流量として、
Δｑ＝ｋ１・（ΔＰｉ／μ）＋ｋ２・Ｑ                      …（１）
で表される。但し、ｋ１，ｋ２は回転子とケーシングの形状により決まる定数である。したがって、単位時間当たりの流量計内部の漏洩量は、回転子前後の差圧に比例する一方で流体の動粘度に反比例する項と流量に比例する項に分けられる。
【００１２】
ここで、Ｉを校正される受験器の指示量、Ｑを標準器（基準器）の真実の値とすると、器差Ｅは、
Ｅ＝（（Ｉ−Ｑ）／Ｑ）×１００  （％）                  …（２）
で表される。また、流量計内部の漏洩量Δｑとの関係より
Ｉ−Ｑ＝−Δｑ                                          …（３）
が成立する。したがって、（１），（２），（３）式より、器差Ｅは、
Ｅ＝−（Δｑ／Ｑ）＝−（ｋ１・（ΔＰｉ／（μ・Ｑ））＋ｋ２）…（４）
で表すことができる。ここで、器差Ｅをゼロにするためには、（４）式第１項の回転子前後の差圧ΔＰｉをゼロにすれば、流量計内部の漏洩量もゼロとなり、流量は回転数に正確に比例することにより、器差もだいたいゼロ付近に表れることになる。なお（４）式の第２項は、メータファクタを変更することにより無視することができる。
【００１３】
したがって、サーボ型容積流量計の器差をゼロにするためには、圧力損失ΔＰを検出する位置での差圧を内部圧力損失ΔＰｉ＝０に制御すればよい。つまり、制御目標差圧（ＳＶ：セットバリュー）と外部圧力損失ΔＰｅが同じになるように外部から駆動力を与えることにより、内部圧力損失ΔＰｉがゼロになるため、流量計内部のリークがなくなり、必然的にノンリークつまり器差ゼロの流量計が具現化できる。
【００１４】
そこで、本出願人は、サーボ型容積流量計の回転子の前後の圧力損失ΔＰｉ、すなわち回転子の回転方向前面側と背面側間の内部圧力損失ΔＰｉをゼロに制御するために、ΔＰ＝Ｐｉ＋ΔＰｅ＝ΔＰｅ＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２＝Ｃ・ρ・Ｑ２分だけ、流入側の圧力を高くするようにサーボモータを制御することにより、ケーシングと回転子間の隙間からの被測定流体の漏洩をなくしたサーボ型容積流量計を提案した（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１に記載のサーボ型容積流量計は、流出側から流入側への漏洩による器差特性の悪化を防ぐことが可能な容積流量計である。ここで、ｋ及びＣは、流量計の内部形状・寸法，管摩擦係数等で決まる定数で、例えばλ（Ｌ／Ｄ）を用いて表される（λ：管摩擦係数、Ｌ：流量計内部の管軸長さ、Ｄ：流量計内部の内径）。また、上述のごとく、Ｖを回転子の回転速度としたが管内の流速、又は流量Ｑを用いても良い。以下、特許文献１に記載のサーボ型容積流量計について説明する。
【００１５】
図１０は、従来のサーボ型容積流量計の一実施例を示す概念図で、図中、１′はサーボ型容積流量計、２はケーシング、３は計量室、４は第１回転子軸、５は第２回転子軸、６は第１回転子、７は第２回転子、８は流入口、９は流出口、１０は流入側圧力検出口、１１は流出側圧力検出口、１２は差圧計、１３はディストリビュータＡ、１４は調節計、１６はサーボモータ駆動回路、１７はサーボモータ（Ｓ．Ｍ）、１８はタコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）、１９は流量発信器（Ｐ．Ｇ）、２０はＦ／Ｖ変換器、２１はリニアライザ、２２は圧力計、２３はディストリビュータＢ、２４は乗算器である。
【００１６】
サーボ型容積流量計１′は、流入口８と流出口９に連通し、流路（ケーシング２）に形成された計量室３と、この計量室３内に固着された第１回転子軸４及び第２回転子軸５に各々軸支された第１回転子６及び第２回転子７とからなっている。第１回転子６及び第２回転子７は、本体外部すなわち計量室３外部にそれぞれ設けたパイロット歯車（図示せず）の噛合により、互いに反対方向に同期回転可能とする。第１回転子６側（本実施例では第１回転子６側となっているが、第２回転子７側でもよい）のパイロット歯車には、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の駆動軸が接合されている。
【００１７】
サーボ型容積流量計１′の流入口８側と流出口９側には、それぞれ流入側圧力検出口１０、流出側圧力検出口１１が設けられ、流入口８及び流出口９の圧力は、両圧力検出口１０，１１から導管により、差圧計１２に導かれ、サーボ型容積流量計１′の流出入口間（ここでは計量室３の流出入口間）の圧力損失が測定される。サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の駆動軸には、タコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８も直結されており、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７、タコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８、及び第１回転子６側のパイロット歯車は、互いに縦接続されている。
【００１８】
タコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８は、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転に比例した電圧値を発生して、その出力は、サーボモータ駆動回路１６を介し、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７にフィードバックされる。流量発信器（Ｐ．Ｇ）１９は、第１回転子６（本実施例では、第１回転子６となっているが、第２回転子７でもよい）の回転数を計測する機構を有し、流量に比例するパルスを発生する。
【００１９】
Ｆ／Ｖ変換器２０は、流量発信器（Ｐ．Ｇ）１９からの流量を表すパルス信号を、その周波数に比例するアナログ電圧に変換するもので、回転子の回転速度Ｖに相当する信号を出力する。リニアライザ２１は、Ｆ／Ｖ変換器２０の出力を平方し、回転子の回転速度Ｖの２乗Ｖ２に相当する信号を出力する。
【００２０】
圧力計２２は、流入側圧力検出口１０（或いは、流出側圧力検出口１１）の圧力を、流体圧力Ｐに相当する電圧信号に変換する。ディストリビュータＢ２３は、圧力計２２からの流体圧力Ｐに相当する電圧信号を、被測定流体が気体の場合、流体圧力Ｐに比例する流体密度ρに相当する電圧信号に変換する。なお、液体の場合は、流体圧力Ｐにより流体密度ρは変わらなく、液体の種類により決まるので、圧力計２２は不要であり、直接、外部から乗算器２４に被測定液体に応じた値を設定入力するようにしてもよい。
【００２１】
差圧計１２は、流入側圧力検出口１０と流出側圧力検出口１１との差圧ΔＰを検出し、その差圧信号をディストリビュータＡ１３へ出力する。ディストリビュータＡ１３は、入力された差圧信号を差圧に比例した電圧値Ｖｐに変換し、調節計１４のもう一方の端子へ出力する。乗算器２４は、リニアライザ２１からの回転子の回転速度Ｖの２乗に相当する信号（Ｖ２）と、ディストリビュータＢ２３からの密度ρに相当する信号（ρ）とを乗算し、ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２に相当する信号Ｖｓを、調節計１４の目標設定値（制御目標差圧となるＳＶ値（セットバリュー）であり、基準値ともいえる）として出力する。なお、実際には定数ｋ０＝ｋ（１／２ｇ）を用意しておけばよく、また例えばｋ０＝ｋ（１／２ｇ）＝λ（Ｌ／Ｄ）・（１／２ｇ）となる。調節計１４では、流量計の入口側と出口側の差圧ΔＰに相当する信号Ｖｐ（ＰＶ値（プロセスバリュー）に対応する）が入力され、乗算器２４からの信号Ｖｓと比較され、Ｖｐ−Ｖｓ＝（ΔＰ−ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２）に相当する信号Ｖ１が、サーボモータ駆動回路１６の一方の入力端子に出力される。
