流量运算装置以及流量控制装置制造方法
【专利摘要】提供一种流量运算装置以及流量控制装置，即使在通过调节阀的流体的流动中气穴流动是支配性的情况下也能进行更准确的流量控制。如果判断部（20）判断通过调节阀（2)的流体的流动中气穴流动是支配性的，则流量运算部（23）基于将气穴流动是支配性的状态下的、压力比XF以及阀开度θ与流量系数Cv相对应地存储的第二表导出流量系数Cv。然后，使用这样导出的流量系数Cv计算流过调节阀（2）的流体的流量Q。由此，即使在气穴流动是支配性的情况下也能准确地计算流量Q，其结果是，能够进行更准确的流量控制。
【专利说明】流量运算装置以及流量控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及对通过调节阀的流体的流量进行运算的流量运算装置以及具备该流量运算装置的流量控制装置。
【背景技术】
[0002]以往，流过机械设备等的管道的流体的流量由设置于管道的调节阀进行控制。具体来说，根据下式(I)算出通过调节阀的流量Q，通过控制调节阀的开度以使该流量Q与设定流量Qsp—致，使得规定流量的流体通过调节阀(例如，参照专利文献I)。在此，ΛΡ是调节阀的一次侧(上游侧)流路的压力Pl与二次侧(下游侧)流路的压力P2的差压(P1-P2)，Cv是流量系数，对于调节阀的每个阀开度Θ进行设定。
[0003]Q=A.Cv.Δ P172...( I)
[0004]在这其中，由于调节阀的流量系数Cv依调节阀的口径或类别而不同，因此需要符合作为对象的调节阀地预先求出适当的值。因此，例如每几个Pa等地预先设定多个差压，对于这些差压中的每一个求出与每次改变例如几个百分比等的规定值的调节阀的开度时的各开度对应的流量系数Cv的值，并在出货时将使该值与差压和各开度对应的表存储于调节阀的执行机构或流量的测量装置等的存储器中。然后，在测量实际流量时，基于该表与测量到的差压以及调节阀的实际开度导出对应的Cv值，通过代入上式(I)取得流量Q，控制调节阀的开度以使该流量Q与设定流量Qsp —致。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I日本特开平6-094160号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]但是，由于上述流量系数的表是以在调节阀内不产生气穴的状态为前提的，因此如果在调节阀内产生气穴，气穴流动成为支配性的话，则流量系数Cv值表的各Cv值就变得与实际的值不对应了。于是，由于用上式(I)求得的流量Q不是实际的流量，因此其结果是，无法进行准确的流量控制。
[0010]因此，本发明的目的在于，提供一种流量运算装置以及流量控制装置，即使在气穴流动成为支配性的情况下也能进行准确的流量控制。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]为了解决上述课题，本发明所涉及的流量运算装置的特征在于，包括:取得部，所述取得部取得作为流过与流路连接的调节阀的节流部的上游侧的流体的压力的第一压力、作为流过调节阀的节流部的下游侧的流体的压力的第二压力以及第一压力与第二压力的差压中的至少两个；取得调节阀的阀开度的阀开度取得部；系数运算部，所述系数运算部基于由取得部取得的第一压力、第二压力以及差压中的至少两个，计算出基于第一压力、第一压力和第二压力的差压以及流体的饱和蒸气压的第一系数；第一表，所述第一表将在通过调节阀的流体的流动中气穴流动不是支配性的状态下的、第一压力和第二压力的差压以及阀开度与流量系数相对应地存储；第二表，所述第二表将在通过调节阀的流体的流动中气穴流动是支配性的状态下的、第一系数以及阀开度与流量系数相对应地存储；判断部，所述判断部判断通过调节阀的流体的流动中气穴流动是否是支配性的；以及流量运算部，所述流量运算部在由判断部判断在通过调节阀的流体的流动中气穴流动不是支配性的情况下，基于差压以及阀开度与第一表导出流量系数，基于该流量系数和差压计算出流过调节阀的流体的流量，在由判断部判断在通过调节阀的流体的流动中气穴是支配性的情况下，基于第一系数以及阀开度和第二表导出流量系数，基于该流量系数和差压计算出流过调节阀的流体的流量。
