(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の上流側と下流側にそれぞれ配置されて加熱する２つの感温抵抗体の端子電圧差から前記流体の流速を測定する流速測定装置において、
前記各感温抵抗体の端子電圧に追従して当該電圧を保持する２つの電圧保持装置と、
増幅器と、
前記感温抵抗体の一方の端子電圧を前記増幅器により増幅できるようにも前記両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を前記増幅器により増幅できるようにもラインの接続状態を切り替え可能である第１のスイッチとを備えていることを特徴とする流速測定装置。
【請求項２】
流体中の上流側と下流側にそれぞれ配置されて加熱する２つの感温抵抗体の端子電圧差から前記流体の流速を測定する流速測定装置において、
前記各感温抵抗体の端子電圧に追従して当該電圧を保持する２つの電圧保持装置と、
増幅器と、
前記流体の温度を測定する測温抵抗体と、
前記測温抵抗体の端子電圧を前記増幅器により増幅できるようにも前記両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を前記増幅器により増幅できるようにもラインの接続状態を切り替え可能である第１のスイッチとを備えていることを特徴とする流速測定装置。
【請求項３】
本装置の回路へ電力を供給するラインを開閉する第２のスイッチを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の流量測定装置。
【請求項４】
前記増幅器は増幅率を可変できることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一に記載の流量測定装置。
【請求項５】
前記電圧保持装置が前記各感温抵抗体の端子電圧に追従して当該電圧を保持できるようにも前記電圧保持装置に保持した電圧を前記増幅器に印加できるようにもラインの接続状態を切り替え可能である第３のスイッチとを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの一に記載の流速測定装置。
【請求項６】
前記感温抵抗体に電流を供給する電流源を備え、この電流源は前記電流を停止または低減することができることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの一に記載の流速測定装置。
【請求項７】
前記第１のスイッチの切り替えにより前記両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を前記増幅器により増幅できるようにしているときは、前記電流源が前記感温抵抗体に供給する電流を停止または低減する電流制御手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載の流速測定装置。
【請求項８】
前記第１のスイッチを適時切り替えて前記感温抵抗体の一方の端子電圧または前記測温抵抗体の端子電圧を前記増幅器により増幅できるようにする温度測定手段を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの一に記載の流速測定装置。
【請求項９】
前記両電圧保持装置を前記各感温抵抗体の端子電圧に追従させて当該電圧を保持させる動作、及び、前記第１のスイッチを切り替えて前記感温抵抗体の一方の端子電圧または前記測温抵抗体の端子電圧を前記増幅器により増幅する動作、並びに、前記両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を前記増幅器により増幅する動作を適宜切り替えることで連続した流速測定を行うようにしているとき、該流速測定の必要が無い場合は前記第２のスイッチを切り替えて前記本装置の回路へ電力を供給するラインを開くことにより前記回路への電力を遮断し、前記両電圧保持装置を前記各感温抵抗体の端子電圧に追従させて当該電圧を保持させる動作、及び、前記感温抵抗体の一方の端子電圧または前記測温抵抗体の端子電圧を前記増幅器により増幅する動作、並びに、前記両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を前記増幅器により増幅する動作を休止させることを特徴とする請求項３に記載の流速測定装置。
