(57)【要約】【課題】フローセンサの基台を介した外部からの熱的影響に左右されることなく、流体温度を正確に計測できるようにする。【解決手段】流体温度計測時には、変換器１の演算処理部１４において、クーリング期間にヒータ２０Ａの駆動を停止するとともに、流速センサ２０Ｂの駆動を停止し、その後、フローセンサのダイヤフラム上に形成された流速計測用の流速センサ２０Ｂだけを駆動し、その流速センサ２０Ｂの抵抗値に基づき流体の温度を算出する。【選択図】　　　　図１
2004117157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台から熱的に遮断された構造で基台表面に形成されたダイヤフラムと、そのダイヤフラム上に形成されて所定の温度分布を発生させるヒータと、前記ダイヤフラム上に形成されて、前記流体の流速に応じて変化する前記温度分布を抵抗値の変化として検出する流速センサとを有するフローセンサを用いて、流路内を流れる被計測流体の温度分布を検出する検出器と、前記ヒータを駆動して前記流体を加熱するとともに、前記流速センサを駆動して検出された前記温度分布に基づいて前記流体の流量を算出する変換器とからなる熱式流量計であって、
前記変換器は、前記流体の温度に応じて変化する前記流速センサの抵抗値を検出し、その抵抗値に基づき前記流体の温度を算出する流体温度算出手段を有す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、
前記変換器は、前記流速センサの抵抗値を検出する際、少なくともその検出の開始から終了までの期間にわたって前記ヒータの駆動を停止するヒータ制御手段を有することを特徴とする熱式流量計。
【請求項３】
請求項１記載の熱式流量計において、
前記変換器は、前記流速センサの抵抗値を検出する際、少なくともその検出開始より所定のクーリング期間だけ前の時点から前記検出の終了までの期間にわたって前記ヒータの駆動を停止するヒータ制御手段を有することを特徴とする熱式流量計。
【請求項４】
請求項１記載の熱式流量計において、
前記変換器は、前記流速センサの抵抗値を検出する際、少なくともその検出の開始より所定のクーリング期間から前記検出の開始までの期間にわたって前記流速センサの駆動を停止するセンサ制御手段を有することを特徴とする熱式流量計。
【請求項５】
請求項１記載の熱式流量計において、
前記流速センサは、前記流体の流れに対して前記ヒータの上流側および下流側に形成されるとともに、電気的に直列接続された２つの温度センサからなり、
前記流体温度算出手段は、前記２つの温度センサの直列接続分の抵抗値に基づき前記流体の温度を算出することを特徴とする熱式流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱式流量計に関し、特に流路内を流れる気体などの被計測流体の流れによる温度分布の変化をフローセンサにより検出し、その温度分布の変化に基づいて流体流量を計測する熱式流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の熱式流量計では、流路内を流れる気体などの被計測流体に対して所定の温度分布をヒータで発生させ、その流体の流れに応じて変化する温度分布を温度センサで検出し、その検出出力から流体の流量を計測している。
図６は熱式流量計の構成例を示す正面図および側面図である。この熱式流量計は、流体の流速に応じた流速信号を検出する検出器２と、この検出器２で検出された流速信号から流体の流量を算出し流量信号として出力する変換器１とから構成されている。
【０００３】
検出器２は、円筒形状をなし、上端側が変換器１と接続されている。また、下端側は管３の上部外側から下方向に流路３Ａ内に挿入されて、その先端に配置されたフローセンサ２０で、流路３Ａ内の流体の流れに応じて変化する温度分布を検出出力する。
変換器１では、フローセンサ２０で検出された温度分布から流体流速を算出し、その流体流速に基づき流路３Ａ内を流れる流体の流量を算出する。
【０００４】
温度分布の変化を検出するフローセンサとしては、マイクロマシンニング技術を用いて製造したマイクロフローセンサが多く用いられる。図７は一般的なフローセンサの構成例であり、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
