(57)【要約】【課題】  カルマン渦に対するセンサの強度を高めることが可能な構造の熱式質量流量計を提供する。【解決手段】  センササポート形熱式質量流量計１は、棒状のセンサケース１１を備えてなる感温センサ４及び加熱感温センサ５を流管２の流路３に突出させ、感温センサ４及び加熱感温センサ５の温度差を一定とするために加熱感温センサ５の加熱に係る電力供給量制御を行い、その電力量から被測定流体の質量流量を算出する。センササポート形熱式質量流量計１は、センサケース１１のセンサ感温部分１４を流路３に露出させた状態でセンサケース１１を支持するセンサ支持部材６を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状のセンサケースを備えてなる感温センサ及び加熱感温センサを流管の流路に突出させ、前記感温センサ及び前記加熱感温センサの温度差を一定とするために前記加熱感温センサの加熱に係る電力供給量制御を行い、その電力量から被測定流体の質量流量を算出する熱式質量流量計において、
前記センサケースのセンサ感温部分を前記流路に露出させた状態で前記センサケースを支持するセンサ支持部材を備える
ことを特徴とするセンササポート形熱式質量流量計。
【請求項２】
請求項１に記載のセンササポート形熱式質量流量計において、
前記センサ感温部分の露出位置を前記流管の中央位置又は中央周辺位置として前記センサ支持部材を形成する
ことを特徴とするセンササポート形熱式質量流量計。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のセンササポート形熱式質量流量計において、
前記センサ支持部材を、前記センサケースの中間を支持する中間支持部と、前記センサ感温部分を露出させる露出部と、前記センサケースの突出先端側を支持する先端側支持部とを備えて構成する
ことを特徴とするセンササポート形熱式質量流量計。
【請求項４】
請求項３に記載のセンササポート形熱式質量流量計において、
前記先端側支持部の全長を伸ばして該先端側支持部の端部を前記流管に固定する
ことを特徴とするセンササポート形熱式質量流量計。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４いずれか記載のセンササポート形熱式質量流量計において、
少なくとも前記加熱感温センサに対して前記センサ支持部材を設ける
ことを特徴とするセンササポート形熱式質量流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感温センサと加熱感温センサを備えるとともに加熱感温センサの加熱に係る電流値から質量流量を算出する熱式質量流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱式質量流量計は、温度センサと加熱センサの機能を有する加熱感温センサ（流速センサ（ヒータ））の温度が感温センサで計測される温度に対して一定の温度差になるように制御されている。これは、被測定流体を流した時にヒータから奪われる熱量が質量流量と相関があるからであって、ヒータに対する加熱電力量から質量流量が算出されるようになっている。
【０００３】
従来の熱式質量流量計としては、下記特許文献１に開示されたものが知られている。下記特許文献１に開示された熱式質量流量計は、感温センサ及び加熱感温センサからなる二つのセンサを備えている。二つのセンサは、共に細長いセンサケースを有しており、このセンサケースによって棒状のセンサとなるように形成されている。細長い棒状の二つのセンサは、挿入作業によって、流管の流路に対し垂直方向に突出するように取り付けられている。細長い棒状の二つのセンサのうち、感温センサに対応する一方のセンサは、上流側に位置するように取り付けられている。また、加熱感温センサに対応する他方のセンサは、下流側に位置するように取り付けられている。
【特許文献１】特開２００４−１２２２０号公報  （第６頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流管に被測定流体を流しはじめると、流路内に垂直に挿入して取り付けられたセンサの後方には、流体によるカルマン渦が発生することが知られている。ここで、カルマン渦の発生に伴う問題点を挙げると、従来のセンサでは、細長い棒状の形状に形成されることから、カルマン渦に対して強度的に不十分な構造であり、これを補うためには被測定流体の最大流速を低く制限して使用しなければならず、この点が問題点になっている。
【０００５】
従来のセンサでは、センサ自体を流路内に深く挿入することについて上記の構造的な理由から困難であり、センサを浅い位置に取り付ける現状では、流管外部から伝達した温度に対して影響を受け易くなるという問題点を有している。また、この問題点に伴って計測精度が低くなるという問題点を有している。
【０００６】
