CN109506730B - 热式流量计 - Google Patents

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Abstract

一种能用更短的时间求得热式流量计的传感器值和实际流量的相关关系的热式流量计。传感器部(101)包括对作为测定对象的流体进行加热的加热器,并且输出以加热器的温度与不受加热器的热影响的位置的流体的温度的差为被设定的设定温度差的方式驱动加热器时的、与被加热器加热的流体中的热扩散的状态对应的传感器值。流量算出部(102)通过流量算出公式“传感器值＝转换系数A×log(流量)2+转换系数B×log(流量)+转换系数C”,根据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对流量进行测定的热式流量计。
背景技术
对在流路中流动的流体的流量和流速进行测定的技术广泛应用于工业、医疗领域等。作为测定流量和流速的装置有各种各样，例如电磁流量计、涡旋流量计、科里奥利流量计、热流量计等，并且根据用途而区分使用。热式流量计具有能够检测出气体，基本上没有压力损失，能够对质量流量进行测定等的优点。另外，还使用一种通过由玻璃管构成流路，从而能够测定腐蚀性液体的流量的热式流量计(参见专利文献1、2)。测定这种液体的流量的热式流量计适合对微量的流量进行测定。
在热式流量计中，存在通过加热器的上游和下游的温度差对流量进行测定的方法和通过加热器消耗的电力对流量进行测定的方法。例如，以使加热器的温度与水温的温差为正10℃等恒定的温度差的方式加热并驱动加热器，并且根据加热器的上游和下游的温度差或者加热器消耗的电力来计算出流量
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2006-010322号公报
专利文献2日本特开2003-532099号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，在热式流量计中，用传感器部对加热器的上游和下游的温度差和加热器消耗的电力等的传感器值进行测定，并且根据测定到的传感器值计算出流量。已知该传感器值和流量的相关关系简单地由以下公式表示，并由如图5中所示的曲线表示。
【公式1】
Figure BDA0001788232860000021
P:传感器值
A、B、C:由形状、热导率、密度、粘度、比热等决定的常数
μ:流量
ΔΤ:加热器对于液体温度的加热温度
在此，在实际的热式流量计中，由于各个产品参差不齐，所以不能唯一地确定公式(1)的常数A、B。进一步，现实中，由于流速分布/环境温度等，传感器值和与流量的相关关系显示出不能用公式(1)表示的特性。因此，需要针对每个产品，使流体实际流动，而获得相对于实际流量值的传感器值，并事先求得实际流量和传感器值的相关关系(常数A、B)。
然而，由于传感器值和流量的相关关系是如图5所示的曲线，所以为了事先确定常数，需要大量的实际流量值和传感器值的关系(调整点)。因此，以往存在有为了事先求得热流量计的传感器值与实际流量的相关关系而需要花费大量的时间的问题。
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于，能够用更短的时间求得热式流量计的传感器值和实际流量的相关关系。
解决问题的手段
本发明的热式流量计包括:传感器部，该传感器部包括对作为测定对象的流体进行加热的加热器，并且构成为输出以加热器的温度和不受加热器的热影响的位置的流体的温度差为被设定的设定温度差的方式驱动加热器时的、与被加热器加热的流体中的热扩散的状态对应的传感器值；流量算出部，该流量算出部构成为通过流量算出公式:传感器值＝转换系A×log(流量)2+转换系数B×log(流量)+转换系数C，根据传感器值计算出流体的流量。
在上述热式流量计中，传感器部将以加热器的温度和不受加热器的热影响的位置的流体的温度的差为恒定的方式驱动加热器时的加热器的电力作为第一值输出。
在上述热式流量计中，传感器部将以加热器的温度和不受加热器的热影响的位置的流体的温度的差为设定温度差的方式驱动加热器时的、加热器的上游的流体的温度和加热器的下游的流体的温度的温度差作为第一值输出。
在上述热式流量计中，包括输送流体的配管、以及与配管的外壁接触地设置并对流体的温度进行测定的温度测定部，另外，加热器与配管的外壁接触地设置。