このフローセンサ４０は、一辺が２ｍｍ以下のシリコンチップなどの基材からなる基台５０の表面に、ヒータ６１、上流側温度センサ６２、下流側温度センサ６３、周囲温度センサ６４および電極６０を、白金などのパターンを用いて薄膜形成し、絶縁膜層５２で覆ったものである。
【０００５】
ヒータ６１は基台５０の中央に配置され、その流体の流れ方向に対してヒータ６１の上流側に上流側温度センサ６２が配置され、反対側の下流側に下流側温度センサ６３が配置されている。また、周囲温度センサ６４は、基台５０の上流側周辺部に配置されている。
基台５０の中央部は、異方性エッチングなどの工程により基材の一部が除去されてキャビティ（凹部空間）５４が形成されており、ヒータ６１、上流側温度センサ６２、下流側温度センサ６３は基台５０から熱的に遮断されたダイヤフラム５１上に形成されている。また、ダイヤフラム５１には、流体がキャビティ５４内にも流通するよう、その厚さ方向に貫通する通気孔５３が多数形成されている。
【０００６】
フローセンサ４０の動作原理は、周囲温度センサ６４で計測された流体温度より一定温度、例えば数１０℃だけ高くなるようにヒータ６１で流体を熱して所定の温度分布を発生させ、その温度分布を上流側温度センサ６２および下流側温度センサ６３で計測することにより、流体流量を計測するものである。
流体が静止している場合、上流側温度センサ６２および下流側温度センサ６３で得られる温度分布は対称となるが、流体が流れている場合、その対称性が崩れ、上流側温度センサ６２に比べて下流側温度センサ６３で得られる温度が高くなる。この温度差をブリッジ回路で検出することにより、流体の熱伝導率などの物性値に基づき流体流速が得られる。
【０００７】
なお、上述した従来技術は、出願人が出願時点で知る限りにおいて文献公知ではない。また、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】
特開平２−１２０６２０号公報（第１−２頁、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような熱式流量計では、フローセンサにおいて、基台の上流側周辺部に配置した周囲温度センサで計測された流体温度を基準とし、その流体温度に対して一定温度だけ高くなるようヒータで流体を熱し、その温度分布の変化により流体の流速を検出しているため、より高い精度で流体流量を計測する場合には、この周囲温度センサで流体温度を正確に計測する必要がある。これは、計測した流体温度に誤差が生じれば、その分だけヒータの加熱制御に誤差が生じ、ヒータの周囲に発生する温度分布自体が変化し、これが流体流速による温度分布の変化として検出されるからである。
【０００９】
しかしながら、フローセンサは、直射日光や寒気にさらされる配管など、熱的影響を受けやすい屋外の設備に設置されることもある。このような過酷な環境かでは、周囲温度センサが配置された基台に対する外部からの熱的影響に、周囲温度センサで検出される流体温度が左右されるという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、フローセンサの基台を介した外部からの熱的影響に左右されることなく、流体温度を正確に計測できる熱式流量計を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかる熱式流量計は、基台から熱的に遮断された構造で基台表面に形成されたダイヤフラムと、そのダイヤフラム上に形成されて所定の温度分布を発生させるヒータと、前記ダイヤフラム上に形成されて、前記流体の流速に応じて変化する前記温度分布を抵抗値の変化として検出する流速センサとを有するフローセンサを用いて、流路内を流れる被計測流体の温度分布を検出する検出器と、前記ヒータを駆動して前記流体を加熱するとともに、前記流速センサを駆動して検出された前記温度分布に基づいて前記流体の流量を算出する変換器とからなる熱式流量計であって、変換器に、流体の温度に応じて変化する流速センサの抵抗値を検出し、その抵抗値に基づき流体の温度を算出する流体温度算出手段を設けたものである。
【００１１】
