(57)【要約】単一の圧力信号にのみ基づいて質量流量速度を算出する流量計システム（２０）。流量制御装置（２２，２４）は、制限器（３０）をはさんでの圧力差分が一定に維持されるように、当該制限器（３０）に並列に配置されている。制限器（３０）を通って流れる流体の圧力は（そして、制御されていない場合は温度も）制限器（３０）の両側で計測される。圧力は、特定の制限器および計測対象流体に対して算出される「圧力」対「質量流量速度」のプロット（plot）と比較される。制限器（３０）をはさんでの差圧を一定に維持することで、圧力と流量速度との間に線形関係が生じる。温度が制御されていない場合、「圧力」対「質量流量速度」のプロットは線形を保つであろうが、曲線の勾配は流体の温度に基づいて調整されるであろう。
2004532411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径を有する入口、および、径を有する出口と、
絞りチャンバ、および、入口と出口との間に配置された圧力等化システムを有する流量制限器であって、絞りチャンバが、入口および出口の径よりも小さい径を有する円筒形の制限壁を備える、という流量制限器と、
流量制限器から見て上流の位置にあり、調整用データを有する計測器回路に入力値を提供する圧力センサおよび温度センサであって、計測器回路は調整用データと圧力センサおよび温度センサからの入力値とに基づいて流量出力信号を生成する、という圧力センサおよび温度センサと、
を有することを特徴とする質量流量計。
【請求項２】
制限壁が絞りチャンバを形作っていること、
を特徴とする請求項１に記載の質量流量計。
【請求項３】
絞りチャンバは、さらに、
制限壁の上流に位置する円錐形の圧縮壁と、
可変開口部アセンブリであって、絞りチャンバの有効断面積を規定する内側面を有する変形可能管状部材、圧縮ウェッジ、圧縮シム、第１および第２のシェブロン（chevron）部材、そして圧縮ナットを有する可変開口部アセンブリと、を有し、
圧縮ナットの軸方向回転によってナットが制限壁方向へ移動させられ、さらに、ナットの制限壁方向への移動につれて、ナットは、第１および第２のシェブロン部材および圧縮シムを介して圧縮ウェッジに力を加えて、圧縮ウェッジを径方向内側に押し込み、それによって、変形可能管状部材を変形させ、絞りチャンバの有効断面積を小さくすること、
を特徴とする請求項１に記載の質量流量計。
【請求項４】
計測器回路はさらに、
調整用データと圧力信号とを結びつけて調整済み圧力信号を得る第１の集計および調整システムと、
温度信号と気体定数とを結びつけて補償済み温度信号を得る第２の集計および調整システムと、
調整済み圧力信号と補償済み温度信号とを結びつけて流量出力信号を得る第３の集計および調整システムと、を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の質量流量計。
【請求項５】
計測器回路は、特定用途向け集積回路上に実装されていること、
を特徴とする請求項４に記載の質量流量計。
【請求項６】
計測器回路は、デジタル信号プロセッサ上に実装されていること、
を特徴とする請求項４に記載の質量流量計。
【請求項７】
計測器回路はさらに、調整条件を格納しておくためのメモリユニットを有すること、
を特徴とする請求項６に記載の質量流量計。
【請求項８】
第１の集計および調整システムは、
信号調節モジュールと、
算術演算ユニットと、
任意の線形化アンプと、
第１および第２の集計および調整アンプと、を有すること、
を特徴とする請求項４に記載の質量流量計。
【請求項９】
第２の集計および調整システムは、
信号調節モジュールと、
調整およびゲイン用アンプと、
集計および調整乗数器と、を有すること、
を特徴とする請求項４に記載の質量流量計。
【請求項１０】
第３の集計および調整システムは、
集計および調整アンプと、
流量出力信号を生成するバッファアンプと、を有すること、
を特徴とする請求項４に記載の質量流量計。
【請求項１１】
計測器回路がさらに、算術演算ユニットまたは線形化アンプを回路から除外するためのスイッチを有すること、
を特徴とする請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１２】
質量流量制御システムであって、
質量流量制御システムを介して流量レートを制御することが可能な流量制御装置を有し、当該制御装置は質量流量計に直列に接続されており、
前記質量流量計は、径を有する入口、および、径を有する出口と、絞りチャンバ、および、入口と出口との間に配置された圧力等化システムを有する流量制限器であって、絞りチャンバが、入口および出口の径よりも小さい径を有する円筒形の制限壁を備える、という流量制限器と、流量制限器から見て上流の位置にあり、調整用データを有する計測器回路に入力値を提供する圧力センサおよび温度センサであって、計測器回路は調整用データと圧力センサおよび温度センサからの入力値とに基づいて流量出力信号を生成する、という圧力センサおよび温度センサと、を有し、
前記質量流量計は、弁制御フィードバックループシステムに接続されており、それによって、質量流量計が流量出力信号を弁制御フィードバックループシステムに送り、前期フィードバックシステムは流量出力信号を予め定められた流量速度と比較して流量制御信号を生成し、
前記弁制御フィードバックループシステムは、流量制御装置に接続されており、前記フィードバックシステムは流量制御信号を流量制御装置に送って、流量速度を変更させる形で流量制御装置を動作させること、
を特徴とする前記質量流量制御システム。
【請求項１３】
制限壁が絞りチャンバを形作っていること、
を特徴とする請求項１２に記載の質量流量制御システム。
【請求項１４】
絞りチャンバは、さらに、
制限壁の上流に位置する円錐形の圧縮壁と、
可変開口部アセンブリであって、絞りチャンバの有効断面積を規定する内側面を有する変形可能管状部材、圧縮ウェッジ、圧縮シム、第１および第２のシェブロン部材、そして圧縮ナットを有する可変開口部アセンブリと、を有し、
圧縮ナットの軸方向回転によってナットが制限壁方向へ移動させられ、さらに、ナットの制限壁方向への移動につれて、ナットは、第１および第２のシェブロン部材および圧縮シムを介して圧縮ウェッジに力を加えて、圧縮ウェッジを径方向内側に押し込み、それによって、変形可能管状部材を変形させ、絞りチャンバの有効断面積を小さくすること、
を特徴とする請求項１２に記載の質量流量制御システム。
【請求項１５】
計測器回路はさらに、
調整用データと圧力信号とを結びつけて調整済み圧力信号を得る第１の集計および調整システムと、
温度信号と気体定数とを結びつけて補償済み温度信号を得る第２の集計および調整システムと、
調整済み圧力信号と補償済み温度信号とを結びつけて流量出力信号を得る第３の集計および調整システムと、を有すること、
を特徴とする請求項１２に記載の質量流量制御システム。
【請求項１６】
計測器回路は、特定用途向け集積回路上に実装されていること、
を特徴とする請求項１２に記載の質量流量制御システム。
