(57)【要約】【課題】ガスの温度が極低温の場合でも、正常に動作することができるガス流量計を提供する。【解決手段】ガス流路４を通過するガスの流量を検出するためのセンサ素子が搭載されたセンサチップ１と、センサチップ１及びガスの流量検出に係る電子部品３１、３２を搭載する基板３０と、センサチップ１に搭載された、ガスの温度に応じた温度信号を生成する測温抵抗体１３と、基板３０に搭載された、電子部品を暖めるためのヒータ３３と、温度信号に基づいて、電子部品が正常に動作するようにヒータを温度制御する温度制御手段Ｓ１〜Ｓ４と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路を通過するガスの流量を検出するためのセンサ素子が搭載されたセンサチップと、
前記センサチップ及び前記ガスの流量検出に係る電子部品を搭載する基板と、
前記センサチップに搭載された、前記ガスの温度に応じた温度信号を生成する温度信号生成素子と、
前記基板に搭載された、前記電子部品を暖めるためのヒータと、
前記温度信号に基づいて、前記電子部品が正常に動作するように前記ヒータを温度制御する温度制御手段と、を有し、
前記温度信号生成素子として、前記センサ素子からの出力信号を温度補償するために前記温度信号を生成する抵抗体が兼用される、
ことを特徴とするガス流量計。
【請求項２】
請求項１記載のガス流量計において、
前記温度制御手段は、
前記温度信号を参照して、前記電子部品の温度が、この電子部品が正常に動作する温度範囲の下限を下回っていると判定されるときのみ、前記ヒータをオン制御する、
ことを特徴とするガス流量計。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のガス流量計において、
前記ヒータは、
前記基板に埋め込まれている、
ことを特徴とするガス流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスメータ等に搭載されてガスの流量を検出するガス流量計に関し、特に、ガスの温度が極低温の場合でも、良好な動作を維持することができるガス流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、この種の従来のガス流量計を概略的に示すブロック図である。図８において、流速センサ９１は、例えば、周知のマイクロフローセンサである。マイクロフローセンサは、上流側サーモパイル、下流側サーモパイル、マイクロヒータを含み、上流側サーモパイルから得られるヒータに加熱される前の信号及び下流側サーモパイルから得られるヒータに過熱された後の信号の差分を、ガスの流速を表す流速信号として出力する。
【０００３】
流速信号は、Ａ／Ｄ（アナログディジタル）コンバータ９２でディジタル信号に変換されて、マイクロコンピュータ９３に与えられる。マイクロコンピュータ９３は、ディジタル化されて与えられた流速信号に基づいて、流量信号を生成し、これを図示しない表示部等に出力する。これらＡ／Ｄコンバータ９２やマイクロコンピュータ９３等の電子部品や流速センサ９１は、共通の基板上に搭載され、ガスメータ等に搭載されている。
【０００４】
なお、このようなガス流量計は、例えば、下記特許文献１にも示されている。
【特許文献１】特開平０７−３３３２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ガス流量計を組み込んだガスメータは、通常、配管を介して、高圧ガスが充填されたガスタンクに接続されている。このような構成において、測定ガスの開放時等のように、タンクに補填された大量の高圧ガスが一気に開放されたときには、ガス圧力の急激な低下にともない、ガスの温度も急激に低下する。場合によっては、ガスの温度は極低温に至ることもある。
【０００６】
ところで、近年、配置スペースや配管の理由等により、できるだけ短い配管によりガスメータをガスタンクの近傍に配置せざるを得ない場合が多い。そうすると、極低温のままのガスが配管を介してガスメータに供給されることになる。したがって、ガスメータ内のガス流路も極低温になるため、流路に暴露される流速センサ９１やこのセンサ９１と共通の基板に搭載された電子部品もまた、極低温の影響を受けて、正常に動作する範囲の下限を下回ることになる。このような状態は、急激な高圧ガスの開放後もしばらくの間続くことになる。
【０００７】
すなわち、ガスの温度が極低温の場合には、電子部品が正常に機能しなくなって、従来のガス流量計は正常に動作できなくなるという問題があった。
【０００８】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、ガスの温度が極低温の場合でも、正常に動作することができるガス流量計を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のガス流量計は、ガス流路を通過するガスの流量を検出するためのセンサ素子が搭載されたセンサチップと、前記センサチップ及び前記ガスの流量検出に係る電子部品を搭載する基板と、前記センサチップに搭載された、前記ガスの温度に応じた温度信号を生成する温度信号生成素子と、前記基板に搭載された、前記電子部品を暖めるためのヒータと、前記温度信号に基づいて、前記電子部品が正常に動作するように前記ヒータを温度制御する温度制御手段と、を有し、前記温度信号生成素子として、前記センサ素子からの出力信号を温度補償するために前記温度信号を生成する抵抗体が兼用される、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、センサチップに搭載された温度信号生成素子によって、ガス流路を通過するガスの温度に応じた温度信号が生成される。そして、この温度信号に基づいて、電子部品が正常に動作するように、基板に搭載されたヒータが温度制御される。特に、温度信号生成素子として、センサ素子からの出力信号を温度補償するために温度信号を生成する抵抗体が兼用されるので、新たに温度信号生成素子を設ける必要がない。
