(57)【要約】【課題】測定対象の流体の温度が変化しても、正確な流量測定ができるようにする。【解決手段】センサ部１０１で、ヒータの温度とヒータの熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定されている設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータに加熱された流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値（第１の値）を出力する。補正部１０２で、センサ部１０１が出力したセンサ値を、流体の温度により補正した補正センサ値（第２の値）を算出して出力する。流量算出部１０３は、補正部１０２より補正された補正センサ値から、流体の流量を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の流体を加熱するヒータを備え、前記ヒータの温度と前記ヒータの熱影響を受けない位置における前記流体の温度との差が設定されている設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記ヒータに加熱された前記流体における熱拡散の状態に対応する第１の値を出力するように構成されたセンサ部と、
前記流体の温度により前記第１の値を補正した第２の値を算出するように構成された補正部と、
前記流体の流量を前記補正部が算出した前記第２の値から算出するように構成された流量算出部と
を備えることを特徴とする熱式流量計。
【請求項２】
請求項１記載の熱式流量計において、
前記補正部は、前記第２の値＝前記第１の値／（１＋｛第１定数×（温度−基準温度）｝）または前記第２の値＝前記第１の値／（１＋｛第２定数×（温度−基準温度）2＋第３定数×（温度−基準温度）｝）のいずれかの補正式により前記第１の値を補正した前記第２の値を求めることを特徴とする熱式流量計。
【請求項３】
請求項１または２記載の熱式流量計において、
前記センサ部は、前記ヒータの温度と前記ヒータの熱影響を受けない位置における前記流体の温度との差が一定となるように前記ヒータを駆動しているときの前記ヒータの電力を前記第１の値として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。
【請求項４】
請求項１または２記載の熱式流量計において、
前記センサ部は、前記ヒータの温度と前記ヒータの熱影響を受けない位置における前記流体の温度との差が前記設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記ヒータより上流の前記流体の温度と前記ヒータより下流の前記流体の温度との温度差を前記第１の値として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱式流量計において、
前記流体を輸送する配管と、
前記配管の外壁に接して設けられて前記流体の温度を測定する温度測定部を備え、
前記ヒータは、前記配管の外壁に接して設けられている
ことを特徴とする熱式流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体における熱拡散の作用を利用して流量を測定する熱式流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
流路を流れる流体の流量や流速を測定する技術が工業・医療分野などで幅広く利用されている。流量や流速を測定する装置としては、電磁流量計、渦流量計、コリオリ式流量計、熱式流量計など様々な種類があり、用途に応じて使い分けられている。熱式流量計は、 気体の検出が可能であり、圧力損失が基本的にはなく、質量流量が測定できるなどの利点がある。また、流路をガラス管から構成することで、腐食性の液体の流量を測定可能とした熱式流量計も用いられている（特許文献１，２参照）。このような液体の流量を測定する熱式流量計は、微量な流量の測定に適している。
【０００３】
熱式流量計には、ヒータの上下流の温度差により流量を測定する方法と、ヒータの消費電力による流量を測定する方法とがある。例えば、水溶液の流量を測定する場合、ヒータ温度を水温に対し、プラス１０℃など一定温度に加温駆動で動作させ、上流と下流との温度差またはヒータの電力から、流量を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０１０３２２号公報
【特許文献２】特表２００３−５３２０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、熱式流量計は、流体の温度が変化すると、測定結果の出力に誤差が出るという問題があった。測定対象の流体温度および周囲温度の変化により、流体および検出部周りの熱伝導率等が変化する。このため、温度が変化にともない測定結果が変化し、流量出力に誤差を生じさせてしまう。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、測定対象の流体の温度が変化しても、正確な流量測定ができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る熱式流量計は、測定対象の流体を加熱するヒータを備え、ヒータの温度とヒータの熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定されている設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータに加熱された流体における熱拡散の状態に対応する第１の値を出力するように構成されたセンサ部と、流体の温度により第１の値を補正した第２の値を算出するように構成された補正部と、流体の流量を補正部が算出した第２の値から算出するように構成された流量算出部とを備える。
