CN111693105B - 流量测定装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够检测处于高湿度的流量测定装置。流量测定装置具备:第一传感器,其测定与测定对象流体的流量相关的值;第二传感器,其具备两个测温部和在它们中央配置的加热部,并且在测定对象流体向第二规定方向流动的位置以两个测温部和加热部的排列方向与第二规定方向正交的姿态配置;控制部,其构成为能够执行流量计算处理和判定处理,流量计算处理基于由第一传感器测定的值对测定对象流体的流量进行计算,判定处理使第二传感器的加热部的温度上升而取得第二传感器的各测温部的测温结果,根据所取得的各测温结果是否为规定的阈值以下来判定测定对象流体的状态。
Description
技术领域
本发明涉及流量测定装置。
背景技术
已知使用具备加热器和两个测温传感器的热式流量传感器对在流路内流通的流体的流量进行测定的流量测定装置(例如,参照专利文献1、2)。并且,作为这样的流量测定装置,具有能够检测流体状态的变化的装置。例如,已知为了能够检测结露的发生而设有由以规定的间隔地并列设置的两个电极图案构成的结露传感器(例如,参照专利文献3)的装置。
专利文献1:日本专利第3658321号公报
专利文献2:日本专利第5652315号公报
专利文献3:日本特开2018-151307号公报
例如,作为检测流体状态的变化的传感器,如果设置结露传感器,则能够检测结露的发生。但是,利用结露传感器能够检测的结露只能是尺寸比构成结露传感器的两个电极图案的间隔大的结露。而且,随着湿度变高(湿度成为100%)而最初发生的是结露传感器不能检测的微小的结露。
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明是鉴于上述现状而做出的,其目的在于提供一种流量测定装置,能够检测例如流体达到高湿度等流体的状态的变化。
用于解决技术问题的技术方案
本发明一观点的流量测定装置具备:第一传感器,其测定与测定对象流体的流量相关的值;第二传感器,其具备两个测温部和在所述两个测温部的中央配置的加热部,并且在所述测定对象流体向第二规定方向流动的位置,以所述两个测温部和所述加热部的排列方向与所述第二规定方向正交的姿态配置;控制部,其构成为能够执行流量计算处理和判定处理,所述流量计算处理基于由所述第一传感器测定的值来计算所述测定对象流体的流量,所述判定处理使所述第二传感器的所述加热部的温度上升而取得所述第二传感器的所述两个测温部的测温结果,根据所取得的测温结果中的各测温结果是否为规定的阈值以下来判定所述测定对象流体的状态(例如,湿度是否为规定湿度以上)。
即,流量测定装置具备第二传感器,该第二传感器以各测温部的测温结果不受测定对象流体的流量(流速)的影响的方式配置。而且,在作为测定对象流体的状态以湿度为例的情况下,通过各种实验能够确认,如果使第二传感器的加热部的温度上升而取得第二传感器的两个测温部的测温结果并将所取得的测温结果中的各测温结果与阈值进行比较,则能够判定测定对象流体的湿度是否为与该阈值相应的湿度。因此,根据流量测定装置,能够检测达到了高湿度(与规定的阈值相应的湿度)。
流量测定装置的第二传感器可以是仅用于判定湿度是否达到规定湿度以上的传感器。并且,通过使控制部构成为能够执行修正系数计算处理而可以将第二传感器用于修正系数的计算,修正系数计算处理根据使所述加热部的温度上升至第一温度而取得的所述两个测温部中的一个测温部的测温结果和使所述加热部的温度上升至与所述第一温度不同的第二温度而取得的所述一个测温部的测温结果,对在所述流量计算处理中的流量的计算时使用的修正系数进行计算。
可以在流量测定装置中附加由以规定的间隔并列设置的两个电极图案构成的结露传感器,并且使控制部构成为能够执行基于所述结露传感器的电阻值而对是否发生结露进行判定的第二判定处理。
第二传感器的各测温部也可以是电阻温度传感器或热电偶,如果使各测温部成为输出电压大的热电堆,则能够得到难以受到干扰的影响的流量测定装置。并且,如果使用相同结构的传感器分别作为第一传感器、第二传感器,则与使第一传感器和第二传感器为不同结构的传感器的情况相比,能够降低流量测定装置的制造成本。
所述测定对象流体的状态也可以如上述那样成为所述测定对象流体的湿度是否为规定湿度以上。并且,可以是湿度之外的状态。作为湿度之外的状态,能够例示出水分之外的规定液体蒸发的特定成分的浓度、例如挥发性的溶剂或药剂等的浓度、流体中所包含的尘埃等微粒的量、构成流体的各气体的浓度。
也可以是,所述第一传感器检测在主流路中流通的测定对象流体的流量,
还具备副流路部,该副流路部具有一端与在所述主流路内开口的第一流入口连通且另一端与在所述主流路内开口的第一流出口连通,并且配置有所述第二传感器的物性值检测流路,
所述第一传感器配置在除了所述物性值检测流路之外的位置。
在上述结构中,第二传感器配置于物性值检测流路,第一传感器配置于除了物性值检测流路之外的位置。因此,例如,通过对物性值检测流路的宽度进行调节而对在物性值检测流路中流通的测定对象流体的流量进行控制,能够抑制物性值检测部的输出特性由于流量的影响而发生变化,另外能够有效地抑制由测定对象流体的流动造成的乱流的产生。
因此,根据上述结构,在修正系数计算处理中,能够使用基于从第二传感器输出的检测信号得到的精度高的“测定对象流体的状态”,对所述修正系数进行更准确地修正。
