(57)【要約】【課題】液温センサと伝熱素子の選択の自由度が確保され、設計の自由度が向上された熱式流量計を提供する。【解決手段】合成樹脂部材で形成された配管に設けられた液温センサと伝熱素子とを有し測定流体の流量を測定する熱式流量計において、前記液温センサの測定温度に基づいて前記伝熱素子へ与える伝熱素子温度を演算する伝熱素子温度設定手段を具備したことを特徴とする熱式流量計である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂部材で形成された配管に設けられた液温センサと伝熱素子とを有し測定流体の流量を測定する熱式流量計において、
前記液温センサの測定温度に基づいて前記伝熱素子へ与える伝熱素子温度を演算する伝熱素子温度設定手段
を具備したことを特徴とする熱式流量計。
【請求項２】
前記伝熱素子温度設定手段として、
前記液温センサの測定温度が入力され前記液温センサの温度に応じた計算式により計算された伝熱素子温度設定信号が出力されるマイクロプロセッサと、
前記伝熱素子温度設定信号が一方の入力端子に入力され前記伝熱素子の測定温度信号が他方の入力端子に入力される演算増幅器と、
この演算増幅器の出力が前記伝熱素子温度設定信号と前記伝熱素子の測定温度信号とに帰還される帰還回路と
を具備したことを特徴とする請求項１記載の熱式流量計。
【請求項３】
前記マイクロプロセッサに前記帰還回路の出力が入力されたこと
を特徴とする請求項２記載の熱式流量計。
【請求項４】
装置の近傍に配置され外気の温度を測定する外気温度測温センサと、
この外気温度測温センサの温度出力と前記液温センサの出力と前記バッファアンプの出力とから流量を計算する演算手段と
を具備したことを特徴とする請求項２乃至請求項３の何れかに記載の熱式流量計。
【請求項５】
前記伝熱素子の近傍に配置され前記配管の温度を測定する配管温度測温センサと、
この配管温度測温センサの温度出力と前記液温センサの出力と前記バッファアンプの出力とから流量を計算する演算手段と
を具備したことを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れかに記載の熱式流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱式流量計に関するものであり、詳しくは、液温センサと伝熱素子の選択の自由度が確保され、設計の自由度が向上された熱式流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、例えば、特開平１０−０８２６７８号に示されている（例えば、特許文献１参照。）。
図７は図６の電気回路図である。
【０００３】
図において、１１は、熱伝導の小さな合成樹脂よりなる管路である。
この場合は、塩化ビニール樹脂が使用されている。
１２は、管路１１に設けられ測定液体２の温度を検出する液温センサで、伝熱素子１３より上流側に流入する測定液体２に接液状態で設置されている。
１３は、管路１１に設けられ測定液体に熱を伝達する伝熱素子で、液温センサ１２より下流側に測定液体に接液状態で設置されている。
【０００４】
図７は図６実施例の測定回路とその補正処理回路の一実施例の構成説明図である。
図において、２１，２２，２３（微調整）は伝熱素子１３、液温センサ１２とブリッジ回路１９を構成する抵抗である（但し、２３は微調整抵抗）。
【０００５】
この場合、電源から抵抗２１と伝熱素子１３側に流れる電流は、例えば１０ｍＡ、抵抗２２と液温センサ１２側に流れる電流は、例えば１０μＡ程度に設計され、伝熱素子１３は温度が上昇し、液温センサ１２の温度上昇が殆どないようにされている。。
【０００６】
２４は、伝熱素子１３と液温センサ１２の抵抗値の差ΔＲによるブリッジ出力信号を、演算増幅する演算増幅器である。
２６は液温センサ１２が測定した測定流体２の流体温度Ｔ０に基づく電気信号を出力するバッファアンプである。
【０００７】
２５は演算増幅器２４の抵抗値の差ΔＲによる出力信号と、バッファアンプ２６の流体温度Ｔ０に基づく出力信号とから、リニアライズと熱伝達率α  の補正演算をする補正演算回路である。
この場合は、マイクロプロセッサが使用されている。
２８は、演算増幅器２４の出力をブリッジ回路１９の電源として帰還する帰還回路である。
【０００８】
以上の構成において、管路１１に測定流体２が流される。
一方、帰還回路２８からブリッジ１９に電力が供給されると、伝熱素子１３に自己発熱が生じる。
【０００９】
測定流体２の流量の増加は、伝熱素子１３を通して測定流体２中に伝達される熱量の増加になり、伝熱素子１３内の残留熱が減少する。
