CN110686740A - 热式流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可靠地对配管内不存在液体的空状态进行检测的热式流量计。设置空状态检测部(8)，将通过控制部(5)把温度差(TRh－TRr)控制为固定值时的、供给至加热器(3)的供给电力P与阈值Pth进行比较，在供给至加热器(3)的供给电力P比阈值Pth小的情况下，判断为配管(2)内中不存在液体的空状态。阈值Pth被确定为比下述的供给至加热器(3)的供给电力P低的值，即，以设想的作为测定对象的液体中热导率最低的液体为基准，并且该热导率最低的液体在配管(2)内的流动处于停止状态下的、通过控制部(5)把温度差(TRh－TRr)控制为固定值时的、供给至加热器(3)的供给电力P。

Description

热式流量计
技术领域
本发明涉及利用流体中的热扩散作用来对流经配管的流体的流量进行测定的热式流量计。
背景技术
以往，对流经流路的流体的流量、流速进行测定的技术被广泛用于工业、医疗领域。作为对流量、流速进行测定的装置，有电磁流量计、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。
热式流量计能够进行气体的检测，有基本没有压力损失、能够测定质量流量等优点。另外，还使用有通过由玻璃管构成流路而能够测定腐蚀性液体的流量的热式流量计(参照专利文献1、2)。像这样的对液体的流量进行测定的热式流量计适用于微量的流量的测定。
热式流量计有以供给至加热器的供给电力作为传感器输出的方式(方式1)和以加热器上下游的温度差作为传感器输出的方式(方式2)。例如，在将流体设为水、并对该水的流量进行测定的情况下，对供给至加热器的电力进行控制以使加热器温度相对于水温为正10℃等固定温度，将此时供给至加热器的供给电力或加热器上下游的温度差作为传感器输出(与流体中的热扩散的状态对应的值)，根据该传感器输出求水的流量。
〔方式1〕
图5是对根据供给至加热器的供给电力对流体的流量进行测定的热式流量计的原理(方式1)进行说明的图。在该方式1中，在供测定对象的流体流动的配管100中设置水温传感器(测温元件)101和加热器(发热-测温元件)102，并对供给至加热器102的电力P进行控制以使根据加热器102的电阻值变化检测出的温度(发热温度)TRh与水温传感器101检测出的温度(水温)TRr的温度差为固定值(TRh－TRr＝Const)。此时，流体的流量Q与供给至加热器102的供给电力P为Q∝P的关系，因此能够根据供给至加热器102的供给电力P计算出流量Q。
〔方式2〕
图6是对根据加热器上下游的温度差对流体的流量进行测定的热式流量计的原理(方式2)进行说明的图。在该方式2中，在供测定对象的流体流动的配管100中设置水温传感器(测温元件)101、加热器(发热-测温元件)102、上游温度传感器(测温元件)103、以及下游温度传感器(测温元件)104，并对供给至加热器102的电力P进行控制以使根据加热器102的电阻值变化检测出的温度(发热温度)TRh与水温传感器101检测出的温度(水温)TRr的温度差为固定值(TRh－TRr＝Const)。此时，上游温度传感器103检测出的流体的温度TRu与下游温度传感器104检测出的流体的温度TRd的温度差(TRu－TRd)为Q∝(TRu－TRd)的关系，因此能够根据加热器102上下游的温度差(TRu－TRd)计算出流量Q。
此外，在上述方式1中，供给至加热器102的供给电力P被作为传感器输出，在上述方式2中，加热器102上下游的温度差(TRu－TRd)被作为传感器输出。这里，在将传感器输出设为S的情况下，已知该传感器输出S简单地用下述(1)式来表示。
S＝(A+B·μ1/2)·ΔT····(1)
在该(1)式中，A、B是根据水温传感器101、加热器102等的面积、流体的热导率、流体的密度、流体的粘度、比热容等确定的常数，μ是流速，ΔT是加热器102的加热温度(从水温开始的加热温度)。
