流量計測装置
【課題】計測流量値の信頼性を高める。
【解決手段】メモリ２−２に、基準差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す基準の特性テーブルＴＢと、基準差圧よりも低い差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す低差圧時の特性テーブルＴＬと、基準差圧よりも高い差圧における弁体１−２の予め定められた低開度閾値θｔｈ以下の開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルＴＨとを格納する。この特性テーブルＴＬ，ＴＢ，ＴＨから現在の差圧ΔＰおよび弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを求め、この流量係数Ｃｖと現在の差圧ΔＰとから管路１−１を流れる流体の流量Ｑを算出する。
【解決手段】メモリ２−２に、基準差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す基準の特性テーブルＴＢと、基準差圧よりも低い差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す低差圧時の特性テーブルＴＬと、基準差圧よりも高い差圧における弁体１−２の予め定められた低開度閾値θｔｈ以下の開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルＴＨとを格納する。この特性テーブルＴＬ，ＴＢ，ＴＨから現在の差圧ΔＰおよび弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを求め、この流量係数Ｃｖと現在の差圧ΔＰとから管路１−１を流れる流体の流量Ｑを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、管路内を流れる流体の流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管路には流量計と弁の両者を配置し、流量計によって計測された流量に基づいて弁の開度を制御するようにしていた。しかし、このような方法では、流量計と弁の両者を配管しなければならず、コストもアップする。そこで、流量計測機能と弁開度の制御機能との両機能を具備した流量制御弁が望まれ、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この流量制御弁は、流体流路を形成する管路とこの管路内を流れる流体の流量を規制する弁体とを備えた弁本体と、この弁本体に取り付けられ弁体の開度を制御するアクチュエータとを備えている。弁本体には、弁体の上流側の流体圧力Ｐ１を検出する第１の圧力センサと、弁体の下流側の流体圧力Ｐ２を検出する第２の圧力センサと、弁体の開度（弁開度）θを検出する弁開度センサが設けられている。アクチュエータにはＣＰＵやメモリが搭載されている。
【０００４】
アクチュエータのＣＰＵは、第１の圧力センサからの流体圧力Ｐ１と第２の圧力センサからの流体圧力Ｐ２とから弁体の上下流間の差圧ΔＰを求め、弁開度センサからの弁開度θに応じた流量係数Ｃｖをメモリに格納されている特性テーブルから読み出し、この流量係数Ｃｖと差圧ΔＰから弁本体の管路内を流れる流体の流量Ｑを下記（１）式により算出する。そして、この算出した流量Ｑを計測流量Ｑｐｖとして設定流量Ｑｓｐとを比較し、計測流量Ｑｐｖが設定流量Ｑｓｐに一致するように弁開度θを制御する。
【０００５】
Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2 ・・・・（１）
但し、Ａは定数。
【０００６】
この流量制御弁において、弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係は、弁本体の口径や種類（ゲート弁、ディスク弁、ボール弁、バタフライ弁、スプール弁、フラッパ弁など）などによって異なる。このため、弁本体の口径や種類に合わせて適切な弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す特性テーブルを求めておき、この特性テーブルを取り付けられる弁本体に合わせて出荷時にアクチュエータのメモリに書き込んでいる。図１０にその特性テーブルの例を示す。
【０００７】
一般的には、弁体の上下流間の差圧に対してある基準差圧（例えば、０．１ＭＰａ）を決めておき、この基準差圧の下で弁体の弁開度θを所定値刻み（例えば、数パーセント刻み）で変えた場合の各開度に対する流量係数Ｃｖを求め、この流量係数Ｃｖを各開度θに対応させた特性テーブルを出荷時にアクチュエータのメモリに書き込んでいる。
【０００８】
そして、実際の流量の計測時には、メモリに書き込まれている特性テーブル上の現在の弁開度θの前後近似２点に対応する流量係数Ｃｖを用いて補間計算し、現在の弁開度θに対応する流量係数Ｃｖを算出し、上記（１）式に代入して流量Ｑを求めるようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開平４−２３２５１４号公報
【特許文献２】特開昭６０−１６８９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
出願人は、差圧ΔＰを様々に変え、その時の弁開度θに対応する流量係数Ｃｖを求めてみた。この場合、基準差圧（例えば、０．１ＭＰａ）を境にして、それ以上の高差圧においては、同開度の基準差圧での流量係数Ｃｖの偏差は５％程度に収まるのに対して、基準差圧よりも低い低差圧においては、十〜数十％の大きな偏差が生ずることが分かった。また、弁開度θがある開度より低開度（例えば、３０％〜４０％以下）になると、高差圧，低差圧に拘わらず、流量係数Ｃｖの偏差が非常に大きくなることも分かった。図１１にその結果を例示する。
【００１１】
しかしながら、従来の流量制御弁では、弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す特性テーブルとして、基準差圧における弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す特性テーブルのみを使用しているたため、基準差圧より低い低差圧時や高差圧でも低開度時に求められる流量係数Ｃｖに大きな誤差が生じ、計測流量値の信頼性が非常に低いという問題があった。
【００１２】
なお、流量制御弁では流量計測を行わずに、流量制御弁に接続した流量測定装置において、流量制御弁の管路内を流れる流体の流量の計測を行うようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。この場合、流量測定装置では、流量制御弁からの流体圧力Ｐ１とＰ２とから弁体の上下流間の差圧ΔＰを求め、流量制御弁からの弁開度θに応じた流量係数Ｃｖをメモリに格納されている特性テーブルから読み出し、この流量係数Ｃｖと差圧ΔＰから流量制御弁の管路内を流れる流体の流量Ｑを計測する。このような場合にも、流量測定装置のメモリには基準差圧における弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す特性テーブルしか書き込まれていないため、流量計測機能を有する流量制御弁と同様の問題が生じる。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、計測流量値の信頼性を高めることができる流量計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、メモリに、弁体の上下流間の差圧に対して予め定められた基準差圧における弁体の弁開度と流量係数との関係を示す基準の特性テーブルと、基準差圧よりも低い差圧における弁体の弁開度と流量係数との関係を示す低差圧時の特性テーブルとを少なくとも記憶させ、現在の差圧が基準差圧よりも低い場合、その差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数を低差圧時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて管路内を流れる流体の流量を算出するようにしたものである。
この発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルではなく、低差圧時の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められる。これにより、基準差圧よりも低い低差圧時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００１５】
第２発明（請求項１に係る発明）は、メモリに、弁体の上下流間の差圧に対して予め定められた基準差圧における弁体の弁開度と流量係数との関係を示す基準の特性テーブルと、基準差圧よりも低い差圧における弁体の弁開度と流量係数との関係を示す低差圧時の特性テーブルと、基準差圧よりも高い差圧における弁体の予め定められた低開度閾値以下の弁開度と流量係数との関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルとを少なくとも記憶させ、現在の差圧が基準差圧よりも低い場合、その差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数を低差圧時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて管路内を流れる流体の流量を算出し、現在の差圧が基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度が低開度閾値以下である場合、その差圧と弁開度に応ずる流量係数を高差圧低開度時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて管路内を流れる流体の流量を算出するようにしたものである。
この発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルではなく、低差圧時の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められる。また、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも高く、かつ弁開度が低開度閾値以下である場合、基準の特性テーブルではなく、高差圧低開度時の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められる。これにより、基準差圧よりも低い低差圧時であっても、基準差圧よりも高い高差圧時の低開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００１６】
第３発明（請求項３に係る発明）は、第２発明において、現在の差圧が基準差圧よりも高く、現在の弁開度が低開度閾値よりも大きい場合、その差圧と弁開度に応ずる流量係数を基準の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて管路内を流れる流体の流量を算出するようにしたものである。
この発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも高く、かつ弁体の弁開度が低開度閾値よりも大きい場合、基準の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められる。この場合、基準の特性テーブルから求められる流量係数は実際の流量係数と比較してその偏差が小さいので、基準差圧よりも高い高差圧時の高開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
