サーボ型容積流量計
【課題】安価で高精度に流量を測定することが可能なサーボ型容積流量計を提供する。
【解決手段】導圧管１２１は、計量室１０７の第１接続位置１１９の穴に接続されている。また、導圧管１２２は、計量室１０７の第２接続位置１２０の穴に接続されている。第１接続位置１１９は、第１回転子１０８及び第２回転子１０９の噛合い状態において、第２回転子１０９の凸部１１７に対向する位置となるように設定されている。また、第２接続位置１２０は、第１回転子１０８及び第２回転子１０９の噛合い状態において、第１回転子１０８の凹部１１８に対向する位置となるように設定されている。第２接続位置１２０は、第１接続位置１１９の反対側に設定されている。第１接続位置１１９及び第２接続位置１２０は、同一平面及び同一軸線上に設定されている。
【解決手段】導圧管１２１は、計量室１０７の第１接続位置１１９の穴に接続されている。また、導圧管１２２は、計量室１０７の第２接続位置１２０の穴に接続されている。第１接続位置１１９は、第１回転子１０８及び第２回転子１０９の噛合い状態において、第２回転子１０９の凸部１１７に対向する位置となるように設定されている。また、第２接続位置１２０は、第１回転子１０８及び第２回転子１０９の噛合い状態において、第１回転子１０８の凹部１１８に対向する位置となるように設定されている。第２接続位置１２０は、第１接続位置１１９の反対側に設定されている。第１接続位置１１９及び第２接続位置１２０は、同一平面及び同一軸線上に設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計量室内に流入する被測定流体を一対の回転子の回転に応じて流出する容積流量計に関し、詳しくは、サーボモータで回転子に駆動力を与えるタイプのサーボ型容積流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
容積流量計は、流路内に設けられる計量室と、この計量室内で回転毎に一定体積の被測定流体を流出する一対の回転子とを備えて構成されている。容積流量計は、回転子の回転から流量を計測するように構成されている。具体的には、計量室と回転子とで形成される容積を基準容積とし、計量室内に流入する被測定流体を回転子の回転に応じて排出しつつ回転子の回転数から流量を求めることができるように構成されている。
【０００３】
容積流量計は、直接、体積流量が測定できて精度も高いことから、産業用、取り引き用の流量計として広く使用されている。容積流量計は、基準容積に相当する体積の被測定流体を回転子の回転に比例して排出することができれば理想的な容積流量計であると言われている。
【０００４】
容積流量計には、回転子の回転を可能とするために、回転子と計量室との間に微小な隙間が設けられている。回転子は、計量室に対して接触することなく回転するようになっている。回転子が回転するためには、機械的要素の負荷、例えば軸受摩擦や計数部の負荷に打ち勝つ回転トルクが必要であり、容積流量計は、被測定流体が回転子に作用する流体差圧によっての回転モーメントにより回転トルクを得るようなものになっている。
【０００５】
被測定流体のエネルギーによって回転子を回転させる場合（自力式容積流量計）に関し、容積流量計は次のような問題点を有している。すなわち、回転子と計量室との間の微小な隙間から、極わずかではあるが、入口側から出口側に漏洩が発生してしまうという問題点を有している。
【０００６】
図４は、被測定流体のエネルギーによって回転子を回転させる場合の容積流量計（自力式容積流量計）の器差特性の一例を示す図である。この図によれば、漏れの大きさは、流体差圧によるモーメントに対し摩擦トルクの割合が大きい小流量の範囲で大きく、器差がマイナスとなり、その他の流量域において生ずる差圧の大きさによっても異なることがうかがえる。さらには、３本の器差曲線で示すように、被測定流体の粘度の影響を受けて器差特性が変化することがうかがえる。
【０００７】
容積流量計は、産業用、取り引き用の流量計として広く使用されるが、原理的に計量室内で回転子が回転するために計量室と回転子との間に隙間が存在することから、図４の器差曲線を鑑みると、微少流量の測定や高精度を追求する測定を行う場合には、隙間による漏洩が無視できなくなってしまうことになる。尚、上記隙間からの漏れ量は、容積流量計の流出入口間の圧力損失に比例することが知られている。
【０００８】
被測定流体の粘度や密度などの物性値に影響されずに安定した高精度の流量の測定が可能となるように、流量計の流出入口間の圧力損失を正確に検出して、この圧力損失が常にゼロとなるよう回転子に外部からサーボモータで駆動力を与えてやり、このときの回転子の動作回転数から流量を測定するように構成される容積流量計としては、サーボ型容積流量計が知られている。
【０００９】
従来のサーボ型容積流量計は、流量の大小にかかわらず、流量計の入口側と出口側の差圧ΔＰがΔＰ＝０となるように、回転子の回転をサーボモータで強制駆動するような制御が行われている。これは、容積流量計の流出入口間の圧力損失をゼロとするように流量を測定できれば、漏れ量もゼロになるという理論に基づいたものである。
【００１０】
しかしながら、従来のサーボ型容積流量計で流量を実際に計測してみると、小流量域においては従来の自力式容積流量計における大きなマイナス器差が改善されるものの、器差は全般にプラスに転じ、しかも、流量、密度の上昇と共に増大する特性を示すような結果が得られている。
【００１１】
図５は、サーボ型容積流量計の流体圧分布の状態を示す模式図である。図５を参照しながらプラス器差の原因について説明すると、容積流量計の流出入口間の圧力損失を無差圧に制御するために、サーボモータで回転子を強制的に回転させた場合、容積流量計の流出入口間の圧力損失ΔＰがゼロとなっても、計量室内の回転子の回転方向前面側の圧力は上昇し、背面側は降下することになり、回転子の回転方向の前面と背面側に差圧ΔＰｉが発生してしまう。この差圧ΔＰｉにより、ケーシングと回転子間に存在する隙間から、流出側から流入側へ被測定流体の漏洩が発生し、これがプラス器差の原因となってしまう。すなわち、ケーシングと回転子の隙間から、この差圧ΔＰｉにより流出側から流入側に漏れる漏洩量が、被測定流体の密度ρ（詳細には動粘度νも）及び回転子の回転速度Ｖと相関する、圧力、流量の増加と共に増大することから、これがプラス器差の原因となってしまう。
【００１２】
一般に、容積流量計に被測定流体を流したとき、回転子から充分離れた差圧検出位置においては、ΔＰの圧力損失が生じたとすると、ΔＰ＝ΔＰｉ＋ΔＰｅが成立する。ここでΔＰｉは、回転子を回転させるために費やされる圧力損失で、流量計内部の漏れに直接関与するため内部圧力損失と言われている。また、ΔＰｅは、被測定流体が流量計を流れるために費やされる圧力損失で、漏れには直接関与しないために外部圧力損失と言われている。
【００１３】
一対の回転子を内蔵した容積流量計において、流量計内部の漏れに関与する回転子前後の差圧ΔＰｉに対し、単位時間当たりの流量計内部の漏洩量Δｑは、μを流体の粘度、Ｑを流量とすると、
Δｑ＝ｋ１・（ΔＰｉ／μ）＋ｋ２・Ｑ …（１）
で表される。但し、ｋ１、ｋ２は、回転子とケーシングの形状により決まる定数である。従って、単位時間当たりの流量計内部の漏洩量は、回転子前後の差圧に比例する一方で被測定流体の動粘度に反比例する項と流量に比例する項とに分けられる。
【００１４】
ここで、Ｉを校正される受験器の指示量、Ｑを標準器（基準器）の真実の値とすると、器差Ｅは、
Ｅ＝（（Ｉ−Ｑ）／Ｑ）×１００ （％） …（２）
で表される。また、流量計内部の漏洩量Δｑとの関係より
Ｉ−Ｑ＝−Δｑ …（３）
が成立する。したがって、（１）、（２）、（３）式より、器差Ｅは、
Ｅ＝−（Δｑ／Ｑ）＝−（ｋ１・（ΔＰｉ／（μ・Ｑ））＋ｋ２）…（４）
で表すことができる。
【００１５】
器差Ｅをゼロにするためには、（４）式第１項の回転子前後の差圧ΔＰｉをゼロにすれば、流量計内部の漏洩量もゼロになり、流量は回転数に正確に比例することから、器差もだいたいゼロ付近に表れることになる。尚、（４）式の第２項は、メータファクタを変更することにより無視することができるものである。
【００１６】
以上、サーボ型容積流量計の器差をゼロにするためには、圧力損失ΔＰを検出する位置での差圧を、内部圧力損失ΔＰｉ＝０に制御すればよいことになる。つまり、制御目標差圧（ＳＶ：セットバリュー）と外部圧力損失ΔＰｅとが同じになるように外部から駆動力を与えれば、内部圧力損失ΔＰｉがゼロになるため、流量計内部のリークがなくなり、必然的にノンリークつまり器差ゼロの流量計を具現化することができる。
【００１７】
