CN1172166C - 具有流体判别功能的热式流量计 - Google Patents
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Abstract
一种热式流量计，具有将发热体、流量检测用感温体和向流体流路(3)内延伸的流量检测用导电性翅片板(44)以相互间能进行热传导的方式配置、对应流体在流体流路内的流动、流量检测用感温体的电气特性值发生变化的流量检测单元(4)；和将流体温度检测用感温体和向流体流路内延伸的流体温度检测用导电性翅片板(44′)以相互向能进行热传导的方式配置、对应流体温度、流体温度检测用感温体的电气特性值发生变化的流体温度检测单元(6)。根据流量检测用和流体温度检测用的感温体的电气特性值来检测流体流量，并以测定翅片板(44)(44′)之间的导电性来进行流体判别。以简单的结构来判别流体是否是所需要的流体以避免错误的流体流通。
Description
技术领域
本发明是属于流体流量检测技术，并涉及一种具有流体判别功能的热式流量计。
背景技术
以往，作为测定各种流体，特别是液体流量(或是流速)的流量计[流量传感器](或是流速计[流速传感器])，所使用的各种形式的检测装置，以低价格为理由使用的是所谓热式(特别是旁热式)的流量计。
作为该傍式型流量计，在基板上利用薄膜技术，使薄膜发热体和薄膜感温体通过绝缘层层叠形成传感器片，将传感器片以与管道内流体之间可传热的方式而配置使用。利用在发热体中通电加热感温体，从而使该感温体的电气特性、例如电阻值产生变化。该电阻值的变化(根据感温体的温度上升)根据流入管道的流体流量(流速)而变化。也就是发热体的发热量中的一部分被传导到流体中，扩散到该流体中的热量根据流体的流量(流速)而变化，与此相应，提供给感温体的热量也要变化，因此该感温体的电阻值进行变化。该感温体的电阻值的变化根据流体温度也有所不同，为此，在测定上述感温体的电阻值变化的电气电路中装入温度补偿用元件，以尽量减少由流体温度带来的流量测定值的变化。
有关这样的使用薄膜元件的旁热式流量计，例如在特开平11-118566号公报中有记载。在该流量计中，为了得到与流体流量相对应的电气输出而使用了包括电桥电路的电路(检测电路)。
在上述的流量计中，一旦流体的热性质不同，那么即使实际流量相同，检测电路的输出也不一样，所以一般来说，被测定流量的流体种类作为已知条件，使用与其流体有关的检量线把检测电路的输出换算成流体的流量值。
然而近年来，作为被测定流量的流体的供给源，使用把流体分成小部分的小份供给源，对于同种类的流体，是对多个小份供给源依次更换进行流量测定。
例如，在高纯度试剂合成或医药合成或化学分析中，经常把收容原材料流体或试剂流体的小型可移动式容器和反映装置或分析装置用流体流路连接，并在该流体流路中一边进行流量测定，一边向反应装置内供给原材料流体或试剂流体。在补充原材料流体或试剂流体时，换下空的可移动式容器，把已充填了原材料流体或试剂流体的新的可移动式容器与反应装置及分析装置进行连接。
另外，即使在对医疗用药液注入活体内的情况下，也要把医疗用药液细分成便于携带量的小份并装入容器内，把该药液容器和活体的如血管用流体流路连接，在该流体中一边进行流量测定，一边把药液注入到活体内。在补充药液时换下空容器，使已充填了药液的新的容器与活体相连接。
如上述那样使用小部分的供给源虽然实际上具有很大的优点，但是，从反面来看，在更换流体供给源时，很可能与收容了所需要的流体以外的流体供给源相连接。在这种情况下，如察觉不到这点而进行流体供给，不仅会由于所需要的流体和实际供给的流体其热性质不同而不能做出正确的流量测定，而且由于错误供给流体，会成为引起制造和分析的不良事故或引起医疗事故的原因。
因此，本发明的目的是要提供一种避免以上所述的错误流体的流通，以简单的结构来判别流体是否是所需要的流体的具有判别功能的热式流量计。
发明内容
根据本发明，作为达到上述目的的具有流体判别功能的热式流量计，
具有流量检测单元和流体温度检测单元；所述流量检测单元，把发热体、流量检测用感温体、向流体流路内延伸出的导电性的流量检测用热传导部件，以互相间能进行热传导的方式设置，通过由所述流量检测用热传导部件的与所述流体流路内流体的热交换，对应所述流体在所述流体流路内的流动，所述流量检测用感温体的电气特性值发生变化；所述流体温度检测单元，把流体温度检测用感温体和向所述流体流路内延伸出的导电性的流体温度检测用热传导部件，以互相间能进行热传导的方式设置，通过与所述流体流路内流体的热交换，对应所述流体温度，所述流体温度检测用感温体的电气特性值发生变化；
