(57)【要約】【課題】流体の流速乃至流量の測定における脈動の影響を排除する。【解決手段】ガスの流路上に配置したマイクロヒータ３３を通電駆動する駆動回路５がマイクロヒータ３３に出力する正弦波の駆動信号と、流路におけるガスの流れ方向にマイクロヒータ３３から間隔をおいて配置したサーモパイル３５がマイクロヒータ３３から放出される熱を検出しその温度に応じて出力する流速信号との位相差に応じて位相差信号出力回路１１が出力する位相差信号に基づいて、流路を流れるガスの流速を測定する流速計において、アンプ７によって増幅されたサーモパイル３５からの流速信号を、駆動回路５の駆動信号と同じ周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタ９を通過させて位相差信号出力回路１１に入力させる構成とした。【選択図】図２
2006138840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象の流体の流路上に配置した熱源を、駆動手段が出力する、一定の周期で電圧が変化する周期電圧波形の駆動信号により通電駆動し、前記流路における流体の流れ方向に前記熱源から間隔をおいて配置した温度センサにより、前記熱源により放出又は吸収される熱を検出して、検出した熱の温度に応じた流速信号を前記温度センサから出力させ、該流速信号の波形に基づいて、前記流路を流れる流体の流速を測定する流速計において、
前記駆動信号の周波数と同じ周波数帯域、又は、該駆動信号の周波数の倍の周波数帯域の信号を通過させ、それ以外の周波数帯域の信号をカットするバンドパスフィルタに、前記温度センサから出力させた前記流速信号を通過させ、該バンドパスフィルタの通過後の前記流速信号の波形に基づいて、前記流路を流れる流体の流速を測定する、
ことを特徴とする流速計。
【請求項２】
前記熱源はヒータであり、前記駆動手段は、周期電圧波形の信号を直流シフトさせた正電位又は負電位の前記駆動信号により前記ヒータを通電駆動させる請求項１記載の流速計。
【請求項３】
前記駆動信号は方形波であり、前記バンドパスフィルタの通過後の、前記駆動信号と同じ周波数の正弦波に波形整形した後の前記流速信号の波形に基づいて、前記流路を流れる流体の流速を測定する請求項１又は２記載の流速計。
【請求項４】
被測定対象の流体の流路上で放出又は吸収される熱を、該熱の放出箇所又は吸収箇所から前記流路における流体の流れ方向に間隔をおいて配置した温度センサにより検出し、該温度センサが検出した熱の温度に応じて出力する流速信号に基づいて、前記流路を流れる流体の流量を測定する流量計であって、
請求項１、２又は３記載の流速計を備え、
前記流速計により測定された前記流路を流れる流体の流速、及び、前記流路の既知の断面積を用いて、前記流路を流れる流体の流量を測定する、
ことを特徴とする流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス等の流体の流速乃至流量をその流路上において測定する流速計及び流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばガス等の流体の流量を流路上において測定する際に、既知の流路断面積に乗じて流量を求めるのに必要な、流路を流れる流体の速度を検出する技術として、流路上に配置したヒータを交流信号により通電駆動し、このヒータから流路における流体の流れ方向に間隔をおいて配置した温度センサが、ヒータから放出される熱の伝搬速度に応じて出力する交流信号と、ヒータの通電駆動に用いる交流信号との位相差を求める方法が知られている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平５−２６４５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記した、温度センサの出力信号とヒータの通電駆動に用いる交流信号との位相差から流体の流速を求める従来の方法では、例えば、流体が流れる流路の上流側に接続されているガスヒートポンプのような消費源が頻繁に燃焼と燃焼停止を繰り返す等の原因で、流路を流れる流体に脈動が生じていると、温度センサの出力信号中に本来の流速に応じた周波数成分とは異なる、脈動の周波数に応じた周波数成分が重畳されてしまい、ヒータの通電駆動に用いる交流信号との位相差から流体の流速を正確に求めることができないという不具合があった。
【０００４】
そして、流体中に生じた脈動の影響により流体の流速を正確に求めることができなくなる不具合は、ヒータの通電駆動に用いる交流信号と温度センサの出力信号との位相差から流体の流速を求める場合に限らず、温度センサの出力信号の波形に基づいて流体の流速を求める場合に総じて当てはまるものである。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、流路における流体の流れ方向に間隔をおいて配置した熱源と温度センサを用い、上記した交流信号やこれを直線シフトした信号のような、駆動手段が出力する一定の周期で電圧が変化する周期電圧波形の信号により通電駆動された熱源から伝搬される熱を検出した温度センサが出力する流速信号の波形に基づいて、流路を流れる流体の流速乃至流量を測定する際に、流体中に脈動が生じていてもその影響を受けずに流体の流速乃至流量を高精度に測定できる流速計及び流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する請求項１乃至請求項３記載の本発明は流速計に関するものであり、請求項４記載の本発明は流量計に関するものである。
【０００７】
そして、請求項１に記載した本発明の流速計は、被測定対象の流体の流路上に配置した熱源を、駆動手段が出力する、一定の周期で電圧が変化する周期電圧波形の駆動信号により通電駆動し、前記流路における流体の流れ方向に前記熱源から間隔をおいて配置した温度センサにより、前記熱源により放出又は吸収される熱を検出して、検出した熱の温度に応じた流速信号を前記温度センサから出力させ、該流速信号の波形に基づいて、前記流路を流れる流体の流速を測定する流速計において、前記駆動信号の周波数と同じ周波数帯域、又は、該駆動信号の周波数の倍の周波数帯域の信号を通過させ、それ以外の周波数帯域の信号をカットするバンドパスフィルタに、前記温度センサから出力させた前記流速信号を通過させ、該バンドパスフィルタの通過後の前記流速信号の波形に基づいて、前記流路を流れる流体の流速を測定することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載した本発明の流速計は、請求項１に記載した本発明の流速計において、前記熱源がヒータであり、前記駆動手段が、周期電圧波形の信号を直流シフトさせた正電位又は負電位の前記駆動信号により前記ヒータを通電駆動させるものとした。
【０００９】
さらに、請求項３に記載した本発明の流速計は、請求項１又は２記載の流速計において、前記駆動信号が方形波であり、前記バンドパスフィルタの通過後の、前記駆動信号と同じ周波数の正弦波に波形整形した後の前記流速信号の波形に基づいて、前記流路を流れる流体の流速を測定するものとした。
【００１０】
また、請求項４に記載した本発明の流量計は、被測定対象の流体の流路上で放出又は吸収される熱を、該熱の放出箇所又は吸収箇所から前記流路における流体の流れ方向に間隔をおいて配置した温度センサにより検出し、該温度センサが検出した熱の温度に応じて出力する流速信号に基づいて、前記流路を流れる流体の流量を測定する流量計であって、請求項１、２又は３記載の流速計を備え、前記流速計により測定された前記流路を流れる流体の流速、及び、前記流路の既知の断面積を用いて、前記流路を流れる流体の流量を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載した本発明の流速計によれば、駆動手段が周期電圧波形の信号の駆動信号により熱源を通電駆動させると、熱源の通電量乃至放出（又は吸収）熱量が連続的に増減され、これに追従して温度センサが出力する流速信号のレベルが増減するので、流速信号は、駆動信号と同じ周波数の信号成分、又は、駆動信号の周波数の倍の周波数成分を含む交流波形となる。