下記特許文献１は、本願出願人が先に提案したサーボ型容積流量計の開示技術である。この下記特許文献１には、サーボ型容積流量計の回転子の前後の圧力損失ΔＰｉ、すなわち回転子の回転方向前面側と背面側間の内部圧力損失ΔＰｉをゼロに制御するために、流入側の圧力を、ΔＰ＝Ｐｉ＋ΔＰｅ＝ΔＰｅ＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２＝Ｃ・ρ・Ｑ２分だけ高くするようにサーボモータを制御して、ケーシングと回転子間の隙間からの被測定流体の漏洩をなくすという内容の提案が開示されている。
【００１８】
下記特許文献１に開示されたサーボ型容積流量計は、流出側から流入側への漏洩による器差特性の悪化を防ぐことが可能な容積流量計として提案されている。尚、上記のｋ及びＣは、流量計の内部形状・寸法，管摩擦係数等で決まる定数で、例えばλ（Ｌ／Ｄ）を用いて表されるようになっている（λ：管摩擦係数、Ｌ：流量計内部の管軸長さ、Ｄ：流量計内部の内径）。尚、上記のＶを回転子の回転速度としているが、管内の流速、又は流量Ｑを用いても良いものとする。以下、特許文献１に開示されたサーボ型容積流量計について説明する。
【００１９】
図６は、下記特許文献１に開示された従来のサーボ型容積流量計の一実施例を示す概念図であり、図中の引用符号１はサーボ型容積流量計、２はケーシング、３は計量室、４は第１回転子軸、５は第２回転子軸、６は第１回転子、７は第２回転子、８は流入口、９は流出口、１０は流入側圧力検出口、１１は流出側圧力検出口、１２は差圧計、１３はディストリビュータＡ、１４は調節計、１６はサーボモータ駆動回路、１７はサーボモータ（Ｓ．Ｍ）、１８はタコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）、１９は流量発信器（Ｐ．Ｇ）、２０はＦ／Ｖ変換器、２１はリニアライザ、２２は圧力計、２３はディストリビュータＢ、２４は乗算器を示している。
【００２０】
サーボ型容積流量計１は、流入口８と流出口９に連通するとともに、流路（ケーシング２）に形成された計量室３と、この計量室３内に固着された第１回転子軸４及び第２回転子軸５に各々軸支された第１回転子６及び第２回転子７とを備えて構成されている（容積流量計としての構成）。第１回転子６及び第２回転子７は、本体外部、すなわち計量室３外部にそれぞれ設けられたパイロット歯車（図示せず）の噛合により、互いに反対方向に同期回転するように配置されている。第１回転子６側（本実施例では第１回転子６側となっているが、第２回転子７側でもよい）のパイロット歯車には、サーボモータ１７の駆動軸が接合されている。
【００２１】
サーボ型容積流量計１の流入口８側と流出口９側には、それぞれ流入側圧力検出口１０、流出側圧力検出口１１が設けられている。この流入側圧力検出口１０及び流出側圧力検出口１１には、差圧計１２に接続される導管が取り付けられている。両圧力検出口１０、１１から導管を介して流入口８及び流出口９の圧力が差圧計１２に導かれると、サーボ型容積流量計１の流出入口間（ここでは計量室３の流出入口間）の圧力損失が測定されるようになっている。サーボモータ１７の駆動軸には、タコジェネレータ１８が直結されている。サーボモータ１７、タコジェネレータ１８、及び第１回転子６側のパイロット歯車は、互いに縦接続されている。
【００２２】
タコジェネレータ１８は、サーボモータ１７の回転に比例した電圧値を発生するように構成されている。このタコジェネレータ１８からの出力は、サーボモータ駆動回路１６を介してサーボモータ１７にフィードバックされるようになっている。流量発信器１９は、第１回転子６（第２回転子７でもよい）の回転数を計測する機構を有している。流量発信器１９は、流量に比例するパルスを発生するように構成されている。
【００２３】
Ｆ／Ｖ変換器２０は、流量発信器１９からの流量を表すパルス信号を、この周波数に比例するアナログ電圧に変換するもので、第１回転子６の回転速度Ｖに相当する信号を出力するように構成されている。リニアライザ２１は、Ｆ／Ｖ変換器２０の出力を平方し、回転子の回転速度Ｖの２乗Ｖ２に相当する信号を出力するように構成されている。
【００２４】
圧力計２２は、流入側圧力検出口１０（或いは、流出側圧力検出口１１）の圧力を、流体圧力Ｐに相当する電圧信号に変換するように構成されている。ディストリビュータＢ２３は、圧力計２２からの流体圧力Ｐに相当する電圧信号を、被測定流体が気体の場合、流体圧力Ｐに比例する流体密度ρに相当する電圧信号に変換するように構成されている。尚、液体の場合には、流体圧力Ｐにより流体密度ρが変わらなく、液体の種類により決まることから圧力計２２が不要であり、直接、外部から乗算器２４に被測定液体に応じた値を設定入力するようにしてもよいものとする。
【００２５】
差圧計１２は、流入側圧力検出口１０と流出側圧力検出口１１との差圧ΔＰを検出し、この検出により生成した差圧信号をディストリビュータＡ１３へ出力するように構成されている。ディストリビュータＡ１３は、入力された差圧信号を差圧に比例した電圧値Ｖｐに変換した上で、この電圧値Ｖｐを調節計１４の一方の端子へ出力するように構成されている。乗算器２４は、リニアライザ２１からの回転子の回転速度Ｖの２乗に相当する信号（Ｖ２）と、ディストリビュータＢ２３からの密度ρに相当する信号（ρ）とを乗算し、ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２に相当する信号Ｖｓを、調節計１４の目標設定値（制御目標差圧となるＳＶ値（セットバリュー）であり、基準値ともいえる）として出力するように構成されている。
【００２６】
尚、実際には定数ｋ０＝ｋ（１／２ｇ）を用意しておけばよく、また、例えば定数ｋ０は、ｋ０＝ｋ（１／２ｇ）＝λ（Ｌ／Ｄ）・（１／２ｇ）となる。
【００２７】
調節計１４には、流量計の入口側と出口側の差圧ΔＰに相当する信号Ｖｐ（ＰＶ値（プロセスバリュー）に対応する）が入力され、また、乗算器２４からの信号Ｖｓも入力されるようになっている。信号Ｖｐは信号Ｖｓと比較され、Ｖｐ−Ｖｓ＝（ΔＰ−ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２）に相当する信号Ｖ１が、サーボモータ駆動回路１６の一方の入力端子に出力されるようになっている。サーボモータ駆動回路１６の他方の入力端子には、上記の如く、タコジェネレータ１８からの出力信号Ｖ２がフィードバックのために接続されている。
【００２８】
サーボ型容積流量計１には、調節計１４から入力される、流出入口間の圧力損失ΔＰに相当する差圧信号Ｖｐ（差圧計１２で検出）と目標設定値Ｖｓとの比較値Ｖ１、及び、サーボモータ１７の回転数に相当するタコジェネレータ１８の出力Ｖ２が等しくなるように、サーボモータ１７の回転を制御するサーボ機構が形成されている。
【００２９】
上記構成において、被測定流体が図中の矢印方向に流れた状態では、従来のように流量計流入側と流出側の差圧ΔＰをゼロに制御するのではなく、回転子の回転速度（Ｖ）に応じて流量計内部で発生する外部圧力損失ΔＰｅ＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２分だけ、流入側の圧力が高くなるようにサーボモータを制御することにより、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰｉをゼロとするようになっている。これにより、流入側と流出側との差圧ΔＰをゼロに制御するサーボ型容積流量計において生ずる回転子の前後面間の前記差圧ΔＰｉとは逆方向の差圧を消去することができ、これに伴うケーシングと回転子間の隙間からの逆流による漏洩をより少なくするようになっている。
【００３０】
図７は、図６のサーボ型容積流量計１による器差特性の一例を示す図である。図中のＰ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれ被測定流体の流体圧力を示している。下記特許文献１に開示された従来のサーボ型容積流量計１の器差特性は、被測定流体の圧力の大きさに拘わらず小流量域から大流量域まで、器差がほとんどゼロに近い直線的な優れた特性を示している（回転子の回転速度Ｖは、回転子の先端と回転子の根本とで速度が異なるため、平均速度で計算した値で制御するか、ケーシングと回転子の先端との隙間を考慮し、回転子の先端の速度で計算した値に近い値の差圧に制御すると、より精度の向上を図ることができる）。
【００３１】
以上は、ハード構成で制御系を構成した場合の説明であるが、マイクロコンピュータで制御系を組む場合には、上記と同様な動作処理をソフトウェア化して組めばよい。また、被測定流体の名称と密度との関係をテーブル化しておけば、被測定流体の名称を選択するだけで、被測定流体の種類に応じた密度設定をすることができる。
【００３２】
