专利名称：膜式气体测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量气体流量的膜式气体测量仪，特别是防止产生压力损失，同时可以小型化的膜式气体测量仪。
背景技术：
图7A或图7B为概略地表示一般的膜式气体测量仪100的正视图。膜式气体测量仪100具有气体测量仪壳体101，气体测量仪的壳体101由上部壳体102和下部壳体103组合构成。在上部壳体102中设置气体流入口104和气体流出口105。在下部壳体103中设有测量室106，在该测量室106中设在测量膜107。
该测量膜107具有利用从气体测量仪本体101的气体流入口104流入的气体的气体压力，进行往复运动的功能。该测量膜107的往复运动，通过翼轴(图中没有示出)，传递至收纳在上部壳体102中的、由曲柄机构和阀机构构成的连动机构108。累计显示部109与连动机构108连动，显示从测量膜107的运动算出的流入气体量的累计值。
上述曲柄机构具有大肘节和小肘节。测量膜107的往复运动，通过翼轴的旋转运动变换为曲柄机构的曲柄运动。该曲柄机构的运动通过连动机构108，与累计显示部109连动。这种气体测量仪在日本国特开平5-164589号公报中公开。
测量膜107由橡胶等具有可挠性的材料制成。测量膜107的正面形状，可为图7A所示的圆形，或如图7B所示，为方形或者四个角上有R的方形(以下称为方圆形)。在该测量膜107的中央部安装膜板(图中没有示出)。测量膜107的外周边缘与形成测量室106的下部箱体103气密地固定。膜板通过旋转臂(图中没有示出)，与翼轴连接。测量膜107利用交互地流入测量室106的测量膜107的表面和背面的气体的气体压力而往复运动。该往复运动从膜板借助旋转臂，作为旋转运动传递至翼轴。
然而，在现有的膜式气体测量仪100的测量膜107上，如图7B所示，其形状为方形或方圆形，往复运动时，四个角处会产生皱纹。这种皱纹伸缩成为阻力，使往复运动不能平稳地进行，因此成为压力变动大的原因。当产生皱纹时，测量膜本来一定的膜一个往复的气体体积(1个周期体积)未必一定，因此，作为气体测量仪性能不稳定。
为了消除测量膜皱纹的问题，如图7A所示，开发了圆形的测量膜107。由于圆形测量膜107往复运动时难以产生皱纹，因此往复运动可以平稳地进行。但是，圆形测量膜107在气体测量仪的有限的空间中，膜正面的面积比方形或方圆形小，因此，1个周期的体积也减小。
因此，在相同的时间间隔间通过气体的体积相同，即流量相同时，与使用方形或方圆形的情况比较，使用圆形膜时膜的运动快。换句话说，不得不增多膜的往复运动的数。这对气体的压力损失和气体测量仪的耐久性有影响。另外，如果使气体的排出体积与方形或方圆形相同，则需要增大气体测量仪的高度和宽度，难以使形状紧凑。
发明内容
本发明的目的是要提供一种在测量膜上难以产生皱纹，可以减少压力损失的膜式气体测量仪。
本发明的膜式气体测量仪包括具有气体流入口和气体流出口的气体测量仪壳体；设在该气体壳体内同时具有两个气体室的测量室；将从上述流入口导入的气体交互地供给上述两个气体室的阀机构；设在上述两个气体室之间，气密地将上述气体室之间隔开的椭圆形的测量膜和使上述测量膜的往复运动与测量上述阀机构和气体流量的累计机构连动的连动机构。
另外，本发明的膜式气体测量仪，包括具有气体流入口和气体流出口的气体测量仪壳体；设在该气体壳体内同时具有两个气体室的测量室；将从上述流入口导入的气体交互地供给上述两个气体室的阀机构；设在上述两个气体室之间，气密地隔开上述气体室之间的测量膜，将两个椭圆形的长轴交叉，以由其重叠构成的共通部分作为测量膜的形状；和使上述测量膜的往复运动与测量上述阀机构和气体流量的累计机构连动的连机构。
另外，本发明的膜式气体测量仪，它包括具有气体流入口和气体流出口的气体测量仪壳体；设在该气体壳体内，同时具有两个气体室的测量室；将从上述流入口导入的气体交互地供给上述两个气体室的阀机构；设在上述两个气体室之间，气密地隔开上述气体室的测量膜，将椭圆形和具有比该椭圆形的短轴长且比长轴直径短的圆交叉，以由其重叠构成的共通部分作为测量膜的形状；和使上述测量膜的往复运动与测量上述阀机构和气体流量的累计机构连动的连动机构。