发明效果
如上所述，根据本发明，能得到如下优良的效果:由于通过流量算出公式:传感器值＝转换系数A×log(流量)2+转换系数B×log(流量)+转换系数C，根据传感器值计算出了流体的流量，所以能够用更短的时间求得热式流量计的传感器值和实际流量的相关关系。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的热式流量计的构成的构成图。
图2是表示本发明的实施方式中的热式流量计的传感器部101的更详细的构成的构成图。
图3表示本发明的实施方式中的热式流量计的传感器部101的更详细的其他构成的构成图。
图4是表示本发明的实施方式中的流量算出部102的硬件构成的构成图。
图5是表示热式流量计的传感器值和流量的相关关系的特性图。
具体实施方式
以下，将参照图1说明本发明的实施方式中的热式流量计。该热式流量计包括传感器部101和流量算出部102。
传感器部101包括对作为测定对象的流体进行加热的加热器，并且，输出以加热器的温度和不受加热器的热影响的位置的流体的温度的差为被设定的设定温度差的方式驱动加热器时的、与被加热器加热的流体中的热扩散的状态对应的传感器值
流量算出部102通过流量算出公式“传感器值＝转换系数A×log(流量)2+转换系数B×log(流量)+转换系数C”，从传感器值中计算出流体的流量。
接下来，将更详细地说明传感器部101。感器部101例如，如图2所示，包括温度测定部111、加热器112、控制部113以及电力计量部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的下游侧的配管122的外壁接触地设置。温度测定部111对流体121的温度进行测定。
控制部113以加热器112的温度和由温度测定部111测定的不受加热器112的热影响的位置、例如加热器112的上游的流体121的温度的差为预先设定的规定的温度差的方式控制并驱动加热器112。电力计量部114计量并输出由控制部113控制的加热器112的电力。在该例中，从构成传感器部101的电力计量部114输出的电力为传感器值。根据电力计量部114计量并输出的加热器112的电力(传感器值)，能够计算出流体121的流量。
众所周知，以加热器112的温度和不受加热器112的热影响的位置的流体121的温度的差为设定温度差的方式驱动加热器112时的、加热器112消耗的电力与流体121的流量之间存在相关性。另外，这种相关关系在相同的流体/流量/温度下是可再现的。因此，如上所述，在加热器112被控制部113控制的状态下，能够根据电力计量部114所计量的电力，通过使用规定的相关系数而计算出流量。
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以及温度测定部117构成传感器部101'。
在此，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的下游侧的配管122的外壁接触地设置。温度测定部111对流体121的温度进行测定。
控制部113以加热器112的温度和由温度测定部111测定的不受加热器112的热影响的位置、例如加热器112的上游的流体121的温度的差为预先设定的设定温度差的方式控制并驱动加热器112。
温度测定部116在温度测定部111的下游侧且加热器112的上游侧与配管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和温度测定部117对流体121的温度进行测定。
根据温度测定部116所测定的流体的温度与温度测定部117所测定的流体的温度的温度差，能够计算出流体121的流量。在该例中，温度测定部116所测定的流体的温度与温度测定部117所测定的流体的温度的温度差为传感器值。
众所周知，以加热器112的温度和不受加热器112的热影响的位置的流体121的温度的差为预先设定的设定温度差的方式驱动加热器112时的、加热器112的上游的流体121的温度与加热器112的下游的流体121的温度的温度差与流体121的流量之间存在相关性。另外，这种相关关系在相同的流体/流量/温度下是可再现的。因此，如上所述，在加热器112被控制部113控制的状态下，能够根据温度测定部116所测定的温度与温度测定部117所测定的温度的差(温度差)，通过使用规定的相关系数来计算出流量。
