(57)【要約】【課題】  計測精度の向上を図ることができるとともに、装置の小型化および製造コストの低減化を図ることができる熱式流量計を提供する。【解決手段】  気体が流れる配管Ｂに並列接続されたバイパス管１５に一対の発熱抵抗体１６、１６が所定間隔をもって配置され、気体の流量に応じてこれら発熱抵抗体１６、１６に生じる抵抗値の差から気体流量を測定する流量計であって、発熱抵抗体１６が、温度に対する抵抗値変化の大きなサーミスタから構成されている。【選択図】  図２
2005172451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の流路に並列接続されたバイパス管に一対の発熱抵抗体が所定間隔をもって配置され、気体の流量に応じてこれら発熱抵抗体に生じる抵抗値の差から気体流量を測定する流量計であって、
前記気体の流路を形成する配管の中途箇所に一体的に介装接続される配管接続部と、
この配管接続部の側部に一体的に設けられて、前記バイパス管および発熱抵抗体から構成されたセンサ部とを備えてなり、
前記発熱抵抗体がサーミスタから構成されている
ことを特徴とする熱式流量計。
【請求項２】
前記センサ部は、前記サーミスタがプリント基板を介して前記バイパス管と熱伝導可能に接続されてなり、
前記プリント基板上に前記サーミスタが取付け配置されるとともに、前記バイパス管の一部が前記プリント基板に挿通接続され、このバイパス管とサーミスタが熱伝導部材を介して接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の熱式流量計。
【請求項３】
前記バイパス管が略Ｕ字形状に形成され、
前記プリント基板に、前記バイパス管の２つの脚部を挿通するための挿通孔が形成されるとともに、これら挿通孔の周囲の前記プリント基板上にサーミスタ固定用の導電ランドがそれぞれ形成され、
前記挿通孔に挿通固定されたバイパス管と、前記導電ランドに固定された前記サーミスタとが前記導電ランドを介して熱伝導可能に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載した熱式流量計。
【請求項４】
前記プリント基板において、前記バイパス管が挿通される前記２つの挿通孔の間部位に、熱遮断用のスリット孔が形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の熱式流量計。
【請求項５】
前記バイパス管とサーミスタを固定したプリント基板が、電気的にかつ熱的に絶縁性を有する絶縁カバーにより被覆されている
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の熱式流量計。
【請求項６】
前記バイパス管と前記配管接続部の気体通路との接続構造は、
前記バイパス管の両脚部を固定保持するセンサベースに、前記バイパス管の両脚部にそれぞれ連通接続する連通孔が設けられるとともに、これら両連通孔は前記センサベースの接続座面に開口され、
一方、前記配管接続部に前記気体通路の上流側部位と下流側部位にそれぞれ連通する連通孔が設けられ、これら両連通孔は前記センサベースを受ける配管接続部のセンサ座の接続座面に開口され、
このセンサ座に前記センサベースが密接状に嵌合されることにより、これらの接続座面に開口する前記連通孔同士が互いに接続されるように構成されている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の熱式流量計。
【請求項７】
前記センサベースの接続座面は先細のテーパ面とされるとともに、前記センサ座の接続座面が前記センサベースの接続座面に対応したテーパ面とされて、これら両接続座面が密接状に嵌合するように構成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の熱式流量計。
【請求項８】
前記サーミスタからなる２つの発熱抵抗体と２つの抵抗器とから構成されるブリッジ回路を含み、このブリッジ回路の一対の対角間に通電されて、前記発熱抵抗体が発熱される一方、他の対角間に表れる電圧差が増幅されて、気体流量に応じた計測信号とされるように構成された発熱測定回路を備える
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の熱式流量計。
【請求項９】
周囲温度測定用の温度センサを備え、この温度センサにより測定された周囲温度に応じて、前記ブリッジ回路の発熱抵抗体の通電量が制御される構成とされている
ことを特徴とする請求項８に記載の熱式流量計。
【請求項１０】
周囲温度測定用の温度センサを備え、前記発熱測定回路における気体流量に応じた計測値を気体流量に変換する流量演算が、前記温度センサにより測定された周囲温度に応じた補正を加えて行われるように構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の熱式流量計。
【請求項１１】
前記発熱測定回路により測定された気体流量をデジタル量またはアナログ量で出力する外部出力手段を備えている
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか一つに記載の熱式流量計。
【請求項１２】
前記発熱測定回路により測定した気体流量の表示手段を備えている
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか一つに記載の熱式流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気体の流量を計測する熱式流量計に関し、さらに詳細には、気体の流路に並列接続されたバイパス管に配置される一対の発熱抵抗体を用いて、気体の質量流量を測定する熱式流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の熱式流量計は、例えば図１６に示すように、気体の流れる配管の一部に介装接続される配管接続体ａと、この配管接続体ａに連結されたセンサ部ｂとで構成されている。
【０００３】
配管接続体ａには、上記配管に連通する気体通路ｃが貫通して設けられて、この気体通路ｃを、上記配管を流れる気体が通過するようにされている。
【０００４】
一方、センサ部ｂは、例えばステンレス鋼製細管からなるバイパス管ｄが上記気体通路ｃに連通されて配置されるとともに、このバイパス管ｄに２つの発熱抵抗体ｅ１、ｅ２が所定の間隔をもって配設されている。
【０００５】
