(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの液体成分を持ち、上流のある位置から下流の方向に向かって流れるガスの正規化した流量を入手するためのガス流量測定装置であって、
ガスを受け入れるための前記上流位置に位置するガス入口コンジットと、
前記ガス入口コンジットと流体で連絡していて、他のすべての気体を添加しないで、少なくとも一つの液体成分のほぼ全部を蒸発させるために、前記ガスを調整するために第一の下流位置に位置する、ガス流量調整部分と、
前記ガス流量調整部分と流体で連絡していて、前記第一の下流位置より、前記上流位置から離れている第二の下流位置に位置していて、ガスの少なくとも一つの状態変数を感知し、少なくとも一つのガス状態信号を発生するための少なくとも一つのセンサと、前記ガスの実際の流量を測定し、流量信号を発生する流量センサとを含むガス流量測定部分と、
正規化した質量流量を入手するために、前記の少なくとも一つのガス状態信号および前記流量信号を使用するための、前記流量測定部分に動作できるように接続している処理デバイスとを含むガス流量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス流量測定装置において、前記ガス入口コンジットが、ほぼ気密状態で、内燃エンジンの排気装置に接続するためのカプラを含むガス流量測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガス流量測定装置において、前記ガス入口コンジットが、熱を前記ガス内に注入するための熱源を含むガス流量測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載のガス流量測定装置において、前記ガス流量調整部分が、前記ガスが下流方向に流れる時に、前記ガスを拡散するための発散部分を備えるガス流量測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のガス流量測定装置において、前記ガス流量調整部分が、前記発散部分の下流に位置する収束部分を備えるガス流量測定装置。
【請求項６】
請求項１に記載のガス流量測定装置において、前記ガス流量調整部分が、前記ガスが下流方向に流れる時に、前記ガスを拡散させるための発散部分、および前記発散部分の下流に位置する収束部分を備え、前記前記発散部分と前記収束部分とが、前記ガス内の減衰振動用のプレナムを形成するように、前記二つの部分が相互に位置するガス流量測定装置。
【請求項７】
請求項１に記載のガス流量測定装置において前記ガス流量調整部分は、リニア多重チャネル流れ経路を備えるガス流量測定装置。
【請求項８】
請求項４に記載のガス流量測定装置において、前記ガス流量調整部分が、少なくとも一つの液体成分の蒸発を助けるために、前記ガス内に熱エネルギーを注入するための前記発散部分の下流に位置する熱交換器を備えるガス流量測定装置。
【請求項９】
請求項４に記載のガス流量測定装置において、前記調整手段が、前記ガスから熱エネルギーを除去するために、前記発散部分の下流に位置する熱交換器を備えるガス流量測定装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のガス流量測定装置において、前記ガス流量調整部分が、熱エネルギーを前記ガス内に注入したり、除去したりするための熱交換器を備えるガス流量測定装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のガス流量測定装置において、前記ガス状態センサが、温度センサを備えるガス流量測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガス流量測定装置において、前記温度センサが、移動する空気内に、せいぜい約２秒程度の応答時間定数を持つガス流量測定装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のガス流量測定装置において、前記ガス状態センサが、圧力センサを備えるガス流量測定装置。
【請求項１４】
請求項１記載ガス流量測定装置において、前記ガス流量測定部分が、前記第二の下流位置において、前記ガスの流れを実質的に変えない前記ガス用の流れ幾何学的形状を持つガス流量測定装置。
【請求項１５】
請求項１に記載のガス流量測定装置であって、前記流量センサが、超音波流量測定センサであるガス流量測定装置。
【請求項１６】
請求項１に記載のガス流量測定装置であって、前記流量センサが、軸方向質量流量計を備えるガス流量測定装置。
【請求項１７】
請求項１に記載のガス流量測定装置において、前記プロセッサが、調整済みの流量を入手するガス流量測定装置。
【請求項１８】
少なくとも一つの液体成分を持ち、上流のある位置から下流の方向に向かって流れるガスの正規化した流量を入手するための方法であって、
前記上流位置に位置するガス入口コンジットのところでガスを受け入れ、前記ガスを下流方向に流すステップと、
他のすべての気体を添加しないで、少なくとも一つの液体成分のほぼ全部を蒸発させるために、第一の下流位置のところでガスを調整するステップと、
少なくとも一つのガス状態信号および流量信号とをそれぞれ発生するために、前記第一の下流位置より、前記上流位置から離れている第二の下流位置のところで、ガスの少なくとも一つの状態変数を測定し、前記ガスの実際の流量を測定するステップと、
前記の正規化した質量流量を入手するために、前記の少なくとも一つのガス状態信号および前記流量信号を使用するステップとを含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記ガス受け入れステップが、内燃エンジンの排気装置へ前記ガス入口を接続し、その結果、前記ガスがほぼ気密状態で流れる方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法において、前記ガス受け入れステップが、前記調整ステップの前に、熱を前記ガス内に注入するステップを含む方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の方法において、前記調整手段が、前記ガスが、前記ガス入口に対して下流方向に流れる時に、拡散位置で前記ガスを拡散するステップを含む方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、前記調整ステップが、少なくとも一つの液体成分の蒸発を助けるために、前記拡散位置の下流で前記ガス内に熱エネルギーを注入するステップを含む方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法において、前記調整ステップが、前記拡散位置の下流で前記ガスから熱エネルギーを除去するステップを含む方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法において、前記調整ステップが、前記拡散位置の下流の絞り位置で前記ガスを絞るステップを含む方法。
【請求項２５】
請求項１８に記載の方法において、前記調整ステップが、リニア多重チャネル流れ経路を使用して、前記ガスの流れをもっと直線的にするステップを含む方法。
【請求項２６】
請求項１８に記載の方法において、前記調整ステップが、少なくとも一つの液体成分の蒸発を助けるために、前記ガス内に熱エネルギーを注入するステップを含む方法。
【請求項２７】
請求項１８に記載の方法において、前記調整ステップが、前記測定ステップの前に前記ガスから熱エネルギーを除去するステップを含む方法。
【請求項２８】
請求項１８に記載の方法において、前記調整ステップが、前記測定ステップの前に前記ガスへとまたは前記ガスから熱エネルギーを移動させる単一の熱交換装置を使用するステップを含む方法。
【請求項２９】