其特征在于：还具有包括所述流量检测用感温体以及所述流体温度检测用感温体进行所述流体检测的流量检测电路，测定所述流量检测用热传导部件与所述流体温度检测用热传导部件之间的导电性的检测导电性电路以及流体判别机构，所述流体判别机构根据所述流量检测电路的输出检测所述流体的流量，同时对应所述测定导电性电路的输出判别所述流体。
在本发明一实施例中，所述流体的判别是这样进行的：在所述流量检测用热传导部件与所述流体温度检测用热传导部件之间通过的电流，对于测定对象流体而言，当是在预先设定范围内的值时，所述流体被判定为是所述测定对象流体，而且当是在所述预先设定范围以外的值时，所述流体被判定为不是所述测定对象流体。
在本发明一实施例中，所述流体的流量检测，依据包括所述流量检测用感温体和所述流体温度检测用感温体在内而形成的检测电路的输出和检量线来进行。
在本发明一实施例中，在所述流量检测单元中的所述流量检测用热传导部件的一部分，构成用于检测所述导电性的检测导电性电路的电极端子，在所述流体温度检测单元中的所述流体温度检测用热传导部件的一部分，构成用于检测所述导电性的检测导电性电路的电极端子。
附图说明
图1是表示本发明的流量计一实施例的局部剖视图。
图2是流量检测单元的剖视图。
图3是流量检测单元的剖视图。
图4是本发明的流量计一实施例的电路结构图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。
图1是表示本发明的流量计一实施例的局部剖视图。图中，在壳体2内形成有流体流路3。该壳体2，例如是由环氧树脂或聚苯硫醚树脂等合成树脂制成，或由金属制成。在由金属制成的情况下，最好是在形成流体流路3的内面附着绝缘膜。在壳体2中，面向流体流路3装有流量检测单元4及流体温度检测单元6。
流体在流路3内沿箭头方向进行流动。即，在壳体2上，图1的左端形成有连接流体流路3的流体流入的开口(图未示)，并在此连接有流体供给源一侧的管道。另外，在壳体2上，图1的右端形成有连接流体流路3的流体流出的开口(图未示)，并在此连接有需要流体一侧的管道。
图2和图3是流量检测单元4的剖视图。在流量检测单元4中，流量检测部42由热传导性良好的接合材料46接合在作为热传导部件的翅片板44的表面，流量检测部42的电极垫片和电极端子48由接合线50连接，流量检测部42和接合线50与翅片板44的一部分和电极端子48的一部分被收容在合成树脂壳体52内。流量检测部42，例如是在由硅或氧化铝等构成的厚度为0.4mm左右、2mm方的矩形基板上，把薄膜感温体与薄膜发热体相互绝缘而形成芯片状的部件。
翅片板44具有良好热传导性，同时还具有导电性，它是由例如铜、硬铝、铜钨合金等金属构成。
如图3所示，在流量检测单元4中，流量检测用翅片板44的一部分延伸而构成电极端子49。该电极端子49是连接构成流体判别电路的连接线的部件。与此相反，所述电极端子48是连接构成流量检测电路的连接线的部件。另外，与构成判别流体电路的连接线相连接的电极端子49，也可以不是使流量检测用翅片板44一部分延续而形成，而是与电极端子48是一样的结构，用接合线与流量检测用翅片板44连接(在这种情况下，能在翅片板44的一部分上突出形成接合线的连接区域)。
另外，对于流体温度检测单元6，相当于把上述流量检测单元4中的流量检测部42改换成采用流体温度检测部的单元。在流体温度检测单元6中，与流量检测单元4相对应的部件在同一符号上添上“′”来表示。流体温度检测部具有和从流量检测部42中除去薄膜发热体的同样结构。
从流量检测单元4和流体温度检测单元6的壳体52、52′突出的翅片板44、44′的端部，延伸到壳体2的流体流路3内。翅片板44、44′，在具有大致圆形的截面的流体流路3内，延伸到其截面的中央部。翅片板44、44′，由于是沿着流体流路3内的流体流通方向配置的，所以对流体流通不会有大的影响，在流量检测部42及流体温度检测部42′与流体之间能使热进行良好的传导。
图4是如上述流量计的电路结构图。
从电源电路72提供的稳定的直流，供给到电桥电路(检测电路)73。电桥电路73，包括流量检测用感温体31、温度补偿用感温体31′、电阻体74以及可变电阻体75。电桥电路73的a、b点的电位Va、Vb被输入到放大率可变的差动放大电路76。该差动放大电路76的输出被输入到积分电路77中。
另一方面，电源电路72的输出，通过用于控制向所述薄膜发热体33提供的电流的场效应型晶体管81供给薄膜发热体33。即，在流量检测部42中，根据薄膜发热体33的发热，通过翅片板44受到由被检测流体的吸热影响，由薄膜感温体31实行感温。而且作为该感温结果可以得到如图4所示的电桥电路73的a、b点的电位Va、Vb的差。