また、第３発明では、高差圧高開度時には基準の特性テーブルから流量係数を求めるので、高差圧高開度時の特性テーブルを設けるようにした場合と比較し、メモリの記憶容量を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
第１発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルではなく、低差圧時の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められるものとなり、基準差圧よりも低い低差圧時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００１８】
第２発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルではなく、低差圧時の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められ、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度が低開度閾値以下である場合、基準の特性テーブルではなく、高差圧低開度時の特性テーブルから求められ、これにより、基準差圧よりも低い低差圧時であっても、基準差圧よりも高い高差圧時の低開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００１９】
第３発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも高く、かつ弁体の弁開度が低開度閾値よりも大きい場合、基準の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められ、基準差圧よりも高い高差圧時の高開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。また、この場合、高差圧高開度時には基準の特性テーブルから流量係数を求めるので、高差圧高開度時の特性テーブルを設けるようにした場合と比較し、メモリの記憶容量を小さくすることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１：流量制御弁〕
図１は本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量制御弁の一実施の形態の概略を示す図である。同図において、１００は流量制御弁であり、弁本体１と、この弁本体１に取り付けられたアクチュエータ２とで構成されている。
【００２１】
弁本体１は、流体流路を形成する管路１−１と、この管路１−１内を流れる流体の流量を規制する弁体１−２とを備えており、弁体１−２の上流側にはその管路内の流体圧力（上流側の流体圧力）Ｐ１を検出する第１の圧力センサＳ１が設けられ、弁体１−２の下流側にはその管路内の流体圧力（下流側の流体圧力）Ｐ２を検出する第２の圧力センサＳ２が設けられている。
【００２２】
アクチュエータ２は、ＣＰＵ２−１と、メモリ２−２と、表示部２−３と、モータ２−４とを備えており、モータ２−４の駆動軸は弁体１−２に連結されている。モータ２−４の駆動軸と弁体１−２との連結部には、弁体１−２の弁開度θを検出する弁開度センサＳ３が設けられている。
【００２３】
アクチュエータ２のＣＰＵ２−１には、第１の圧力センサＳ１が検出する弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１、第２の圧力センサＳ２が検出する弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２、弁開度センサＳ３が検出する弁体１−２の弁開度θ、上位装置からの設定流量Ｑｓｐが与えられる。
【００２４】
アクチュエータ２のメモリ２−２には、図２に示すように、基準差圧（この例では、０．１ＭＰａ）における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す基準の特性テーブルＴＢと、基準差圧よりも低い差圧（この例では、０．０２ＭＰａ、０．３５ＭＰａ）における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す低差圧時の特性テーブルＴＬと、基準差圧よりも高い差圧（この例では、０．１５ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．２５ＭＰａ、０．３ＭＰａ）における弁体１−２の予め定められた低開度閾値θｔｈ（この例では、３２．６３％）以下の開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルＴＨとが格納されている。なお、この実施の形態では、特性テーブルＴＢとＴＬとＴＣとを合わせたテーブルを特性テーブルＴＣｖとする。
【００２５】
以下、図３に示すフローチャートを参照して、メモリ２−２に格納されているプログラムに従ってアクチュエータ２のＣＰＵ２−１が実行する本実施の形態特有の処理動作について説明する。
【００２６】
ＣＰＵ２−１は、弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θ（現在の弁開度θ）を読み込む（ステップＳ１０１）。また、第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１と第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２を読み込み（ステップＳ１０２）、この読み込んだ流体圧力Ｐ１とＰ２とから弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰ（現在の差圧ΔＰ）を算出する（ステップＳ１０３）。
【００２７】
そして、ステップＳ１０１で読み込んだ弁体１−２の現在の弁開度θとステップＳ１０３で算出した弁体１−２の上下流間の現在の差圧ΔＰに応ずる流量係数Ｃｖを、メモリ２−２内の特性テーブルＴＣｖから補間計算によって求める（ステップＳ１０４）。
【００２８】
ここで、ＣＰＵ２−１は、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを低差圧時の特性テーブルＴＬから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧と等しい場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００２９】
また、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００３０】
そして、ＣＰＵ２−１は、ステップＳ１０４で求めた流量係数ＣｖとステップＳ１０３で求めた現在の差圧ΔＰとから弁本体１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑ（Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2）を算出し（ステップＳ１０５）、この算出した流量Ｑを計測流量Ｑｐｖとして表示部２−３に表示する（ステップＳ１０６）。
【００３１】
そして、上位装置からの設定流量Ｑｓｐを読み込み（ステップＳ１０７）、計測流量Ｑｐｖと設定流量Ｑｓｐとを比較し、計測流量Ｑｐｖが設定流量Ｑｓｐに一致するように、弁体１−２の弁開度θを制御する（ステップＳ１０８）。ＣＰＵ２−１は、このステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理動作を定周期で繰り返す。
【００３２】
図４にＣＰＵ２−１の処理動作として実現される流量計測部３の機能ブロック図を示す。この流量計測部３は、第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１および第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２を入力とし、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰ（現在の差圧ΔＰ）を算出する差圧算出部３Ａと、この差圧算出部３Ａからの差圧ΔＰと弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θ（現在の弁開度θ）を入力とし、メモリ２−２内の特性テーブルＴＣｖ（ＴＢ、ＴＬ、ＴＣ）から現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応じた流量係数Ｃｖを求めるＣｖ値演算部３Ｂと、差圧算出部３Ａからの現在の差圧ΔＰとＣｖ値演算部３Ｂからの流量係数Ｃｖとから弁本体１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑを算出する流量算出部３Ｃとから構成される。
【００３３】
本実施の形態では、ステップＳ１０４での処理動作から分かるように、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、低差圧時の特性テーブルＴＬから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められる。また、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求められる。これにより、基準差圧よりも低い低差圧時であっても、基準差圧よりも高い高差圧時の低開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態では、ステップＳ１０４での処理動作から分かるように、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁体１−２の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、基準の特性テーブルＴＢから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められる。この場合、基準の特性テーブルＴＢから求められる流量係数Ｃｖは実際の流量係数と比較してその偏差が小さいので、基準差圧よりも高い高差圧時の高開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００３５】
また、本実施の形態では、高差圧高開度時には基準の特性テーブルＴＢから流量係数Ｃｖを求めるようにしているので、高差圧高開度時の特性テーブルを設けるようにした場合と比較し、すなわち図２に斜線で示した部分に対応する特性テーブルを設けるようにした場合と比較し、メモリ２−２の記憶容量を小さくすることができる。
【００３６】
〔実施の形態２：流量測定装置〕
図５は本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量測定装置を流量制御弁に接続したシステムの一実施の形態の概略を示す図である。同図において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００３７】
この実施の形態では、流量制御弁１０１に流量測定装置５を接続し、流量測定装置５で流量制御弁１０１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑ（計測流量Ｑｐｖ）を算出するようにしている。
【００３８】
なお、この実施の形態において、流量制御弁１０１におけるアクチュエータ４は、ＣＰＵ４−１と、メモリ４−２と、モータ４−３とを備えた構成とし、アクチュエータ４のＣＰＵ５には、弁開度センサＳ３が検出する弁体１−２の弁開度θ、流量測定装置５からの計測流量Ｑｐｖ、上位装置からの設定流量Ｑｓｐを与えるようにしている。
