JP5580396B2 - Fluid sensor and fluid measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、気体、液体等の流体に固有となる物理的特性を利用して、その流体の質量や属性などを測定する流体測定装置及び流体センサに関する。 The present invention relates to a fluid measurement device and a fluid sensor that measure the mass, attribute, and the like of a fluid using physical characteristics that are unique to the fluid such as gas and liquid.
流体の物理的特性を利用してその流体の質量を測定する装置として、特許文献1に開示された流体測定装置が知られている。この流体測定装置は、マスフローメータと呼ばれているものである。このマスフローメータは、流体をバイパスさせるバイパス流路と、流体の流量測定を行うためのセンサ流路とを並列的に設けている。センサ流路は、逆U字形状をなすステンレス(SUS)の中空細管により形成され、その表面に熱電センサが設けられる。 As a device for measuring the mass of a fluid using physical properties of the fluid, a fluid measuring device disclosed in Patent Document 1 is known. This fluid measuring device is called a mass flow meter. This mass flow meter is provided with a bypass channel for bypassing the fluid and a sensor channel for measuring the flow rate of the fluid in parallel. The sensor flow path is formed by a stainless steel (SUS) hollow thin tube having an inverted U shape, and a thermoelectric sensor is provided on the surface thereof.
流体がセンサ流路に分流すると、上流側の温度は下降し、逆に下流側は上流側の熱が加温されて上昇する。このときの上流側と下流側との間に生じた温度差は、流体の流量に比例する。そこで、センサ流路の上流側の温度を上流側の熱電センサで計測し、他方、下流側の温度を下流側の熱電センサで計測する。各センサの計測結果は、センサ流路の流量に変換される。マスフローメータは、変換された流量を、バイパス流路に対するセンサ流路の分流比に応じて、バイパス流路の流量に変換する。 When the fluid is divided into the sensor flow path, the temperature on the upstream side decreases, and conversely, on the downstream side, the heat on the upstream side is heated and increases. At this time, the temperature difference generated between the upstream side and the downstream side is proportional to the flow rate of the fluid. Therefore, the upstream temperature of the sensor flow path is measured by the upstream thermoelectric sensor, and the downstream temperature is measured by the downstream thermoelectric sensor. The measurement result of each sensor is converted into the flow rate of the sensor flow path. The mass flow meter converts the converted flow rate into the flow rate of the bypass flow path in accordance with the diversion ratio of the sensor flow path to the bypass flow path.
特許文献1に記載されたマスフローメータのセンサ流路はステンレス(SUS)で構成される。しかし、SUSを用いる場合、クロム及びニッケルを含有するためイオン化が起こり、これが金属汚染に繋がるという問題がある。
流体測定装置の中には、バイパス流路及びセンサ流路が、四弗化エチレン樹脂(商品名「テフロン」)系の材質で構成されているものもある。テフロン系の材質は熱伝導率が低いので、コーティング膜として使用されるのが通常であるが、テフロンは粗い素材であるため、流体によっては透過してしまう。透過を防ぐためには、テフロン膜の厚みを大きくしなければならないが、そうすると、温度勾配により、センサ流路の上流側と下流側との温度変化を正しく検出することが困難となる。また、テフロンは、純水のような絶縁流体を流すと、摩擦により帯電し、帯電量が大きくなると放電するおそれがある。
The sensor flow path of the mass flow meter described in Patent Document 1 is made of stainless steel (SUS). However, when SUS is used, there is a problem that ionization occurs because it contains chromium and nickel, which leads to metal contamination.
In some fluid measuring devices, the bypass channel and the sensor channel are made of a tetrafluoroethylene resin (trade name “Teflon”) material. Since Teflon-based materials have low thermal conductivity, they are usually used as a coating film. However, Teflon is a rough material, and therefore it is permeated depending on the fluid. In order to prevent permeation, it is necessary to increase the thickness of the Teflon film. However, it becomes difficult to correctly detect the temperature change between the upstream side and the downstream side of the sensor flow path due to the temperature gradient. Further, Teflon is charged by friction when an insulating fluid such as pure water is passed, and there is a risk of discharging when the amount of charge increases.
特許文献1に記載されたマスフローメータを含め、従来の流体測定装置は、強酸性、あるいは、強アルカリ性の流体を流すとセンサ流路が腐蝕するので、そのような流体の計測には向いていない。また、耐薬品性を有し、ほとんどの薬液に使用できる流体測定装置は、現在のところ見当たらない。さらに、気泡が混在している流体については、その質量等を正しく測定することができないという問題もあった。 The conventional fluid measuring device including the mass flow meter described in Patent Document 1 is not suitable for measuring such a fluid because a sensor flow path is corroded when a highly acidic or strongly alkaline fluid is flowed. . In addition, there is no fluid measuring device that has chemical resistance and can be used for most chemical solutions. Furthermore, there is a problem that the mass and the like of the fluid in which bubbles are mixed cannot be measured correctly.
