CN1546953A - 流量计 - Google Patents

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山岸喜代志
行
小池淳
光
高畑孝行
也
宫嵨浩光
古木慎也
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Abstract

根据使用包含旁热式流量传感器单元的发热体(33)的流量检测部以及包含作为结构电阻体的流体温度检测部的各感温体的电桥电路(73)的检测电路的输出，利用检量线得到流体流量值的流量计。电桥电路，通过串联连接的电阻体之间的连接端子中的任意一个与输出端子进行选择性连接的多路转换器(731)，使电路特性值多级变化。检量线与电路特性值的等级相对应地被设置为多个，与通过多路转换器选择的电路特性值等级相对应选择多个检量线中的任意一个。多个检量线中的每个都设定有测定的流量范围，根据得到的流体流量值控制多路转换器并使用与该流量值所属的流量范围对应的检量线。利用该流量计，能够在很宽的流量范围内进行良好精度的流量测定。

Description

流量计
本申请是题为《流量计》的CN00815184.9的分案申请。该在先申请是一份PCT申请，其国际申请号为PCT/JP00/07624，国际申请日为2000.10.30，优先权日和相应的在先申请号为：
1999.10.29，JP 1999-309007；
1999.12.9， JP 1999-350363；
1999.12.28  JP 1999-373631；
2000.2.16， JP 2000-37974；
2000.3.16， JP 2000-74634；
并于2002.4.29以上述中国申请号进入中国国家阶段。
技术领域
本发明属于流体流量检测技术，特别是涉及用于测量管道内流动的流体的流量或者累积计算流量的流量计。而且，本发明特别是涉及旁热式等热式流量计。并且，本发明涉及具有流体温度补偿功能的热式流量计。
背景技术
以前，作为测定各种流体特别是液体的流量(或者流速)的流量计[流量传感器](或者流速计[流速传感器])，虽使用有各种各样的形式的流量计，但是出于容易实现低价格化的理由，而使用所谓的热式(特别是旁热式)的流量计。
作为这种旁热式流量计，使用的是利用薄膜技术把薄膜发热体和薄膜感温体通过绝缘层层压在基板上而构成的传感器芯片，以能够与管道内的流体之间进行传热的方式进行设置的结构。通过在发热体上通电而加热感温体，使该感温体的电气特性例如电阻的值发生变化。该电阻值的变化(基于感温体的温度上升)，对应于在管道内流动的流体的流量(流速)而变化。这是由于发热体的发热量中的一部分被传递到流体中，向该流体中扩散的热量对应于流体的流量(流速)而变化，随之向感温体供给的热量发生变化，从而该感温体的电阻值发生变化。该感温体的电阻值的变化，也随流体温度而不同，因此，在测定上述感温体电阻值变化的电路中装入用于温度补偿的温敏元件，以尽可能减少由于流体的温度所产生的流量测定值的变化。
关于这样的采用薄膜元件的旁热式流量计，例如在特开平11-118566号公报上有记载。在该流量计中，使用包含电桥电路的电路(检测电路)，通过这种电路可得到与流体流量对应的电气输出。
但是，该流量计的电路的输出一般和流量值没有单纯的比例关系，在流量值小的区域，相对于流量变化的电路输出的变化较大，但是在流量值大的区域，相对于流量变化的电路输出的变化较小。因此，具有即使在小流量区域，根据电路输出的变化所测定的流量值几乎没有误差，而在大流量区域误差会变大(即，测定时能够严格区分的流量差的比例变大)的问题。
以前，为了处理这样的问题，准备多个流量范围比较窄的流量计，在每个流量范围区域内适当设定电路的特性值。因此，有就各个流量计来看，流量测定的动态范围小，使旁热式流量计的应用范围受到限制这样的问题。
所以，本发明的目的在于提供一种能够在较宽的流量范围内以良好的精度进行流量测定的旁热式流量计。
另外，在该特开平11-118566号公报上记载的流量计中，与流量变化相对应，通过改变施加在发热体上的电压来改变该发热体的发热状态，使感温体维持规定的温度(加热状态)，根据这时施加在发热体上的电压得到流量值。
但是，使用流量计的环境温度范围很宽，例如在寒冷地区使用的情况下，有时流量计的温度为5℃以下，在温暖地区使用的情况下，有时流量计的温度为35℃以上。而且，即使在同一地区使用的情况下，根据昼夜的差别等，流量计的环境温度也不同。因此，有在如上述那样根据施加在发热体上的电压获得流量值时，由于流量计的电路特性随着温度变化而变化而引起的测定值随着环境温度变化的问题。
本发明改善对上述的旁热式流量计中发热体的施加电压的控制，不使电路构造复杂化而实现高精度以及高控制响应性。
另外，本发明防止上述旁热式流量计的测定值随环境温度而发生的变化，实现流量计进一步的高精度化。
另外，在用上述热式流量计进行流量检测时，随着被检测流量的流体的温度的变化会产生下面的问题。
例如，在通过管道从设置在室外的煤油箱向设置在室内的煤油燃烧器具流入煤油，而流量计设置在管道的室内部的情况下，在室外的气温和室内的温度差别很大(例如冬季有时甚至会有相差20℃左右的情况)时，在开始使用煤油燃烧器具时，虽然最初留在管道室内部的煤油通过流量计，但是在煤油流通一定量后，开始使用时存在于管道室外部的煤油就到达流量计、进行流量检测。
然而，内装有组装在流体流量检测电路中的温度补偿用温敏元件的、用于流体温度检测的单元，与用于流体流量检测的单元被设置在不同位置的情况很多，而且即使接近设置，但实际上流体流量检测单元的用于流体流量测定而进行热交换的部分和流体温度检测单元的用于流体温度测定而进行热交换的部分也被隔开，在这种情况下，如上所述的那样，向流量计流入温度急剧变化的流体，则就会出现与流体温度检测单元进行热交换时的流体温度和与流体流量检测单元进热交换时的流体温度暂时不同的状态，就不能进行正确的温度补偿，流量检测的精度降低。
因而，本发明的目的在于提供一种即使流入的流体的温度急剧变化，也能够进行正确的流体温度补偿，进行正确的流量检测的流量计。
发明内容
根据本发明，作为实现上述目的流量计，为具有包含发热体和流量检测用感温体的流量检测部与流量检测用传热部件接合的旁热式流量传感器单元，根据使用包含所述流量检测用感温体作为结构电阻体的电桥电路的检测电路的输出，利用检量线得到流体流量值的流量计；其特征在于，
所述电桥电路，具有使其电路特性值多级变化的电路特性值变化驱动手段；
所述检量线与所述电路特性值的等级相对应地设置多个，与通过所述电路特性值变化驱动手段选择的电路特性值等级相对应地选择所述多个检量线中的任意一个；
所述多个检量线中的每个都设定有应测定的流量范围，由这些多个流体流量范围覆盖全部测定流量范围，对应于所得到的流体流量值来控制所述电路特性值变化驱动手段，使用与该流量值所属的流量范围对应的所述检量线。
在本发明的一实施例中，在所述流量范围中相邻接的部分之间，有一部分重叠，从与这一部分重叠的2个流量范围相对应的2个检量线中的一个向另一个的选择转换，在所述的一个流量范围的端部进行。
在本发明的一实施例中，所述流量传感器单元，进而具有包含流体温度检测用感温体的流体温度检测部和与该流体温度检测部接合的流体温度检测用传热部件，所述电桥电路包含所述流体温度检测用感温体作为结构电阻体。
在本发明的一实施例中，所述电路特性值变化驱动手段，为对设置在所述电桥电路上的、串联连接的多个电阻体的相邻电阻之间的连接端子中的任意一个，与该电桥电路的输出端子进行选择性连接的多路转换器。
在本发明的一实施例中，所述电路特性值变化驱动手段，为对设置在所述电桥电路上的、串联连接的多个电阻体中的至少1个，与分别并联连接的旁路的开关进行开闭的结构。在本发明的一实施例中，所述开关，利用的是场效应晶体管。
另外，根据本发明，作为实现上述目的流量计，为具有包含发热体和被设置为可受该发热体发热的影响、且能够与流体之间进行传热的流量检测用感温体的流量检测电路，
通过所述发热体的施加电压来控制该发热体的发热，根据所述流量检测电路的输出来控制对所述发热体的施加电压，根据该施加电压来测定所述流体的流量的热式流量计；其特征在于，
对所述发热体的施加电压，由按每个规定期间设定、在该规定期间内值保持不变的基础电压和为一定值的施加时间可变的加法电压的总合构成，
具有将所述流量检测电路的输出与基准值相比较的比较器，从该比较器输出由表示所述感温体的加热不足的第1电平和表示除此之外的第2电平构成的双值信号，
按照规定周期对所述比较器输出的双值信号取样，对在每个所述规定期间得到的所述第1电平的次数进行计数，从而获得在该规定期间内的计数值，在该计数值为预先决定的规定范围内的情况下，在持续的规定期间内不进行所述基础电压的值的变更，而在所述计数值比所述规定范围的上限大的情况下，在持续的规定期间内仅使所述基础电压上升预先决定的阶梯值，在所述计数值比所述规定范围的下限小的情况下，在持续的规定期间内仅使所述基础电压降低所述阶梯值，
仅在所述比较器的输出双值信号为所述第1电平期间，施加所述加法电压。
在本发明的一实施例中，所述加法电压为所述基础电压的阶梯值的2～4倍。另外，在本发明的一实施例中，所述计数值的规定范围，以比所述规定期间内的取样次数的1/2小且比0大的值作为下限值，以比所述规定期间内的取样次数的1/2大且比所述取样次数小的值作为上限值。
另外，根据本发明，作为实现上述目的流量计，为具有包含发热体和被设置为可受该发热体发热的影响、且能够与流体之间进行传热的流量检测用感温体的流量检测电路，