采用本发明，通过防止在测量膜中产生皱纹，可以减少压力损失，同时可降低气体测量仪自身的高度尺寸。
本发明的优点在以下的说明中给出，并且部分地可从该说明中了解，或从本发明的实践中学习。本发明的优点可从以下指出的结构获得。
图1A为概略地表示本发明的第一个实施例的膜式气体测量仪的正视图；图1B为概略地表示安装在同一个膜式气体测量仪中的测量膜的正视图；图2A为概略地表示本发明的第二个实施例的膜式气体测量仪的正视图；图2B为概略地表示安装在同一个膜式气体测量仪中的测量膜的正视图；图3A为概略地表示本发明的第三个实施例的膜式气体测量仪的正视图；图3B为概略地表示安装在同一个膜式气体测量仪中的测量膜的正视图；
图4A为概略地表示本发明的第四个实施例的膜式气体测量仪的正视图；图4B为概略地表示安装在同一个膜式气体测量仪中的测量膜的正视图；图5为概略地表示本发明的第五个实施例的膜式气体测量仪的正视图；图6为概略地表示本发明的第六个实施例的膜式气体测量仪的正视图；图7A为概略地表示使用圆形测量膜的模式气体测量仪的一个例子的正视图；图7B为概略地表示使用方形、方圆形的测量膜的膜式气体测量仪的一个例子的正视图。
具体实施例方式
图1A为概略地表示本发明的第一个实施例的膜式气体测量仪的正视图。图1B为概略地表示安装在同一个膜式气体测量仪中的测量膜的正视图。
膜式气体测量仪10具有作为壳体的气体测量仪本体11，该气体测量仪本体11由上部箱体12和下部箱体13组合构成。在上部箱体12的箱体表面上设置两个孔，分别形成气体流入口14和气体流出口15。在上部箱体12内放置阀机构20。在阀机构20中有两个阀21，22。
在下部箱体13中形成与阀21连接的测量室23，和与阀22连接的测量室24。通过关闭阀21，22。测量室23，24分别被气密地封闭。通过开闭阀21，22，气体可在测量室23，24中出入。
测量室23，24在下部箱体13的前后方向(图1中纸面面前深度方面)并列地形成。两个侧量室23，24的内部容积结构大致相同。在以下的说明中省略测量室24的说明，只说明测量室23。
在测量室23中设有测量膜30，将测量室23在前后方向(图1中的纸面面前深度方向)隔断。即利用测量膜30将测量室23隔开，在测量膜30的前侧(图1中纸面的面前侧)形成第一气体室31，在测量膜30的后侧(图中纸面深度一侧)形成第二气体室32。第一气体室31和第二气体室32由测量膜30气密地隔开。
当利用阀21使第一气体室31与气体流入口连接时，第二气体室32与气体流出口连接。另外，当利用阀门21使第二气体室32与气体流入口连接时，第一气体室31与气体流出口连接。
测量膜30的外周边缘与形成测量室23的下部箱体13气密地固定。固定使测量膜30松驰，可在前后方向轻微运动。测量膜30由橡胶等具有可挠性的材料制成。因此，测量膜30可地前后方向运动一定距离。具体的是，当气体被送入第一气体室31中时，利用送入的气体的气体压力，测量膜30被向第二气体室32的内部压出。相反，当气体被送入第二气体室32中时，利用送入气体的气体压力，测量膜30被向第一气体室31内部压出。即通过交互地将气体送入气体室31，32中，测量膜30可在气体室31和32之间反复地进行往复运动。
另外，在测量膜30的中央部安装膜板30a，连动机构40通过该膜板30a与测量膜30连接。连动机构40具有旋转臂41、翼轴42和曲柄机构43。曲柄机构43还具有大肘节和小肘节。
旋转臂41的一端安装在膜板30a上。旋转臂41的另一端安装在翼轴42的外周面上。翼轴42在轴心方向垂直地(图1中的上下方向)立起，由轴承42a可自由转动地支承。这样，当测量膜30往复运动时，安装在测量体30上的旋转臂41的端部前后振动。同时旋转臂41的相反的端部使翼轴42旋转运动。
与安装着旋转臂41的翼轴42的端部相反一侧的端部，与曲柄机构43连接。因此，翼轴42的旋转运动通过曲柄机构43作曲柄运动，变换为构成曲柄机构43的曲轴的旋转运动。该旋转运动使与曲轴连接的蜗轮44转动。
