特許 7193088 差圧式流量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】差圧式流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/48 20060101AFI20221213BHJP

   G01F 1/50 20060101ALI20221213BHJP

   G01F 1/00 20220101ALI20221213BHJP

   G01F 15/02 20060101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

G01F1/48

G01F1/50

G01F1/00 W

G01F15/02

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019059221

(22)【出願日】2019-03-26

(65)【公開番号】P2020159851

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000127961

【氏名又は名称】株式会社堀場エステック

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 隆司

(72)【発明者】

【氏名】土井原 良次

(72)【発明者】

【氏名】チョン・カー・ウィー

(72)【発明者】

【氏名】寺阪 正訓

(72)【発明者】

【氏名】田村 憲彦

(72)【発明者】

【氏名】中村 彰宏

(72)【発明者】

【氏名】林 丈裕

【審査官】羽飼 知佳

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２０８８３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｆ １／３４－１／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流路を流れる流体の流量を測定する差圧式流量計であって、
前記流路に対して直列状に設置され、前記流体に差圧を生成する一対の差圧生成体と、
前記上流側の差圧生成体へ流入する流体の第１圧力及び前記上流側の差圧生成体から流出して前記下流側の差圧生成体へ流入する流体の第２圧力の差である第１差圧と、前記第２圧力及び前記下流側の差圧生成体から流出した流体の第３圧力の差である第２差圧とに基づき前記流路を流れる流体の流量を測定する流量測定機構とを備え、
前記一対の差圧生成体が、互いに異なる長さの内部流路を有し、かつ、当該両差圧生成体の内部流路における上流端側の流路形状が略同一の形状損失になるように設定されていると共に、当該両差圧生成体の内部流路における下流端側の流路形状が略同一の形状損失になるように設定されていることを特徴とする差圧式流量計。

【請求項2】

流路を流れる流体の流量を測定する差圧式流量計であって、
前記流路に対して直列状に設置され、前記流体に差圧を生成する一対の差圧生成体と、
前記上流側の差圧生成体へ流入する流体の第１圧力及び前記上流側の差圧生成体から流出して前記下流側の差圧生成体へ流入する流体の第２圧力の差である第１差圧と、前記第２圧力及び前記下流側の差圧生成体から流出した流体の第３圧力の差である第２差圧とに基づき前記流路を流れる流体の流量を測定する流量測定機構とを備え、
前記一対の差圧生成体が、互いに異なる長さの内部流路を有し、かつ、当該両差圧生成体の内部流路における上流端側に生じる形状損失が互いにキャンセルされると共に、当該両差圧生成体の内部流路における下流端側に生じる形状損失が互いにキャンセルされるように構成されていることを特徴とする差圧式流量計。

【請求項3】

前記一対の差圧生成体が、略同一の径寸法に設定された内部流路を有するキャピラリーである請求項１又は２のいずれかに記載の差圧式流量計。

【請求項4】

前記流量測定機構が、
前記上流側の差圧生成体の上流端に接続され、その内部に前記第１圧力を取り出す圧力取出部を有する第１圧力計と、
前記上流側の差圧生成体の下流端及び前記下流側の差圧生成体の上流端の間に接続され、その内部に前記第２圧力を取り出す圧力取出部を有する第２圧力計と、
前記下流側の差圧生成体の下流端に接続され、その内部に前記第３圧力を取り出す圧力取出部を有する第３圧力計とを備えている請求項１乃至３のいずれかに記載の差圧式流量計。

【請求項5】

前記第１圧力計、前記第２圧力計及び前記第３圧力計の圧力取出部が、略同一形状に設定されている請求項４記載の差圧式流量計。

【請求項6】

前記第１圧力計、前記第２圧力計及び前記第３圧力計の圧力取出部が、いずれかの差圧生成体の内部流路と連通し、当該内部流路よりも大きい径寸法を有する測定流路を有しており、
前記上流側の差圧生成体の内部流路と前記第１圧力計の測定流路との接合箇所における流路形状と、前記下流側の差圧生成体の内部流路と前記第２圧力計の測定流路との接合箇所における流路形状とが略同一の形状損失になるように設定されており、
前記上流側の差圧生成体の内部流路と前記第２圧力計の測定流路との接合箇所における流路形状と、前記下流側の差圧生成体の内部流路と前記第３圧力計の測定流路との接合箇所における流路形状とが略同一の形状損失になるように設定されている請求項５記載の差圧式流量計。