通过所述发热体的施加电压来控制该发热体的发热，根据所述流量检测电路的输出来控制对所述发热体的施加电压，根据该施加电压来测定所述流体的流量的热式流量计；其特征在于，
对所述发热体的施加电压，由按每个规定期间设定、在该规定期间内值保持不变的基础电压和为一定值的施加时间可变的加法电压的总合构成，
具有将所述流量检测电路的输出与基准值相比较的比较器，从该比较器输出由表示所述感温体的加热不足的第1电平和表示除此之外的第2电平构成的双值信号，
按照规定周期对所述比较器输出的双值信号取样，对在每个所述规定期间得到的所述第1电平的次数进行计数，从而获得在该规定期间内的计数值，在该计数值为预先决定的规定范围内的情况下，在持续的规定期间内不进行所述基础电压的值的变更，而在所述计数值比所述规定范围的上限大的情况下，在持续的规定期间内仅使所述基础电压上升预先决定的阶梯值，在所述计数值比所述规定范围的下限小的情况下，在持续的规定期间内仅使所述基础电压降低所述阶梯值，
仅在所述比较器的输出双值信号为所述第1电平期间，施加所述加法电压，
采用由以离散的温度值表示的发热体的施加电压和瞬时流量的关系的多个单独检量线构成的瞬时流量换算图表，进行数据插补运算，从而获得环境温度下的瞬时流量值。
在本发明的一实施例中，各个所述单独检量线，按照向所述发热体施加电压所得到的值中的离散的值作成，在获取所述瞬时流量值时进行数据插补运算，得到与对发热体的施加电压值相对应的瞬时流量值。在本发明的一实施例中，所述离散的值，为对所述发热体的施加电压所得到的数字值的2进制数值前位相同的值中的最小值，在进行所述数据插补运算时，对于对所述发热体的施加电压值与所述2进制数值前位相同的第1离散值，和所述2进制数值前位比对所述发热体的施加电压值仅大1的第2离散值，利用所述单独检量线得到与这些值对应的瞬时流量值。
在本发明的一实施例中，所述加法电压为所述基础电压的阶梯值的2～4倍。在本发明的一实施例中，所述计数值的规定范围，以比所述规定期间内的取样次数的1/2小且比0大的值作为下限值，以比所述规定期间内的取样次数的1/2大且比所述取样次数小的值作为上限值。
另外，根据本发明，作为实现上述目的流量计，为具有包含发热体和流量检测用感温体的流量检测部与流量检测用传热部件接合的旁热式流量传感器单元，根据包含所述流量检测用感温体的检测电路的输出、利用检量线得到流体流量值的流量计；其特征在于，
所述检量线，由与所述检测电路的输出值的3个区域相对应的3个部分构成，这3个部分别以所述检测电路的输出为变量，用相互之间仅系数不同的4次函数表示，利用与所述检测电路的输出值所属的所述区域相对应的所述检量线部分得到流体流量值。
在本发明的一实施例中，所述检量线以流体流量为f，以所述检测电路的输出为v，以a1、b1、c1、d1、e1，a2、b2、c2、d2、e2，a3、b3、c3、d3、e3为系数，用
f＝a1v4+b1v3+c1v2+d1v+e1(0≤v＜v1)
f＝a2v4+b2v3+c2v2+d2v+e2(v1≤v＜v2)
f＝a3v4+b3v3+c3v2+d3v+e3(v2≤v)表示。
在本发明的一实施例中，所述检测电路，是采用由电桥电路构成的电路。在本发明的一实施例中，所述流量传感器单元，进而具有包含流体温度检测用感温体的流体温度检测部和与该流体温度检测部接合的流体温度检测用传热部件，所述检测电路也包含所述流体温度检测用感温体。
另外，根据本发明，作为实现上述目的流量计，是一种具有流体温度补偿功能的热式流量计，为包括：形成有从流体流入口延伸到流体流出口的流体流通通道的壳体部件，和安装在该壳体部件上的、通过与所述流体流通通道内的流体的热量的授受、与所述流体在所述流体流通通道内的流通相对应地变化电气特性值的流量检测单元，以及安装在所述壳体部件上的、通过与所述流体流通通道内的流体的热量的授受、与所述流体的温度相对应地变化电气特性值的流体温度检测单元；所述流体流量的检测也根据所述流体温度检测单元的电气特性值来进行的热式流量计；其特征在于，
在比进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置以及进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处于所述流体流通的上游处，在所述流体流通通道上，形成有是进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置或者进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处的流通截面积的5倍以上、最好10倍以上的流通截面积的流体滞留区域。
并且，根据本发明，作为实现上述目的流量计，是一种具有流体温度补偿功能的热式流量计，为包括：形成有从流体流入口延伸到流体流出口的流体流通通道的壳体部件，和安装在该壳体部件上的、通过与所述流体流通通道内的流体的热量的授受、与所述流体在所述流体流通通道内的流通相对应地变化电气特性值的流量检测单元，以及安装在所述壳体部件上的、通过与所述流体流通通道内的流体的热量的授受、与所述流体的温度相对应地变化电气特性值的流体温度检测单元；通过包含所述流量检测单元和所述流体温度检测单元的检测电路进行补偿了流体温度的流量检测的热式流量计；其特征在于，
在比进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置以及进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处于所述流体流通的上游处，在所述流体流通通道上，形成有流体流通速度为进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置或者进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处的流体流通速度的1/5以下、最好1/10以下的流体滞留区域。
在上述的本发明的一实施例中，所述流体滞留区域的容积，为进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置或者进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处的流体流通方向的单位长度的容积的50倍以上。
在本发明的一实施例中，所述流体流通通道，由与所述流体流入口相连的流通通道第1部分和与所述流体流出口相连、进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受并进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的流通通道第2部分构成，所述流体滞留区域，位于所述流通通道第1部分和所述流通通道第2部分之间，所述流通通道第1部分的流通截面积比所述流体滞留区域的流通截面积小。
在本发明的一实施例中，所述流通通道第2部分，在进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置以及进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处，具有与所述流体滞留区域平行延伸的部分。
在本发明的一实施例中，在所述流体滞留区域和所述流通通道第2部分的连通部夹入过滤器。在本发明的一实施例中，所述壳体部件为金属制品。在本发明的一实施例中，所述流量检测单元，为能够使发热体、流量检测用感温体和向所述流体流通通道内延伸的流量检测用传热部件相互传热地配置而形成的单元，所述流体温度检测单元，为能够使流体温度检测用感温体和向所述流体流通通道内延伸的流体温度检测用传热部件相互传热地配置而形成的单元。
附图说明
图1为表示本发明流量计的一实施例的电路构成图。
图2为表示本发明流量计的一实施例的局部构成图。
图3A以及图3B为表示本发明流量计的一实施例的流量传感器单元的模式剖视图。
图4为本发明流量计的一实施例的流量传感器单元的立体图。
图5A以及图5B为表示图3A以及图3B所示的流量传感器单元的变形例的模式剖视图。
图6为表示流量检测部结构的分解立体图。
图7为表示流体温度检测部的构造的分解立体图。
图8为表示本发明流量计的检量线的一例示图。
图9为表示本发明的流量计的其它实施例的电路部构成图。
图10为表示本发明的流量计的一实施例的电路图。
图11为图10的电路图的部详图。
图12为图10的电路图的部详图。
图13为流量计的流量检测部的剖视图。
图14为流量检测单元的剖视图。
图15为用于说明加热器电压控制的时间图。
图16为表示加热器电压的变化和流量值的计算的时间图。
图17为表示本发明流量计的一实施例的电路图。
图18为图17的电路图的部详图。
图19为瞬时流量换算图表的说明图。
图20为用于流量计的流量累积运算电路的动作说明流程图。
图21为表示流量计的误差测定数据图。
图22为表示基于本发明流量计的流量检测系统的模式图。
图23为基于本发明流量计的流量检测单元的剖视图。
图24为表示本发明流量计的检量线的一例示图。
图25为表示本发明流量计的一实施例的剖视图。
图26为本发明流量计的一实施例的局部剖视图。
图27为本发明流量计的一实施例的主视图。
图28为本发明流量计的一实施例的右视图。
图29为本发明流量计的一实施例的除去盖部件后的仰视图。
图30为本发明流量计的一实施例的左视图。
图31为本发明流量计的一实施例的俯视图。
