JP6694648B2

JP6694648B2 - 液体用流量計校正装置

Info

Publication number: JP6694648B2
Application number: JP2016255163A
Authority: JP
Inventors: チョン・カー・ウィー; 良次土井原; 隆司嶋田; 吉哉寺尾
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: JP2017181491A

Description

本発明は、液体用流量計校正装置に関し、特に、小流量域の液体流量を計測する流量計を高精度で校正するための液体流量校正装置に関する。

液体用流量計の校正に際して、校正装置で発生した標準流量とその標準流量に対する流量計の指示値が比較される。校正装置における標準流量の発生方法の一つとして、不確かさを小さくできる通液式静的秤量法が知られている。

図１に示すように、従来の校正装置では、秤量タンク１２０とダイバータ（転流器）１１０を用いて、通液式静的秤量法による校正が実施される。揚水ポンプ１０２、オーバーフローヘッドタンク１０３からヘッダー１０４を経て流量調節バルブ１０７から発生した安定流量は、被試験流量計１０６を接続した試験管路１０５に供給される。被試験流量計１０６を通過した試験液は、試験管路１０５の末端にあるノズル１０８まで導かれ、ノズル１０８からダイバータ１１０に流入する。ダイバータ１１０は、校正時に試験液を秤量タンク流路１１２へ、校正時以外に試験液をバイパス流路１１１へ転流する流路切換機構を有している。

校正開始時、ダイバータ１１０はバイパス流路１１１から秤量タンク流路１１２へと切り換えて、試験液を秤量タンク１２０に流入させる。校正開始と同時に、秤量タンク１２０への試験液流入時間の測定を開始させるスタートトリガー信号をダイバータ１１０からタイマーへ送信する。所定の流入量に達したら、ダイバータ１１０は再び秤量タンク流路１１２からバイパス流路１１１へ切り換えて、秤量タンク１２０への試験液の流入を停止させる。

校正終了と同時に、流入時間の測定を停止させるストップトリガー信号をダイバータ１１０からタイマーへと送信する。秤量タンク１２０へ取り込まれた試験液の質量は秤量計１２１で秤量され、これを流入時間で除することで単位時間当たりの流入量、すなわち標準質量流量（もしくは、体積を計測し標準体積流量）が求められる。

図２乃至５は、従来のダイバータの流路切換機構を示したものである。

図２は１枚羽根式ダイバータであり、転流羽根１１４によって、試験液をバイパス流路１１１又は秤量タンク流路１１２へと転流させる。このような転流方式のダイバータ機構を採り入れた校正装置が特許文献１に開示されている。しかし、ノズル１０８からの流速分布が非対称となることや、ノズル１０８と転流羽根１１４との位置関係の変化により、流れを切り換えるときに大きな流入時間の測定誤差（ダイバータタイミングエラー）が生じ、流量計の校正不確かさを生じさせる大きな要因になっていた。

また、特許文献２では、２枚羽根式直進型ダイバータによって、流入開始、流入停止の過渡的な流入状態の非対称性の影響（誤差）を理論的に無くし得ることを開示している。

図３に示すように、相対位置を固定された２枚の転流羽根１１４ａ，１１４ｂが一方向に直線的な動作をすることでノズルからの流れを等速で横切り、試験液をバイパス流路１１１又は秤量タンク流路１１２へと導く。この２枚羽根転流方式のダイバータは、ＩＳＯ４１８５に基づくダイバータタイミングエラー評価試験の結果により、ダイバータタイミングエラーを小さく調整することができ、高精度な流量計校正を実現できる。一方で、ダイバータの駆動方式の特徴による非効率さがある。

また、特許文献３では、特許文献２と同様に、２枚羽根式回転型ダイバータによって、ダイバータ評価に関連する動作効率を改善でき、コンパクトで簡単な構造設計を可能とすることを開示している。

図４に示すように、ダイバータは、ノズル２０８からの流れと平行な回転軸２１５を有し、この回転軸２１５に連結した２枚の転流羽根２１４ａ，２１４ｂの一側にバイパス流路２１１、他側に秤量タンクへの流路２１２を位置させ、回転軸２１５を中心に２枚の転流羽根２１４ａ，２１４ｂが同じ方向に回転することで、流路の切り換えを行っている。

また、特許文献４では、傾斜円板式回転型ダイバータ構造によって、小流量域の流量計校正時、ダイバータの切り換えによる試験液のサンプル量（秤量容器への取込量）の再現性を向上できることを開示している。

図５に示すように、ダイバータは、回転する傾斜円板３３０に設けられた遮蔽板３３２に案内されるとともに、所定の回転角度の範囲で、秤量容器への開口部３３１に試験液の流路を切り換えるのである。

また、秤量法を用いた校正装置には、秤量タンクと秤量計との組み合わせが必要不可欠な要素であり、その設計や実施形態は流量計校正の不確かさに影響する大きな要因となる。特許文献３では、秤量タンクからの試験液蒸発量を抑制するために、試験液を取り込む時に、昇降機構により秤量タンクを持ち上げてダイバータボックス下面に押し付けて、秤量タンクを気密状態に保つ。試験液の取込が終了したら、秤量タンクを計量するために、秤量タンクを秤量計の上に降ろし、昇降機構が離脱する。

