(57)【要約】【課題】  流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域においてＳ／Ｎ比を向上させることが可能な熱式流量計を実現する。【解決手段】  流路を流れる液体の温度を制御し温度制御部分の上流側及び下流側の流体の温度差に基づき流量を測定する熱式流量計において、接液部分が全てガラスで構成された流路と、この流路に設けられた伝熱手段と、流路上であって伝熱手段から等間隔の位置に設けられた上流側及び下流側の温度検出手段と、伝熱手段を周期的な駆動信号で駆動すると共に上流側及び下流側の温度検出手段の温度検出信号を駆動信号に基づき同期検波して上流側及び下流側の温度を演算して流量を求める駆動演算手段とを設ける。【選択図】                    図１
2009109285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流れる液体の温度を制御し温度制御部分の上流側及び下流側の流体の温度差に基づき流量を測定する熱式流量計において、
接液部分が全てガラスで構成された流路と、
この流路に設けられた伝熱手段と、
前記流路上であって前記伝熱手段から等間隔の位置に設けられた上流側及び下流側の温度検出手段と、
前記伝熱手段を周期的な駆動信号で駆動すると共に上流側及び下流側の前記温度検出手段の温度検出信号を駆動信号に基づき同期検波して上流側及び下流側の温度を演算して流量を求める駆動演算手段と
を備えたことを特徴とする熱式流量計。
【請求項２】
前記駆動演算手段が、
前記温度検出手段の温度検出信号を０度移相及び９０度移相の駆動信号に基づき同期検波して二乗和の平方根を演算して上流側若しくは下流側の温度を求めることを特徴とする
請求項１記載の熱式流量計。
【請求項３】
流路を流れる液体の温度を制御し温度制御部分の下流側での温度検出の時刻差に基づき流量を測定する熱式流量計において、
接液部分が全てガラスで構成された流路と、
この流路に設けられた伝熱手段と、
前記流路上であって前記伝熱手段から等間隔の位置に設けられた上流側及び下流側の温度検出手段と、
前記伝熱手段を周期的な駆動信号で駆動すると共に下流側の前記温度検出手段の温度検出信号を駆動信号に基づき同期検波して下流側の前記温度検出手段における駆動信号に対する位相遅れを演算して流量を求める駆動演算手段と
を備えたことを特徴とする熱式流量計。
【請求項４】
流路を流れる液体の温度を制御し温度制御部分の下流側での温度検出の時刻差に基づき流量を測定する熱式流量計において、
接液部分が全てガラスで構成された流路と、
この流路に設けられた伝熱手段と、
前記流路上であって前記伝熱手段から等間隔の位置に設けられた上流側及び下流側の温度検出手段と、
前記下流側の温度検出手段の外側に設けられた温度検出手段と、
前記伝熱手段を周期的な駆動信号で駆動すると共に下流側の２つの前記温度検出手段の温度検出信号を駆動信号に基づき同期検波して下流側の２つの前記温度検出手段間の位相遅れの差分を演算して流量を求める駆動演算手段と
を備えたことを特徴とする熱式流量計。
【請求項５】
前記駆動演算手段が、
前記温度検出手段の温度検出信号を０度移相及び９０度移相の駆動信号に基づき同期検波して同期検波信号の比の逆正接を演算して駆動信号に対する位相遅れ、若しくは、位相遅れの差分を求めることを特徴とする
請求項３若しくは請求項４記載の熱式流量計。
【請求項６】
前記駆動演算手段が、
周期的な駆動信号を前記伝熱手段に供給する駆動波形発生手段と、
前記駆動信号を０度移相及び９０度移相させる２つのバッファアンプと、
前記温度検出手段からの温度検出信号と０度移相及び９０度移相の駆動信号とをそれぞれ乗算させる２つのミキサと、
これら２つのミキサの出力が入力される２つのローパスフィルタ手段と、
これら２つのローパスフィルタ手段の出力に基づき上流側、下流側の温度、若しくは、駆動信号に対する位相遅れを演算する演算制御手段とから構成されたことを特徴とする
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の熱式流量計。
【請求項７】
前記駆動演算手段が、
温度検出信号を駆動信号に基づき同期検波して上流側及び下流側の温度並びに駆動信号に対する位相遅れを同時に求めることを特徴とする
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の熱式流量計。
【請求項８】
前記駆動演算手段が、
上流側及び下流側の温度、若しくは、位相遅れを用いて流量測定を行なうと共に位相遅れ、若しくは、上流側及び下流側の温度を用いて流量の校正処理を行うことを特徴とする