【請求項１０】
前記両電圧保持装置を前記各感温抵抗体の端子電圧に追従させて当該電圧を保持させる動作と、前記第１のスイッチを切り替えて前記感温抵抗体の一方の端子電圧または前記測温抵抗体の端子電圧を前記増幅器により増幅する動作とを同時に行う同時実行手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の流速測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス流量計、フローメーターなどに利用され、流体による抵抗の温度変化により流速を測定する感熱式の流速測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような流速測定装置は、例えば、特開平１０−２０６２０５号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図３に流量測定装置の一つの構成例を示す。この流量測定装置は、概略的には、センサ駆動部１と差電圧検出部２と増幅部３とにより構成されている。センサ駆動部１にあっては、流路中に配設されるセンサ基板（図示せず）上に実装された第１の感温抵抗体ＲＳ１と第２の感温抵抗体ＲＳ２が設けられている。これらの第１及び第２の感温抵抗体ＲＳ１，ＲＳ２も流体中に晒されるが、ここでは、第１の感温抵抗体ＲＳ１が上流側、第２の感温抵抗体ＲＳ２が下流側となるように位置関係が設定されているものとする。また、これらの第１及び第２の感温抵抗体ＲＳ１，ＲＳ２は抵抗値が等しく、かつ、高抵抗温度係数を持つものが用いられている。これらの第１及び第２の感温抵抗体ＲＳ１，ＲＳ２は加熱装置として作用する電流源４とともに直列に接続されている。即ち、電流源４は電流Ｉ１を流して抵抗体自身にジュール熱を発生させることで流体温度よりも高い温度となるようにこれらの第１及び第２の感温抵抗体ＲＳ１，ＲＳ２を等しく熱する（もっとも、加熱装置としては別個の熱源によりこれらの第１及び第２の感温抵抗体ＲＳ１，ＲＳ２を加熱するものであってもよい）。また、センサ駆動部１において、第２の感温抵抗体ＲＳ２の両端ｂ，ｃ点がフィードバックループ中に接続されたオペアンプ５と、電流源４と第１の感温抵抗体ＲＳ１との接続点ａの出力側に接続されたオペアンプ６とが設けられている。
【０００４】
差電圧検出部２は検出装置として作用するもので、オペアンプ６からｄ点に出力される第１の感温抵抗体ＲＳ１の端子電圧（＝ｆ点の出力）とオペアンプ５からｃ点（＝ｅ点）に出力される第２の感温抵抗体ＲＳ２の端子電圧（＝ｈ点の出力）との差電圧をｇ点に出力する加算器７を備えている。
【０００５】
増幅部３は、第１の感温抵抗体ＲＳ１の端子電圧、第２の感温抵抗体ＲＳ２の端子電圧、及び、差電圧（ｇ点出力）を各々増幅する増幅器８，９，１０を備えている。
【０００６】
このような構成において、第１及び第２の感温抵抗体ＲＳ１，ＲＳ２の熱は流体の流れにより奪われる。奪われる熱量は、流体の流れと関係している。例えば、流体に流れがなければ、第１及び第２の感温抵抗体ＲＳ１，ＲＳ２の温度はほぼ等しくなるため、抵抗値もほぼ等しい。よって、第１の感温抵抗体ＲＳ１の端子電圧と第２の感温抵抗体ＲＳ２の端子電圧とはほぼ等しく、差電圧検出部２のｇ点の出力もほぼ０となる。一方、流体に流れがある場合には下流側よりも上流側の第１の感温抵抗体ＲＳ１の熱が多く奪われるため、第１及び第２の感温抵抗体ＲＳ１，ＲＳ２の温度が異なることとなり、この上流側の第１の感温抵抗体ＲＳ１の抵抗値が下流側よりも小さくなる。よって、第１の感温抵抗体ＲＳ１の端子電圧は第２の感温抵抗体ＲＳ２の端子電圧よりも小さくなる。この端子電圧の差が流速に関係した電圧値として現れる。この結果、差電圧検出部２のｇ点の出力の大きさを測定することで流体の流速を知ることができるといえる。なお、これらの端子電圧、差電圧等を測定するのにＡ／Ｄコンバータ等を用いる場合、Ａ／Ｄコンバータ等に合せた電圧信号に変換する必要があるため、後段に増幅部３が設けられている。
【０００７】
しかしながら、図３に示す前記の装置では、複数のオペアンプを用いているため電力の消費が多く、電池で長時間駆動させることができないという不具合がある。
【０００８】