その他、センサとしての応答性を良くするために、細い径のセンサを使用する場合には、被測定流体の最大流速を一層低く制限しなければならないという問題点を有している。尚、強度的に十分な太さのセンサを使用すれば良いと考えられるが、単にセンサを太くするとこれに伴って応答性が当然に悪くなることから、上記の問題点の対策にはなり得ないことが分かる。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、カルマン渦に対するセンサの強度を高めることが可能な構造の熱式質量流量計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明のセンササポート形熱式質量流量計は、棒状のセンサケースを備えてなる感温センサ及び加熱感温センサを流管の流路に突出させ、前記感温センサ及び前記加熱感温センサの温度差を一定とするために前記加熱感温センサの加熱に係る電力供給量制御を行い、その電力量から被測定流体の質量流量を算出する熱式質量流量計において、前記センサケースのセンサ感温部分を前記流路に露出させた状態で前記センサケースを支持するセンサ支持部材を備えることを特徴としている。
【０００９】
このような特徴を有する本発明によれば、センサ支持部材を備えた熱式質量流量計になり、この備えたセンサ支持部材によってセンサ自体が支持される。センサ支持部材は、センサケースのセンサ感温部分を流路に露出させる構造を有することから、この構造によって応答性の良い径の細いセンサを用いてもカルマン渦に対するセンサの強度が十分に確保される。
【００１０】
請求項２記載の本発明のセンササポート形熱式質量流量計は、請求項１に記載のセンササポート形熱式質量流量計において、前記センサ感温部分の露出位置を前記流管の中央位置又は中央周辺位置として前記センサ支持部材を形成することを特徴としている。
【００１１】
このような特徴を有する本発明によれば、センサ支持部材によって流管外部から伝達する温度に対し影響を受け難い位置にセンサ感温部分が配置される。
【００１２】
請求項３記載の本発明のセンササポート形熱式質量流量計は、請求項１又は請求項２に記載のセンササポート形熱式質量流量計において、前記センサ支持部材を、前記センサケースの中間を支持する中間支持部と、前記センサ感温部分を露出させる露出部と、前記センサケースの突出先端側を支持する先端側支持部とを備えて構成することを特徴としている。
【００１３】
このような特徴を有する本発明によれば、センサケースの中間がセンサ支持部材の中間支持部で支持され、センサケースの突出先端側がセンサ支持部材の先端側支持部で支持される。センサ支持部材の露出部からは、センサ感温部分が露出する。
【００１４】
請求項４記載の本発明のセンササポート形熱式質量流量計は、請求項３に記載のセンササポート形熱式質量流量計において、前記先端側支持部の全長を伸ばして該先端側支持部の端部を前記流管に固定することを特徴としている。
【００１５】
このような特徴を有する本発明によれば、流管に固定した先端側支持部によりセンサケースの突出先端側が支持される。センサケースは、流管を横切るようなセンサ支持部材により支持される。
【００１６】
請求項５記載の本発明のセンササポート形熱式質量流量計は、請求項１ないし請求項４いずれか記載のセンササポート形熱式質量流量計において、少なくとも前記加熱感温センサに対して前記センサ支持部材を設けることを特徴としている。
【００１７】
このような特徴を有する本発明によれば、センサケースの径が細くなる加熱感温センサがセンサ支持部材によって支持される。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載された本発明によれば、カルマン渦に対するセンサの強度を高めることができるという効果を奏する。また、請求項２に記載された本発明によれば、計測精度を向上させることができるという効果を奏する。また、請求項３に記載された本発明によれば、より良い構造のセンサ支持部材にすることができるという効果を奏する。また、請求項４に記載された本発明によれば、カルマン渦に対するセンサの強度をより一層高めることができるという効果を奏する。また、請求項５に記載された本発明によれば、少なくとも細長い加熱感温センサの強度を高めることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら説明する。図１及び図２は本発明のセンササポート形熱式質量流量計の一実施の形態を示す断面図である。
【００２０】
図１及び図２において、本発明のセンササポート形熱式質量流量計１（以下、熱式質量流量計１と略記する）は、流管２の流路３に対して垂直方向に突出する感温センサ４と加熱感温センサ５とを備えて構成されている。また、熱式質量流量計１は、感温センサ４及び加熱感温センサ５の他に、センサ支持部材６、６と、センサホルダ７等とを備えて構成されている。
【００２１】
流管２は、略円筒形状に形成されている。流管２は、この流管軸８が水平方向に略一致するように配管されている（一例であるものとする）。流管２には、被測定流体（図示省略）が矢印で示される流体方向９に流れるようになっている。すなわち、図１では左から右方向へ流れるようになっている。
【００２２】
流管２には、この壁を貫通する貫通孔１０、１０が形成されている。貫通孔１０、１０は、センサ及びセンサホルダ取り付け用の円形貫通孔であって、大径部分と小径部分とを有する段付きの形状に形成されている。貫通孔１０、１０は、大径部分の方が流管２の外部側に開口するように形成されている。また、小径部分の方は、流管２の内部側に開口するように形成されている。