图32为表示本发明流量计的实施例的流量检测系统的模式图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施例。
图1为表示本发明流量计的一实施例的电路构成图，图2为其局部构成图。图3A以及图3B为表示本实施例的流量传感器单元模式剖视图，图3A表示的是安装在具有流体流通通道的流通通道部件上的状态，图3B表示的是图3A的流量传感器单元的X-X截面。图4为本实施例流量传感器单元的立体图。图5A以及图5B为表示图3A以及图3B所示的流量传感器单元的变形例的模式剖视图，图5B表示图5A的X-X截面。图6为表示流量检测部结构的分解立体图，图7为表示流体温度检测部结构的分解立体图。
首先，参照图3A-图7说明本实施例的流量传感器单元的结构。如图3A以及图3B所示，流量检测部5被接合在作为流量检测用传热部件的散热片6的表面上，流体温度检测部9被接合在作为流体温度检测用传热部件的散热片10的表面上。这些流量检测部5、流体温度检测部9以及散热片6、10的一部分被收容在外壳2内。
流量检测部5，如图6所示，由在例如硅或者铝等构成的厚度为0.4mm左右、2mm左右见方的矩形基板30上，顺序层压流量检测用薄膜感温体31、层间绝缘膜32、薄膜发热体33以及用于该发热体的电极34、35和保护膜36，并形成包覆流量检测用薄膜感温体31的结合部以及发热体电极34、35的垫片层37的芯片状的部件构成。
薄膜感温体31，可以采用例如以膜厚为0.5～1μm左右、以规定形状例如为蛇爬行的形状形成图案的白金(Pt)或镍(Ni)等温度系数大且稳定的金属电阻膜。或者也可以采用由氧化锰类NTC热敏电阻构成的部件。层间绝缘膜32以及保护膜36，可以采用例如膜厚为1μm左右的由SiO2构成的部件。薄膜发热体33，可以采用例如以膜厚为1μm左右、以规定形状形成图案的电阻体，例如由Ni、Ni-Cr、Pt或者Ta-SiO2、Nb-SiO2等金属陶瓷构成的部件。发热体电极34、35，可以采用例如膜厚为1μm左右的由Ni构成的部件或者在此基础上层压膜厚为0.5μm左右的金(Au)薄膜的部件。垫片层37，可以采用例如由长宽为0.2mm*0.15mm、厚度为0.1μm左右的Au薄膜或者Pt薄膜构成的部件。
流体温度检测部9，如图7所示，具有与从流量检测部5去除薄膜发热体33等后相同的结构，即，由在与上述基板30同样的基板30′上，顺序层压与上述流体温度检测用薄膜感温体31同样的流体温度检测用薄膜感温体31′以及与上述保护膜36同样的保护膜36′，并形成包覆流体温度检测用薄膜感温体31′的结合部的垫片层37′的芯片状的部件构成。
散热片6、10的一边的端部的一个面和流量检测部5、流体温度检测部9的基板30、30′一侧的面，通过传热性良好的接合材料接合在一起。作为散热片6、10，可以采用由例如铜、硬铝、铜-钨合金构成，厚度为0.2mm、宽度为2mm左右的矩形的材料，作为接合材料可以采用例如银胶。
如图3A以及图3B所示，传感器单元的外壳2被收容于在流通通道部件14上形成的传感器单元配置部内，散热片6、10的另一边的端部一直伸出到在流通通道部件14内部形成的流体流通通道13中。该散热片6、10在具有近似圆形截面的流体流通通道13内，穿过该截面内的中央部延伸设置。由于散热片6、10沿着流体流通通道13内的流体的流通方向(图1中用箭头表示)配置，所以不会对流体流通造成很大的影响，能够良好地进行流量检测部5以及流体温度检测部9和流体之间的传热。
外壳2以及流通通道部件14可以用合成树脂形成。流量检测部5以及流体温度检测部9的各电极端子(垫片)分别通过Au丝8、12连接在各导线7、11的内导线部(外壳内的部分)上。各导线7、11向外壳2外伸出、部分露出到外壳外，形成外导线。
并且，虽然在图3A以及图3B中，外壳2通过树脂充填封装着流量检测部5、流体温度检测部9、散热片6、10的一部分以及内导线部，但是也可以如图5A以及图5B的变形例所示的那样，在外壳22内形成空间23。
下面，参照图1以及图2说明具有上述传感器单元的本实施例的流量计的电路构成。
如图1所示，采用交流100V作为供电电源，通过直流转换电路71，输出+15V、-15V、+5V的直流。将从直流转换电路71输出的直流+15V输入到电压稳定电路72。
从电压稳定电路72供给的稳定直流，被供给到电桥电路73。电桥电路73，如图2所示，包含流量检测用感温体31和电阻74、90的串联连接，和温度补偿用感温体31′和电阻体75、R1～R7的串联连接。在电桥电路73内设有作为电路特性值变化驱动手段的多路转换器731，通过它可以将连接端子b和电阻体75、R1～R7的相邻电阻之间的连接端子c1～c8选择性地连接。通过该连接端子c1～c8的选择能够使电桥电路73的特性值多级变化。电桥电路73的a、b点的电位Va、Vb被输入到放大系数可变的差动放大电路76中。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，电压稳定电路72的输出，通过控制向上述薄膜发热体33供给的电流的场效应晶体管81，被供给到薄膜发热体33。即，在流量检测部5，根据薄膜发热体33的发热，通过散热片6受到被检测流体的吸热的影响，利用薄膜感温体31实行感温。然后，作为该感温的结果，得到图2所示的电桥电路73的a、b点的电位Va、Vb的差。
由于流量检测用感温体31以及流体温度检测用薄膜感温体31′的温度随着流体的流量而变化，所以(Va-Vb)的值发生变化。通过多路转换器731与端子b连接，可以对应于端子c1～c8的任意一个，使在不同的流体流量下的(Va-Vb)的值为零。在这些流量下，差动放大电路76的输出为零，而积分电路77的输出为一定。
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对应的频率(例如最大至5×10-5)的脉冲信号。该脉冲信号的脉冲宽度(时间宽度)为一定(例如1～10微秒的希望值)。例如，在积分电路77的输出为1V的情况下，输出频率为0.5kHz的脉冲信号，积分电路77的输出为4V的情况下，输出频率为2kHz的脉冲信号。包含上述的电桥电路73、差动放大电路76、积分电路77以及V/F转换电路78，构成检测电路。
V/F转换电路77的输出被供给到晶体管81的栅极。这样，电流就通过向栅极输入有脉冲信号的晶体管81，在薄膜发热体33中流动。因此，电压稳定电路72的输出电压的分压就通过晶体管81按照和积分电路77的输出值相对应的频率以脉冲形式施加在薄膜发热体33上，电流间歇地在该薄膜发热体33上流动。这样使薄膜发热体33发热。V/F转换电路77的频率，基于利用基准频率发生电路80根据温度补偿式水晶振子79的振荡所设定的高精度时钟脉冲而设定。
然后，从V/F转换电路77输出的脉冲信号，由脉冲计数器82计数。微型计算机83，以利用基准频率发生电路80产生的频率为基准，根据脉冲计数的结果(脉冲频率)，对应的流量(瞬时流量)进行换算，通过将该流量按时间累积算计算、算出积算流量。
另一方面，如图2所示，通过多路转换器731的连接端子b与连接端子c1～c8的连接的选择，通过微型计算机83进行控制。利用该微型计算机83进行的连接端子c1～c8的选择以及对上述流量的换算，按下述进行。
即，用于换算流量的检量线被存储在存储器84中。图8出示了该检量线的一例。该检量线由S1、S2、S3…构成，这些检量线，对应于在分别选择多路转换器731的连接端子c1、c2、c3…时的电路特性值阶段使用。这些检量线S1、S2、S3…，为预先以连接端子b分别和连接端子c1、c2、c3…选择性地连接的状态，通过测定在流体的各流量下脉冲计数器82的输出(脉冲频率)而得到的数据图表。
图8中，检量线S1主要在为测定流量范围0～F12而选择多路转换器731的连接端子c1时使用，S2主要在为测定流量范围F11～F22而选择多路转换器731的连接端子c2时使用，S3主要在为测定流量范围F21～F32而选择多路转换器731的连接端子c3时使用，以下同样。这里，如图所示，F11＜F12＜F21＜F22＜F31＜F32，流量值F11和检量线S1、S2的输出值f111、f112分别对应，流量值F12和检量线S1、S2的输出值f121、f122分别对应，流量值F21和检量线S2、S3的输出值f211、f212分别对应，流量值F22和检量线S2、S3的输出值f221、f222分别对应，以下同样。即，流量范围中相邻的范围之间一部分相互重叠，整个测定流量范围被这些流量范围所覆盖。
在微型计算机83中，在进行被检测流体的流量测定时，首先对多路转换器731发出进行测定某流量范围的连接端子cn的选择的指令[例如，发出进行测定流量范围F11～F22的连接端子c2的选择指令]。然后，根据从计数器82得到的脉冲频率，利用检量线Sn[例如检量线S2]换算成流量。然后，在这样得到的流量值处于与选择的连接端子cn相对应的流量范围[例如F11～F22]内的情况下，将利用多路转换器731进行的连接端子cn[例如c2]的选择保持不变。
另一方面，在得到的流量值处于与选择的连接端子cn相对应的流量范围[例如F11～F22]之外的情况下，对多路转换器731发出进行测定所得到的流量值所属的流量范围[例如F21～F32]的连接端子cm[例如c3]的选择的指令。然后，同样根据从计数器82得到的脉冲频率，这次利用检量线Sm[例如S3]换算成流量。然后，这样在得到的流量值处于与选择的连接端子cm相对应的流量范围[例如F21～F32]内的情况下，将利用多路转换器731进行的连接端子cm的选择保持不变，在得到的流量值处于与选择的连接端子cm相对应的流量范围[例如F21～F32]之外的情况下，与上述同样地对多路转换器731发出进行测定得到的流量值所属的流量范围的连接端子的选择的指令。