【００２２】
サーボモータ駆動回路１６のもう一方の入力端子には、タコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８の出力信号Ｖ２がフィードバックされて接続されて、これにより、調節計１４から入力される、サーボ型容積流量計１′の流出入口間の圧力損失ΔＰに相当する差圧信号Ｖｐ（差圧計１２で検出）と目標設定値Ｖｓとの比較値Ｖ１と、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転数に相当するタコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８の出力Ｖ２とが等しくなるように、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転を制御するサーボ機構を形成している。
【００２３】
上述のごとき構成により、被測定流体が矢印方向に流れた状態において、従来のようにサーボ型容積流量計の流入側と流出側の差圧ΔＰをゼロに制御するのではなく、回転子の回転速度（Ｖ）に応じて流量計内部で発生する外部圧力損失ΔＰｅ＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２分だけ、流入側の圧力を高くするようにサーボモータを制御することにより、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰｉをゼロとする。これにより、流入側と流出側の差圧ΔＰをゼロに制御するサーボ型容積流量計において生ずる回転子の前後面間の前記差圧ΔＰｉとは逆方向の差圧を消去することができ、それに伴うケーシングと回転子間の隙間からの逆流による漏洩をより少なくしている。
【００２４】
図１１は、図１０のサーボ型容積流量計による器差特性の一例を示す図で、図中、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれ被測定流体の流体圧力を示している。
図１１のように、特許文献１に記載のサーボ型容積流量計の器差特性は、被測定流体の圧力の大きさに拘わらず、小流量域から大流量域まで、器差が、ほとんどゼロに近い直線的な優れた特性を示していることがわかる。なお、回転子の回転速度Ｖは、回転子の先端と、回転子の根本で、速度が異なるため平均速度で計算した値で制御するか、ケーシングと回転子の先端との隙間を考慮し、回転子の先端の速度で計算した値に近い値の差圧に制御すると、より精度の向上が計られる。
【００２５】
なお、以上は、ハード構成で制御系を構成した場合の説明であるが、マイクロコンピュータで制御系を組む場合には、上記と同様な動作処理をソフトウェア化して組めばよいし、被測定流体の名称と密度の関係をテーブル化しておけば、被測定流体の名称を選択するだけで、被測定流体の種類に応じた密度設定ができる。
【００２６】
【特許文献１】
特許第３３３１２１２号公報
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
実際、サーボ型容積流量計において制御目標差圧であるＳＶ値を決定する外部圧力損失ΔＰｅは、サーボ型容積流量計内を流動する流体（特に液体の場合）の密度や動粘度に応じて変わるので、より精確な流量の計測を行うためには精確な密度値が必要となり、さらに精確な流量計測を行うためには精確な動粘度値が必要となる。特に、サーボ型容積流量計を、高精度の基準（標準）流量計として、持ち運んで様々なフィールドに適用させる場合、密度値及び／又は動粘度値を精確に検出することが絶対条件となる。
【００２８】
しかしながら、従来のサーボ型容積流量計は、被測定流体の種類に対応する密度値をもつ密度テーブルなどに予め格納された密度値や、別途入力された密度値を用いて、サーボモータを駆動制御するための外部圧力損失を求めていた。これらの密度値はいずれも時間的に固定された値で利用されており、例えば特許文献１に記載のサーボ型容積流量計においても、密度検出を具体的に行っている訳ではない。
【００２９】
さらに、従来のサーボ型容積流量計は、動粘度値に依存する制御は行っておらず、実際には、被測定流体に対する上述の値ｋを、流量計の内部形状・寸法，管摩擦係数等で決まる定数、例えばλ（Ｌ／Ｄ）を用いて表される実測値に基づく定数として扱っていた。
【００３０】
一方、サーボ型容積流量計を、高精度の可搬式の基準（標準）流量計として持ち運び、被試験流量計の器差チェックなどに用いる場合に、チェック対象の被試験流量計又はその配管内にリアルタイム計測が可能な密度計や動粘度計が配設されているとは限らない。
【００３１】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、サーボ型容積流量計における回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰｉをゼロとしケーシングと回転子間の隙間からのリークをなくすために、回転子の回転速度に応じて発生する差圧分だけ流入側の圧力を高くするようにサーボモータを制御するに際し、流量計測時の流体密度及び／又は流体動粘度（／流体粘度）に基づいた制御を行うことが可能で、結果として高精度の流量計測が可能な、可搬式サーボ型容積流量計を提供することをその目的とする。
【００３２】
また、本発明に係る可搬式サーボ型容積流量計を用いて、他の流量計（被試験流量計）の器差等を、通信ネットワークを介して検定する流量計検定システムを提供することも可能である。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の技術手段により構成される。
第１の技術手段は、流路内に設けられた計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の流体を流出する対をなす第１及び第２回転子とを備え、該回転子の回転から流量を計測する可搬式サーボ型容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかと連結されたサーボモータと、前記計量室の上流側と下流側の差圧を検出する差圧計と、該差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の密度を計測する密度計と、前記差圧計の差圧信号及び前記密度計の密度信号を入力し、該差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動するサーボ機構とを備え、ここで、
ＳＶ  ＝  ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、ρ：被測定流体の密度、Ｖ：流体の流速、ｇ：重力加速度、ｋ：流量計の構造寸法、管摩擦係数等で決まる値）
としたことを特徴としたものである。ここで、ｋは、流量計の入口，出口の形状・寸法及び、内部形状・寸法、管摩擦係数等で決まる値で、例えばｋ＝λ（Ｌ／Ｄ）で表わされ、各部分部分で計算した総和であり（λ：管摩擦係数、Ｌ：流量計各部の管軸長さ、Ｄ：流量計各部の内径）、また、Ｖは、管内の流速又は流量としても回転子の回転速度としても良い（以下の技術手段においても同様）。
【００３４】
第２の技術手段は、流路内に設けられた計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の流体を流出する対をなす第１及び第２回転子とを備え、該回転子の回転から流量を計測する可搬式サーボ型容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかと連結されたサーボモータと、前記計量室の上流側と下流側の差圧を検出する差圧計と、該差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の温度を計測する温度計と、該温度計から密度を換算する密度算出器と、前記差圧計の差圧信号及び前記密度算出器の密度信号を入力し、該差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動するサーボ機構とを備え、ここで、