流量計測時に加熱されたヒータからの熱的影響を低減するため、変換器に、流速センサの抵抗値を検出する際、少なくともその検出の開始から終了までの期間にわたってヒータの駆動を停止するヒータ制御手段を設けてもよく、流速センサの抵抗値を検出する際、少なくともその検出開始より所定のクーリング期間だけ前の時点から検出の終了までの期間にわたってヒータの駆動を停止するヒータ制御手段を設けてもよい。
また、流量計測時に加熱された流速センサ自体からの熱的影響を低減するため、変換器に、流速センサの抵抗値を検出する際、少なくともその検出の開始より所定のクーリング期間から検出の開始までの期間にわたって流速センサの駆動を停止するセンサ制御手段を設けてもよい。
【００１２】
また、流速センサとして、流体の流れに対してヒータの上流側および下流側に形成されるとともに、電気的に直列接続された２つの温度センサを用い、流体温度算出手段で、２つの温度センサの直列接続分の抵抗値に基づき流体の温度を算出するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施の形態にかかる熱式流量計の制御系の構成を示すブロック図である。
この熱式流量計は、流路内を流れる被計測流体による温度分布の変化をフローセンサにより検出する検出器２と、このフローセンサで検出された温度分布の変化に基づいて流体の流量を算出し、流量信号１６としてコントローラなどの上位装置（図示せず）へ送信する変換器１とから構成されている。なお、機械系の構成については、前述した図６の熱式流量計と同じであり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００１４】
検出器２には、前述の図７で説明したフローセンサ４０と同等のフローセンサ２０が設けられている。このフローセンサ２０は、図２に示すように、フローセンサ４０と違い、周囲温度センサ６４が設けられていない点にある。すなわち本実施の形態では、基台５０に設けられた周囲温度センサ６４に代えて、ダイヤフラム５１上に設けられた上流側温度センサ６２や下流側温度センサ６３を兼用することにより、被計測流体の温度を測定するようにしている。ここでは、ヒータ６１が図１のヒータ２０Ａに相当し、上流側温度センサ６２および下流側温度センサ６３が流速センサ２０Ｂに相当する。
【００１５】
一方、変換器１には、センサインターフェース部（以下、センサＩ／Ｆ部という）１１、記憶部１３、演算処理部１４、および通信インターフェース部（以下、通信Ｉ／Ｆ部という）１５が設けられている。
センサＩ／Ｆ部１１には、ヒータ駆動手段１１Ａ、センサ駆動手段１１Ｂおよびセンサ検出手段１１Ｃが設けられている。
ヒータ駆動手段１１Ａは、演算処理部１４からのヒータ制御信号１２Ａに基づき、フローセンサ２０のヒータ２０Ａに対して電源を供給する回路部である。センサ駆動手段１１Ｂは、演算処理部１４からのセンサ制御信号１２Ｂに基づき、フローセンサ２０の流速センサ２０Ｂに対して電源を供給する回路部である。センサ検出手段１１Ｃは、流速センサ２０Ｂを用いたブリッジ回路を構成することにより、ヒータ２０Ａで加熱された流体の温度分布の変化を検出し、その検出出力を流体流速に応じた流速信号１２Ｃとして演算処理部１４へ出力する回路部である。
【００１６】
記憶部１３は、各種データを記憶するメモリなどの記憶装置からなり、流速センサ２０Ｂとして用いられる白金などの金属の抵抗値と温度との関係を示す温度抵抗係数など、演算処理部１４での演算処理に用いる各種係数を含む係数データ１３Ａを予め記憶している。
流速センサ２０Ｂの２０℃における基準抵抗値をＲ２０、抵抗温度係数の１次係数をα、抵抗温度係数の２次係数をβとした場合、温度Ｔ℃における抵抗値Ｒ（Ｔ）は、次の式（１）で表される。
Ｒ（Ｔ）＝Ｒ２０（１＋α（Ｔ−２０）＋β（Ｔ−２０）２）‥‥（１）
したがって、Ｒ２０が既知であれば、Ｒ（Ｔ）を計測することにより、温度Ｔすなわち流体温度を逆算できる。
【００１７】
演算処理部１４は、ＣＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路から構成されており、所定のプログラムを読み込んで実行することにより、上記ハードウェア資源と協働させて各種機能手段を実現し、被計測流体の温度および流量を算出する。
通信Ｉ／Ｆ部１５は、演算処理部１４で求められた流体流量を流量信号１６として、コントローラなどの上位装置へ送信する。
【００１８】