在此，实际流量与热流量计中的传感器值的相关关系为如使用图5进行说明的那样的曲线。当将该曲线转换为对数轴时，大体为直线。换言之，如果对公式(1)进行对数转换的话，大体能近似于直线。如果使用该近似的直线关系的话，能够确定关系式的常数而不需要大量的调整点。然而，实际上，判明了由于流速分布的影响等，直线近似不能进行准确的转换。
对于此，本发明的发明人经过专心的研究，判明了实际流量和热流量计中的传感器值的相关关系能够通过以下二次方程式在整个流量范围内近似。
【公式2】
P＝A×log(u)2+B×log(u)+C…(2)
P:传感器值
A、B、C:转换系数
μ:流量
在此，能够根据三个联立方程式，事先求得转换系数A、转换系数B以及转换系数C，该三个联立方程式通过测定作为测定对象的流体的各自不同的三个流量即第一流量、第二流量以及第三流量而获取第一传感器值、第二传感器值以及第三传感器值，并且将第一流量、第二流量、第三流量、第一传感器值、第二传感器值以及第三传感器值分别代入公式(2)的流量算出公式而得到。这样一来，根据本实施方式，能够用更短的时间求得热式流量计的传感器值和实际流量的相关关系，而不需要大量的调整点。
可是，在确定转换系数A、转换系数B以及转换系数C时，优选第一流量、第二流量以及第三流量作为对数而形成等间隔。例如，优选第一流量为1(g/min)，第二流量为6(g/min)，而第三流量为36(g/min)。
如图4所示，流量算出部102是包括CPU(Central Processing Unit；中央运算处理装置)、主存储装置202以及外部存储装置203等的计算机设备，CPU通过被主存储装置解压缩的程序而工作，从而实现上述功能。
如上所述，根据本发明，由于通过流量算出公式:传感器值＝转换系数A×log(流量)2+转换系数B×log(流量)+转换系数C，根据传感器值计算出了流体的流量，所以能够用更短的时间求得热式流量计的传感器值和实际流量的相关关系。
此外，本发明不限于上述实施方式，很明显，本领域中具有一般知识的技术人员能够在本发明的技术构思内实施很多变形以及组合。
符号说明
101…传感器部，102…流量算出部。

Claims (4)

1.一种热式流量计,其特征在于,包括:
传感器部,所述传感器部包括对作为测定对象的流体进行加热的加热器,并且构成为输出以所述加热器的温度与不受所述加热器的热影响的位置的所述流体的温度的差为被设定的设定温度差的方式驱动所述加热器时的、与被所述加热器加热的所述流体中的热扩散的状态对应的传感器值；以及
流量算出部,所述流量算出部构成为通过流量算出公式:所述传感器值＝转换系数A×log(流量)2+转换系数B×log(流量)+转换系数C,根据所述传感器值计算出所述流体的流量,
通过测定所述流体的各自不同的三个流量即第一流量、第二流量以及第三流量而获取第一传感器值、第二传感器值以及第三传感器值，并且将所述第一流量、所述第二流量、所述第三流量、所述第一传感器值、所述第二传感器值以及所述第三传感器值分别代入所述流量算出公式而得到三个联立方程式，从而事先算出所述转换系数A、所述转换系数B以及所述转换系数C。
2.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于,
所述传感器部将以所述加热器的温度与不受所述加热器的热影响的位置的所述流体的温度的差为恒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传感器值输出。
3.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于,
所述传感器部将以所述加热器的温度与不受所述加热器的热影响的位置的所述流体的温度的差为所述设定温度差的方式驱动所述加热器时的、所述加热器的上游的所述流体的温度与所述加热器的下游的所述流体的温度的温度差作为所述传感器值输出。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的热式流量计,其特征在于,包括:
配管,所述配管输送所述流体；以及
温度测定部,所述温度测定部与所述配管的外壁接触地设置并对所述流体的温度进行测定,
所述加热器与所述配管的外壁接触地设置。
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