并且,在上述结构中,第二传感器配置于一端与在主流路内开口的第一流入口连通且另一端与在主流路内开口的第一流出口连通的物性值检测流路。因此,测定对象流体的流动不发生停滞地从第一流入口向第一流出口流动,因此能够对存在于第二传感器周边的测定对象流体高效地进行置换。
因此,根据上述结构,即使是在主流路中流通的测定对象流体的状态发生了变化的情况下,也能够对测定对象流体的流量进行修正。
另外,在上述结构中,第二传感器所具有的加热部和测温部在与流入物性值检测流路的测定对象流体的流动方向正交的方向上排列配置。由于测定对象流体的流动,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测定对象流体的流动方向的温度分布的变化小。因此,通过将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,能够降低由温度分布的变化造成的测温部的输出特性的变化。
因此,根据上述结构,能够降低由测定对象流体的流通造成的温度分布的变化的影响,并且使第二传感器的检测精度提高。
因此,根据本发明,能够实现能够降低由测定对象流体的状态的变化造成的输出特性的变化、并且能够高精度地对测定对象流体的流量进行测定的流量测定装置。
也可以是,所述副流路部还具有配置有所述第一传感器的流量检测流路,
所述流量检测流路的一端与所述第一流入口连通,所述流量检测流路的另一端与所述第一流出口连通,
使从所述第一流入口流入的测定对象流体向所述物性值检测流路和所述流量检测流路分流。
在上述结构中,副流路部还具有配置有第一传感器的流量检测流路,使从流入口流入的测定对象流体分别向物性值检测流路和流量检测流路分流。这样,通过使从相同的流入口流入的测定对象流体向物性值检测流路和流量检测流路分流,第二传感器和第一传感器能够基于大致相同的测定对象流体而对流体的状态和流量进行检测。并且,例如,通过对物性值检测流路和流量检测流路的宽度进行调节,能够单独地控制在物性值检测流路和流量检测流路中流通的测定对象流体的流量。
因此,根据上述结构,能够使流量测定装置的测定精度提高。
也可以是,所述物性值检测流路设置在所述流量检测流路内,
使在所述流量检测流路内流通的测定对象流体的一部分流入所述物性值检测流路。这样,第二传感器和第一传感器能够基于大致相同的测定对象流体来检测流体的状态和流量,并且能够使第二传感器和第一传感器所占据的副流路部的比例的减少。
因此,根据上述结构,能够提高流量测定装置的测定精度,并且能够实现流量测定装置的小型化。
也可以是,所述副流路部还具有配置有所述第一传感器的流量检测流路,
所述流量检测流路的一端与在所述主流路内开口的第二流入口连通,所述流量检测流路的另一端与在所述主流路内开口的第二流出口连通。
在上述结构中,副流路部还具有一端与在主流路内开口的第二流入口连通且另一端与在主流路内开口的第二流出口连通的流量检测流路。即,副流路部具有物性值检测流路和流量检测流路作为独立的两个副流路。因此,通过对物性值检测流路和流量检测流路的宽度进行调节,能够单独地控制在物性值检测流路和流量检测流路中流通的测定对象流体的流量。
因此,根据上述结构,能够将物性值检测流路和流量检测流路分别设置在主流路的任意位置,并且能够使流量测定装置的测定精度提高。
也可以是,所述第一传感器配置于所述主流路。
在上述结构中,第二传感器配置于物性值检测流路,第一传感器配置于主流路。因此,能够单独地控制在物性值检测流路中流通的测定对象流体的流量。
因此,根据上述结构,能够使流量测定装置的测定精度提高。
就所述加热部而言,可以使该加热部的长度方向沿着作为测定对象流体的流动方向的第二规定方向配置。
在上述结构中,加热部的长度方向沿着测定对象流体的流动方向配置,因此,加热部能够在测定对象流体的流动方向上遍及大范围地对测定对象流体进行加热。因此,即使在温度分布由于测定对象流体的流动而偏向下游侧的情况下,也能够降低温度检测部的输出特性的变化。
因此,根据上述结构,能够降低测定对象流体的流动对温度分布的变化的影响,并且能够使第二传感器的检测精度提高。
就所述测温部而言,可以使该测温部的长度方向沿着作为测定对象流体的流动方向的所述第二规定方向配置。
在上述结构中,测温部的长度方向沿着测定对象流体的流动方向配置,因此,测温部能够在测定对象流体的流动方向上遍及大范围地对温度进行检测。因此,即使在温度分布由于测定对象流体的流动而偏向下游侧的情况下,也能够降低测温部的输出特性的变化。
因此,根据上述结构,能够降低由测定对象流体的流通造成的温度分布的变化的影响,能够使第二传感器的检测精度提高。
发明的效果
根据本发明,能够提供能够对测定对象流体的状态发生了变化、例如测定对象流体达到了高湿度的情况进行检测的流量测定装置。
附图说明
图1是本发明一实施方式的流量测定装置1的分解立体图;
图2是流量测定装置的剖视图;
图3是流量测定装置所具备的副流路部的俯视图;
图4是作为流量检测用传感器和物性检测用传感器使用的传感器的俯视图;
图5A是流量检测用传感器的说明图;
图5B是物性值检测用传感器的说明图;
图6的(A)和(B)是用于对流量测定装置中的流量测定原理进行说明的图;
图7是流量测定装置的控制部执行的状态检测处理的流程图;
图8是流量测定装置的电路基板中的控制部与各传感器之间的连接形式的说明图;
图9是为了开发流量测定装置而进行的实验结果的说明图;