【請求項7】

前記流量測定機構が、
前記上流側の差圧生成体の上流端及び下流端に接続され、その内部に前記第１差圧を取り出す差圧取出部を有する第１差圧計と、
前記下流側の差圧生成体の上流側及び下流側に接続され、その内部に前記第２差圧を取り出す差圧取出部を有する第２差圧計とを備えている請求項１又は２のいずれかに記載の差圧式流量計。

【請求項8】

前記第１差圧計及び前記第２差圧計の差圧取出部の前記流路から延びる部分の当該流路に対する高さが略同一に設定されている請求項７記載の差圧式流量計。

【請求項9】

前記第１差圧計及び前記第２差圧計の差圧取出部が、いずれかの差圧生成体の内部流路の上流側と連通し、当該内部流路よりも大きい径寸法を有する第１測定流路と、当該差圧生成体の内部流路の下流側と連通し、当該内部流路よりも大きい径寸法を有する第２測定流路とを有しており、
前記上流側の差圧生成体の内部流路と前記第１差圧計の第１測定流路との接合箇所における流路形状と、前記下流側の差圧生成体の内部流路と前記第２差圧計の第１測定流路との接合箇所における流路形状とが略同一の形状損失になるように設定されており、
前記上流側の差圧生成体の内部流路と前記第１差圧計の第２測定流路との接合箇所における流路形状と、前記下流側の差圧生成体の内部流路と前記第２差圧計の第２測定流路との接合箇所における流路形状とが略同一の形状損失になるように設定されている請求項８記載の差圧式流量計。

【請求項10】

前記流体の密度を補正するための補正用圧力計をさらに備えている請求項７乃至９いずれかに記載の差圧式流量計。

【請求項11】

前記両差圧生成体の少なくとも一部が曲げられている請求項１乃至１０のいずれかに記載の差圧式流量計。

【請求項12】

前記両差圧生成体の一部が環状に曲げられている請求項１１のいずれかに記載の差圧式流量計。

【請求項13】

前記一対の差圧生成体の少なくとも一方に、その内部流路を流れる前記流体の温度を検出する温度センサが設置されている請求項１乃至１２のいずれかに記載の差圧式流量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、差圧式流量計に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体製造プロセスにおいては、流路を流れる流体の流量を正確に把握する必要があることから、各流路に流量計が設置される。例えば、特許文献１には、流量計の一つとして、流路に設置される差圧生成体と、差圧生成体へ流入する流体の圧力を検出する上流側圧力計と、差圧生成体から流出する圧力を検出する下流側圧力計と、を備えた差圧式流量計が開示されている。

【0003】

ところで、流路に差圧生成体を設置し、この差圧生成体に生じる差圧から流体の体積流量Ｑｖ及び質量流量Ｑｍを算出する理論式として次の式（１）がある。

【0004】

ここで、ｄは、差圧生成体の直径、μは、流体の粘度、ｌは、流路から差圧生成体に流入した流体が助走区間を経て層流として速度分布が完成した領域（以下、層流領域ともいう）における二点間の距離、ΔＰは、前記二点間の差圧、をそれぞれ示している。すなわち、この式（１）においては、差圧生成体における層流領域の摩擦損失しか考慮されていない。

【0005】

このため、前記従来の差圧式流量計において、両圧力計で検出された圧力から差圧ΔＰ´を算出し、この差圧ΔＰ´をΔＰとして式（１）から体積流量Ｑｖを算出しようとすると、正確な流量が得られない。

【0006】

なぜなら、前記従来の差圧式流量計で得られる差圧ΔＰ´には、上流側圧力計の測定流路を流れる流体が差圧生成体の内部流路へ流入する場合に、その接合箇所における流路形状の縮小に伴って生じる形状損失、差圧生成体の内部流路を流れる流体が下流側圧力計の測定流路へ流入する場合に、その接合箇所における流路形状の拡大に伴って生じる形状損失、及び、各圧力計の測定流路で生じる摩擦損失が含まれるからである。

【0007】

一方、差圧生成体の層流領域に圧力取出部を設けて差圧ΔＰを直接測定する方法も考えられるが、差圧生成体から静圧を取り出すためには、差圧生成体の直径よりもある程度小さい直径の圧力取出管を接続する必要があるため、圧力取出管の直径が小さくなり過ぎて正確に静圧を取り出すことができないという問題点があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００６－１５３６７７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

そこで、本発明は、理論式を用いてより正確な流量を測定できる差圧式流量計を得ることを主な課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