その結果、伝熱素子１３の温度が低下し、抵抗値が下がる。即ち、抵抗値変化を測定すれば、測定流体２の流量を求めることができる。
【００１０】
そして、抵抗２１，２２を適当な値に設定することで、伝熱素子１３の温度を測定流体温度に対して、一定温度上昇させるように制御される。
測定流体２の流量が変化しても、ブリッジ回路１９の開ループゲインが十分大きいため、回路としては高速応答で温度差の変化も非常に小さい熱式流量計が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置においては、液温センサ１２と伝熱素子１３とは、ブリッジ回路１９に組込まれており、同じ温度特性を有する素子である必要が有り、素子の選択の自由度が小さく、回路構成の最適化が図れなかったり、構成そのものが不可能となることがある。
【００１２】
例えば、伝熱素子１３にニッケル線を選択すると、液温センサ１２にも同じニッケル線にする必要があり、この場合、液温センサ１２を発熱させない為に、抵抗値を大きくする必要が有り、液温センサ１２を作るにあたっての歩留まりが非常に悪くなるという問題がある。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−０８２６７８号（第３−４頁、図１、図４）
【００１４】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、液温センサと伝熱素子の選択の自由度が確保され、設計の自由度が向上された熱式流量計を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る熱式流量計は、請求項１においては、
合成樹脂部材で形成された配管に設けられた液温センサと伝熱素子とを有し測定流体の流量を測定する熱式流量計において、
前記液温センサの測定温度に基づいて前記伝熱素子へ与える伝熱素子温度を演算する伝熱素子温度設定手段を具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の熱式流量計において、
前記伝熱素子温度設定手段として、前記液温センサの測定温度が入力され前記液温センサの温度に応じた計算式により計算された伝熱素子温度設定信号が出力されるマイクロプロセッサと、前記伝熱素子温度設定信号が一方の入力端子に入力され前記伝熱素子の測定温度信号が他方の入力端子に入力される演算増幅器と、この演算増幅器の出力が前記伝熱素子温度設定信号と前記伝熱素子の測定温度信号とに帰還される帰還回路とを具備したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３においては、請求項２記載の熱式流量計において、
前記マイクロプロセッサに前記帰還回路の出力が入力されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４においては、請求項２乃至請求項３の何れかに記載の熱式流量計において、
装置の近傍に配置され外気の温度を測定する外気温度測温センサと、この外気温度測温センサの温度出力と前記液温センサの出力と前記バッファアンプの出力とから流量を計算する演算手段とを具備したことを特徴とする。
【００１９】
請求項５においては、請求項２乃至請求項４の何れかに記載の熱式流量計において、
前記伝熱素子の近傍に配置され前記配管の温度を測定する配管温度測温センサと、この配管温度測温センサの温度出力と前記液温センサの出力と前記バッファアンプの出力とから流量を計算する演算手段とを具備したことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
【００２１】
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図で、図２は図１の原理的説明図である。
図において、図６，図７と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図６，図７と相違部分のみ説明する。
【００２２】
本実施例の基本的な動作は、図７従来例のブリッジ回路と同等である。
本実施例では、図２に示す如く、ブリッジ回路に直接に液温センサ１２を組込むのではなく、図７従来例のブリッジ回路の液温センサ１２の部分を、丁度、マイクロプロセッサ３１と液温センサ１２とで、置き換えたような構成としている。
【００２３】
すなわち、液温センサの測定温度に基づいて、伝熱素子へ与える伝熱素子温度を演算する伝熱素子温度設定手段が設けられている。
【００２４】
図において、マイクロプロセッサ３１は、液温センサ１２の測定温度が入力され、液温センサ１２の温度に応じた計算式により計算された伝熱素子温度設定信号（ｋ（Ｔｏ））が出力される。
