CN109387254A

CN109387254A - 热式流量计

Info

Publication number: CN109387254A
Application number: CN201810863078.4A
Authority: CN
Inventors: 山崎吉夫; 松永晋辅
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2019-02-26
Anticipated expiration: 2038-08-01
Also published as: US20190041248A1; JP6867909B2; JP2019027981A; CN109387254B

Abstract

本发明涉及热式流量计，能够通过热式流量计更迅速地掌握作为测定对象的流体的流量。传感器部(101)具备对作为测定对象的流体进行加热的加热器，且输出传感器值，该传感器值对应于以下状态，即：与以使加热器的温度与不受加热器的热影响的位置处的流体的温度之差成为所设定的设定温度差的方式驱动加热器时的、被加热器加热后的流体中的热扩散的状态，处理部(102)计算出将上述设定温度差除以加热器的温度与所测定出的流体的温度之差而得到的值与传感器值相乘而得到的推定值。流量计算部(103)根据推定值计算流体的流量而求出流量值。

Description

热式流量计

技术领域

本发明涉及一种利用流体中的热扩散的作用来测定流量的热式流量计。

背景技术

测定在流路中流动的流体的流量、流速的技术在工业、医疗领域等中被广泛利用。作为测定流量、流速的装置，存在电磁流量计、涡街流量计、科里奥利式流量计、热式流量计等各种种类，根据用途而区分使用。热式流量计存在能够检测气体、基本上没有压力损失、能够测定质量流量等优点。另外，还使用通过由玻璃管构成流路而能够测定腐蚀性的液体的流量的热式流量计(参照专利文献1、2)。测定这样的液体的流量的热式流量计适合于测定微量的流量。

在热式流量计中，存在根据加热器的上下游的温度差来测定流量的方法以及根据加热器的功耗来测定流量的方法。例如，在根据后者来测定液体的流量的情况下，以使加热器温度相对于水温而形成正10℃等一定的温度差的方式对加热器进行加温驱动，根据加热器的上游与下游的温度差或者加热器的功耗来计算流量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2006－010322号公报

专利文献2：日本专利特表2003－532099号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，例如如果流量急剧变化，则热式流量计会无法测定准确的流量。这是由于，热式流量计在加热器温度恒定之前，无法测定准确的流量。这样一来，热式流量计就存在响应性延迟这样的问题。

作为加热器温度控制延迟的原因，考虑作为加热的对象的物体的热容。特别是，在测定对象是液体的情况下，由于是隔着配管的壁对液体进行加热，所以，除液体之外，配管的壁也成为加热对象，于是热容变大，响应性容易延迟。这样一来，关于热式流量计，存在不容易迅速掌握作为测定对象的流体的流量这样的问题。

本发明是为了消除上述问题点而完成的，其目的在于，能够通过热式流量计更迅速地掌握作为测定对象的流体的流量。

解决技术问题的技术手段

本发明涉及一种热式流量计，具备：传感器部，其具备对作为测定对象的流体进行加热的加热器，且构成为输出第1值，该第1值对应于以下状态，即：以使加热器的温度与不受加热器的热影响的位置处的流体的温度之差成为所设定的设定温度差的方式驱动加热器时的、被加热器加热后的流体中的热扩散的状态；处理部，其构成为计算出第2值，该第2值是将设定温度差除以加热器的温度与所测定出的流体的温度之差而得到的值与第1值相乘而得到的值；以及流量计算部，其构成为根据处理部计算出的第2值来计算出流体的流量。

在上述热式流量计中，处理部也可以将设定温度差除以加热器的温度与所测定出的流体的温度之差而得到的值以及预先设定的常数与第1值相乘，从而计算出第2值。

在上述热式流量计中，也可以还具备判定部，该判定部构成为判定加热器的温度与所测定出的流体的温度之差和设定温度差之差是否小于所设定的值，在判定部判定加热器的温度与所测定出的流体的温度之差和设定温度差之差小于所设定的值的情况下，流量计算部根据第1值来求出流量。

在上述热式流量计中，也可以还具备流量处理部，该流量处理部构成为将流量计算部所求出的流量的时间微分值以及所设定的校正系数与流量相乘，对由此得到的值加上流量，从而求出第3值。

在上述热式流量计中，传感器部将以使加热器的温度与不受加热器的热影响的位置处的流体的温度之差成为设定温度差的方式驱动加热器时的加热器的电力作为第1值而输出。

在上述热式流量计中，传感器部将以使加热器的温度与不受加热器的热影响的位置处的流体的温度之差成为设定温度差的方式驱动加热器时的、相比加热器更靠上游的流体的温度与相比加热器更靠下游的流体的温度的温度差作为第1值而输出。