演算処理部１４の機能手段としては、ヒータ制御手段１４Ａ、センサ制御手段１４Ｂ、流体流量算出手段１４Ｃ、および流体温度算出手段１４Ｄが設けられている。
ヒータ制御手段１４Ａは、ヒータ駆動手段１１Ａに対してヒータ制御信号１２Ａを出力することによりフローセンサ２０のヒータ２０Ａに対する電源供給を制御する。センサ制御手段１４Ｂは、センサ駆動手段１１Ｂに対してセンサ制御信号１２Ｂを出力することによりフローセンサ２０の流速センサ２０Ｂに対する電源供給を制御する。流体流量算出手段１４Ｃは、センサ検出手段１１Ｃからの流速信号１２Ｃに基づき被計測流体の流量を算出する。流体温度算出手段１４Ｄはフローセンサ２０の流速センサ２０Ｂから得られた温度信号１２Ｄに基づき被計測流体の温度を算出する。
【００１９】
図３にセンサＩ／Ｆ部の回路構成例を示す。
まず、ヒータ駆動手段１１Ａについて説明する。このヒータ駆動手段１１Ａには、ヒータ２０Ａに対する電源電位ＶＣＣの供給／停止を制御するＰＮＰ形のトランジスタＱ１、ヒータ２０Ａに対する供給電位とヒータ制御信号１２Ａに基づきトランジスタＱ１を制御するオペアンプＵ１、および抵抗Ｒ１，Ｒ２が設けられている。
トランジスタＱ１のエミッタ端子は電源電位ＶＣＣに接続され、同じくコレクタ端子が抵抗Ｒ１に接続されている。抵抗Ｒ１の他端はヒータ２０Ａ（Ｒｈ）の端子Ｎ１に接続されるとともに、オペアンプＵ１の非反転入力端子に接続されている。オペアンプＵ１の反転入力端子にはヒータ制御信号１２Ａが供給され、その出力端子は抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ１のベース端子に接続されている。なお、ヒータ２０Ａの他端は変換器１のＧＮＤ電位に接続されている。
【００２０】
したがって、ヒータ制御信号１２ＡとしてヒータＲｈの両端電圧を上回る電位が供給された場合、オペアンプＵ１の出力がＬＯＷレベルとなり、トランジスタＱ１がオンしてエミッタ端子とコレクタ端子とが導通状態となる。これにより、電源電位ＶＣＣがトランジスタＱ１、抵抗Ｒ１を介してヒータＲｈへ供給され、流体が加熱される。
一方、ヒータ制御信号１２ＡとしてヒータＲｈの両端電圧を下回る電位が供給された場合、オペアンプＵ１の出力がＨＩＧＨレベルとなり、トランジスタＱ１がオフしてエミッタ端子とコレクタ端子とが非導通状態となる。これにより、ヒータＲｈに対する電源電位ＶＣＣの供給が停止され、流体の加熱が停止される。
【００２１】
次に、センサ駆動手段１１Ｂとセンサ検出手段１１Ｃについて説明する。
センサ駆動手段１１Ｂには、流速センサ２０Ｂに対する電源電位ＶＣＣの供給／停止を制御するＰＮＰ形のトランジスタＱ２、および抵抗Ｒ１０，Ｒ１４が設けられている。
トランジスタＱ２のエミッタ端子は電源電位ＶＣＣに接続され、コレクタ端子が抵抗Ｒ１４に接続されている。抵抗Ｒ１４の他端は、流速センサ２０Ｂ（Ｒｕ，Ｒｄ）の端子Ｎ２に接続されるとともに、センサ検出手段１１Ｃにも接続されている。またこの抵抗Ｒ１４の他端の電位が温度信号１２Ｄとして演算処理部１４へ出力される。またトランジスタＱ２のベース端子には抵抗Ｒ１０を介してセンサ制御信号１２Ｂが供給されている。
【００２２】
なお、流速センサ２０Ｂは、上流側温度センサ６２（Ｒｕ）と下流側温度センサ６３（Ｒｄ）との直列接続（図２参照）からなり、そのＲｕ側端点に端子Ｎ２が設けられ、ＲｕとＲｂの接続点に端子Ｎ３が設けられ、Ｒｄ側端点は変換器１側のＧＮＤ電位に接続されている。
【００２３】
また、センサ検出手段１１Ｃには、ヒータ２０Ａの発熱による温度分布の変化を流速センサ２０Ｂの抵抗値の変化により検出し、流体流速に応じた流速信号１２Ｃとして出力するオペアンプＵ２と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３が設けられている。
オペアンプＵ２の非反転入力端子は、流速センサ２０Ｂの端子Ｎ３に接続されている。同じく反転入力端子は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３に接続されている。抵抗Ｒ１１の他端は、ブリッジ回路への電位が供給される抵抗Ｒ１４の他端すなわち流速センサ２０Ｂの端子Ｎ２に接続されており、その供給電位が温度信号１２Ｄとして演算処理部１４へ出力されている。抵抗Ｒ１２の他端はＧＮＤ電位に接続されている。オペアンプＵ２の出力端子は抵抗Ｒ１３の他端に接続されており、その出力電位が流速信号１２Ｃとして演算処理部１４へ出力されている。