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
[发明要解决的问题]
在像这样的热式流量计中，在将流体设为液体的情况下，需要判别是否为配管内不存在液体的状态(空状态)。然而，以往的热式流量计没有判别是否为空状态的单元，无法区分空状态和流量为零的状态(配管内有液体但该液体的流动处于停止状态)。
本发明是为解决像这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够可靠地对配管内不存在液体的空状态进行检测的热式流量计。
[用于解决问题的技术手段]
为了达成像这样的目的，本发明的特征在于，具备：配管(2)，其构成为供测定对象的液体流动；加热器(3)，其被设置于配管，且构成为接收电力的供给而发热；温度传感器(4)，其被设置在加热器的上游侧，且构成为对液体的温度进行检测；控制部(5)，其构成为求出根据加热器的电阻值变化而检测出的加热器的发热温度与通过温度传感器检测出的液体的温度的温度差，并对供给至加热器的电力进行控制以使该温度差成为固定值；传感器输出部(6、11)，其构成为以通过控制部把温度差控制为固定值时的、与液体中的热扩散的状态对应的值作为传感器输出(S)进行输出；流量算出部(7)，其构成为基于来自传感器输出部的传感器输出，来求流经配管的液体的流量；以及空状态检测部(8)，其构成为将通过控制部把温度差控制为固定值时供给至加热器的供给电力与预先确定的阈值(Pth)进行比较，在供给至加热器的供给电力比阈值小的情况下，判定为配管内不存在液体的空状态。
在本发明中，将把温度差控制为固定值时供给至加热器的供给电力与预先确定的阈值进行比较，在供给至加热器的供给电力比阈值小的情况下，判断为配管内不存在液体的空状态。例如，将阈值确定为比下述的供给至加热器的供给电力低的值，即，以设想的作为测定对象的液体中热导率最低的液体为基准，并且该热导率最低的液体在配管内的流动处于停止状态下的、通过控制部把温度差控制为固定值时的、供给至加热器的供给电力，在供给至加热器的供给电力比该阈值小的情况下，判断为配管内不存在液体的空状态。
此外，在上述说明中，作为一例，通过附上了括号的参照符号示出了与发明的构成要素对应的附图上的构成要素。
[发明的效果]
如以上所说明的，根据本发明，通过将控制部把温度差控制为固定值时供给至加热器的供给电力与预先确定阈值进行比较，在供给至加热器的供给电力比阈值小的情况下，判断为配管内不存在液体的空状态，因此通过区分空状态与流量为零的状态，能够可靠地对配管内不存在液体的空状态进行检测。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的热式流量计的主要部分的构成的模块图。
图2是示出把温度差(TRh－TRr)控制为固定值时流经配管的液体的流量Q与供给至加热器的供给电力P的关系图。
图3是图2中的流量零点附近的放大图。
图4是示出本发明适用于以加热器上下游的液体的温度差作为传感器输出的方式(方式2)的适用例的图。
图5是对根据供给至加热器的供给电力对流体的流量进行测定的热式流量计的原理(方式1)进行说明的图。
图6是对根据加热器上下游的温度差对流体的流量进行测定的热式流量计的原理(方式2)进行说明的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
图1是示出本发明的实施方式的热式流量计1(1A)的主要部分的构成的模块图。该热式流量计1A由硬件和协同这些硬件实现各种功能的程序实现，该硬件由处理器、存储装置构成，该热式流量计1A具备配管2、加热器(发热-测温元件)3、水温传感器(测温元件)4、控制部5、电力测量部(传感器输出部)6、流量算出部7、以及空状态检测部8。
配管2例如由玻璃构成，供测定对象的液体(在该例中是水)流动。加热器3被设置在配管2的外壁上，接收来自控制部5的电力的供给而发热。
