(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中に配置される第１の感温抵抗体と、
この第１の感温抵抗体より前記流体中の下流に配置される第２の感温抵抗体と、
前記第１および第２の感温抵抗体を加熱する加熱装置と、
を備えている流量測定装置において、
前記第１の感温抵抗体と並列に接続される第１のコンデンサと、
前記第２の感温抵抗体と並列に接続される第２のコンデンサと、
前記第１および第２のコンデンサを並列に接続し、また、この並列接続を解くスイッチと、
を備えていることを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】
第１と第２のコンデンサの静電容量が等しいことを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
【請求項３】
流体中に配置される第１の感温抵抗体と、
この第１の感温抵抗体より前記流体中の下流に配置されている第２の感温抵抗体と、前記第１および第２の感温抵抗体を加熱する加熱装置と、
を備えている感熱式流量測定装置を用いる流量測定方法において、
前記第１の感温抵抗体と並列に接続されている第１のコンデンサと、前記第２の感温抵抗体と並列に接続されている第２のコンデンサとを並列に接続する過程を含んでなることを特徴とする流量測定方法。
【請求項４】
流体中に配置される第１の感温抵抗体と、
この第１の感温抵抗体より前記流体中の下流に配置されている第２の感温抵抗体と、前記第１および第２の感温抵抗体を加熱する加熱装置と、
を備えている感熱式流量測定装置を用いる流量測定方法において、
前記第１の感温抵抗体と並列に接続されている第１のコンデンサと、前記第２の感温抵抗体と並列に接続されている第２のコンデンサとを並列に接続する第１の過程と、この両コンデンサ間の並列接続を解く第２の過程とを交互に行うことを特徴とする流量測定方法。
【請求項５】
第１と第２のコンデンサの静電容量が等しいことを特徴とする請求項３または４に記載の流量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスメータ、フローメータなどとして用いられる感熱式の流量測定装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に感熱式流量測定装置の一つの構成例を示す。概略的には、センサ駆動部１と差電圧検出部２と増幅部３とにより構成されている。センサ駆動部１にあっては、流路中に配設されるセンサ基板（図示せず）上に実装された第１の感温抵抗体Ｒｓ１と第２の感温抵抗体Ｒｓ２が設けられている。これらの第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２も流体中に晒されるが、ここでは、第１の感温抵抗体Ｒｓ１が上流側、第２の感温抵抗体Ｒｓ２が下流側となるように位置関係が設定されているものとする。また、これらの第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２は抵抗値が等しく、かつ、高抵抗温度係数を持つものが用いられている。これらの第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２は加熱装置として作用する電流源４とともに直列に接続されている。即ち、電流源４は電流Ｉ１を流して抵抗体自身にジュール熱を発生させることで流体温度よりも高い温度となるようにこれらの第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２を等しく熱する（もっとも、加熱装置としては別個の熱源によりこれらの第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２を加熱するものてあってもよい）。また、センサ駆動部１において、第２の感温抵抗体Ｒｓ２の両端ｂ，ｃ点がフィードバックループ中に接続されたオペアンプ５と、電流源４と第１の感温抵抗体Ｒｓ１との接続点ａの出力側に接続されたオペアンプ６とが設けられている。
【０００３】
差電圧検出部２は検出装置として作用するもので、オペアンプ６からｄ点に出力される第１の感温抵抗体Ｒｓ１の端子電圧（＝ｆ点の出力）とオペアンプ５からｃ点（＝ｅ点）に出力される第２の感温抵抗体Ｒｓ２の端子電圧（＝ｈ点の出力）との差電圧をｇ点に出力する加算器７を備えている。
【０００４】
増幅部３は、第１の感温抵抗体Ｒｓ１の端子電圧、第２の感温抵抗体Ｒｓ２の端子電圧、及び、差電圧（ｇ点出力）を各々増幅する増幅器８，９，１０を備えている。
【０００５】
