(57)【要約】【課題】センサやヒータのリードとの干渉を避けながら、薄く形成されることにより強度が低くなる測定部を補強部材によって補強でき、検出性能と耐圧性とが両立する熱式流量計を提供する。【解決手段】被測定用の流体が流れる測定管３と、測定管３の外面に固定された第１および第２のセンサ１１，１２とを備える。第１のセンサ１１と第２のセンサ１２を個別に覆う補強部材２１を備える。測定管３は、外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなる測定部２４を有している。第１および第２のセンサ１１，１２は、測定部２４にそれぞれ固定されている。補強部材２１は、測定管３の測定部２４および第１、第２のセンサに固定されている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定用の流体が流れる測定管と、
前記測定管の外面に固定された、発熱体を含む流量検出用のセンサと、
前記センサを覆う補強部材とを備え、
前記測定管は、外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなる測定部を有し、
前記センサは、前記測定部に固定され、
前記補強部材は、前記測定管の前記測定部および前記センサに固定されてい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、
前記補強部材は、断熱部となる空間を有していることを特徴とする熱式流量計。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱式流量計において、
前記測定部の厚みと、前記センサの厚みと、前記補強部材における前記測定部との間に前記センサを挟む部分の厚みとの総和は、前記測定管における前記測定部以外の部分の厚み以上であることを特徴とする熱式流量計。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちいずれか一つに記載の熱式流量計において、
前記測定管は、耐食性が高い合成樹脂材料によって形成さ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、測定管の薄い測定部を補強する補強部材を備えた熱式流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体の流量を測定可能な熱式流量計としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に開示された熱式流量計は、被測定流体が流れる測定管と、この測定管に取付けられたヒータおよび温度センサとを備えている。この熱式流量計は、測定管内を被測定流体が流れている状態で生じるヒータ周りの温度分布の変化を被測定流体の流速に換算する装置である。
【０００３】
特許文献１に示す熱式流量計の測定管は、フッ素樹脂によって形成されている。ヒータと温度センサは、この測定管の長手方向の中央部に設けられた薄肉部に取付けられている。ヒータと温度センサのリードは、測定管の径方向の外側に向けて延びている。薄肉部は、測定管の長手方向の両端部に較べて外径が小さくなるように形成されている。
【０００４】
フッ素樹脂は、熱伝導率が低い材料である。このため、センサで測定管内の液体の温度を精度良く検出するためには、薄肉部の厚みが可及的に薄いことが望ましい。しかし、フッ素樹脂は、比較的柔らかい材料であるために、このようにセンサの感度を確保できるように薄肉部を薄く形成すると、耐圧性が低くなってしまうという別の不具合が生じる。特許文献１に示す熱式流量計においては、このような不具合を解消するために、薄肉部をチューブ状の補強部材で覆って補強している。
この補強部材は、熱収縮チューブによって形成されており、センサやヒータとともに薄肉部に被せられた状態で加熱されて収縮し、薄肉部に密着する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２０２９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱収縮チューブからなる補強部材では、測定管に被せるときにセンサおよびヒータのリードが邪魔になるから、熱収縮チューブにリードを通す切れ目を形成したり、リードを測定管に沿うように曲げなければならない。熱収縮チューブに切れ目が形成されると、切れ目の部分の剛性が低くなり、補強の性能が損なわれてしまう。また、リードは細く脆弱であるから、折り曲げると切断し易く、導通の信頼性が低くなる。
【０００７】
本発明の目的は、センサやヒータのリードとの干渉を避けながら、薄く形成されることにより強度が低くなる測定部を補強部材によって補強でき、検出性能と耐圧性とが両立する熱式流量計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明に係る熱式流量計は、被測定用の流体が流れる測定管と、前記測定管の外面に固定された、発熱体を含む流量検出用のセンサと、前記センサを覆う補強部材とを備え、前記測定管は、外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなる測定部を有し、前記センサは、前記測定部に固定され、前記補強部材は、前記測定管の前記測定部および前記センサに固定されているものである。