【請求項１７】
計測器回路は、デジタル信号プロセッサ上に実装されていること、
を特徴とする請求項１５に記載の質量流量計。
【請求項１８】
第１の集計および調整システムは、
信号調節モジュールと、
算術演算ユニットと、
任意の線形化アンプと、
第１および第２の集計および調整アンプと、を有すること、
を特徴とする請求項１５に記載の質量流量計。
【請求項１９】
第２の集計および調整システムは、
信号調節モジュールと、
調整およびゲイン用アンプと、
集計および調整乗数器と、を有すること、
を特徴とする請求項１５に記載の質量流量計。
【請求項２０】
第３の集計および調整システムは、
集計および調整アンプと、
流量出力信号を生成するバッファアンプと、を有すること、
を特徴とする請求項１５に記載の質量流量計。
【請求項２１】
流量計の調整方法であり、対象の前記流量計は、径を有する入口、および、径を有する出口と、
絞りチャンバ、および、入口と出口との間に配置された圧力等化システムを有する流量制限器であって、絞りチャンバが、可変開口部アセンブリ、入口および出口の径よりも小さい径を有する円筒形の制限壁を備える、という流量制限器と、
流量制限器から見て上流の位置にあり、調整用データを有する計測器回路に入力値を提供する圧力センサおよび温度センサであって、計測器回路は調整用データと圧力センサおよび温度センサからの入力値とに基づいて流量出力信号を生成する、という圧力センサおよび温度センサと、を有するものであって、
流量計を流量参照標準に接続するステップと、
負のゲージ圧を出口に加えるステップと、
計測器回路上に零点（zero-point）を設定するステップと、
計測器の上流で圧力を加えるステップと、
流量を計測するステップと、
計測器回路が有する調整用データに特定の気体定数を入れるステップと、
与えられた入口圧力に合わせて可変開口部アセンブリを調整することによって最大流量の範囲を得るステップと、
流量を最大流量の１０％に下げるステップと、
圧力および温度を計測し、結果を計測器回路の中に格納するステップと、
１０％の増分ずつ、流量を最大流量まで増加させるステップと、
１０％増加させるたびに圧力および温度を計測し、結果を計測器回路の中に格納するステップと、
計測器回路の中に格納された結果から、圧力対質量流量速度のグラフの勾配を算出するステップと、
勾配を用いて計測器回路を設定するステップと、を有すること、
を特徴とする前記方法。
【請求項２２】
計測器回路はさらに、算術演算ユニットおよび線形化アンプを有し、
グラフが非線形である場合には、前期方法がさらに、
フィルタ処理済み圧力信号に区分的線形化機能を実行して、計測器回路を設定するステップに用いるための補償済み圧力信号を得るステップを有すること、
を特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
電流を計測し、結果を圧力として計測器回路の中に格納するステップ、
をさらに有すること、
を特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
質量流量計であって、
入口および出口と、
入口と出口との間に配置された流量制限器および圧力等化システムであって、システムは、流量制限器を通る体積流量を一定に維持する、という流量制限器および圧力等化システムと、
流量制限器から見て上流の位置にあり、格納調整係数Ｋ、格納気体定数Ｒ、そして零オフセットを有する計測器回路に、それぞれの入力値Ｐ、Ｔを提供する圧力センサおよび温度センサとを有し、計測器回路は、格納調整係数、格納気体定数、零オフセット、そして、圧力センサおよび温度センサからの入力値に基づき、ｙ＝ｍｘ＋ｂ、ただし、ｙは質量流量、ｘはＰ、ｍはＫＲ／Ｔ、そして、ｂは零オフセット、という式に従って流量出力信号を生成すること、
を有することを特徴とする質量流量計。
【請求項２５】
質量流量制御システムであって、
質量流量制御システムを介して流量速度を制御することが可能な流量制御装置を有し、当該制御装置は質量流量計に直列に接続され、計測器回路に対して電圧信号を発生させ、
前記質量流量計は、径を有する入口、および、径を有する出口と、
絞りチャンバ、および、入口と出口との間に配置された圧力等化システムを有する流量制限器であって、絞りチャンバが、入口および出口の径よりも小さい径を有する円筒形の制限壁を備える、という流量制限器と、
流量制限器から見て上流の位置にあり、調整用データを有する計測器回路に入力値を提供する温度センサであって、計測器回路は調整用データ、温度センサからの入力値、そして電圧信号に基づいて流量出力信号を生成する、という圧力センサおよび温度センサと、を有し、
前記質量流量計は、弁制御フィードバックループシステムに接続されており、それによって、質量流量計が流量出力信号を弁制御フィードバックループシステムに送り、前期フィードバックシステムは流量出力信号を予め定められた流量速度と比較して流量制御信号を生成し、
前記弁制御フィードバックループシステムは、流量制御装置に接続されており、前記フィードバックシステムは流量制御信号を流量制御装置に送って、流量速度を変更させる形で流量制御装置を動作させること、
を特徴とする前記質量流量制御システム。
【請求項２６】
流量制御装置は圧電アクチュエータ制御と弁とを有すること、
を特徴とする請求項２５に記載の質量制御システム。
【請求項２７】
流量制御装置はソレノイドアクチュエータ制御と弁とを有すること、
を特徴とする請求項２５に記載の質量制御システム。
【請求項２８】
流量制御装置は、電圧信号に変換される電流信号を発生させること、
を特徴とする請求項２５に記載の質量制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量流量を計測および制御するためのシステムおよび方法に関し、さらに詳しく言えば、流量絞り（flow-restriction）と圧力センサおよび温度センサとを用いて質量流量の正確な計測を可能とするシステムおよび方法に関する。
なお、本特許出願は、２００１年４月１３日になされた仮特許出願：Ｕ.Ｓ.６０／２８３，５９６号に基づく優先権を主張し、当該仮特許出願はその全体が、ここでの参照により本発明の開示内容に含まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
流体の質量流量を高い水準の正確さで計測することは、多くの分野において必要とされている。例えば、医学や半導体製造の分野では、所望の結果を得るために、供給する気体や流体の量を厳密に量ることが必要とされる場合が多くある。実際に供給される流体の質量を計測するために、計量器が使用される。
従来の圧力ベース（pressure-based）の質量流量計は、流量絞り、温度センサ、そして圧力センサを用いて、流量絞りの上流における絶対圧力、ならびに、流量絞りをはさんでの差圧を検出するものである。質量流量は、圧力および温度の表示値と所定の質量流量速度とを対応付けたテーブルから求められる。こうしたシステムでは、異なる温度条件や上流圧力および下流圧力の下での流体濃度、流体速度そして流体粘度を示すために、少なくとも２つの圧力センサと１つの温度センサとが必要となる。