本発明は、金属汚染を生じさせることなく、多種類の流体の特性を測定可能な流体測定装置及びその構成部品を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a fluid measuring device and its components that can measure the characteristics of many types of fluids without causing metal contamination.
本発明の流体測定装置は、気体、液体又はこれらの混合体から成る流体が流れる主流路を形成する主流路管と、前記主流路へ導入された流体を所定の比率で分流させる副流路を形成し、この副流路に流れる流体の特性を検出する流体センサとを有する。流体の特性は、例えば抵抗度(純度)、熱又は電子の伝導度、質量流量などである。
前記主流路管は、それぞれ前記主流路の上流側の流体を下流側へ移動させる複数の細管を含む。各細管は、接地電位に維持されたカーボン素材で構成されている。
前記流体センサは、耐蝕性絶縁体の内部を曲管状に刳り抜くことにより前記主流路の上流側の流体を流入させる流入口、及び、当該流体を前記主流路の下流側へ流出させる流出口が形成された副流路形成体と、前記流入口と前記主流路の上流側との間に配設された第1のセンサ管と、前記流出口と前記主流路の下流側との間に配設された第2のセンサ管とを備えている。
前記第1のセンサ管及び前記第2のセンサ管の管内には、それぞれ、軸心を中心として回動することにより、流入する前記流体をその内壁に向けて螺旋状に付勢する可動芯が前記軸心に沿って設けられている。また、前記第1のセンサ管及び前記第2のセンサ管は、それぞれ接地電位に維持されたカーボン素材で構成され、管内を流れる流体の特性を、前記カーボン素材を通じて検出可能にする。
The fluid measuring device of the present invention includes a main channel pipe that forms a main channel through which a fluid composed of gas, liquid, or a mixture thereof flows, and a sub channel that divides the fluid introduced into the main channel at a predetermined ratio. And a fluid sensor configured to detect the characteristics of the fluid flowing in the sub-flow channel. The characteristics of the fluid are, for example, resistance (purity), heat or electron conductivity, mass flow rate, and the like.
Each of the main channel tubes includes a plurality of thin tubes that move the fluid upstream of the main channel to the downstream side. Each thin tube is made of a carbon material maintained at ground potential.
The fluid sensor has an inflow port through which the fluid on the upstream side of the main channel flows in by hollowing out the inside of the corrosion-resistant insulator into a curved tube, and an outflow port for outflowing the fluid to the downstream side of the main channel. Between the formed sub-flow channel forming body, the first sensor pipe disposed between the inlet and the upstream side of the main channel, and between the outlet and the downstream side of the main channel. And a second sensor pipe provided.
In each of the first sensor tube and the second sensor tube, there are movable cores that rotate around an axis to urge the inflowing fluid spirally toward the inner wall. It is provided along the axis. Further, the first sensor tube and said second sensor tube is composed of a carbon material which is maintained at ground potential, respectively, the characteristics of the fluid flowing through the tube, to enable detection through the carbon material.
本発明は、また、流体センサをも提供する。本発明の流体センサは、気体、液体又はこれらの混合体から成る流体が流れる主流路管に装着され、耐蝕性絶縁体の内部を曲管状に刳り抜くことにより前記流体を流入させる流入口、及び、当該流体を流出させる流出口が形成された副流路形成体と、前記流入口と前記主流路管との間に配設された第1のセンサ管と、前記流出口と前記主流路管との間に配設された第2のセンサ管とを備え、
前記第1のセンサ管及び前記第2のセンサ管の管内には、それぞれ、軸心を中心として回動することにより、流入する前記流体をその内壁に向けて螺旋状に付勢する可動芯が前記軸心に沿って設けられている。また、前記第1のセンサ管及び前記第2のセンサ管は、それぞれ接地電位に維持されたカーボン素材で構成され、管内を流れる流体の特性を、前記カーボン素材を通じて検出可能にする。
The present invention also provides a fluid sensor. The fluid sensor of the present invention is attached to a main channel pipe through which a fluid composed of gas, liquid, or a mixture thereof flows, and an inflow port through which the fluid flows in by corrugating the inside of the corrosion-resistant insulator, and A sub-flow channel forming body in which an outflow port for allowing the fluid to flow out is formed, a first sensor tube disposed between the inflow port and the main flow channel tube, and the outflow port and the main flow channel tube A second sensor tube disposed between and
In each of the first sensor tube and the second sensor tube, there are movable cores that rotate around an axis to urge the inflowing fluid spirally toward the inner wall. It is provided along the axis. Further, the first sensor tube and said second sensor tube is composed of a carbon material which is maintained at ground potential, respectively, the characteristics of the fluid flowing through the tube, to enable detection through the carbon material.