この発明の目的は、消費電力を抑えることにより電池電源での駆動に好適な流量測定装置を提供することにある。
【０００９】
この発明の別の目的は、流体の流速の温度補償の情報をより正確に得ることができるようにすることである。
【００１０】
この発明の別の目的は、連続した流速情報を出力することができるようにすることである。
【００１１】
この発明の別の目的は、流体の温度情報を適時出力することができるようにすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、流体中の上流側と下流側にそれぞれ配置されて加熱する２つの感温抵抗体の端子電圧差から前記流体の流速を測定する流速測定装置において、前記各感温抵抗体の端子電圧に追従して当該電圧を保持する２つの電圧保持装置と、増幅器と、前記感温抵抗体の一方の端子電圧を前記増幅器により増幅できるようにも前記両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を前記増幅器により増幅できるようにもラインの接続状態を切り替え可能である第１のスイッチとを備えていることを特徴とする流速測定装置である。
【００１３】
したがって、両電圧保持装置が保持する電圧を、共通の電位、例えばＧＮＤを基準とした電圧にして、両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を増幅器により増幅すれば、流体の流速を測定することができる。本装置は、単一の増幅器のみを用いる回路構成であるため、省電力化を図ることができて、電池電源での駆動に好適である。また、電圧保持装置の一方の保持している電圧を増幅器により増幅することにより流体の温度を検出して、流体の流速の温度補償の情報を得ることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、流体中の上流側と下流側にそれぞれ配置されて加熱する２つの感温抵抗体の端子電圧差から前記流体の流速を測定する流速測定装置において、前記各感温抵抗体の端子電圧に追従して当該電圧を保持する２つの電圧保持装置と、増幅器と、前記流体の温度を測定する測温抵抗体と、前記測温抵抗体の端子間電圧を前記増幅器により増幅できるようにも前記両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を前記増幅器により増幅できるようにもラインの接続状態を切り替え可能である第１のスイッチとを備えていることを特徴とする流速測定装置である。
【００１５】
したがって、両電圧保持装置が保持する電圧を、共通の電位、例えばＧＮＤを基準とした電圧にして、両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を増幅器により増幅すれば、流体の流速を測定することができる。本装置は、単一の増幅器のみを用いる回路構成であるため、省電力化を図ることができて、電池電源での駆動に好適である。また、測温抵抗体の端子間電圧を増幅器により増幅することにより流体の温度を検出して、流体の流速の温度補償の情報をより正確に得ることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の流量測定装置において、本装置の回路へ電力を供給するラインを開閉する第２のスイッチを備えていることを特徴とする。
【００１７】
したがって、流速測定の必要がないときには回路への電力供給を停止することができるので、電池電源での駆動が容易となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの一に記載の流量測定装置において、前記増幅器は増幅率を可変できることを特徴とする。
【００１９】
したがって、両感温抵抗体の電圧差の増幅および感温抵抗体の端子電圧の増幅または測温抵抗体の端子電圧の増幅を同一の増幅器で行うことが可能となり、増幅器を増やすこと無く流速測定と温度測定が行え、電力の消費も抑えられる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの一に記載の流速測定装置において、前記電圧保持装置が前記各感温抵抗体の端子電圧に追従して当該電圧を保持できるようにも前記電圧保持装置に保持した電圧を前記増幅器に印加できるようにもラインの接続状態を切り替え可能である第３のスイッチとを備えていることを特徴とする。