請求項１８に記載の方法において、状態変数を測定するステップが、前記ガスの温度を測定するステップを含む方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法において、温度を測定するステップがせいぜい２秒程度の応答時間定数を持つセンサを使用して行われる方法。
【請求項３１】
請求項１８に記載の方法において、ガスの状態変数を測定するステップが、前記ガスの圧力を測定するステップを含む方法。
【請求項３２】
請求項１８に記載の方法において、ガスの状態変数を測定するステップが、前記ガスの流れを実質的に変えない第２の下流位置で流れ幾何学的形状に沿って前記ガスを流すステップを含む方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、流量を測定するステップが、超音波流量測定センサを使用しガス流量を測定するステップを含む方法。
【請求項３４】
請求項３２に記載の方法において、流量を測定するステップが、軸方向質量流量計を使用してガス流量を測定するステップを含む方法。
【請求項３５】
請求項１８に記載の方法において、パルス幅変調を使用して流量信号及び少なくとも一つのガス状態信号の少なくとも一つを調整するステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、ガス流量を測定するための装置および方法に関し、特に標準化またはその他の正規化したガス流量測定値を入手するのに適している測定および方法に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
ガスの流量を測定する際に役に立つ装置および方法の用途は、種々様々であり広い範囲にわたっている。正確にガス流量を測定できなければ、化学加工工業は、多くの製品を製造することはできないだろう。技術および技術能力が進歩するにつれて、要件はますます厳しくなり、短時間で測定でき、また精度も高いガス流量測定装置および方法に対する需要が増えてきている。
【０００３】
技術的感度および需要が増大している用途の一例としては、自動車、トラック等、すなわち、自動車産業内の排気ガスを、さらに少なくするための近年の試みを思い出すことができるだろう。１９９０年の大気清浄法により、自動車メーカーは、より清浄な燃焼エンジンを搭載した自動車を生産しなければならない。排気ガスの少ないエンジンを開発するために、自動車メーカーは、車両の排気ガスを測定するための測定装置および方法を必要とした。さらに、ある検定機関は、特定の車両が、実際に法令の要件に適合していることを証明するために、車両の排気ガスを測定するための測定装置および方法に対する要件を持っていた。
【０００４】
車両からの排気ガスを測定するのに通常使用される方法は、その化学的成分およびその各濃度を識別するための排気ガスの流量の測定、および排気ガスの化学的種分化分析を含む。その後で、この情報は、排気ガス中の特定の成分の量を測定するために、周知の方法で使用することができる。この用途における本発明は、排気ガスの流量の測定、すなわち、温度および／または圧力のような、ガスの一つまたはそれ以上の状態変数を使用する、測定した流量の正規化を含む排気ガスの流量を迅速に、正確に測定するのに非常に適している。
【０００５】
ガス流量を測定するための周知の装置および方法は、通常、間接的な測定方法を使用する。「定容量標本化」（ＣＶＳ）システムと呼ばれる周知のシステムの場合には、例えば、入ってくるガスを、通常は周囲の空気である希釈ガスで薄めることにより、ガス流量の測定が行われる。このようなシステムは、通常、測定を行うために、限界流量ベンチュリまたは容積式ポンプを使用する。その後で、排気ガスの流量を測定するために、希釈した混合物の流量が測定され、計算が行われる。
【０００６】
上記ＣＶＳシステムのようなシステムは、例えば、この方法の場合、希釈用空気を使用し、対応する計算を行わなければならないので、測定値に誤差を生じ、そのため、システムの精度および用途、および実際の近代排気ガス測定用の用途が制限されるという欠点を持っている。ＣＶＳシステムで使用される方法は、また、これらの方法が、その設計の本来の結果から、比較的測定速度が遅く、取扱いが面倒なために制限を受ける。
【０００７】
（発明の目的）
従って、本発明の一つの目的は、周知のシステムおよび方法と比較すると、測定感度が高く、応答時間が速い、ガス流量の測定装置および方法を提供することである。
【０００８】
本発明のもう一つの目的は、周知のシステムおよび方法と比較すると、設計および動作が比較的簡単な、ガス流量の測定装置および方法を提供することである。
【０００９】
本発明のその他の目的および利点については、以下に説明するが、その一部はこの説明を読めば理解することができるだろうし、または本発明の実施形態から理解することができるだろう。本発明の目的および利点は、添付の特許請求の範囲に指摘する手段および組合せにより達成することができ、入手することができる。
【００１０】
（発明の概要）
上記目的を達成するために、また本明細書に具体化し、記載した広い意味での本発明の目的に従って、本発明は、少なくとも一つの液体成分で正規化したガスの流量を入手するためのガス流量測定装置を提供する。ガスは、上流のある位置から下流の方向に向かって流れる。このガス流量測定装置は、ガスを受け入れるための上流位置のガス入口コンジットと；上記ガス入口コンジットと流体で連絡していて、他のどのような気体も添加しないで、少なくとも一つの液体成分のほぼ全部を蒸発させるためにガスを調整するための、第一の下流位置に位置するガス流量調整部分と；ガス流量調整部分と流体で連絡していて、第一の下流位置より、上流位置から離れている第二の下流位置に位置していて、ガスの少なくとも一つの状態変数を感知し、少なくとも一つのガス状態信号を発生するための少なくとも一つのセンサと、実際のガスの流量を測定し、流量信号を発生し、正規化した質量流量を入手するために、少なくとも一つのガス状態信号および流量信号を使用するための、流量測定部分に動作できるように接続している処理デバイスを含む流量測定部分とを備える。
【００１１】
ガス入口コンジットは、ほぼ機密状態で内燃エンジンの排気装置に接続するためのカプラを含むことができ、また、熱をガスに注入させるための熱源を含むことができる。
【００１２】
ガス流量調整部分は、ガスが下流に向かって流れる場合に、ガスを拡散するための発散部分を備えることができる。ガス流量調整部分は、また発散部分の下流に位置する収束部分を備えることができる。ガス流量調整部分は、また、発散部分、およびガス内の減衰振動用のプレナムを形成するように相互に位置する、発散部分の下流に位置する収束部分を備えることができる。ガス流量調整部分は、また、チューブの束のようなリニア多重チャネル流れ経路を備えることができる。ガス流量調整部分は、また、少なくとも一つの液体成分を蒸発を助けるために、ガス内に熱エネルギーを注入したり、取り出したりするための発散部分の下流に位置する熱交換器を備えることができる。
【００１３】
ガス流量測定部分は、好適には、第二の下流位置で、ガスの流れを本質的に変化させない、ガスの流れに対する幾何学的構造体を備えることが好ましい。流量センサは、超音波流量測定センサ、軸方向質量流量計およびその他の設計の流量計を備えることができる。
【００１４】
本発明は、その内部において、ガスが上流のある位置から下流の方向に流れる、少なくとも一つの液体成分の正規化された流量を入手するための方法を提供する。この方法は、上流位置において、ガス入口コンジットのところでガスを受け入れ、下流方向にガスを流すステップと；他の気体を全然添加しないで、少なくとも一つの液体成分のほぼ全部を蒸発するために、第一下流位置において、ガスを調整するステップと；それぞれ、少なくとも一つのガス状態信号および流量信号を発生するために、第一の下流位置より、上流位置からもっと離れている第二の下流位置に位置で、ガスの少なくとも一つの状態変数を測定し、実際のガスの流量を測定するステップと；正規化した質量流量を入手するために、少なくとも一つのガス状態信号および流量信号を使用するステップとを含む。
