圧縮性流体の連続非定常流量発生装置および連続非定常流量発生方法、ならびに圧縮性流体の流量計検定装置
【課題】往復流を含む圧縮性流体の非定常流量を連続して高精度に発生する。
【解決手段】圧縮性流体の流入量を計測する流量計１２と、流入量を規制する第１サーボ弁１３と、圧縮性流体を等温状態に保持する第１等温化圧力容器１４と、第１等温化圧力容器１４内の圧力を計測する第１圧力計１５と、真空源により真空状態に保持される第２等温化圧力容器１６と、第２等温化圧力容器１６内の圧力を計測する第２圧力計１７と、第１等温化圧力容器１４からの流出又は第２等温化圧力容器１６への流入を選択的に規制する第２サーボ弁１８と、第２サーボ弁１８の外方の圧力を測定する第３圧力計１９と、流入量と第１等温化圧力容器１４内の圧力とに基づき第２サーボ弁１８からの流出量を制御すると共に第２等温化圧力容器１６内の圧力と第２サーボ弁１８の外方の圧力とに基づき第２サーボ弁１８からの圧縮性流体の流入量を制御する流量制御手段２２とを備える。
【解決手段】圧縮性流体の流入量を計測する流量計１２と、流入量を規制する第１サーボ弁１３と、圧縮性流体を等温状態に保持する第１等温化圧力容器１４と、第１等温化圧力容器１４内の圧力を計測する第１圧力計１５と、真空源により真空状態に保持される第２等温化圧力容器１６と、第２等温化圧力容器１６内の圧力を計測する第２圧力計１７と、第１等温化圧力容器１４からの流出又は第２等温化圧力容器１６への流入を選択的に規制する第２サーボ弁１８と、第２サーボ弁１８の外方の圧力を測定する第３圧力計１９と、流入量と第１等温化圧力容器１４内の圧力とに基づき第２サーボ弁１８からの流出量を制御すると共に第２等温化圧力容器１６内の圧力と第２サーボ弁１８の外方の圧力とに基づき第２サーボ弁１８からの圧縮性流体の流入量を制御する流量制御手段２２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復流対応型の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置および連続非定常流量発生方法、ならびに往復流対応型の圧縮性流体の流量計検定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続して流体を用いる機器では、その流体の流量を迅速かつ正確に計測することが求められる。例えば、近年、開発が進む燃料電池では、発電要求量に応じて燃料電池セル内に所定量の水素を正確に供給することが求められ、しかも発電要求量の変動に迅速に応答して前段階の供給量から次の段階の供給量に、短い遷移時間で、迅速に正確な流量で水素を供給できるようにすることが求められる。また、半導体製造工程では、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、熱酸化、ドライエッチング等の各種プロセスにおいて、不活性ガスの流量、酸素、水素、反応性物質ガス等の気体の流量を正確に制御して供給することが求められる。この半導体製造工程における気体の流量制御は、得られる半導体装置の性能、ひいては半導体製造工程における製品の歩留りを左右する重要な制御因子である。また、これらの用途に限らず、空気圧釘打ち機等の空気圧アクチュエータ、薬液注入装置等の空気圧により各種の機能・動作を制御する機器、血圧測定器等の空気圧を利用する測定機器などにおいても、圧縮性流体である空気を、必要に応じて迅速かつ正確な流量で供給することが求められる。
【０００３】
以上のとおり、流体の流量を制御することが求められる機器またはシステムでは、高い応答速度で正確に流量を計測できる流量計が必要となる。しかし、気体等の圧縮性流体は、圧力のみならず温度によっても密度が変化するため、流量計の動特性を正確に計測することは困難である。そのため、流量計の動特性を検定する方法は未だ確立されていない状況である。よって、市販されている気体用流量計の応答を統一的に比較する方法はＩＳＯやＪＩＳ等でも規定されていない。そのため、従来は、気体の流量をバルブ等でステップ的に変化させ、その際に流量計の応答を計測し、動特性、すなわち応答性を評価しているに過ぎなかった。
【０００４】
そこで、本発明者らは、先に、容器内に熱伝導性が高く体積が小さい熱伝導材料を内部空気との接触面積が大きくなるように収容することによって、内部の空気温度の変化を小さくして空気圧を速やかに安定させ、容器内の空気の状態変化をほぼ等温にできる圧力容器を提案した（特許文献１）。この圧力容器によれば、容器内の圧力変化から容器から流出され、あるいは容器内に充填される気体の非定常流量を正確に計測できる。
更に、本発明者らは、この圧力容器を用いて、連続的に非定常流量の流体流を発生させる連続非定常流量発生装置を提案した（特許文献２）。
【特許文献１】特開平６−１４７３２０号公報（請求項１、図１等）
【特許文献２】特開２００６−６４４１８号公報（段落００１６〜段落００２８、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２に記載の連続非定常流量発生装置は、一方向の流れに対する流体を発生するに留まっていた。往復脈動流の発生には、例えば、ピストンシリンダを用いることが考えられるが、圧縮及び膨張に伴う温度変化の影響を受けてしまい、精度の高い往復流量の発生の実現は困難であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、計測基準とするに十分な精度の往復流を含む非定常流量の流体流を連続的に発生させることができるようにして、圧縮性流体の動特性試験や空気圧機器などの流量特性試験に有用な圧縮性流体の連続非定常流量発生装置および連続非定常流量発生方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記した往復流を含む連続非定常流量発生装置によって発生する流体流を基準として用いて、被検定対象の流量計の計測精度を検定できる流量計検定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置は、流体供給源から供給される圧縮性流体の流入量を計測する流量計と、前記流量計を通って流入する前記圧縮性流体の流入量を規制する第１サーボ弁と、前記第１サーボ弁を通って流入する前記圧縮性流体を等温状態に保持する第１等温化圧力容器と、前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を計測する第１圧力計と、真空源によって真空状態に保持される第２等温化圧力容器と、前記第２等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を計測する第２圧力計と、前記第１等温化圧力容器からの圧縮性流体の流出又は前記第２等温化圧力容器への圧縮性流体の流入の何れかを選択的に規制する第２サーボ弁と、第２サーボ弁の外方の圧縮性流体の圧力を測定する第３圧力計と、前記流量計によって計測された圧縮性流体の流入量と、前記第１圧力計によって計測された前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁からの圧縮性流体の流出量を制御すると共に、前記第２圧力計と前記第３圧力計とによって計測された圧縮性流体の圧力に基づいて、前記第２サーボ弁からの圧縮性流体の流入量を制御する流量制御手段とを備えるよう構成した。
なお、第２サーボ弁の外方とは、正方向及び負方向の往復流を含む圧縮性流体の流量を出力する側であって、正方向の流量発生時の下流側であり、負方向の流量発生時の上流側を指す。
【０００８】
かかる構成によれば、圧縮性流体の連続非定常流量発生装置は、第１サーボ弁を制御して、流体供給源から圧縮性流体を第１等温化圧力容器に供給すると共に、流量計によって、第１等温化圧力容器に流入する流量を計測する。第１等温化圧力容器に供給された圧縮性流体は等温状態に保持され、圧縮性流体の連続非定常流量発生装置は、第１圧力計によって、第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を計測する。そして、流量制御手段によって、第１等温化圧力容器に流入した流量と圧力とに基づいて、第２サーボ弁の開度を制御し、第１等温化圧力容器から圧縮性流体を流出させ、正方向の流量を発生する。
【０００９】
また、圧縮性流体の連続非定常流量発生装置は、第２圧力計によって、第２等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力（負方向の流量発生時における第２サーボ弁の下流側）を計測すると共に、第３圧力計によって、第２サーボ弁の外方、すなわち流量発生の出力側（負方向の流量発生時における第２サーボ弁の上流側）の圧縮性流体の圧力を計測する。そして、流量制御手段によって、第２サーボ弁の上流側の圧力と下流側の圧力とに基づいて、第２サーボ弁の開度を制御し、第２等温化圧力容器に圧縮性流体を流入させることで、負方向の流量を発生する。
【００１０】
請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置は、請求項１に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置において、前記第１等温化圧力容器及び前記第２等温化圧力容器は、金属細線の集束体または多孔質金属体からなる熱伝導性材料が内部に充填されている構成とした。
【００１１】
かかる構成によれば、第１等温化圧力容器及び第２等温化圧力容器は、圧縮性流体の流入又は流出による温度変化を速やかに吸収して等温状態を保持することができる。
【００１２】
請求項３に記載の圧縮性流体の連続非定常流発生方法は、請求項１又は請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置を用いた圧縮性流体の連続非定常流量発生方法であって、前記第１サーボ弁を開いて前記流体供給源から前記圧縮性流体を供給し、前記第１等温化圧力容器を所定の圧力になるまで昇圧する第１工程と、前記第２サーボ弁の開度を制御して、前記第１等温化圧力容器から流出される圧縮性流体の流出量を連続的に制御する第２工程と、前記第２サーボ弁の出力側の圧力と前記第２等温化圧力容器の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁の開度を算出する第３工程と、前記第２サーボ弁を前記算出した開度で開き、前記第２等温化圧力容器へ圧縮性流体を流入する第４工程と、を含み、前記第１工程乃至前記第４工程を順次繰り返して行う際に、前記第３工程又は前記第４工程と並行して前記第１工程を行うようにした。
【００１３】
かかる手順によれば、第１工程において、第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を所定の圧力まで昇圧し、第２工程において、第１工程で所定の圧力まで昇圧しておいた第１等温化圧力容器から、第２サーボ弁の開度を連続的に制御して圧縮性流体を流出させることで、正方向の流量を発生する。続いて、第３工程において、第２サーボ弁の上流側の圧力と下流側の圧力とに基づいて、第２サーボ弁の開度を算出し、第４工程において、第３工程で算出した第２サーボ弁の開度で第２サーボ弁を開き、第２等温化圧力容器に圧縮性流体を流入させることで、負方向の流量を発生させる。また、次の正方向の流量発生のために、第３工程又は第４工程と並行して、再び、第１工程によって第１等温化圧力容器を所定の圧力まで昇圧し、第２工程によって正方向の流量を発生する。このようにして、第１工程から第４工程を繰り返し行うことで、往復流を含む圧縮性流体の非定常流を連続して発生する。
【００１４】
請求項４に記載の圧縮性流体の連続非定常流発生方法は、請求項１又は請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置を用いた圧縮性流体の連続非定常流量発生方法であって、前記第２サーボ弁から前記圧縮性流体が流出する方向の流量波形成分の平均流量に対応する前記第１サーボ弁の開度を算出する第５工程と、前記第１サーボ弁を前記算出した開度で開いて前記流体供給源から前記圧縮性流体を前記第１等温化圧力容器に供給する第６工程と、前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力に基づいて、前記第２サーボ弁の開度を制御して、前記第１等温化圧力容器から流出する流量を連続的に制御する第７工程と、前記第２サーボ弁の出力側の圧力と前記第２等温化圧力容器の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁の開度を算出する第８工程と、前記第２サーボ弁を前記第８工程で算出した開度で開き、前記第２等温化圧力容器へ圧縮性流体を流入する第９工程と、前記第１等温化圧力容器の圧力及びその微分値に基づいて、前記第１サーボ弁の開閉を制御し、前記流体供給源から前記圧縮性流体を前記第１等温化圧力容器に供給する第１０工程と、を含み、前記第１０工程は、前記第８工程又は前記第９工程と並行して行い、前記第７工程乃至前記第１０工程を順次繰り返し行うようにした。
【００１５】
かかる手順によれば、第５工程において、圧縮性流体が流出する方向の流量波形成分の平均流量に対応する第１サーボ弁の開度を算出し、第６工程において、第５工程で算出した開度で第１サーボ弁を開いて、第１等温化圧力容器に圧縮性流体を流入させると共に、第７工程において、第１等温化圧力容器の圧力に基づいて第２サーボ弁の開度を制御して、第１等温化圧力容器から圧縮性流体を流出させることで、正方向の流量を発生する。
続いて、第８工程において、第２サーボ弁の出力側（負方向の流量発生時における上流側）の圧力と、第２等温化圧力容器（負方向の流量発生時における下流側）の圧力とに基づいて、第２サーボ弁の開度を算出する。第９工程において、第８工程で算出した開度で第２サーボ弁を開いて、第２等温化圧力容器に圧縮性流体を流入させることで、負方向の流量を発生する。また、次の正方向の流量発生のために、第１０工程において、第１等温化圧力容器の圧力及びその微分値に基づいて、第１サーボ弁の開閉を制御し、流体供給源から圧縮性流体を第１等温化圧力容器に供給する。この第１０工程は、負方向の流量を発生するための第８工程又は第９工程と並行して行われる。そして、第７工程に戻って、第２サーボ弁を制御して、第１等温化圧力容器から圧縮性流体を流出させることで、正方向の流量を発生する。以降は、第７工程から第１０工程を繰り返し行うことで、往復流を含む圧縮性流体の非定常流を連続して発生する。