图10是表示图1所示的流量测定装置所具备的控制部的主要构成的框图;
图11的(a)~(d)是表示在图3所示的副流路部的上表面形成的物性值检测用流路和流量检测用流路的变形例的俯视图;
图12是表示图5B所示的物性值传感器的变形例的概略结构的俯视图;
图13的(a)是表示实施方式二的流量测定装置的立体图,图13的(b) 是表示图13的(a)所示的流量测定装置的剖视图,图13的(c)是表示图 13的(a)所示的副流路部的俯视图;
图14的(a)是表示实施方式3的流量测定装置的立体图,图14的(b) 是表示图14的(a)所示的副流路部的俯视图;
图15的(a)是表示实施方式4的流量测定装置的立体图,图15的(b) 是表示图15的(a)所示的副流路部的立体图,图15的(c)是表示图15的 (a)所示的副流路部的俯视图。
附图标记说明
1 流量测定装置;
2 主流路部;
3 副流路部;
4 密封件;
5 电路基板;
11 流量检测用传感器;
12 物性值检测用传感器;
13 控制部;
14 结露传感器;
21 节流孔;
32 物性值检测用流路;
33 流量检测用流路;
34 流入用流路;
34A 流入口;
35 流出用流路;
35A 流出口;
100 传感器;
101,102,111,112,121,122 热电堆;
103,113,123 微加热器;
104 温度传感器。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
〔实施方式一〕
在图1中表示的是本发明一实施方式的流量测定装置1的分解立体图,在图2中表示的是流量测定装置1的剖视图。
本实施方式的流量测定装置1是组装到需要进行流体流量的监视和调节的装置(气量计、燃料电池等)而使用的装置。如图1所示,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以及盖6。
主流路部2是供应测定流量的流体(以下,表述为测定对象流体)流通的管状部件。如图2所示,在主流路部2的内周面的、测定对象流体的流动方向的上游侧设有流入口34A。并且,在主流路部2的内周面的、测定对象流体的流动方向的下游侧设有流出口35A。另外,在主流路部2的流入口34A 与流出口35A之间设有用于对在副流路部3(详情后述)中流通的流体的量进行的调节的节流孔21。
电路基板5(图1)是将作为第一传感器的一个例子的流量检测用传感器 11、作为第二传感器的一个例子的物性值检测用传感器12、控制部13、结露传感器14(参照图3)安装在印刷配线板的单元(印刷电路板)。流量检测用传感器11、物性值检测用传感器12以及结露传感器14设置在电路基板5 的表面(与副流路部3相对的一侧的面,图1中的下侧的面),控制部13设置在电路基板5的背面。后文将对传感器11、12以及14和控制部13的细节进行说明。
副流路部3(图1、图2)是为了对流量等进行测定而设置的测定对象流体的旁通流路。副流路部3通过以电路基板5夹住密封件4的状态固定而被密封。
在图3中表示的是副流路部3的俯视图。在该俯视图中,以虚线框表示在电路基板5相对于副流路部3固定的状态下的传感器11、12以及14的位置。
如图3和图2所示,副流路部3具备与流入口34A连通的流入用流路34、与流出口35A连通的流出用流路35、将流入用流路34与流出用流路35之间连接的流路即物性值检测用流路32和流量检测用流路33。如图3所示,副流路部3的各流路的形状、电路基板5的各传感器的位置等如下所述地决定:在电路基板5相对于副流路部3固定时,流量检测用传感器11与在流量检测用流路33中流通的流体接触,物性值检测用传感器12与在物性值检测用流路32中流通的流体接触,结露传感器14与在物性值检测用流路32和流量检测用流路33中流通的流体接触。需要说明的是,图3所示的结露传感器14 的位置仅为例示,只要是能够检测流量检测用传感器11、物性值检测用传感器12中的结露的位置,不限于图3所示的位置。
并且,物性值检测用流路32成为截面面积比流量检测用流路33小的流路。因此,如以箭头P和Q的大小示意性地表示那样,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。对减少在流量检测用流路33中流通的流体的量的原因如后所述。
盖6(图1)是用于保护在副流路部3上固定的电路基板5的部件。
以下,对电路基板5的各构成要素进行说明。
结露传感器14(参照图3)是由以各部分的间隔成为规定间隔的方式形成的两个电极图案(在本实施方式中,梳齿状电极图案)构成,并且通过检测两个电极图案由于结露而短路的情况从而能够检测结露的传感器。
流量检测用传感器11、物性值检测用传感器12均为具有图4所示的结构的传感器100。需要说明的是,该传感器100是将具备微加热器103和隔着微加热器103对称地设置的热电堆101以及102的绝缘膜形成在硅基台上的所谓MEMS流量传感器。在传感器100的绝缘膜上还设有用于测定基准温度的温度传感器104。并且,为了减小绝缘膜的相对部分(设有微加热器103的部分等)的热容量,在传感器100的硅基台的中央部分设有空腔(空洞)(参照图6)。