【００２５】
演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子には、マイクロプロセッサ３１より出力された伝熱素子温度設定信号（ｋ（Ｔｏ））と、後述する、帰還回路３６からの帰還電圧Ｖ０とが、掛算器３２で掛け合わされて、抵抗３５にて分圧され、伝熱素子温度設定信号として入力される。
【００２６】
演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子には、伝熱素子１３の測定温度信号が入力される。
帰還回路３６は、演算増幅器ＯＰ１の出力が、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子と反転入力端子側の伝熱素子温度設定信号と伝熱素子の測定温度信号とに帰還される。
【００２７】
また、伝熱素子１３の消費熱量電力は、演算増幅器ＯＰ２を介して流量信号として出力される。
流量演算回路３７は、液温センサ１３の測定流体温度信号と、演算増幅器ＯＰ２からの流量信号より、演算流量出力を出力する。
【００２８】
以上の構成において、温度センサ１２の出力を、Ａ／Ｄ変換器などを介してマイクロプロセッサ３１で受け、マイクロプロセッサ３１内で温度センサ１２の特性に応じた計算式により、演算増幅器ＯＰ１に与える信号（ｋ（Ｔｏ））を算出する。
【００２９】
マイクロプロセッサ３１から、Ｄ／Ａ変換器などを介して、演算増幅器ＯＰ１に信号を供給する。
供給された信号により、図７従来例のブリッジ回路１９の液温センサ相当部分が変化したかのように、信号が変化する。
【００３０】
流量が変化した場合、伝熱素子１３の消費電力が変化して、帰還電圧Ｖｏが変化する。
帰還電圧Ｖｏと設定温度信号ｋ（Ｔｏ）と掛けあわされた信号が、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に入力される。
これは、図７従来のブリッジ回路１９と同様な動作となる。
【００３１】
測定流体２の流量の増加は、測定流体２中に伝達される熱量の増加になり、伝熱素子１３内の残留熱が減少する。
その結果、伝熱素子１３の温度が低下し、抵抗値が下がる。
【００３２】
抵抗値変化があると、演算増幅器ＯＰ１の出力が伝熱素子１３に帰還されているので、電流が増大し、抵抗値変化を打ち消すようになる。
そして、伝熱素子１３には、液温センサ１２で測定された測定流体２の温度に基づき所定温度上昇した一定温度になるように自己発熱が生じる。
【００３３】
伝熱素子１３の熱量変化を電圧信号で測定し、測定流体２の流量を求めることができる。
【００３４】
この結果、伝熱素子１３の設定温度を演算する伝熱素子温度設定手段が設けられたので、図７従来例のブリッジ回路１９を使用した熱式流量計に比して、液温センサ１２を伝熱素子１３と同等の温度特性ものにする制限がなくなり、液体温度センサ１２の選択の自由度が上がり、高精度化、低コスト化、広レンジアビリティ化、などの効果がある熱式流量計が得られる。
【００３５】
また、伝熱素子温度設定手段を、マイクロプロセッサ３１を中心に構成したので、設定温度の演算などが容易に出来る熱式流量計が得られる。
【００３６】
図３は、本発明の他の実施例の要部構成説明である。
本実施例においては、マイクロプロセッサ３１に帰還回路３６の出力電圧Ｖ０も、Ａ／Ｄ変換器などを介して取り込み、図１では外部回路３２で行なっていた掛け算を、マイクロプロセッサ３１内で行なうようにしたものである。
【００３７】
一般に、測定流体２の温度変化は変化が遅いが、流量の変化は速いことがある。
その場合、流量信号をマイクロプロセッサ３１に取り込んでいては、流量変化に追従しきれない場合がある。
【００３８】
このようなときは、図１実施例のように、アナログ回路など外部回路で掛け算を行なうと、流量変化に対しても追従することが出来る。
しかし、マイクロプロセッサ３１，Ａ／Ｄ変換器，Ｄ／Ａなどの速度（サンプリング周期など）が流量の応答に比べて十分に速い場合は、本実施例の構成でもよい。
新たな外部回路３２を使用しないで済み、安価な熱式流量計が得られる。
【００３９】
この結果、乗算をマイクロプロセッサ３１で実行するようにしたので、アナログ回路の負担が軽くなり、コストダウン、省スペース（小型化）の効果がある熱式流量計が得られる。
【００４０】
図４は、本発明の他の実施例の要部構成説明である。
本実施例においては、外気温度測温センサ４１が、装置の近傍に配置され外気の温度を測定する。
【００４１】
流量演算回路４２は、外気温度測温センサ４１の測定外気温度と、液温センサ１３の測定流体温度信号と、演算増幅器ＯＰ２からの流量信号とより、演算流量出力を出力する。
