(57)【要約】【課題】発熱源と温度検出素子を使用して正確に流体の流量を測定することができ、微少量の流量も正確に測定することができる流量計を提供する。【解決手段】発熱源３と、前記発熱源に対して上流側に配置された第１の温度検出素子２と、前記発熱源に対して下流側に配置された第２の温度検出素子４とを備えた流体の通路における流量測定方法であって、前記発熱源を発熱駆動パルスによりパルス状に発熱させる手順と、前記第１の温度検出素子によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、前記第２の温度検出素子によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、前記第１の温度検出素子によって検出した温度上昇の極大値である第１のピーク値と、前記第２の温度検出素子によって検出した温度上昇の極大値である第２のピーク値とにより流体の流量を求める第１の流量演算手順とを有する。【選択図】図１
2005010153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱源（３）と、前記発熱源（３）に対して上流側に配置された第１の温度検出素子（２）と、前記発熱源（３）に対して下流側に配置された第２の温度検出素子（４）とを備えた流体の通路（１１）における流量測定方法であって、
前記発熱源（３）を発熱駆動パルスによりパルス状に発熱させる手順と、
前記第１の温度検出素子（２）によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、
前記第２の温度検出素子（４）によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、
前記第１の温度検出素子（２）によって検出した温度上昇の極大値である第１のピーク値と、前記第２の温度検出素子（４）によって検出した温度上昇の極大値である第２のピーク値とにより流体の流量を求める第１の流量演算手順とを有する流量測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載した流量測定方法であって、
前記第１の流量演算手順は、前記第１のピーク値と前記第２のピーク値との比により流体の流量を求めるものである流量測定方法。
【請求項３】
請求項１，２のいずれか１項に記載した流量測定方法であって、
前記第１の温度検出素子（２）および前記第２の温度検出素子（４）は、前記通路（１１）の流れ方向において前記発熱源（３）から等距離の位置に配置されたものである流量測定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載した流量測定方法であって、
前記発熱駆動パルスの印加時刻と前記第２のピーク値を検出した時刻との時間差により流体の流量を求める第２の流量演算手順と、
前記第１の流量演算手順および前記第２の流量演算手順を使用して測定結果としての流量を求める手順とを有する流量測定方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載した流量測定方法であって、
前記通路（１１）の前記発熱源（３）よりも下流側には、第３の温度検出素子（５）が配置されており、
前記第３の温度検出素子（５）によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、
前記第２のピーク値を検出した時刻と、前記第３の温度検出素子（５）によって検出した温度上昇の極大値である前記第３のピーク値を検出した時刻との時間差により流体の流量を求める第２の流量演算手順と、
前記第１の流量演算手順および前記第２の流量演算手順を使用して測定結果としての流量を求める手順とを有する流量測定方法。
【請求項６】
請求項４，５のいずれか１項に記載した流量測定方法であって、
前記測定結果としての流量を求める手順は、前記第１の流量演算手順と前記第２の流量演算手順を流量の範囲に応じて切り換えて適用するものである流量測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載した流量測定方法であって、
前記第１の流量演算手順と前記第２の流量演算手順のそれぞれの適用範囲は、前記第１の流量演算手順の適用範囲の方が、前記第２の流量演算手順の適用範囲に比較して、流量の小さい範囲である流量測定方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載した流量測定方法であって、
前記発熱駆動パルスは、立ち上がり部分の傾斜が立ち下がり部分の傾斜より緩やかな波形である流量測定方法。
【請求項９】
流体が流通可能な通路（１１）と、
前記通路（１１）の近傍に配置された発熱源（３）と、
前記発熱源（３）よりも上流側の前記通路（１１）の近傍に配置された第１の温度検出素子（２）と、
前記発熱源（３）よりも下流側の前記通路（１１）の近傍に配置された第２の温度検出素子（４）と、
前記発熱源（３）をパルス状に発熱させるとともに、前記第１の温度検出素子（２）および前記第２の温度検出素子（４）によって流体の温度を検出し、流体の温度変化に関する情報により前記通路（１１）を流れる流体の流量を求める制御演算部（９）とを有し、
前記制御演算部（９）は、
前記発熱源（３）を発熱駆動パルスによりパルス状に発熱させる手順と、
前記第１の温度検出素子（２）によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、
前記第２の温度検出素子（４）によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、
前記第１の温度検出素子（２）によって検出した温度上昇の極大値である第１のピーク値と、前記第２の温度検出素子（４）によって検出した温度上昇の極大値である第２のピーク値とにより流体の流量を求める第１の流量演算手順とを実行するものである流量測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載した流量測定装置であって、
前記第１の流量演算手順は、前記第１のピーク値と前記第２のピーク値との比により流体の流量を求めるものである流量測定装置。
【請求項１１】
請求項９，１０のいずれか１項に記載した流量測定装置であって、
前記第１の温度検出素子（２）および前記第２の温度検出素子（４）は、前記通路（１１）の流れ方向において前記発熱源（３）から等距離の位置に配置されたものである流量測定装置。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載した流量測定装置であって、
前記制御演算部（９）は、
前記発熱駆動パルスの印加時刻と前記第２のピーク値を検出した時刻との時間差により流体の流量を求める第２の流量演算手順と、
前記第１の流量演算手順および前記第２の流量演算手順を使用して測定結果としての流量を求める手順とを実行するものである流量測定装置。
【請求項１３】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載した流量測定装置であって、
前記発熱源（３）よりも下流側の前記通路（１１）の近傍に配置された第３の温度検出素子（５）を有し、