如上所述,流量检测用传感器11和物性值检测用传感器12是相同结构的传感器100。但是,作为流量检测用传感器11使用的传感器100以能够形成图5A所示的状态、即测定对象流体(箭头Q)沿着与微加热器103的长度方向正交的方向流通的状态的姿态安装于电路基板5。并且,作为物性值检测用传感器12使用的传感器100以能够形成图5B所示的状态、即测定对象流体(箭头P)沿着微加热器103的长度方向流通的状态的姿态安装于电路基板5。以下,如图5A所示,将作为流量检测用传感器11使用的传感器100的热电堆101、热电堆102、微加热器103分别表述为热电堆111、热电堆112、微加热器113。并且,如图5B所示,将作为物性值检测用传感器12使用的传感器100的热电堆101、热电堆102、微加热器103分别表述为热电堆121、热电堆122、微加热器123。
控制部13是具备用于与外部装置进行通信的通信接口电路的、执行流量计算处理、灵敏度修正系数计算处理以及状态检测处理的单元(在本实施方式中为ASIC)。本实施方式的控制部13周期性地进行各处理,但控制部13 也可以是在从外部装置赋予执行各处理的指示时执行各处理的单元。
以下,对控制部13执行的各处理的内容进行说明。
《流量计算处理》
流量计算处理是使流量检测用传感器11的微加热器113的温度上升而测定流量检测用传感器11的热电堆111,112的输出电压的差ΔV(以下表述为传感器输出值ΔV),基于测定的传感器输出值ΔV对测定对象流体的流量进行计算的处理。
即,在气体不流动的状态下,如果使流量检测用传感器11的微加热器113 的温度上升,则如图6的(A)所示,气体的温度分布在微加热器113的上游侧和下游侧成为对称的分布。另一方面,在气体流动的状态下,如果使微加热器113的温度上升,则如图6的(B)所示,微加热器113的下游侧的气体温度变高。而且,气体流动的状态下的上游侧与下游侧的温度差在不存在自然对流的影响大等特殊情况的情况下,与气体流速的平方根成正比。并且,主流路部2中的测定对象流体的流量与流量检测用流路33中的测定对象流体的流速成正比。
因此,能够根据传感器输出值(热电堆111,112的输出电压的差)ΔV求出主流路部2中的测定对象流体的流量。但是,即使不改变测定对象流体的流量或温度,在测定对象流体的导热率、密度、比热容量等物性值发生变化时,传感器输出值ΔV也发生变化。因此,流量计算处理成为通过与灵敏度修正系数相乘而将传感器输出值ΔV变换成测定对象流体的各种物性值为基准值的情况下的传感器输出值ΔV后,对流量进行计算的处理。
《灵敏度修正系数计算处理》
灵敏度修正系数计算处理是对流量计算处理时使用的灵敏度修正系数进行计算的处理。在该灵敏度修正系数计算处理时,控制部13如下所述地动作。
开始了灵敏度修正系数计算处理的控制部13通过首先施加第一规定电压而使物性值检测用传感器12的微加热器123的温度上升,之后取得物性值检测用传感器12的热电堆121的输出电压V1。接着,控制部13通过施加第二规定电压(>第一规定电压)而使微加热器123的温度上升,之后取得热电堆121的输出电压V2。
然后,控制部13通过将预先确定的系数与电压差“V2-V1”相乘而计算灵敏度修正系数。然后,控制部13将计算出的灵敏度修正系数作为在之后的流量计算处理中使用的灵敏度修正系数存储,之后结束灵敏度修正系数计算处理。
需要说明的是,如已经说明的那样(参照图5B),流量测定装置1构成为测定对象流体向物性值检测用传感器12的微加热器123的长度方向(换言之,与热电堆121,122和微加热器123的排列方向正交的方向)流通,并且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。将流量测定装置1作为这种装置构成的原因在于,使热电堆121 的输出电压V1,V2成为不会受到测定对象流体的流速的影响的值(表示测定对象流体的、流速之外物性值的值)。
《状态检测处理》
以下,使用图7和图8对控制部13所执行的状态检测处理的内容进行说明。图7是状态检测处理的流程图。图8是电路基板5中的控制部13与各传感器之间的连接形式的说明图。在该图8中,省略微加热器111和121以及用于与外部装置进行通信的信号线的图示。
状态检测处理是用于检测与测定对象流体的湿度相关的状态的处理。如图7所示,开始了状态检测处理的控制部13首先测定结露传感器14的电阻 (步骤S101)。接着,控制部13判断电阻的测定结果是否为规定的电阻阈值以下(步骤S102)。在测定结果为电阻阈值以下的情况下(步骤S102:是),控制部13判定为发生了结露传感器14能够检测到的尺寸的结露,并将判定结果通知给外部装置(步骤S107)。该步骤S107的处理也可以是为了在要求时向外部装置通知判定结果而预先存储判定结果的处理。然后,结束了步骤S107的处理的控制部13结束状态检测处理。
需要说明的是,为了不增加输入端子数,控制部13与各传感器之间如图 8所示地连接。因此,在步骤S101中实际测定的电阻不是结露传感器14的电阻,而是结露传感器14与热电偶122并联连接的电路的电阻。但是,取决于是否发生结露,结露传感器14的电阻大幅变化,因此,如果适当地设定电阻阈值,则能够在上述内容的处理中判定是否发生结露传感器14能够检测的尺寸的结露。
控制部13在测定结果不为电阻阈值以下的情况下(步骤S102:否),通过对物性值检测用传感器12的微加热器123施加规定电压而使微加热器123 的温度上升(步骤S103)。接着,控制部13取得物性值检测用传感器12的热电堆121的输出电压TA2和物性值检测用传感器12的热电堆122的输出电压TB2(步骤S104)。该步骤S104的处理可以是将热电堆121,122的输出电压的一次的检测结果作为TA2,TB2取得的处理,也可以是将热电堆121,122 的输出电压的多次检测结果的平均值或累计值作为TA2,TB2取得的处理。