【００１６】
請求項５に記載の流量計検定装置は、請求項１または請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置の第２サーボ弁を通って流出される圧縮性流体を被検定対象の流量計に流入させて、当該流量計による流量の計測精度を検定するように構成した。
【００１７】
かかる構成によれば、圧縮性流体の連続非定常流量発生装置によって、往復流を含む圧縮性流体の非定常流量を連続的に発生し、第２サーボ弁の出力側に接続された流量計へ供給し、当該流量計の計測精度の検定を行う。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、往復流を含む圧縮性流体の連続非定常流を高精度に発生することができる。
請求項２に記載の発明によれば、圧縮性流体の流入又は流出による第１等温化圧力容器及び第２等温化圧力容器の温度変化を速やかに吸収して等温状態を保つことができるため、立ち上がり及び立ち下りが急峻に変化する流量波形を発生することができる。
請求項３に記載の発明によれば、発生する流量波形の平均流量がゼロの場合に、簡単な制御で往復流を含む非定常流量を連続的に発生することができる。
請求項４に記載の発明によれば、発生する流量波形の平均流量がゼロでない場合に、精度よく往復流を含む非定常流量を連続的に発生することができる。
請求項５に記載の発明によれば、連続非定常流量発生装置によって発生する往復流を含む圧縮性流体の非定常流量を基準として用いて、被検定対象の流量計の計測精度を正確に検定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の構成を示す概念図である。この実施形態は、圧縮性流体として気体を用いる場合を示す。気体は、図１の左から右の方向に流れる方向を正方向とし、右から左の方向に流れる方向を負方向とする。
【００２０】
この連続非定常流量発生装置１は、図１に示すとおり、気体流量計１２と、圧力計１１と、圧力計１５と、圧力計１７と、圧力計１９と、第１サーボ弁１３と、第２サーボ弁１８と、第１等温化圧力容器１４と、第２等温化圧力容器１６と、Ａ／Ｄ変換器２０と、Ｄ／Ａ変換器２１と、コンピュータ２２とを備える。各機器の間は、導管２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２４で連絡されている。
【００２１】
気体流量計１２と、気体流量計１２の後流に第１サーボ弁１３と、第１等温化圧力容器１４と、第２サーボ弁１８とが順次接続され、さらに、第２等温化圧力容器１６が第２サーボ弁１８と接続されている。これらの機器の間は、それぞれ導管２３ｂ、導管２３ｃ、導管２３ｄ及び導管２３ｆで連絡されている。また、気体流量計１２の上流側には、気体供給源３０が減圧弁３１を介して接続されており、第２等温化圧力容器１６には真空源であるエジェクタ３３が減圧弁３４と共に接続されている。そして、気体流量計１２は、減圧弁３１と導管２３ａで連絡され、第２等温化圧力容器１６は、エジェクタ３３と導管２３ｅで接続されている。また、第２サーボ弁１８の出力側（図１において右側）は、導管２４によって外部機器と接続されるようになっている。
【００２２】
また、導管２３ａ、第１等温化圧力容器１４、第２等温化圧力容器１６及び導管２４には、それぞれ圧力計１１、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９が接続されている。気体流量計１２及び各圧力計１１，１５，１７，１９の出力値（測定値）は図中に破線で示した信号線を介してＡ／Ｄ変換器２０に送られる。Ａ／Ｄ変換器２０は、これらの出力値をデジタル値に変換してコンピュータ２２に出力する。第１サーボ弁１３及び第２サーボ弁１８には、コンピュータ２２から出力され、Ｄ／Ａ変換器２１によってアナログ値に変換された制御信号が図中に破線で示した信号線を介して入力される。
【００２３】
気体流量計（流量計）１２は、減圧弁３１を介し、気体供給源３０から第１サーボ弁１３を通って第１等温化圧力容器１４に供給される気体の流量を計測するものである。計測された気体の流量に関する検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２０を介して、コンピュータ２２に送信される。
気体流量計１２としては、層流型流量計、オリフィス流量計、熱式流量計等の流量計などを用いることができるが、特に、層流型流量計は圧力損失が小さいことから好ましい。
【００２４】
また、気体供給源（流体供給源）３０としては、コンプレッサ、圧縮気体を充填したボンベ等を用いることができる。
また、減圧弁３１は、気体供給源３０から供給される気体の圧力を所定の圧力に調節するためのものである。この減圧弁３１は、特に制限されるものではなく、常用のものを用いることができる。ここで、気体供給源３０から供給される気体の圧力は、２００ｋＰａ〜１ＭＰａの範囲に減圧弁３１によって調節することが好ましい。圧力がこの範囲にあると、気体の音速流れが確保できることから、圧力制御が容易となり、また、通常のコンプレッサ等で供給できるという利点があるからである。
【００２５】
エジェクタ（真空源）３３は、第２等温化圧力容器１６内の気体を排気して真空状態にするための負圧源であり、減圧弁３４によって圧力が調整されるようになっている。この減圧弁３４は、特に制限されるものではなく、常用のものを用いることができる。なお、本実施形態では負圧源としてエジェクタ３３を用いたが、他の真空ポンプなどの真空発生装置を用いることもできる。
【００２６】
第１サーボ弁１３は、コンピュータ２２からＤ／Ａ変換器２１を介して送信される制御信号を受信して、その制御信号に基づいて、弁の開閉および開度を調整して、気体供給源３０から供給されて第１等温化圧力容器１４に流入させる気体の流量を調節し、第１等温化圧力容器１４に流入させる気体の平均流量を管理するものである。ここで、平均流量とは、発生する非定常流量の波形を時間平均したときの流量の平均値を示す。
この第１サーボ弁１３は、特に制限されず、常用のものを用いることができるが、目標発生流量に応じて流入流量が可変となるため、流量制御型である空気圧スプール型サーボ弁を用いることが好ましい。
【００２７】
なお、第１サーボ弁１３を用いずに、第２サーボ弁１８から正方向に流量を発生するときに、圧力計１１によって計測される圧力値と気体流量計１２によって計測される流量とに基づいて、第２サーボ弁１８の開度を調整して正方向の流量を制御することもできる。但し、本発明のように、負方向の流量を含む往復流を発生するときには、第１サーボ弁１３を設けて平均流量を管理することが好ましい。これによって、正方向に発生する流量を安定化することができる。
【００２８】
第２サーボ弁１８は、コンピュータ２２からＤ／Ａ変換器２１を介して送信される制御信号を受信して、その制御信号に基づいて、第２サーボ弁１８の入力側に接続される第１等温化圧力容器１４及び第２等温化圧力容器１６と、第２サーボ弁１８の出力側との接続を切り替える三方弁であり、その接続時の弁の開度を調整して、正方向の流量を発生するときには、第１等温化圧力容器１４から流出する気体の流量を連続的に調節し、負方向の流量を発生するときには、第２等温化圧力容器１６へ流入する気体の流量を連続的に調節するものである。
この第２サーボ弁１８は、特に制限されず、常用の三方弁を用いることができるが、好ましくは空気圧スプール型サーボ弁を用いることができる。
【００２９】
第１等温化圧力容器１４は、気体流量計１２を通って流入する気体を等温状態に保持するものである。この第１等温化圧力容器１４は、通常、金属で形成される。
この第１等温化圧力容器１４の形状は、円筒状、多角柱体、球体、楕円体など種々の形状を採用することができる。いずれか一方の底面側から気体を流入させる。このとき、気体の流入方向の奥行きは、断面の最大幅の２倍以下とすることが好ましい。断面の最大幅は、例えば、円筒状の形状の場合、円筒の高さ（奥行き）は底面の直径の２倍以下であることが好ましい。円筒の高さ（奥行き）がこの範囲にあると気体の流入時における、圧力勾配の発生を抑えることができる。また、多角柱体の形状の場合、断面中の最大幅、楕円体であれば奥行き方向の中心の断面における直径である。
【００３０】
この第１等温化圧力容器１４は、バッファタンクの役割を有するため、第１等温化圧力容器１４の内容積は、気体の流出量Ｑout（ＮＬ/ｍｉｎ）に対して、５．０×１０-6Ｑout〜７．０×１０-5Ｑout（ｍ3）の範囲にあることが好ましい。この範囲は、前記した気体用機器の質量速度の適している範囲に対応させたものである。
【００３１】
この第１等温化圧力容器１４の内部には、金属細線の集束体または多孔質金属体からなる表面積の大きな熱伝導性材料が充填されている。この熱伝導性材料を第１等温化圧力容器１４の内部に充填することによって、内部における伝熱面積を増大させることができる。そして、この熱伝導性材料によって、第１等温化圧力容器１４への気体の流入および第１等温化圧力容器１４からの気体の流出に際して、第１等温化圧力容器１４内の気体の温度変化が抑制される。そして、この熱伝導性材料による温度変化の抑制は、第１等温化圧力容器１４も熱伝導性の高いものにすればさらに有効である。
【００３２】
この表面積の大きな熱伝導性材料として、例えば、スチールウール等の金属細線の集束体、銅線等の多孔質金属体、あるいは木綿やプラスチック製の綿状体などを採用することができる。すなわち、金属細線の集束体または木綿やプラスチック製の綿などの繊維状の形態である場合は、その繊維径が１０〜５０μｍの範囲にあるものが、伝熱面積を大きくとれることから好ましい。また、この熱伝導性材料は、熱伝導度が０．０５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。この熱伝導性材料は、第１等温化圧力容器１４に保持される圧縮性流体の温度変化を３Ｋ程度に抑制できるように、その材質および第１等温化圧力容器１４への充填量等が調整される。このように、第１等温化圧力容器１４にスチールウール等の熱伝導性材料を充填することで第１等温化圧力容器１４の伝熱面積を増大させることができる。
【００３３】
また、熱伝導性材料の充填密度は２００〜４００ｋｇ／ｍ3 の範囲にあることが好ましい。充填密度がこの範囲にあると、第１等温化圧力容器１４内の温度変化を十分に抑制することができる。
【００３４】
第２等温化圧力容器１６は、エジェクタ３３によって内部の気体が排気されて真空状態となり、第２サーボ弁１８を介し導管２４を通して外部の気体を流入することで、負方向の流量を発生する。このとき、第２サーボ弁１８を通って第２等温化圧力容器１６に流入する気体を等温状態に保持するものである。
第２等温化圧力容器１６は、前記した第１等温化圧力容器１４と同様の容器を用いることができ、第２等温化圧力容器１６からの気体の排出および第２等温化圧力容器１６への気体の流入に際して、第２等温化圧力容器１６内の気体の温度変化が抑制される。
【００３５】
圧力計１１は、減圧弁３１を介して供給される気体の圧力を計測し、その計測結果（圧力値）に関する検知信号を、Ａ／Ｄ変換器２０を介してコンピュータ２２に送信するものである。この圧力計１１は、気体の圧力値を電気信号として出力できるものであれば、特に制限されない。例えば、半導体式圧力センサ等を用いることができる。そして、圧力計１１の測定可能範囲は、大気圧〜減圧弁３１の設定圧力の範囲にあることが好ましい。また、圧力計１１の計測精度は０．１ｋＰａ以下であることが好ましい。計測精度がこの範囲にあると流量特性の計測精度を十分なものにすることができるからである。
【００３６】
圧力計（第１圧力計）１５は、第１等温化圧力容器１４に保持される気体の圧力を計測し、その計測結果（圧力値）に関する検知信号を、Ａ／Ｄ変換器２０を介してコンピュータ２２に送信するものである。この圧力計１５は、圧力計１１と同様のものを用いることができる。
【００３７】
圧力計１７（第２圧力計）は、第２等温化圧力容器１６に保持される気体の圧力を計測し、その計測結果（圧力値）に関する検知信号を、Ａ／Ｄ変換器２０を介してコンピュータ２２に送信するものである。この圧力計１７は、圧力計１１と同様のものを用いることができる。
【００３８】
圧力計（第３圧力計）１９は、第２サーボ弁１８の出力側の気体の圧力を計測し、その計測結果（圧力値）に関する検知信号を、Ａ／Ｄ変換器２０を介してコンピュータ２２に送信するものである。この圧力計１９は、圧力計１１と同様のものを用いることができる。
【００３９】
導管２３ｃ、導管２３ｄ、導管２３ｅ、導管２３ｆおよび導管２４の断面積は、第２サーボ弁１８の有効断面積の４倍以上になることが好ましい。導管２３ｃ、導管２３ｄ、導管２３ｅ、導管２３ｆおよび導管２４の断面積が、この範囲にあると、導管による圧力降下をほとんど無視することができるからである。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換器２０は、気体流量計１２、圧力計１１、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９からのアナログ信号をデジタル信号に変換するものである。また、Ｄ／Ａ変換器２１は、コンピュータ２２からの、第１サーボ弁１３及び第２サーボ弁１８の開閉、接続切り替えに関するデジタル信号をアナログ信号に変換するものである。
【００４１】
コンピュータ（流量制御手段）２２は、気体流量計１２によって計測された気体の流入量に関する検出信号と、圧力計１１、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９によって計測された各部の気体の圧力に関する検出信号とを、Ａ／Ｄ変換器２０を介してデジタル信号として受信し、それらの検出信号に基づいて、第１サーボ弁１３から第１等温化圧力容器１４への気体の流入量及び第２サーボ弁１８から外部へ出力される正方向及び負方向の気体の流出量を制御する制御信号を、Ｄ／Ａ変換器２１を介して、それぞれ第１サーボ弁１３及び第２サーボ弁１８に送信するものである。このコンピュータ２２において、気体流量計１２によって計測された気体の流入量Ｑinと、圧力計１１、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９によって計測された各部の気体の圧力Ｐ11，Ｐ15，Ｐ17，Ｐ19とを適宜用いて、第１サーボ弁１３の開閉または開度、及び第２サーボ弁１８の開閉または開度を制御するための演算が行なわれる。