前記制御演算部（９）は、
前記第３の温度検出素子（５）によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、
前記第２のピーク値を検出した時刻と、前記第３の温度検出素子（５）によって検出した温度上昇の極大値である第３のピーク値を検出した時刻との時間差により流体の流量を求める第２の流量演算手順と、
前記第１の流量演算手順および前記第２の流量演算手順を使用して測定結果としての流量を求める手順とを実行するものである流量測定装置。
【請求項１４】
請求項１２，１３のいずれか１項に記載した流量測定装置であって、
前記測定結果としての流量を求める手順は、前記第１の流量演算手順と前記第２の流量演算手順を流量の範囲に応じて切り換えて適用するものであり、
前記第１の流量演算手順と前記第２の流量演算手順のそれぞれの適用範囲は、前記第１の流量演算手順の適用範囲の方が、前記第２の流量演算手順の適用範囲に比較して、流量の小さい範囲である流量測定装置。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載した流量測定装置であって、
前記通路（１１）の近傍には、前記発熱源（３）に対して上流側に２個の温度検出素子が配置され、前記発熱源（３）に対して下流側に２個の温度検出素子が配置されている流量測定装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載した流量測定装置であって、
４個の前記温度検出素子は、前記通路（１１）の流体の流れ方向において、前記発熱源（３）に対して対称な位置に配置されている流量測定装置。
【請求項１７】
請求項９〜１６のいずれか１項に記載した流量測定装置であって、
前記発熱駆動パルスは、立ち上がり部分の傾斜が立ち下がり部分の傾斜より緩やかな波形である流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通路内を流れる流体の流量を測定するための流量測定方法および装置に関し、詳しくは、発熱源と温度検出素子を使用して正確に流体の流量を測定することができ、微少量の流量も正確に測定することができる流量測定方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の流量計は、機械式、圧力型、超音波型、質量型等の種々の測定原理に基づくものが存在しているが、そのどれもが微少量の流量を正確に測定することには問題があった。すなわち、微少流量においては測定誤差が増大する等により正確な測定が困難であった。また、０．１〜数１０［μＬ／ｍｉｎ］程度の、極めて微少流量の測定においては、前述のような流量計では有効な測定値を得ることすら困難であった。
【０００３】
例えば、１日当たり１ｍＬの微少流量は、０．６９［μＬ／ｍｉｎ］となり、内径０．２ｍｍの断面形状が円形の管中を流れた場合の流速は０．３７［ｍｍ／ｓ］となる。機械的な可動部を流体の流速によって駆動して流速を測定するものでは、このような遅い流速を測定可能な機械的可動部を作成することが極めて困難である。また、通路抵抗やオリフィス等による差圧によって流量を測定するものでは、差圧が小さすぎて測定できない。超音波等を利用して流体の流速を測定するものでは、流速が前述のように極めて小さいために測定できない。同様に、コリオリ式流量計でも流速が極めて小さいために測定できない。
【０００４】
前述のような流量計以外に、微少量の流量も正確に測定することができるものとして、下記の特許文献１のような流量計や、特許文献２のような流量測定方法および装置が公知である。特許文献１には、流体の通路内に発熱源と温度検出素子とを配置し、発熱源をパルス状に発熱させるとともに、温度検出素子によって通過する流体の温度を検出し、発熱源の発熱駆動時刻から温度検出素子によって検出した温度が極大値となる時刻までの時間差により流体の流量を求める流量計が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、流体の通路内に配置された発熱源と、発熱源よりも下流側に配置された第１の温度検出素子および第２の温度検出素子と、発熱源を発熱駆動パルスによりパルス状に発熱させるパルス電源と、流体の流量を求める流量演算部とを有する流量測定方法および装置が記載されている。この流量測定方法および装置では、発熱駆動時刻と、第１の温度検出素子によって検出した流体の温度と第２の温度検出素子によって検出した流体の温度との差が正から負に変わる時刻（ゼロクロス時刻）との間の時間差により流体の流量を求めている。
【特許文献１】特開２００２−２１４０１５号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の流量計や、特許文献２の流量測定方法および装置によれば、通常の場合には微少量の流量も正確に測定することができる。しかし、前述のように流体の流速が極めて遅い場合には、流体の流れによる熱の移動に加えて、管自体や流体の熱伝導によって伝達される熱の影響が現れてくるため、この熱伝導による熱移動成分が測定誤差を大きくするという問題点があった。
【０００７】
また、流体の流速が極めて遅い場合には、加熱された流体が温度検出素子の位置に到達するまでの時間が大きくなり、流体からの放熱量が大きくなって、検出温度の変化が平坦になってしまう。このため、温度がピーク値となる時刻を検出するのが困難になり、検出時刻の誤差が大きくなるという問題点があった。また、２つの温度検出素子の検出温度の差のゼロクロス時刻の場合も、流体の流速が極めて小さいときに誤差が増加する傾向にある。
【０００８】
そこで、本発明は、発熱源と温度検出素子を使用して正確に流体の流量を測定することができ、流体の流速が極めて遅い場合にも、流体の流量を正確に測定することができる流量測定方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の流量測定方法は、発熱源と、前記発熱源に対して上流側に配置された第１の温度検出素子と、前記発熱源に対して下流側に配置された第２の温度検出素子とを備えた流体の通路における流量測定方法であって、前記発熱源を発熱駆動パルスによりパルス状に発熱させる手順と、前記第１の温度検出素子によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、前記第２の温度検出素子によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、前記第１の温度検出素子によって検出した温度上昇の極大値である第１のピーク値と、前記第２の温度検出素子によって検出した温度上昇の極大値である第２のピーク値とにより流体の流量を求める第１の流量演算手順とを有するものである。
【００１０】
また、上記の流量測定方法において、前記第１の流量演算手順は、前記第１のピーク値と前記第２のピーク値との比により流体の流量を求めるものであることが好ましい。
【００１１】
また、上記の流量測定方法において、前記第１の温度検出素子および前記第２の温度検出素子は、前記通路の流れ方向において前記発熱源から等距離の位置に配置されたものであることが好ましい。
【００１２】