以下同样，微型计算机83一直根据得到的测定流量值，为能够进行该流量值的测定、得到所决定的电路特性，对多路转换器731(具体是进行连接端子的选择)进行控制，该控制对实现利用规定的检量线的流量值测定发挥作用。
在继续流量测定过程中产生流量变化，从与选择的检量线相对应的流量范围偏离的情况下，向与相邻且一部分重叠的流量范围相对应的检量线进行检量线选择的切换(通过对多路转换器731的控制进行的连接端子选择的切换)。因此，用于相邻的流量范围的检量线之间的选择切换，如图8中的箭头所示，在各流量范围的端部具有方向性地进行(例如，流量值F21仅进行从检量线S3向检量线S2的切换，流量值F22仅进行从检量线S2向检量线S3的切换)。通过这样进行，在切换流量值附近产生流量变化的情况下，也不会频繁地进行检量线的选择切换，能够确保测定的稳定性。
如图8所示，各检量线在主要利用的流量范围内适度地倾斜(输出脉冲频率变化相对于流量变化的比例)，实现了相对于输出变化的适当的流量变化。因此，利用由各检量线的各规定的流量范围的部分构成的检量线S(在图8中用实线表示)来进行控制的上述实施例的流量计，能够在较宽的流量范围内以良好的精度进行流量测定。
当流体流量增减时，差动放大电路76的输出就根据(Va-Vb)的值改变极性(随着流量检测用感温体31的电阻-温度特性的正负而有所不同)以及大小，根据其改变，积分电路77的输出变化。积分电路77的输出变化的速度，能够根据差动放大电路76的放大率的设定而进行调节。通过这些积分电路77和差动放大电路76来设定控制系统的响应特性。
由于在流体流量增加的情况下，流量检测用感温体31的温度降低，所以能够得到使薄膜发热体33的发热量增加(即，脉冲频率增加)的积分电路77的输出(更高的电压值)，在该积分电路输出成为与流体流量相对应的电压时，电桥电路73成为平衡状态。
另一方面，由于在流体流量减少的情况下，流量检测用感温体31的温度上升，所以能够得到使薄膜发热体33的发热量减少(即，脉冲频率减少)的积分电路77的输出(更低的电压值)，在该积分电路输出成为与流体流量相对应的电压时，电桥电路73成为平衡状态。
即，在本实施例的控制系统中，设定向薄膜发热体33供给的脉冲状电流的频率(与热量相对应)，以便使电桥电路73成为平衡状态，这样的平衡状态的实现(控制系统的响应)能够在例如0.1秒内完成。
因此，本实施例的流量计，由于即使检测的流量值在较宽的范围内变化、超出各流量范围，也能够立即进行与检测流量值所属的流量范围对应的适当的电桥电路特性的设定，为此能够高精度地进行流量测定。
如上进行所得到的瞬时流量以及积算流量的值，在利用显示部25显示的同时，还可通过由电话线路或其它网络构成的通信线路向外部传送。而且，根据要求能够将瞬时流量和积算流量的数据储存在存储器84中。
85为后备电源(例如电池)。
根据上述的实施例，由于为测定流量而利用由V/F转换电路78产生的脉冲信号，很容易地使该脉冲信号随温度变化的误差非常小，所以能够减小根据脉冲频率得到的流量值以及累积计算流量值的误差。另外，在本实施例中，由于向薄膜发热体33的通电的控制，是通过基于V/F转换电路78产生的脉冲信号的开-关进行，所以随着温度变化产生的控制误差极小。
另外，在本实施例中，由于采用包含薄膜发热体以及薄膜感温体的微小芯片状的部件作为流量检测部，所以能够使上述那样的高速响应性得以实现，使流量测定的精度良好。
图9为表示本发明的流量计的其它实施例的电路的部分结构图。在本图中，对与上述图1～8所示的具有相同功能的部件以及部分赋予相同的符号。本实施例和上述图1～8的实施例相比，虽然包含电路特性值变化驱动手段的电桥电路73的构成不同，但是其它部分本质上与图1～8的实施例相同。
在本实施例中，电桥电路73如图9所示，包含流量检测用感温体31与电阻体74的串联连接，和温度补偿用感温体31′与电阻体75、r0～r3的串联连接。电路特性值变化驱动手段，由对包含与设置在电桥电路中的串联连接的电阻体r1～r3分别并联连接的场效应型晶体管FET1～FET3(开关手段)的旁路开关进行开关的部分构成。即，在场效应型晶体管FET1～FET3的栅极上，从由微型计算机83控制的开关电路732的各开关端子SW1～SW3输入开关信号。作为场效应型晶体管FET1～FET3，采用开关导通时的源-漏间电阻值与r1～r3相比都非常低(例如几十mΩ)的、开关切断时的源-漏间电阻值与r1～r3相比都非常高(例如几MΩ)的部件。这样，电桥电路73中的含旁路的电阻r0～r3的串联连接的部分的合成电阻值，例如当r0＝10Ω，r1＝10Ω，r2＝20Ω，r3＝40Ω时，则根据从开关端子SW1～SW3输出的开关信号为导通(例如4V)或者为切断(例如0V)，成为如下述的表1所示。
[表1]
  SW3   SW2   SW1     r0～r3串联连接部的合成电阻值
  导通   导通   导通     10Ω
  导通   导通   切断     20Ω
  导通   切断   导通     30Ω
  导通   切断   切断     40Ω
  切断   导通   导通     50Ω
  切断   导通   切断     60Ω
  切断   切断   导通     70Ω
  切断   切断   切断     80Ω
通过如上述那样利用微型计算机83控制从开关电路732的各开关端子SW1～SW3输出的开关信号的组合，能够与上述图1～8说明的实施例相同地使电桥电路的特性值多级变化，同样地进行流量测定。
图10为表示本发明流量计的一实施例的电路图，图11以及图12为其部分详图。而且，图13为本实施例流量计的流量检测部分的剖视图，图14为流量检测单元的剖视图。
如图13所示，在由铝等传热性良好的材质构成的壳体部件20上形成有流体流通通道20a。流通通道20的下侧部分与未图示的流体流入口连接，上侧部分与未图示的流体流出口连接，从流体流入口流入的流体向上流过流通通道20a、从流体流出口流出(流通方向用箭头表示)。
在壳体部件20上，紧靠着流通通道20a安装着流量检测单元24以及流体温度检测单元26。如图14所示，在流量检测单元24上，流量检测部42，通过传热性良好的接合材料46被接合在作为传热部件的散热片44的表面上，流量检测部42的电极垫片和电极端子48通过接合线50连接，流量检测部42以及接合线50和散热片44的一部分以及电极端子48的一部分被收容在合成树脂制的外壳52内。流量检测部42，由在例如硅或者铝等构成的厚度为0.4mm左右、2mm左右见方的矩形基板上，将薄膜感温体以及薄膜发热体相互绝缘形成的芯片状的部件构成。
并且，流体温度检测单元26相当于取代在上述流量检测单元24中的流量检测部42而采用流体温度检测部的部分。在流体温度检测单元26中与流量检测单元24相对应的部件，在相同的符号上附加“′”表示。流体温度检测部具有与从流量检测部42去掉薄膜发热体后的相同的结构。
如图13所示，从流量检测单元24以及流体温度检测单元26的外壳52、52′凸出的散热片44、44′的端部，伸到壳体部件20的流通通道20a内。散热片44、44′在具有近似圆形截面的流通通道部8内延伸至穿过该截面的中央部。由于散热片44、44′沿着流通通道20a内的流体的流通方向配置，所以不会对流体流通造成很大的影响，能够在流量检测部42以及流体温度检测部42′与流体之间很好地传递热量。
流量检测单元24以及流体温度检测单元26的电极端子48、48′的前端部，穿过安装在壳体部件20上的电路基板60，与在该电路基板60上形成的流量计电气电路部连接。在壳体部件20上安装着防护罩62，利用它保护电路基板60。
如图10所示，从基准电源电路102向传感器电路(检测电路)104供给直流电压。传感器电路104如图12所示，由电桥电路构成。该电桥电路104包括流量检测单元24的流量检测用薄膜感温体104-1和流体温度检测单元26的流体温度补偿用薄膜感温体104-2和电阻体104-3、104-4。电桥电路104的a、b点的电位Va、Vb被输入到差动放大电路(放大器)106，该差动放大电路106的输出被输入到比较器108。从该比较器108将放大器106的输出电压信号和基准电压(Vref)的比较结果作为双值信号输出，在放大器106的输出电压信号比基准电压(Vref)低的情况下输出低(L)电平[第1电平]，在相同或者高的情况下，输出高(H)电平[第2电平]。
另一方面，从基准电源电路102输出的直流电压，如图10所示，通过用来控制向上述流量检测单元24的薄膜发热体112供给电流的晶体管110，被供给到薄膜发热体112。即，在流量检测部24中，根据薄膜发热体112的发热，通过散热片44受到被检测流体吸热的影响，利用薄膜感温体104-1实行感温。然后，作为该感温的结果，得到图12所示的电桥电路104的a、b点的电位Va、Vb的差。
通过流量检测用感温体104-1的温度对应流体的流量而发生的变化，(Va-Vb)的值会发生变化。通过预先适当设定电桥电路104的特性、适当设定比较器108的基准(Vref)，薄膜感温体104-1的加热状态为在所规定的情况(即，薄膜感温体104-1的温度为规定值的情况)下，放大器106的输出电压信号可以成为比较器基准电压(Vref)。换言之，比较器基准电压(Vref)，以与在薄膜感温体104-1处于规定的加热状态时从放大器106得到的输出电压的值相同的形态被设定。