具体的には、これら発熱抵抗体ｅ１、ｅ２は、図１７に示すように、発熱抵抗線（絶縁被覆線）が上記バイパス管ｄにコイル状に巻回形成されてなるとともに、抵抗器Ｒａ、Ｒｂと共にブリッジ回路fを形成しており、このブリッジ回路fに定電流源Ｉから電流が通電されて、発熱抵抗体ｅ１、ｅ２が発熱するようにされている。
【０００６】
そして、上記バイパス管ｄに気体通路ｃを流れる気体の一部が引き込まれ、上記一対の発熱抵抗体ｅ１、ｅ２の抵抗値変化に基づいて気体の質量流量が計測される構成とされている。
【０００７】
すなわち、この気体の質量流量の計測原理は、上記気体通路ｃさらにはバイパス管ｄに気体が流れていない場合には、上流側および下流側の発熱抵抗体ｅ１、ｅ２の熱は平衡状態に保たれており、その温度分布は図１８に実線で示すようになっている。
【０００８】
次に、気体が上記気体通路ｃに流れ、その一部がバイパス管ｄにも流れると、この気体の流れにより、上流側の発熱抵抗体ｅ１の熱が奪われて温度が低下するとともに、下流側の発熱抵抗体ｅ２の受ける温度が上昇して、その温度分布は図１７に一点鎖線で示すように変化する。そして、この際の温度変化を上記ブリッジ回路ｆで検出することにより、増幅回路ｇを通じて気体通路ｃつまりは配管を流れる気体の質量流量に応じた電気出力が得られる（例えば特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３８６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記従来の熱式流量計にあっては、上述したように、発熱抵抗線からなる２つの発熱抵抗体ｅ１、ｅ２が細いバイパス管ｄ上にコイル状に巻回（巻線）されているところ、この巻線作業には比較的高い精度が要求されることから、専用の巻線機が用いられ、これがため製造コストの上昇を招いていた。
【００１１】
また、この発熱抵抗体ｅ１、ｅ２を構成する発熱抵抗線は、図１２に示すように、温度変化に対する抵抗値変化が緩やかな直線であって、微小な信号変化を検出する必要があるため、発熱抵抗体ｅ１、ｅ２自体の特性の微小な変動が、測定器としての流量計の計測精度の安定性に大きな影響を与えていた。
【００１２】
すなわち、発熱抵抗体ｅ１、ｅ２の巻線状態や巻線位置の僅かの変化による特性変動も問題となり、この特性変動による発熱抵抗体ｅ１、ｅ２の個体差のため、流量計の製品化時の調整作業に時間を要するという問題があった。また、流量計の組付け後においては、その特性が安定化するまで通電するエージング(ageing)を行う必要があるが、発熱抵抗体ｅ１、ｅ２は絶縁被覆線がコイル状に巻回されてなるので、長期のエージング期間を必要とし、これが製造コストのさらなる上昇を招いていた。
【００１３】
さらに、巻線機による発熱抵抗体ｅ１、ｅ２の巻線作業をするためと、図１６に示すように巻線端を電極端子ｔに半田付け接続する作業のためとから、バイパス管ｄの高さｈと幅ｗは構造上必然的に大きくならざるを得ない。これがため、配管接続体ａに一体に連結されるセンサ部ｂも自ずと大きくなり、熱式流量計の大型化を招き、その組付け空間にも制約を受けることになっていた。
【００１４】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、計測精度の向上を図ることができるとともに、装置の小型化および製造コストの低減化を図ることができる熱式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】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の熱式流量計は、気体の流路に並列接続されたバイパス管に一対の発熱抵抗体が所定間隔をもって配置され、気体の流量に応じてこれら発熱抵抗体に生じる抵抗値の差から気体流量を測定する流量計であって、上記気体の流路を形成する配管の中途箇所に一体的に介装接続される配管接続部と、この配管接続部の側部に一体的に設けられて、上記バイパス管および発熱抵抗体から構成されたセンサ部とを備えてなり、上記発熱抵抗体がサーミスタから構成されていることを特徴とする。
【００１６】
好適な実施態様として、上記センサ部は、上記サーミスタがプリント基板を介して上記バイパス管と熱伝導可能に接続されてなり、上記プリント基板上に上記サーミスタが取付け配置されるとともに、上記バイパス管の一部が上記プリント基板に挿通接続され、このバイパス管とサーミスタが熱伝導部材を介して接続される。具体的には、上記バイパス管が略Ｕ字形状に形成され、上記プリント基板に、上記バイパス管の２つの脚部を挿通するための挿通孔が形成されるとともに、これら挿通孔の周囲の上記プリント基板上にサーミスタ固定用の導電ランドがそれぞれ形成され、上記挿通孔に挿通して半田付け等により固定されたバイパス管と、上記導電ランドに半田付け固定された上記サーミスタとが上記導電ランドを介して熱伝導可能に接続される。また、望ましくは、上記プリント基板において、上記バイパス管が挿通される２つの挿通孔の間部位に、熱遮断用のスリット孔が形成される。
【００１７】
また、上記バイパス管とサーミスタを固定したプリント基板は、電気的にかつ熱的に絶縁性を有する絶縁カバーにより被覆されるのが望ましい。
【００１８】
上記バイパス管と上記配管接続部の気体通路との接続構造は、上記バイパス管の両脚部を固定保持するセンサベースに、上記バイパス管の両脚部にそれぞれ連通接続する連通孔が設けられるとともに、これら両連通孔は上記センサベースの接続座面に開口され、一方、上記配管接続部に上記気体通路の上流側部位と下流側部位にそれぞれ連通する連通孔が設けられ、これら両連通孔は上記センサベースを受ける配管接続部のセンサ座の接続座面に開口され、このセンサ座に上記センサベースが密接状に嵌合されることにより、これらの接続座面に開口する上記連通孔同士が互いに接続されるように構成される。この場合、好適には、上記センサベースの接続座面は先細のテーパ面とされるとともに、上記センサ座の接続座面が上記センサベースの接続座面に対応したテーパ面とされて、これら両接続座面が密接状に嵌合するように構成される。
【００１９】
さらに、本発明の熱式流量計は、上記サーミスタからなる２つの発熱抵抗体と２つの抵抗器とから構成されるブリッジ回路を含み、このブリッジ回路の一対の対角間に通電されて、上記発熱抵抗体が発熱される一方、他の対角間に表れる電圧差が増幅されて、気体流量に応じた計測信号とされるように構成された発熱測定回路が採用可能である。