【００３９】
流量測定装置５は、ＣＰＵ５−１と、メモリ５−２と、表示部５−３と、インタフェース５−４とを備えている。流量測定装置５のＣＰＵ５−１には、インタフェース５−４を介して、第１の圧力センサＳ１が検出する弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１、第２の圧力センサＳ２が検出する弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２、弁開度センサＳ３が検出する弁体１−２の弁開度θが与えられる。
【００４０】
流量測定装置５のメモリ５−２には、実施の形態１と同様に、基準差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す基準の特性テーブルＴＢと、基準差圧よりも低い差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す低差圧時の特性テーブルＴＬと、基準差圧よりも高い差圧における弁体１−２の予め定められた低開度閾値θｔｈ以下の開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルＴＨとが格納されている。すなわち、図２に示した特性テーブルＴＣｖ（ＴＬ，ＴＢ，ＴＨ）が格納されている。
【００４１】
以下、図６に示すフローチャートを参照して、メモリ５−２に格納されているプログラムに従って流量測定装置５のＣＰＵ５−１が実行する処理動作について説明する。
【００４２】
ＣＰＵ５−１は、弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θ（現在の弁開度θ）を読み込む（ステップＳ２０１）。また、第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１と第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２を読み込み（ステップＳ２０２）、この読み込んだ流体圧力Ｐ１とＰ２とから弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰ（現在の差圧ΔＰ）を算出する（ステップＳ２０３）。
【００４３】
そして、ステップＳ２０１で読み込んだ弁体１−２の現在の弁開度θとステップＳ２０３で算出した弁体１−２の上下流間の現在の差圧ΔＰに応ずる流量係数Ｃｖを、メモリ２−２内の特性テーブルＴＣｖから補間計算によって求める（ステップＳ２０４）。
【００４４】
ここで、ＣＰＵ５−１は、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを低差圧時の特性テーブルＴＬから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧と等しい場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００４５】
また、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００４６】
そして、ＣＰＵ５−１は、ステップＳ２０４で求めた流量係数ＣｖとステップＳ２０３で求めた現在の差圧ΔＰとから流量制御弁１０１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑ（Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2）を算出し（ステップＳ２０５）、この算出した流量Ｑを計測流量Ｑｐｖとして表示部２−３に表示するとともに（ステップＳ２０６）、インタフェース５−４を介して流量制御弁１０１のアクチュエータ４へ送る（ステップＳ２０７）。ＣＰＵ５−１は、このステップＳ２０１〜Ｓ２０７の処理動作を定周期で繰り返す。
【００４７】
アクチュエータ４のＣＰＵ４−１は、流量測定装置５から計測流量Ｑｐｖが送られてくると、この送られてきた計測流量Ｑｐｖと設定流量Ｑｓｐとを比較し、計測流量Ｑｐｖが設定流量Ｑｓｐに一致するように、弁体１−２の弁開度θを制御する。この弁開度θの制御はメモリ４−２に格納されているプログラムに従って行われる。
【００４８】
図７にＣＰＵ５−１の処理動作として実現される流量計測部６の機能ブロック図を示す。この流量計測部６は、第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１および第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２を入力とし、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰ（現在の差圧ΔＰ）を算出する差圧算出部６Ａと、この差圧算出部６Ａからの差圧ΔＰと弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θ（現在の弁開度θ）を入力とし、メモリ５−２内の特性テーブルＴＣｖ（ＴＢ、ＴＬ、ＴＣ）から現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応じた流量係数Ｃｖを求めるＣｖ値演算部６Ｂと、差圧算出部６Ａからの現在の差圧ΔＰとＣｖ値演算部６Ｂからの流量係数Ｃｖとから弁本体１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑを算出する流量算出部６Ｃとから構成される。
【００４９】
この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、低差圧時の特性テーブルＴＬから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められ、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求められ、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁体１−２の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、基準の特性テーブルＴＢから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められる。これにより、低差圧，高差圧に拘わらず精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。また、メモリ５−２の記憶容量を小さくすることができる。
【００５０】
〔実施の形態３：流量測定装置〕
図８は本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量測定装置を流量制御弁に接続したシステムの他の実施の形態の概略を示す図である。同図において、図５と同一符号は図５を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００５１】
この実施の形態では、複数の流量制御弁１０１を流量測定装置７に接続し、流量測定装置７でこれら複数の流量制御弁１０１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑを算出するようにしている。この例では、複数の流量制御弁１０１を２つの流量制御弁１０１Ａ，１０１Ｂとし、この流量制御弁１０１Ａ，１０１Ｂの管路１−１，１−１内を流れる流体の流量ＱＡ，ＱＢ（計測流量ＱＡｐｖ，ＱＢｐｖ）を算出するようにしている。
【００５２】
流量測定装置７は、ＣＰＵ７−１と、メモリ７−２と、表示部７−３と、インタフェース７−４とを備えている。流量測定装置７のＣＰＵ７−１には、インタフェース７−４を介して、流量制御弁１０１Ａにおける第１の圧力センサＳ１が検出する弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１Ａ、第２の圧力センサＳ２が検出する弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２Ａ、弁開度センサＳ３が検出する弁体１−２の弁開度θＡ、流量制御弁１０１Ｂにおける第１の圧力センサＳ１が検出する弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１Ｂ、第２の圧力センサＳ２が検出する弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２Ｂ、弁開度センサＳ３が検出する弁体１−２の弁開度θＢが与えられる。
【００５３】
流量測定装置７のメモリ７−２には、実施の形態１と同様に、基準差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す基準の特性テーブルＴＢと、基準差圧よりも低い差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す低差圧時の特性テーブルＴＬと、基準差圧よりも高い差圧における弁体１−２の予め定められた低開度閾値θｔｈ以下の開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルＴＨとが格納されている。すなわち、図２に示した特性テーブルＴＣｖ（ＴＬ，ＴＢ，ＴＨ）が格納されている。
【００５４】
以下、図９に示すフローチャートを参照して、メモリ７−２に格納されているプログラムに従って流量測定装置７のＣＰＵ７−１が実行する本実施の形態特有の処理動作について説明する。
【００５５】
ＣＰＵ７−１は、流量制御弁１０１Ａの弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θＡ（現在の弁開度θＡ）を読み込む（ステップＳ３０１）。また、流量制御弁１０１Ａの第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１Ａと第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２Ａを読み込み（ステップＳ３０２）、この読み込んだ流体圧力Ｐ１ＡとＰ２Ａとから流量制御弁１０１Ａの弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰを算出する（ステップＳ３０３）。
【００５６】
そして、ステップＳ３０１で読み込んだ流量制御弁１０１Ａの弁体１−２の現在の弁開度θＡとステップＳ３０３で算出した流量制御弁１０１Ａの弁体１−２の上下流間の現在の差圧ΔＰに応ずる流量係数Ｃｖを、メモリ７−２内の特性テーブルＴＣｖから補間計算によって求める（ステップＳ３０４）。
【００５７】
ここで、ＣＰＵ７−１は、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを低差圧時の特性テーブルＴＬから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧と等しい場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００５８】
また、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００５９】
そして、ＣＰＵ７−１は、ステップＳ３０４で求めた流量係数ＣｖとステップＳ３０３で求めた現在の差圧ΔＰとから流量制御弁１０１Ａの管路１−１内を流れる流体の流量Ｑ（Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2）を算出し（ステップＳ３０５）、この算出した流量Ｑを計測流量ＱＡｐｖとして表示部７−３に表示するとともに（ステップＳ３０６）、インタフェース７−４を介して流量制御弁１０１Ａのアクチュエータ４へ送る（ステップＳ３０７）。