当增减流体流量时，比较器108的输出就发生变化。利用该比较器108的输出，控制薄膜发热体(传感器用加热器)112的发热。为了控制该薄膜发热体112的发热并进行流量运算，而使用CPU120。如图10所示，比较器108的输出，通过PLD122被输入到CPU120的加热器控制电路124。该加热器控制电路124的输出通过D/A转换器128变化为模拟信号，输入到放大器130，该放大器130的输出电压信号被输入到上述晶体管110的基极。另一方面，信号从加热器控制电路124向CPU120内的流量积算运算电路132传递，运算结果等从该流量积算运算电路132输出到显示部134，在显示部134进行必要的显示。
如图11所示，PLD122具有同步电路122a和边缘检测电路122b和125计数器122c。而且，加热器控制电路124具有“L”电平计数器124a和比较电路124b和加热器电压电路124c。
从4MHZ时钟电路136向CPU120输入时钟信号，该时钟信号通过CPU120内的分频电路138转换成1MHZ时钟，并输入到PLD122内的125计数器122c以及加热器控制电路124内的“L”电平计数器124a。
上述转换器108的输出，经过PLD122后被输入到“L”电平计数器124a，在这里按每1μsec的周期(规定周期)取样，对在利用125计数器122c设定的125μsec期间(规定期间)内出现多少次“L”电平进行计数。该计数所得到的计数值的数据(计数数据CD)被输入到比较电路124b，在这里进行和预先决定的规定范围的比较。该规定范围，能够以比125μsec的规定期间内的取样次数的1/2(62.5)小且比0大的值(例如43)作为下限值，以比125μsec的规定期间内的取样次数的1/2大且比取样次数(125)小的值(例如82)作为上限值。
但是，在加热器电压电路124c中，为了进行向传感器用加热器112的施加电压控制而输入晶体管130的控制电压(由于与向加热器112的施加电压相对应，所以在本说明书中有时和加热器施加电压用于相同意义)，由基础电压(Eb)和加法电压(Ec)的总合构成。基础电压，按照每个规定的阶梯值从预先设定的离散值中选择，在各规定期间内其值保持不变，通过这样进行加热器发热的粗控制。加法电压为固定值但施加的时间或者时期可变，通过这样进行加热器发热的微控制。加法电压为基础电压的阶梯值的2～4倍比较适当。
在比较电路124b中，计数数据CD为下限值Nd以上、上限值Nu以下的情况下，指示加热器电压电路124c在后面的规定期间内原封不动地保持上一次的基础电压。另外，在计数数据CD没有达到下限值Nd的情况下，指示加热器电压电路124c在后面的规定期间内将基础电压从上一次的基础电压值仅降低一个阶梯值。另外，在计数数据CD超过上限值Nu的情况下，指示加热器电压电路124c在后面的规定期间内将基础电压从上一次的基础电压值仅上升一个阶梯值。
另一方面，比较器108的输出，经过PLD122后输入到加热器电压电路124c。根据该输入信号，在加热器电压电路124c中，在输入信号保持为“L”电平期间施加加法电压(Ec)，在此以外的期间不施加加法电压(Ec)。
利用图15的时间图更加具体地说明上述的加热器电压控制。
图15中表示与电桥电路104连接的放大器106的输出信号(向比较器108的输入信号)和比较器108的基准电压(Vref)的关系的时间变化，并表示与此相对应的比较器108的输出信号的变化。另外，还表示了与此相对应，每125μsec利用“L”电平计数器124a得到的、被输入到比较电路124b的计数数据CD的变化。另外，还表示了与此相对应，加热器施加电压(Eh)的时间变化。另外，模式地表示了与此相对应，实际流量的时间变化。
由比较电路124b设定的下限值Nd以及上限值Nu，Nd＝43，Nu＝82。在43≤CD≤82的情况下，根据来自比较电路124b的指示，在加热器电压电路124c中，在得到计数数据CD的规定期间内继续随后的125μsec规定期间，将基础电压Eb保持为在此之前的规定期间的值而不变更。在CD＜43的情况下，根据来自比较电路124b的指示，在加热器电压电路124c中，在得到计数数据CD的规定期间内继续随后的125μsec规定期间，将基础电压Eb从在此之前的规定期间的值仅降低一个阶梯电压值(这里为10mV)。在CD＞82的情况下，根据来自比较电路124b的指示，在加热器电压电路124c中，在得到计数数据CD的规定期间内继续随后的125μsec规定期间，将基础电压Eb从在此之前的规定期间的值仅上升一个阶梯电压值(这里为10mV)。
另一方面，在加热器电压电路124c中，在比较器108的输出信号为“L”电平期间，施加规定的加法电压(Ec：这里为30mV)，在比较器108的输出信号为“H”电平期间，不施加加法电压。
如上所述，在本实施例中，根据在规定期间内得到的计数数据CD，适当设定在其随后的规定期间内的基础电压，以及对应比较器的输出适当设定加法电压的施加期间，通过将这2种控制进行组合，能够以简单的装置构成来提高控制的响应性，提高流量测定的精度，减小热滞后现象。
并且，上述的规定期间、规定周期、基础电压阶梯值以及加法电压值等，在考虑所预想的最大的流量变化后，就能够进行适应于这种条件的适当设定。
如上所述，无论流体流量怎样变化，都能够一直使流量检测用感温体104-1的温度保持规定值(即，流量检测用感温体104-1的加热状态为规定状态)，这样来控制薄膜发热体112的发热。而且，由于这时施加在薄膜发热体112上的电压(加热器施加电压)与流体流量相对应，所以将其作为在图10以及图11中所示的流量积算运算电路132中流量输出提取。例如每隔0.5sec输出瞬时流量，通过累积计算该瞬时流量得到积算流量。
即，如图11所示，根据从“L”电平计数器124a得到的各规定期间的计数数据CD的值，得到在0.5秒期间施加的加法电压Ec的积算值(∑Ec)，另外根据从加热器电压电路124c得到的基础电压值Eb，得到在0.5秒期间施加的基础电压Eb的积算值(∑Eb)，得到其总合值(∑Ec+∑Eb＝∑Eh)(参照图16)。将该值利用预先测定并存储的检量线(瞬时流量换算图表)换算成瞬时流量值。该瞬时流量换算图表，为表示加热器施加电压在0.5秒内的积算值和流量的关系的数据图表，具体地说，是离散地表示加热器施加电压积算值和流量值的关系的图表，在从实际得到的加热器施加电压积算值获得流量值时进行数据插补。另外，积算流量值能够通过积算瞬时流量值得到。
该流量输出通过显示部134显示。并且，根据来自CPU120的指令，能够将瞬时流量以及积算流量适当地储存在存储器中，并且，能够通过由电话线及其它网络构成的通信线路传送到外部。
图17为表示本发明的流量计的一实施例的电路图。图18为其局部详图。
在本实施例中，除去追加有图17以及图18所示的环境温度测定电路140以及A/D转换器142以外，具有与上述图10～16说明的实施例相同的构成。该环境温度测定电路140被设置在图13中所示的电路基板60上的流量计电气电路部(未图示)上，对该位置的温度(环境温度)进行测定。环境温度测定电路140，能够利用例如白金电阻等感温电阻体构成，输出与环境温度(主要由外部温度和流体温度的影响决定)对应的电气信号。
而且，本实施例在环境温度测定以及利用其测定结果进行的处理以外，进行与上述图10～16说明的实施例同样的动作。
在本实施例中，与上述图10～16说明的实施例相同，根据从“L”电平计数器124a得到的各规定期间的计数数据CD的值，得到在0.5秒内施加的加法电压Ec的积算值(∑Ec)，另外根据从加热器电压电路124c得到的基础电压值Eb，得到在0.5秒内施加的基础电压Eb的积算值(∑Eb)，得到其总合值(∑Ec+∑Eb＝∑Eh)(参照图16)。该总合值为分散(离散的)的值(在本实施例中用29彼特的数字值表示)中的任意一个。将该值利用预先测定并存储的检量线(瞬时流量换算图表)换算成瞬时流量值。该瞬时流量换算图表，为表示加热器施加电压在0.5秒内的积算值和流量的关系的数据图表。
在本实施例中，瞬时流量换算图表，由对每个离散的温度作成的多个单独检量线构成。图19表示了这样的瞬时流量换算图表的一例。图19中，表示了4个离散的温度t1～t4(5℃、15℃、25℃以及35℃)的单独检量线T1～T4。虽然图19中各检量线被作为连续的线描述，但是这是为了说明方便起见，实际上表示的是图19所示的离散的加热器施加电压值(0.5秒内的积算值)…EARm-1、EARm、EARm+1、EARm+2…和瞬时流量的对应关系。在本实施例中，瞬时流量换算图表并不是表示上述的可能的所有加热器施加电压积算值的关系，而是将该可能的加热器施加电压积算值按高低顺序区分成多个组，将这些各个组的各自的最小值以…EARm-1、EARm、EARm+1、EARm+2…作为代表。这些离散的代表值，可以是按加热器施加电压得到的数字值的前8位2进制的值相同的值中的最小值。对这种情况设置有256个代表值。
另一方面，如图17以及图18所示，从环境温度测定电路140，通过A/D转换器142向流量积算运算电路132输入环境温度值(例如用10位2进制的数字值表示)t。
而且，在流量积算运算电路132中，利用上述的瞬时流量换算图表，根据计数数据值CD、基础电压值Eb以及环境温度值t，按照图20所示的顺序进行数据插补运算，得到瞬时流量值。