【００２０】
上記熱式流量計は、周囲温度測定用の温度センサを備えることにより、測定した周囲温度に応じた制御が可能である。この制御には、発熱抵抗体としての上記サーミスタの通電量を、予め周囲温度毎に設定した値に従って電圧または電流で決定する通電制御と、測温センサとしての上記サーミスタによる計測値を気体流量に変換する流量演算の際に、測定した周囲温度に応じた補正を加える演算制御がある。
【００２１】
さらに、本発明の熱式流量計は、上記発熱測定回路により測定した気体流量をデジタル量またはアナログ量で出力する外部出力手段と、同じく測定した気体流量の表示手段を備えることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、以下に列挙するような種々の特有の効果が得られる。
（１）本発明の熱式流量計においては、バイパス管に設けられる一対の発熱抵抗体として、温度に対する抵抗値変化の大きなサーミスタが採用されている。このサーミスタは、周囲温度変化に対して、自己の温度を元の状態に保とうとする自己温度調節作用を持っている。したがって、気体の流量が零から大きい値に変化し、周囲温度が大きく変化しても、サーミスタの温度を、サーミスタの抵抗温度特性で傾きが大きく温度に対して抵抗値の変化が大きい範囲域の一定区間内に保ち、安定した計測を可能とする。これにより、従来の発熱抵抗線を用いた場合に必要であった特性安定化の労力と作業がほとんど不要となる。
【００２３】
（２）上記サーミスタが、プリント基板を介して上記バイパス管と熱伝導可能に接続される構造が採用されることにより、従来のようにバイパス管に発熱抵抗線を直接巻回形成する場合に比べて、その製造コストを低減することが可能になる。
【００２４】
すなわち、従来のような巻線作業が不要なことによる組付けコストの低減化が可能であり、チップ部品であるサーミスタをプリント基板に半田付けする構造が採用可能で、エージングにおいて、サーミスタ加熱後に特性が安定するまでの時間が短くて済み（例えば数分）、エージング時間の大幅な短縮化が可能であり、さらに、サーミスタ自体が製品として一定の特性を保証されていることで、組立品の特性が均一化されて、調整作業が短縮され、この結果、製造コストを低減することが可能になる。
【００２５】
（３）上記バイパス管とサーミスタを固定したプリント基板が、電気的にかつ熱的に絶縁性を有する絶縁カバーにより被覆されていることにより、電気回路として必要な絶縁性が確保されるとともに、サーミスタによる発熱測定空間の外部に対する断熱性が確保されて、発熱測定空間の熱損失が有効に防止される。
【００２６】
（４）また、上記サーミスタがプリント基板を介して上記バイパス管と熱伝導可能に接続される構造が採用されることにより、Ｕ字形状の上記バイパス管における直線状の２つの脚部の長さと間隔が従来の同形状のバイパス管に比較して小さく設定できる。
【００２７】
これにより、上記発熱測定空間が可及的に小さく設定可能で、この点からも発熱測定空間の熱損失を減少することができるとともに、配管接続部の側方へ突出するセンサ部の形状寸法を小さくでき、ひいては熱式流量計の小型化が図れる。
【００２８】
（５）サーミスタからなる発熱抵抗体の駆動方式として、上記サーミスタからなる２つの発熱抵抗体と２つの抵抗器とからブリッジ回路が構成され、このブリッジ回路の一対の対角間に上記発熱抵抗体が発熱するように給電する回路を採用することにより、上記サーミスタの自己温度調節作用を利用できる。すなわち、周囲温度の変動と気体流量の大きな変動に対して、気体流量が上記サーミスタの温度変化に反映し易い一定の温度範囲を保って、安定した計測ができる。
【００２９】
（６）上記サーミスタの通電量が温度センサで測定した周囲温度に従って電圧または電流で決定されるように、サーミスタの通電制御が行われることにより、周囲温度が異なる環境下で使用しても、サーミスタの温度を、温度変化に対して抵抗値の変化が大きく一定の特性が得られる所定の特性範囲内に保って使用できる。
【００３０】
（７）また、上記発熱測定回路において、測定した周囲温度により、気体流量に応じた計測値を気体流量に変換する演算に補正を加える演算制御を行うことにより、計測精度を高くすることができる。
【００３１】
（８）さらに、測定した流量をデジタル量またはアナログ量で外部に出力する外部出力手段を備えることにより、気体供給設備の自動制御および遠隔監視が可能になり、測定した流量の表示手段を備えることによって、気体供給設備の現場での保守点検が容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明に係る熱式流量計を図１および図２に示し、この流量計Ａは、具体的には各種気体の流路を形成する配管Ｂに一体的に組み込まれて、その配管Ｂを流れる気体の質量流量を測定するものである。この流量計Ａは、配管接続部１、センサ部２、発熱測定回路部３を主要部として構成され、その外周部を外部カバー４により被覆保護されている。
【００３３】
配管接続部１は、気体を流す上記配管Ｂの適当な中途箇所に一体的に介装接続されて、配管Ｂの一部を構成するもので、図示の実施形態においては、直方体状の金属ブロックの形態とされている。なお、この配管接続部１が接続される配管Ｂとしては、気体の本流が流れる主要管路のほか、この主要管路が大容量の気体を流す太い管路の場合は、この主要管路からバイパスされた主要管路よりも細いバイパス管路が選択される。
【００３４】
この配管接続部１の具体的な構造が図２および図３に示されており、配管接続部１の内部に上記配管Ｂに連通可能な円筒状の気体通路５が貫通して形成されるとともに、この気体通路５の収納部６に層流素子７が嵌装されている。この層流素子７は、気体通路５を流れる気体を後述するセンサ部２のバイパス管１５へ所定の分流比をもって分流する機能を有する。また、層流素子７の外側部位つまり上記収納部６の両端肩部６ａ、６ａには、フィルタ８、８がＯリング９によりそれぞれ係止固定して設けられている。
【００３５】
上記気体通路５の両端部には、上記配管Ｂを直接または管継手を介して間接的に接続するための雌ねじ部５ａ、５ａが形成されている。これら雌ねじ部５ａ、５ａには、図示しない上記配管Ｂの管端の雄ねじ部または管継手の雄ねじ部が螺合接続可能とされている。これにより、配管Ｂの適宜箇所に、流量計Ａの配管接続部１が直接的にまたは管継手を介して間接的に接続される。
【００３６】