【００６０】
流量制御弁１０１Ａにおけるアクチュエータ４のＣＰＵ４−１は、流量測定装置７から計測流量ＱＡｐｖが送られてくると、この送られてきた計測流量ＱＡｐｖと設定流量ＱＡｓｐとを比較し、計測流量ＱＡｐｖが設定流量ＱＡｓｐに一致するように、弁体１−２の弁開度θＡを制御する。
【００６１】
次に、ＣＰＵ７−１は、流量測定装置７に接続されている次の流量制御弁かあるか否かをチェックする（ステップＳ３０８）。この場合、流量測定装置７には次の流量制御弁として流量制御弁１０１Ｂが接続されているので、ステップＳ３０８のＹＥＳに応じてステップＳ３０１へ戻る。
【００６２】
ＣＰＵ７−１は、ステップＳ３０１において、流量制御弁１０１Ｂの弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θＢ（現在の弁開度θＢ）を読み込む。そして、流量制御弁１０１Ｂの第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１と第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２を読み込み（ステップＳ３０２）、この読み込んだ流体圧力Ｐ１ＢとＰ２Ｂとから流量制御弁１０１Ｂの弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰを算出する（ステップＳ３０３）。
【００６３】
そして、ステップＳ３０１で読み込んだ流量制御弁１０１Ｂの弁体１−２の現在の弁開度θＢとステップＳ１０３で算出した流量制御弁１０１Ｂの弁体１−２の上下流間の現在の差圧ΔＰに応ずる流量係数Ｃｖを、メモリ７−２内の特性テーブルＴＣｖから補間計算によって求める（ステップＳ３０４）。
【００６４】
ここで、ＣＰＵ７−１は、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを低差圧時の特性テーブルＴＬから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧と等しい場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００６５】
また、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００６６】
そして、ＣＰＵ７−１は、ステップＳ３０４で求めた流量係数ＣｖとステップＳ３０３で求めた現在の差圧ΔＰとから流量制御弁１０１Ｂの管路１−１内を流れる流体の流量Ｑ（Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2）を算出し（ステップＳ３０５）、この算出した流量Ｑを計測流量ＱＢｐｖとして表示部７−３に表示するとともに（ステップＳ３０６）、インタフェース７−４を介して流量制御弁１０１Ｂのアクチュエータ４へ送る（ステップＳ３０７）。
【００６７】
流量制御弁１０１Ｂにおけるアクチュエータ４のＣＰＵ４−１は、流量測定装置７から計測流量ＱＢｐｖが送られてくると、この送られてきた計測流量ＱＢｐｖと設定流量ＱＢｓｐとを比較し、計測流量ＱＢｐｖが設定流量ＱＢｓｐに一致するように、弁体１−２の弁開度θＢを制御する。
【００６８】
次に、ＣＰＵ７−１は、流量測定装置７に接続されている次の流量制御弁かあるか否かをチェックする（ステップＳ３０８）。この場合、流量測定装置７には次の流量制御弁は接続されていないので、ステップＳ３０８のＮＯに応じてステップＳ３０１〜Ｓ３０８の処理ループを脱する。ＣＰＵ７−１は、この処理動作を定周期で繰り返す。
【００６９】
この実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、低差圧時の特性テーブルＴＬから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められ、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求められ、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁体１−２の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、基準の特性テーブルＴＢから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められる。これにより、低差圧，高差圧に拘わらず精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。また、メモリ７−２の記憶容量を小さくすることができる。
【００７０】
また、この実施の形態３では、複数の流量制御弁１０１における流量計測を１つの流量測定装置７で行うことができるので、実施の形態１のように流量制御弁１０１のアクチュエータ２に個々に流量計測機能を設けなくてもよく、また実施の形態２のように流量制御弁１０１に１つずつ流量制御装置５を接続しなくてもよく、システムの大幅なコストダウンが図られるものとなる。
【００７１】
なお、実施の形態１では、メモリ２−２に高差圧低開度時の特性テーブルＴＨを設けるようにしたが、高差圧低開度時の特性テーブルＴＨをメモリ２−２には設けずに、高差圧高開度時と同様にして基準の特性テーブルＴＢを用いるようにしてもよい。また、メモリ２−２の記憶容量は大きくなるが、基準の特性テーブルＴＢと低差圧時の特性テーブルＴＬと高差圧低開度時の特性テーブルＴＨに加え、高差圧高開度時の特性テーブルを設けるようにしてもよい。実施の形態２や実施の形態３でも同様である。
【００７２】
また、上述した実施の形態１では、アクチュエータ２において計測した流量Ｑｐｖと設定流量Ｑｓｐとを一致させるように弁体１−２の弁開度θを制御するようにしたが、アクチュエータ２に設定開度θｓｐを与えるようにし、この設定開度θｓｐと弁開度センサＳ３が検出する弁開度θ（θｐｖ）とを一致させるように弁体１−２の弁開度θを制御するようにしてもよい。この場合、アクチュエータ２で計測された流量Ｑｐｖは、表示されるのみとなる。
【００７３】
また、実施の形態２でも同様に、流量制御弁１０１において設定開度θｓｐと検出される弁開度θｐｖとを一致させるように、弁体１−２の弁開度θを制御してもよい。この場合、流量測定装置５から流量制御弁１０１に計測流量Ｑｐｖを送る必要はない。実施の形態３でも同様である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量制御弁の一実施の形態の概略を示す図である。
【図２】この流量制御弁で使用する特性テーブル（低差圧時の特性テーブルＴＬ、基準の特性テーブルＴＢ、高差圧低開度時の特性テーブルＴＨ）を例示する図である。
【図３】この流量制御弁のアクチュエータにおけるＣＰＵが実行する処理動作を説明するフローチャートである。
【図４】このアクチュエータにおけるＣＰＵの処理動作として実現される流量計測部の機能ブロック図である。
【図５】本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量測定装置を流量制御弁に接続したシステムの一実施の形態の概略を示す図である。
【図６】この流量測定装置におけるＣＰＵが実行する処理動作を説明するフローチャートである。
【図７】この流量測定装置におけるＣＰＵの処理動作として実現される流量計測部の機能ブロック図である。
【図８】本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量測定装置を流量制御弁に接続したシステムの他の実施の形態の概略を示す図である。
【図９】この流量測定装置におけるＣＰＵが実行する処処理動作を説明するフローチャートである。
【図１０】従来用いられていた特性テーブルの一例を示す図である。
【図１１】差圧ΔＰを様々に変えた場合の基準差圧時の弁開度θに対応する流量係数Ｃｖに対する偏差を例示する図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…弁本体、１−１…管路、１−１…弁体、２…アクチュエータ、２−１…ＣＰＵ、２−２…メモリ、２−３…表示部、２−４…モータ、Ｓ１…第１の圧力センサ、Ｓ２…第２の圧力センサ、Ｓ３…弁開度センサ、３…流量計測部、３Ａ…差圧算出部、３Ｂ…Ｃｖ値演算部、３Ｃ…流量算出部、４…アクチュエータ、４−１…ＣＰＵ、４−２…メモリ、４−３…モータ、５…流量測定装置、５−１…ＣＰＵ、５−２…メモリ、５−３…表示部、５−４…インタフェース、６…流量計測部、６Ａ…差圧算出部、６Ｂ…Ｃｖ値演算部、６Ｃ…流量算出部、７…流量測定装置、７−１…ＣＰＵ、７−２…メモリ、７−３…表示部、７−４…インタフェース、１００，１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ…流量制御弁、ＴＬ…低差圧時の特性テーブル、ＴＢ…基準の特性テーブル、ＴＨ…高差圧低開度時の特性テーブル。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、管路内を流れる流体の流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管路には流量計と弁の両者を配置し、流量計によって計測された流量に基づいて弁の開度を制御するようにしていた。しかし、このような方法では、流量計と弁の両者を配管しなければならず、コストもアップする。そこで、流量計測機能と弁開度の制御機能との両機能を具備した流量制御弁が望まれ、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この流量制御弁は、流体流路を形成する管路とこの管路内を流れる流体の流量を規制する弁体とを備えた弁本体と、この弁本体に取り付けられ弁体の開度を制御するアクチュエータとを備えている。弁本体には、弁体の上流側の流体圧力Ｐ１を検出する第１の圧力センサと、弁体の下流側の流体圧力Ｐ２を検出する第２の圧力センサと、弁体の開度（弁開度）θを検出する弁開度センサが設けられている。アクチュエータにはＣＰＵやメモリが搭載されている。
【０００４】
アクチュエータのＣＰＵは、第１の圧力センサからの流体圧力Ｐ１と第２の圧力センサからの流体圧力Ｐ２とから弁体の上下流間の差圧ΔＰを求め、弁開度センサからの弁開度θに応じた流量係数Ｃｖをメモリに格納されている特性テーブルから読み出し、この流量係数Ｃｖと差圧ΔＰから弁本体の管路内を流れる流体の流量Ｑを下記（１）式により算出する。そして、この算出した流量Ｑを計測流量Ｑｐｖとして設定流量Ｑｓｐとを比較し、計測流量Ｑｐｖが設定流量Ｑｓｐに一致するように弁開度θを制御する。
【０００５】
Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2 ・・・・（１）
但し、Ａは定数。
【０００６】
この流量制御弁において、弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係は、弁本体の口径や種類（ゲート弁、ディスク弁、ボール弁、バタフライ弁、スプール弁、フラッパ弁など）などによって異なる。このため、弁本体の口径や種類に合わせて適切な弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す特性テーブルを求めておき、この特性テーブルを取り付けられる弁本体に合わせて出荷時にアクチュエータのメモリに書き込んでいる。図１０にその特性テーブルの例を示す。
【０００７】
