CN1711462A - 流体检测装置 - Google Patents

Abstract

一种流体检测装置，在流过流体的主流路(1)的内壁面附近具有朝着其上流侧或下流侧的开口端部(2)，设置通过该开口端部使流过所述主流路内壁面附近的流体的一部分流过的一个或多个分流路(3)，使用热式流量传感器(4)来检测流过该分流路的流体流量。最好将朝着上流侧的多个开口端部(2a)、或朝着下流侧的多个开口端部(2b)以所述主流路的轴心为中心沿着其流路截面等间隔设置，通过这样来高精度地测量流体的流动。

Description

流体检测装置

技术领域

本发明涉及适于测量例如向燃气燃烧器供给的燃料气体的流量的流体检测装置。

背景技术

最近，推行完全预混合燃烧等的低NO_x高效燃烧，要求高精度地控制例如向燃气燃烧器或燃气发动机供给的燃料气体和空气(以下，称为燃气)的供给量。为了实现这样的控制，重要的是高精度地检测向燃气燃烧器等供给的燃气的流量。

作为检测燃气(流体)流量的流量检测器，例如有如日本国的特开平4-230808号公报所述的方法，它是将在燃气的流通方向上当中夹着加热器而配置的一对温度传感器露出在主流路内壁设置。该热式流量计根据上述一对温度传感器检测出的温度差来检测随燃气流速而变化的温度分布，按照该温度差来测量上述燃气的质量流量。但是热式流量计由于加热器和温度传感器与流过主流路的燃气直接接触，因此在例如300℃左右的高温燃气的流量测量其的耐热性这点就不合适。另外热式流量计由于检测输出随着燃气流量增加而呈现曲线状的变化特性，因此能将流量与检测输出看成正比关系的区域很狭窄。因而若想在比较宽的区域检测流量，则必须对表示对于流量呈曲线状的变化特性的检测输出进行线性修正计算。

另一方面，例如日本国的特开平10-307047号公报揭示了一种孔板流量计，在燃气的流通路径中设置孔板(节流件)，根据通过孔板检测出的压力(差压)来检测燃气流量。该孔板流量计具有将流过主流路的流体的一部分在分流路分流的结构。故，即使是比较高温的燃气，也能在分流路中冷却并进行检测。但是反之，在孔板流量计中利用孔板的燃气流路的节流比必须设定在0.1～0.8左右，不能否认因而产生了压力损耗。

进而必须在孔板的上流侧和下流侧分开设置分流路的流入侧的开口端部和流出侧的开口端部。因而不能否认上述流入侧的开口端部和流出侧的开口端部的位置与流路方向有一定的偏离。因此，当因燃烧等原因而在主流路中的燃气流动产生振动时，有时孔板流量计不能检测出该振动。即，问题是孔板流量计不能检测与上述流入侧开口端部和流出侧开口端部之距离对应的特定频率的振动。该现象产生的流入侧开口端部与流出侧开口端部之压力相等的结果，使得流体在分流路中不流动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即使流过主流路的流体为高温、也不会受其温度影响而能检测出上述流体流量的流体检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种压力损耗足够小的、基本上不受其影响的且能高精度地测量燃料气体等的流体流量的流体检测装置。

另外本发明的另一目的在于提供一种能设定流量与检测输出看成是正比关系的区域比较宽的流体检测装置。

另外同时本发明的目的还在于提供一种能使分流路的流入侧的开口端部与流出侧的开口端部之位置近距离设置、能准确检测因燃烧而产生的燃气流量的振动的流体检测装置。

即，本发明是为了至少达到这些目的中的一个而提出来的。

为了达到上述目的的本发明中，流过燃料气体等的管道形成的流路截面的各个部分的流速因其管道的弯曲形状或与管道壁面的距离的不同而不同，但注意到以下两点：

(a)沿管道壁面的流体流动在其流路中没有节流件时，能看作是库艾特流(Couette flow)，而且

(b)在管道的内壁面附近的流速与管道内的平均流量近似成正比关系。

因此本发明的流体检测装置具有以下特点，在流过流体的主流路的内壁面附近具有朝着该主流路的上流侧或下流侧的开口端部，设置通过该开口端部使流过上述主流路的内壁面附近的流体的一部分流过的一个或多个分流路，使用热式流量传感器来检测流过该分流路的流体流量。

