CN109282867A - 热式流量计及流量修正方法 - Google Patents

热式流量计及流量修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明的热式流量计及流量修正方法用简单的方法对流量进行修正。热式流量计包括：热阻元件，其配置于配管上，对作为测定对象的流体的第一温度进行检测；热阻元件，其配置于位于热阻元件的下游侧的配管的部位，对作为测定对象的流体的第二温度进行检测；控制部，其以使第二温度比第一温度高出恒定值的方式使得热阻元件发热；电力测定部，其对施加于热阻元件的电力进行测定；电力换算部，其通过将电力测定部测定到的电力乘以根据作为测定对象的流体的种类而唯一确定的常数，换算成流体为水的情况下的电力；流量算出部，其通过利用流体为水的情况下的流量转换特性公式将经过电力换算部换算得到的电力转换为流量值，计算出作为测定对象的流体的流量。

Description

热式流量计及流量修正方法
技术领域
本发明涉及一种在配管的上游和下游的两点测量流体的温度，以使两点之间的温度差始终恒定的方式对加热器进行控制，并且根据施加到加热器的电力计算出流体流量的热式流量计。
背景技术
已知在热式流量计中，由于流体的种类不同其热特性也不相同，因此需要按照各个流体的种类进行修正(参见专利文献1)。在现有的热式流量计中，需要在多个修正用测量点取得各流体的实际流量与传感器输出之间的关系后再确定修正系数，所以存在修正系数的设置处理变得繁杂这样的问题。
现有技术文献：
技术文献
专利文献1：日本特开平11-132812号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是为了解决上述那样的问题而做出的，其目的在于，提供一种能够用简单的方法对流量进行修正的热式流量计及流量修正方法。
解决问题的手段
本发明的热式流量计的特征在于，包括：配管，所述配管构成为使作为测定对象的流体流通；第一热阻元件，所述第一热阻元件构成为配置于所述配管上，并对所述作为测定对象的流体的第一温度进行检测；第二热阻元件，所述第二热阻元件构成为配置于位于所述第一热阻元件的下游侧的所述配管的部位，并对所述作为测定对象的流体的第二温度进行检测；控制部，所述控制部构成为以使所述第二温度比所述第一温度高出恒定值的方式输出电压，并使得所述第二热阻元件发热；电力测定部，所述电力测定部构成为对施加于所述第二热阻元件上的电力进行测定；电力换算部，所述电力换算部构成为：将所述电力测定部测定到的电力乘以根据所述作为测定对象的流体的种类而唯一确定的常数，由此将所述电力测定部测定到的电力换算成流体为水的情况下的电力；以及流量算出部，所述流量算出部构成为：利用流体为水的情况下的流量转换特性公式将经过所述电力换算部换算后的电力转换为流量值，由此计算出所述作为测定对象的流体的流量。
另外，在本发明的热式流量计的一个构成例中，其特征在于，基于在事先实验时通过所述流量转换特性公式的反函数根据所述作为测定对象的流体的实际流量和热式流量计的测定流量分别进行逆运算而得到的电力，来确定所述常数。
另外，本发明的特征在于，在热式流量计的流量修正方法中，所述热式流量计包括：配管，所述配管使作为测定对象的流体流通；第一热阻元件，所述第一热阻元件配置于所述配管上，并对所述作为测定对象的流体的第一温度进行检测；以及第二热阻元件，所述第二热阻元件配置于位于所述第一热阻元件的下游侧的所述配管的部位，并对所述作为测定对象的流体的第二温度进行检测，所述流量修正方法的特征在于，包括：第一步骤：以使所述第二温度比所述第一温度高出恒定值的方式输出电压，并使得所述第二热阻元件发热；第二步骤：对施加于所述第二热阻元件的电力进行测定；第三步骤：通过将所述第二步骤中测定到的电力乘以根据所述作为测定对象的流体的种类而唯一确定的常数，将所述第二步骤中测定到的电力换算成流体为水的情况下的电力；以及第四步骤：利用流体为水的情况下的流量转换特性公式将通过第三步骤换算得到的电力转换为流量值，由此计算出所述作为测定对象的流体的流量。