即，首先，通过运算得到0.5秒间的加法电压Ec的积算值和基础电压Eb的积算值的总合值，即加热器施加电压值∑Eh(＝∑Ec+∑Eb)(S1)。
然后，就测定的环境温度值t(图19的例中为22℃)选择tn≤t＜tn+1的单独检量线Tn、Tn+1(图19的例中为n＝2，即T2[t2＝15℃]，T3[t3＝25℃])(S2)。
然后，得到EARm≤∑Eh＜EARm+1的电压值EARm、EARm+1。即，得到∑Eh的前8位2进制的值(图19的例中为[10110100])的组的代表值EARm和在∑Eh的前8位2进制的值上加上“1”的值(图19的例中为[10110101])的组的代表值EARm+1。然后，将电压值EARm、EARm+1换算为单独检量线Tn、Tn+1上的瞬时流量值Fb、Fa；FB、FA(S3)。
然后，通过数据插补运算从Fb、Fa；FB、FA得到与∑Eh对应的Tn、Tn+1上的瞬时流量值Fab；FAB。这时，可利用下面的公式(1)、(2)(S4)。
Fab＝(Fa-Fb)·(∑Eh-EARm)/(EARm+1-EARm)+Fb    ……(1)
FAB＝(FA-FB)·(∑Eh-EARm)/(EARm+1-EARm)+FB    ……(2)
然后，通过数据插补运算从Fab、FAB得到与环境温度值t情况下的∑Eh相对应的瞬时流量值Ft。这时可利用下面的公式(3)(S5)。
Ft＝(Fab-FAB)·(t-T3)/(T2-T3)+FAB                ……(3)
通过如上述那样进行数据插补运算，得到环境温度下的瞬时流量值Ft，以此可减小瞬时流量换算图表的数据容量，而且能够利用环境温度进行测定误差极小的瞬时流量测定。图21中表示了利用本实施例的流量计得到的、各流量下的测定误差(表示误差)的测定结果的一例。从图21中可以看到，能够得到误差±1％以内的高精度。
并且，在流量积算运算电路132中，如上述的那样，通过将得到的瞬时流量值积分，也可进行获得积算流量值的运算。
如上述得到的瞬时流量值以及积算流量值等流量输出，利用显示部134显示。并且，根据来自CPU120的指令，能够将瞬时流量值以及积算流量值适当地储存在存储器中，并且，能够通过由电话线及其它网络构成的通信线路传送到外部。
图22为表示本发明流量计的整体构成、特别是流量检测系统的模式图，图23为其流量检测单元的剖视图。
首先，参照图23说明本实施例的流量传感器单元的结构。如图23所示，在流量检测单元204中，流量检测部205通过传热性良好的接合材料226接合在作为传热部件散热片224的表面上，流量检测部205的电极垫片和电极端子228通过接合线220连接在一起，流量检测部205以及接合线220和散热片224的一部分以及电极端子228的一部分被收容在合成树脂制的外壳212内。流量检测部205具有如上述图6所示的结构。
流体温度检测单元206，相当于取代上述流量检测单元204中的流量检测部205而采用流体温度检测部的单元。在流体温度检测单元206中，与流量检测单元204的部件相对应的部件，在相同的符号上加上“′”表示。流体温度检测部具有如上述图7所示的结构。
如图22所示，从流量检测单元204以及流体温度检测单元206的外壳212、212′凸出的散热片224、224′的端部，延伸到流通通道部件202的流体流通通道203内。散热片224、224′，在具有近似圆形截面的流体流通通道203内，延伸到穿过该截面的中央部。由于散热片224、224′沿着流体流通通道203内的流体的流通方向配置，所以不会对流体流通造成很大的影响，能够在流量检测部205以及流体温度检测部和流体之间很好地传递热量。
从未图示的电源电路向电桥电路240供给直流电压V1。电桥电路240，包括流量检测单元204的流量检测用薄膜感温体231和流体温度检测单元206的温度补偿用感温体231′和电阻体243、244。电桥电路240的a、b点的电位Va、Vb被输入到差动放大·积分电路246。
另一方面，从电源电路输出的直流电压V2，通过用来控制向上述的流量检测单元204的薄膜发热体233供给的电流的晶体管250，被供给到薄膜发热体233。即，在流量检测部205中，根据薄膜发热体233的发热，通过散热片224受到被检测流体吸热的影响，利用薄膜感温体231实行感温。然后，作为该感温的结果，得到图22所示的电桥电路240的a、b点的电位Va、Vb的差。
对应流体的流量，流量检测用感温体231的温度变化，因而(Va-Vb)的值发生变化。以预先适当设定电桥电路240的电阻体243、244的电阻值，能够在构成基准的所希望的流体流量的情况下，使(Va-Vb)的值为零。在该基准流量下，差动放大·积分电路246的输出为一定(与基准流量相对应的值)，晶体管250的电阻值也为一定。在这种情况下，施加在薄膜发热体233上的分压也为一定，这时P点的电压表示上述基准流量。
当流体流量增减时，则差动放大·积分电路246的输出就根据(Va-Vb)的值改变极性(随流量检测用感温体231的电阻-温度特性的正负而不同)以及大小，这样差动放大·积分电路246的输出就发生变化。
在流体流量增加的情况下，由于流量检测用感温体231的温度降低，所以就从差动放大·积分电路246向晶体管250的栅极进行使晶体管250的电阻值减小的控制输入，以便使薄膜发热体233的发热量增加(即增加电功率)。
另一方面，在流体流量减小的情况下，由于流量检测用感温体231的温度上升，所以就从差动放大·积分电路246向晶体管250的栅极进行晶体管250的电阻值增加的控制输入，以使薄膜发热体233的发热量减小(即减小电功率)。
如上述那样，无论流体流量怎样变化，都能够一直使由流量检测用感温体231检测的温度为目标值地反馈控制薄膜发热体233的发热。而且，由于这时施加在薄膜发热体233上的电压(P点电压)与流体流量相对应，所以将其作为流量输出提取。
该检测电路的流量输出，利用A/D转换器252进行A/D转换，通过CPU254换算成所对应的流量(瞬时流量)。通过将该流量以时间积算能够计算出积算流量。得到的瞬时流量以及积算流量的值，能够通过积算流量显示部256显示，并能够储存到存储器284中，并且也能够通过由电话线和其它网络构成的通信线路向外部传送。
在CPU254进行的从检测电路输出向流量的换算按下述进行。预先将用于换算流量的检量线储存在存储器284中。图24表示了该检量线的一例。该检量线把流体流量设为f(升/h)，把检测电路输出设为v(V)，把a1、b1、c1、d1、e1；a2、b2、c2、d2、e2；a3、b3、c3、d3、e3设为系数，用
f＝a1v4+b1v3+c1v2+d1v+e1(0≤v＜v1)
f＝a2v4+b2v3+c2v2+d2v+e2(v1≤v＜v2)
f＝a3v4+b3v3+c3v2+d3v+e3(v2≤v)
表示。在图24所示的例中，为
v1＝7.0(V)
v2＝8.0(V)
a1＝+1.99933E-1
b1＝-4.84409E+0
c1＝+4.44365E+1
d1＝-1.82380E+2
e1＝+2.81911E+2
a2＝+3.45600E-1
b2＝-8.77327E+0
c2＝+8.40224E+1
d2＝-3.58917E+2
e2＝+5.75936E+2
a3＝+6.55492E+0
b3＝-2.13636E+2
c3＝+2.61702E+3
d3＝-1.42694E+4
e3＝+2.92043E+4
因此，作为储存在存储器284中的检量线的内容，仅为f＝av4+bv3+cv2+dv+e的函数形态，构成检测电路输出值的3个区域(0≤v＜v1的第1区域、v1≤v＜v2的第2区域、和v2≤v的第3区域)的边界的2个阈值v1、v2的值，和各区域的a～e的值(a1～e1、a2～e2、a3～e3)即可，存储器284为小容量即可。
图24中描绘了流量的实测值。该实测值表示了使流体在上述实施例的流量计中流通、这时的流量计的检测电路输出值和实际测量流过的流体的体积而得到的流量值的关系，并且表示了与检量线的良好吻合。
下面，对得到这样良好的吻合的技术背景进行说明。虽然在检测电路输出值的全体区域上，采用以1个函数表示的检量线也能够进行精度良好的流量测量，但是在这种情况下为6次幂以上的高次函数形态，数值运算极为复杂。因而，在本发明中，将检测电路输出值的区域分割成3个部分，通过在这所有3个部分中采用仅系数不同而相同的函数形态的检量线，能够使用4次函数作为函数形态，而且能够进行存储器容量不增加很多，而精度良好的流量检测。这样，可以在设定多个环境温度的检量线的情况下的存储器使用容量的增加不大，因此也能够很容易地实现测定环境温度并对应其测定采用适当的检量线(根据要求采用2个检量线进行外插)进行更高精度的流量测量。
上述的检量线，能够通过根据如图24所示的实测值、采用最小自乘法等决定各区域的上述函数形态的5个系数来作成。并且，阈值v1能够在流量值为例如0.5～2.0的范围内设定，阈值v2能够在流量值为例如4.0～12.0的范围内设定，这样能够得到如图24表示的那样与实测值具有良好吻合的检量线。
在CPU254中判定检测电路输出v属于上述3个区域的哪一个，采用与之相对应的系数进行函数的运算，得到流量值f。
如上述的在本实施例的流量计中，即使检测到的流量值在很宽的范围内变化，也能够高精度地进行流量测定。
另外，在本实施例中，由于使用包含薄膜发热体以及薄膜感温体的微小芯片状的部件作为流量检测部，所以能够实现上述的高速响应性，使流量测定的精度良好。