【００１２】
ところで、温度センサが出力する周期電圧波形の流速信号に含まれる、駆動信号と同じ周波数の信号成分、又は、駆動信号の周波数の倍の周波数成分は、その振幅や、駆動手段が熱源の通電駆動に用いる駆動信号との位相差が、流路を流れる流体の流速に応じて変化するので、温度センサが出力する周期電圧波形の流速信号から、駆動信号と同じ周波数の信号成分、又は、駆動信号の周波数の倍の周波数成分を取り出して、その振幅や、駆動手段が熱源の通電駆動に用いる駆動信号との位相差等、流路を流れる流体の流速に応じて変化する波形要素の変動を監視すれば、流路を流れる流体の流速が測定されることになる。
【００１３】
このため、流路を流れる流体に脈動が生じて、温度センサが出力する周期電圧波形の流速信号中に脈動の周波数成分が重畳されても、駆動信号の周波数と同じ周波数帯域、又は、該駆動信号の周波数の倍の周波数帯域の信号を通過させそれ以外の周波数帯域の信号をカットするバンドパスフィルタにより、流体の流速の測定に用いる駆動信号と同じ周波数帯域以外、又は、該駆動信号の周波数の倍の周波数帯域の以外の周波数の信号成分を、流速信号から除去して、流速信号に含まれる駆動信号と同じ周波数の信号成分、又は、駆動信号の周波数の倍の周波数成分を取り出し、その振幅や位相差等から、脈動の影響を受けずに、流路を流れる流体の流速を高精度で測定することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載した本発明の流速計によれば、請求項１に記載した本発明の流速計において、周期電圧波形の信号を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号により駆動手段がヒータを通電駆動させると、駆動信号の極性が正負の相互間で反転せずヒータの通電量が周期電圧波形状に変化するので、ヒータの放出熱量が周期電圧波形状に増減して、ヒータから放出される熱を検出した温度センサが出力する流速信号の波形が、駆動信号と同じ周波数の周期電圧波形となる。
【００１５】
このため、流速信号中に駆動信号と異なる周波数成分が含まれないようにして、両信号の位相差が流路を流れる流体の流速のみに依存して変化するようにし、これにより、駆動信号と流速信号との位相差に基づいて、流路を流れる流体の流速を高精度で測定することができる。
【００１６】
また、請求項１又は２に記載した本発明の流速計において、駆動信号が方形波である場合、駆動信号に追従して周期電圧波形状に増減する熱源の放出熱量に応じて温度センサが出力する、立ち上がり及び立ち下がりに若干の遅延による変形が生じた周期電圧波形の流速信号を、駆動信号の周波数だけを選択的に通過させるバンドパスフィルタを用いて駆動信号と同じ周波数の正弦波に波形整形し、この正弦波に波形整形した後の流速信号を、流路を流れる流体の流速を測定する基の信号とすることができる。
【００１７】
そして、請求項４に記載した本発明の流量計によれば、請求項１、２又は３に記載した本発明の流速計によって高精度で測定された、流路を流れる流体の流速を用いて、流路を流れる流体の流量を高精度で計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による流量計の実施形態を、流速計の実施形態と共に、図面を参照して説明する。
【００１９】
まず、本発明による流速計を適用した本発明の第１乃至第３実施形態に係るガス流量計と、後に説明する本発明の第７乃至第９実施形態に係るガス流量計とにおいて使用されるフローセンサの概略構成について、図１の説明図を参照して説明する。
【００２０】
図１中引用符号３で示すフローセンサは、例えば特開平９−２５７８２１号公報において図１を参照して説明されているような、Ｓｉ基板３１上にマイクロヒータ３３（請求項中のヒータに相当）及びサーモパイル３５（請求項中の温度センサに相当）を形成して構成されたものであり、ガス（請求項中の被測定対象の流体に相当）の流路Ｓ上に、マイクロヒータ３３が流体の流れ方向における上流側に、サーモパイル３５が下流側に位置するように配置されている。
【００２１】
このフローセンサ３では、マイクロヒータ３３を駆動信号により通電駆動することでマイクロヒータ３３が熱を放出し、マイクロヒータ３３から伝達された熱の温度に応じた起電力がサーモパイル３５に発生し、この起電力がサーモパイル３５から、流路Ｓを流れるガスの流量に応じた流速信号として出力されるように構成されている。
【００２２】
次に、上述したフローセンサ３を用いて流路Ｓを流れるガスの流量を測定する、本発明の第１実施形態に係るガス流量計の概略構成について、図２のブロック図を参照して説明する。
【００２３】
図２中引用符号１で示す第１実施形態のガス流量計は、前記フローセンサ３と、前記マイクロヒータ３３を正弦波状の駆動信号により通電駆動させる駆動回路５（請求項中の駆動手段に相当）と、前記サーモパイル３５から出力される流速信号を増幅するアンプ７と、アンプ７によって増幅された流速信号から駆動回路５の駆動信号と同じ周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタ９と、駆動回路５の駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の位相の差を検出し位相差検出信号（請求項中の位相差信号に相当）を出力する位相差検出回路１１（請求項中の位相差信号出力手段に相当）とを備えている。
【００２４】
また、第１実施形態のガス流量計１は、位相差検出回路１１からの位相差検出信号から流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を演算するマイクロコンピュータ等の演算装置１３を備えている。
【００２５】
尚、前記駆動回路５は、図３に回路図で示すように、水晶発振器５１の発振周波数に応じた正弦波の信号を、その振幅の全幅に亘って正電位又は負電位となるように、後段のアンプ５３により直流シフトさせて、この正電位又は負電位の正弦波による信号を、前記駆動信号として前記フローセンサ３のマイクロヒータ３３に出力するように構成されている。
【００２６】
また、前記位相差検出回路１１は、図４に回路図で示すように、駆動回路５の駆動信号をコンデンサＣ１でカップリングし、電源Ｖｃｃ（本実施形態ではＤＣ５Ｖ）とプルアップ抵抗Ｒ１により、抵抗Ｒ２とプルアップ抵抗Ｒ１との分圧比により定まる電位にプルアップした後、抵抗Ｒ３，Ｒ４の中点に生成される駆動信号の振幅の中間電位（本実施形態では２．５Ｖ）のＤＣ電圧とコンパレータＡ１で比較し、コンパレータＡ１の比較出力をＲＳフリップフロップＦ／Ｆの入力Ｓに入力すると共に、バンドパスフィルタ９を通過した流速信号をコンデンサＣ２でカップリングし、電源Ｖｃｃとプルアップ抵抗Ｒ５により、抵抗Ｒ６とプルアップ抵抗Ｒ５との分圧比により定まる電位にプルアップした後、抵抗Ｒ３，Ｒ４の中点に生成される駆動信号の振幅の中間電位のＤＣ電圧とコンパレータＡ２で比較し、コンパレータＡ２の比較出力をＲＳフリップフロップＦ／Ｆの入力Ｒに入力して、駆動回路５の駆動信号の位相に対してバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の位相がずれている期間、Ｈレベルの位相差検出信号をＲＳフリップフロップＦ／Ｆから出力するように構成されている。
【００２７】
尚、本実施形態では、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６に全て同じ抵抗値のものが使用されている。
【００２８】