【００２４】
ここで、流速センサ２０ＢのＲｕ、Ｒｄおよびセンサ検出手段１１Ｃの抵抗Ｒ１１，Ｒ１２はブリッジ回路を構成しており、ＲｕとＲｄの抵抗値の比と、Ｒ１２とＲ１１の抵抗値の比とが等しくなるよう、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の値が設定されている。
したがって、センサ制御信号１２ＢとしてＬＯＷレベルの電位が供給された場合、トランジスタＱ２がオンしてエミッタ端子とコレクタ端子とが導通状態となる。これにより、電源電位ＶＣＣがトランジスタＱ２、抵抗Ｒ１４を介してブリッジ回路へ供給される。
【００２５】
このとき、流体が流れておらず、ヒータ２０Ａで加熱された流体の温度分布がＲｕ，Ｒｄの位置で等しい場合、ＲｕとＲｄの抵抗値の比に変化は生じない。したがって、オペアンプＵ２の非反転入力端子と反転入力端子との間に電位差が生じず、流速信号１２Ｃとして所定の中間電位が出力される。
これに対して、流体に流れがあり、ヒータ２０Ａで加熱された流体の温度分布が変化して上流側のＲｕでの温度より、下流側のＲｄでの温度が高くなった場合、ＲｕとＲｄの抵抗値の比に変化が生じる。したがって、オペアンプＵ２の非反転入力端子と反転入力端子との間に電位差が生じ、流速信号１２Ｃとしてその電位差すなわち流体流速に応じた電位が出力される。そして、その流速信号１２Ｃに基づき演算処理部１４の流体流量算出手段１４Ｃで流体の流量が算出される。
【００２６】
本実施の形態は、このような流量計測に用いる流速センサ２０Ｂが、フローセンサ２０（図２参照）の基台５０ではなく、基台５０から熱的に絶縁されたダイヤフラム５１上に形成されていることに着目し、流体の温度により抵抗値が変化する流速センサ２０Ｂの抵抗値を温度信号１２Ｄから検出し、その抵抗値から流体の温度を計測するようにしたものである。
以下、図４および図５を参照して、本実施の形態にかかる熱式流量計の動作について説明する。図４は演算処理部１４の処理動作を示すフローチャートである。図５は演算処理部１４で入出力される各種信号の変化を示すタイミングチャートである。
【００２７】
演算処理部１４では、通常、流量計測動作を行っており、所定のタイミング、例えば定期的あるいは必要に応じて温度計測動作を行う。
図５では、時刻Ｔ１以前および時刻Ｔ３以降に流量計測期間が設けられており、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３の間に温度計測期間が設けられている。
演算処理部１４では、ステップ１００〜１０２で構成される待機ループにおいて、各動作タイミングの到来をチェックしており（ステップ１００）、例えば時刻Ｔ１以前の期間において、流量計測タイミングが到来した場合には（ステップ１０１：ＹＥＳ）、ステップ１１０へ移行して流量計測動作を開始する。
【００２８】
流量計測動作では、まず、ヒータ制御手段１４Ａでヒータ制御信号１２Ａを用いてセンサＩ／Ｆ部１１のヒータ駆動手段１１Ａを制御し、フローセンサ２０のヒータ２０Ａへ加熱用電源を供給する（ステップ１１０）。また、センサ制御手段１４Ｂでセンサ制御信号１２Ｂを用いてセンサＩ／Ｆ部１１のヒータ駆動手段１１Ａを制御し、流速センサ２０Ｂへ検出動作用電源を供給する（ステップ１１１）。
【００２９】
これにより、ヒータ２０Ａで流体が加熱され、この温度分布の変化による流速センサ２０Ｂの抵抗値の変化がセンサＩ／Ｆ部１１のセンサ検出部１１Ｃで検出され、流体の流速に応じて変化する流速信号１２Ｃが検出出力される（ステップ１１２）。演算処理部１４では、流体流量算出手段１４Ｃにより流速信号１２Ｃから流体流速を求め、その流体流速と流路面積とから流体の流量を算出する（ステップ１１３）。そして、求められた流体流量を必要に応じて通信Ｉ／Ｆ部１５から上位装置へ流量信号１６として送信し（ステップ１１４）、待機ループへ戻る。
【００３０】
その後、時刻Ｔ１となり温度計測タイミングが到来した場合には（ステップ１０２：ＹＥＳ）、ステップ１２０へ移行して温度計測動作を開始する。