【００２３】
感温センサ４は、細長い棒状のセンサケース１１と、このセンサケース１１の内部に収納される素子部（図示省略）と、一端が素子部（図示省略）に接続されるとともに、他端が後述するアンプボード（図示省略）に接続されるセンサリード線１２、１２と、センサホルダ７に対してセンサ自体を固定するためのセンサ固定部１３とを備えて構成されている。尚、感温センサ４は、既知のものを用いるものとし、ここでは上記構成の具体的な説明を省略する。引用符号１４はセンサケース１１におけるセンサ感温部分を示している。
【００２４】
加熱感温センサ５は、温度センサと加熱センサの機能を有する流速センサ（ヒータ）であって、感温センサ４と同様の外観構造を有している。すなわち、細長い棒状のセンサケース１１と、センサホルダ７に対してセンサ自体を固定するためのセンサ固定部１３とを有している。加熱感温センサ５のセンサケース１１の内部には、素子部（図示省略）が収納されている。この素子部には、センサリード線１２、１２の一端が接続されている。センサリード線１２、１２の他端は、後述するアンプボード（図示省略）に接続されている。加熱感温センサ５は、感温センサ４と同様、既知のものを用いている。
【００２５】
センサ支持部材６は、感温センサ４及び加熱感温センサ５の細長い棒状のセンサケース１１を支持するための剛性を有する部材であって、略パイプ状に形成されている。センサ支持部材６は、この長手方向に貫通する貫通孔１５を有している。また、センサ支持部材６は、フランジ部１６と、中間支持部１７と、露出部１８と、先端側支持部１９とを有している。
【００２６】
貫通孔１５は、センサケース１１の直径に合わせて真っ直ぐに貫通するように形成されている。センサ支持部材６は、貫通孔１５に差し込まれたセンサケース１１に対してこれを支持することができるように形成されている。フランジ部１６は、貫通孔１０の大径部分の直径に合わせた寸法となる円形形状に形成されている。フランジ部１６は、貫通孔１０の大径部分と小径部分との段差にガタ付きなく引っ掛かるように形成されている。
【００２７】
中間支持部１７は、センサケース１１の中間を支持する部分として形成されている。中間支持部１７は、この一端がフランジ部１６に連成されている。中間支持部１７は、貫通孔１０の小径部分の直径に合わせた寸法となる円筒形状に形成されている。露出部１８は、中間支持部１７の他端側に存在する空間であって、センサ支持部材６に差し込まれたセンサケース１１のセンサ感温部分１４を露出させるために形成されている。露出部１８は、被測定流体（図示省略）をスムーズにセンサ感温部分１４へ導くことができるように形成されている。
【００２８】
先端側支持部１９は、センサケース１１の突出先端側を支持する部分として形成されている。先端側支持部１９は、本形態において、円板状に形成されている。先端側支持部１９は、露出部１８の両側の連結部２０、２０を介して中間支持部１７の他端に連成されている。
【００２９】
センサ支持部材６及びセンサケース１１は、先端側支持部１９及びセンサ感温部分１４が流管軸８の近傍に位置するように長く形成されている（一例であるものとする）。
【００３０】
センサホルダ７は、特に限定するものではないが、ボルト２１を締め付けることによって流管２の壁の外面に固定されるようになっている。このようなセンサホルダ７には、貫通孔１０、１０の各大径部分に差し込まれる凸部２２、２２と、感温センサ４及び加熱感温センサ５の各センサ固定部１３を固定する例えばねじ込み式のセンサ固定用凹部２３、２３と、センサケース１１に対する差し込み用の貫通孔２４、２４とが形成されている。
【００３１】
引用符号２５は、センサホルダ７の凸部２２とセンサ支持部材６のフランジ部１６との間に挟み込まれる間座を示している。また、引用符号２６は、凸部２２の基部周縁と貫通孔１０との間に挟み込まれるＯリングを示している。尚、感温センサ４及び加熱感温センサ５の配置の仕方によっては別々のセンサホルダに固定してもよいものとする。
【００３２】
次に、熱式質量流量計１の図示していない部分について簡単に説明する（この図示していない部分は、基本的に、背景技術の欄で挙げた特許文献１、すなわち特開２００４−１２２２０号公報の第６頁、第４図に開示された構成と同じである）。
【００３３】
図示していない部分として、感温センサ４及び加熱感温センサ５の上流側には、被測定流体を安定した流れに整える整流器が取り付けられている。センサホルダ７の上方には、感温センサ４及び加熱感温センサ５のセンサリード線１２、１２の他端が接続されるアンプボードが取り付けられている。感温センサ４及び加熱感温センサ５とアンプボードは、流量計測部及び流量演算部としての機能を有する。センサホルダ７及びアンプボードの周囲には、変換器ケースが取り付けられている。変換器ケースは、流管２に取り付けられている。変換器ケースの開口部分には、スイッチボードやディスプレイボードを有する本体カバーがパッキンを挟んだ状態で取り付けられている。変換器ケースの一側壁には、伝送ケーブルが接続されている。
【００３４】
上記構成において、加熱感温センサ５は、感温センサ４で検出された温度に基づいて流量計測を行う。すなわち、本発明の熱式質量流量計１の流量計測部及び流量演算部では、感温センサ４と加熱感温センサ５との温度差を一定（例えば＋３０℃）にするように、加熱感温センサ５を加熱する（電流を流す）。また、この加熱に係る電力値から質量流量を算出する。算出した質量流量は、表示装置（図示省略）に表示される。