【００４２】
例えば、正方向の流量を発生するときは、コンピュータ２２は、気体流量計１２からＡ／Ｄ変換器２０を介して入力された第１等温化圧力容器１４への気体の流入量に関する検出信号と、圧力計１５からＡ／Ｄ変換器２０を介して入力された第１等温化圧力容器１４内の気体の圧力Ｐ15に関する検出信号とに基づいて、第２サーボ弁１８にＤ／Ａ変換器２１を介して制御信号を出力して、第２サーボ弁１８から導管２４に非定常流量の気体流が発生するように第２サーボ弁１８を制御する。その際、コンピュータ２２において、圧力計１５によって計測された圧力Ｐ15から第１等温化圧力容器１４内の圧力変化を求め、この圧力変化から第１等温化圧力容器１４に流入した気体の流入量と容器から流出した流出量の差ΔＱが求められる。一方、気体流量計１２では、第１等温化圧力容器１４に流入する気体の流入量Ｑinが計測される。この流入量と流出量との差ΔＱと、気体の流入量Ｑinとから、第２サーボ弁１８から導管２４に流出される気体流の流量（流出量）Ｑout（Ｑin−ΔＱ＝Ｑout）を求めることができる。このとき、第１等温化圧力容器１４内の気体は、等温状態に保持されるため、第１等温化圧力容器１４内の気体の圧力Ｐ15を計測すれば、圧力Ｐ15の微分値に係数を掛けることでΔＱを求めることができる。したがって、この導管２４に流出される気体流の流量Ｑoutが所望の値になるように、第１等温化圧力容器１４に対する第２サーボ弁１８の開閉または開度をフィードバック制御することによって、基準とするに十分な精度で所定の正方向の流量の気体流を第２サーボ弁１８から流出させることができる。
【００４３】
ここで、第１等温化圧力容器１４への気体の流入量Ｑinに関する検出信号と、第１等温化圧力容器１４内の気体の圧力Ｐ15に関する検出信号とは、それぞれ１０〜１５秒間の計測を行ない、その計測は１０ｍ秒以内のサンプリング時間で行ない、計測結果をコンピュータ２２に入力することが好ましい。サンプリング時間がこの範囲にあると、流量の検出精度を十分に高くすることができる。
【００４４】
なお、第１等温化圧力容器１４へ気体（作動流体）を流入させる際には、第１サーボ弁１３を流れる気体がチョーク状態で通過するように、圧力計１１及び圧力計１５によって計測される第１サーボ弁１３の前後の圧力Ｐ11，Ｐ15を確認し、必要に応じて減圧弁３１を調節する。
【００４５】
また、負方向の流れは、第２サーボ弁１８の下流側（図１の左側）に、第２等温化圧力容器１６を介してエジェクタ３３を用いた真空源を接続し、第２サーボ弁１８を操作することによって、第２等温化圧力容器１６に流入させる気体の流量を制御し、負方向の非定常流を発生する。このとき、気体（作動流体）は、第２サーボ弁１８をチョーク状態で通過するように、圧力計１９及び圧力計１７によって、第２サーボ弁１８の前後の絶対圧Ｐ19，Ｐ17を計測して確認し、必要に応じてエジェクタ３３及び減圧弁３４を調節すると共に、これらの圧力Ｐ19及び圧力Ｐ17と第２サーボ弁１８の有効断面積とに基づいて、第２等温化圧力容器１６に流入した流量ΔＱを算出して、負方向の流量Ｑoutとする。更に、第２等温化圧力容器１６の圧力変化を圧力計１７によって計測して第２等温化圧力容器１６に流入した流量ΔＱを算出し、負方向の流量Ｑoutの精度補償を行う。
【００４６】
次に、図１に示した連続非定常流量発生装置１によって、連続的に第２サーボ弁１８から所定の流量の気体の往復流を発生させる方法について説明する。
本実施形態の連続非定常流量発生装置１では、正方向の流れは、第１サーボ弁１３を操作することによって、気体供給源３０からの流入量の制御をして、連続的に流量発生を行う。一方、第２サーボ弁１８を操作することによって、第１等温化圧力容器１４内の圧力変化を制御し、任意の正方向の非定常流を発生する。
【００４７】
また、負方向の流れは、第２サーボ弁１８の下流側（図１の左側）に、第２等温化圧力容器１６を介してエジェクタ３３を用いた真空源を接続し、第２サーボ弁１８を操作することによって、第２等温化圧力容器１６に流入させる気体の流量を制御し、負方向の非定常流を発生する。
【００４８】
次に、正方向の流れの発生について詳細に説明する。
正方向の流れは、まず、減圧弁３１を開けて、気体供給源３０から導管３２、導管２３ａを通って、気体流量計１２に流入させる。このとき、減圧弁３１を操作して、気体供給源３０から気体流量計１２を通って連続非定常流量発生装置１に流入する気体の供給圧力を所定圧力に設定する。供給圧は４００〜６００ｋＰａの範囲に設定することが好ましい。供給圧がこの範囲にあると、通常の流量計等の機器を使用する場合の圧力範囲となり、動特性や流量特性を精度良く測定する上で、望ましい。
また、圧力計１１によって、減圧弁３１を介して流入する気体の圧力Ｐ11が計測される。圧力計１１によって計測された気体の圧力Ｐ11に関する検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２０を介してアナログ信号からデジタル信号に変換されてコンピュータ２２に入力される。
【００４９】
気体流量計１２に流入した気体は、第１サーボ弁１３が開かれると、導管２３ｂ及び導管２３ｃを通って第１等温化圧力容器１４に流入する。このとき、気体流量計１２によって、導管２３ｂ、第１サーボ弁１３及び導管２３ｃを通って第１等温化圧力容器１４に流入する気体の流入量が計測される。気体流量計１２によって計測された気体の流入量に関する検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２０を介してアナログ信号からデジタル信号に変換されてコンピュータ２２に入力される。
【００５０】
また、第１サーボ弁１３は、コンピュータ２２から出力され、Ｄ／Ａ変換器２１を介してデジタル信号からアナログ信号に変換された制御信号にしたがって、弁の開閉が操作される。
【００５１】
そして、第１等温化圧力容器１４に流入した気体は、等温状態に保持される。このとき、第１等温化圧力容器１４内に充填された熱伝導性材料は、第１等温化圧力容器１４への気体の流入および第１等温化圧力容器１４からの気体の流出に際して、第１等温化圧力容器１４内の気体の温度変化を抑制する機能を有する。例えば、第１サーボ弁１３の開放前に、第１等温化圧力容器１４内に気体を急激に流入させた場合、第１等温化圧力容器１４内の圧力が急激に高くなるため、内部の気体の温度が上昇する。しかし、この気体の熱エネルギーは、熱伝導性材料を通じて第１等温化圧力容器１４の内壁に伝達され、さらに第１等温化圧力容器１４から外部に放熱される。このとき、熱伝導性材料は熱伝導性がよく、熱伝達速度が速いから、第１等温化圧力容器１４内の気体の温度上昇は低く抑制される。このように、気体を流入させる際に圧力の上昇とともに内部の気体の温度が高くなろうとするが、その熱は熱伝導性材料を経て第１等温化圧力容器１４から放熱されてしまうため、全体の温度の上昇は小さくなる。
【００５２】
次に、第２サーボ弁１８が開放されると、第１等温化圧力容器１４に保持された気体は、導管２３ｄを通って、第２サーボ弁１８から導管２４に流出される。このとき、第１等温化圧力容器１４から瞬間的に大量の気体が流出するので、第１等温化圧力容器１４内の気体が急激に膨張し、この膨張に伴って温度が低下することになる。この場合は、熱伝導性材料から速やかに熱が供給され、さらに第１等温化圧力容器１４が外部から熱吸収し、熱伝導性材料に対して熱の供給が行なわれるから、結局、全体の温度の低下が抑制される。
【００５３】
ここで、圧力計１５によって、第１等温化圧力容器１４内の気体の圧力が計測され、計測された圧力値は、Ａ／Ｄ変換器２０を介してアナログ信号からデジタル信号に変換されてコンピュータ２２に入力される。
また、第２サーボ弁１８は、コンピュータ２２から出力され、Ｄ／Ａ変換器２１を介してデジタル信号からアナログ信号に変換された制御信号にしたがって、三方弁の接続方向（開閉）が操作され、その開度が調整される。
【００５４】
そして、第２サーボ弁１８が開放されたとき、第１等温化圧力容器１４に保持された気体は、導管２３ｄを通って第２サーボ弁１８から導管２４に流出され、正方向の流量が発生する。
【００５５】
次に、負方向の流れについて説明する。
第２等温化圧力容器１６は、エジェクタ３３によって導管２３ｅを通って真空状態に保持される。また、エジェクタ３３による真空圧は、導管３５を通って接続される減圧弁３４によって調整される。
このとき、第２等温化圧力容器１６内の圧力は低くなり、内部の気体の温度が低下するが、前記した第１等温化圧力容器１４と同様に、第２等温化圧力容器１６内の熱伝導材料を通じて速やかに熱が供給され、内部の気体は等温状態に保持される。
【００５６】
次に、第２サーボ弁１８が操作され、第２等温化圧力容器１６が第２サーボ弁１８の外部側に開放されると、外気（気体）が導管２４を通って、第２サーボ弁１８から導管２３ｆに流入し、さらに第２等温化圧力容器１６内に流入する。
このとき、流入した気体により、第２等温化圧力容器１６内の圧力が急激に高くなるため、内部の温度が上昇する。しかし、この気体の熱エネルギーは、熱伝導材料を通じて速やかに第２等温化圧力容器１６の外部に放熱され、流入した気体は等温状態に保持される。そして、第２等温化圧力容器１６に流入した気体は、エジェクタ３３によって、導管２３ｅを通って排気される。
このとき、第２等温化圧力容器１６内の圧力が再び低下するため、内部の温度が低下するが、熱伝導材料を通じて速やかに熱が供給され、内部の気体は等温状態に保持される。
【００５７】
ここで、圧力計１７及び圧力計１９によって、それぞれ、第２等温化圧力容器１６内の気体の圧力及び第２サーボ弁１８から流出する気体の圧力が計測され、計測された圧力値は、Ａ／Ｄ変換器２０を介してアナログ信号からデジタル信号に変換されてコンピュータ２２に入力される。
また、第２サーボ弁１８は、コンピュータ２２から出力され、Ｄ／Ａ変換器２１を介してデジタル信号からアナログ信号に変換された制御信号にしたがって、三方弁の接続方向（開閉）が操作され、その開度が調整される。
【００５８】
そして、第２サーボ弁１８が開放されたとき、外部から気体が導管２４を通って第２サーボ弁１８から導管２３ｆに流入し、さらに第２等温化圧力容器１６に流入する。これによって、負方向の流量が発生する。
【００５９】
本実施形態においては、正方向及び負方向の流量を含む往復流の発生に際して、発生する往復流の流量波形の平均流量がゼロの場合と、平均流量がゼロでない場合とに応じて、二種類の制御方法を使い分ける。
以下、それぞれの制御方法について説明する。
【００６０】
（平均流量がゼロの場合）
まず、図３を参照（適宜図１参照）して、発生する往復流の流量波形の平均流量がゼロの場合の連続非定常流量発生装置１の制御について説明する。ここで、図３は、本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の、平均流量がゼロの場合における処理の流れを示すフローチャートである。
【００６１】
発生する流量波形の平均流量がゼロの場合は、正方向の流れを生成する場合と、負方向の流れを生成する場合とによって、第１サーボ弁１３と第２サーボ弁１８との動作が異なる。
まず、正方向の流れを発生する場合は、第１サーボ弁１３を開放して、気体供給源３０から第１等温化圧力容器１４に気体を流入させて、発生する流量波形に必要な所定の圧力まで第１等温化圧力容器１４を昇圧する（ステップＳ１１（第１工程））。
【００６２】
次に、正方向の流れの流量波形を実現する操作信号を、コンピュータ２２からＤ／Ａ変換器２１を介して、第２サーボ弁１８に出力し、正方向の流量を発生する（ステップＳ１２（第２工程））。なお、ステップＳ１１において、第１等温化圧力容器１４を所定の圧力に昇圧した後は、第１サーボ弁１３は全閉の状態にする。すなわち、正方向の流れは、基本的には、第１等温化圧力容器１４からの気体の放出過程のみとする。
これによって、正方向の流量を発生する。
【００６３】
次に、負方向の流れを発生する場合は、圧力計１７及び圧力計１９によって、それぞれ第２サーボ弁１８の下流側の絶対圧及び上流側の大気圧（外部側の圧力）を計測し、コンピュータ２２は、これらの計測値に基づいて、第２サーボ弁１８の適切な開度を算出する（ステップＳ１３（第３工程））。算出した開度にしたがって第２サーボ弁１８を制御して、第２等温化圧力容器１６に導管２４から気体を流入させることで、負方向の流量を発生する（ステップＳ１４（第４工程））。また、このとき、エジェクタ３３及び減圧弁３４は、作動流体（気体）が第２サーボ弁１８を通過するときにチョーク状態となる絶対圧が保持されるように調整されている。
【００６４】
一方、正方向の流れを生成したために第１等温化圧力容器１４は減圧されている。そこで、負方向の流量を発生している間（ステップＳ１３からステップＳ１４）に、並行して、第１サーボ弁１３を開放して、気体供給源３０から第１等温化圧力容器１４に、次回発生分の作動流体を充填し、所定の圧力まで昇圧する（ステップＳ１５（第１工程））。また、昇圧後は、第１サーボ弁１３は全閉の状態にする。
【００６５】
なお、発生する流量波形の平均流量がゼロの場合は、正方向と負方向の流量波形は、ゼロを基準に対称であるから、正方向で放出した流量による圧力変化と負方向での圧力変化とは、正負の符号が逆の圧力変化となる波形を目標として、ステップＳ１５において、第１サーボ弁１３を操作して第１等温化圧力容器１４を昇圧する。
【００６６】
ステップＳ１４において、負方向の流量発生を行った後は、再びステップＳ１２に戻り、ステップＳ１５において昇圧しておいた第１等温化圧力容器１４と第２サーボ弁１８とを接続し、第２サーボ弁を操作して正方向の流量を発生する。
【００６７】
以降、ステップＳ１２からステップＳ１５を繰り返すことで、平均流量がゼロの場合の往復流を精度よく連続して発生することができる。
【００６８】
（平均流量がゼロでない場合）
次に、図４を参照（適宜図１参照）して、発生する往復流の流量波形の平均流量がゼロでない場合の連続非定常流量発生装置１の制御について説明する。ここで、図４は、本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の、平均流量がゼロでない場合における処理の流れを示すフローチャートである。
【００６９】