(Va-Vb)的值，对应于流体的流量，由流量检测用感温体31的温度变化而进行变化。以预先适当设定可变电阻体75的电阻值，把作为基准所要求的流体流量的情况下(Va～Vb)的值设定为零。在该基准流量中，差动放大电路76的输出为零，积分电路77的输出成为一定(与基准流量相对应的值)。另外，积分电路77的输出，以最小值为0V来进行电平调整。
积分电路77的输出，被输入到V/F转换电路78，在这里形成与电压信号相对应的频率(例如：最大5×10-5)脉冲信号。该脉冲信号的脉冲宽度(时间宽度)是一定的(例如：1～10微秒的要求值)。例如，当积分电路77的输出在1V时，输出频率为0.5KHz的脉冲信号，当积分电路77的输出在4V时，输出频率为2KHz的脉冲信号。
V/F转换电路78的输出，被提供给晶体管81的栅极。因此，通过向栅极输入了脉冲信号的晶体管81，使电流流向薄膜发热体33。于是，通过晶体管，电源电路72的输出电压的分压，以与积分电路77的输出值相对应的频率、以脉冲形式被施加在薄膜发热体33上，从而在该薄膜发热体33上间歇性地流过电流。这样，薄膜发热体33发热。V/F转换电路的78的频率，依照根据由基准频率发生电路80使温度补偿型晶体振子79的振荡、所设定的高精度时钟脉冲而设定。
因此，从V/F转换电路79输出的脉冲信号，由脉冲计数器82进行计数。微型计算机83，把由基准频率发生电路80发生的频率作为基准，根据脉冲计数的结果(脉冲频率)，换算成所对应的流量(瞬时流量)，并将该流量对时间进行累计从而计算出累计流量。
对于该流量的换算，是使用预先储存在存储器84内的与流量检测有关的所需要的流体检量线来进行。该检量线的一例出示在图5中。即，由对流体的每个流量测定从脉冲计数器82输出的脉冲频率，所得到的数据表作为检量线被储存在存储器84内。微型计算机83，在测定流量时把与从脉冲计数器82输出的脉冲频率相对应的检量线上的流量值作为测定值而指定。
如上述那样所得到的瞬时流量和累计流量的值，由显示部25显示，同时，通过由电话线路等其他网络构成的通讯线路向外部进行传送。另外，根据要求能够把瞬时流量及累计流量的数据储存在存储器84中。
当流体流量增加时，差动放大电路76的输出，对应(Va-Vb)的值，极性(根据流量检测用感温体31的电阻～温度特性的正负而不同)和大小发生变化，与此相应积分电路77的输出会发生变化。积分电路77的输出变化速度，根据设定差动放大电路76的放大率的设定能够进行调节。根据这些积分电路77和差动放大电路76来设定控制系统的响应特性。
在流体流量已增加的情况下，由于流量检测用感温体31的温度下降，所以能得到如同使薄膜发热体33的发热量增加(即，使脉冲频率)的积分电路77的输出(更高的电压值)，该积分电路的输出，在成为与流体流量相对应的电压的时刻，电桥电路73处于平衡状态。
另一方面，在流体流量已减少的情况下，由于流量检测用感温体31的温度上升，所以能得到如同使薄膜发热体33的发热量减少(即，使脉冲频率减少)的积分电路77的输出(更低的电压值)，该积分电路的输出，在成为与流体流量相对应的电压时刻，电桥电路73处于平衡状态。
即，在本实施例的控制系统中，为了使电桥电路73处于平衡状态而设定向薄膜发热体33提供的脉冲状电流的频率(与热量相对应)，实现这样的平衡状态(控制系统的响应)例如可以定在0.1秒以内。
在另一方面，电源电路72的输出，是通过高电阻值(例如10kΩ)的电阻体62及所述电极端子49′提供给所述流体温度检测用翅片板44′，所述流量检测用翅片板44，通过所述电极端子49接地。在电阻体62的两端连接有电压计64。由该电压计64所测定的电压，对应于在流体被导入到流体流路3内时在2个翅片板44、44′之间流体通过时流入电流的大小，而这些又与翅片板44、44′间的流体阻值相对应。包括这些在内构成了用于流量检测用翅片板44和流体温度检测翅片板44′之间导电性测定的电路。
电压计64的输出，通过A/D转换器66输入到所述微型计算机83内。对于所需要测定的对象流体，通过所述导电性测定电路应被测定的电压计64的输出值范围(以下称该范围)的数据被储存在所述存储器84内。该范围，是预先把所需要测定的对象流体导入到流体流路3内，并实测导电性测定电路的电压计64的输出值，考虑到必要的检测误差的范围，可适当地进行设置。举例来说，在所需要的测定的对象流体是生理盐水的情况下，设定3.2～3.6V作为该范围，在导电性测定电路中，对于民用水的电压计64的输出值是0.8～1.2V，而对于酒精或丙酮的电压计64的输出值是0.05V以下，在不是这些需要测定的对象流体的流体被错误地导入的情况下，能够判别需要测定的对象流体。
