(57)【要約】【課題】連続的な計測であっても、計測精度を向上することができる流量計測装置を提供する。【解決手段】ヒータ４が加熱状態になると、フローセンサ１の横側温度センサ１１，１３から横側温度信号が取り込まれると共に、この横側温度信号に対応する参照用横側温度信号が、非加熱用参照部材１Ａの参照用横側温度センサ１１Ａ，１３Ａから取り込まれる。そして、取り込んだ横側温度信号と参照用横側温度信号とに基づいて、流体の物性状態とを示す略直交方向における温度分布に応じた流体の物性状態を示す物性状態情報が物性状態情報検出手段４１ｃによって算出される。そして、取り込んだ上流側温度信号及び下流側温度信号と検出した物性状態情報に基づいて流体の流量が流量算出手段４１ｃによって算出される。【選択図】図１
2007139674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表面に設けられるダイアフラムと、前記ダイアフラム上に設けられて流路内を流れる流体を加熱するヒータと、前記ヒータに対する前記流路の上流側の前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の温度を検出して上流側温度信号を出力する上流側温度センサと、前記ヒータに対する前記流路の下流側の前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の温度を検出して下流側温度信号を出力する下流側温度センサと、を有するフローセンサを用いて、前記流体の流量を計測する流量計測装置において、
前記基体と同一の構成部材で形成される参照用基体と、前記ダイアフラムと同一の構成部材で形成されて前記参照用基体の表面に設けられる参照用ダイアフラムと、前記ダイアフラム上における前記上流側温度センサの配置と同一になるように前記参照用ダイアフラム上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用上流側温度信号を出力する参照用上流側温度センサと、前記ダイアフラム上における前記下流側温度センサの配置と同一になるように前記参照用ダイアフラム上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用下流側温度信号を出力する参照用下流側温度センサと、を有して、前記フローセンサと同一の前記流体の流れの影響を受けるように前記流路内に設けられる非加熱用参照部材と、
前記下流側温度センサが出力する下流側温度信号及び前記上流側温度センサが出力する上流側温度信号を前記参照用下流側温度センサが出力する参照用下流側温度信号及び前記参照用上流側温度センサが出力する参照用上流側温度信号で補正する流れ方向用補正手段と、
前記流れ方向用補正手段が補正した下流側温度信号及び上流側温度信号に基づいて前記流体の流量を算出する流量算出手段と、
を有することを特徴とする流量計測装置。
【請求項２】
基体の表面に設けられるダイアフラムと、前記ダイアフラム上に設けられて流路内を流れる流体を加熱するヒータと、前記ヒータに対する前記流路の上流側の前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の温度を検出して上流側温度信号を出力する上流側温度センサと、前記ヒータに対する前記流路の下流側の前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の温度を検出して下流側温度信号を出力する下流側温度センサと、前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の流れ方向と略直交して前記ヒータを通る略直交方向における前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサと、を有するフローセンサを用いて、流体の流量を計測する流量計測装置において、
前記基体と同一の構成部材で形成される参照用基体と、前記ダイアフラムと同一の構成部材で形成される参照用ダイアフラムと、前記ダイアフラム上における前記横側温度センサの配置と略同一となるように、該参照用ダイアフラム上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用横側温度信号を出力する参照用横側温度センサと、を有して、前記フローセンサと同一の前記流体の流れの影響を受けるように前記流路内に設けられる非加熱用参照部材と、
前記横側温度センサが出力する横側温度信号を、前記参照用横側温度センサが出力する参照用横側温度信号に基づいて補正する横側用補正手段と、
前記横側用補正手段が補正した横側温度信号に基づいて、前記略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の物性状態を示す物性状態情報を検出する物性状態情報検出手段と、
前記下流側温度センサが出力する下流側温度信号と前記上流側温度センサが出力する上流側温度信号と前記物性状態情報検出手段が検出した物性状態情報とに基づいて前記流体の流量を算出する流量算出手段と、
を有することを特徴とする流量計測装置。
【請求項３】
非加熱用参照部材がさらに、前記ダイアフラム上における前記上流側温度センサの配置と同一になるように前記参照用ダイアフラム上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用上流側温度信号を出力する参照用上流側温度センサと、前記ダイアフラム上における前記下流側温度センサの配置と同一になるように前記参照用ダイアフラム上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用下流側温度信号を出力する参照用下流側温度センサと、を有して構成され、
前記下流側温度センサが出力する下流側温度信号及び前記上流側温度センサが出力する上流側温度信号を、前記参照用下流側温度センサが出力する参照用下流側温度信号及び前記参照用上流側温度センサが出力する参照用上流側温度信号で補正する流れ方向用補正手段をさらに設けて、
前記流量計測手段が、前記流れ方向用補正手段の補正した下流側温度信号及び上流側温度信号と前記物性状態情報検出手段の検出した物性状態情報とに基づいて前記流体の流量を算出するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の流量計測装置。
【請求項４】
前記非加熱用参照部材が、前記フローセンサと同一の構成からなる他のフローセンサであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の流量計測装置。
【請求項５】
基体の表面に設けられるダイアフラムと、前記ダイアフラム上に設けられて流路内を流れる流体を加熱するヒータと、前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の流れ方向と略直交して前記ヒータを通る略直交方向における前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサと、を有するフローセンサを用いて、判別対象流体の種類を判別する流体判別装置において、
前記基体と同一の構成部材で形成される参照用基体と、前記ダイアフラムと同一の構成部材で形成される参照用ダイアフラムと、前記ダイアフラム上における前記横側温度センサの配置と略同一となるように、該参照用ダイアフラム上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用横側温度信号を出力する参照用横側温度センサと、を有して、前記フローセンサと同一の前記流体の流れの影響を受けるように前記流路内に設けられる非加熱用参照部材と、
前記横側温度センサが出力する横側温度信号を、前記参照用横側温度センサが出力する参照用横側温度信号に基づいて補正する横側用補正手段と、
前記横側用補正手段が補正した横側温度信号に基づいて、前記略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の物性状態を示す物性状態情報を検出する物性状態情報検出手段と、を有するとともに、
前記物性状態情報検出手段が検出した物性状態情報に基づいて前記判別対象流体の種類を判別するようにしたことを特徴とする流体判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計測装置及び流体判別装置に関し、より詳細には、フローセンサを用いて、流路内を流れるガス、水等の流体の流量を計測する流量計測装置、及び、判別対象流体の種類を判別する流体判別装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流量測定対象となるガス、水等の流体の流量を計測する流量計測装置としては、熱型のフローセンサを用いたものが知られている。このフローセンサは、流体の温度よりも高い温度を有するヒータを流体の流れの中に配置し、このヒータによって加熱された流体の温度分布が流速の増加に伴って変化するという原理を利用したものである。
