(57)【要約】【課題】質量流量を正確に検出できる小型で安価な管内流量計測装置を提供する。【解決手段】マイクロフローセンサ１１を先端部１０ａに有するパイプ１０を装置本体４の小径孔９に固定するシールアダプタ１５に圧力センサ１６を配設している。マイクロフローセンサ１１および圧力センサ１６を流体管２に対して着脱自在に配置している。圧力センサ１６を、バイパス流路７に連通する圧力流路１７のうち渦発生部３から離れた位置に配設している。パイプ１０の先端部１０ａにマイクロフローセンサ１１を実装するカンパッケージ１２の取付部１３を溶接固定している。【選択図】　　　　図３
2004093349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体管に該流体管の径方向に横断するように装着されかつ該流体管内で被計測流体に渦を生じさせる渦発生部を有する装置本体と、該装置本体の渦発生部に前記被計測流体の進行方向と直交する方向に形成されたバイパス流路と、前記装置本体内に形成されかつ前記バイパス流路の長さ方向および前記被計測流体の進行方向と直交する方向から前記バイパス流路の途中に連通する孔と、該孔内に挿入された挿入部材と、該挿入部材の先端に配設されて前記バイパス流路に臨む熱式流速検出素子と、前記被計測流体の温度を検出する流体温度検出素子と、前記挿入部材を前記装置本体の孔に固定する固定部材と、該固定部材に配設された圧力検出素子と、前記の孔に連通し前記被計測流体の圧力を前記圧力検出素子に作用させるように前記固定部材に形成した圧力流路とを備えたことを特徴とする管内流量計測装置。
【請求項２】
装置本体に対して熱式流速検出素子、流体温度検出素子および圧力検出素子を着脱自在に配置したことを特徴とする請求項１記載の管内流量計測装置。
【請求項３】
圧力検出素子を、バイパス流路に連通する圧力流路のうち渦発生部から離れた位置に配設したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の管内流量計測装置。
【請求項４】
挿入部材の先端に熱式流速検出素子の取付部を溶接固定したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載の管内流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体管内を流れる被計測流体の質量流量を計測するための管内流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の管内流量計測装置としては、被計測流体の流れの中に置かれた渦発生体によって発生する渦列、即ちカルマン渦を検出して流量を測定するカルマン渦流量計が知られている。例えば、特開平４−６６８１７号公報は、渦発生体と、この渦発生体に被計測流体の進行方向と直交するように設けられた連通孔と、この連通孔の途中に設けられたマイクロフローセンサとを備えたカルマン渦流量計を開示している。マイクロフローセンサは、例えばシリコン基板上に１つのヒータを設け、このヒータの両側に小さい金属薄膜からなる温度センサを設けたもので、両温度センサによりヒータの両側の温度変化を検出して流体振動の検出信号を得、この信号から被計測流体の流速を計測する体積流量計である。
【０００３】
ところが、体積流量を質量流量に変換する場合には、体積流量値を温度や圧力の測定データで補正しなければ算出できない。このため、上記流量計に温度計や圧力計を新たに設置する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の管内流量計測装置は上述のような構成を有しているので、質量流量を検出するのに必要な温度計や圧力計を渦発生部に近づけると渦の発生に影響を与えて被計測流体の質量流量に誤差が生じるため、ある程度の距離をとって設置する必要があり、装置全体の設置スペースが大きいものとなってしまうという課題があった。また、温度計や圧力計の設置スペースを確保する必要があるため、この点でも装置全体の設置スペースが大きいものとなってしまうという課題があった。