【００３５】
質量流量の算出について補足説明すると、被測定流体（図示省略）を流体方向９に流したときに、加熱感温センサ５は特に露出部１８を介して露出するセンサ感温部分１４が被測定流体によって冷やされる。感温センサ４との温度差を一定に制御するためには、さらに加熱感温センサ５に電流を流す必要がある。この時、加熱感温センサ５に流れる電流は、質量流量に比例することが知られており、これを利用して質量流量が算出される。
【００３６】
ところで、被測定流体（図示省略）を流体方向９に流すと、流体によるカルマン渦が発生する。本発明においては、感温センサ４及び加熱感温センサ５の細長い棒状のセンサケース１１がセンサ支持部材６により支持されている。従って、細長い棒状のセンサケース１１を有する感温センサ４及び加熱感温センサ５を流路３内に深く挿入しても、センサケース１１自体はカルマン渦の作用によってぶれてしまうようなことはない。
【００３７】
以上、本発明によれば、センサ支持部材６を備える熱式質量流量計１であることから、カルマン渦に対するセンサの強度を従来よりも格段に高めることができる。また、本発明によれば、センサ支持部材６を備えることから、感温センサ４及び加熱感温センサ５を流路３内に深く挿入することができる。流路３内に深く挿入することができると、流管外部から伝達した温度に対しての影響はなくなり、結果、計測精度を従来よりも格段に高めることができる。
【００３８】
次に、図３を参照しながらセンサ支持部材の他の例を説明する。図３はセンサ支持部材の他の例を示す断面図である。尚、上述の形態と基本的に同じ部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
図３において、他の例となるセンサ支持部材６は、長手方向の貫通孔１５と、フランジ部１６と、中間支持部１７と、露出部１８とを備えて構成されている。他の例となるセンサ支持部材６は、センサケース１１のセンサ感温部分１４及び突出先端を剥き出しにするような格好でセンサケース１１の中間を支持することができる形状に形成されている。他の例となるセンサ支持部材６は、中間支持部１７から突出するセンサケース１１の長さが比較的短いことから、カルマン渦に対する影響は従来よりも格段に小さくなっている。
【００４０】
続いて、図４を参照しながらセンサ支持部材の更に他の例を説明する。図４はセンサ支持部材の更に他の例を示す断面図である。尚、上述の形態と基本的に同じ部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
図４において、更に他の例となるセンサ支持部材６は、長手方向の貫通孔１５と、フランジ部１６と、中間支持部１７と、露出部１８と、先端側支持部２７を備えて構成されている。先端側支持部２７は、センサケース１１の突出先端側を支持する部分として形成されている。先端側支持部２７は、この一端が連結部２０、２０を介して中間支持部１７の他端に連成されている。先端側支持部２７は、この全長が上述の先端側支持部１９（図１参照）よりも長く、他端（端部）が流管２に固定されている。センサケース１１は、流管２を横切るセンサ支持部材６によって支持されている。更に他の例となるセンサ支持部材６は、先端側支持部２７が流管２に固定されることから、カルマン渦に対する強度が高まっている。
【００４２】
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。例えば、上述の各形態では、感温センサ４と加熱感温センサ５の双方をセンサ支持部材６によって支持する構造であったが、これに限らず、いずれか一方のみをセンサ支持部材６で支持するようにしても良いものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のセンササポート形熱式質量流量計の一実施の形態を示す断面図（流管の軸方向の断面図）である。
【図２】本発明のセンササポート形熱式質量流量計の断面図（流管の軸に直交方向の断面図）である。
【図３】センサ支持部材の他の例を示す断面図である。
【図４】センサ支持部材の更に他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  センササポート形熱式質量流量計（熱式質量流量計）
２  流管
３  流路
４  感温センサ
５  加熱感温センサ
６  センサ支持部材
７  センサホルダ
８  流管軸
９  流体方向
１０  貫通孔
１１  センサケース
１２  センサリード線
１３  センサ固定部
１４  センサ感温部分
１５  貫通孔
１６  フランジ部
１７  中間支持部
１８  露出部
１９  先端側支持部
２０  連結部
２１  ボルト
２２  凸部
２３  センサ固定用凹部
２４  貫通孔
２５  間座
２６  Ｏリング
２７  先端側支持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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