发明效果
根据本发明，通过将电力测定部所测定的电力乘以根据作为测定对象的流体的种类而唯一确定的常数，换算成流体为水的情况下的电力，然后利用流体为水的情况下的流量转换特性公式将换算后的电力转换为流量值，从而能够用简单的方法对流量进行修正。
附图说明
图1是表示本发明实施例所涉及的热式流量计的构成的框图。
图2是说明本发明实施例所涉及的温度获取部、减法器、PID控制运算部以及控制输出部的动作的流程图。
图3是说明本发明实施例所涉及的热式流量计的电力测定部、电力换算部和流量算出部的动作的流程图。
图4是表示热式流量计中的电力与流量的关系的一例的图
具体实施方式
以下，将参照附图对本发明的实施例进行说明。图1是表示本发明实施例所涉及的热式流量计的构成的框图。热式流量计包括：配管1，所述配管1使作为测定对象的流体流通，例如由玻璃制成；热阻元件2a，所述热阻元件2a配置于配管1上，例如由铂制成；热阻元件2b(加热器)，所述热阻元件2b配置于位于热阻元件2a的下游侧的配管1的部位，例如由铂制成；温度获取部3a，所述温度获取部3a获取由热阻元件2a检测到的流体的温度TRr；温度获取部3b，温度获取部3b获取由热阻元件2b检测到的流体的温度TRh；减法器4，所述减法器4从温度TRh中减去温度TRr；PID控制运算部5，所述PID控制运算部5以使温度差(TRh－TRr)成为恒定值的方式计算出操作量；控制输出部6，所述控制输出部6根据PID控制运算部5算出的操作量对热阻元件2b施加电压并使其发热；电力测定部7，所述电力测定部7对施加于热阻元件2b的电力进行测定；电力换算部8，所述电力换算部8通过将电力测定部7测定到的电力乘以根据作为测定对象的流体的种类而唯一确定的常数，将电力测定部7测定到的电力换算成流体为水的情况下的电力；以及流量算出部9，所述流量算出部9利用流体为水的情况下的流量转换特性公式将经过电力换算部8换算后的电力转换为流量值，由此计算出作为测定对象的流体的流量。其中，减法器4、PID控制运算部5和控制输出部6构成控制部10。
热阻元件2a、2b分别形成于硅晶圆上。通过将形成有热阻元件2a的硅晶圆的表面以面对配管1的外壁的方式粘结到管1上，而将热阻元件2a固定到配管1上。热阻元件2b的固定方法与热阻元件2a的固定方法相同。图1的示例中，热阻元件2a、2b粘结在配管1的壁厚变薄的部位。
接下来，将说明本实施例的热式流量计的动作。图2是说明温度获取部3a、3b、减法器4、PID控制运算部5以及控制输出部6的动作的流程图。
温度获取部3a、3b获取在配管1中流动的流体A的温度TRr、TRh(图2的步骤S100)。具体来说，温度获取部3a、3b分别检测热阻元件2a、2b的电阻值，根据电阻值与温度的关系来获取流体A的温度TRr、TRh。
减法器4从流体A的下游侧的温度TRh中减去上游侧的温度TRr(图2中的步骤S101)。
PID控制运算部5以使由减法器4计算出的温度差(TRh－TRr)成为恒定值(为控制的目标值，例如10℃)的方式来计算出操作量(图2的步骤S102)。
控制输出部6根据PID控制运算部5算出的操作量对热阻元件2b施加电压并使其发热(图2的步骤S103)。
于是，针对各个控制周期执行步骤S100～S103的处理，直到热式流量计的动作结束(图2步骤S104中的“是”)为止，并以使流体A的下游侧的温度TRh总是比上游侧的温度TRr高出恒定值的方式进行PID控制。
图3是说明电力测定部7、电力换算部8和流量算出部9的动作的流程图。电力测定部7对施加到热阻元件2b的电力Q进行测定(图3中的步骤S200)。电力测定部7例如通过如下公式根据施加到热阻元件2b的电压V和热阻元件2b的电阻值Rh来计算出施加到热阻元件2b的电力Q。