また、図１に示すように、多くの校正装置では、秤量タンクから排液するために、秤量タンク１２０に配管接続された排出バルブ１３０が用いられ、秤量タンク１２０の試験液は、バイパスライン１１３を経て貯蔵タンク１０１に回収される。この排出バルブ１３０を操作するために、駆動源である空気圧配管や電源ケーブル、制御信号ケーブルが外部から秤量タンク１２０に接続されている。そして、秤量計１２１の重量計測への影響を小さくするために、一般的に空気圧チューブやケーブルは、柔軟に連結されている。特許文献３では、重量計測への影響を完全に排除するために、空気圧配管やケーブルの脱着を秤量タンクの昇降に合わせて行う手段が提案されている。

特開２００１−１６５７５５号公報特開２００２−４８６２２号公報特開２００６−１０５９５７号公報特開２０１２−１４５３３７号公報

小流量域では流量が小さくなるにつれ、試験液の取込時間が長くなる。校正効率を上げるためには、試験液の取込量を少なくし、試験液の取込時間の短縮を図るべきである。従って、必要とされる秤量容器や秤量計の規模も小さくなる。また、ダイバータがノズルからの流れを切るときに、転流羽根や流路の壁面に付着する試験液が生じる。油類のように液粘度が高い場合、液の付着量が多く、壁面から垂れ落ちる時間もかかる。かかる場合、従来の２枚羽根式ダイバータのように、転流羽根の表面積が大きい場合、試験液の付着量が多くなる。つまり、小流量域では、秤量容器への試験液の取込量が少ないため、ダイバータ壁面に付着する液量が少量でも大きな秤量誤差をもたらすことになる。

また、従来の２枚羽根式ダイバータは、取込側の開口部が大きいため、それに合わせて秤量タンクの取込口も大きく設計されている。試験液取込中、ダイバータボックスに秤量タンクを密着させて秤量タンクの中をほぼ密閉空間にすることで、蒸発量やミスト放出が十分に抑制されるが、大きい開口部が存在することによって秤量タンクの取込口から蒸気やミストの移動を発生させやすく、小流量域で行う長時間かつ少量の試験液取込にとっては、無視できなくなるほどに大きな誤差になる。

また、小流量域での流量計校正向けに小型化したダイバータは、バイパス側整流面に衝突した試験液が飛び散り、意図されない方向に流れて、取込側の開口部まで流入する。これを防ぐため、バイパス側の整流面に空隙や遮蔽板、メッシュ板を設けるなど、構造上の改造や工夫が強いられ、結果的に構造が複雑化する。

更に、多くの校正装置では、秤量タンクから排液するには、排出バルブが用いられているが、小さい秤量容器には排出バルブを取り付けにくい。また、排液ポンプなしでは、秤量容器から液が抜けにくく、残液量が多くなるという問題もある。排出バルブを使う場合、秤量タンクに排液配管の接続が必要になる。排液配管からの液垂れは、秤量誤差の１つの要因ともなる。排液配管からの液垂れの待ち時間を十分にとって、液垂れによる秤量誤差を小さくすることも考慮できるが、液粘度が高い場合液垂れの待ち時間が長くなり、校正効率が悪くなるという問題がある。

また、排出バルブからの液漏れがないことは、取込試験液の計量の大前提になっているので、排出バルブのリークチェックを定期的に行う必要があり、装置運用上の負担が増えるという問題がある。

一般的に、作業効率を上げるために排出バルブは自動操作される。このとき、空気圧チューブや信号ケーブル、電源ケーブルが排出バルブに接続され、外部からのチューブやケーブルとの連結は、秤量タンクの重量計測に影響を与えるという問題がある。この影響を完全に排除するために、チューブやケーブルは、脱着可能な機構にすることができるが、装置の機構が複雑化し、製作コストが高くなるという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決する手段を備えた液体用流量計校正装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、試験液が流出するノズルと、前記ノズルから流出する試験液を取り込む秤量容器と、前記秤量容器の重量を測定する秤量計と、試験液を秤量容器に取り込まない時に試験液を排出するバイパス流路と、試験液を前記秤量容器に導くか前記バイパス流路に導くかを切り換える流路切換機構と、前記流路切換機構を駆動させる手段と、を備える液体用流量計校正装置であって、前記流路切換機構は、前記試験液が流出するノズルと前記秤量容器との間に設置され、前記ノズルを流出する流れと平行な回転軸、円錐状の円錐面に所定形状の開口部を有する円錐状回転体、前記開口部の左右両縁に設置され前記流れを横切る転流羽根から形成された機構であって、前記流路切換機構は、前記円錐面を回転させ、前記円錐面にある開口部を前記ノズルの直下まで移動させ、前記秤量容器への試験液の流入を制御し、初期の角度位置から前記ノズルの位置まで前記開口部が回転する間に前記開口部の片側の転流羽根が前記ノズルを流出する流れを横切ることで流れが前記秤量容器へ流入し、さらに前記開口部が同じ回転方向で前記ノズル位置から離れて初期の角度位置に戻る間に前記開口部の他側の転流羽根が前記ノズルを流出する流れを横切ることで流れがバイパス流路へ切り換わる動作を行うことで、前記秤量容器への試験液の取込を制御する液体用流量計校正装置である。