【０００９】
本発明は前記熱式流量計において、前記補強部材は、断熱部となる空間を有していてもよい。
【００１０】
本発明は、前記熱式流量計において、前記測定部の厚みと、前記センサの厚みと、前記補強部材における前記測定部との間に前記センサを挟む部分の厚みとの総和は、前記測定管における前記測定部以外の部分の厚み以上であってもよい。
【００１１】
本発明は、前記熱式流量計において、前記測定管は、耐食性が高い合成樹脂材料によって形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測定管の測定部は、補強部材によって補強される。このため、センサによって被測定流体の温度を精度よく検出できるように、測定部を薄く形成することができる。また、センサのリードは、補強部材と測定管との間を通して補強部材の外に導出することができる。このため、補強部材とリードとの干渉を避けるために耐圧性が損なわれたり、導通の信頼性が低くなることはない。
したがって、本発明によれば、センサのリードとの干渉を避けながら、薄く形成されることにより強度が低くなる測定部を補強部材によって補強でき、検出性能と耐圧性とが両立する熱式流量計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る熱式流量計の構成を示す正面図である。
【図２】測定管と第１および第２のセンサを拡大して示す正面図である。
【図３】図２におけるIII-III線断面図である。
【図４】測定管と補強部材の斜視図である。
【図５】第１および第２のセンサと補強部材の斜視図である。
【図６】補強部材の他の実施の形態を示す断面図である。
【図７】他の実施の形態による補強部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る熱式流量計の一実施の形態を図１〜図５を参照して詳細に説明する。
図１に示す熱式流量計１は、筐体２と、この筐体２の中に収容された測定管３とプリント基板４などを備えている。測定管３には、被測定流体としての液体（図示せず）が図１において左側の上流端から右側の下流端へ流される。
【００１５】
筐体２は、測定管３の両端部を保持する一対の継手部材５を備えている。測定管３の長手方向の中央部の外面には、第１および第２のセンサ１１，１２が固定されている。これらの第１および第２のセンサ１１，１２は、例えば、温度を検出する機能を有するセラミックヒーターによって構成することができる。
第１および第２のセンサ１１，１２のうち、被測定流体が流れる方向の上流側に位置する第１のセンサ１１は、発熱する機能を使用することなく、専ら温度を検出するセンサとして使用されている。第２のセンサ１２においては、発熱する機能と、温度を検出する機能との両方の機能が使用される。この実施の形態においては、第１および第２のセンサ１１，１２が本発明でいう「発熱体を含む流量検出用のセンサ」に相当する。
【００１６】
この実施の形態による第１および第２のセンサ１１，１２は、図５に示すように、四角形の板状に形成された検出部１３と、検出部１３の側面から突出する２本のリード１４からなるリード部１５とをそれぞれ有している。第１のセンサ１１の検出部１３と、第２のセンサ１２の検出部１３とは、同等の大きさである。
これらの第１および第２のセンサ１１，１２は、検出部１３が測定管３に接触する状態で測定管３に接着剤１６（図３参照）によって接着されており、測定管３を介して被測定流体の温度を間接的に検出する。この第１および第２のセンサ１１，１２は、図３に示すように、後述する補強部材２１にそれぞれ組み込まれ、この補強部材２１とともに測定管３にそれぞれ取付けられている。補強部材２１の構成の説明は後述する。第１および第２のセンサ１１，１２のリード部１５の先端部分は、上述したプリント基板４に接続されている。
【００１７】
筐体２の継手部材５は、測定管３の外周面に全周にわたって密着し、測定管３との接続部分が液密にシールされる状態で測定管３を保持している。二つの継手部材５のうち、図１において左側に位置する上流側の継手部材５には、測定管３に被測定流体を送るための流体用チューブ２２が接続される。他方の下流側の継手部材５には、測定管３内を通った流体を下流側に流すための流体用チューブ２３が接続される。
【００１８】
プリント基板４には、図示してはいないが流量検出回路や通信回路、電源回路などが設けられている。流量検出回路は、第１および第２のセンサ１１，１２に接続され、これらの第１および第２のセンサ１１，１２の検出値を用いて測定管３内の液体の流量を検出する。この実施の形態による流量検出回路は、第２のセンサ１２によって被測定流体を所定の温度に加熱するために必要な電力量を求め、この電力量に基づいて被測定流体の流量を演算によって求める。所定の温度とは、第１のセンサ１１によって検出された温度に予め定めた温度を加算した温度である。