ＳＶ  ＝  ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、ρ：被測定流体の密度、Ｖ：流体の流速、ｇ：重力加速度、ｋ：流量計の構造寸法、管摩擦係数等で決まる値）
としたことを特徴としたものである。
【００３５】
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の粘度又は動粘度を計測する粘度計を備え、前記サーボ機構は、差圧信号及び密度信号に加えて前記粘度計の粘度信号又は動粘度信号を入力し、前記差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動し、ここで、
ＳＶ  ＝  （ｋ１（μ／ρ）１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、μ：被測定流体の粘度、μ／ρ：被測定流体の動粘度、ｋ１：摩擦損失係数、ｋ２：形状損失係数）
としたことを特徴としたものである。
【００３６】
第４の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の温度を計測する温度計と、該温度計から粘度又は動粘度を換算する粘度算出器とを備え、前記サーボ機構は、差圧信号及び密度信号に加えて前記粘度算出器の粘度信号又は動粘度信号を入力し、前記差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動し、ここで、
ＳＶ  ＝  （ｋ１（μ／ρ）１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、μ：被測定流体の粘度、μ／ρ：被測定流体の動粘度、ｋ１：摩擦損失係数、ｋ２：形状損失係数）
としたことを特徴としたものである。
【００３７】
第５の技術手段は、流路内に設けられた計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の流体を流出する対をなす第１及び第２回転子とを備え、該回転子の回転から流量を計測する可搬式サーボ型容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかと連結されたサーボモータと、前記計量室の上流側と下流側の差圧を検出する差圧計と、該差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の粘度又は動粘度を計測する粘度計と、前記差圧計の差圧信号及び前記粘度計の粘度信号又は動粘度信号を入力し、該差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動するサーボ機構とを備え、ここで、
ＳＶ  ＝  （ｋ１（μ／ρ）１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、ρ：被測定流体の密度、Ｖ：流体の流速、ｇ：重力加速度、μ：被測定流体の粘度、μ／ρ：被測定流体の動粘度、ｋ１：摩擦損失係数、ｋ２：形状損失係数）
としたことを特徴としたものである。
【００３８】
第６の技術手段は、流路内に設けられた計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の流体を流出する対をなす第１及び第２回転子とを備え、該回転子の回転から流量を計測する可搬式サーボ型容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかと連結されたサーボモータと、前記計量室の上流側と下流側の差圧を検出する差圧計と、該差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の温度を計測する温度計と、該温度計から粘度又は動粘度を換算する粘度算出器と、前記差圧計の差圧信号及び前記粘度算出器の粘度信号又は動粘度信号を入力し、該差圧信号が制御目標差圧ＳＶとなるように前記サーボモータを駆動するサーボ機構とを備え、ここで、
ＳＶ  ＝  （ｋ１（μ／ρ）１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、ρ：被測定流体の密度、Ｖ：流体の流速、ｇ：重力加速度、μ：被測定流体の粘度、μ／ρ：被測定流体の動粘度、ｋ１：摩擦損失係数、ｋ２：形状損失係数）
としたことを特徴としたものである。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図で、図中、１は可搬式サーボ型容積流量計である。また、図中、２はケーシング、３は計量室、４は第１回転子軸、５は第２回転子軸、６は第１回転子、７は第２回転子、８は流入口、９は流出口、１０は流入側圧力検出口、１１は流出側圧力検出口、１２は差圧計、１３はディストリビュータＡ、１４は調節計、１６はサーボモータ駆動回路、１７はサーボモータ（Ｓ．Ｍ）、１８はタコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）、１９は流量発信器（Ｐ．Ｇ）、２０はＦ／Ｖ変換器、２１はリニアライザ、２４は乗算器であり、これらは、図１０に示した従来のサーボ型容積流量計における同一の符号を付した構成要素と基本的に同じ機能を有する構成要素であり、その詳細な説明を省略している。
【００４０】
本発明の第１の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計（以下、可搬式容積流量計ともいう）は、図１０に示したサーボ型容積流量計に密度計を併設し、密度計で計測された密度をサーボモータの駆動制御に使用するようにしている。なお、この密度計は、図１０のサーボ型容積流量計において計量室３に通ずる流管にその上流側，下流側のいずれかに直列で配設すればよいが、差圧計１２の上流側又は下流側に、すなわち流入側圧力検出口１０と流出側圧力検出口１１との間ではない位置に配設されている必要がある。これは、被測定流体が分岐してバイパスしないように且つ制御に用いる差圧を精確に検出するためである。
【００４１】
本実施例の可搬式容積流量計１は、図１０の圧力計２２及びディストリビュータＢ２３の代わりに、流路の上流側に密度計３３を備え、さらに流路から密度計３３の在る分流路に流体を導入するために、流体導入口（流体導入部）３１、流体導出口（流体導出部）３２、及びそれらの間の流管上に設けられた絞り機構３４を設けている。密度計３３は、所謂オンライン型の密度計であり、流体密度ρに相当する電圧信号を、逐次リアルタイムに、乗算器２４へ出力する。なお、その接合部を図示はしないが、既存のオンライン型密度計と図１０のサーボ型容積流量計を接合したタイプの可搬式容積流量計としてもよいし、さらには、図示しないが、差込タイプの密度計（振動式密度計など）のプローブをそのまま測定管に挿入した形態を採用してもよい。差込タイプの密度計の場合、流入側圧力検出口１０や流出側圧力検出口１１を上手く利用してプローブを差し込んでもよい（ただし、制御に用いる差圧を精確に検出することを前提とする）。なお、図３で例示する密度計としては、層流では差圧が密度に比例することを利用して密度を算出するものなどを採用可能である。
【００４２】
可搬式容積流量計１における計量室３の流出入口間の圧力損失は、両圧力検出口１０，１１付近の圧力が導管により差圧計１２に導かれることで測定されるものとする。乗算器２４は、リニアライザ２１からの回転子の回転速度Ｖの２乗に相当する信号（Ｖ２）と、密度計３３からの密度ρに相当する信号（ρ）とを乗算し、ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２に相当する信号Ｖｓを、調節計１４の目標設定値（制御目標差圧となるＳＶ値）として出力する。なお、実際には定数ｋ０＝ｋ（１／２ｇ）を用意しておけばよく、また例えばｋ０＝ｋ・（１／２ｇ）＝λ・（Ｌ／Ｄ）・（１／２ｇ）を満たす値となる。ここで、λは、定数でなく、後述するように被測定流体の動粘度（／粘度）に依存する値としてもよく、動粘度（／粘度）の値をユーザが入力することで可変としてもよい。
【００４３】
