流量測定装置及び流量測定方法
【課題】脈動を含む流体の流量を、脈動を温度変動に変換して測定する。
【解決手段】配管１０の加熱点Ａに加熱部１２を配置し、下流の測定点Ｂに温度検出部１３を配置して流体の吸光度を測定する。温度検出部１３は発光部１３ａと受光部１３ｂとを備え、光強度検出部１６、脈動流周波数測定部１７に接続されている。ポンプ１１による脈動を含む水溶液中には、流速の早い時間帯の部分と遅い時間帯の部分が存在し、加熱点Ａにおいて加熱用レーザー光を照射すると、水溶液には流速に応じて周期性を有する温度変動による温度マーカー部が生ずる。この温度変動の温度マーカー部を測定点Ｂにおいて温度検出部１３により吸光度の時間的変動として測定して、光強度検出部１６、脈動流周波数測定部１７により脈動流周波数を求め、水溶液の流量に換算する。
【解決手段】配管１０の加熱点Ａに加熱部１２を配置し、下流の測定点Ｂに温度検出部１３を配置して流体の吸光度を測定する。温度検出部１３は発光部１３ａと受光部１３ｂとを備え、光強度検出部１６、脈動流周波数測定部１７に接続されている。ポンプ１１による脈動を含む水溶液中には、流速の早い時間帯の部分と遅い時間帯の部分が存在し、加熱点Ａにおいて加熱用レーザー光を照射すると、水溶液には流速に応じて周期性を有する温度変動による温度マーカー部が生ずる。この温度変動の温度マーカー部を測定点Ｂにおいて温度検出部１３により吸光度の時間的変動として測定して、光強度検出部１６、脈動流周波数測定部１７により脈動流周波数を求め、水溶液の流量に換算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内を流れる流体に対する流量測定装置及び流量測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管内を流れる水溶液の流量を測定する装置として、水溶液中にセンサを挿入して温度上昇等を測定する熱式流量計が知られている。しかし、この測定装置ではセンサを水溶液に接触させるために水溶液が汚染される虞れがある。
【０００３】
また、非接触で流量を測定する装置として、超音波を利用する流量計があるが、この超音波流量計では半導体製造工程等で使用するような微量な流量への適用が困難なことがある。
【０００４】
これらの問題に対して、近年では非接触かつ高精度で水溶液の流量を測定する装置として、特許文献１、２のような近赤外光を用いる装置が開示されている。
【０００５】
特許文献１、２では、図１１に示すように配管１中を流れる測定すべき流体を上流側の加熱点Ａにおいて、近赤外レーザー光の周期的な出力を有する加熱部２によって、水溶液中に周期性の熱マーカーを生成し、この熱マーカーを下流側の２個所の測定点Ｂ、Ｃに配置した温度検出部３、４において検知する。
【０００６】
即ち、加熱された水溶液の熱マーカーが下流側の２個所の測定点Ｂ、Ｃを通過する際の時間差を計測し、この時間差と測定点Ｂ、Ｃ間の距離とに基づいて流速を求め、配管１の断面積との関係から水溶液の流量を算出する。熱マーカーの２個所の測定点Ｂ、Ｃへの到達は、近赤外レーザー光を水溶液中に照射して温度による水溶液の光の吸収度の変化を検出して判別する。
【０００７】
この測定法では、上流の加熱点Ａにおいて、流体をパルス加熱や正弦波加熱のような周期的な加熱方法により熱マーカーを生成し、発生した周期的な温度変化を下流において検出する。即ち、熱マーカーが測定点Ｂ、Ｃに到達する時刻を測定して、液体の測定点Ｂ、Ｃ問の通過時間差Δｔを計測する。
【０００８】
特許文献１、２では、このような熱式流量計の原理に基づいて流量が測定され、水溶液の加熱及びその下流での温度変化の検出に近赤外域のレーザー光を用いている。加熱には波長１０５０ｎｍ付近のレーザー光を用い、熱マーカーの検出には、水の吸収に対し感度の高い波長１４９０ｎｍ付近のレーザー光を用いて、水溶液の温度上昇により光の吸収度が変化することを利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２５１７６６号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、このような水溶液を配管内に流す場合には、ポンプにより水溶液を供給している。しかし、ポンプの構造から通常では、吐出に伴い流体中に圧力変動や流速変動による脈動が加わることは避けられず、前述の従来の測定手段において、この脈動と熱マーカーの混在が流量の測定を困難にしている。
【００１１】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、配管内を流れる流体が脈動を有する場合においても、その脈動を利用し、精度良く流量を測定し得る流量測定装置及び流量測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係る流量測定装置は、ポンプにより吐出され脈動流として配管内を流れる流体の流量を測定する流量測定装置であって、前記配管内の流体を外部から加熱することにより脈動に応じた温度変動を流体に与える加熱部と、該加熱部の下流に配置され、前記流体の温度変動を検出する温度変動検出部と、検出された前記温度変動に基づいて前記流体の流量を算出する制御演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る流量測定方法は、ポンプにより吐出され脈動流として配管内を流れる流体の流量を測定する流量測定方法であって、前記配管内の流体を外部から加熱することにより脈動に応じた温度変動を流体中に生成し、下流において前記流体の温度変動を検出し、検出された前記温度変動に基づいて前記流体の流量を算出することを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明に係る流量測定装置は、配管内の流体を外部から加熱し脈動に応じた温度変動を流体中に生成する加熱部と、該加熱部の下流に配置し前記流体の前記温度変動を検出する温度変動検出部とを備え、ポンプによる吐出された脈動流として前記配管内を流れる前記流体の流量を測定する流量測定装置において、前記温度変動検出部において検出された前記温度変動に基づいて脈動流周波数を検出し、該脈動流周波数を基に第１の校正曲線を用いて流量を算出する第１の測定手段と、前記温度変動検出部を前記配管に所定距離を隔てた２個所にそれぞれ配置し、検出された前記温度変動に基づいて前記流体が２つの前記温度変動検出部にそれぞれ到達した時間差を検出し、検出された時間差を基に第２の校正曲線を用いて流量を算出する第２の測定手段とを有し、前記第１の測定手段により前記流量を測定中に前記第１の測定手段による測定に不都合が生じた場合に、前記第２の測定手段に切換えて前記流量を前記第２の測定手段により測定するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る流量測定装置及び流量測定方法によれば、脈動を伴う流体にその脈動に応じた温度変動を生成し、この温度変動を基に流量測定を行うので、流体中に脈動が存在しても問題なく測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１の構成図である。
【図２】実施例１の動作フローチャート図である。