本発明の流体測定装置は、それぞれ主流路の上流側の流体を下流側へ移動させる複数の細管が、接地電位に維持されたカーボン素材で構成されているので、帯電を防止することができる。また、流体センサは、耐蝕性絶縁体の内部を曲管状に刳り抜くことにより主流路の上流側の流体を流入させる流入口、及び、当該流体を主流路の下流側へ流出させる流出口が形成された副流路形成体を有するので、流体の透過を防止することができる。
カーボン素子としてグラッシーカーボンを使用する場合は、耐蝕性、耐薬品を発揮し、熱及び電気の伝導性に優れ、パーティクルも出にくいので、用途の広い流体測定装置を実現することができる。
In the fluid measuring device of the present invention, since the plurality of thin tubes that respectively move the fluid upstream of the main flow path to the downstream are made of a carbon material that is maintained at the ground potential, charging can be prevented. In addition, the fluid sensor is formed with an inflow port through which the fluid on the upstream side of the main channel flows in by hollowing out the inside of the corrosion resistant insulator into a curved tube, and an outflow port through which the fluid flows out to the downstream side of the main channel Since the sub-flow channel forming body is provided, permeation of fluid can be prevented.
When glassy carbon is used as the carbon element, it exhibits corrosion resistance and chemical resistance, is excellent in thermal and electrical conductivity, and is less likely to generate particles, thereby realizing a versatile fluid measuring device.
以下、流体測定装置の実施形態について説明する。
[第1実施形態]
第1実施形態の流体測定装置は、気体、液体又はこれらの混合体となる流体の質量流量を測定する。図1(a)は、この流体測定装置100の要部構造例を示す側面断面図、同(b)は、同(a)のA−A断面図である。
Hereinafter, embodiments of the fluid measuring device will be described.
[First Embodiment]
The fluid measurement device according to the first embodiment measures the mass flow rate of a fluid that is gas, liquid, or a mixture thereof. FIG. 1A is a side cross-sectional view showing an example of the main structure of the fluid measuring apparatus 100, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
流体測定装置100は、流体が流れる主流路管10と流体センサ20とを接続して構成される。主流路管10は、耐蝕性絶縁体、例えば四弗化エチレン樹脂(商品名「テフロン」)を所定形状に成形した中空管状体の内部に、上流側流路11、下流側流路12、及びバイパス流路13を配備して構成される。 The fluid measuring apparatus 100 is configured by connecting a main flow path pipe 10 through which a fluid flows and a fluid sensor 20. The main channel tube 10 is formed of a corrosion resistant insulator, for example, a hollow tubular body formed by molding a tetrafluoroethylene resin (trade name “Teflon”) into a predetermined shape, and includes an upstream channel 11, a downstream channel 12, and The bypass channel 13 is provided and configured.
上流側流路11は、上流側の第1外部装置(図示省略)から流体を導入する。下流側流路12は、バイパス流路13から排出される流体を下流側12の第2外部装置(図示省略)へ導く。「上流側」とは流体流れ込む側であり、「下流側」とは、流体が流れ出す側をいう。バイパス流路13は、n(nは2以上の自然数)本の細管131を同一方向に配列して構成される。n本の細管131は、上流側流路11の流体を、流体センサ20へ分岐する以外は、すべて下流側流路12へバイパスさせる。これにより、主流路10に流れる流体の流量を、細管131の流量とその本数とにより定量化することができる。
なお、細管131の数は、任意に増減することができる。
The upstream flow path 11 introduces fluid from a first external device (not shown) on the upstream side. The downstream flow path 12 guides the fluid discharged from the bypass flow path 13 to the second external device (not shown) on the downstream side 12. The “upstream side” is the side into which the fluid flows, and the “downstream side” refers to the side from which the fluid flows out. The bypass channel 13 is configured by arranging n (n is a natural number of 2 or more) thin tubes 131 in the same direction. The n thin tubes 131 bypass the fluid in the upstream channel 11 to the downstream channel 12 except for branching to the fluid sensor 20. Thereby, the flow rate of the fluid flowing through the main channel 10 can be quantified by the flow rate of the thin tubes 131 and the number thereof.
In addition, the number of the thin tubes 131 can be increased or decreased arbitrarily.