さらに、前記演算装置１３は、位相差検出回路１１から出力された位相差検出信号を、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータや、換算したガスの流速から流路Ｓを流れるガスの流量を演算するために必要な、流路Ｓの断面積のデータ等を、内部のメモリに記憶している。
【００２９】
以上の構成による第１実施形態のガス流量計１では、駆動回路５がマイクロヒータ３３を通電駆動させるのに用いる、正弦波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号は、極性が正負の相互間で反転せず単にその電位が正弦波状に変化するだけであり、マイクロヒータ３３の通電量も正弦波状に増減されるので、マイクロヒータ３３から放出される熱を検出したサーモパイル３５が出力する流速信号の波形は、駆動信号と同じ周波数の波形となる。
【００３０】
駆動信号と同じ周波数の波形であるとはいえ、サーモパイル３５が出力する流速信号には、駆動信号と同じ基本周波数成分に加えて他の周波数成分が重畳されているのに対し、流速の変化に対する流速信号の位相差の変化は流速信号の周波数に依存して定まるため、基本周波数以外の周波数成分を含んでいるサーモパイル３５からの流速信号をそのままの波形で使用したのでは、位相差検出回路１１における駆動信号との位相差検出を正確に行うことができない。
【００３１】
しかし、この流速信号に含まれる基本周波数以外の周波数成分はバンドパスフィルタ９において除去されるので、位相差検出回路１１に入力されるのは、駆動信号の基本周波数による正弦波となる。
【００３２】
そして、サーモパイル３５が出力する流速信号の波形は、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、駆動回路５の駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の位相の差に応じたＨレベルの期間を有する位相差検出回路１１からの位相差検出信号のディーティー比は、流路Ｓを流れるガスの流速を反映した値となる。
【００３３】
このため、位相差検出回路１１からの位相差検出信号を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
【００３４】
ところで、例えば、流路Ｓの上流側に接続されているガスヒートポンプのような消費源が頻繁に燃焼と燃焼停止を繰り返す等の原因で、流路Ｓを流れるガスに脈動が生じていると、サーモパイル３５が出力する流速信号中に、本来のガスの流速に応じた周波数成分とは異なる、脈動の周波数に応じた周波数成分が重畳されてしまうことになる。
【００３５】
しかし、第１実施形態のガス流量計１では、アンプ７によって増幅された流速信号から駆動回路５の駆動信号と同じ周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタ９が、位相差検出回路１１の前段に設けられていることから、脈動の周波数に応じた周波数成分がバンドパスフィルタ９の通過の際に流速信号から除去されて、駆動信号と同じ周波数成分のみの流速信号が位相差検出回路１１に供給される。
【００３６】
よって、流路Ｓを流れるガスの流速のみに依存した駆動回路５の駆動信号に対する位相差に応じた位相差検出信号を位相差検出回路１１から出力させて、その位相差検出信号を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【００３７】
尚、第１実施形態のガス流量計１において用いた、駆動回路５の駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の位相の差に応じたＨレベルの期間を有する位相差検出信号を出力する位相差検出回路１１に代えて、図５のブロック図に示す第２実施形態のガス流量計１Ａのように、バンドパスフィルタ９を通過したサーモパイル３５からの流速信号のピーク値を、駆動回路５の駆動信号の一周期毎にリセットされつつ周期的に検出するピークホールド回路１５（請求項中のピークホールド手段に相当）を用い、ピークホールド回路１５によって周期的に検出された、バンドパスフィルタ９を通過した流速信号のピーク値をＡ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を演算装置１３が取り込み、そのデジタル値から演算装置１３が流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
【００３８】
このように構成する場合には、当然、前記演算装置１３が内部のメモリに記憶している、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル３５から出力されてアンプ７により増幅されバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の、ピークホールド回路１５により周期的に検出されたピーク値の、Ａ／Ｄコンバータ１７を経て取り込まれるデジタル値を、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
【００３９】
このように構成した第２実施形態のガス流量計１Ａにおいても、サーモパイル３５が出力する流速信号は駆動信号と同じ周波数となり、この流速信号の波形は、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、ピークホールド回路１５によって駆動信号の一周期毎に検出される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に検出される、バンドパスフィルタ９を通過した後の流速信号のピーク値は、流路Ｓを流れるガスの流速を反映した値となる。
【００４０】
このため、ピークホールド回路１５により周期的に検出される流速信号のピーク値の、Ａ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
【００４１】
そして、第２実施形態のガス流量計１Ａにおいても、ピークホールド回路１５の前段に設けられたバンドパスフィルタ９によって、サーモパイル３５から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみがピークホールド回路１５に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ９の通過の際に除去されることから、流路Ｓを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値をピークホールド回路１５から出力させて、そのＡ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【００４２】
また、第１実施形態のガス流量計１において用いた位相差検出回路１１や第２実施形態のガス流量計１Ａにおいて用いたピークホールド回路１５に代えて、図６のブロック図に示す第３実施形態のガス流量計１Ｂのように、アンプ７によって増幅されたサーモパイル３５からの流速信号を、駆動回路５の駆動信号の一周期毎に積分する積分回路１９（請求項中の積分手段に相当）を用い、積分回路１９によって駆動信号の一周期毎に積分された、バンドパスフィルタ９を通過した後の流速信号の積分値をＡ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を演算装置１３が取り込み、そのデジタル値から演算装置１３が流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
【００４３】
このように構成する場合には、当然、前記演算装置１３が内部のメモリに記憶している、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル３５から出力されてアンプ７により増幅されバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の、積分回路１９により駆動信号の一周期毎に積分された積分値の、Ａ／Ｄコンバータ１７を経て取り込まれるデジタル値を、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