【図３】水の吸収スペクトルのグラフ図である。
【図４】ピ−ク部を拡大して示す吸収スペクトルのグラフ図である。
【図５】温度に対する吸収スペクトルのグラフ図である。
【図６】脈動流周波数の測定原理の説明図である。
【図７】校正曲線のグラフ図である。
【図８】実施例２の構成図である。
【図９】実施例２の動作フローチャート図である。
【図１０】実施例３の動作フローチャート図である。
【図１１】従来例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を図１〜図１０に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１に示す実施例１の流量測定装置は、レーザー光を透過する例えばテフロン（登録商標）などの合成樹脂から成る配管１０内を流れる水溶液の流量を測定する。なお、ここでは流体を水溶液として説明するが、測定対象は水以外の液体であっても或いは気体であってもよい。
【００１９】
ここで、流量を生成するポンプ１１により供給される水溶液の流れには、ポンプ１１の作動に起因する脈動が含まれている。この脈動流周波数は流量と１対１の関係を有するので、予めその関係を求めておけば、脈動流周波数から水溶液の流量を推測することができる。なお、脈動流とは配管１０内を時間的に速度の変動を伴いながら一定方向に移動してゆく流れをいう。また、脈動流周波数とは配管１０内を流れる水溶液の流れの周期性を示し、脈動の時間的な変化を示す数値である。
【００２０】
図１に示すように実施例１の流量測定装置は、加熱部１２と、温度検出部１３と、流量測定部１４とを備えている。
【００２１】
配管１０の上流にはポンプ１１が設けられており、ポンプ１１は配管１０内の水溶液を循環させている。加熱部１２は加熱用レーザー光源を有し、ポンプ１１の下流の加熱点Ａの配管１０の外部に配置されている。加熱部１２は配管１０内の水溶液を配管１０の外部から加熱することで、水溶液の脈動に応じた温度変動を水溶液に対して与える。
【００２２】
温度検出部１３は下流側の測定点Ｂの配管１０の周囲に設けられている。温度検出部１３はレーザー光の投受光部を有しており、水溶液の温度変動を検出する。
【００２３】
本実施例における配管１０の内径は、例えば３ｍｍ、加熱点Ａと測定点Ｂの距離は１．５ｍｍである。水溶液の流量は例えば１〜１０ｍＬ／ｍｉｎであり、脈動流周波数は約０．２〜２．２Ｈｚである。
【００２４】
流量測定部１４は加熱部１２及び温度検出部１３に接続されており、温度検出部１３により検出された温度変動に基づいて流量を測定する。図１に示すように、流量測定部１４には、制御演算部１５、光強度検出部１６、脈動流周波数測定部１７、相対情報記憶部１８が設けられている。
【００２５】
制御演算部１５は実施例１の流量測定装置全体を制御し、例えばＣＰＵやパーソナルコンピュータなどから構成され、制御演算部１５の出力は加熱部１２に接続されている。
【００２６】
光強度検出部１６は脈動流周波数測定部１７及び温度検出部１３に接続されており、温度検出部１３の受光部１３ｂが受光する光束の吸光度を基に、配管１０内を流れる水溶液の温度変動を検出する。なお、本発明の温度変動検出部は、発光部１３ａ、受光部１３ｂ及び光強度検出部１６により構成されている。
【００２７】
脈動流周波数測定部１７は光強度検出部１６において検出される水溶液の温度変動に基づいて、流体の脈動流周波数を検出する。相対情報記憶部１８には後述するように、水溶液の流量と脈動流周波数との相対情報である校正曲線が記憶されている。
【００２８】
ここで、加熱部１２により出力される近赤外レーザー光による光束は配管１０を流れる水溶液に対して、図示しない光学系を介して照射するように構成されている。また、温度検出部１３は発光部１３ａと受光部１３ｂを備えており、発光部１３ａ及び受光部１３ｂは互いに対向して設けられ、発光部１３ａと受光部１３ｂの間には配管１０が配置されている。そして、受光部１３ｂの出力は光強度検出部１６に接続されている。
【００２９】
図２は実施例１の動作フローチャート図である。加熱点Ａにおいて加熱部１２の半導体レーザー光源から例えば波長１０５０ｎｍ、出力２Ｗを持つ加熱用の近赤外レーザー光を、配管１０中の水溶液に照射し加熱する（ステップＳ１）。
【００３０】
ポンプ１１の吐出により、水溶液の流れには脈動、つまり流速の早い時間帯と遅い時間帯が周期的に生成されている。この水溶液に強度が一定の加熱用レーザー光を照射すると、流速の遅い時間帯に加熱された部分の温度は流速の早い時間帯に加熱された部分の温度よりも上昇し、この結果、周期的な温度変動が生じ、加熱点Ａにおいて検出対象となる温度マーカー部が生成される。ここでは、温度変動が与えられた水溶液中で相対的に高温となる部分、即ち流速の遅い時間帯に加熱された部分を温度マーカー部とする。 この温度変動を生じた水溶液に、下流の測定点Ｂにおいて発光部１３ａから図示しない光学系を介して、例えば１４００〜１４９０ｎｍの検出用の近赤外レーザー光を照射し、配管１０、水溶液を通過した透過光をフォトダイオードなどから成る受光部１３ｂにより受光する（ステップＳ２）。
【００３１】
水の吸光度スペクトルは水特有の温度依存性を有している。即ち、図３に示すように、水は近赤外光域１３００〜２０００ｎｍまでの透過光に対して、特定の波長１４５０ｎｍ及び１９００ｎｍ付近においてピークを持つような吸光度スペクトルＫ１を有している。しかも、このピ−ク部分の吸光度スペクトルＫ１は、水の分子結合状態に依存し、水の温度が上昇すると短波長側に顕著にシフトする。図３の場合に、吸光度スペクトルＫ１は水の温度が２５℃〜４５℃程度の範囲で変化すれば、これに応じてピ−ク部が移動している。図４は１４５０ｎｍ付近のピ−ク部の拡大図であるが、温度の上昇に応じてピ−ク部にシフトが生じていることが分かる。
【００３２】
そこで、複数の温度についての吸光度スペクトルＫ１に基づいて、そのうちの１つを例えば２０℃を基準温度として、この基準温度の吸光度スペクトルと他の温度の吸光度スペクトルとの差分を演算する。これにより、図５に示すように、２０℃を基準温度として他の温度２５℃〜４５℃の吸光度差を測定し易い大きな変化として示した吸光度差スペクトルＫ２が得られる。
【００３３】
この吸光度差スペクトルＫ２によって、発光部１３ａからの照射光を例えば波長を１４９０ｎｍに特定したときの各温度の値は、各温度と基準温度との間の吸光度の差分を表す値として明確に区別できる。この関係を利用して、温度が未知の水溶液を透過した透過光について、特定の波長の光強度を時間の経過に従って順次に検出してゆくことにより、検出される吸光度と基準温度時の吸光度との吸光度差を知れば、水溶液の温度変化を検出できることになる。
【００３４】
光強度検出部１６において温度変動が与えられた水溶液中の高温部分である温度マーカー部を検出し（ステップＳ３）、脈動流周波数測定部１７において、この温度変動が与えられた水溶液中の温度マーカー部が単位時間当りに測定点Ｂを通過する数を、脈動流周波数として求めることができる（ステップＳ４）。
【００３５】
図６は脈動流周波数の測定原理の説明図である。図６において、縦軸は受光部１３ｂで受光すべき温度マーカー部の光強度ＥＤを模擬的に表し、横軸は時間（ｔｉｍｅ）を表している。ここで、受光部１３ｂが受光する光強度ＥＤの変動周期と、温度変動の周期とは一致する。
