JPH063393B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、流体の流量測定装置に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

流体の流量測定装置としては従来、種々のものが実用に
供されているが、極低温流体の流量を測定できる装置と
しては、まだ信頼性の高いものがない。例えば極低温流
体の流路中に流量測定のための回転機構などを組み込む
ことは熱の流入等による熱ロスが大きく、実現性に乏し
い。また歪ゲージを利用したものもあるが、使用温度範
囲が限られ、信頼性に乏しい。

〔問題点の解決手段とその作用〕

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決した流
体流量測定装置を提供するもので、その構成は、内部を
流れる流体の管摩擦抵抗値が既知のパイプに、その軸線
方向に隔たった２点の流体圧力Ｐ_１、Ｐ_２を検出する手
段と、流体の温度Ｔを検出する手段とを設けると共に、
上記圧力Ｐ_１、Ｐ_２の平均値と温度Ｔとの関係から流体
の密度ρを求め、かつその密度ρと上記圧力Ｐ_１、Ｐ_２
の差との関係から流量を求める演算手段を設けたことを
特徴とするものである。

この装置では、パイプ内を流れる流体の圧力と温度を測
定し、その値から流量を演算で求めるようにしているの
で、測定に伴う熱ロスの少ない、使用温度範囲の広い、
信頼性の高い流量測定を行うことが可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図および第２図は本発明の一実施例に係る流体流量
測定装置を示す。図において、１はその中を極低温流体
が流れるパイプ、２はその両端に設けた接続用のフラン
ジである。パイプ１の外周には輻射熱の流入を防ぐた
め、放射率の高い表面を持つスーパーインシュレーショ
ン３が巻かれており、さらにその外周には熱絶縁性の高
い樹脂で作られたスペーサ４を介して外管５が配置され
ている。パイプ１と外管５の間の空間は、この装置がパ
イプラインに組み込まれたあとで、真空引きされ、真空
に保たれる。

またパイプ１には、その軸線方向に所定の間隔をおい
て、圧力検出用の配管６、７が取り付けられている。こ
の配管６、７は外管５の外部に導出され、図示しない圧
力計に接続されている。さらにパイプ１の外周には、第
２図に示すようにカーボン抵抗あるいは白金抵抗などの
温度測定素子８が密着配置されており、これによりパイ
プ１内を通る流体の温度を検出するようになっている。
温度測定素子８のリード線は図示してないが外部の計測
器に接続されている。

いま、配管６、７内の圧力をＰ_１、Ｐ_２、その間の距離
を、パイプ１の内径をｄとすると、次のような関係が
ある。

ただしλ：流体の管摩擦抵抗値 ρ：流体の密度 ｖ：流速 （昭和61年版機械工学便覧Ａ−５流体工学編Ａ５−７４
頁の(239)式より） 管摩擦抵抗値λは、パイプ１の形状、表面状態等により
決まる係数であるから、予め測定しておくものとする。

一方、パイプイ１内を流れる流体の流量Ｑは次式で与え
られる。

したがって流量Ｑは、(1)式、(2)式等によれば、Ｐ_１、
Ｐ_２とρ等から計算で求めることができる。

ここで問題となるのは、温度と圧力により変化する密度
ρの存在である。この密度ρと温度Ｔ、圧力Ｐの関係は
予め実験により求めておくものとする。

例えばヘリウムの場合、その関係は次式で表すことがで
きる。

ρ＝ｅ^{(1.0233LnP+3.9046)}× Ｔ−^{0.0045LnP+1.0033)}……(3) ただし温度Ｔの単位はＫ（ケルビン）、圧力Ｐの単位は
atmである。圧力Ｐは次式で求めることができる。つま
りＰ_１。Ｐ_２の平均値である。

Ｐ＝(P₁+P₂)／２(atm)……(4) (3)式の使用範囲は、 0.5atm≦Ｐ≦10atm 15K≦Ｔ≦1000K が両立する範囲である。

圧力(1.0atm、5.0atm、10atmにおいて、それぞれ温度を
15K〜1000Kの範囲で変化させた場合、実際に測定したヘ
リウムの密度ρと、温度Ｔと圧力Ｐの値から(3)式で計
算した密度ρ_ＭＡと、その誤差率（ρ／ρ_ＭＡ−１）は
第１表ないし第３表のとおりである。計算値ρ_ＭＡが実
測値ρとよく合致し、十分利用できる精度であることが
分かる。

したがって、パイプ１内を通るヘリウムの圧力Ｐ_１。Ｐ
_２と、温度Ｔを測定し、それらの値からマイクロコンピ
ユータ等の演算手段により、(3)式、(4)式を利用して密
度ρを求め、さらに(1)式、(2)式等を利用して流量Ｑを
求める演算を行えば、高精度で流量測定を行うことがで
きる。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、パイプ内を流れる
流体の圧力と温度を測定して流量を求めるようにしたの
で、装置としての熱ロスが少なく、使用温度範囲が広
く、しかも構造が簡単なため信頼性が高く、安価な流量
測定装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る流量測定装置の縦断面
図、第２図は第１図のII-II線断面図である。 １〜パイプ、３〜スーパーインシュレーション、６・７
〜圧力検出用の配管、８〜温度測定素子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部を流れる流体の管摩擦抵抗値が既知の
   パイプに、その軸線方向に隔たった２点の流体圧力
   Ｐ_１、Ｐ_２を検出する手段と、流体の温度Ｔを検出する
   手段とを設けると共に、上記圧力Ｐ_１、Ｐ_２の平均値と
   温度Ｔとの関係から流体の密度ρを求め、かつその密度
   ρと上記圧力Ｐ_１、Ｐ_２の差との関係から流量を求める
   演算手段を設けたことを特徴とする流量測定装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置であっ
   て、被測定流体はヘリウムであり、流体の密度ρは次式
   から求めるようにしたもの。 ρ＝ｅ^{(1.0233LnP+3.9046)}× Ｔ^{-(0.0045LnP+1.0033)} ただしＴは絶対温度（Ｋ） Ｐ＝（Ｐ_１＋Ｐ_２）／２(atm)