【００４４】
このように構成した第３実施形態のガス流量計１Ｂにおいても、サーモパイル３５が出力する流速信号は駆動信号と同じ周波数となり、この流速信号の波形は、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、積分回路１９によって駆動信号の一周期毎に積分される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に積分される、バンドパスフィルタ９を通過した後の流速信号の積分値は、流路Ｓを流れるガスの流速を反映した値となる。
【００４５】
このため、アンプ７により増幅された流速信号の積分値のＡ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
【００４６】
そして、第３実施形態のガス流量計１Ｂにおいても、積分回路１９の前段に設けられたバンドパスフィルタ９によって、サーモパイル３５から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみが積分回路１９に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ９の通過の際に除去されることから、流路Ｓを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値を積分回路１９から出力させて、そのＡ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【００４７】
次に、本発明による流速計を適用した本発明の第４乃至第６実施形態に係るガス流量計と、後に説明する本発明の第１０乃至第１２実施形態に係るガス流量計とにおいて使用されるフローセンサの概略構成について、図７の説明図を参照して説明する。
【００４８】
図７中引用符号３Ａで示すフローセンサは、図１を参照して説明したフローセンサ３のマイクロヒータ３３に代えて、ペルチェ素子３７を用いて構成されたものであり、ガスの流路Ｓ上に、ペルチェ素子３７が流体の流れ方向における上流側に、サーモパイル３５が下流側に位置するように配置されている。
【００４９】
このフローセンサ３Ａでは、ペルチェ素子３７を駆動信号により通電駆動することで、電流の流れる方向に応じてペルチェ素子３７が熱を放出又は吸収し、ペルチェ素子３７から伝達された熱の温度に応じた起電力がサーモパイル３５に発生し、この起電力がサーモパイル３５から、流路Ｓを流れるガスの流量に応じた流速信号として出力されるように構成されている。
【００５０】
次に、上述したフローセンサ３Ａを用いて流路Ｓを流れるガスの流量を測定する、本発明の第４実施形態に係るガス流量計の概略構成について、図８のブロック図を参照して説明する。
【００５１】
図８中引用符号１Ｃで示す第４実施形態のガス流量計は、フローセンサ３をフローセンサ３Ａに替えた他、駆動回路５から直流シフト用のアンプ５３を省略して正電位と負電位とに跨った電位の正弦波による交流信号を、前記駆動信号として前記フローセンサ３Ａのペルチェ素子３７に出力する駆動回路５Ａを用いた点の他は、第１実施形態のガス流量計１と同様に構成されている。
【００５２】
以上の構成による第４実施形態のガス流量計１Ｃでは、駆動回路５Ａがペルチェ素子３７を、正電位と負電位とに跨った電位の正弦波による交流の駆動信号で通電駆動させても、極性が正負の相互間で反転した際にペルチェ素子３７を流れる電流の向きが反転し、反転前にペルチェ素子３７で生じていたペルチェ効果とは逆のペルチェ効果（暖→冷、又は、冷→暖）が発生し、ペルチェ素子３７の通電量の増減に対するペルチェ素子３７の放出乃至吸収熱量の増減傾向には、ペルチェ素子３７を流れる電流の向きの反転の前後に亘って逆転現象が発生しないので、ペルチェ素子３７により放出又は吸収される熱を検出したサーモパイル３５が出力する流速信号の波形は、駆動信号が、その極性が正負の相互間で反転する交流信号であるか、それとも、その極性が正負の相互間で反転しない直流（シフト）信号であるかに拘わらず、駆動信号と同じ周波数の正弦波状となる。
【００５３】
そして、サーモパイル３５が出力する流速信号の波形は、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、駆動回路５の駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の位相の差に応じたＨレベルの期間を有する位相差検出回路１１からの位相差検出信号のディーティー比は、流路Ｓを流れるガスの流速を反映した値となる。
【００５４】
このため、位相差検出回路１１からの位相差検出信号を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
【００５５】
そして、第４実施形態のガス流量計１Ｃにおいても、位相差検出回路１１の前段に設けられたバンドパスフィルタ９によって、サーモパイル３５から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみが位相差検出回路１１に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ９の通過の際に除去されることから、流路Ｓを流れるガスの流速のみに依存した駆動回路５の駆動信号に対する位相差に応じた位相差信号を位相差検出回路１１から出力させて、その位相差検出信号を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【００５６】
尚、マイクロヒータ３３に代えてペルチェ素子３７を用いたフローセンサ３Ａは、上記のような作用をサーモパイル３５の出力にもたらすので、第４実施形態のガス流量計１Ｃの第１実施形態のガス流量計１に対する構成の変更と同様の構成変更を、第２実施形態のガス流量計１Ａに施して、図９のブロック図に示すような第５実施形態のガス流量計１Ｄを構成しても、第２実施形態のガス流量計１Ａによって発揮されたのと同様の効果を得ることができる。
【００５７】
また、第４実施形態のガス流量計１Ｃの第１実施形態のガス流量計１に対する構成の変更や、第５実施形態のガス流量計１Ｄの第２実施形態のガス流量計１Ａに対する構成の変更と同様の構成変更を、第３実施形態のガス流量計１Ｂに施して、図１０のブロック図に示すような、第６実施形態のガス流量計１Ｅを構成しても、第３実施形態のガス流量計１Ｂによって発揮されたのと同様の効果を得ることができる。
【００５８】
以上の第１乃至第３実施形態のガス流量計１，１Ａ，１Ｂでは、正弦波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号によりマイクロヒータ３３を駆動するものとしたが、本発明は、方形波のように一定の周期で電圧が変化する周期電圧波形の信号を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号でマイクロヒータ３３を駆動する場合にも適用可能である。
【００５９】
そこで、上述した第１実施形態のガス流量計１の変形例に相当し、方形波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号でマイクロヒータ３３を駆動する、本発明の第７実施形態に係るガス流量計の概略構成について、図１１のブロック図を参照して説明する。
【００６０】
図１１中引用符号１Ｆで示す第７実施形態のガス流量計は、第１実施形態のガス流量計１の駆動回路５に代えて、方形波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号によりマイクロヒータ３３を駆動する駆動回路５Ｆ（請求項中の駆動手段に相当）を用いた点を除くと、その他は第１実施形態のガス流量計１と同様に構成されている。