[0013]在上述流量运算装置中，系数运算部也可以在令第一系数为XF，差压为ΛΡ，第一压力为P1，饱和蒸气压为PV时，根据XF=AP / (Pl-PV)计算第一系数。
[0014]又，在上述流量运算装置中，进一步具有存储部，所述存储部对根据阀开度设定的阈值进行存储，判断部也可以对由系数运算部计算出的第一系数和存储于存储部的阈值进行比较，在第一系数在阈值以上的情况下判断通过调节阀的流体的流动中气穴流动是支配性的。
[0015]又，在上述流量运算装置中，进一步具有:温度取得部，所述温度取得部取得流过流路的流体的温度；和第三表，所述第三表存储有流体的每个温度的饱和蒸气压，系数运算部也可以使用饱和蒸气压计算出第一系数，该饱和蒸气压是基于由温度取得部取得的流体的温度和第三表导出的。
[0016]又，本发明所涉及流量控制装置的特征在于，包括:流量运算装置，所述流量运算装置计算流过连接于流路的调节阀的流量；和阀控制装置，所述阀控制装置控制调节阀的开度，以使由该流量运算装置计算出的流量与设定值一致，流量运算装置是上述的流量运算装置。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明，如果判断在通过调节阀的流体的流动中气穴流动不是支配性的，则基于将气穴流动在通过调节阀的流体的流动中不是支配性的状态下的、第一压力和第二压力的差压以及阀开度与流量系数相对应地存储的第一表导出流量系数，如果判断气穴流动是支配性的，则基于将气穴流动在通过调节阀的流体的流动中是支配性的状态下的、第一系数以及阀开度与流量系数相对应地存储的第二表导出流量系数，由于使用这样导出的流量系数计算流过调节阀的流体的流量，因此即使在气穴流动是支配性的情况下也能够进行准确的流量控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是示意性地示出本发明的实施形态涉及的流量控制系统的结构的图。
[0020]图2是示出流量运算装置的结构的框图。
[0021]图3是用于说明第一表的结构的图。
[0022]图4是用于说明第二表的结构的图。
[0023]图5是示出阀控制装置的结构的框图。【具体实施方式】
[0024]以下，参照附图对本发明的实施形态进行详细说明。
[0025][流量控制系统的结构]
[0026]如图1所示，本实施方式涉及的流量控制系统包括:流路1，设置于该流路I的调节阀2，设置于流路I的温度传感器3，设置于调节阀2内的节流部的上游侧(一次侧)的一次侧压力传感器4，设置于调节阀2内的节流部的下游侧(二次侧)的二次侧压力传感器5，设置于调节阀2的阀开度传感器6，以及对流过流路I的流体的流量进行控制的流量控制单元7。
[0027]流路I由设置于机械设备等中的一个配管构成，流体在其内部流通。
[0028]调节阀2由在内部具有流路且在该流路的途中具有节流部的阀主体、配设于该阀主体内部并限制通过节流部的流体的流量的阀芯以及通过驱动该阀芯控制开度的电动执行机构或位置控制器等流量控制单元7构成，通过基于来自流量控制单元7的控制信号改变阀开度，控制通过调节阀2的流体的流量，即流过流路I内部的流体的流量。
[0029]温度传感器3是众所周知的温度传感器，测量流过流路I内部的流体的温度T。该测量结果被发送至流量控制单元7。
[0030]一次侧压力传感器4是众所周知的压力传感器，对调节阀2内的节流部的上游侧(一次侧)的流路中流动的流体的压力Pl进行测量。该测量结果被发送至流量控制单元7。
[0031]二次侧压力传 感器5是众所周知的压力传感器，对调节阀2内的节流部的下游侧(二次侧)的流路中流动的流体的压力P2进行测量。该测量结果被发送至流量控制单元7。
[0032]阀开度传感器6是测量调节阀2的阀开度Θ的传感器。该测量结果被发送至流量控制单元7。
[0033]<流量控制单元的结构>
[0034]流量控制单元7包括:流量运算装置8，该流量运算装置8基于从温度传感器3、一次侧压力传感器4、二次侧压力传感器5以及阀开度传感器6接收的测量结果计算流过流路I的流体的流量；和阀控制装置9，该阀控制装置9通过基于该流量运算装置8的运算结果生成控制信号并发送至调节阀2，来控制调节阀2的阀开度。
[0035]?流量运算装置的结构>>