発生する流量波形の平均流量がゼロでない場合については、正方向の流れを生成する場合と、負方向の流れを生成する場合とに分けて順次説明する。
【００７０】
まず、正方向の流れを発生する場合は、発生する流量の正方向の流量波形成分（すなわち、流量がゼロ以上となる部分）のみの平均流量値を算出し（ステップＳ２１（第５工程））、その算出値に相当する第１サーボ弁１３の開度で第１サーボ弁１３を開いて、気体供給源３０から第１等温化圧力容器１４へ流入させる気体の流量を制御する（ステップＳ２２（第６工程））。また、このとき、減圧弁３１は、作動流体（気体）が第１サーボ弁１３を通過するときにチョーク状態となる圧力が保持されるように調整されている。
【００７１】
一方、第１等温化圧力容器１４の下流側の第２サーボ弁１８は、発生流量に相当する第１等温化圧力容器１４の圧力の制御を行い、正方向の流量を発生する（ステップＳ２３（第７工程））。
【００７２】
次に、負方向の流れを発生する場合は、圧力計１７及び圧力計１９によって、それぞれ第２サーボ弁１８の下流側の絶対圧及び上流側の大気圧（外部側の圧力）を計測し、コンピュータ２２は、これらの計測値に基づいて、第２サーボ弁１８の適切な開度を算出する（ステップＳ２４（第８工程））。そして、ステップＳ２４で算出した開度にしたがって第２サーボ弁１８を制御して、第２等温化圧力容器１６に導管２４から気体を流入させることで、負方向の流量を発生する（ステップＳ２５（第９工程））。また、このとき、エジェクタ３３及び減圧弁３４は、作動流体（気体）が第２サーボ弁１８を通過するときにチョーク状態となる絶対圧が保持されるように調整されている。
【００７３】
ここで、第１サーボ弁１３は、次回の正方向の流れを生成するために、第１等温化圧力容器１４の圧力を維持する必要がある。しかし、発生する流量波形が、例えば、正弦波などの周期的波形の場合は、第１等温化圧力容器１４内の圧力値が、前回の正方向の流れを発生したときと同一であっても、圧力の微分値（時間微分）は同一とは限らず、この微分値も同一でなければ、滑らかな流量波形を得ることができない。すなわち、微分値が異なれば、流量がゼロの近傍において、精度よく流量波形の生成を行うことが困難である。
【００７４】
そこで、負方向の流量を発生している間（ステップＳ２４からステップＳ２５）に、並行して、次回の正方向の流れを生成する最初の時点における第１等温化圧力容器１４内の圧力の微分値が、前回の正方向の流れを生成する最初の時点の圧力の微分値と同一になるよう、第１サーボ弁１３を操作して、第１等温化圧力容器１４の圧力制御を行い、圧力値と圧力の微分値の調整を行う（ステップＳ２６（第１０工程））。また、このとき、減圧弁３１は、作動流体（気体）が第１サーボ弁１３を通過するときにチョーク状態となる圧力が保持されるように調整されている。
【００７５】
ステップＳ２５において、負方向の流量発生を行った後は、再びステップＳ２３に戻り、ステップＳ２６において圧力値および圧力の微分値を調整しておいた第１等温化圧力容器１４と第２サーボ弁１８とを接続し、第２サーボ弁１８を操作して正方向の流量を発生する。
【００７６】
以降、ステップＳ２３からステップＳ２６を繰り返すことで、平均流量がゼロでない場合の往復流を精度よく連続して発生することができる。
【００７７】
以上のようにして、第２サーボ弁１８の出力側に設けられた導管２４に発生する気体の往復流の流量が高精度に制御される。したがって、導管２４に、流量の動特性試験や流量特性試験を行なう機器を接続して、連続非定常流量発生装置１から連続的に発生する計測基準となる非定常流量と、接続された機器の応答結果とを比較することで、それらの機器の検定を行なうことができる。例えば、図２に示す実施形態の流量計検定装置２のように、連続非定常流量発生装置１の第２サーボ弁１８を通って流出及び流入される気体を被検定対象の流量計４０に導き、当該流量計４０による流量の計測精度を検定できる。この流量計検定装置２においては、流量計４０による気体の流量の計測結果を、Ａ／Ｄ変換器２０によってデジタル値に変換してコンピュータ２２に入力する。そして、コンピュータ２２においては、流量計４０による流量の計測結果と、第２サーボ弁１８から導管２４に出力される気体の往復流の流量（基準値）とを比較することによって、流量計４０における流量の計測精度を検定することができる。そして、第１サーボ弁１３を操作するとともに、前記コンピュータ２２によって、第２サーボ弁１８の開閉および開度を調節して第２サーボ弁１８から出力される気体の往復流の流量（基準値）を動的に変化させ、その流量が変化する気体流に対する流量計４０の計測結果を連続して計測して、コンピュータ２２によって基準値と比較対照すれば、流量計４０の動特性を検定することができる。
【００７８】
本発明によれば、今まで有効な方法がなかった気体用流量計の往復流に対する動特性試験が行えるばかりか、空気圧機器の流量特性試験が行えるなど、その有用性は極めて高い。
【００７９】
以上、実施形態として、圧縮性流体として気体を用いる場合を示したが、本発明は、この実施形態に限定されず、他の圧縮性流体を用いる場合にも適用可能である。
【実施例】
【００８０】
図２に示した構成の連続非定常流量発生装置１を用いて、第２サーボ弁１８から導管２４に出力される空気の流量を制御した。用いた連続非定常流量発生装置の各構成機器の諸元および実験条件は、下記の通りである。また、各機器の間は、内径６ｍｍのナイロン製の導管で連絡した。
気体供給源：アネスト岩田（株）製、圧縮機
エジェクタ：妙徳（株）製、エジェクタ（CVコンバム）
減圧弁：ＳＭＣ社製、精密減圧弁
気体流量計：東京メータ社製、層流型流量計
圧力計（１１，１５，１７，１９）：豊田工機社製、半導体式圧力センサ
第１等温化圧力容器、第２等温化圧力容器：
内容積：０．１Ｌ（リットル）
材質：アルミニウム
形状：円筒
熱伝導性材料
材質：銅線（東京メータ社製、線径：５０μｍ）
充填密度：３００ｋｇ／ｍ3
第１サーボ弁：フェスト社製、スプール式サーボ弁
第２サーボ弁：フェスト社製、スプール式サーボ弁
コンピュータ：サンプリング周期 ０．２ｍ秒
【００８１】
（流量波形の平均流量がゼロの場合）
図５に、図２に示した流量計検定装置２を用いて、被検定対象の流量計４０として、層流型流量計（ＱＦＳ）を接続し、流量波形の平均流量がゼロの往復流を発生し、この層流型流量計によって流量を測定した結果を示す。
図５において、破線は連続非定常流量発生装置１に与える流量波形の目標値を示し、実線は連続非定常流量発生装置１によって実際に発生した流量波形を示し、２点鎖線は、被検定対象の流量計４０（層流型流量計（ＱＦＳ））による測定結果を示している。
【００８２】
図２に示すように、この連続非定常流量発生装置１に被検定対象の流量計４０を接続した流量計検定装置２を構成し、この流量計検定装置２において、コンピュータ２２によって第１サーボ弁１３、第２サーボ弁１８などを制御して、図５に破線で示したように、平均流量０（ＮＬ／ｍｉｎ）、流量の変動振幅１０（ＮＬ／ｍｉｎ）、変動周波数１Ｈｚの振動流を目標値として発生させた。このとき、気体流量計１２、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９で計測された流量及び圧力値に基づいて計算される流量を、図５に実線で示し、流量計４０で測定された流量を、図５に２点鎖線で示した。
【００８３】
その結果、図５に示すとおり、実際の発生流量（実線）と目標値（破線）と被検定対象の層流型流量計（２点鎖線）とはよく一致しており、平均流量がゼロの往復流が正確に発生できることがわかる。
気体流量計１２の計測精度は２％以内であることから、この装置によれば、５％以内の精度で正確な流量が保証できることが分かる。
【００８４】
（流量波形の平均流量がゼロでない場合）
図６に、図２に示した流量計検定装置２を用いて、被検定対象の流量計４０として、層流型流量計（ＱＦＳ）を接続し、流量波形の平均流量がゼロでない往復流を発生し、この層流型流量計によって流量を測定した結果を示す。
図６において、破線は連続非定常流量発生装置１に与える流量波形の目標値を示し、実線は連続非定常流量発生装置１によって実際に発生した流量波形を示し、２点鎖線は、被検定対象の流量計４０（層流型流量計（ＱＦＳ））による測定結果を示している。
【００８５】
図２に示すように、この連続非定常流量発生装置１に被検定対象の流量計４０を接続した流量計検定装置２を構成し、この流量計検定装置２において、コンピュータ２２によって第１サーボ弁１３、第２サーボ弁１８などを制御して、図６に破線で示したように、平均流量５（ＮＬ／ｍｉｎ）、流量の変動振幅１０（ＮＬ／ｍｉｎ）、変動周波数１Ｈｚの振動流を目標値として発生させた。このとき、気体流量計１２、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９で計測された流量及び圧力値に基づいて計算される流量を、図６に実線で示し、流量計４０で測定された流量を、図６に２点鎖線で示した。
【００８６】
その結果、図６に示すとおり、実際の発生流量（実線）と目標値（破線）と被検定対象の層流型流量計（２点鎖線）とはよく一致しており、平均流量がゼロでない往復流が正確に発生できることがわかる。
気体流量計１２の計測精度は２％以内であることから、この装置によれば、５％以内の精度で正確な流量が保証できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の構成を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係る流量計検定装置の構成を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の、平均流量がゼロの場合における処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の、平均流量がゼロでない場合における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の連続非定常流量発生装置による、平均流量がゼロの場合における往復流の発生結果を示すグラフである。
【図６】本発明の連続非定常流量発生装置による、平均流量がゼロでない場合における往復流の発生結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
１ 連続非定常流量発生装置
２ 流量計検定装置
１１ 圧力計
１２ 気体流量計（流量計）
１３ 第１サーボ弁
１４ 第１等温化圧力容器
１５ 圧力計（第１圧力計）
１６ 第２等温化圧力容器
１７ 圧力計（第２圧力計）
１８ 第２サーボ弁
１９ 圧力計（第３圧力計）
２０ Ａ／Ｄ変換器
２１ Ｄ／Ａ変換器
２２ コンピュータ（流量制御手段）
３０ 気体供給源（流体供給源）
３１ 減圧弁
３３ エジェクタ（真空源）
３４ 減圧弁
４０ 被検定対象の流量計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復流対応型の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置および連続非定常流量発生方法、ならびに往復流対応型の圧縮性流体の流量計検定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続して流体を用いる機器では、その流体の流量を迅速かつ正確に計測することが求められる。例えば、近年、開発が進む燃料電池では、発電要求量に応じて燃料電池セル内に所定量の水素を正確に供給することが求められ、しかも発電要求量の変動に迅速に応答して前段階の供給量から次の段階の供給量に、短い遷移時間で、迅速に正確な流量で水素を供給できるようにすることが求められる。また、半導体製造工程では、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、熱酸化、ドライエッチング等の各種プロセスにおいて、不活性ガスの流量、酸素、水素、反応性物質ガス等の気体の流量を正確に制御して供給することが求められる。この半導体製造工程における気体の流量制御は、得られる半導体装置の性能、ひいては半導体製造工程における製品の歩留りを左右する重要な制御因子である。また、これらの用途に限らず、空気圧釘打ち機等の空気圧アクチュエータ、薬液注入装置等の空気圧により各種の機能・動作を制御する機器、血圧測定器等の空気圧を利用する測定機器などにおいても、圧縮性流体である空気を、必要に応じて迅速かつ正確な流量で供給することが求められる。
【０００３】
以上のとおり、流体の流量を制御することが求められる機器またはシステムでは、高い応答速度で正確に流量を計測できる流量計が必要となる。しかし、気体等の圧縮性流体は、圧力のみならず温度によっても密度が変化するため、流量計の動特性を正確に計測することは困難である。そのため、流量計の動特性を検定する方法は未だ確立されていない状況である。よって、市販されている気体用流量計の応答を統一的に比較する方法はＩＳＯやＪＩＳ等でも規定されていない。そのため、従来は、気体の流量をバルブ等でステップ的に変化させ、その際に流量計の応答を計測し、動特性、すなわち応答性を評価しているに過ぎなかった。
【０００４】
そこで、本発明者らは、先に、容器内に熱伝導性が高く体積が小さい熱伝導材料を内部空気との接触面積が大きくなるように収容することによって、内部の空気温度の変化を小さくして空気圧を速やかに安定させ、容器内の空気の状態変化をほぼ等温にできる圧力容器を提案した（特許文献１）。この圧力容器によれば、容器内の圧力変化から容器から流出され、あるいは容器内に充填される気体の非定常流量を正確に計測できる。
更に、本発明者らは、この圧力容器を用いて、連続的に非定常流量の流体流を発生させる連続非定常流量発生装置を提案した（特許文献２）。
【特許文献１】特開平６−１４７３２０号公報（請求項１、図１等）