【０００３】
このようなフローセンサとしては、特許文献１に示すものが知られており、この従来の熱型のフローセンサを、図６及び図７の図面を参照して説明する。なお、図６は従来の熱型のフローセンサの構成を示す構成図である、図７は図６に示すフローセンサの断面図である。
【０００４】
図６において、フローセンサ１は、Ｓｉ基板（センサ基体）２、ダイアフラム３、ダイアフラム３上に形成された白金等からなるマイクロヒータ４、マイクロヒータ４の下流側でダイアフラム３上に形成された下流側サーモパイル５、マイクロヒータ４に図示しない電源から駆動電流を供給する電源端子６Ａ，６Ｂ、マイクロヒータ４の上流側でダイアフラム３上に形成された上流側サーモパイル８、上流側サーモパイル８から出力される上流側温度信号を出力する第１出力端子９Ａ，９Ｂ、下流側サーモパイル５から出力される下流側温度信号を出力する第２出力端子７Ａ，７Ｂ、を備える。
【０００５】
また、フローセンサ１は、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向（ＰからＱへの方向）と略直交方向に配置され、流体の物性状態情報を検出し、右側温度検出信号（第３温度検出信号に対応）を出力する右側サーモパイル１１、この右側サーモパイル１１から出力される右側温度検出信号を出力する第３出力端子１２Ａ，１２Ｂ、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置され、流体の物性状態情報を検出し、左側温度検出信号（第３温度検出信号に対応）を出力する左側サーモパイル１３、この左側サーモパイル１３から出力される左側温度検出信号を出力する第４出力端子１４Ａ，１４Ｂ、流体温度を得るための抵抗１５，１６、この抵抗１５，１６からの流体温度信号を出力する出力端子１７Ａ，１７Ｂを備える。右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３は、温度センサを構成する。
【０００６】
上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３は、熱電対から構成されている。この熱電対は、ｐ++−Ｓｉ及びＡｌにより構成され、冷接点５ｂ，８ｂと温接点５ａ，８ａとを有し、熱を検出し、冷接点５ｂ，８ｂと温接点５ａ，８ａとの温度差から熱起電力が発生することにより、温度検出信号を出力するようになっている。
【０００７】
また、図７に示すように、Ｓｉ基板２には、ダイアフラム３が形成されており、このダイアフラム３には、マイクロヒータ４、上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３のそれぞれの温接点が形成されている。
【０００８】
このように構成されたフローセンサ１によれば、マイクロヒータ４が、外部からの駆動電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ４から発生した熱は、流体を媒体として、下流側サーモパイル５と上流側サーモパイル８のそれぞれの温接点５ａ，８ａに伝達される。それぞれのサーモパイルの冷接点５ｂ，８ｂは、Ｓｉ基体（Ｓｉ基板）上にあるので、基体温度になっており、それぞれの温接点は、ダイアフラム上にあるので、伝達された熱により加熱され、Ｓｉ基体温度より温度が上昇する。そして、それぞれのサーモパイルは、温接点５ａ，８ａと冷接点５ｂ，８ｂの温度差より熱起電カを発生し、温度検出信号を出力する。
【０００９】
流体を媒体として伝達される熱は、流体の熱拡散効果とＰからＱに向かって流れる流体の流速との相乗効果によって、それぞれのサーモパイルに伝達される。すなわち、流速がない場合には、熱拡散によって上流側サーモパイル８と下流側サーモパイル５に均等に伝達され、上流側サーモパイル８からの上流側温度信号と下流側サーモパイル５からの下流側温度信号の差信号は、零になる。
【００１０】
一方、流体に流速が発生すると、流速によって下流側サーモパイル５の温接点５ａに伝達される熱量が多くなり、上流側サーモパイル８の温接点８ａに伝達される熱量は少なくなるため、前記下流側温度信号と前記上流側温度信号との差信号は流速に応じた正値になる。
【００１１】
一方、マイクロヒータ４が外部からの駆動電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ４から発生した熱は、流体の流速の影響をほとんど受けずに流体の熱拡散効果のみによって、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置された右側サーモパイル１１に伝達される。また、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置された左側サーモパイル１３にも、同様な熱が伝達される。このため、右側サーモパイル１１の起電力により第３出力端子１２Ａ，１２Ｂから出力される右側温度検出信号、及び／または左側サーモパイル１３の起電力により第４出力端子１４Ａ，１４Ｂから出力される左側温度検出信号は、流体の物性状態に相関のあるデータであり、適当な処理をすることで物性状態情報を得ることもできる。
【００１２】
流体の物性状態は、上流側サーモパイル８が出力する上流側温度信号と下流側サーモパイル５が出力する下流側温度信号及び上流側温度信号にも影響し、右側及び左側サーモパイル出力の大小と同様に変化する。したがって、原理的には、上流側温度信号や下流側温度信号を、あるいは、これらの差を、右側及び／又は左側サーモパイル出力によって除することで、熱拡散定数等の異なる流体であっても、即ち、いかなる種類の流体であっても、正確な流量を算出することができることになる。
【００１３】
よって、図示しない流量計測装置は、第３出力端子１２Ａ，１２Ｂから出力される右側温度検出信号、及び／または第４出力端子１４Ａ，１４Ｂから出力される左側温度検出信号に基づき、流体の物性状態情報を算出し、上流側サーモパイル８からの上流側温度信号と下流側サーモパイル５からの下流側温度信号との差信号をその物性状態情報で補正することで、高精度の計測を実現するようにしてきた。
【００１４】
また一方、図１０に示す横側温度センサのないフローセンサ１０１も流量計測装置として用いられる。図７は図１０の断面図にもなっている。
【００１５】
このようなフローセンサ１０１を用いる場合、流体の温度・圧力や種類によって変化する物性状態によって出力が変化しないようにマイクロヒータ１０４の制御を工夫する必要がある。例えば、加熱されたマイクロヒータ１０４の温度を基体温度（周囲温度）より一定温度だけ上昇するように制御する方法が知られている（特許文献２）。これは、基体１０２上に周囲温度を計測するための温度センサ１５，１６を配置して周囲温度を計測し、その周囲温度出力よりもヒータ１０４の温度を一定温度上昇させるようにアナログ回路で制御する。
【００１６】
このような方式の流量計測装置の場合、周囲温度より一定温度だけ高い温度にマイクロヒータ１０４が制御されているため、上流側サーモパイル１０８及び下流側サーモパイル１０５が計測する周囲温度に対する温度分布は、流体の流速のみに影響され、流体の物性状態に影響されにくくなり、高精度の計測を実現できていた。
【００１７】
しかしながら、上述したフローセンサ１，１０１では、流体の物性状態に応じた補正や制御をしているにも係わらず、測定精度の再現性が悪いという問題が生じていた。特に大流量の計測、つまり、流速が速い場合に再現性が悪く、流量計測範囲の限界の一要因となっていた。
【００１８】
そこで、この問題を鋭意調査したところ、マイクロヒータ４に電流が流れない状態、つまり、フローセンサ１が駆動されていない状態でも、その出力が変化していたことが判明した。以下にその詳細を説明する。
【００１９】
図８は従来の温度差によるサーモパイルの出力を示す模式図であり、図９は従来のフローセンサで計測された流体温度と基体温度との温度差とセンサ出力器差（測定誤差）との関係を示したグラフである。そして、測定は、流体の標準状態における１００Ｌ／ｍｉｎで計測されている。
【００２０】
なお、図９中の縦軸が示す器差は、その単位が％ＲＤ（％ of Reading：読値に対する百分率）となっている。そして、この％ＲＤは、例えば、最大流量が１００Ｌ／ｍｉｎのメータにおいて、１０Ｌ／ｍｉｎの流量を計測した場合に、メータ出力が９Ｌ／ｍｉｎであると、その器差を−１０％ＲＤで示す。そして、このときの公差は−１％ＦＳ（計器の最大計測値に対する百分率）で示すことができる。
【００２１】
図８に示すように、前述の温度差がないときは、ヒータに電力印加がない場合、温度センサ出力は出力Ｖ０になり、ヒータに電力が印加されたときは出力Ｖ２になるとする。この状態のフローセンサ１でガス温度が基体温度より上昇すると、その分出力Ｖ０も出力Ｖ２も温度上昇し、それぞれ出力Ｖ１と出力Ｖ３になる。ところが、フローセンサ１は常に電力が印加されているため、出力Ｖ０や出力Ｖ１を計測することはできず、本来、出力Ｖ２である出力が出力Ｖ３に変化してしまう。