结束了步骤S104的处理的控制部13判断是否满足TA2为规定的阈值A 以下且TB2为规定的阈值B以下的条件(步骤S104)。
在不满足上述条件的情况下(步骤S104:否),控制部13不进行特殊处理而是结束状态检测处理。另一方面,在满足上述条件的情况下(步骤S104:是),控制部13判定为湿度为100%(发生结露传感器14不能探测的微小结露),并将判定结果通知给外部装置(步骤S105)。该步骤S105的处理也可以是为了在要求时向外部装置通知判定结果而预先存储判定结果的处理。
然后,结束了步骤S105的处理的控制部13使状态检测处理结束。
状态检测处理的步骤S103~S105的处理是基于以下的见解而想到的处理。
期望在流量测定装置1中也能够检测到结露传感器14不能检测的尺寸的结露。因此,对在向流量测定装置1导入各种湿度的测定对象流体的情况下的TA2进而TB2进行测定,如图9所示,确认到导入湿度为100%的测定对象流体时的TA2和TB2与导入干燥的测定对象流体时的TA2和TB2大不相同。并且,即使测定对象流体的湿度不为100%,在存在干扰(由流量测定装置1的外力造成的振动等)时,也确认到TA2和TB2之一会有变小的情况。而且,已知在基于实验结果设定适当的阈值A,B的基础上,如果使用TA2≤阈值A且TB2≤阈值B的条件,则能够防止尽管湿度不接近100%也判定为湿度为100%的情况,因此,使状态检测处理的步骤S103~S105的处理成为上述顺序的处理。
需要说明的是,状态检测处理的步骤S103~S105的处理是基于上述见解而想到的处理。因此,在步骤S103~S105的处理中实际上能够判定的是:湿度是否达到与阈值A、B相对应的湿度以上。并且,分别设置TA2的阈值(“阈值A”)和TB2的阈值(“阈值B”)的原因在于,由于存在制造误差,因此即使温接点、冷接点之间的温度差相同,热电堆121的输出电压与热电堆 122的输出电压通常(参照图9)也不相同。因此,在热电堆121和热电堆122 为同性能的热电堆的情况或视为相同性能的热电堆的情况下,可以使用相同的值作为阈值A和阈值B。
以上,如同已经说明的那样,本实施方式的流量测定装置1具备以热电堆121,122的测温结果不会受到测定对象流体的流速的影响的方式配置的物性值检测用传感器12。而且,通过各种实验能够确认,只要判断使物性值检测用传感器12的微加热器121的温度上升时的热电堆121,122的输出电压中的各输出电压是否为规定的阈值以下,就能够判定测定对象流体的湿度是否几乎成为100%。因此,根据本实施方式的流量测定装置1,能够检测湿度达到高湿度(与阈值A,B相对应的湿度以上的湿度)。
并且,流量测定装置1具备结露传感器14。根据流量测定装置1,能够判定是否发生大的结露(是否需要紧急应对)。
另外,在流量测定装置1中,使用相同结构的传感器100分别作为流量检测用传感器11和物性值检测用传感器12。因此,与使用不同结构的传感器作为流量检测用传感器11和物性值检测用传感器12的情况相比,流量测定装置1成为能够以低成本制造的装置。
《变形例》
上述流量测定装置1能够进行各种变形。例如,在不需要灵敏度修正系数的修正的情况下,可以将流量测定装置1变形为具备不进行灵敏度修正系数计算处理的控制部13的装置。并且,也可以将流量测定装置1变形为不具备结露传感器14的装置。
可以将状态检测处理变形为重复多次步骤S104和S105,在连续满足“TA2≤阈值A且TB2≤阈值B”的条件时判定为湿度达到100%。
并且,流量检测用传感器11和物性值检测用传感器12的位置不限于上述位置。例如,可以将流量检测用传感器11和物性值检测用传感器12配置在主流路2的内表面。
可以使流量检测用传感器11和物性值检测用传感器12成为不同结构的传感器。可以取代流量检测用传感器11和/或物性值检测用传感器12,而使用具备热电堆之外的测温传感器(电阻温度传感器、热电偶等)的传感器。
在本实施方式中,作为测定对象流体的状态,以湿度为100%且存在结露的可能性状态为例对发明进行了说明。但是,在本发明中应检测的测定对象流体的状态不限于湿度。如果是使用物性值检测用传感器12的输出电压即 TA2和TB2能够检测的状态、即根据测定对象流体的热性质而变化的状态,也可以是湿度之外的状态。作为湿度之外的状态,能够例示出水分之外的规定液体蒸发的特定成分(例如挥发性的溶剂或药剂等)的浓度、测定对象流体所包含的尘埃等微粒子的量、构成流体的各气体的浓度等。
《控制部的构成》
接着,参照图10对流量测定装置1所具备的控制部的构成进行说明。图 10是表示图1所示的流量测定装置1所具备的控制部13的主要构成的框图。如图10所示,控制部13具备流量计算部52、物性值计算部53以及流量修正部54。物性值计算部53与热电堆121和热电堆122连接。并且,流量计算部 52与热电堆111和热电堆112连接。
流量计算部52基于从热电堆111和热电堆112输出的温度检测信号,对测定对象流体的流量进行计算。具体而言,流量计算部52计算从热电堆111 输出的温度检测信号与从热电堆112输出的温度检测信号的差,基于温度检测信号的差来计算测定对象流体的流量。然后,流量计算部52将计算出的测定对象流体的流量输出到流量修正部54。
