CN111051824B - 流量测定装置、具备流量测定装置的气量计以及用于气量计的流量测定装置单元 - Google Patents

Abstract

提供一种在流量测定装置中，能够更为准确地对与使用目的相对应的流量进行测定、输出的技术。对在主流路(2)中流通的测定对象流体的流量进行检测的流量测定装置(1)具备：加热部(113)，其对测定对象流体进行加热；多个温度检测部(111,112)，其在所述测定对象流体的流动方向上隔着所述加热部配置，并且对所述测定对象流体的温度进行检测；转换部(133)，其将所述多个温度检测部的输出的差转换为在所述主流路中流通的测定对象流体的热量流量或热量。

Description

流量测定装置、具备流量测定装置的气量计以及用于气量计 的流量测定装置单元

技术领域

本发明涉及流量测定装置、具备流量测定装置的气量计以及用于气量计的流量测定装置单元。

背景技术

以往，提出了一种测定装置，具备加热器和传感器，通过传感器来检测由于流体的流动而变化的温度分布，由此计算出流体的流速或流量。

并且，提出了一种流量测定装置，具备：流量检测部，其用于对在主流路中流通的测定对象流体的流量进行检测；特性值获取部，其具有检测对测定对象流体进行加热的加热部和测定对象流体的温度的温度检测部，用于获取测定对象流体的特性值；流量修正部，其使用通过特性值获取部获取的测定对象流体的特性值，对基于从流量检测部输出的检测信号计算出的测定对象流体的流量进行修正；加热部和温度检测部在与测定对象流体的流动方向正交的方向上排列配置，特性值获取部通过使加热部的温度发生变化前后的、温度检测部所检测到的测定对象流体的温度的差来获取特性值(例如，参照专利文献1)。

在这里，在上述现有的热式流量测定装置中，将测定到的流量作为流动的气体的体积即体积流量输出。然而，对气体流量进行测定的目的在于例如检测作为能源的使用气体量，从这样的目的出发，在对气体流量进行测量时，希望以能够检测流动的气体所能供给的能源量的形式进行输出。并且，以往，从流量测定装置输出的体积流量的值受气体的温度、压力等影响而发生变化，因此存在难以检测准确的气体的能量值的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2017-129470号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种在流量测定装置中，能够更为准确地对与使用目的相对应的流量进行测定、输出的技术。

用于解决技术问题的技术方案

为了解决上述技术问题，在本发明中，

流量测定装置对在主流路中流通的测定对象流体的流量进行检测，其特征在于，具备：

加热部，其对测定对象流体进行加热；

多个温度检测部，其在所述测定对象流体的流动方向上隔着所述加热部配置，并且对所述测定对象流体的温度进行检测；

转换部，其将所述多个温度检测部的输出的差转换为在所述主流路中流通的测定对象流体的热量流量或热量。

由此，能够直接地将与作为能源的气体使用量对应的值输出，并且，输出难以受到气体的温度、压力的影响的准确的流量。

在这里，在具有对测定对象流体进行加热的加热部、在测定对象流体的流动方向上隔着加热部配置并且对测定对象流体的温度进行检测的多个温度检测部的热式的流量测定装置中，基于所述多个温度检测部中的温度差对流量进行测定，但温度检测部中的温度差的输出特性与体积流量相比反倒更接近热量流量或热量。因此，在热式的流量测定装置中作为最终的输出而输出热量流量或热量，能够更为容易地将温度检测部中的温度差的输出转换为热量流量或热量的输出。其结果是，能够减轻对运算装置的负荷，实现更为高速的处理。

并且，在本发明中，所述转换部可以具备修正机构，

所述修正机构以使所述多个温度检测部的输出的差与在所述主流路中流通的测定对象流体的热量流量或热量的关系成为直线的方式进行修正。

如上所述，在发明中的热式的流量测定装置中作为最终的输出而输出热量流量或热量，能够不考虑流体的温度、压力以及流体的组成所带来的影响地进行使温度检测部中的温度差的输出和测定对象的流体的热量流量或热量的关系成为直线的修正，能够得到作为热量流量或热量的输出。由此，能够通过更为容易的处理来获取作为流量测定装置的最终输出的热量流量或热量。

并且，在本发明中，可以进一步具备：

进一步具备：

第二转换部，其将所述多个温度检测部的输出的差转换为在所述主流路中流通的测定对象流体的体积流量；

转换调节部，其在将所述多个温度检测部的输出的差转换为在所述主流路中流通的测定对象流体的热量流量或热量时，对所述转换部进行的向所述热量流量或热量的转换和所述第二转换部进行基于所述体积流量的转换的组合进行调节。

由此，能够根据流量测定装置的目的，对作为流量测定装置的最终输出是输出热量流量或热量、输出体积流量还是输出热量流量或热量和体积流量双方进行调节。

并且，本发明可以是一种流量测定装置单元，具备：

上述流量测定装置；

显示部，其显示通过所述转换部转换的热量流量或热量；

整合控制部，其对所述流量测定装置和所述显示部进行控制。

这样，能够更为容易或高效地制造能够将热量流量或热量输出并显示的气量计。

并且，本发明可以是一种气量计，具备：

上述流量测定装置；

显示部，其显示通过所述流量测定装置测定的热量流量或热量；

整合控制部，其对所述流量测定装置和所述显示部进行控制；

电源部，其向所述流量测定装置、显示部以及整合控制部供电；

框体，其能够收纳所述流量测定装置、显示部以及整合控制部；

操作部，其能够从所述框体的外部进行与所述流量测定装置的动作相关的设定。

由此，能够提供一种能够输出、显示与使用热量相当的、更为符合目的的气体使用量的气量计。

发明的效果

根据本发明，在流量测定装置中，能够对与使用目的相对应的流量更为准确地进行测定、输出。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1中的流量测定装置的一个例子的分解立体图。