個々の細管131の構造を図2に示す。図2(a)は細管131の側部断面図、同(b)は正面断面図である。細管131は、グラッシーカーボンで形成される管体132と、管体132に内蔵される可動芯133とを含んで構成される。管体132は接地電位に維持されている。すなわち、管体の表面に接地線(アース線)が接続されている。 The structure of each capillary 131 is shown in FIG. 2A is a side sectional view of the thin tube 131, and FIG. 2B is a front sectional view. The narrow tube 131 includes a tube 132 formed of glassy carbon and a movable core 133 built in the tube 132. The tube 132 is maintained at the ground potential. That is, a ground wire (ground wire) is connected to the surface of the tubular body.
可動芯133は、外表面に螺旋状の羽根134が形成されている。羽根134は、流体を螺旋状に付勢しながら上流側から下流側へ移動させるための付勢体であり、螺旋の向きは、上流側(流入口)から下流側(流出口)へ向かうように形成されている。そのため、可動芯133は、管体132に流入した流体が羽根134を押すことことにより、軸心を中心として自律的に回動する。そして、流入した流体を管体132の内壁に接触させながら管体132の出口側へ排出させる。
細管131内では、軸心付近の中心部と内壁との間に温度差が生じる場合があるが、可動芯133を内蔵させることで、流体の殆どが管体132に接触することになり、流体の温度を正しく管体132へ伝達することができる。
The movable core 133 has a spiral blade 134 formed on the outer surface. The blade 134 is an urging member for moving the fluid from the upstream side to the downstream side while urging the fluid in a spiral shape, and the direction of the spiral is from the upstream side (inlet) to the downstream side (outlet). Is formed. Therefore, the movable core 133 autonomously rotates about the axis when the fluid flowing into the tube body 132 pushes the blades 134. Then, the inflowing fluid is discharged to the outlet side of the tube body 132 while contacting the inner wall of the tube body 132.
In the narrow tube 131, there may be a temperature difference between the central portion near the axis and the inner wall. However, by incorporating the movable core 133, most of the fluid comes into contact with the tube 132, and the fluid Can be correctly transmitted to the tube 132.
管体132を構成するグラッシーカーボンは、カーボン素材の一種で、ガラスと炭素の両方の特徴を持つ。代表的には、例えば以下の特性値を有している。
かさ密度 :1.51[g/cm3]
電気抵抗率 : 42[μΩm]
曲げ強度 :147[MPa](但し、1500[kgf/cm2])
ショアー硬度:120(−)
灰分 :2[ppm]未満
熱伝導率 :5.8[W/mK](但し、5.1[kcal/mhr°C])
The glassy carbon constituting the tube 132 is a kind of carbon material, and has characteristics of both glass and carbon. Typically, for example, it has the following characteristic values.
Bulk density: 1.51 [g / cm 3 ]
Electrical resistivity: 42 [μΩm]
Bending strength: 147 [MPa] (however, 1500 [kgf / cm 2 ])
Shore hardness: 120 (-)
Ash content: Less than 2 [ppm]
Thermal conductivity: 5.8 [W / mK] (However, 5.1 [kcal / mhr ° C])
また、内径3.0[mm]のグラッシーカーボンを、98%濃度の硫酸に7日浸漬したときの重量変化は0%である。フッ酸、50%濃度の苛性ソーダ、28%濃度のアンモニア水に浸漬した場合も同様である。このように、グラッシーカーボンは、強酸性、強アルカリ性に対して、材質変化が生じないものである。
グラッシーカーボンは、また、金属イオンを出力しないので、金属汚染を生じさせることがない。また、気体、液体及びこれらの混合体を透過させないので、例えば前回の測定時に流入させた流体が次回の測定時に流れる流体と混合することがない。すなわち、耐コンタミネーションに優れる。さらに、カーボン素材なので、熱及び電子の伝導性に優れている。さらに、ダイヤモンド並の硬度を有するため、カーボン粉(パーティクル)も出にくい。
このような特長を有するグラッシーカーボンを細管131の管体132に使用し、かつ、この管体132を接地電位に維持しておくことで、流体が流れる際の帯電対策が可能になる。すなわち、流体が流れることによって生じる帯電を防止することができる。
Further, the weight change when glassy carbon having an inner diameter of 3.0 [mm] is immersed in sulfuric acid of 98% concentration for 7 days is 0%. The same applies when immersed in hydrofluoric acid, 50% strength caustic soda and 28% strength aqueous ammonia. Thus, the glassy carbon does not cause a material change with respect to strong acidity and strong alkalinity.
Glassy carbon also does not output metal ions and therefore does not cause metal contamination. Further, since the gas, liquid, and mixture thereof are not permeated, for example, the fluid introduced at the previous measurement is not mixed with the fluid flowing at the next measurement. That is, it is excellent in contamination resistance. Furthermore, since it is a carbon material, it has excellent heat and electron conductivity. Furthermore, since it has a hardness similar to that of diamond, it is difficult for carbon powder (particles) to be produced.
