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公開番号2025099780
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023216706
出願日2023-12-22
発明の名称圧力式流量センサ、流量算出装置、流量算出方法、流量算出プログラム、及び、流体制御装置
出願人株式会社堀場エステック
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01F 1/86 20060101AFI20250626BHJP(測定;試験)
要約【課題】小流量域から大流量域までの幅広い範囲において精度良く流量を算出する。
【解決手段】流路2Rに設けられた流体抵抗素子33と、流体抵抗素子33の上流側圧力p₁を検出する上流側圧力センサ31aと、流体抵抗素子33の下流側圧力p₂を検出する下流側圧力セン31bサと、上流側圧力P₁及び下流側圧力P₂に基づいて流量Qを算出する流量算出部4aとを備え、流量算出部4aは、粘性抵抗、慣性抵抗、及び、希薄化の影響度に基づいて、流量Qを算出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
流路に設けられた流体抵抗素子と、
前記流体抵抗素子の上流側圧力を検出する上流側圧力センサと、
前記流体抵抗素子の下流側圧力を検出する下流側圧力センサと、
前記上流側圧力及び前記下流側圧力に基づいて流量を算出する流量算出部とを備え、
前記流量算出部は、粘性抵抗、慣性抵抗、及び、希薄化の影響度に基づいて、前記流量を算出する、圧力式流量センサ。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記流量算出部は、以下の関係式に基づいて、前記流量を算出する、請求項１に記載の圧力式流量センサ。
関係式：ｐ
１
２
－ｐ
２
２
＝Ｋ
１
×Ｑ＋Ｋ
２
×Ｑ
２
＋Ｋ
３
×（ｐ
１
－ｐ
２
）
ここで、ｐ
１
は前記上流側圧力であり、ｐ
２
は前記下流側圧力であり、Ｑは前記流量であり、Ｋ
１
～Ｋ
３
は係数である。
また、Ｋ
１
×Ｑは粘性抵抗を示す項であり、Ｋ
２
×Ｑ
２
は慣性抵抗を示す項であり、Ｋ
３
×（ｐ
１
－ｐ
２
）は希薄化の影響度を示す項である。
【請求項３】
係数Ｋ
１
～Ｋ
３
は、前記流路を流れる流体の流量の実測値又はシミュレーション値と圧力との関係に対して前記関係式をフィッティングにおいて、流量の逆数を重みとする重み付け最小二乗法から求められたものである、請求項２に記載の圧力式流量センサ。
【請求項４】
前記流体抵抗素子の流れが円管内流（Tube flow）あるいは平面流（Plane flow）に近似でき、係数Ｋ
１
は、流体抵抗素子の長さＬ、円管内流の半径ｒ
ｐｉｐｅ
あるいは平面流の流路高さｈ、流路の面積Ａ、流路の総断面積Ａ
ｓ
、流路数ｎ、温度Ｔ、比気体定数Ｒ、粘性係数μ、圧縮因子ｚ、標準状態の体積流流量のＳＩ単位系からの単位換算係数φ、標準状態における圧力ｐ
ｓｔｄ
、標準状態における温度Ｔ
ｓｔｄ
及び標準状態における圧縮因子ｚ
ｓｔｄ
により
TIFF
2025099780000032.tif
83
167
と与えたものであり、係数Ｋ
２
及び係数Ｋ
３
は、前記流路を流れる流体の流量の実測値又はシミュレーション値と圧力との関係に対して前記関係式をフィッティングにおいて、流量の逆数を重みとする重み付け最小二乗法から求められたものである、請求項２に記載の圧力式流量センサ。
【請求項５】
前記流体抵抗素子の流れが円管内流（Tube flow）あるいは平面流（Plane flow）に近似でき、係数Ｋ
３
は、円管内流の半径ｒ
ｐｉｐｅ
あるいは平面流の流路高さｈ、温度Ｔ、比気体定数Ｒ、粘性係数μ及び接線方向運動量適応係数αにより
TIFF
2025099780000033.tif
70
167
と与えたものであり、係数Ｋ
１
及び係数Ｋ
２
は、前記流路を流れる流体の流量の実測値又はシミュレーション値と圧力との関係に対して前記関係式をフィッティングにおいて、流量の逆数を重みとする重み付け最小二乗法から求められたものである、請求項２に記載の圧力式流量センサ。
【請求項６】
前記流体抵抗素子の流れが円管内流（Tube flow）あるいは平面流（Plane flow）に近似でき、係数Ｋ
１
は請求項４に記載のもの、係数Ｋ
２