なお、上記気体通路５において、両端部の雌ねじ部５ａ、５ａの径寸法は、上記層流素子７およびフィルタ８、８などの組付けのため、気体通路５の収納部６の内径よりも大きく設定されている。また、この収納部６の中間部位６ｂは層流素子７を圧入するために僅かに小径とされている。
【００３７】
また、配管接続部１の一側面には、上記センサ部２が一体的に組み付けられている。この目的のため、配管接続部１の一側面の中央部位には、センサ部２を密接に一体結合するためのセンサ座１０が設けられている。
【００３８】
センサ部２は、上記配管接続部１の気体通路５を流れる気体の流量を検知する部位で、バイパス管１５およびサーミスタ１６を主要部として備えてなり、これらバイパス管１５およびサーミスタ１６がプリント基板１７を介して熱伝導可能に接続されている。
【００３９】
バイパス管１５は、金属細管例えばステンレス鋼製細管がＵ字形状に屈曲形成されてなり、２つの平行にかつ直線状に延びる脚部１５ａ、１５ｂがセンサベース２０を介して上記配管接続部１の気体通路５に連通される。
【００４０】
センサベース２０は上記バイパス管１５の両脚部１５ａ、１５ｂを固定保持するもので、図４および図５に示すように、下部の取付け嵌合部２１と上部の管接続部２２とからなり、この上部の管接続部２２は円板状とされるとともに、平面状の底面２３ａを有する円形凹部２３を備える。
【００４１】
また、下部の取付け嵌合部２１は下向き円錐台形状とされて、下向き先細のテーパ面からなる接続座面２１ａと、円形平面からなるの底面２１ｂとを備える。これに対応して、配管接続部１の前記センサ座１０も、図３に示すように、上記取付け嵌合部２１の接続座面２１ａおよび底面２１ｂにそれぞれ対応する形状の面からなる接続座面１０ａおよび底面１０ｂを備える。これにより、上記両接続座面１０ａ、２１ａは、図２に示すように密接状に嵌合するようにされている。
【００４２】
センサベース２０の内部には、上記バイパス管１５の両脚部１５ａ、１５ｂにそれぞれ連通接続する２つの連通孔２５ａ、２５ｂが設けられるとともに、これら両連通孔２５ａ、２５ｂは、図５（ｃ）に示すように直角に屈曲して、上記管接続部２２の底面２３ａと取付け嵌合部２１の接続座面２１ａにそれぞれ開口され、また、接続座面２１ａにおける両連通孔２５ａ、２５ｂは、図５（ｄ）に示すように底面に見て一直径線上に対向配置されている。
【００４３】
これに対応して、配管接続部１にも、図３に示すように、その気体通路５の上流側部位と下流側部位にそれぞれ連通する連通孔２６ａ、２６ｂが設けられ、これら両連通孔２６ａ、２６ｂは、上記センサベース２０を受けるセンサ座１０の接続座面１０ａに開口されている。また、接続座面１０ａにおける両連通孔２６ａ、２６ｂも、図３（ａ）に示すように平面に見て一直径線上に対向配置されるとともに、上記センサベース２０の接続座面２１ａに開口する連通孔２５ａ、２５ｂに対向一致する位置とされている。
【００４４】
そして、図２に示すように、上記バイパス管１５の両脚部１５ａ、１５ｂがセンサベース２０の連通孔２５ａ、２５ｂにそれぞれ挿入されて連結固定されるとともに、センサベース２０が配管接続部１のセンサ座１０に密接状に嵌合されることにより、これらの接続座面１０ａ、２１ａに開口する上記連通孔２５ａと２６ａ、２５ｂと２６ｂ同士が互いに接続され、これにより、上記バイパス管１５と配管接続部１の気体通路５が連通接続される。
【００４５】
なお、センサベース２０の取付け嵌合部２１の底面２１ｂには、一対の嵌合位置決め用の係合突起２７、２７が形成されるとともに、これら係合係合突起２７、２７と係合する係合凹部２８、２８が配管接続部１のセンサ座１０の底面１０ｂに形成されている。これにより、これら係合突起２７、２７と係合凹部２８、２８を係合させながら、センサベース２０とセンサ座１０を嵌合させることで、上記両接続座面１０ａ、２１ａに開口する連通孔２５ａと２６ａ、２５ｂと２６ｂ同士が互いに確実に接続され得る。
【００４６】
サーミスタ１６は、バイパス管１５を加熱する発熱抵抗体としての機能と、バイパス管１５の温度変化を検知するセンサとしての機能を兼備するもので、プリント基板１７を介してバイパス管１５と熱伝導可能に接続されている。
【００４７】
具体的には、プリント基板１７は、図４および図６に示すようなほぼ円形状とされ、その中央部位に、上記バイパス管１５が挿通される２つの挿通孔３０、３０が形成されるとともに、これら両挿通孔３０、３０の間部位に、熱遮断用のスリット孔４４が形成されている。
【００４８】
また、上記両バイパス管挿通孔３０、３０の周囲のプリント基板１７上面には、銅箔からなるサーミスタ取付用の導電ランド３１、３１、…がパターン形成され、これら導電ランド３１、３１、…に、サーミスタ１６がそれぞれ半田付け固定されている。
【００４９】
そして、上記両挿通孔３０、３０に、バイパス管１５の両脚部１５ａ、１５ｂが上側から挿通されて半田付け等で固定され、これにより、サーミスタ１６、１６、…とバイパス管１５の両脚部１５ａ、１５ｂが、熱伝導部材としても機能する上記導電ランド３１、３１、…を介して熱伝導可能に接続されている。
【００５０】
この場合、サーミスタ１６には、ＡＣ電源とは絶縁トランス等によって分離されているＡＣ−ＤＣ変換器の直流出力が給電されるので、サーミスタ１６からバイパス管１５への電流漏洩は問題とならない。したがって、上記導電ランド３１と繋がっている上記バイパス管挿通孔３０の周縁部の銅箔に、バイパス管１５が直接半田付けされることにより、良好な熱伝導性能が確保される。なお、上記バイパス管１５に接続されるサーミスタ１６の電極は、ＧＮＤ側にすることが好ましい。また、バイパス管１５の両脚部１５ａ、１５ｂが、熱伝導性の良好な絶縁材を挟んで、上記プリント基板１７に固定されるなど、バイパス管１５の両脚部１５ａ、１５ｂとプリント基板１７とが電気的に絶縁される構造としてもよい。
【００５１】
３２は、サーミスタ１６に給電する電線４５を接続するためのスルーホールを示しており、ここに半田付け接続された電線４５は、後述する絶縁カバー３５の挿通孔３６ａを介して、発熱測定回路部３のプリント基板５０に接続されている。なお、サーミスタ１６への結線に対応する配線パターンは図示を省略されている。
【００５２】
また、図６のプリント基板１７に実装されるサーミスタ１６の結線図が図７に示されている。この回路は、バイパス管１５を流れる気体の上流側つまり脚部１５ａの部位を加熱する発熱抵抗体としての負特性サーミスタＮＴＣ１と、下流側つまり脚部１５ａの部位を加熱する発熱抵抗体としての負特性サーミスタＮＴＣ２とが、並列接続された３個のサーミスタ１６、１６、１６によりそれぞれ構成されて、上記バイパス管１５の脚部１５ａ、１５ｂに対して充分な発熱量が供給されるようにされている。