請求項７記載の熱式流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路を流れる液体の温度を制御し温度制御部分の上流側及び下流側の流体の温度差に基づき流量を測定する熱式流量計等に関し、特にＳ／Ｎ比を向上させることが可能な熱式流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流路を流れる液体の温度を制御し温度制御部分の上流側及び下流側の流体の温度差に基づき流量を測定する熱式流量計に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−０７９８７５号公報
【特許文献２】特開平０７−１５９２１５号公報
【特許文献３】特開平１０−０８２６７８号公報
【特許文献４】特開２００２−１６８６６８号公報
【特許文献５】特開２００６−０１０３２２号公報
【特許文献６】特開２００６−２２６７９６号公報
【０００４】
図６はこのような従来の熱式流量計の一例を示す構成ブロック図である。図６において１は金属の細管等で構成される流路、２は流路１を流れる流体の温度を加熱して一定温度にするヒータ等の伝熱手段、３及び４はサーミスタや白金測温抵抗体等の温度検出手段、５は上流側及び下流側の流体の温度差に基づき流量を求めるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算制御手段である。
【０００５】
図６中”ＦＬ０１”に示すように被測定液体が流れる流路１の中央部分には伝熱手段２が設けられ、この流路１上であって伝熱手段２から等間隔の位置には温度検出手段３及び４が設けられる。
【０００６】
また、温度検出手段３及び４の出力はそれぞれ演算制御手段５に接続され、演算制御手段５からの温度制御のための制御信号は伝熱手段２に接続される。
【０００７】
ここで，図６に示す従来例の動作を図７を用いて説明する。図７は流路の位置に対する流路内の被測定液体の温度分布の一例を示す特性曲線図である。演算制御手段５は予め測定された被測定液体の温度に対して、被測定液体が数度程度高い一定温度になるように伝熱手段２を制御する。
【０００８】
このような状態で、流量がゼロの場合には図７中”ＣＨ１１”に示すように図７中”ＨＴ１１”に示す伝熱手段２の設置位置を中心にして対称な温度分布を有する。このため、図７中”ＴＳ１１”及び”ＴＳ１２”に示す温度検出手段３及び４の設置位置における温度は等しくなる。言い換えれば、温度差はゼロになる。
【０００９】
一方、流路１の流体が流れると図７中”ＣＨ１２”に示すように温度分布のピークが下流側にシフトする。このため、図７中”ＴＳ１１”及び”ＴＳ１２”に示す温度検出手段３及び４の設置位置における温度はそれぞれ異なることになり、図７中”ＤＴ１１”に示すような温度差が生じることになる。
【００１０】
このような温度差は被測定液体の流量に依存した信号となるので、このような温度差に基づき演算制御手段５で流路１を流れる被測定液体の流量を求めることができる。
【００１１】
この結果、流路１を流れる被測定液体の温度を伝熱手段２で制御し２つの温度検出手段３及び４によって伝熱手段２の上流側及び下流側の流体の温度を測定し、演算制御手段５で当該温度の温度差に基づき流量を求めることにより、被測定液体の流量を測定することが可能になる。
【００１２】
但し、図６に示す従来例では、流路１として金属の細管等を用いるために金属を腐食するような液体の流量を測定することはできないといった問題点があった。
【００１３】
このため、前述した”特許文献２”においては耐腐食性に優れたガラス基板に流路を形成した熱式流量計（質量流量センサ）が記載されている。
【００１４】
図８及び図９は”特許文献２”に記載された従来の熱式流量計の他の一例を示す斜視図及び断面図である。図８及び図９において６はガラス基板、７及び９はシリコン基板、８は伝熱手段、１０はガラス基板６に形成された流路である。
【００１５】
ガラス基板６の中央部分には超音波加工、レーザ加工、サンドブラスト加工、ウエットエッチング等によって長孔である流路１０が形成される。また、ガラス基板６の上面にはシリコン基板７が陽極接合により貼り合わされる。
【００１６】
また、ガラス基板６の下面にはシリコン基板９が陽極接合により貼り合わされ、ガラス基板６に形成された流路１０の両端部分に隣接するシリコン基板９には図８中”ＨＬ２１”及び”ＨＬ２２”に示すような孔が形成され、それぞれ被測定液体の流入孔若しくは排出孔として機能する。
【００１７】
さらに、シリコン基板７上には白金やニッケル等の抵抗温度係数の大きい金属から構成されるヒータ等の伝熱手段８（温度検出手段を兼ねる）が形成され、シリコン基板７及びガラス基板６上には配線が適宜形成される。
【００１８】
ここで、図８及び図９に示す従来例では、ガラス基板６に流路１０を形成する構成ではあるものの、流路１０の上面及び下面にはシリコン基板７及び９が用いられているので、やはり、耐腐食性に問題がある。
【００１９】