さらに、上記流量計および圧力計について個々の配線の引き廻しや設置の準備が必要となり、測定作業等を含めた全体的なコストが高くなるという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、質量流量を正確に検出できる小型で安価な管内流量計測装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る管内流量計測装置は、流体管に該流体管の径方向に横断するように装着されかつ該流体管内で被計測流体に渦を生じさせる渦発生部を有する装置本体と、該装置本体の渦発生部に前記被計測流体の進行方向と直交する方向に形成されたバイパス流路と、前記装置本体内に形成されかつ前記バイパス流路の長さ方向および前記被計測流体の進行方向と直交する方向から前記バイパス流路の途中に連通する孔と、該孔内に挿入された挿入部材と、該挿入部材の先端に配設されて前記バイパス流路に臨む熱式流速検出素子と、前記被計測流体の温度を検出する流体温度検出素子と、前記挿入部材を前記装置本体の孔に固定する固定部材と、該固定部材に配設された圧力検出素子と、前記の孔に連通し前記被計測流体の圧力を前記圧力検出素子に作用させるように前記固定部材に形成した圧力流路とを備えるように構成したものである。
【０００７】
この発明に係る管内流量計測装置は、装置本体に対して熱式流速検出素子、流体温度検出素子および圧力検出素子を着脱自在に配置するように構成したものである。
【０００８】
この発明に係る管内流量計測装置は、圧力検出素子を、バイパス流路に連通する圧力流路のうち渦発生部から離れた位置に配設するように構成したものである。
【０００９】
この発明に係る管内流量計測装置は、挿入部材の先端に熱式流速検出素子の取付部を溶接固定するように構成したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による管内流量計測装置の外部構成を示す正面図であり、図２は図１の矢印Ａ方向から見た側面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は図３に示した管内流量計測装置の各部品構成を示す分解断面図であり、図５は図３のＶ−Ｖ線断面図であり、図６は熱式流速検出素子の内部構成を示す平面図である。
【００１１】
図において１は管内流量計測装置（以下、質量流量計という）である。質量流量計１は流体管２内で被計測流体（図示せず）にカルマン渦を生じさせる渦発生部３を有する装置本体４を備えている。装置本体４は、図２および図３に示すように、流体管２の直径よりも長い柱状部材であり、流体管２の壁部に形成された貫通穴２ａから流体管２内にその径方向に横断するように挿入されている。なお、流体管２は装置本体４の配設された所定区間を独立分離可能なように両側にフランジ（図示せず）が装着された構成でもよく、また流体管２に直接装置本体４を組み込む構造としてもよい。装置本体４の外周部と流体管２の貫通穴２ａとの間には流体管２の密閉性を保持するＯリング５が配設されている。また、装置本体４は流体管２に対し固定プレート６により固定されている。
【００１２】
装置本体４の渦発生部３には、被計測流体（図示せず）の進行方向（矢印Ｂ方向）と直交する方向にバイパス流路７が形成されており、その両端部は開口８となっている。装置本体４内には、バイパス流路７の途中から装置本体４の後端部（図３および図４では上端部）に向けてバイパス流路７の長さ方向（矢印Ｃ方向）および被計測流体（図示せず）の進行方向（矢印Ｂ方向）と直交する方向（装置本体４の長さ方向）に小径孔（孔）９が形成されている。装置本体４の小径孔９内には、小径孔９の内径よりも僅かに小さい外径を有するパイプ（挿入部材）１０が着脱自在に挿入されている。
【００１３】
パイプ１０の先端部１０ａには、マイクロフローセンサ（熱式流速検出素子）１１を実装するカンパッケージ１２の取付部１３が溶接固定されている。マイクロフローセンサ１１は、図６に示すようにシリコン基板１１ａ上に１つのヒータ１１ｂを設け、このヒータ１１ｂの両側に小さい金属薄膜からなる温度センサ１１ｃおよび１１ｄを設けたもので、両温度センサ１１ｃおよび１１ｄによりヒータ１１ｂの両側の温度変化を検出して流体振動の検出信号を得るものとなっている。このとき、検出回路としては、マイクロフローセンサ１１のヒータ１１ｂに駆動電源ＶＨにより所定の電力を供給して一定の温度に加熱する回路と、このヒータ１１ｂの両側の温度センサ１１ｃおよび１１ｄに駆動電源ＶＢにより一定の電圧を加える回路を用意し、両温度センサ１１ｃおよび１１ｄの中点に生じる振動波形の電圧Ｖを検出し増幅する機能を持つように構成する。この検出回路で得られる検出電圧を演算回路（図示せず）に入力し、単位時間当たりの振動数として計算した上で、予め測定しておいたストローハル数を乗算すれば、その演算結果から流量を測定することが可能である。このようなマイクロフローセンサ１１はパイプ１０の先端部１０ａが小径孔９の最深部まで挿入されるため、図５に示すようにバイパス流路７に臨める位置に配設されている。装置本体４の小径孔９内に挿入されたパイプ１０は、装置本体４の小径孔９の後方に形成されかつ小径孔９より大きい内径を有する大径孔１４に圧入されたシールアダプタ（固定部材）１５により固定されている。このシールアダプタ１５の上部開口１５ａには圧力センサ（圧力検出素子）１６が螺合されており、下部開口１５ｂには上述のパイプ１０の後端部１０ｂが嵌合されている。なお、図６に示すようにシリコン基板１１ａ上には被計測流体（図示せず）の温度を検出する周囲温度センサ（流体温度検出素子）１１ｅが設けられている。