【００３６】
なお、脈動流周波数の算出に際しては、受光部１３ｂで受光した温度マーカー部の時間間隔の平均値を用いる。例えば、時刻Ｔ０とＴ１の間の時間間隔がΔＴ０、時刻Ｔ１とＴ２の間の時間間隔がΔＴ１の場合に、脈動流周波数測定部１７はΔＴ０とΔＴ１の平均値の逆数を脈動流周波数として求める。
【００３７】
相対情報記憶部１８には、水溶液の流量と脈動流周波数との相対情報である図７に示すような校正曲線が記憶されている。この校正曲線は予め実験等により取得され、制御演算部１５は校正曲線を用いて、脈動流周波数測定部１７で測定された脈動流周波数に基づいて水溶液の流量を換算して算出する（ステップＳ５）。
【００３８】
このように、実施例１の測定手段によれば、従来、流量測定の精度に影響を与えてきた脈動を温度変動に変換し、吸光度の変化を脈動流周波数として捉えることによって、水溶液の流量を測定することができる。
【００３９】
このように、実施例１に係る測定方法では、脈動を伴う流体にその脈動に応じた温度変動を生成し、この温度変動を基に流量測定を行うので、従来問題であった脈動が存在しても良好な測定が可能となる。
【００４０】
なお上述の説明では、脈動流周波数の検出を測定点Ｂで行うとしているが、加熱点Ａよりも下流側の測定点Ｂ以外の測定点においても検出を行い、得られた２つの脈動流周波数の平均を求めるようにすれば、更に測定精度は向上する。また、そのときの測定用レーザー光は異なる波長のものを使用することもできる。
【実施例２】
【００４１】
図８は実施例２の構成図である。実施例１では水溶液の脈動流周波数を求めて流量を測定するのに対し、本実施例２では脈動による温度変動が生じた水溶液中の温度マーカー部が所定距離Ｌを隔てた２個所の測定点Ｂ、Ｃ間を通過する時間を検出して、流量を測定する。
【００４２】
実施例２においては、加熱点Ａに実施例１と同様の加熱部１２が設けられ、その下流の配管１０に沿った少なくとも２個所の測定点Ｂ、Ｃにそれぞれ温度検出部２１、２２が配置されている。２個所の測定点Ｂ、Ｃのうち、第１の測定点Ｂの温度検出部２１は、第１の発光部２１ａと第１の受光部２１ｂで構成され、第２の測定点Ｃの温度検出部２２は第２の発光部２２ａと第２の受光部２２ｂにより構成されている。
【００４３】
また、流量測定部２３には制御演算部２４、光強度検出部２５、時間差測定部２６、相対情報記憶部２７が備えられている。加熱部１２には制御演算部２４の出力が接続され、受光部２１ｂ、２２ｂの出力は光強度検出部２５を介して時間差測定部２６に接続されている。
【００４４】
制御演算部２４は実施例１の制御演算部１５に対応し、光強度検出部２５は光強度検出部１６に対応している。時間差測定部２６は光強度検出部２５により検出される温度変動に基づいて、水溶液の温度マーカー部が２つの温度検出部２１、２２にそれぞれ到達した時間差Δｔを検出する。
【００４５】
相対情報記憶部２７には、時間差測定部２６により検出される時間差Δｔに対する流量の校正曲線が予め記憶されている。制御演算部２４は相対情報記憶部２７に予め記憶されている時間差Δｔに対する流量を予め取得された校正曲線を用いて時間差Δｔを基に流量を演算する。
【００４６】
配管１０の径、加熱点Ａと測定点Ｂとの距離は実施例１と同様であるが、測定点Ｂ、Ｃ間の距離Ｌは例えば６．３ｍｍとされている。
【００４７】
図９は実施例２の動作フローチャート図である。加熱部１２による水溶液の加熱は、実施例１と同様手段により行う（ステップＳ１１）。
【００４８】
温度検出部２１、２２の発光部２１ａ、２２ａは、加熱された水溶液に対してそれぞれ光学系を介して近赤外レーザー光を照射する。発光部２１ａ、２２ａから照射された近赤外レーザー光は、配管１０、水溶液を通過した後に温度検出部２１、２２の受光部２１ｂ、２２ｂで受光される。受光部２１ｂ、２２ｂが受光した近赤外光の光強度は、光強度検出部２５によって検出される。
【００４９】
この場合における光強度検出部２５でなされる温度変動の検出方法は、実施例１と同様に水の温度に依存した吸光度の変化から求めている。つまり、第１の測定点Ｂの温度検出部２１で発光部２１ａから発せられたレーザー光を受光部２１ｂで受光する（ステップＳ１２）。検出された光の透過度は光強度検出部２５に送られ、吸光度のピーク値が得られたときに水溶液中の温度マーカー部が測定点Ｂに到達したことを判別し、同時に時間差測定部２６はこの温度マーカー部の到達時刻ｔ１を検出する（ステップＳ１３）。
【００５０】
同様にして、第２の測定点Ｃの温度検出部２２において、発光部２２ａから発せられたレーザー光を受光部２２ｂで受光する（ステップＳ１４）。第１の測定点Ｂを捉えた温度マーカー部を判別し、到達時刻ｔ２を検出する（ステップＳ１５）。そして、時間差Δｔ（＝ｔ２−ｔ１）を時間差測定部２６で算出する（ステップＳ１６）。
【００５１】
時間差Δｔは流量と強く関係している。制御演算部２４は時間差Δｔに対する流量の相対情報記憶部２７で記憶している校正曲線を用いて、時間差Δｔから流量を演算する（ステップＳ１７）。
【００５２】
なお、発光部２１ａ、２２ａから発せられる近赤外レーザー光の波長は、吸収スペクトルにより温度変化を検出できれば、同じであっても異なっていてもよい。
【００５３】
また、実施例２において、測定点Ｂ又はＣの温度検出部２１又は温度検出部２２の一方を用いて、実施例１の測定手段に併用することも可能である。この場合には、時間差測定と脈動流周波数による測定とによる２つの測定値が得られることになる。
【００５４】
なお、測定点Ｂ、Ｃ以外にも測定点を設けて、得られた複数の時間差を用いて流量を算出し、平均を求めれば更に精度の良い流速測定が可能となる。
【実施例３】
【００５５】
上述したように本発明においては、加熱部１２により配管１０内の水溶液を加熱することで流体の脈動に応じた温度変動を生成した後に、実施例１の測定手段、実施例２の測定手段の何れかの手段により、流体の流量測定を行うことができる。本実施例３においては、常時は例えば実施例１の手段で流量を測定し、実施例１の測定で不都合が生じた場合には、実施例１による脈動流周波数を用いた校正曲線が適用できなくなるので、実施例２の測定手段に切換えるようにしている。
【００５６】
ここで、実施例１の測定で不都合が生じた場合としては、例えばポンプ１１や配管１０の不具合が挙げられる。即ち、配管１０が詰まったり、ポンプ１１に故障が発生した結果、脈動流周波数の算出結果にばらつきが生じ、脈動流周波数及び流量の関係が異常になった場合である。本実施例３では、後述のように脈動流周波数及び流量の関係が異常になったか否かを、受光部１３により受光したレーザー光の光強度の検出値によって判断する。
【００５７】
実施例３では、加熱点Ａ、測定点Ｂ、Ｃを備え、実施例１の手段で測定する場合には、図１に示すように加熱点Ａ、測定点Ｂを使用し、実施例２の手段で測定する場合には、図８に示すように加熱点Ａ、測定点Ｂ、Ｃを使用する。そして、実施例１、２で説明した共用の要素については共用して使用し、切換え可能な回路要素は切換えて使用する。
【００５８】
図１０は実施例３の動作フローチャート図である。ステップＳ２１〜Ｓ２３は実施例１の図２のステップＳ１〜Ｓ３と同様である。
【００５９】