在本实施例中，在检测流体流量前，首先，在把流体导入流量计的流体流路3内的基础上，在停止流体流通的状态下来测定流体流路3内的流体导电性的程度(具体的讲就是电压计64的输出电压值)。而且，由微型计算机83，对从A/D转换器66输入的、表示流体导电性程度的电压值是否属于被储存在存储器84内的该范围(即，是在该范围内还是在该范围外)进行判定。当使用该判定判定了电压计64的输出电压值是在该范围内的情况下，可把导入到流体流路3内的流体看作是规定的测定对象流体，接下来把流体供给源中的流体提供到流体流路3内，一边进行所述的流量检测一边使流体进行流通。相反，当使用所述判定判定了电压计64的输出电压值在该范围外的情况下，就不把流体供给源中的流体提供到流体流路3内，并警告已导入到流体流路3内的流体不是规定的测定对象流体。这个警告，例如是在显示部25上显示的警告，并通过图中未示的警报装置来发出警报声来实行。上述的流体判别流程图表示在图6中。
因此，在本实施例中，通过每当变换流体供给源时所进行的流体判别，能够有效地防止使与所需要的测定对象流体有明显不同的导电性的流体(明显地不是所需要的测定对象流体)错误地流通。
另外，根据以上所述实施例，由于为了测定流量而使用由V/F转换电路78做成的脉冲信号，该脉冲信号能够容易地使根据温度变化而产生的误差变得足够小，所以就能够使根据脉冲频率所得到的流量值和累计流量值的误差足够小。另外，在本实施例中，由于对薄膜发热体33的通电控制是通过由V/F转换电路78作成的脉冲信号的开-关(ON-OFF)而构成，所以根据温度变化所产生的控制误差是非常小的。
另外，在本实施例中，作为流量检测部使用了包括薄膜发热体及薄膜感温体在内的微小芯片状的部件，所以能够实现上述那样的高速响应性并成为能精确测定流量的量好工具。
另外，在本实施例中，不管被检测流体的流量如何，由于薄膜发热体33周围的流量检测用感温体31的温度大体上维持一定，所以流量传感器单元的老化很少，另外还能够防止发生具有可燃性的被检测流体的着火爆炸。
如上述说明，根据本发明的流量计，由于是通过对用于流量检测的流量检测用热传导部件和流体温度检测用热传导部件之间的流体导电性进行测定来进行流体的判别，所以用简单的结构能防止使与所需要的测定对象流体有明显不同的导电性流体错误地通过。
Claims (4)
1.一种热式流量计，具有流量检测单元和流体温度检测单元；所述流量检测单元，把发热体、流量检测用感温体、向流体流路内延伸出的导电性的流量检测用热传导部件，以互相间能进行热传导的方式设置，通过由所述流量检测用热传导部件的与所述流体流路内流体的热交换，对应所述流体在所述流体流路内的流动，所述流量检测用感温体的电气特性值发生变化；所述流体温度检测单元，把流体温度检测用感温体和向所述流体流路内延伸出的导电性的流体温度检测用热传导部件，以互相间能进行热传导的方式设置，通过由所述流体温度检测用热传导部件的与所述流体流路内流体的热交换，对应所述流体温度，所述流体温度检测用感温体的电气特性值发生变化；
其特征在于：还具有包括所述流量检测用感温体以及所述流体温度检测用感温体进行所述流体检测的流量检测电路，测定所述流量检测用热传导部件与所述流体温度检测用热传导部件之间的导电性的检测导电性电路以及流体判别机构，所述流体判别机构根据所述流量检测电路的输出检测所述流体的流量，同时对应所述测定导电性电路的输出判别所述流体。
2.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于：所述流体的判别按下述方式进行：在所述流量检测用热传导部件与所述流体温度检测用热传导部件之间通过的电流，对于测定对象流体而言，当是在预先设定范围内的值时，所述流体被判定为是所述测定对象流体，而且当是在所述预先设定范围以外的值时，所述流体被判定为不是所述测定对象流体。
3.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于：所述流体的流量检测，依据包括所述流量检测用感温体和所述流体温度检测用感温体在内而形成的检测电路的输出和检量线来进行。
4.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于：在所述流量检测单元中的所述流量检测用热传导部件的一部分，构成用于检测所述导电性的检测导电性电路的电极端子，在所述流体温度检测单元中的所述流体温度检测用热传导部件的一部分，构成用于检测所述导电性的检测导电性电路的电极端子。
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