調節計１４では、差圧計１２で得た流量計の入口側と出口側の差圧ΔＰに相当する信号Ｖｐ（ＰＶ値に対応する）が入力され、乗算器２４からの信号Ｖｓと比較され、Ｖｐ−Ｖｓ＝（ΔＰ−ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２）に相当する信号Ｖ１が、サーボモータ駆動回路１６の一方の入力端子に出力される。本発明では、このように、密度計３３から直接密度値をリアルタイムに検出して、それを方程式に代入することによりＳＶ値を決定する。
【００４４】
サーボモータ駆動回路１６のもう一方の入力端子には、図１０と同様に、タコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８の出力信号Ｖ２がフィードバックされて接続されて、これにより、調節計１４から入力される、可搬式容積流量計１の流出入口間の圧力損失ΔＰに相当する差圧信号Ｖｐ（差圧計１２で検出）と目標設定値信号Ｖｓとの比較値Ｖ１と、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転数に相当するタコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８の出力Ｖ２とが等しくなるように、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転を制御するサーボ機構を形成している。さらに、差圧信号がＳＶ（＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２）となるようにサーボモータ１７を駆動するサーボ機構を、マイクロコンピュータに組み込んだプログラムにより実現するようにしてもよい。
【００４５】
上述のごとき構成により、被測定流体が矢印方向に流れた状態において、従来のようにサーボ型可搬式容積流量計の流入側と流出側の差圧ΔＰをゼロに制御するのではなく、回転子の回転速度（Ｖ）に応じて流量計内部で発生する外部圧力損失ΔＰｅ＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２分だけ、流入側の圧力を高くするように可搬式サーボ型容積流量計を制御することにより、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰｉをゼロとする。これにより、流入側と流出側の差圧ΔＰをゼロに制御するサーボ型可搬式容積流量計において生ずる回転子の前後面間の前記差圧ΔＰｉとは逆方向の差圧を消去することができ、それに伴うケーシングと回転子間の隙間からの逆流による漏洩をより少なくしている。
【００４６】
ここで、内部圧力損失ΔＰｉは、各々の流量計において、密度，粘度，温度，圧力，摩擦（摩擦抵抗）などの物理的或いは径時的に大きく変動する要素が多いが、外部圧力損失ΔＰｅは、物理的には密度と動粘度（／粘度）の極微少な変化による影響を受けるがそれらのいずれか又は双方を考慮することで、流量計の流路により一義的に決定するため（特に双方を考慮することでより精確に決定する）、ΔＰｉ＝０、つまりΔＰｅ＝ＳＶに制御することは、経年変化も含めて種々の器差精度への影響を受け難いものとなる。したがって、上述のごとく、制御目標差圧であるＳＶ値が常に外部圧力損失ΔＰｅになるように回転子（ロータ）の回転を制御する可搬式サーボ型容積流量計に、密度値ρを検出する密度計を図１０のサーボ型容積流量計に併設（流路に直列）しており、精確な密度値ρを得ることができるので、本実施形態によれば、様々な流体に対してより高精度で簡単な計測が可能で、被測定流体の適用性に富んだ可搬式のサーボ型容積流量計を提供できる。この可搬式サーボ型容積流量計は、特に未知の流体を用いた流量計の校正試験など流量計のチェック，校正に、基準流量計として適用することができる。
【００４７】
すなわち、本実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計によれば、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰ０をゼロとしケーシングと回転子間の隙間からのリークをなくすために、回転子の回転速度に応じて発生する差圧分だけ流入側の圧力を高くするようサーボモータを制御するに際し、流量計測時のリアルタイムの流体密度に基づいた制御を行うことが可能であり、その結果、より高精度の流量計測が可能となる。なお、本実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計は、気体用、液体用の何れも適用可能である。さらに、本実施形態によれば、この可搬式容積流量計を、密度計測が不能な被試験流量計に対しても、精確な器差チェックを行うための基準器として機能させることが可能である。
【００４８】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図である。
本発明の第２の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計は、図１に示した可搬式容積流量計における密度計の代わりに、差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の温度を計測する温度計と、温度から密度を換算する密度算出器とを併設し、密度算出器で算出された密度をサーボモータの駆動制御に使用するようにしている。なお、この温度計は、図１０のサーボ型容積流量計において計量室３に通ずる流管にその上流側，下流側のいずれかに直列で配設すればよいが、差圧計１２の上流側又は下流側に、すなわち流入側圧力検出口１０と流出側圧力検出口１１との間ではない位置に配設されている必要がある。これは、被測定流体が分岐してバイパスしないように且つ制御に用いる差圧を精確に検出するためである。なお、図２中、図１に示した可搬式容積流量計における構成要素と同一の符号を付した構成要素は、基本的に同じ機能を有するものとし、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
本実施例の可搬式容積流量計１は、流路の上流側の温度計挿入口３５に温度計３７のプローブ３６を挿入している。温度計３７は、流体温度Ｔに相当する電圧信号を、逐次リアルタイムに、密度算出器３８へ出力する。密度算出器３８は、予め指定した流体の性質などから求めた換算値に基づいて、入力された温度信号を密度信号に換算し、その密度の電圧信号を乗算器２４へ出力する。なお、本実施例の可搬式容積流量計１には、特に気体用や種類の不明な液体用に有益なよう、図１０の圧力計２２及びディストリビュータＢ２３を備え、温度だけでなく、流体圧力Ｐに依る流体密度ρの変化を考慮するようにしてもよい。
【００５０】
乗算器２４は、リニアライザ２１からの回転子の回転速度Ｖの２乗に相当する信号（Ｖ２）と、密度算出器３８からの密度ρに相当する信号（ρ）とを乗算し、ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２に相当する信号Ｖｓを、調節計１４の目標設定値として出力する。なお、実際には定数ｋ０＝ｋ（１／２ｇ）を用意しておけばよく、また例えばｋ０＝ｋ・（１／２ｇ）＝λ・（Ｌ／Ｄ）・（１／２ｇ）を満たす値となる。ここで、λは、定数でなく被測定流体の動粘度に依存する値としてもよく、動粘度の値をユーザが入力することで可変としてもよい。
【００５１】
調節計１４では、差圧計１２で得た流量計の入口側と出口側の差圧ΔＰに相当する信号Ｖｐ（ＰＶ値に対応する）が入力され、乗算器２４からの信号Ｖｓと比較され、Ｖｐ−Ｖｓ＝（ΔＰ−ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２）に相当する信号Ｖ１が、サーボモータ駆動回路１６の一方の入力端子に出力される。本実施形態では、このように、温度計３７から間接的に密度値をリアルタイムに求めて、それを方程式に代入することによりＳＶ値を演算処理し、決定する。すなわち、併設した温度計３７の温度より、密度算出器３８で格納した、予め作成の密度テーブルからリアルタイムに密度値を導きだし、それを方程式に代入することによりＳＶ値を決定する。なお、温度計は、いずれかに配設された密度計などに具備されている温度計を利用してもよい。
