CN109387255A - 热式流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热式流量计，即使作为测定对象的流体的温度发生变化，也能够进行准确的流量测定。通过传感器部(101)，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状态所对应的传感器值(第1值)。通过校正部(102)，计算出根据流体的温度对传感器部(101)输出的传感器值进行校正而得到的校正传感器值(第2值)并输出。流量计算部(103)根据由校正部(102)校正后的校正传感器值计算出流体的流量。

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测定基于加热器的功耗的流量的方法。例如，在测定水溶液的流量的情况下，以使加热器温度相对于水温而形成正10℃等一定温度差的方式对加热器进行加温驱动并使其动作，根据上游与下游的温度差或者加热器的电力来计算流量。
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，热式流量计存在当流体的温度变化时，测定结果的输出就会产生误差这样的问题。由于作为测定对象的流体温度以及周围温度的变化，流体以及检测部周围的热导率等就会发生变化。因此，测定结果随着温度的变化而发生变化，流量输出就会产生误差。
本发明是为了消除上述问题点而完成的，其目的在于，即使作为测定对象的流体的温度发生变化，也能进行准确的流量测定。
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；校正部，其构成为计算出根据流体的温度校正第1值而得到的第2值；以及流量计算部，其构成为根据由校正部计算出的第2值，计算出流体的流量。
在上述热式流量计中，校正部求出利用第2值＝第1值/(1+{第1常数×(温度－基准温度)})和第2值＝第1值/(1+{第2常数×(温度－基准温度)2+第3常数×(温度－基准温度)})中的某一个校正式对第1值进行校正而得到的第2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一定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
如以上所说明的那样，根据本发明，可以得到即使作为测定对象的流体的温度发生变化，也能进行准确的流量测定这一优异效果。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式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4是示出来自传感器部101的传感器值P与作为测定对象的流体的流量的关系的特性图。
图5是示出由校正部102校正后的来自传感器部101的传感器值P与作为测定对象的流体的流量的关系的特性图。
图6是示出本发明的实施方式中的校正部102的硬件构成的构成图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式中的热式流量计。该热式流量计具备传感器部101、校正部102以及流量算出部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)。校正部102求出用流体的温度校正传感器部101所输出的传感器值后得到的校正传感器值(第2值)并输出。
校正部102利用校正式“校正传感器值＝传感器值/(1+{第1常数×(温度－基准温度)})···(1)”来校正由传感器部101输出的传感器值。此外，校正部102根据校正式“校正传感器值＝传感器值/(1+{第2常数×(温度－基准温度)2+第3常数×(温度－基准温度)})···(2)”来校正由传感器部101输出的传感器值。
另外，第1常数、第2常数、第3常数只要基于在各种不同的温度下测定已知的流量而得到的测定结果来适当地决定即可。
流量算出部103根据由上述的校正部102校正后的校正传感器值(第2值)计算出流体的流量。此外，基准温度只要使用测定相对于已知流量的输出时的流体的温度、定义基准特性时的温度等来适当地决定即可。
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规定温度差的方式，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(第1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。
来自如上述那样构成的传感器部101的传感器值P能够使用作为测定对象的流体的流速μ、加热器的加热温度ΔT、常数A以及常数B，表示为“P＝{A+B(μ)1/2}×ΔT”。另外，A、B是根据各部分的形状、各部分的热导率、作为测定对象的流体的密度、作为测定对象的流体的粘度、作为测定对象的流体的热容等决定的常数。由该式可知，即使流速(流量)为一定，只要作为测定对象的流体的温度发生变化、密度、粘度发生变化，则传感器值P就会发生变化。
来自上述的传感器部101的传感器值P与作为测定对象的流体的流量的关系例如如图4所示，根据作为测定对象的流体的温度而变化。此处，例示出测定水的流量的情况。另外，图4的(a)示出流体的温度为40℃的情况下的传感器值P与作为测定对象的流体的流量的关系。此外，图4的(b)示出流体的温度为30℃的情况下的传感器值P与作为测定对象的流体的流量的关系。此外，图4的(c)示出流体的温度为20℃的情况下的传感器值P与作为测定对象的流体的流量的关系。
如图4所示，根据作为流量测定对象的水的温度的不同，即使是相同流量，传感器值P也会发生变化。这是因为热导率、密度等会因为温度的改变而变化。另外，纯水的密度、比热、热导率如以下的表1所示那样根据温度的改变而变化。如表1所示，在水的情况下，越是高温，热导率变得越大。由于传感器值P的变化高度依赖于热导率，因此温度越高，传感器值P就变得越大。
【表1】
温度 密度 比热 热导率
[℃] [g/cm<sup>3</sup>] [J/kg℃] [W/m K]
0 0.9999 4217 0.569
10 0.9997 4192 0.587
20 0.9982 4182 0.602
30 0.9957 4178 0.618
40 0.9923 4178 0.632
50 0.9881 4180 0.642
60 0.9832 4184 0.654
70 0.9778 4189 0.664
80 0.9718 4196 0.672
90 0.9653 4205 0.678
100 0.9584 4215 0.682
在实施方式中，通过校正部102，基于流体的温度，使用式(1)或式(2)对传感器部101输出的传感器值(第1值)进行校正。流量算出部103由校正后的校正传感器值(第2值)计算出流体的流量。作为其结果，即使作为测定对象的流体温度发生变化，如图5所示，传感器值与作为测定对象的流体的流量的关系也不会变化。
另外，如图6所示，校正部102、流量算出部103是具备CPU(Central ProcessingUnit；中央运算处理装置)201、主存储装置202以及外部存储装置203等的计算机设备，CPU根据在主存储装置中展开的程序而进行动作，从而实现上述各功能。
如以上说明的那样，在本发明中，用校正部根据流体的温度对传感器部输出的第1值进行校正并计算出第2值。例如，根据“第2值＝第1值/(1+{第1常数×(温度-基准温度)})”或者“第2值＝第1值/(1+{第2常数×(温度-基准温度)2+第3常数×(温度-基准温度)})”，对传感器部输出的第1值进行校正并计算出第2值。其结果是，根据本发明，即使作为测定对象的流体的温度发生变化，也能够进行准确的流量测定。
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…校正部；103…流量计算部。

Claims (5)

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；
校正部，其构成为计算出根据所述流体的温度校正所述第1值而得到的第2值；以及
流量计算部，其构成为根据由所述校正部计算出的所述第2值，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，
所述校正部求出利用所述第2值＝所述第1值/(1+{第1常数×(温度－基准温度)})和所述第2值＝所述第1值/(1+{第2常数×(温度－基准温度)2+第3常数×(温度－基准温度)})中的某一个校正式对所述第1值进行校正而得到的所述第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，
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一定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。
4.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。
5.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。
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Application publication date: 20190226

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