すなわち、本発明に係る差圧式流量計は、流路を流れる流体の流量を測定する差圧式流量計であって、前記流路に対して直列状に設置され、前記流体に差圧を生成する一対の差圧生成体と、前記上流側の差圧生成体へ流入する流体の第１圧力及び前記上流側の差圧生成体から流出して前記下流側の差圧生成体へ流入する流体の第２圧力の差である第１差圧と、前記第２圧力及び前記下流側の差圧生成体から流出した流体の第３圧力の差である第２差圧とに基づき前記流路を流れる流体の流量を測定する流量測定機構とを備え、前記一対の差圧生成体が、互いに異なる長さの内部流路を有し、かつ、当該両差圧生成体の内部流路における上流端側の流路形状が略同一の形状損失になるように設定されていると共に、当該両差圧生成体の内部流路における下流端側の流路形状が略同一の形状損失になるように設定されていることを特徴とするものである。

【0011】

また、本発明に係る差圧式流量計は、流路を流れる流体の流量を測定する差圧式流量計であって、前記流路に対して直列状に設置され、前記流体に差圧を生成する一対の差圧生成体と、前記上流側の差圧生成体へ流入する流体の第１圧力及び前記上流側の差圧生成体から流出して前記下流側の差圧生成体へ流入する流体の第２圧力の差である第１差圧と、前記第２圧力及び前記下流側の差圧生成体から流出した流体の第３圧力の差である第２差圧とに基づき前記流路を流れる流体の流量を測定する流量測定機構とを備え、前記一対の差圧生成体が、互いに異なる長さの内部流路を有し、かつ、当該両差圧生成体の内部流路における上流端側に生じる形状損失が互いにキャンセルされると共に、当該両差圧生成体の内部流路における下流端側に生じる形状損失が互いにキャンセルされるように構成されていることを特徴とするものである。

【0012】

このようなものであれば、各差圧生成体の内部流路の上流端側及び下流端側の流路形状を略同一にしたので、第１差圧及び第２差圧に基づき、一対の差圧生成体によって生成される差圧を算出する場合に、各差圧生成体の内部流路の上流端側及び下流端側で生じる形状損失が互いにキャンセルされる。これにより、前記理論式を用いてより正確に体積流量を算出できるようになる。ここで、形状損失とは、内部流路の形状変化（具体的には、内部流路の曲がり、内部流路の内径の拡縮等）によって当該内部流路を流れる流体に発生するエネルギー損失を示している。

【0013】

なお、具体的には、前記一対の差圧生成体として、略同一の径寸法に設定された内部流路を有するキャピラリーを使用すればよい。

【0014】

また、本発明に係る差圧式流量計としては、三つの圧力計によって前記第１圧力、前記第２圧力及び前記第３圧力をそれぞれ検出した上で第１差圧及び第２差圧を算出する圧力検出方式と、差圧計によって直接第１差圧及び第２差圧を検出する差圧検出方式とが考えられる。

【0015】

なお、圧力検出方式としては、前記流量測定機構が、前記上流側の差圧生成体の上流端に接続され、その内部に前記第１圧力を取り出す圧力取出部を有する第１圧力計と、前記上流側の差圧生成体の下流端及び前記下流側の差圧生成体の上流端の間に接続され、その内部に前記第２圧力を取り出す圧力取出部を有する第２圧力計と、前記下流側の差圧生成体の下流端に接続され、その内部に前記第３圧力を取り出す圧力取出部を有する第３圧力計とを備えているものであってもよい。

【0016】

そして、この場合、前記第１圧力計、前記第２圧力計及び前記第３圧力計の圧力取出部が、略同一形状に設定されていることが好ましい。

【0017】

このようなものであれば、各圧力計で検出された圧力に基づき、一対の差圧生成体によって生成される差圧を算出する場合に、各圧力計の圧力取出部で生じる摩擦損失が互いにキャンセルされる。これにより、前記理論式を用いてより正確に体積流量を算出できるようになる。

【0018】

さらに、この場合、前記第１圧力計、前記第２圧力計及び前記第３圧力計の圧力取出部が、いずれかの差圧生成体の内部流路と連通し、当該内部流路よりも大きい径寸法を有する測定流路を有しており、前記上流側の差圧生成体の内部流路と前記第１圧力計の測定流路との接合箇所における流路形状と、前記下流側の差圧生成体の内部流路と前記第２圧力計の測定流路との接合箇所における流路形状とが略同一の形状損失になるように設定されており、前記上流側の差圧生成体の内部流路と前記第２圧力計の測定流路との接合箇所における流路形状と、前記下流側の差圧生成体の内部流路と前記第３圧力計の測定流路との接合箇所における流路形状とが略同一の形状損失になるように設定されていることが好ましい。

