(57)【要約】【課題】極低温や極高温、腐食性等を持つ流体等の計測も可能であり、シール部材の劣化や腐食などの生じにくい非接触測定による流量計測可能な流量計１流量計１を実現する。【解決手段】ガイド筒１１と、ガイド筒１１の周囲に巻装された電磁コイル１４と、ガイド筒１１内でその軸方向に沿って直線的に移動可能な鉄心１７と、ガイド筒１１の一端に配置された流路とを備えており、流路内を流れる流体の動圧で、鉄心１７をガイド筒１１内で移動させ、電磁コイル１４周辺の磁界、乃至電磁コイル１４の起電力が変化させ、この起電力の変化を自己インダクタンスの変化として計測し、予め校正決定されている流体の流量と自己インダクタンスの関係に基づき流量が測定該移動の際に生じる磁界の変化を計測して流体の体積流量を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイド筒と、該ガイド筒の周囲に巻装された電磁コイルと、該ガイド筒内でその軸方向に沿って直線的に移動可能な鉄心と、前記ガイド筒の一端に配置された流路とを備えた流量計であって、
前記流路内を流れる流体の動圧で、前記鉄心を前記ガイド筒内で移動させ、鉄心の位置が変わることで生じる磁界の変化を計測して流体の体積流量を測定することを特徴とする流量計。
【請求項２】
前記電磁コイルに周期的もしくはパルス状の電圧が流され、前記鉄心の前記電磁コイルとの相対的な位置が変化したときに生じる電磁コイル内部の電流の立ち上がり時間変動率の変化を自己インダクタンスの変化として計測し、予め校正決定されている前記流体の流量と自己インダクタンスの関係に基づき流量が測定可能であることを特徴とする請求項１記載の流量計。
【請求項３】
前記鉄心の前記一端には、流体受け部が設けられており、該流体受け部が流体の動圧を前記鉄心の軸方向に受けることを特徴とする請求項１又は２記載の流量計。
【請求項４】
前記ガイド筒の他端は、鉄心が移動可能な空間を有し、鉄心の他端にはガイドが設けられ、該ガイド部は静止した流体の充満した空間内を移動可能とし、該空間には空気弁を介して大気と流通可能であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計に関し、特に、磁力と流体力の釣り合いを利用した流量計である。より、詳細には本発明は、流量計外部に設置した電磁コイルで保持され流量計内部に置かれた鉄心が、流体力によって変位することで生じる磁界の変化を利用しその時の体積流量を測定する流量計である。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体について各種の流量計が知られている。例えば、流体で羽根を回転させてその回転量で流量を測定するような機械的流量計が知られている。さらに、流体に接触しない非接触測定が可能な流量計としては、電磁石を用いた電磁流量計（特許文献１、２参照）、或いは超音波振動子を配管の外部に取り付ける超音波流量計（特許文献３、４参照）等がある。
【０００３】
ところで、流体の計測をする場合、導体以外の流体について計測を可能とするという要請がある。さらに、液体水素のような極低温や極高温、塩素を含んだ腐食性等を持つ流体などは、シール部材の劣化や腐食などの問題があり、流量計測が難しいとされてきた。
【特許文献１】特開平５−０７２００８号
【特許文献１】特開平６−２３５６４９号
【特許文献１】特開平５−２２３６０８号
【特許文献１】特開平５−２３１８８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記機械的流量計は、流体量を測定するために機械的な機構や何らかのセンサーを取り付けることが必要で複雑な構成となり、またシール部材は不可欠である。
【０００５】
また、電磁流量計は、電磁石を用いた非接触流量計であるが、導体である流体しか測定できない。さらに、超音波流量計は、超音波振動子を配管の外部に取り付けるので、非接触測定が可能であるが、極低温や極高温での振動子の特性は、十分解明されていないし、このような条件下において振動子を取り付け固定するための接着剤などの安定性は不明である。
【０００６】
本願発明は、上記従来の問題点を解決することを目的とするものであり、非接触測定による流量計測可能な機構を持った流量計であり、測定原理上、測定対象を選ばない流量計を実現することを課題とする。
【０００７】
さらに、本願発明は、従来難しいとされてきた極低温や極高温、腐食性等を持つ流体等の計測も可能であり、シール部材の劣化や腐食などの生じにくい構成の流量計を実現しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために、ガイド筒と、該ガイド筒の周囲に巻装された電磁コイルと、該ガイド筒内でその軸方向に沿って直線的に移動可能な鉄心と、前記ガイド筒の一端に配置された流路とを備えた流量計であって、前記流路内を流れる流体の動圧で、前記鉄心を前記ガイド筒内で移動させ、鉄心位置が変化することで生じる磁界の変化を計測して流体の体積流量を測定することを特徴とする流量計を提供する。