一般的には、弁体の上下流間の差圧に対してある基準差圧（例えば、０．１ＭＰａ）を決めておき、この基準差圧の下で弁体の弁開度θを所定値刻み（例えば、数パーセント刻み）で変えた場合の各開度に対する流量係数Ｃｖを求め、この流量係数Ｃｖを各開度θに対応させた特性テーブルを出荷時にアクチュエータのメモリに書き込んでいる。
【０００８】
そして、実際の流量の計測時には、メモリに書き込まれている特性テーブル上の現在の弁開度θの前後近似２点に対応する流量係数Ｃｖを用いて補間計算し、現在の弁開度θに対応する流量係数Ｃｖを算出し、上記（１）式に代入して流量Ｑを求めるようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開平４−２３２５１４号公報
【特許文献２】特開昭６０−１６８９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
出願人は、差圧ΔＰを様々に変え、その時の弁開度θに対応する流量係数Ｃｖを求めてみた。この場合、基準差圧（例えば、０．１ＭＰａ）を境にして、それ以上の高差圧においては、同開度の基準差圧での流量係数Ｃｖの偏差は５％程度に収まるのに対して、基準差圧よりも低い低差圧においては、十〜数十％の大きな偏差が生ずることが分かった。また、弁開度θがある開度より低開度（例えば、３０％〜４０％以下）になると、高差圧，低差圧に拘わらず、流量係数Ｃｖの偏差が非常に大きくなることも分かった。図１１にその結果を例示する。
【００１１】
しかしながら、従来の流量制御弁では、弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す特性テーブルとして、基準差圧における弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す特性テーブルのみを使用しているたため、基準差圧より低い低差圧時や高差圧でも低開度時に求められる流量係数Ｃｖに大きな誤差が生じ、計測流量値の信頼性が非常に低いという問題があった。
【００１２】
なお、流量制御弁では流量計測を行わずに、流量制御弁に接続した流量測定装置において、流量制御弁の管路内を流れる流体の流量の計測を行うようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。この場合、流量測定装置では、流量制御弁からの流体圧力Ｐ１とＰ２とから弁体の上下流間の差圧ΔＰを求め、流量制御弁からの弁開度θに応じた流量係数Ｃｖをメモリに格納されている特性テーブルから読み出し、この流量係数Ｃｖと差圧ΔＰから流量制御弁の管路内を流れる流体の流量Ｑを計測する。このような場合にも、流量測定装置のメモリには基準差圧における弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す特性テーブルしか書き込まれていないため、流量計測機能を有する流量制御弁と同様の問題が生じる。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、計測流量値の信頼性を高めることができる流量計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、メモリに、弁体の上下流間の差圧に対して予め定められた基準差圧における弁体の弁開度と流量係数との関係を示す基準の特性テーブルと、基準差圧よりも低い差圧における弁体の弁開度と流量係数との関係を示す低差圧時の特性テーブルとを少なくとも記憶させ、現在の差圧が基準差圧よりも低い場合、その差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数を低差圧時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて管路内を流れる流体の流量を算出するようにしたものである。
この発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルではなく、低差圧時の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められる。これにより、基準差圧よりも低い低差圧時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００１５】
第２発明（請求項１に係る発明）は、メモリに、弁体の上下流間の差圧に対して予め定められた基準差圧における弁体の弁開度と流量係数との関係を示す基準の特性テーブルと、基準差圧よりも低い差圧における弁体の弁開度と流量係数との関係を示す低差圧時の特性テーブルと、基準差圧よりも高い差圧における弁体の予め定められた低開度閾値以下の弁開度と流量係数との関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルとを少なくとも記憶させ、現在の差圧が基準差圧よりも低い場合、その差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数を低差圧時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて管路内を流れる流体の流量を算出し、現在の差圧が基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度が低開度閾値以下である場合、その差圧と弁開度に応ずる流量係数を高差圧低開度時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて管路内を流れる流体の流量を算出するようにしたものである。
この発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルではなく、低差圧時の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められる。また、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも高く、かつ弁開度が低開度閾値以下である場合、基準の特性テーブルではなく、高差圧低開度時の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められる。これにより、基準差圧よりも低い低差圧時であっても、基準差圧よりも高い高差圧時の低開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００１６】
第３発明（請求項３に係る発明）は、第２発明において、現在の差圧が基準差圧よりも高く、現在の弁開度が低開度閾値よりも大きい場合、その差圧と弁開度に応ずる流量係数を基準の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて管路内を流れる流体の流量を算出するようにしたものである。
この発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも高く、かつ弁体の弁開度が低開度閾値よりも大きい場合、基準の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められる。この場合、基準の特性テーブルから求められる流量係数は実際の流量係数と比較してその偏差が小さいので、基準差圧よりも高い高差圧時の高開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
また、第３発明では、高差圧高開度時には基準の特性テーブルから流量係数を求めるので、高差圧高開度時の特性テーブルを設けるようにした場合と比較し、メモリの記憶容量を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
第１発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルではなく、低差圧時の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められるものとなり、基準差圧よりも低い低差圧時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００１８】
第２発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルではなく、低差圧時の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められ、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度が低開度閾値以下である場合、基準の特性テーブルではなく、高差圧低開度時の特性テーブルから求められ、これにより、基準差圧よりも低い低差圧時であっても、基準差圧よりも高い高差圧時の低開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００１９】
第３発明によれば、弁体の上下流間の差圧が基準差圧よりも高く、かつ弁体の弁開度が低開度閾値よりも大きい場合、基準の特性テーブルから現在の差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数が求められ、基準差圧よりも高い高差圧時の高開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。また、この場合、高差圧高開度時には基準の特性テーブルから流量係数を求めるので、高差圧高開度時の特性テーブルを設けるようにした場合と比較し、メモリの記憶容量を小さくすることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１：流量制御弁〕
図１は本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量制御弁の一実施の形態の概略を示す図である。同図において、１００は流量制御弁であり、弁本体１と、この弁本体１に取り付けられたアクチュエータ２とで構成されている。
【００２１】
弁本体１は、流体流路を形成する管路１−１と、この管路１−１内を流れる流体の流量を規制する弁体１−２とを備えており、弁体１−２の上流側にはその管路内の流体圧力（上流側の流体圧力）Ｐ１を検出する第１の圧力センサＳ１が設けられ、弁体１−２の下流側にはその管路内の流体圧力（下流側の流体圧力）Ｐ２を検出する第２の圧力センサＳ２が設けられている。
【００２２】
アクチュエータ２は、ＣＰＵ２−１と、メモリ２−２と、表示部２−３と、モータ２−４とを備えており、モータ２−４の駆動軸は弁体１−２に連結されている。モータ２−４の駆動軸と弁体１−２との連結部には、弁体１−２の弁開度θを検出する弁開度センサＳ３が設けられている。
【００２３】
アクチュエータ２のＣＰＵ２−１には、第１の圧力センサＳ１が検出する弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１、第２の圧力センサＳ２が検出する弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２、弁開度センサＳ３が検出する弁体１−２の弁開度θ、上位装置からの設定流量Ｑｓｐが与えられる。
【００２４】
アクチュエータ２のメモリ２−２には、図２に示すように、基準差圧（この例では、０．１ＭＰａ）における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す基準の特性テーブルＴＢと、基準差圧よりも低い差圧（この例では、０．０２ＭＰａ、０．３５ＭＰａ）における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す低差圧時の特性テーブルＴＬと、基準差圧よりも高い差圧（この例では、０．１５ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．２５ＭＰａ、０．３ＭＰａ）における弁体１−２の予め定められた低開度閾値θｔｈ（この例では、３２．６３％）以下の開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルＴＨとが格納されている。なお、この実施の形態では、特性テーブルＴＢとＴＬとＴＣとを合わせたテーブルを特性テーブルＴＣｖとする。