従って、円錐状回転体の面に開口部を設け、開口部の左右両縁に転流羽根を設置し流路を切り換える流路切換機構（ダイバータ）を採用することで、ダイバータの取込側の開口部を小さくできると同時に、転流羽根の液濡れ面積を小さくし、壁面への液付着量を大幅に減らすことができる。また、円錐状回転体の開口部以外の表面全体は、バイパス側の整流面の役割を果たし、特別な構造を設ける必要がなく、円錐面に当たった試験液を効果的に分散させ、飛び散りが極めて少ない状態で試験液が円錐面に沿って流れ落ちるようにすることができる。このように、２枚羽根式ダイバータの高精度と回転式ダイバータの効率性を維持したまま、小流量域での校正において顕著化した蒸発量や液付着量、飛び散り量による誤差を低減し、小流量域での高精度な校正ができる。

また、本発明は、上記液体用流量計校正装置において、前記秤量容器に試験液を取り込むための取込口と、前記秤量容器から試験液を排出するための排液口と、前記秤量容器と非接触である液位センサーを用いて前記秤量容器に取り込んだ試験液の液位を検知するための液位計とを備え、さらに前記取込口から垂直に立ち上がり、前記流路切換機構の円錐面の近くまで伸び、斜めの先端断面形状を有し、前記秤量計の計量値に影響を与えないように近傍の機構と非接触である筒と、前記秤量容器から排液時以外には前記排液口を塞ぐための可動蓋とを備えることを特徴とする液体用流量計校正装置である。

従って、円錐状ダイバータの開口部に合わせて、秤量容器の取込口を小さくすることに加えて、傾斜面の先端を持ち、円錐面の近傍まで立ち上がる筒を取込口に設けることで、ダイバータボックスと密着されなくても、秤量容器の取込口から流出する試験液の蒸発量を大幅に低減させることができる。また、蓋付きの排液口を設けることによって、排出バルブを利用しない他の排液手段を使用できて、排出バルブに由来するリークやケーブル影響の問題を解決する一方、秤量容器からの蒸発量が増加するという問題が発生しない。

また、昇降機構を使用せず、秤量容器を常時秤量計に載せることを前提にしているので、秤量容器への取込量を秤量計の計量値で監視する手段を利用できると同時に、秤量容器と非接触である液位センサーと秤量容器に付いている液位計との組み合わせを利用することによって、液位センサーケーブルが秤量値に影響することなく、オーバーフロー防止の安全性を高めることができる。このように、駆動機構を最低限に抑えつつ、密閉性と安全性が高く、構造が簡単で排出バルブに頼らない他の排液手段を使用できる高精度の秤量システムの設計を可能にするものである。

また、本発明は、上記液体用流量計校正装置において、前記秤量容器から試験液を排出するための排液機構を備え、前記排液機構は前記秤量容器から試験液を排出する時には、排液口を塞いでいる可動蓋を持ち去り、前記秤量容器から試験液を吸い出す吸引ノズルを前記排液口から前記秤量容器の底まで下降させ、前記吸引ノズルを通して試験液を吸引し、液吸引が終了したら、前記吸引ノズルを前記排液口から上昇させ、前記排液口に前記可動蓋を戻す動作を行うことで、前記秤量容器から試験液を排出する機構を備え、さらに前記排液機構は前記秤量計の計量値に影響を与えないように、排液のための一連動作の過程時以外には、前記秤量容器と非接触であり、さらに排液待機時に前記吸引ノズルからの液垂れを受けるための受け皿を備えることを特徴とする液体用流量計校正装置である。

従って、排出バルブを利用しない液吸引による排液手段を利用することができる。排出バルブの漏れやケーブル影響の問題が存在せず、装置の維持管理の利便性や構造のシンプルさを図れる。また、吸引による排液方法が速くて効果的で、作業効率が良く、秤量容器内の残液が少ない。排液時以外に、排液口に常時蓋をすることで、蒸発量が増加する問題が生じない。また、排液機構に受け皿を備えることによって、吸引ノズルから垂れ落ちた液滴が秤量容器に到達せず、秤量計の計量値への影響が生じない。同時に、液垂れによる秤量容器周辺の測定環境の悪化を防げる。このように、排出バルブによる排液手段に代わって、より効果的で、効率性の高い液吸引による排液手段を実現できる高精度の秤量システムの設計を可能にするものである。

従来の通液式静的秤量法を校正方法として実施する校正装置の構成図である。従来の校正装置で用いられてきた１枚羽根式ダイバータの流路切換機構を示す図である。従来の校正装置で用いられてきた２枚羽根式直進型ダイバータの流路切換機構を示す図である。従来の校正装置で用いられてきた２枚羽根式回転型ダイバータの流路切換機構を示す図である。従来の校正装置で用いられてきた傾斜円板式回転型ダイバータの流路切換機構を示す図である。本発明による液体用流量計校正装置の概要を示す図である。本発明による液体用流量計校正装置のダイバータにおけるバイパス位置（０°位置及び３６０°位置）の状態を説明する図である。図７で示したダイバータにおける取込位置（１８０°位置）の状態を説明する図である。本発明による液体用流量計校正装置の秤量容器の取込口から立ち上がる筒と周辺構造の拡大図である。本発明による液体用流量計校正装置の排液口、排液口蓋、吸引ノズル、受け皿の拡大図である。本発明の液体用流量計校正装置における、試験液取込と排液の一連の動作を説明する図である。ここで、（ａ）取り込み前、待機状態、（ｂ）転流羽根が１８０°位置にあって取り込み開始状態、（ｃ）転流羽根が３６０°位置にあって取り込み終了状態、（ｄ）排液口からフタを持ち去り、吸引ノズルを下降させ、試験液を排出開始する状態についてそれぞれ示す。本発明による液体用流量計校正装置における校正開始から終了までの手順を示したフローチャートである。本発明による液体用流量計校正装置におけるダイバータタイミングエラーの評価結果例をプロットしたグラフである。本発明による液体用流量計校正装置において転流羽根がノズル流れを横切った状態を示す図である。本発明による液体用流量計校正装置においてダイバータ開口部からノズル流れを取り込んでいる状態を示す図である。図１４で示す転流羽根の実施例に対するダイバータタイミングエラーの評価結果例をプロットしたグラフである。秤量容器からの蒸発量を評価した結果である。