温度計測動作では、まず、ヒータ制御手段１４Ａでヒータ制御信号１２Ａを用いてセンサＩ／Ｆ部１１のヒータ駆動手段１１Ａを制御し、フローセンサ２０のヒータ２０Ａへ加熱用電源の供給を停止する（ステップ１２０）。また、センサ制御手段１４Ｂでセンサ制御信号１２Ｂを用いてセンサＩ／Ｆ部１１のヒータ駆動手段１１Ａを制御し、流速センサ２０Ｂへ検出動作用電源の供給を停止する（ステップ１２１）。
【００３１】
そして、時刻Ｔ２までの所定期間だけ、その状態を維持することにより、クーリング期間を設ける（ステップ１２２）。これにより、計測動作時に加熱されたヒータ２０Ａおよび流速センサ２０Ｂがほぼ流体温度まで冷やされる。このクーリング期間の長さについては、ヒータ２０Ａおよび流速センサ２０Ｂの熱容量にもよるが、２ｍｍ角以下の大きさのフローセンサ２０では、１０ｍｓもあれば十分である。
【００３２】
その後、時刻Ｔ２において、センサ制御手段１４Ｂでセンサ制御信号１２Ｂを用いてセンサＩ／Ｆ部１１のヒータ駆動手段１１Ａを制御し、流速センサ２０Ｂへ検出動作用電源の供給を再開する（ステップ１２３）。
これにより、流速センサ２０Ｂは流体の温度に応じた抵抗値を示すものとなり、その抵抗値に応じた電位ｖを示す温度信号１２Ｄが、演算処理部１４の流体温度算出手段１４Ｄで検出される（ステップ１２４）。
なお、ヒータ２０Ａについては、クーリング期間の開始から抵抗値の検出終了時点（時刻Ｔ３）までの期間にわたりその駆動を停止し、温度検出への影響を抑止する。
【００３３】
流体温度算出手段１４Ｄでは、その温度信号１２Ｄの電位ｖと流速センサ２０Ｂに供給している電流値とから流速センサ２０Ｂの抵抗値を算出し、その抵抗値と記憶部１３の係数データ１３Ａとから、前述した式（１）を用いて、流体温度を算出する（ステップ１２５）。その後、待機ループへ戻る。
なお、求められた流体温度は、ヒータ制御のための基準温度や流量算出のための温度パラメータとして用いられる。また、この流体温度を、必要に応じて通信Ｉ／Ｆ部１５から上位装置へ送信してもよい。
【００３４】
このように、フローセンサ２０の流量計測に用いる流速センサ２０Ｂ、すなわち基台５０と熱的に絶縁されたダイヤフラム５１上に形成されている上流側温度センサ６２および下流側温度センサ６３の抵抗値に基づき、流体の温度を検出するようにしたので、基台の周囲に形成された周囲温度センサで流体温度を計測する場合と比較して、基台を介した外部からの熱的影響に左右されることなく、流体温度を正確に計測できる。これにより、高い精度で流体流量を算出することが可能となる。
また、フローセンサ２０として、周囲温度センサを別途形成する必要がなくなり、その周囲温度センサおよび電極の形成に要する製造工程、さらには電極を外部と電気的に接続するためのボンディング工程を省くことができるとともに、フローセンサ２０と変換器１との接続配線数を削減でき、結果としてコストダウンを計ることができる。
【００３５】
また、温度計測動作の際、流速センサ２０Ｂの抵抗値を検出する直前にクーリング期間を設け、そのクーリング期間の開始から抵抗値の検出終了までの期間にわたり、フローセンサ２０のヒータ２０Ａの駆動を停止するようにしたので、流量計測で加熱されたヒータ２０Ａをほぼ流体温度まで冷却させた後、流速センサ２０Ｂにより流体温度を計測することができ、ヒータの影響を受けることなく流体温度を正確に測定できる。なお、ヒータ２０Ａの熱容量が小さくその駆動停止に応じてすぐに冷却される場合には、クーリング期間を設ける必要はなく、少なくとも流速センサ２０Ｂの抵抗値の検出開始から終了までの期間にわたり、ヒータ２０Ａの駆動を停止すればよい。
【００３６】
また、クーリング期間において、ヒータ２０Ａだけでなく流速センサ２０Ｂの駆動も一時停止して、流量計測時に流量計測用として供給されていた電源により自己加熱された流速センサ２０Ｂを冷却させた後、流速センサ２０Ｂへの電源供給を再開して流体温度を計測するようにしてもよく、自己加熱の影響を最小限に抑えることができ流体温度を正確に測定できる。
なお、以上では、温度計測動作時に、所定の期間についてヒータ２０Ａさらには流速センサ２０Ｂの駆動を停止する例として、完全に電源供給を停止する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明でいう温度計測時における駆動停止には、流量計測時の電源供給量の一部を停止して電源供給を低減する部分的停止も含まれ、このような部分的停止を行った場合でもヒータ２０Ａさらには流速センサ２０Ｂからの熱的影響を緩和でき、前述と同様の作用効果が得られる。