图2是表示本发明的实施例1中的流量测定装置的一个例子的剖面图。

图3是表示本发明的实施例1中的副流路部的平面图。

图4是表示本发明的实施例1中的传感器元件的一个例子的立体图。

图5是用于对本发明的实施例1中的传感器元件的原理进行说明的剖面图。

图6是表示本发明的实施例1中的流量检测部的概略结构的平面图。

图7是表示本发明的实施例1中的物性值检测部的概略结构的平面图。

图8是表示本发明的实施例1中的电路基板的功能性结构的框图。

图9是表示相对于气体的体积流量、流量检测部输出、气体的热量流量的、气体温度的温度变化和气体组成变化的影响的图。

图10是表示流量检测部输出与体积流量的关系的曲线图。

图11是表示各气体的组成与热量的关系的图。

图12是表示各气体的热量的曲线图。

图13是表示各气体的热传导率与热量的关系的曲线图。

图14是表示气体的热量、气体的热传导率以及热量检测部的输出的关系的图。

图15是表示体积流量与热量检测部输出的关系、以及热量流量与热量检测部输出的关系的曲线图。

图16是表示本发明的实施例1中的修正后的热量流量与流量测定装置的最终输出的关系的曲线图。

图17是表示本发明的实施例1中的流量测定处理的流程图。

图18是表示本发明的实施例2中的电路基板的功能性结构的框图。

图19是表示本发明的实施例3中的气量计的功能性结构的框图。

具体实施方式

〔应用例〕

以下，参照附图对本发明的应用例进行说明。本发明例如适用于图1所示的热式流量测定装置1。流量测定装置1使如图2所示地在主流路部2中流通的流体分流，将其一部分导入流量检测部11，对与主流路部2的流体的流量具有高的相关性的、流量检测部11中的流量进行测定。如图4所示，在流量检测部11中使用的传感器元件具有隔着微加热器(加热部)101配置有两个温度检测部102的结构。作为测定原理，如图5所示，利用了两个温度检测部102所检测到的温度的温度差ΔT和在其上通过的流体的流量之间的相关关系。

并且，流量测定装置1的功能模块如图8所示，流量检测部11的输出发送到通过在电路基板5上配置的CPU(Central Processing Unit)实现的控制部13的检测值获取部131，在流量计算部133中实施必要的修正等而计算出流量作为最终的输出。而且，在上述热式流量测定装置中，从以往开始，作为流量测定装置1的最终输出，大多输出体积流量(l/min)。

然而，在以例如测定气体等的使用量的目的来使用流量测定装置1的情况下，与体积流量(l/min)相比，更希望以能够检测所流通的流体能够供给的能源量的形式进行输出。并且，体积流量(l/min)在原理上如图9的上段所示，存在容易受由于季节等而变化的流体的温度等的影响的问题。

并且，作为流量测定装置1的最终输出的体积流量(l/min)具有如图9的上段所示的那样受流体的温度、压力的影响而发生变化，但即使流体的组成发生变化而输出难以受到其影响的特性。与此相对，流量检测部11的输出则相反，具有不受流体的温度、压力的变化的影响而受流体的组成的变化的影响的特性。其结果是，在作为流量测定装置1的最终输出而输出体积流量(l/min)的情况下，需要相对于流量检测部11的输出进行复杂(或大幅度)的转换。

与此相对，在本发明中，作为流体测定装置1的最终输出而输出热量流量(J/min)。该热量流量(J/min)显现出不受流体的温度、压力的变化的影响，但受流体的组成的变化的影响这一与热式流量检测部11的输出特性相同的特性。由此，在将流量检测部11的输出作为流体测定装置1的最终输出而转换为热量流量(J/min)时，能够通过极为简单的转换进行。

即，流量检测部11的输出与体积流量(l/min)的关系如图15的(a)所示地由于流体的组成而变化，但流量检测部11的输出与热量流量(J/min)的关系如图15的(b)所示地几乎不会由于流体的组成而变化。而且，在作为流体测定装置1的最终输出而输出热量流量(J/min)的情况下，相对于流量检测部11的输出，仅通过对曲线的直线性进行修正这一简单的修正，就能够得到图16所示的、不受流体的组成的影响的稳定的输出线。

需要说明的是，在本发明的流量测定装置1中，可以具备图18所示的转换调节部14，可以对作为最终的输出而输出热量流量、体积流量或热量流量与体积流量双方进行调节。

需要说明的是，本发明可以应用于上述热式流量测定装置1，也可以应用于具备流量测定装置1的图19所示的气量计150。气量计150除了流量测定装置1之外，还具备显示部151、电源部152、存储部153、气量计控制部155、振动检测部156以及切断部157。

并且，在本发明中，在图19中，可以将流量测定装置1、显示部151、电源部152、存储部153以及气量计控制部155单元化，而适用于对气量计150进行制造时使组装变得容易的流量测定装置单元150a。

〔实施例1〕

以下，使用附图对本发明实施例的流量测定装置更详细地进行说明。

＜装置构成＞

图1是表示本实施例的流量测定装置1的一个例子的分解立体图。图2是表示流量测定装置1的一个例子的剖面图。流量测定装置1例如装入气量计或燃烧设备、机动车等的内燃机、燃料电池、其他医疗等商用设备、嵌入式设备，并且对在流路中通过的流体的量进行测定。需要说明的是，图1和图2的虚线的箭头例示的是流体的流动方向。