実施例１の測定手段で不都合が生じたか否か、つまり脈動流周波数及び流量の関係が異常になったか否かは、上述のように受光部１３ｂの受光強度の検出値により確認することができ、測定点Ｂにおいて受光強度が所定範囲内にあるかを制御演算部１５が判断する（ステップＳ２４）。ここでは、受光強度が所定範囲内にあるか否かの閾値を、正常値の±５％以内とする。即ち、受光強度が正常値に対して５％以上ずれた場合に、実施例１の測定手段による測定で不都合が生じたと判断する。受光強度が所定範囲内であると制御演算部１５が判断すれば、実施例１の測定手段による測定を継続し、ステップＳ２５に進む。ステップＳ４、ステップＳ５と同様にして温度マーカー部を基に脈動流周波数を測定し（ステップＳ２５）、制御演算部１５はこの脈動流周波数を基に校正曲線から流量を算出する。
【００６０】
一方、ステップＳ２４で受光強度が所定範囲外であると制御演算部１５が判断すると、制御演算部１５は実施例１の測定手段による測定を中止して、実施例２の測定手段による測定に切換えてステップＳ２７に進む。受光強度が所定範囲内にあるか否かは、実施例１の測定手段による流量の測定中に、測定点Ｂにおける水溶液の光強度を光強度検出部１６でモニタすることによって検知できる。そして、流量測定の切換は、光強度検出部１６による検知結果に基づいて手動又は自動で行うことができるが、自動切換は制御演算部によって行われる。
【００６１】
実施例２の測定手段では、脈動流周波数及び流量の関係が異常になり、実施例１の測定で不都合が生じた場合でも、水溶液中の温度マーカー部が測定点Ｂ、Ｃ間を移動する時間差をリアルタイムで実測しているので、流量測定に支障をきたすことは少ない。
【００６２】
ステップＳ２７〜Ｓ３１は実施例２の図９のステップＳ１３〜Ｓ１７と同様である。光強度検出部２５が測定点Ｂにおける到達時刻ｔ１を検出し（ステップＳ２７）、測定点Ｃにおける透過光を受光部２２ｂで受光し（ステップＳ２８）、強度到達時刻ｔ２を検出し（ステップＳ２９）、続いて時間差測定部２６により時間差Δｔを求め（ステップＳ３０）、制御演算部２４が時間差Δｔを基に実施例２の校正曲線を用いて流量を算出する（ステップＳ３１）。
【００６３】
なお上述の実施例では、水溶液の加熱に近赤外レーザー光を用いたが、別の波長を有する電磁波を利用することもできる。或いは、配管１０の周囲にニクロム線などのヒータを設けて一様に加熱してもよい。
【００６４】
更に、液体の吸光度変化の検出においても、近赤外レーザー光とは限らず、吸収スペクトルの変化が温度依存性を有するような波長光を使用すればよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 配管
１１ ポンプ
１２ 加熱部
１３、２１、２２ 温度検出部
１３ａ、２１ａ、２２ａ 発光部
１３ｂ、２１ｂ、２２ｂ 受光部
１４、２３ 流量測定部
１５、２４ 制御演算部
１６、２５ 光強度検出部
１７ 脈動流周波数測定部
１８、２７ 相対情報記憶部
２６ 時間差測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内を流れる流体に対する流量測定装置及び流量測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管内を流れる水溶液の流量を測定する装置として、水溶液中にセンサを挿入して温度上昇等を測定する熱式流量計が知られている。しかし、この測定装置ではセンサを水溶液に接触させるために水溶液が汚染される虞れがある。
【０００３】
また、非接触で流量を測定する装置として、超音波を利用する流量計があるが、この超音波流量計では半導体製造工程等で使用するような微量な流量への適用が困難なことがある。
【０００４】
これらの問題に対して、近年では非接触かつ高精度で水溶液の流量を測定する装置として、特許文献１、２のような近赤外光を用いる装置が開示されている。
【０００５】
特許文献１、２では、図１１に示すように配管１中を流れる測定すべき流体を上流側の加熱点Ａにおいて、近赤外レーザー光の周期的な出力を有する加熱部２によって、水溶液中に周期性の熱マーカーを生成し、この熱マーカーを下流側の２個所の測定点Ｂ、Ｃに配置した温度検出部３、４において検知する。
【０００６】
即ち、加熱された水溶液の熱マーカーが下流側の２個所の測定点Ｂ、Ｃを通過する際の時間差を計測し、この時間差と測定点Ｂ、Ｃ間の距離とに基づいて流速を求め、配管１の断面積との関係から水溶液の流量を算出する。熱マーカーの２個所の測定点Ｂ、Ｃへの到達は、近赤外レーザー光を水溶液中に照射して温度による水溶液の光の吸収度の変化を検出して判別する。
【０００７】
この測定法では、上流の加熱点Ａにおいて、流体をパルス加熱や正弦波加熱のような周期的な加熱方法により熱マーカーを生成し、発生した周期的な温度変化を下流において検出する。即ち、熱マーカーが測定点Ｂ、Ｃに到達する時刻を測定して、液体の測定点Ｂ、Ｃ問の通過時間差Δｔを計測する。
【０００８】
特許文献１、２では、このような熱式流量計の原理に基づいて流量が測定され、水溶液の加熱及びその下流での温度変化の検出に近赤外域のレーザー光を用いている。加熱には波長１０５０ｎｍ付近のレーザー光を用い、熱マーカーの検出には、水の吸収に対し感度の高い波長１４９０ｎｍ付近のレーザー光を用いて、水溶液の温度上昇により光の吸収度が変化することを利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２５１７６６号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、このような水溶液を配管内に流す場合には、ポンプにより水溶液を供給している。しかし、ポンプの構造から通常では、吐出に伴い流体中に圧力変動や流速変動による脈動が加わることは避けられず、前述の従来の測定手段において、この脈動と熱マーカーの混在が流量の測定を困難にしている。
【００１１】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、配管内を流れる流体が脈動を有する場合においても、その脈動を利用し、精度良く流量を測定し得る流量測定装置及び流量測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係る流量測定装置は、ポンプにより吐出され脈動流として配管内を流れる流体の流量を測定する流量測定装置であって、前記配管内の流体を外部から加熱することにより脈動に応じた温度変動を流体に与える加熱部と、該加熱部の下流に配置され、前記流体の温度変動を検出する温度変動検出部と、検出された前記温度変動に基づいて前記流体の流量を算出する制御演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る流量測定方法は、ポンプにより吐出され脈動流として配管内を流れる流体の流量を測定する流量測定方法であって、前記配管内の流体を外部から加熱することにより脈動に応じた温度変動を流体中に生成し、下流において前記流体の温度変動を検出し、検出された前記温度変動に基づいて前記流体の流量を算出することを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明に係る流量測定装置は、配管内の流体を外部から加熱し脈動に応じた温度変動を流体中に