また、上記の流量測定方法において、前記発熱駆動パルスの印加時刻と前記第２のピーク値を検出した時刻との時間差により流体の流量を求める第２の流量演算手順と、前記第１の流量演算手順および前記第２の流量演算手順を使用して測定結果としての流量を求める手順とを有するものとすることができる。
【００１３】
また、上記の流量測定方法において、前記通路の前記発熱源よりも下流側には、第３の温度検出素子が配置されており、前記第３の温度検出素子によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、前記第２のピーク値を検出した時刻と、前記第３の温度検出素子によって検出した温度上昇の極大値である前記第３のピーク値を検出した時刻との時間差により流体の流量を求める第２の流量演算手順と、前記第１の流量演算手順および前記第２の流量演算手順を使用して測定結果としての流量を求める手順とを有するものとすることができる。
【００１４】
また、上記の流量測定方法において、前記測定結果としての流量を求める手順としては、前記第１の流量演算手順と前記第２の流量演算手順を流量の範囲に応じて切り換えて適用することができる。この場合、前記第１の流量演算手順と前記第２の流量演算手順のそれぞれの適用範囲は、前記第１の流量演算手順の適用範囲の方が、前記第２の流量演算手順の適用範囲に比較して、流量の小さい範囲であることが好ましい。
【００１５】
また、上記の流量測定方法において、前記発熱駆動パルスは、立ち上がり部分の傾斜が立ち下がり部分の傾斜より緩やかな波形であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の流量測定装置は、流体が流通可能な通路と、前記通路の近傍に配置された発熱源と、前記発熱源よりも上流側の前記通路の近傍に配置された第１の温度検出素子と、前記発熱源よりも下流側の前記通路の近傍に配置された第２の温度検出素子と、前記発熱源をパルス状に発熱させるとともに、前記第１の温度検出素子および前記第２の温度検出素子によって流体の温度を検出し、流体の温度変化に関する情報により前記通路を流れる流体の流量を求める制御演算部とを有する。そして、前記制御演算部は、前記発熱源を発熱駆動パルスによりパルス状に発熱させる手順と、前記第１の温度検出素子によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、前記第２の温度検出素子によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、前記第１の温度検出素子によって検出した温度上昇の極大値である第１のピーク値と、前記第２の温度検出素子によって検出した温度上昇の極大値である第２のピーク値とにより流体の流量を求める第１の流量演算手順とを実行するものである。
【００１７】
また、上記の流量測定装置において、前記第１の流量演算手順は、前記第１のピーク値と前記第２のピーク値との比により流体の流量を求めるものであることが好ましい。
【００１８】
また、上記の流量測定装置において、前記第１の温度検出素子および前記第２の温度検出素子は、前記通路の流れ方向において前記発熱源から等距離の位置に配置されたものであることが好ましい。
【００１９】
また、上記の流量測定装置において、前記制御演算部は、前記発熱駆動パルスの印加時刻と前記第２のピーク値を検出した時刻との時間差により流体の流量を求める第２の流量演算手順と、前記第１の流量演算手順および前記第２の流量演算手順を使用して測定結果としての流量を求める手順とを実行するものとすることができる。
【００２０】
また、上記の流量測定装置において、前記発熱源よりも下流側の前記通路の近傍に配置された第３の温度検出素子を有し、前記制御演算部は、前記第３の温度検出素子によって、前記発熱駆動パルスによる流体の温度上昇を検出する手順と、前記第２のピーク値を検出した時刻と、前記第３の温度検出素子によって検出した温度上昇の極大値である第３のピーク値を検出した時刻との時間差により流体の流量を求める第２の流量演算手順と、前記第１の流量演算手順および前記第２の流量演算手順を使用して測定結果としての流量を求める手順とを実行するものとすることができる。
【００２１】
また、上記の流量測定装置において、前記測定結果としての流量を求める手順としては、前記第１の流量演算手順と前記第２の流量演算手順を流量の範囲に応じて切り換えて適用するものとすることができる。その場合、前記第１の流量演算手順と前記第２の流量演算手順のそれぞれの適用範囲は、前記第１の流量演算手順の適用範囲の方が、前記第２の流量演算手順の適用範囲に比較して、流量の小さい範囲であることが好ましい。
【００２２】
また、上記の流量測定装置において、前記通路の近傍には、前記発熱源に対して上流側に２個の温度検出素子が配置され、前記発熱源に対して下流側に２個の温度検出素子が配置されていることが好ましい。
【００２３】
また、上記の流量測定装置において、４個の前記温度検出素子は、前記通路の流体の流れ方向において、前記発熱源に対して対称な位置に配置されていることが好ましい。
【００２４】
また、上記の流量測定装置において、前記発熱駆動パルスは、立ち上がり部分の傾斜が立ち下がり部分の傾斜より緩やかな波形であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００２６】
流体にパルス状の加熱を行い、通路上の２点における流体の温度上昇のピーク値から流量を演算するようにしたので、極微少流量の領域でも高精度に流量の測定を行うことができる。例えば、１日当たり１ｍＬというような極めて微少流量の測定も正確に行うことができる。流体に対する加熱は、パルス状の発熱であるため流体に対して熱影響が小さく、流体を熱によって変質させることがない。また、流量測定のための消費電力を低減させることができ、電池駆動の機器においても電池を電源として長時間の流量測定を行うことが可能となる。また、流体を加熱してから熱的な定常状態に達するまで待つことなく、流量の測定を行うことができるため、流体の流量をリアルタイムで高精度に測定することができる。このため、体内埋込型の人工臓器における注入薬剤等の流量モニタとして使用することも可能である。
【００２７】
流体の温度上昇のピーク値の比から流量を演算するようにしたので、簡素な演算により極微少流量の領域の流量の測定を高精度に行うことができる。このため、流量を演算するために必要な演算時間等も小さく、リアルタイムでの測定が可能である。
【００２８】
第１の温度検出素子と第２の温度検出素子が通路の流れ方向において発熱源から等距離の位置に配置されているので、温度上昇のピーク値の比や差をとることにより、通路の側壁等により伝達される熱の影響をなくすことができ、高精度の流量測定が可能となる。
【００２９】
流体にパルス状の加熱を行い、流体の下流側で温度が極大値となる時刻の時間差を測定するので、流体の速度が微小であっても正確に測定することができ、微少量の流量も正確に測定することができる。この時間差による流量の演算は、微少流量の中でも比較的流量の大きい範囲で安定した結果が得られ、流体の温度や外部環境の温度等の影響を受けにくい安定した測定結果を得ることができる。
【００３０】
流量の大小の範囲に応じて第１の流量演算手順と第２の流量演算手順とを切り換えて適用するようにしたので、広範囲の流量範囲において誤差の少ない最適な演算方法を使用して高精度でかつ安定した測定結果を得ることができる。