【０００９】
前記電磁コイルに周期的もしくはパルス状の電圧が流されると、前記電磁コイルと前記鉄心との相対的な位置に対応した立ち上がり方で電流が前記電磁コイルに発生する。この電流の立ち上がり時の時間変動率を自己インダクタンスの変化として計測し、予め校正決定されている前記流体の流量と自己インダクタンスの関係に基づき流量が測定可能であることが好ましい。
【００１０】
前記鉄心の前記一端には、流体受け部が設けられており、該流体受け部が流体の動圧を前記鉄心の軸方向に受けることが好ましい。
【００１１】
前記ガイド筒の他端は、鉄心が移動可能な空間を有し、鉄心の他端にはガイドが設けられ、該ガイド部は空間内を移動可能とし、該空間には空気弁を介して大気と流通可能であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明は、上記構成であるから、次のような効果を奏することができる。
（１）流体量を測定するためのセンサーや機械的機構を挿入することなく流量を非接触で測定できる。したがって、何らのシール部材を必要としないためこれまで流量計測が難しいとされてきた特殊な流体の流量計測が可能である。さらに、極低温や極高温、腐食性等を持つ流体の流量計測も可能であり、シール部材の劣化や腐食などを生じない。
【００１３】
（２）流体により鉄心の移動による自己インダクタンスの変化から流量を測定しているが、この場合、鉄心全体を静止流体中に沈めることで鉄心に動圧のみを作用させ、静圧を作用させないので、静圧変動による影響を受けることなく流量測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る流量計の最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。
【００１５】
（原理）
鉄心を内部に持った電磁コイルに周期的もしくはパルス状の電圧を加えると電流の立ち上がりの時間変化率は、鉄心と電磁コイルの相対的な位置で決まる。したがって、この電流の時間変化率を測定すれば電磁コイルと鉄心の相対位置に対応した電磁コイルの自己インダクタンスを知ることができる。すなわち、自己インダクタンスの大きさは電磁コイルと鉄心の相対位置で決まる値である。したがって、電磁コイルの内部に置かれた鉄心と電磁コイルの相対的な位置が変化するとそれに応じて自己インダクタンスの大きさが変化する。
【００１６】
加える電圧の大きさや周波数を一定にして鉄心の位置を変化させると自己インダクタンス量が変化する。言い換えれば自己インダクタンスの変化量を測定すれば、鉄心と電磁コイルの相対的な位置関係、電磁コイルが固定されていれば鉄心の移動量を知ることができる。
【００１７】
この原理を用いれば、鉄心に加わる流体力（ここでは動圧）によって、鉄心が変位し自己インダクタンスが変化するのでその量を測定すれば、鉄心に加わる流体力すなわち流量を知ることができる。
【００１８】
また、鉄心位置によって下流側へ流れる流路幅が変化するような構造にしておけば、鉄心にかかる流体力が変化しても鉄心位置が動かないように電磁コイルの電圧を制御すれば、流れの状態が変わってもその流路幅に対応した一定流量が流れるので、単なる流量計としてだけでなく、流量制御機能を持った流量計としても使用できる。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明に係る流量計の断面図を示す図である。この流量計１は、非磁性体で形成されたケーシング２を有する。このケーシング２ではほぼ中央において、その頂壁３に上部開口４が形成されており、その底壁５に流入口６が形成されており、その側方に流出口７が形成されている。
【００２０】
流入口６は、ケーシング２において上部開口４に対向する位置の底壁５に形成されおり、流量測定されるべき流体を供給する供給部８が接続されている。流出口７には流体を排出する排出管（図示せず）が接続されている。
【００２１】
ケーシング２の底壁５と頂壁３の間であって、上部開口４及び流入口６と同心的な位置に、支持筒９が取り付けられている。この支持筒９は、その周壁に複数のスリット（長孔）１０が周方向に間隔をおいて形成されている。
【００２２】
ケーシング２の頂壁３の上部に位置するように、支持筒９上に、上端が閉じられ下端が開口したガイド筒１１が取り付けられている。ガイド筒１１は支持筒９と同じ内径を有しており、ガラス、樹脂、ステンレス等の非磁性材料で形成されている。