本発明による液体用流量計校正装置の実施形態の一例について各図を用いて詳述する。

図６は、液体用流量計校正装置の実施形態の一例である。液体用流量計校正装置は、主に貯蔵タンク１、ポンプ２、液温を調節する熱交換器４０と温調装置４１、流量を安定化させるヘッダー４、流量調節バルブ７、ダイバータ１０と秤量容器２０と秤量計２１とを含んで構成されている。以下に試験液の流れに沿って、この液体用流量計校正装置の実施例について説明する。

図６に示すように、ポンプ２が試験液の駆動源であり、試験液は貯蔵タンク１からヘッダー４へ送液され、その一部が被試験流量計６を設置した試験管路へ供給され、残りが貯蔵タンク１へ循環される。高精度の流量計校正を行う場合、試験液の温度安定性が重要になり、この実施例ではポンプ２の下流に熱交換器４０と温調装置４１が設置され、液温の調節が行われる。試験管路を流れる流量の調節は、大中小の流量調節バルブ７の組み合わせで行われる。

被試験流量計６を通過した試験液は、ダイバータボックス５０の中へ流入する。被試験流量計６の校正時、温度センサー４３ａ，４３ｂと圧力センサー４２ａ，４２ｂの測定値が制御ＰＣ６４へ送信され記録される。なお、高精度の流量計校正を行う場合、流量計の上流と下流に温度センサー４３ａ，４３ｂと圧力センサー４２ａ，４２ｂが設置される。

更に、図７（バイパス位置：０°位置、及び３６０°位置）と図８（取込位置：１８０°位置）を併せて参照すると、流路切換機構であるダイバータ１０は、ノズル８を流出する流れと平行な回転軸１５と、回転軸１５に接続された円錐面７２に所定形状の開口部７０を有する円錐状回転体７１と、円錐面７２の開口部７０の左右両縁に設置された転流羽根（１枚目１４ａと２枚目１４ｂ）とにより構成されている。開口部７０以外の円錐面７２は、バイパス流路の役割を果たし、ノズル８からの流れが円錐面７２に衝突して広がり落ちる。

ダイバータ１０は、密閉状態に近いダイバータボックス５０の中に収納され、ダイバータ１０のバイパス側の円錐面７２から流れ落ちた試験液がダイバータボックス５０の底面の出口に集められ、貯蔵タンク１に戻るバイパスライン１３へ導かれる。

ダイバータ１０は、回転軸１５を介してモーター５３などのアクチュエーターにより駆動される。秤量容器２０に試験液を取り込まない時、ダイバータ１０がバイパス位置（０度）に静止しており（特に図７参照）、ノズル８からの試験液がバイパス側の円錐面７２に流れ続け、バイパスライン１３を通して貯蔵タンク１へと戻される。これに対し、秤量容器２０に試験液を取り込む時、ダイバータ１０が取込位置（１８０度）へ半回転して（特に図８参照）、円錐面７２の開口部７０から試験液を秤量容器２０の中へ取り込む。秤量容器２０が満液になったら、ダイバータ１０がさらに同じ方向に半回転して、バイパス位置（３６０度）に戻り（特に図７参照）、試験液の取込を終了させる。秤量容器２０の重量を測定した後に、秤量容器２０から試験液が排出される。

秤量容器２０は、秤量計２１による重量測定に影響しないよう、周りの構造物に接触しないようにすることが好ましい。

そこで、秤量容器２０には、取り込んだ試験液の液面の高さを表示できる液位計２６が秤量容器２０の外側面に備えられ、これらと非接触で液位計２６内の液面を検知する液位センサー２７ａ、２７ｂが設けられる。つまり、液位センサー２７ａ及び２７ｂを非接触とすることで、秤量容器２０の重量測定に影響を与えずに液位を検知できる。

さらに、図９に示すように、ダイバータボックス５０（図７、８参照）の底面５０ａには秤量容器２０の取込口２８から立ち上がる筒２９を挿通させる挿入口を設ける。この挿入口から試験液が流れ出ないように、ダイバータボックス５０の底面５０ａから立ち上がり、筒２９を囲むような筒５４が挿入口に設けられる。秤量容器２０の取込口２８から立ち上がる筒２９とダイバータボックス５０の底面５０ａから立ち上がる筒５４との間でわずかな隙間５５が存在し、これによっても秤量容器２０の重量測定に影響を与えない。また、筒２９は、その先端部分をダイバータ１０の円錐状回転体７１の裏面に沿って斜めにカットされた形状とされ、上記したバイパス位置におけるダイバータ１０と接触せずにその隙間を小さくしており、秤量容器２０内で蒸発する試験液のかかる隙間からの流出を最小限に抑えるようにされる。