【００２５】
以下、図３に示すフローチャートを参照して、メモリ２−２に格納されているプログラムに従ってアクチュエータ２のＣＰＵ２−１が実行する本実施の形態特有の処理動作について説明する。
【００２６】
ＣＰＵ２−１は、弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θ（現在の弁開度θ）を読み込む（ステップＳ１０１）。また、第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１と第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２を読み込み（ステップＳ１０２）、この読み込んだ流体圧力Ｐ１とＰ２とから弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰ（現在の差圧ΔＰ）を算出する（ステップＳ１０３）。
【００２７】
そして、ステップＳ１０１で読み込んだ弁体１−２の現在の弁開度θとステップＳ１０３で算出した弁体１−２の上下流間の現在の差圧ΔＰに応ずる流量係数Ｃｖを、メモリ２−２内の特性テーブルＴＣｖから補間計算によって求める（ステップＳ１０４）。
【００２８】
ここで、ＣＰＵ２−１は、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを低差圧時の特性テーブルＴＬから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧と等しい場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００２９】
また、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００３０】
そして、ＣＰＵ２−１は、ステップＳ１０４で求めた流量係数ＣｖとステップＳ１０３で求めた現在の差圧ΔＰとから弁本体１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑ（Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2）を算出し（ステップＳ１０５）、この算出した流量Ｑを計測流量Ｑｐｖとして表示部２−３に表示する（ステップＳ１０６）。
【００３１】
そして、上位装置からの設定流量Ｑｓｐを読み込み（ステップＳ１０７）、計測流量Ｑｐｖと設定流量Ｑｓｐとを比較し、計測流量Ｑｐｖが設定流量Ｑｓｐに一致するように、弁体１−２の弁開度θを制御する（ステップＳ１０８）。ＣＰＵ２−１は、このステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理動作を定周期で繰り返す。
【００３２】
図４にＣＰＵ２−１の処理動作として実現される流量計測部３の機能ブロック図を示す。この流量計測部３は、第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１および第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２を入力とし、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰ（現在の差圧ΔＰ）を算出する差圧算出部３Ａと、この差圧算出部３Ａからの差圧ΔＰと弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θ（現在の弁開度θ）を入力とし、メモリ２−２内の特性テーブルＴＣｖ（ＴＢ、ＴＬ、ＴＣ）から現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応じた流量係数Ｃｖを求めるＣｖ値演算部３Ｂと、差圧算出部３Ａからの現在の差圧ΔＰとＣｖ値演算部３Ｂからの流量係数Ｃｖとから弁本体１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑを算出する流量算出部３Ｃとから構成される。
【００３３】
本実施の形態では、ステップＳ１０４での処理動作から分かるように、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、低差圧時の特性テーブルＴＬから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められる。また、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求められる。これにより、基準差圧よりも低い低差圧時であっても、基準差圧よりも高い高差圧時の低開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態では、ステップＳ１０４での処理動作から分かるように、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁体１−２の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、基準の特性テーブルＴＢから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められる。この場合、基準の特性テーブルＴＢから求められる流量係数Ｃｖは実際の流量係数と比較してその偏差が小さいので、基準差圧よりも高い高差圧時の高開度時であっても、精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。
【００３５】
また、本実施の形態では、高差圧高開度時には基準の特性テーブルＴＢから流量係数Ｃｖを求めるようにしているので、高差圧高開度時の特性テーブルを設けるようにした場合と比較し、すなわち図２に斜線で示した部分に対応する特性テーブルを設けるようにした場合と比較し、メモリ２−２の記憶容量を小さくすることができる。
【００３６】
〔実施の形態２：流量測定装置〕
図５は本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量測定装置を流量制御弁に接続したシステムの一実施の形態の概略を示す図である。同図において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００３７】
この実施の形態では、流量制御弁１０１に流量測定装置５を接続し、流量測定装置５で流量制御弁１０１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑ（計測流量Ｑｐｖ）を算出するようにしている。
【００３８】
なお、この実施の形態において、流量制御弁１０１におけるアクチュエータ４は、ＣＰＵ４−１と、メモリ４−２と、モータ４−３とを備えた構成とし、アクチュエータ４のＣＰＵ５には、弁開度センサＳ３が検出する弁体１−２の弁開度θ、流量測定装置５からの計測流量Ｑｐｖ、上位装置からの設定流量Ｑｓｐを与えるようにしている。
【００３９】
流量測定装置５は、ＣＰＵ５−１と、メモリ５−２と、表示部５−３と、インタフェース５−４とを備えている。流量測定装置５のＣＰＵ５−１には、インタフェース５−４を介して、第１の圧力センサＳ１が検出する弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１、第２の圧力センサＳ２が検出する弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２、弁開度センサＳ３が検出する弁体１−２の弁開度θが与えられる。
【００４０】
流量測定装置５のメモリ５−２には、実施の形態１と同様に、基準差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す基準の特性テーブルＴＢと、基準差圧よりも低い差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す低差圧時の特性テーブルＴＬと、基準差圧よりも高い差圧における弁体１−２の予め定められた低開度閾値θｔｈ以下の開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルＴＨとが格納されている。すなわち、図２に示した特性テーブルＴＣｖ（ＴＬ，ＴＢ，ＴＨ）が格納されている。
【００４１】
以下、図６に示すフローチャートを参照して、メモリ５−２に格納されているプログラムに従って流量測定装置５のＣＰＵ５−１が実行する処理動作について説明する。
【００４２】
ＣＰＵ５−１は、弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θ（現在の弁開度θ）を読み込む（ステップＳ２０１）。また、第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１と第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２を読み込み（ステップＳ２０２）、この読み込んだ流体圧力Ｐ１とＰ２とから弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰ（現在の差圧ΔＰ）を算出する（ステップＳ２０３）。
【００４３】
そして、ステップＳ２０１で読み込んだ弁体１−２の現在の弁開度θとステップＳ２０３で算出した弁体１−２の上下流間の現在の差圧ΔＰに応ずる流量係数Ｃｖを、メモリ２−２内の特性テーブルＴＣｖから補間計算によって求める（ステップＳ２０４）。
【００４４】
ここで、ＣＰＵ５−１は、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを低差圧時の特性テーブルＴＬから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧と等しい場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００４５】
また、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００４６】
そして、ＣＰＵ５−１は、ステップＳ２０４で求めた流量係数ＣｖとステップＳ２０３で求めた現在の差圧ΔＰとから流量制御弁１０１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑ（Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2）を算出し（ステップＳ２０５）、この算出した流量Ｑを計測流量Ｑｐｖとして表示部２−３に表示するとともに（ステップＳ２０６）、インタフェース５−４を介して流量制御弁１０１のアクチュエータ４へ送る（ステップＳ２０７）。ＣＰＵ５−１は、このステップＳ２０１〜Ｓ２０７の処理動作を定周期で繰り返す。
【００４７】
アクチュエータ４のＣＰＵ４−１は、流量測定装置５から計測流量Ｑｐｖが送られてくると、この送られてきた計測流量Ｑｐｖと設定流量Ｑｓｐとを比較し、計測流量Ｑｐｖが設定流量Ｑｓｐに一致するように、弁体１−２の弁開度θを制御する。この弁開度θの制御はメモリ４−２に格納されているプログラムに従って行われる。
【００４８】