By using the glassy carbon having such features for the tube 132 of the thin tube 131 and maintaining the tube 132 at the ground potential, it becomes possible to take measures against charging when the fluid flows. That is, it is possible to prevent charging caused by the flow of fluid.
図1に戻り、主流路管10の外壁のうち上流側流路11と下流側流路12に対応する部位には、センサ取付機構15が形成されている。流体センサ20は、このセンサ取付機構15に装着される。センサ取付機構15は、例えばテフロン製の台座151を主流路管10の外壁の形状に合わせて成形するとともに、この台座151に、流体センサ20を装着する。 Returning to FIG. 1, a sensor mounting mechanism 15 is formed in a portion of the outer wall of the main channel pipe 10 corresponding to the upstream channel 11 and the downstream channel 12. The fluid sensor 20 is attached to the sensor mounting mechanism 15. The sensor mounting mechanism 15 is formed, for example, by forming a pedestal 151 made of Teflon in accordance with the shape of the outer wall of the main flow path tube 10 and mounting the fluid sensor 20 on the pedestal 151.
図1(a)の側部断面図のうち、流体センサ20の部分を抜き出したのが図3である。図3を参照すると、流体センサ20は、副流路を形成するための副流路形成体21、上流側センサ管22及び下流側センサ管23を備えている。副流路形成体21は、耐蝕性絶縁体の内部を管状に刳り抜くことにより流体を流入させるための流入口211、及び、流体を流出させるための流出口212が形成されたものである。流入口211及び流出口212は、主流路管10(バイパス流路13)と略直交する方向に刳り抜かれている。耐蝕性絶縁体の残りの部分213は、R状すなわち曲管状を経て、主流路管10と平行に刳り抜かれている。このように、刳り抜きによって流路を形成するのは、耐蝕性絶縁体の厚みを一定以上にすることで、流体の透過を防止するためである。耐蝕性絶縁体は、主流路管10と同様、テフロンを用いることができる。 FIG. 3 shows the fluid sensor 20 extracted from the side sectional view of FIG. Referring to FIG. 3, the fluid sensor 20 includes a sub flow channel forming body 21, an upstream sensor tube 22, and a downstream sensor tube 23 for forming a sub flow channel. The auxiliary flow path forming body 21 is formed with an inflow port 211 for allowing a fluid to flow in and an outflow port 212 for allowing the fluid to flow out by hollowing out the inside of the corrosion-resistant insulator into a tubular shape. The inflow port 211 and the outflow port 212 are cut out in a direction substantially orthogonal to the main flow path pipe 10 (bypass flow path 13). The remaining portion 213 of the corrosion-resistant insulator is cut out in parallel with the main channel tube 10 via an R shape, that is, a curved tube. Thus, the reason why the flow path is formed by hollowing out is to prevent the permeation of fluid by setting the thickness of the corrosion-resistant insulator to a certain level or more. As the corrosion resistant insulator, Teflon can be used in the same manner as the main channel tube 10.
上流側センサ管22及び下流側センサ管23は、それぞれ上述した細管131と同じものである。すなわち、グラッシーカーボンで形成される管体と、各管体に内蔵される可動芯とを含んで構成される。各センサ管22,23もまた、接地電位に維持されている。
各センサ管22,23の数は必ずしも図示のように1本である必要はないが、それぞれ1本で構成される場合、主流路管10との分流比は、1/nとなる。分流比とは、副流路形成体21の流量に対する主流路10(バイパス流路13)における分岐点及び合流点間の流量の比である。
The upstream sensor tube 22 and the downstream sensor tube 23 are the same as the narrow tube 131 described above. That is, it is configured to include a tube body made of glassy carbon and a movable core built in each tube body. Each sensor tube 22, 23 is also maintained at ground potential.
The number of the sensor pipes 22 and 23 is not necessarily one as shown in the figure, but when each sensor pipe is constituted by one, the shunt ratio with the main channel pipe 10 is 1 / n. The diversion ratio is the ratio of the flow rate between the branch point and the merge point in the main flow channel 10 (bypass flow channel 13) to the flow rate of the sub flow channel forming body 21.