【００１１】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載のガス流量計は、請求項１記載のガス流量計において、前記温度制御手段は、前記温度信号を参照して、前記電子部品の温度が、この電子部品が正常に動作する温度範囲の下限を下回っていると判定されるときのみ、前記ヒータをオン制御する、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、電子部品の温度がこの電子部品が正常に動作する温度範囲の下限を下回っていると判定されるときのみヒータがオン制御されるので、過剰なヒートアップから電子部品を保護できる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載のガス流量計は、請求項１又は請求項２記載のガス流量計において、前記ヒータは、前記基板に埋め込まれている、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、ヒータは基板に埋め込まれているので、熱伝導効率及びスペース効率がよい。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、センサチップに搭載された温度信号生成素子によって、ガス流路を通過するガスの温度に応じた温度信号が生成される。そして、この温度信号に基づいて、電子部品が正常に動作するように、基板に搭載されたヒータが温度制御される。したがって、極低温から電子部品が保護されて、ガスの温度が極低温のときでも正確な流量計測が行われる。また、温度信号生成素子として、センサ素子からの出力信号を温度補償するために温度信号を生成する抵抗体が兼用されるので、新たに温度信号生成素子を設ける必要がない。したがって、コストアップをまねくことなく、ガスの温度が極低温のときでも正確な流量計測が行われる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、電子部品の温度がこの電子部品が正常に動作する温度範囲の下限を下回っていると判定されるときのみヒータがオン制御される。したがって、過剰なヒートアップから電子部品を保護できるうえ、無駄な消費電力の発生を抑制できる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、ヒータは基板に埋め込まれているので、熱伝導効率及びスペース効率がよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のガス流量計に用いられる流速センサのセンサチップを例示する上面図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）はそれぞれ、本発明のガス流量計に用いられる流速センサを例示する上面図及び側面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態のガス流量計を例示する上面図及び側面図である。図４は、本発明の実施形態のガス流量計の電気的な構成を示すブロック図である。
【００１９】
本発明のガス流量計には、例えば、上述したような周知のマイクロフローセンサが利用可能である。図１に示すように、マイクロフローセンサのセンサチップ１には、上流側サーモパイル１１ａ、下流側サーモパイル１１ｂ及びマイクロヒータ１２、更に、測温抵抗体１３が配置されている。図中左側を上流側とすると、矢印で示すような方向に流れるガスに対して、上流側サーモパイル１１ａから得られるヒータ１２に過熱される前の温度に対応する信号及び下流側サーモパイル１１ｂから得られるヒータ１２に過熱された後の温度に対応する信号が、ガスの流速を計算するための流速信号として出力される。
【００２０】
測温抵抗体１３は、周囲温度等に起因する流速信号の変動を温度補償するために利用される温度信号を生成するための抵抗体である。温度補償用の測温抵抗体１３は、上記特許文献１にも示されるように、多くの流速センサに本来搭載されているものである。後述するが、この温度補償用の測温抵抗体１３が、基板上の電子部品を暖めるためのヒータを制御するために兼用される。測温抵抗体１３は、請求項の温度信号生成素子に対応する。なお、センサチップ１、サーモパイル１１ａ、１１ｂ、ヒータ１２及び測温抵抗体１３の材料は、例えば、上記特許文献１に例示されるもので同等であるので、ここでは説明を省略する。
【００２１】
上記センサチップ１は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、流速センサ２に組み込まれる。センサチップ１は、ステム２２に搭載されると共に、ワイヤー２４を介してピン２３に電気接続されている。ステム２２は、複数のねじ穴２１が穿設されたブラケット２０に搭載されている。ステム２２に搭載されたピン２３は、図示しない基板に電気接続するために、ブラケット２０を貫通している。センサチップ１は、ガラス２５の上に載っている。
【００２２】
上記流速センサ２は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、ガス流量計３に組み込まれる。ガス流量計３は、流速センサ２に加えて、基板３０、マイクロコンピュータ３１、電子部品３２及びヒータ３３を含んで構成される。基板３０の背面には、流速センサ２が流路４に暴露するようにして搭載されている。一方、基板３０の表面には、このガス流量計３の制御を司るマイクロコンピュータ３１及びＡ／Ｄコンバータ、レギュレータ、アナログスイッチ等の電子部品３２が搭載されている。なお、本発明では、マイクロコンピュータ３１も電子部品のひとつとみなすものとする。基板３０の表面に搭載されるヒータ３３は、マイクロコンピュータ３１に制御されて、これら電子部品を暖めるための発熱体である。