【0019】

このようなものであれば、各圧力計で検出された圧力に基づき、一対の差圧生成体によって生成される差圧を算出する場合に、各圧力計の測定流路と各差圧生成体の内部流路との接合箇所で生じる形状損失が互いにキャンセルされる。これにより、前記理論式を用いてより正確に体積流量を算出できるようになる。

【0020】

また、差圧検出方式としては、前記一対の差圧生成体が、前記流路に対して間欠的に配置されており、前記流量測定機構が、前記上流側の差圧生成体の上流端及び下流端に接続された前記各流路に連通され、その内部に前記第１差圧を取り出す差圧取出部を有する第１差圧計と、前記下流側の差圧生成体の上流側及び下流側に接続された前記各流路に連通され、その内部に前記第２差圧を取り出す差圧取出部を有する第２差圧計とを備えているものであってもよい。

【0021】

また、この場合、前記第１差圧計及び前記第２差圧計の差圧取出部の前記流路から延びる部分の当該流路に対する高さが略同一に設定されているものであることが好ましい。

【0022】

このようなものであれば、各差圧計で検出された差圧に基づき、一対の差圧生成体によって生成される差圧を算出する場合に、各差圧計の圧力取出部で生じる損失が互いにキャンセルされる。これにより、前記理論式を用いてより正確に体積流量を算出できるようになる。

【0023】

さらに、この場合、前記第１差圧計及び前記第２差圧計の差圧取出部が、いずれかの差圧生成体の内部流路の上流側と連通し、当該内部流路よりも大きい径寸法を有する第１測定流路と、当該差圧生成体の内部流路の下流側と連通し、当該内部流路よりも大きい径寸法を有する第２測定流路とを有しており、前記上流側の差圧生成体の内部流路と前記第１差圧計の第１測定流路との接合箇所における流路形状と、前記下流側の差圧生成体の内部流路と前記第２差圧計の第１測定流路との接合箇所における流路形状とが略同一の形状損失になるように設定されており、前記上流側の差圧生成体の内部流路と前記第１差圧計の第２測定流路との接合箇所における流路形状と、前記下流側の差圧生成体の内部流路と前記第２差圧計の第２測定流路との接合箇所における流路形状とが略同一の形状損失になるように設定されているものであることがより好ましい。

【0024】

このようなものであれば、各差圧計で検出された差圧に基づき、一対の差圧生成体によって生成される差圧を算出する場合に、各差圧計の測定流路と各差圧生成体の内部流路との接合箇所で生じる形状損失が互いにキャンセルされる。これにより、前記理論式を用いてより正確に体積流量を算出できるようになる。この場合、第１差圧計の第２測定流路と第２差圧計の第１測定流路とを共通のものとしてもよい。

【0025】

また、差圧検出方式においては、前記流体の密度を補正するための補正用圧力計を備えているものであってもよい。

【0026】

流体の質量流量を算出する場合には、流体の密度が用いられるが、このようなものであれば、補正用圧力計の検出値に基づき流体の密度を補正することができるため、より正確な流量を得ることができる。

【0027】

なお、本発明に係る差圧流量計においては、二つの差圧生成体を直列状に配置する必要があるため、差圧流量計の全長が長くなる。そこで、前記両差圧生成体の少なくとも一部が曲げられているものあってもよく、また、前記両差圧生成体の一部が環状に曲げられているものであってもよい。

【0028】

このようなものであれば、差圧流量計の全長を短くすることができ、これにより、コンパクトになる。

【0029】

また、前記一対の差圧生成体の少なくとも一方に、その内部流路を流れる前記流体の温度を検出する温度センサが設置されているものであってもよい。

【0030】

このようなものであれば、差圧生成体を流れる流体の粘度μを温度に基づき補正することできるため、より正確な流量を測定できる。

【0031】

このように構成した差圧式流量計によれば、前記理論式を用いてより正確な流量を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】実施形態１に係る差圧式流量計を模式的に示す断面図である。

【図2】実施形態２に係る差圧式流量計を模式的に示す断面図である。

【図3】その他の実施形態に係る差圧式流量計を示す模式図である。

【図4】その他の実施形態に係る差圧式流量計を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下に、本発明に係る差圧式流量計を図面に基づいて説明する。

【0034】

本発明に係る差圧式流量計は、半導体製造プロセスに使用される各機器に接続される流路に設置されるものである。なお、本発明に係る差圧式流量計は、他の分野における流路に使用することもできる。