【０００８】
上記熱式流量計において、補正部は、第２の値＝第１の値／（１＋｛第１定数×（温度−基準温度）｝）または第２の値＝第１の値／（１＋｛第２定数×（温度−基準温度）2＋第３定数×（温度−基準温度）｝）のいずれかの補正式により第１の値を補正した第２の値を求める。
【０００９】
上記熱式流量計において、センサ部は、ヒータの温度とヒータの熱影響を受けない位置における流体の温度との差が一定となるようにヒータを駆動しているときのヒータの電力を第１の値として出力する。
【００１０】
上記熱式流量計において、センサ部は、ヒータの温度とヒータの熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータより上流の流体の温度とヒータより下流の流体の温度との温度差を第１の値として出力する。
【００１１】
上記熱式流量計において、流体を輸送する配管と、配管の外壁に接して設けられて流体の温度を測定する温度測定部を備え、ヒータは、配管の外壁に接して設けられている。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したことにより、本発明によれば、測定対象の流体の温度が変化しても、正確な流量測定ができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における熱式流量計の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における熱式流量計におけるセンサ部１０１のより詳細な構成を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における熱式流量計におけるセンサ部１０１のより詳細な他の構成を示す構成図である。
【図４】図４は、センサ部１０１からのセンサ値Ｐと測定対象の流体の流量との関係を示す特性図である。
【図５】図５は、補正部１０２で補正したセンサ部１０１からのセンサ値Ｐと測定対象の流体の流量との関係を示す特性図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態における補正部１０２のハードウエア構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態における熱式流量計について図を参照して説明する。この熱式流量計は、センサ部１０１と、補正部１０２、流量算出部１０３とを備える。
【００１５】
センサ部１０１は、測定対象の流体を加熱するヒータを備え、ヒータの温度とヒータの熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定されている設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータに加熱された流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値（第１の値）を出力する。補正部１０２は、センサ部１０１が出力したセンサ値を、流体の温度により補正した補正センサ値（第２の値）を求めて出力する。
【００１６】
補正部１０２は、補正式「補正センサ値＝センサ値／（１＋｛第１定数×（温度−基準温度）｝）・・・（１）」により、センサ部１０１が出力したセンサ値を補正する。また、補正部１０２は、補正式「補正センサ値＝センサ値／（１＋｛第２定数×（温度−基準温度）2＋第３定数×（温度−基準温度）｝）・・・（２）」により、センサ部１０１が出力したセンサ値を補正する。
【００１７】
なお、第１定数、第２定数、第３定数は、既知の流量を各々異なる温度で測定した測定結果をもとに、適宜に決定しておけばよい。
【００１８】
流量算出部１０３は、上述した補正部１０２より補正された補正センサ値（第２の値）から、流体の流量を算出する。また、基準温度は既知流量に対する出力を測定したときの流体の温度や、基準特性を定義した時の温度などを用いて、適宜に決定しておけばよい。
【００１９】
次に、センサ部１０１について、より詳細に説明する。センサ部１０１は、例えば、図２に示すように、温度測定部１１１、ヒータ１１２、制御部１１３、電力計測部１１４を備える。温度測定部１１１は、測定対象の流体１２１を輸送する配管１２２の外壁に接して設けられている。配管１２２は、例えば、ガラスから構成されている。ヒータ１１２は、温度測定部１１１の下流の側の配管１２２の外壁に接して設けられている。温度測定部１１１は、流体１２１の温度を測定する。
【００２０】
制御部１１３は、ヒータ１１２の温度と、温度測定部１１１で測定されるヒータ１１２の熱影響を受けない位置、例えばヒータ１１２より上流における流体１２１の温度との差が、予め設定されている所定の温度差となるように、ヒータ１１２を制御して駆動する。電力計測部１１４は、制御部１１３により制御されているヒータ１１２の電力を計測して出力する。この例では、センサ部１０１を構成する電力計測部１１４から出力される電力がセンサ値（第１の値）となる。電力計測部１１４が計測して出力したヒータ１１２の電力（センサ値）より、流体１２１の流量を算出することができる。
【００２１】
よく知られているように、ヒータ１１２の温度とヒータ１１２の熱影響を受けない位置における流体１２１の温度との差が設定温度差となるようにヒータ１１２を駆動しているときの、ヒータ１１２が消費している電力と流体１２１の流量との間には相関がある。また、この相関関係は、同じ流体/流量/温度において再現性がある。従って、上述したように、ヒータ１１２が制御部１１３に制御されている状態で、電力計測部１１４が計測した電力より、所定の相関係数（定数）を用いることで流量が算出できる。