【００５３】
上記バイパス管１５とサーミスタ１６、１６、…を固定したプリント基板１７は、その外周が絶縁カバー３５により絶縁被覆されている。図示の実施形態の絶縁カバー３５は、電気的にかつ熱的に絶縁性を有する材料から構成されるとともに、具体的には、図４に示すように、上下カバー部材３６、３７からなる上下二分割構造とされている。
【００５４】
上側のカバー部材３６は、図８に示すような円形容器の形態とされ、上記プリント基板１７の電線接続用のスルーホール３２、３２、…の位置に対応して４つの電線挿通用の挿通孔３６ａ、３６ａ、…が設けられている。また、カバー部材３６の周壁部３６ｂの端面は、図８（ｂ）に示すように、下方内側に向けて傾斜した断面を有するテーパ面とされている。
【００５５】
また、下側のカバー部材３７は、図９に示すような円形容器の形態とされ、その中央部位にバイパス管１５の両脚部１５ａ、１５ｂを挿通する２つの挿通孔３７ａ、３７ａが設けられている。また、カバー部材３７の周壁部３７ｂの端面は、図９（ｂ）に示すように、上側のカバー部材３６の周壁部３６ｂの端面に対応したテーパ面とされている。
【００５６】
そして、上側のカバー部材３６と下側のカバー部材３７が、図２に示すように、プリント基板１７を上下両側から被覆するとともに、両カバー部材３６、３７の周壁部３６ｂ、３７ｂの端面同士が適宜の接着剤等により密着状に当接固定されて、組合せ合体される。これにより、プリント基板１７は、ここに固定された上記バイパス管１５とサーミスタ１６、１６、…と共に、絶縁カバー３５により外部から電気的にかつ熱的に有効に絶縁されて、この部位の電気回路として必要な絶縁性が確保されるとともに、サーミスタ１６による発熱測定空間の外部に対する断熱性も確保されている。
【００５７】
なお、両カバー部材３６、３７の組合せ合体固定は、上記のような接着剤等による固定方法を採らずに、後述する固定部材４０によるセンサベース２０との共締め固定時に同時に行われる構成としてもよく、このような構成とすることにより、流量計Ａを配管Ｂに組見込んだ後の流量計Ａの分解・組立が容易で、流量計Ａ内部の修理、部品交換あるいはメンテナンスに適宜対応可能となる。
【００５８】
上記のように構成されたセンサ部２は、固定部材４０により、前記配管接続部１の一側面つまりセンサ座１０に一体的に組み付け固定される。
【００５９】
固定部材４０は、図１０に示すような円管状のもので、その下端外周面に雄ねじ部４０ａを有してなる。また、この固定部材４０の上端には内向きフランジ４０ｂが形成されるとともに、その内周面には係止部４０ｃが形成されている。内向きフランジ４０ｂは、上記絶縁カバー３５の上側のカバー部材３６の上端外周縁部に、また係止部４０ｃは、センサベース２０の上端周縁部に、それぞれ上側から当接係止可能とされている。４０ｄは、図示しない取付用回転操作治具を挿入使用するための挿入孔を示している。また、固定部材４０に対応して、上記配管接続部１のセンサ座１０の外周部には、円環状の固定溝４１が設けられるとともに、この固定溝４１内に固定部材４０の雄ねじ部４０ａと螺合する雌ねじ部４１ａが形成されている。
【００６０】
そして、バイパス管１５とサーミスタ１６、１６、…が組み付けられたプリント基板１７は、上述したように、絶縁カバー３５により被覆保護された後、バイパス管１５の両脚部１５ａ、１５ｂがセンサベース２０の連通孔２５ａ、２５ｂにそれぞれ連結固定されるとともに、センサベース２０の円形凹部２３に嵌入されて、センサ部２が組み立てられる。
【００６１】
この組み立てられたセンサ部２は、上述したように、そのセンサベース２０が前記係合突起２７、２７と係合凹部２８、２８の係合作用により位置決めされながら、配管接続部１のセンサ座１０に密接状に嵌合されて、上記バイパス管１５と配管接続部１の気体通路５が連通接続される。この状態で、固定部材４０の雄ねじ部４０ａが配管接続部１の雌ねじ部４１ａに螺合されて締付けられることにより、固定部材４０の内向きフランジ４０ｂと係止部４０ｃの係止作用で、絶縁カバー３５（カバー部材３６、３７）とセンサベース２０が共締めされながら、センサ部２が配管接続部１に一体的に結合固定される。
【００６２】
なお、図２において、４２はＯリングを示しており、このＯリング４２は、センサベース２０と配管接続部１との間に介装されて、センサベース２０とセンサ座１０との接続部の気密性が確保されている。
【００６３】
発熱測定回路部３は、前述したプリント基板１７上の発熱抵抗体としての負特性サーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２に給電するとともに、測温センサとしてのこれらサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２から入力される計測信号を演算して気体の質量流量を算出する部位で、具体的には、プリント基板５０上に組み込まれた発熱測定回路６０を主要部として構成されている。
【００６４】
プリント基板５０は、取付ボルト５１、５１により、スペーサ５２を介して配管接続部１に取付け固定されて、センサ部２の上側に配置され、このセンサ部２と共に、前記外部カバー４により被覆保護されている。外部カバー４は、取付ボルト５３、５３、…により、配管接続部１に取付け固定される。
【００６５】
発熱測定回路６０は、上述したように、上記サーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２に給電するとともに、これらサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２から入力される計測信号を演算して気体の質量流量を算出するもので、その具体的な回路構成が図１１に示されている。
【００６６】
すなわち、図示の実施形態の発熱測定回路６０において、３つのサーミスタ１６、１６、…からなる一対の負特性サーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２に、抵抗器Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ直列接続されるとともに、これら２つの直列回路が、抵抗器Ｒ１、Ｒ２側の端部同士とサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２側の端部同士とが接続されてブリッジ回路６５が構成されている。このブリッジ回路６５は、周囲温度変化に対して自己の温度を元の状態に保とうとする自己温度調節作用が働くように構成された回路である。