【０００３】
そこで、構成がさらに簡単で、正しい質量流量を求めるための計算も従来ほど複雑でない、という質量流量計が求められている。
・関連技術
米国特許公報：５,７９１,３６９号（Nishino 他）には、機能的圧力変換器を１つしか必要としない（とされる）流量速度制御装置が開示されている。しかしながら、５,７９１,３６９号特許が示す制御装置は、音速流量体系（sonic flow regime）でしか動作せず、しかも、当該制御装置が適正に機能を果たすには、入口圧力が出口圧力の２倍であることが必要とされる。従って、５,７９１,３６９号特許の流量制御装置は、流量レートが非常に低い場合で、しかも気体に関してしか動作しない。そして、上流に有効な圧力調整部を有する必要がある。加えて、５,７９１,３６９号特許には、下流での圧力が入口圧力の半分を超えるタイミングを判定するために第２の圧力変換器を使用し、この条件が満たされると制御装置が閉じる、という内容が述べられている、
米国特許公報：No. ６,１５２,１６２号（Balazy 他）には、圧力計測が２ヶ所（すなわち、制限器（restrictor）の上流および下流）で必要とされる流体流量制御装置が開示されている。この６,１５２,１６２号の発明では、質量流量は計測されない。また、６,１５２,１６２号の発明は、流量絞りとしてフィルタ要素を採用している。気体流の中の粒子がフィルタを詰まらせてしまい、その結果、それらの流量絞りの流量特性と圧力降下との関係が変化したり、初期の調整設定から外れてしまったりするおそれがある。
【０００４】
米国特許公報：６,１３８,７０８号（Waldbusser）には、圧力補償質量流量制御装置が開示されている。この６,１３８,７０８号特許で説明されているシステムは、熱質量流量制御装置を、ドーム充填（dome loaded）圧力調整器に結合された熱計測器（thermal meter）と組み合わせたものである。独立した気体供給源を用いる別のパイロット圧力調整器が、熱質量流量制御装置の上流にある圧力調整器のドームを充填する。これらパイロット調整器および質量流量制御装置は、入口圧力が流量速度に一致するようにマイクロプロセッサによって制御され、その結果、入口圧力に依存しない流量制御装置となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来に比べて構成がさらに簡単で、正しい質量流量を求めるための計算も従来ほど複雑でない、という質量流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明が提供するのは、径を有する入口、および、径を有する出口と、絞りチャンバ、および、入口と出口との間に配置された圧力等化システムを有する流量制限器であって、絞りチャンバが、入口および出口の径よりも小さい径を有する円筒形の制限壁を備える、という流量制限器と、流量制限器から見て上流の位置にあり、調整用データを有する計測器回路に入力値を提供する圧力センサおよび温度センサであって、計測器回路は調整用データと圧力センサおよび温度センサからの入力値とに基づいて流量出力信号を生成する、という圧力センサおよび温度センサと、を有することを特徴とする質量流量計である。
【発明の効果】
【０００７】
このように構成される本発明の質量流量計には、構成が従来よりも簡単で、正しい質量流量を求めるための計算も従来ほど複雑でない、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
・好適な実施の形態に関する詳細な説明
以下の説明は、いくつかのセクションに分かれる。第１のセクションにおいては、本発明の基本的な動作および理論とについて、質量流量計システムとの関連で説明する。第２のおよび第３セクションでは、本発明の実装に用いることのできる典型的な機械システムおよび電気システムについて述べる。第４セクションでは、本発明の原理に従って構成された質量流量計システムを調整するための１方法について述べる。第５のセクションでは、第１のセクションから第４セクションで述べた、質量流量制御装置の一部として使われる質量流量計について述べる。第６のセクションでは、質量流量制御装置システムに関する別の実施の形態について述べる。そして、最後のセクションでは、本発明の具体的な実装を設計および構成する際に一般に考慮すべき、補足的な考察について述べる。
１．質量流量計システム
［２］先ず、図面のうち図１を参照する。同図において参照番号２０で示すのが、本発明の原理に従って構成され、これを具体化している、典型的な質量流量計システムである。質量流量計システム２０は、機械システム２２と電気システム２４とから成る。機械システム２２は、絞りチャンバ３２が形作られた流量制限器３０と圧力等化システム３４とを有する。電気システム２４は、圧力センサ４０、温度センサ４２そして計量器回路４４を有する。
【０００９】
［３］機械システム２２には、流体入口５０と流体出口５２とが作られている。入口５０、出口５２は、それぞれ、加圧流体の源（source）または供給源５４、流体の送り先５６に接続されている。
［４］上の説明からも明らかであろうが、具体的な供給源５４および送り先５６は、計量器システム２０が使われる現場によって、全く変わってしまうこともありうる。例えば、医療現場では、供給源５４は加圧気体のボンベであり、送り先５６は、その気体と空気とを混合して、混合気体を従前の手段で患者に供給するミキサーである、という形になりうる。また、製造現場では、供給源５４は、供給する気体を原料から生成する変換器であり、送り先５６は、この気体を工業プロセスの一部として用いる反応室である、という形になりうる。多くの場合、供給源５４における供給圧力、および送り先５６における逆圧は、未知および／または可変である。
【００１０】
［５］このように、本発明の計量器システム２０は、さらに規模の大きいシステムの一部としての使用を意図されており、当該大規模システムにおいて、供給源５４から出た加圧流体は、機械システム２２を通って送り先５６にまで流れる。圧力等化システム３４は、絞りチャンバ３２をはさんで差圧を一定に保つ。
［６］図１に示すように、典型的な流量制限器３０は可変である。特に、計量器システム２０を調整する場合、流量制限器３０は、絞りチャンバ３２に関して、あらかじめ決められた幾何学形状および有効断面積を規定している。典型的なシステム２０では、流量制限器３０を変えることによって、絞りチャンバ３２の幾何学形状、特に有効断面積を変更できるであろう。本発明に関する他の実施の形態では、流量制限器３０を可変とする必要はなく、むしろ、予め定められた幾何学形状と有効断面積とを備える形で製造することができる。なお、標準的な開口部、音速（sonic）開口部、各種形状の層流要素、または面積可変の絞りについては、含むことにしてもよいし、含まないことにしてもよい。これ以降の部分で説明するように、使用する流量制限器を予め定められたものとするか、可変とするかによって、計量器システム２０の調整プロセスが左右される場合がある。