【００１５】
（好適な実施形態および方法の詳細な説明）
添付の図面に示す、本発明の好適な実施形態および方法について、以下に詳細に説明する。どの図面の場合も、類似または対応する部品には、類似の参照番号がつけてある。
【００１６】
本発明は、少なくとも一つの液体成分を持つガスの正規化した流量を入手するためのガス流量測定装置またはシステムを提供する。本明細書で使用するガスという用語は、純粋なガス、蒸気成分を含むガス、および固体、液体または浮遊状態の固体および液体を含むガスを含む広い意味で使用している。
【００１７】
本明細書で使用する「少なくとも一つの液体成分」とは、ガス内の液体または蒸気成分を指す。本明細書に記載する自動放出用途の場合には、例えば、内燃エンジンからの排気ガスは、通常、液体状態の水の小さな水滴、懸濁および／または水蒸気を含む。例えば、ガスが冷却して、ガスの流れ条件および状態が変化した場合には、これらの液体成分は、大量に凝縮する。通常、上記液体成分は、気相で、エアゾールまたは液体の小滴の懸濁の形をしている。多くのガス流量用途の場合には、ほぼすべての液体または揮発性成分が、ガス流量測定中に、必ず気体状態または蒸気状態であることが望ましい。好適なシステムは、この目的によく適している。
【００１８】
もちろん、ガス流量は、定義が示すように、ガスの流れまたは運動を含んでいなければならない。説明および図解を分かりやすくする目的で、ガスの流れまたは運動を説明するために、またシステムの構成部材の相対的位置および空間内での関係を示すための参照ボックスを使用すると有利である。従って、以下の説明中のガスは、上流のある位置から下流に向かって流れているものと仮定する。本明細書で使用する「上流位置」という用語は、以下に詳細に説明するように、一般的な上流位置を指すために使用され、「下流方向」、または「下流」という用語は、同様に、以下に詳細に説明するように、ガスの流れまたは運動方向に変位した位置を指す。
【００１９】
本発明の原理を説明するために、図１に、本発明の好適な実施形態のガス流量測定装置またはシステム１０を示す。以下にこの装置またはシステムについて説明する。システム１０は、車両の排気ガスが、従来の自動車の内燃エンジンまたはトラックのエンジンの排気装置から流出する時、この車両の排気ガスの流量を直接測定する際に使用することができ、特に、この目的に適している。上記システムは、例えば、排気ガス規定に適合しているかどうかをモニタするために、車両の排気ガスを直接、正確に測定するための、調査装置で有利に使用される。しかし、この用途は、本発明を有利に使用することができる無数の用途の単に代表するものであるに過ぎない。
【００２０】
ある観点から見た場合、本発明は、ガスを取り入れるために、上流位置に位置するガス入口コンジットを含むガス入口部分を含む。広い意味で、ガス入口コンジットは、ガスを受け入れ、それによりガスが流れ、それに沿ってシステムの他の構成部材が配置されている、ガスを、本質的に、流れ領域、チャネルまたはガスの流れの経路に導入する働きをする、任意の流れ特性化、またはチャネル化手段であってもよい。
【００２１】
ガス流量測定システム１０で実行した場合、ガス入口コンジット１２は、直径または断面が、車両の排気パイプ（図示せず）にほぼ等しい、ほぼ円筒形のパイプ１４を備える。例えば、ガス入口コンジット１２の直径は、約２．５インチから約６インチの範囲内の大きさで、好適には、約３インチであることが好ましい。この例示としてのシステムのガス入口コンジット１２は、従来の自動車またはトラックで使用することができる、エンジンのような、内燃エンジンの排気に直接接続することができるので、この好適な自動車のガス入口コンジット１２は、ガス入口コンジットの上流の端部１２ａを、ほぼ気密状態で、内燃機関の排気に接続するためのカプラ１６を含む。しかし、実際には、完全な気密接続を行うのは難しく、カプラ１６は、エンジンから排出されたガスの漏洩を、最も少なくするように設計されるので、測定対象のガスの流れに対応するエンジンまたはそのガス入口コンジットから排出するガスのほぼ全部は、システム１０に導入される。
【００２２】
ガス入口コンジット１２は、（最も左側の一点鎖線から左の方向の）上流位置１８に位置している。上記上流位置は、通常、カプラ１６からガス入口コンジット１２の下流端部２０に延びる、ガス入口コンジット１２に沿った領域に対応する。この実施形態のガス入口コンジット１２は、カプラ１６からガス入口コンジット１２の下流端部２０までの長さが約１８インチある。
【００２３】
好適な実施形態が適応される自動車の排気のようなある用途の場合には、（本明細書では、「液体」成分と呼ぶ）ガスの液体成分または揮発性成分のあるもの、またはすべてが、バルク液体または懸濁状態または懸濁相ではなく、確実に気体状態または気相になることが望ましい。このガス状態を達成するために、多数の技術を使用することができるけれども、好適な方法は、これら液体成分の揮発または蒸発を助けるために、ガスを加熱するステップを含む。従って、ガス入口コンジット１２も、同様に、熱をガスに注入するための熱源を含む。この好適な実施形態の場合には、熱源は、ガス入口コンジット１２の周囲に配置されている熱ブランケットを備える。そのため、加熱された場合、熱エネルギーが、ガス入口コンジット１２を通して、このコンジット１２内のガスに注入される。他の熱源も使用することができることを理解されたい。そのような代わりの熱源としては、例えば、種々のタイプの熱交換器、コンジットに内蔵された熱源などがある。
【００２４】
この実施形態の場合には、システム１０に導入された場合に、外からのガスの温度を測定するために、ガス入口コンジット１２内に温度センサ２６が設置されている。
【００２５】
システム１０のガス入口部分２８は、カプラ１６と下流端部２０との間にすべての構成部材を含む。ガス入口部分２８のどの部分も、不可避の漏洩による微量の流入以外には、この部分に導入された空気、またはガス以外のものが存在しないことに気が付くだろう。
【００２６】
さらに、本発明のガス流量測定システムは、他のガスを全然添加しないでも、少なくとも一つの液体成分のほぼ全体を蒸発するために、ガス入口コンジット、およびガス流量を調整するための第一の下流位置で流体で連絡している、ガス流量調整部分を含む。ガス流量調整部分を設置する理由の一つは、ガスの流量が、できるだけまっすぐで均一な流れのプロファイルを持つように、ガスの流量を調整することである。ガス流量調整部分は、また、ガスの液体成分を、さらに確実に蒸気状態またはガス状態にするために、使用することができる。ガス流量調整部分は、また、システムの以降の部分での測定に、最も敏感に反応するようにし、上記下流構成部材と干渉しないように、または損傷しないようにするために、状態、特に温度を制御するために使用することができる。
【００２７】
本明細書で「第一の下流位置」と呼ぶ位置は、例えば、ガス入口コンジット１２の下流端部２０のところで、上流位置または領域１８と流体により連絡していて、以下に非常に詳細に説明するように、ガス流量測定部分まで延びている流れ区分またはチャネルの全体の領域または部分を意味する。
【００２８】
ガス流量調整部分は、少なくとも一つの液体成分のほぼ全体を蒸発するために、ガスを調整するが、この調整は、他のガスを全然添加しないで行われる。ガスの温度が、ガス内の任意の液体、または揮発性成分の露点より高くなるようにガスが加熱される。こうすることにより、ガスのほぼ全体を確実に気相にすることができる。この方法は、その蒸気圧または部分圧を低くするために、蒸気を希釈することにより揮発性成分を蒸発させる従来の方法とは根本的に異なる。
【００２９】