并且，如图1所示，本实施例的流量测定装置1具备主流路部2、副流路部3、密封件4、电路基板5以及罩6。如图1和图2所示，在本实施例中，流量测定装置1具有从主流路部2分支的副流路部3。并且，在副流路部3设有流量检测部11和物性值检测部12。流量检测部11和物性值检测部12通过包含由微加热器形成的加热部和由热电堆形成的温度检测部在内的热式流量传感器构成。并且，在本实施例中，利用物性值检测部12来检测流体的物性值，基于流体的物性值对流量检测部11所检测到的流量进行修正，但流量测定装置1也可以不具备物性值检测部12。

主流路部2是供测定对象即流体的流路(以下，也称为主流路)在长度方向上贯穿的管状的部件。如图2所示，在主流路部2的内周面，相对于流体的流动方向，在上游侧形成有流入口(第一流入口)34A、在下游侧形成有流出口(第一流出口)35A。例如主流路部2的轴向的长度为约50mm，内周面的直径(主流路部2的内径)为约20mm，主流路部2的外径为约24mm，但主流路部2的尺寸不限于此。并且，在主流路部2，在流入口34A与流出口35A之间设有节流部21。节流部21是在主流路部2中与其前后相比内径变小的阻力体，能够通过节流部21的大小对向副流路部3流入的流体的量进行调节。

在图1和图2中，在内部包含从主流路分支的副流路的部分即副流路部3设置在主流路部2的铅直上方。并且，副流路部3内的副流路包含流入用流路34、物性值检测用流路32、流量检测用流路33以及流出用流路35。在主流路部2中流通的流体的一部分分支而流入副流路部3。

流入用流路34是用于使在主流路部2中流通的流体流入而向物性值检测用流路32和流量检测用流路33分流的流路。流入用流路34沿着与主流路部2中的流体的流动方向垂直的方向形成，一端与流入口34A连通、另一端与物性值检测用流路32和流量检测用流路33连通。在主流路部2中流通的流体的一部分经由流入用流路34进一步分流到物性值检测用流路32和流量检测用流路33。在这样的物性值检测用流路32和流量检测用流路33中流入有与在主流路部2中流通的流体的量对应的量的流体。因此，流量检测部11能够检测出与在主流路部2中流通的流体的量对应的值。

如图1所示，物性值检测用流路32是在主流路部2的铅直上方形成、向与主流路部2平行的方向延伸，并且从上侧看到的剖面为大致コ形的流路。物性值检测用流路32在其内部配置有用于检测测定对象流体的物性值的物性值检测部12。物性值检测用流路32的一端经由流入用流路34与流入口34A连通，另一端经由流出用流路35与流出口35A连通。

流量检测用流路33也是向与主流路部2中的流体的流动方向平行的方向延伸、从上侧看到的剖面为大致コ形的流路。在流量检测用流路33中在其内部配置有用于检测流体的流量的流量检测部11。并且，流量检测用流路33的一端经由流入用流路34与流入口34A连通，另一端经由流出用流路35与流出口35A连通。需要说明的是，物性值检测部12、流量检测部11分别安装在电路基板5上。而且，电路基板5覆盖上部敞开的物性值检测用流路32、流量检测用流路33的上部，并且以使物性值检测部12位于物性值检测用流路32、使流量检测部11位于流量检测用流路33的方式配置。

流出用流路35是用于使在物性值检测用流路32和流量检测用流路33中通过的测定对象流体向主流路部2流出的流路。流出用流路35沿着与主流路部2垂直的方向形成，一端与流出口35A连通、另一端与物性值检测用流路32和流量检测用流路33连通。通过了物性值检测用流路32和流量检测用流路33的测定对象流体经由流出用流路35向主流路部2流出。

在本实施例中，如上所述，使从一个流入口34A流入的测定对象流体向物性值检测用流路32和流量检测用流路33分流。由此，流量检测部11和物性值检测部12能够分别基于温度、密度等条件大致相等的流体对测定对象的流体的物性值、流量进行检测。需要说明的是，流量测定装置1在将密封件4嵌入副流路部3后，配置电路基板5，进一步通过罩6将电路基板5固定于副流路部3，由此确保副流路部3的内部的气密性。

图3是图1所示的副流路部3的平面图。如图3所示，物性值检测用流路32和流量检测用流路33相对于将流入用流路34和流出用流路35连结的线(未图示)对称地配置。并且，箭头P和Q示意性地表示向物性值检测用流路32和流量检测用流路33分流的流体的流量的比率。在本实施例中，以使所分流的流体的量为P比Q的比例的方式决定物性值检测用流路32和流量检测用流路33的截面积。

实际上在物性值检测用流路32和流量检测用流路33中流通的流体的量与在主流路部2中流通的流体的流量对应地变化，但在通常的使用状态下，以使得在物性值检测用流路32中流通的流体的量成为物性值检测部12的检测范围内的值、在流量检测用流路33中流通的流体的量成为流量检测部11的检测范围内的值的方式分别设定相对于主流路部2的副流路部3的大小、节流部21的大小、物性值检测用流路32和流量检测用流路33的宽度。需要说明的是，物性值检测用流路32和流量检测用流路33的宽度为例示，不限于图3所示的示例。

这样，在流量测定装置1中，向物性值检测用流路32和流量检测用流路33分流的流体的流量能够通过对各自的宽度进行调节而个别地进行控制。因此，能够根据物性值检测部12的检测范围对在物性值检测用流路32中流通的流体的流量进行控制、根据流量检测部11的检测范围对在流量检测用流路33中流通的流体的流量进行控制。