【００１９】
通信回路は、流量検出回路によって検出された流量のデータを外部の装置（図示せず）に信号として送る機能を有している。電源回路は、外部の電源（図示せず）に接続され、この熱式流量計１の各種の電子部品に給電する。
【００２０】
測定管３は、耐食性を有する合成樹脂材料によって形成された断面円形の管である。耐食性を有する合成樹脂材料としては、フッ素樹脂、PVC（Polyvinyl chloride：ポリ塩化ビニル）、PEEK(Polyether ether ketone)材などがある。この測定管３は、図４に示すように、長手方向の２箇所に測定部２４がそれぞれ設けられている。これらの測定部２４は、測定管３の外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなるように形成されている。この実施の形態による測定部２４は、図３に示すように、測定管３の外面の一部が平坦面２４ａになるように形成されている。この平坦面２４ａには、上述した第１および第２のセンサ１１，１２の検出部１３が後述する補強部材２１とともに接着剤１６によって接着される。二つの測定部２４は、測定管３の外周面の周方向において、同一の位置であって、測定管３の長手方向に所定の長さだけ離間した位置にそれぞれ形成されている。
【００２１】
この測定部２４の最も薄くなる部分の厚みｔ１（図３参照）は、測定管３内を流れる被測定流体の温度を第１および第２のセンサ１１，１２で精度よく検出できる厚みである。この厚みｔ１は、１００μｍ以下にすることが望ましい。測定管３の測定部２４以外の部位の厚みｔ２は、測定管３内を流れる被測定流体の圧力に応じて決められる。被測定流体の圧力が高い場合には厚みｔ２が相対的に大きくなる。
【００２２】
補強部材２１は、図３に示すように、第１および第２のセンサ１１，１２を個々に覆う形状に形成されている。この補強部材２１は、図５に示すように、第１および第２のセンサ１１，１２が嵌合する凹陥部２５を有する直方体状に形成されている。補強部材２１は、熱伝導率が小さい材料によって形成されている。この実施の形態による補強部材２１は、フッ素樹脂によって形成されている。
【００２３】
凹陥部２５は、第１および第２のセンサ１１，１２の検出部１３が嵌合する角穴２６と、第１および第２のセンサ１１，１２のリード１４が挿入される二つの溝２７とによって構成されている。角穴２６は、補強部材２１の一端面２１ａに開口している。第１および第２のセンサ１１，１２の検出部１３は、図３に示すように、その厚み方向の一端面１３ａが角穴２６の底面２６ａと対接する状態で角穴２６に嵌合する。
【００２４】
第１および第２のセンサ１１，１２は、補強部材２１の凹陥部２５内に挿入されて補強部材２１に接着剤１６によって接着されている。角穴２６の深さは、第１および第２のセンサ１１，１２の検出部１３が接着剤１６によって角穴２６の底面２６ａに接着された状態において、検出部１３の厚み方向の他端面１３ｂが補強部材２１の一端面２１ａと同一平面上に位置するように設定されている。
【００２５】
補強部材２１は、第１および第２のセンサ１１，１２が組み込まれた状態で測定管３の測定部２４に接着剤１６によって接着される。この接着は、補強部材２１の一端面２１ａが測定部２４の平坦面２４ａと対接する状態で行われる。また、このときは、第１および第２のセンサ１１，１２の検出部１３も接着剤１６によって測定部２４に接着される。このため、補強部材２１は、測定管３の測定部２４と第１および第２のセンサ１１，１２とに固定されることになる。
【００２６】
測定部２４の平坦面２４ａは、図３に示すように、補強部材２１の一端面２１ａの全域が接着可能な大きさに形成されている。このため、補強部材２１が測定部２４に接着されることによって、第１および第２のセンサ１１，１２の検出部１３と、リード部１５の一部とが補強部材２１の内部に封入されることになる。第１および第２のセンサ１１，１２のリード１４は、補強部材２１の溝２７を通して、すなわち補強部材２１と測定管３との間を通して補強部材２１の外に導出される。
【００２７】
補強部材２１における角穴２６の底となる底壁２８（図３参照）の厚み、換言すれば、補強部材２１における測定部２４との間に第１および第２のセンサ１１，１２の検出部１３を挟む部分の厚みｔ３は、測定管３の測定部２４以外の部分の厚みｔ２に応じた厚みとなるように設定されている。この実施の形態において、測定部２４の最も薄くなる部分の厚みｔ１と、第１または第２のセンサ１１，１２の検出部１３の厚みｔ４と、補強部材２１の上述した底壁２８の厚みｔ３との総和は、測定管３の測定部２４以外の部分の厚みｔ２以上になる。この実施の形態においては、測定部２４の最も薄くなる部分の厚みｔ１が本発明でいう「測定部の厚み」に相当し、第１または第２のセンサ１１，１２の検出部１３の厚みｔ４が本発明でいう「センサの厚み」に相当する。
【００２８】