実際には、他のガスがガス流れの中に混入するのを完全に防止することは困難であるか、または不可能であるけれども、微量のガスの混入は、動作原理に有意に影響したり、変化させたりすることはない。システム１０は、ＣＶＳシステムのような周知のシステムとは異なり、希釈ガスを添加しない。そうであっても、入口のガスの一部として、システム内に導入された化学的成分から、システム１０で発生する恐れがある反応によりシステム１０でのガスの発生を必ずしも防止しない。好適な実施形態の場合には、上流入口のガスは、内燃エンジンからの入口排気ガスである。システム１０の特殊な目的は、できるだけ任意の他のガスの侵入を除去することである。この方法は、従来の周知のシステムおよび方法と比較した場合に、本発明の利点を強調する多数の有意な意味を持つ。例えば、測定対象のガスの流れに希釈物または他の添加物としての空気または他のガスを含んでいないということは、測定対象のガスの自然の流れを、流量測定を行うために有意に変更する必要がないことを意味する。添加物を含んでいないということは、また測定対象のガスが、温度変化、および通常、圧力のようなガス状態変数望の変化に、もっと敏感に応答することを意味する。
【００３０】
好適な実施形態についてさらに詳細に説明すると、システム１０は、他のガスを全然添加しないで、少なくとも一つの液体成分のほぼ全体を蒸発する目的で、ガスを調整するために、ガス入口コンジット１２および（一点鎖線の間の）第一の下流位置３２と流体により連絡しているガス流量調整部分３０を含む。
【００３１】
すでに説明したように、第一の下流位置３２は、通常、ガス入口コンジット１２の下流端部２０のところで、上流方向に向かって始まって、（以下に説明する）ガス流量測定部の始まりのところまで延びている領域を指す。この実施形態の場合には、ガス流量調整部分３０は、上流から下流またはその反対方向に延びる長さ約３０インチの部分である。
【００３２】
ガス流量調整部分３０は、この場合には、ガスが下流方向に流れた場合、ガスを拡散するための拡散装置３４を含む発散部分を備える。この発散部分は、熱交換器／プレナム部分に流れが入ろうとしている場合に、圧力の損失を最も少なくするために、流れを減速させるためのものである。
【００３３】
拡散装置３４は、ガスが下流方向に移動する場合に、流れの分離が最も少なくなるような内部幾何学的形状を持つように設計される。この実施形態の場合には、拡散装置３４の長さは、約６インチである。
【００３４】
中央コンジット３６は、拡散装置３４に隣接していて、拡散装置３４と流体で連絡している。中央コンジット３６の外径は約１２インチであり、有効内径は約１１．５インチである。
【００３５】
ガス流量調整部分３０も、また、リニア多重チャネル流れ経路を含む。この実施形態の場合には、ガス流量調整部分は、中央コンジット３６内で、縦方向に配置されているチューブの束４０を形成するために、複数のチューブ３８を備える。各チューブ３８の直径は、約０．５インチで、中央コンジット３６のほぼ全長を延びている。チューブ３８は、中央コンジット３６と一緒に、本質的にはシェルであるもの、チューブ熱交換器を形成する。ガスがシステム１０内を下流に向かって流れると、チューブ３８は、ガスが拡散装置３４を通過するとき、流れが容易にまっすぐに流れるようにする。
【００３６】
ガス流量調整部分３０は、また、発散部分の下流に位置する収束部分、すなわち、ノズル４２を備える。ノズル４２は、その上流端部４４のところで、中央コンジット３６に隣接している。ノズル４２は、中央コンジット３６の内径および外径と一致し、係合する上流内径および外径を持つ。
【００３７】
この特定の実施形態の場合には、すでに説明したように、ガス流量調整部分３０は、ガスが下流方向に流れた場合に、ガスを拡散するための発散部分と、発散部分の下流に位置する収束部分の両方を含む。発散部分および収束部分は、これらの部分がガス内の減衰振動用のプレナムを形成するように、相互に位置している。この特定の実施形態の場合には、ガス流量調整部分３０の全長は、約３０インチである。拡散装置３４、中央コンジット３６およびノズル４２により形成されるプレナム・チャンバは、レシプロ内燃エンジンの放出の際に起こる、振動モードを非常に効果的に抑制する。
【００３８】
ガス流量調整部分３０は、好適には、少なくとも一つの液体成分の蒸発を助けるためにガス内に熱エネルギーを注入するための、またはガスから熱を奪うための、または両方の目的のための、拡散装置３４の下流に位置する熱交換器４８のような熱交換手段を含むことが好ましい。ガスから熱を奪うのは、例えば、以下に説明する流量センサにより堪えることができる最高温度以下に温度を保つのに適当な方法である。
【００３９】
中央コンジット３６およびその内部に収容されているチューブの束４０は、本質的にシェルおよび管形熱交換器を形成することについてはすでに説明した。熱交換器４８は、中央コンジット（シェル）３６およびチューブの束４０により形成されている熱交換器４８のシェルおよびチューブ部分５２と流体で連絡している流れループ５０を備える。抵抗型加熱素子５４は、中央コンジット３６を通過するとき、チューブの束４０内のガスを選択的に加熱するために、流体ループ５０の一部の内部またはその周囲に配置されている。熱交換器４８も、また、ループ５０内に空冷熱交換器またはラジエータ５６を含み、ファン５８が、ガスが中央コンジット３６およびチューブの束４０を通過するとき、ガスを冷却するために、空冷熱交換器またはラジエータ５６に隣接して配置されている。ファン５８および抵抗型素子５４は、周知の方法で制御および切り替えを行うために、（以下に説明する）コンピュータに接続している。温度センサ２６の設計と同じ設計の温度センサ６０が、中央コンジット３６内に設置されている。
【００４０】
他の設計の熱交換器も、本明細書に詳細に記載した設計の熱交換器の他に、またはその代わりとして使用することができる。例えば、熱ブランケットは、中央コンジット３６の外部上にまたはその周囲まで延びることができる。
【００４１】
本発明のガス流量測定システムは、さらに、ガス流量調整部分と、および第一下流位置と比べると、上流位置からもっと離れた第二の下流位置に、流体により連絡しているガス流量測定部分を含む。ガス流量測定部分は、少なくともガスの一つの状態変数を感知し、少なくとも一つのガス状態信号を発生するための少なくとも一つのセンサ、およびガスの実際の流量を測定し、流量信号を発生するための流量センサとを含む。
【００４２】
ガス流量測定部分は、流量を直接測定するが、しかし、通常、必ずしも量的な流量を測定するわけではなく、また流量を正規化し、それを質量流量に変換する際に使用されるガスの状態変数を直接測定する。この測定は、上記制限に従って、希釈ガスのようなガスを全然追加しないで行われる。
【００４３】
本明細書においては、ガスの状態変数という用語は、ガスの物理的状態を表示する際に使用される変換のうちの任意の一つを指す。ガスの状態の化学式の変数はその例である。理想気体の法則は、その一例を示す。理想気体の法則によれば、ＰＶ＝ｎＲＴである。この場合、Ｐ＝圧力、Ｖ＝容積、ｎ＝濃度、Ｒ＝理想気体定数、およびＴ＝温度である。理想的には、これら各変数は、変化または変動することができるが、Ｒの数値は、広い範囲にわたって本質的に一定である。それ故、変数Ｐ、Ｖ、ｎまたはＴのうちの任意の一つ、および場合によっては、Ｒを状態変数とすることができる。
【００４４】
好適な実施形態で実行したように、システム１０のガス流量測定部分６４は、（図１の一番右の一点鎖線から右の方向に）第二の下流位置６６に位置する。ガス流量測定部分６４は、部分６４内のガス（ガス状態変数）の温度を測定するための温度センサ６８を含む。実際には、温度センサ６８は、市販のセンサを含む多数の異なるセンサのうちの任意のセンサを備えることができる。理想的には、温度センサ６８用に使用した特定のセンサとしては、ガスの流れに対する妨害が最も少なく、そのため部分６４の両端部間の圧力降下が最も少ないセンサを選択することが望ましい。
【００４５】
もちろん、上記選択の際には、センサ自身の精度も重要な要素である。特定の用途により、主として、問題一つの温度範囲または複数の温度範囲にわたる精度または感度に基づいて、温度センサを選択しなければならない場合もある。