【００５２】
サーボモータ駆動回路１６のもう一方の入力端子には、図１０と同様に、タコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８の出力信号Ｖ２がフィードバックされて接続されて、これにより、調節計１４から入力される、可搬式容積流量計１の流出入口間の圧力損失ΔＰに相当する差圧信号Ｖｐ（差圧計１２で検出）と目標設定値Ｖｓとの比較値Ｖ１と、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転数に相当するタコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８の出力Ｖ２とが等しくなるように、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転を制御するサーボ機構を形成している。さらに、差圧信号がＳＶ（＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２）となるようにサーボモータ１７を駆動するサーボ機構を、マイクロコンピュータに組み込んだプログラムにより実現するようにしてもよい。
【００５３】
上述のごとき構成により、図１で説明した第１の実施形態と同様に、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰｉをゼロとし、これにより、ケーシングと回転子間の隙間からの逆流による漏洩をより少なくしている。さらに、上述のごとく、制御目標差圧であるＳＶ値が常に外部圧力損失ΔＰｅになるように回転子（ロータ）の回転を制御する可搬式サーボ型容積流量計に、密度値ρを検出する温度計（及び密度算出器）を図１０のサーボ型容積流量計に併設（流路に直列）しており、精確な密度値ρを得ることができるので、第２の実施形態によれば、様々な流体に対してより高精度で簡単な計測が可能で、被測定流体の適用性に富んだ可搬式のサーボ型容積流量計を提供できる。この可搬式サーボ型容積流量計は、特に未知の流体を用いた流量計の校正試験など流量計のチェック，校正に、基準流量計として適用することができる。
【００５４】
すなわち、第２の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計によれば、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰ０をゼロとしケーシングと回転子間の隙間からのリークをなくすために、回転子の回転速度に応じて発生する差圧分だけ流入側の圧力を高くするようサーボモータを制御するに際し、流量計測時のリアルタイムの流体温度による流体密度に基づいた制御を行うことが可能であり、その結果、より高精度の流量計測が可能となる。なお、本実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計は、気体用、液体用の何れも適用可能である。さらに、本実施形態によれば、この可搬式容積流量計を、密度計測が不能な被試験流量計に対しても、精確な器差チェックを行うための基準器として機能させることが可能である。
【００５５】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図で、図中、１は可搬式サーボ型容積流量計である。また、図中、２はケーシング、３は計量室、４は第１回転子軸、５は第２回転子軸、６は第１回転子、７は第２回転子、８は流入口、９は流出口、１０は流入側圧力検出口、１１は流出側圧力検出口、１２は差圧計、１３はディストリビュータＡ、１４は調節計、１６はサーボモータ駆動回路、１７はサーボモータ（Ｓ．Ｍ）、１８はタコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）、１９は流量発信器（Ｐ．Ｇ）、２０はＦ／Ｖ変換器、２１はリニアライザ、２４は乗算器であり、これらは、図１０に示した従来のサーボ型容積流量計における同一の符号を付した構成要素と基本的に同じ機能を有する構成要素であり、その詳細な説明を省略している。
【００５６】
本発明の第３の実施形態に係る可搬式容積流量計は、図１０に示したサーボ型容積流量計に粘度又は動粘度を計測する粘度計を併設し、粘度計で計測された粘度又は動粘度をサーボモータの駆動制御に使用するようにしている。なお、この粘度計は、図１０のサーボ型容積流量計において計量室３に通ずる流管にその上流側，下流側のいずれかに直列で配設すればよいが、差圧計１２の上流側又は下流側に、すなわち流入側圧力検出口１０と流出側圧力検出口１１との間ではない位置に配設されている必要がある。これは、被測定流体が分岐してバイパスしないように且つ制御に用いる差圧を精確に検出するためである。また、粘度計としては、密度を粘度と共に計測するなどして動粘度を計測する粘度計や、直接的に動粘度を計測する粘度計、さらには密度を他の密度計又は温度計から求めるか代表値を用いるなどして単に粘度を計測する粘度計のいずれでも採用してもよい。
【００５７】
実際に、次に示すように、制御目標差圧値（ＳＶ値）は、厳密には摩擦抵抗と形状抵抗の総和となり、そのうち摩擦抵抗は粘度μ或いは動粘度νの関数となる。したがって、特に本発明でのように高精度の計測を行うためには、ＳＶ値の方程式に動粘度又は粘度の項が必要となる。
以下に、制御目標差圧ＳＶは、厳密には摩擦抵抗と形状抵抗の総和となり、そのうち摩擦抵抗が粘度μ或いは動粘度νの関数となることを説明する。
【００５８】
まず、第１又は第２の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計は、下記制御目標差圧ＳＶを外部圧力損失ΔＰｅとしてサーボモータを制御している。
ＳＶ＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
（但し、ρ：被測定流体の密度、Ｖ：流体の流速、ｇ：重力加速度、ｋ：流量計の構造寸法、管摩擦係数等で決まる値）
【００５９】
外部圧力損失ΔＰｅを水理学的に考察すると、水流の断面、水流勾配などが位置および時刻について変化しない等流量における水頭損失は、流動に対する抵抗にうちかって等速運動を継続するためのもので、この抵抗を摩擦抵抗という。一方、水流の状況にやや変化のあるときは、そのための余分なエネルギー損失が生じ、これを形状抵抗という。外部圧力損失つまり制御目標差圧ＳＶは、摩擦抵抗損失ΔＰ１と形状抵抗損失ΔＰ２の総和となる。したがって、ＳＶは下式で表される。
ＳＶ＝ΔＰ１＋ΔＰ２
【００６０】
摩擦抵抗による損失を求めるＤａｒｃｙ−Ｗｅｉｓｂａｃｈの一般式は、内径ｄの真直ぐな円管内を密度ρの流体が平均流速Ｖで流れているとき、助走区間を終了して流れが十分に発達した領域において管軸長さＬの区間の摩擦による損失ヘッドをｈ、入口側の圧力をＰ１、出口側の圧力をＰ２、λを摩擦係数、とすると、次式で表される。
ｈ＝（Ｐ１−Ｐ２）／ρｇ＝λ・（Ｌ／ｄ）・（１／２ｇ）・Ｖ２
ΔＰ１＝（Ｐ１−Ｐ２）／ｇ＝λ・（Ｌ／ｄ）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
【００６１】
摩擦係数λは、流速，管径，管内面の粗度，流体の粘性によって変化するが、ここでは滑らかな管内の乱流と考えると、Ｂｌａｓｉｕｓの抵抗公式よりＲｅをレイノルズ数として、次式となる。
λ＝０．３１６４／Ｒｅ１／４
Ｒｅ＝Ｖ＊Ｄ＊ρ／μ＝Ｖ＊Ｄ＊／ν
ここで、Ｖ＊は代表速度、Ｄ＊は代表寸法、μは粘度、νは動粘度である。
【００６２】
したがって、ｋ１を摩擦損失係数とすると、摩擦損失ΔＰ１は次式となる。
2004226192.tif 000003
【００６３】
一方、流路の断面積変化を伴う流れや外力を受ける等断面積の流れなどは、形状抵抗による損失となり、各種流路の形状により異なる形状損失係数をｋ２とすると、形状損失ΔＰ２は次式となる。
ΔＰ２＝ｋ２・（ρ／２ｇ）・Ｖ２
【００６４】
上記２式より、ＳＶは次式となる。
2004226192.tif 000004