水温传感器4被设置在加热器3的上游侧的配管2的外壁上，将流经配管2的液体的温度作为TRr进行检测。通过在一定程度上分离水温传感器4与加热器3的距离，而将该水温传感器4设置在不受加热器3的热影响的位置。该水温传感器4检测出的液体的温度TRr被发送至控制部5。
控制部5将根据加热器3的电阻值变化而检测出的加热器3的发热温度TRh与来自水温传感器4的液体的温度TRr作为输入，求发热温度TRh与液体的温度TRr的温度差(TRh－TRr)，并对供给至加热器3的电力进行控制以使该温度差为固定值(例如，10℃)。
电力测量部6对通过控制部5把温度差(TRh－TRr)控制为固定值时供给至加热器3的供给电力P进行测量，并将该测量后的供给电力P作为传感器输出(与液体中的热扩散的状态对应的值)S发送给流量算出部7。
流量算出部7通过使用预先设定的流量转换式将来自电力测量部6的传感器输出S(供给电力P)转换为流量的值，来求流经配管2的液体的流量Q。
空状态检测部8将来自电力测量部6的、发送给流量算出部7的传感器输出S(供给电力P)作为分支输入，即，将通过控制部5把温度差(TRh－TRr)控制为固定值时供给至加热器3的供给电力P作为分支输入，将该被输入的供给至加热器3的供给电力P与预先确定的阈值Pth进行比较，在供给至加热器3的供给电力P比阈值Pth小的情况下，判断为配管2内中不存在液体的空状态。
在本实施方式中，阈值Pth被设定为比供给至加热器3的供给电力P低的值，该供给至加热器3的供给电力P为如下值：以设想的作为测定对象的液体中热导率最低的液体为基准，并且该热导率最低的液体在配管2内的流动处于停止状态下的、通过控制部5把温度差(TRh－TRr)控制为固定值时的、供给至加热器3的供给电力P的值。
在图2中示出把温度差(TRh－TRr)控制为固定值时流经配管2的液体的流量Q与供给至加热器3的供给电力P的关系。在图2中，举例示出了设想的作为测定对象的液体，“水”，“30％硫酸”、“50％过氧化氢”、“异丙醇”、“氟化液体”的流量Q与供给电力P的关系。图3是图2中的流量零点附近的放大图。此外，图中，P0表示配管2内不存在液体的空状态时的电力(空电力)。
根据图3可知，空状态时的电力P0是比流量为零时小的值。配管2为空状态时是充满气体(空气)的状态，并且与液体相比，气体的热导率更低，因此加热器3的热变得不易传播。其结果，加热器3的消耗电力变小，供给至加热器3的供给电力P变小。
在本实施方式中，将设想的作为测定对象的液体中热导率最低的液体设为氟化液体，从而将阈值Pth确定为比该氟化液体在配管2内的流动处于停止状态下的、通过控制部5把温度差(TRh－TRr)控制为固定值时的、供给至加热器3的供给电力P低的值。
像这样，根据本实施方式，将通过控制部5把温度差(TRh－TRr)控制为固定值时供给至加热器3的供给电力P与阈值Pth进行比较，在供给至加热器3的供给电力P比阈值Pth小的情况下，判断为配管2内中不存在液体的空状态，因此通过区分空状态和流量为零的状态，能够可靠地对配管2内不存在液体的空状态进行检测。
此外，在上述实施方式中，示出了将本发明适用于以供给至加热器3的供给电力作为传感器输出S的方式(方式1)的情况，但也可以将本发明适用于以加热器3上下游的液体的温度差(TRu－TRd)作为传感器输出S的方式(方式2)。在图4中示出将本发明适用于方式2的例子。
在图4示出的热式流量计1(1B)中，将对加热器3上游侧的液体的温度TRu进行检测的上游温度传感器(测温元件)9、与对加热器3下游侧的液体的温度TRd进行检测的下游温度传感器(测温元件)10夹着加热器3设置在配管2的外壁上。另外，相对于上游温度传感器9以及下游温度传感器10设置温度差算出部(传感器输出部)11。
温度差算出部11计算出控制部5对供给至加热器3的供给电力进行控制以使发热温度TRh与液体的温度TRr的温度差(TRh－TRr)为固定值时的、加热器3上游侧的液体的温度TRu与下游侧液体的温度TRd的温度差(加热器3上下游的温度差(TRu－TRd))，将该计算出的加热器3上下游的温度差(TRu－TRd)作为传感器输出(与液体中的热扩散的状态对应的值)S发送给流量算出部7。