另一方面，在上部箱体12中具有累计显示部45，该累计显示部45作为用于显示通过气体测量仪的气体流量的累计值的累计机构而发挥作用，蜗轮44的转动通过传动机构(没有示出)传递至累计显示部45，累计显示部45显示累计值。
曲柄机构43还与阀机构20连接。当曲柄机构43作曲柄运动时，与其动作连动的阀机构20运动，开闭阀21，22。
曲柄机构43时间安排为当阀21位于关闭位置、阀22位于打开位置时，成为气体被送入测量室24中的状态；当阀22位于关闭位置、阀21位于打开位置时，成为气体被送入测量室23中的状态。
另外，曲柄机构43在阀21打开气体被送入测量23中时，测量室23内的测量膜30的往复运动传递，使阀22向开的方向运动。相反，曲柄机构43在阀22打开气体被送入测量室24中时，测量室24内的测量膜30的往复运动传递，使阀21向开的方向运动。即测量室23或24经常有一个测量膜30作往复运动。这样，将旋转动力不断地给与曲柄机构43。换句话说，只要气体流入膜式气体测量仪10中，曲柄机构43不施加气体以外的外力，也可继续运动。
安装在测量室23中的测量膜30，由橡胶等可挠性的材料制成，在膜式气体测量仪10的水平方向(图1A中的左右方向)上，成为横向长的长椭圆形。当测量膜30的长径为2a，短径为2b时，1＞2b/2a。椭圆形状的面积S＝πab，假设a＝2b，则S＝2πb2。由于直径2b的圆形膜(虚线所示)的面积为πb2，在一个行程下，横向长的椭圆形的测量膜30的排出体积为圆形膜(虚线所示)的二倍。
采用第一个实施例的膜式气体测量仪10，测量膜30与现有的方形或方圆形比较难以产生皱纹，因此压力损失减少，可将膜式气体测量仪10的高度尺寸降低。另外，由于与现有的圆形膜比较横向长，因此如图1A所示可将取出测量膜30的往复运动的翼轴42配置在离开测量室23的中心的位置。由于这样，旋转臂41长，利用翼轴42的旋转扭距，可以增大驱动阀机构20的驱动力。
图2A，图2B为表示第二个实施例的膜式气体测量仪60的图。与第一个实施例的膜式气体侧量仪10具有相同功能的结构，用相同的符号表示，省略其说明。在图2A中，曲柄机构43是将蜗轮44归纳作为连动机构40示意性地表示的。
测量膜50的形状是将在膜式气体测量仪60的水平方向(图2A中的左右方向)上横向长的长椭圆形50a和在膜式气体测量仪60的垂直方向(图2A中的上下方向)纵向长的长椭圆形50b在垂直状态下交叉，在重叠的共通部分50c的四个角的拐角50d上设置R。与圆形膜(虚线所示)比较，测定膜50的形状增加了在共通部分50c的四个角的拐角50d部分的面积。即增加了这部分的排出体积。
不同大小的两个椭圆相交部分的面积S为S＝2a1b1[Sin-1x1/a1+x1(1-x12/a1/2/a1]+2a2b2[cos-1x1/b2-x1(1-x12/b22)1/2/b2]式中x1=a1b2[(a22-b12)/(a12a22-b12b22)]1/2]]>在相同的两个椭圆的情况下，由于a1＝a2，b1＝b2，因此S＝4abtan-1b/a假设a＝2b，则S＝3.71b2。由于半径为b的圆形膜(虚线所示)的面积为πb2，如果行程相同，则排出体积为圆形膜(虚线所示)的1.18倍。(严格地说，必须考虑因R而减少部分的面积，但这里省略了)。或者，如果与圆形的体积相同，则可以减少专有面积。
采用第二个实施例的膜式气体测量仪60，与现有的方形或方圆形比较，难以产生皱纹，因此可以减少损失压力，不增大气体测量仪的高度尺寸，可以增大测量体积。
另外，在膜式气体测量仪60中，使小的横向长的椭圆形50a和大的纵向长的椭圆形50b垂直构成，但使相同的椭圆形交叉也可以，一般以离心率相同或不同的椭圆垂直构成也可以。
图3A，图3B为表示第三个实施例的膜式气体测量仪61的图。与第一个实施例的膜式气体测量仪10功能相同的结构，用相同的符号表示，省略其说明，另外，在图3A中，将曲柄机构43、蜗轮44归纳作为连动机构40示意性地表示的。