なお、図６に示すように、秤量計２１を昇降台５１の上に載せても良い。メンテナンスや分銅による秤量計２１の校正を行う場合、昇降台５１を下降させれば、秤量容器２０を秤量計２１から取り外すことが可能である。

また、秤量容器２０から試験液を排出するための排液機構は、主に吸引ノズル２４と排液口蓋２２と液垂れの受け皿２３とから構成されている。図示を省略するが、例えば、吸引ノズル２４は鉛直方向の駆動機構により駆動され、また、排液口蓋２２及び液垂れの受け皿２３は、水平方向及び鉛直方向の駆動機構の組み合わせにより、駆動されている。

図１０は、このような排液機構の１つの実施例を示す。

図１０（ａ）では、排液口２５に蓋２２を被せた状態を示している。この場合、排液口２５に覆い被さっている蓋２２に接続された吊手２２ａは、これを持ち上げる周りの機構に対して「浮いた」状態で非接触となり、秤量計２１による秤量容器２０の重量の測定に周りの機構からの影響を与えないようになっている。また、排液を終えた吸引ノズル２４には残液が残るため、垂れ落ちる液滴８０が秤量容器２０にかからないように、液垂れの受け皿２３について蓋２２を持ち上げる機構に設け、吸引ノズル２４の直下に配置させる。

図１０（ｂ）に示すように、秤量容器２０からの排液動作を行う場合、まず、排液口２５から蓋２２を持ち上げてから、液垂れの受け皿２３とともに横へ移動して待機させる。次いで、吸引ノズル２４を秤量容器２０の排液口２５の中へと下降させる。秤量容器２０内の試験液を全部排出するために、吸引ノズル２４を秤量容器２０の底面まで下降させ、試験液を吸引させる。

秤量容器２０内の残液が少ない場合、より効果的に吸引するために、吸引ノズル２４の先端は、切込み２４ａを入れた形状とされる。吸引ノズル２４は、鉛直方向に下降又は上昇するように駆動される。吸引ノズル２４は、鉛直方向のみに駆動されて、吸引ノズル２４ｃの先端に残った残液の水平方向への飛び散りを防ぎ、液垂れ範囲を最小限に抑えるようにされることが好ましい。これによって、全ての液滴８０が液垂れの受け皿２３に落ちて液溜め８１から回収されるようにできる。また、一旦移動させた蓋２２を元の排液口２５の中心位置に戻せるように、蓋２２の吊手２２ａと周りの機構の両者にテーパー部９０を設けて、蓋２２を持ち上げたときに同機構に対してセンタリングさせる。

次に、図６及び図１１を参照しつつ、図１２（フローチャート）に沿って校正開始から終了までの手順について説明する。なお、図１２のフローチャートにおいて、各ステップにＳが付いた番号を振っており、以降このステップ番号を参照しながら説明を行う。

まず、ダイバータ１０をバイパス位置（０度）にセットし位置を確認する（Ｓ１１）。このとき、ダイバータ１０は試験液の取込前の待機状態となっている（図１１（ａ）参照）。次に、秤量計２１とともに下降位置にある昇降台５１を上昇させるか、または上昇位置にあることを確認する（Ｓ１２）。続いて、ポンプ２と温調装置４１を起動させる（Ｓ１３）。

そして、校正されるべき被試験流量計６の許容流量範囲を確認してから、試験ラインを流れる流量を被試験流量計６の最大流量に調節する（Ｓ１４）。これは、試験ラインや被試験流量計６に残留するおそれのある気泡を排除するための作業である。続いて、液体用流量計校正装置の操作者が十分に脱泡できたかどうかを判断し（Ｓ１５）、次のステップに進む。校正条件（目標流量値と目標温度値）を自動設定しまたは手動で入力し、調節する（Ｓ１６）。

流量と温度データのトレンドを確認しながら、流量値と温度値の安定を待つ（Ｓ１７，Ｓ１８）。安定したと判断したら、各タイマー６１，６２と流量計パルスカウンター６３（図６参照）のリセットを行い、計測開始待ちの状態にする（Ｓ１９）。試験ラインに試験液が流れている間、被試験流量計６から流量パルス信号が常時出力され、流量計パルスカウンター６３へ送信されている。

試験液取込前に、空の秤量容器２０の重量を秤量計２１で測定して、その計量値を制御ＰＣ６４に収録させる（Ｓ２０）。

次に、ダイバータ１０が半回転して取込位置（１８０度）へ回転する（Ｓ２１）。このとき、２枚羽根式ダイバータの理論によると、転流羽根がノズルからの流れを等速で横切ることが重要である。そこで、１枚目の転流羽根１４ａがノズル８からの流れにさしかかるまでにダイバータ１０の回転の加速を終え、等速でノズル８からの流れを横切るようにモーターが制御されている。そして、回転を終えたダイバータ１０は試験液取込中の状態になる（図１１（ｂ）参照）。

１枚目の転流羽根１４ａがノズル流れを横切る瞬間に、モーター５３のエンコーダーからはスタートトリガー信号（パルス信号）がゲート信号発生器６０に送られる。それを基にゲート信号発生器ではゲート信号が発生されて流入時間タイマー６１に送られ、流入時間タイマー６１の計測が開始される（Ｓ２２、図６参照）。