【0035】

＜実施形態１＞ 本実施形態に係る差圧式流量計１００は、図１に示すように、流路Ｌに対して直列状に設置され、当該流路Ｌを流れる流体に差圧を生成する一対の差圧生成体１０，２０と、各差圧生成体１０，２０によって生成された差圧に基づき流路Ｌを流れる流体の流量を測定する流量測定機構Ｆと、を備えている。

【0036】

前記一対の差圧生成体１０，２０は、管状のものであり、具体的には、円筒状のキャピラリーである。そして、一対の差圧生成体１０，２０は、その内部流路１０ａ，２０ａの上流端側の流路形状が互いに略同一の形状損失になるように設定さており、その内部流路の１０ａ，２０ａ下流端側の流路形状が互いに略同一の形状損失になるように設定されている。具体的には、一対の差圧生成体１０，２０は、互いに異なる長さの内部流路１０ａ，２０ａを有しており、その内部流路１０ａ，２０ａの径寸法が略同一になっている。すなわち、一対の差圧生成体１０，２０の内部流路１０ａ，２０ａは、その長さ以外の形状が略同一になっている。なお、本実施形態においては、円筒状のキャピラリーを用いたが、これに限定されることなく、内部流路１０ａ，２０ａの断面が矩形状や楕円状等その他の形状のキャピラリーであってもよい。

【0037】

そして、前記一対の差圧生成体１０，２０は、それぞれ直線状に延びており、流路Ｌに対して流体の流方向に沿って並べて配置されている。より具体的には、全長が短い方の差圧生成体１０ａが、流路Ｌの上流側に配置され、全長が長い方の差圧生成体２０ａが、流路Ｌの下流側に配置されている。

【0038】

前記流量測定機構Ｆは、具体的には、上流側の差圧生成体１０へ流入する流体の圧力である第１圧力及び上流側の差圧生成体１０から流出して下流側の差圧生成体２０へ流入する流体の圧力である第２圧力の差である第１差圧と、第２圧力及び下流側の差圧生成体２０から流出した流体の圧力である第３圧力の差である第２差圧と、に基づき流路Ｌを流れる流体の流量を測定するものである。

【0039】

そして、前記流量測定機構Ｆは、上流側の差圧生成体１０の上流端に接続され、その内部に前記第１圧力を取り出すための圧力取出部３１を有する第１圧力計３０と、上流側の差圧生成体１０の下流端及び下流側の差圧生成体２０の上流端の間に接続され、その内部に前記第２圧力を取り出すための圧力取出部４１を有する第２圧力計４０と、下流側の差圧生成体２０の下流端に接続され、その内部に第３圧力を取り出すための圧力取出部５１を有する第３圧力計５０と、を備えている。なお、以下において、第１圧力計３０、第２圧力計４０及び第３圧力計５０をまとめて各圧力計３０，４０，５０ともいう。

【0040】

前記各圧力計３０，４０，５０の圧力取出部３１，４１，５１は、流路Ｌや差圧生成体１０，２０の内部流路１０ａ，２０ａと連通して流体が流れる測定流路３１ａ，４１ａ，５１ａと、測定流路３１ａ，４１ａ，５１ａから分岐して延びる圧力取出路３１ｂ，４１ｂ，５１ｂと、を備えている。また、測定流路３１ａ，４１ａ，５１ａは、差圧生成体１０，２０の内部流路１０ａ，２０ａよりも大きな径寸法（直径）を有している。また、圧力取出路３１ｂ，４１ｂ，５１ｂは、測定流路３１ａ，４１ａ，５１ａから分岐して延びており、その先端側に圧力取出路３１ｂ，４１ｂ，５１ｂによって取り出された圧力を検出する圧力検出部３２，４２，５２が設けられている。なお、本実施形態の圧力取出部３１ｂ，４１ｂ，５１ｂは、測定流路３１ａ，４１ａ，５１ａの上下流方向に対して中央に当たる位置から分岐して延びている。

【0041】

そして、前記各圧力計３０，４０，５０は、圧力取出部３１，４１，５１の形状が略同一形状に設定されている。具体的には、前記各圧力計３０，４０，５０の圧力取出部３１，４１，５１は、測定流路３１ａ，４１ａ，５１ａ及び圧力取出路３１ｂ，４１ｂ，５１ｂの長さや径寸法が略同一に設定されており、また、測定流路３１ａ，４１ａ，５１ａに対する圧力取出路３１ｂ，４１ｂ，５１ｂの分岐位置が略同一に設定されている。