【００２１】
したがって、各感温抵抗体の端子電圧の測定と流体の流速の測定とを交互に繰り返すことを可能とし、連続した流速情報を出力することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの一に記載の流速測定装置において、前記感温抵抗体に電流を供給する電流源を備え、この電流源は前記電流を停止または低減することができることを特徴とする。
【００２３】
したがって、流速測定の必要がないときの消費電力を抑えて、電池電源での駆動が容易となる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の流速測定装置において、前記第１のスイッチの切り替えにより前記両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を前記増幅器により増幅できるようにしているときは、前記電流源が前記感温抵抗体に供給する電流を停止または低減する電流制御手段を備えていることを特徴とする。
【００２５】
したがって、流速測定を行っていないときの消費電力を抑えて、電池電源での駆動が容易となる。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかの一に記載の流速測定装置において、前記第１のスイッチを適時切り替えて前記感温抵抗体の一方の端子電圧または前記測温抵抗体の端子電圧を前記増幅器により増幅できるようにする温度測定手段を備えていることを特徴とする。
【００２７】
したがって、流体の温度情報を適時出力することが可能となる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、請求項３に記載の流速測定装置において、前記両電圧保持装置を前記各感温抵抗体の端子電圧に追従させて当該電圧を保持させる動作、及び、前記第１のスイッチを切り替えて前記感温抵抗体の一方の端子電圧または前記測温抵抗体の端子電圧を前記増幅器により増幅する動作、並びに、前記両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を前記増幅器により増幅する動作を適宜切り替えることで連続した流速測定を行うようにしているとき、該流速測定の必要が無い場合は前記第２のスイッチを切り替えて前記本装置の回路へ電力を供給するラインを開くことにより前記回路への電力を遮断し、前記両電圧保持装置を前記各感温抵抗体の端子電圧に追従させて当該電圧を保持させる動作、及び、前記感温抵抗体の一方の端子電圧または前記測温抵抗体の端子電圧を前記増幅器により増幅する動作、並びに、前記両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を前記増幅器により増幅する動作を休止させることを特徴とする。
【００２９】
したがって、間欠的な流速測定を行うことができ、流速測定の必要がない期間の消費電力を抑えて、電池電源での駆動が容易となる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１または２に記載の流速測定装置において、前記両電圧保持装置を前記各感温抵抗体の端子電圧に追従させて当該電圧を保持させる動作と、前記第１のスイッチを切り替えて前記感温抵抗体の一方の端子電圧または前記測温抵抗体の端子電圧を前記増幅器により増幅する動作とを同時に行う同時実行手段を備えていることを特徴とする。
【００３１】
したがって、流速の測定と流体温度の測定を同時に行って、これらに要する時間を短縮して消費電力を抑えて、電池電源での駆動が容易となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［発明の実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１である流速測定装置の回路図である。図１に示すように、この流速測定装置は、感温抵抗体Ｒｕ,Ｒｄを備えている。感温抵抗体Ｒｕ,Ｒｄは流体中に設置され、感温抵抗体Ｒｕは上流側に感温抵抗体Ｒｄは下流側に設置される。この感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄは白金など高い抵抗温度係数を持つもので、抵抗値、抵抗温度係数が等しく、形状を同様にして放熱などの熱的な特性が同じになるようにしており、いずれも電力により発熱する。