【００４６】
温度センサの応答時間は、温度変化が迅速なシステム内のシステムの精度を維持するために重要である。好適な実施形態および方法の場合には、システム全体の精度を維持するためには、移動する空気内において、せいぜい約２秒程度応答時間定数が必要である。
【００４７】
温度センサの応答時間は、また、その選択の際に重要な役割を演ずる場合がある。流量測定の精度は、通常、ガス状態変数の測定の精度に左右される。特に、リアルタイムの測定またはほぼリアルタイムの測定を必要とする場合には、センサの応答時間が制限要素になる場合がある。
【００４８】
好適な実施形態の排気ガス測定用途に戻って説明すると、温度センサ６８は、例えば、パイプ流れ温度測定用に、化学処理業界で使用するための市販されているもののような抵抗型温度デバイス（「ＲＴＤ」）を備える。温度センサ６８の出力は、ガスがセンサを通して流れる時に、ガスの温度を表示する電気抵抗である。ＲＴＤの出力は、通常、０℃で１００Ω、５００℃で２８０．９Ωである。温度センサ６８は、その出力のところで、アリゾナ州タクソン所在のバー・ブラウン社から入手することができる、関連回路付きのバー・ブラウンＸＴＲ１０３電流送信機のような電流送信機デバイスに接続している。ＸＴＲ１０３電流送信機は、温度測定構成部材の性能を改善するためのＲＴＤ励起線形化を含む。
【００４９】
ガス流量測定部分６４は、また、圧力センサ７０の形をしているガス状態センサを含む。圧力センサ７０としては、最も少ない圧力降下、すなわち、妨害を起こさないで、流動ガスの圧力の測定に適している種々のタイプおよびブランドのものを使用することができる。適用対象の業界の通常の当業者であれば、容易に理解することができるように、この目的に適している圧力センサが多数市販されれいる。
【００５０】
ガス流量測定部分６４は、また、第二の下流位置６６において、ガスの流れを実質的に変化させないガスの流れに対する幾何学的構造を持っている。ノズル４２を通過した後で、渦巻を除去し、流れをさらにまっすぐにする目的で、流れのパターンを四つのほぼ等しい大きさおよび形の流れコンジットに分割するために、ストレイトナー・ベイン７２が使用される。
【００５１】
ガス流量測定部分６４は、また、好適には、超音波流れ測定センサを備えることが好ましい流量センサを含む。このタイプの流量計としては、アリゾナ州フェニックス所在のＥＧ＆Ｇインスツルメント・フロー・テクノロジー社が市販しているＵＦＧ５超音波ガス流量計等がある。他の適当な流量計としては、マサチューセッツ州ウォルサム所在のパナメトリック社が市販している「ガス用パナメトリックＧＰ６８型トランス・タイム流量計」、および日本の東京所在のカイジョー社が市販している、カイジョーＧＦ−５００シリーズ超音波ガス流量計などがある。
【００５２】
流量センサ７６は、また、軸方向質量流量計を備えることもできる。このタイプの流量計としては、ＦＭＣ社の事業部である、コロラド州デンバー所在のダイレクト・メジャーメント社が市販している、ダイレクト・メジャーメント社、軸方向モードコリオリ質量流量計等がある。
【００５３】
理想的には、温度センサ、圧力センサおよび流量センサは、ガス入口およびガス流量測定部分６４のところの主な流れの経路直径と同じ直径を持つ同じ長さのパイプの圧力降下より、流れを有意に妨害したり、阻害したりしてはならない。すべてのメータおよびガス流量測定部分６４および他の部分の構成部材の場合、ほとんどの用途の場合、好適には、流れに対する妨害および対応する圧力降下を最も少なくするように、上記構成部材を選択し、システムに内蔵させることが好ましい。上記選択および内蔵は、例えば、メータを流れを妨害および阻害しないように設計して、流れに対する幾何学的形状を一定に維持することにより行うことができる。
【００５４】
システム１０を、内燃エンジンの排気ガスの流量を測定するために使用する場合には、流量測定プロセスの部分の性能を変えないように、有意な背圧が発生しないようにしなければならない。
【００５５】
ガス入口コンジット８０は、ガス流量測定部分６４の一番下流の端部８２に設置される。出口コンジット８０は、ガス流量測定部分６４の他の流れ区分部分の直径と、ほぼ同じ直径を持つ。出口コンジット８０の端部のところの排気開口部８４は、周囲の空気および状態に対して開放状態になっている。
【００５６】
それ故、上記システム１０は、すなわち、部分２８、３０および６４は、図２に示すように、キャビネット９０内に収容されている。本発明のガス流量測定システムは、また、正規化した流量を入手するために、少なくとも一つのガス状態信号および流量信号を使用するために、ガス流量測定部分に動作できるように接続している処理デバイスを含む。この実施形態の場合には、処理デバイスは、容易に入手できる市販の、インテルをベースとするマイクロプロセッサ、タッチ・スクリーンおよびディスプレイまたはモニタを使用するＰＣタイプのコンピュータ・システム１００を備える。図３に示すように、コンピュータ１００は、入力インターフェース・ボード１０２および出力インターフェース回路１０４を含む。
【００５７】
図１について説明すると、入口温度センサ２６、熱交換器温度センサ６０、メータ温度センサ６８および圧力センサ７０は、それぞれ、コンピュータ／データ取得システム１００に接続している。図４について説明すると、入口温度センサ２６は、比較的広い温度範囲にわたる、入口温度センサの非直線性に由来する測定誤差を修正するために、入口線形化システム１０６の入力に、入口温度信号（ＲＴＤ入口）を送る。入口線形化システム１０６は、ユーザに表示される修正した温度信号（Ｔ修正）を供給するために、ディスプレイ１０８に接続している。
【００５８】
再び図４について説明すると、熱交換器の温度センサ６０は、比較的広い範囲にわたる熱交換器の温度センサ６０の非直線性に由来する測定誤差を修正するために、熱交換器温度信号（ＲＴＤ熱交換器）を熱交換器の線形化システム１１０の入力に供給する。熱交換器の線形化システム１１０は、ヒータ・モジュール１１４の入力に接続している、加算器１１２に接続している。ヒータ・モジュール１１４の出力は、加算器１１２の負の入力にファン制御信号を供給し、上記負の入力に接続していて、それにより、ガスの温度を制御するために、フィードバック制御ループを形成する。信号Ｔ設定１も、また、その数値にガスが制御される設定温度を供給するために加算器１１２に送られる。
【００５９】
さらに、図４について説明すると、熱交換器の温度センサ６０は、ガスの温度を露点より高い最低の温度に維持するために、ヒータ５４または部分６４上の熱ブランケットを制御するための制御信号を発生する。熱交換器の温度センサ６０は、比較的広い範囲にわたる熱交換器の温度センサ６０の非直線性に由来する測定誤差を修正するために、熱交換器の温度信号（ＲＴＤメータ）を熱交換器の線形化システム１１０の入力に供給する。熱交換器の線形化システム１１０は、ファン５８用のファン・モジュール１２０の入力に接続している加算器１１８に接続している。ファン・モジュール１２０は、加算器１１８の負の入力にファン制御信号を供給し、上記負の入力に接続していて、それにより、ガスの温度を制御するために、フィードバック制御ループを形成する。修正したメータ交換器の温度信号、Ｔメータ  修正も、ガスの温度が決して流量計センサ７６の安全限度を超えないように、加算器１１８に送られる。信号、Ｔ設定２も、その数値にガスが制御される設定温度を供給するために、加算器１１８に送られる。
【００６０】
再び、図４について説明すると、圧力センサ７０は、圧力センサの非直線性に由来する測定誤差を修正するために、圧力線形化システム１２２の入力に、圧力信号（Ｐメータ）を送る。圧力線形化システム１２２は、ガスの流れを正規化された状態に修正するために使用される出力信号、Ｐ修正を供給する。
【００６１】