これより、ＳＶは動粘度（〔粘度〕／〔密度〕）及び密度の関数となり、動粘度（又は密度及び粘度）を精密に測定することにより、より高精度な計測が可能になる。
【００６５】
また、本実施例の可搬式容積流量計１は、流路の上流側に粘度計４３を備え、さらに流路から粘度計４３の在る分流路に流体を導入するために、流体導入口（流体導入部）４１、流体導出口（流体導出部）４２、及びそれらの間の流管上に設けられた絞り機構４４を設けている。図３で例示する粘度計４３は、所謂オンライン型の動粘度計であり、流体の動粘度νに相当する電圧信号を、逐次リアルタイムに、乗算器２４へ出力する。なお、その接合部を図示はしないが、既存のオンライン型動粘度計と図１０のサーボ型容積流量計を接合したタイプの可搬式容積流量計としてもよいし、さらには、図示しないが、差込タイプの動粘度計（振動式粘度計など）のプローブをそのまま測定管に挿入した形態を採用してもよい。差込タイプの粘度計の場合、流入側圧力検出口１０や流出側圧力検出口１１を上手く利用してプローブを差し込んでもよい（ただし、制御に用いる差圧を精確に検出することを前提とする）。なお、図３で例示する粘度計としては、層流では差圧が動粘度に比例することを利用して動粘度を算出するものなどを採用可能である。
【００６６】
なお、本実施例の可搬式容積流量計１は、流体の密度を乗算器２４にユーザ入力するものとして図示しているが、図１０の圧力計２２及びディストリビュータＢ２３を備えてもよい。
【００６７】
可搬式容積流量計１における計量室３の流出入口間の圧力損失は、両圧力検出口１０，１１付近の圧力が導管により差圧計１２に導かれることで測定されるものとする。乗算器２４は、リニアライザ２１からの回転子の回転速度Ｖの２乗に相当する信号（Ｖ２）と、粘度計４３からの動粘度νに相当する信号（ν）と、流体密度ρとから、（ｋ１ν１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２に相当する信号Ｖｓを、調節計１４の目標設定値（ＳＶ値）として出力する。なお、（ｋ１ν１／４＋ｋ２）は上述したｋに対応し、ｋ１，ｋ２は同様に２ｇで除した値を予め用いてもよい。また、上述のごとく、粘度計４３の代わりに粘度を求める粘度計を用いてもよく、その場合、密度は乗算器２４に格納或いは随時入力された値を用いるとよく、ＳＶ＝（ｋ１（μ／ρ）１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２に粘度μを代入するとよい。本実施形態においては、動粘度又は粘度の値をリアルタイムに入力するものとする。
【００６８】
調節計１４では、差圧計１２で得た流量計の入口側と出口側の差圧ΔＰに相当する信号Ｖｐ（ＰＶ値に対応する）が入力され、乗算器２４からの信号Ｖｓと比較され、Ｖｐ−Ｖｓ＝（ΔＰ−（ｋ１ν１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２）に相当する信号Ｖ１が、サーボモータ駆動回路１６の一方の入力端子に出力される。本実施形態では、このように、粘度計４３から直接動粘度値又は粘度値をリアルタイムに検出して、それを方程式に代入することによりＳＶ値を決定する。
【００６９】
サーボモータ駆動回路１６のもう一方の入力端子には、図１０と同様に、タコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８の出力信号Ｖ２がフィードバックされて接続されて、これにより、調節計１４から入力される、可搬式容積流量計１の流出入口間の圧力損失ΔＰに相当する差圧信号Ｖｐ（差圧計１２で検出）と目標設定値Ｖｓとの比較値Ｖ１と、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転数に相当するタコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８の出力Ｖ２とが等しくなるように、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転を制御するサーボ機構を形成している。さらに、差圧信号がＳＶ＝（ｋ１ν１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２となるようにサーボモータ１７を駆動するサーボ機構を、マイクロコンピュータに組み込んだプログラムにより実現するようにしてもよい。また、粘度を計測する場合も、ν＝μ／ρとして同様に処理すればよい。
【００７０】
上述のごとき構成により、図１で説明した第１の実施形態と同様に、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰｉをゼロとし、これにより、ケーシングと回転子間の隙間からの逆流による漏洩をより少なくしている。また、上述のごとく、外部圧力損失ΔＰｅは、物理的には密度と動粘度（又は粘度）の極微少な変化による影響を受けるがそれらのいずれか又は双方を考慮することで、流量計の流路により一義的に決定するため（特に双方を考慮することでより精確に決定する）、ΔＰｉ＝０、つまりΔＰｅ＝ＳＶに制御することは、経年変化も含めて種々の器差精度への影響を受け難いものとなる。したがって、上述のごとく、制御目標差圧であるＳＶ値が常に外部圧力損失ΔＰｅになるように回転子（ロータ）の回転を制御する可搬式サーボ型容積流量計に、動粘度値ν又は粘度値μを検出する粘度計を図１０のサーボ型容積流量計に併設（流路に直列）し、精確な動粘度値ν又は粘度値μを得ることが可能なようにしているので、第３の実施形態によれば、様々な流体に対してより高精度で簡単な計測が可能で、被測定流体の適用性に富んだ可搬式のサーボ型容積流量計を提供できる。この可搬式サーボ型容積流量計は、特に未知の流体を用いた流量計の校正試験など流量計のチェック，校正に、基準流量計として適用することができる。
【００７１】
すなわち、第３の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計によれば、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰ０をゼロとしケーシングと回転子間の隙間からのリークをなくすために、回転子の回転速度に応じて発生する差圧分だけ流入側の圧力を高くするようサーボモータを制御するに際し、流量計測時のリアルタイムの流体動粘度又は流体粘度に基づいた制御を行うことが可能であり、その結果、より高精度の流量計測が可能となる。なお、本実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計は、気体用、液体用の何れも適用可能である。さらに、本実施形態によれば、この可搬式容積流量計を、動粘度又は粘度の計測が不能な被試験流量計に対しても、精確な器差チェックを行うための基準器として機能させることが可能である。
【００７２】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図である。
本発明の第４の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計は、図３に示した可搬式容積流量計における粘度計の代わりに、差圧計の上流側又は下流側に配設され流体の温度を計測する温度計と、温度から動粘度又は粘度を換算する粘度算出器とを併設し、粘度算出器で算出された動粘度又は粘度をサーボモータの駆動制御に使用するようにしている。なお、この温度計は、図１０のサーボ型容積流量計において計量室３に通ずる流管にその上流側，下流側のいずれかに直列で配設すればよいが、差圧計１２の上流側又は下流側に、すなわち流入側圧力検出口１０と流出側圧力検出口１１との間ではない位置に配設されている必要がある。これは、被測定流体が分岐してバイパスしないように且つ制御に用いる差圧を精確に検出するためである。なお、図４中、図３に示した可搬式容積流量計における構成要素と同一の符号を付した構成要素は、基本的に同じ機能を有するものとし、その詳細な説明は省略する。
【００７３】