次に、図８を参照しながら下記特許文献２に開示されたサーボ型容積流量計について説明する。図８は、下記特許文献２に開示されたサーボ型容積流量計の概念図である。
【００３３】
下記特許文献２に開示されたサーボ型容積流量計は、上記のサーボ型容積流量計１のような、外部圧力損失ΔＰｅ分だけ流入側の圧力を高くして回転子の回転方向前面側と背面側との差圧ΔＰｉをゼロとする制御とは別の方法により制御されている。
【００３４】
図８において、引用符号３１はサーボ型容積流量計、３２は容積流量計、３３は計量室、３４は第１回転子軸、３５は第２回転子軸、３６は第１回転子、３７は第２回転子、３８は上流側導圧管、３９は下流側導圧管、４０は差圧計、４１はサーボ増幅器、４２はプリアンプ、４３はメインアンプ、４４は駆動部、４５は変速歯車（Ｒ・Ｇ）、４６はサーボモータ（Ｓ・Ｍ）、４７はタコジェネレータ（Ｔ・Ｇ）を示している。また、４８は上流側連通管、４９は下流側連通管を示している。尚、煩雑のためパイロット歯車の図示は省略するものとする。
【００３５】
サーボ型容積流量計３１は、容積流量計３２と、差圧計４０と、サーボ増幅器４１及び駆動部４４からなるサーボ機構とを備えて構成されている。容積流量計３２は、本体に形成され、流入口３２ａ及び流出口３２ｂに連通する計量室３３と、この計量室３３内の第１回転子軸３４及び第２回転子軸３５に各々軸支される第１回転子３６及び第２回転子３７とを備えて構成されている。第１回転子３６及び第２回転子３７には、本体外部、すなわち計量室３３外部のパイロット歯車の噛合により、互いに反対方向に同期回転するように配置されている。駆動部４４は、変速歯車４５と、サーボモータ４６及びタコジェネレータ４７とを備えて構成されている。これらは縦接続されている。
【００３６】
上流側連通管４８は、第１回転子３６と第２回転子３７の各上流側でラジアル方向に開口する開口Ａ、Ｃに接続される連通管であって、この中間部４８ａには上流側導圧管３８が接続されている。上流側導圧管３８は、差圧計４０の一端に接続されている。一方、下流側連通管４９は、第１回転子３６と第２回転子３７の各下流側でラジアル方向に開口する開口Ｂ、Ｄに接続される連通管であって、この中間部４９ａには下流側導圧管３９が接続されている。下流側導圧管３９は、差圧計４０の他端に接続されている。
【００３７】
図中において、開口Ｃ及び開口Ｄは、第２回転子３７の凸部の前後に形成されている。また、開口Ａ及び開口Ｂも第１回転子３６が回転した時に凸部の前後に開口するように形成されている。さらに、第１回転子３６の凸部が開口Ａの位置にくると、第２回転子３７の凸部が開口Ｄの位置にくるように形成され、第１回転子３６の凸部が開口Ｂの位置にくると、第２回転子３７の凸部が開口Ｃの位置にくるように形成されている。サーボ型容積流量計３１は、流量計流入側と流出側の差圧を測定するのではなく、回転子の前後面間の差圧ΔＰを測定する（ΔＰ≒ΔＰｉ）ような構造になっている。
【００３８】
差圧計４０での差圧信号は、導線４０ａを介してサーボ増幅器４１のプリアンプ４２に入力されるようになっている。プリアンプ４２は、メインアンプ４３の入力端４３ａに接続されている。メインアンプ４３は、導線４１ａを介してサーボモータ４６に接続されている。サーボモータ４６に連動するタコジェネレータ４７は、メインアンプ４３の入力端４３ｂに接続されている。この接続により速度帰還がなされ、応答性が高められている。
【００３９】
上記構成において、サーボ型容積流量計３１は、回転子の前後面間の差圧ΔＰ（ΔＰ≒ΔＰｉ）を測定し、この差圧ΔＰをゼロとするようにサーボモータ４６を駆動する制御がなされている。言い換えれば、目標設定値（制御目標差圧となるＳＶ値）をゼロとするような制御がなされている。このような制御によってもケーシングと回転子間の隙間からの漏洩をより少なくすることができるようになっている。サーボ型容積流量計３１は、上記のサーボ型容積流量計１よりも制御が簡単であり、高精度に流量を測定することができるようになっている。
【特許文献１】特許第３３３１２１２号公報
【特許文献２】特許第２８７８５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
上記従来技術のサーボ型容積流量計３１にあっては、高精度に流量を測定することができるものの、連通管や導圧管等によって構造が複雑になり、結果、システム自体のコストが嵩んでしまうという問題点を有している。
【００４１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、安価で高精度に流量を測定することが可能なサーボ型容積流量計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明のサーボ型容積流量計は、流路と、該流路に連続する計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の被測定流体を流出する一対の第１及び第２回転子とを備え、該第１及び第２回転子の回転から流量を計測する容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかに連結するサーボモータと、前記計量室に接続され該計量室の差圧を検出する差圧検出機構と、該差圧検出機構からの差圧信号に基づく制御目標差圧をゼロとするよう前記サーボモータを制御するサーボ機構とを備えるサーボ型容積流量計において、前記差圧検出機構の前記計量室に対する２つの接続位置を、前記第１及び第２回転子の噛合い状態で、１つ目が一方の回転子の凸部に対向する第１接続位置、２つ目が該第１接続位置の反対側となり他方の回転子の凹部に対向する第２接続位置とすることを特徴としている。
【００４３】
請求項２記載の本発明のサーボ型容積流量計は、請求項１に記載のサーボ型容積流量計において、前記第１接続位置及び第２接続位置を同一平面及び同一軸線上に配置することを特徴としている。
【００４４】
請求項３記載の本発明のサーボ型容積流量計は、請求項１又は請求項２に記載のサーボ型容積流量計において、前記第１及び第２回転子の各凸部先端形状を先細りとすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、一方の回転子の凸部に対向する第１接続位置と他方の回転子の凹部に対向する第２接続位置との差圧を測定することにより、従来同様、高精度に流量の測定をすることができる。また、上記差圧測定位置により、従来よりも安価にサーボ型容積流量計を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面を参照しながら説明する。図１は本発明のサーボ型容積流量計の一実施の形態を示す概念図であり、（ａ）は容積流量計の部分の拡大図、（ｂ）は全体構成図である。
【００４７】
図１において、引用符号１０１は本発明のサーボ型容積流量計を示している。このサーボ型容積流量計１０１は、容積流量計１０２と、差圧計１０３（差圧検出機構）と、サーボ機構１０４と、流量発信器（Ｐ.Ｇ）１０５とを備えて構成されている。以下、各構成について説明する。
【００４８】
容積流量計１０２は、ケーシング１０６と、計量室１０７と、第１回転子１０８及び第２回転子１０９とを備えて構成されている。ケーシング１０６は、略筒状に形成されており、この中間に計量室１０７が設けられている。ケーシング１０６は、図１の場合、左から右へ（矢印方向へ）被測定流体が流れるように形成されている（ケーシング１０６の左端が流入口１１０、右端が流出口１１１として設定されている）。ケーシング１０６は、この内部が流路１１２となるように形成されている。この流路１１２は、被測定流体がスムーズに流れるように形成されている。
【００４９】
計量室１０７は、ケーシング１０６の中間をケーシング軸直交方向に膨らませるような略長円形状に形成されている。計量室１０７は、この内部が流路１１２と連通するように形成されている。ここで、上記ケーシング軸の上方を第１計量室１１３、下方を第２計量室１１４と定義すると、第１計量室１１３には第１回転子軸１１５が形成されている。また、第２計量室１１４には、第２回転子軸１１６が形成されている。第１回転子軸１１５及び第２回転子軸１１６は、所定の間隔をあけて並ぶように配置形成されている。このような第１回転子軸１１５には、第１回転子１０８が回転自在に軸支されている。また、第２回転子軸１１６には、第２回転子１０９が回転自在に軸支されている。
【００５０】