在上述热式流量计中，具备：配管，其输送流体；以及温度测定部，其与配管的外壁接触地设置，测定流体的温度，加热器与配管的外壁接触地设置。

发明效果

如以上说明的那样，根据本发明，将设为相对于流体的温度高的温度的加热器中的设定温度差除以加热器的温度与所测定出的流体的温度之差而得到的值与第1值相乘而设为第2值，并根据第2值来求出流量，所以，得到了即使不达到热平衡状态也能够通过热式流量计更迅速地掌握作为测定对象的流体的流量这样的优良效果。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1中的热式流量计的构成的构成图。

图2是示出本发明的实施方式中的热式流量计中的传感器部101的更详细的构成的构成图。

图3是示出本发明的实施方式中的热式流量计中的传感器部101的更详细的另一构成的构成图。

图4是示出伴随着流量的变化的加热器的温度与所测定出的流体的温度之差的变化以及流量的变化、推定流量的变化的特性图。

图5是示出本发明的实施方式2中的热式流量计的构成的构成图。

图6是示出本发明的实施方式3中的热式流量计的构成的构成图。

图7是示出本发明的实施方式中的处理部102、流量计算部103、判定部104、流量处理部105等硬件构成的构成图。

具体实施方式

下面，说明本发明的实施方式。

[实施方式1]

首先，参照图1，说明本发明的实施方式1中的热式流量计。该热式流量计具备传感器部101、处理部102和流量计算部103。

传感器部101具备对作为测定对象的流体进行加热的加热器，并输出以使加热器的温度与不受加热器的热影响的位置处的流体的温度之差成为所设定的设定温度差的方式驱动加热器时的、被加热器加热后的流体中的热扩散的状态所对应的传感器值(第1值)。

处理部102计算出将上述设定温度差除以加热器的温度与所测定出的流体的温度之差而得到的值乘以传感器值而得到的推定值(第2值)。流量计算部103根据处理部102计算出的推定值来计算流体的流量。

接下来，更详细地说明传感器部101。例如如图2所示，传感器部101具备温度测定部111、加热器112、控制部113、电力测量部114。温度测定部111与输送作为测定对象的流体121的配管122的外壁接触地设置。配管122例如由玻璃构成。加热器112与温度测定部111的下游的一侧的配管122的外壁接触地设置。温度测定部111测定流体121的温度。

控制部113以使加热器112的温度与由温度测定部111测定的不受加热器112的热影响的位置、例如相比加热器112更靠上游处的流体121的温度之差成为预先设定的设定温度差的方式，控制加热器112而进行驱动。电力测量部114对由控制部113控制的加热器112的电力进行测量并输出。在该例子中，从构成传感器部101的电力测量部114输出的电力成为传感器值。能够根据电力测量部114测量并输出的加热器112的电力(传感器值)来计算流体121的流量。

如已周知的那样，以使加热器112的温度与不受加热器112的热影响的位置处的流体121的温度之差成为设定温度差的方式驱动加热器112时的、加热器112所消耗的电力与流体121的流量之间存在相关性。另外，该相关关系在相同的流体/流量/温度下具有再现性。因此，如上所述，在加热器112由控制部113控制的状态下，能够根据电力测量部114测量出的电力，使用规定的相关系数(常数)来计算出流量。

另外，如图3所示，也可以由温度测定部111、加热器112、控制部113、温度测定部116、温度测定部117构成传感器部101’。

在这里，温度测定部111与输送作为测定对象的流体121的配管122的外壁接触地设置。加热器112与温度测定部111的下游的一侧的配管122的外壁接触地设置。温度测定部111测定流体121的温度。

控制部113以使加热器112的温度与由温度测定部111测定的不受加热器112的热影响的位置、例如相比加热器112更靠上游处的流体121的温度之差成为预先设定的设定温度差的方式，控制加热器112而进行驱动。

温度测定部117在相比温度测定部111的更靠下游侧并且为加热器112的上游侧处，与配管122的外壁接触地设置。另外，温度测定部117在加热器112的下游侧，与配管122的外壁接触地设置。温度测定部116、温度测定部117测定流体121的温度。

能够根据温度测定部116测定的流体的温度与温度测定部117测定的流体的温度的温度差，计算流体121的流量。在该例子中，温度测定部116测定的流体的温度与温度测定部117测定的流体的温度的温度差成为传感器值。