【００３３】
電流源Ｉｈは、直列に接続された感温抵抗体ＲｕおよびＲｄに電流を供給する。電流源ＩｈはＡ節で感温抵抗体Ｒｄの一端と接続される。感温抵抗体Ｒｄの他端はＢ節で感温抵抗体Ｒｕの一端に接続される。感温抵抗体Ｒｕの他端は接地される。
【００３４】
符号Ｃ１,Ｃ２は電圧保持装置であるコンデンサである。符号Ｕ１は増幅器である差動増幅器である。符号ＳＷ１,ＳＷ２,ＳＷ３,ＳＷ４,ＳＷ５およびＳＷ６はスイッチであり、半導体スイッチなど電気信号で開閉を制御できるものを用いている。スイッチＳＷ５およびＳＷ６は、第１のスイッチを構成する。スイッチＳＷ１,ＳＷ２,ＳＷ３およびＳＷ４は、第３のスイッチを構成する。
【００３５】
制御信号Ｓ１はスイッチＳＷ１,ＳＷ２,ＳＷ３およびＳＷ４の開閉を制御する信号である。制御信号Ｓ２はスイッチＳＷ５、ＳＷ６の開閉を制御する信号である。スイッチＳＷ３は差動増幅器Ｕ１の増幅率を切り替える信号である。制御信号Ｓ４は電流源Ｉｈの電流値を制御する信号である。制御信号Ｓ５は図１の回路への電力を供給するラインを開閉する信号である。この制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４およびＳ５は、この流速測定装置を駆動する図示しないマイコンより出力される。
【００３６】
制御信号Ｓ１は追従状態と保持状態の２種類の状態を切り替える信号である。追従状態では、スイッチＳＷ１はコンデンサＣ１の一端のＤ節と感温抵抗体Ｒｄの一端のＡ節を接続し、スイッチＳＷ２はコンデンサＣ１の他端のＥ節と感温抵抗体Ｒｄの他端のＢ節を接続する。また、スイッチＳＷ３はコンデンサＣ２の一端のＦ節と感温抵抗体Ｒｕの一端のＢ節を接続し、スイッチＳＷ４はコンデンサＣ２の他端のＧ節と感温抵抗体Ｒｕの他端のＣ節を接続する。保持状態では、スイッチＳＷ１はコンデンサＣ１の一端のＤ節とＨ節を接続し、スイッチＳＷ２はコンデンサＣ１の他端のＥ節とI節を接続する。また、スイッチＳＷ３はコンデンサＣ２の一端のＦ節とJ節を接続し、スイッチＳＷ４はコンデンサＣ２の他端のＧ節とI節を接続する。
制御信号Ｓ２は温度測定状態と流速測定状態の２種類の状態を切り替える信号である。温度測定状態では、スイッチＳＷ５は感温抵抗体Ｒｄの一端のＡ節と差動増幅器Ｕ１の非反転入力端子とを接続し、スイッチＳＷ６は感温抵抗体Ｒｄの他端のＢ節と差動増幅器Ｕ１の反転入力端子とを接続する。流速測定状態では、スイッチＳＷ５はＨ節と差動増幅器Ｕ１の非反転入力端子を接続し、スイッチＳＷ６はJ節と差動増幅器Ｕ１の反転入力端子を接続する。
【００３７】
制御信号Ｓ４は発熱状態と待機状態を切り替える信号である。発熱状態では、電流源Ｉｈは感温抵抗体ＲｕおよびＲｄを発熱させる電流を供給する。待機状態では、電流源Ｉｈは感温抵抗体ＲｕおよびＲｄが発熱しないように、電流源Ｉｈを停止しまたは電流値を低減する。
【００３８】
制御信号Ｓ３は通電電圧状態と微小電圧状態を切り替える信号である。通常電圧状態では、差動増幅器Ｕ１の増幅率を小さく、例えば１倍にする。微小電圧状態では、差動増幅器Ｕ１の増幅率を大きく、例えば４０倍にする。
【００３９】
制御信号Ｓ５は、図１の回路への電力をＯＮ／ＯＦＦする信号である。ＯＮ状態では、図１の回路へ電力を供給するラインを開閉する第２のスイッチである図示しないスイッチを閉じる。ＯＦＦ状態では図１の回路へ電力を供給するラインを開閉する前記スイッチを開き電力を遮断する。
【００４０】
次に、以上のような構成の流速測定装置の動作を説明する。制御信号Ｓ５により図１の回路がＯＦＦ状態にあるとき、回路は電力を断たれているため動作しない。これを以下では休止期間と呼ぶ。この休止期間のとき、電源からの図１の回路への電力の供給は最低となる。
【００４１】
次に、制御信号Ｓ５をＯＮ状態、制御信号Ｓ１を追従状態、制御信号Ｓ４を発熱状態、制御信号Ｓ２，Ｓ３信号は任意の状態にする。これを以下では流速測定期間と呼ぶ。電力を供給されて図１の回路は動作可能な状態となり、電流源Ｉｈは電流を感温抵抗素体Ｒｕ,Ｒｄへ供給する。電流源Ｉｈの供給する電流により、感温抵抗体Ｒｕ,Ｒｄは発熱する。感温抵抗体ＲｕおよびＲｄに生じる端子電圧はスイッチＳＷ１,ＳＷ２,ＳＷ３およびＳＷ４を通り、それぞれコンデンサＣ１およびＣ２に貯えられる。これにより、感温抵抗体Ｒｕの端子電圧とコンデンサＣ１の端子電圧、感温抵抗体Ｒｄの端子電圧とコンデンサＣ２の端子電圧はそれぞれ等しくなる。