さらに、図４Ａを参照しながら図４について説明すると、コンピュータ１００は、正規化した流量を下記のように入手する。流量計７６は、１秒当り１〜１５０フィートの平均速度流れ平均に比例する出力信号、Ｑメータを供給する。信号、Ｑメータは、コンピュータ１００に送られる。
【００６２】
信号、Ｔメータ  修正、Ｑａｃｔ、Ｐ修正は、正規化装置１２４に送られ、上記正規化装置は、下記の計算により正規化されたガス流量を計算する。
【００６３】
Ｑ標準＝Ｑａｃｔ（Ｔ標準Ｐ修正／Ｔメータ  修正Ｐ標準）
ここで、Ｑ標準＝正規化された流量であり、Ｑａｃｔ＝容積流量であり、Ｔ標準＝（ユーザまたはアプリケーション設計者が指定した）正規化されたメータ温度であり、またＴメータ  修正＝（センサ６８からの）修正したメータ温度である。所与の時間ｔ中の全質量の流れは、時間ｔの間のＱ標準を積分することにより計算することができる（インテグレータ１２６参照）。
【００６４】
図４および図５について説明すると、好適な実施形態の場合、入口温度センサ２６は、抵抗型温度デバイス（「ＲＴＤ」）を含む。ＲＴＤとしては、高速な応答時間および安定なＲＴＤが選択される。図５および図６について説明すると、入力温度線形化装置１０６、熱交換器の温度線形化装置１１０、およびメータ温度線形化装置１１６は、ＲＴＤセンサ１２８、１３０および１３２の範囲および精度を広げるために、ＲＴＤ信号を最初に線形化するために使用される温度取得ボード１０２を備える。
【００６５】
熱交換器ＲＴＤ１３２は、熱交換器ＲＴＤ１３２を励起させ、温度範囲内の熱交換器ＲＴＤ内の非直線性を修正するために、熱交換器ＲＴＤの線形化回路１１０の入力に接続している。熱交換器ＲＴＤの線形化回路１１０の出力は、ボード１３６上のアナログ−デジタル変換器の入力に送られる。修正した熱交換器温度出力を供給するために、アナログ−デジタル変換器の出力の非直性は、さらに、熱交換器ＲＴＤ１３２で修正される。このような修正は、コンピュータ１００のプロセッサ１００ａ内にセンサ校正相関関係データを記憶し、センサ出力を修正するための校正データを使用して行うことができる。
【００６６】
メータＲＴＲＤ１２８は、メータＲＴＤ１２８を励起し、温度範囲のメータＲＴＤ出力の非直性を修正するために、メータＲＴＤ線形化回路１４０の入力に接続している。メータＲＴＤ線形化回路１４０の出力は、ボード１３６上のアナログ−デジタル変換器の入力に接続している。アナログ−デジタル変換器の出力は、修正されたメータ温度出力を供給するために、メータＲＴＤ１２８の非直性を修正するために、さらに修正される。このような修正は、プロセッサ１００ａ内にセンサ校正相関関係データを記憶し、センサ出力を修正するための校正データを使用して行うことができる。
【００６７】
より詳細に説明すると、ＲＴＤはプラチナＲＴＤである。好適には、ＲＴＤ線形化回路は、０．８ミリアンペアの励起電流、およびプラチナＲＴＤ用に設計された３線式送信機を使用することが好ましい。そのような適当な送信機の一例としては、バー・ブラウン社製のＸＴＲ１０３がある。
【００６８】
超音波流量計７６は、ドップラー・タイプのものでもよいし、トランジット時間タイプのものであってもよい。図４Ａについて説明すると、好適には、超音波流れ測定センサ７６は、超音波トランジット時間メータを備えることが好ましい。トランジット時間メータ７６は、時間モードまたは周波数モードで動作することができる。好適な実施形態の場合には、トランジット時間メータ７６は、周波数モードで動作する。このモードで動作する場合、流量計７６は、測定中の流体の平均速度に比例する出力信号、Ｑメータを供給する。
【００６９】
図５について説明すると、好適には、信号、Ｑメータ１４２は、下記のように、ボード１０２の（ピン３６を通して）アナログ−デジタル変換器に供給することが好ましい。超音波流量計７６の出力は、信号、Ｑメータを、０〜５ボルトの範囲内の出力電圧である、出力信号Ｑｖに変換する流量計プロセッサ１４４に接続している。また、流量計プロセッサ１４４は、Ｑメータを、４〜２０ミリアンペアの範囲内の出力電流信号である出力信号Ｑｊに変換する。流量計プロセッサ１４４は、パラメトリック社製のＧＰ６８デバイス、または東京のカイジョー社製のＧＦ−５００デバイスのようなセンサの周波数信号を取得し、上記信号を濾過し、上記信号を修正し、上記信号を流量に比例するアナログ出力に変換するための、マイクロプロセッサをベースとするデバイスであってもよい。通常、上記流量計プロセッサは、スポラジック信号を除去するために、出力信号、ＱｖおよびＱｉが濾過されるために、比較的遅い応答時間を持つ。本発明の好適な実施形態の場合には、流量計プロセッサ１４４は、出力信号ＱｖおよびＱｉが濾過されず、そのためより速い応答時間を供給するように修正される。濾過されていない出力信号ＱｖおよびＱｉは、信号、Ｑメータとして使用され、信号、Ｑメータは、以下に説明するように、アナログ−デジタル変換器の入力に送られる。このように修正された、カイジョー社のＧＦ−５００デバイスを使用した場合、約０．１秒の間隔でＱメータを標本化することができる応答時間が達成された。
【００７０】
図４について説明すると、出力信号、Ｑメータは、デジタル出力信号、Ｑ読出しを供給するボード１３６上のアナログ−デジタル変換器の入力に送られる。好適な実施形態の場合には、アナログ−デジタル変換器は１６ビット変換器であり、出力Ｑ読出しは１６ビット語である。このような適当なアナログ−デジタル変換器の一例として、カリフォルニア州パロアルト所在のダイヤモンド・システムズ・コーポレーション社が販売している、ダイヤモンド−ＭＭ−１６ＴＭアナログ−デジタル変換器がある。信号、Ｑ読出しは、所与の流量計の校正曲線（図４Ｂ）が示す流量計７６の既知の測定誤差を補償するために修正された流量を反映している信号、Ｑ修正を計算するために使用される。好適な実施形態の場合には、この線形化は、Ｔ修正と、校正曲線の基準温度との間の差に基づく、流量計の図４Ｂの校正曲線内のシフトを計算し、校正曲線のこのシフトを調整し、Ｑ修正を達成するためのシフトした校正曲線に基づいて、Ｑ読出しを修正することにより行うことができる。
【００７１】
Ｑ修正は、ガス流量測定コンジット１４８（図１）の断面積の変化を補償し、下記式により実際の流量信号、Ｑａｃｔを供給するために、さらに修正される。
【００７２】
Ｑａｃｔ＝Ｑ修正（１＋２α）（Ｔメータ  修正−Ｔ基準）
ここで、α＝流れ測定コンジットの実質的な膨張係数であり、Ｔ基準＝システムの校正中の流体の温度である基準温度である。
【００７３】
図６は、バー・ブラウン社のＸＴＲ１０３デバイスを使用する、好適なＲＴＤ温度測定回路の略図である。１２８のところで、メータ温度を測定するための温度測定回路１４０は、すでに周知のように、外部トランジスタを使用しないで入手できるものより、ＸＴＲ１０３デバイスの精度を改善するために設置した外部トランジスタＱ２を含む。測定温度でのＸＴＲ１０３デバイスの精度をさらに改善するために、抵抗Ｒ１３がすでに設置されている。同様に、Ｔ入口、Ｔ熱交換器、およびＴメータ温度を、それぞれ測定するために、温度測定回路に、トランジスタＱ４、Ｑ６およびＱ８および抵抗Ｒ１４、Ｒ１５およびＲ１６が設置される。この線形化回路を使用することにより、好適なＲＴＤの動作範囲が、約０〜１００℃から、約０〜５００℃に拡張した。
【００７４】
本発明の好適な実施形態の場合には、温度測定回路１４０、１０６および１１０の各出力は、ボード１３６上のアナログ−デジタル変換器に供給される。図４および図５に示すように、ボード１３６上の各アナログ−デジタル変換器は、処理温度、Ｔ入力、Ｔ熱交換器およびＴメータに比例するデジタル出力信号、Ｔ読出しを供給する。さらに、入力流量信号、Ｑメータは、ボード１３６上のアナログ−デジタル変換器の入力に送られ、上記変換器は、Ｑメータに比例するデジタル出力信号、Ｑ読出しを供給する。同様に、圧力信号Ｐメータは、ボード１３６上のアナログ−デジタル変換器の入力に接続していて、この変換器はＰメータに比例するデジタル出力信号を供給する。各信号、Ｔ読出し、Ｑ読出しおよびＰ読出しは、汎用コンピュータ１００の中央処理装置１００ａの入力バスに送られる。コンピュータ１００は、それぞれ、信号、Ｔ入力  読出し、Ｔ熱交換器  読出し、およびＴメータ  読出しから修正した温度信号、Ｔ入力  修正、Ｔ熱交換器  修正、およびＴメータ  修正を計算するようにプログラムされる。さらに、コンピュータ１００は、ヒータ制御信号を供給するために、熱交換器制御ループ（図１４）をデジタル的に実行するようにプログラムされ、また、ファン５８に、ファン制御信号を供給するためのファン制御ループ（図１４）をデジタル的に実行するようにプログラムされる。