【0042】

そして、上流側の差圧生成体１０の内部流路１０ａと第１圧力計３０の測定流路３１ａとの接合箇所Ｘ１における流路形状と、下流側の差圧生成体２０の内部流路２０ａと第２圧力計４０の測定流路４１ａとの接合箇所Ｘ２における流路形状と、が互いに略同一の形状損失になるように設定されている。すなわち、これらの接合箇所Ｘ１，Ｘ２の流路形状が略同一になるように内部流路１０ａ，２０ａ及び測定流路３１ａ，４１ａが接合されている。

【0043】

また、上流側の差圧生成体１０の内部流路１０ａと第２圧力計４０の測定流路４１ａとの接合箇所Ｘ３における流路形状と、下流側の差圧生成体２０の内部流路２０ａと第３圧力計５０の測定流路５１ａとの接合箇所Ｘ４における流路形状と、が互いに略同一の形状損失になるように設定されている。すなわち、これらの接合箇所Ｘ３，Ｘ４の流路形状が略同一になるように内部流路１０ａ，２０ａ及び測定流路４１ａ，５１ａが接合されている。

【0044】

なお、流量測定機構Ｆは、演算部６０をさらに備えている。演算部６０は、各圧力計３０，４０，５０に接続されている。なお、演算部６０は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を備えたいわゆるコンピュータによって構成してあり、前記メモリに格納されているプログラムが実行され、各種機器が協働することによってその機能が実現されるようにしてある。具体的には、各圧力計３０，４０，５０で検出された圧力に基づき流路Ｌに流れる流体の流量を演算する機能を発揮する。

【0045】

次に、本実施形態に係る差圧式流量計１００の測定原理を説明する。

【0046】

先ず、第１圧力をＰ_１、第２圧力をＰ_２、第３圧力をＰ_３、第１圧力計３０の測定流路３１ａにおける圧力取出路３１ｂよりも下流側Ｙ１で生じる摩擦損失をΔＰｆ_{ｐ１ｏｕｔ}、第２圧力計４０の測定流路４１ａにおける圧力取出路４１ｂよりも下流側Ｙ２で生じる摩擦損失をΔＰ_{ｆｐ２ｏｕｔ}、第２圧力計４０の測定流路４１ａにおける圧力取出路４１ｂよりも上流側Ｙ３で生じる摩擦損失をΔＰ_{ｆｐ２ｉｎ}、第３圧力計５０の測定流路５１ａにおける圧力取出路５１ｂよりも上流側Ｙ４で生じる摩擦損失をΔＰ_{ｆｐ３ｉｎ}、接合箇所Ｘ１における流路形状の縮小に伴う形状損失をΔＰ_ｓｃ１、接合箇所Ｘ３における流路形状の拡大に伴う形状損失をΔＰ_ｓｅ１、接合箇所Ｘ２における流路形状の縮小に伴う形状損失をΔＰ_ｓｃ２、接合箇所Ｘ４における流路形状の拡大に伴う形状損失をΔＰ_ｓｅ２、上流側の差圧生成体１０の層流領域における摩擦損失をΔＰ_ｆｃ１、下流側の差圧生成体２０の層流領域における摩擦損失をΔＰ_ｆｃ２、とすると、第１差圧ΔＰ_１２及び第２差圧ΔＰ_２３は、それぞれ次の式（２）及び式（３）で表すことができる。

【0047】

ここで、各圧力計３０，４０，５０の圧力取出部３１，４１，５１が略同一形状になっていることとから、第１圧力計３０の測定流路３１ａの下流側Ｙ１で生じる摩擦損失ΔＰｆ_{ｐ１ｏｕｔ}と、第２圧力計４０の測定流路４１ａの下流側Ｙ２で生じる摩擦損失ΔＰ_{ｆｐ２ｏｕｔ}とが略同一となり、第２圧力計４０の測定流路４１ａの上流側Ｙ３で生じる摩擦損失ΔＰ_{ｆｐ２ｉｎ}と、第３圧力計５０の測定流路５１ａの上流側Ｙ４で生じる摩擦損失ΔＰ_{ｆｐ３ｉｎ}とが略同一となる。さらに、接合箇所Ｘ１及び接合箇所Ｘ２の流路形状が略同一形状になっていることから、接合箇所Ｘ１に生じる形状損失ΔＰ_ｓｃ１と接合箇所Ｘ２に生じる形状損失ΔＰ_ｓｃ２とが略同一となる。また、接合箇所Ｘ３及び接合箇所Ｘ４の流路形状が略同一形状になっていることから、接合箇所Ｘ３に生じる形状損失ΔＰ_ｓｅ１と接合箇所Ｘ４に生じる形状損失ΔＰ_ｓｅ２とが略同一となる。