根据具有这样结构的流体检测装置，实际上不用在主流路中设置节流件就能使流体在分流路中分流。故在主流路中不会产生大的压力损耗。另外由于即使是在主流路中流过的气体为高温，但其中只有少量向分流路分流，在该分流路内向其内壁放出热量，上述燃气的温度就下降，因此能在热式流量传感器的耐热界限内进行流量检测。

特别是，使流过主流路的流体在内壁面附近流过的层流边界层或层流底层的一部分分流，流过分流路，来检测在该分流路中流过的流体流量(层流边界层或层流底层的一部分)。其结果，能将流体流量与检测输出看成正比关系的区域就很宽。另外，在层流边界层或层流底层中，由于考虑到不易受到流过主流路的流体产生的湍流的影响，因此能使检测的误差很小。

理想的是具有以下特点，它将多个分流路的朝着上述主流路的上流侧的各个开口端部、或朝着主流路的下流侧的各个开口端部以上述主流路的轴心为中心沿着其流路截面等间隔设置，来分别测量流过这些各个分流路的流体流量。

这样只要将多个分流路的各个开口端部沿着其流路截面等间隔设置，即使例如因其上流侧的流路的弯曲而产生的流过主流路的流体流量的偏移，也能够根据多个分流路中分别检测出的流量的不同来检测其偏移。进而，通过对例如各个分流路中分别检测出的流量用相加平均等方法来进行平均，能够测量流过主流路的流体的平均流量。

或者也可以将使上述开口端部朝着上流侧的多个上流侧分流路和使上述开口端部朝着下流侧的多个下流侧分流路通过形成一个流路的连通部互相连接，用上述热式流量计一并检测该连通部中分别流过上述多个分流路的流体的总流量。

根据这样的结构，由于能够简单地检测在多个分流路中分别流过的流体的总流量，因此即使例如流过主流路的流体流量产生偏移，也能够对在各个分流路中分别流过的流体流量进行平均，来进行流量测量。因而不会受到流过主流路的流体偏移的影响，能够简单且高精度地进行流量测量。

还有，也可以开放上述的分流路的另一端，使从主流路向分流路分流的流体流向外部，或相反使从外部经分流路流入的流体流入主流路。根据这样的结构，虽然流过主流路的流体的一部分向外部流出，或从外部流入的流体引入主流路内，但如该流体为空气，就不会产生特殊的问题，能够力图使其结构的简化。

但是，理想的是这样构成，将上述开口端部朝着上流侧的分流路的开口端部相对于上述开口端部朝着下流侧的分流路的开口端部更位于上流侧，如上所述地使上述各个分流路的另一端互相连通，使在分流路分流的流体的一部分返回到主流路中。在该情况下不会导致在分流路的另一端朝着周围环境开放时产生的问题，能够稳定其流量本身来进行流量检测。

进而通过使多个分流路的各个流路阻力大于连通部的流路阻力，即使当任何一个开口端部的流量发生局部变化时，也能够使对于作为连通部的相加平均的流量的影响相对减少，因而不易受到主流路内的流量分布的偏移的影响。

另外除了上述的热式流量传感器，以下的方法也是非常实用的，即在与流过上述分流路的流体无关的位置上设置具有与上述热式流量传感器相同规格的辅助热式流量传感器，使用该辅助热式流量传感器的输出来修正上述热式流量传感器的输出。若同时采用这样的辅助热式流量传感器，则由于能够抵消例如对流体所加的振动或对热式流量传感器所加的电气噪声，因此能更提高其测量精度。

还有，本说明书中的〔流路阻力〕，是指流过流路的流体流量与其流路的两端之差压的近似的比例常数。例如在差压为恒定的情况下，存在流路阻力越大则流量越小之关系。另外一般来说流路的直径越小、或流路的长度越长，则流路阻力越大。