被試験流量計６から出力される流量パルスは、スタートトリガー信号のパルスの受信直後からカウントされる。そのため、ゲート信号発生器６０は、被試験流量計６からの流量パルスの立ち上がりと同時に計測を開始できるように、スタートトリガー信号を受信した直後に流入時間タイマー６１用のゲート信号とは別のゲート信号を発生させ、流量計パルスカウンター６３とパルス計数時間タイマー６２に送信し、それぞれの計測を開始させる（Ｓ２３）。

試験液を取り込んでいる間、試験液の温度と圧力データが取得され、制御ＰＣ６４へ収録される（Ｓ２４）。試験液の取込中、秤量容器２０内の液面が上昇して満液とならないように、試験液の取込を終了させるかどうかを判断する（Ｓ２５）。試験液の取込を終了させるかどうかを判断するため、以下の４つの条件が用意される。

（１）秤量計２１の計量値を監視しながら、試験液の取込秤量値が目標値に達するかどうかを監視する。（２）測定された試験液の流入時間から取込量を推定できるので、流入時間が目標の取込時間に達するかどうかを監視する。（３）被試験流量計６の流量パルス信号に基づいて取込開始からの流量積算値を算出し、目標の試験液取込総量に達するかどうかを監視する。（４）秤量容器２０の液面の高さが所定の高さに達したことを検知する液位センサー２７（２７ａ及び２７ｂ、図７参照）からの信号を監視する。

これら（１）〜（４）の４つの条件の内どれか１つが充足されたら、試験液の取込を終了させると判断し、ダイバータ１０を同じ方向にさらに半回転させてバイパス位置（３６０度）へ移動させ、試験液の取込を終了させる（Ｓ２６）。これによって、ノズル８からの流れはバイパスライン１３へ転流される（図１１（ｃ）参照）。ダイバータ１０の２回目の半回転の過程で、２枚目の転流羽根１４ｂが始動し、ノズル８からの流れにさしかかるまでに加速を終え、等速でノズル８からの流れを横切る。

２枚目の転流羽根１４ｂがノズル８からの流れを横切ると同時に、モーター５３のエンコーダーからはストップトリガー信号（パルス信号）が発生され、ゲート信号発生器６０に送信される。ストップトリガー信号を基に、ゲート信号発生器６０がゲート信号をＯＦＦ（立下り）にして、流入時間タイマー６１の計測を停止させる（Ｓ２７）。

ゲート信号発生器６０はまた、ストップトリガー信号を基に流量計パルスカウンター６３とパルス計数時間タイマー６２へのゲート信号をＯＦＦとして、直後の被試験流量計６からの流量パルスの立ち上がりに合せて流量計パルスカウンター６３とパルス計数時間タイマー６２の計測を停止させる（Ｓ２８）。

試験液を取り込んだ後の秤量容器２０の重量を測定し、その計量値を制御ＰＣ６４に収録する（Ｓ２９）。この段階で全ての計測データが揃って、それらの計測データを基に、流量計校正値を算出する（Ｓ３０）。ここでは、流量計校正値として、被試験流量計６を通過する単位質量もしくは単位体積の液量について、いくつのパルスを出力するかを表すＫファクタを算出する。もしくは、Ｋファクタの逆数であるメーターファクタ、即ち１パルス当たりいくつの質量もしくは体積の液量が流れるかを示す校正値を算出する。

次に、秤量容器２０から試験液を排出する（Ｓ３１、図１１（ｄ）参照）。排液機構の動作順序として、まず排液口２５の蓋２２を上昇させさらに水平移動させて、排液口２５の中へ吸引ノズル２４を下降させて、秤量容器２０から試験液を吸引して排出する。秤量計２１の計量値を監視しながら、秤量容器２０の中の全ての試験液が排出されるかどうかを判断する。全ての試験液が排出されたら、吸引ノズル２４を上昇させて、排液口２５に蓋２２を戻す（Ｓ３３）。これで排液作業が終了する。

校正を継続する場合（Ｓ３４；ＹＥＳ）、Ｓ１６に戻って、再びＳ１６〜Ｓ３３までのステップを実施する（Ｓ３４）。全ての校正試験が終了した場合には（Ｓ３４；ＮＯ）、最後にポンプと温調装置を停止させる（Ｓ３５）。

上記の校正試験の手順において、計測された試験液の流入時間の不確かさは、ダイバータタイミングエラーに依存する。ダイバータタイミングエラーの確認は、ＩＳＯ４１８５で推奨されている評価試験により行われる。試験方法についてはＩＳＯ４１８５の中で詳述されているので、ここでは省略する。

本実施例では、ダイバータタイミングエラーを評価する前に、試験液が流出するノズル８と試験液を横切る転流羽根１４ａ及び１４ｂの相対位置を予め調節する必要がある。まず、秤量容器への取込流路であるダイバータ１０の開口部７０の中心にノズル８を位置させる。ノズル８の位置は、１枚目転流羽根１４ａと２枚目転流羽根１４ｂ両者の間の中心にあるのが望ましい。

図６に示すように、ノズル８の位置調節のために、ノズル８と連結した３次元位置決めステージ５２が用いられる。３次元位置決めステージ５２には、ノズル交換やメンテナンスのために、別途ノズル８の上げ下げができるような昇降台が設けられ、この昇降作業がノズル８の水平方向の位置を変化させないように設計されている。また、１枚目転流羽根１４ａと２枚目転流羽根１４ｂがそれぞれノズル８からの流れを横切る位置角度は位置合わせによって得ることができる。