第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、上記の如く、この中心が、対応する第１回転子軸１１５及び第２回転子軸１１６によって軸支されている。第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、本形態において、歯数が４つのヘリカル歯車（一例であるものとする）となるように形成されている。第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、それぞれ４つの凸部１１７と凹部１１８とを有している。凸部１１７はインボリュート歯形に形成されている。このような第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、１つの凸部１１７及び凹部１１８が噛み合った状態で回転するようになっている。
【００５１】
第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、計量室１０７の外部にパイロット歯車（図示省略）を有している。第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、パイロット歯車の噛合によって互いに反対方向に同期回転するように配置されている。
【００５２】
第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、この凸部１１７の先端形状が先細りとなるように形成されている。第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、凸部１１７の先端と計量室１０７の壁内面との対向する範囲が極力小さくなるように形成されている（後述する第１接続位置１１９、第２接続位置１２０の穴を塞ぐ時間を短くするため）。
【００５３】
尚、図１では凸部１１７の先端と計量室１０７の壁内面との間の隙間が広く図示されている。しかしながら、実際には従来同様の隙間となるように設定されているものとする。図１では便宜上広く隙間が図示されているものとする。
【００５４】
差圧計１０３は、導圧管１２１、１２２を介して計量室１０７内の差圧を測定し、この測定した差圧を電圧信号に変換して出力することができるように構成されている。差圧計１０３には、導圧管１２１、１２２が接続されている。差圧計１０３は、サーボ機構１０４を構成するディストリビュータ１２３にも接続されている。
【００５５】
導圧管１２１は、計量室１０７の第１接続位置１１９の穴に接続されている。また、導圧管１２２は、計量室１０７の第２接続位置１２０の穴に接続されている。第１接続位置１１９は、第１回転子１０８及び第２回転子１０９の噛合い状態（図１の状態を参照）において、第２回転子１０９の凸部１１７に対向する位置となるように設定されている。また、第２接続位置１２０は、第１回転子１０８及び第２回転子１０９の噛合い状態（図１の状態を参照）において、第１回転子１０８の凹部１１８に対向する位置となるように設定されている。第２接続位置１２０は、第１接続位置１１９の反対側に設定されている。第１接続位置１１９及び第２接続位置１２０は、同一平面及び同一軸線上に設定されている。
【００５６】
第１接続位置１１９及び第２接続位置１２０は、従来の制御、すなわち差圧ΔＰ≒内部圧力損失ΔＰｉ、目標設定値（制御目標差圧となるＳＶ値）＝０と同じ制御をすることができるものとして本願発明者が見出した位置である。第１接続位置１１９及び第２接続位置１２０は、一方の回転子の凸部と他方の回転子の凹部とに対向するように設定されている（従来は一方、他方の回転子の凸部、凸部や、凹部、凹部に対向するように設定されている。従って、本発明はこれらと明確な位置の違いを有している）。
【００５７】
サーボ機構１０４は、ディストリビュータ１２３と、調節計１２４と、目標設定器１２５と、サーボモータ駆動回路１２６と、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１２７と、タコジェネレータ（Ｔ.Ｇ）１２８とを備えて構成されている。これらの構成は、従来同様に機能するようになっている。以下、サーボ機構１０４の配置や動作について説明する。
【００５８】
サーボモータ１２７の駆動軸には、上記図示しないパイロット歯車と、タコジェネレータ１２８とが直結されている。サーボモータ１２７、タコジェネレータ１２８及び第１回転子１０８側のパイロット歯車は互いに縦接続されている。
【００５９】
タコジェネレータ１２８は、サーボモータ１２７の回転に比例した電圧値を発生してこれを出力するようになっている。この出力は、サーボモータ駆動回路１２６を介してサーボモータ１２７にフィードバックされるようになっている。尚、流量発信器１０５は、第１回転子１０８の回転数を計測する計測機構を有しており、流量に比例したパルスを発生するように構成されている。
【００６０】
差圧計１０３からの差圧信号は、ディストリビュータ１２３を介して差圧に比例した電圧値Ｖｐに変換されたのち、調節計１２４に入力されるようになっている。そして、目標設定器１２５からの目標設定値と比較され、この出力Ｖ１がサーボモータ駆動回路１２６の一方の入力端子に入力されるようになっている。サーボモータ駆動回路１２６の他方の入力端子には、タコジェネレータ１２８からの出力Ｖ２がフィードバックされるようになっている。
【００６１】
サーボ機構１０４では、調節計１２４からの容積式流量計１０２の圧力損失ΔＰに相当する、差圧計１０３からの差圧信号Ｖｐと目標設定値との比較値Ｖ１、及び、サーボモータ１２７の回転数に相当するタコジェネレータ１２８の出力Ｖ２が等しくなるように、サーボモータ１２７の回転が制御されるようになっている。
【００６２】
上記構成において、被測定流体が矢印方向に流れた状態では、サーボモータ駆動回路１２６とサーボモータ１２７からなるサーボ制御系を駆動することにより、第１接続位置１１９及び第２接続位置１２０の差圧ΔＰが無差圧に制御されるようになっている。この時、調節計１２４の目標値が差圧ゼロに設定され、回転子はサーボモータ１２７によって強制的に回転する。ΔＰがゼロになるように制御がなされている。
【００６３】
以上、図１を参照しながら説明してきたように、本発明のサーボ型容積流量計１０１は、高精度に流量を測定することができる構造を有している。また、この構造によって安価にサーボ型容積流量計を提供することができるようにもなっている。
【００６４】
尚、上述の説明では、第１回転子１０８及び第２回転子１０９が、歯数４のヘリカル歯車であったが、これに限らず図２のような非円形（オーバル）歯車や、図３の一般平歯車を本発明に適用してもよいものとする。
【００６５】
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のサーボ型容積流量計の一実施の形態を示す概念図であり、（ａ）は容積流量計の部分の拡大図、（ｂ）は全体構成図である。
【図２】非円形（オーバル）歯車の例を示す概念図である。
【図３】一般平歯車の例を示す概念図である。
【図４】従来例の容積流量計（自力式容積流量計）の器差特性の一例を示す図である。
【図５】従来例のサーボ型容積流量計の流体圧分布の状態を示す模式図である。
【図６】従来例のサーボ型容積流量計の概念図である。
【図７】図６のサーボ型容積流量計による器差特性の一例を示す図である。
【図８】従来例のサーボ型容積流量計の概念図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１ サーボ型容積流量計
１０２ 容積流量計
１０３ 差圧計（差圧検出機構）
１０４ サーボ機構
１０５ 流量発信器
１０６ ケーシング
１０７ 計量室
１０８ 第１回転子
１０９ 第２回転子
１１０ 流入口
１１１ 流出口
１１２ 流路
１１３ 第１計量室
１１４ 第２計量室
１１５ 第１回転子軸
１１６ 第２回転子軸
１１７ 凸部
１１８ 凹部
１１９ 第１接続位置
１２０ 第２接続位置
１２１、１２２ 導圧管
１２３ ディストリビュータ
１２４ 調節計
１２５ 目標設定器
１２６ サーボモータ駆動回路
１２７ サーボモータ
１２８ タコジェネレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計量室内に流入する被測定流体を一対の回転子の回転に応じて流出する容積流量計に関し、詳しくは、サーボモータで回転子に駆動力を与えるタイプのサーボ型容積流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
容積流量計は、流路内に設けられる計量室と、この計量室内で回転毎に一定体積の被測定流体を流出する一対の回転子とを備えて構成されている。容積流量計は、回転子の回転から流量を計測するように構成されている。具体的には、計量室と回転子とで形成される容積を基準容積とし、計量室内に流入する被測定流体を回転子の回転に応じて排出しつつ回転子の回転数から流量を求めることができるように構成されている。