【００３１】
発熱源に対して上流側に２個の温度検出素子と下流側に２個の温度検出素子が配置されているので、流れの方向が通路のどちら方向でも温度検出素子による温度検出結果を使用して流体の流量を演算することができる。また、流体の流れの方向も検出することができる。
【００３２】
４個の温度検出素子が、通路の流体の流れ方向において、発熱源に対して対称な位置に配置されているので、流れの方向が通路のどちら方向でも同条件で流量測定を行うことができる。また、ピークの比をとるサーミスタを流速や流体の熱伝導条件に応じて適宜変更することができる。このため、測定条件に応じて種々の設定変更を行うことができ、設定自由度が高く測定可能範囲の広い流量測定を行うことが可能となる。
【００３３】
発熱源に印加する発熱駆動パルスを立ち上がり部分の傾斜が立ち下がり部分の傾斜よりも緩やかな波形としたので、発熱源の素子に与える駆動開始時の電気的衝撃が小さくなり、発熱源素子の寿命を延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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、本発明の流量測定装置の全体構成を示す図である。流量センサ部１０は流量を検出するセンサであり、流量センサ部１０の内部には測定対象の流体が流通する直線状の通路１１が設けられている。図１では、流量センサ部１０はその通路１１の流体流れ方向に平行な断面で表されている。この流量センサ部１０は、通路１１内を流通する流体の流量（流速）を検出する。
【００３５】
流量センサ部１０には、通路１１の流れ方向に沿って、通路１１の近傍位置に、サーミスタ１〜５が順番に配置されている。中央のサーミスタ３は、流体を加熱するための発熱源として使用される。サーミスタ３に対して流れの上流側および下流側に配置されたサーミスタ１，２，４，５は、流体の温度を検出するための温度検出素子として使用される。流量センサ部１０の本体材料はガラスやプラスチック等が使用できる。本体材料としては、なるべく熱拡散率が小さく熱伝導の少ない物質が好ましい。
【００３６】
通路１１は断面形状が長方形に形成されており、平面状の４つの側壁に囲まれている。この４つの側壁の１つに平面状の薄膜サーミスタであるサーミスタ１〜５が配置されている。ここでは、サーミスタ１〜５は一定の距離を隔てて等間隔（例えば、０．５ｍｍピッチ）に配置されている。サーミスタ１〜５は必ずしも等間隔で配置されている必要はないが、流れ方向において中央のサーミスタ３に対して対称的に他のサーミスタが配置されていることが望ましい。そのような配置であれば、図１の矢印方向の流れであっても、その逆方向の流れであっても同等の条件で測定することができる。
【００３７】
サーミスタ１〜５は、図示のように側壁の表面と同一平面をなすように配置すれば流れを妨げることがない。ただし、サーミスタ１〜５の表面が通路１１内に所定量突出するような配置でもよく、逆にサーミスタ１〜５の表面が通路１１の側壁内に所定量引っ込むように配置されていてもよい。さらに、サーミスタ１〜５が通路内に支持体によって支持され、サーミスタ１〜５が流体内に位置するよな配置でもよい。本発明において、通路１１の近傍とは上記のような配置をすべて含むものである。
【００３８】
なお、温度検出素子としてのサーミスタは、必ずしも４個配置する必要はなく、上流側に１個（サーミスタ１またはサーミスタ２）および下流側に２個（サーミスタ４，５）配置するようにしてもよい。また、上流側に１個および下流側に１個配置するようにしてもよい。上流側に１個、下流側に１個の場合には、サーミスタ２，４の位置、または、サーミスタ１，５の位置に配置して、発熱源に対して対称的な配置とすることが望ましい。
【００３９】
なお、図１ではサーミスタ１〜５を同一の側壁に配置しているが、それぞれのサーミスタを異なる側壁に配置してもよい。例えば、発熱源と温度検出素子とを対向する反対側の側壁に配置してもよい。また、サーミスタ１〜５を交互に反対側の側壁に配置してもよい。さらに、発熱源および温度検出素子のいずれか一方または両方を、対向する両側の側壁に配置してもよいし、流路の全周を取り囲むように配置してもよい。
【００４０】
図１のようにサーミスタ１〜５が同一の側壁に配置されている場合には、製造工程が比較的簡易となり製作が容易であるため製造コストを低減することができる。また、流量センサ部の製造品質の均質性を向上させることができる。なお、流体が導電性を有する場合は、サーミスタ１〜５の流体側の表面を電気絶縁膜で覆う必要がある。この電気絶縁膜は熱伝導性の良好なものが望ましい。
【００４１】
また、発熱源から流体への熱伝導を効率的に行うためには、発熱源が配置された側壁の表面に直交する方向（図１では上下方向）の通路１１の寸法を小さくすることが有効である。また、測定対象の流体の流れは乱流でも測定可能であるが、流れが層流であればより安定した流量測定を行うことができる。したがって、流体の流れは層流であることが望ましい。流体の流れを層流とするためには、通路１１の上下方向寸法（深さ）を小さくすることが有効である。
【００４２】
通路寸法の一例としては、通路１１の深さ（図１の上下方向寸法）を３６μｍ、通路１１の幅（図１の紙面垂直方向寸法）を５００μｍとしたものがあげられる。このように、流路幅に比較して流路深さを小さくすることにより、流体の流れを層流とすることができる。また、発熱源を幅広の壁面に配置した場合の発熱源から流体への熱伝導の効率を向上させることができる。
【００４３】
中央のサーミスタ３は、駆動検出部６内の発熱駆動部６１に接続されている。そして、発熱駆動部６１からサーミスタ３にパルス状の駆動電流である発熱駆動パルスを供給し、サーミスタ３にパルス状の発熱を行わせる。発熱駆動パルスのパルス幅は１００ｍｓｅｃ以下でも充分に流量測定が可能である。その発熱が通路１１内を流れる流体に伝達され、流体には所定のパターンの温度上昇が生じる。その流体の温度上昇をサーミスタ１，２，４，５によって検出し、その温度上昇パターンから流体の流量を求めるのである。
【００４４】
なお、ここでは発熱源としてサーミスタ３を使用しているが、発熱源として通常の発熱用抵抗体を使用することもでき、また、発熱源として抵抗体以外の発熱素子を使用することもできる。ただし、発熱源としてはサーミスタ素子を使用することが好ましく、サーミスタ素子の場合には、発熱源の温度の監視を容易に行うことができる。
【００４５】
サーミスタ１，２，４，５は駆動検出部６内の温度検出部６２に接続されている。温度検出部６２では、サーミスタ１，２，４，５のそれぞれの抵抗値からそれぞれの位置における流体の温度を検出することができる。駆動検出部６の発熱駆動部６１および温度検出部６２は、制御演算部９に接続されている。制御演算部９は、発熱駆動部６１に発熱駆動のための制御信号を送るとともに、温度検出部６２から検出信号を入力して、その検出信号により通路１１内を流れる流体の流量を求める。
【００４６】
制御演算部９には、表示部７および入力部８が接続されている。入力部８は、操作者が測定開始の指示や、通路１１の断面積等の流量の演算に必要なデータの入力を行うために使用される。表示部７には文字および画像を表示することができ、この表示部７に流量の測定データが数値やグラフ等によって表示される。