一方、図８及び図９に示す従来例においてシリコン基板７及び９をガラス基板に置換することにより、接液部分が全てガラスとなり耐腐食性が向上するものの、ガラスは熱伝導率が小さいので、流路を流れる液体の流量が大きい場合には、伝熱手段８直下の液体が十分に温まらない。
【００２０】
このため、伝熱手段８直下の温度が十分に温まっていない場合には、流量の増加に伴なって上流側と下流側との温度差が小さくなるように変化する。
【００２１】
一方、流量が小さく、伝熱手段８直下の温度が十分に温まっている場合には、流量の増加に伴なって上流側と下流側との温度差が大きくなるように変化する。
【００２２】
すなわち、図１０は上流側と下流側との温度差と、流量との関係を示す特性曲線図であり、図１０中”ＴＤ３１”に示すように上流側と下流側との温度差は、ピークを有する特性となり、測定可能な流量範囲が極めて狭くなってしまうといった問題点があった。
【００２３】
例えば、図８及び図９に示す従来例においてシリコン基板７及び９をガラス基板に置換することにより、耐腐食性が向上するものの、図１０中”ＡＲ３１”に示すような流量が小さく、伝熱手段８直下の温度が十分に温まっている状況下でのみしか流量の測定ができなくなってしまうといった問題点があった。
【００２４】
このような問題点を解決するために本願出願人の出願に係る”特許文献５”が考案された。図１１は”特許文献５”に記載された熱式流量計の他の一例を示す構成ブロック図、図１２は熱式流量計の他の一例のセンサ部分の具体例を示す平面図及び断面図である。
【００２５】
図１１及び図１２において１１及び１２はガラス基板、１３はヒータ等の伝熱手段、１４及び１５はサーミスタや白金測温抵抗体等の温度検出手段、１６は被測定液体が流れる流路、１７は上流側及び下流側の流体の温度差に基づき流量を求めるＣＰＵ等の演算制御手段である。
【００２６】
図１１中”ＦＬ４１”に示すように被測定液体が流れる流路１６の中央部分には伝熱手段１３が設けられ、この流路１６上であって伝熱手段１３から等間隔の位置には温度検出手段１４及び１５が設けられる。
【００２７】
また、図１１中”ＴＵ４１”及び”ＴＤ４１”に示すように温度検出手段１４及び１５の出力はそれぞれ演算制御手段１７に接続され、図１１中”ＣＴ４１”に示すように演算制御手段１７からの温度制御のための制御信号は伝熱手段１３に接続される。
【００２８】
さらに、図１２を用いて熱式流量計の他の一例のセンサ部分の具体例をより詳細に説明する。
【００２９】
超音波加工、レーザ加工、サンドブラスト加工、ウエットエッチング等によってガラス基板１２の短手方向の中央部分であってガラス基板１２の長手方向に沿うように長方形の溝が形成される。また、当該長方形の溝が形成された側のガラス基板１２にはガラス基板１１が接着や熱圧着等により貼り合わされ、接液部分が全てガラスで構成された流路１６が形成される。
【００３０】
また、流路１６に接しない側のガラス基板１１上であって流路１６の中央部分上に位置する部分にはヒータ等の伝熱手段１３が蒸着やスパッタリング等によって形成され、流路１６の上に位置し流路１６に接しない側のガラス基板１１上であって伝熱手段１３から等間隔の位置には温度検出手段１４及び１５が蒸着やスパッタリング等によって形成される。
【００３１】
すなわち、伝熱手段１３、温度検出手段１４及び１５は流路１６に接しない側のガラス基板１１に形成されるので非接液の状態にある。
【００３２】
ここで、図１１及び図１２に示す熱式流量計の他の一例の動作を図１３を用いて説明する。図１３は流量に対する上流側と下流側との温度差、温度和及び温度差を温度和で除算した値の関係をそれぞれ示す特性曲線図である。但し、図６に示す従来例と同様の動作に関しては説明を適宜省略する。
【００３３】
演算制御手段１７は予め測定された被測定液体の温度に対して、被測定液体が数度程度高い一定温度になるように伝熱手段１３を制御する。
【００３４】
このような状態で、上流側の温度検出手段１４及び下流側の温度検出手段１５で検出される温度の温度差は被測定液体の流量に依存した信号となるので、このような温度差に基づき演算制御手段１７で流路１６を流れる被測定液体の流量を求めることができる。
【００３５】
但し、前述の従来例の説明のように、流路の接液部分が全てガラスとした場合には、ガラスの小さな熱伝導率のために、例えば、温度差は図１３中”ＴＤ５１”に示すようにピークを有する特性となり、測定可能な流量範囲が極めて狭くなってしまうといった問題点があった。
【００３６】
このため、演算制御手段１７は上流側の温度検出手段１４及び下流側の温度検出手段１５で検出される温度の温度差を求めると共に上流側の温度検出手段１４及び下流側の温度検出手段１５で検出される温度の温度和を求めて温度差を温度和で除算することにより、温度差を規格化する。
【００３７】
例えば、上流側の温度検出手段１４及び下流側の温度検出手段１５で検出される温度の温度和は、図１３中”ＴＡ５１”に示すような特性曲線となり、このような特性曲線の温度和で図１３中”ＴＤ５１”に示す温度差を除算することにより、図１３中”ＮＴ５１”に示すような規格化された温度差の特性曲線が得られる。