物性值检测用流路32和流量检测用流路33不限于俯视时形成为大致コ形的结构。即，物性值检测用流路32和流量检测用流路33只要设定为能够对在物性值检测用流路32和流量检测用流路33中通过的流体的流量进行控制的宽度(截面积)，也可以采用其他形状。

并且，在物性值检测用流路32和流量检测用流路33中使配置有物性值检测部12、流量检测部11的空间的俯视形状为大致正方形，但本发明不限于此。物性值检测用流路32和流量检测用流路33的形状只要能够配置物性值检测部12或流量检测部11即可，能够根据所配置的物性值检测部12和流量检测部11的形状等来决定。

因此，例如，在物性值检测部12的尺寸比物性值检测用流路32的宽度小的情况下，可以使在物性值检测用流路32中物性值检测部12所配置的空间的宽度与物性值检测量流路32的其他部分的宽度一致。即，在该情况下，在物性值检测用流路32的长度方向上延伸的部分成为宽度大致一定的形状。需要说明的是，对于流量检测用流路33来说也是一样的。

如上所述，在物性值检测用流路32和流量检测用流路33中流通的流体的量比在主流路部2中流通的流体的量少，但分别能够根据在主流路部2中流通的流体的量而变化。假设在将流量检测部11、物性值检测部12配置于主流路部2的情况下，根据在主流路部2中流通的流体的量而需要增大流量检测部11和物性值检测部12的规模，但在本实施方式中通过设置从主流路部2分支的副流路部3，能够通过规模小的流量检测部11和物性值检测部12对流体的流量进行测定。

并且，在本实施例中，物性值检测用流路32的截面积比流量检测用流路33的截面积小，如图3中通过箭头P和Q的大小表示的那样，在物性值检测用流路32中流通的流体的量比在流量检测用流路33中流通的流体的量少。这样，通过使在物性值检测部12中流通的流体的量比在流量检测部11中流通的流体的量少，能够减小物性值检测部12对流体的物性值、温度进行检测时的流量的影响所带来的误差。

图4是表示在流量检测部11和物性值检测部12中使用的传感器元件的一个例子的立体图。并且，图5是用于对传感器元件的原理进行说明的剖面图。传感器元件100具备微加热器(也称为加热部)101和隔着微加热器101对称地设置的两个热电堆(也称作温度检测部)102。即，微加热器101和两个热电堆102在规定的方向上排列配置。在它们的上下如图5所示地形成绝缘薄膜103，微加热器101、热电堆102和绝缘薄膜103设置在硅基台104上。并且，在微加热器101和热电堆102的下方的硅基台104上设有通过蚀刻等形成的空腔(空洞)105。

微加热器101例如是通过多晶硅形成的电阻。在图5中，通过虚线的椭圆示意性地表示微加热器101发热的情况下的温度分布。需要说明的是，虚线越粗表示温度越高。在没有流体的流动的情况下，如图5的(a)所示，微加热器101的周围的温度分布变得大致均等。另一方面，例如在流体在图5的(b)中虚线的箭头所示的方向上流动的情况下，周围的空气发生移动，因此与微加热器101的上游侧相比下游侧的温度变高。传感器元件100利用这样的加热器热分布的偏差而输出表示流量的值。

传感器元件的输出电压ΔV例如通过以下式(1)表示。

[式1]

需要说明的是，Th是微加热器101的温度(热电堆102中的微加热器101侧的端部的温度)，Ta是热电堆102中的离微加热器101远的一侧的端部的温度中低的一方的温度(在图5的(a)中左侧的热电堆102的左端的温度或右侧的热电堆102的右端的温度，在图5的(b)中上游侧的端部即左侧的热电堆102的左端的温度)，Vf是流速的平均值，A和b是规定的常数。

并且，流量测定装置1的电路基板5具备通过IC(Integrated Circuit)等实现的控制部(未图示)，基于流量检测部11的输出来计算流量。并且，可以基于物性值检测部12的输出来计算出规定的特性值，使用特性值对流量进行修正。

＜流量检测部及物性值检测部＞

图6是表示图1所示的流量检测部11的概略结构的平面图，图7是表示图1所示的物性值检测部12的概略结构的平面图。如图6所示，流量检测部11具备对测定对象的流体的温度进行检测的第一热电堆(也称为温度检测部)111、第二热电堆(也称为温度检测部)112、对测定对象流体进行加热的微加热器(也称为加热部)113。加热部113和温度检测部111、温度检测部112在流量检测部11内沿着测定对象流体的流动方向P排列配置。并且，加热部113、温度检测部111以及温度检测部112的形状俯视时分别为大致矩形，各自的长度方向与测定对象流体的流动方向P正交。

温度检测部111和温度检测部112在加热部113的上游侧配置有温度检测部112、在下游侧配置有温度检测部111，对隔着加热部113对称的位置的温度进行检测。

在流量测定装置1中，在物性值检测部12和流量检测部11中使用实质上同一构造的传感器元件100，使相对于流体的流动方向的配置角度在传感器元件100的俯视图中呈90度不同地配置。由此，能够在物性值检测部12和流量检测部11中使用同一构造的传感器元件100，能够抑制流量测定装置1的制造成本。