Q＝V2/Rh…(1)
于是，可以求出使流体A的下游侧的温度TRh总是比上游侧的温度TRr高出恒定值所需的电力Q。
其次，电力换算部8通过将电力测定部7测定到的电力Q乘以根据作为测定对象的流体A的种类而唯一确定的常数αA，将电力换算成流体为水的情况下的电力(图3中的步骤S201)。
在此，将说明常数αA的求取方法。当流体是水的情况下，根据电力测定部7测定到的电力QH2O求得水的流量FH2O的流量转换特性公式f通过实际测量是已知的。
FH2O＝f(QH2O)…(2)
图4是表示热式流量计中的电力与流量关系的一例的图。当流体是水的情况下，通过实际测量求得电力QH2O和水的实际流量FH2O之间的如图4那样的关系，能够确定流量转换特性公式f。
其次，关于作为测定对象的流体A，实际流量Fa和本实施例的热式流量计的测定流量Fm是通过实验而得知的。但是，在导出常数αA时求取测定流量Fm的情况下，可以不进行步骤S201的电力换算而直接将电力测定部7测定到的电力Q代入流量转换特性公式f，然后通过f(Q)求出测定流量Fm即可。
当流体是水的情况下，与流量Fa对应的电力Qa如公式(3)所示。
Qa＝f-1(Fa)…(3)
f-1是流量转换特性公式f的反函数。
另外，当流体不是水的情况下，与流量Fm对应的电力Qm如公式(4)所示。
Qm＝f-1(Fm)…(4)
像这样，可以使用流量转换特性公式f的反函数f-1来逆运算电力Qa、Qm。关于电力Qa、Qm，由于如下公式成立，因此对于作为测定对象的流体A，如果通过实验求得流量Fa、Fm的话，则可以预先确定常数αA。
Qa≒αAQm…(5)
于是，如果对于作为测定对象的流体A预先设定常数αA的话，则可通过将电力测定部7测定到的电力Q乘以常数αA，将电力Q换算成流体为水的情况下的电力。
流量算出部9使用流量转换特性公式f将经由电力换算部8换算后的电力αAQ转换为流量值，由此算出作为测定对象的流体A的流量F(图3中的步骤S202)。
F＝f(αAQ)…(6)
于是，每隔一定时间执行步骤S200～S202的处理，直到热式流量计的动作结束(图3步骤S203中的“是”)为止。
由于实际流量和本实施例的热式流量计的测定流量之间的关系是非线性的，所以难以直接修正测定流量。因此，在本实施例中，通过修正电力测定部7测定到的电力Q来间接修正流量。其结果是，在本实施例中，能够用简单的方法近似地求得实际流量。
在此，将补充说明本发明为有效的依据。图1的热式流量计的构成中的电力Q可以通过基于导热特性以及流体流动的解析上的近似由以下公式表示。
Q＝kFα…(7)
k是表示流体特性的系数(导热率，雷诺系数，密度等)，F是流体的流速，α是相对于流速的求幂系数(是基于流路和传感器系统的物理构造的系数，约1/2)。流量转换特性公式f的反函数f-1可表示如下。
F＝f-1()＝(Q/k)-α…(8)
对于除水以外的流体，由于水路的物理构成相同，但流体的特性不同(在第一次近似中流体的热导率的影响很大)，因此能够假定系数α与水相同，系数k与水不同。将除水以外的流体的系数k设为km。那么除水以外的流体的流速Fm如下。
Fm＝(Qm/km)-α…(9)
针对水和除水以外的流体来计量成为相同流速的电力。即，计量F＝Fm的情况下的Q和Qm。此时，由公式(8)/公式(9)，可得到如下公式。
F/Fm＝1＝((Q/k)-α)/((Qm/km)-α)…(10)
根据公式(10)，可得到如下公式。
Q/k＝Qm/km…(11)
由于是水的情况下的电力Q，表示水的特性的系数k以及为除水以外的流体的情况下的电力Qm是通过实际测量获得的，因此能够求得表示除水以外的流体的特性的系数km。根据公式(11)可以得到如下公式(12)。
Q＝(Qm/km)×k…(12)