【００２２】
実際に図６に示すフローセンサ１の出力を計測して誤差を評価した結果が図９である。その器差は、―３０度の温度差で約＋２０％ＲＤ、＋３０度の温度差で約−２０％ＲＤであることが判明した。
【００２３】
図６のフローセンサ１（特許文献１参照）の場合、ヒータに印加される電圧が常にほぼ一定であることから、上流側サーモパイル８と下流側サーモパイル５の出力では、ガスとセンサ基体との温度差に起因する出力分はほぼ同等になり、その差出力を計測する場合は自動的にキャンセルされる。しかしながら、右側及び左側サーモパイル出力は差出力を取らないためキャンセルできない。上流側サーモパイル８と下流側サーモパイル５との差出力を右側及び／又は左側サーモパイル出力により補正されなければ精度の良い計測はできないため、フローセンサ１の出力精度が悪くなる。すなわち、ガスとセンサ基体との温度差に比例してフローセンサ１の出力が変化することを究明することができた。
【００２４】
一方、図１０のフローセンサ１０１の場合、周囲温度を計測する温度センサ１５，１６は基体１０２上にあるため、周囲温度ではなく基体温度を計測してしまい、基体温度よりも一定温度だけ高くなるようにヒータ温度が設定される。従って、流体と基体とに温度差がある場合、基体温度に対するヒータ温度上昇は、マイクロヒータ１０４が流体を加熱する温度上昇とは異なってしまう。このため、上流側サーモパイル１０８と下流側サーモパイル１０５の差出力は、マイクロヒータ１０４が加熱する温度上昇分に比例してしまい、制御している設定温度上昇との比率分だけ上流側サーモパイル１０８と下流側サーモパイル１０５の差出力が変化し、流量計測の誤差になっていた。
【００２５】
これを解決する手段として特許文献３では、フローセンサ１０１をパルス駆動し、流体と基体との温度差のみに起因するセンサ出力でヒータを駆動したときのセンサ出力を補正する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、流量を連続的に計測することができないという課題があった。
【特許文献１】特開２００１−１２９８８号公報
【特許文献２】特開平０４−０３４３１５号公報
【特許文献３】特開２００４−１１７１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
よって本発明は、上述した問題点に鑑み、連続的な計測であっても、計測精度を向上することができる流量計測装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載の流量計測装置は、図１の基本構成図に示すように、基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱するヒータ４と、前記ヒータ４に対する前記流路の上流側の前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の温度を検出して上流側温度信号を出力する上流側温度センサ８と、前記ヒータ４に対する前記流路の下流側の前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の温度を検出して下流側温度信号を出力する下流側温度センサ５と、を有するフローセンサ１を用いて、前記流体の流量を計測する流量計測装置において、前記基体２と同一の構成部材で形成される参照用基体２Ａと、前記ダイアフラム３と同一の構成部材で形成されて前記参照用基体２Ａの表面に設けられる参照用ダイアフラム３Ａと、前記ダイアフラム３上における前記上流側温度センサ８の配置と同一になるように前記参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用上流側温度信号を出力する参照用上流側温度センサ８Ａと、前記ダイアフラム３上における前記下流側温度センサ５の配置と同一になるように前記参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用下流側温度信号を出力する参照用下流側温度センサ５Ａと、前記フローセンサ１と同一の前記流体の流れの影響を受けるように前記流路内に設けられる非加熱用参照部材１Ａと、前記下流側温度センサ５が出力する下流側温度信号及び前記上流側温度センサ８が出力する上流側温度信号を前記参照用下流側温度センサ５Ａが出力する参照用下流側温度信号及び前記参照用上流側温度センサ８Ａが出力する参照用上流側温度信号で補正する流れ方向用補正手段４１ｄと、前記流れ方向用補正手段４１ｄが補正した下流側温度信号及び上流側温度信号に基づいて前記流体の流量を算出する流量算出手段４１ｃと、を有することを特徴とする。
【００２８】
上記請求項１に記載した本発明によれば、非加熱用参照部材１Ａはフローセンサ１が設けられている流路内に、前記フローセンサ１と同一の前記流体の流れの影響を受けるように設けられる。そして、外部からの制御等によりヒータ４が加熱状態になると、フローセンサ１の下流側温度センサ５及び上流側温度センサ８からそれぞれ下流側温度信号及び上流側温度信号が取り込まれると共に、それらの各温度信号に対応した参照用下流側温度信号及び参照用上流側温度信号が、非加熱用参照部材１Ａの参照用下流側温度センサ５Ａ及び参照用上流側温度センサ８Ａから取り込まれる。そして、流れ方向用補正手段４１ｄによって下流側温度信号及び上流側温度信号が参照用下流側温度信号及び参照用上流側温度信号に基づいて補正され、その下流側温度信号及び上流側温度信号に基づいた流体の流量が流量算出手段４１ｃによって算出される。
【００２９】
上記項２記載の流量計測装置は、図１の基本構成図に示すように、基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱するヒータ４と、前記ヒータ４に対する前記流路の上流側の前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の温度を検出して上流側温度信号を出力する上流側温度センサ８と、前記ヒータ４に対する前記流路の下流側の前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の温度を検出して下流側温度信号を出力する下流側温度センサ５と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流れ方向と略直交して前記ヒータ４を通る略直交方向における前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサ１１，１３と、を有するフローセンサ１を用いて、流体の流量を計測する流量計測装置において、前記基体２と同一の構成部材で形成される参照用基体２Ａと、前記ダイアフラム３と同一の構成部材で形成される参照用ダイアフラム３Ａと、前記ダイアフラム３上における前記横側温度センサ１１，１３の配置と略同一となるように、該参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用横側温度信号を出力する参照用横側温度センサ１１Ａ，１３Ａと、を有して、前記フローセンサ１と同一の前記流体の流れの影響を受けるように前記流路内に設けられる非加熱用参照部材１Ａと、前記横側温度センサ１１，１３が出力する横側温度信号を、前記参照用横側温度センサ１１Ａ，１３Ａが出力する参照用横側温度信号に基づいて補正する横側用補正手段４１ａと、前記横側用補正手段４１ａが補正した横側温度信号に基づいて、前記略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の物性状態を示す物性状態情報を検出する物性状態情報検出手段４１ｂと、前記下流側温度センサ５が出力する下流側温度信号と前記上流側温度センサ８が出力する上流側温度信号と前記物性状態情報検出手段４１ｂが検出した物性状態情報とに基づいて前記流体の流量を算出する流量算出手段４１ｃと、を有することを特徴とする。
【００３０】
上記請求項２に記載した本発明によれば、非加熱用参照部材１Ａはフローセンサ１が設けられている流路内に、前記フローセンサ１と同一の前記流体の流れの影響を受けるように設けられる。そして、ヒータ４が加熱状態になると、フローセンサ１の横側温度センサ１１，１３から横側温度信号が取り込まれると共に、この横側温度信号に対応する参照用横側温度信号が、非加熱用参照部材１Ａの参照用横側温度センサ１１Ａ，１３Ａから取り込まれる。そして、取り込んだ横側温度信号と参照用横側温度信号とに基づいて、流体の物性状態とを示す略直交方向における温度分布の広がり、変化等に応じた流体の物性状態を示す物性状態情報が物性状態情報検出手段４１ｃによって算出される。そして、取り込んだ上流側温度信号及び下流側温度信号と検出した物性状態情報に基づいて流体の流量が流量算出手段４１ｃによって算出される。