图25为表示本发明流量计的一实施例的剖视图，图26为其局部剖视图。图27表示主视图，图28表示右侧视图，图29表示除去一部分部件后的仰视图，图30表示左侧视图，图31为表示俯视图。并且，图25表示图30的A-A′截面，图26表示图27的B-B′截面。
在这些图中，在由铝等传热性良好的材质构成的壳体部件302上形成有构成流体流通通道的3个部分304、306、308。流通通道部分304和流体流入口314相连，流通通道部分308和流体流出口316连接，从流体流入口314向流通通道部分304流入的流体经过流通通道部分306向流通通道部分308流通并从流体流出口316流出(流通方向如箭头所示)。流通通道部分306构成流体滞留区域。并且，在壳体部件302的下部可装卸地安装着盖部件303，该盖部件303构成壳体部件302的一部分。
流通通道部分304沿水平方向延伸，流通通道部分306沿上下方向延伸，流通通道部分308由沿上下方向延伸的垂直部308a和沿水平方向延伸的水平部308b构成。在流体流入口314上连接着流体供给源一方的管道，在流体流出口316上连接着流体需要一方的管道。
在壳体部件302上，以堵塞与流通通道部分306的上部相连的开口的形态，通过螺旋连接可装卸地安装着螺钉310。在流通通道部分306和流通通道部分308的连通部，也可以夹入将由玻璃纤维或塑料纤维等构成的无纺布用适当的保持体保持构成的过滤器312。
在壳体部件302上，紧靠着流通通道部分308的垂直部308a，安装着流量检测单元324以及流体温度检测单元326。流量检测单元324具有如上述图23所示的结构。并且，流体温度检测单元326相当于取代流量检测单元324中的流量检测部而采用流体温度检测部。流体温度检测部具有与从流量检测部去掉薄膜发热体后的相同的结构。
从流量检测单元324以及流体温度检测单元326的外壳352、352′凸出的散热片344、344′的端部，延伸到壳体部件302的流通通道部分308的垂直部308a内。散热片344、344′在具有近似圆形的截面的流通通道部分308内并延伸穿过该截面的中央部。由于散热片344、344′沿着流通通道部分308内的流体的流通方向配置，所以不会对流体流通造成很大的影响，能够在流量检测部342以及流体温度检测部342′和流体之间很好地传递热量。
图29是去掉上述盖部件303后的仰视图，表示了流通通道部分306以及流通通道部分308的垂直部308a。如图29以及图25所示，在本实施例中，把流通通道部分(流体滞留区域)306的截面积形成为远远大于流通通道部分308的截面积。流通通道部分306的截面积为流通通道部分308的截面积的5倍以上、最好为10倍以上。另外，流通通道部分306的容积大于流量检测单元324以及流体温度检测单元326所处的流通通道部分308的垂直部308a的单位长度的容积，最好为50倍以上，并且最好为100倍以上。
如上述那样，流通通道部分306，处于用于流量检测的热交换的流通通道部分308的垂直部308a的流体流通方向的上游，构成暂时贮存向该流通通道部分308流通的流体的贮存区域。在该流通通道部分306处的流体流通的速度，比流通通道部分308的垂直部308a处的流体流通的速度小，最好为1/5以下、并且最好为1/10以下。
另外，该流通通道部分308的垂直部308a，接近流通通道部分306并平行延伸，特别是为了容易受到流通通道部分306内的流体的热影响而进行的配置。
流通通道部分304的截面积比流通通道部分306的截面积小，和流通通道部分308的截面积基本相同。因此，流通通道部分304内的流体流通速度和流通通道部分308内的流体流通速度基本相同。
图32为表示本实施例的热式流量计的流量检测系统的模式图。从恒压电路402向电桥电路(检测电路)404供给直流电压。电桥电路404包括流量检测单元324的流量检测用薄膜感温体404-1和流体温度检测单元326的温度补偿用薄膜感温体404-2和可变电阻体404-3、404-4。电桥电路404的a、b点的电位Va、Vb被输入到差动放大电路406，该差动放大电路406的输出被输入到积分电路408。
另一方面，从供电电源输出的直流电压，经由用来控制向上述流量检测单元324的薄膜发热体412供给电流的晶体管410，被供给到薄膜发热体412。即、在流量检测单元324内的流量检测部中，根据薄膜发热体412的发热，通过散热片344受到被检测流体吸热的影响，利用薄膜感温体404-1实行感温。然后，作为该感温的结果，得到图32所示的电桥电路404的a、b点的电位Va、Vb的差。
由于流量检测用感温体404-1的温度根据流体的流量发生变化，因而(Va-Vb)的值发生变化。通过预先适当设定电桥电路404的可变电阻404-3、404-4的电阻值，能够在构成基准的所要求的流体流量的情况下使(Va-Vb)的值为零。在该基准流量下，积分电路408的输出为一定(与基准流量相对应的值)，晶体管410的电阻值也为一定。在这种情况下，施加在薄膜发热体412上的分压也为一定，这时P点的电压表示上述基准流量。
当流体流量增减时，则差动放大电路406的输出就对应(Va-Vb)的值改变极性(随流量检测用感温体404-1的电阻-温度特性的正负而不同)以及大小，这样积分电路408的输出就发生变化。
在流体流量增加的情况下，由于流量检测用感温体404-1的温度降低，所以就进行使从积分电路408向晶体管410的基极进行晶体管410的电阻值减小的控制输入，以便使薄膜发热体412的发热量增加(即增加电功率)。
另一方面，在流体流量减小的情况下，由于流量检测用感温体404-1的温度上升，所以就进行使从积分电路408向晶体管410的基极进行晶体管410的电阻值增加的控制输入，以便使薄膜发热体412的发热量减小(即减小电功率)。
如上述的无论流体流量怎样变化，都能够一直使流量检测用感温体404-1检测的温度为目标值地反馈控制薄膜发热体412的发热。而且，由于这时施加在薄膜发热体412上的电压(P点电压)与流体流量相对应，所以将其作为流量输出提取。
该流量输出，与上述实施例同样地利用A/D转换器适当进行A/D转换后，通过CPU进行累积运算等运算处理，通过显示部进行关于流量的显示。并且能够根据来自CPU的指令，将瞬时流量以及积算流量适当地储存到存储器中，并且也能够通过由电话线和其它网络构成的通信线路向外部传送。
在本实施例中，由于流通通道部分306构成流体贮存区域，所以流通通道部分306处的流体流通速度小，即使从流通通道部分304流入流通通道部分306的流体的温度急剧变化，该流体在流通通道部分306内和已经存在的温度变化前的流体混合、进行流体温度的平均化的时间也很充裕，使向流通通道部分308供给的流体的温度变化平缓。而且，由于壳体部件302由传热性良好的金属构成，所以即使流入壳体部件302的流体流通通道的流体的温度急剧变化，也可通过壳体部件302的传热促进流通通道内的流体温度的平均化，缓和流入的流体温度的急剧变化的影响。
如上所述，在本实施例中，由于流量检测单元324以及流体温度检测单元326所处的流通通道部分308的垂直部308a内的流体的温度变化平缓，所以，即使流入的流体的温度急剧变化，用流体温度检测单元326检测的流体温度，也和用流量检测单元324进行流量检测的流体的温度几乎相同，能够准确地进行流体温度补偿，提高流量检测的精度。而且，由于流量检测单元324以及流体温度检测单元326所处的流通通道部分308的垂直部308a内的流体的温度变化平缓，所以能够使控制系统的动作稳定，由这一点也能够提高流量检测精度。
如上所说明的那样，根据本发明的流量计，能够在很宽的流量范围内以良好的精度进行流量测定。
另外，根据本发明，根据在规定期间内得到的计数值，适当设定随后的规定期间内的基础电压，并适当设定对应于比较器的输出的加法电压施加期间这2种控制，通过对这2种控制进行组合，能够不使电路构成复杂化而提高加热器控制的响应性，提高流量测定的精度，减小热滞后现象。
并且，根据本发明，通过进行数据插补运算而得到环境温度下的瞬时流量值，能够减小瞬时流量换算图表的数据容量，能够防止由环境温度引起的测定值的变化，进行极高的精度的流量测定。
另外，根据本发明的流量计，能够不太增加储存检量线的存储器的容量，而在很宽的流量范围内以良好的精度进行流量测定。
另外，根据本发明，通过在较流量检测单元以及流体温度检测单元处于上游的流体流通通道上形成流体滞留区域，即使流入的流体的温度急剧变化，也能够准确地进行流体温度补偿，提高流量检测的精度。

Claims (26)

1.一种流量计，具有包含发热体和流量检测用感温体的流量检测部与流量检测用传热部件接合的旁热式流量传感器单元，根据使用包含所述流量检测用感温体作为结构电阻体的电桥电路的检测电路的输出，利用检量线得到流体流量值；其特征在于，
所述电桥电路，具有使其电路特性值多级变化的电路特性值变化驱动手段；
所述检量线与所述电路特性值的等级相对应地设置多个，与通过所述电路特性值变化驱动手段选择的电路特性值等级相对应地选择所述多个检量线中的任意一个；
所述多个检量线中的每个都设定有应测定的流量范围，由这些多个流体流量范围覆盖全部测定流量范围，对应于所得到的流体流量值来控制所述电路特性值变化驱动手段，使用与该流量值所属的流量范围对应的所述检量线。
2.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，在所述流量范围中相邻接的部分之间，有一部分重叠，从与这一部分重叠的2个流量范围相对应的2个检量线中的一个向另一个的选择转换，在所述的一个流量范围的端部进行。