【００４７】
次に、本発明による流量測定の測定原理を図２から図４によって説明する。図２は、流量センサ部１０の駆動電流波形および検出温度波形を示す図である。図２（ａ）に示すように、サーミスタ３には発熱駆動部６１からパルス状の駆動電流（発熱駆動パルス）を供給しパルス状の発熱を行わせる。図示のように、駆動電流の終了時刻をＴ０とする。
【００４８】
測定対象の流体は通路１１内を図１の矢印方向に速度Ｖで流れているものとする。このとき、サーミスタ３の温度は図２（ｂ）に示すように変化する。また、サーミスタ３の下流側のサーミスタ４によって検出される流体の温度ｄ１は図２（ｃ）に示すように変化する。すなわち、温度ｄ１は時刻Ｔ１において温度上昇の極大値であるピーク値ｐ１を示す。そして、さらに下流側のサーミスタ５によって検出される流体の温度ｄ２は図２（ｄ）に示すように変化する。すなわち、温度ｄ２は時刻Ｔ２において温度上昇の極大値であるピーク値ｐ２を示す。
【００４９】
ここで、駆動電流の終了時刻Ｔ０から、サーミスタ４によって検出される流体の温度ｄ１がピーク値ｐ１を示す時刻Ｔ１までの時間差ｔ１は、流体の流れの速度Ｖに対応して変化する。また、駆動電流の終了時刻Ｔ０から、サーミスタ５によって検出される流体の温度ｄ２がピーク値ｐ２を示す時刻Ｔ２までの時間差ｔ２も、同様に流体の流れの速度Ｖに対応して変化する。そして、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間差Δｔ（＝Ｔ２−Ｔ１＝ｔ２−ｔ１）も、同様に流体の流れの速度Ｖに対応して変化する。
【００５０】
このように、時間差Δｔが流体の速度Ｖに対応して変化するため、この時間差Δｔを検出することにより流体の速度を求めることができる。流体の速度Ｖと時間差Δｔとの関係をあらかじめ実験により測定しておいてもよいし、これらの関係を計算式によって導出してもよい。例えば、流体の速度Ｖと熱の伝搬速度との和が、サーミスタ４とサーミスタ５との間のピーク値の伝搬速度として検出されると考えて、それから速度Ｖを求めるようにしてもよい。そして、流量センサ部１０の通路１１の断面積は既知であるから、流体の流速から流量を計算することができる。
【００５１】
このように、流体の下流側温度が極大値となる時間差を測定するので、２点における温度上昇が極大値となる時刻が正確に測定できれば、微少量の流量も正確に測定することができる。なお、微少流量においては、微少時間差に対する温度測定値の変化から温度傾斜を求め、この温度傾斜が正から負に変わる時刻を求めることにより最大温度点の時刻を決定できる。
【００５２】
なお、時間差ｔ１または時間差ｔ２からでも流体の流量を求めることができるが、時間差Δｔから流体の流量を求めるようにすることが好ましい。時間差Δｔによって流量を求める場合には、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２との時間差を取ることにより、サーミスタ３から流体への熱伝達の時間遅れや加熱後の流体からの熱拡散による影響を相殺することができるため、測定精度を向上させることができる。
【００５３】
また、時間差ｔ１から流量を求める場合には、発熱駆動パルスの印加終了時刻Ｔ０とサーミスタ４による検出値がピーク値ｐ１を示す時刻Ｔ１との時間差を求めるが、印加終了時刻に代えて印加開始時刻やパルス印加中心時刻等の他の印加時刻を利用することもできる。さらに、時間差ｔ１を求める別の方法として、発熱駆動パルスの印加終了後、直ちにサーミスタ３を温度検出用に切り換えて温度上昇のピーク値を求め、そのピーク値を示す時刻と下流側のピーク値時刻Ｔ１との時間差を求めてもよい。時間差ｔ２についても同様である。
【００５４】
図３は、実際に流量センサ部１０に流体を流して時間差Δｔを測定した結果を示すものである。流体としては超純水を使用し、流量センサ部１０の通路１１は断面が５００μｍ×３６μｍの長方形状のものであり、サーミスタ１〜５は０．５ｍｍピッチの等間隔に配置されている。サーミスタ３にパルス幅４０ｍｓｅｃのパルス駆動電流を供給しパルス状の発熱を行わせた。そのときの、サーミスタ４によって検出した流体の温度ｄ１がピーク値ｐ１を示す時刻Ｔ１と、サーミスタ５によって検出した流体の温度ｄ２がピーク値ｐ２を示す時刻Ｔ２との時間差Δｔを測定したものである。図３のグラフの横軸は流体の流量であり、縦軸は時間差Δｔを示している。
【００５５】
図３のグラフ中の黒点が実際の測定値を示している。実線は測定値と近似するように選ばれた近似曲線である。この近似曲線は、実際の測定値との誤差が最小となるような直線の各係数を最小二乗法等により決定したものである。図示のように、流量がほぼ５［μＬ／ｍｉｎ］以上においては、測定値は近似曲線とほぼ一致している。しかし、流量が５［μＬ／ｍｉｎ］より小さい領域では、測定値と近似曲線との差が大きくなっている。また、測定値そのものも大きなばらつきを示している。
【００５６】
この理由を以下に説明する。流量が極微少になってくると、流速も非常に小さくなるため、図２（ｃ），（ｄ）で示す、時間差ｔ１，ｔ２が大きくなり、ピーク値ｐ１，ｐ２は小さくなってくる。すなわち、サーミスタ４によって検出する温度ｄ１の測定曲線と、サーミスタ５によって検出する温度ｄ２の測定曲線が、広がりの大きな平坦な曲線になってしまう。したがって、ピーク値ｐ１を示す時刻Ｔ１と、ピーク値ｐ２を示す時刻Ｔ２を求めることが難しくなり、これらの時刻を測定する際の誤差が増加してしまうのである。そのために、図３に示すような測定値のばらつきを生じてしまうという問題点がある。
【００５７】
そこで本発明では、このような問題点を解決し、流量が極微少の領域でも高精度の流量測定を可能とするために、ピーク値ｐ１を示す時刻Ｔ１とピーク値ｐ２を示す時刻Ｔ２を測定するのではなく、ピーク値ｐ１およびピーク値ｐ２の値そのものから流量を求めるようにしたものである。また、本発明のようにピーク値ｐ１およびピーク値ｐ２の値そのものから流量を求めることにより、通路の側壁等による熱伝導が無視できない場合でも、高精度の流量測定を行うことができる。このため、通路の側壁等の熱絶縁性が比較的小さい場合でも、本発明により高精度の流量測定を行うことができる。
【００５８】
図２（ｃ），（ｄ）で示すように、サーミスタ４，５で検出された流体の温度上昇は、それぞれピーク値ｐ１，ｐ２を示すものとなる。このピーク値ｐ１，ｐ２の値は、流体の流量に対応して変化する。また、ピーク値ｐ１とピーク値ｐ２の比をとると、この比も流体の流量に対応して変化する。また、図２においてピーク値ｐ１，ｐ２は、サーミスタ４，５で検出されたものであるが、温度検出素子は、発熱源の上流側と下流側に別れて配置されていてもよい。発熱源の上流側と下流側の温度検出素子によって検出された温度上昇のピーク値の比をとっても、同様にこの比は流体の流量に対応して変化するものとなる。
【００５９】
図４は、実際に流量センサ部１０に流体を流して温度上昇のピーク値の比を測定した結果を示すものである。各種測定条件は、図３において説明したものと同じである。ただし、温度上昇のピーク値は、サーミスタ２で検出したピーク値ｑ１とサーミスタ４で検出したピーク値ｑ２を測定している。そして、これらのピーク値の比（ｑ２／ｑ１）を温度ピーク比として、図４のグラフの縦軸としている。グラフの横軸は流体の流量である。