另一方面，如图7所示，物性值检测部12具备对测定对象流体的温度进行检测的第一热电堆(也称为温度检测部)121和第二热电堆(也称为温度检测部)122、对测定对象流体进行加热的微加热器(也称为加热部)123。加热部123和温度检测部121、温度检测部122在物性值检测部12内在与测定对象流体的流动方向Q正交的方向上排列配置。并且，加热部123、温度检测部121以及温度检测部122的形状俯视时分别为大致矩形，各自的长度方向沿着测定对象流体的流动方向Q。并且，温度检测部121和温度检测部122隔着加热部123左右对称地配置，对加热部123的两侧的对称的位置的温度进行检测。因此，温度检测部121和温度检测部122的测定值大致相同，可以采用平均值，也可以采用任一方的值。

在这里，由于流体的流动温度分布偏向下游侧，因此与流动方向正交的方向的温度分布的变化比流体的流动方向的温度分布的变化小。因此，通过将温度检测部121、加热部123、温度检测部122依次在与测定对象流体的流动方向正交的方向上排列配置，能够降低温度分布的变化所造成的温度检测部121和温度检测部122的输出特性的变化。因此，能够降低流体的流动所引起的温度分布的变化的影响，使物性值检测部12的检测精度提高。

并且，加热部123的长度方向沿着测定对象流体的流动方向配置，因此加热部123能够遍及测定对象流体的流动方向的大范围地对测定对象流体进行加热。因此，即使在由于测定对象流体的流动而使温度分布偏向下游侧的情况下，也能够降低温度检测部121和温度检测部122的输出特性的变化。同样，在对流体温度进行测定的情况下，能够降低由流速产生的测定值的误差。需要说明的是，流体温度可以从温度检测部121和温度检测部122所检测到的温度减去加热部123进行加热中的温度上升量而求出，也可以在加热部123不进行加热的状态下进行检测。根据物性值检测部12，能够抑制测定对象流体的流动所带来的温度分布的变化的影响，使物性值和流体温度的检测精度提高。

另外，温度检测部121和温度检测部122的长度方向沿着测定对象流体的流动方向配置，因此温度检测部121和温度检测部122能够遍及测定对象流体的流动方向在大范围内对温度进行检测。因此，即使在由于测定对象流体的流动而使温度分布偏向下游侧的情况下，也能够降低温度检测部121和温度检测部122的输出特性的变化。因此，能够降低测定对象流体的流动所造成的温度分布的变化的影响，使物性值检测部12的检测精度提高。

＜功能性结构＞

图8是表示流量测定装置1的功能性结构的一个例子的框图。流量测定装置1具备流量检测部11、物性值检测部12、控制部13、通信部15。流量检测部11具备温度检测部111和温度检测部112。物性值检测部12具备温度检测部121和温度检测部122。需要说明的是，图6所示的加热部113和图7所示的加热部123省略图示。并且，控制部13包含检测值获取部131、特性值计算部132、流量计算部133。

流量检测部11计算出与在温度检测部111中检测到的温度对应的信号和与在温度检测部112中检测到的温度对应的信号的差而将其输出到控制部13的检测值获取部131。物性值检测部12将与在温度检测部121检测到的温度对应的信号输出到特性值计算部132。需要说明的是，物性值检测部12可以求出与在温度检测部121和温度检测部122中检测到的温度对应的信号的平均值而将其输出到特性值计算部132。并且，可以使用温度检测部121或温度检测部122中的任一方而获取与温度对应的信号。

检测值获取部131以规定的测定间隔获取与流量检测部11所输出的流体的流量对应的检测值。特性值计算部132基于物性值检测部12的温度检测部121和温度检测部122的至少任一方的检测值计算出特性值。需要说明的是，也可以是特性值计算部132使物性值检测部12的微加热器的温度发生变化，将在变化的前后温度检测部121、温度检测部122所检测到的测定对象流体的温度的差乘以规定的系数而计算出特性值。

流量计算部133基于检测值获取部131所获取的检测值计算出流量。此时，流量计算部133可以使用物性值检测部12所计算出的特性值对流量进行修正。并且，通信部15将在控制部13中处理的信息无线或有线地向外部发送，从外部无线或有线地接收指令、设定值而传递到控制部13。

然而，在现有的流量计算部133中，基于通过(1)得到的ΔV式，来计算流体的体积流量(l/min)。但是，考虑到通过流量测定装置1对流量进行测定的目的大多为对气体的使用量进行测量等的实际情况，在对流体的流量进行测量时，与体积流量(l/min)相比，反倒是希望以所流通的流体能够供给的能源量的形式输出流体的流量、即热量流量(J/min)。这是由于作为家庭用能源消耗的气体通过燃烧而作为热能使用。并且，原本体积流量(l/min)受流体的温度和压力的影响而测定值发生变化，使用通过特性值计算部132计算出的流体的特性值进行的修正的内容也变得复杂，而从流量测定装置1最终输出热量流量(J/min)能够使修正的内容更为简化。

基于上述认识，在本实施例中，在流量计算部133不计算流体的体积流量(l/min)，而是计算流体的热量流量(J/min)，使来自流量测定装置1的最终输出成为热量流量(J/min)。

在图9中，表示的是在作为流体对气体的流量进行测定的情况下，从测定原理角度来看，气体的体积流量(l/min)、流量检测部11的输出(V)、气体的热量流量(J/min)、气体的温度变化以及气体的组成变化的关系。由图9可知，体积流量(l/min)受气体的温度和压力的影响较大。更详细地说，在气体温度低或气体的压力高的情况下，气体的体积相对变小，因此测定到的体积流量(l/min)较低。另一方面，在气体温度高或气体的压力低的情况下，气体的体积相对变大，因此测定到较高的体积流量(l/min)。并且，对于体积流量(l/min)来说，即使流体的组成不同，只要流体的温度和体积相同，测定值就没有变化。