【００１１】
［７］圧力等化システム３４については、供給源と送り先とで圧力が未知または可変である場合でも、機械的調節システムを利用して絞りチャンバ３２をはさんでの差圧を一定に保つ、という流量制御装置とするのが好ましい。そのような機械的流量制御装置は、たとえば、１９９９年１２月２日発行の米国特許：６,０２６,８４９号や、２００１年３月１３日になされた同時係属中の米国特許出願：０９／８０５,７０８号（本出願と譲受人が共通するもの）に開示されている。しかし、圧力等化システム３４については、０９／８０５,７０８号の出願に開示されたような、電気機械的流量制御装置とすることもできる。６,０２６,８４９号特許や、０９／８０５,７０８号出願が示す内容は、ここでの参照によって開示に含まれるものとする。
【００１２】
［８］圧力センサ４０および温度センサ４２については、圧力値や温度値を電気信号に変換する電気機械的変換器とするのが好ましい。これらのセンサ４０、４２は、有効な形で機械システム２２に接続されて、それぞれ、機械システム２２の中を流れる流体の圧力、温度を示す電気信号を生成する。
［９］計量器回路４４は、所定の流体に関して質量流量を圧力および温度と関係づけた調整用データを保持しているか、こうしたデータにアクセス可能な状態となっている。調整用データは、所定の制限器３０用に算出された調整係数と、質量流量計システム２０の中を流れる気体の特性によって決定される気体定数とを含む。気体定数は、温度変化に関連する特定の気体の密度または粘性に基づく。
【００１３】
［１０］調整用データと圧力信号および温度信号とに基づいて、計量器回路４４は、機械システム２２を通る流体の質量流量に対応する流量出力信号を生成する。この流量出力信号は、供給源５４から送り先５６までの流体流量を制御するために、記録または表示されるか、あるいは、より規模の大きい回路の一部として使用される。
［１１］次いで、図２を参照する。同図において参照番号６０で示されるのは、圧力等化システム３４が上述したように制限器３０をまたぐ形で接続された場合の、制限器３０を通る「圧力」対「質量流量」のプロット図である。同図に見られるように、質量流量出力は出口圧力と共に直線的に増加する。この曲線６０は、理想気体の法則（体積、質量、温度に関するもの）および非線形圧縮効果の組み合せの結果であり、以下の方程式（式１）によって表される：
【式１】
【００１４】
2004532411.tif 000003
【００１５】
上記の式１において、
Ｐ＝圧力、
ｍ＝質量、
Ｖ＝体積、
Ｒ＝気体定数（普遍的な値）、
Ｔ＝温度、
Ｚ＝気体圧縮率
（注）以下の説明において、これらの記号のいずれかの上に“・”が付加されている場合、それは、体積流量の質量を意味する。
［１２］理想気体の法則を示す方程式の両辺を時間で割ると、以下の速度方程式（式２）が得られる：
【式２】
【００１６】
2004532411.tif 000004
【００１７】
［１３］質量流量速度に関して速度方程式（式２）を解くと、以下の質量流量速度方程式（式３）が得られる：
【式３】
【００１８】
2004532411.tif 000005
【００１９】
［１４］質量流量速度方程式の項を再編成すると、以下の勾配方程式（式４）が得られる：
【式４】
【００２０】
2004532411.tif 000006
【００２１】
［１５］勾配方程式（式４）が示すのは、所定のシステムおよび気体に関する質量流量速度と圧力との関係である。温度が一定を保つ場合、圧力が高くなるにつれ、所定体積あたりの質量（すなわち密度）もこれに比例して増加する。実験データが示すところによれば、実験全体を通して、温度だけが非常に小幅に変化した。プロットの勾配が一定を保ったため、最終結果は、差圧（入口圧力から出口圧力を差し引いた値）が臨界値に接近するまで、圧力の範囲全体にわたって、本装置に関する体積流量速度は一定を保つ、というものとなった。
【００２２】
［１６］対照的に、圧力計測に依存する従来型の流量計測装置では、３つの要因を考慮しなければならない。すなわち、入口圧力、入口温度、そして、開口部をはさんでの差圧である。開口部をまたいでの流量速度は（あるいは、流量絞りをまたいでの速度も同様に）、一般的な項を用いて、以下の流量速度方程式（式５）で表現される：
【式５】
【００２３】
2004532411.tif 000007
【００２４】
上記の式５において、
ｐ１＝絞りの上流における気体圧力
ｐ２＝絞りの下流における気体圧力
Ｔ１＝絞りの上流における温度
Ｄ＝流れ通路の直径
ｄ＝絞りの水力直径（有効絞り直径）
Ｇ＝気体の比重または標準化分子量
Ｚ＝気体の圧縮係数
［１７］この流量速度方程式（式５）における項Ｋは、与えられた絞りの調整の間に実験によって決定される要素である。項Ｋは、絞りの幾何学形状やJoule−Thompson冷却／加熱（すなわち、圧力の突然の変化に起因する温度変化）のような気体の膨張要因に依存している。この流量速度方程式（式５）は、流量が小さい場合、あるいは、内部での気体流速が大きくならない絞りに対してのみ有効である。気体の速度が音の速度に接近すると、気体分子のバルク速度（bulk speed）は、圧力が媒体中を通過する際に達しうる速度よりも高くなる。流れ特性はかなり異なる関係を取り、圧縮性流、音速流、あるいはチョーク流と呼ばれる。
【００２５】
［１８］そのため、圧力降下に依存する従来の流量制御装置は、２つの圧力センサと１つの温度センサとを使用する。そうした従来型の流量制御装置はまた、比較的精巧な、流量速度を計算する能力を持つ電子機器を持つ必要があり、その電子機器は、その計算のために、両方の圧力を計測し、カスタムオペアンプ（アナログ）を用いて、あるいは、プログラムされたデジタルマイクロプロセッサと必要なＡ／Ｄコンバータとによって圧差を計算する。そして、これが最も重要なのだが、項Ｋを見出すために装置の調整を行う。
【００２６】
［１９］本発明の手法では、流量を得るために解く方程式は、以下の示す方程式（式６）または（式７）のようなものとなる。
【式６】
【００２７】
2004532411.tif 000008
【式７】
【００２８】
2004532411.tif 000009
【００２９】
［２０］上記の式において、Ｋは調整係数であって、以下の部分で述べるように、調整処理の間に決定される。なお、方程式（式６〜式１０）における定数Ｒが、方程式（式１〜式４）における普遍定数Ｒとは別のものである、という点に留意する必要がある。これは気体依存の定数であり、層流絞りか開口部型の絞りかによって異なる。
［２１］非理想の圧縮率を考慮しなければならない、いくつかの気体の場合、以下に示す方程式（式８）および（式９）を用いることができる。
【式８】
【００３０】
2004532411.tif 000010
【式９】
【００３１】
2004532411.tif 000011
【００３２】
［２２］上記の式において、Ｚ（Ｐ，Ｔ）は、圧力および温度に依存する圧縮係数である。