【0048】

よって、式（２）及び式（３）に基づき、第１差圧ΔＰ_１２と第２差圧ΔＰ_２３との差を算出すると、差圧生成体１０，２０の層流領域に生じる摩擦損失以外の摩擦損失及び形状損失を除いた次の式（４）が得られる。

すなわち、各圧力計で検出される圧力値のみから、層流領域における摩擦損失のみを含む値が得られる。

【0049】

そして、このΔＰ_２３－ΔＰ_１２をΔＰとして式（１）に代入することにより、流路Ｌを流れる流体のより正確な流量を算出することができる。

【0050】

なお、演算部６０は、第１圧力計３０で検出された第１圧力Ｐ１、第２圧力計４０で検出された第２圧力Ｐ２、及び、第３圧力計５０で検出された第３圧力Ｐ３から式（４）に基づきΔＰを算出し、式（１）を用いて流路Ｌに流れる流体の流量を算出する。

【0051】

＜実施形態２＞ 本実施形態に係る差圧式流量計１００は、前記実施形態１における流量測定機構Ｆの変形例である。具体的には、本実施形態に係る流量測定機構Ｆは、図２に示すように、上流側の差圧生成体１０の上流端及び下流端に接続され、その内部に前記第１差圧を取り出す差圧取出部７１を有する第１差圧計７０と、下流側の差圧生成体２０の上流側及び下流側に接続され、その内部に前記第２差圧を取り出す差圧取出部８１を有する第２差圧計８０と、を備えている。なお、以下において、第１差圧計７０及び第２差圧計８０をまとめて各差圧計７０，８０ともいう。

【0052】

前記各差圧計７０，８０の差圧取出部７１，８１は、差圧生成体１０，２０の内部流路１０ａ，２０ａの上流側と連通して流体が流れる第１測定流路７１ａ，８１ａと、差圧生成体１０，２０の内部流路１０ａ，２０ａの下流側と連通して流体が流れる第２測定流路７１ｂ，８１ｂと、第１測定流路７１ａ，８１ａ及び第２測定流路７１ｂ，８１ｂから分岐して延びる圧力取出路７１ｃ，８１ｃと、を備えている。なお、第１測定流路７１ａ，８１ａ及び第２測定流路７１ｂ，８１ｂは、差圧生成体１０，２０の内部流路１０ａ，２０ａよりも大きな径寸法（直径）を有している。また、各圧力取出路７１ｃ，８１ｃは、第１測定流路７１ａ，８１ａ及び第２測定流路７１ｂ，８１ｂから分岐して延びており、その先端側に圧力取出路７１ｃ，８１ｃによって取り出された圧力の差圧を検出する差圧検出部７２，８２が設けられている。なお、本実施形態においては、第１差圧計７０の第２測定流路７１ｂと第２差圧計８０の第１測定流路８１ａとが共通して使用されており、この共通する測定流路から分岐する第１差圧計７０の圧力取出路７１ｃの一部と第２差圧計８０の圧力取出路８１ｃの一部とが共通して使用されている。

【0053】

前記各差圧計７０，８０の差圧取出部７１，８１は、各差圧取出路７１ｃ、８１ｃの流路Ｌからの高さｈ（流路Ｌから直交方向へ延びる部分の長さ）が略同一に設定されている。具体的には、差圧検出部７２，８２を挟んで両側に位置する各差圧取出路７１ｃ，８１ｃの流路Ｌからの高さｈ（流路Ｌから直交方向へ延びる部分の長さ）が略同一に設定されている。また、差圧取出路７１ｃ及び差圧取出路８１ｃの流路Ｌからの高さｈ（流路Ｌから直交方向へ延びる部分の長さ）が略同一に設定されている。これにより、差圧検出部７２，８２は、いずれも流路Ｌから略同一の高さに配置されている。また、第１測定流路７１ａ，８１ａ及び第２測定流路７１ｂ，８１ｂに対する圧力取出路７１ｃの分岐位置が略同一に設定されている。

【0054】

そして、上流側の差圧生成体１０の内部流路１０ａと第１差圧計７０の第１測定流路７１ａとの接合箇所Ｘ１における流路形状と、下流側の差圧生成体２０の内部流路２０ａと第２差圧計８０の第１測定流路８１ａとの接合箇所Ｘ２における流路形状と、が互いに略同一の形状損失になるように設定されている。すなわち、これらの接合箇所Ｘ１，Ｘ２の流路形状が略同一になるように内部流路１０ａ，２０ａ及び第１測定流路７１ａ，８１ａが接合されている。