与此相对，流量检测部11的输出值是基于在两个温度检测部111,112中检测到的温度的差的值，经由流体对加热部113的热进行检测，并且是与质量流量相关的输出。因此，不受流体的温度、压力的变化的影响。另一方面，流量检测部11的输出值受流体的组成的影响。例如在流体为甲烷的情况下，与流体为甲烷与乙烷的混合气体的情况相比变低。

另外，从原理上，热量流量(J/min)是与所流通的流体的分子构造和分子数量及质量流量相关的量，因此不受流体的温度和压力的影响。另一方面，热量流量(J/min)受所流通的流体的组成即分子构造的影响。例如在流体为甲烷的情况下，与流体为甲烷与乙烷的混合气体的情况相比变得较低。

如上所述，从原理上可知，相对于流体的温度或压力、流体的组成，流量检测部11的输出值和体积流量(l/min)受到不同的影响，而流量检测部11的输出值和热量流量(J/min)受到同样的影响。

在图10中表示的是针对各流体的组成的、体积流量与流量检测部11的输出的关系的曲线图。在图10中，横轴为体积流量(l/min)、纵轴为流量检测部11的输出(标准值)(％)。并且，曲线图表示的是流体的组成为气体A～D这4种的情况。由图10可知，在对流体的体积流量(l/min)进行测定的情况下，流量检测部11的输出受到流体的组成的影响，因此在流量计算部133中需要对流体的组成进行些许修正。

需要说明的是，图10中的气体A～气体D的组成表如图11所示。气体A为甲烷100％的气体，气体B～气体D为除了甲烷之外，将乙烷、丙烷、丁烷以图11所示的比率混合的气体，热量(MJ/Nm³：普通状态下的单位体积的热量)以气体D、气体C、气体B、气体A的顺序变高。需要说明的是，在图12中分别表示的是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的热量(MJ/Nm³)。

接着，对流量检测部11的输出与流体的热量流量(J/min)显现出高的相关关系的理由进行说明。在图13中表示的是气体A～气体D以及构成气体A～气体D的丁烷、丙烷、乙烷、甲烷各自的热量(MJ/Nm³)与热传导率(W/m·K)的关系。这样，在这些气体中，存在热量(MJ/Nm³)越高则热传导率(W/m·K)越低、热量(MJ/Nm³)越低则热传导率(W/m·K)越高这样的关系。

而且，在流体的热传导率(W/m·K)高的情况下，流量检测部11中的加热部113的热向周围的流体良好地发散，热容易释放，因此温度检测部111,112的温度相对变低。另外，如果温度检测部111,112的温度相对变低，则温度检测部111与温度检测部112的温度差变小，因此流量检测部11的输出变低。其结果是，如图14的表所示，在流体的热量(MJ/Nm³)更低的情况下，该流体的热传导率(W/m·K)变得更高，并且，流量检测部11的输出变得更低这样的关系成立，流量检测部11的输出与流体的热量流量(MJ/Nm³)显现出高的相关关系。

其结果是，在通过流量测定装置1对流体的体积流量(l/min)进行测定的情况下，如图15的(a)所示，流量检测部11的输出(标准值)(％)受到流体的组成的影响，而在通过流量测定装置1对流体的热量流量(kJ/min)进行测定的情况下，如图15的(b)所示，流量检测部11的输出(标准值)(％)难以受到流体的组成的影响。

需要说明的是，在图15所示的曲线图中，热量流量(kJ/min)与流量检测部11的输出(标准值)(％)的关系不一定成为直线状，随着热量流量(kJ/min)的绝对值变大，存在热量流量(kJ/min)的斜率(相当于灵敏度)变低的倾向。

与此相对，例如，通过在数据表中存储的修正系数，在流量计算部133中进行简单的修正，由此如图16所示，来自流量测定装置1的最终输出不受流体的组成的影响，另外，能够以相对于热量流量(kJ/min)线性变化的方式进行调节。在这里，修正机构通过包含上述数据表而实现。

需要说明的是，在流量检测部11中，输出ΔV与流体的热量ΣQ的关系能够如以下的式(2)那样地表示。

[式2]

Δv＝∑_Q·α……(2)

在这里，Q表示在各温度检测部中检测到温度的流体的热量、ΣQ表示在两个温度检测部中检测到温度的流体的热量的总和。并且，α表示塞贝克系数。

在这里，流体的热量Q如以下的式(3)那样定义。

[式3]

在式(3)中，A和G表示系数，k表示热传导率，c表示比热，ρ表示密度，v表示动态粘度。

这样，根据本实施例中的流量检测部11的输出ΔV，能够直接得到热量ΣQ。

＜流量测定处理＞

图17是表示流量测定装置1中的流量测定处理的一个例子的处理流程图。本处理通过从流量测定装置1的电路基板1所具备的CPU(未图示)向流量检测部11、物性值检测部12、控制部13发送指令而执行。在执行本处理时，首先在步骤S101中使流量检测部11中的加热部113为开。在S101的处理结束后进入S102。在S102中，检测出流量检测部11的输出即温度检测部111,112的检测值的差ΔT。更具体地说，通过将流量检测部11的温度检测部111和温度检测部112的输出信号发送到控制部13的检测值获取部131，由此通过检测值获取部131检测到ΔT。在S102的处理结束后进入S103。

在S103中，使用ΔT和热量流量(J/min)之间的修正系数来决定修正值。更具体地说，在流量计算部133中，访问预先在电路基板5上的存储部(未图示)中存储的数据表，将修正系数导入，通过与ΔT相乘来求出修正值。在S103的处理结束后，进入S104的处理。在S104中，在热量计算部133中进一步根据需要，基于来自特性值计算部132的输出而进行修正，输出最终的热量流量(J/min)。在S104的处理结束后，使本例程暂时结束。