生成する加熱部と、該加熱部の下流に配置し前記流体の前記温度変動を検出する温度変動検出部とを備え、ポンプによる吐出された脈動流として前記配管内を流れる前記流体の流量を測定する流量測定装置において、前記温度変動検出部において検出された前記温度変動に基づいて脈動流周波数を検出し、該脈動流周波数を基に第１の校正曲線を用いて流量を算出する第１の測定手段と、前記温度変動検出部を前記配管に所定距離を隔てた２個所にそれぞれ配置し、検出された前記温度変動に基づいて前記流体が２つの前記温度変動検出部にそれぞれ到達した時間差を検出し、検出された時間差を基に第２の校正曲線を用いて流量を算出する第２の測定手段とを有し、前記第１の測定手段により前記流量を測定中に前記第１の測定手段による測定に不都合が生じた場合に、前記第２の測定手段に切換えて前記流量を前記第２の測定手段により測定するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る流量測定装置及び流量測定方法によれば、脈動を伴う流体にその脈動に応じた温度変動を生成し、この温度変動を基に流量測定を行うので、流体中に脈動が存在しても問題なく測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１の構成図である。
【図２】実施例１の動作フローチャート図である。
【図３】水の吸収スペクトルのグラフ図である。
【図４】ピ−ク部を拡大して示す吸収スペクトルのグラフ図である。
【図５】温度に対する吸収スペクトルのグラフ図である。
【図６】脈動流周波数の測定原理の説明図である。
【図７】校正曲線のグラフ図である。
【図８】実施例２の構成図である。
【図９】実施例２の動作フローチャート図である。
【図１０】実施例３の動作フローチャート図である。
【図１１】従来例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を図１〜図１０に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１に示す実施例１の流量測定装置は、レーザー光を透過する例えばテフロン（登録商標）などの合成樹脂から成る配管１０内を流れる水溶液の流量を測定する。なお、ここでは流体を水溶液として説明するが、測定対象は水以外の液体であっても或いは気体であってもよい。
【００１９】
ここで、流量を生成するポンプ１１により供給される水溶液の流れには、ポンプ１１の作動に起因する脈動が含まれている。この脈動流周波数は流量と１対１の関係を有するので、予めその関係を求めておけば、脈動流周波数から水溶液の流量を推測することができる。なお、脈動流とは配管１０内を時間的に速度の変動を伴いながら一定方向に移動してゆく流れをいう。また、脈動流周波数とは配管１０内を流れる水溶液の流れの周期性を示し、脈動の時間的な変化を示す数値である。
【００２０】
図１に示すように実施例１の流量測定装置は、加熱部１２と、温度検出部１３と、流量測定部１４とを備えている。
【００２１】
配管１０の上流にはポンプ１１が設けられており、ポンプ１１は配管１０内の水溶液を循環させている。加熱部１２は加熱用レーザー光源を有し、ポンプ１１の下流の加熱点Ａの配管１０の外部に配置されている。加熱部１２は配管１０内の水溶液を配管１０の外部から加熱することで、水溶液の脈動に応じた温度変動を水溶液に対して与える。
【００２２】
温度検出部１３は下流側の測定点Ｂの配管１０の周囲に設けられている。温度検出部１３はレーザー光の投受光部を有しており、水溶液の温度変動を検出する。
【００２３】
本実施例における配管１０の内径は、例えば３ｍｍ、加熱点Ａと測定点Ｂの距離は１．５ｍｍである。水溶液の流量は例えば１〜１０ｍＬ／ｍｉｎであり、脈動流周波数は約０．２〜２．２Ｈｚである。
【００２４】
流量測定部１４は加熱部１２及び温度検出部１３に接続されており、温度検出部１３により検出された温度変動に基づいて流量を測定する。図１に示すように、流量測定部１４には、制御演算部１５、光強度検出部１６、脈動流周波数測定部１７、相対情報記憶部１８が設けられている。
【００２５】
制御演算部１５は実施例１の流量測定装置全体を制御し、例えばＣＰＵやパーソナルコンピュータなどから構成され、制御演算部１５の出力は加熱部１２に接続されている。
【００２６】
光強度検出部１６は脈動流周波数測定部１７及び温度検出部１３に接続されており、温度検出部１３の受光部１３ｂが受光する光束の吸光度を基に、配管１０内を流れる水溶液の温度変動を検出する。なお、本発明の温度変動検出部は、発光部１３ａ、受光部１３ｂ及び光強度検出部１６により構成されている。
【００２７】
脈動流周波数測定部１７は光強度検出部１６において検出される水溶液の温度変動に基づいて、流体の脈動流周波数を検出する。相対情報記憶部１８には後述するように、水溶液の流量と脈動流周波数との相対情報である校正曲線が記憶されている。
【００２８】
ここで、加熱部１２により出力される近赤外レーザー光による光束は配管１０を流れる水溶液に対して、図示しない光学系を介して照射するように構成されている。また、温度検出部１３は発光部１３ａと受光部１３ｂを備えており、発光部１３ａ及び受光部１３ｂは互いに対向して設けられ、発光部１３ａと受光部１３ｂの間には配管１０が配置されている。そして、受光部１３ｂの出力は光強度検出部１６に接続されている。
【００２９】
図２は実施例１の動作フローチャート図である。加熱点Ａにおいて加熱部１２の半導体レーザー光源から例えば波長１０５０ｎｍ、出力２Ｗを持つ加熱用の近赤外レーザー光を、配管１０中の水溶液に照射し加熱する（ステップＳ１）。
【００３０】
ポンプ１１の吐出により、水溶液の流れには脈動、つまり流速の早い時間帯と遅い時間帯が周期的に生成されている。この水溶液に強度が一定の加熱用レーザー光を照射すると、流速の遅い時間帯に加熱された部分の温度は流速の早い時間帯に加熱された部分の温度よりも上昇し、この結果、周期的な温度変動が生じ、加熱点Ａにおいて検出対象となる温度マーカー部が生成される。ここでは、温度変動が与えられた水溶液中で相対的に高温となる部分、即ち流速の遅い時間帯に加熱された部分を温度マーカー部とする。 この温度変動を生じた水溶液に、下流の測定点Ｂにおいて発光部１３ａから図示しない光学系を介して、例えば１４００〜１４９０ｎｍの検出用の近赤外レーザー光を照射し、配管１０、水溶液を通過した透過光をフォトダイオードなどから成る受光部１３ｂにより受光する（ステップＳ２）。
【００３１】
水の吸光度スペクトルは水特有の温度依存性を有している。即ち、図３に示すように、水は近赤外光域１３００〜２０００ｎｍまでの透過光に対して、特定の波長１４５０ｎｍ及び１９００ｎｍ付近においてピークを持つような吸光度スペクトルＫ１を有している。しかも、このピ−ク部分の吸光度スペクトルＫ１は、水の分子結合状態に依存し、水の温度が上昇すると短波長側に顕著にシフトする。図３の場合に、吸光度スペクトルＫ１は水の温度が２５℃〜４５℃程度の範囲で変化すれば、これに応じてピ−ク部が移動している。図４は１４５０ｎｍ付近のピ−ク部の拡大図であるが、温度の上昇に応じてピ−ク部にシフトが生じていることが分かる。
【００３２】