【0055】

また、上流側の差圧生成体１０の内部流路１０ａと第１差圧計７０の第２測定流路７１ｂとの接合箇所Ｘ３における流路形状と、下流側の差圧生成体２０の内部流路２０ａと第２差圧計８０の第２測定流路８１ｂとの接合箇所Ｘ４における流路形状と、が互いに略同一の形状損失になるように設定されている。すなわち、これらの接合箇所Ｘ３，Ｘ４の流路形状が略同一になるように内部流路１０ａ，２０ａ及び第２測定流路７１ｂ、８１ｂが接合されている。

【0056】

このようなものであっても、第１差圧計７０で検出される第１差圧Ｐ_１２と第２差圧計８０で検出される第２差圧Ｐ_２３との差に基づきΔＰを算出することにより、接合箇所Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４に生じる形状損失、第１差圧計７０の第１測定流路７１ａ及び第２測定流路７１ｂに生じる摩擦損失、及び、第２差圧計８０の第１測定流路８１ａ及び第２測定流路８１ｂに生じる摩擦損失が除かれた、層流領域における摩擦損失のみを含む差圧が得られる。

【0057】

＜その他の実施形態＞ 前記各実施形態においては、一対の差圧生成体１０，２０として直線状のキャピラリーを使用しているが、例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、キャピラリー１０，２０の途中をＵ字状に曲げた形態のものや、図４に示すように、キャピラリー１０，２０の途中を環状に曲げた形態のものを使用してもよい。ここで、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４に示す実施形態において、キャピラリー１０（上流側の差圧生成体１０）及びキャピラリー２０（下流側の差圧生成体２０）は、直線状の部分以外を見た場合に、互いに同一形状の曲げられた部分を備えている。例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す実施形態においては、キャピラリー１０及びキャピラリー２０は、互いにＵ字状及び一対のＬ字状に曲げられた部分を備えており、図４に示す実施形態においては、キャピラリー１０及びキャピラリー２０は、互いに円環状に曲げられた部分を備えている。また、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４に示す実施形態において、キャピラリー１０及びキャピラリー２０は、互いに直線状の部分の長さが異なっており、これにより、両キャピラリー１０、２０の全長を相違させている。例えば、図３（ａ）及び図４に示す実施形態においては、キャピラリー１０及びキャピラリー２０は、上流端部１０ｂ、２０ｂ及び下流端部１０ｃ、２０ｃのいずれか一方又は双方（両実施形態においては双方）の直線状の部分が互いに異なる長さになっており、図３（ｂ）に示す実施形態においては、キャピラリー１０及びキャピラリー２０は、中間部１０ｄ，２０ｄの直線状の部分が互いに異なる長さになっている。このようなものであれば、キャピラリーの全長を維持したまま、装置全体の全長を短くすることができる。なお、図３（ｂ）に示す実施形態においては、第１圧力計３０及び第２圧力計４０の間の距離と第２圧力計４０及び第３圧力計５０の間の距離とが同一になっている。

【0058】

また、前記各実施形態においては、一対の差圧生成体１０，２０としてキャピラリーを使用しているが、一対の差圧生成体として、内部流路内に層流素子を配置したリストリクタを使用してもよい。

【0059】

また、前記実施形態２において、流路Ｌを流れる流体の圧力を検出する圧力計をさらに設けてもよい。この場合、当該圧力計は、差圧測定の邪魔にならないように第１差圧計７０よりも上流側、或いは、第２差圧計８０よりも下流側に設ければよい。これにより、圧力計で検出される圧力に基づき流体の密度を補正することができるようになる。そして、次の式（５）で質量流量Ｑｍを算出することでより正確な値を得ることができる。

なお、ρは、流体の密度を示している。

【0060】

また、前記各実施形態において、一対の差圧生成体１０，２０に対して温度センサを設けてもよい。この場合、温度センサで測定される温度に基づき流体の粘度μ及び密度ρを補正することができるようになる。

【0061】

その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0062】

１００ 差圧式流量計
１０ 上流側の差圧生成体
１０ａ 内部流路
２０ 下流側の差圧生成体
２０ａ 内部流路
３０ 第１圧力計
３１ 差圧取出部
３１ａ 測定流路
４０ 第２圧力計
４１ 差圧取出部
４１ａ 測定流路
５０ 第３圧力計
５１ 差圧取出部
５１ａ 測定流路
７０ 第１差圧計
７１ａ 第１測定流路
７１ｂ 第２測定流路
７１ｃ 圧力取出路
８０ 第２差圧計
８１ａ 第１測定流路
８１ｂ 第２測定流路
８１ｃ 圧力取出路
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４ 接続箇所

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】