【００３７】
また、温度計測を行う際、上流側温度センサ６２（Ｒｕ）と下流側温度センサ６３（Ｒｄ）との直列接続分の抵抗値に基づき流体温度を算出するようにしたので、比較的高い抵抗値が得られることから、計測される温度の分解能を高くすることができる。
【００３８】
なお、温度計測に用いるセンサとしては、上流側温度センサ６２（Ｒｕ）と下流側温度センサ６３（Ｒｄ）との直列接続に限定されるものではなく、これらのうちいずれか一方の抵抗値に基づき流体温度を算出するようにしてもよい。例えば、流体の流速にも関係するが、上流側温度センサ６２（Ｒｕ）のみを用いれば、その下流側に位置するヒータ２０Ａからの熱的影響を受けにくいため、クーリング期間におけるヒータ２０Ａの駆動停止を省いたり、あるいはクーリング期間を短縮してもよい。
また、流速センサ２０Ｂに比較して抵抗値は低いものの、ヒータ２０Ａの抵抗値も流体温度で変化する。したがって、流速センサ２０Ｂに代えて、ヒータ２０Ａの抵抗値に基づき、流体温度を算出するようにしてもよい。
【００３９】
なお、以上では、熱式流量計として、図６に示したような一般的な構成の熱式流量計に本発明を適用した場合を例として説明したが、熱式流量計の構成については、これに限定されるものではなく、前述したように、流路内を流れる気体などの被計測流体の流れによる温度分布の変化をフローセンサにより検出し、その温度分布の変化に基づいて流体流量を計測する熱式流量計、例えばカルマン渦流量計、体積流量計、質量流量計などの熱式流量計についても、前述と同様にして本発明を適用でき、前述と同様の作用効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、基台から熱的に遮断された構造で基台表面に形成されたダイヤフラムと、そのダイヤフラム上に形成されて所定の温度分布を発生させるヒータと、ダイヤフラム上に形成されて、流体の流速に応じて変化する温度分布を抵抗値の変化として検出する流速センサとを有するフローセンサを用い、流体流量を計測する際には、ヒータを駆動して流体を加熱するとともに、流速センサを駆動して流体の流速に応じた温度分布を検出し、その検出出力に基づき流体の流量を算出する熱式流量計において、流体温度を計測する際には、流体の温度に応じて変化する流速センサの抵抗値を検出し、その抵抗値に基づき流体の温度を算出するようにしたので、基台の周囲に形成された周囲温度センサで流体温度を計測する場合と比較して、基台を介した外部からの熱的影響に左右されることなく、流体温度を正確に計測できる。これにより、高い精度で流体流量を算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる熱式流量計の構成を示すブロック図である。
【図２】フローセンサの構成例を示す説明図である。
【図３】センサＩ／Ｆ部の回路構成例である。
【図４】演算処理部の処理動作を示すフローチャートである。
【図５】演算処理部の処理動作を示すタイミングチャートである。
【図６】熱式流量計の構成を示す説明図である。
【図７】一般的なフローセンサの構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…変換器、１１…センサＩ／Ｆ部、１１Ａ…ヒータ駆動手段、１１Ｂ…センサ駆動手段、１１Ｃ…センサ検出手段、１２Ａ…ヒータ制御信号、１２Ｂ…センサ制御信号、１２Ｃ…流速信号、１２Ｄ…温度信号、１３…記憶部、１３Ａ…係数データ、１４…演算処理部、１４Ａ…ヒータ制御手段、１４Ｂ…センサ制御手段、１４Ｃ…流体流量算出手段、１４Ｄ…流体温度算出手段、１５…通信Ｉ／Ｆ部、１６…流量信号、２…検出器、２０…フローセンサ、２０Ａ…ヒータ、２０Ｂ…流速センサ、３…管、３Ａ…流路、５０…基台、５１…ダイヤフラム、５２…絶縁膜層、５３…通気孔、５４…キャビティ、６０…電極、６１…ヒータ、６２…上流側温度センサ、６３…下流側温度センサ。
【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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