【００４２】
感温抵抗体Ｒｕ,Ｒｄが発熱するに十分な時間が経過した後、制御信号Ｓ１を保持状態、制御信号Ｓ２を流速測定状態、制御信号Ｓ３を微小電圧状態にする。これを以下では流速出力期間と呼ぶ。差動増幅器Ｕ１の入力インピーダンスは高いためコンデンサＣ１とＣ２には感温抵抗体ＲｄとＲｕの端子電圧がそれぞれ保持される。コンデンサＣ１のＥ節側とコンデンサＣ２のＧ節側がスイッチＳＷ２,ＳＷ４を介して接地されるため、Ｈ節には接地点を基準とした感温抵抗体Ｒｄの電圧値が現れ、J節には接地点を基準とした感温抵抗体Ｒｕの電圧値が現れる。スイッチＳＷ２は流速測定状態であるから、差動増幅器Ｕ１の非反転入力端子にはＲｄの端子電圧が、反転入力端子にはＲｕの端子電圧が入力されることになる。よって、差動増幅器Ｕ１の出力側のＯ節にはＨ節とJ節の電圧の差、つまり感温抵抗体Ｒｄの端子電圧から感温抵抗体Ｒｕの端子電圧を引いた値が増幅され出力される。
【００４３】
また、制御信号Ｓ５がＯＮ状態、制御信号Ｓ４が発熱状態にあるとき、制御信号Ｓ２を温度測定状態にし、制御信号Ｓ３を通常電圧状態とすると、差動増幅器Ｕ１の出力には感温抵抗体Ｒｄの端子電圧が出力される。これにより温度測定手段が実現される。これを以下では温度出力期間と呼ぶ。
【００４４】
流速測定期間において、感温抵抗体ＲｕとＲｄは電流源Ｉｈからの電流により発熱し、流速の測定が行われる。感温抵抗体ＲｕとＲｄは同じ特性を持つため抵抗値が等しい。流体に流れが無い場合、発熱した状態であっても感温抵抗体ＲｕとＲｄへは同じ電流が流れ同じように発熱するため、抵抗値が等しい。つまり、感温抵抗体ＲｕとＲｄの端子電圧は等しい。この電圧はそれぞれコンデンサＣ１とＣ２に貯えられる。
次に流速出力期間に移行する。コンデンサＣ１とＣ２の端子電圧は等しいため、差動増幅器Ｕ１の非反転入力端子と反転入力端子の電圧値は等しい。つまり、差動増幅器Ｕ１には差電圧０が入力される。よって、差動増幅器Ｕ１の出力はゼロとなる。
【００４５】
流体に流れがある場合、流速測定期間において感温抵抗体ＲｕとＲｄの発熱した熱は流体により奪い去られる。しかし、感温抵抗体Ｒｄは感温抵抗体Ｒｕの下流側に設置されているため感温抵抗体Ｒｕから奪われた熱が感温抵抗体Ｒｄに運ばれる。よって、感温抵抗体Ｒｄは感温抵抗体Ｒｕに比べ熱の奪われ方が少ない。熱が奪われると感温抵抗体Ｒｕ、Ｒｄの抵抗値は下がる。感温抵抗体Ｒｄの抵抗値の低下は感温抵抗体Ｒｕの抵抗値の低下より小さい。つまり、感温抵抗体Ｒｕの端子電圧値は感温抵抗体Ｒｄの端子電圧値より小さくなる。この電圧の差は流体の流速と関係し流速が速いほど大きくなる。また、この電圧はコンデンサＣ１及びＣ２に貯えられる。
次に流速出力期間に移行する。コンデンサＣ１の電圧は差動増幅器Ｕ１の非反転入力端子へ、Ｃ２の電圧は差動増幅器Ｕ１の反転入力端子へ与えられる。コンデンサＣ１とＣ２の電圧の差は差動増幅器Ｕ１により増幅され出力に現れる。つまり出力には流速に関係した出力が得られる。
【００４６】
流体が逆流している場合は、感温抵抗体Ｒｕの熱の奪われ方が感温抵抗体Ｒｄに比べ少なくなる。感温抵抗体ＲｕとＲｄの関係が上下流逆になったと考えればよい。つまり、正流の時とは逆符号で流速出力期間の出力に現れる。よって、流速出力期間の出力信号の符号で流体の正流と逆流の判断ができる。そして、流速測定期間と流速出力期間を交互に繰り返すことで、連続した流速測定を行える。
【００４７】
温度測定期間では、感温抵抗体Ｒｄの端子電圧が差動増幅器Ｕ１の差動入力に与えられる。よって、感温抵抗体Ｒｄの端子電圧が増幅されて出力される。感温抵抗体Ｒｄは流体の温度により抵抗値を変える。つまり、感温抵抗体Ｒｄの端子電圧は流体の温度と関係した値となっている。温度測定期間の差動増幅器Ｕ１の出力により流体の温度を知ることができる。この値により流速測定での温度依存性を補正することが可能となる。
【００４８】
以上より、流速測定期間、流速出力期間および温度測定期間を適時切り替えることで、連続した流速測定を行うことができる。
【００４９】