【００６０】
図４のグラフ中の黒点が実際の測定値を示している。実線は測定値と近似するように選ばれた近似曲線（以下、検量線という）である。この検量線は、実際の測定値との誤差が最小となるような二次曲線（放物線）の各係数を最小二乗法等により決定したものである。二次曲線の各係数を適宜選択することによって測定値とほぼ一致するものが得られる。流量が図示の領域の範囲では、測定値は検量線とほぼ一致している。この測定結果から、２個所の温度検出素子によって測定した温度上昇のピーク値の比を求めれば、その比から流体の流量を求めることが可能であることが分かる。
【００６１】
なお、図４の検量線は例えば最小二乗法を使用して求めることができるが、最小二乗法に限定されることはなく、それ以外の任意の関数近似の方法によっても求めることができる。
【００６２】
図４に示すような結果をふまえ、本発明では、発熱源であるサーミスタ３にパルス状の発熱を行わせ、サーミスタ２とサーミスタ４で検出した温度上昇のピーク値の比を検出して、その比の値から流体の流量を求めるようにしたものである。なお、サーミスタ１とサーミスタ５によって検出した温度上昇のピーク値の比から流体の流量を求めることもできる。
【００６３】
これらの温度上昇のピーク値は、温度の測定曲線が平坦なものであっても高精度に求めることができる。したがって、流量が５［μＬ／ｍｉｎ］より小さいような極微少流量の領域であっても、測定誤差の小さな高精度の測定結果を得ることができ、流体の流量を高精度に求めることが可能となる。
【００６４】
図５は、本発明の流量測定装置により流量測定を行っている状態を示す図である。測定対象の流体が流通する配管等の流通路１２，１２の間に流量センサ部１０を配置して取り付ける。流量センサ部１０の通路１１と流通路１２とは、漏れのないように接続される。流量センサ部１０は駆動検出部６に接続され、駆動検出部６は制御演算部９に接続されている。制御演算部９はコンピュータによって構成されており、この制御演算部９によって前述のような温度上昇のピーク値の比と時間差Δｔが検出され流体の流量が求められる。制御演算部９には、表示部７および入力部８が接続されている。
【００６５】
図６は、制御演算部９の構成を示すブロック図である。制御演算部９には、種々のデータ処理を行うためのＣＰＵ９０が設けられており、ＣＰＵ９０にはバス９１を介してＲＯＭやＲＡＭ等からなるメモリ９２が接続されている。ＣＰＵ９０は、メモリ９２に記憶されているプログラムおよびデータに従って動作する。メモリ９２には、基本プログラムであるＯＳ（オペレーティング・システム）や、サーミスタ１，２，４，５によって検出される流体の温度上昇によって流体の流量を演算する流量演算プログラム９２１や、流量センサ部１０のサーミスタ３の加熱制御やサーミスタ１，２，４，５による温度検出値の読み取り制御を行う測定制御プログラム９２２や、表示部７に対して文字や画像の表示を行う表示制御プログラム等が記憶されている。
【００６６】
また、メモリ９２には、流体の速度Ｖと時間差Δｔとの関係を示すデータや、流体の速度Ｖと温度上昇のピーク値の比との関係を示すデータ、通路１１の断面積のデータ等も記憶されている。さらに、制御演算部９には、固定ディスク装置９３が設けられている。固定ディスク装置９３には、メモリ９２にロードするための各種プログラムおよびデータ、時系列に沿った流量の測定データ等が記憶されている。
【００６７】
また、制御演算部９には、文字および画像を表示する表示部７がインターフェース回路９４を介して接続されているとともに、操作者がデータ等を入力するための入力部８がインターフェース回路９５を介して接続されている。表示部７としてはＣＲＴや液晶表示板等が使用でき、入力部８としてはキーボードやポインティングディバイス等が使用できる。表示部７には、流量の測定データが数値やグラフ等によって表示される。入力部８は、通路１１の断面積等の流量の演算に必要なデータの入力に使用される。
【００６８】
さらに、制御演算部９には、現在の時刻データを常に更新して保持する時計回路または時間差の測定が可能なタイマー回路等のクロック回路９６が接続されている。このクロック回路９６により時間差Δｔ等が測定できる。また、制御演算部９には、インターフェース回路９７を介して駆動検出部６（図１参照）および流量センサ部１０が接続されている。駆動検出部６には、流量センサ部１０のサーミスタ３への加熱電流を供給する発熱駆動部６１やサーミスタ１，２，４，５によって温度を検出する温度検出部６２が含まれている。
【００６９】
発熱駆動部６１から、サーミスタ３に一定時間ごとにパルス電流を供給し、パルス状の発熱を行わせる。また、サーミスタ１，２，４，５に抵抗値検出用の電流を流して流体の温度を検出する。制御演算部９は、それぞれのサーミスタに対して、流体の温度上昇のピーク値（極大値）と、温度上昇がピーク値を示す時刻を測定する。そして、前述のような温度上昇のピーク値の比と時間差Δｔとを求め、それらの測定値から、流量演算プログラム９２１によって流体の速度Ｖおよび流量を演算する。このようにして、通路１１を通過する流体の流量を一定時間ごとに連続して測定することができる。
【００７０】
流量センサ部１０には、温度検出素子としてのサーミスタ１，２，４，５が発熱源であるサーミスタ３に対して対称的に配置されている。すなわち、サーミスタ１〜５が通路１１に沿って流れ方向に等間隔に配置されている。このため、流れの方向が図１の矢印方向とは逆になったとしても、サーミスタ１，２，４，５による温度検出結果を使用して流体の流量を演算することができる。また、流体の流れの方向も検出することができる。したがって、流れ方向が一時的に逆方向となる流れ（例えば、脈動のある流れ）でも、順方向流量と逆方向流量を方向を考慮して積算することにより、総合的な吐出流量を測定することができる。
【００７１】
なお、脈動のある流れにおいて流量を正確に測定するためには、発熱源および温度検出素子としてのサーミスタ１〜５の流れ方向の間隔が一定ピッチ以下である必要がある。例えば、通路１１の断面が５００μｍ×３６μｍの長方形形状の場合、１周期で吐出される体積が０．１μＬの脈動流を正確に測定するためにはサーミスタ１〜５の流れ方向のピッチを１．８５ｍｍ以下とする必要がある。ただし、これは流量測定のサンプリング周波数を脈動周波数の１０倍とした場合のピッチの数値例である。さらに小さい１周期吐出体積の脈動流を測定する場合には、その体積に比例したさらに小さいピッチ以下に配置する必要がある。
【００７２】
さらに、流量センサ部１０のサーミスタ１〜５は、全て同等の素子であるので、どのサーミスタも発熱源として使用することができ、また、どのサーミスタも温度検出素子として使用することができる。したがって、場合によっては、中央位置でないサーミスタを発熱源として測定することも可能である。このため、測定条件に応じて種々の設定変更を行うことができ、自由度の高い流量測定を行うことが可能となる。
【００７３】
なお、流量センサ部としては、上記の構成以外のものでもよい。すなわち、温度検出素子が発熱源に対して対称的に配置されていなくてもよいし、等間隔に配置されていなくてもよい。また、発熱源および温度検出素子が全て同等の素子でなくてもよい。
【００７４】