そこで、複数の温度についての吸光度スペクトルＫ１に基づいて、そのうちの１つを例えば２０℃を基準温度として、この基準温度の吸光度スペクトルと他の温度の吸光度スペクトルとの差分を演算する。これにより、図５に示すように、２０℃を基準温度として他の温度２５℃〜４５℃の吸光度差を測定し易い大きな変化として示した吸光度差スペクトルＫ２が得られる。
【００３３】
この吸光度差スペクトルＫ２によって、発光部１３ａからの照射光を例えば波長を１４９０ｎｍに特定したときの各温度の値は、各温度と基準温度との間の吸光度の差分を表す値として明確に区別できる。この関係を利用して、温度が未知の水溶液を透過した透過光について、特定の波長の光強度を時間の経過に従って順次に検出してゆくことにより、検出される吸光度と基準温度時の吸光度との吸光度差を知れば、水溶液の温度変化を検出できることになる。
【００３４】
光強度検出部１６において温度変動が与えられた水溶液中の高温部分である温度マーカー部を検出し（ステップＳ３）、脈動流周波数測定部１７において、この温度変動が与えられた水溶液中の温度マーカー部が単位時間当りに測定点Ｂを通過する数を、脈動流周波数として求めることができる（ステップＳ４）。
【００３５】
図６は脈動流周波数の測定原理の説明図である。図６において、縦軸は受光部１３ｂで受光すべき温度マーカー部の光強度ＥＤを模擬的に表し、横軸は時間（ｔｉｍｅ）を表している。ここで、受光部１３ｂが受光する光強度ＥＤの変動周期と、温度変動の周期とは一致する。
【００３６】
なお、脈動流周波数の算出に際しては、受光部１３ｂで受光した温度マーカー部の時間間隔の平均値を用いる。例えば、時刻Ｔ０とＴ１の間の時間間隔がΔＴ０、時刻Ｔ１とＴ２の間の時間間隔がΔＴ１の場合に、脈動流周波数測定部１７はΔＴ０とΔＴ１の平均値の逆数を脈動流周波数として求める。
【００３７】
相対情報記憶部１８には、水溶液の流量と脈動流周波数との相対情報である図７に示すような校正曲線が記憶されている。この校正曲線は予め実験等により取得され、制御演算部１５は校正曲線を用いて、脈動流周波数測定部１７で測定された脈動流周波数に基づいて水溶液の流量を換算して算出する（ステップＳ５）。
【００３８】
このように、実施例１の測定手段によれば、従来、流量測定の精度に影響を与えてきた脈動を温度変動に変換し、吸光度の変化を脈動流周波数として捉えることによって、水溶液の流量を測定することができる。
【００３９】
このように、実施例１に係る測定方法では、脈動を伴う流体にその脈動に応じた温度変動を生成し、この温度変動を基に流量測定を行うので、従来問題であった脈動が存在しても良好な測定が可能となる。
【００４０】
なお上述の説明では、脈動流周波数の検出を測定点Ｂで行うとしているが、加熱点Ａよりも下流側の測定点Ｂ以外の測定点においても検出を行い、得られた２つの脈動流周波数の平均を求めるようにすれば、更に測定精度は向上する。また、そのときの測定用レーザー光は異なる波長のものを使用することもできる。
【実施例２】
【００４１】
図８は実施例２の構成図である。実施例１では水溶液の脈動流周波数を求めて流量を測定するのに対し、本実施例２では脈動による温度変動が生じた水溶液中の温度マーカー部が所定距離Ｌを隔てた２個所の測定点Ｂ、Ｃ間を通過する時間を検出して、流量を測定する。
【００４２】
実施例２においては、加熱点Ａに実施例１と同様の加熱部１２が設けられ、その下流の配管１０に沿った少なくとも２個所の測定点Ｂ、Ｃにそれぞれ温度検出部２１、２２が配置されている。２個所の測定点Ｂ、Ｃのうち、第１の測定点Ｂの温度検出部２１は、第１の発光部２１ａと第１の受光部２１ｂで構成され、第２の測定点Ｃの温度検出部２２は第２の発光部２２ａと第２の受光部２２ｂにより構成されている。
【００４３】
また、流量測定部２３には制御演算部２４、光強度検出部２５、時間差測定部２６、相対情報記憶部２７が備えられている。加熱部１２には制御演算部２４の出力が接続され、受光部２１ｂ、２２ｂの出力は光強度検出部２５を介して時間差測定部２６に接続されている。
【００４４】
制御演算部２４は実施例１の制御演算部１５に対応し、光強度検出部２５は光強度検出部１６に対応している。時間差測定部２６は光強度検出部２５により検出される温度変動に基づいて、水溶液の温度マーカー部が２つの温度検出部２１、２２にそれぞれ到達した時間差Δｔを検出する。
【００４５】
相対情報記憶部２７には、時間差測定部２６により検出される時間差Δｔに対する流量の校正曲線が予め記憶されている。制御演算部２４は相対情報記憶部２７に予め記憶されている時間差Δｔに対する流量を予め取得された校正曲線を用いて時間差Δｔを基に流量を演算する。
【００４６】
配管１０の径、加熱点Ａと測定点Ｂとの距離は実施例１と同様であるが、測定点Ｂ、Ｃ間の距離Ｌは例えば６．３ｍｍとされている。
【００４７】
図９は実施例２の動作フローチャート図である。加熱部１２による水溶液の加熱は、実施例１と同様手段により行う（ステップＳ１１）。
【００４８】
温度検出部２１、２２の発光部２１ａ、２２ａは、加熱された水溶液に対してそれぞれ光学系を介して近赤外レーザー光を照射する。発光部２１ａ、２２ａから照射された近赤外レーザー光は、配管１０、水溶液を通過した後に温度検出部２１、２２の受光部２１ｂ、２２ｂで受光される。受光部２１ｂ、２２ｂが受光した近赤外光の光強度は、光強度検出部２５によって検出される。
【００４９】
この場合における光強度検出部２５でなされる温度変動の検出方法は、実施例１と同様に水の温度に依存した吸光度の変化から求めている。つまり、第１の測定点Ｂの温度検出部２１で発光部２１ａから発せられたレーザー光を受光部２１ｂで受光する（ステップＳ１２）。検出された光の透過度は光強度検出部２５に送られ、吸光度のピーク値が得られたときに水溶液中の温度マーカー部が測定点Ｂに到達したことを判別し、同時に時間差測定部２６はこの温度マーカー部の到達時刻ｔ１を検出する（ステップＳ１３）。
【００５０】
同様にして、第２の測定点Ｃの温度検出部２２において、発光部２２ａから発せられたレーザー光を受光部２２ｂで受光する（ステップＳ１４）。第１の測定点Ｂを捉えた温度マーカー部を判別し、到達時刻ｔ２を検出する（ステップＳ１５）。そして、時間差Δｔ（＝ｔ２−ｔ１）を時間差測定部２６で算出する（ステップＳ１６）。
【００５１】
時間差Δｔは流量と強く関係している。制御演算部２４は時間差Δｔに対する流量の相対情報記憶部２７で記憶している校正曲線を用いて、時間差Δｔから流量を演算する（ステップＳ１７）。
【００５２】
なお、発光部２１ａ、２２ａから発せられる近赤外レーザー光の波長は、吸収スペクトルにより温度変化を検出できれば、同じであっても異なっていてもよい。
【００５３】
また、実施例２において、測定点Ｂ又はＣの温度検出部２１又は温度検出部２２の一方を用いて、実施例１の測定手段に併用することも可能である。この場合には、時間差測定と脈動流周波数による測定とによる２つの測定値が得られることになる。
【００５４】
なお、測定点Ｂ、Ｃ以外にも測定点を設けて、得られた複数の時間差を用いて流量を算出し、平均を求めれば更に精度の良い流速測定が可能となる。
【実施例３】
【００５５】