【００３１】
上記項３記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項２に記載の流量計測装置において、非加熱用参照部材１Ａがさらに、前記ダイアフラム３上における前記上流側温度センサ８の配置と同一になるように前記参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用上流側温度信号を出力する参照用上流側温度センサ８Ａと、前記ダイアフラム３上における前記下流側温度センサ５の配置と同一になるように前記参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用下流側温度信号を出力する参照用下流側温度センサ５Ａと、を有して構成され、前記下流側温度センサ５が出力する下流側温度信号及び前記上流側温度センサ８が出力する上流側温度信号を、前記参照用下流側温度センサ５Ａが出力する参照用下流側温度信号及び前記参照用上流側温度センサ８Ａが出力する参照用上流側温度信号で補正する流れ方向用補正手段４１ｄをさらに設けて、前記流量計測手段４１ｃが、前記流れ方向用補正手段４１ｄの補正した下流側温度信号及び上流側温度信号と前記物性状態情報検出手段４１ｂの検出した物性状態情報とに基づいて前記流体の流量を算出するようにしたことを特徴とする。
【００３２】
上記請求項３に記載した本発明によれば、非加熱用参照部材１Ａに設けられる参照用上流側温度センサ８Ａ及び参照用下流側温度センサ５Ａの各々は、フローセンサ１のヒータ４による熱的影響を受けない流体の温度を検出して参照用上流側温度信号及び参照用下流側温度信号を出力する。そして、その参照用上流側温度信号及び参照用下流側温度信号が取り込まれると、下流側温度センサ５が出力する下流側温度信号及び前記上流側温度センサ８が出力する上流側温度信号は、流れ方向用補正手段４１ｄによって参照用上流側温度信号及び参照用下流側温度信号に基づいて補正される。そして、それらの下流側温度信号及び上流側温度信号と物性状態情報に基づいた流体の流量が流量算出手段４１ｃによって算出される。
【００３３】
上記請求項４記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項１〜３の何れか１項に記載の流量計測装置において、前記非加熱用参照部材１Ａが、前記フローセンサ１と同一の構成からなる他のフローセンサであることを特徴とする。
【００３４】
上記請求項４に記載した本発明によれば、流路内にフローセンサが設けられると、そのフローセンサと同一の構成からなる他のフローセンサが非加熱用参照部材としてフローセンサの上流側等に設けられる。
【００３５】
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項５記載の流体判別装置は、図１の基本構成図に示すように、基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱するヒータ４と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流れ方向と略直交して前記ヒータ４を通る略直交方向における前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサ１１，１３と、を有するフローセンサ１を用いて、判別対象流体の種類を判別する流体判別装置において、前記基体２と同一の構成部材で形成される参照用基体２Ａと、前記ダイアフラム３と同一の構成部材で形成される参照用ダイアフラム３Ａと、前記ダイアフラム３上における前記横側温度センサ１１，１３の配置と略同一となるように、該参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて前記流体の温度を検出して参照用横側温度信号を出力する参照用横側温度センサ１１Ａ，１３Ａと、を有する非加熱用参照部材１Ａと、前記横側温度センサ１１，１３が出力する横側温度信号を、前記参照用横側温度センサ１１Ａ，１３Ａが出力する参照用横側温度信号に基づいて補正する横側用補正手段４１ａと、前記横側用補正手段４１ａが補正した横側温度信号に基づいて、前記略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の物性状態を示す物性状態情報を検出する物性状態情報検出手段４１ｂと、を有するとともに、前記物性状態情報検出手段４１ｂが検出した物性状態情報に基づいて前記判別対象流体の種類を判別するようにしたことを特徴とする。
【００３６】
上記請求項５に記載した本発明によれば、非加熱用参照部材１Ａはフローセンサ１が設けられている流路内に例えばヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように設けられる。そして、ヒータ４が加熱状態になると、フローセンサ１の横側温度センサ１１，１３から横側温度信号が取り込まれると共に、この横側温度信号に対応する参照用横側温度信号が、非加熱用参照部材１Ａの参照用横側温度センサ１１Ａ，１３Ａから取り込まれる。そして、取り込んだ横側温度信号と参照用横側温度信号とに基づいて、流体の物性状態とを示す略直交方向における温度分布の広がり、変化等に応じた流体の物性状態を示す物性状態情報が物性状態情報検出手段４１ｃによって算出される。そして、その物性状態情報に基づいて判別対象流体の種類が判別される。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように請求項１に記載した本発明の流量計測装置によれば、フローセンサにおける基体、ダイアフラム、下流側温度センサ及び上流側温度センサの構成が同一の非加熱用参照部材を、フローセンサと同一の流路内に設け、そして、フローセンサからヒータの加熱時の下流側温度信号及び上流側温度信号を取り込み、ヒータからの熱の影響を受けない非加熱用参照部材から取り込んだ参照用下流側温度信号及び参照用上流側温度信号に基づいて補正して流体の流量を算出するようにしたことから、ヒータの加熱状態であってもヒータの加熱の影響を受けていない非加熱用参照部材から、流体の計測期間中は常に最新の基体温度と流体温度との温度差に応じた参照用下流側温度信号及び参照用上流側温度信号を取り込むことができるため、流路の外部の温度変化等によって基体と流体との間に温度差が生じても、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生する温度センサのオフセット出力をキャンセルすることができるため、基体温度と流体温度とに温度差が生じてもフローセンサ出力精度を良い状態に保つことができる。また、フローセンサと同一の流体の流れの影響を受けるように、非加熱用参照部材を流路内に設けるようにしたことから、フローセンサに流れ込む流体と同等の影響を受けることになる。従って、フローセンサのヒータを駆動させた状態でもその非駆動状態に対応した下流側及び上流側温度信号を常に取り込むことができるため、流量計測装置におけるヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、流体に対する計測精度を向上させることができる。
【００３８】
以上説明したように請求項２に記載した本発明の流量計測装置によれば、フローセンサにおける基体、ダイアフラム、及び横側温度センサの構成が同一の非加熱用参照部材を、フローセンサのヒータが発生する温度分布の影響を受けないように流路内に設け、そして、ヒータの加熱状態のときにフローセンサの横側温度センサから横側温度信号、非加熱用参照部材の参照用横側温度信号をそれぞれ取り込み、これらの横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報を検出し、該物性状態情報に基づいて補正した上流側温度信号及び下流側温度信号に基づいて流体の流量を計測するようにしたことから、ヒータの加熱状態であっても常にヒータの加熱の影響を受けていない参照用横側温度信号を取り込むことができるため、流体の計測期間中は常に最新の物性状態情報を得ることが可能となり、流路の外部の温度変化等によって基体と流体との間に温度差が生じても、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生する温度センサのオフセット出力をキャンセルすることができるため、基体温度と流体温度とに温度差が生じてもフローセンサ出力精度を良い状態に保つことができる。また、フローセンサと同一の流体の流れの影響を受けるように、非加熱用参照部材を流路内に設けるようにしたことから、フローセンサに流れ込む流体と同等の影響を受けることになる。従って、フローセンサのヒータを駆動させた状態でもその非駆動状態に対応した横側温度信号を常に取り込むことができるため、流量計測装置におけるヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、様々な種類の流体に対する計測精度を向上させることができる。