上流側センサ管22の表面には、図4に示すように、当該センサ管22の温度を電気信号に変換する熱電変換センサ221が付着し,下流側センサ管23の表面には当該センサ管23の温度を電気信号に変換する熱電変換センサ231が付着している。具体的には、各センサ管22,23の温度の変化に伴って電気抵抗値が増減する、例えばコイル状の感熱抵抗体が巻きつけられている。各センサ管22,23に流体が流れていない場合、温度分布は、各センサ22,23の中心に対して対称的な温度分布となっている。これに対し、流体が各センサ管22,23に流れると、下流側センサ管23には、上流側センサ管22によって温められた流体が流入する。そのため、上流側センサ管22と比べて温度が高くなり、上流側センサ管22と下流側センサ管23との間に温度差が形成される。この結果、温度分布が非対称となる。このときの温度差と流体の流量との間には一定の関係が成り立っている。そこで、この温度差を検出することで、流体センサ20に分流される流体の流量を測定することができる。 As shown in FIG. 4, a thermoelectric conversion sensor 221 that converts the temperature of the sensor tube 22 into an electric signal is attached to the surface of the upstream sensor tube 22, and the sensor tube 23 is attached to the surface of the downstream sensor tube 23. A thermoelectric conversion sensor 231 for converting the temperature of the current into an electric signal is attached. Specifically, for example, a coil-shaped heat sensitive resistor whose electric resistance value increases or decreases as the temperature of each of the sensor tubes 22 and 23 changes is wound. When no fluid is flowing through each sensor tube 22, 23, the temperature distribution is symmetrical with respect to the center of each sensor 22, 23. On the other hand, when the fluid flows into the sensor tubes 22 and 23, the fluid heated by the upstream sensor tube 22 flows into the downstream sensor tube 23. Therefore, the temperature is higher than that of the upstream sensor tube 22, and a temperature difference is formed between the upstream sensor tube 22 and the downstream sensor tube 23. As a result, the temperature distribution becomes asymmetric. A certain relationship is established between the temperature difference at this time and the flow rate of the fluid. Therefore, by detecting this temperature difference, the flow rate of the fluid diverted to the fluid sensor 20 can be measured.
本実施形態では、上記のように流体センサ20に分流される流体の流量を測定するために、熱電変換センサ221、231の検出結果を、後段の制御装置へ伝達する。 In this embodiment, in order to measure the flow rate of the fluid diverted to the fluid sensor 20 as described above, the detection results of the thermoelectric conversion sensors 221 and 231 are transmitted to the control device at the subsequent stage.
図5は、本実施形態の流体測定装置100と、その後段の制御装置との接続関係を表す図である。図1に示した流体測定装置100は、模式的には、図5下部のように表現される。制御装置25は、ブリッジ回路253、演算部254、流量表示部255、設定部256、比較部257、及び、流量制御部258を備えている。
熱電変換センサ221,231の出力は、ブリッジ回路253において、熱電変換センサ221,231間の温度差を表す電圧値に変換され、演算部254に導かれる。演算部254は、ブリッジ回路251の出力結果と所定の関数とに基づいて、流体センサ20に分流された流体の流量を求める。さらに、分流された流体の流量と上述した分流比(n:1)とに基づいて主流路管10の流量を求める。演算部254で求めた各流量は、流量表示部255に表示される。
また、主流路管10における流体の流量と、設定部256に設定された設定流量(設定値)とを比較部257で比較し、その差分値が流量制御部258へ伝達される。流量制御部258は、この差分値がゼロに近づくように、上流側の第1外部装置の流量を制御する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a connection relationship between the fluid measurement device 100 of the present embodiment and the control device at the subsequent stage. The fluid measuring device 100 shown in FIG. 1 is schematically expressed as in the lower part of FIG. The control device 25 includes a bridge circuit 253, a calculation unit 254, a flow rate display unit 255, a setting unit 256, a comparison unit 257, and a flow rate control unit 258.
The outputs of the thermoelectric conversion sensors 221 and 231 are converted into voltage values representing the temperature difference between the thermoelectric conversion sensors 221 and 231 in the bridge circuit 253 and guided to the calculation unit 254. The computing unit 254 obtains the flow rate of the fluid diverted to the fluid sensor 20 based on the output result of the bridge circuit 251 and a predetermined function. Furthermore, the flow rate of the main flow path pipe 10 is obtained based on the flow rate of the diverted fluid and the diversion ratio (n: 1) described above. Each flow rate obtained by the calculation unit 254 is displayed on the flow rate display unit 255.
Further, the flow rate of the fluid in the main channel pipe 10 and the set flow rate (set value) set in the setting unit 256 are compared by the comparison unit 257, and the difference value is transmitted to the flow rate control unit 258. The flow control unit 258 controls the flow rate of the first external device on the upstream side so that the difference value approaches zero.