例えば、実際にノズル８の中心と転流羽根１４ａ及び１４ｂの刃先との位置合わせを行ってモーター５３のエンコーダーの位置角度をそれぞれ割り出し、それらをスタート及びストップトリガー信号を発生する初期の位置角度とする。そして、この初期の位置角度を初回のＩＳＯ４１８５評価試験に用いる。評価試験から得たエラー時間に回転角速度をかけると、スタート及びストップトリガー信号を発生させる位置角度の調整量が得られる。スタート及びストップトリガー信号を発生させる位置角度を電子的に調整したら、再びダイバータタイミングエラーの評価試験を行い、エラー時間が十分に小さくなるまでこの調整作業を繰り返す。

図１３には、本実施例に対するダイバータタイミングエラーの評価結果を示した。横軸は流量、縦軸はタイミングエラーを表す。試験液として軽油と灯油を用いた評価試験のタイミングエラーは、全体的に約１２ｍｓ以下である。実際は、試験液の取込時間（流入時間）に対するタイミングエラーの相対誤差は、流量が大きくなるほど取込時間が短くなるためより顕著になり、逆に、流量が小さくなるにつれて取込時間が長くなるため目立たなくなる。

図１３の評価例では、一番大きい流量条件（１００Ｌ/ｈ）の場合、タイミングエラーが２ｍｓ以下であり、流量が小さくなるに連れて、タイミングエラーが徐々に大きくなるが、取込時間が長くなる。例えば、同じ取込量１５００ｇの場合に、タイミングエラーの相対誤差が１０〜１００Ｌ／ｈの全てに対して０.００３％以下となる。つまり、最終的な校正不確かさを０.１％以下とする流量計校正を目指す場合、タイミングエラーによる影響が十分に小さいと言える。

図１４と図１５に転流羽根の他の実施例を示す。この実施例では、転流羽根１４ｂ’の左右両縁に折り返し部１６を設けるとともに、転流羽根１４ｂ’の下縁の中心を下向きに尖らせた形状としている。

転流羽根１４ｂ’の左右両側の折り返し部１６は、流速が遅い（流量が小さい）場合に羽根表面に広がりやすい試験液が羽根表面からはみ出ないように抑える働きをする。一方、転流羽根１４ｂ’の下縁の形状は、羽根表面を流れ落ちる試験液を中心に集めて下縁の中心から落下させる役割を果たす。これにより、試験液をより確実に秤量容器２０の中へ取り込むことができる。また、転流羽根１４ｂ’と接触しないように、秤量容器２０の取込口２８から立ち上がる筒２９’の先端を水平面での横断形状にするとよい。なお、転流羽根１４ａ’（図１５参照）についても対称形で同様である。

図１５に示すように、転流羽根１４ａ’及び１４ｂ’を取り付けたダイバータ１０の開口部７０からノズル８からの流れを取り込んだときの、ダイバータタイミングエラーの評価結果の一例を図１６に示した。

図１６において、○印はトリガー信号の位置角度の調整前のタイミングエラー結果を示し、×印はトリガー信号の位置角度の調整後のタイミングエラー結果を表す。トリガー信号の位置角度の調整後、タイミングエラーは、一般的に約１ｍｓ以下であり、流量によらず、ほぼ一定である。同じ取込量１５００ｇの場合に、取込時間に対するタイミングエラーの相対誤差が１０〜１００Ｌ／ｈの全てに対して０.００２％以下となる。

また、図１７には、図６の実施例において秤量容器２０からの試験液の蒸発量を評価した結果の一例を示した。

評価方法として、秤量容器２０の最大容量に近い量（この場合１５００ｇ）の試験液を秤量容器２０に取り込み、排液した後の秤量計２１の計量値の変動を約１時間で監視する。排液後であれば、秤量容器２０の中の空気が入れ替わりやすく、試験液の蒸発が最も活発になると考えられる。試験条件として、灯油と軽油の２液種の試験液のそれぞれについて、液温を２０℃と３５℃との２つの条件下で、蒸発量を計測し評価した。この中で、最も蒸発しやすい条件は、液温を３５℃とした灯油の場合であり、１時間でその蒸発量を０.０３ｇとする計測結果を得た。それ以外の試験条件については、１時間で秤量計２１の計量値の変動が見られず、秤量計２１の分解能０.０１ｇ以下の変動であると判断した。

各試験条件について蒸発量の評価試験を３回繰り返した結果は再現性が高く、その３回の平均値を図１７に示した。取込量１５００ｇに対して、蒸発量による相対誤差は、最も厳しい条件である灯油３５℃の場合で、０.００２％であり、それ以外の条件では、０.００１％以下である。例えば、流量計の校正不確かさを０.１％以下とする場合、その影響がほぼ無視できる。このように、図６に示す液体用流量計校正装置は、蒸発量の補正無しでも、小さい流量条件に必要な長時間の試験液の取込による校正も可能である。

上記した実施例によれば、２枚羽根式ダイバータの高い精度と回転式ダイバータの効率性を活かしたまま、流路切換機構であるダイバータ１０に円錐状回転体７１を用いることによって、円錐面７２上の開口部７０とその両縁にある転流羽根１４ａ及び１４ｂの表面積を大幅に縮小できるとともに、特別な構造を設けることなく、円錐面７２によるバイパス流路が効果的な整流機能を果たし、小流量域での校正において顕著化しやすい蒸発量や液付着量、飛び散り量による誤差を低減し、小流量域での高精度な校正を可能にする。