［２３］方程式（５）を方程式（６）、（７）、（８）または（９）のいずれかと比較すれば分かるように、本発明は、質量流量の圧力および温度に対する関係を大幅に単純化するものである。ほとんどの場合、圧縮率を直接得る必要はない。なぜなら、制御装置は調整され、圧縮率はその調整の過程で求められているからである。
【００３３】
［２４］気体は、与えられた温度および圧力において既に、いくらかの非理想的な圧縮率を示している場合があり、それは、調整の間の流量標準（flow standard）によってなされる計測に内在するものとなる。加えて、項Ｒは気体に固有のものであるため、高い精度の質量流量計測を行うためには、調整の前あるいは調整中に、気体特有の定数だけを入力する必要がある。調整手順については、図６を参照しながら後述するようので、その通りに実行すればよい。
【００３４】
［２５］調整手順を用いて調整係数Kを算出してしまえば、質量流量は、図２に示すプロット６０の勾配を規定する以下の線形勾配方程式（式１０）を使うだけで計測できる。
【式１０】
【００３５】
2004532411.tif 000012
【００３６】
［２６］以上の方程式において、ｙ＝質量流量、ｘ＝計測された圧力、ｍ＝Ｋ／ＲＴ、そして、ｂはゼロオフセットである。
［２７］計量器システム２０に関する上述の基本的知識を心に留めた上で、本システムを構成する各要素について、これ以降、更に詳細に説明していく。
２．機械システム
［２８］ここで、図面のうち図３を参照する。同図に詳細に示してあるのは、典型的な流量計システム２０の機械システム２２である。機械システム２２の制限器３０は、本体アセンブリ１２０によって形成されている。本体アセンブリ１２０には主通路１３０が形作られており、当該主通路は入口１３２と出口１３４とを有し、絞りチャンバ３２を形作っている。絞りチャンバ３２は、入口１３２と出口１３４との間に位置する部分である。
【００３７】
［２９］上の概要説明でも述べたが、質量流量計システム２０は、圧力センサ４０および温度センサ４２が生成した圧力信号および温度信号を用いて、入口１３２から出口１３４まで主通路１３０を通って流れる流体の質量流量を計測する。計量器システム２０の中を流れる流体については、本文中では、「計測対象流体」と呼ぶことにする。機械システム２２を形成している各種部品の接続箇所には、シール処理が施されており、その結果、計測対象流体は、ここに示す経路だけに沿って流れることになる。これらのシール処理は、従前通りのものでよいため、詳しい説明はしない。
【００３８】
［３０］典型的な本体アセンブリ１２０は本体部材１４０を有し、さらに、必須ではないが、可変開口部アセンブリ１４２を有する。本体部材１４０は、主通路１３０、入口１３２、そして出口１３４の少なくとも一部を形作っている。本体部材は、入口セクション１４４、出口セクション１４６、そして中央セクション１４８に分けられる。
［３１］本体部材１４０にはさらに、可変開口部アセンブリ１４２の上流および下流の位置に、それぞれ、第１および第２の等化ポート１５０、１５２が形作られている。第１および第２の等化ポート１５０、１５２によって、圧力等化システム２４と、主通路１３０の入口セクション１４４、出口セクション１４６それぞれとの間に流体連通が実現されている。第１の等化ポート１５０、第２の等化ポート１５２はそれぞれ、圧力等化システム３４の入力ポート１５４、出力ポート１５６に接続されている。
【００３９】
［３２］計量器システム２０によって用いられる典型的な圧力センサ４０および温度センサ４２は、主通路１３０の中を流れる計測対象流体の圧力および温度を検知するように配置されている。具体的には、本体部材１４０に、第１および第２のテストポート１６０、１６２が形作られており、これらテストポートは、本体部材１４０のうち出口セクション１４６に配置されている。ただし、テストポート１６０、１６２については、本発明の別の実施の形態として、本体部材１４０の入口セクション１４４、および／または、中央セクション１４８の中に配置することもできる。
【００４０】
［３３］センサ４０、４２は従前通りのものとし、テストポート１６０、１６２内に挿入するかネジではめるか、すればよい。また、ここでも従来どおり、センサ４０、４２とテストポート１６０、１６２との間にはシール処理が施される。このように本体部材１４０に取り付けられた、センサ４０およびセンサ４２は、テストポート１６０、１６２に隣接する位置での計測対象流体の圧力および温度に対応する、電気的な圧力信号および温度信号を生成する。
【００４１】
［３４］本体部材１４０の入口セクション１４４、出口セクション１４６、そして制限セクション１４８は、異なる機能を果たすものであり、そのため、幾何学形状も異なっている。入口セクション１４４および出口セクション１４６は、ネジによって、あるいは他の形で調節されて、本体部材１４０と計測対象流体の供給源５４および送り先５６との間に、流体を漏らさない様態での接続を実現する。流体の送り先５６に向かう計測対象流体の流れが、あらかじめ定められたシステム条件を満たさなければならないという点を除けば、入口セクション１４４および出力セクション１４６の有効断面積は、本発明の実装にとっては重要なものではない。典型的な本体アセンブリ１２０において、入口セクション１４４および出口セクション１４６には、円筒形の入口内壁面１７０および出口内壁面１７２が形作られている。また、これらセクションは、直径および有効断面積が実質的に同じである。
【００４２】
［３５］本体部材１４０の中央セクション１４８は、主通路１３０を通る計測対象流体の流量を制限する働きをする一方で、さらに、計測対象流体の流れがシステム条件を満たすことを可能にする。主通路１３０の中央セクション１４８の少なくとも一部については、有効断面積が入口セクション１４４および出口セクション１４６のそれよりも小さくなっている。具体的には、中央セクション１４８は、少なくとも部分的には、本体部材１４０の内部制限壁１８０によって形作られている。制限壁１８０は実質的に円筒形であり、その直径は、入口壁面１７０および出口壁面１７２のそれよりも小さい。
【００４３】
［３６］本発明の計量器システム２０については、オプションの可変開口部アセンブリ１４２を持たない形で製造してもよい。その場合は、本体部材１４０の制限壁１８０が、絞りチャンバ３２を形作るものとする。絞り部分（可変開口部アセンブリが使用されない場合には各本体部材によって形作られる）における変化を求めるためには、（１）公差を小さくする形で本体部材４０を製造しなければならない、および／または、（２）本体部材１４０ごとに調整データを算出すればよい。
【００４４】
［３７］可変開口部アセンブリ１４２を使用する場合、与えられた本体部材１４０につながる絞りチャンバ３２に変更を加えることで、与えられた本体部材１４０を調整することも可能である。絞りチャンバ３２の幾何学形状の変更に用いることのできるメカニズムは数多くある。