本実施例の可搬式容積流量計１は、流路の上流側の温度計挿入口３５に温度計３７のプローブ３６を挿入している。温度計３７は、流体温度Ｔに相当する電圧信号を、逐次リアルタイムに、粘度算出器の一例としての動粘度算出器３９へ出力する。動粘度算出器３９は、予め指定した流体の性質などから求めた換算値に基づいて、入力された温度信号を動粘度信号に換算し、その動粘度の電圧信号を乗算器２４へ出力する。なお、粘度を計測する場合も動粘度算出器３９の代わりに粘度算出器を用いて同様に処理すればよい。なお、本実施例の可搬式容積流量計１には、特に気体用や種類の不明な液体用に有益なよう、図１０の圧力計２２及びディストリビュータＢ２３を備えるなどして、流体圧力Ｐに依る流体密度ρの変化を考慮するようにしてもよい。
【００７４】
乗算器２４は、リニアライザ２１からの回転子の回転速度Ｖの２乗に相当する信号（Ｖ２）と、動粘度算出器３９からの動粘度νに相当する信号（ν）とを乗算し、（ｋ１ν１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２に相当する信号Ｖｓを、調節計１４の目標設定値として出力する。なお、粘度μを計測する場合もν＝μ／ρとすればよく同様である。
【００７５】
調節計１４では、差圧計１２で得た流量計の入口側と出口側の差圧ΔＰに相当する信号Ｖｐ（ＰＶ値に対応する）が入力され、乗算器２４からの信号Ｖｓと比較され、Ｖｐ−Ｖｓ＝（ΔＰ−（ｋ１ν１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２）に相当する信号Ｖ１が、サーボモータ駆動回路１６の一方の入力端子に出力される。本実施形態では、このように、温度計３７から間接的に動粘度値をリアルタイムに求めて、それを方程式に代入することによりＳＶ値を演算処理し、決定する。すなわち、併設した温度計３７の温度より、動粘度算出器３９で格納した、予め作成の動粘度テーブルからリアルタイムに動粘度を導きだし、それを方程式に代入することによりＳＶ値を決定する。なお、温度計は、いずれかに配設された密度計などに具備されている温度計を利用してもよい。また、粘度を計測する場合も、温度計３７から間接的に粘度値をリアルタイムに求めて同様に処理すればよい。
【００７６】
サーボモータ駆動回路１６のもう一方の入力端子には、図１０と同様に、タコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８の出力信号Ｖ２がフィードバックされて接続されて、これにより、調節計１４から入力される、可搬式容積流量計１の流出入口間の圧力損失ΔＰに相当する差圧信号Ｖｐ（差圧計１２で検出）と目標設定値Ｖｓとの比較値Ｖ１と、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転数に相当するタコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）１８の出力Ｖ２とが等しくなるように、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１７の回転を制御するサーボ機構を形成している。さらに、差圧信号が（ｋ１ν１／４＋ｋ２）・（ρ／２ｇ）・Ｖ２となるようにサーボモータ１７を駆動するサーボ機構を、マイクロコンピュータに組み込んだプログラムにより実現するようにしてもよい。また、粘度を計測する場合も、ν＝μ／ρとして同様に処理すればよい。
【００７７】
上述のごとき構成により、図１で説明した第１の実施形態と同様に、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰｉをゼロとし、これにより、ケーシングと回転子間の隙間からの逆流による漏洩をより少なくしている。さらに、上述のごとく、制御目標差圧であるＳＶ値が常に外部圧力損失ΔＰｅになるように回転子（ロータ）の回転を制御する可搬式サーボ型容積流量計に、動粘度値ν又は粘度値μを検出する温度計（及び動粘度算出器又は粘度算出器）を図１０のサーボ型容積流量計に併設（流路に直列）しており、精確な動粘度値ν又は粘度値μを得ることができるので、第４の実施形態によれば、様々な流体に対してより高精度で簡単な計測が可能で、被測定流体の適用性に富んだ可搬式のサーボ型容積流量計を提供できる。この可搬式サーボ型容積流量計は、特に未知の流体を用いた流量計の校正試験など流量計のチェック，校正に、基準流量計として適用することができる。
【００７８】
すなわち、第４の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計によれば、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰ０をゼロとしケーシングと回転子間の隙間からのリークをなくすために、回転子の回転速度に応じて発生する差圧分だけ流入側の圧力を高くするようサーボモータを制御するに際し、流量計測時のリアルタイムの流体温度による流体動粘度又は流体粘度に基づいた制御を行うことが可能であり、その結果、より高精度の流量計測が可能となる。なお、本実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計は、気体用、液体用の何れも適用可能である。さらに、本実施形態によれば、この可搬式容積流量計を、動粘度又は粘度の計測が不能な被試験流量計に対しても、精確な器差チェックを行うための基準器として機能させることが可能である。
【００７９】
図５は、本発明の第５の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図である。
本発明の第５の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計は、図１に示した第１の実施形態の可搬式容積流量計と図３に示した第３の実施形態の可搬式容積流量計とを併せた機能をもつ容積流量計である。すなわち、密度計３３及び粘度計４３を併設し、それらで計測された流体の密度及び動粘度（又は粘度）をサーボモータの駆動制御に使用するようにしている。なお、図５においては密度計３３及び粘度計４３を別々に配した例を図示しているが、密度計測及び動粘度（又は粘度）計測が可能な機器として１つの機器を配してもよい。なお、図５に示した可搬式容積流量計における構成要素は、図１及び図３に示したものと基本的に同じ機能を有するものとし、同一の符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。
【００８０】
本発明の第５の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計によれば、第１の実施形態での効果に加え、第３の実施形態での効果が得られる。すなわち、第５の実施形態によれば、精確な密度値ρ及び動粘度値ν（又は粘度値μ）を得ることができるので、様々な流体に対して、さらに高精度で簡単な計測が可能で、被測定流体の適用性に富んだ可搬式のサーボ型容積流量計を提供できる。
【００８１】
図６は、本発明の第６の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図である。
本発明の第６の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計は、図２に示した第２の実施形態の可搬式容積流量計と図４に示した第４の実施形態の可搬式容積流量計とを併せた機能をもつ容積流量計である。すなわち、温度計３７を併設、或いは共通のものとして設け（図６では後者の場合を図示）、さらに、密度算出器３８及び粘度算出器（例えば動粘度算出器３９）を併設し（図６ではそれらを纏めた密度・動粘度算出器４０として図示）、それらで算出された流体の密度及び動粘度（又は粘度）をサーボモータの駆動制御に使用するようにしている。なお、図６に示した可搬式容積流量計における構成要素は、図２及び図４に示したものと基本的に同じ機能を有するものとし、同一の符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。
【００８２】