因此，如果对于电力Q求取F，该电力Q为针对除水以外的流体的电力Qm的(k/km)倍的话，则可以设为针对除水之外的流体的流速的近似值。该(k/km)是上述常数αA。从以上内容可知，能够利用简单的方法近似地获得实际流量。
此外，在本实施例中，设αA为恒定值，但也可以是能够根据电力测定部7测定到的电力Q而变化的值。例如可以使用公式(13)中的αA(Q)代替公式(6)中的αA。
αA(Q)＝αA(1-exp(-βQ))…(13)
此外，系数β是从实验值中获得的值。
本实施例的热式流量计中，至少减法器4、PID控制运算部5、电力换算部8以及流量算出部9能够通过具有CPU、存储装置以及与外部的接口的计算机和控制这些硬件资源的程序来实现。CPU按照存储在存储装置中的程序执行本实施例中描述的处理，并实现本发明的热式流量计的流量修正方法。
产业上的可利用性
本发明能够用于热式流量计。
符号说明
1…配管，2a、2b…热阻元件，3a、3b…温度获取部，4…减法器，5…PID控制运算部，6…控制输出部，7…电力测定部，8…电力换算部，9…流量算出部，10…控制部。

Claims (4)

1.一种热式流量计，其特征在于，包括：
配管，所述配管构成为使作为测定对象的流体流通；
第一热阻元件，所述第一热阻元件构成为配置于所述配管上，并对所述作为测定对象的流体的第一温度进行检测；
第二热阻元件，所述第二热阻元件构成为配置于位于所述第一热阻元件的下游侧的所述配管的部位，并对所述作为测定对象的流体的第二温度进行检测；
控制部，所述控制部构成为以使所述第二温度比所述第一温度高出恒定值的方式输出电压，并使得所述第二热阻元件发热；
电力测定部，所述电力测定部构成为对施加于所述第二热阻元件上的电力进行测定；
电力换算部，所述电力换算部构成为：将所述电力测定部测定到的电力乘以根据所述作为测定对象的流体的种类而唯一确定的常数，由此将所述电力测定部测定到的电力换算成流体为水的情况下的电力；以及
流量算出部，所述流量算出部构成为：利用流体为水的情况下的流量转换特性公式将经过所述电力换算部换算后的电力转换为流量值，由此计算出所述作为测定对象的流体的流量。
2.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，
基于在事先实验时通过所述流量转换特性公式的反函数根据所述作为测定对象的流体的实际流量和热式流量计的测定流量分别进行逆运算而得到的电力，来确定所述常数。
3.一种热式流量计的流量修正方法，所述热式流量计包括：配管，所述配管使作为测定对象的流体流通；第一热阻元件，所述第一热阻元件配置于所述配管上，并对所述作为测定对象的流体的第一温度进行检测；以及第二热阻元件，所述第二热阻元件配置于位于所述第一热阻元件的下游侧的所述配管的部位，并对所述作为测定对象的流体的第二温度进行检测，
所述流量修正方法的特征在于，包括：
第一步骤：以使所述第二温度比所述第一温度高出恒定值的方式输出电压，并使得所述第二热阻元件发热；
第二步骤：对施加于所述第二热阻元件的电力进行测定；
第三步骤：通过将所述第二步骤中测定到的电力乘以根据所述作为测定对象的流体的种类而唯一确定的常数，将所述第二步骤中测定到的电力换算成流体为水的情况下的电力；以及
第四步骤：利用流体为水的情况下的流量转换特性公式将通过第三步骤换算得到的电力转换为流量值，由此计算出所述作为测定对象的流体的流量。
4.根据权利要求3所述的热式流量计的流量修正方法，其特征在于，
基于在事先实验时通过所述流量转换特性公式的反函数根据所述作为测定对象的流体的实际流量和热式流量计的测定流量分别进行逆运算而得到的电力，来确定所述常数。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190129

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