【００３９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、非加熱用参照部材に参照用上流側温度センサ及び参照用下流側温度センサを設けて、それらの参照用のセンサから参照用上流側温度信号及び参照用下流側温度信号をさらに取り込んで、上流側温度信号及び下流側温度信号についても補正するようにしたことから、測定精度の誤差因子をさらに減らすことができるため、計測精度のさらなる向上を図ることができる。
【００４０】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明の効果に加え、フローセンサと同一の構成からなる他のフローセンサを非加熱用参照部材とするようにしたことから、フローセンサと非加熱用参照部材との構成の相違等による誤差をほぼ解消することができ、かつ、非加熱用参照部材として個別の構成部品を用いる必要が無くなるため、簡易で安価に製造することができる。
【００４１】
以上説明したように請求項５に記載した本発明の流体判別装置によれば、フローセンサにおける基体、ダイアフラム、及び横側温度センサの構成が同一の非加熱用参照部材を、フローセンサのヒータが発生する温度分布の影響を受けないように流路内に設け、そして、ヒータの加熱状態のときにフローセンサの横側温度センサから横側温度信号、非加熱用参照部材の参照用横側温度信号をそれぞれ取り込み、これらの横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報を検出し、該物性状態情報に基づいて判別対象流体の種類を判別するようにしたことから、流体温度とフローセンサの基体温度との間に温度差が生じても、その温度差による誤差を解消することができるため、その正確な横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出して流体を正確に判別することができる。従って、様々な種類の流体に判別の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、上述した背景技術で説明したフローセンサ１、１０１（図６，７，１０を参照）を用いて、流体の流量を計測する本発明に係る流量計測装置の一実施の形態を、図２〜図５の図面と上述した図面とを参照して説明する。なお、フローセンサ１、１０１の基本構成については、背景技術のところで説明しているので、詳細な説明は省略する。
【００４３】
ここで、図２はフローセンサを用いた本発明の流量計測装置の設置例を説明するための図であり、図３は図２に示す流量計測装置の構成の一例を示すブロック図であり、図４は図３のＣＰＵが実行する本発明に係る流量計測処理の一例を示すフローチャートである。
【００４４】
［第１の最良の形態］
図２において、本発明の流量計測装置２０は、背景技術で説明したフローセンサ１を用いて、流体であるガスの流量を計測するものである。そして、フローセンサ１は、基体２から断熱された状態で基体表面に設けられるダイアフラム３と、該ダイアフラム３上に設けられて流路７０内を流れるガスの温度よりも高い温度で前記流体を加熱して所定の温度分布を発生させるマイクロヒータ（ヒータ）４と、前記ヒータ４に対する前記流路７０の上流側の前記ダイアフラム３上に設けられる前記基体２と前記ダイアフラム３との温度差に基づいて前記ガスの温度を検出して上流側温度信号を出力する上流側サーモパイル（上流側温度センサ）８と、前記マイクロヒータ４に対する前記流路７０の下流側の前記ダイアフラム３上に設けられる前記基体２と前記ダイアフラム３との温度差に基づいて前記流体の温度を検出して下流側温度信号を出力する下流側サーモパイル（下流側温度センサ）５と、ダイアフラム３上に設けられて流体の流れ方向と略直交してヒータ４を通る略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）と、を有する。
【００４５】
流量計測装置２０は、上述したフローセンサ１内の下流側サーモパイル５からの下流側温度信号とフローセンサ１内の上流側サーモパイル８からの上流側温度信号との差信号を増幅する差動アンプ３３と、フローセンサ１内の右側サーモパイル１１からの右側温度検出信号を増幅するアンプ３５ａと、フローセンサ１内の左側サーモパイル１３からの左側温度検出信号を増幅するアンプ３５ｂと、予め定められたプログラムに従って動作するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４０と、このＭＰＵ４０によって制御されてマイクロヒータ４を駆動させる駆動部５０と、を備えて構成される。そして、差動アンプ３３とアンプ３５ａ，ｂと駆動部５０との各々はＭＰＵ４０に接続されている。
【００４６】
さらに、流量計測装置２０は、フローセンサ１のヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように流路７０内に設けられる非加熱用参照部材１Ａを有する。この非加熱用参照部材１Ａは、図２に示すように、流路７０内を流れるガスの流れ方向（図２中のＰからＱへの方向）と略直交方向となる流路７０の断面上において、上方に設けているフローセンサ１と対向するように流路７０の下方の内壁に設けられている。
【００４７】
なお、フローセンサ１と非加熱用参照部材１Ａとの配置関係は、流路７０における任意の壁面上でお互いに流れに対して略直交方向する位置に配置する、断面形状等が変化していない直線状の流路７０における上流に非加熱用参照部材１Ａと下流にフローセンサ１となるように配置するなど、種々異なる配置関係とすることができる。
【００４８】
また、流路７０内における流れがほとんどない位置、流れの影響を受けない位置等に、非加熱用参照部材１Ａを配置することも考えられるが、流れがない位置（淀み位置）のガスは、流れているガスと同一温度であるとは限らないため、そのような位置に配置することは適切でなく、上述した配置関係とすることが好ましい。
【００４９】
さらに、流路７０の同一断面形状の同一位置に配置していれば、お互いの距離が離れていても大きな問題はないが、圧力損失が大きい場合は、それに伴う温度低下があるため、計測精度を若干低下させる可能性があるため、お互いの距離は近いことが好ましい。
【００５０】
非加熱用参照部材１Ａは、その基本構成が上述したフローセンサ１と同一であり、フローセンサ１の基体２と同一の構成部材で形成される参照用基体２Ａと、該参照用基体２Ａから断熱された状態でその表面に設けられ、かつ、フローセンサ１のダイアフラム３と同一の構成部材で形成される参照用ダイアフラム３Ａと、前記ガスの流れ方向に対して右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）と同一の方向となるように、該参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて参照用基体２Ａと温接点上のガスとの温度差に基づいて流体の温度を検出して参照用横側温度信号を出力する参照用右側サーモパイル１１Ａ及び参照用左側サーモパイル１３Ａ（参照用横側温度センサ）と、を有する。
【００５１】
さらに、非加熱用参照部材１Ａは、流路７０の上流側の参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて前記上流側の参照用基体２Ａと温接点上のガスとの温度差に基づいて流体の温度を検出して参照用上流側温度信号を出力する参照用上流側温度センサ８Ａと、流路７０の下流側の参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて前記下流側の参照用基体２Ａと温接点上のガスとの温度差に基づいて流体の温度を検出して参照用下流側温度信号を出力する参照用下流側温度センサ５Ａと、を有する。
【００５２】
また、流量計測装置２０は、上述した非加熱用参照部材１Ａ内の参照用下流側サーモパイル５Ａからの参照用下流側温度信号とその参照用上流側サーモパイル８Ａからの参照用上流側温度信号との差信号を増幅する差動アンプ３４と、非加熱用参照部材１Ａ内の参照用右側サーモパイル１１Ａからの右側温度検出信号を増幅するアンプ３６ａと、その参照用左側サーモパイル１３Ａからの左側温度検出信号を増幅するアンプ３６ｂと、をさらに備えて構成される。そして、差動アンプ３４とアンプ３６ａ，ｂとの各々はＭＰＵ４０に接続されている。
【００５３】
なお、本最良の形態では、フローセンサ１と同一の構成からなる他のフローセンサによって非加熱用参照部材１Ａを構成していることから、非加熱用参照部材１Ａにもフローセンサ１のヒータ４に相当するヒータは存在しているが、そのヒータは駆動させないようにしている。そして、非加熱用参照部材１Ａは、その構成に限定するものではなく、例えば、ダイアフラム３と同一の形状に形成された参照用ダイアフラム３Ａ上に、参照用右側サーモパイル１１Ａ及び参照用左側サーモパイル１３Ａのみを形成する形態、ダイアフラム３の外形よりも小さく形成した参照用ダイアフラム３Ａ上を用いる形態など種々異なる形態とすることができる。