【００３８】
図１３中”ＮＴ５１”に示すような規格化された温度差は、広い流量範囲において単調増加を示しているので、広い流量範囲を測定することが可能であることがわかる。
【００３９】
この結果、接液部分が全てガラスで構成された流路１６を流れる被測定液体の温度を伝熱手段１３で制御し２つの温度検出手段１４及び１５によって伝熱手段１３の上流側及び下流側の流体の温度を測定し、演算制御手段１７で当該温度の温度差を温度和で除算した規格化された温度差を求め、当該規格化された温度差に基づき流量を求めることにより、耐腐食性が高く被測定液体の広い流量範囲を測定することが可能になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
しかし、図１１及び図１２に示す熱式流量計の他の一例では、流路をガラスで作成し、伝熱手段１３や温度検出手段１４及び１５を流路外に設置した場合、熱式流量計に流れる流体の流量が大きくなると温度和信号が小さくなり、熱式流量計に流れる流体の流量が小さくなると温度差信号が小さくなり、規格化された温度差信号のＳ／Ｎ比が流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域で悪化し、誤差やバラツキが大きくなってしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域においてＳ／Ｎ比を向上させることが可能な熱式流量計を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
流路を流れる液体の温度を制御し温度制御部分の上流側及び下流側の流体の温度差に基づき流量を測定する熱式流量計において、
接液部分が全てガラスで構成された流路と、この流路に設けられた伝熱手段と、前記流路上であって前記伝熱手段から等間隔の位置に設けられた上流側及び下流側の温度検出手段と、前記伝熱手段を周期的な駆動信号で駆動すると共に上流側及び下流側の前記温度検出手段の温度検出信号を駆動信号に基づき同期検波して上流側及び下流側の温度を演算して流量を求める駆動演算手段とを備えたことにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００４２】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である熱式流量計において、
前記駆動演算手段が、
前記温度検出手段の温度検出信号を０度移相及び９０度移相の駆動信号に基づき同期検波して二乗和の平方根を演算して上流側若しくは下流側の温度を求めることにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００４３】
請求項３記載の発明は、
流路を流れる液体の温度を制御し温度制御部分の下流側での温度検出の時刻差に基づき流量を測定する熱式流量計において、
接液部分が全てガラスで構成された流路と、この流路に設けられた伝熱手段と、前記流路上であって前記伝熱手段から等間隔の位置に設けられた上流側及び下流側の温度検出手段と、前記伝熱手段を周期的な駆動信号で駆動すると共に下流側の前記温度検出手段の温度検出信号を駆動信号に基づき同期検波して下流側の前記温度検出手段における駆動信号に対する位相遅れを演算して流量を求める駆動演算手段とを備えたことにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００４４】
請求項４記載の発明は、
流路を流れる液体の温度を制御し温度制御部分の下流側での温度検出の時刻差に基づき流量を測定する熱式流量計において、
接液部分が全てガラスで構成された流路と、この流路に設けられた伝熱手段と、前記流路上であって前記伝熱手段から等間隔の位置に設けられた上流側及び下流側の温度検出手段と、前記下流側の温度検出手段の外側に設けられた温度検出手段と、前記伝熱手段を周期的な駆動信号で駆動すると共に下流側の２つの前記温度検出手段の温度検出信号を駆動信号に基づき同期検波して下流側の２つの前記温度検出手段間の位相遅れの差分を演算して流量を求める駆動演算手段とを備えたことにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００４５】
請求項５記載の発明は、
請求項３若しくは請求項４記載の発明である熱式流量計において、
前記駆動演算手段が、
前記温度検出手段の温度検出信号を０度移相及び９０度移相の駆動信号に基づき同期検波して同期検波信号の比の逆正接を演算して駆動信号に対する位相遅れ、若しくは、位相遅れの差分を求めることにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００４６】