【００４２】
この結果、外気温度センサ４１によって補正することができるので、外気温度に関わらず、高精度に流量を測定することができるという効果がある熱式流量計が得られる。
【００４３】
図５は、本発明の他の実施例の要部構成説明である。
本実施例においては、配管温度測温センサ５１が、伝熱素子１３の近傍に配置され配管の温度を測定する。
【００４４】
流量演算回路５２は、液温センサ１３の測定流体温度信号と、演算増幅器ＯＰ２からの流量信号と、配管温度センサ４１の測定配管温度とより、演算流量出力を出力する。
【００４５】
この結果、測定液体２に熱を伝達する伝熱素子１３の近傍に、配管１１の温度を測定する測温センサ５１が設けられたので、測定液体２以外に伝達する熱量を除去して、求まった測定液体２に伝達される熱量により流量を算出するようにした。
【００４６】
その結果、配管１１の温度によらずに高精度に流量を演算することができる熱式流量計が得られる。
また、測定流体２の温度が時々刻々変化しているような場合でも、時間変化分で補正を行うことによって、温度変化時も流量を高精度に測定することが出来る熱式流量計が得られる。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
伝熱素子設定温度を演算する伝熱素子温度設定手段が設けられたので、従来例のブリッジ回路を使用した熱式流量計に比して、液温センサを伝熱素子と同等の温度特性ものにする制限がなくなり、液体温度センサの選択の自由度が上がり、高精度化、低コスト化、広レンジアビリティ化、などの効果がある熱式流量計が得られる。
【００４７】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
伝熱素子温度設定手段を、マイクロプロセッサを中心に構成したので、設定温度の演算などが容易に出来る熱式流量計が得られる。
【００４８】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
乗算をマイクロプロセッサで実行するようにしたので、アナログ回路の負担が軽くなり、コストダウン、省スペース（小型化）の効果がある熱式流量計が得られる。
【００４９】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
外気温度センサによって補正することができるので、外気温度に関わらず、高精度に流量を測定することができるという効果がある熱式流量計が得られる。
【００５０】
本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
測定液体に熱を伝達する伝熱素子の近傍に配管の温度を測定する測温センサが設けられたので、測定液体以外に伝達する熱量を除去して、求まった測定液体に伝達される熱量により流量を算出するようにした。
【００５１】
その結果、配管温度によらずに高精度に流量を演算することができる熱式流量計が得られる。
また、測定流体温度が時々刻々変化しているような場合でも、時間変化分で補正を行うことによって、温度変化時も流量を高精度に測定することが出来る熱式流量計が得られる。
【００５２】
従って、本発明によれば、液温センサと伝熱素子の選択の自由度が確保され、設計の自由度が向上された熱式流量計を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の原理的説明図である。
【図３】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図５】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図６】従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
【図７】図６の電気回路図である。
【符号の説明】
２      測定流体
１１    管路
１２    液温センサ
１３    伝熱素子
３１    マイクロプロセッサ
３２    掛算器
３３    抵抗
３４    抵抗
３５    抵抗
３６    帰還回路
３７    流量演算回路
４１    外気温度測温センサ
４２    流量演算回路
５１    配管温度測温センサ
５２    流量演算回路
ＯＰ１  演算増幅器
ＯＰ２  演算増幅器
【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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