[0036]在此，流量运算装置8如图2所示，包括:温度取得部11，一次压力取得部12，二次压力取得部13，第三表14，饱和蒸气压导出部15，差压运算部16，系数运算部17，阀开度取得部18，阈值存储部19，判断部20，第一表21，第二表22以及流量运算部23。
[0037]温度取得部11是从温度传感器3取得由该温度传感器3测量到的流过流路I的流体的温度T的功能部。取得的温度T被输出给饱和蒸气压导出部15。
[0038]第三表14是将流体的温度T与饱和蒸气压PV相对应地存储的数据表。作为其一例，例如将每次以0.1°C等规定值的间隔设定的温度Tl，和与各温度Tl对应的饱和蒸气压PV相对应地存储在第三表14中。
[0039]饱和蒸气压导出部15基于从温度取得部11输入的流过流路I的流体的温度Tl，和第三表14，导出流过流路I的流体的饱和蒸气压PV。具体来说，参照第三表14，导出与从温度取得部11输入的温度T对应的饱和蒸气压PV。该导出了的饱和蒸气压PV被输出给系数运算部17。这样一来，由于与流体温度T对应了的饱和蒸气压PV被导出，因此提高了由后述的系数运算部17进行的压力比XF的运算精度。
[0040]一次压力取得部12是从一次侧压力传感器4取得由该一次侧压力传感器4测量到的流过一次侧流路的流体的压力Pl的功能部。取得的压力Pl被输出至差压运算部16以及系数运算部17。
[0041]二次压力取得部13是从二次侧压力传感器5取得由该二次侧压力传感器5测量到的流过二次侧流路的流体的压力P2的功能部。取得的压力P2被输出至差压运算部16以及系数运算部17。[0042]差压运算部16是计算从一次压力取得部12输入的压力Pl和从二次压力取得部13输入的压力P2的差压ΛΡ(=Ρ1-Ρ2)的功能部。该得到的运算出的差压ΛΡ被输出至系数运算部17以及流量运算部23。
[0043]系数运算部17是基于从饱和蒸气压导出部15输入的饱和蒸气压PV、从一次压力取得部12输入的压力Pl以及从差压运算部16输入的差压Λ P，计算第一系数的功能部。在本实施形态中，计算压力比XF作为该第一系数。该压力比XF表示一边为差压Λ P，另一边为压力Pl或压力Ρ2与饱和蒸气压的差分所构成的比。具体来说，系数运算部17基于下式(2)计算压力比XF。该运算出的压力比XF被输出至判断部20以及流量运算部23。
[0044]XF=AP / (Pl — PV)...(2)
[0045]根据上式(2)，能够计算出利用判断部20判断流体的流动中气穴流动是否是支配性的所需要的压力比XF。
[0046]阀开度取得部18是从阀开度传感器6取得由该阀开度传感器6测量到的调节阀2的阀开度Θ的功能部。取得的开度Θ被输出至判断部20以及流量运算部23。
[0047]阈值存储部19是对在判断部20的判断动作中使用的阈值A ( Θ )进行存储的功能部。该阈值A (Θ)是对于调节阀2的每个开度Θ设定的固有的值。即使是相同的调节阀2，
[0048]如果开度Θ不同的话，则气穴流动变为支配性的压力比的大小也不同。因此，在阈值存储部19中，相对应地存储有例如每次以1°等规定值的间隔设定的调节阀2的开度Θ，和与各开度Θ对应的阈值A ( Θ )。由此，可以更准确地判断流体的流动中气穴流动是否是支配性的。
[0049]判断部20是判断流体的流动中气穴是否是支配性的功能部。在本实施方式中，判断部20基于从系数运算部17输入的压力比XF，从阀开度取得部18输入的开度Θ以及存储于阈值存储部19的阈值(Θ )进行判断。具体来说，判断部20参照阈值存储部19，取得与从阀开度取得部18输入的开度Θ对应的阈值A ( Θ )，对该阈值A ( Θ )和压力比XF进行比较。然后，在XF的值比阈值A ( Θ )的值小的情况下(XF < A ( Θ ))，判断在流体的流动中气穴流动不是支配性的。另一方面，在XF的值在阈值A ( Θ )的值以上的情况下(XF ^ A(Θ ))，判断在流体的流动中气穴流动是支配性的。该判断结果被输出至流量运算部23。