【００６７】
そして、ブリッジ回路６５の一対の対角間（図示のものにおいては、接続点ｐ１、ｐ２間）に定電流源６６から通電されて、上記発熱抵抗体としての一対のサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２が発熱される。一方、ブリッジ回路６５の他の対角間（図示のものにおいては、２つの直列回路の抵抗器Ｒ１、Ｒ２とサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２の接続点ｐ３、ｐ４間）の電圧差が増幅器６７で増幅され、気体流量に応じた計測信号としてＡ／Ｄ変換器を内蔵したワンチップマイコン６８に入力される。
【００６８】
このワンチップマイコン６８には、増幅器６７の出力のＡ／Ｄ変換値をデジタル演算して流量を演算するプログラムが組み込まれており、その演算結果を、外部出力手段としてのデジタルインターフェース７０およびアナログインターフェース７１からそれぞれ出力するとともに、表示手段としての数字表示器等からなる表示器７２で表示する機能を有している。
【００６９】
また、上記ブリッジ回路６５は、定電流源６６から定電流Iが給電され、次の特性によって、高い計測精度が確保されている。
【００７０】
すなわち、このブリッジ回路６５で使用されている負特性サーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２は、温度が低下すると抵抗値Ｒが大きくなり、サーミスタの発熱量ＲＩ２が大きくなる。これによって、サーミスタの温度低下が抑制される。また、温度が上昇した場合は、これとは逆に抵抗値Ｒが小さくなって、サーミスタの発熱量ＲＩ２が小さくなり、サーミスタの温度上昇が抑制される。したがって、図１２の抵抗温度特性曲線において、サーミスタの温度を、その温度変化がサーミスタの抵抗値に反映し易く、かつ一定の特性が得られる範囲に保つことにより、安定した計測が可能になる。
【００７１】
また、上記ワンチップマイコン６８には、サーミスタを用いた周囲温度測定用の温度センサ７３が接続されており、測定した周囲温度に応じてサーミスタサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２の通電制御を行うとともに、この周囲温度に応じて気体流量の演算を行うプログラムが組み込まれている。
【００７２】
すなわち、発熱測定回路６０におけるサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２の通電制御は、周囲温度に応じて適切な発熱量を与えることで、周囲温度が変化しても、サーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２の温度を所定範囲に保って、サーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２の抵抗温度特性における温度に対する抵抗値変化が大きく、一定の特性が得られる領域を常に使用できるように構成されている。
【００７３】
この目的のため、図１１に示すように、定電流源６６に電流調整回路７４が設けられるとともに、ワンチップマイコン６８には、予め周囲温度毎に設定した値（図示しない設定手段により設定される）に従ってサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２に流す電流を決定して、上記電流調整回路７４に指令するプログラムが組み込まれている。
【００７４】
また、発熱測定回路６０における流量演算は、Ａ／Ｄ変換されたサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２からの計測値を気体流量に変換するデジタル演算を行うもので、所定の変換式に従ってデジタル演算する場合と、予め測定した計測値−流量の変換テーブルに従って変換する場合と、これらを併用する場合とがある。
【００７５】
ところで、この流量演算をするとき、周囲温度によってその演算値に誤差が生じる場合があり、この場合は、上記温度センサ７３により測定された周囲温度に応じて演算に補正が加えられることとなる。この補正は、演算に用いる所定の変換式の係数を変える方式、計測値−流量の変換テーブルを測定した周囲温度に対応するものに変える方式等がある。
【００７６】
本実施形態においては、周囲温度に応じたサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２の通電制御により、これらサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２の温度を好ましい範囲に保ち、さらに流量演算においても、この周囲温度に応じた補正を加えることができるので、高精度な流量測定が可能である。
【００７７】
また、上記デジタルインターフェース７０はシリアルポートによって構成されるとともに、上記アナログインターフェース７１は、Ｄ／Ａ変換器と増幅器を組み合わせて構成されている。これらの両インターフェース７０、７１を備えることによって、気体の供給設備への組込みの高い自由度が確保されている。
【００７８】
さらに、上記表示器７２は７セグメントＬＥＤ等の数字表示器等からなり、この表示器７２により、気体流路の所定の場所において気体流量等を直接目視にて読み取ることが可能となる。
【００７９】
しかして、以上のように構成された熱式流量計Ａは、図２に示すように、その配管接続部１が気体を流す配管Ｂの適当な中途箇所に一体的に介装接続されて使用される。
【００８０】
すなわち、流量計Ａの定電流源６６から両発熱抵抗体ＮＴＣ１、ＮＴＣ２に給電されてこれらの発熱抵抗体ＮＴＣ１、ＮＴＣ２が発熱している運転状態において、配管Ｂに気体が流れていない時には、流量計Ａのバイパス管１５にも気体が流れず、よって上流側および下流側の発熱抵抗体ＮＴＣ１、ＮＴＣ２の熱は平衡状態に保たれており（図１８の実線で示される温度分布）、表示器７２に表示される気体流量の指示値もゼロである。
【００８１】
これに対して、配管Ｂに気体が流れて、その一部（配管接続部１の層流素子７により規定され分流された気体）がバイパス管１５にも流れると、この気体の流れにより、上流側の発熱抵抗体ＮＴＣ１の熱が奪われて温度が低下するとともに、下流側の発熱抵抗体ＮＴＣ２の受ける温度が上昇して、両者間の熱のバランスが崩れる（図１８の一点鎖線で示される温度分布）。