物性值计算部53基于从热电堆121和热电堆122输出的温度检测信号,对测定对象流体的物性值进行计算。具体而言,物性值计算部53基于从热电堆121和热电堆122输出的温度检测信号的平均值,计算由导热率、热扩散、或比热等决定的物性值(例如,热扩散常数等)。物性值计算部53将计算出的测定对象流体的物性值输出到流量修正部54。
流量修正部54使用从物性值计算部53输出的测定对象流体的物性值,对从流量计算部52输出的测定对象流体的流量进行修正。具体而言,流量修正部54在从物性值计算部53输出测定对象流体的物性值时,使用该物性值修正从流量计算部52输出的测定对象流体的流量,并且对修正后的流量进行计算。
湿度判定部51进行图7所示的状态检测处理,通过对热电堆121,122的输出电压TA2,TB2与阈值A,B进行比较,判定湿度为100%(发生微小结露),并将判定结果通知给外部装置。需要说明的是,也可以使用在该湿度判定部 51中检测到的湿度,对从流量计算部52输出的测定对象流体的流量进行修正。在该情况下,具体而言,流量修正部54在从湿度判定部51输出测定对象流体的湿度时,使用该湿度对从流量计算部52输出的测定对象流体的流量进行修正,并且对修正后的流量进行计算。
《总结》
如上所述,本实施方式的流量测定装置1具备:流量检测用传感器11,其用于检测在主流路部2中流通的测定对象流体的流量;物性值检测用传感器12,其具有对测定对象流体进行加热的微加热器123以及对测定对象流体的温度进行检测的热电堆121、热电堆122,并且用于对测定对象流体的物性值进行检测;副流路部3,其具有一端与在主流路部2内开口的流入口34A 连通且另一端与在主流路部2内开口的流出口35A连通,并且配置有物性值检测用传感器12的物性值检测用流路32;流量修正部54,其使用基于从物性值检测用传感器12输出的检测信号而计算出的测定对象流体的物性值,对基于从流量检测用传感器11输出的检测信号而计算出的测定对象流体的流量进行修正;微加热器123和热电堆121、热电堆122在与测定对象流体的流动方向正交的方向上排列配置,流量检测用传感器11配置在除了物性值检测用流路32之外的位置。
在流量测定装置1中,物性值检测用传感器12配置于物性值检测用流路 32,流量检测用传感器11配置于流量检测用流路33。因此,例如,通过调整物性值检测用流路32的宽度而控制在物性值检测用流路32中流通的测定对象流体的流量,能够抑制物性值检测用传感器12的输出特性由于流量的影响而发生变化,进而能够有效地抑制由测定对象流体的流动造成的乱流的产生。
因此,根据流量测定装置1,流量修正部54能够使用基于从物性值检测用传感器12输出的检测信号而计算出的精度高的物性值,对基于从流量检测用传感器11输出的检测信号而计算出的测定对象流体的流量精确地进行修正。
并且,在流量测定装置1中,物性值检测用传感器12配置于一端与在主流路部2内开口的流入口34A连通且另一端与在主流路部2内开口的流出口 35A连通的物性值检测用流路32。因此,测定对象流体的流通不发生停滞地从流入口34A向流出口35A流通,因而能够有效地对存在于物性值检测用传感器12周边的测定对象流体进行置换。
因此,根据流量测定装置1,即使在主流路部2中流通的测定对象流体的物性值发生变化的情况下,也能够基于适当的物性值对测定对象流体的流量精确地进行修正。
另外,由于测定对象流体的流动,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测定对象流体的流动方向的温度分布的变化小,因此,通过将热电堆121、微加热器123、热电堆122在与测定对象流体的流动方向正交的方向上排列配置,能够降低由温度分布的变化造成的热电堆121和热电堆122的输出特性变化。因此,能够降低由测定对象流体的流动造成的温度分布的变化的影响,能够使物性值检测用传感器12的检测精度提高。
因此,根据本实施方式,能够实现一种流量测定装置1,能够降低由测定对象流体的物性变化造成的输出特性的变化,并且能够高精度地对测定对象流体的流量进行测定。
《变形例》
接着,参照图11和图12对本实施方式的流量测定装置1的变形例进行说明。
(变形例1)
在本实施方式中,如图3所示,对物性值检测用流路32和流量检测用流路33均呈大致コ形形成的结构进行了说明,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只要设定为能够对通过物性值检测区域36和流量检测区域37的测定对象流体的流量进行控制的宽度,不对其形状进行特别的限定。
图11的(a)~(d)是在图4所示的副流路部3附近形成的物性值检测用流路32和流量检测用流路33的变形例的俯视图。
如图11的(a)所示,例如,也可以使物性值检测用流路32形成为直线状并且使流量检测用流路33形成为大致コ形。
并且,如图11的(b)~图11的(d)所示,可以以使测定对象流体从与使测定对象流体相对于流量检测区域37流入的方向正交的方向相对于物性值检测区域36流入的方式来形成物性值检测用流路32。
在该情况下,能够使物性值检测用传感器12与流量检测用传感器11的配置角度一致,因此能够在流量测定装置1的制造过程中简化向电路基板5 安装物性值检测用传感器12和流量检测用传感器11的工序。
(变形例2)