【００５４】
ＭＰＵ４０は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）４１、ＣＰＵ４１のためのプログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ４２、各種のデータを格納するとともにＣＰＵ４１の処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ４３等を有して構成している。
【００５５】
ＲＯＭ４２には、フローセンサ１を用いてガスの流量を計測するのに当たり、ＣＰＵ４１（コンピュータ）を、上述した請求項中の横側用補正手段、物性状態情報検出手段、流量算出手段、及び、流れ方向補正手段として機能させるための各種プログラムを記憶している。
【００５６】
ＣＰＵ４１は、下流側サーモパイル５及び上流側サーモパイル８からの下流側温度信号と上流側温度信号との差である差信号が差動アンプ３３を介して入力され、かつ、参照用下流側サーモパイル５Ａ及び参照用上流側サーモパイル８Ａからの参照用下流側温度信号と参照用上流側温度信号との差である差信号が差動アンプ３４を介して入力される。
【００５７】
なお、本最良の形態では、差動アンプ３３を用いる場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、アンプで増幅して下流側温度信号及び上流側温度信号をそのままＣＰＵ４１に入力するなど種々異なる形態とすることができる。
【００５８】
ＣＰＵ４１は、右側サーモパイル１１からの右側温度信号がアンプ３５ａを介して入力されると共に、左側サーモパイル１３からの左側温度信号がアンプ３５ｂを介して入力され、かつ、参照用右側サーモパイル１１Ａからの参照用右側温度信号がアンプ３６ａを介して入力されると共に、参照用左側サーモパイル１３Ａからの左側温度信号がアンプ３６ｂを介して入力される。
【００５９】
なお、本最良の形態では、アンプ３５ａ，ｂ及びアンプ３６ａ，ｂのそれぞれ２つを用いる方法について説明するが、例えば、２つの信号の和を出力する増幅回路を１つのアンプで構築する方法など種々異なる方法を用いることができる。
【００６０】
駆動部５０は、ＭＰＵ４０に接続しており、ＭＰＵ４０からの指示に応じてマイクロヒータ４に対する電力の供給を制御してマイクロヒータ４を駆動させる駆動回路等を有している。
【００６１】
次に、上述した構成におけるマイクロコンピュータ４０のＣＰＵ４１が実行する流量計測処理の一例を、図４に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【００６２】
図４に示す流量計測処理が起動されると、ステップＳ１１において、マイクロヒータ４の加熱開始が駆動部５０に指示され、その後ステップＳ１２に進む。この指示に応じて駆動部５０は、マイクロヒータ４に一定の電圧が印加されるように駆動させる。この結果、マイクロヒータ４の周りのガスが加熱されて、所定の温度分布が発生することになる。
【００６３】
ステップＳ１２において、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からアンプ３５ａ，ｂを介して右側温度検出信号、左側温度検出信号が取り込まれ、それらの信号値がマイクロヒータ４の駆動時における温度分布出力Ｖ３ｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１３に進む。
【００６４】
ステップＳ１３において、参照用右側サーモパイル１１Ａ及び参照用左側サーモパイル１３Ａからアンプ３５ａ，ｂを介して右側温度検出信号及び左側温度検出信号（横側温度信号に相当）が取り込まれ、それらの信号値がマイクロヒータ４の非駆動時における温度分布出力Ｖ３ｏｆｆとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１４に進む。
【００６５】
ステップＳ１４において、加熱時の温度分布出力Ｖ３ｏｎに対応して、フローセンサ１の下流側サーモパイル５及び上流側サーモパイル８がそれぞれ出力した上流側温度信号及び下流側温度信号の差信号が差動アンプ３３を介して取り込まれ、その信号値が加熱時における温度差出力ＶｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１５に進む。
【００６６】
ステップＳ１５において、非加熱時の温度分布出力Ｖ３ｏｆｆに対応して、非加熱用参照部材１Ａの参照用下流側サーモパイル５Ａ及び参照用上流側サーモパイル８Ａがそれぞれ出力した参照用上流側温度信号及び参照用下流側温度信号の差信号が差動アンプ３４を介して取り込まれ、その信号値が非加熱時における温度差出力ＶｏｆｆとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１６に進む。
【００６７】
ステップＳ１６（横側補正手段、物性状態情報検出手段）において、ＲＡＭ４３の温度分布出力Ｖ３ｏｎと温度分布出力Ｖ３ｏｆｆとの差を求めることで、（Ｖ３ｏｎ−Ｖ３ｏｆｆ）なる流体の物性に応じた物性状態情報が算出されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１７に進む。なお、この物性状態情報に基づいて流体の物性をある程度求めることもできる。
【００６８】
ステップＳ１７（流れ方向補正手段、流量算出手段）において、ＲＡＭ４３の温度差出力Ｖｏｎ，Ｖｏｆｆ、物性状態情報（Ｖ３ｏｎ−Ｖ３ｏｆｆ）、後述する流量算出式を用いて算出されることで、１回の計測当たりの流量が算出されて流量情報としてＲＡＭ４３に記憶され、その後、ステップＳ１８において、流量情報は予め定められた例えば表示装置に出力されることで、表示装置に表示される。
【００６９】
なお、本最良の形態においては、流量算出式である（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）／（Ｖ３ｏｎ−Ｖ３ｏｆｆ）を算出するための算出プログラムを予めＲＯＭ４２に記憶しているが、温度差出力Ｖｏｎの補正が不要な場合は、Ｖｏｎ／（Ｖ３ｏｎ−Ｖ３ｏｆｆ）となる流量算出式を算出するための算出プログラムをＲＡＭ４２に記憶しておき、上述したステップＳ１２の処理を削除することで対応することができる。
【００７０】
ステップＳ１９において、終了要求を受けたか否かが判定される。終了要求を受けていないと判定された場合は（Ｓ１９でＮ）、ステップＳ１２に戻り、一連の処理が繰り返される。なお、直ちにステップＳ１２に戻る必要はなく、一定時間経過した後に戻るようにしてもよい。一方、終了要求を受けたと判定された場合は（Ｓ１９でＹ）、ステップＳ２０において、マイクロヒータ４の加熱終了が駆動部５０に指示され、マイクロヒータ４の駆動が停止されると、その後処理が終了される。
【００７１】
ここで、上述した構成の流量計測装置が有効である理由を、従来の計測装置及びその計測方法とを比較して説明する。
【００７２】
従来の計測では、１つのフローセンサ１を用いていたため、マイクロヒータ４を駆動している計測中には、マイクロヒータ４の非駆動時の温度センサ出力は計測されない。そのため、フローセンサ１として出力されるデータはＶｏｎ／Ｖ３ｏｎになる。一方、本発明の出力されるデータはＶｏｎ／（Ｖ３ｏｎ−Ｖ３ｏｆｆ）となり、ヒータ非駆動時の出力Ｖ３ｏｆｆが０であれば同じ出力になるが、基体２より流体の温度が高い場合は、温度センサ（サーモパイルの温接点）が載っているダイアフラム３の温度も上昇し、出力Ｖ３ｏｆｆは０ではなくなり、Ｖ３ｏｆｆ＞０となる。そして、ヒータ駆動時の出力Ｖ３ｏｎも温度差によるダイアフラム３の温度上昇の影響を同様に受けるため、温度差がないときに比べて出力Ｖ３ｏｆｆだけ出力が大きくなる。
【００７３】
基体２より流体の温度が低い場合も同様で、サーモパイルの温接点が載っているダイアフラム３の温度は低下し、出力Ｖ３ｏｆｆは０でなくなり、Ｖ３ｏｆｆ＜０となる。そして、ヒータ駆動時の出力Ｖ３ｏｎも温度差がないときに比べてＶ３ｏｆｆ分だけ出力が小さくなる。このように、Ｖ３ｏｎ出力は、流体と基体２の温度差によって変化し不安定なため、従来のフローセンサ出力Ｖｏｎ／Ｖ３ｏｎでは出力が不安定になり、計測誤差が大きくなっていたが、本発明のフローセンサ出力Ｖｏｎ／（Ｖ３ｏｎ−Ｖ３ｏｆｆ）では出力が安定するため、計測誤差を大幅に小さくすることになる。
【００７４】