根据这样构成的本发明的流体检测装置，由于使与主流路的内壁极近的位置的流体流量分流来检测其流量，因此能起到以下例举的效果中的至少一个效果。

(1)即使流过流路的流体为高温也能够检测其流量，同时能使压力损耗极小。

(2)能将流量与检测输出看作成正比关系的区域比较宽。

(3)能使分流路的流入侧的开口端部与流出侧的开口端部的位置靠近设置，其结果，能够准确地检测流体(燃气)的流量振动。

附图说明

图1是说明本发明的流体检测装置的流量检测原理用的、直线流路的流体流量的分布图。

图2是说明本发明的流体检测装置的流量检测原理用的、曲线流路的流体流量的分布图。

图3是说明本发明实施方式的流体检测装置的基本结构用的、表示主要部分简要结构的剖面图。

图4是说明本发明的流体检测装置的另外实施方式用的、分流路的开口端部对于主流路的横截面的安装位置图。

图5是说明本发明的流体检测装置的另外实施方式用的、分流路的结构的示意图。

图6是表示本发明的流体检测装置的理想实施方式的主要部分简要结构图。

图7是表示本发明的具体流体检测装置的简要结构的纵向剖面图。

图8是图7所示的流体检测装置的箭头X-X方向的剖面图。

图9是图7和图8所示的流体检测装置的测量特性图。

图10是本发明的流体检测装置的变形例的示意图。

图11是表示本发明的流体检测装置中安装的热式流量计的例子的外观立体图。

图12是图11所示的热式流量计的基本电路结构图。

图13是本发明另外实施方式的流体检测装置的主要部分简要结构图。

图14是图13所示的流体检测装置的输出修正电路的简要结构图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明实施方式的流体检测装置。

沿流路截面为圆形的管道内流过的流体流量在上述流路截面的各个部分不是一样的，具有图1和图2分别所示的分布。具体就是，由于流体具有的粘性，一般来说流体在流路截面的中央部分的流动较快，在管道的内壁面附近的流动较慢。特别是在图2所示那样的上流侧管路弯曲时，由于其流动因流路弯曲而变化，因此流动的分布产生偏移。

顺便说一下，管道壁面附近的流速能够用纳维尔-斯托克斯方程式(Navier-Stokes equetion)和连续方程式所示的层流边界层的方程式来表示。若这里设在管道的内壁面附近的流速为〔0〕，则在该流路中没有节流件的情况下，在离开壁面距离d(d≠0)的位置的流量Δu能看作库艾特流。而且若设壁面(y＝0)的流速为〔u＝0〕，库艾特流的边界条件(y＝R)的流速为〔u＝U(平均流速)〕，则其流速u能近似为〔u＝U/R·y〕。

但是，如图2所示，在流体流量存在偏移的情况下，内壁面附近(d≈0)的平均流速u_ave能够作为沿着规定流路截面的内壁面的外周方向各个部分的内壁面附近的流速u_f的相加平均来求出，故下式成立。

u_ave≈∑u_f/n＝U∑d/R_f/n

式中，上述∑表示将下标f作为(f＝1，2，～n)时的总和。故，平均流速U能够表示为

U＝(∑u_f/n)/(∑d/R_f)

因而从内壁面到平均流速U的流动位置的距离R_f为恒定，如设流速的测量位置d为上述距离R_f的范围内的某一定位置，那么上述测量位置d中测量的流速与平均流速U具有正比关系。

根据以上的考察结果可知，管道的内壁面附近d的流速与管道内的流量成正比。另外可知即使在其流量有偏移的情况下，若分别测量沿着流路截面进行n等分的多个部位中的内壁面附近的流速u_f，则通过将这些测量值相加平均，这里k为常数，那么

U＝k∑u_f/n

能稳定求出其平均流速U。也就是说不管流量是否偏移，都能测量平均流速U。该情况即使在主流中产生湍流的情况下也一样。

本发明正是根据上述见解而提出来的，故其构成基本上能测量流路截面为圆形的主流路的内壁面附近的流体流速。

图3是表示本发明实施方式的流体检测装置的主要部分简要结构的剖面图，1表示流路截面为圆形的主流路(圆形管道)。该主流路1的直径至少在图示的范围中为恒定。流体检测装置包括在形成上述主流路1的管内壁面1a的附近具有开口端部2(2a、2b)、并至少使将流过上述主流路1的内壁面附近的流体的一部分分流并使其流通的一个分流路3。该分流路3的直径至少在图示的范围内为恒定。另外该分流路3由其开口端部2a朝着主流路1的上流侧的上流侧分流路3a、以及/或者开口端部2b朝着主流路1的下流侧的下流侧分流路3b构成。还有，流体检测装置可以是包括开口端部2a朝着上流侧的上流侧分流路3a和开口端部2b朝着下流侧的下流侧分流路3b这两部分分流路，但也可以只包括其中一个分流路。