このような構成において、第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２の熱は流体の流れにより奪われる。奪われる熱量は、流体の流れと関係している。例えば、流体に流れがなければ、第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２の温度はほぼ等しくなるため、抵抗値もほぼ等しい。よって、第１の感温抵抗体Ｒｓ１の端子電圧と第２の感温抵抗体Ｒｓ２の端子電圧とはほぼ等しく、差電圧検出部２のｇ点の出力もほぼ０となる。一方、流体に流れがある場合には下流側よりも上流側の第１の感温抵抗体Ｒｓ１の熱が多く奪われるため、第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２の温度が異なることとなり、この上流側の第１の感温抵抗体Ｒｓ１の抵抗値が下流側よりも小さくなる。よって、第１の感温抵抗体Ｒｓ１の端子電圧は第２の感温抵抗体Ｒｓ２の端子電圧よりも小さくなる。この端子電圧の差が流速に関係した電圧値として現れる。この結果、差電圧検出部２のｇ点の出力の大きさを測定することで流体の流速を知ることができるといえる。なお、これらの端子電圧、差電圧等を測定するのにＡ／Ｄコンバータ等を用いる場合、Ａ／Ｄコンバータ等に合せた電圧信号に変換する必要があるため、後段に増幅部３が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す前記の装置では、複数のオペアンプを用いているため電力の消費が多く、電池で長時間駆動させることができないという不具合がある。
【０００７】
この発明の目的は、使用するオペアンプの数を従来より削減することで回路の消費電力を削減し、もって、電池で長時間駆動することができる感熱式の流量測定装置および方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、流体中に配置される第１の感温抵抗体と、この第１の感温抵抗体より前記流体中の下流に配置される第２の感温抵抗体と、前記第１および第２の感温抵抗体を加熱する加熱装置と、を備えている流量測定装置において、前記第１の感温抵抗体と並列に接続される第１のコンデンサと、前記第２の感温抵抗体と並列に接続される第２のコンデンサと、前記第１および第２のコンデンサを並列に接続し、また、この並列接続を解くスイッチと、を備えていることを特徴とする流量測定装置である。
【０００９】
したがって、最初に第１、第２のコンデンサに各々第１、第２の感温抵抗体の端子電圧を印加し、その後、両コンデンサの電圧を打ち消し合うことで、オペアンプによる加減算回路に代えてスイッチにより、両感温抵抗体の端子電圧の差を流体の流量に関連した値として検出することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第１と第２のコンデンサの静電容量が等しいことを特徴とする。
【００１１】
したがって、流体に流れがないときは並列に接続された両コンデンサの端子電圧としてゼロ電圧を出力できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、流体中に配置される第１の感温抵抗体と、この第１の感温抵抗体より前記流体中の下流に配置されている第２の感温抵抗体と、前記第１および第２の感温抵抗体を加熱する加熱装置と、を備えている感熱式流量測定装置を用いる流量測定方法において、前記第１の感温抵抗体と並列に接続されている第１のコンデンサと、前記第２の感温抵抗体と並列に接続されている第２のコンデンサとを並列に接続する過程を含んでなることを特徴とする流量測定方法である。
【００１３】
したがって、最初に第１、第２のコンデンサに各々第１、第２の感温抵抗体の端子電圧を印加し、その後、両コンデンサの電圧を打ち消し合うことで、オペアンプによる加減算回路に代えてスイッチにより、両感温抵抗体の端子電圧の差を流体の流量に関連した値として検出することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、流体中に配置される第１の感温抵抗体と、この第１の感温抵抗体より前記流体中の下流に配置されている第２の感温抵抗体と、前記第１および第２の感温抵抗体を加熱する加熱装置と、を備えている感熱式流量測定装置を用いる流量測定方法において、前記第１の感温抵抗体と並列に接続されている第１のコンデンサと、前記第２の感温抵抗体と並列に接続されている第２のコンデンサとを並列に接続する第１の過程と、この両コンデンサ間の並列接続を解く第２の過程とを交互に行うことを特徴とする流量測定方法である。
【００１５】
したがって、最初に第１、第２のコンデンサに各々第１、第２の感温抵抗体の端子電圧を印加し、その後、両コンデンサの電圧を打ち消し合うことで、オペアンプによる加減算回路に代えてスイッチにより、両感温抵抗体の端子電圧の差を流体の流量に関連した値として検出することができる。また、流体の流量を連続的に検出することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の発明において、第１と第２のコンデンサの静電容量が等しいことを特徴とする。
【００１７】