如上所述，在本实施例中，作为来自流量测定装置1的输出值，不输出体积流量(l/min)，而是输出与从流量检测部11输出的温度检测部111,112的检测值的差ΔT具有更高的相关关系的热量流量(J/min)。由此，能够不受气体的体积、压力的影响地实现精度更高的流量测定。并且，能够以能够检测所流通的能够供给的能源量的形式输出测定流量。另外，能够进一步简化流量计算部133中的修正内容，降低控制部13中的运算负荷。

＜实施例2＞

接着，作为实施例2，对能够通过体积流量(l/min)和热量流量(J/min)来调节流量测定装置的最终输出的示例进行说明。以下，对于本实施例与实施例1的共通的结构标注同一附图标记而省略说明，仅对本实施例与实施例1的不同点进行说明。

图18是表示本实施例中的流量测定装置的功能性结构的一个例子的框图。本实施例中的流量测定装置除了流量检测部11、物性值检测部12、控制部13之外还具备转换调节部14。转换调节部14向控制部13发送指令，来调节是否在流量计算部133中如以往那样对体积流量(l/min)、热量流量(J/min)或体积流量(l/min)和热量流量(J/min)双方进行计算、输出。

关于转换调节的方法，可以在软件上进行调节，也可以通过切换开关等硬件上的结构来进行调节。并且，可以在流量测定装置的制造阶段来决定是否对某些流量进行计算、输出来设定转换调节部14的调节内容，也可以在流量测定装置的使用中进行调节。需要说明的是，转换调节部14可以以在流量计算部133中计算并输出体积流量(l/min)和热量流量(J/min)的其他定义的流量的方式进行调节。由此，能够根据流量测定装置的使用目的，将最终的输出在体积流量(l/min)和热量流量(J/min)之间进行调节，能够使流量测定装置的便利性进一步提高。

＜实施例3＞

接着，作为实施例3，对装入实施例1或实施例2的流量测定装置的气量计以及流量测定装置单元进行说明。本实施例是将实施例1的流量测定装置1装入用于测定气体的使用量的气量计的示例。图19是表示装入有流量测定装置1的气量计150的功能性结构的一个例子的框图。气量计150除了流量测定装置1之外还具备显示部151、电源部152、操作部153、振动检测部154、切断部155、作为整合控制部的气量计控制部156、气量计存储部157、气量计通信部158。需要说明的是，除了操作部153之外，这些结构收纳在框体150b内。

在这里，显示部151是除了基于流量测定装置1测定、输出的流量(热量流量(J/min)、体积流量(l/min)或它们双方)的气体使用量之外，还显示日期、切断处理的有无(后述)等的显示屏，可以使用液晶显示板等。电源部152是相对于流量测定装置1以及气量计150的其他结构供电的部分，可以通过碱性电池等蓄电部构成。操作部153设置在气量计150的外部，是供气体提供商或验表人员等操作的部分。例如，可以进行气量计150的重设、时刻调整、显示/输出的流量(热量流量、体积流量还是它们双方)的切换、后述切断状态的解除等操作。

振动检测部154例如包含加速度传感器(未图示)等，并且对气量计150自身的振动进行检测。切断部155具有螺线管等促动器和将主流路部2封闭的阀，在振动检测部154中检测到阈值以上的振动的情况下，判断为发生地震而将在主流路部2中通过的气体切断。气量计控制部156与流量测定装置1、显示部151、电源部152、操作部153、振动检测部154、切断部155、气量计存储部157、气量计通信部158电连接，进行各部分的控制。例如，接收来自操作部153的输入信息，将与输入信息对应的指令发送到各部分。并且，在振动检测部154中检测到阈值以上的加速度信号的情况下，向切断部155发送切断信号。气量计存储部157是以时间序列按规定的期间存储来自流量测定装置1、振动检测部154的输出的部分，可以通过SRAM、DRAM等存储元件构成。气量计通信部158能够将在气量计控制部156中处理的各种信息向外部无线或有线地发送，并且接收来自外部的指令、设定值而向气量计控制部156传递。并且，可以通过与流量测定装置1所具有的通信部15进行通信来接收在流量测定装置1的控制部13中处理的信息，并且，发送相对于流量测定装置1的控制信号、设定值。

需要说明的是，可以将气量计150的结构中例如流量测定装置1、显示部151、电源部152、振动检测部154、气量计控制部156、气量计存储部157、气量计通信部158单元化而在该流量测定装置单元150a中与操作部153、切断部155电连接而装入框体150b内，从而构成气量计150。这样，能够更为高效地制造气量计150。

需要说明的是，在本实施例中，气量计150、流量测定装置单元150a所属的结构是一个例子，能够根据气量计150的功能、制造上的条件而进行变更。并且，本发明的流量测定装置不限于上述实施例所示的结构。上述实施例的结构在不脱离本发明的技术问题和技术的思想的范围内能够进行组合。并且，在上述实施例中，在流量测定装置1中，说明了对热量流量(J/min)进行测定、输出的例子，但即使使其成为热量(J)，大致同样的内容也是成立的。其原因在于，热量(J)是对热量流量(J/min)进行时间积分而能够得到的数值，例如，在热量流量(J/min)一定的情况下，在上述实施例中将热量流量(J/min)与测定时间(min)相对应地进行比例计算就能够得到热量(J)。因此，在上述实施例中可以将热量流量(J/min)读作热量(J)。在该情况下，在气量计150中，例如在气量计控制部156中可以将通过流量测定装置1测定、输出的热量(J)进一步转换为热量流量(J/min)。