如已知的那样，以使加热器112的温度与不受加热器112的热影响的位置处的流体121的温度之差成为预先设定的设定温度差的方式驱动加热器112时的、相比加热器112更靠上游的流体121的温度与相比加热器112更靠下游的流体121的温度的温度差和流体121的流量之间存在相关性。另外，该相关关系在相同的流体/流量/温度下有再现性。因此，如上所述，在加热器112由控制部113控制的状态下，能够根据温度测定部116测定出的温度与温度测定部117测定出的温度之差(温度差)，使用规定的相关系数(常数)来计算出流量。

根据从如上所述构成的传感器部101输出的电力、温度差等传感器值P，通过“P’＝P×(Tup÷ΔT)…(1)”而求出推定值P’。此外，ΔT是加热器的温度与所测定出的流体的温度之差。另外，Tup是设为相对于流体的温度高的温度的加热器中的设定温度差。

下面，说明式(1)。首先，如图4的虚线所示，考虑流量急剧变化的情况。即使流量急剧变化，如果实际的流量被传感器输出(第1值)准确地反映，则流量计算部103输出的流量也应该如图4的虚线所示地变化。

但是，当流量急剧变化时，如图4的单点划线所示，产生加热器的温度与所测定的流体的温度之差ΔT暂时无法维持于设定温度差Tup(例如10℃)的状态。特别是，在测定对象是液体的情况下，由于热容大，所以，由急剧的流量变化导致的ΔT与Tup的背离就会变大。此外，在暂时成为ΔT与Tup不同的状态之后，ΔT缓缓接近于Tup，最终稳定于Tup。

例如，在流量急剧增加的情况下，ΔT暂时小于Tup。在该状态下，根据传感器值P求出的流量表现出比实际小的值。如上所述，在急剧的流量的变化中，如图4的单点划线所示，ΔT暂时地变化，所以，流量计算部103输出的流量就如虚线所示那样响应延迟。

在这里，在流量急剧增加的过渡期中，ΔT小于Tup，根据传感器值P求出的流量为比实际小的值。另外，在流量急剧减少的过渡期中，ΔT大于Tup，根据传感器值P求出的流量为比实际大的值。换言之，急剧的流量变化的过渡期中的ΔT相对于Tup的大小关系反映于传感器值P。因此，认为将表示急剧的流量变化的过渡期中的ΔT相对于Tup的大小关系的ΔT/Tup的倒数与传感器值P相乘而得到的推定值P’接近于反映了实际的流量的值。

因此，通过上述式(1)，根据传感器值P来对推定值P’进行推定，并根据该推定值P’来求出流量。通过这样，能够使流量计算部103输出的流量的响应如实线所示地接近于实际的流量的变化。

在流量急剧增加的过渡期中，ΔT暂时小于Tup，在该情况下，在流量计算中使用将大于1的Tup/ΔT与传感器值P相乘而变成大的值的推定值P’。另外，在流量急剧减少的过渡期中，ΔT暂时大于Tup，在该情况下，在流量计算中使用将小于1的Tup/ΔT与传感器值P相乘而变成小的值的推定值P’。

此外，在流量缓缓变化的状态下，大致维持ΔT＝Tup的状态，所以Tup÷ΔT≈1，P≈P’，实质上与在流量的计算中直接使用传感器值P的状态相等。

如以上说明的那样，根据实施方式1，利用通过式(1)推定出的传感器值来求出流量，所以，能够通过热式流量计更迅速地掌握作为测定对象的流体的流量。此外，也可以使用常数k，通过“P’＝P×k×(Tup÷ΔT)…(2)”来求出推定值P’。如果设为k＝1，则与式(1)相同。通过实验，根据实际的流量相对于传感器值P以及ΔT的关系，适当地设定k，根据式(2)来求出P’，从而能够使P’逼近实际的流量。

[实施方式2]

接下来，参照图5，说明本发明的实施方式2中的热式流量计。该热式流量计具备传感器部101、处理部102和流量计算部103。它们与上述实施方式1相同。在实施方式2中，还具备判定加热器的温度与所测定出的流体的温度之差、和设定温度差之差是否小于所设定的值的判定部104。

在实施方式2中，在判定部104判定加热器的温度与流体的温度之差(ΔT)和设定温度差(Tup)之差小于所设定的值的情况下，流量计算部103根据传感器部101输出的传感器值来求出流量。

例如，在流量的变化小的情况下，即使直接使用传感器部101输出的传感器值而由流量计算部103求出流量，响应的延迟也不大。该状态是ΔT与Tup之差小的状态。在该状态下，“Tup÷ΔT≈1”，并非“Tup÷ΔT＝1”，所以，推定值P’与小的流量的变化相对应地小幅变化。因此，如果始终使用处理部102计算出的第2值来求出流量，则在流量的变化小的情况下，由流量计算部103求出的流量就会变得不稳定。与此相对地，在流量的变化小的情况下，ΔT与Tup之差也小，所以，在该差小于所设定的值的情况下，通过根据传感器部101输出的传感器值P来求出流量，能够抑制上述不稳定。