【００２３】
このガイド筒１１の上壁１２には、流体の泡を抜くための空気抜き弁１３が接続されている。ガイド筒１１の周囲には電磁コイル１４が巻装されている。この電磁コイル１４は、ガイド筒１１の下端からほぼ上端近く（例えば、ガイド筒１１の下端から全長のほぼ８０〜９０％程度の位置）まで巻装されている。そして、電磁コイル１４には、正弦波電圧が供給されるように構成されている。
【００２４】
支持筒９内には、適宜隙間が形成されるように下部ガイド１５が上下動可能に設けられている。この下部ガイド１５の長さは、ケーシング２の底壁５と頂壁３の間の間隔とほぼ同じである。そして、下部ガイド１５は、その下面１６がわずかへこんでいて、下方から衝突してくる流体の流体力を逃がさないような形状をしている。
【００２５】
下部ガイド１５の上端には鉄心１７が取り付けられており、この鉄心１７は、ガイド筒１１内に適宜隙間１８が形成されるように上下動可能に設けられている。鉄心１７の長さは電磁コイル１４とほぼ同じである。
【００２６】
鉄心１７の上端には、ガイド筒１１内を上下動可能な上部ガイド１９が取り付けられている。この場合、上部ガイド１９の長さは、その上端とガイド筒１１の頂壁３との間に空間２０（上部空間）が残るように形成されている。
【００２７】
（作用）
以上の構成から成る流量計１の作用を以下に説明する。流量測定される前の状態を図１に示す。流体の流量測定を行う場合には、電磁コイル１４に正弦波電圧を印加する。そして、流量測定されるべき流体を供給部８から供給すると、図２に示すように、流体は流入口６からケーシング２内に流入し、下部ガイド１５の下面に流体の動圧を作用させるとともに、支持筒９乃至ガイド筒１１との隙間からガイド筒１１の上部空間内にも流入する。
【００２８】
このようにして、鉄心１７は、流体の流れの中でなく澱み領域に置かれている。したがって、鉄心１７の上部ガイド１９の圧力は流れ場の静圧になっている。鉄心１７の真下に位置する流入口６から鉄心１７の下部に取り付けられた下部ガイド１５の下面に流体の動圧のみが作用する。この場合、鉄心１７は背後が静圧になっているので全圧（静圧＋動圧）は作用しない。よって、鉄心の移動量は、流量に直接関係する動圧成分のみによって決まる。
【００２９】
流体で下部ガイド１５が押し上げられると、鉄心１７はガイド筒１１内を鉄心１７は上方に移動する。この鉄心１７の位置の変化によって、電磁コイル１４周辺の磁界が変化し、電磁コイル１４の電流の時間変動率が変化する。この電流の立ち上がり時における時間変動率を自己インダクタンスの変化として測定する。ところで、動圧は、（体積流量）２×（密度）／２  と書けるので、鉄心１７の上方への移動量は体積流量の二乗に比例する。
【００３０】
予め事前に、図３のグラフで示すように、流体の流量（体積流量Ｌ／min）と自己インダクタンス（Ｈ）の関係を校正によって決定しておけば、自己インダクタンスの測定からそのときの流量を知ることができる。なお、図３は、本発明者らが実験して得た校正グラフであり、流体としては水を利用した。
【００３１】
下部ガイド１５に衝突して押し上げるように流れ込んできた流体は、下部ガイド１５の周囲の隙間から周囲のスリット１０を通して均一に周囲のケーシング２内に流出して、さらに流出口７から流出する。
【００３２】
以上、本発明に係る流量計１の最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、以上のような構成であるから、従来難しいとされてきた  液体水素等の極低温の流体、或いは極高温の流体、さらに塩素分を含む腐食性を持つ流体（例えば、半導体産業で通常使用されている四塩化シリカ等）の流量計測、シール部材の劣化や腐食などの生じ易い環境における流体の流量計測に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施例の構成を説明する図である。
【図３】本発明におけるインダクタンスと流体流の量の校正例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  流量計
２  ケーシング
３  頂壁
４  上部開口
５  底壁
６  流入口
７  流出口
８  供給部
９  支持筒
１０  スリット（長孔）
１１  ガイド筒
１２  上壁
１３  空気抜き弁
１４  電磁コイル
１５  下部ガイド
１６  下面
１７  鉄心
１８  隙間
１９  上部ガイド
２０  空間（上部空間）
【図１】
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【図２】
2007240429.tif 000004
【図３】
2007240429.tif 000005