このように構成された熱式流量計１においては、測定管３の測定部２４が補強部材２１によって補強される。このため、第１および第２のセンサ１１，１２によって被測定流体の温度を精度よく検出できるように、測定部２４を薄く形成することができる。また、第１および第２のセンサ１１，１２のリード１４は、補強部材２１と測定管３との間を通して補強部材２１の外に導出することができる。このため、補強部材２１とリード１４との干渉を避けるために耐圧性が損なわれたり、導通の信頼性が低くなることはない。
したがって、この実施の形態によれば、第１および第２のセンサ１１，１２のリード１４との干渉を避けながら、薄く形成されることにより強度が低くなる測定部２４を補強部材２１によって補強でき、検出性能と耐圧性とが両立する熱式流量計を提供することができる。
【００２９】
この実施の形態による熱式流量計において、測定部２４の厚みｔ１と、第１または第２のセンサ１１，１２の検出部１３の厚みｔ４と、補強部材２１における測定部２４との間に第１または第２のセンサ１１，１２を挟む部分（底壁２８）の厚みｔ３との総和は、測定管３における測定部２４以外の部分の厚みｔ２以上である。
このため、測定部２４の実質的な耐圧性が測定部以外の部位の耐圧性と同等以上になるから、耐圧性の信頼性が高い熱式流量計を提供することができる。
【００３０】
この実施の形態による測定管３は、耐食性が高い合成樹脂材料によって形成されている。このため、この実施の形態によれば、腐食性流体の流量を測定することが可能な熱式流量計を提供することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
補強部材は、図６および図７に示すように構成することができる。これらの図において、図１〜図５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図６および図７に示す補強部材２１は、第１および第２のセンサ１１，１２の検出部１３を覆う部分に断熱部３１が設けられている。この実施の形態による断熱部３１は、多数の空間３２の中の空気を実質的な断熱材として構成されている。
【００３２】
これらの空間３２は、この実施の形態においては多数の小孔３３によって形成されている。この実施の形態による小孔３３は、板状の第１および第２のセンサ１１，１２の厚み方向に延びており、補強部材２１の底壁２８、すなわち補強部材２１における、測定部２４との間に第１および第２のセンサ１１，１２の検出部１３を挟む部分を貫通している。
【００３３】
このように補強部材２１における第１および第２のセンサ１１，１２を覆う底壁２８に断熱部３１が設けられることにより、第１および第２のセンサ１１，１２の検出部１３から底壁２８内に拡がる熱伝達経路が断熱部３１によって遮断される。第１のセンサ１１は、専ら被測定流体の温度を検出するものである。このため、上述した熱伝達経路が遮断されることにより、第１のセンサ１１に底壁２８側から熱が伝達され難くなり、被測定流体の温度を検出するうえで第１のセンサ１１の感度が高くなる。
【００３４】
第２のセンサ１２は、測定時に発熱するものである。このため、上述した熱伝達経路が遮断されることにより、第２のセンサ１２の熱が底壁２８内に拡がり難くなる。この結果、測定部２４に加えられる熱を増やすことができ、第２のセンサ１２で被測定流体の温度を検出する際の感度が高くなる。
したがって、この実施の形態によれば、第１および第２のセンサ１１，１２の感度を高くすることができるから、検出精度がより一層高くなる熱式流量計を提供することができる。
【００３５】
なお、小孔３３が延びる方向は、適宜変更することができる。例えば、小孔３３は、測定管３の長手方向や、この長手方向および検出部１３の厚み方向と直交する方向に延びるように形成することができる。
また、断熱部３１の空間３２は、小孔３３によって形成する他に、図示してはいないが気泡によって形成したり、補強部材２１の底壁２８に立設された多数の針状あるいは柱状の突起などによって形成することができる。気泡は、例えば、補強部材２１を成型するときに空気を混入させて形成したり、空気を含む粒状体を補強部材２１の中に埋設して形成することができる。
【００３６】
上述した第１および第２の実施の形態においては、第１および第２のセンサ１１，１２をセラミックヒーターによって構成する例を示した。しかし、第１および第２のセンサ１１，１２は、セラミックヒーターとは異なるセンサによって構成することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１…熱式流量計、３…測定管、１１…第１のセンサ、１２…第２のセンサ、２１…補強部材、２４…測定部、２８…底壁、３１…断熱部、３２…空間、ｔ１…測定部の厚み、ｔ２…測定管における測定部以外の部位の厚み、ｔ３…補強部材における測定部との間に第１または第２のセンサの検出部を挟む部分の厚み、ｔ４…第１または第２のセンサ検出部の厚み。
【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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