図７にＣＰＵ５−１の処理動作として実現される流量計測部６の機能ブロック図を示す。この流量計測部６は、第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１および第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２を入力とし、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰ（現在の差圧ΔＰ）を算出する差圧算出部６Ａと、この差圧算出部６Ａからの差圧ΔＰと弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θ（現在の弁開度θ）を入力とし、メモリ５−２内の特性テーブルＴＣｖ（ＴＢ、ＴＬ、ＴＣ）から現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応じた流量係数Ｃｖを求めるＣｖ値演算部６Ｂと、差圧算出部６Ａからの現在の差圧ΔＰとＣｖ値演算部６Ｂからの流量係数Ｃｖとから弁本体１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑを算出する流量算出部６Ｃとから構成される。
【００４９】
この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、低差圧時の特性テーブルＴＬから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められ、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求められ、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁体１−２の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、基準の特性テーブルＴＢから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められる。これにより、低差圧，高差圧に拘わらず精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。また、メモリ５−２の記憶容量を小さくすることができる。
【００５０】
〔実施の形態３：流量測定装置〕
図８は本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量測定装置を流量制御弁に接続したシステムの他の実施の形態の概略を示す図である。同図において、図５と同一符号は図５を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００５１】
この実施の形態では、複数の流量制御弁１０１を流量測定装置７に接続し、流量測定装置７でこれら複数の流量制御弁１０１の管路１−１内を流れる流体の流量Ｑを算出するようにしている。この例では、複数の流量制御弁１０１を２つの流量制御弁１０１Ａ，１０１Ｂとし、この流量制御弁１０１Ａ，１０１Ｂの管路１−１，１−１内を流れる流体の流量ＱＡ，ＱＢ（計測流量ＱＡｐｖ，ＱＢｐｖ）を算出するようにしている。
【００５２】
流量測定装置７は、ＣＰＵ７−１と、メモリ７−２と、表示部７−３と、インタフェース７−４とを備えている。流量測定装置７のＣＰＵ７−１には、インタフェース７−４を介して、流量制御弁１０１Ａにおける第１の圧力センサＳ１が検出する弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１Ａ、第２の圧力センサＳ２が検出する弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２Ａ、弁開度センサＳ３が検出する弁体１−２の弁開度θＡ、流量制御弁１０１Ｂにおける第１の圧力センサＳ１が検出する弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１Ｂ、第２の圧力センサＳ２が検出する弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２Ｂ、弁開度センサＳ３が検出する弁体１−２の弁開度θＢが与えられる。
【００５３】
流量測定装置７のメモリ７−２には、実施の形態１と同様に、基準差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す基準の特性テーブルＴＢと、基準差圧よりも低い差圧における弁体１−２の弁開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す低差圧時の特性テーブルＴＬと、基準差圧よりも高い差圧における弁体１−２の予め定められた低開度閾値θｔｈ以下の開度θと流量係数Ｃｖとの関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルＴＨとが格納されている。すなわち、図２に示した特性テーブルＴＣｖ（ＴＬ，ＴＢ，ＴＨ）が格納されている。
【００５４】
以下、図９に示すフローチャートを参照して、メモリ７−２に格納されているプログラムに従って流量測定装置７のＣＰＵ７−１が実行する本実施の形態特有の処理動作について説明する。
【００５５】
ＣＰＵ７−１は、流量制御弁１０１Ａの弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θＡ（現在の弁開度θＡ）を読み込む（ステップＳ３０１）。また、流量制御弁１０１Ａの第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１Ａと第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２Ａを読み込み（ステップＳ３０２）、この読み込んだ流体圧力Ｐ１ＡとＰ２Ａとから流量制御弁１０１Ａの弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰを算出する（ステップＳ３０３）。
【００５６】
そして、ステップＳ３０１で読み込んだ流量制御弁１０１Ａの弁体１−２の現在の弁開度θＡとステップＳ３０３で算出した流量制御弁１０１Ａの弁体１−２の上下流間の現在の差圧ΔＰに応ずる流量係数Ｃｖを、メモリ７−２内の特性テーブルＴＣｖから補間計算によって求める（ステップＳ３０４）。
【００５７】
ここで、ＣＰＵ７−１は、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを低差圧時の特性テーブルＴＬから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧と等しい場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００５８】
また、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００５９】
そして、ＣＰＵ７−１は、ステップＳ３０４で求めた流量係数ＣｖとステップＳ３０３で求めた現在の差圧ΔＰとから流量制御弁１０１Ａの管路１−１内を流れる流体の流量Ｑ（Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2）を算出し（ステップＳ３０５）、この算出した流量Ｑを計測流量ＱＡｐｖとして表示部７−３に表示するとともに（ステップＳ３０６）、インタフェース７−４を介して流量制御弁１０１Ａのアクチュエータ４へ送る（ステップＳ３０７）。
【００６０】
流量制御弁１０１Ａにおけるアクチュエータ４のＣＰＵ４−１は、流量測定装置７から計測流量ＱＡｐｖが送られてくると、この送られてきた計測流量ＱＡｐｖと設定流量ＱＡｓｐとを比較し、計測流量ＱＡｐｖが設定流量ＱＡｓｐに一致するように、弁体１−２の弁開度θＡを制御する。
【００６１】
次に、ＣＰＵ７−１は、流量測定装置７に接続されている次の流量制御弁かあるか否かをチェックする（ステップＳ３０８）。この場合、流量測定装置７には次の流量制御弁として流量制御弁１０１Ｂが接続されているので、ステップＳ３０８のＹＥＳに応じてステップＳ３０１へ戻る。
【００６２】
ＣＰＵ７−１は、ステップＳ３０１において、流量制御弁１０１Ｂの弁開度センサＳ３からの弁体１−２の弁開度θＢ（現在の弁開度θＢ）を読み込む。そして、流量制御弁１０１Ｂの第１の圧力センサＳ１からの弁体１−２の上流側の流体圧力Ｐ１と第２の圧力センサＳ２からの弁体１−２の下流側の流体圧力Ｐ２を読み込み（ステップＳ３０２）、この読み込んだ流体圧力Ｐ１ＢとＰ２Ｂとから流量制御弁１０１Ｂの弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰを算出する（ステップＳ３０３）。
【００６３】
そして、ステップＳ３０１で読み込んだ流量制御弁１０１Ｂの弁体１−２の現在の弁開度θＢとステップＳ１０３で算出した流量制御弁１０１Ｂの弁体１−２の上下流間の現在の差圧ΔＰに応ずる流量係数Ｃｖを、メモリ７−２内の特性テーブルＴＣｖから補間計算によって求める（ステップＳ３０４）。
【００６４】
ここで、ＣＰＵ７−１は、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを低差圧時の特性テーブルＴＬから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧と等しい場合、その差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００６５】
また、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求め、現在の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、その差圧ΔＰと弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖを基準の特性テーブルＴＢから求める。
【００６６】
そして、ＣＰＵ７−１は、ステップＳ３０４で求めた流量係数ＣｖとステップＳ３０３で求めた現在の差圧ΔＰとから流量制御弁１０１Ｂの管路１−１内を流れる流体の流量Ｑ（Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2）を算出し（ステップＳ３０５）、この算出した流量Ｑを計測流量ＱＢｐｖとして表示部７−３に表示するとともに（ステップＳ３０６）、インタフェース７−４を介して流量制御弁１０１Ｂのアクチュエータ４へ送る（ステップＳ３０７）。
【００６７】
流量制御弁１０１Ｂにおけるアクチュエータ４のＣＰＵ４−１は、流量測定装置７から計測流量ＱＢｐｖが送られてくると、この送られてきた計測流量ＱＢｐｖと設定流量ＱＢｓｐとを比較し、計測流量ＱＢｐｖが設定流量ＱＢｓｐに一致するように、弁体１−２の弁開度θＢを制御する。
【００６８】
次に、ＣＰＵ７−１は、流量測定装置７に接続されている次の流量制御弁かあるか否かをチェックする（ステップＳ３０８）。この場合、流量測定装置７には次の流量制御弁は接続されていないので、ステップＳ３０８のＮＯに応じてステップＳ３０１〜Ｓ３０８の処理ループを脱する。ＣＰＵ７−１は、この処理動作を定周期で繰り返す。
【００６９】
この実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも低い場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、低差圧時の特性テーブルＴＬから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められ、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁開度θが低開度閾値θｔｈ以下である場合、基準の特性テーブルＴＢではなく、高差圧低開度時の特性テーブルＴＨから求められ、弁体１−２の上下流間の差圧ΔＰが基準差圧よりも高く、かつ弁体１−２の弁開度θが低開度閾値θｔｈよりも大きい場合、基準の特性テーブルＴＢから現在の差圧ΔＰと現在の弁開度θに応ずる流量係数Ｃｖが求められる。これにより、低差圧，高差圧に拘わらず精度よく流量係数が求められ、結果的に精度の良い流量計測が可能となる。また、メモリ７−２の記憶容量を小さくすることができる。