【特許文献２】特開２００６−６４４１８号公報（段落００１６〜段落００２８、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２に記載の連続非定常流量発生装置は、一方向の流れに対する流体を発生するに留まっていた。往復脈動流の発生には、例えば、ピストンシリンダを用いることが考えられるが、圧縮及び膨張に伴う温度変化の影響を受けてしまい、精度の高い往復流量の発生の実現は困難であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、計測基準とするに十分な精度の往復流を含む非定常流量の流体流を連続的に発生させることができるようにして、圧縮性流体の動特性試験や空気圧機器などの流量特性試験に有用な圧縮性流体の連続非定常流量発生装置および連続非定常流量発生方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前記した往復流を含む連続非定常流量発生装置によって発生する流体流を基準として用いて、被検定対象の流量計の計測精度を検定できる流量計検定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置は、流体供給源から供給される圧縮性流体の流入量を計測する流量計と、前記流量計を通って流入する前記圧縮性流体の流入量を規制する第１サーボ弁と、前記第１サーボ弁を通って流入する前記圧縮性流体を等温状態に保持する第１等温化圧力容器と、前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を計測する第１圧力計と、真空源によって真空状態に保持される第２等温化圧力容器と、前記第２等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を計測する第２圧力計と、前記第１等温化圧力容器からの圧縮性流体の流出又は前記第２等温化圧力容器への圧縮性流体の流入の何れかを選択的に規制する第２サーボ弁と、第２サーボ弁の外方の圧縮性流体の圧力を測定する第３圧力計と、前記流量計によって計測された圧縮性流体の流入量と、前記第１圧力計によって計測された前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁からの圧縮性流体の流出量を制御すると共に、前記第２圧力計と前記第３圧力計とによって計測された圧縮性流体の圧力に基づいて、前記第２サーボ弁からの圧縮性流体の流入量を制御する流量制御手段とを備えるよう構成した。
なお、第２サーボ弁の外方とは、正方向及び負方向の往復流を含む圧縮性流体の流量を出力する側であって、正方向の流量発生時の下流側であり、負方向の流量発生時の上流側を指す。
【０００８】
かかる構成によれば、圧縮性流体の連続非定常流量発生装置は、第１サーボ弁を制御して、流体供給源から圧縮性流体を第１等温化圧力容器に供給すると共に、流量計によって、第１等温化圧力容器に流入する流量を計測する。第１等温化圧力容器に供給された圧縮性流体は等温状態に保持され、圧縮性流体の連続非定常流量発生装置は、第１圧力計によって、第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を計測する。そして、流量制御手段によって、第１等温化圧力容器に流入した流量と圧力とに基づいて、第２サーボ弁の開度を制御し、第１等温化圧力容器から圧縮性流体を流出させ、正方向の流量を発生する。
【０００９】
また、圧縮性流体の連続非定常流量発生装置は、第２圧力計によって、第２等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力（負方向の流量発生時における第２サーボ弁の下流側）を計測すると共に、第３圧力計によって、第２サーボ弁の外方、すなわち流量発生の出力側（負方向の流量発生時における第２サーボ弁の上流側）の圧縮性流体の圧力を計測する。そして、流量制御手段によって、第２サーボ弁の上流側の圧力と下流側の圧力とに基づいて、第２サーボ弁の開度を制御し、第２等温化圧力容器に圧縮性流体を流入させることで、負方向の流量を発生する。
【００１０】
請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置は、請求項１に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置において、前記第１等温化圧力容器及び前記第２等温化圧力容器は、金属細線の集束体または多孔質金属体からなる熱伝導性材料が内部に充填されている構成とした。
【００１１】
かかる構成によれば、第１等温化圧力容器及び第２等温化圧力容器は、圧縮性流体の流入又は流出による温度変化を速やかに吸収して等温状態を保持することができる。
【００１２】
請求項３に記載の圧縮性流体の連続非定常流発生方法は、請求項１又は請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置を用いた圧縮性流体の連続非定常流量発生方法であって、前記第１サーボ弁を開いて前記流体供給源から前記圧縮性流体を供給し、前記第１等温化圧力容器を所定の圧力になるまで昇圧する第１工程と、前記第２サーボ弁の開度を制御して、前記第１等温化圧力容器から流出される圧縮性流体の流出量を連続的に制御する第２工程と、前記第２サーボ弁の出力側の圧力と前記第２等温化圧力容器の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁の開度を算出する第３工程と、前記第２サーボ弁を前記算出した開度で開き、前記第２等温化圧力容器へ圧縮性流体を流入する第４工程と、を含み、前記第１工程乃至前記第４工程を順次繰り返して行う際に、前記第３工程又は前記第４工程と並行して前記第１工程を行うようにした。
【００１３】
かかる手順によれば、第１工程において、第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を所定の圧力まで昇圧し、第２工程において、第１工程で所定の圧力まで昇圧しておいた第１等温化圧力容器から、第２サーボ弁の開度を連続的に制御して圧縮性流体を流出させることで、正方向の流量を発生する。続いて、第３工程において、第２サーボ弁の上流側の圧力と下流側の圧力とに基づいて、第２サーボ弁の開度を算出し、第４工程において、第３工程で算出した第２サーボ弁の開度で第２サーボ弁を開き、第２等温化圧力容器に圧縮性流体を流入させることで、負方向の流量を発生させる。また、次の正方向の流量発生のために、第３工程又は第４工程と並行して、再び、第１工程によって第１等温化圧力容器を所定の圧力まで昇圧し、第２工程によって正方向の流量を発生する。このようにして、第１工程から第４工程を繰り返し行うことで、往復流を含む圧縮性流体の非定常流を連続して発生する。
【００１４】
請求項４に記載の圧縮性流体の連続非定常流発生方法は、請求項１又は請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置を用いた圧縮性流体の連続非定常流量発生方法であって、前記第２サーボ弁から前記圧縮性流体が流出する方向の流量波形成分の平均流量に対応する前記第１サーボ弁の開度を算出する第５工程と、前記第１サーボ弁を前記算出した開度で開いて前記流体供給源から前記圧縮性流体を前記第１等温化圧力容器に供給する第６工程と、前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力に基づいて、前記第２サーボ弁の開度を制御して、前記第１等温化圧力容器から流出する流量を連続的に制御する第７工程と、前記第２サーボ弁の出力側の圧力と前記第２等温化圧力容器の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁の開度を算出する第８工程と、前記第２サーボ弁を前記第８工程で算出した開度で開き、前記第２等温化圧力容器へ圧縮性流体を流入する第９工程と、前記第１等温化圧力容器の圧力及びその微分値に基づいて、前記第１サーボ弁の開閉を制御し、前記流体供給源から前記圧縮性流体を前記第１等温化圧力容器に供給する第１０工程と、を含み、前記第１０工程は、前記第８工程又は前記第９工程と並行して行い、前記第７工程乃至前記第１０工程を順次繰り返し行うようにした。
【００１５】
かかる手順によれば、第５工程において、圧縮性流体が流出する方向の流量波形成分の平均流量に対応する第１サーボ弁の開度を算出し、第６工程において、第５工程で算出した開度で第１サーボ弁を開いて、第１等温化圧力容器に圧縮性流体を流入させると共に、第７工程において、第１等温化圧力容器の圧力に基づいて第２サーボ弁の開度を制御して、第１等温化圧力容器から圧縮性流体を流出させることで、正方向の流量を発生する。
続いて、第８工程において、第２サーボ弁の出力側（負方向の流量発生時における上流側）の圧力と、第２等温化圧力容器（負方向の流量発生時における下流側）の圧力とに基づいて、第２サーボ弁の開度を算出する。第９工程において、第８工程で算出した開度で第２サーボ弁を開いて、第２等温化圧力容器に圧縮性流体を流入させることで、負方向の流量を発生する。また、次の正方向の流量発生のために、第１０工程において、第１等温化圧力容器の圧力及びその微分値に基づいて、第１サーボ弁の開閉を制御し、流体供給源から圧縮性流体を第１等温化圧力容器に供給する。この第１０工程は、負方向の流量を発生するための第８工程又は第９工程と並行して行われる。そして、第７工程に戻って、第２サーボ弁を制御して、第１等温化圧力容器から圧縮性流体を流出させることで、正方向の流量を発生する。以降は、第７工程から第１０工程を繰り返し行うことで、往復流を含む圧縮性流体の非定常流を連続して発生する。
【００１６】
請求項５に記載の流量計検定装置は、請求項１または請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置の第２サーボ弁を通って流出される圧縮性流体を被検定対象の流量計に流入させて、当該流量計による流量の計測精度を検定するように構成した。
【００１７】
かかる構成によれば、圧縮性流体の連続非定常流量発生装置によって、往復流を含む圧縮性流体の非定常流量を連続的に発生し、第２サーボ弁の出力側に接続された流量計へ供給し、当該流量計の計測精度の検定を行う。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、往復流を含む圧縮性流体の連続非定常流を高精度に発生することができる。
請求項２に記載の発明によれば、圧縮性流体の流入又は流出による第１等温化圧力容器及び第２等温化圧力容器の温度変化を速やかに吸収して等温状態を保つことができるため、立ち上がり及び立ち下りが急峻に変化する流量波形を発生することができる。
請求項３に記載の発明によれば、発生する流量波形の平均流量がゼロの場合に、簡単な制御で往復流を含む非定常流量を連続的に発生することができる。
請求項４に記載の発明によれば、発生する流量波形の平均流量がゼロでない場合に、精度よく往復流を含む非定常流量を連続的に発生することができる。
請求項５に記載の発明によれば、連続非定常流量発生装置によって発生する往復流を含む圧縮性流体の非定常流量を基準として用いて、被検定対象の流量計の計測精度を正確に検定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の構成を示す概念図である。この実施形態は、圧縮性流体として気体を用いる場合を示す。気体は、図１の左から右の方向に流れる方向を正方向とし、右から左の方向に流れる方向を負方向とする。
【００２０】
この連続非定常流量発生装置１は、図１に示すとおり、気体流量計１２と、圧力計１１と、圧力計１５と、圧力計１７と、圧力計１９と、第１サーボ弁１３と、第２サーボ弁１８と、第１等温化圧力容器１４と、第２等温化圧力容器１６と、Ａ／Ｄ変換器２０と、Ｄ／Ａ変換器２１と、コンピュータ２２とを備える。各機器の間は、導管２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２４で連絡されている。
【００２１】
気体流量計１２と、気体流量計１２の後流に第１サーボ弁１３と、第１等温化圧力容器１４と、第２サーボ弁１８とが順次接続され、さらに、第２等温化圧力容器１６が第２サーボ弁１８と接続されている。これらの機器の間は、それぞれ導管２３ｂ、導管２３ｃ、導管２３ｄ及び導管２３ｆで連絡されている。また、気体流量計１２の上流側には、気体供給源３０が減圧弁３１を介して接続されており、第２等温化圧力容器１６には真空源であるエジェクタ３３が減圧弁３４と共に接続されている。そして、気体流量計１２は、減圧弁３１と導管２３ａで連絡され、第２等温化圧力容器１６は、エジェクタ３３と導管２３ｅで接続されている。また、第２サーボ弁１８の出力側（図１において右側）は、導管２４によって外部機器と接続されるようになっている。
【００２２】
また、導管２３ａ、第１等温化圧力容器１４、第２等温化圧力容器１６及び導管２４には、それぞれ圧力計１１、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９が接続されている。気体流量計１２及び各圧力計１１，１５，１７，１９の出力値（測定値）は図中に破線で示した信号線を介してＡ／Ｄ変換器２０に送られる。Ａ／Ｄ変換器２０は、これらの出力値をデジタル値に変換してコンピュータ２２に出力する。第１サーボ弁１３及び第２サーボ弁１８には、コンピュータ２２から出力され、Ｄ／Ａ変換器２１によってアナログ値に変換された制御信号が図中に破線で示した信号線を介して入力される。
【００２３】
気体流量計（流量計）１２は、減圧弁３１を介し、気体供給源３０から第１サーボ弁１３を通って第１等温化圧力容器１４に供給される気体の流量を計測するものである。計測された気体の流量に関する検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２０を介して、コンピュータ２２に送信される。
気体流量計１２としては、層流型流量計、オリフィス流量計、熱式流量計等の流量計などを用いることができるが、特に、層流型流量計は圧力損失が小さいことから好ましい。
【００２４】
また、気体供給源（流体供給源）３０としては、コンプレッサ、圧縮気体を充填したボンベ等を用いることができる。
また、減圧弁３１は、気体供給源３０から供給される気体の圧力を所定の圧力に調節するためのものである。この減圧弁３１は、特に制限されるものではなく、常用のものを用いることができる。ここで、気体供給源３０から供給される気体の圧力は、２００ｋＰａ〜１ＭＰａの範囲に減圧弁３１によって調節することが好ましい。圧力がこの範囲にあると、気体の音速流れが確保できることから、圧力制御が容易となり、また、通常のコンプレッサ等で供給できるという利点があるからである。
【００２５】