このように、本実施形態の流体センサ20は、耐蝕性絶縁体の一例となるテフロンの内部を曲管状に刳り抜くことにより流入口211、流路213、流出口212を形成しているので、流体の透過を防止することができる。流体の特性は上流側センサ管22と下流側センサ管23で行うので、テフロンが厚くても問題がない。
上流側センサ管22及び下流側センサ管23は、接地電位に維持されたグラッシーカーボンで構成されているので、金属汚染を生じさせることがなく、強酸性、強アルカリ性、薬品に対しても高い耐蝕性を発揮する。耐コンタミネーション、熱及び電子の伝導性にも優れるので、高い精度で流体の(質量)流量を測定することができる。
また、流体が流れる際の帯電対策が可能になる。すなわち、流体が流れることによって生じる帯電を防止することができる。さらに、主流路管10を構成する細管13と同一材質及び同一サイズのものなので、分流比の設定が容易となる。
Thus, the fluid sensor 20 of the present embodiment forms the inflow port 211, the flow path 213, and the outflow port 212 by hollowing out the inside of Teflon, which is an example of a corrosion-resistant insulator, into a curved tube shape. Fluid permeation can be prevented. Since the characteristics of the fluid are determined by the upstream sensor tube 22 and the downstream sensor tube 23, there is no problem even if the Teflon is thick.
Since the upstream sensor tube 22 and the downstream sensor tube 23 are made of glassy carbon maintained at ground potential, they do not cause metal contamination and are highly acidic, strongly alkaline, and highly resistant to chemicals. Demonstrate sex. It also has excellent anti-contamination, heat and electron conductivity, so the (mass) flow rate of fluid can be measured with high accuracy.
In addition, it is possible to take measures against charging when the fluid flows. That is, it is possible to prevent charging caused by the flow of fluid. Furthermore, since the same material and the same size as the narrow tube 13 constituting the main flow channel tube 10, the setting of the flow dividing ratio becomes easy.
本実施形態では、また、細管13の管体132に、螺旋状の羽根134が形成された可動芯133を内蔵させ、流体を螺旋状に付勢しながら上流側から下流側へ移動させるようにしたので、流体の殆どが管体132に接触し、流体の温度を正しく管体132へ伝達することができる。これにより、流量の測定誤差を少なくすることができる。 In the present embodiment, the movable core 133 in which the spiral blades 134 are formed is incorporated in the tube body 132 of the thin tube 13 so that the fluid is moved from the upstream side to the downstream side while energizing the spiral. Therefore, most of the fluid comes into contact with the tube 132, and the temperature of the fluid can be correctly transmitted to the tube 132. Thereby, the measurement error of the flow rate can be reduced.
[第2実施形態]
次に、第2実施形態の流体測定装置について説明する。図6は、第2実施形態における流体測定装置200の構成を模式的に表した図である。主流路部10については、第1実施形態における流体測定装置100と同じとなる。この実施形態の流体測定装置200では、第1実施形態の流体センサ20において、熱電変換センサ221,231の出力結果を電流計311に入力して電流を測定するとともに、バイパス流路13の各細管131に電圧計312を接続して、帯電電圧を測定する。そして、電流計311と電圧計312の出力結果から抵抗値を求める。純水の純度は抵抗値との関数で表すことができるので、抵抗値を求めることにより、流体の純度を測定することができる。
[Second Embodiment]
Next, a fluid measuring device according to a second embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the configuration of the fluid measuring device 200 according to the second embodiment. The main flow path unit 10 is the same as the fluid measurement device 100 in the first embodiment. In the fluid measurement device 200 of this embodiment, in the fluid sensor 20 of the first embodiment, the output results of the thermoelectric conversion sensors 221 and 231 are input to the ammeter 311 to measure the current, and each capillary tube of the bypass flow path 13 is measured. A voltmeter 312 is connected to 131 to measure the charging voltage. Then, the resistance value is obtained from the output results of the ammeter 311 and the voltmeter 312. Since the purity of pure water can be expressed as a function of the resistance value, the purity of the fluid can be measured by obtaining the resistance value.
100,200・・・流体測定装置、10・・・主流路管、11・・・上流側流路、12・・・下流側流路、13・・・バイパス流路、131・・・細管、132・・・管体、133・・・可動芯、134・・・羽根、15・・・センサ取付機構、151・・・台座、20・・・流体センサ、21・・・副流路形成体、22・・・上流側センサ管、23・・・下流側センサ管、211・・・流入口、212・・・流出口、213・・・副流路、221,231・・・熱電変換センサ、25・・・制御装置、253・・・ブリッジ回路、254・・・演算部、255・・・流量表示部、256・・・設定部、257・・・比較部、258・・・流量制御部、311・・・電流計、312・・・電圧計。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,200 ... Fluid measuring apparatus, 10 ... Main channel pipe, 11 ... Upstream channel, 12 ... Downstream channel, 13 ... Bypass channel, 131 ... Narrow tube, 132 ... Tube, 133 ... Movable core, 134 ... Blade, 15 ... Sensor mounting mechanism, 151 ... Base, 20 ... Fluid sensor, 21 ... Sub-channel formation body 22 ... upstream sensor tube, 23 ... downstream sensor tube, 211 ... inlet, 212 ... outlet, 213 ... sub-flow channel, 221,231 ... thermoelectric sensor 25 ... Control device 253 ... Bridge circuit 254 ... Calculation unit 255 ... Flow rate display unit 256 ... Setting unit 257 ... Comparison unit 258 ... Flow rate control 311 ... ammeter, 312 ... voltmeter.