【００７０】
また、この実施の形態３では、複数の流量制御弁１０１における流量計測を１つの流量測定装置７で行うことができるので、実施の形態１のように流量制御弁１０１のアクチュエータ２に個々に流量計測機能を設けなくてもよく、また実施の形態２のように流量制御弁１０１に１つずつ流量制御装置５を接続しなくてもよく、システムの大幅なコストダウンが図られるものとなる。
【００７１】
なお、実施の形態１では、メモリ２−２に高差圧低開度時の特性テーブルＴＨを設けるようにしたが、高差圧低開度時の特性テーブルＴＨをメモリ２−２には設けずに、高差圧高開度時と同様にして基準の特性テーブルＴＢを用いるようにしてもよい。また、メモリ２−２の記憶容量は大きくなるが、基準の特性テーブルＴＢと低差圧時の特性テーブルＴＬと高差圧低開度時の特性テーブルＴＨに加え、高差圧高開度時の特性テーブルを設けるようにしてもよい。実施の形態２や実施の形態３でも同様である。
【００７２】
また、上述した実施の形態１では、アクチュエータ２において計測した流量Ｑｐｖと設定流量Ｑｓｐとを一致させるように弁体１−２の弁開度θを制御するようにしたが、アクチュエータ２に設定開度θｓｐを与えるようにし、この設定開度θｓｐと弁開度センサＳ３が検出する弁開度θ（θｐｖ）とを一致させるように弁体１−２の弁開度θを制御するようにしてもよい。この場合、アクチュエータ２で計測された流量Ｑｐｖは、表示されるのみとなる。
【００７３】
また、実施の形態２でも同様に、流量制御弁１０１において設定開度θｓｐと検出される弁開度θｐｖとを一致させるように、弁体１−２の弁開度θを制御してもよい。この場合、流量測定装置５から流量制御弁１０１に計測流量Ｑｐｖを送る必要はない。実施の形態３でも同様である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量制御弁の一実施の形態の概略を示す図である。
【図２】この流量制御弁で使用する特性テーブル（低差圧時の特性テーブルＴＬ、基準の特性テーブルＴＢ、高差圧低開度時の特性テーブルＴＨ）を例示する図である。
【図３】この流量制御弁のアクチュエータにおけるＣＰＵが実行する処理動作を説明するフローチャートである。
【図４】このアクチュエータにおけるＣＰＵの処理動作として実現される流量計測部の機能ブロック図である。
【図５】本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量測定装置を流量制御弁に接続したシステムの一実施の形態の概略を示す図である。
【図６】この流量測定装置におけるＣＰＵが実行する処理動作を説明するフローチャートである。
【図７】この流量測定装置におけるＣＰＵの処理動作として実現される流量計測部の機能ブロック図である。
【図８】本発明に係る流量計測装置を内蔵した流量測定装置を流量制御弁に接続したシステムの他の実施の形態の概略を示す図である。
【図９】この流量測定装置におけるＣＰＵが実行する処処理動作を説明するフローチャートである。
【図１０】従来用いられていた特性テーブルの一例を示す図である。
【図１１】差圧ΔＰを様々に変えた場合の基準差圧時の弁開度θに対応する流量係数Ｃｖに対する偏差を例示する図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…弁本体、１−１…管路、１−１…弁体、２…アクチュエータ、２−１…ＣＰＵ、２−２…メモリ、２−３…表示部、２−４…モータ、Ｓ１…第１の圧力センサ、Ｓ２…第２の圧力センサ、Ｓ３…弁開度センサ、３…流量計測部、３Ａ…差圧算出部、３Ｂ…Ｃｖ値演算部、３Ｃ…流量算出部、４…アクチュエータ、４−１…ＣＰＵ、４−２…メモリ、４−３…モータ、５…流量測定装置、５−１…ＣＰＵ、５−２…メモリ、５−３…表示部、５−４…インタフェース、６…流量計測部、６Ａ…差圧算出部、６Ｂ…Ｃｖ値演算部、６Ｃ…流量算出部、７…流量測定装置、７−１…ＣＰＵ、７−２…メモリ、７−３…表示部、７−４…インタフェース、１００，１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ…流量制御弁、ＴＬ…低差圧時の特性テーブル、ＴＢ…基準の特性テーブル、ＴＨ…高差圧低開度時の特性テーブル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路内を流れる流体の流量を規制する弁体の弁開度と流量係数との関係を示す特性テーブルを記憶するメモリと、このメモリ内の特性テーブルより前記弁体の現在の弁開度に応ずる流量係数を求め、この求めた流量係数と前記弁体の現在の上下流間の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出する流量算出手段とを備えた流量計測装置において、
前記メモリは、
前記特性テーブルとして、前記弁体の上下流間の差圧に対して予め定められた基準差圧における前記弁体の弁開度と流量係数との関係を示す基準の特性テーブルと、前記基準差圧よりも低い差圧における前記弁体の弁開度と流量係数との関係を示す低差圧時の特性テーブルとを少なくとも記憶し、
前記流量算出手段は、
現在の差圧が前記基準差圧よりも低い場合、その差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数を前記低差圧時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出する
ことを特徴とする流量計測装置。
【請求項２】
管路内を流れる流体の流量を規制する弁体の弁開度と流量係数との関係を示す特性テーブルを記憶するメモリと、このメモリ内の特性テーブルより前記弁体の現在の弁開度に応ずる流量係数を求め、この求めた流量係数と前記弁体の現在の上下流間の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出する流量算出手段とを備えた流量計測装置において、
前記メモリは、
前記特性テーブルとして、前記弁体の上下流間の差圧に対して予め定められた基準差圧における前記弁体の弁開度と流量係数との関係を示す基準の特性テーブルと、前記基準差圧よりも低い差圧における前記弁体の弁開度と流量係数との関係を示す低差圧時の特性テーブルと、前記基準差圧よりも高い差圧における前記弁体の予め定められた低開度閾値以下の弁開度と流量係数との関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルとを少なくとも記憶し、
前記流量算出手段は、
現在の差圧が前記基準差圧よりも低い場合、その差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数を前記低差圧時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出し、
現在の差圧が前記基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度が前記低開度閾値以下である場合、その差圧と弁開度に応ずる流量係数を前記高差圧低開度時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出する
ことを特徴とする流量計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載された流量計測装置において、
前記流量算出手段は、
現在の差圧が前記基準差圧よりも高く、現在の弁開度が前記低開度閾値よりも大きい場合、その差圧と弁開度に応ずる流量係数を前記基準の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出する
ことを特徴とする流量計測装置。
【請求項１】
管路内を流れる流体の流量を規制する弁体の弁開度と流量係数との関係を示す特性テーブルを記憶するメモリと、このメモリ内の特性テーブルより前記弁体の現在の弁開度に応ずる流量係数を求め、この求めた流量係数と前記弁体の現在の上下流間の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出する流量算出手段とを備えた流量計測装置において、
前記メモリは、
前記特性テーブルとして、前記弁体の上下流間の差圧に対して予め定められた基準差圧における前記弁体の弁開度と流量係数との関係を示す基準の特性テーブルと、前記基準差圧よりも低い差圧における前記弁体の弁開度と流量係数との関係を示す低差圧時の特性テーブルとを少なくとも記憶し、
前記流量算出手段は、
現在の差圧が前記基準差圧よりも低い場合、その差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数を前記低差圧時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出する
ことを特徴とする流量計測装置。
【請求項２】
管路内を流れる流体の流量を規制する弁体の弁開度と流量係数との関係を示す特性テーブルを記憶するメモリと、このメモリ内の特性テーブルより前記弁体の現在の弁開度に応ずる流量係数を求め、この求めた流量係数と前記弁体の現在の上下流間の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出する流量算出手段とを備えた流量計測装置において、
前記メモリは、
前記特性テーブルとして、前記弁体の上下流間の差圧に対して予め定められた基準差圧における前記弁体の弁開度と流量係数との関係を示す基準の特性テーブルと、前記基準差圧よりも低い差圧における前記弁体の弁開度と流量係数との関係を示す低差圧時の特性テーブルと、前記基準差圧よりも高い差圧における前記弁体の予め定められた低開度閾値以下の弁開度と流量係数との関係を示す高差圧低開度時の特性テーブルとを少なくとも記憶し、
前記流量算出手段は、
現在の差圧が前記基準差圧よりも低い場合、その差圧と現在の弁開度に応ずる流量係数を前記低差圧時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出し、
現在の差圧が前記基準差圧よりも高く、かつ現在の弁開度が前記低開度閾値以下である場合、その差圧と弁開度に応ずる流量係数を前記高差圧低開度時の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出する
ことを特徴とする流量計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載された流量計測装置において、
前記流量算出手段は、
現在の差圧が前記基準差圧よりも高く、現在の弁開度が前記低開度閾値よりも大きい場合、その差圧と弁開度に応ずる流量係数を前記基準の特性テーブルから求め、この求めた流量係数と現在の差圧とに基づいて前記管路内を流れる流体の流量を算出する
ことを特徴とする流量計測装置。
【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２０１０−１０７４１９（Ｐ２０１０−１０７４１９Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８１００９（Ｐ２００８−２８１００９）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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