［３８］計量器システム２０において、典型的な可変開口部アセンブリ１４２は、内表面２２２を有するチューブ部材２２０を有する。チューブ部材２２０の内表面２２２は、絞りチャンバ３２の有効断面積を規定する。
【００４５】
［３９］状況によっては、チューブ部材２２０を、何らかの金属やポリマーなど、堅い素材から製造することもできる。この場合、チューブ部材２２０は、予め異なる断面積を有するように定められた絞りチャンバ３２にそれぞれ対応する形で、複数の予め決められた形状で作られる。これらの予め決められた形状のうちの１つを選択することで、所望の幾何学形状を有する絞りチャンバ３２が得られる。
【００４６】
［４０］ただし、典型的なチューブ部材２２０は変形可能な素材で作られ、その場合、チューブ部材２２０が変形すると、絞りチャンバ３２の有効断面積も変化する。また、典型的なチューブ部材２２０は金属製であるが、状況に応じて、ポリマー、天然ゴム、あるいは、その他の材料を使用することもできる。この点で、チューブ部材２２０は、弾性素材（例えば、ポリマーまたは天然ゴム）からでも非弾性素材（例えば、金属）からでも製造できる。
【００４７】
［４１］典型的な計量器システム２０によって使用される可変開口部アセンブリ１４２はさらに、圧縮ウェッジ２２４、圧縮シム２２６、第１および第２のシェブロン（chevron）部材２２８、２３０、そして、ネジきり面２３４を有する圧縮ナット２３２、を有する。
［４２］この可変開口部アセンブリ１４２を収容するために、典型的な本体部材１４０の中央セクション１４８は、制限壁１８０に加えて、以下に示す内部壁を有する。すなわち、チューブシート壁２４０、圧縮壁２４２、間隔壁２４４、そしてネジ切り壁２４６である。チューブシート壁２４０は、上で述べた制限壁１８０の上流に位置し、一般に円筒形である。圧縮壁２４２はチューブシート壁の上流に位置し、一般に円錐形である。間隔壁２４４は圧縮壁の上流に位置し、一般に円筒形である。ネジ切り壁２４６は間隔壁の上流に位置し、圧縮ナット２３２のネジ切り面２３４とかみ合う形でネジが切られている。
【００４８】
［４３］そうして、圧縮ナット２３２については、これを本体部材１４０に対して軸回転させることで、本体部材１４０の縦軸Ａに沿って制限壁１８０の方向へ移動させることができる。ナット２３２が制限壁１８０の方向へ進むと、ナット２３０から圧縮ウェッジ２２４に対し、シェブロン部材２２８、２３０および圧縮シム２２６を介して、力が加わることになる。圧縮ウェッジ２２４の外面２５０は円錐形をしている。圧縮ウェッジ２２４の外面２５０は圧縮壁２４２と連動し、その結果、ウェッジ２２４は、径方向内向き、縦軸Ａに向かって移動する。圧縮ウェッジ２２４が内向きに移動することで、すでに概要を説明した通り、チューブ部材２２０が変形し、絞りチャンバ３２の有効断面積も変化することになる。
【００４９】
３．電気システム
［４４］次いで、図面のうち図４を参照する。動図が詳細に示すのは、典型的な流量計システム２０の電気システム２４の一部として用いられる計量器回路４４に関する、１つの典型的な実施の形態である。計量器回路４４は、第１、第２、そして第３の集計・調整システム３２０、３２２、３２４を有する。第１の集計・調整システム３２０は、調整係数と未処理の圧力信号とを結合して調整済み圧力信号を得る。第２の集計・調整システム３２２は、未処理の温度信号と気体定数入力とを結合して、補償済み温度信号を得る。第３の集計・調整システム３２４は、調整済み圧力信号と補償済み温度信号とを結合して、流量出力信号を得る。
【００５０】
［４５］集計・調整システム３２０〜３２４の設計の詳細は、計量器システム２０が使用される特定の環境によって決定される。典型的構成として、これらのシステム３２０〜３２４は、信号に特定の複数構成要素と１つの集計・調整アンプとを有する。信号特定の構成要素は、アナログまたはデジタル形式の未処理の入力信号を、信号特定の構成要素につながれた集計・調整アンプでの使用に適した、デジタルまたはアナログの調節済み信号に変換する。一方、集計・調整アンプは、調節済み入力信号に基づく調整信号を生成するように設計されている。
【００５１】
［４６］計量器回路４４については、ディスクリート回路構成要素、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）、多目的マイクロコンピュータまたはデジタル信号プロセッサなどの統合プロセッサで動作するソフトウェア、あるいは、これらの手法の組み合せを用いて実装すればよい。電気システム２４をどのような形で実装するにしろ、その本質は、製造コスト、設計者の背景および経験、そして、計量器システム２０の動作環境、などの要因によって決まる。例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて本発明の実施の形態を実装する場合、ＤＳＰは、好ましい構成として、ルックアップテーブルを記憶する記憶ユニットを有し、当該テーブルには、計量器の本来の調整条件を含む（ただし、これに限定はされない）調整条件が格納されている。このデータは、圧力センサおよび／または温度センサにドリフトが生じて、本来の条件を再び参照しなければならない、という場合に役立つ。また、本データは、計量器が調整またはその他のサービスを必要とするか否かを判定する判断手順の実行にも役立つ。加えて、好ましい構成として、ＤＳＰメモリユニットは、１つ以上の流体についての「流体粘性」対「温度」ルックアップテーブルを有する。このデータは、流体温度の変化を補償する際に用いれば有用である。
【００５２】
［４７］次いで、図５を参照する。同図に示すのは、アナログ入力信号に基づいて流量出力信号を生成するように作られた、１つの典型的な計量器回路４４である。図５に示すように、第１の集計・調整システム３２０は、信号調節モジュール３３０、算術論理演算装置３３２（任意）、線形化アンプ３３４（任意）、そして、第１および第２の集計・調整アンプ３３６、３３８を有する。
【００５３】
［４８］未処理の圧力信号は先ず、信号調節モジュール３３０によってフィルタ処理されてから増幅される。必要であれば、フィルタ処理後の圧力信号は、その後、算数論理演算装置３３２および線形化アンプ３３４の一方または両方に、さらには第１の集計・調整アンプ３３６へと入力される。算数論理演算装置３３２および線形化アンプ３３４が必要でない場合、フィルタ処理後の圧力信号は、直接、第１の集計・調整アンプ３３６に送られる。第２の集計・調整アンプ３３８は、調整係数に基づいて調整信号を生成する。圧力信号および調整信号は、その後、第１の集計・調整アンプ３３６に入力され、その結果、処理済み圧力信号が得られる。
【００５４】
［４９］第２の集計・調整システム３２２は、信号調節モジュール３４０、調整およびゲイン用アンプ３４２、そして集計・調整アンプ３４４を有する。信号調節モジュール３４０は、温度信号をフィルタ処理したうえで増幅し、フィルタ処理済み温度信号を得る。調整およびゲイン用アンプ３４２は、気体定数入力に基づいて気体定数信号を生成する。集計・調整アンプ３４４は、フィルタ処理済み温度信号と気体定数信号とに基づいて、処理済み温度信号を生成する。