流量算出部7通过使用预先设定的流量转换式将来自温度差算出部11的传感器输出S(加热器3上下游的温度差(TRu－TRd))转换为流量的值，来求流经配管2的液体的流量Q。
电力测量部6对通过控制部5把温度差(TRh－TRr)控制为固定值时供给至加热器3的供给电力P进行测量，并将该测量后的供给至加热器3的供给电力P发送给空状态检测部8。
空状态检测部8以来自电力测量部6的供给至加热器3的供给电力P作为输入，并将该被输入的供给至加热器3的供给电力P与预先确定的阈值Pth进行比较，在供给至加热器3的供给电力P比阈值Pth小的情况下，判断为配管2内中不存在液体的空状态。
另外，在上述实施方式中，虽然在流量算出部7中使用流量转换式将传感器输出S转换为流量的值，但也可以使用登记有与传感器输出S对应的流量Q的值的流量转换表，根据该流量转换表来求与传感器输出S对应的流量Q的值。另外，在上述实施方式中，虽然将水温传感器4设置在配管2的外壁上，但也可以设置在配管2的内壁上。
〔实施方式的扩展〕
以上，参照实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。可以在本发明的技术构思范围内对本发明的构成、详细进行本领域技术人员能够理解的各种变更。例如，在本发明的说明中，为了方便，将空状态定义为配管2内不存在液体的状态，但这并不严密意味着配管2内不存在任何液体，例如显然包含存在少量液滴状的液体的状态。
符号说明
1(1A，1B)…热式流量计、2…配管、3…加热器、4…水温传感器、5…控制部、6…电力测量部、7…流量算出部、8…空状态检测部、9…上游温度传感器、10…下游温度传感器、11…温度差算出部。

Claims (5)

1.一种热式流量计，其特征在于，具备：
配管，其构成为供测定对象的液体流动；
加热器，其被设置于所述配管，且构成为接收电力的供给而发热；
温度传感器，其被设置在所述加热器的上游侧，且构成为对所述液体的温度进行检测；
控制部，其构成为求出根据所述加热器的电阻值变化而检测出的所述加热器的发热温度与通过所述温度传感器检测出的液体的温度的温度差，并对供给至所述加热器的电力进行控制以使该温度差成为固定值；
传感器输出部，其构成为以通过所述控制部把所述温度差控制为固定值时的、与所述液体中的热扩散的状态对应的值作为传感器输出进行输出；
流量算出部，其构成为基于来自所述传感器输出部的传感器输出，来求流经所述配管的液体的流量；以及
空状态检测部，其构成为将通过所述控制部把所述温度差控制为固定值时供给至所述加热器的供给电力与预先确定的阈值进行比较，在供给至所述加热器的供给电力比所述阈值小的情况下，判定为所述配管内不存在所述液体的空状态。
2.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，
所述阈值被确定为比下述的供给至所述加热器的供给电力低的值，即，以设想的作为所述测定对象的液体中热导率最低的液体为基准，并且该热导率最低的液体在所述配管内的流动处于停止状态下的、通过所述控制部把所述温度差控制为固定值时的、供给至所述加热器的供给电力。
3.根据权利要求2所述的热式流量计，其特征在于，
设想的作为所述测定对象的液体中热导率最低的液体是氟化液体。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的热式流量计，其特征在于，
所述传感器输出部以通过所述控制部把所述温度差控制为固定值时的、供给至所述加热器的供给电力作为所述传感器输出进行输出。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的热式流量计，其特征在于，
所述传感器输出部以通过所述控制部把所述温度差控制为固定值时的、所述加热器的上下游的液体的温度差作为所述传感器输出进行输出。
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