【００６１】
そして、駆動回路５Ｆとしては、改めて図示しての説明は省略するものの、例えば周知の無安定マルチバイブレータを用いることができる。
【００６２】
以上の構成による第７実施形態のガス流量計１Ｆでは、駆動回路５Ｆがマイクロヒータ３３を通電駆動させるのに用いる、方形波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号は、極性が正負の相互間で反転せず単にその電位が方形波状に変化するだけであり、したがって、マイクロヒータ３３の通電量も方形波状に増減されるので、マイクロヒータ３３からの放出熱量は、立ち上がり及び立ち下がりに若干の遅延による変形が生じた方形波状となり、マイクロヒータ３３から放出される熱を検出したサーモパイル３５が出力する流速信号の波形も、駆動信号と同じ周波数の立ち上がり及び立ち下がりに若干の遅延による変形が生じた方形波状となる。
【００６３】
ところで、方形波を直流シフトさせた正電位又は負電位のマイクロヒータ３３の駆動信号は、基本周波数成分に加えて高調波成分を含んでいるので、サーモパイル３５が出力する方形波状の流速信号にも、駆動回路５Ｆがマイクロヒータ３３を通電駆動させるのに用いる駆動信号と同様に、基本周波数以外の高調波成分が含まれているが、流速の変化に対する流速信号の位相差の変化量は流速信号の周波数に依存して定まるため、基本周波数以外の高調波成分を含んでいるサーモパイル３５からの流速信号をそのままの波形で使用したのでは、位相差検出回路１１における駆動信号との位相差検出を正確に行うことができない。
【００６４】
しかし、この流速信号に含まれる高調波成分はバンドパスフィルタ９において除去されるので、位相差検出回路１１に入力されるのは、駆動信号の基本周波数による正弦波となる。
【００６５】
そして、サーモパイル３５が出力してバンドバスフィルタ９を通過した正弦波の流速信号は、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、駆動回路５Ｆの駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の位相の差に応じたＨレベルの期間を有する位相差検出回路１１からの位相差検出信号のディーティー比は、流路Ｓを流れるガスの流速を反映した値となる。
【００６６】
このため、位相差検出回路１１からの位相差検出信号を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【００６７】
尚、第７実施形態のガス流量計１Ｆにおいて用いた、駆動回路５Ｆの駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の位相の差に応じたＨレベルの期間を有する位相差検出信号を出力する位相差検出回路１１に代えて、図１２のブロック図に示す第８実施形態のガス流量計１Ｇのように、バンドパスフィルタ９を通過したサーモパイル３５からの流速信号のピーク値を、駆動回路５Ｆの駆動信号の一周期毎にリセットされつつ周期的に検出するピークホールド回路１５（請求項中のピークホールド手段に相当）を用い、ピークホールド回路１５によって周期的に検出された、バンドパスフィルタ９を通過した流速信号のピーク値をＡ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を演算装置１３が取り込み、そのデジタル値から演算装置１３が流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
【００６８】
このように構成する場合には、当然、前記演算装置１３が内部のメモリに記憶している、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル３５から出力されてアンプ７により増幅されバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の、ピークホールド回路１５により周期的に検出されたピーク値の、Ａ／Ｄコンバータ１７を経て取り込まれるデジタル値を、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
【００６９】
このように構成した第８実施形態のガス流量計１Ｇにおいても、サーモパイル３５が出力してバンドバスフィルタ９を通過した流速信号は、駆動信号と同じ周波数となり、その流速信号の波形は、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、ピークホールド回路１５によって駆動信号の一周期毎に検出される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に検出される、バンドパスフィルタ９を通過した後の流速信号のピーク値は、流路Ｓを流れるガスの流速を反映した値となる。
【００７０】
このため、ピークホールド回路１５により周期的に検出される流速信号のピーク値の、Ａ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
【００７１】
そして、第８実施形態のガス流量計１Ｇにおいても、ピークホールド回路１５の前段に設けられたバンドパスフィルタ９によって、サーモパイル３５から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみがピークホールド回路１５に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ９の通過の際に除去されることから、流路Ｓを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値をピークホールド回路１５から出力させて、そのＡ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【００７２】
また、第７実施形態のガス流量計１Ｆにおいて用いた位相差検出回路１１や第８実施形態のガス流量計１Ｇにおいて用いたピークホールド回路１５に代えて、図１３のブロック図に示す第９実施形態のガス流量計１Ｈのように、アンプ７によって増幅されたサーモパイル３５からの流速信号を、駆動回路５の駆動信号の一周期毎に積分する積分回路１９（請求項中の積分手段に相当）を用い、積分回路１９によって駆動信号の一周期毎に積分された、バンドパスフィルタ９を通過した後の流速信号の積分値をＡ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を演算装置１３が取り込み、そのデジタル値から演算装置１３が流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
【００７３】
このように構成する場合には、当然、前記演算装置１３が内部のメモリに記憶している、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル３５から出力されてアンプ７により増幅されバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の、積分回路１９により駆動信号の一周期毎に積分された積分値の、Ａ／Ｄコンバータ１７を経て取り込まれるデジタル値を、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
【００７４】
このように構成した第９実施形態のガス流量計１Ｈにおいても、サーモパイル３５が出力してバンドバスフィルタ９を通過した流速信号は、駆動信号と同じ周波数の正弦波となり、その流速信号の波形は、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、積分回路１９によって駆動信号の一周期毎に積分される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に積分される、バンドパスフィルタ９を通過した後の流速信号の積分値は、流路Ｓを流れるガスの流速を反映した値となる。