在本实施方式中,如图5B所示,对物性值检测用传感器12具备对测定对象流体进行加热的微加热器123以及对测定对象流体的温度进行检测的热电堆121和热电堆122、并且热电堆121和热电堆122隔着微加热器123左右对称地配置的结构进行了说明,但本发明不限于此。
图12是表示图5B所示的物性值检测用传感器12的变形例的概略结构的俯视图。如图12所示,可以省略热电堆122而由微加热器123和热电堆121 来构成物性值检测用传感器12a。
这样,通过将微加热器123和热电堆121在与测定对象流体的流动方向正交的方向上排列配置,可以实现物性值检测用传感器12a。
〔实施方式二〕
以下,基于图13对本发明的流量测定装置的第二实施方式进行说明。需要说明的是,对于与实施方式一同样的部件,标注相同的附图标记并省略其说明。
本实施方式的流量测定装置在流量检测用传感器配置于主流路部的这一点与实施方式一的流量测定装置不同。
图13的(a)是表示本实施方式的流量测定装置1a的立体图,图13的 (b)是表示图13的(a)所示的流量测定装置1a的剖视图,图13的(c)是表示图13的(a)所示的副流路部3a附近的俯视图。
如图13的(a)~图13的(c)所示,在流量测定装置1a中,在主流路部2a的内周面的流入口34A与流出口35A之间形成有开口部37A。
在副流路部3a附近形成有配置了流量检测用传感器11的槽状的流量检测区域37a,流量检测区域37a与开口部37A连通。因此,在流量检测区域 37a流入有经由开口部37A在主流路部2a中流通的测定对象流体,通过流量检测用传感器11对其流量进行检测。
需要说明的是,通过对开口部37A的大小进行控制调节,能够控制从主流路部2a流入流量检测区域37a的测定对象流体的流量。
副流路部3a由流入用流路34、物性值检测用流路32、流出用流路35构成,物性值检测用流路32在沿着长度方向延伸的流路中具有物性值检测区域 36,在该物性值检测区域36配置有用于检测测定对象流体的物性值的物性值检测用传感器12。
这样,在流量测定装置1a中,物性值检测用传感器12配置于副流路部 3a,流量检测用传感器11配置于主流路部2a。因此,在流量测定装置1a中,能够对与物性值检测用传感器12的检测范围相应的流量进行控制。
因此,根据本实施方式,能够实现以下流量测定装置1a,即,能够降低由测定对象流体的物性变化造成的输出特性的变化,并能够对测定对象流体的流量高精度地进行测定。
〔实施方式三〕
以下,基于图14对本发明的流量测定装置的第三实施方式进行说明。需要说明的是,对于与实施方式一、二同样的部件,标注相同的附图标记并省略其说明。
本实施方式的流量测定装置在具有独立的两个副流路部的这一点与实施方式一、二的流量测定装置不同。
图14的(a)是表示本实施方式的流量测定装置1b的立体图,图14的 (b)是表示图14的(a)所示的副流路部附近的俯视图。
如图14的(a)和图14的(b)所示,在流量测定装置1b中形成有第一副流路部3b和第二副流路部3B。
第一副流路部3b由流入用流路34b、物性值检测用流路32b、流出用流路35b构成,物性值检测用流路32b在沿着长度方向延伸的流路中具有物性值检测区域36,在该物性值检测区域36配置有用于检测测定对象流体的物性值的物性值检测用传感器12。
第二副流路部3B由流入用流路34B、流量检测用流路33B、流出用流路 35B构成,流量检测用流路33B在沿着长度方向延伸的流路中具有流量检测区域37,在该流量检测区域37配置有用于检测测定对象流体的流量的流量检测用传感器11。
这样,在流量测定装置1b中,具有作为独立的两个副流路部的第一副流路部3b和第二副流路部3B,物性值检测用传感器12配置于第一副流路部3b,流量检测用传感器11配置于第二副流路部3B。因此,根据流量测定装置1b,能够单独地对与物性值检测用传感器12和流量检测用传感器11的检测范围相应的流量进行控制。
因此,根据本实施方式,能够实现以下流量测定装置1b,即,能够降低由测定对象流体的物性变化造成的输出特性的变化,并且能够对测定对象流体的流量高精度地进行测定。
〔实施方式四〕
基于图15对于本发明的流量测定装置的第四实施方式进行说明。需要说明的是,对于与实施方式一至三同样的部件,标注相同的附图标记并省略其说明。
本实施方式的流量测定装置在物性值检测用流路形成在流量检测用流路内的这一点与实施方式一至三的流量测定装置不同。
图15的(a)是表示本实施方式的流量测定装置1c的立体图,图15的 (b)是表示图15的(a)所示的副流路部3c附近的立体图,图15的(c)是表示图15的(a)所示的副流路部3c附近的俯视图。
如图15的(a)~图15的(c)所示,在流量测定装置1c中形成有副流路部(第一副流路)3c。
副流路部3c由流入用流路34、物性值检测用流路32c、流量检测用流路 33c、流出用流路35构成。
在副流路部3c中,物性值检测用流路32c形成于流量检测用流路33c内的流量检测区域37c,相对于测定对象流体的流动方向,在上游侧配置有流量检测用传感器11,在下游侧配置有物性值检测用传感器12。
在这里,物性值检测用流路32c通过用于对测定对象流体的流量进行控制的流量控制部件40与流量检测区域37c隔开,物性值检测用传感器12配置在流量控制部件40的内部。
流量控制部件40是用于对通过物性值检测区域36c的测定对象流体的流量进行控制的部件,由第一侧壁部40a和第二侧壁部40b构成。第一侧壁部 40a和第二侧壁部40b均为大致コ形的板状部件,在使各自的端部相对的状态下空出规定的间隔地配置。