【０００３】
容積流量計は、直接、体積流量が測定できて精度も高いことから、産業用、取り引き用の流量計として広く使用されている。容積流量計は、基準容積に相当する体積の被測定流体を回転子の回転に比例して排出することができれば理想的な容積流量計であると言われている。
【０００４】
容積流量計には、回転子の回転を可能とするために、回転子と計量室との間に微小な隙間が設けられている。回転子は、計量室に対して接触することなく回転するようになっている。回転子が回転するためには、機械的要素の負荷、例えば軸受摩擦や計数部の負荷に打ち勝つ回転トルクが必要であり、容積流量計は、被測定流体が回転子に作用する流体差圧によっての回転モーメントにより回転トルクを得るようなものになっている。
【０００５】
被測定流体のエネルギーによって回転子を回転させる場合（自力式容積流量計）に関し、容積流量計は次のような問題点を有している。すなわち、回転子と計量室との間の微小な隙間から、極わずかではあるが、入口側から出口側に漏洩が発生してしまうという問題点を有している。
【０００６】
図４は、被測定流体のエネルギーによって回転子を回転させる場合の容積流量計（自力式容積流量計）の器差特性の一例を示す図である。この図によれば、漏れの大きさは、流体差圧によるモーメントに対し摩擦トルクの割合が大きい小流量の範囲で大きく、器差がマイナスとなり、その他の流量域において生ずる差圧の大きさによっても異なることがうかがえる。さらには、３本の器差曲線で示すように、被測定流体の粘度の影響を受けて器差特性が変化することがうかがえる。
【０００７】
容積流量計は、産業用、取り引き用の流量計として広く使用されるが、原理的に計量室内で回転子が回転するために計量室と回転子との間に隙間が存在することから、図４の器差曲線を鑑みると、微少流量の測定や高精度を追求する測定を行う場合には、隙間による漏洩が無視できなくなってしまうことになる。尚、上記隙間からの漏れ量は、容積流量計の流出入口間の圧力損失に比例することが知られている。
【０００８】
被測定流体の粘度や密度などの物性値に影響されずに安定した高精度の流量の測定が可能となるように、流量計の流出入口間の圧力損失を正確に検出して、この圧力損失が常にゼロとなるよう回転子に外部からサーボモータで駆動力を与えてやり、このときの回転子の動作回転数から流量を測定するように構成される容積流量計としては、サーボ型容積流量計が知られている。
【０００９】
従来のサーボ型容積流量計は、流量の大小にかかわらず、流量計の入口側と出口側の差圧ΔＰがΔＰ＝０となるように、回転子の回転をサーボモータで強制駆動するような制御が行われている。これは、容積流量計の流出入口間の圧力損失をゼロとするように流量を測定できれば、漏れ量もゼロになるという理論に基づいたものである。
【００１０】
しかしながら、従来のサーボ型容積流量計で流量を実際に計測してみると、小流量域においては従来の自力式容積流量計における大きなマイナス器差が改善されるものの、器差は全般にプラスに転じ、しかも、流量、密度の上昇と共に増大する特性を示すような結果が得られている。
【００１１】
図５は、サーボ型容積流量計の流体圧分布の状態を示す模式図である。図５を参照しながらプラス器差の原因について説明すると、容積流量計の流出入口間の圧力損失を無差圧に制御するために、サーボモータで回転子を強制的に回転させた場合、容積流量計の流出入口間の圧力損失ΔＰがゼロとなっても、計量室内の回転子の回転方向前面側の圧力は上昇し、背面側は降下することになり、回転子の回転方向の前面と背面側に差圧ΔＰｉが発生してしまう。この差圧ΔＰｉにより、ケーシングと回転子間に存在する隙間から、流出側から流入側へ被測定流体の漏洩が発生し、これがプラス器差の原因となってしまう。すなわち、ケーシングと回転子の隙間から、この差圧ΔＰｉにより流出側から流入側に漏れる漏洩量が、被測定流体の密度ρ（詳細には動粘度νも）及び回転子の回転速度Ｖと相関する、圧力、流量の増加と共に増大することから、これがプラス器差の原因となってしまう。
【００１２】
一般に、容積流量計に被測定流体を流したとき、回転子から充分離れた差圧検出位置においては、ΔＰの圧力損失が生じたとすると、ΔＰ＝ΔＰｉ＋ΔＰｅが成立する。ここでΔＰｉは、回転子を回転させるために費やされる圧力損失で、流量計内部の漏れに直接関与するため内部圧力損失と言われている。また、ΔＰｅは、被測定流体が流量計を流れるために費やされる圧力損失で、漏れには直接関与しないために外部圧力損失と言われている。
【００１３】
一対の回転子を内蔵した容積流量計において、流量計内部の漏れに関与する回転子前後の差圧ΔＰｉに対し、単位時間当たりの流量計内部の漏洩量Δｑは、μを流体の粘度、Ｑを流量とすると、
Δｑ＝ｋ１・（ΔＰｉ／μ）＋ｋ２・Ｑ …（１）
で表される。但し、ｋ１、ｋ２は、回転子とケーシングの形状により決まる定数である。従って、単位時間当たりの流量計内部の漏洩量は、回転子前後の差圧に比例する一方で被測定流体の動粘度に反比例する項と流量に比例する項とに分けられる。
【００１４】
ここで、Ｉを校正される受験器の指示量、Ｑを標準器（基準器）の真実の値とすると、器差Ｅは、
Ｅ＝（（Ｉ−Ｑ）／Ｑ）×１００ （％） …（２）
で表される。また、流量計内部の漏洩量Δｑとの関係より
Ｉ−Ｑ＝−Δｑ …（３）
が成立する。したがって、（１）、（２）、（３）式より、器差Ｅは、
Ｅ＝−（Δｑ／Ｑ）＝−（ｋ１・（ΔＰｉ／（μ・Ｑ））＋ｋ２）…（４）
で表すことができる。
【００１５】
器差Ｅをゼロにするためには、（４）式第１項の回転子前後の差圧ΔＰｉをゼロにすれば、流量計内部の漏洩量もゼロになり、流量は回転数に正確に比例することから、器差もだいたいゼロ付近に表れることになる。尚、（４）式の第２項は、メータファクタを変更することにより無視することができるものである。
【００１６】
以上、サーボ型容積流量計の器差をゼロにするためには、圧力損失ΔＰを検出する位置での差圧を、内部圧力損失ΔＰｉ＝０に制御すればよいことになる。つまり、制御目標差圧（ＳＶ：セットバリュー）と外部圧力損失ΔＰｅとが同じになるように外部から駆動力を与えれば、内部圧力損失ΔＰｉがゼロになるため、流量計内部のリークがなくなり、必然的にノンリークつまり器差ゼロの流量計を具現化することができる。
【００１７】
下記特許文献１は、本願出願人が先に提案したサーボ型容積流量計の開示技術である。この下記特許文献１には、サーボ型容積流量計の回転子の前後の圧力損失ΔＰｉ、すなわち回転子の回転方向前面側と背面側間の内部圧力損失ΔＰｉをゼロに制御するために、流入側の圧力を、ΔＰ＝Ｐｉ＋ΔＰｅ＝ΔＰｅ＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２＝Ｃ・ρ・Ｑ２分だけ高くするようにサーボモータを制御して、ケーシングと回転子間の隙間からの被測定流体の漏洩をなくすという内容の提案が開示されている。
【００１８】
下記特許文献１に開示されたサーボ型容積流量計は、流出側から流入側への漏洩による器差特性の悪化を防ぐことが可能な容積流量計として提案されている。尚、上記のｋ及びＣは、流量計の内部形状・寸法，管摩擦係数等で決まる定数で、例えばλ（Ｌ／Ｄ）を用いて表されるようになっている（λ：管摩擦係数、Ｌ：流量計内部の管軸長さ、Ｄ：流量計内部の内径）。尚、上記のＶを回転子の回転速度としているが、管内の流速、又は流量Ｑを用いても良いものとする。以下、特許文献１に開示されたサーボ型容積流量計について説明する。
【００１９】
図６は、下記特許文献１に開示された従来のサーボ型容積流量計の一実施例を示す概念図であり、図中の引用符号１はサーボ型容積流量計、２はケーシング、３は計量室、４は第１回転子軸、５は第２回転子軸、６は第１回転子、７は第２回転子、８は流入口、９は流出口、１０は流入側圧力検出口、１１は流出側圧力検出口、１２は差圧計、１３はディストリビュータＡ、１４は調節計、１６はサーボモータ駆動回路、１７はサーボモータ（Ｓ．Ｍ）、１８はタコジェネレータ（Ｔ．Ｇ）、１９は流量発信器（Ｐ．Ｇ）、２０はＦ／Ｖ変換器、２１はリニアライザ、２２は圧力計、２３はディストリビュータＢ、２４は乗算器を示している。
【００２０】
サーボ型容積流量計１は、流入口８と流出口９に連通するとともに、流路（ケーシング２）に形成された計量室３と、この計量室３内に固着された第１回転子軸４及び第２回転子軸５に各々軸支された第１回転子６及び第２回転子７とを備えて構成されている（容積流量計としての構成）。第１回転子６及び第２回転子７は、本体外部、すなわち計量室３外部にそれぞれ設けられたパイロット歯車（図示せず）の噛合により、互いに反対方向に同期回転するように配置されている。第１回転子６側（本実施例では第１回転子６側となっているが、第２回転子７側でもよい）のパイロット歯車には、サーボモータ１７の駆動軸が接合されている。