另外上述分流路3的开口端部2为了只对管内壁面1a附近的上述库艾特流进行分流，使其流入分流路3，例如设定离开管内壁面1a的0.3～1.0mm左右的高度，使得其开口位置(测量位置d)比库艾特流的边界R_f更靠近管内壁面。这里，为了方便，以管内壁面为基准朝着管子的中心方向的距离称为〔高度〕。如更具体地举例表示，就是开口端部2具有直径0.8mm的口径，该口径的中心位于离开管内壁面1a的0.5mm的高度。利用在这样的高度位置上设置的开口端部2，流过主流路1的流体的、即所谓层流边界层或层流底层的流量的一部分在分流路3中分流。

然而流过该分流路3(3a、3b)的流体流速(流量)由在该分流路3中安装的热式流量计4(4a，4b)来检测。而且通过热式流量计4检测的信号向由微处理器等组成的信号处理部5提供，来测量流过上述主流路1的流体的平均流速(流量)U。这样的热式流量计4揭示在例如上述的日本国的特开平4-230808号公报，是公知的热式流量计。

还有，在分流路3的另一端朝着流路外部的周围环境(例如大气)开放的情况下，从主流路1通过进入侧开口端部2a分流的流量的一部分通过分流路3a向外部流出。或者从外部向分流路3b流入的流体从该输出侧开口端部2b向主流路1内引入。在任何一种情况下，设置了开口端部2的管内壁面1a附近的流量都是向其流路方向以一定的速度流动的层流边界层或层流底层。而且流过分流路3a、3b的流体流量取决于上述层流边界层或层流底层的流动。

因而分流路3a、3b的差别仅在于，是取出主流路1的层流边界面或层流底层的流动的一部分并流通，还是流过从外部加入的流体作为层流边界层或层流底层的流动的一部分，实际上可以说是将层流边界层或层流底层的一部分进行分流并流通。故，通过检测流过分流路3(3a、3b)的流体流速，能够准确地检测上述层流边界层或层流底层的流速。

还有，由于开口端部2附近的主流路1的截面积一直为恒定，该截面积与上述流速之乘积与流量相当(成比例)。根据该理由，在本说明书中有时将用〔流速〕的表述与用〔流量〕的表述互相置换使用。另外将这些总称为〔流动〕来表述。

但是也可以在形成主流路1的流路截面中的沿着其管内壁面1a的圆周方向设置多个上述的分流路3(3a、3b)。在该情况下，只要如图4模拟地表示的主流路1的横截面那样，将多个分流路3的各个开口端部2以主流路1的轴心为中心等角度间隔配置即可。具体就是，在设置4个分流路3的情况下，只要将形成主流路1的圆环的管内壁面1a以90o间隔等分，在这些等分成的各个位置上分别配置上述各个分流路3的开口端部2即可。在该情况下，希望各个分流路3的直径完全相等(例如口径为0.8mm)。然后只要分别检测在这些各个分流路3中分别分流的流体流速，即使例如上述图2所示流过主流路1的流体流量有偏移，也能够分别检测与该偏移对应的管内壁面1a的各个部分的流速。

因此，若综合判定通过多个分流路3分别检测的管内壁面1a的各个部分的流速，例如只要求出各个部分的流速之差，就能评价流过主流路1的流体流量的偏移。另外只要将通过这些分流路3分别检测出的管内壁面1a的各个部分的流速相加平均，就能与上述流量的偏移无关，简单地求出其平均流量。换句话说，即使在流量测量部位的上流侧存在弯曲管路，因而流过主流路1的流体流量产生变化(流速分布偏移)的情况下，也能够简易且高精度地测量其平均流速。

还有，即使在该情况下，关于以主流路1的轴心为中心等角度间隔配置的多个开口端部2，可以是朝着上述主流路1的上流侧的进入侧开口端部2a，也可以是朝着主流路1的下流侧的出口侧开口端部2b。另外关于这些各个开口端部2，如上所述，使其开口位置(测量位置d)只要低于库艾特流的边界R_f，例如离开管内壁面1a的0.3～1.0mm左右的一定高度上一致即可。

例如也可如图5所示，通过连接流路6并联连接上述的多个分流路3，在使分别流过上述分流路3的流体合流流过的连接流路6中设置热式流量计4。即，也可以在将主流路1的周方向进行等分的位置分别设置开口端部2的多个分流路3的另一端部分别与沿着上述主流路1的外周圆环状设置的连接流路6连通。然后在从该连接流路6的一部分向外部引出的合流流路6a中安装热式流量计4。