また、試験液の蒸発量を効果的に低減できること、排出バルブに代わる液吸引による排液手法を可能にする秤量容器２０の形状設計と確実なオーバーフロー防止機能を兼ね備えることにより、駆動機構を最低限に抑えつつ、密閉性と安全性が高く、構造が簡単な液体用流量計校正装置の設計が可能になる。

また、液蒸発と液垂れを考慮した吸引ノズル２４のような液吸引による排液手法を採用することによって、排出バルブの漏れや排出バルブに接続されたケーブルによる影響などの排出バルブに起因する問題が存在せず、装置の維持管理の利便性や構造のシンプルさを図れるとともに、残液を少なくして液吸引を速くできて、より効果的で、効率性の高い排液手段を実現できる高精度の液体用流量計校正装置の設計を可能にする。

上記した液体用流量計校正装置によれば、小流量域での校正において顕著化しやすい蒸発量や液付着量、飛び散り量による誤差を低減し、小流量域での高精度な校正を可能にすることができ、例えば、石油の小流量を測定する流量計など小流量域流量計の校正装置として利用することができる。

以上、本発明の１つの実施例を説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、上述した本発明の実施形態による効果は、１つの実施例による良好的な効果に過ぎず、本発明による効果は、上記に記載された実施形態の効果に限定されるものではない。

１貯蔵タンク
２揚水ポンプ
４ヘッダー
６被試験流量計
７流量調節バルブ
８ノズル
１０ダイバータ、転流器
１３バイパスライン
１４ａ１枚目の転流羽根
１４ｂ２枚目の転流羽根
１５回転軸
２０秤量容器
２１秤量計
２２蓋
２３液垂れの受け皿
２４吸引ノズル
２５排液口
２６液位計
２７液位センサー
２９筒
４０熱交換器
４１温調装置
５０ダイバータボックス
５１昇降台
５２三次元位置決めステージ
５３モーター
５４筒
６０ゲート信号発生器
６１流入時間タイマー
６２パルス計数時間タイマー
６３流量計パルスカウンター
６４制御ＰＣ
７０開口部
７１円錐状回転体
７２円錐面
７３ダイバータ円錐面
８１液溜まり
９０テーパー部

Claims

液体用流量計校正装置であって、
試験液を下方へ流出させるノズルと、
前記ノズルから下方へ流出する前記試験液を取り込む秤量容器と、
前記秤量容器の重量を測定する秤量計と、
前記試験液を前記秤量容器に取り込まない時に前記試験液を排出するバイパス流路と、
前記試験液を前記秤量容器に導くか前記バイパス流路に導くかを切り換える流路切換機構と、
前記流路切換機構を駆動させる手段と、
を備え、
前記流路切換機構は、前記ノズルと前記秤量容器との間に設置され、前記ノズルからの流れと平行な回転軸で円錐状の円錐面を前記ノズルの直下を含むように延びさせた円錐状回転体を含み、前記円錐面を回転させたときに前記ノズルの直下にある前記円錐面上の対応位置を結んだ円周線の一部を横切るように前記円錐面の一部を貫通させて設けられた開口部を有するとともに、前記開口部の縁部にあって前記円周線との両交差位置には上方へ立ち上がり前記円錐面の回転によって前記流れを横切る転流羽根をそれぞれ有し、
初期の角度位置から前記円錐面を回転させて前記開口部を前記ノズルの直下位置まで移動させる間に前記開口部の片側の前記転流羽根が前記ノズルを流出する流れを横切ることで前記流れを、前記秤量容器に前記試験液を取り込むための取込口から上方に立ち上がり、前記流路切換機構の前記円錐面近傍まで伸張し前記円錐面に対向するような傾斜先端を有する筒から前記秤量容器へ流入させ、
さらに前記円錐面を回転させて前記開口部を前記ノズルの直下位置から離れて初期の角度位置に戻る間に前記開口部の他側の前記転流羽根が前記ノズルを流出する流れを横切ることで前記流れを前記バイパス流路へ切り換わる動作を行うことで、前記秤量容器への前記試験液の取込を制御することを特徴とする液体用流量計校正装置。
前記秤量容器から試験液を排出するための排液口と、
前記秤量容器と非接触である液位センサーを用いて前記秤量容器に取り込んだ試験液の液位を検知するための液位計と、を備え、
前記秤量容器から排液時以外には前記排液口を塞ぐための可動蓋と、を備えることを特徴とする請求項１記載の液体用流量計校正装置。
前記秤量容器から試験液を排出するための排液機構を備え、
前記排液機構は、前記秤量容器からの前記試験液の排出時には、前記排液口を塞いでいる前記可動蓋を持ち去り、前記秤量容器から前記試験液を吸い出す吸引ノズルを前記排液口から前記秤量容器の底まで下降させ、前記吸引ノズルを通して前記試験液を吸引し、液吸引の終了後、前記吸引ノズルを前記排液口から上昇させ、前記排液口に前記可動蓋を戻す動作を行うことで、前記秤量容器から試験液を排出する機構を備え、
さらに前記排液機構は前記秤量計の計量値に影響を与えないように、前記可動蓋の持ち去り動作時及び戻す動作時以外には、前記秤量容器と非接触であり、さらに排液待機時に前記吸引ノズルからの液垂れを受けるための受け皿を備えることを特徴とする請求項２記載の液体用流量計校正装置。