上述したように本発明においては、加熱部１２により配管１０内の水溶液を加熱することで流体の脈動に応じた温度変動を生成した後に、実施例１の測定手段、実施例２の測定手段の何れかの手段により、流体の流量測定を行うことができる。本実施例３においては、常時は例えば実施例１の手段で流量を測定し、実施例１の測定で不都合が生じた場合には、実施例１による脈動流周波数を用いた校正曲線が適用できなくなるので、実施例２の測定手段に切換えるようにしている。
【００５６】
ここで、実施例１の測定で不都合が生じた場合としては、例えばポンプ１１や配管１０の不具合が挙げられる。即ち、配管１０が詰まったり、ポンプ１１に故障が発生した結果、脈動流周波数の算出結果にばらつきが生じ、脈動流周波数及び流量の関係が異常になった場合である。本実施例３では、後述のように脈動流周波数及び流量の関係が異常になったか否かを、受光部１３により受光したレーザー光の光強度の検出値によって判断する。
【００５７】
実施例３では、加熱点Ａ、測定点Ｂ、Ｃを備え、実施例１の手段で測定する場合には、図１に示すように加熱点Ａ、測定点Ｂを使用し、実施例２の手段で測定する場合には、図８に示すように加熱点Ａ、測定点Ｂ、Ｃを使用する。そして、実施例１、２で説明した共用の要素については共用して使用し、切換え可能な回路要素は切換えて使用する。
【００５８】
図１０は実施例３の動作フローチャート図である。ステップＳ２１〜Ｓ２３は実施例１の図２のステップＳ１〜Ｓ３と同様である。
【００５９】
実施例１の測定手段で不都合が生じたか否か、つまり脈動流周波数及び流量の関係が異常になったか否かは、上述のように受光部１３ｂの受光強度の検出値により確認することができ、測定点Ｂにおいて受光強度が所定範囲内にあるかを制御演算部１５が判断する（ステップＳ２４）。ここでは、受光強度が所定範囲内にあるか否かの閾値を、正常値の±５％以内とする。即ち、受光強度が正常値に対して５％以上ずれた場合に、実施例１の測定手段による測定で不都合が生じたと判断する。受光強度が所定範囲内であると制御演算部１５が判断すれば、実施例１の測定手段による測定を継続し、ステップＳ２５に進む。ステップＳ４、ステップＳ５と同様にして温度マーカー部を基に脈動流周波数を測定し（ステップＳ２５）、制御演算部１５はこの脈動流周波数を基に校正曲線から流量を算出する。
【００６０】
一方、ステップＳ２４で受光強度が所定範囲外であると制御演算部１５が判断すると、制御演算部１５は実施例１の測定手段による測定を中止して、実施例２の測定手段による測定に切換えてステップＳ２７に進む。受光強度が所定範囲内にあるか否かは、実施例１の測定手段による流量の測定中に、測定点Ｂにおける水溶液の光強度を光強度検出部１６でモニタすることによって検知できる。そして、流量測定の切換は、光強度検出部１６による検知結果に基づいて手動又は自動で行うことができるが、自動切換は制御演算部によって行われる。
【００６１】
実施例２の測定手段では、脈動流周波数及び流量の関係が異常になり、実施例１の測定で不都合が生じた場合でも、水溶液中の温度マーカー部が測定点Ｂ、Ｃ間を移動する時間差をリアルタイムで実測しているので、流量測定に支障をきたすことは少ない。
【００６２】
ステップＳ２７〜Ｓ３１は実施例２の図９のステップＳ１３〜Ｓ１７と同様である。光強度検出部２５が測定点Ｂにおける到達時刻ｔ１を検出し（ステップＳ２７）、測定点Ｃにおける透過光を受光部２２ｂで受光し（ステップＳ２８）、強度到達時刻ｔ２を検出し（ステップＳ２９）、続いて時間差測定部２６により時間差Δｔを求め（ステップＳ３０）、制御演算部２４が時間差Δｔを基に実施例２の校正曲線を用いて流量を算出する（ステップＳ３１）。
【００６３】
なお上述の実施例では、水溶液の加熱に近赤外レーザー光を用いたが、別の波長を有する電磁波を利用することもできる。或いは、配管１０の周囲にニクロム線などのヒータを設けて一様に加熱してもよい。
【００６４】
更に、液体の吸光度変化の検出においても、近赤外レーザー光とは限らず、吸収スペクトルの変化が温度依存性を有するような波長光を使用すればよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 配管
１１ ポンプ
１２ 加熱部
１３、２１、２２ 温度検出部
１３ａ、２１ａ、２２ａ 発光部
１３ｂ、２１ｂ、２２ｂ 受光部
１４、２３ 流量測定部
１５、２４ 制御演算部
１６、２５ 光強度検出部
１７ 脈動流周波数測定部
１８、２７ 相対情報記憶部
２６ 時間差測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプにより吐出され脈動流として配管内を流れる流体の流量を測定する流量測定装置であって、前記配管内の流体を外部から加熱することにより脈動に応じた温度変動を流体に与える加熱部と、該加熱部の下流に配置され、前記流体の温度変動を検出する温度変動検出部と、検出された前記温度変動に基づいて前記流体の流量を算出する制御演算部とを備えたことを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】
前記加熱部は近赤外レーザー光により流体を加熱することを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
【請求項３】
前記温度変動検出部は前記流体に光束を照射する発光部と、前記流体を透過した光束を受光する受光部と、該受光部が受光する光束の吸光度を基に前記温度変動を検出する光強度検出部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の流量測定装置。
【請求項４】
前記温度変動検出部は流体の吸光度が温度依存性を有する波長の近赤外レーザー光を用いたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の流量測定装置。
【請求項５】
前記温度変動検出部において検出された前記温度変動に基づいて前記流体の脈動流周波数を検出する脈動流周波数検出部を備え、前記制御演算部は得られた脈動流周波数を校正曲線を用いて流量に換算することを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の流量測定装置。
【請求項６】
前記温度変動検出部は前記配管に所定距離を隔てた２個所にそれぞれ配置し、前記温度変動検出部により検出された前記温度変動が２つの前記温度変動検出部にそれぞれ到達した時間差を検出する時間差測定部を備え、前記制御演算部は測定された時間差を基に校正曲線を用いて流量に換算することを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の流量測定装置。
【請求項７】
ポンプにより吐出され脈動流として配管内を流れる流体の流量を測定する流量測定方法であって、前記配管内の流体を外部から加熱することにより脈動に応じた温度変動を流体中に生成し、下流において前記流体の温度変動を検出し、検出された前記温度変動に基づいて前記流体の流量を算出することを特徴とする流量測定方法。
【請求項８】
前記温度変動は前記流体に光束を照射し、前記流体を透過した光束の吸光度を基に検出することを特徴とする請求項７に記載の流量測定方法。
【請求項９】
前記温度変動の検出は流体の吸光度が温度依存性を有する波長の近赤外レーザー光を用いたことを特徴とする請求項７又は８に記載の流量測定方法。
【請求項１０】