3.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述流量传感器单元，进而具有包含流体温度检测用感温体的流体温度检测部和与该流体温度检测部接合的流体温度检测用传热部件，所述电桥电路包含所述流体温度检测用感温体作为结构电阻体。
4.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述电路特性值变化驱动手段，为对设置在所述电桥电路上的、串联连接的多个电阻体的相邻电阻之间的连接端子中的任意一个，与该电桥电路的输出端子进行选择性连接的多路转换器。
5.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述电路特性值变化驱动手段，为对设置在所述电桥电路上的、串联连接的多个电阻体中的至少一个，与分别并联连接的旁路的开关进行开闭的结构。
6.根据权利要求5所述的流量计，其特征在于，所述开关，利用的是场效应晶体管。
7.一种流量计，具有包含发热体和流量检测用感温体的流量检测部与流量检测用传热部件接合的旁热式流量传感器单元，根据包含所述流量检测用感温体的检测电路的输出，利用检量线得到流体流量值；其特征在于，
所述检量线，由与所述检测电路的输出值的3个区域相对应的3个部分构成，这3个部分别以所述检测电路的输出为变量，用相互之间仅系数不同的4次函数表示，利用与所述检测电路的输出值所属的所述区域相对应的所述检量线部分得到流体流量值。
8.根据权利要求7所述的流量计，其特征在于，所述检量线以流体流量为f，以所述检测电路的输出为v，以a1、b1、c1、d1、e1、a2、b2、c2、d2、e2、a3、b3、c3、d3、e3为系数，用
f＝a1v4+b1v3+c1v2+d1v+e1(0≤v＜v1)
f＝a2v4+b2v3+c2v2+d2v+e2(v1≤v＜v2)
f＝a3v4+b3v3+c3v2+d3v+e3(v2≤v)
表示。
9.根据权利要求7所述的流量计，其特征在于，所述检测电路，是采用由电桥电路构成的电路。
10.根据权利要求7所述的流量计，其特征在于，所述流量传感器单元，进而具有包含流体温度检测用感温体的流体温度检测部和与该流体温度检测部接合的流体温度检测用传热部件；所述检测电路也包含所述流体温度检测用感温体。
11.一种具有流体温度补偿功能的热式流量计，包括：形成有从流体流入口延伸到流体流出口的流体流通通道的壳体部件，和安装在该壳体部件上的、通过与所述流体流通通道内的流体的热量的授受、与所述流体在所述流体流通通道内的流通相对应地变化电气特性值的流量检测单元，以及安装在所述壳体部件上的、通过与所述流体流通通道内的流体的热量的授受、与所述流体的温度相对应地变化电气特性值的流体温度检测单元；所述流体流量的检测也根据所述流体温度检测单元的电气特性值来进行；其特征在于，
在比进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置以及进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处于所述流体流通的上游处，在所述流体流通通道上，形成具有进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置或者进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处的流通截面积的5倍以上的流通截面积的流体滞留区域。
12.根据权利要求11所述的热式流量计，其特征在于，所述流体滞留区域的流通截面积，为进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置或者进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处的流通截面积的10倍以上。
13.根据权利要求11所述的热式流量计，其特征在于，所述流体滞留区域的容积，为进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置或者进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处的流体流通方向的单位长度的容积的50倍以上。
14.根据权利要求11所述的热式流量计，其特征在于，所述流体流通通道，由与所述流体流入口相连的流通通道第1部分和与所述流体流出口相连、进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受并进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的流通通道第2部分构成，所述流体滞留区域，位于所述流通通道第1部分和所述流通通道第2部分之间，所述流通通道第1部分的流通截面积比所述流体滞留区域的流通截面积小。
15.根据权利要求14所述的热式流量计，其特征在于，所述流通通道第2部分，在进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置以及进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处，具有与所述流体滞留区域平行延伸的部分。
16.根据权利要求14所述的热式流量计，其特征在于，在所述流体滞留区域和所述流通通道第2部分的连通部夹入过滤器。
17.根据权利要求11所述的热式流量计，其特征在于，所述壳体部件为金属制品。
18.根据权利要求11所述的热式流量计，其特征在于，所述流量检测单元，为能够使发热体、流量检测用感温体和向所述流体流通通道内延伸的流量检测用传热部件相互传热地配置而形成的单元，所述流体温度检测单元，为能够使流体温度检测用感温体和向所述流体流通通道内延伸的流体温度检测用传热部件相互传热地配置而形成的单元。
19.一种具有流体温度补偿功能的热式流量计，包括：形成有从流体流入口延伸到流体流出口的流体流通通道的壳体部件，和安装在该壳体部件上、通过与所述流体流通通道内的流体的热量的授受、与所述流体在所述流体流通通道内的流通相对应地变化电气特性值的流量检测单元，以及安装在所述壳体部件上、通过与所述流体流通通道内的流体的热量的授受、与所述流体的温度相对应地变化电气特性值的流体温度检测单元；通过包含所述流量检测单元和所述流体温度检测单元的检测电路进行补偿了流体温度的流量检测；其特征在于，
在比进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置以及进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处于所述流体流通的上游处，在所述流体流通通道上，形成有流体流通速度为进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置或者进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处的流体流通速度的1/5以下的流体滞留区域。
20.根据权利要求19所述的热式流量计，其特征在于，所述流体滞留区域，以流体流通的速度为进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置或者进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处的流体流通速度的1/10以下的形态形成。
21.根据权利要求19所述的热式流量计，其特征在于，所述流体滞留区域的容积，为进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置或者进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处的流体流通方向的单位长度的容积的50倍以上。
22.根据权利要求19所述的热式流量计，其特征在于，所述流体流通通道，由与所述流体流入口相连的流通通道第1部分和与所述流体流出口相连的、进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受并进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的流通通道第2部分构成，所述流体滞留区域，位于所述流通通道第1部分和所述流通通道第2部分之间，所述流通通道第1部分的流通截面积比所述流体滞留区域的流通截面积小。
23.根据权利要求22所述的热式流量计，其特征在于，所述流通通道第2部分，在进行所述流量检测单元和所述流体的热量的授受的位置以及进行所述流体温度检测单元和所述流体的热量的授受的位置处，具有与所述流体滞留区域平行延伸的部分。
24.根据权利要求22所述的热式流量计，其特征在于，在所述流体滞留区域和所述流通通道第2部分的连通部夹入过滤器。
25.根据权利要求19所述的热式流量计，其特征在于，所述壳体部件为金属制品。
26.根据权利要求19所述的热式流量计，其特征在于，所述流量检测单元，为能够使发热体、流量检测用感温体和向所述流体流通通道内延伸的流量检测用传热部件相互传热地配置而形成的单元，所述流体温度检测单元，为能够使流体温度检测用感温体和向所述流体流通通道内延伸的流体温度检测用传热部件相互传热地配置而形成的单元。
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