エジェクタ（真空源）３３は、第２等温化圧力容器１６内の気体を排気して真空状態にするための負圧源であり、減圧弁３４によって圧力が調整されるようになっている。この減圧弁３４は、特に制限されるものではなく、常用のものを用いることができる。なお、本実施形態では負圧源としてエジェクタ３３を用いたが、他の真空ポンプなどの真空発生装置を用いることもできる。
【００２６】
第１サーボ弁１３は、コンピュータ２２からＤ／Ａ変換器２１を介して送信される制御信号を受信して、その制御信号に基づいて、弁の開閉および開度を調整して、気体供給源３０から供給されて第１等温化圧力容器１４に流入させる気体の流量を調節し、第１等温化圧力容器１４に流入させる気体の平均流量を管理するものである。ここで、平均流量とは、発生する非定常流量の波形を時間平均したときの流量の平均値を示す。
この第１サーボ弁１３は、特に制限されず、常用のものを用いることができるが、目標発生流量に応じて流入流量が可変となるため、流量制御型である空気圧スプール型サーボ弁を用いることが好ましい。
【００２７】
なお、第１サーボ弁１３を用いずに、第２サーボ弁１８から正方向に流量を発生するときに、圧力計１１によって計測される圧力値と気体流量計１２によって計測される流量とに基づいて、第２サーボ弁１８の開度を調整して正方向の流量を制御することもできる。但し、本発明のように、負方向の流量を含む往復流を発生するときには、第１サーボ弁１３を設けて平均流量を管理することが好ましい。これによって、正方向に発生する流量を安定化することができる。
【００２８】
第２サーボ弁１８は、コンピュータ２２からＤ／Ａ変換器２１を介して送信される制御信号を受信して、その制御信号に基づいて、第２サーボ弁１８の入力側に接続される第１等温化圧力容器１４及び第２等温化圧力容器１６と、第２サーボ弁１８の出力側との接続を切り替える三方弁であり、その接続時の弁の開度を調整して、正方向の流量を発生するときには、第１等温化圧力容器１４から流出する気体の流量を連続的に調節し、負方向の流量を発生するときには、第２等温化圧力容器１６へ流入する気体の流量を連続的に調節するものである。
この第２サーボ弁１８は、特に制限されず、常用の三方弁を用いることができるが、好ましくは空気圧スプール型サーボ弁を用いることができる。
【００２９】
第１等温化圧力容器１４は、気体流量計１２を通って流入する気体を等温状態に保持するものである。この第１等温化圧力容器１４は、通常、金属で形成される。
この第１等温化圧力容器１４の形状は、円筒状、多角柱体、球体、楕円体など種々の形状を採用することができる。いずれか一方の底面側から気体を流入させる。このとき、気体の流入方向の奥行きは、断面の最大幅の２倍以下とすることが好ましい。断面の最大幅は、例えば、円筒状の形状の場合、円筒の高さ（奥行き）は底面の直径の２倍以下であることが好ましい。円筒の高さ（奥行き）がこの範囲にあると気体の流入時における、圧力勾配の発生を抑えることができる。また、多角柱体の形状の場合、断面中の最大幅、楕円体であれば奥行き方向の中心の断面における直径である。
【００３０】
この第１等温化圧力容器１４は、バッファタンクの役割を有するため、第１等温化圧力容器１４の内容積は、気体の流出量Ｑout（ＮＬ/ｍｉｎ）に対して、５．０×１０-6Ｑout〜７．０×１０-5Ｑout（ｍ3）の範囲にあることが好ましい。この範囲は、前記した気体用機器の質量速度の適している範囲に対応させたものである。
【００３１】
この第１等温化圧力容器１４の内部には、金属細線の集束体または多孔質金属体からなる表面積の大きな熱伝導性材料が充填されている。この熱伝導性材料を第１等温化圧力容器１４の内部に充填することによって、内部における伝熱面積を増大させることができる。そして、この熱伝導性材料によって、第１等温化圧力容器１４への気体の流入および第１等温化圧力容器１４からの気体の流出に際して、第１等温化圧力容器１４内の気体の温度変化が抑制される。そして、この熱伝導性材料による温度変化の抑制は、第１等温化圧力容器１４も熱伝導性の高いものにすればさらに有効である。
【００３２】
この表面積の大きな熱伝導性材料として、例えば、スチールウール等の金属細線の集束体、銅線等の多孔質金属体、あるいは木綿やプラスチック製の綿状体などを採用することができる。すなわち、金属細線の集束体または木綿やプラスチック製の綿などの繊維状の形態である場合は、その繊維径が１０〜５０μｍの範囲にあるものが、伝熱面積を大きくとれることから好ましい。また、この熱伝導性材料は、熱伝導度が０．０５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。この熱伝導性材料は、第１等温化圧力容器１４に保持される圧縮性流体の温度変化を３Ｋ程度に抑制できるように、その材質および第１等温化圧力容器１４への充填量等が調整される。このように、第１等温化圧力容器１４にスチールウール等の熱伝導性材料を充填することで第１等温化圧力容器１４の伝熱面積を増大させることができる。
【００３３】
また、熱伝導性材料の充填密度は２００〜４００ｋｇ／ｍ3 の範囲にあることが好ましい。充填密度がこの範囲にあると、第１等温化圧力容器１４内の温度変化を十分に抑制することができる。
【００３４】
第２等温化圧力容器１６は、エジェクタ３３によって内部の気体が排気されて真空状態となり、第２サーボ弁１８を介し導管２４を通して外部の気体を流入することで、負方向の流量を発生する。このとき、第２サーボ弁１８を通って第２等温化圧力容器１６に流入する気体を等温状態に保持するものである。
第２等温化圧力容器１６は、前記した第１等温化圧力容器１４と同様の容器を用いることができ、第２等温化圧力容器１６からの気体の排出および第２等温化圧力容器１６への気体の流入に際して、第２等温化圧力容器１６内の気体の温度変化が抑制される。
【００３５】
圧力計１１は、減圧弁３１を介して供給される気体の圧力を計測し、その計測結果（圧力値）に関する検知信号を、Ａ／Ｄ変換器２０を介してコンピュータ２２に送信するものである。この圧力計１１は、気体の圧力値を電気信号として出力できるものであれば、特に制限されない。例えば、半導体式圧力センサ等を用いることができる。そして、圧力計１１の測定可能範囲は、大気圧〜減圧弁３１の設定圧力の範囲にあることが好ましい。また、圧力計１１の計測精度は０．１ｋＰａ以下であることが好ましい。計測精度がこの範囲にあると流量特性の計測精度を十分なものにすることができるからである。
【００３６】
圧力計（第１圧力計）１５は、第１等温化圧力容器１４に保持される気体の圧力を計測し、その計測結果（圧力値）に関する検知信号を、Ａ／Ｄ変換器２０を介してコンピュータ２２に送信するものである。この圧力計１５は、圧力計１１と同様のものを用いることができる。
【００３７】
圧力計１７（第２圧力計）は、第２等温化圧力容器１６に保持される気体の圧力を計測し、その計測結果（圧力値）に関する検知信号を、Ａ／Ｄ変換器２０を介してコンピュータ２２に送信するものである。この圧力計１７は、圧力計１１と同様のものを用いることができる。
【００３８】
圧力計（第３圧力計）１９は、第２サーボ弁１８の出力側の気体の圧力を計測し、その計測結果（圧力値）に関する検知信号を、Ａ／Ｄ変換器２０を介してコンピュータ２２に送信するものである。この圧力計１９は、圧力計１１と同様のものを用いることができる。
【００３９】
導管２３ｃ、導管２３ｄ、導管２３ｅ、導管２３ｆおよび導管２４の断面積は、第２サーボ弁１８の有効断面積の４倍以上になることが好ましい。導管２３ｃ、導管２３ｄ、導管２３ｅ、導管２３ｆおよび導管２４の断面積が、この範囲にあると、導管による圧力降下をほとんど無視することができるからである。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換器２０は、気体流量計１２、圧力計１１、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９からのアナログ信号をデジタル信号に変換するものである。また、Ｄ／Ａ変換器２１は、コンピュータ２２からの、第１サーボ弁１３及び第２サーボ弁１８の開閉、接続切り替えに関するデジタル信号をアナログ信号に変換するものである。
【００４１】
コンピュータ（流量制御手段）２２は、気体流量計１２によって計測された気体の流入量に関する検出信号と、圧力計１１、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９によって計測された各部の気体の圧力に関する検出信号とを、Ａ／Ｄ変換器２０を介してデジタル信号として受信し、それらの検出信号に基づいて、第１サーボ弁１３から第１等温化圧力容器１４への気体の流入量及び第２サーボ弁１８から外部へ出力される正方向及び負方向の気体の流出量を制御する制御信号を、Ｄ／Ａ変換器２１を介して、それぞれ第１サーボ弁１３及び第２サーボ弁１８に送信するものである。このコンピュータ２２において、気体流量計１２によって計測された気体の流入量Ｑinと、圧力計１１、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９によって計測された各部の気体の圧力Ｐ11，Ｐ15，Ｐ17，Ｐ19とを適宜用いて、第１サーボ弁１３の開閉または開度、及び第２サーボ弁１８の開閉または開度を制御するための演算が行なわれる。
【００４２】
例えば、正方向の流量を発生するときは、コンピュータ２２は、気体流量計１２からＡ／Ｄ変換器２０を介して入力された第１等温化圧力容器１４への気体の流入量に関する検出信号と、圧力計１５からＡ／Ｄ変換器２０を介して入力された第１等温化圧力容器１４内の気体の圧力Ｐ15に関する検出信号とに基づいて、第２サーボ弁１８にＤ／Ａ変換器２１を介して制御信号を出力して、第２サーボ弁１８から導管２４に非定常流量の気体流が発生するように第２サーボ弁１８を制御する。その際、コンピュータ２２において、圧力計１５によって計測された圧力Ｐ15から第１等温化圧力容器１４内の圧力変化を求め、この圧力変化から第１等温化圧力容器１４に流入した気体の流入量と容器から流出した流出量の差ΔＱが求められる。一方、気体流量計１２では、第１等温化圧力容器１４に流入する気体の流入量Ｑinが計測される。この流入量と流出量との差ΔＱと、気体の流入量Ｑinとから、第２サーボ弁１８から導管２４に流出される気体流の流量（流出量）Ｑout（Ｑin−ΔＱ＝Ｑout）を求めることができる。このとき、第１等温化圧力容器１４内の気体は、等温状態に保持されるため、第１等温化圧力容器１４内の気体の圧力Ｐ15を計測すれば、圧力Ｐ15の微分値に係数を掛けることでΔＱを求めることができる。したがって、この導管２４に流出される気体流の流量Ｑoutが所望の値になるように、第１等温化圧力容器１４に対する第２サーボ弁１８の開閉または開度をフィードバック制御することによって、基準とするに十分な精度で所定の正方向の流量の気体流を第２サーボ弁１８から流出させることができる。
【００４３】
ここで、第１等温化圧力容器１４への気体の流入量Ｑinに関する検出信号と、第１等温化圧力容器１４内の気体の圧力Ｐ15に関する検出信号とは、それぞれ１０〜１５秒間の計測を行ない、その計測は１０ｍ秒以内のサンプリング時間で行ない、計測結果をコンピュータ２２に入力することが好ましい。サンプリング時間がこの範囲にあると、流量の検出精度を十分に高くすることができる。
【００４４】
なお、第１等温化圧力容器１４へ気体（作動流体）を流入させる際には、第１サーボ弁１３を流れる気体がチョーク状態で通過するように、圧力計１１及び圧力計１５によって計測される第１サーボ弁１３の前後の圧力Ｐ11，Ｐ15を確認し、必要に応じて減圧弁３１を調節する。
【００４５】
また、負方向の流れは、第２サーボ弁１８の下流側（図１の左側）に、第２等温化圧力容器１６を介してエジェクタ３３を用いた真空源を接続し、第２サーボ弁１８を操作することによって、第２等温化圧力容器１６に流入させる気体の流量を制御し、負方向の非定常流を発生する。このとき、気体（作動流体）は、第２サーボ弁１８をチョーク状態で通過するように、圧力計１９及び圧力計１７によって、第２サーボ弁１８の前後の絶対圧Ｐ19，Ｐ17を計測して確認し、必要に応じてエジェクタ３３及び減圧弁３４を調節すると共に、これらの圧力Ｐ19及び圧力Ｐ17と第２サーボ弁１８の有効断面積とに基づいて、第２等温化圧力容器１６に流入した流量ΔＱを算出して、負方向の流量Ｑoutとする。更に、第２等温化圧力容器１６の圧力変化を圧力計１７によって計測して第２等温化圧力容器１６に流入した流量ΔＱを算出し、負方向の流量Ｑoutの精度補償を行う。
【００４６】
次に、図１に示した連続非定常流量発生装置１によって、連続的に第２サーボ弁１８から所定の流量の気体の往復流を発生させる方法について説明する。
本実施形態の連続非定常流量発生装置１では、正方向の流れは、第１サーボ弁１３を操作することによって、気体供給源３０からの流入量の制御をして、連続的に流量発生を行う。一方、第２サーボ弁１８を操作することによって、第１等温化圧力容器１４内の圧力変化を制御し、任意の正方向の非定常流を発生する。
【００４７】
また、負方向の流れは、第２サーボ弁１８の下流側（図１の左側）に、第２等温化圧力容器１６を介してエジェクタ３３を用いた真空源を接続し、第２サーボ弁１８を操作することによって、第２等温化圧力容器１６に流入させる気体の流量を制御し、負方向の非定常流を発生する。
【００４８】
次に、正方向の流れの発生について詳細に説明する。
正方向の流れは、まず、減圧弁３１を開けて、気体供給源３０から導管３２、導管２３ａを通って、気体流量計１２に流入させる。このとき、減圧弁３１を操作して、気体供給源３０から気体流量計１２を通って連続非定常流量発生装置１に流入する気体の供給圧力を所定圧力に設定する。供給圧は４００〜６００ｋＰａの範囲に設定することが好ましい。供給圧がこの範囲にあると、通常の流量計等の機器を使用する場合の圧力範囲となり、動特性や流量特性を精度良く測定する上で、望ましい。
また、圧力計１１によって、減圧弁３１を介して流入する気体の圧力Ｐ11が計測される。圧力計１１によって計測された気体の圧力Ｐ11に関する検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２０を介してアナログ信号からデジタル信号に変換されてコンピュータ２２に入力される。
【００４９】