図７は、流量演算プログラム９２１および測定制御プログラム９２２の処理内容を示すフローチャートである。なお、図７では測定動作の全体の見通しをよくするために、これらのプログラムの処理内容を合わせて、１つのフローチャートで表示している。
【００７５】
測定動作を開始すると、まず、手順１００において加熱前の流体の温度をサーミスタ１，２，４，５により検出する。すなわち、サーミスタ１，２，４，５に抵抗値検出用の電流を流して、それぞれの抵抗値によりそれぞれの位置における流体の温度を検出する。次に、手順１０１において発熱駆動部６１からサーミスタ３へパルス状の加熱電流を供給し、サーミスタ３にパルス状の発熱を行わせる。次に、手順１０２では、サーミスタ１，２，４，５に抵抗値検出用の電流を流して、それぞれの位置における流体の温度上昇を検出する。次に、手順１０３では、発熱源（サーミスタ３）の上流側および下流側にあるサーミスタ２，４における温度上昇のピーク値を検出し、これらのピーク値の比を求める。
【００７６】
次に、手順１０４では、サーミスタ４，５において温度上昇がピーク値となったときの時刻を求め、前述の時間差Δｔを求める。次に、手順１０５では、その時間差Δｔが、予め設定してある設定値よりも小さいか否かを判断する。時間差Δｔが設定値よりも小さい場合には、手順１０７に進み、時間差Δｔから流体の流量を演算する。流量の演算は、図３に示すような時間差と流量との関係を記憶しておき、この関係により時間差の測定値に対応する流量を求めればよい。
【００７７】
手順１０５において、時間差Δｔが設定値以上の場合には、手順１０６に進み、温度上昇のピーク値の比から流体の流量を演算する。流量の演算は、図４に示すような温度上昇のピーク値の比と流量との関係を記憶しておき、この関係により温度上昇のピーク値の比の測定値に対応する流量を求めればよい。
【００７８】
手順１０５における設定値は、流量の演算方法として２つの演算方法のどちらを適用するかを切り換えるために予め設定しておくものである。すなわち、流量が例えば５［μＬ／ｍｉｎ］以下というような極微少流量の領域では、時間差Δｔから流量を演算する方法は誤差が大きくなるため使用しない。このような極微少流量の領域では、温度上昇のピーク値の比から流体の流量を演算する方法を使用する。
【００７９】
この設定値は、図３に示すような条件の場合、例えば０．３ｓｅｃを設定することができる。図３では時間差０．３ｓｅｃは、流量では約１０［μＬ／ｍｉｎ］に対応している。この場合、流量が１０［μＬ／ｍｉｎ］以下では温度上昇のピーク値の比から流量を演算し、流量が１０［μＬ／ｍｉｎ］より大きい領域では時間差Δｔから流量を演算することになる。このようにして、流量の範囲に応じて誤差の少ない最適な演算方法を使用することができる。
【００８０】
手順１０６または手順１０７で流量の演算を行った後は、手順１０８で演算結果の出力を行う。すなわち、表示部７に流量の演算結果を数値やグラフ等によって表示する。以上のようにして、１回の測定動作を終了する。このような、測定動作を一定時間ごとに繰り返して行う。
【００８１】
なお、図７のフローチャートでは、流量が１０［μＬ／ｍｉｎ］以下では温度上昇のピーク値の比から流量を演算し、流量が１０［μＬ／ｍｉｎ］より大きい領域では時間差Δｔから流量を演算しているが、必ずしもこれに限定されることはない。それぞれの演算方法を適切な領域で使用すればよい。
【００８２】
また、時間差Δｔから流量を演算することは、流量がある程度以上に大きくなると、時間差Δｔの値そのものが小さくなってしまうので、それによって測定精度が低下する。例えば、図３において、流量が２５［μＬ／ｍｉｎ］程度に大きくなると、ピーク時間差の値が小さくなり過ぎて高精度に測定することが困難になる。なお、この測定可能な流量の上限値はサーミスタ間の間隔に依存する。図３の測定例はサーミスタ間隔が０．５ｍｍの場合である。
【００８３】
これに対して、ピーク値の比から流量を演算した場合、１００［μＬ／ｍｉｎ］でも測定可能であることが確認されている。したがって、流量が２０［μＬ／ｍｉｎ］程度以上では、むしろ、ピーク値の比から流量を演算することが好ましい。このように、それぞれの演算方法を適切な領域で組み合わせて使用することにより、測定可能な流量範囲が大きくなり、測定精度も向上させることができる。
【００８４】
図８は、サーミスタ３に印加する発熱駆動パルスの波形の変形例を示す図である。発熱源であるサーミスタ３には、図８（ａ）に示す矩形波パルスの他、図８（ｂ）〜（ｅ）に示すような種々の波形の発熱駆動パルスを印加してもよく、また、これ以外の任意の波形の発熱駆動パルスを印加してもよい。図８（ｂ）は三角波の発熱駆動パルスであり、駆動電流の立ち上がり部分と立ち下がり部分の傾斜がほぼ等しい。
【００８５】
図８（ｃ）は台形波の発熱駆動パルスであり、駆動電流の立ち上がり部分と立ち下がり部分の傾斜がほぼ等しい。図８（ｄ）は変形台形波の発熱駆動パルスであり、駆動電流の立ち上がり部分の傾斜が立ち下がり部分の傾斜よりも緩やかになっている。図８（ｅ）は曲線山形波形の発熱駆動パルスであり、駆動電流は滑らかな曲線状に変化する。
【００８６】
図８（ｂ）〜（ｅ）に示す波形では、図８（ａ）の矩形波パルスよりも駆動電流の立ち上がり傾斜が緩やかであり、発熱源の素子に与える駆動開始時の電気的衝撃が小さくなる。このため、発熱源素子の寿命を延長することができる。また、パルス幅は短い方が測定周期を短縮できる。したがって、図８（ｄ）に示すような、立ち上がり部分の傾斜が立ち下がり部分の傾斜よりも緩やかな変形台形波や、それと同様の傾斜の変形三角波等が好ましい。
【００８７】
なお、発熱駆動パルスの立ち上がり部分の傾斜は、発熱源素子に与える負荷や測定周期を考慮して最適な傾斜の値を設定することが望ましい。また、図８では、発熱駆動パルスを駆動電流の波形によって示したが、駆動電圧の波形でも同様である。
【００８８】
以上のように、本発明の流量測定方法および装置によれば、流体にパルス状の加熱を行い、通路上の２点における流体の温度上昇のピーク値の比から流量を演算するようにしたので、極微少流量の領域でも高精度に流量の測定を行うことができる。例えば、１日当たり１ｍＬというような極めて微少流量の測定も正確に行うことができる。さらに、流体にパルス状の加熱を行い、流体の下流側で温度が極大値となる時刻の時間差を測定するので、流体の速度が微小であっても正確に測定することができ、微少量の流量も正確に測定することができる。
【００８９】
流体に対する加熱は、パルス状の発熱であるため流体に対して熱影響が小さく、流体を熱によって変質させることがない。また、流量測定のための消費電力を低減させることができ、電池駆動の機器においても電池を電源として長時間の流量測定を行うことが可能となる。また、流体を加熱してから熱的な定常状態に達するまで待つことなく流量の測定を行うことができるため、流体の流量をリアルタイムで高精度に測定することができる。このため、体内埋込型の人工臓器における注入薬剤等の流量モニタとして使用することも可能である。
【００９０】
この他にも、本発明は、携帯型の人工臓器、可搬型の薬液注入機器、携帯型の燃料電池、一般水道用機器、燃焼機器の燃料モニタ等の種々広範囲における流体の流量測定に適用することができる。また、本発明は特に微少流量に適するものであるが、微少流量ではない流量測定にも当然適用することができる。なお、測定流路の流量が大きい場合には、流量が小さいバイパス流路を設けてそのバイパス流路における流量を測定し、全体の流量をモニタすることができる。