在该情况下，连接流路6和合流流路6a与连通部相当。作为希望的实施方式，至少应将分流路3和连接流路6中的一个流路阻力设定得较大，而将合流流路6a的流路阻力设定得较小。因此，例如只要设各个分流路3的流路截面积为0.5mm²，设连接流路6的流路截面积比为上述四个分流路3的流路截面积的总和2.0mm²大的4.0mm²，进而设合流流路6a的流路截面积为更大的6.0mm²，则能够按照从分流路3至连接流路6、合流流路6a的顺序降低其流路阻力。但是，若设定合流流路6a的流路截面积过大，则因流速变得太小，而离开热式流量计4的检测范围，故应注意。

若这样构成流体检测装置，则在多个开口端部2从主流路1的壁面附近分别分流的流体流量的一部分通过分流路3流入连接流路6，在合流流路6a汇合在一起流过。因而热式流量计4能检测与在上述各个分流路3分别分流的流量的总和相当的总流量。另外只要用热式流量计4检测出的总流量以上述分流路3的数量n相除，就能算出每个分流路3的流量，即平均流量。另外能够简单地测量流过主流路1的内壁面附近的流体(层流边界层或层流底层)的平均流速，进而对该平均流速乘上规定的常数，能够简单地测量流过主流路1的流体的平均流速。

特别是在采用这样构成的情况下，在多个分流路3中不必分别安装热式流量计4，只要使用一个热式流量计4即可。因此虽然说为了并联连接多个分流路3用而需要采用连接流路6，但能够力图简化包含该信号处理系统的整个结构。即使在该情况下，对于并联连接的多个分流路3，可以是使上述开口端部2a朝着主流路1的上流侧的多个分流路3a，或者也可以是使开口端部2b朝着主流路1的下流侧的多个分流路3b。

但是在主流路1中设置开口端部2a朝着主流路1的上流侧的上流侧分流路3a和开口端部2b朝着主流路1的下流侧的下流侧分流路3b的情况下，也能够构成如图6所示那样，使这些各个分流路3a、3b的另一端部互相连通，使得从主流路1向上流侧分流路3a引入的流体的一部分通过下流侧分流路3b返回主流路1。

在该情况下，最好是将上述各个分流路3a、3b的开口端部2a、2b互相背靠背配置，使上述分流路3a中分流的流体通过分流路3b不返回开口端部2a的上流侧。即，上述分流路3a、3b中分流流过的流体，只要返回与该分流点相同处或更下流侧即可。但是不是否定上述分流路3a中分流的流体通过分流路3b返回开口端部2a的上流侧。

还有，在设置多对开口端部2a朝着主流路1的上流侧的分流路3a和开口端部2b朝着主流路1的下流侧的分流路3b的情况下，也可以使这些分流路3a、3b的另一端分别连通。但是如上所述，在多个分流路3a和多个分流路3b分别并联连接设置的情况下，只要将这些并联连接的分流路3a、3b的另一端(连接流路6的另一端)互相连通即可。

若采用这样将开口端部2a朝着主流路1的上流侧的分流路3a与开口端部2b朝着主流路1的下流侧的分流路3b的各个另一端互相连通的结构，由于从主流路1向分流路3a分流的流体的一部分通过分流路3b返回上述主流路1，因此就能稳定其流量。而且由于流过主流路1的流体不会放出到其外部，另外不会有从外部引入的流体混入流过主流路1的流体，因此流过该主流路1的流体本身不会发生任何变化。因而对于流过主流路1的流体不会产生影响，而能检测其流速(流量)。进而能充分提高作为流体检测装置的动作可靠性。

但是如上所述构成的流体检测装置能够具体形成为图7和图8所示的薄型装置。还有，图7表示流体检测装置的纵向剖面结构，图8表示由图7中的点划X-X表示的上述流体检测装置的横截面结构。图中纸面右侧为上流侧，左侧为下流侧。

本装置采用插入在流过燃料气体等的圆筒形燃气管道的凸缘连接部的结构，由形成规定厚度(例如9mm)的环状的第1构件10和嵌入该第1构件10的外周的环状的第2构件20构成。这些第1和第2构件10和20分别由金属制的构件构成，但也可以是由具有高耐热性的塑料制成。

具有规定厚度的环状的第1构件10的圆环状的内壁面11形成流体的主流路1。特别是该内壁面11使其内径D第1构件10的厚度方向(流体的流通方向)光滑变化，形成中央部分的内径D为最小的截面半圆弧状、或截面半圆弧状的光滑的流线型状的曲面。