【００７５】
この好適な実施形態の場合には、ボード１３６上のアナログ−デジタル変換器は、１６ビットの出力信号を供給する。汎用コンピュータ１００は、ＭＳＤＯＳが埋設されているコンピュータである。
【００７６】
再び、図４について説明すると、本発明の好適な実施形態は、流量計の温度（Ｔメータ）に比例するアナログ出力信号を供給する。Ｔメータは、以下に説明するように、Ｔメータ  修正から入手したものである。８０ビットの浮動小数点語により表わされるＴメータ  修正は、ＩＥＥＥ浮動小数点表現から０〜５ボルトの電圧を表わす１６ビットの記号のない整数表現にマッピングすることにより、１６ビットのデジタル入力信号（Ｖ）にマップされる。その後で、入力信号Ｖは、一連の二つの１２ビットのデジタル語に変換され、上記１２ビットのデジタル語は、入力信号を、ボード１３６上の１２ビットのデジタル−アナログ変換器への代わりの入力信号として使用される。パルス幅変調を使用して、これら二つの各入力信号は、正しい割合で交互に使用され、その結果、二つの信号の時間加重平均は、本質的に１６ビット解像度に等しい。その後で、１２ビットのデジタル−アナログ変換器は、リップルを除去するために濾過される。その結果、１２ビットのデジタル−アナログ変換器は、１６ビットのデジタル−アナログ変換器の解像度を持つが、１２ビットのデジタル−アナログ変換器の使用により、コストが有意に下がる。
【００７７】
さらに、図４について説明すると、実際の質量流量（ＡＣＦＭ）、標準質量流量（ＳＣＦＭ）および圧力（Ｐメータ）に対するアナログ出力信号は、前の節で説明したのと同じ方法で、信号、Ｑａｃｔ、Ｑ標準およびＰ修正からそれぞれ入手される。
【００７８】
図９について説明すると、この図は、ガス流量測定装置および方法の好適な実施形態の始動ルーチンのフローチャートである。始動機能をスタートさせた後、始動データが初期化される。これにより、インターフェースおよびハードウェア・データ構造体が初期化され、使用できるようになる。スタート割り込み機能は、図１０のデータ収集ルーチンを実行させるために、割り込みを発生する。好適な実施形態の場合には、割り込みは、約４０００／秒の割合で発生する。
【００７９】
主スクリーン表示機能は、ディスプレイ・インターフェース・スクリーンを表示するために、始動データ構造体を使用する。キーボードのキーをどれか押すと、クリーンアップ機能が割り込みをストップさせ、プログラムを終了させる。キーボードのキーを押さない限り、プログラムは継続して実行される。
【００８０】
サンプル・トランスジューサ機能は、捕捉したデータを標本化し、すべてのアナログ入力をスケーリングし、線形化する。また、この機能は、Ｑ読出しからＱ修正を入手するために、温度シフト計算を行う。
【００８１】
実行データ計算機能は、本明細書に記載するように、理想気体の法則を使用する温度変化およびＱ標準によるメータ・コンジット７２の流れのプロファイル、および断面積の変化を修正するために、Ｑ修正からＱａｃｔを計算する。
【００８２】
スケール機能は、Ｔ修正、Ｑａｃｔ、Ｑ標準およびＰ修正の８０ビットの浮動小数点の数値をデジタル−アナログ変換器に入力される１６ビットの整数値にマップする。
【００８３】
アイコン走査機能は、システムのユーザが、システムに、図１２の校正ルーチン、または図１３の診断ルーチンを実行するように要求するために、システムのタッチ・スクリーン・ディスプレイを使用したかどうかを問合わせる。ディスプレイは、更新ディスプレイ機能により毎秒更新される。０．１秒毎に、更新制御機能は、図１４の更新制御ルーチンを実行する。
【００８４】
図１１について説明すると、この図は、ガス流量測定装置および方法の好適な実施形態のセーブ・ルーチンのフローチャートである。セーブ・ルーチンがスタートすると、このルーチンは、現在の校正コンフィギュレーション・データを、汎用コンピュータ１００のハードディスクのような記憶媒体にセーブする。図１１に示すように、セーブしているデータへの不法なアクセスを防止するために、パスワード保護が使用される。
【００８５】
図１２について説明すると、この図は、ガス流量測定装置および方法の好適な実施形態のアナログ出力、Ｐメータ、Ｔメータ、ＳＣＦＭおよびＡＣＦＭの校正に使用される校正ルーチンのフローチャートである。この校正ルーチンは、Ｐメータ、Ｔ修正、ＱａｃｔおよびＱ標準の８０ビットの浮動小数点の数値を１６ビットの整数にマップするために使用される予め定めた校正データを入手するために、ルーチンを呼び出すスケール対校正済み数値機能を含む。
【００８６】
図１３について説明すると、この図は、ガス流量測定装置および方法の好適な実施形態の診断ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、校正ルーチンの予め定めた校正データのデータベースを構築するのに使用される。
【００８７】
図１４について説明すると、この図は、ガス流量測定装置および方法の好適な実施形態の更新制御ルーチンのフローチャートである。本質的には、このルーチンは、温度入力、Ｔ修正  メータ、およびＴ修正  熱交換器並びにＴ修正  熱交換器を含むヒータ制御ループを含む図４のファン制御ループを実行する。
【００８８】
この好適な実施形態の場合には、汎用コンピュータは、６６ＭＨｚのインテル４８６中央処理ユニットを持ち、ＭＳＤＯＳオペレーティング・システムを使用するパソコンを備える。図９−図１４に示す機能は、Ｃプログラミング言語で書かれたソフトウェア・プログラムで実行される。
【００８９】
さらに、本発明は、少なくとも一つの液体成分を持つガスの正規化された流量を入手するための方法を提供する。この方法は、好適な実施形態のシステム１０を使用して実施することができる。しかし、この方法は、必ずしも、システム１０または任意の他の特定のハードウェアおよびソフトウェア構成に限定されないことを理解できるだろう。しかし、分かりやすくするために、好適な実施形態により、システム１０の使用に関連して好適な方法について説明する。この例示としての実施形態の場合には、自動車の排気からの排気ガスおよび放出物が、直接、本質的に気密状態で、入口ガス・コンジット１２内に収容されるように、システム１０は、カプラ１６を使用する従来の自動車のような車両の排気に接続している。排気ガスは、すでに説明したように、上流位置から、同様に、すでに説明したように、下流方向に移動するものと仮定する。
【００９０】
好適な方法の予備ステップとして、システム１０は、すでに説明したように、カプラ１６により、自動車の排気装置に接続している。その後で、システム１０は、すでに説明したように、初期化され、校正される。
【００９１】
システム１０が初期化されると、自動車のエンジンが始動し、アイドル状態になる。このプロセス中、排気ガスは、車両の排気装置から排出され、上流位置１８のところのガス入口コンジット１２に収容される。ガス入口コンジット１２は、ガスを下流方向に流す。好適な方法の場合には、ガス収容ステップは、ガス入口を内燃エンジンの排気装置に接続するステップを含む。そのため、例えば、上流のカプラ１６により、ガスはほぼ気密状態で流れる。
【００９２】
また、好適な方法の場合には、ガス収容ステップは、調整ステップの前に、熱をガス内に注入するステップを含む。このステップは、例えば、熱ブランケット２４を使用して実行される。熱は、液体または部分的蒸気成分が、完全にガス相または蒸気相に変換されるまで加えられる。