請求項６記載の発明は、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明である熱式流量計において、
前記駆動演算手段が、
周期的な駆動信号を前記伝熱手段に供給する駆動波形発生手段と、前記駆動信号を０度移相及び９０度移相させる２つのバッファアンプと、前記温度検出手段からの温度検出信号と０度移相及び９０度移相の駆動信号とをそれぞれ乗算させる２つのミキサと、これら２つのミキサの出力が入力される２つのローパスフィルタ手段と、これら２つのローパスフィルタ手段の出力に基づき上流側、下流側の温度、若しくは、駆動信号に対する位相遅れを演算する演算制御手段とから構成されたことにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００４７】
請求項７記載の発明は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明である熱式流量計において、
前記駆動演算手段が、
温度検出信号を駆動信号に基づき同期検波して上流側及び下流側の温度並びに駆動信号に対する位相遅れを同時に求めることにより、流量測定範囲を広げることができ、また、流量に加えて流体の熱的物性値の測定を行なうことができる。
【００４８】
請求項８記載の発明は、
請求項７記載の発明である熱式流量計において、
前記駆動演算手段が、
上流側及び下流側の温度、若しくは、位相遅れを用いて流量測定を行なうと共に位相遅れ、若しくは、上流側及び下流側の温度を用いて流量の校正処理を行うことにより、流量測定を行ないながら校正処理を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２及び請求項６の発明によれば、伝熱手段を正弦波等の周期的な駆動信号で駆動すると共に温度検出手段の温度検出信号を駆動信号（０度移相及び９０度移相）に基づき同期検波して二乗和の平方根を演算して、上流側及び下流側の温度検出手段の温度を求めることにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００５０】
また、請求項３，４，５及び請求項６の発明によれば、伝熱手段を正弦波等の周期的な駆動信号で駆動すると共に下流側の温度検出手段の温度検出信号を駆動信号（０度移相及び９０度移相）に基づき同期検波して比の逆正接を演算して、駆動信号に対する位相遅れ（流速）、若しくは、位相遅れの差分を求めると共に、位相遅れ、若しくは、各温度検出手段における位相遅れの差分に基づき流量を測定することにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００５１】
また、請求項７の発明によれば、温度検出信号を駆動信号に基づき同期検波して上流側及び下流側の温度並びに駆動信号に対する位相遅れを同時に求めることにより、流量測定範囲を広げることができ、流量に加えて流体の熱的物性値の測定を行なうことができる。
【００５２】
また、請求項８の発明によれば、上流側及び下流側の温度、若しくは、位相遅れを用いて流量測定を行なうと共に位相遅れ、若しくは、上流側及び下流側の温度を用いて流量の校正処理を行うことにより、流量測定を行ないながら校正処理を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る熱式流量計の一実施例を示す構成ブロック図、図２は本発明に係る熱式流量計の一実施例のセンサ部分の具体例を示す平面図及び断面図である。
【００５４】
図１及び図２において、１８はガラス基板、１９はガラス基板１８に形成された流路、２０は流路１９を流れる流体の温度を加熱して一定温度にするヒータ等の伝熱手段、２１及び２２はサーミスタや白金測温抵抗体等の温度検出手段、２３は伝熱手段を駆動すると共に上流側及び下流側の流体の温度差に基づき流量を求める駆動演算手段である。また、１８，１９，２０，２１及び２２は流量計チップ５０を構成している
【００５５】
図１中”ＩＮ５１”に示す流入孔から被測定流体が注入され、図１中”ＯＴ５１”に示す流出孔から被測定流体が放出される。このため、流路１９では図１中”ＦＬ５１”に示す方向に被測定流体が流れることになる。
【００５６】
図１中”ＦＬ５１”に示すように被測定液体が流れる流路１９の中央部分には伝熱手段２０が設けられ、この流路１９上であって伝熱手段２０から等間隔の位置には温度検出手段２１及び２２が設けられる。
【００５７】
また、温度検出手段２１及び２２の出力はそれぞれ駆動演算手段２３に接続され、駆動演算手段２３からの温度制御のための駆動信号は伝熱手段２０に接続される。
【００５８】
さらに、図２を用いて本発明に係る熱式流量計の一実施例の流量計チップ５０の具体例をより詳細に説明する。図２において２４はガラス基板であり、１８，１９，２０，２１及び２２は図１と同一符号を付してある。
【００５９】