[实施方式3]

接下来，参照图6，说明本发明的实施方式3中的热式流量计。该热式流量计具备传感器部101、处理部102、流量计算部103和判定部104。它们与上述实施方式2相同。

在实施方式3中，根据流量计算部103求出的流量Q，由流量处理部105求出推定流量Q’，从而使流量的响应接近于实际的流量的变化。流量处理部105通过“Q’＝Q+A×Q×dQ/dt…(3)”求出推定流量Q’。此外，A是校正系数，是预先决定的。根据校正系数A的值的不同，推定流量Q’与实际的流量的变化之差发生变化。

此外，有时校正系数A越大，则推定流量Q’越不稳定。因此，根据将推定流量Q’与实际的流量的变化之差设为何种程度来设定校正系数A。另外，在流量的时间微分值dQ/dt为某个恒定值以下的情况下，不实施由流量处理部105进行的推定，而直接输出由流量计算部103得到的流量Q，从而能够确保稳态流量时的稳定性。

此外，如图7所示，处理部102、流量计算部103、判定部104、流量处理部105是具备CPU(Central Processing Unit；中央运算处理装置)201、主存储装置202和外部存储装置203等的计算机设备，根据在主存储装置中展开的程序，CPU进行动作，从而实现上述各功能。

如以上说明的那样，根据本发明，将设为相对于流体的温度高的温度的加热器中的设定温度差除以加热器的温度与所测定出的流体的温度之差而得到的值乘以传感器值来进行推定，所以，能够通过热式流量计更迅速地掌握作为测定对象的流体的流量。

此外，本发明不限定于以上说明的实施方式，在本发明的技术思想内，能够由在本领域中具有通常知识的人实施大量的变形以及组合，这是明确的。

符号说明

101…传感器部；102…处理部；103…流量计算部；111…温度测定部；112…加热器；113…控制部；114…电力测量部；116…温度测定部；117…温度测定部。

Claims

1.一种热式流量计，其特征在于，具备：

传感器部，其具备对作为测定对象的流体进行加热的加热器，且构成为输出第1值，该第1值对应于以下状态，即：以使所述加热器的温度与不受所述加热器的热影响的位置处的所述流体的温度之差成为所设定的设定温度差的方式驱动所述加热器时的、被所述加热器加热后的所述流体中的热扩散的状态；

处理部，其构成为计算出第2值，该第2值是将所述设定温度差除以所述加热器的温度与所测定出的所述流体的温度之差而得到的值与所述第1值相乘而得到的值；以及

流量计算部，其构成为根据所述处理部计算出的所述第2值来计算出所述流体的流量。

2.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，

所述处理部将所述设定温度差除以所述加热器的温度与所测定出的所述流体的温度之差而得到的值以及预先设定的常数与所述第1值相乘，从而计算出所述第2值。

3.根据权利要求1或者2所述的热式流量计，其特征在于，

还具备判定部，该判定部构成为判定所述加热器的温度与所测定出的所述流体的温度之差和所述设定温度差之差是否小于所设定的值，

在所述判定部判定所述加热器的温度与所测定出的所述流体的温度之差和所述设定温度差之差小于所设定的值的情况下，所述流量计算部根据所述第1值来求出所述流量。

4.根据权利要求1或者2所述的热式流量计，其特征在于，

还具备流量处理部，该流量处理部构成为将所述流量计算部所求出的所述流量的时间微分值以及所设定的校正系数与所述流量相乘，对由此得到的值加上所述流量，从而求出第3值。

5.根据权利要求1或者2所述的热式流量计，其特征在于，

所述传感器部将以使所述加热器的温度与不受所述加热器的热影响的位置处的所述流体的温度之差成为所述设定温度差的方式驱动所述加热器时的所述加热器的电力作为所述第1值而输出。

6.根据权利要求1或者2所述的热式流量计，其特征在于，

所述传感器部将以使所述加热器的温度与不受所述加热器的热影响的位置处的所述流体的温度之差成为所述设定温度差的方式驱动所述加热器时的、相比所述加热器更靠上游的所述流体的温度与相比所述加热器更靠下游的所述流体的温度的温度差作为所述第1值而输出。

7.根据权利要求1或者2所述的热式流量计，其特征在于，具备：

配管，其输送所述流体；以及

温度测定部，其与所述配管的外壁接触地设置，测定所述流体的温度，

所述加热器与所述配管的外壁接触地设置。