【００９３】
本発明の方法は、また何等ほかのガスを追加しないでも、少なくとも一つの液体成分のほぼ全体を蒸気化するまで、第一の下流位置でガスを調整するステップを含む。調整手段は、好適には、ガスがガス入力に対して下流方向に流れる時に、拡散位置でのガスをガスの拡散を含むことが好ましい。
【００９４】
調整ステップは、また、少なくとも一つの液体成分の揮発または蒸発を助けるために、拡散位置の下流で、ガス内に熱エネルギーを注入するステップを含む。調整ステップは、また、拡散位置の下流で、ガスから熱エネルギーを除去するステップを含むことができる。これらのステップは、熱交換器４８を使用して実行することができる。ガスは、好適には、１５０〜２５０℃の範囲内に維持することが好ましい。
【００９５】
調整ステップは、さらに、拡散位置の下流での絞り位置でのガスの絞りステップを含むことができる。
【００９６】
調整ステップは、また、好適には、チューブの束４０のようなリニア多重流れ経路を使用して、ガスの流れをもっと直線状にするステップを含むことが好ましい。
【００９７】
調整ステップは、測定ステップの前に、熱エネルギーをガスに移動し、ガスから取り出すために、ヒータ５４３およびファン５８を備える熱交換器４８のような一つの熱交換デバイスを使用するステップを含むことができる。
【００９８】
本発明の方法は、さらに、少なくとも一つのガス状態信号および流量信号をそれぞれ発生するために、上記第一の下流位置より、上記上流位置から離れている第二の下流位置のところで、ガスの少なくとも一つの状態変数を測定し、上記ガスの実際の流量を測定するステップを含む。ガス状態測定ステップは、すでに説明したように、ガスの温度および圧力を測定するステップを含む。
【００９９】
ガス流量測定ステップは、好適には、ガスの流量を実質的に変化させない、第二下流位置流れ用の幾何学的構造体を通して、ガスを流すステップを含むことが好ましい。ガス流量測定ステップは、また、好適には、メータまたはセンサ７６用の上記のもののような超音波流れ測定センサを使用して、ガスの流量を測定するステップを含むことが好ましい。ガス流量測定ステップは、すでに説明したように、軸方向質量流量計を使用してガスの流量を測定するステップを含むことができる。
【０１００】
この方法は、また、正規化した質量流量を入手するために、少なくとも一つのガス状態信号および流量システムの使用を含む。この好適な処理方法の詳細については、すでに説明したし、図面にも示してあるので、ここではこれ以上説明しない。
【０１０１】
本発明は、従来技術のシステムおよび方法と比較すると、多数の利点を提供する。このシステムおよび方法の動作中のどの時点においても、システム内に希釈用空気または気体は注入されない。この特徴により、システムの構造がかなり簡単になり、コストが下がり、システムの応答性が改善される。それ故、このシステムおよび方法を使用すると、感度がより高くなり、用途および実用面で柔軟性が向上する。
【０１０２】
当業者であれば、他の利点および修正を容易に思いつくことができるだろう。それ故、広い意味で、本発明は、特定の詳細、代表的なデバイス、図示し、説明した例示としての実施形態に限定されない。従って、添付の特許請求の範囲、およびそれに相当するものが定義する一般的な発明のコンセプトの範囲から逸脱することなしに、その詳細な点を種々に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明の現在の好適な実施形態および方法、並びに、上記一般的な説明および好適な実施形態および方法の詳細な説明と一緒に、本発明の原理を示す。
【図１】  本発明の好適な方法を説明するのに役に立つ、本発明の好適な実施形態によるガス流量測定装置である。
【図２】  図１のガス流量測定装置が収容される可動キャビネットである。
【図３】  本発明の好適な実施形態および方法に従って使用されるコンピュータおよび入力／出力回路のブロック図である。
【図４−１】  本発明の好適な実施形態による、質量流量を入手するための処理デバイスにより実行されるガス状態信号および流量信号の処理を示すブロック図である。
【図４−２】  本発明の好適な実施形態による、質量流量を入手するための処理デバイスにより実行されるガス状態信号および流量信号の処理を示すブロック図である。
【図４Ａ】  本発明の好適な実施形態に従って使用される超音波流量測定センサのブロック図である。
【図４Ｂ】  流量計の代表的流量温度修正曲線、および温度によるこの曲線のシフトを示す。
【図５−１】  本発明の好適な実施形態および方法による、すべての電子サブシステムの間の配線接続を示す配線図である。
【図５−２】  本発明の好適な実施形態および方法による、すべての電子サブシステムの間の配線接続を示す配線図である。
【図５−３】  本発明の好適な実施形態および方法による、すべての電子サブシステムの間の配線接続を示す配線図である。
【図６−１】  本発明の好適な実施形態および方法による、温度センサ線形化回路および電流および電圧入力を示す略図である。
【図６−２】  本発明の好適な実施形態および方法による、温度センサ線形化回路および電流および電圧入力を示す略図である。
【図７−１】  本発明の好適な実施形態および方法による、ボード入力ロジック、出力ロジックを示す出力信号の出力バッファ回路の略図である。
【図７−２】  本発明の好適な実施形態および方法による、ボード入力ロジック、出力ロジックを示す出力信号の出力バッファ回路の略図である。
【図８】  本発明の好適な実施形態および方法による、アナログ出力用のボード出力バッファを示す追加出力バッファ回路の略図である。
【図９】  本発明の好適な実施形態および方法による、ガス流量測定装置の埋設ソフトウェアの始動ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】  本発明の好適な実施形態および方法による、ガス流量測定装置用のデータ収集および出力ルーチン・アナログ・データを示すフローチャートである。
【図１１】  本発明の好適な実施形態および方法による、ガス流量測定装置および方法のための、校正データ用の構成セーブ・ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】  本発明の好適な実施形態および方法による、ガス流量測定装置および方法のための校正データ入力ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】  本発明の好適な実施形態および方法による、ガス流量測定装置のためのアナログ入力用の診断ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４−１】  本発明の好適な実施形態および方法による、ガス流量測定装置用のガス流量調整用の加熱および冷却制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４−２】  本発明の好適な実施形態および方法による、ガス流量測定装置用のガス流量調整用の加熱および冷却制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７−１】
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【図７−２】
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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１４−１】
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【図１４−２】
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