【００９１】
なお、以上の実施の形態においては、発熱源としてサーミスタを使用しているが、発熱源としては、通常の発熱用抵抗体を使用することもでき、抵抗体以外の発熱素子（例えば、ペルチェ効果を利用した発熱素子）を使用することもできる。また、この実施の形態では発熱素子からの熱伝導により流体を加熱しているが、赤外線等の輻射線による輻射熱によって流体を加熱してもよい。
【００９２】
また、温度検出素子としても、サーミスタ以外の測温抵抗体、熱電対素子、サーモパイル等を使用することができる。サーミスタの場合は温度感度が高い点が有利であり、測温抵抗体の場合は製造が容易である。サーミスタとしては、複数の金属酸化物の混合体からなるもの以外にも、単体の金属酸化物からなるもの等も利用できる。また、温度検出素子としては、シリコン単結晶等の温度感度を有する全てのものが利用可能である。
【００９３】
また、通路上の２点における流体の温度上昇のピーク値の比と流体の流量との関係は、図４に示すような検量線として表される。この検量線は、測定原理上、加熱前の流体の温度、通路周囲の環境温度（通路部材の温度、周囲の気温等）の影響を受けにくく、高精度の流量測定が可能である。しかし厳密には、本発明における検量線も上記のような流体温度、環境温度等の影響を受けて僅かに変化する。この検量線の変化は、検量線の曲線を表す数式の各係数の変化として現れる。
【００９４】
流量測定の各周期の直前に流体温度、環境温度を測定し、それらの温度に適合する検量線を使用するようにして、流体温度、環境温度の影響を排除し流量測定の精度をさらに向上させることができる。具体的には、予め、種々の流体温度、環境温度に対する検量線（数式の各係数）を実測し記憶しておき、測定直前の温度にしたがって適切な係数を使用するようにする。または、各温度に対する流量の補正量を記憶しておき、測定直前の温度に対応する補正量を加算するようにしてもよい。
【００９５】
なお、測定直前の流体温度の測定には、本発明の温度検出素子をそのまま利用することができる。測定直前の環境温度の測定には、そのための気温センサ等を追加して設け、そのセンサを利用することができる。
【００９６】
また、本発明における検量線は、上記の流体温度、環境温度以外に、周囲からの輻射熱の影響を僅かに受ける。このため、周囲からの輻射線を遮断することにより測定精度を向上させることができる。または、輻射熱の影響を予め実測しておき、上記の温度による補正と同様に測定時に輻射熱の影響を補正するようにしてもよい。
【００９７】
また、通路上の２点における流体の温度上昇のピーク値の比から流量を演算するようにしているが、２点における温度上昇のピーク値の差をとるようにしてもそのピーク値の差から流量を演算することができる。さらに、２点における温度上昇のピーク値にその他の演算を施して、流量と対応関係のある量を求めるようにしてもよい。
【００９８】
また、流量の演算方法を切り換えるために、時間差Δｔを設定値と比較して切り換えるようにしているが、温度上昇のピーク値の比等によって切り換えるようにしてもよい。流量の大小を示す測定値であれば、その測定値によって流量の演算方法を切り換えることができる。
【００９９】
また、流量の大小に応じて流量の演算方法を切り換えるようにしているが、演算方法を切り換えることなく基本的に温度上昇のピーク値の比から流量を演算するようにしてもよい。その場合、流体の温度や外部環境の温度等の影響を受けるおそれがあるので、それらの影響を排除するために時間差Δｔから流量を演算した結果を利用してキャリブレーションを行うことができる。時間差Δｔは流体の温度や外部環境の温度等の影響を受けにくいからである。例えば、一定の時間周期で時間差Δｔから流量を演算し、その演算結果と一致するようにピーク値の比と流量との間の関係を示す関数の諸定数等を変更することにより、キャリブレーションを行うことができる。
【０１００】
なお、このようなキャリブレーションは、できれば時間差Δｔによる流量の演算結果が高精度に求まる流量の範囲で行うことが好ましい。例えば、図３の測定例（サーミスタ間隔が０．５ｍｍ）の場合は、流量が１０〜２０［μＬ／ｍｉｎ］の範囲で、時間差Δｔから流量を高精度に演算することができる。したがって、この流量範囲の流体を流した状態で、時間差Δｔから流量を演算し、その演算結果と一致するようにピーク値の比と流量との間の関係を示す関数の諸定数等を変更すればよい。
【０１０１】
このようなキャリブレーションにより、流体の温度や外部環境の温度等の影響を排除することができる。それに加えて、流体の比熱、粘度等による影響も排除することができる。さらに、各サーミスタの流体側の表面に電気絶縁膜が形成されている場合は、その電気絶縁膜の影響も排除することができる。なお、このようなキャリブレーションを行った場合は、本発明により測定される流量は体積流量となる。
【０１０２】
なお、以上に開示された実施の形態およびその変形例は単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明により、発熱源と温度検出素子を使用して正確に流体の流量を測定することができ、流体の流速が極めて遅い場合のような微少量の流量もリアルタイムで高精度に測定することができる。このため、本発明を体内埋込型の人工臓器における注入薬剤等の流量モニタを初めとして、携帯型の人工臓器、可搬型の薬液注入機器、携帯型の燃料電池、一般水道用機器、燃焼機器の燃料モニタ等の種々広範囲における流体の流量測定に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の流量測定装置の全体構成を示す図である。
【図２】流量センサ部の駆動電流波形および検出温度波形を示す図である。
【図３】流量センサ部により温度上昇ピーク値の時間差を測定した結果を示す図である。
【図４】流量センサ部により温度上昇ピーク値の比を測定した結果を示す図である。
【図５】本発明の流量測定装置の流量測定時の状態を示す図である。
【図６】流量演算部の構成を示すブロック図である。
【図７】流量演算プログラムおよび測定制御プログラムの処理内容を示すフローチャートである。
【図８】発熱源に印加する発熱駆動パルスの波形の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１〜５…サーミスタ
６…駆動検出部
７…表示部
８…入力部
９…制御演算部
１０…流量センサ部
１１…通路
１２…流通路
６１…発熱駆動部
６２…温度検出部
９０…ＣＰＵ
９１…バス
９２…メモリ
９３…固定ディスク装置
９６…クロック回路
９７…インターフェース回路
【図１】
2005010153.tif 000003
【図２】
2005010153.tif 000004
【図３】
2005010153.tif 000005
【図４】
2005010153.tif 000006
【図５】
2005010153.tif 000007
【図６】
2005010153.tif 000008
【図７】
2005010153.tif 000009
【図８】
2005010153.tif 000010