[0050]第一表21是示出在流体的流动中气穴流动不是支配性的情况下的、开度Θ以及差压△ P与流量系数Cv的关系的数据表。具体来说，如图3所示，纵轴取例如每次以1°等规定值的间隔设定的调节阀2的开度θ ( Θ I~Θ i)，横轴取例如每次以l[Pa]等规定值的间隔设定的差压Λ P (=X~XXX)，存储有与各记录对应的流量系数Cv(Cvvli~Cvv3i)。[0051]第二表22是示出在流体的流动中气穴流动是支配性的情况下的、开度Θ以及压力比XF与流量系数Cv的关系的数据表。具体来说，如图4所示，纵轴取例如每次以1°等规定值的间隔设定的调节阀2的开度θ (Θ1~0j)，横轴取以规定值的间隔设定的压力比XF (XFv=Y~YYY)，存储有与各记录对应的流量系数Cv (Cvvlj~Cvv3j)。
[0052]流量运算部23是计算通过调节阀2的流体的流量Q的功能部。具体来说，通过将从差压运算部16输入的差压Λ P和流量系数Cv代入上式(I )，计算出当前正通过调节阀2的流体的流量Q。该运算出的流量Q被输出至阀控制装置9。
[0053]在此，代入到上式(I)的流量系数Cv被如下导出。
[0054]在根据判断部20判断流体的流动中气穴流动不是支配性的情况下，流量运算部23参照第一表21，导出与从阀开度取得部18输入的开度Θ以及从差压运算部16输入的差压Λ P对应的流量系数Cv，将该导出了的流量系数Cv代入上式(I)。
[0055]另一方面，在判断部20判断流体的流动中气穴流动是支配性的情况下，流量运算部23参照第二表22，导出与从阀开度取得部输入的开度Θ以及从系数运算部17输入的压力比XF对应的流量系数Cv，将该导出了的流量系数Cv代入上式(I)。此时，由于压力比XF使用的是在判断部20的判断中使用的压力比XF，因此就不需要再次运算，所以能够减轻运算负载。
[0056]这样一来，在流量运算装置8中，判断流体的流动中气穴流动是否是支配性的，在气穴流动不是支配性的情况下使用基于第一表21导出的流量系数计算流量，在气穴流动是支配性的情况下使用基于第二表22导出的流量系数计算流量，因此能够得到更准确的
流量。
[0057]这种流量运算装置8由作为流量控制单元7的电动执行机构或位置控制器内置的CPU等运算电路、存储器等存储电路以及安装了的程序构成。也就是说，通过硬件资源和软件协作，上述的硬件资源被程序控制，上述的温度取得部11、一次压力取得部12、二次压力取得部13、第三表14、饱和蒸气压导出部15、差压运算部16、系数运算部17、阀开度取得部18、阈值存储部19、判断部20、第一表21、第二表22以及流量运算部23得以实现。
[0058]?阀控制装置的结构>>
[0059]阀控制装置9如图5所示，包括流量取得部31、设定值取得部32、阀开度运算部33以及信号生成部34。
[0060]流量取得部31是从流量运算装置8取得由该流量运算装置8运算的通过调节阀2的流体的流量Q的功能部。取得了的流量Q被输出至阀开度运算部33。
[0061]设定值取得部32是从与流量控制单元7可通信地连接的上位装置取得通过调节阀2的流体的流量的设定值Qsp的功能部。取得了的设定值Qsp被输出至阀开度运算部33。
[0062]阀开度运算部33是基于从流量取得部31输入的流量Q和从设定值取得部32输入的设定值Qsp,计算使流量Q变得与设定值Qsp —致的调节阀2的开度的功能部。该运算结果被输出至信号生成部34。
[0063]信号生成部34是生成用于使调节阀2的开度为从阀开度运算部33输入的调节阀2的开度的控制信号的功能部。该生成了的控制信号被输出至调节阀2。由此，调节阀2的开度就被控制为由控制信号控制确定了的开度，与设定值Qsp对应的流量的流体通过调节阀2。
[0064]这种阀控制装置9与流量运算装置8 一样，由作为流量控制单元7的电动执行机构或位置控制器内置的CPU等运算电路、存储器等存储电路以及安装了的程序构成。也就是说，通过硬件资源和软件的协作，上述硬件资源被程序控制，上述的流量取得部31、设定值取得部32、阀开度运算部33以及信号生成部34得以实现。
[0065]如以上说明的那样，根据本实施形态，利用判断部20判断流体的流动中气穴流动是否是支配性的，如果判断气穴流动不是支配性的，则基于将气穴流动不是支配性的状态下的压力Pl和压力P2的差压ΛΡ以及阀开度Θ与流量系数Cv相对应地存储的第一表21导出流量系数Cv，如果判断气穴流动是支配性的，则基于将气穴流动是支配性的状态下的压力比XF以及阀开度Θ与流量系数Cv相对应地存储的第二表22导出流量系数Cv，由于使用这样导出的流量系数Cv计算流过调节阀2的流体的流量Q，因此即使在气穴流动是支配性的情况下也能够进行准确的流量控制。