超音波加工、レーザ加工、サンドブラスト加工、ウエットエッチング等によってガラス基板１８の短手方向の中央部分であってガラス基板１８の長手方向に沿うように長方形の溝が形成される。また、当該長方形の溝が形成された側のガラス基板１８にはガラス基板２４が接着や熱圧着等により貼り合わされ、接液部分が全てガラスで構成された流路１９が形成される。
【００６０】
また、流路１９に接しない側のガラス基板２４上であって流路１９の中央部分上に位置する部分にはヒータ等の伝熱手段２０が蒸着やスパッタリング等によって形成され、流路１９の上に位置し流路１９に接しない側のガラス基板２４上であって伝熱手段２０から等間隔の位置には温度検出手段２１及び２２が蒸着やスパッタリング等によって形成される。
【００６１】
すなわち、伝熱手段２０、温度検出手段２１及び２２は流路１９に接しない側のガラス基板２４に形成されるので非接液の状態にある。
【００６２】
また、図３は駆動演算手段の具体例を示す構成ブロック図であり、図３において、２５は正弦波等の周期的な駆動信号を発生させる駆動波形発生手段、２６は駆動信号の位相を９０度移相させるバッファアンプ、２７は駆動信号の位相を０度移相させるバッファアンプ、２８及び２９はミキサ、３０及び３１はローパスフィルタ手段、３２はＣＰＵ等の演算制御手段、３３は伝熱手段、３４は上流側若しくは下流側どちらか一方の温度検出手段である。
【００６３】
また、２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１及び３２は駆動演算手段２２を構成している。
【００６４】
駆動波形発生手段２５の一端はバッファアンプ２６及び２７の入力端子と、伝熱手段３３の一端にそれぞれ接続される。また、バッファンプ２６の出力はミキサ２８の一方の入力端子に接続され、バッファアンプ２７の出力はミキサ２９の一方の入力端子に接続される
【００６５】
温度検出手段３４の一端はミキサ２８及び２９の他方の入力端子にそれぞれ接続され、ミキサ２８及び２９の出力はローパスフィルタ手段３０及び３１を介して演算制御手段３２の２つの入力端子にそれぞれ接続される。最後に、駆動波形発生手段２５の他端、伝熱手段３３の他端及び温度検出手段３４の他端はそれぞれ接地される。
【００６６】
ここで、図１に示す実施例の動作を説明する。但し、図６に示す従来例と同様の動作説明に関しては適宜説明を省略する。
【００６７】
駆動演算手段２２は正弦波等の周期的な駆動信号を伝熱手段２０に印加する。具体的には、駆動波形発生手段２５の出力である正弦波等の周期的な駆動信号を伝熱手段３３に印加する。このため、伝熱手段２０は流路１９を流れる流体の温度を周期的に加熱することになる。
【００６８】
一方、温度検出手段２１及び２２の温度検出信号は駆動演算手段２３に供給され、伝熱手段２０を駆動する駆動信号に基づき同期検波される。
【００６９】
具体的には、温度検出手段３４（温度検出手段２１、或いは、温度検出手段２２）からの温度検出信号は、ミキサ２８で駆動信号の位相を９０度移相させた信号と乗算されローパスフィルタ手段３０で高周波成分を除去され、駆動信号（９０度移相）に基づき同期検波される。
【００７０】
同様に、温度検出手段３４（温度検出手段２１、或いは、温度検出手段２２）からの温度検出信号は、ミキサ２９で駆動信号の位相を０度移相させた信号と乗算されローパスフィルタ手段３１で高周波成分を除去され、駆動信号（０度移相）に基づき同期検波される。
【００７１】
そして、演算制御手段３２は、このように得られた２つの同期検波信号の二乗和の平方根を演算することにより、温度検出手段３４（温度検出手段２１、或いは、温度検出手段２２）における温度を求める。
【００７２】
但し、図３においては、説明の簡単のため、上流側若しくは下流側どちらか一方の温度検出手段が例示されているが、実際の駆動演算手段２２では、上流側及び下流側双方の温度検出手段２１及び２２の温度検出信号を駆動信号（０度移相及び９０度移相）に基づき同期検波して、温度検出手段２１及び２２における温度をそれぞれ求めることになる。
【００７３】
最後に、演算制御手段３２が温度検出手段２１及び２２における温度差に基づき流量を求めることにより、被測定液体の流量を測定する。
【００７４】
図６等に示す従来例では伝熱手段を直流的に制御していたのに比較して、伝熱手段を周期的に駆動して、当該駆動信号で温度検出信号を同期検波することにより、ノイズ成分の除去が可能になり、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能になる。
【００７５】
この結果、伝熱手段を正弦波等の周期的な駆動信号で駆動すると共に温度検出手段の温度検出信号を駆動信号（０度移相及び９０度移相）に基づき同期検波して二乗和の平方根を演算して、上流側及び下流側の温度検出手段の温度を求めることにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００７６】