【００２３】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、流速センサ２で生成された上記流速信号及び温度信号は、Ａ／Ｄコンバータ３２ａでディジタル信号に変換されて、マイクロコンピュータ３１に与えられる。マイクロコンピュータ３１は、ディジタル化されて与えられた流速信号に基づいて、周知の計算方法を利用して、流路４を通過するガスの流量を示す流量信号を生成して、これを図示しない表示部等に出力する。このとき、ディジタル化されて与えられた温度信号を参照して、流量信号の値が温度補償される。
【００２４】
マイクロコンピュータ３１はまた、ディジタル化されて与えられた温度信号に基づいて、ヒータ制御信号を生成する。ヒータ制御信号を生成するために、マイクロコンピュータ３１のメモリには、電子部品が正常に動作する温度の範囲を示す動作温度範囲に関する情報が予め記憶されている。ヒータ制御信号はトランジスタ等のアナログスイッチ３３ｃに与えられ、このヒータ制御信号に応答してアナログスイッチ３３ｃがオンオフ制御される。このアナログスイッチ３３ｃのオンオフ制御にともなって、レギュレータ３２ｂから供給される定電流が適宜ヒータ３３に与えられる。そして、ヒータ３３により、基板３を介して電子部品が暖められる。
【００２５】
このようなマイクロコンピュータ３１によるヒータの温度制御の方法について、以下に図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施形態に係るヒータ制御方法を示すフローチャートである。
【００２６】
図５のステップＳ１において、マイクロコンピュータ３１は、温度信号を取得する。温度信号は、上述のように測温抵抗体１３で検出された温度信号がディジタル化されたものである。温度信号は、流路４を通過するガスの温度に対応するものである。
【００２７】
次に、ステップＳ２において、マイクロコンピュータ３１は、取得した温度信号と上記動作温度範囲とを比較して、電子部品の温度がこの電子部品が正常に動作する温度範囲の下限を下回ったか否かを判定する。温度信号と電子部品の温度との関係は、予め試験等より求められているものとする。
【００２８】
ステップＳ２において、電子部品の温度がこの電子部品が正常に動作する温度範囲の下限を下回ったと判定されると（ステップＳ２のＹ）、ステップＳ３に進んでヒータ制御信号をオン（ハイレベル）とし、さもなければ（ステップＳ２のＮ）、ステップＳ４に進んでヒータ制御信号をオフ（ローレベル）とする。ステップＳ１〜ステップＳ４の処理は、電源オンオフ等の所定の終了トリガーがあるまで継続される。ステップＳ１〜ステップＳ４の処理は、請求項の温度制御手段に対応する。
【００２９】
上記オン又はオフのヒータ制御信号はアナログスイッチ３３ｃに与えられ、このヒータ制御信号に応答してアナログスイッチ３３ｃがオン又はオフする。アナログスイッチ３３ｃがオンのときには、レギュレータ３２ｂから供給される定電流がヒータ３３に与えられる。そして、ヒータ３３が発熱して、基板３を介して電子部品が暖められる。したがって、極低温のガスにより、電子部品が動作不能になることがなくなる。
【００３０】
なお、ヒータは、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）の１２で示すように、基板３上に搭載してもよいし、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）の１２ａで示すように、基板３に金属のパターンとして埋め込んで構成してもよい。ヒータを基板に埋め込んで構成することにより、熱伝導効率及びスペース効率がよくなる。
【００３１】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、流路を通過するガスの温度が極低温の場合でも、正確な流量計測を行うことができるようになる。また、本発明の実施形態によれば、電子部品の温度が動作温度範囲の下限を下回っていると判定されるときのみヒータがオン制御されるので、過剰なヒートアップから電子部品を保護できるうえ、無駄な消費電力の発生を抑制できる。また、本発明の実施形態によれば、センサ素子の温度補償用の測温抵抗体１３を利用して、ヒータをオンオフ制御するための温度信号を生成するようにしているので、新たな素子を設ける必要がない。したがって、コストアップをまねくこともない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のガス流量計に用いられる流速センサのセンサチップを例示する上面図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）はそれぞれ、本発明のガス流量計に用いられる流速センサを例示する上面図及び側面図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態のガス流量計を例示する上面図及び側面図である。
【図４】本発明の実施形態のガス流量計の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係るヒータ制御方法を示すフローチャートである。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）はそれぞれ、ヒータの搭載例を示す上面図及び断面図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）はそれぞれ、ヒータの他の搭載例を示す上面図及び断面図である。
【図８】この種の従来のガス流量計を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  センサチップ
２  流速センサ
３  ガス流量計
４  流路
１３  測温抵抗体（温度信号生成素子）
３１  マイクロコンピュータ（電子部品）
３２  電子部品
３３  ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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