本発明の第６の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計によれば、第２の実施形態での効果に加え、第４の実施形態での効果が得られる。すなわち、第６の実施形態によれば、精確な密度値ρ及び動粘度値ν（又は粘度値μ）を得ることができるので、様々な流体に対して、さらに高精度で簡単な計測が可能で、被測定流体の適用性に富んだ可搬式のサーボ型容積流量計を提供できる。
【００８３】
また、第６の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計と同様の効果をもつ、本発明のその他の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計として、図１に示した第１の実施形態の可搬式容積流量計と図４に示した第４の実施形態の可搬式容積流量計とを併せた機能をもつ容積流量計や、図２に示した第２の実施形態の可搬式容積流量計と図３に示した第３の実施形態の可搬式容積流量計とを併せた機能をもつ容積流量計などが挙げられるが、その説明は省略する。
【００８４】
さらに、上述した各実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計は、密度計測及び／又は動粘度（又は粘度）計測が不能な流量計（特に容積流量計には有益）に対する、精確な器差チェック等を行うための基準器として機能させることが可能であることから、この可搬式サーボ型容積流量計を用いて、様々な流量計を検定するシステム（流量計検定システムと呼ぶ）を構築することができる。この流量計検定システムを図７で例示して説明する。
【００８５】
図７は、本発明の一実施形態に係る流量計検定システムの一実施例を示す図で、図中、５１は可搬式容積流量計、５２は可搬式容積流量計５１の流量発信器（Ｐ．Ｇ）、５３は被試験流量計、５４は流量計５３の流量発信器（Ｐ．Ｇ）、５５は通信端末、５６は通信ネットワーク、５７はサーバである。
【００８６】
本発明の一実施形態に係る流量計検定システム（以下、本システムと呼ぶ）は、上述の各実施形態における可搬式サーボ型容積流量計（流量計５１で例示）を他の流量計（被試験流量計）５３のある場所に持って行き、可搬式サーボ型容積流量計５１を被試験流量計（被検定流量計ともいえる）５３と接続して、その被試験流量計５３の器差等を、通信ネットワーク５６を介して検定するシステムである。通信ネットワーク５６としては、インターネットやエクストラネット、さらには通常回線に限らず専用回線のみで構成してもよい。
【００８７】
本システムとして、図７ではサーバ５７及び通信端末５５（クライアントＰＣや単なる通信装置等）を備えた例を示しているが、可搬式サーボ型容積流量計５１及び被試験流量計５３において同じ被測定流体の流量を計測した結果としての２つの流量データを、通信ネットワーク５６を介して受信する手段と、受信した２つの流量データを比較する手段と、比較の結果に基づき被試験流量計５３を検定する検定手段とを備えるものとする。ここでは、可搬式サーボ型容積流量計５１のＰ．Ｇ５２から通信端末５５へ伝送された基準となる流量データと、被試験流量計５３のＰ．Ｇ５４から通信端末５５へ伝送されたチェック対象となる流量データとをサーバ（サーバコンピュータ）５７において、受信し、比較、検定している。比較に際しては、例えば、上述した（４）式やその他の式を用いて器差を算出するなどすればよい。また、器差としては、各物理量測定部における個々の器差をチェックするようにしてもよい。
【００８８】
検定手段としては、例えば比較の結果に基づいて、被試験流量計５３の器差の検定結果としての電子検定証等の電子データを、その被試験流量計５３側（ここでは通信端末５５）に伝送する手段を有するようにしてもよい。さらには、サーバ５７を実質的に国家機関が運営するなどして、検定結果データを認証して電子認定証を発行するようにしてもよい。ここで電子認定証とは、認定証の電子データであり、改ざん不可能に作成されるべきものである。被試験流量計５３のユーザは、この認定証（或いは検定結果）によって、精確な計測（或いは器差を特定した計測）を他の企業などに、通信ネットワーク５６等のネットワークを介して或いは印刷することにより示すことができる。定期的にこの認定（或いは検定）を行うことで精度の高い計測を保つことが可能となる。勿論、器差等を認定した後に、修理の依頼をメーカに行うようなシステムを組み込んでもよい。
【００８９】
上述のごとく、本発明に係る流量計検定システムよれば、前述した可搬式サーボ型容積流量計を用いて、ネットワーク経由で、他の流量計（被試験流量計）の器差等をチェックし、その流量計を検定することが可能となる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明に係る可搬式サーボ型容積流量計によれば、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰｉをゼロとしケーシングと回転子間の隙間からのリークをなくすために、回転子の回転速度に応じて発生する差圧分だけ流入側の圧力を高くするようサーボモータを制御するに際し、流量計測時の流体密度及び／又は流体動粘度（又は流体粘度）に基づいた制御を行うことが可能であり、その結果、より高精度の流量計測が可能となる。なお、本発明に係る可搬式サーボ型容積流量計は、気体用、液体用の何れも適用可能である。さらに、本発明によれば、この可搬式容積流量計を、密度及び／又は動粘度（又は粘度）の計測が不能な流量計に対しても、精確な器差チェック等を行うための基準器として機能させることが可能である。また、本発明に係る可搬式サーボ型容積流量計を用いた流量計検定システムよれば、この可搬式サーボ型容積流量計を用いて、ネットワークを介して、被試験流量計の器差等をチェックし、その被試験流量計を検定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る可搬式サーボ型容積流量計の一実施例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る流量計検定システムの一実施例を示す図である。
【図８】自力式容積流量計の器差特性の一例を示す図である。
【図９】サーボ型容積流量計の流体圧分布の状態を示す模式図である。
【図１０】従来のサーボ型容積流量計の一実施例を示す概念図である。
【図１１】図１０のサーボ型容積流量計による器差特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
１，５１…可搬式サーボ型容積流量計、１′…サーボ型容積流量計、２…ケーシング、３…計量室、４…第１回転子軸、５…第２回転子軸、６…第１回転子、７…第２回転子、８…流入口、９…流出口、１０…流入側圧力検出口、１１…流出側圧力検出口、１２…差圧計、１３…ディストリビュータＡ、１４…調節計、１６…サーボモータ駆動回路、１７…サーボモータ（Ｓ．Ｍ）、１８…タコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）、１９，５２，５４…流量発信器（Ｐ．Ｇ）、２０…Ｆ／Ｖ変換器、２１…リニアライザ、２２…圧力計、２３…ディストリビュータＢ、２４…乗算器、３１，４１…流体導入口、３２，４２…流体導出口、３３…密度計、３４，４４…絞り機構、３５…温度計挿入口、３６…温度計のプローブ、３７…温度計、３８…密度算出器、３９…動粘度算出器、４０…密度・動粘度算出器、４３…粘度計、５３…被試験流量計、５５…通信端末、５６…通信ネットワーク、５７…サーバ。
【図１】
2004226192.tif 000005
【図２】
2004226192.tif 000006
【図３】
2004226192.tif 000007
【図４】
2004226192.tif 000008
【図５】
2004226192.tif 000009
【図６】
2004226192.tif 000010
【図７】
2004226192.tif 000011
【図８】
2004226192.tif 000012
【図９】
2004226192.tif 000013
【図１０】
2004226192.tif 000014
【図１１】
2004226192.tif 000015