(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータ素子と、このヒータ素子を間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた第１および第２の温度センサとを備えた流量センサからなり、所定の流路にそれぞれ組み込まれた高流量域計測用の高速流量センサおよびこの高速流量センサに比較して消費電力の大きい低流量域計測用の低速流量センサと、
これらの高速流量センサおよび低速流量センサのヒータ素子を択一的に駆動するセンサ切替手段と
このセンサ切替手段により択一的に駆動された前記高速流量センサまたは低速流量センサの前記第１および第２の温度センサによりそれぞれ検出される温度の差から該流量センサを通流する流体の流量を算出する流量算出手段と、
この流量算出手段にて求められた前記流体の流量がゼロであるとき、前記センサ切替手段により択一的に駆動する流量センサとして前記高速流量センサを選択指定するセンサ選択手段と
を具備したことを特徴とする熱式流量計。
【請求項２】
前記センサ選択手段は、前記流量算出手段にて求められた流量が高流量域にあるときには前記高速流量センサを選択指定すると共に、前記流量算出手段にて求められた流量が低流量域にあるときには前記低速流量センサを選択指定し、更に前記流量算出手段にて求められた流量がゼロであるときには前記高速流量センサを選択指定するものである請求項１に記載の熱式流量計。
【請求項３】
前記センサ選択手段は、前記流量算出手段にて求められた流量がゼロであるときには前記高速流量センサを選択指定して流体の通流開始の監視に用い、それ以外のときには前記低速流量センサを選択指定して流体の流量検出に用いるものである請求項１に記載の熱式流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体が通流していないときの消費電力を抑えることのできる熱式流量計に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
熱式流量計を構成するマイクロフローセンサは、例えば図４に示すようにシリコン基台Ｂ上に設けた発熱抵抗体からなるヒータ素子Ｒｈを間にして、流体の通流方向Ｆに測温抵抗体からなる一対の温度センサＲｕ,Ｒｄを設けた素子構造を有する。そして熱式流量計は、上記ヒータ素子Ｒｈから発せられる熱の拡散度合い（温度分布）が前記流体の通流によって変化することを利用し、前記温度センサＲｕ,Ｒｄの熱による抵抗値変化から前記流体の流量Ｑを検出する如く構成される。
【０００３】
具体的にはヒータ素子Ｒｈから発せられた熱が流体の流量Ｑに応じて下流側の温度センサＲｄに加わることで、該温度センサＲｄの熱による抵抗値の変化が上流側の温度センサＲｕよりも大きいこと利用して上記流量Ｑを計測するものとなっている。尚、図中Ｒｒは、前記ヒータ素子Ｒｈから離れた位置に設けられた測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度の計測に用いられる。
【０００４】
図５は上述したマイクロフローセンサを用いた熱式流量計の概略構成を示している。即ち、ヒータ素子Ｒｈの駆動回路は、該ヒータ素子Ｒｈと周囲温度計測用の温度センサＲｒ、および一対の固定抵抗Ｒ１,Ｒ２を用いてブリッジ回路１を形成し、所定の電源から供給される電圧ＶccをトランジスタＱを介して前記ブリッジ回路１に印加すると共に、該ブリッジ回路１のブリッジ出力電圧を差動増幅器２にて求め、そのブリッジ出力電圧がゼロ（０）となるように前記トランジスタＱを帰還制御して前記ブリッジ回路１に加えるヒータ駆動電圧を調整するように構成される。このように構成されたヒータ駆動回路により、前記ヒータ素子Ｒｈの発熱温度が、その周囲温度よりも常に一定温度差ΔＴだけ高くなるように制御される。
【０００５】
一方、前記一対の温度センサＲｕ,Ｒｄの熱による抵抗値変化から前記マイクロフローセンサに沿って通流する流体の流量Ｑを検出する流量検出回路は、上記一対の温度センサＲｕ,Ｒｄと一対の固定抵抗Ｒｘ,Ｒｙを用いて流量計測用のブリッジ回路３を形成し、温度センサＲｕ,Ｒｄの抵抗値の変化に応じたブリッジ出力電圧（温度差に相当するセンサ出力）を差動増幅器４を介して検出するように構成される。そして前記ヒータ駆動回路によりヒータ素子Ｒｈの発熱量を一定化した条件下において、差動増幅器４を介して検出されるブリッジ出力電圧から前記マイクロフローセンサに沿って通流する流体の流量Ｑを求めるものとなっている。