【００２２】
また、図３に示すように、温度測定部１１１、ヒータ１１２、制御部１１３、温度測定部１１６、温度測定部１１７からセンサ部１０１’を構成してもよい。
【００２３】
ここで、温度測定部１１１は、測定対象の流体１２１を輸送する配管１２２の外壁に接して設けられている。ヒータ１１２は、温度測定部１１１の下流の側の配管１２２の外壁に接して設けられている。温度測定部１１１は、流体１２１の温度を測定する。
【００２４】
制御部１１３は、ヒータ１１２の温度と、温度測定部１１１で測定されるヒータ１１２の熱影響を受けない位置、例えばヒータ１１２より上流における流体１２１の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるように、ヒータ１１２を制御して駆動する。
【００２５】
温度測定部１１７は、温度測定部１１１より下流側でかつヒータ１１２の上流側において、配管１２２の外壁に接して設けられている。また、温度測定部１１７は、ヒータ１１２の下流側において、配管１２２の外壁に接して設けられている。温度測定部１１６，温度測定部１１７は、流体１２１の温度を測定する。
【００２６】
温度測定部１１６が測定している流体の温度と、温度測定部１１７が測定している流体の温度との温度差より、流体１２１の流量を算出することができる。この例では、温度測定部１１６が測定している流体の温度と、温度測定部１１７が測定している流体の温度との温度差が、センサ値となる。
【００２７】
よく知られているように、ヒータ１１２の温度とヒータ１１２の熱影響を受けない位置における流体１２１の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるようにヒータ１１２を駆動しているときの、ヒータ１１２より上流の流体１２１の温度とヒータ１１２より下流の流体１２１の温度との温度差と、流体１２１の流量との間には相関がある。また、この相関関係は、同じ流体/流量/温度において再現性がある。従って、上述したように、ヒータ１１２が制御部１１３に制御されている状態で、温度測定部１１６が測定した温度と温度測定部１１７が測定した温度との差（温度差）より、所定の相関係数（定数）を用いることで流量が算出できる。
【００２８】
上述したように構成されているセンサ部１０１からのセンサ値Ｐは、測定対象の流体の流速μ、ヒータによる加熱温度ΔＴ、定数Ａ、定数Ｂを用い、「Ｐ＝｛Ａ＋Ｂ（μ）1/2｝×ΔＴ」と表すことができる。なお、Ａ、Ｂは、各部分の形状，各部分の熱伝導率，測定対象の流体の密度，測定対象の流体の粘度，測定対象の流体の熱容量などから決定される定数である。この式からも分かるように、流速（流量）が一定であっても、測定対象の流体の温度が変化し、密度や粘度が変化すれば、センサ値Ｐは変化する。
【００２９】
上述したセンサ部１０１からのセンサ値Ｐと測定対象の流体の流量との関係は、例えば、図４に示すように、測定対象の流体の温度で変化する。ここでは、水の流量を測定した場合を例示する。なお、図４の（ａ）は、流体の温度が４０℃の場合のセンサ値Ｐと測定対象の流体の流量との関係を示している。また、図４の（ｂ）は、流体の温度が３０℃の場合のセンサ値Ｐと測定対象の流体の流量との関係を示している。また、図４の（ｃ）は、流体の温度が２０℃の場合のセンサ値Ｐと測定対象の流体の流量との関係を示している。
【００３０】
図４に示すように、流量測定対象の水の温度により、同じ流量でもセンサ値Ｐは変化する。これは、温度により、熱伝導率、密度などが変化するためである。なお、純水の密度、比熱、熱伝導率は、以下の表１に示すように温度によって変化する。表１に示すように、水の場合、熱伝導率は高温ほど大きくなる。センサ値Ｐの変化は、熱伝導率への依存度が高いので、温度が高いほどセンサ値Ｐは大きくなる。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
実施の形態では、補正部１０２により、センサ部１０１が出力したセンサ値（第１の値）を、流体の温度をもとに、式（１）また式（２）を用いて補正する。補正した補正センサ値（第２の値）より流量算出部１０３が、流体の流量を算出する。この結果、測定対象の流体温度が変化しても、図５に示すように、センサ値と測定対象の流体の流量との関係が変化しない。
【００３３】
なお、補正部１０２、流量算出部１０３は、図６に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）２０１と主記憶装置２０２と外部記憶装置２０３となどを備えたコンピュータ機器であり、主記憶装置に展開されたプログラムによりＣＰＵが動作することで、上述した各機能が実現される。
【００３４】
以上に説明したように、本発明では、補正部で、流体の温度によりセンサ部が出力した第１の値を補正して第２の値を算出するようにした。例えば、「第２の値＝第１の値／（１＋｛第１定数×（温度−基準温度）｝）」または「第２の値＝第１の値／（１＋｛第２定数×（温度−基準温度）2＋第３定数×（温度−基準温度）｝）」により、センサ部が出力した第１の値を補正して第２の値を算出する。この結果、本発明によれば、測定対象の流体の温度が変化しても、正確な流量測定ができるようなる。
【００３５】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００３６】
１０１…センサ部、１０２…補正部、１０３…流量算出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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