[0066]另外，在本实施形态中，以通过差压运算部16根据由一次压力取得部12取得的压力Pl和由二次压力取得部13取得的压力P2计算差压ΛΡ的情况为例进行了说明，但是也可以在流路I中设置差压计，将该差压计的测量结果就这样作为差压ΛΡ使用。在该情况下，只要能够取得压力Pl和压力P2中的至少一个，就能够根据差压Λ P计算出另一个。
[0067][工业应用性]
[0068]本发明可以适用于使用调节阀的各种系统。
[0069]符号说明
[0070]1:流路，2:调节阀，3:温度传感器，4:一次侧压力传感器，5:二次侧压力传感器，6:阀开度传感器，7:流量控制单元，8:流量运算装置，9:阀控制装置，11:温度取得部，12:一次压力取得部，13:二次压力取得部，14:第三表，15:饱和蒸气压导出部，16:差压运算部，17:系数运算部，18:阀开度取得部，19:阈值存储部，20:判断部，21:第一表，22:第二表，23:流量运算部，31:流量取得部，32:设定值取得部，33:阀开度运算部，34:信号生成部。
【权利要求】
1.一种流量运算装置，其特征在于，包括: 取得部，所述取得部取得作为流过与流路连接的调节阀的节流部的上游侧的流体的压力的第一压力、作为流过所述调节阀的节流部的下游侧的流体的压力的第二压力以及所述第一压力与所述第二压力的差压中的至少两个； 取得所述调节阀的阀开度的阀开度取得部； 系数运算部，所述系数运算部基于由所述取得部取得的所述第一压力、所述第二压力以及所述差压中的至少两个，计算出基于所述第一压力、所述第一压力和所述第二压力的差压以及流体的饱和蒸气压的第一系数； 第一表，所述第一表将在通过所述调节阀的流体的流动中气穴流动不是支配性的状态下的、所述第一压力和所述第二压力的差压以及所述阀开度与流量系数相对应地存储；第二表，所述第二表将在通过所述调节阀的流体的流动中气穴流动是支配性的状态下的、所述第一系数以及所述阀开度与流量系数相对应地存储； 判断部，所述判断部判断通过所述调节阀的流体的流动中气穴流动是否是支配性的；以及 流量运算部，所述流量运算部在由所述判断部判断在通过所述调节阀的流体的流动中气穴流动不是支配性的情况下，基于所述差压以及所述阀开度与所述第一表导出流量系数，基于该流量系数和所述差压计算出流过所述调节阀的流体的流量，在由所述判断部判断在通过所述调节阀的流体的流动中气穴是支配性的情况下，基于所述第一系数以及所述阀开度和所述第二表导出 流量系数，基于该流量系数和所述差压计算出流过所述调节阀的流体的流量。
2.如权利要求1所记载的流量运算装置，其特征在于， 所述系数运算部在令所述第一系数为XF，所述差压为ΛΡ，所述第一压力为P1，所述饱和蒸气压为PV时，根据XF=AP / (Pl-PV)计算所述第一系数。
3.如权利要求2所记载的流量运算装置，其特征在于， 进一步具有存储部，所述存储部对根据所述阀开度设定的阈值进行存储， 所述判断部对由所述系数运算部计算出的所述第一系数和存储于所述存储部的阈值进行比较，在所述第一系数在所述阈值以上的情况下判断通过所述调节阀的流体的流动中气穴流动是支配性的。
4.如权利要求2所记载的流量运算装置，其特征在于，进一步具有: 温度取得部，所述温度取得部取得流过所述流路的流体的温度；和 第三表，所述第三表存储有所述流体的每个温度的饱和蒸气压， 所述系数运算部使用饱和蒸气压计算出所述第一系数，所述饱和蒸气压是基于由所述温度取得部取得的所述流体的温度和所述第三表导出的。
5.一种流量控制装置，其特征在于，包括: 流量运算装置，所述流量运算装置计算流过连接于流路的调节阀的流量；和阀控制装置，所述阀控制装置控制所述调节阀的开度，以使由该流量运算装置计算出的所述流量与设定值一致， 所述流量运算装置是权利要求1至4中任意一项所记载的流量运算装置。
【文档编号】F16K31/00GK103900646SQ201310728786
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2012年12月26日
【发明者】野间口谦雄, 松村刚宏 申请人:阿自倍尔株式会社