因此,通过对第一侧壁部40a与第二侧壁部40b的间隔进行控制,能够对通过流量控制部件40的内部、即物性值检测区域36c的测定对象流体的流量进行调节。
这样,在流量测定装置1c中,在副流路部3c内具备流量控制部件40,在流量控制部件40的内部设置有物性值检测区域36c,因此,能够在副流路部3c内的任意位置设置物性值检测区域36c。并且,通过具备流量控制部件 40,能够容易地对通过物性值检测区域36c的测定对象流体的流量进行控制。
这样,即使成为物性值检测用流路32c形成于流量检测用流路33c内的结构,也能够对与物性值检测用传感器12和流量检测用传感器11的检测范围相应的流量单独地进行控制。
因此,根据本实施方式,能够实现以下流量测定装置1c,即,能够降低由测定对象流体的物性变化造成的输出特性的变化,并且对测定对象流体的流量高精度地进行测定。
本发明不限于上述实施方式,能够在权利要求书所示的范围内进行各种变更,并且意在包含对不同的实施方式中分别公开的技术方案适当地进行组合而得到的实施方式。
《附记》
一种流量测定装置(1),其特征在于,具备:
第一传感器(11),其测定与测定对象流体的流量相关的值;
第二传感器(12),其具备两个测温部(121,122)和在所述两个测温部 (121、122)的中央配置的加热部(123),并且在所述测定对象流体向第二规定方向流动的位置,以所述两个测温部(121,122)和所述加热部(123)的排列方向与所述第二规定方向正交的姿态配置;
控制部(13),其构成为能够执行流量计算处理和判定处理,所述流量计算处理基于由所述第一传感器(11)测定的值来计算所述测定对象流体的流量,所述判定处理使所述第二传感器(12)的所述加热部(123)的温度上升而取得所述第二传感器的所述两个测温部(121,122)的测温结果,根据所取得的测温结果中的各测温结果是否为规定的阈值以下来判定所述测定对象流体的湿度是否为规定湿度以上。
Claims (12)
1.一种流量测定装置,其特征在于,具备:
第一传感器,其测定与测定对象流体的流量相关的值;
第二传感器,其具备两个测温部和在所述两个测温部的中央配置的加热部,并且在所述测定对象流体向第二规定方向流动的位置,以所述两个测温部和所述加热部的排列方向与所述第二规定方向正交的姿态配置;
控制部,其构成为能够执行流量计算处理和判定处理,所述流量计算处理基于由所述第一传感器测定的值来计算所述测定对象流体的流量,所述判定处理使所述第二传感器的所述加热部的温度上升而取得所述第二传感器的所述两个测温部的测温结果,根据所取得的测温结果中的各测温结果是否为规定的阈值以下来判定所述测定对象流体的湿度为规定湿度以上的状态。
2.根据权利要求1所述的流量测定装置,其特征在于,
所述控制部构成为能够执行修正系数计算处理,所述修正系数计算处理根据使所述加热部的温度上升至第一温度而取得的所述两个测温部中的一个测温部的测温结果和使所述加热部的温度上升至与所述第一温度不同的第二温度而取得的所述一个测温部的测温结果,对在所述流量计算处理中的流量的计算时使用的修正系数进行计算。
3.根据权利要求1所述的流量测定装置,其特征在于,
还具备由以规定间隔地并列设置的两个电极图案构成的结露传感器,
所述控制部构成为能够执行基于所述结露传感器的电阻值,对是否结露进行判定的第二判定处理。
4.根据权利要求1所述的流量测定装置,其特征在于,
所述第二传感器的各测温部为热电堆。
5.根据权利要求1所述的流量测定装置,其特征在于,
所述第一传感器与所述第二传感器为相同结构的传感器。
6.根据权利要求1所述的流量测定装置,其特征在于,
所述第一传感器检测在主流路中流通的测定对象流体的流量,
还具备副流路部,该副流路部具有一端与在所述主流路内开口的第一流入口连通且另一端与在所述主流路内开口的第一流出口连通,并且配置有所述第二传感器的物性值检测流路,
所述第一传感器配置在除了所述物性值检测流路之外的位置。
7.根据权利要求6所述的流量测定装置,其特征在于,
所述副流路部还具有配置有所述第一传感器的流量检测流路,
所述流量检测流路的一端与所述第一流入口连通,所述流量检测流路的另一端与所述第一流出口连通,
使从所述第一流入口流入的测定对象流体向所述物性值检测流路和所述流量检测流路分流。
8.根据权利要求7所述的流量测定装置,其特征在于,
所述物性值检测流路设置在所述流量检测流路内,
使在所述流量检测流路内流通的测定对象流体的一部分流入所述物性值检测流路。
9.根据权利要求6所述的流量测定装置,其特征在于,
所述副流路部还具有配置有所述第一传感器的流量检测流路,
所述流量检测流路的一端与在所述主流路内开口的第二流入口连通,所述流量检测流路的另一端与在所述主流路内开口的第二流出口连通。
10.根据权利要求6所述的流量测定装置,其特征在于,
所述第一传感器配置于所述主流路。
11.根据权利要求6~10中任一项所述的流量测定装置,其特征在于,
就所述加热部而言,该加热部的长度方向沿着作为测定对象流体的流动方向的所述第二规定方向配置。
12.根据权利要求6~10中任一项所述的流量测定装置,其特征在于,
就所述测温部而言,该测温部的长度方向沿着作为测定对象流体的流动方向的所述第二规定方向配置。
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