【００７５】
このため、アンプ７により増幅された流速信号の積分値のＡ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
【００７６】
そして、第９実施形態のガス流量計１Ｈにおいても、積分回路１９の前段に設けられたバンドパスフィルタ９によって、サーモパイル３５から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみが積分回路１９に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ９の通過の際に除去されることから、流路Ｓを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値を積分回路１９から出力させて、そのＡ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【００７７】
同様に、以上の第４乃至第６実施形態のガス流量計１Ｃ，１Ｄ，１Ｅでは、正電位と負電位とに跨った電位の正弦波による交流の駆動信号によりマイクロヒータ３３を駆動するものとしたが、本発明は、方形波のように一定の周期で電圧が変化する周期電圧波形の、正電位と負電位とに跨った電位の交流の駆動信号でペルチェ素子３７を駆動する場合にも適用可能である。
【００７８】
そこで、上述した第４実施形態のガス流量計１Ｃの変形例に相当し、正電位と負電位とに跨った電位の方形波による交流の駆動信号でペルチェ素子３７を駆動する、本発明の第７実施形態に係るガス流量計の概略構成について、図１４のブロック図を参照して説明する。
【００７９】
図１４中引用符号１Ｊで示す第１０実施形態のガス流量計は、第４実施形態のガス流量計１Ｃの駆動回路５Ａに代えて、第７実施形態のガス流量計１Ｆの駆動回路５Ｆから直流シフト用の構成を省略して正電位と負電位とに跨った電位の方形波による交流信号を、前記駆動信号として前記フローセンサ３Ａのペルチェ素子３７に出力する駆動回路５Ｊ（請求項中の駆動手段に相当）を用いた点を除くと、その他は第４実施形態のガス流量計１Ｃと同様に構成されている。
【００８０】
そして、駆動回路５Ｊとしては、改めて図示しての説明は省略するものの、例えば周知の無安定マルチバイブレータを用いることができる。
【００８１】
以上の構成による第１０実施形態のガス流量計１Ｊでは、駆動回路５Ｊがペルチェ素子３７を、正電位と負電位とに跨った電位の方形波による交流の駆動信号で通電駆動させても、極性が正負の相互間で反転した際にペルチェ素子３７を流れる電流の向きが反転し、反転前にペルチェ素子３７で生じていたペルチェ効果とは逆のペルチェ効果（暖→冷、又は、冷→暖）が発生し、ペルチェ素子３７の通電量の増減に対するペルチェ素子３７の放出乃至吸収熱量の増減傾向には、ペルチェ素子３７を流れる電流の向きの反転の前後に亘って逆転現象が発生しないので、ペルチェ素子３７により放出又は吸収される熱を検出したサーモパイル３５が出力する流速信号の波形は、駆動信号が、その極性が正負の相互間で反転する交流信号であるか、それとも、その極性が正負の相互間で反転しない直流（シフト）信号であるかに拘わらず、駆動信号と同じ周波数の立ち上がり及び立ち下がりに若干の遅延による変形が生じた方形波状となる。
【００８２】
ところで、正電位と負電位とに跨った電位の方形波によるペルチェ素子３７の駆動信号は、基本周波数成分に加えて高調波成分を含んでいるので、サーモパイル３５が出力する方形波状の流速信号にも、駆動回路５Ｆがペルチェ素子３７を通電駆動させるのに用いる駆動信号と同様に、基本周波数以外の高調波成分が含まれているが、流速の変化に対する流速信号の位相差の変化量は流速信号の周波数に依存して定まるため、基本周波数以外の高調波成分を含んでいるサーモパイル３５からの流速信号をそのままの波形で使用したのでは、位相差検出回路１１における駆動信号との位相差検出を正確に行うことができない。
【００８３】
しかし、この流速信号に含まれる高調波成分はバンドパスフィルタ９において除去されるので、位相差検出回路１１に入力されるのは、駆動信号の基本周波数による正弦波となる。
【００８４】
そして、サーモパイル３５が出力してバンドバスフィルタ９を通過した正弦波の流速信号は、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、駆動回路５Ｊの駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の位相の差に応じたＨレベルの期間を有する位相差検出回路１１からの位相差検出信号のディーティー比は、流路Ｓを流れるガスの流速を反映した値となる。
【００８５】
このため、位相差検出回路１１からの位相差検出信号を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
【００８６】
尚、第１０実施形態のガス流量計１Ｊにおいて用いた、駆動回路５Ｊの駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の位相の差に応じたＨレベルの期間を有する位相差検出信号を出力する位相差検出回路１１に代えて、図１５のブロック図に示す第１１実施形態のガス流量計１Ｋのように、バンドパスフィルタ９を通過したペルチェ素子３７からの流速信号のピーク値を、駆動回路５Ｊの駆動信号の一周期毎にリセットされつつ周期的に検出するピークホールド回路１５（請求項中のピークホールド手段に相当）を用い、ピークホールド回路１５によって周期的に検出された、バンドパスフィルタ９を通過した流速信号のピーク値をＡ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を演算装置１３が取り込み、そのデジタル値から演算装置１３が流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
【００８７】
このように構成する場合には、当然、前記演算装置１３が内部のメモリに記憶している、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル３５から出力されてアンプ７により増幅されバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の、ピークホールド回路１５により周期的に検出されたピーク値の、Ａ／Ｄコンバータ１７を経て取り込まれるデジタル値を、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
【００８８】
このように構成した第１１実施形態のガス流量計１Ｋにおいても、サーモパイル３５が出力してバンドバスフィルタ９を通過した流速信号は、駆動信号と同じ周波数となり、その流速信号の波形は、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、ピークホールド回路１５によって駆動信号の一周期毎に検出される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に検出される、バンドパスフィルタ９を通過した後の流速信号のピーク値は、流路Ｓを流れるガスの流速を反映した値となる。
【００８９】
このため、ピークホールド回路１５により周期的に検出される流速信号のピーク値の、Ａ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
【００９０】