【００１４】
バイパス流路７と圧力センサ１６との間には、まずバイパス流路７から小径孔９およびシールアダプタ１５の下部開口１５ｂの内周面とパイプ１０の外周面との間の僅かなクリアランスを通ってシールアダプタ１５の内部を貫通する圧力流路１７が形成されている。このため、パイプ１０の外周面およびシールアダプタ１５との間および装置本体４の大径孔１４の内周面とシールアダプタ１５の外周面との間にはいずれもパイプ１０の気密性の保持および圧力流路１７の確保を目的としてＯリング１８および１９が配設されている。また、大径孔１４とシールアダプタ１５は装置本体４の後端部（図３および図４では上端部）の外側面とシールアダプタ１５の外側面に螺合されたシールナット２０により保持されている。
【００１５】
シールアダプタ１５の外周面にはマイクロフローセンサ１１および圧力センサ１６の信号増幅用プリント配線基板２１が設けられている。マイクロフローセンサ１１の接続線２２はパイプ１０の内部空間を通ってプリント配線基板２１に接続されている。このプリント配線基板２１や圧力センサ１６を囲む空間は装置本体４の後端部（図３および図４では上端部）外側にＯリング２３を介して取り付けられた円筒状のケース２４により保護されている。ケース２４の上端部内側にはＯリング２５を介してケースアダプタ２６が取り付けられており、このケースアダプタ２６にはハウジング２７が取り付けられている。ハウジング２７の内部にはターミナル２８が組み立てられており、そのターミナル２８にはマイクロフローセンサ１１および圧力センサ１６からの計測データに基づいて被計測流体（図示せず）の質量流量を演算するプリント配線基板２９が配設されている。また、ハウジング２７の開口部２７ａにはカバー３０が螺合されており、開口部２７ａの反対側には被計測流体（図示せず）の質量流量等を表示する表示部３１が設けられている。なお、図１に示す３２はコンジット接続部である。
【００１６】
次に動作について説明する。
まず、バイパス流路７に臨む位置に配設されたマイクロフローセンサ１１により被計測流体（図示せず）に関する流体振動の検出信号から流速データおよびマイクロフローセンサ１１の周囲温度センサ１１ｅにより被計測流体（図示せず）に関する温度データが得られる。さらに、圧力センサ１６によりバイパス流路７から圧力流路１７で導かれた被計測流体（図示せず）に関する圧力データが得られる。圧力センサ１６を渦発生部３から離れた圧力流路１７に設けたので、被計測流体（図示せず）の渦発生に影響を与えることがなく、またカルマン渦の影響を受けていない静圧で圧力を測定することが可能である。次に、被計測流体（図示せず）の流速データを温度データおよび圧力データで補正し、ＣＰＵ（図示せず）で演算して質量流量が求められる。
【００１７】
なお、交換作業等のメンテナンスのために、圧力センサ１６を装置本体４から取り外す場合には、ハウジング２７とケース２４を装置本体４から取り外してから圧力センサ１６をシールアダプタ１５から取り外すことが可能である。また、交換作業等のメンテナンスのために、マイクロフローセンサ１１を装置本体４から取り外す場合には、まず、ハウジング２７とケース２４を装置本体４から取り外し、シールナット２０を取り外してから圧力センサ１６と共にシールアダプタ１５を装置本体４から取り外すことにより、マイクロフローセンサ１１を先端部１０ａに配設したパイプ１０を取り外すことが可能である。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１によれば、マイクロフローセンサ１１を先端部１０ａに有するパイプ１０を装置本体４の小径孔９に固定するシールアダプタ１５に圧力センサ１６を配設するように構成したので、マイクロフローセンサ１１と圧力センサ１６とを一体化でき、質量流量計１の小型化を図ることができ、各センサの配線引き廻し作業等が不要となるので、測定作業等を含めた全体的なコストを下げることができるという効果がある。
【００１９】
この実施の形態１によれば、流体管２に対して周囲温度センサ１１ｅを含むマイクロフローセンサ１１および圧力センサ１６を着脱自在に配置するように構成したので、必要に応じて各センサを流体管２から取外すことができ、交換作業等のメンテナンスを容易にすることができるという効果がある。