【００５５】
［５０］第３の集計・調整システム３２４は、集計・調整アンプ３５０とバッファアンプ３５２とを有する。集計・調整アンプは、すでに概要を説明したように、調整済み圧力信号と補償済み温度信号とに基づいて流量信号を生成する。バッファアンプ３５２は、流量信号に基づいて流量出力信号を生成する。
４．調整プロセス
［５１］ここで、図面のうち図６を参照する。同図において参照番号３６０で示すのは、上述の計量器システム２０を調整するための１つの典型的なプロセスを表すフロー図である。以下の解説では、調整対象の特定の計量器システム２０について、ＤＵＴとして言及する。
【００５６】
［５２］調整プロセスにおける最初のステップ３６２は、ＤＵＴの流量制限器３０を、調整済み計量器システムに直列接続する処理である。その後、ステップ３６４において、負のゲージ圧または真空が、ＤＵＴの流量制限器３０の出口に入力され、計量器システム２０の電子機器はゼロ設定される。
［５３］次のステップ３６６は、ＤＵＴの上流で圧力を加え、ＤＵＴを通る流れを作り出す処理である。この流れが、調整済み計量器システムを用いた計測の対象となる。その後、ステップ３６８において、気体特有の気体定数入力が電子機器部分２４に対して入力される。その際には、デジタル直列入力および／または１以上のスイッチの組など、適切な気体定数入力を生成するように構成することが可能な、従前からの手段を使用する。
【００５７】
［５４］そして、ステップ３７０においては、上述した手法のいずれか１つによって絞り空洞３２の幾何学形状を適切に選択することで、最大流量範囲が得られる。
［５５］その後、ステップ３７２において、流量は、ＤＵＴの最大流量設定値の１０パーセントに下げられる。その後、当該流量に関する圧力信号および温度信号が読み取られ、保存される。そして、ステップ３７４において、流量速度は、１００パーセントになるまで、増分１０パーセントずつ上げられる。そして、流量速度が増分ずつ上げられるたびに、これに応じて圧力信号および温度信号が計測され、保存される。ステップ３７８において調整済み計量器システムが計測する「圧力信号」対「質量流量速度」のプロットの勾配が、トリムポットやデジタル直列入力などの従来型の手段を用い、調整係数として計測され保存される。
【００５８】
［５６］ここで図７を参照する。同図において、参照番号３８０ａ、３８０ｂ、そして３８０ｃで示されるのは、何通りかの温度に対する、「圧力信号」対「質量流量速度」の典型的なプロットである。計量器回路４４は、調整係数と気体定数入力とによって生成された圧力／質量流量のプロットに基づいて、流量信号出力信号を生成する。
［５７］次いで、図８を参照する。同図に示すのは、圧力信号と質量流量速度との関係が非線形的である場合の、「圧力信号」対「質量流量速度」のプロット３８２である。例えば、この関係は、開口部の場合に非線形的になりうる。
【００５９】
［５８］圧力／質量流量速度の関係が非線形的である場合、フィルタ処理後の圧力信号は、算術論理演算装置３３２および線形化アンプ３３４の一方または両方を通ることになる。算術論理演算装置３３２および線形化アンプ３３４は、圧力／質量流量速度の関係の非線形性を補償する機能を果たす。例えば、信号調整回路が、フィルタ処理後の圧力信号に対して「区分的線形化」関数または平方根関数の一方または両方を実行して補償後圧力信号を得る、とすればよい。さらに詳しく説明するために、ここで再び図８を参照する。同図に参照番号３８４で示すのは、非線形曲線３８２の逆関数に対応する曲線である。曲線３８６は、２つの曲線３８２、３８４の中間点を表し、上記の線形勾配方程式（式１０）において利用できる。
【００６０】
［５９］実際問題として、計量器回路４４については、算術論理演算装置３３２および線形化アンプ３３４を両方とも備え、さらに、図５に示すように、これらの回路要素３３２、３３４のいずれかを回路４４から外すように構成されたスイッチ３９０、３９２を備える、という形で製造するのが好ましい。このようにスイッチ３９０、３９２を使用すれば、特定の環境に対応してカスタマイズすることが容易な、標準的な計量器回路４４を製造することが可能となる。
【００６１】
５．質量流量制御システム
［６０］すでに概要を説明したように、上述した本発明の質量流量計には、多数の用途がある。単に、多種多様な流体について多種多様な流量速度で質量流量速度を計測するためだけに使用することもできる。また、質量流量速度が正確であることが重要となるような、より大規模な流体処理用または流体管理用のシステムの一部として使用することもできる。他の構成要素と組み合わせて、より複雑なスタンドアローンの装置を作ることも可能である。
【００６２】
［６１］本セクションからは、図９を参照しながら、上述の典型的な質量流量計２０が組み込まれた、典型的な質量流量制御システム４２０について説明する。質量流量制御システム４２０は、スタンドアローンの装置であり、質量流量を計測するだけではなく、この流量速度を、多種多様な流体および流量速度に対して、高い精度で制御することを可能とする。
【００６３】
［６２］質量流量制御システム４２０に組み込まれた流量計システム２０は、すでに説明済みのものであるため、流量制御システム４２０の計量器部分についての説明は繰り返さない（流量制御システム４２０の完全な理解のために必要な範囲を除く）。
［６３］流量計システム２０に加えて、流量制御システム４２０は、弁制御フィードバックループシステム４２２と流量制御装置システム４２４とを有する。流量制御装置システム４２４は流量計システム２０に直列に配置されており、流量計システム２０を通る流体の質量流量を流量制御装置システム４２４が決定するようになっている。
【００６４】
［６４］流量制御装置システム４２０については、先に引用した６,０２６,８４９号特許や０９／８０５,７０８号出願で説明されているような、機械的または電気機械的な流量制御装置とするのが好ましい。しかしながら、流量制御装置システム４２４については、電気的または機械的な制御の下でシステム４２０内を流れる流体の流量を増減させることのできる流量制御装置システムであれば、どのようなものでもよい。
【００６５】
［６５］本発明では、第３の集計・調整システム３２４が有する集計・調整アンプ３５０によって生成された流量信号は、弁制御フィードバックループシステム４２２に入力される。弁制御フィードバックループシステム４２２は、流量信号を希望の流量速度の信号と比較する。希望流量速度信号については、状況の必要とするところに応じて、予め設定しておいてもよいし、変更してもよい。たとえば、医学の現場では、予め定められた流量速度で気体が患者に加えられるように、医師が規定することが考えられる。その場合、医者が決定した「予め定められた」流量速度は、所望の流体速度の信号に変換されることになる。
【００６６】