したがって、流体に流れがないときは並列に接続された両コンデンサの端子電圧としてゼロ電圧を出力できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［発明の実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１である流量測定装置の回路図である。図１に示すように、この流量測定装置は、流体中に配置される第１の感温抵抗体Ｒｓ１と、この第１の感温抵抗体Ｒｓ１より流体中の下流に配置される第２の感温抵抗体Ｒｓ２とを備えている。この第１の感温抵抗体Ｒｓ１と第２の感温抵抗体Ｒｓ２とは直列に接続され、電流源Ｉ１により一定電流が供給される。第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２は抵抗値が等しく、かつ、高抵抗温度係数を持つものが用いられている。電流源Ｉ１は電流を流して抵抗体自身にジュール熱を発生させることで流体温度よりも高い温度となるように第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２を等しく熱する加熱装置としての機能を有する（もっとも、加熱装置としては別個の熱源により第１及び第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２を加熱するものてあってもよい）。
【００１９】
この流量測定装置は、静電容量が等しい第１のコンデンサＣ１、第２のコンデンサＣ２を備えている。また、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３も備えている。スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、次に説明する第１の状態と第２の状態との間の切り替えを行う。すなわち、第１の状態では、第１の感温抵抗体Ｒｓ１と第１のコンデンサＣ１とを並列接続し、また、第２の感温抵抗体Ｒｓ２と第２のコンデンサＣ２とを並列接続する（図１には、この第１の状態を示す）。第２の状態では、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２を並列に接続し、また、第１のコンデンサＣ１のマイナス側および第２のコンデンサＣ２プラス側を接地する。なお、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、機械的に接点を動かすものを用いても、半導体を用いたスイッチング素子を用いてもよい。
【００２０】
以上のような回路構成で、最初にスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の切り替えによって第１の状態とする。すると第１、第２のコンデンサＣ１，Ｃ２は充電され、第１のコンデンサＣ１の端子電圧は第１の感温抵抗体Ｒｓ１の端子電圧と等しくなり、第２のコンデンサＣ２の端子電圧は第２の感温抵抗体Ｒｓ２の端子電圧と等しくなる。このとき、ｄ点を基準にするとｅ点とｆ点の電圧は逆符号になる。
【００２１】
その後、前記回路を第２の状態にする。すると逆電圧であったｅ点とｆ点が、ｇ点を経て接続されるため、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２に蓄えられていた電荷は互いに打ち消し合う。第１の状態で第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２が等しい電荷に充電されていたときは、打ち消し合った結果、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２の電荷はゼロになる。また、第１の状態で、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２の電荷に差があるように充電されていれば、打ち消し合った結果として充電された電荷の差が残ることになる。
【００２２】
第１の状態から第２の状態に切り替えたとき、ｄ点とｇ点の電位差は第１の状態での第１の感温抵抗体Ｒｓ１の端子電圧と第２の感温抵抗体Ｒｓ２の端子電圧との差と関連した電圧が測定される。このとき、ｄ点とｇ点の電位差を観測することで、流体の流速、流量に関連した値が得られるので、流体の流速、流量を知ることができる。
【００２３】
第２の状態において、スイッチＳ１によりｄ点を接地するのは電位を決定するためで、この場合はＧＮＤを基準にｇ点の電位が決まる。ｂ点を基準にしてよい場合はスイッチＳ１は不要で、ｂ点とｄ点を接続したままとすることができる。
【００２４】
以上のように、最初に第１、第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に各々第１、第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２の端子電圧を印加し、その後、両コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧を打ち消し合うことで、前記従来のオペアンプによる加減算回路に代えてスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３により、両感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２の端子電圧の差を流体の流量に関連した値として検出することができるので、使用するオペアンプの数を従来のものより削減し、電池で長時間駆動することができる感熱式の流量測定装置を提供することができる。