そして、第１１実施形態のガス流量計１Ｋにおいても、ピークホールド回路１５の前段に設けられたバンドパスフィルタ９によって、サーモパイル３５から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみがピークホールド回路１５に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ９の通過の際に除去されることから、流路Ｓを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値をピークホールド回路１５から出力させて、そのＡ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【００９１】
また、第１０実施形態のガス流量計１Ｊにおいて用いた位相差検出回路１１や第１１実施形態のガス流量計１Ｋにおいて用いたピークホールド回路１５に代えて、図１６のブロック図に示す第１２実施形態のガス流量計１Ｌのように、アンプ７によって増幅されたサーモパイル３５からの流速信号を、駆動回路５Ｊの駆動信号の一周期毎に積分する積分回路１９（請求項中の積分手段に相当）を用い、積分回路１９によって駆動信号の一周期毎に積分された、バンドパスフィルタ９を通過した後の流速信号の積分値をＡ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を演算装置１３が取り込み、そのデジタル値から演算装置１３が流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
【００９２】
このように構成する場合には、当然、前記演算装置１３が内部のメモリに記憶している、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル３５から出力されてアンプ７により増幅されバンドパスフィルタ９を通過した流速信号の、積分回路１９により駆動信号の一周期毎に積分された積分値の、Ａ／Ｄコンバータ１７を経て取り込まれるデジタル値を、流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
【００９３】
このように構成した第１２実施形態のガス流量計１Ｌにおいても、サーモパイル３５が出力してバンドバスフィルタ９を通過した流速信号は、駆動信号と同じ周波数となり、その流速信号の波形は、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、積分回路１９によって駆動信号の一周期毎に積分される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に積分される、バンドパスフィルタ９を通過した後の流速信号の積分値は、流路Ｓを流れるガスの流速を反映した値となる。
【００９４】
このため、アンプ７により増幅された流速信号の積分値のＡ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
【００９５】
そして、第１２実施形態のガス流量計１Ｌにおいても、積分回路１９の前段に設けられたバンドパスフィルタ９によって、サーモパイル３５から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみが積分回路１９に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ９の通過の際に除去されることから、流路Ｓを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値を積分回路１９から出力させて、そのＡ／Ｄコンバータ１７によるＡ／Ｄ変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【００９６】
ちなみに、第１乃至第３実施形態のガス流量計１，１Ａ，１Ｂで用いた駆動回路５は、第４乃至第６実施形態のガス流量計１Ｃ，１Ｄ，１Ｅで用いた、駆動回路５から直流シフト用のアンプ５３を省略して正電位と負電位とに跨った電位の正弦波による信号を駆動信号として出力する駆動回路５Ａに替えてもよい。
【００９７】
その場合には、駆動回路５Ａがマイクロヒータ３３を通電駆動させるのに用いる正弦波の駆動信号は、極性が正負の相互間で反転し、マイクロヒータ３３の通電量が所謂半波整流波形状になり、電流と電圧の積である電力に比例するマイクロヒータ３３の放熱量は、マイクロヒータ３３の通電駆動に用いる駆動信号の２倍の周波数を持つ正弦波となるので、マイクロヒータ３３から放出される熱を検出したサーモパイル３５が出力する流速信号の波形は、マイクロヒータ３３の放出熱量に追従して、駆動信号の倍の周波数の正弦波となる。
【００９８】
このため、第１乃至第３実施形態のガス流量計１，１Ａ，１Ｂにおいて、駆動回路５に替えて駆動回路５Ａを用いる場合には、サーモパイル３５が出力する流速信号の波形が、駆動信号の周波数の倍の周波数の正弦波になるのに合わせて、バンドパスフィルタ９を、駆動回路５Ａが出力する駆動信号の周波数の倍の周波数成分のみを通過させるものに替えて、バンドパスフィルタ９により流速信号から駆動信号の周波数の倍の周波数成分が取り出されて位相差検出回路１１に供給されるようにすることで、位相差検出回路１１により駆動信号との位相差を正確に検出して、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【００９９】
また、ガスの流速乃至流量の測定に必要な、駆動信号に対する位相差の検出に当たって、バンドパスフィルタ９を通過した流速信号をそのまま用いる第１実施形態や第７実施形態のガス流量計１，１Ｆとは事情が異なり、第２及び第３実施形態のガス流量計１Ａ，１Ｂや第８及び第９実施形態のガス流量計１Ｇ，１Ｈでは、ガスの流速乃至流量の測定に用いる、ピークホールド回路１５や積分回路１９により検出、割り出した流速信号のピーク値や積分値が、流速信号を加工した要素であり、その加工の際に、駆動信号の波形に対する流速信号の波形の変形の影響がほぼ排除されるので、サーモパイル３５が出力する流速信号の波形が、駆動信号と同じ周波数の正弦波状や方形波状とはならず、駆動信号の倍の周波数の正弦波や方形波に近い交流波形になっても、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【０１００】
とはいえ、第１乃至第３実施形態のガス流量計１，１Ａ，１Ｂや、第７乃至第９実施形態のガス流量計１Ｆ，１Ｇ，１Ｈのように、正電位又は負電位の正弦波や方形波による駆動信号によりマイクロヒータ３３を通電駆動する駆動回路５，５Ｆを用いて、サーモパイル３５が出力する流速信号の波形が駆動信号と同じ周波数となるように構成した方が、特に、駆動信号に対する位相差の検出に当たって、バンドパスフィルタ９を通過した流速信号をそのまま用いる第１実施形態や第７実施形態のガス流量計１，１Ｆにおいて、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量の測定精度を一層向上させることができ、有利である。
【０１０１】
また、第４乃至第６実施形態のガス流量計１Ｃ，１Ｄ，１Ｅで用いた駆動回路５Ａや、第１０乃至第１２実施形態のガス流量計１Ｊ，１Ｋ，１Ｌで用いた駆動回路５Ｊは、第１乃至第３実施形態のガス流量計１，１Ａ，１Ｂで用いた駆動回路５や、第７乃至第９実施形態のガス流量計１Ｆ，１Ｇ，１Ｈで用いた駆動回路５Ｆに替えてもよい。
【０１０２】
その場合には、駆動回路５，５Ｆがペルチェ素子３７を通電駆動させるのに用いる、正弦波や方形波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号は、極性が正負の相互間で反転せず単にその電位が正弦波状や方形波状に変化するだけであり、ペルチェ素子３７に流れる電流の向きが同じ方向となるので、ペルチェ素子３７は熱を常に放出又は吸収し、その放出熱量又は吸収熱量が正弦波状や方形波状に増減されることになる。
【０１０３】