【０００６】
この流量Ｑの算出は、例えば上記ブリッジ出力電圧（センサ出力）を演算処理装置（ＣＰＵ）に取り込むことによって行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの種の熱式流量計を家庭用ガスメータとして用いた場合、その省電力化を図ることが重要な課題となる。特にその駆動源として電池を用いるような場合、長時間に亘る安定した流量計測を保証する上で、その消費電力が大きな問題となる。しかしながら従来の熱式流量計（ガスメータ）においては、専ら、前記ヒータ素子Ｒｈをその周囲温度よりも常に一定温度ΔＴだけ高い温度で発熱駆動しているだけなので、ヒータ素子Ｒｈでの消費電力が大きくなることが否めない。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、流量計測の精度に悪影響を与えることなしに、ヒータ素子Ｒｈでの消費電力を大幅に低減してその省電力化を図ることのできる熱式流量計を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る熱式流量計は、流量センサには、その仕様に応じて高流量域計測用の高速流量センサと低流量域計測用の低速流量センサとがあり、一般的に高速流量センサにおけるヒータ素子での消費電力が低速流量センサに比較して少ないことに着目し、また熱式流量計を、例えば家庭用ガスメータとして用いるような場合、流量センサに流体が通流していない期間が相当あることに着目してなされている。そして流体の流量がゼロであるとき、前記高速流量センサを用いて流体の通流開始を監視することで、その省電力化を図るようにしたものである。
【００１０】
即ち、本発明に係る熱式流量計は、ヒータ素子と、このヒータ素子を間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた第１および第２の温度センサとを備えた流量センサからなり、所定の流路にそれぞれ組み込まれた高流量域計測用の高速流量センサおよびこの高速流量センサに比較して消費電力の大きい低流量域計測用の低速流量センサを具備したものであって、
特に上記高速流量センサおよび低速流量センサのヒータ素子を択一的に駆動するセンサ切替手段と
このセンサ切替手段により択一的に駆動された前記高速流量センサまたは低速流量センサの前記第１および第２の温度センサによりそれぞれ検出される温度の差から該流量センサを通流する流体の流量を算出する流量算出手段と、
この流量算出手段にて求められた前記流体の流量がゼロであるとき、前記センサ切替手段により択一的に駆動する流量センサとして前記高速流量センサを選択指定するセンサ選択手段と
を備えたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の好ましい態様は請求項２に記載するように前記センサ選択手段においては、前記流量算出手段にて求められた流量が高流量域にあるときには前記高速流量センサを選択指定すると共に、前記流量算出手段にて求められた流量が低流量域にあるときには前記低速流量センサを選択指定し、更に前記流量算出手段にて求められた流量がゼロであるときには前記高速流量センサを選択指定するように構成される。
【００１２】
或いは請求項３に記載するように前記センサ選択手段においては、前記流量算出手段にて求められた流量がゼロであるときには前記高速流量センサを選択指定して流体の通流開始の監視に用い、それ以外のときには前記低速流量センサを選択指定流体の流量検出に用いるように構成される。つまり高速流量センサを、流量がゼロであるときの流体通流開始の監視にだけ用いるように構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る熱式流量計について、家庭用ガスメータとして用いる場合を例に説明する。
図１はこの実施形態に係る熱式流量計の要部概略構成を示している。この熱式流量計は、図４に示した素子構造を有してその計測流量域を異にする２種類のマイクロフローセンサ、即ち、高流量域計測用の高速流量センサ１０と低流量域計測用の低速流量センサ２０とを用いて構成される。