気体流量計１２に流入した気体は、第１サーボ弁１３が開かれると、導管２３ｂ及び導管２３ｃを通って第１等温化圧力容器１４に流入する。このとき、気体流量計１２によって、導管２３ｂ、第１サーボ弁１３及び導管２３ｃを通って第１等温化圧力容器１４に流入する気体の流入量が計測される。気体流量計１２によって計測された気体の流入量に関する検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２０を介してアナログ信号からデジタル信号に変換されてコンピュータ２２に入力される。
【００５０】
また、第１サーボ弁１３は、コンピュータ２２から出力され、Ｄ／Ａ変換器２１を介してデジタル信号からアナログ信号に変換された制御信号にしたがって、弁の開閉が操作される。
【００５１】
そして、第１等温化圧力容器１４に流入した気体は、等温状態に保持される。このとき、第１等温化圧力容器１４内に充填された熱伝導性材料は、第１等温化圧力容器１４への気体の流入および第１等温化圧力容器１４からの気体の流出に際して、第１等温化圧力容器１４内の気体の温度変化を抑制する機能を有する。例えば、第１サーボ弁１３の開放前に、第１等温化圧力容器１４内に気体を急激に流入させた場合、第１等温化圧力容器１４内の圧力が急激に高くなるため、内部の気体の温度が上昇する。しかし、この気体の熱エネルギーは、熱伝導性材料を通じて第１等温化圧力容器１４の内壁に伝達され、さらに第１等温化圧力容器１４から外部に放熱される。このとき、熱伝導性材料は熱伝導性がよく、熱伝達速度が速いから、第１等温化圧力容器１４内の気体の温度上昇は低く抑制される。このように、気体を流入させる際に圧力の上昇とともに内部の気体の温度が高くなろうとするが、その熱は熱伝導性材料を経て第１等温化圧力容器１４から放熱されてしまうため、全体の温度の上昇は小さくなる。
【００５２】
次に、第２サーボ弁１８が開放されると、第１等温化圧力容器１４に保持された気体は、導管２３ｄを通って、第２サーボ弁１８から導管２４に流出される。このとき、第１等温化圧力容器１４から瞬間的に大量の気体が流出するので、第１等温化圧力容器１４内の気体が急激に膨張し、この膨張に伴って温度が低下することになる。この場合は、熱伝導性材料から速やかに熱が供給され、さらに第１等温化圧力容器１４が外部から熱吸収し、熱伝導性材料に対して熱の供給が行なわれるから、結局、全体の温度の低下が抑制される。
【００５３】
ここで、圧力計１５によって、第１等温化圧力容器１４内の気体の圧力が計測され、計測された圧力値は、Ａ／Ｄ変換器２０を介してアナログ信号からデジタル信号に変換されてコンピュータ２２に入力される。
また、第２サーボ弁１８は、コンピュータ２２から出力され、Ｄ／Ａ変換器２１を介してデジタル信号からアナログ信号に変換された制御信号にしたがって、三方弁の接続方向（開閉）が操作され、その開度が調整される。
【００５４】
そして、第２サーボ弁１８が開放されたとき、第１等温化圧力容器１４に保持された気体は、導管２３ｄを通って第２サーボ弁１８から導管２４に流出され、正方向の流量が発生する。
【００５５】
次に、負方向の流れについて説明する。
第２等温化圧力容器１６は、エジェクタ３３によって導管２３ｅを通って真空状態に保持される。また、エジェクタ３３による真空圧は、導管３５を通って接続される減圧弁３４によって調整される。
このとき、第２等温化圧力容器１６内の圧力は低くなり、内部の気体の温度が低下するが、前記した第１等温化圧力容器１４と同様に、第２等温化圧力容器１６内の熱伝導材料を通じて速やかに熱が供給され、内部の気体は等温状態に保持される。
【００５６】
次に、第２サーボ弁１８が操作され、第２等温化圧力容器１６が第２サーボ弁１８の外部側に開放されると、外気（気体）が導管２４を通って、第２サーボ弁１８から導管２３ｆに流入し、さらに第２等温化圧力容器１６内に流入する。
このとき、流入した気体により、第２等温化圧力容器１６内の圧力が急激に高くなるため、内部の温度が上昇する。しかし、この気体の熱エネルギーは、熱伝導材料を通じて速やかに第２等温化圧力容器１６の外部に放熱され、流入した気体は等温状態に保持される。そして、第２等温化圧力容器１６に流入した気体は、エジェクタ３３によって、導管２３ｅを通って排気される。
このとき、第２等温化圧力容器１６内の圧力が再び低下するため、内部の温度が低下するが、熱伝導材料を通じて速やかに熱が供給され、内部の気体は等温状態に保持される。
【００５７】
ここで、圧力計１７及び圧力計１９によって、それぞれ、第２等温化圧力容器１６内の気体の圧力及び第２サーボ弁１８から流出する気体の圧力が計測され、計測された圧力値は、Ａ／Ｄ変換器２０を介してアナログ信号からデジタル信号に変換されてコンピュータ２２に入力される。
また、第２サーボ弁１８は、コンピュータ２２から出力され、Ｄ／Ａ変換器２１を介してデジタル信号からアナログ信号に変換された制御信号にしたがって、三方弁の接続方向（開閉）が操作され、その開度が調整される。
【００５８】
そして、第２サーボ弁１８が開放されたとき、外部から気体が導管２４を通って第２サーボ弁１８から導管２３ｆに流入し、さらに第２等温化圧力容器１６に流入する。これによって、負方向の流量が発生する。
【００５９】
本実施形態においては、正方向及び負方向の流量を含む往復流の発生に際して、発生する往復流の流量波形の平均流量がゼロの場合と、平均流量がゼロでない場合とに応じて、二種類の制御方法を使い分ける。
以下、それぞれの制御方法について説明する。
【００６０】
（平均流量がゼロの場合）
まず、図３を参照（適宜図１参照）して、発生する往復流の流量波形の平均流量がゼロの場合の連続非定常流量発生装置１の制御について説明する。ここで、図３は、本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の、平均流量がゼロの場合における処理の流れを示すフローチャートである。
【００６１】
発生する流量波形の平均流量がゼロの場合は、正方向の流れを生成する場合と、負方向の流れを生成する場合とによって、第１サーボ弁１３と第２サーボ弁１８との動作が異なる。
まず、正方向の流れを発生する場合は、第１サーボ弁１３を開放して、気体供給源３０から第１等温化圧力容器１４に気体を流入させて、発生する流量波形に必要な所定の圧力まで第１等温化圧力容器１４を昇圧する（ステップＳ１１（第１工程））。
【００６２】
次に、正方向の流れの流量波形を実現する操作信号を、コンピュータ２２からＤ／Ａ変換器２１を介して、第２サーボ弁１８に出力し、正方向の流量を発生する（ステップＳ１２（第２工程））。なお、ステップＳ１１において、第１等温化圧力容器１４を所定の圧力に昇圧した後は、第１サーボ弁１３は全閉の状態にする。すなわち、正方向の流れは、基本的には、第１等温化圧力容器１４からの気体の放出過程のみとする。
これによって、正方向の流量を発生する。
【００６３】
次に、負方向の流れを発生する場合は、圧力計１７及び圧力計１９によって、それぞれ第２サーボ弁１８の下流側の絶対圧及び上流側の大気圧（外部側の圧力）を計測し、コンピュータ２２は、これらの計測値に基づいて、第２サーボ弁１８の適切な開度を算出する（ステップＳ１３（第３工程））。算出した開度にしたがって第２サーボ弁１８を制御して、第２等温化圧力容器１６に導管２４から気体を流入させることで、負方向の流量を発生する（ステップＳ１４（第４工程））。また、このとき、エジェクタ３３及び減圧弁３４は、作動流体（気体）が第２サーボ弁１８を通過するときにチョーク状態となる絶対圧が保持されるように調整されている。
【００６４】
一方、正方向の流れを生成したために第１等温化圧力容器１４は減圧されている。そこで、負方向の流量を発生している間（ステップＳ１３からステップＳ１４）に、並行して、第１サーボ弁１３を開放して、気体供給源３０から第１等温化圧力容器１４に、次回発生分の作動流体を充填し、所定の圧力まで昇圧する（ステップＳ１５（第１工程））。また、昇圧後は、第１サーボ弁１３は全閉の状態にする。
【００６５】
なお、発生する流量波形の平均流量がゼロの場合は、正方向と負方向の流量波形は、ゼロを基準に対称であるから、正方向で放出した流量による圧力変化と負方向での圧力変化とは、正負の符号が逆の圧力変化となる波形を目標として、ステップＳ１５において、第１サーボ弁１３を操作して第１等温化圧力容器１４を昇圧する。
【００６６】
ステップＳ１４において、負方向の流量発生を行った後は、再びステップＳ１２に戻り、ステップＳ１５において昇圧しておいた第１等温化圧力容器１４と第２サーボ弁１８とを接続し、第２サーボ弁を操作して正方向の流量を発生する。
【００６７】
以降、ステップＳ１２からステップＳ１５を繰り返すことで、平均流量がゼロの場合の往復流を精度よく連続して発生することができる。
【００６８】
（平均流量がゼロでない場合）
次に、図４を参照（適宜図１参照）して、発生する往復流の流量波形の平均流量がゼロでない場合の連続非定常流量発生装置１の制御について説明する。ここで、図４は、本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の、平均流量がゼロでない場合における処理の流れを示すフローチャートである。
【００６９】
発生する流量波形の平均流量がゼロでない場合については、正方向の流れを生成する場合と、負方向の流れを生成する場合とに分けて順次説明する。
【００７０】
まず、正方向の流れを発生する場合は、発生する流量の正方向の流量波形成分（すなわち、流量がゼロ以上となる部分）のみの平均流量値を算出し（ステップＳ２１（第５工程））、その算出値に相当する第１サーボ弁１３の開度で第１サーボ弁１３を開いて、気体供給源３０から第１等温化圧力容器１４へ流入させる気体の流量を制御する（ステップＳ２２（第６工程））。また、このとき、減圧弁３１は、作動流体（気体）が第１サーボ弁１３を通過するときにチョーク状態となる圧力が保持されるように調整されている。
【００７１】
一方、第１等温化圧力容器１４の下流側の第２サーボ弁１８は、発生流量に相当する第１等温化圧力容器１４の圧力の制御を行い、正方向の流量を発生する（ステップＳ２３（第７工程））。
【００７２】
次に、負方向の流れを発生する場合は、圧力計１７及び圧力計１９によって、それぞれ第２サーボ弁１８の下流側の絶対圧及び上流側の大気圧（外部側の圧力）を計測し、コンピュータ２２は、これらの計測値に基づいて、第２サーボ弁１８の適切な開度を算出する（ステップＳ２４（第８工程））。そして、ステップＳ２４で算出した開度にしたがって第２サーボ弁１８を制御して、第２等温化圧力容器１６に導管２４から気体を流入させることで、負方向の流量を発生する（ステップＳ２５（第９工程））。また、このとき、エジェクタ３３及び減圧弁３４は、作動流体（気体）が第２サーボ弁１８を通過するときにチョーク状態となる絶対圧が保持されるように調整されている。
【００７３】
ここで、第１サーボ弁１３は、次回の正方向の流れを生成するために、第１等温化圧力容器１４の圧力を維持する必要がある。しかし、発生する流量波形が、例えば、正弦波などの周期的波形の場合は、第１等温化圧力容器１４内の圧力値が、前回の正方向の流れを発生したときと同一であっても、圧力の微分値（時間微分）は同一とは限らず、この微分値も同一でなければ、滑らかな流量波形を得ることができない。すなわち、微分値が異なれば、流量がゼロの近傍において、精度よく流量波形の生成を行うことが困難である。
【００７４】
そこで、負方向の流量を発生している間（ステップＳ２４からステップＳ２５）に、並行して、次回の正方向の流れを生成する最初の時点における第１等温化圧力容器１４内の圧力の微分値が、前回の正方向の流れを生成する最初の時点の圧力の微分値と同一になるよう、第１サーボ弁１３を操作して、第１等温化圧力容器１４の圧力制御を行い、圧力値と圧力の微分値の調整を行う（ステップＳ２６（第１０工程））。また、このとき、減圧弁３１は、作動流体（気体）が第１サーボ弁１３を通過するときにチョーク状態となる圧力が保持されるように調整されている。
【００７５】
ステップＳ２５において、負方向の流量発生を行った後は、再びステップＳ２３に戻り、ステップＳ２６において圧力値および圧力の微分値を調整しておいた第１等温化圧力容器１４と第２サーボ弁１８とを接続し、第２サーボ弁１８を操作して正方向の流量を発生する。
【００７６】
以降、ステップＳ２３からステップＳ２６を繰り返すことで、平均流量がゼロでない場合の往復流を精度よく連続して発生することができる。
【００７７】
以上のようにして、第２サーボ弁１８の出力側に設けられた導管２４に発生する気体の往復流の流量が高精度に制御される。したがって、導管２４に、流量の動特性試験や流量特性試験を行なう機器を接続して、連続非定常流量発生装置１から連続的に発生する計測基準となる非定常流量と、接続された機器の応答結果とを比較することで、それらの機器の検定を行なうことができる。例えば、図２に示す実施形態の流量計検定装置２のように、連続非定常流量発生装置１の第２サーボ弁１８を通って流出及び流入される気体を被検定対象の流量計４０に導き、当該流量計４０による流量の計測精度を検定できる。この流量計検定装置２においては、流量計４０による気体の流量の計測結果を、Ａ／Ｄ変換器２０によってデジタル値に変換してコンピュータ２２に入力する。そして、コンピュータ２２においては、流量計４０による流量の計測結果と、第２サーボ弁１８から導管２４に出力される気体の往復流の流量（基準値）とを比較することによって、流量計４０における流量の計測精度を検定することができる。そして、第１サーボ弁１３を操作するとともに、前記コンピュータ２２によって、第２サーボ弁１８の開閉および開度を調節して第２サーボ弁１８から出力される気体の往復流の流量（基準値）を動的に変化させ、その流量が変化する気体流に対する流量計４０の計測結果を連続して計測して、コンピュータ２２によって基準値と比較対照すれば、流量計４０の動特性を検定することができる。
【００７８】
本発明によれば、今まで有効な方法がなかった気体用流量計の往復流に対する動特性試験が行えるばかりか、空気圧機器の流量特性試験が行えるなど、その有用性は極めて高い。
【００７９】
以上、実施形態として、圧縮性流体として気体を用いる場合を示したが、本発明は、この実施形態に限定されず、他の圧縮性流体を用いる場合にも適用可能である。
【実施例】
【００８０】
図２に示した構成の連続非定常流量発生装置１を用いて、第２サーボ弁１８から導管２４に出力される空気の流量を制御した。用いた連続非定常流量発生装置の各構成機器の諸元および実験条件は、下記の通りである。また、各機器の間は、内径６ｍｍのナイロン製の導管で連絡した。
気体供給源：アネスト岩田（株）製、圧縮機