［６６］希望の流量速度の信号と流量計システム２０によって生成される流量信号との差分に基づいて、弁制御フィードバックループシステム４２２は、流量制御装置システム４２４を制御する流量制御信号を生成する。流量制御装置システム４２４が機械的システムであれば、流量制御信号は、システム４２４を通る流体の流量速度を増減させるように流量制御装置信号を操作する機械的な運動（回転運動、並進運動）の形を取るであろう。一方、システム４２４が電気機械システムであれば、流量制御信号は、システム４２４における機械的運動に変換されるような電気信号の形を取るであろう。
【００６７】
［６７］流量制御装置システム４２４と流量計システム２０との組み合せによって、システム４２０の流体出力が高い精度で制御可能となる、という結果が得られる。
６．質量流量制御システムに関する他の実施の形態
［６８］上述の、そして図９にも示した質量流量制御システムの代替となる実施の形態を図１０に示す。具体的には、流量制御装置５２４は、弁５２８につながれた、圧電式アクチュエータ制御またはソレノイド式アクチュエータ制御５２６を有する。アクチュエータ制御５２６は、計量器回路４４に信号５３０を送る。アクチュエータ制御５２６がソレノイド式アクチュエータ制御である場合、信号５３０は電流信号であり、電圧信号に変換される。アクチュエータ制御５２６が圧電式アクチュエータ制御である場合、信号５３０は、集積ひずみゲージからの電圧信号となる。いずれの例においても、信号５３０はＶpm（すなわち、電圧（原動力））として認識できる。
【００６８】
［６９］信号５３０は、駆動装置制御５２６で発生させられるローレンツ力と弁５２８における圧力変化との関係を表す。そのため、信号５３０については、図１に示す圧力変換器４０を代替、増補、および／または調整する間接的な圧力インジケータとして用いることができる。たとえば、図１０の場合、圧力変換器４０は存在せず、その代わりに信号５３０が用いられる。信号５３０は、また、与えられた流量絞りに関してＲの値が変化していないことを確かめるための診断用インジケータとして用いることもできる。
【００６９】
［７０］また、図１０に示す質量流量制御システム用の計量器回路４４については、ＥＥＰＲＯＭを用いた、少なくとも１２８キロバイトのメモリを有するもの、とするのが好ましい。計量器回路４４用のメモリには、各種の気体および／または流量絞りに関する質量流量速度増分に対するＶｐｍの値を示すルックアップ表を格納しておくべきである。このルックアップ表が、以下の方程式に対する値を示す、とするのが好ましい。
【式１１】
【００７０】
2004532411.tif 000013
【００７１】
［７１］このように、以上説明した別の実施の形態は、信号５３０（Ｖpm）を用いてシステムにおける圧力の変化を計測し、質量流量制御システムにおける弁５２８を制御するものである。
７．補足的な考察
［７２］一般論として、設計者は、流量計システムが用いられる予定の動作環境を初めに決定してから、本発明の特定の実装形態を設計する。動作環境とは、流体それ自体の特性、流体の入力圧および出力圧の予想範囲、環境条件、エラー許容性、などを含む。設計者はさらに、原価などの商業的な要因まで考慮するかもしれない。
【００７２】
［７３］本発明の機械的構成要素および電気的構成要素の多くについては、その特性を状況に応じて変更することで、特定の用途のための特定の流量計システムを「チューニングする」ことができる。
［７４］例えば、絞りチャンバや入口および出口の開口部については、流体の種類、予想される入口圧力、そして所望の流量速度に基づいて選択すればよい。
【００７３】
［７５］加えて、各種構成要素に用いられる素材は、予想される流体の圧力や種類に基づいて選択しなければならない。例えば、低圧の空気の場合、多くの構成要素に関してプラスチックが使用できるであろう。流体が腐食性である場合や、圧力がさらに高い場合は、鋼またはステンレス鋼を用いればよい。
［７６］エレクトロニクスについても、特定の環境に応じてカスタマイズされる。例えば、上述した各種集計・調整システムの実装の詳細は、特定の動作環境が規定されたうえで決定される。
【００７４】
［７７］すなわち、本発明については、発明の思想や本質的特長から逸脱しない形で、これまでの説明したのとは異なる形で実施することもできる。つまり、本実施の形態は、あらゆる点において例示的なものであり、これらに限定されるものではない。本発明は、これまでの説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、従って、特許請求の範囲に均等な意味や範囲におさまる限り全ての変更は本発明に含まれると考える。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の質量流量計の典型例を示すブロック図である。
【図２】「質量流量計内の質量流量」対「流体圧力」の関係を示す典型的なプロット図であり、本発明の動作を表す図である。
【図３】図１に示すような質量流量計の実装に利用することのできる機械システムの典型例を示す、一部概略的な断面図である。
【図４】図１の質量流量計に用いられる計測器回路を示すブロック図である。
【図５】本発明の原理を採用する質量流量計に用いることのできる計測器回路の典型例を示す詳細ブロック図である。
【図６】図１の質量流量計の調整方法の典型的な一例を示すフロー図である。
【図７】いくつかの異なる流体温度に関して「質量流量計内の質量流量」対「流体圧力」の関係を示すプロット図であり、異なる流体温度に対する補償を示す図である。
【図８】「質量流量計内の質量流量」対「流体圧力」の関係を示す典型的なプロット図であり、非線形の質量流量出力に適用された場合の、本発明の動作の基本原理を示す図である。
【図９】本発明の質量流量計システムを用いる流量制御システムの典型例を示すブロック図である。
【図１０】流量制御システムの別の実施の形態を示すブロック図である。
【図１】
2004532411.tif 000014
【図２】
2004532411.tif 000015
【図３】
2004532411.tif 000016
【図４】
2004532411.tif 000017
【図５】
2004532411.tif 000018
【図６】
2004532411.tif 000019
【図７】
2004532411.tif 000020
【図８】
2004532411.tif 000021
【図９】
2004532411.tif 000022
【図１０】
2004532411.tif 000023
【国際公開パンフレット】
2004532411.tif 000024
2004532411.tif 000025
2004532411.tif 000026
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2004532411.tif 000030
2004532411.tif 000031
2004532411.tif 000032
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【国際調査報告】
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