Claims (4)
耐蝕性絶縁体の内部を曲管状に刳り抜くことにより前記流体を流入させる流入口、及び、当該流体を流出させる流出口が形成された副流路形成体と、
前記流入口と前記主流路管との間に設けられた第1のセンサ管と、
前記流出口と前記主流路管との間に設けられた第2のセンサ管とを備え、
前記第1のセンサ管及び前記第2のセンサ管の管内に、それぞれ、軸心を中心として回動することにより、流入する前記流体をその内壁に向けて螺旋状に付勢する可動芯が前記軸心に沿って設けられており、
前記第1のセンサ管及び前記第2のセンサ管は、それぞれ接地電位に維持されたカーボン素材で構成され、管内を流れる流体の特性を、前記カーボン素材を通じて検出可能にすることを特徴とする、
流体センサ。 It is attached to the main channel pipe through which a fluid consisting of gas, liquid or a mixture thereof flows,
A sub-flow channel forming body in which an inflow port through which the fluid flows in by hollowing out the inside of the corrosion-resistant insulator into a curved tube, and an outflow port through which the fluid flows out;
A first sensor pipe provided between the inlet and the main flow path pipe;
A second sensor pipe provided between the outlet and the main channel pipe;
In each of the first sensor tube and the second sensor tube, a movable core that urges the fluid that flows in spirally toward the inner wall by rotating about the axis. Provided along the axis ,
The first sensor tube and the second sensor tube are each composed of a carbon material maintained at a ground potential, and the characteristics of the fluid flowing in the tube can be detected through the carbon material.
Fluid sensor.
請求項1記載の流体センサ。 The carbon material is glassy carbon,
The fluid sensor according to claim 1.
前記主流路へ導入された流体を所定の比率で分流させる副流路を形成し、この副流路に流れる流体の特性を検出する流体センサとを有し、
前記主流路管は、それぞれ前記主流路の上流側の流体を下流側へ移動させる複数の細管を含み、各細管が接地電位に維持されたカーボン素材で形成されており、
前記流体センサは、
耐蝕性絶縁体の内部を曲管状に刳り抜くことにより前記主流路の上流側の流体を流入させる流入口、及び、当該流体を前記主流路の下流側へ流出させる流出口が形成された副流路形成体と、
前記流入口と前記主流路の上流側との間に設けられた第1のセンサ管と、
前記流出口と前記主流路の下流側との間に設けられた第2のセンサ管とを備え、
前記第1のセンサ管及び前記第2のセンサ管の管内に、それぞれ、軸心を中心として回動することにより、流入する前記流体をその内壁に向けて螺旋状に付勢する可動芯が前記軸心に沿って設けられており、
前記第1のセンサ管及び前記第2のセンサ管は、それぞれ接地電位に維持されたカーボン素材で構成され、管内を流れる流体の特性を、前記カーボン素材を通じて検出可能にすることを特徴とする、
流体測定装置。 A main channel tube forming a main channel through which a fluid composed of gas, liquid or a mixture thereof flows;
Forming a sub-flow path for diverting the fluid introduced into the main flow path at a predetermined ratio, and detecting a characteristic of the fluid flowing in the sub-flow path;
The main channel pipe includes a plurality of thin tubes that move the fluid upstream of the main channel to the downstream side, and each thin tube is formed of a carbon material that is maintained at a ground potential.
The fluid sensor is
A side flow in which an inflow port for allowing the fluid on the upstream side of the main channel to flow in by hollowing out the inside of the corrosion-resistant insulator into a curved tube and an outflow port for flowing the fluid to the downstream side of the main channel are formed. A path former,
A first sensor pipe provided between the inlet and the upstream side of the main flow path;
A second sensor pipe provided between the outlet and the downstream side of the main flow path,
In each of the first sensor tube and the second sensor tube, a movable core that urges the fluid that flows in spirally toward the inner wall by rotating about the axis. Provided along the axis ,
The first sensor tube and the second sensor tube are each composed of a carbon material maintained at a ground potential, and the characteristics of the fluid flowing in the tube can be detected through the carbon material.
Fluid measuring device.
請求項3記載の流体測定装置。 The carbon material is glassy carbon,
The fluid measuring device according to claim 3.
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