また、従来例と同様に、温度差を温度和で除算した規格化された温度差を求め、当該規格化された温度差に基づき流量を求めることにより、さらに高精度で広帯域な流量測定が可能になる。
【００７７】
なお、図１等に示す実施例では、温度検出信号を駆動信号（０度移相及び９０度移相）に基づき同期検波して二乗和の平方根を演算して温度を求めているが、２つの同期検波信号の比から位相遅れを測定して、ＴＯＦ（Time of Flight：以下、単にＴＯＦ法と呼ぶ。）法により流量を測定しても構わない。
【００７８】
例えば、下流側の温度検出手段３４からの温度検出信号は、ミキサ２８で駆動信号の位相を９０度移相させた信号と乗算されローパスフィルタ手段３０で高周波成分を除去され、駆動信号（９０度移相）に基づき同期検波される。
【００７９】
同様に、下流側の温度検出手段３４からの温度検出信号は、ミキサ２９で駆動信号の位相を０度移相させた信号と乗算されローパスフィルタ手段３１で高周波成分を除去され、駆動信号（０度移相）に基づき同期検波される。
【００８０】
そして、演算制御手段３２は、このように得られた２つの同期検波信号の比の逆正接（アークタンジェント）を演算することにより、駆動信号に対する位相遅れが求められ、この位相遅れは熱が流体によって運ばれる時間に相当、言い換えれば、流速に相当するのでＴＯＦ法により流量を得ることができる。
【００８１】
例えば、図４はＴＯＦ法を説明する説明図であり、図４中”ＨＴ６１”は伝熱手段、図４中”ＴＳ６１”及び”ＴＳ６２”は下流側に設けられた温度検出手段である。図４中”ＦＬ６１”に示すように被測定液体が流路を流れた場合、時刻”Ｔ０”で伝熱手段により加熱された温度は、流路を伝播して時刻”Ｔ１”で図４中”ＴＳ６１”に示す温度検出手段で検出されることになる。
【００８２】
ここで、”Ｌ１＝Ｔ１−Ｔ０”は被測定流体の流速（位相遅れ）であるで、当該流速が分かれば、既知である流路の断面積から流量を測定することができる。
【００８３】
この結果、伝熱手段を正弦波等の周期的な駆動信号で駆動すると共に下流側の温度検出手段の温度検出信号を駆動信号（０度移相及び９０度移相）に基づき同期検波して比の逆正接（アークタンジェント）を演算して、駆動信号に対する位相遅れ（流速）を求めることにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８４】
また、従来のＴＯＦ法のように複数の温度検出手段を設けて、２つの温度検出手段における位相遅れの差分に基づき流量を測定しても構わない。
【００８５】
図５は本発明に係る熱式流量計の他の実施例を示す構成ブロック図である。図５において、３５はガラス基板、３６はガラス基板３５に形成された流路、３７は流路３６を流れる流体の温度を加熱して一定温度にするヒータ等の伝熱手段、３８，３９，４０，４１，４２及び４３はサーミスタや白金測温抵抗体等の温度検出手段、４４は伝熱手段を駆動すると共に２つの温度検出手段における位相遅れの差分に基づき流量を求める駆動演算手段である。また、３５，３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３及び４４は流量計チップ５１を構成している
【００８６】
図５中”ＩＮ７１”に示す流入孔から被測定流体が注入され、図５中”ＯＴ７１”に示す流出孔から被測定流体が放出される。このため、流路３６では図５中”ＦＬ７１”に示す方向に被測定流体が流れることになる。
【００８７】
図５中”ＦＬ７１”に示すように被測定液体が流れる流路３６の中央部分には伝熱手段３７が設けられ、この流路３６上であって伝熱手段３７から等間隔の位置には温度検出手段４０及び４１が設けられる。
【００８８】
同様に、流路３６上であって温度検出手段４０及び４１の外側（伝熱手段３７が設けあれていない側）には温度検出手段３９及び４２、温度検出手段３８及び４３が順次設けられる。
【００８９】
また、温度検出手段３８，３９，４０，４１，４２及び４３の出力はそれぞれ駆動演算手段４４に接続され、駆動演算手段４４からの温度制御のための駆動信号は伝熱手段３７に接続される。
【００９０】
ここで、図１に示す実施例の動作を説明する。但し、駆動演算手段の構成は図３と同様であり、図１に示す実施例と同様の動作説明に関しては適宜説明を省略する。
【００９１】
駆動演算手段４４は、伝熱手段３７は正弦波等の周期的な駆動信号で駆動し、下流側の各温度検出手段４１〜４３の温度検出信号は駆動信号（０度移相及び９０度移相）に基づき同期検波され、同期検波信号の比の逆正接（アークタンジェント）を演算することにより、下流側の各温度検出手段４１〜４３における駆動信号に対する位相遅れが求める。
【００９２】
そして、駆動演算手段４４は、下流側の各温度検出手段４１〜４３間の位相遅れの差分に基づき流量を測定する。
【００９３】