【００１４】
ちなみに高速流量センサ１０および低速流量センサ２０は、例えばヒータ素子Ｒｈの発熱による熱拡散の度合いが流体の流量（流速）の違いによって異なることを利用し、ヒータ素子Ｒｈと温度センサＲｕ,Ｒｄとの離間距離を異ならせることでその流量計測域を異ならせたものからなる。具体的には前記高速流量センサ１０はヒータ素子Ｒｈと温度センサＲｕ,Ｒｄとの離間距離Ｌ１を短く設定して実現され、また前記低速流量センサ２０はヒータ素子Ｒｈと温度センサＲｕ,Ｒｄとの離間距離Ｌ２を長く設定して実現される。これ故、高速流量センサ１０の方が低速流量センサ２０に比較してヒータ素子Ｒｈと温度センサＲｕ,Ｒｄとの熱結合の度合いが強く、両流量センサ１０,２０において同じ検出感度を実現する場合におけるヒータ素子Ｒｈの発熱温度、ひいてはその駆動電力が低く抑えられている。
【００１５】
この実施形態に係る熱式流量計は、上述した２種類の高速流量センサ１０と低速流量センサ２０とを同じ流体通流路にそれぞれ設けてなり、これらの流量センサ１０,２０を択一的に駆動するように構成される。即ち、その制御装置としてのＣＰＵ（演算処理装置）３０は、前記各流量センサ１０,２０のヒータ駆動回路１１,２１をスイッチ３１を介して選択的に駆動するセンサ選択手段３２を備える。更にＣＰＵ３０は上記センサ選択手段３２による前記各流量センサ１０,２０の択一的な駆動に連動して、各流量センサ１０,２０の検出回路１２,２２を介してそれぞれ検出されるセンサ出力Ｖout１,Ｖout２を選択的に取り込むスイッチ（セレクタ）３３を備える。そしてこのスイッチ（セレクタ）３３を介して取り込んだセンサ出力Ｖout１,Ｖout２から、流量算出手段３４にて該センサ出力Ｖout１,Ｖout２に相当する流量Ｑを算出するように構成される。
【００１６】
尚、流量算出手段３４は、前記センサ選択手段３２により選択された流量センサ１０,２０の情報を入力し、選択された流量センサ１０,２０に応じて前記スイッチ（セレクタ）３３を介して選択的に取り込んだセンサ出力Ｖout１,Ｖout２に相当する流量Ｑを算出する。この流量Ｑの算出は、前記各流量センサ１０,２０にそれぞれ対応して設けられた、例えば図２に示すような流量Ｑとセンサ出力Ｖoutとの関係を示す流量変換テーブル（図示せず）を参照する等して実行される。
【００１７】
ところで前記流量算出手段３４にて算出された流量Ｑは、前記センサ選択手段３２と共に、流量有無判定手段３５にそれぞれ与えられている。センサ選択手段３２は、例えば前記流量Ｑが所定の流量Ｑrefを境として設定される高流量域（大流量域）である場合には前記高速流量センサ１０を選択し、逆に前記流量Ｑが低流量域（小流量域）である場合には前記低速流量センサ２０を選択して、これらの流量センサ１０,２０を択一的に駆動する役割を担う。また前記流量有無判定手段３５は、流量Ｑがゼロであるか否か、つまり流体が流れているか否かを検出する機能を備えたもので、流量Ｑがゼロである場合、前記センサ選択手段３２に対して強制的に高速流量センサ１０を選択する旨の指示を与える役割を担っている。
【００１８】
即ち、このようなセンサ選択手段３２と流量有無判定手段３５とにより構成される流量センサ１０,２０の選択機能は、流量算出手段３４にて求められた流量Ｑが高流量域にあるときには前記高速流量センサ１０を選択指定すると共に、前記流量算出手段３４にて求められた流量Ｑが低流量域にあるときには前記低速流量センサ２０を選択指定し、更に前記流量算出手段３４にて求められた流量Ｑがゼロであるときには、その流量Ｑが低流量域にあるといえども、前記高速流量センサ１０を強制的に選択指定するものとなっている。そしてＣＰＵ３０においては、このようにして流量センサ１０,２０を択一的に駆動する条件下において、各流量センサ１０,２０によりそれぞれ検出されるセンサ出力Ｖout１,Ｖout２に応じてその流量Ｑを算出するものとなっている。
【００１９】
より具体的にはＣＰＵ３０は、図３にその処理手順の一例を示すように、先ずガス使用中であるか、つまり流量センサ１０,２０を通して流体（ガス）が流れているか否かを判定している［ステップＳ１］。そして流体（ガス）が流れている場合には、そのときに算出される流量Ｑから、その流量Ｑが前述した低流量域にあるか否かを判定する［ステップＳ２］。その上で流量Ｑが低流量域に含まれる場合には低速流量センサ２０を選択し［ステップＳ３］、逆に流量Ｑが高流量域に含まれる場合には高速流量センサ１０を選択して［ステップＳ４］、そのときのセンサ出力Ｖoutからその流量Ｑを算出する［ステップＳ５］。