【００２５】
また、第１の状態と第２の状態とを交互に切り替えることにより、流体の流量を低消費電力で連続的に検出することができる。
【００２６】
さらに、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２の静電容量を等しくしたため、流体に流れがないときは第２の状態で並列に接続された両コンデンサＣ１，Ｃ２の端子電圧としてゼロ電圧を出力できるので、微小な流体の流れや正逆流の判断が容易になる。
【００２７】
［発明の実施の形態２］
図２は、この発明の実施の形態２である流量測定装置の回路図である。この発明の実施の形態２が前記発明の実施の形態１と相違する点は、電流源Ｉ１に代えて電圧源Ｖ１で第１、第２の感温抵抗体Ｒｓ１，Ｒｓ２を駆動している点にある。その他の構成については前記発明の実施の形態１と同様であり、図２に図１と同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２８】
この流量測定装置によれば、前記発明の実施の形態１のものと同様の効果を奏することができる。
【００２９】
［発明の実施の形態３］
図３は、この発明の実施の形態３である流量測定装置の回路図である。この発明の実施の形態３が前記発明の実施の形態１と相違する点は、第２の感温抵抗体Ｒｓ２の両端ｂ，ｃ点がフィードバックループ中に接続されたオペアンプ５を設けた点にある。その他の構成については前記発明の実施の形態１と同様であり、図３に図１と同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３０】
この流量測定装置によれば、前記発明の実施の形態１のものと同様の効果を奏することができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、最初に第１、第２のコンデンサに各々第１、第２の感温抵抗体の端子電圧を印加し、その後、両コンデンサの電圧を打ち消し合うことで、オペアンプによる加減算回路に代えてスイッチにより、両感温抵抗体の端子電圧の差を流体の流量に関連した値として検出することができるので、使用するオペアンプの数を従来より削減し、電池で長時間駆動することができる感熱式の流量測定装置を提供することができる。
【００３２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、流体に流れがないときは並列に接続された両コンデンサの端子電圧としてゼロ電圧を出力できるので、微小な流体の流れや正逆流の判断が容易になる。
【００３３】
請求項３に記載の発明は、最初に第１、第２のコンデンサに各々第１、第２の感温抵抗体の端子電圧を印加し、その後、両コンデンサの電圧を打ち消し合うことで、オペアンプによる加減算回路に代えてスイッチにより、両感温抵抗体の端子電圧の差を流体の流量に関連した値として検出することができるので、使用するオペアンプの数を従来より削減し、電池で長時間駆動することができる感熱式の流量測定装置を提供することができる。
【００３４】
請求項４に記載の発明は、最初に第１、第２のコンデンサに各々第１、第２の感温抵抗体の端子電圧を印加し、その後、両コンデンサの電圧を打ち消し合うことで、オペアンプによる加減算回路に代えてスイッチにより、両感温抵抗体の端子電圧の差を流体の流量に関連した値として検出することができるので、使用するオペアンプの数を従来より削減し、電池で長時間駆動することができる感熱式の流量測定装置を提供することができる。また、流体の流量を低消費電力で連続的に検出することができる。
【００３５】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の発明において、流体に流れがないときは並列に接続された両コンデンサの端子電圧としてゼロ電圧を出力できるので、微小な流体の流れや正逆流の判断が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である流量測定装置の回路図である。
【図２】この発明の実施の形態２である流量測定装置の回路図である。
【図３】この発明の実施の形態３である流量測定装置の回路図である。
【図４】従来の流量測定装置の回路図である。
【符号の説明】
Ｒｓ１  第１の感温抵抗体
Ｒｓ２  第２の感温抵抗体
Ｃ１    第１のコンデンサ
Ｃ２    第２のコンデンサ
Ｓ１    スイッチ
Ｓ２    スイッチ
Ｓ３    スイッチ
【図１】
0003563982.tif 000002
【図２】
0003563982.tif 000003
【図３】
0003563982.tif 000004
【図４】
0003563982.tif 000005