例えば、図４中”ＦＬ６１”に示すように被測定液体が流路を流れた場合、時刻”Ｔ０”で伝熱手段により加熱された温度は、流路を伝播して時刻”Ｔ１”で図４中”ＴＳ６１”に示す温度検出手段で検出され、さらに、時刻”Ｔ２”で図４中”ＴＳ６２”に示す温度検出手段で検出されることになる。
【００９４】
ここで、”Ｌ２＝Ｔ２−Ｔ１”は被測定流体の流速（位相遅れ）であるで、当該流速が分かれば、既知である流路の断面積から流量を測定することができる。
【００９５】
この結果、伝熱手段を正弦波等の周期的な駆動信号で駆動すると共に下流側の温度検出手段の温度検出信号を駆動信号（０度移相及び９０度移相）に基づき同期検波して比の逆正接（アークタンジェント）を演算して、駆動信号に対する位相遅れ（流速）を求めると共に、各温度検出手段における位相遅れの差分に基づき流量を測定することにより、流れる流体の流量が大きくなる領域と流れる流体の流量が小さくなる領域において熱式流量計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００９６】
また、温度（同期検波信号の二乗和の平方根）、及び、位相遅れ（同期検波信号の比の逆正接）は同時に求めることができるので、両者を併用することにより、流量測定範囲を広げることが可能になる。
【００９７】
例えば、温度差に基づく方法と、ＴＯＦ法との測定可能な流量範囲がずれている場合、一方の方法で流量測定が可能で、他方の方法では流量測定ができないことが生じる。このため、両者の方法を組み合わせることにより、流量測定範囲を広げることが可能になる。
【００９８】
また、温度（同期検波信号の二乗和の平方根）、及び、位相遅れ（同期検波信号の比の逆正接）は同時に求めることができるので、両者を併用することにより、流体の熱的特性値（熱伝導率等）の測定を行なうことが可能になる。
【００９９】
すなわち、ＴＯＦ法は流量にのみ依存した情報が得られるのに対して、温度差に基づく方法（以下、温度差法と呼ぶ。）では、流量と流体の熱的特性値（熱伝導率等）の双方に依存した情報が得られるので、流体の熱的特性値が未知の場合、ＴＯＦ法で流量を測定しその測定結果と温度差法で得られた信号に基づき熱的特性値を計算することができる。
【０１００】
また、温度（同期検波信号の二乗和の平方根）、及び、位相遅れ（同期検波信号の比の逆正接）は同時に求めることができるので、両者を併用することにより、流量測定を行ないながら校正処理を行うことが可能になる。
【０１０１】
例えば、温度（若しくは、位相遅れ）を用いて流量測定を行なうと共に位相遅れ（若しくは、温度）を用いて流量の校正処理を行う。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る熱式流量計の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】本発明に係る熱式流量計の一実施例のセンサ部分の具体例を示す平面図及び断面図である。
【図３】駆動演算手段の具体例を示す構成ブロック図である。
【図４】ＴＯＦ法を説明する説明図である。
【図５】本発明に係る熱式流量計の他の実施例を示す構成ブロック図である。
【図６】従来の熱式流量計の一例を示す構成ブロック図である。
【図７】流路の位置に対する流路内の被測定液体の温度分布の一例を示す特性曲線図である。
【図８】従来の熱式流量計の他の一例を示す斜視図である。
【図９】従来の熱式流量計の他の一例を示す断面図である。
【図１０】上流側と下流側との温度差と、流量との関係を示す特性曲線図である。
【図１１】熱式流量計の他の一例を示す構成ブロック図である。
【図１２】熱式流量計の他の一例のセンサ部分の具体例を示す平面図及び断面図である。
【図１３】流量に対する上流側と下流側との温度差、温度和及び温度差を温度和で除算した値の関係をそれぞれ示す特性曲線図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１０，１６，１９，３６  流路
２，８，１３，２０，３３，３７  伝熱手段
３，４，１４，１５，２１，２２，３４，３８，３９，４０，４１，４２，４３  温度検出手段
５，１７，３２  演算制御手段
６，１１，１２，１８，２４  ガラス基板
７，９，３５  シリコン基板
２３，４４  駆動演算手段
２５  駆動波形発生手段
２６，２７  バッファアンプ
２８，２９  ミキサ
３０，３１  ローパスフィルタ手段、
５０，５１  流量計チップ
【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】
2009109285.tif 000009
【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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