【００２１】
サーボ型容積流量計１の流入口８側と流出口９側には、それぞれ流入側圧力検出口１０、流出側圧力検出口１１が設けられている。この流入側圧力検出口１０及び流出側圧力検出口１１には、差圧計１２に接続される導管が取り付けられている。両圧力検出口１０、１１から導管を介して流入口８及び流出口９の圧力が差圧計１２に導かれると、サーボ型容積流量計１の流出入口間（ここでは計量室３の流出入口間）の圧力損失が測定されるようになっている。サーボモータ１７の駆動軸には、タコジェネレータ１８が直結されている。サーボモータ１７、タコジェネレータ１８、及び第１回転子６側のパイロット歯車は、互いに縦接続されている。
【００２２】
タコジェネレータ１８は、サーボモータ１７の回転に比例した電圧値を発生するように構成されている。このタコジェネレータ１８からの出力は、サーボモータ駆動回路１６を介してサーボモータ１７にフィードバックされるようになっている。流量発信器１９は、第１回転子６（第２回転子７でもよい）の回転数を計測する機構を有している。流量発信器１９は、流量に比例するパルスを発生するように構成されている。
【００２３】
Ｆ／Ｖ変換器２０は、流量発信器１９からの流量を表すパルス信号を、この周波数に比例するアナログ電圧に変換するもので、第１回転子６の回転速度Ｖに相当する信号を出力するように構成されている。リニアライザ２１は、Ｆ／Ｖ変換器２０の出力を平方し、回転子の回転速度Ｖの２乗Ｖ２に相当する信号を出力するように構成されている。
【００２４】
圧力計２２は、流入側圧力検出口１０（或いは、流出側圧力検出口１１）の圧力を、流体圧力Ｐに相当する電圧信号に変換するように構成されている。ディストリビュータＢ２３は、圧力計２２からの流体圧力Ｐに相当する電圧信号を、被測定流体が気体の場合、流体圧力Ｐに比例する流体密度ρに相当する電圧信号に変換するように構成されている。尚、液体の場合には、流体圧力Ｐにより流体密度ρが変わらなく、液体の種類により決まることから圧力計２２が不要であり、直接、外部から乗算器２４に被測定液体に応じた値を設定入力するようにしてもよいものとする。
【００２５】
差圧計１２は、流入側圧力検出口１０と流出側圧力検出口１１との差圧ΔＰを検出し、この検出により生成した差圧信号をディストリビュータＡ１３へ出力するように構成されている。ディストリビュータＡ１３は、入力された差圧信号を差圧に比例した電圧値Ｖｐに変換した上で、この電圧値Ｖｐを調節計１４の一方の端子へ出力するように構成されている。乗算器２４は、リニアライザ２１からの回転子の回転速度Ｖの２乗に相当する信号（Ｖ２）と、ディストリビュータＢ２３からの密度ρに相当する信号（ρ）とを乗算し、ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２に相当する信号Ｖｓを、調節計１４の目標設定値（制御目標差圧となるＳＶ値（セットバリュー）であり、基準値ともいえる）として出力するように構成されている。
【００２６】
尚、実際には定数ｋ０＝ｋ（１／２ｇ）を用意しておけばよく、また、例えば定数ｋ０は、ｋ０＝ｋ（１／２ｇ）＝λ（Ｌ／Ｄ）・（１／２ｇ）となる。
【００２７】
調節計１４には、流量計の入口側と出口側の差圧ΔＰに相当する信号Ｖｐ（ＰＶ値（プロセスバリュー）に対応する）が入力され、また、乗算器２４からの信号Ｖｓも入力されるようになっている。信号Ｖｐは信号Ｖｓと比較され、Ｖｐ−Ｖｓ＝（ΔＰ−ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２）に相当する信号Ｖ１が、サーボモータ駆動回路１６の一方の入力端子に出力されるようになっている。サーボモータ駆動回路１６の他方の入力端子には、上記の如く、タコジェネレータ１８からの出力信号Ｖ２がフィードバックのために接続されている。
【００２８】
サーボ型容積流量計１には、調節計１４から入力される、流出入口間の圧力損失ΔＰに相当する差圧信号Ｖｐ（差圧計１２で検出）と目標設定値Ｖｓとの比較値Ｖ１、及び、サーボモータ１７の回転数に相当するタコジェネレータ１８の出力Ｖ２が等しくなるように、サーボモータ１７の回転を制御するサーボ機構が形成されている。
【００２９】
上記構成において、被測定流体が図中の矢印方向に流れた状態では、従来のように流量計流入側と流出側の差圧ΔＰをゼロに制御するのではなく、回転子の回転速度（Ｖ）に応じて流量計内部で発生する外部圧力損失ΔＰｅ＝ｋ・（ρ／２ｇ）・Ｖ２分だけ、流入側の圧力が高くなるようにサーボモータを制御することにより、回転子の回転方向前面側と背面側の差圧ΔＰｉをゼロとするようになっている。これにより、流入側と流出側との差圧ΔＰをゼロに制御するサーボ型容積流量計において生ずる回転子の前後面間の前記差圧ΔＰｉとは逆方向の差圧を消去することができ、これに伴うケーシングと回転子間の隙間からの逆流による漏洩をより少なくするようになっている。
【００３０】
図７は、図６のサーボ型容積流量計１による器差特性の一例を示す図である。図中のＰ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれ被測定流体の流体圧力を示している。下記特許文献１に開示された従来のサーボ型容積流量計１の器差特性は、被測定流体の圧力の大きさに拘わらず小流量域から大流量域まで、器差がほとんどゼロに近い直線的な優れた特性を示している（回転子の回転速度Ｖは、回転子の先端と回転子の根本とで速度が異なるため、平均速度で計算した値で制御するか、ケーシングと回転子の先端との隙間を考慮し、回転子の先端の速度で計算した値に近い値の差圧に制御すると、より精度の向上を図ることができる）。
【００３１】
以上は、ハード構成で制御系を構成した場合の説明であるが、マイクロコンピュータで制御系を組む場合には、上記と同様な動作処理をソフトウェア化して組めばよい。また、被測定流体の名称と密度との関係をテーブル化しておけば、被測定流体の名称を選択するだけで、被測定流体の種類に応じた密度設定をすることができる。
【００３２】
次に、図８を参照しながら下記特許文献２に開示されたサーボ型容積流量計について説明する。図８は、下記特許文献２に開示されたサーボ型容積流量計の概念図である。
【００３３】
下記特許文献２に開示されたサーボ型容積流量計は、上記のサーボ型容積流量計１のような、外部圧力損失ΔＰｅ分だけ流入側の圧力を高くして回転子の回転方向前面側と背面側との差圧ΔＰｉをゼロとする制御とは別の方法により制御されている。
【００３４】
図８において、引用符号３１はサーボ型容積流量計、３２は容積流量計、３３は計量室、３４は第１回転子軸、３５は第２回転子軸、３６は第１回転子、３７は第２回転子、３８は上流側導圧管、３９は下流側導圧管、４０は差圧計、４１はサーボ増幅器、４２はプリアンプ、４３はメインアンプ、４４は駆動部、４５は変速歯車（Ｒ・Ｇ）、４６はサーボモータ（Ｓ・Ｍ）、４７はタコジェネレータ（Ｔ・Ｇ）を示している。また、４８は上流側連通管、４９は下流側連通管を示している。尚、煩雑のためパイロット歯車の図示は省略するものとする。
【００３５】
サーボ型容積流量計３１は、容積流量計３２と、差圧計４０と、サーボ増幅器４１及び駆動部４４からなるサーボ機構とを備えて構成されている。容積流量計３２は、本体に形成され、流入口３２ａ及び流出口３２ｂに連通する計量室３３と、この計量室３３内の第１回転子軸３４及び第２回転子軸３５に各々軸支される第１回転子３６及び第２回転子３７とを備えて構成されている。第１回転子３６及び第２回転子３７には、本体外部、すなわち計量室３３外部のパイロット歯車の噛合により、互いに反対方向に同期回転するように配置されている。駆動部４４は、変速歯車４５と、サーボモータ４６及びタコジェネレータ４７とを備えて構成されている。これらは縦接続されている。
【００３６】
上流側連通管４８は、第１回転子３６と第２回転子３７の各上流側でラジアル方向に開口する開口Ａ、Ｃに接続される連通管であって、この中間部４８ａには上流側導圧管３８が接続されている。上流側導圧管３８は、差圧計４０の一端に接続されている。一方、下流側連通管４９は、第１回転子３６と第２回転子３７の各下流側でラジアル方向に開口する開口Ｂ、Ｄに接続される連通管であって、この中間部４９ａには下流側導圧管３９が接続されている。下流側導圧管３９は、差圧計４０の他端に接続されている。
【００３７】