また、制御信号Ｓ５をＯＮ状態、制御信号Ｓ１を追従状態、制御信号Ｓ４を発熱状態、制御信号Ｓ２を温度測定状態、制御信号Ｓ３を通常電圧状態にする。すると、感温抵抗体ＲｕとＲｄには電流が供給され発熱し、端子電圧がコンデンサＣ１とＣ２に伝えられると同時に、感温抵抗体Ｒｄの端子電圧が差動増幅器Ｕ１の差動入力端子へ伝えられ、Ｏ節には増幅された感温抵抗体Ｒｄの端子電圧が出力される。つまり、流速測定期間と温度測定期間とを同時に行うことになる。これにより同時実行手段を実現している。流速測定期間に温度測定を行えるために、温度測定期間に必要な時間を省くことができ、短時間に流速測定と流体の温度測定が行え、消費電力を抑えることができる。流速測定の必要が無い場合は、休止期間とすることで消費電力を抑えることができる。これにより休止手段が実現される。なお、流速出力期間には、制御信号Ｓ４により電流源Ｉｈを停止しまたは電流値を低減する。これにより電流制御手段を実現している。
【００５０】
ここで例えば、感温抵抗体Ｒｕ、Ｒｄを特開平10-206205号公報にあるようなシリコン基板上に形成されたマイクロブリッジセンサにより作成すれば、マイクロブリッジセンサは微小な構造なため、少ない電力で流速測定が可能なまでに発熱するため、省電力な流速センサとなる。
【００５１】
マイクロブリッジによる感温抵抗体ＲｕとＲｄを例えば室温で５００Ω程度にする。これに電流源Ｉｈとして例えば１．７５ｍＡを流すと感温抵抗体ＲｕとＲｄは１００℃ほどに発熱する。このとき感温抵抗体ＲｕとＲｄの端子電圧は１．２Ｖ程度となる。流体に流れが生じると感温抵抗体ＲｕとＲｄの端子電圧には微妙に差が生じる。その差は最大で６０ｍＶほど生じる。流速の流れが速すぎると感温抵抗体ＲｕとＲｄの奪われる熱に差が現れなくなってくるため、流速による感温抵抗体ＲｕとＲｄの端子電圧の差は流速が増加すると共に増加するがだんだんと飽和しさらにはその差がなくなっていく。流速測定には流速に関連し端子電圧差が増加する部分を使用する。
本装置を電池などで駆動する場合、出力は０〜３Ｖほどの値となることが望まれる。温度測定期間においては感温抵抗体Ｒｄの端子電圧約１．２Ｖを増幅し出力するので、差動増幅器Ｕ１の増幅率は１〜２倍にすればよい。流速出力期間においては感温抵抗体ＲｕとＲｄの電圧差の６０ｍＶほどを増幅するので、差動増幅器Ｕ１の増幅率は５０倍程度とすればよい。単電源で逆流を測定したい場合は、差動増幅器Ｕ１の出力のオフセットを正電圧方向にずらすことで行える。
【００５２】
［発明の実施の形態２］
図２は、この発明の実施の形態２である流速測定装置の回路図である。図２において、発明の実施の形態１の場合と同様の回路要素などには図１と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５３】
発明の実施の形態１では、温度測定期間に感温抵抗体Ｒｄの端子電圧を出力し流体の温度信号とした。この発明の実施の形態２は、感温抵抗体Ｒｄが流速の影響を受けその電圧を変化させるので、より正確な温度測定を行うため流体の温度測定用の測温抵抗体Ｒｆを感温抵抗体Ｒｕ,Ｒｄと別に設けた例である。
【００５４】
測温抵抗体Ｒｆは、例えば白金など大きな抵抗温度係数を持つ抵抗体とする。測温抵抗体Ｒｆは流体中の感温抵抗体Ｒｕ,Ｒｄの発熱の影響を受けない位置に設置する。測温抵抗体Ｒｆは電流源Ｉｆと接続される。
【００５５】
発明の実施の形態１の温度測定状態においては、スイッチＳＷ５,ＳＷ６は感温抵抗体Ｒｄの端子電圧を差動増幅器Ｕ１へ差動入力するように切り替えたのに代えて、この発明の実施の形態２では測温抵抗体Ｒｆの端子電圧を差動増幅器Ｕ１に差動入力するようにする。これにより流速の影響を受けずに流体の温度測定が可能となり、より正確な温度補正の為の情報が得られる。
【００５６】
測温抵抗体Ｒｆも特開平10-206205号公報にあるようなシリコン基板上の白金薄膜として形成すると、熱容量が小さく流体の温度を正確に得ることができる。測温抵抗体Ｒｆの抵抗値は室温で例えば５ｋΩほどにし、電流源Ｉｆから１００μＡ程度の電流を流す。すると測温抵抗体Ｒｆの端子電圧は０．５Ｖ程度となる。この電圧は流体の温度と関係し変化する。この時、温度測定期間での差動増幅器Ｕ１の増幅率は１〜３倍ほどにすればよい。
【００５７】