测量膜51的形状为使圆形51a和在膜式气体测量仪61的水平方向(图3A的左右方向)横向长的椭圆形51b交叉，在重叠的共通部分51c的四个角上的拐角51d处设置R。
与圆形膜(虚线所示)比较，测量膜51的形状增加了在共通部分51c的左右的51a和虚线间的部分的面积，由此可增大排出体积。
直径为2r的圆和椭圆相交部分的面积S为S=2ab[Sin-1x1/a+x1(1-x12/a2)1/2/a]+2r2[cos-1x1/r-x1(1-x12/r2)1/2/r]]]>式中a≥r≥b，x1＝a[(r2-b2)/(a2-b2)]1/2假设a＝2b，r＝2b/1.5，则S＝4.63b2。由于半径为b的圆形膜(虚线所示)的面积为πb2，在相同的行程下，排出体积为圆形膜(虚线所示)的1.47倍，(严格地说，必须考虑因R而减少的部分的面积，这里省略了)。或者，如果与圆形的体积相同，则可以减少专有面积。
采用第三个实施例的膜式气体测量仪61，与现有的方形或方圆形比较，难以产生皱纹，因此可减少压力损失，不使气体测量仪的高度尺寸增高，可以增大测量体积。
图4A，图4B为表示第4个实施例的气体测量仪62的图。图4A为膜式气体测量仪62的大致的正视图，图4B为测量膜的大致的正视图。与第一个实施例的膜式气体测量仪10功能相同的结构用相同的符号表示，省略其说明。另外，在图4A中，是将曲柄机构43、蜗轮44归纳作为连动机构40示意性地表示的。
安装在测量室23中的测量膜30，由橡胶等有挠性的材料制成，也在膜式气体测量仪垂直方向(图4A中的上下方向)上成为纵向长的长椭圆形。当测量膜30的长径为2a，短径为2b时，1＞2b/2a。椭圆形状的面积S＝πab，假设a＝2b，则S＝2πb2。由于直径2b的圆形膜(虚线所示)的面积为πb2，在同一个行程下，横向长的椭圆形的测量膜30的排出体积为圆形膜(虚线所示)的二倍。
采用第4个实施例的膜式气体测量仪62，测量膜30与现有的方形或方圆形比较，难以形成皱纹，因此可以减少压力损失。另外，膜式气体测量仪62水平方向(图4A中的左右方向)的尺寸狭窄，可以减少设置空间。由于与现有的圆形膜比较，本实施例的测量膜30为纵向长的，因此如图4A所示，取出测量膜30的往复运动的翼轴42离测量室23的中心近，旋转臂41短。但是，在阀机构20为转动阀等的情况下，不需要利用翼轴42的旋转扭矩，也可以增大驱动阀的驱动力，是有效的。
作为第3和第4个实施例的变形例子，图中没有示出，可将设在测量室中的测量膜的形状作成在气体测量仪的高度方向上使纵向长的长椭圆形和圆形交叉，在由该重叠构成的共通部分的四个角上的拐角带有R。
图5为概略地表示第5个实施例的膜式气体测量仪63的正视图。与第一个实施例的膜式测量仪10功能相同的结构用相同的符号表示，省略其说明，在图5中，是将曲柄机构43、蜗轮44归纳作为连动机构40示意性地表示的。
安装在测量室23中的测量膜30为与第一和第四个实施例相同的椭圆形的测量膜30。使该测量膜30的长轴(长度方向)倾斜，配置在测量室23中。即，如测量室23在正视图中为矩形，则在其对角线方向配置测量膜30。在本实施例中，测量膜30的倾斜角为30°，该角度可以任意，没有限制。采用本实施例可得到与第1个实施例相同的效果。
图6为第6个实施例的膜式气体测量仪64的概略的正视图。与第一个实施例的膜片气体测量仪10功能相同的结构用相同的符号表示，省略其说明。在图2A中，是将曲柄机构43、蜗轮44归纳作为连动机构40示意性地表示的。
安装在测量室23中的测量膜51为与第三个实施例相同的测量膜51。使该测量膜51的长轴(长径)倾斜，配置在测量室23中。即如果在正视图中测量室23为矩形，则测量膜51配置在其对角线方向上。在本实施例中，测量膜51的倾斜角为45°，该角度为任意的，没有限制，采用本实施例，可得到与第3个实施例相同的效果。
在本实施例中，说明了使第三个实施例的测量膜51的长轴(长径)倾斜，配置在测量室23中的情况，使第二个实施例的测量膜50的长轴(长径)倾斜配置在测量室23中也可以。
另外，在第2、3、6实施例中，测量膜的全部角都有R，但没有R也可以。