図中において、開口Ｃ及び開口Ｄは、第２回転子３７の凸部の前後に形成されている。また、開口Ａ及び開口Ｂも第１回転子３６が回転した時に凸部の前後に開口するように形成されている。さらに、第１回転子３６の凸部が開口Ａの位置にくると、第２回転子３７の凸部が開口Ｄの位置にくるように形成され、第１回転子３６の凸部が開口Ｂの位置にくると、第２回転子３７の凸部が開口Ｃの位置にくるように形成されている。サーボ型容積流量計３１は、流量計流入側と流出側の差圧を測定するのではなく、回転子の前後面間の差圧ΔＰを測定する（ΔＰ≒ΔＰｉ）ような構造になっている。
【００３８】
差圧計４０での差圧信号は、導線４０ａを介してサーボ増幅器４１のプリアンプ４２に入力されるようになっている。プリアンプ４２は、メインアンプ４３の入力端４３ａに接続されている。メインアンプ４３は、導線４１ａを介してサーボモータ４６に接続されている。サーボモータ４６に連動するタコジェネレータ４７は、メインアンプ４３の入力端４３ｂに接続されている。この接続により速度帰還がなされ、応答性が高められている。
【００３９】
上記構成において、サーボ型容積流量計３１は、回転子の前後面間の差圧ΔＰ（ΔＰ≒ΔＰｉ）を測定し、この差圧ΔＰをゼロとするようにサーボモータ４６を駆動する制御がなされている。言い換えれば、目標設定値（制御目標差圧となるＳＶ値）をゼロとするような制御がなされている。このような制御によってもケーシングと回転子間の隙間からの漏洩をより少なくすることができるようになっている。サーボ型容積流量計３１は、上記のサーボ型容積流量計１よりも制御が簡単であり、高精度に流量を測定することができるようになっている。
【特許文献１】特許第３３３１２１２号公報
【特許文献２】特許第２８７８５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
上記従来技術のサーボ型容積流量計３１にあっては、高精度に流量を測定することができるものの、連通管や導圧管等によって構造が複雑になり、結果、システム自体のコストが嵩んでしまうという問題点を有している。
【００４１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、安価で高精度に流量を測定することが可能なサーボ型容積流量計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明のサーボ型容積流量計は、流路と、該流路に連続する計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の被測定流体を流出する一対の第１及び第２回転子とを備え、該第１及び第２回転子の回転から流量を計測する容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかに連結するサーボモータと、前記計量室に接続され該計量室の差圧を検出する差圧検出機構と、該差圧検出機構からの差圧信号に基づく制御目標差圧をゼロとするよう前記サーボモータを制御するサーボ機構とを備えるサーボ型容積流量計において、前記差圧検出機構の前記計量室に対する２つの接続位置を、前記第１及び第２回転子の噛合い状態で、１つ目が一方の回転子の凸部に対向する第１接続位置、２つ目が該第１接続位置の反対側となり他方の回転子の凹部に対向する第２接続位置とすることを特徴としている。
【００４３】
請求項２記載の本発明のサーボ型容積流量計は、請求項１に記載のサーボ型容積流量計において、前記第１接続位置及び第２接続位置を同一平面及び同一軸線上に配置することを特徴としている。
【００４４】
請求項３記載の本発明のサーボ型容積流量計は、請求項１又は請求項２に記載のサーボ型容積流量計において、前記第１及び第２回転子の各凸部先端形状を先細りとすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、一方の回転子の凸部に対向する第１接続位置と他方の回転子の凹部に対向する第２接続位置との差圧を測定することにより、従来同様、高精度に流量の測定をすることができる。また、上記差圧測定位置により、従来よりも安価にサーボ型容積流量計を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面を参照しながら説明する。図１は本発明のサーボ型容積流量計の一実施の形態を示す概念図であり、（ａ）は容積流量計の部分の拡大図、（ｂ）は全体構成図である。
【００４７】
図１において、引用符号１０１は本発明のサーボ型容積流量計を示している。このサーボ型容積流量計１０１は、容積流量計１０２と、差圧計１０３（差圧検出機構）と、サーボ機構１０４と、流量発信器（Ｐ.Ｇ）１０５とを備えて構成されている。以下、各構成について説明する。
【００４８】
容積流量計１０２は、ケーシング１０６と、計量室１０７と、第１回転子１０８及び第２回転子１０９とを備えて構成されている。ケーシング１０６は、略筒状に形成されており、この中間に計量室１０７が設けられている。ケーシング１０６は、図１の場合、左から右へ（矢印方向へ）被測定流体が流れるように形成されている（ケーシング１０６の左端が流入口１１０、右端が流出口１１１として設定されている）。ケーシング１０６は、この内部が流路１１２となるように形成されている。この流路１１２は、被測定流体がスムーズに流れるように形成されている。
【００４９】
計量室１０７は、ケーシング１０６の中間をケーシング軸直交方向に膨らませるような略長円形状に形成されている。計量室１０７は、この内部が流路１１２と連通するように形成されている。ここで、上記ケーシング軸の上方を第１計量室１１３、下方を第２計量室１１４と定義すると、第１計量室１１３には第１回転子軸１１５が形成されている。また、第２計量室１１４には、第２回転子軸１１６が形成されている。第１回転子軸１１５及び第２回転子軸１１６は、所定の間隔をあけて並ぶように配置形成されている。このような第１回転子軸１１５には、第１回転子１０８が回転自在に軸支されている。また、第２回転子軸１１６には、第２回転子１０９が回転自在に軸支されている。
【００５０】
第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、上記の如く、この中心が、対応する第１回転子軸１１５及び第２回転子軸１１６によって軸支されている。第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、本形態において、歯数が４つのヘリカル歯車（一例であるものとする）となるように形成されている。第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、それぞれ４つの凸部１１７と凹部１１８とを有している。凸部１１７はインボリュート歯形に形成されている。このような第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、１つの凸部１１７及び凹部１１８が噛み合った状態で回転するようになっている。
【００５１】
第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、計量室１０７の外部にパイロット歯車（図示省略）を有している。第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、パイロット歯車の噛合によって互いに反対方向に同期回転するように配置されている。
【００５２】
第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、この凸部１１７の先端形状が先細りとなるように形成されている。第１回転子１０８及び第２回転子１０９は、凸部１１７の先端と計量室１０７の壁内面との対向する範囲が極力小さくなるように形成されている（後述する第１接続位置１１９、第２接続位置１２０の穴を塞ぐ時間を短くするため）。
【００５３】
尚、図１では凸部１１７の先端と計量室１０７の壁内面との間の隙間が広く図示されている。しかしながら、実際には従来同様の隙間となるように設定されているものとする。図１では便宜上広く隙間が図示されているものとする。
【００５４】
差圧計１０３は、導圧管１２１、１２２を介して計量室１０７内の差圧を測定し、この測定した差圧を電圧信号に変換して出力することができるように構成されている。差圧計１０３には、導圧管１２１、１２２が接続されている。差圧計１０３は、サーボ機構１０４を構成するディストリビュータ１２３にも接続されている。
【００５５】
導圧管１２１は、計量室１０７の第１接続位置１１９の穴に接続されている。また、導圧管１２２は、計量室１０７の第２接続位置１２０の穴に接続されている。第１接続位置１１９は、第１回転子１０８及び第２回転子１０９の噛合い状態（図１の状態を参照）において、第２回転子１０９の凸部１１７に対向する位置となるように設定されている。また、第２接続位置１２０は、第１回転子１０８及び第２回転子１０９の噛合い状態（図１の状態を参照）において、第１回転子１０８の凹部１１８に対向する位置となるように設定されている。第２接続位置１２０は、第１接続位置１１９の反対側に設定されている。第１接続位置１１９及び第２接続位置１２０は、同一平面及び同一軸線上に設定されている。
