(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、駆動部の制御部１１、弁体７に対向して配置された弁座８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、流速計測部２４の上流に配置した整流部６ｃ、弁体７と弁座８間の間隔を計測する距離計測部３０及び流速計測部からの信号と距離計測部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。これによって流量計測をコンパクトな構成で広範囲にかつ精度良く行えるという効果がある。【選択図】　図４
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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の流速を計測する流速計測部と、前記流速計測部の上流側に配置された整流部と、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の通過流量を算出する演算部とを備えた流量計。
【請求項２】
流速計測部は、弁体に設けられた第１の超音波振動子と、弁座に設けられた第２の超音波振動子とからなる請求項１記載の流量計。
【請求項３】
第１の超音波振動子および第２の超音波振動子を配設する窪み部を設け、この窪み部に流れを平滑化する平滑化部材を備えた請求項１又は２記載の流量計。
【請求項４】
距離計測部に超音波振動子を用いた請求項１、２、又は３記載の流量計。
【請求項５】
距離計測部の超音波振動子を配設した窪み部を設け、この窪み部に流れを平滑化する平滑化部材を備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項６】
距離計測部が第１の超音波振動子もしくは第２の超音波振動子からなる請求項１、２又は３記載の流量計。
【請求項７】
流速計測部にいたる流路を滑らかな曲面で形成した請求項１〜５のいずれか１項に記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流量計に関し、更に詳しくは、開閉弁の開閉動作と連携して開口部を通過する流速を測定し流量を演算する流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流量計としては特許文献１に記載されているものがある。以下、その構成について図９を用いて説明する。図９において、１は流入口、２は流出口である。また、３ａは第１の開閉手段、４ａは第１の計測手段、３ｂは第２の開閉手段、４ｂは第２の計測手段である。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３２０５４５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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、構成が複雑でコンパクトにできないという課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１にかかる流量計は、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の流速を計測する流速計測部と、前記流速計測部の上流側に配置された整流部と、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の通過流量を算出する演算部とを備えたものである。
【０００７】
本発明によれば、流速計測部の信号と距離計測部の信号とにより、ひとつの弁部のみで流量を計測することができ、とりわけ流速計測部の上流に整流部を設けることにより、計測精度を向上することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかる流量計は、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の流速を計測する流速計測部と、前記流速計測部上流側に配置された整流部と、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の通過流量を算出する演算部とを有する。そして、流速計測部の信号と距離計測部の信号とにより、ひとつの弁部のみで流量を計測することができる。とりわけ流速計測部の上流に整流部を設けることにより、計測精度の向上を図ることができる。
【０００９】
本発明の請求項２にかかる流量計は流速計測部が弁体に設けられた第１の超音波振動子と、弁座に設けられた第２の超音波振動子とを有する。そして、流速計測に超音波振動子を用いることにより領域の平均流速を測るため、計測精度の向上を図ることができる。
【００１０】
本発明の請求項３にかかる流量計は第１の超音波振動子、および第２の超音波振動子を配置した窪み部に流れ平滑化部材を有する。そして、窪み部により生じる流れの不安定性が除去されるため、計測精度の向上を図ることができる。
【００１１】
本発明の請求項４にかかる流量計は距離計測部に超音波振動子を用いた構成を有する。そして、流速計測と距離計測を超音波振動子の送受信で行うため、発振回路等回路の共用化を図ることができる。
【００１２】
本発明の請求項５にかかる流量計は距離計測部の超音波振動子を配置した窪み部に流れ平滑化部材を用いた構成を有する。そして、窪み部により生じる流れの不安定性が除去されるため、距離計測精度の向上を図ることができる。
【００１３】
本発明の請求項６にかかる流量計は距離計測部が第１の超音波振動子、もしくは第２の超音波振動子からなる構成を有する。そして、流速計測と距離計測を同じ超音波振動子で共用化するため、シンプルな構成にすることができる。
【００１４】
本発明の請求項７にかかる流量計は流速計測部にいたる流路を滑らかな曲面で形成した構成を有する。そして、流速計測部の入口における流れの安定化を図ることにより計測精度の向上を図ることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１は本発明の実施例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は整流部の斜視図、図４は流量計における計測系の構成を示す図、図５は図４のＡ−Ｂ線断面図、図６は同流量計の動作図、図７は流量計測動作のフローチャート、図８は流量計測範囲を示す特性図である。
【００１７】
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。また、６ｃは計測構成部の外周を取り囲んでいる整流部である。図３は整流部の斜視図である。
【００１８】
図４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である。１０ａは駆動部９の駆動軸であり、１０ｂは弁体７に設けられたスリーブである。スリーブ１０ｂは、駆動軸１０ａの回転に際し、弁体７が上下方向にスライドするような構成となっている。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。
【００１９】
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、その上流側は滑らかな曲面部１５ａを有している。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、その上流側は滑らかな曲面部１７ａを有している。１８は平坦部１７に続く傾斜部である。
【００２０】
１９ａは弁体７の傾斜部１６に設けられた第１の窪み部であり、１９ｂは第１の窪み部１９ａに設けられた平滑部材である。２０は第１の窪み部１９ａに配置された第１の超音波振動子である。２１ａは弁座８の傾斜部１８に設けられた第２の窪み部であり、２１ｂは第２の窪み部２１ａに設けられた平滑部材である。２２は第２の窪み部２１ｂに配置された第２の超音波振動子である。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
２８ａは弁座８の傾斜部１８に設けられた第３の窪み部であり、２８ｂは第３の窪み部２８ａに設けられた平滑部材である。２８ｃは第３の窪み部２８ａに配置された第３の超音波振動子である。第３の超音波振動子２８ａは弁体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。
【００２４】
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２８ｃ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。
【００２５】
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Ａ１−Ａ２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２８ｃはこの実施例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。
【００２６】
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。このとき、計測構成部６ａの上流側に配置された整流部６ｃを通過して流れが整えられた状態で流入することになる。図３はこの整流部６ｃを示したものであり、メッシュ状に構成されている。
【００２７】
図４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。
【００２８】
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。
【００２９】
この流速計測に際し、入口部１３は平坦部１５および１７の上流側が滑らかな曲面部１５ａおよび１７ａにて形成されているため、流れの安定した導入が図られる。また、第１、および第２の窪み部１９ａおよび２１ａには平滑部材１９ｂおよび２１ｂが配置されているため、これらの窪み部において不安定な渦等を生じることなく、正確な計測ができるものである。
【００３０】
弁体７と弁座８の距離計測は、第３の超音波振動子２８ｃ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２８ｃ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。
【００３１】
Ｑ　＝　（２πｒ）　ｘ　（ｄ）　ｘ　（ｖ）
ここで、Ｑは流量、ｒは図４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。
【００３２】
次に図７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のフローチャトに従って、プログラムが始動する。図７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。
【００３３】
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８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。
【００３４】
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。
【００３５】
図６はこの様にして弁体７が図４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８における抵抗曲線は（ｂ）の側に移行する。その後、図７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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、上記実施例において、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。
【００３８】
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。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の流量計によれば、流速計測部の信号と距離計測部の信号とにより、ひとつの弁部のみで流量を計測することができる。とりわけ流速計測部の上流に整流部を設けることにより、計測精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例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】同流量計の整流部を示す斜視図
【図４】同流量計の計測系を示す構成図
【図５】図４におけるＡ１−Ａ２線断面図
【図６】同流量計の動作を説明する断面図
【図７】同流量計の演算部のフローチャート
【図８】流量計の圧力と流量の関係を示す特性図
【図９】従来の流量計を示す構成図
【符号の説明】
６ｃ　整流部
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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