なお、本発明の各実施の形態で示した抵抗値や増幅率は一つの例であり、他の値でもちろんかまわない。これらは、利用可能な電源電圧や感温抵抗体、測温抵抗体の特性、被測定流体の特性に合せて設計することとなる。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、両電圧保持装置が保持する電圧を、共通の電位、例えばＧＮＤを基準とした電圧にして、両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を増幅器により増幅すれば、流体の流速を測定することができる。本装置は、単一の増幅器のみを用いる回路構成であるため、省電力化を図ることができて、電池電源での駆動に好適である。また、電圧保持装置の一方の保持している電圧を増幅器により増幅することにより流体の温度を検出して、流体の流速の温度補償の情報を得ることができる。
【００５９】
請求項２に記載の発明は、両電圧保持装置が保持する電圧を、共通の電位、例えばＧＮＤを基準とした電圧にして、両電圧保持装置がそれぞれ保持している電圧の差を増幅器により増幅すれば、流体の流速を測定することができる。本装置は、単一の増幅器のみを用いる回路構成であるため、省電力化を図ることができて、電池電源での駆動に好適である。また、測温抵抗体の端子間電圧を増幅器により増幅することにより流体の温度を検出して、流体の流速の温度補償の情報をより正確に得ることができる。
【００６０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の流量測定装置において、流速測定の必要がないときには回路への電力供給を停止することができるので、電池電源での駆動が容易となる。
【００６１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの一に記載の流量測定装置において、両感温抵抗体の電圧差の増幅および感温抵抗体の端子電圧の増幅または測温抵抗体の端子電圧の増幅を同一の増幅器で行うことが可能となり、増幅器を増やすこと無く流速測定と温度測定が行え、電力の消費も抑えられる。
【００６２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの一に記載の流速測定装置において、各感温抵抗体の端子電圧の測定と流体の流速の測定とを交互に繰り返すことを可能とし、連続した流速情報を出力することができる。
【００６３】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの一に記載の流速測定装置において、流速測定の必要がないときの消費電力を抑えて、電池電源での駆動が容易となる。
【００６４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の流速測定装置において、流速測定を行っていないときの消費電力を抑えて、電池電源での駆動が容易となる。
【００６５】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかの一に記載の流速測定装置において、流体の温度情報を適時出力することが可能となる。
【００６６】
請求項９に記載の発明は、請求項３に記載の流速測定装置において、間欠的な流速測定を行うことができ、流速測定の必要がない期間の消費電力を抑えて、電池電源での駆動が容易となる。
【００６７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１または２に記載の流速測定装置において、流速の測定と流体温度の測定を同時に行って、これらに要する時間を短縮して消費電力を抑えて、電池電源での駆動が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である流速測定装置の回路図である。
【図２】この発明の実施の形態２である流速測定装置の回路図である。
【図３】従来の流速測定装置の回路図である。
【符号の説明】
Ｒｕ，Ｒｄ      感温抵抗体
Ｉｈ            電流源
Ｃ１，Ｃ２      電圧保持装置
Ｕ１            増幅器
ＳＷ１〜ＳＷ４  第３のスイッチ
ＳＷ５，ＳＷ６  第１のスイッチ
Ｒｆ            測温抵抗体
【図１】
0003819185.tif 000002
【図２】
0003819185.tif 000003
【図３】
0003819185.tif 000004