は前記流路を流れる流体の流量の実測値又はシミュレーション値と圧力との関係に対して前記関係式をフィッティングにおいて、流量の逆数を重みとする重み付け最小二乗法から求められたもの、係数Ｋ
３
は請求項５に記載のものである、請求項２に記載の圧力式流量センサ。
【請求項７】
流路に設けられた流体抵抗素子の上流側圧力、前記流体抵抗素子の下流側圧力、粘性抵抗、慣性抵抗、及び、希薄化の影響度に基づいて、流量を算出する、流量算出装置。
【請求項８】
流路に設けられた流体抵抗素子の上流側圧力を検出する上流側圧力センサと、前記流体抵抗素子の下流側圧力を検出する下流側圧力センサとを用いた流量算出方法であって、
前記上流側圧力、前記下流側圧力粘性抵抗、慣性抵抗、及び、前記希薄化の影響度に基づいて、流量を算出する、流量算出方法。
【請求項９】
流路に設けられた流体抵抗素子の上流側圧力及び前記流体抵抗素子の下流側圧力に基づいて流量を測定する圧力式流量センサに用いられる流量算出プログラムであって、
前記上流側圧力及び前記下流側圧力、粘性抵抗、慣性抵抗、及び、前記希薄化の影響度に基づいて、流量を算出する機能をコンピュータに備えさせる、流量算出プログラム。
【請求項１０】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の圧力式流量センサと、
前記圧力式流量センサの上流側又は下流側に設けられた流体制御バルブとを備える、流体制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力式流量センサ、流量算出装置、流量算出方法、流量算出プログラム、及び、流体制御装置に関するものである。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
以降に示す各式に示される記号の意味は以下の通りである。
【０００３】
TIFF
2025099780000002.tif
182
136
【０００４】
圧力式流量センサは、流路に設けられた流体抵抗素子の上流側圧力と、流体抵抗素子の下流側圧力とを用いて、流路を流れる流量を算出するものである。
【０００５】
具体的には、Hagen-Poiseuilleの式あるいは２次元Poiseuille流の式といったPoiseuille流の理論から得る速度分布
【０００６】
TIFF
2025099780000003.tif
29
168
に圧縮因子ｚにより補正された気体の状態方程式
【０００７】
TIFF
2025099780000004.tif
7
168
による密度変化を許して得た基礎式により、流体抵抗素子を通る質量流量あるいは標準状態における体積流量を計算する。流れが単純な円管内流あるいは平面流であると近似できる場合、速度分布に気体の状態方程式を適用し積分することで、
【０００８】
TIFF
2025099780000005.tif
55
168
と質量流量及び標準体積流量が理論的に得られ、基礎式はこれらに基づく。係数ａ
ｐ
は流路形状に依存して変化し、式（６）では円管内流及び平面流である代表的な場合について掲載したが、より複雑な流路形状における流れである場合も考えられる。そのときにも、理論的あるいは経験的にその形状に応じたａ
ｐ
が決定され得る。
式（５）はある気体種において、温度が一定で圧縮因子ｚの変化が小さい条件では、
【０００９】
TIFF
2025099780000006.tif
10
168
と単一の一定係数Ｋで表現され、これが圧力式流量計の基礎式となる。係数Ｋはデータへのフィッティングから経験的に求められる。実用上は、基礎式による流量値に差圧-流量特性の非線形性や温度、圧力、気体種に対する補正を加える。さらに、主には寸法誤差に起因して個体差が生じるため、これを考慮した補正も加えられる。
なお、標準状態における体積流量（以降、標準体積流量）と質量流量は式（５）のように気体種に固有の定数係数で相互に変換可能な類似の量であるので、基礎式として標準体積流量の形式についてのみ言及した。以降、同様に質量流量の形式を省略する。ただし、導出過程ではより物理的意味が明確な質量流量の形式のみ記載する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２００４－７７３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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