本发明不限于上述实施例，在实施阶段，在不偏离本发明的精神的范围内，可使结构元件变形，而具体地实现。另外，将上述实施例所示的多个结构元件适当地组合，可以形成各种方案。例如，可从实施例所示的全部结构元件中去除几个结构元件。将不同实施例的结构元件适当地组合也可以。
本领域的技术人员很容易了解其他的优点，并作改进。因此，广义来说，本发明不限于所示相应实施例的详细情况。在不偏离由所附的权利要求书及其等价文件所确定的本发明的精神或范围的条件下，可作各种改变。
权利要求
1.一种膜式气体测量仪，其特征为，包括具有气体流入口和气体流出口的气体测量仪壳体；设在该气体壳体内且具有两个气体室的测量室；将从所述流入口导入的气体交互地供给所述两个气体室的阀机构；设在所述两个气体室之间，气密地将所述气体室之间隔开的椭圆形的测量膜；以及使所述测量膜的往复运动与测量所述阀机构和气体流量的累计机构连动的连动机构。
2.如权利要求1所述的膜式气体测量仪，其特征为，所述连动机构具有安装在所述测量膜上的膜板；可转动地设置在该中心轴周围，驱动所述阀机构和所述累计机构的翼轴；一端安装在所述膜板上，另一端安装在所述翼轴上，将所述测量膜的往复运动作为所述翼轴的旋转运动而传递的旋转臂，将所述测量膜的长轴方向和所述旋转臂的长度方向设置为平行或形成锐角。
3.一种膜式气体测量仪，其特征为，包括具有气体流入口和气体流出口的气体测量仪壳体；设在该气体壳体内且具有两个气体室的测量室；将从所述流入口导入的气体交互地供给所述两个气体室的阀机构；测量膜，该测量膜设在所述两个气体室之间，气密地隔开所述气体室之间，将两个椭圆形的长轴交叉而重叠构成的共通部分作为该测量膜的形状；以及使所述测量膜的往复运动与测量所述阀机构和气体流量的累计机构连动的连动机构。
4.如权利要求3所述的膜式气体测量仪，其特征为，所述连动机构具有安装在所述测量膜上的膜板；可转动地设置在中心轴周围，驱动所述阀机构和所述累计机构的翼轴；一端安装在所述膜板上，另一端安装在所述翼轴上，将所述测量膜的往复运动作为所述翼轴的旋转运动而传递的旋转臂，将所述测量膜的长轴方向和所述旋转臂的长度方向设置为平行或形成锐角。
5.一种膜式气体测量仪，其特征为，包括具有气体流入口和气体流出口的气体测量仪壳体；设在该气体壳体内且具有两个气体室的测量室；将从所述流入口导入的气体交互地供给所述两个气体室的阀机构；测量膜，该测量膜将设在所述两个气体室之间，气密地隔开所述气体室，将比该椭圆形的短轴长且比长轴直径短的圆交叉而重叠构成的共通部分作为该测量膜的形状；以及使所述测量膜的往复运动与测量所述阀机构和气体流量的累计机构连动的连动机构。
6.如权利要求5所述的膜式气体测量仪，其特征为，所述连动机构具有安装在所述测量膜上的膜板；可转动地设置在该中心轴周围，驱动所述阀机构和所述累计机构的翼轴；一端安装在所述膜板上，另一端安装在所述翼轴上，将所述测量膜的往复运动作为所述翼轴的旋转运动而传递的旋转臂，将所述测量膜的长径方向和所述旋转臂的长度方向设置为平行或形成锐角。
7.如权利要求3所述的膜式气体测量仪，其特征为，所述共通部分的四角上具有R。
8.如权利要求4所述的膜式气体测量仪，其特征为，所述共通部分的四角上具有R。
9.如权利要求5所述的膜式气体测量仪，其特征为，所述共通部分的四角上具有R。
10.如权利要求6所述的膜式气体测量仪，其特征为，所述共通部分的四角上具有R。
全文摘要
气体测量仪在测量室(23)中设有测量膜(30)，利用从气体流入口(14)流入气体的气体压力，使测量膜(30)往复运动，通过翼轴(42)和曲柄机构(43)，使该测量膜(30)的往复运动与阀机构(20)和累计机构连动。在此，测量膜(30)的形状为在气体测量仪的宽度方向长的横向长椭圆形。
文档编号G01F3/02GK1645062SQ200510001859
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月18日 优先权日2004年1月19日
发明者小野田元 申请人:小野田元