【００２０】
これに対して流量センサ１０,２０を通して流体（ガス）が流れていない場合には［ステップＳ１］、前記高速流量センサ１０を強制的に選択して該高速流量センサ１０を択一的に駆動する［ステップＳ６］。そしてこの場合には前記流量有無判定手段３５により前記流量算出手段３４にて逐次求められる流量Ｑがゼロであるか否かを判定しながら［ステップＳ７］、前述したステップＳ１からの処理を繰り返し実行する。
【００２１】
かくして上述した如くして流量Ｑがゼロである場合、ヒータ素子Ｒｈの消費電力が小さい高速流量センサ１０を択一的に駆動し、その流量Ｑがゼロであることを監視しながら流量計測に待機するように構成された熱式流量計によれば、ガスが使用されていないとき、つまり流量Ｑがゼロである期間には、ヒータ素子Ｒｈの消費電力が小さい高速流量センサ１０だけが駆動されることになるので、全体的な消費電力を大幅に低減することができる。特に熱式流量計を家庭用のガスメータとして使用する場合、例えば深夜等の時間帯においてはガスが使用されることが殆どないので、その省電力効果は多大である。またガスの使用が開始された場合には、前記流量有無判定手段３５によりガスの使用開始を速やかに検出し、そのときの流量Ｑに応じて適宜、前記低速流量センサ２０を駆動することができるので、計測遅れを招来することがない。またそのときの流量Ｑが多い場合には、そのまま高速流量センサ２０を用いて流量計測を行えば良いので、この点でも計測誤差を小さくすることができる。
【００２２】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばガスの使用量が前述した低流量域に限られる場合であっても前述した低速流量センサ２０に加えて高速流量センサ１０を設け、流量がゼロのときには上記高速流量センサ１０を択一的に駆動するようにすれば良い。この場合には、高速流量センサ１０による流量計測は、ガスの使用が再開されたか否かの監視にだけ用いることになるが、ヒータ素子Ｒｈによる消費電力を減らし、熱式流量計の省電力化を図る上で好都合である。しかも高速流量センサ１０によって流量がゼロであるか否かだけを検出すればよいので、高速流量センサ１０自体の発熱温度を低く抑えることも可能であり、更にその省電力化を図ることが可能となる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、流量がゼロのとき、ヒータ素子の駆動電力の小さい高速流量センサを用いて流体が通流するか否かだけを監視するので、ヒータ素子の発熱駆動に要する電力を少なくすることができ、大幅にその省電力化を図り得る。また高速流量センサと低速流量センサとを、その流量域に応じて選択的に用いるようにすれば、この点でもその消費電力を低減することができる等、実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱式流量計の要部概略構成図。
【図２】図１に示す熱式流量計における高速流量センサおよび低速流量センサの流量に対するセンサ出力の変化の様子を示す図。
【図３】図１に示す熱式流量計における概略的な処理動作の一例を示す図。
【図４】マイクロフローセンサの概略構成図。
【図５】従来の一般的なヒータ駆動回路と流量検出回路の構成例を示す図。
【符号の説明】
Ｒｈ  ヒータ素子
Ｒｕ  温度センサ（上流側）
Ｒｄ  温度センサ（下流側）
Ｒｒ  温度センサ（周囲温度計測用）
１  ブリッジ回路（ヒータ駆動用）
２  差動増幅器（ヒータ駆動回路）
３  ブリッジ回路（流量計測用）
４  差動増幅器
１０  高速流量センサ
２０  低速流量センサ
３０  ＣＰＵ
３１  スイッチ
３２  センサ選択手段
３３  スイッチ（セレクタ）
３４  流量算出手段
３５  流量有無判定手段
【図１】
0003758033.tif 000002
【図２】
0003758033.tif 000003
【図３】
0003758033.tif 000004
【図４】
0003758033.tif 000005
【図５】
0003758033.tif 000006