【００８２】
そして、上述したように、この両者ＮＴＣ１、ＮＴＣ２の温度変化は、発熱測定回路６０のブリッジ回路６５で検出されて、増幅回路６７を通じて配管Ｂを流れる気体の質量流量に応じた計測信号（電気出力）が得られ、この計測信号を基に配管Ｂを流れる気体の質量流量が算出されて、その質量流量が表示器７２に気体流量として表示されるほか、その流量出力信号がデジタルインターフェース７０やアナログインターフェース７１を介して外部関連機器へ出力される。
【００８３】
本実施形態の熱式流量計Ａにおいては、バイパス管１５に設けられる一対の発熱抵抗体として、温度に対する抵抗値変化の大きなサーミスタ１６（ＮＴＣ１、ＮＴＣ２）が採用されており、このサーミスタ１６は、周囲温度変化に対して自己の温度を元の状態に保とうとする自己温度調節作用を持っているので、配管Ｂを流れる気体の流量が零から大きい値に変化し、周囲温度が大きく変化しても、サーミスタ１６の温度を、サーミスタ１６の抵抗温度特性で傾きが大きく、温度に対して抵抗値の変化が大きい範囲域の一定区間内に保ち、安定した計測を可能とする。これにより、図１６に示される従来の発熱抵抗線を用いた流量計において必要であった特性安定化の労力と作業がほとんど不要である。
【００８４】
また、上記サーミスタ１６が、プリント基板１７を介して上記バイパス管１５と熱伝導可能に接続される構造が採用されることにより、従来のようにバイパス管１５に発熱抵抗線を直接巻回形成する場合に比べて、その製造コストを低く抑えることが可能である。
【００８５】
すなわち、従来のような巻線作業が不要なことによる組付けコストの低減化が可能であり、チップ部品であるサーミスタ１６をプリント基板１７に半田付けする構造が採用可能で、エージングにおいて、サーミスタ加熱後に特性が安定するまでの時間が短くて済み（例えば数分）、エージング時間の大幅な短縮化が可能であり、さらに、サーミスタ１６自体が製品として一定の特性を保証されていることで、組立品の特性が均一化されて、調整作業が短縮され、この結果、製造コストを低減することが可能になる。
【００８６】
さらに、上記バイパス管１５とサーミスタ１６を固定したプリント基板１７が、電気的にかつ熱的に絶縁性を有する絶縁カバー３５により被覆されていることにより、電気回路として必要な絶縁性が確保されるとともに、サーミスタ１６による発熱測定空間の外部に対する断熱性が確保されて、発熱測定空間の熱損失が有効に防止される。
【００８７】
また、上記サーミスタ１６がプリント基板１７を介して上記バイパス管１５と熱伝導可能に接続される構造が採用されることにより、Ｕ字形状の上記バイパス管１５における直線状の２つの脚部１５ａ、１５ａの長さと間隔が従来の同形状のバイパス管１５に比較して小さく設定できる。これにより、上記発熱測定空間が可及的に小さく設定可能で、この点からも発熱測定空間の熱損失を減少することができるとともに、配管接続部１の側方へ突出するセンサ部２の形状寸法を小さくでき、ひいては流量計Ａの小型化が図れる。
【００８８】
また、プリント基板１７を収納し、センサベース２０の上面に形成した円形凹部２３に嵌入保持された絶縁カバー３５は、センサベース２０の上面に位置決め固定されて保持されるととともに、固定部材４０の内部に収納されるので、外部衝撃に対して機械的に強い構造となる。
【００８９】
さらに、発熱抵抗体の駆動方式として、サーミスタ１６、１６、…からなるからなる２つの発熱抵抗体ＮＴＣ１、ＮＴＣ２と２つの抵抗器Ｒ１、Ｒ２とからブリッジ回路６５が構成され、このブリッジ回路６５の一対の対角間に上記発熱抵抗体ＮＴＣ１、ＮＴＣ２が発熱するように給電する回路を採用することにより、サーミスタ１６の自己温度調節作用を利用できる。つまり、周囲温度の変動と気体流量の大きな変動に対して、気体流量が上記サーミスタ１６の温度変化に反映し易い一定の温度範囲を保って、安定した計測ができる。
【００９０】
上記サーミスタ１６、１６、…（ＮＴＣ１、ＮＴＣ２）の通電量が温度センサ７３で測定した周囲温度に従って電圧または電流で決定されるように、サーミスタ１６、１６、…の通電制御が行われることにより、周囲温度が異なる環境下で使用しても、サーミスタ１６、１６、…の温度を、温度変化に対して抵抗値の変化が大きく一定の特性が得られる所定の特性範囲内に保って使用できる。
【００９１】
また、発熱測定回路６０において、測定した周囲温度により、気体流量に応じた計測値を気体流量に変換する演算に補正を加えることにより、計測精度を高くすることができる。
【００９２】
さらに、測定した流量をデジタル量で外部に出力するデジタルインターフェース７０や、アナログ量で外部に出力するアナログインターフェース７１を備えることにより、気体供給設備の自動制御および遠隔監視が可能になり、また、測定した気体流量の表示器（表示手段）７２を備えることによって、気体供給設備の現場での保守点検が容易に行える。
【００９３】
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その範囲内において種々設計変更可能である。
【００９４】
例えば、ブリッジ回路６５の具体的構成は、上述した実施形態に限定されず種々設計変更可能である。一例として、図１３から図１５にそれぞれ示される構成が採用可能である。  これらのブリッジ回路６５も、周囲温度変化に対して自己の温度を元の状態に保とうとする自己温度調節作用が働くように構成された回路である。
【００９５】
すなわち、図１３に示されるブリッジ回路６５は、負特性を持つ２つのサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２の直列回路と、２つの抵抗器Ｒ１、Ｒ２の直列回路とが並列接続され、定電流源６６から給電される方式とされている。この場合、接続点ｐ３、ｐ４間に定電流源６６から通電されて、一対のサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２が発熱される一方、接続点ｐ１、ｐ２間の電圧差が増幅器６７で増幅され、気体流量の計測信号としてワンチップマイコン６８に入力される。
【００９６】