検出された前記温度変動に基づいて前記流体の脈動流周波数を検出し、得られた脈動流周波数を校正曲線を用いて流量に換算することを特徴とする請求項７〜９の何れか１つの請求項に記載の流量測定方法。
【請求項１１】
前記配管に所定距離を隔てた下流の２個所でそれぞれ検出された前記温度変動が２つの検出個所にそれぞれ到達した時間差を検出し、測定された時間差を基に校正曲線を用いて流量を算出することを特徴とする請求項７〜１０の何れか１つの請求項に記載の流量測定方法。
【請求項１２】
配管内の流体を外部から加熱し脈動に応じた温度変動を流体中に生成する加熱部と、該加熱部の下流に配置し前記流体の前記温度変動を検出する温度変動検出部とを備え、ポンプによる吐出された脈動流として前記配管内を流れる前記流体の流量を測定する流量測定装置において、前記温度変動検出部において検出された前記温度変動に基づいて脈動流周波数を検出し、該脈動流周波数を基に第１の校正曲線を用いて流量を算出する第１の測定手段と、前記温度変動検出部を前記配管に所定距離を隔てた２個所にそれぞれ配置し、検出された前記温度変動に基づいて前記流体が２つの前記温度変動検出部にそれぞれ到達した時間差を検出し、検出された時間差を基に第２の校正曲線を用いて流量を算出する第２の測定手段とを有し、前記第１の測定手段により前記流量を測定中に前記第１の測定手段による測定に不都合が生じた場合に、前記第２の測定手段に切換えて前記流量を前記第２の測定手段により測定するように構成されたことを特徴とする流量測定装置。
【請求項１３】
前記脈動流周波数の検出に際して前記温度変動の検出に用いる光束の受光強度に異常があると判別されると、前記第１の測定手段による測定に不都合があると判断する請求項１２に記載の流量測定装置。
【請求項１】
ポンプにより吐出され脈動流として配管内を流れる流体の流量を測定する流量測定装置であって、前記配管内の流体を外部から加熱することにより脈動に応じた温度変動を流体に与える加熱部と、該加熱部の下流に配置され、前記流体の温度変動を検出する温度変動検出部と、検出された前記温度変動に基づいて前記流体の流量を算出する制御演算部とを備えたことを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】
前記加熱部は近赤外レーザー光により流体を加熱することを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
【請求項３】
前記温度変動検出部は前記流体に光束を照射する発光部と、前記流体を透過した光束を受光する受光部と、該受光部が受光する光束の吸光度を基に前記温度変動を検出する光強度検出部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の流量測定装置。
【請求項４】
前記温度変動検出部は流体の吸光度が温度依存性を有する波長の近赤外レーザー光を用いたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の流量測定装置。
【請求項５】
前記温度変動検出部において検出された前記温度変動に基づいて前記流体の脈動流周波数を検出する脈動流周波数検出部を備え、前記制御演算部は得られた脈動流周波数を校正曲線を用いて流量に換算することを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の流量測定装置。
【請求項６】
前記温度変動検出部は前記配管に所定距離を隔てた２個所にそれぞれ配置し、前記温度変動検出部により検出された前記温度変動が２つの前記温度変動検出部にそれぞれ到達した時間差を検出する時間差測定部を備え、前記制御演算部は測定された時間差を基に校正曲線を用いて流量に換算することを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の流量測定装置。
【請求項７】
ポンプにより吐出され脈動流として配管内を流れる流体の流量を測定する流量測定方法であって、前記配管内の流体を外部から加熱することにより脈動に応じた温度変動を流体中に生成し、下流において前記流体の温度変動を検出し、検出された前記温度変動に基づいて前記流体の流量を算出することを特徴とする流量測定方法。
【請求項８】
前記温度変動は前記流体に光束を照射し、前記流体を透過した光束の吸光度を基に検出することを特徴とする請求項７に記載の流量測定方法。
【請求項９】
前記温度変動の検出は流体の吸光度が温度依存性を有する波長の近赤外レーザー光を用いたことを特徴とする請求項７又は８に記載の流量測定方法。
【請求項１０】
検出された前記温度変動に基づいて前記流体の脈動流周波数を検出し、得られた脈動流周波数を校正曲線を用いて流量に換算することを特徴とする請求項７〜９の何れか１つの請求項に記載の流量測定方法。
【請求項１１】
前記配管に所定距離を隔てた下流の２個所でそれぞれ検出された前記温度変動が２つの検出個所にそれぞれ到達した時間差を検出し、測定された時間差を基に校正曲線を用いて流量を算出することを特徴とする請求項７〜１０の何れか１つの請求項に記載の流量測定方法。
【請求項１２】
配管内の流体を外部から加熱し脈動に応じた温度変動を流体中に生成する加熱部と、該加熱部の下流に配置し前記流体の前記温度変動を検出する温度変動検出部とを備え、ポンプによる吐出された脈動流として前記配管内を流れる前記流体の流量を測定する流量測定装置において、前記温度変動検出部において検出された前記温度変動に基づいて脈動流周波数を検出し、該脈動流周波数を基に第１の校正曲線を用いて流量を算出する第１の測定手段と、前記温度変動検出部を前記配管に所定距離を隔てた２個所にそれぞれ配置し、検出された前記温度変動に基づいて前記流体が２つの前記温度変動検出部にそれぞれ到達した時間差を検出し、検出された時間差を基に第２の校正曲線を用いて流量を算出する第２の測定手段とを有し、前記第１の測定手段により前記流量を測定中に前記第１の測定手段による測定に不都合が生じた場合に、前記第２の測定手段に切換えて前記流量を前記第２の測定手段により測定するように構成されたことを特徴とする流量測定装置。
【請求項１３】
前記脈動流周波数の検出に際して前記温度変動の検出に用いる光束の受光強度に異常があると判別されると、前記第１の測定手段による測定に不都合があると判断する請求項１２に記載の流量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２１４９０８（Ｐ２０１１−２１４９０８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８１４３８（Ｐ２０１０−８１４３８）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人電気通信大学 (383)
【出願人】（３９００２６９９６）東京計装株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人電気通信大学 (383)
【出願人】（３９００２６９９６）東京計装株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
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