エジェクタ：妙徳（株）製、エジェクタ（CVコンバム）
減圧弁：ＳＭＣ社製、精密減圧弁
気体流量計：東京メータ社製、層流型流量計
圧力計（１１，１５，１７，１９）：豊田工機社製、半導体式圧力センサ
第１等温化圧力容器、第２等温化圧力容器：
内容積：０．１Ｌ（リットル）
材質：アルミニウム
形状：円筒
熱伝導性材料
材質：銅線（東京メータ社製、線径：５０μｍ）
充填密度：３００ｋｇ／ｍ3
第１サーボ弁：フェスト社製、スプール式サーボ弁
第２サーボ弁：フェスト社製、スプール式サーボ弁
コンピュータ：サンプリング周期 ０．２ｍ秒
【００８１】
（流量波形の平均流量がゼロの場合）
図５に、図２に示した流量計検定装置２を用いて、被検定対象の流量計４０として、層流型流量計（ＱＦＳ）を接続し、流量波形の平均流量がゼロの往復流を発生し、この層流型流量計によって流量を測定した結果を示す。
図５において、破線は連続非定常流量発生装置１に与える流量波形の目標値を示し、実線は連続非定常流量発生装置１によって実際に発生した流量波形を示し、２点鎖線は、被検定対象の流量計４０（層流型流量計（ＱＦＳ））による測定結果を示している。
【００８２】
図２に示すように、この連続非定常流量発生装置１に被検定対象の流量計４０を接続した流量計検定装置２を構成し、この流量計検定装置２において、コンピュータ２２によって第１サーボ弁１３、第２サーボ弁１８などを制御して、図５に破線で示したように、平均流量０（ＮＬ／ｍｉｎ）、流量の変動振幅１０（ＮＬ／ｍｉｎ）、変動周波数１Ｈｚの振動流を目標値として発生させた。このとき、気体流量計１２、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９で計測された流量及び圧力値に基づいて計算される流量を、図５に実線で示し、流量計４０で測定された流量を、図５に２点鎖線で示した。
【００８３】
その結果、図５に示すとおり、実際の発生流量（実線）と目標値（破線）と被検定対象の層流型流量計（２点鎖線）とはよく一致しており、平均流量がゼロの往復流が正確に発生できることがわかる。
気体流量計１２の計測精度は２％以内であることから、この装置によれば、５％以内の精度で正確な流量が保証できることが分かる。
【００８４】
（流量波形の平均流量がゼロでない場合）
図６に、図２に示した流量計検定装置２を用いて、被検定対象の流量計４０として、層流型流量計（ＱＦＳ）を接続し、流量波形の平均流量がゼロでない往復流を発生し、この層流型流量計によって流量を測定した結果を示す。
図６において、破線は連続非定常流量発生装置１に与える流量波形の目標値を示し、実線は連続非定常流量発生装置１によって実際に発生した流量波形を示し、２点鎖線は、被検定対象の流量計４０（層流型流量計（ＱＦＳ））による測定結果を示している。
【００８５】
図２に示すように、この連続非定常流量発生装置１に被検定対象の流量計４０を接続した流量計検定装置２を構成し、この流量計検定装置２において、コンピュータ２２によって第１サーボ弁１３、第２サーボ弁１８などを制御して、図６に破線で示したように、平均流量５（ＮＬ／ｍｉｎ）、流量の変動振幅１０（ＮＬ／ｍｉｎ）、変動周波数１Ｈｚの振動流を目標値として発生させた。このとき、気体流量計１２、圧力計１５、圧力計１７及び圧力計１９で計測された流量及び圧力値に基づいて計算される流量を、図６に実線で示し、流量計４０で測定された流量を、図６に２点鎖線で示した。
【００８６】
その結果、図６に示すとおり、実際の発生流量（実線）と目標値（破線）と被検定対象の層流型流量計（２点鎖線）とはよく一致しており、平均流量がゼロでない往復流が正確に発生できることがわかる。
気体流量計１２の計測精度は２％以内であることから、この装置によれば、５％以内の精度で正確な流量が保証できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の構成を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係る流量計検定装置の構成を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の、平均流量がゼロの場合における処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る連続非定常流量発生装置の、平均流量がゼロでない場合における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の連続非定常流量発生装置による、平均流量がゼロの場合における往復流の発生結果を示すグラフである。
【図６】本発明の連続非定常流量発生装置による、平均流量がゼロでない場合における往復流の発生結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
１ 連続非定常流量発生装置
２ 流量計検定装置
１１ 圧力計
１２ 気体流量計（流量計）
１３ 第１サーボ弁
１４ 第１等温化圧力容器
１５ 圧力計（第１圧力計）
１６ 第２等温化圧力容器
１７ 圧力計（第２圧力計）
１８ 第２サーボ弁
１９ 圧力計（第３圧力計）
２０ Ａ／Ｄ変換器
２１ Ｄ／Ａ変換器
２２ コンピュータ（流量制御手段）
３０ 気体供給源（流体供給源）
３１ 減圧弁
３３ エジェクタ（真空源）
３４ 減圧弁
４０ 被検定対象の流量計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体供給源から供給される圧縮性流体の流入量を計測する流量計と、
前記流量計を通って流入する前記圧縮性流体の流入量を規制する第１サーボ弁と、
前記第１サーボ弁を通って流入する前記圧縮性流体を等温状態に保持する第１等温化圧力容器と、
前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を計測する第１圧力計と、
真空源によって真空状態に保持される第２等温化圧力容器と、
前記第２等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を計測する第２圧力計と、
前記第１等温化圧力容器からの圧縮性流体の流出又は前記第２等温化圧力容器への圧縮性流体の流入の何れかを選択的に規制する第２サーボ弁と、
前記第２サーボ弁の外方の圧縮性流体の圧力を測定する第３圧力計と、
前記流量計によって計測された圧縮性流体の流入量と、前記第１圧力計によって計測された前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁からの圧縮性流体の流出量を制御すると共に、前記第２圧力計と前記第３圧力計とによって計測された圧縮性流体の圧力に基づいて、前記第２サーボ弁からの圧縮性流体の流入量を制御する流量制御手段と
を備えることを特徴とする圧縮性流体の連続非定常流量発生装置。
【請求項２】
前記第１等温化圧力容器及び前記第２等温化圧力容器は、金属細線の集束体または多孔質金属体からなる熱伝導性材料が内部に充填されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置を用いた圧縮性流体の連続非定常流量発生方法であって、
前記第１サーボ弁を開いて前記流体供給源から前記圧縮性流体を供給し、前記第１等温化圧力容器を所定の圧力になるまで昇圧する第１工程と、
前記第２サーボ弁の開度を制御して、前記第１等温化圧力容器から流出される圧縮性流体の流出量を連続的に制御する第２工程と、
前記第２サーボ弁の外方の圧力と前記第２等温化圧力容器の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁の開度を算出する第３工程と、
前記第２サーボ弁を前記算出した開度で開き、前記第２等温化圧力容器へ圧縮性流体を流入する第４工程と、を含み、
前記第１工程乃至前記第４工程を順次繰り返して行う際に、前記第３工程又は前記第４工程と並行して前記第１工程を行うことを特徴とする圧縮性流体の連続非定常流発生方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置を用いた圧縮性流体の連続非定常流量発生方法であって、
前記第２サーボ弁から前記圧縮性流体が流出する方向の流量波形成分の平均流量に対応する前記第１サーボ弁の開度を算出する第５工程と、
前記第１サーボ弁を前記算出した開度で開いて前記流体供給源から前記圧縮性流体を前記第１等温化圧力容器に供給する第６工程と、
前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力に基づいて、前記第２サーボ弁の開度を制御して、前記第１等温化圧力容器から流出する流量を連続的に制御する第７工程と、
前記第２サーボ弁の外方の圧力と前記第２等温化圧力容器の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁の開度を算出する第８工程と、
前記第２サーボ弁を前記第８工程で算出した開度で開き、前記第２等温化圧力容器へ圧縮性流体を流入する第９工程と、
前記第１等温化圧力容器の圧力及びその微分値に基づいて、前記第１サーボ弁の開閉を制御し、前記流体供給源から前記圧縮性流体を前記第１等温化圧力容器に供給する第１０工程と、を含み、
前記第１０工程は、前記第８工程又は前記第９工程と並行して行い、前記第７工程乃至前記第１０工程を順次繰り返し行うことを特徴とする圧縮性流体の連続非定常流発生方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置の第２サーボ弁を通って流出される圧縮性流体を被検定対象の流量計に流入させて、当該流量計による流量の計測精度を検定するようにしたことを特徴とする圧縮性流体の流量計検定装置。
【請求項１】
流体供給源から供給される圧縮性流体の流入量を計測する流量計と、
前記流量計を通って流入する前記圧縮性流体の流入量を規制する第１サーボ弁と、
前記第１サーボ弁を通って流入する前記圧縮性流体を等温状態に保持する第１等温化圧力容器と、
前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を計測する第１圧力計と、
真空源によって真空状態に保持される第２等温化圧力容器と、
前記第２等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力を計測する第２圧力計と、
前記第１等温化圧力容器からの圧縮性流体の流出又は前記第２等温化圧力容器への圧縮性流体の流入の何れかを選択的に規制する第２サーボ弁と、
前記第２サーボ弁の外方の圧縮性流体の圧力を測定する第３圧力計と、
前記流量計によって計測された圧縮性流体の流入量と、前記第１圧力計によって計測された前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁からの圧縮性流体の流出量を制御すると共に、前記第２圧力計と前記第３圧力計とによって計測された圧縮性流体の圧力に基づいて、前記第２サーボ弁からの圧縮性流体の流入量を制御する流量制御手段と
を備えることを特徴とする圧縮性流体の連続非定常流量発生装置。
【請求項２】
前記第１等温化圧力容器及び前記第２等温化圧力容器は、金属細線の集束体または多孔質金属体からなる熱伝導性材料が内部に充填されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置を用いた圧縮性流体の連続非定常流量発生方法であって、
前記第１サーボ弁を開いて前記流体供給源から前記圧縮性流体を供給し、前記第１等温化圧力容器を所定の圧力になるまで昇圧する第１工程と、
前記第２サーボ弁の開度を制御して、前記第１等温化圧力容器から流出される圧縮性流体の流出量を連続的に制御する第２工程と、
前記第２サーボ弁の外方の圧力と前記第２等温化圧力容器の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁の開度を算出する第３工程と、
前記第２サーボ弁を前記算出した開度で開き、前記第２等温化圧力容器へ圧縮性流体を流入する第４工程と、を含み、
前記第１工程乃至前記第４工程を順次繰り返して行う際に、前記第３工程又は前記第４工程と並行して前記第１工程を行うことを特徴とする圧縮性流体の連続非定常流発生方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置を用いた圧縮性流体の連続非定常流量発生方法であって、
前記第２サーボ弁から前記圧縮性流体が流出する方向の流量波形成分の平均流量に対応する前記第１サーボ弁の開度を算出する第５工程と、
前記第１サーボ弁を前記算出した開度で開いて前記流体供給源から前記圧縮性流体を前記第１等温化圧力容器に供給する第６工程と、
前記第１等温化圧力容器内の圧縮性流体の圧力に基づいて、前記第２サーボ弁の開度を制御して、前記第１等温化圧力容器から流出する流量を連続的に制御する第７工程と、
前記第２サーボ弁の外方の圧力と前記第２等温化圧力容器の圧力とに基づいて、前記第２サーボ弁の開度を算出する第８工程と、
前記第２サーボ弁を前記第８工程で算出した開度で開き、前記第２等温化圧力容器へ圧縮性流体を流入する第９工程と、
前記第１等温化圧力容器の圧力及びその微分値に基づいて、前記第１サーボ弁の開閉を制御し、前記流体供給源から前記圧縮性流体を前記第１等温化圧力容器に供給する第１０工程と、を含み、
前記第１０工程は、前記第８工程又は前記第９工程と並行して行い、前記第７工程乃至前記第１０工程を順次繰り返し行うことを特徴とする圧縮性流体の連続非定常流発生方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の圧縮性流体の連続非定常流量発生装置の第２サーボ弁を通って流出される圧縮性流体を被検定対象の流量計に流入させて、当該流量計による流量の計測精度を検定するようにしたことを特徴とする圧縮性流体の流量計検定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−７６１３４（Ｐ２００８−７６１３４Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５３８４８（Ｐ２００６−２５３８４８）
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
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