なお、（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）／（Ｖ３ｏｎ−Ｖ３ｏｆｆ）をフローセンサ出力とする場合は、さらに計測精度を向上させる効果がある。Ｖｏｎは、上流側サーモパイル８と下流側サーモパイル５との差出力であるため、それぞれの温接点の温度変化によってそれぞれのサーモパイル出力が変化する分についてはキャンセルされる効果があり、Ｖｏｎ／（Ｖ３ｏｎ−Ｖ３ｏｆｆ）だけでも計測誤差を向上させることができる。しかし、ダイアフラム３の温度変化によるダイアフラム３の熱抵抗、熱容量などの変化により、Ｖｏｎも僅かに変化している。そのため、Ｖｏｆｆによる差出力をとり、（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）／（Ｖ３ｏｎ−Ｖ３ｏｆｆ）をフローセンサ出力とすることで、さらに計測精度を向上させる効果がある。
【００７５】
次に、上述した構成の流量計測装置２０における動作（作用）の一例を、図５の図面を参照して以下に説明する。なお、図５は本発明による温度差と器差との関係を示すグラフである。
【００７６】
流量計測装置２０によって上述した流量計測処理が実行されると、マイクロヒータ４が駆動される。そして、流量計測装置２０は、フローセンサ１の右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３から温度分布出力Ｖ３ｏｎ、上流側サーモパイル８及び下流側サーモパイル５から温度差出力Ｖｏｎをそれぞれ取り込み、かつ、非加熱用参照部材１Ａの参照用右側サーモパイル１１Ａ及び参照用左側サーモパイル１３Ａから温度分布出力Ｖ３ｏｆｆ、参照用上流側サーモパイル８Ａ及び参照用下流側サーモパイル５Ａから温度差出力Ｖｏｆｆをそれぞれ取り込む。
【００７７】
取り込んだ温度分布出力Ｖ３ｏｎと温度分布出力Ｖ３ｏｆｆとの差に基づいて物性状態情報を検出し、該物性状態情報と取り込んだ温度差出力Ｖｏｎ，Ｖｏｆｆと流量算出式とを用いてガスの流量を算出し、該流量を流量情報として例えば表示装置等に出力して表示させる。
【００７８】
以降も、ガスの計測期間中は、上述した処理を繰り返すことで、流量の計測時に、常に物性状態情報を検出し、この物性状態情報で上流及び下流温度センサ出力を補正して流量の算出を行う。
【００７９】
上述した発明が解決しようとする課題で説明した測定条件と同一の測定条件で温度差と器差との関係を確認したところ、図５に示す結果を得ることができた。詳細には、センサ基体とガス温度差とを約−３０〜３０度の範囲で変化させたとき、図５に示すように、その器差は−３０度のときが約１％、−１５度のときが約０％、−５度のときが約０．５％、５度のときが約０％、１５度のときが約０％、３０度のときが約−１％という測定結果を得ることができた。つまり、このように本発明の流量計測装置２０によって、温度差の変化による器差の発生を解消することができた。
【００８０】
以上説明したように本発明の流量計測装置２０によれば、フローセンサ１における基体２、ダイアフラム３、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）の構成が同一の非加熱用参照部材１Ａを、フローセンサ１のマイクロヒータ（ヒータ）４が発生する温度分布の影響を受けないように流路内に設け、そして、マイクロヒータ４の加熱状態のときにフローセンサ１の右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３から各横側温度信号、非加熱用参照部材１Ａの各参照用横側温度信号をそれぞれ取り込み、これらの横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報を検出し、該物性状態情報に基づいて補正した上流側温度信号及び下流側温度信号に基づいて流体の流量を計測するようにしたことから、マイクロヒータ４の加熱状態であってもその加熱の影響を受けていない参照用横側温度信号によって横側温度信号を補正できて、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生する温度センサのオフセット出力をキャンセルすることができるため、基体温度と流体温度とに温度差が生じてもフローセンサ出力精度を良い状態に保つことができる。従って、フローセンサ１のマイクロヒータ４を駆動させた状態でもその非駆動状態に対応した横側温度信号を常に取り込むことができるため、流量計測装置２０におけるヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、連続的な計測であっても、様々な種類の流体に対する計測精度を向上させることができる。
【００８１】
また、非加熱用参照部材１Ａをガス（流体）の流れの影響を受けるように流路７０内のフローセンサ１に対する反対側壁面に設けるようにしたことから、フローセンサ１に流れ込むガスと同一温度の流体の影響を受けることになり、参照用右側サーモパイル１１Ａ及び参照用左側サーモパイル１３Ａ（参照用横側温度センサ）によってフローセンサ１のマイクロヒータ４の発生する熱の影響を受けない参照用横側温度信号を取り込むことができる。従って、より一層正確に横側温度信号を常に補正することができるため、様々な種類の流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。
【００８２】
さらに、非加熱用参照部材１Ａに参照用上流側温度センサ８Ａ及び参照用下流側温度センサ５Ａを設けて、それらの参照用の各センサから参照用上流側温度信号及び参照用下流側温度信号をさらに取り込んで、上流側温度信号及び下流側温度信号についても補正するようにしたことから、測定精度の誤差因子をさらに減らすことができるため、計測精度のさらなる向上を図ることができる。
【００８３】
また、フローセンサ１と同一の構成からなる他のフローセンサを非加熱用参照部材１Ａとするようにしたことから、フローセンサ１と非加熱用参照部材１Ａとの構成の相違等による誤差をほぼ解消することができ、かつ、非加熱用参照部材１Ａとして個別の構成部品を用いる必要が無くなるため、計測精度のさらなる向上を図ることができる。
【００８４】
なお、上述した本最良の形態では、請求項中の各手段をＭＰＵ４０によって実現する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、ＤＳＰ（digital  signal processor）、ＡＳＩＣ（application specific IC）で実現するなど種々異なる形態とすることができる。
【００８５】
また、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からの各信号をアンプ３５ａ，３５ｂで増幅し、かつ、参照用右側サーモパイル１１Ａ及び参照用左側サーモパイル１３Ａからの各信号をアンプ３６ａ，３６ｂで増幅してＭＰＵ４０に入力する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、上流側温度信号及び下流側温度信号に対する差動アンプ３３，３４と同様に上述したアンプ３５ａ，３５ｂと３６ａ，３６ｂを差動アンプに置き換えなど、アナログ回路上で自動的に補正（引き算）することで、ＭＰＵ４０における演算処理のさらなる簡単化を図ることもできる。
【００８６】
また、上述した本最良の形態では、流量計測装置２０について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、流量計測装置２０をガスメータに組み込んで実現したり、水、薬品などの流体を計測する計器として実現するなど種々異なる形態とすることができる。
【００８７】
［第２の最良の形態］
上述した第１の最良の形態では、流体の物性状態情報に基づいて下流側及び上流側温度信号を補正する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、物性状態情報で補正しない流量計測装置についても有効である。そこで、第２の最良の形態では、物性状態情報を検出しないで、下流側及び上流側温度信号を補正して流量を計測する流量計測について説明する。
【００８８】
フローセンサ１と非加熱用参照部材１Ａと流量計測装置２０との各々は、上述した第１の最良の形態と基本構成は同一であることから、異なる部分のみを説明する。
【００８９】
まず、図３において、フローセンサ１は、基体２、ダイアフラム３、マイクロヒータ４、下流側サーモパイル（温度センサ）５及び上流側サーモパイル（温度センサ）８、基体２の温度を検出する抵抗（基体温度検出手段：図６参照）１５，１６のみで構成する。そして、非加熱用参照部材１Ａは、参照用基体２Ａ、参照用ダイアフラム３Ａ、参照用下流側サーモパイル５Ａ及び参照用上流側サーモパイル８Ａ（参照用横側温度センサ）のみで構成する。
【００９０】
流量計測装置２０の構成については、図３中の右側サーモパイル１１、左側サーモパイル１３、参照用右側サーモパイル１１Ａ、及び、参照用左側サーモパイル１３Ａに対応した構成を削除することで対応する。
【００９１】