需要说明的是，以下，为了能够对本发明的构成要件与实施例的构成进行对比，对本发明的构成要件标注附图中的附图标记而进行表示。

＜发明1＞

一种流量测定装置(1)，对在主流路(2)中流通的测定对象流体的流量进行检测，其特征在于，具备：

加热部(113)，其对测定对象流体进行加热；

多个温度检测部(111,112)，其在所述测定对象流体的流动方向上隔着所述加热部配置，并且对所述测定对象流体的温度进行检测；

转换部(133)，其将所述多个温度检测部的输出的差转换为在所述主流路中流通的测定对象流体的热量流量或热量。

＜发明2＞

如发明1所述的流量测定装置，其特征在于，

所述转换部(133)具备修正机构(133)，

所述修正机构(133)以使所述多个温度检测部(111,112)的输出的差与在所述主流路(2)中流通的测定对象流体的热量流量或热量的关系成为直线的方式进行修正。

＜发明3＞

如发明1或2所述的流量测定装置，其特征在于，

进一步具备：

第二转换部(133)，其将所述多个温度检测部(111,112)的输出的差转换为在所述主流路(2)中流通的测定对象流体的体积流量；

转换调节部(14)，其在将所述多个温度检测部的输出的差转换为在所述主流路(2)中流通的测定对象流体的热量流量或热量时，对所述转换部(133)进行的向所述热量流量或热量的转换和所述第二转换部(133)进行的基于所述体积流量的转换的组合进行调节。

＜发明4＞

一种流量测定装置单元(150a)，具备：

发明1至3中任一项所述的流量测定装置(1)；

显示部(151)，其显示通过所述转换部转换的热量流量或热量；

整合控制部(156)，其对所述流量测定装置和所述显示部进行控制。

＜发明5＞

一种气量计(150)，具备：

发明1至3中任一项所述的流量测定装置(1)；

显示部(151)，其显示通过所述流量测定装置测定的热量流量或热量；

整合控制部(156)，其对所述流量测定装置和所述显示部进行控制；

电源部(152)，其向所述流量测定装置(1)、显示部(151)以及整合控制部(156)供电；

框体(150b)，其能够收纳所述流量测定装置(1)、显示部(151)以及整合控制部(156)；

操作部(153)，其能够从所述框体(150b)的外部进行与所述流量测定装置的动作相关的设定。

附图标记说明

1：流量测定装置；

11：流量检测部；

111：温度检测部；

112：温度检测部；

113：加热部；

12：物性值检测部；

121：温度检测部；

122：温度检测部；

123：加热部；

13：控制部；

131：检测值获取部；

132：特性值计算部；

133：流量计算部；

14：转换调节部；

15：通信部；

2：主流路部；

21：节流部；

3：副流路部；

32：物性值检测用流路；

33：流量检测用流路；

34：流入用流路；

35：流出用流路；

4：密封件；

5：电路基板；

6：罩；

100：传感器元件；

101：微加热器；

102：热电堆；

103：绝缘薄膜；

104：硅基台；

105：空腔；

150：气量计；

150a：流量测定装置单元。

Claims (5)

1.一种流量测定装置，对在主流路中流通的测定对象流体的流量进行检测，其特征在于，具备：

加热部，其对测定对象流体进行加热；

多个温度检测部，其在所述测定对象流体的流动方向上隔着所述加热部配置，并且对所述测定对象流体的温度进行检测；

流量检测部，其用于通过所述多个温度检测部的输出的差来检测所述测定对象流体的流量；

物性值检测部，其检测用于对使用所述流量检测部检测的所述测定对象流体的流量进行修正的、所述测定对象流体的特性值；

转换部，其将所述多个温度检测部的输出的差转换为在所述主流路中流通的测定对象流体的热量流量或热量；

在通过所述转换部将所述多个温度检测部的输出的差转换为在所述主流路中流通的测定对象流体的热量流量或热量的情况下，不进行使用通过所述物性值检测部检测到的所述测定对象流体的特性值的修正。

2.根据权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，

所述转换部具备修正机构，

所述修正机构对在所述主流路中流通的测定对象流体的热量流量或热量进行修正，以使得所述多个温度检测部的输出的差与在所述主流路中流通的测定对象流体的热量流量或热量的关系成为直线。

3.根据权利要求1或2所述的流量测定装置，其特征在于，

进一步具备：

第二转换部，其将所述多个温度检测部的输出的差转换为在所述主流路中流通的测定对象流体的体积流量；

转换调节部，其在将所述多个温度检测部的输出的差转换为在所述主流路中流通的测定对象流体的热量流量或热量时，对所述转换部进行的向所述热量流量或热量的转换和所述第二转换部进行基于所述体积流量的转换的组合进行调节。

4.一种流量测定装置单元，具备：

权利要求1至3中任一项所述的流量测定装置；

显示部，其显示通过所述转换部转换的热量流量或热量；

整合控制部，其对所述流量测定装置和所述显示部进行控制。

5.一种气量计，具备：

权利要求1至3中任一项所述的流量测定装置；

显示部，其显示通过所述流量测定装置测定的热量流量或热量；

整合控制部，其对所述流量测定装置和所述显示部进行控制；

电源部，其向所述流量测定装置、显示部以及整合控制部供电；

框体，其能够收纳所述流量测定装置、显示部以及整合控制部；

操作部，其能够从所述框体的外部进行与所述流量测定装置的动作相关的设定。

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