また、図１４に示されるブリッジ回路６５は、一対の正特性のサーミスタＰＴＣ１、ＰＴＣ２に、抵抗器Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ直列接続されるとともに、これら２つの直列回路が、抵抗器Ｒ１、Ｒ２側の端部同士とサーミスタＰＴＣ１、ＰＴＣ２側の端部同士とが接続されてブリッジ回路６５が構成されている。この場合、接続点ｐ１、ｐ２間に定電圧源７６から通電されて、一対のサーミスタＰＴＣ１、ＰＴＣ２が発熱される一方、接続点ｐ３、ｐ４間の電圧差が増幅器６７で増幅され、気体流量の計測信号としてワンチップマイコン６８に入力される。
【００９７】
さらに、図１５に示されるブリッジ回路６５は、一対の正特性のサーミスタＰＴＣ１、ＰＴＣ２の直列回路と、２つの抵抗器Ｒ１、Ｒ２の直列回路とが並列接続され、定電圧源７６から給電される方式とされている。この場合、接続点ｐ３、ｐ４間に定電圧源７６から通電されて、一対のサーミスタＰＴＣ１、ＰＴＣ２が発熱される一方、接続点ｐ１、ｐ２間の電圧差が増幅器６７で増幅され、気体流量の計測信号としてワンチップマイコン６８に入力される。
【００９８】
なお、具体的には図示しないが、これらのブリッジ回路６５を備える発熱測定回路６０においても、定電流源６６または定電圧源７６に電流調整回路または電圧調整回路が設けられるとともに、ワンチップマイコン６８には、予め周囲温度毎に設定した値に従ってサーミスタＮＴＣ１、ＮＴＣ２に流す電流または電圧を決定して、上記電流調整回路または電圧調整回路に指令するプログラムが組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明に係る一実施形態である熱式流量計の外観構造を分解して示す斜視図である。
【図２】同熱式流量計の主要部を配管接続部が気体の流れる配管に接続された状態で示す側面断面図である。
【図３】同熱式流量計の配管接続部を示す図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図４】同熱式流量計のセンサ部を分解して示す斜視図である。
【図５】同センサ部のセンサベースを示す図で、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＳ−Ｓ線に沿った断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＴ−Ｔ線に沿った断面図、図５（ｄ）は底面図である。
【図６】同センサ部のプリント基板を示す平面図である。
【図７】同プリント基板に実装されるサーミスタの結線図である。
【図８】同センサ部の絶縁カバーを構成する上側のカバー部材を示す図で、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は側面断面図である。
【図９】同センサ部の絶縁カバーを構成する下側のカバー部材を示す図で、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は側断面図である。
【図１０】同センサ部の固定部材を示す図で、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側断面図である。
【図１１】同熱式流量計の発熱測定回路を示す回路図である。
【図１２】同熱式流量計の発熱抵抗体としてのサーミスタの抵抗温度特性を、従来の発熱抵抗線の抵抗温度特性と比較して示す特性曲線である。
【図１３】同熱式流量計の発熱測定回路のブリッジ回路の改変例を示す回路図である。
【図１４】同じく同ブリッジ回路の他の改変例を示す回路図である。
【図１５】同じく同ブリッジ回路のもう一つ他の改変例を示す回路図である。
【図１６】従来の熱式流量計を示す図２に対応した断面図である。
【図１７】熱式流量計の計測原理を説明するための概略構成図である。
【図１８】同計測原理を説明するための温度分布特性を示す線図である。
【符号の説明】
【０１００】
Ａ                    熱式気体流量計
Ｂ                    配管
１                    配管接続部
２                    センサ部
３                    発熱測定回路部
５                    気体通路
７                    層流素子
１０                  配管接続部のセンサ座
１０ａ                センサ座の接続座面
１５                  バイパス管
１５ａ、１５ｂ        バイパス管の脚部
１６                  サーミスタ
１７                  プリント基板
２０                  センサベース
２１                  センサベースの取付け嵌合部
２１ａ                センサベースの接続座面
２５ａ、２５ｂ        連通孔
２６ａ、２６ｂ        連通孔
３０                  挿通孔
３１                  導電ランド
３５                  絶縁カバー
４０                  固定部材
５０                  プリント基板
６０                  発熱測定回路
６５                  ブリッジ回路
６６                  定電流源
６７                  増幅器
６８                  ワンチップマイコン
７０                  デジタルインターフェース（外部出力手段）
７１                  アナログインターフェース（外部出力手段）
７２                  表示器（表示手段）
７３                  温度センサ
７６                  定電圧源
ＮＴＣ１、ＮＴＣ２    負特性サーミスタ
Ｒ１、Ｒ２            抵抗器
ＰＴＣ１、ＰＴＣ２    正特性サーミスタ
【図１】
2005172451.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2005172451.tif 000017
【図１６】
2005172451.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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