よって、駆動回路５，５Ｆによりペルチェ素子３７を通電駆動する場合に、ペルチェ素子３７により放出又は吸収される熱を検出したサーモパイル３５が出力する流速信号の波形は、駆動回路５Ａ，５Ｊによりペルチェ素子３７を通電駆動する場合と同様に、駆動信号と同じ周波数の正弦波状や方形波状となり、そのため、第４乃至第６実施形態のガス流量計１Ｃ，１Ｄ，１Ｅや、第１０乃至第１２実施形態のガス流量計１Ｊ，１Ｋ，１Ｌにおいて、駆動回路５，５Ｆによりペルチェ素子３７を通電駆動するように構成しても、第４乃至第６実施形態のガス流量計１Ｃ，１Ｄ，１Ｅや、第１０乃至第１２実施形態のガス流量計１Ｆで用いた駆動回路５Ｊと同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
尚、上記の各実施形態では、サーモパイル３５がマイクロヒータ３３やペルチェ素子３７よりも流体の流れ方向における下流側に位置する場合について説明したが、本発明は、サーモパイル３５がマイクロヒータ３３やペルチェ素子３７よりも流体の流れ方向における上流側に位置する場合についても、適用可能である。
【０１０５】
その場合、サーモパイル３５が出力する正弦波状や方形波状の流速信号は、サーモパイル３５がマイクロヒータ３３やペルチェ素子３７よりも流体の流れ方向における下流側に位置する場合と同じく、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小する。
【０１０６】
このため、位相差検出回路１１からの位相差検出信号を取り込んだ演算装置１３において、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を測定する第１、第４、第７、及び、第１０実施形態のガス流量計１，１Ｃ，１Ｆ，１Ｊについては、サーモパイル３５をマイクロヒータ３３やペルチェ素子３７よりも流体の流れ方向における上流側に位置するように流路Ｓに配置しても、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【０１０７】
これに対し、サーモパイル３５をマイクロヒータ３３やペルチェ素子３７よりも流体の流れ方向における上流側に位置するように流路Ｓに配置した場合、サーモパイル３５が出力する流速信号の振幅は、サーモパイル３５がマイクロヒータ３３やペルチェ素子３７よりも流体の流れ方向における下流側に位置する場合とは反対に、流路Ｓを流れるガスの流速が速ければ速いほど減少する。
【０１０８】
このため、ピークホールド回路１５により周期的に検出される流速信号のピーク値の、Ａ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換されたデジタル値や、アンプ７により増幅された流速信号の積分値のＡ／Ｄコンバータ１７によりＡ／Ｄ変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置１３において、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を測定する第２、第３、第５、第６、第８、第９、第１１、及び、第１２実施形態のガス流量計１Ａ，１Ｂ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｋ，１Ｌについては、演算装置１３の内部のメモリに記憶している、流速信号のピーク値や積分値のデジタル値を流路Ｓを流れるガスの流速に換算するための換算式を、マイクロヒータ３３やペルチェ素子３７よりも流体の流れ方向における上流側にサーモパイル３５が位置するように流路Ｓに配置した場合に応じた内容に替えることで、流路Ｓを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
【０１０９】
また、上記の各実施形態ではガスの流量を測定するガス流量計を例に取って説明したが、本発明は、ガス以外の気体や液体等、様々な流体の流速乃至流量測定について適用可能であり、また、流量を測定せずその前段階の流速のみ測定する場合についても、広く適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の第１乃至第４実施形態に係るガス流量計において使用されるフローセンサの概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明による流速計を適用した本発明の第１実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２の駆動回路の内部構成を示す回路図である。
【図４】図２の位相差検出回路の内部構成を示す回路図である。
【図５】本発明による流速計を適用した本発明の第２実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明による流速計を適用した本発明の第３実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４乃至第６実施形態に係るガス流量計において使用されるフローセンサの概略構成を示す説明図である。
【図８】本発明による流速計を適用した本発明の第４実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明による流速計を適用した本発明の第５実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明による流速計を適用した本発明の第６実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明による流速計を適用した本発明の第７実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明による流速計を適用した本発明の第８実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明による流速計を適用した本発明の第９実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明による流速計を適用した本発明の第１０実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明による流速計を適用した本発明の第１１実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明による流速計を適用した本発明の第１２実施形態に係るガス流量計の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ  ガス流量計
５，５Ａ，５Ｆ，５Ｊ  駆動回路（駆動手段）
１１  位相差検出回路（位相差信号出力手段）
１５  ピークホールド回路（ピークホールド手段）
１９  積分回路（積分手段）
３３  マイクロヒータ（熱源、ヒータ）
３５  サーモパイル（温度センサ）
３７  ペルチェ素子（熱源）
Ｓ  流路
【図１】
2006138840.tif 000003
【図２】
2006138840.tif 000004
【図３】
2006138840.tif 000005
【図４】
2006138840.tif 000006
【図５】
2006138840.tif 000007
【図６】
2006138840.tif 000008
【図７】
2006138840.tif 000009
【図８】
2006138840.tif 000010
【図９】
2006138840.tif 000011
【図１０】
2006138840.tif 000012
【図１１】
2006138840.tif 000013
【図１２】
2006138840.tif 000014
【図１３】
2006138840.tif 000015
【図１４】
2006138840.tif 000016
【図１５】
2006138840.tif 000017
【図１６】
2006138840.tif 000018