【００５６】
第１接続位置１１９及び第２接続位置１２０は、従来の制御、すなわち差圧ΔＰ≒内部圧力損失ΔＰｉ、目標設定値（制御目標差圧となるＳＶ値）＝０と同じ制御をすることができるものとして本願発明者が見出した位置である。第１接続位置１１９及び第２接続位置１２０は、一方の回転子の凸部と他方の回転子の凹部とに対向するように設定されている（従来は一方、他方の回転子の凸部、凸部や、凹部、凹部に対向するように設定されている。従って、本発明はこれらと明確な位置の違いを有している）。
【００５７】
サーボ機構１０４は、ディストリビュータ１２３と、調節計１２４と、目標設定器１２５と、サーボモータ駆動回路１２６と、サーボモータ（Ｓ．Ｍ）１２７と、タコジェネレータ（Ｔ.Ｇ）１２８とを備えて構成されている。これらの構成は、従来同様に機能するようになっている。以下、サーボ機構１０４の配置や動作について説明する。
【００５８】
サーボモータ１２７の駆動軸には、上記図示しないパイロット歯車と、タコジェネレータ１２８とが直結されている。サーボモータ１２７、タコジェネレータ１２８及び第１回転子１０８側のパイロット歯車は互いに縦接続されている。
【００５９】
タコジェネレータ１２８は、サーボモータ１２７の回転に比例した電圧値を発生してこれを出力するようになっている。この出力は、サーボモータ駆動回路１２６を介してサーボモータ１２７にフィードバックされるようになっている。尚、流量発信器１０５は、第１回転子１０８の回転数を計測する計測機構を有しており、流量に比例したパルスを発生するように構成されている。
【００６０】
差圧計１０３からの差圧信号は、ディストリビュータ１２３を介して差圧に比例した電圧値Ｖｐに変換されたのち、調節計１２４に入力されるようになっている。そして、目標設定器１２５からの目標設定値と比較され、この出力Ｖ１がサーボモータ駆動回路１２６の一方の入力端子に入力されるようになっている。サーボモータ駆動回路１２６の他方の入力端子には、タコジェネレータ１２８からの出力Ｖ２がフィードバックされるようになっている。
【００６１】
サーボ機構１０４では、調節計１２４からの容積式流量計１０２の圧力損失ΔＰに相当する、差圧計１０３からの差圧信号Ｖｐと目標設定値との比較値Ｖ１、及び、サーボモータ１２７の回転数に相当するタコジェネレータ１２８の出力Ｖ２が等しくなるように、サーボモータ１２７の回転が制御されるようになっている。
【００６２】
上記構成において、被測定流体が矢印方向に流れた状態では、サーボモータ駆動回路１２６とサーボモータ１２７からなるサーボ制御系を駆動することにより、第１接続位置１１９及び第２接続位置１２０の差圧ΔＰが無差圧に制御されるようになっている。この時、調節計１２４の目標値が差圧ゼロに設定され、回転子はサーボモータ１２７によって強制的に回転する。ΔＰがゼロになるように制御がなされている。
【００６３】
以上、図１を参照しながら説明してきたように、本発明のサーボ型容積流量計１０１は、高精度に流量を測定することができる構造を有している。また、この構造によって安価にサーボ型容積流量計を提供することができるようにもなっている。
【００６４】
尚、上述の説明では、第１回転子１０８及び第２回転子１０９が、歯数４のヘリカル歯車であったが、これに限らず図２のような非円形（オーバル）歯車や、図３の一般平歯車を本発明に適用してもよいものとする。
【００６５】
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のサーボ型容積流量計の一実施の形態を示す概念図であり、（ａ）は容積流量計の部分の拡大図、（ｂ）は全体構成図である。
【図２】非円形（オーバル）歯車の例を示す概念図である。
【図３】一般平歯車の例を示す概念図である。
【図４】従来例の容積流量計（自力式容積流量計）の器差特性の一例を示す図である。
【図５】従来例のサーボ型容積流量計の流体圧分布の状態を示す模式図である。
【図６】従来例のサーボ型容積流量計の概念図である。
【図７】図６のサーボ型容積流量計による器差特性の一例を示す図である。
【図８】従来例のサーボ型容積流量計の概念図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１ サーボ型容積流量計
１０２ 容積流量計
１０３ 差圧計（差圧検出機構）
１０４ サーボ機構
１０５ 流量発信器
１０６ ケーシング
１０７ 計量室
１０８ 第１回転子
１０９ 第２回転子
１１０ 流入口
１１１ 流出口
１１２ 流路
１１３ 第１計量室
１１４ 第２計量室
１１５ 第１回転子軸
１１６ 第２回転子軸
１１７ 凸部
１１８ 凹部
１１９ 第１接続位置
１２０ 第２接続位置
１２１、１２２ 導圧管
１２３ ディストリビュータ
１２４ 調節計
１２５ 目標設定器
１２６ サーボモータ駆動回路
１２７ サーボモータ
１２８ タコジェネレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路と、該流路に連続する計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の被測定流体を流出する一対の第１及び第２回転子とを備え、該第１及び第２回転子の回転から流量を計測する容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかに連結するサーボモータと、前記計量室に接続され該計量室の差圧を検出する差圧検出機構と、該差圧検出機構からの差圧信号に基づく制御目標差圧をゼロとするよう前記サーボモータを制御するサーボ機構とを備えるサーボ型容積流量計において、
前記差圧検出機構の前記計量室に対する２つの接続位置を、前記第１及び第２回転子の噛合い状態で、１つ目が一方の回転子の凸部に対向する第１接続位置、２つ目が該第１接続位置の反対側となり他方の回転子の凹部に対向する第２接続位置とする
ことを特徴とするサーボ型容積流量計。
【請求項２】
請求項１に記載のサーボ型容積流量計において、
前記第１接続位置及び第２接続位置を同一平面及び同一軸線上に配置する
ことを特徴とするサーボ型容積流量計。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のサーボ型容積流量計において、
前記第１及び第２回転子の各凸部先端形状を先細りとする
ことを特徴とするサーボ型容積流量計。
【請求項１】
流路と、該流路に連続する計量室と、該計量室内で回転毎に一定体積の被測定流体を流出する一対の第１及び第２回転子とを備え、該第１及び第２回転子の回転から流量を計測する容積流量計であって、前記第１又は第２回転子の何れかに連結するサーボモータと、前記計量室に接続され該計量室の差圧を検出する差圧検出機構と、該差圧検出機構からの差圧信号に基づく制御目標差圧をゼロとするよう前記サーボモータを制御するサーボ機構とを備えるサーボ型容積流量計において、
前記差圧検出機構の前記計量室に対する２つの接続位置を、前記第１及び第２回転子の噛合い状態で、１つ目が一方の回転子の凸部に対向する第１接続位置、２つ目が該第１接続位置の反対側となり他方の回転子の凹部に対向する第２接続位置とする
ことを特徴とするサーボ型容積流量計。
【請求項２】
請求項１に記載のサーボ型容積流量計において、
前記第１接続位置及び第２接続位置を同一平面及び同一軸線上に配置する
ことを特徴とするサーボ型容積流量計。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のサーボ型容積流量計において、
前記第１及び第２回転子の各凸部先端形状を先細りとする
ことを特徴とするサーボ型容積流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３０９７２６（Ｐ２００７−３０９７２６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３７４６９（Ｐ２００６−１３７４６９）
【出願日】平成１８年５月１７日（２００６．５．１７）
【出願人】（０００１０３５７４）株式会社オーバル (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１７日（２００６．５．１７）
【出願人】（０００１０３５７４）株式会社オーバル (82)
【Ｆターム（参考）】
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