【００２０】
この実施の形態１によれば、圧力センサ１６を、バイパス流路７に連通する圧力流路１７のうち渦発生部３から離れた位置に配設するように構成したので、圧力センサ１６により被計測流体の圧力を静圧で計測することができる。また、圧力センサ１６がカルマン渦の発生に影響を与えることがないので、被計測流体の質量流量を正確に計測することができるという効果がある。
【００２１】
この実施の形態１によれば、パイプ１０の先端部１０ａにマイクロフローセンサ１１を実装するカンパッケージ１２の取付部１３を溶接固定するように構成したので、被計測流体に対して気密性を保持でき、接続線２２などの被計測流体による腐食や酸化の影響を回避することができるという効果がある。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、流体管に該流体管の径方向に横断するように装着されかつ該流体管内で被計測流体に渦を生じさせる渦発生部を有する装置本体と、該装置本体の渦発生部に前記被計測流体の進行方向と直交する方向に形成されたバイパス流路と、前記装置本体内に形成されかつ前記バイパス流路の長さ方向および前記被計測流体の進行方向と直交する方向から前記バイパス流路の途中に連通する孔と、該孔内に挿入された挿入部材と、該挿入部材の先端に配設されて前記バイパス流路に臨む熱式流速検出素子と、前記被計測流体の温度を検出する流体温度検出素子と、前記挿入部材を前記装置本体の孔に固定する固定部材と、該固定部材に配設された圧力検出素子と、前記の孔に連通し前記被計測流体の圧力を前記圧力検出素子に作用させるように前記固定部材に形成した圧力流路とを備えるように構成したので、熱式流速検出素子、流体温度検出素子および圧力検出素子とを一体化でき、装置の小型化を図ることができ、各検出素子の配線引き廻し作業等が不要となるので、測定作業等を含めた全体的なコストを下げることができるという効果がある。
【００２３】
この発明によれば、流体管に対して熱式流速検出素子、流体温度検出素子および圧力検出素子を着脱自在に配置するように構成したので、必要に応じて検出素子を流体管から取外すことができ、交換作業等のメンテナンスを容易にすることができるという効果がある。
【００２４】
この発明によれば、圧力検出素子を、バイパス流路に連通する圧力流路のうち渦発生部から離れた位置に配設するように構成したので、圧力検出素子により被計測流体の圧力を静圧で計測することができる。また、圧力検出素子が渦の発生に影響を与えることがないので、被計測流体の質量流量を正確に計測することができるという効果がある。
【００２５】
この発明によれば、挿入部材の先端に熱式流速検出素子の取付部を溶接固定するように構成したので、被計測流体に対して気密性を保持でき、接続線などの被計測流体による腐食や酸化の影響を回避することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による管内流量計測装置の外部構成を示す正面図である。
【図２】図１の矢印Ａ方向から見た側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図３に示した管内流量計測装置の各部品構成を示す分解断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】熱式流速検出素子の内部構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１　質量流量計（管内流量計測装置）
２　流体管
２ａ　貫通穴
３　渦発生部
４　装置本体
５　Ｏリング
６　固定プレート
７　バイパス流路
８　細孔
９　小径孔
１０　パイプ（挿入部材）
１０ａ　先端部
１０ｂ　後端部
１１　マイクロフローセンサ（熱式流速検出素子）
１１ａ　シリコン基板
１１ｂ　ヒータ
１１ｃ、１１ｄ　温度センサ
１１ｅ　周囲温度センサ（流体温度検出素子）
１２　カンパッケージ
１３　取付部
１４　大径孔
１５　シールアダプタ（固定部材）
１５ａ　上部開口
１５ｂ　下部開口
１６　圧力センサ（圧力検出素子）
１７　圧力流路
１８、１９　Ｏリング
２０　シールナット
２１　信号増幅用プリント配線基板
２２　接続線
２３　Ｏリング
２４　ケース
２５　Ｏリング
２６　ケースアダプタ
２７　ハウジング
２８　ターミナル
２９　プリント配線基板
３０　カバー
３１　表示部
３２　コンジット接続部
【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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