流量計測装置２０のＲＯＭ４２には、下流側温度サーモパイル５が出力する下流側温度信号及び前記上流側温度サーモパイル８が出力する上流側温度信号を前記参照用下流側温度サーモパイル５Ａが出力する参照用下流側温度信号及び前記参照用上流側温度サーモパイル８Ａが出力する参照用上流側温度信号で補正する流れ方向用補正手段、前記流れ方向用補正手段が補正した下流側温度信号及び上流側温度信号に基づいて前記流体の流量を算出する流量算出手段等の各種手段としてＣＰＵ４１を機能させるための各種プログラムを予め記憶しておく。
【００９２】
流量計測装置２０は、抵抗１５，１６の検出した基体２の基体温度を検出すると、その基体温度よりも一定温度高い温度に保持するように、マイクロヒータ４の電力供給を制御する。そして、その加熱状態において、フローセンサ１の下流側温度センサ５及び上流側温度センサ８からそれぞれ下流側温度信号ａｄ及び上流側温度信号ａｕを取り込むと共に、それらの各温度信号に対応した非加熱用参照部材１Ａの参照用下流側温度信号ｂｄ及び参照用上流側温度信号ｂｕを、非加熱用参照部材１Ａの参照用下流側温度センサ５Ａ及び参照用上流側温度センサ８Ａから取り込む。そして、例えば上流側温度信号ａｕ、下流側温度信号ａｄ、参照用上流側温度信号ｂｄ、及び、参照用下流側温度信号ｂｕのそれぞれにより予め定められた補正用算出式（Ｑ１＝ａｄ−ａｕ−ｂｄ＋ｂｕ）で求められる補正データＱ１を算出し、その補正データＱ１に基づいて流体の流量を算出する。
【００９３】
このような構成の流量計測装置２０によれば、マイクロヒータ４の加熱状態であってもその加熱の影響を受けていない非加熱用参照部材１Ａから、流体の計測期間中は常に最新の基体温度と流体温度との温度差に応じた参照用下流側温度信号及び参照用上流側温度信号を取り込むことができるため、流路７０の外部の温度変化等によって基体２とダイアフラム３との間に温度差が生じても、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生する温度センサのオフセット出力をキャンセルすることができるため、基体温度と流体温度とに温度差が生じてもフローセンサ出力精度を良い状態に保つことができる。従って、フローセンサ１のマイクロヒータ４を駆動させた状態でもその非駆動状態に対応した下流側及び上流側温度信号を常に取り込むことができるため、流量計測装置におけるヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、連続的な計測であっても、流体に対する計測精度を向上させることができる。
【００９４】
［第３の最良の形態］
次に、第１の最良の形態で説明したフローセンサ１と非加熱用参照部材１Ａを用いて、流体種類の判別を行う流体判別装置の最良の形態を以下に説明する。なお、従来の技術、第１，２の最良の形態のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００９５】
流体判別装置は、上述した第１の最良の形態で説明した図６に示す流量計測装置２０の構成のうち、アンプ３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂと、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４０と、駆動部５０と、を有している。そして、フローセンサ１は、基体２と、ダイアフラム３と、マイクロヒータ（ヒータ）４と、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）と、フローセンサ１と、非加熱用参照部材１Ａと、を有する。そして、非加熱用参照部材１Ａは、参照用基体２Ａと、参照用ダイアフラム３Ａと、参照用右側サーモパイル１１Ａ及び参照用左側サーモパイル１３Ａ（参照用横側温度センサ）と、を有する。
【００９６】
ＲＯＭ４２はさらに、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３が出力する横側温度信号を、参照用右側サーモパイル１１Ａ及び左側サーモパイル１３Ａが出力する参照用横側温度信号に基づいて補正する横側用補正手段、前記横側用補正手段が補正した横側温度信号に基づいて、流体の流れ方向と略直交してマイクロヒータ４を通る略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の物性状態を示す物性状態情報を検出する物性状態情報検出手段、物性状態情報検出手段４１ｂが検出した物性状態情報に基づいて前記判別対象流体の種類を判別する流体判別手段等の各種手段としてＣＰＵ４１を機能させるための流体判別プログラムを記憶している。
【００９７】
流体判別装置は、流体判別プログラムを実行すると、マイクロヒータ４の加熱開始を駆動部５０に指示して駆動部５０駆動させて、マイクロヒータ４の周りに所定の温度分布を発生させる。そして、その加熱状態において、フローセンサ１の右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３から右側温度信号及び左側温度信号を取り込むとともに、非加熱用参照部材１Ａの参照用右側サーモパイル１１Ａ及び参照用左側サーモパイル１３Ａから参照用右側温度信号及び参照用左側温度信号を取り込む。
【００９８】
右側温度信号及び左側温度信号を参照用右側温度信号及び参照用左側温度信号に基づいて補正し、該補正した右側温度信号及び左側温度信号が示す温度分布を検出し、該温度分布に基づいて流体の物性に応じた物性状態情報を検出する。そして、該物性状態情報と予め定められた物性判別情報との比較結果に基づいて流体種類を判別し、該判別結果を示す判別結果情報が図示しない表示装置、通信装置、音声出力装置等に出力されることで、判別結果を通知する。
【００９９】
以上説明した流体判別装置によれば、フローセンサ１における基体２、ダイアフラム３、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）の配置構成が同一の非加熱用参照部材１Ａを、フローセンサ１のマイクロヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように流路内に設け、そして、マイクロヒータ４の加熱状態のときにフローセンサ１の横側温度センサから横側温度信号、非加熱用参照部材１Ａの参照用横側温度信号をそれぞれ取り込んで補正を行い、補正した横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報を検出し、該物性状態情報に基づいて判別対象流体の種類を判別するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差による誤差を解消することができるため、その横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出して流体を正確に判別することができる。従って、様々な種類の流体に判別の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明に係る流量計測装置の基本構成を示す構成図である。
【図２】フローセンサを用いた本発明の流量計測装置の設置例を説明するための図である。
【図３】図２に示す流量計測装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図３のＣＰＵが実行する本発明に係る流量計測処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明による温度差と器差との関係を示すグラフである。
【図６】従来の熱型のフローセンサの構成を示す構成図である。
【図７】図６に示すフローセンサの断面図である。
【図８】従来の温度差によるサーモパイルの出力を示す模式図である。
【図９】従来のフローセンサで計測された流体温度と基体温度との温度差とセンサ出力器差（測定誤差）との関係を示したグラフである。
【図１０】従来の横側温度センサがないフローセンサの構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１    フローセンサ（フローセンサ）
１Ａ    非加熱用参照部材
３    ダイアフラム
３Ａ  参照用ダイアフラム
４    ヒータ
５    下流側温度センサ
８    上流側温度センサ
１１，１３    横側温度センサ
１１Ａ，１３Ａ    参照用横側温度センサ
２０    流量計測装置
４１ａ    横側用補正手段（ＣＰＵ）
４１ｂ    物性状態情報検出手段（ＣＰＵ）
４１ｃ    流量算出手段（ＣＰＵ）
４１ｄ    流れ方向用補正手段（ＣＰＵ）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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