还有，关于该内壁面11的最大内径D，考虑到燃气管道的内径(例如21mm)，故在该两端部设定为21mm，另外对于内壁面中央部向内侧的突出高度h，例如设定为0.5～1.0mm左右。即，内壁面1 1的最小内径D-2h设定在19～18mm左右，与上述光滑的表面形状相配合，使流过主流路的流体的压力损耗极小。

该第1构件10在形成上述形状的内壁面11上，从该第1构件10的内壁面11到外周面14a设置构成设有上述开口端部2的分流路3的多个穿通孔12。特别是上述开口端部2从形成截面半圆弧状、或截面半椭圆形的上述内壁面11的中央部到其两边部，分别设置在该第1构件10的厚度方向形成呈漏斗状开口的椭圆形状的凹部。特别是对于形成上述凹部形状的开口端部2，其开口方向相对于主流路1的轴心、例如大致倾斜60°设置。图7中为了容易看图，将开口端部2a和开口端部2b的位置画得稍微左右分开一点。但是在实际的流体检测装置进行设计时，也可以通过将上述角度设定成最佳，通过这样配置，使得从该截面方向来看，开口端部2a和开口端部2b完全重叠。

这些从内壁面11的中央部到两边部分别设置的开口端部2的一方起到作为朝着流体流通方向的上流侧开口的进入侧开口端部2a的作用，而另一方起到作为朝着流体流通方向的下流侧开口的出口侧开口端部2b的作用。而且这些分别朝着流体流通方向的上流侧和下流侧设置的多个开口端部2(2a、2b)如上所述，分别设置在将内壁面11沿圆周方向等分的位置，将流过第1构件10的内壁面11附近的层流边界层或层流底层的流量的一部分进行分流，并引入穿通孔12(分流路3)。

通过采用这样的结构，使分流路的流入侧的开口端部2a和流出侧的开口端部2b的位置极其靠近设置，实际上能够消除对于流体的特定振动频率(波长)的灵敏度下降的问题。

另外在上述第1构件10的圆周面14b，在外周方向上平行设置两条槽13a、13b。这些槽13a、13b在其底部(即，外周面14a)将如上所述的多个穿通孔12的另一端分别连通，利用第1构件10的外周面嵌入的第2构件20的内周面23使其上面封闭，分别形成上述的环状连通流路6。

另一方面，上述第2构件20包括如上述那样嵌入第1构件10的外周面并封闭槽13a、13b的上面的内周面23和穿过该内周面23的一部分并使上述槽13a、13b之间连通的凹状空间部21。另外穿过该空间部21的底面形成规定形状的流量计的安装孔，从第2构件20的外周面侧将安装在规定形状的外壳中的热式流量计4装入该流量计安装孔。

然后上述的第1构件10和第2构件20在封闭槽13a、13b的上面并组合的状态下，即在第2部件20的内周面23嵌入第1构件10的状态下，将它们之间进行气密使其接合成一体。通过该一体化，上述的穿通孔12的分流路3和槽13a、13b的连接流路6通过空间部21连通。分流路3的截面积形成开口端部2的最窄部为最小，按照槽13、空间部21的顺序逐渐增大形成。其结果，按照从槽13到空间部21的顺序，设定该流体阻力逐渐减小。

还有，为了简化而未图示，在图7中，也可以在槽13a与槽13b之间的上述第1构件10的外周和第2构件20的内周的接触面形成圆环状的槽，在该槽中设置O形环等的密封垫圈。若设置这样的密封垫圈，能够防止因制作精度不够而产生流体从槽13a通过上述接触面的间隙到槽13b的泄漏。其结果，由于流过槽13a的流体必须通过空间部21流向槽13b，因此能起到防止检测误差的作用。

还有，在第2构件20和为了保持气密性用的密封垫圈30，30上避开设置上述空间部21的位置如图8所示以等角度间隔设置多个圆孔22。这些圆孔22设置在燃气管道的凸缘接合部，是为了插入将互相相对的一对凸缘接合部连接的螺栓(未图示)用的。还有，也可以在第2构件20中，在与管道凸缘部对置的表面设置圆环状的槽，在其中配置O环状的密封垫圈来代替密封垫圈30。关于这些密封垫圈材质，只要根据使用的温度从橡胶或软铜等公知的材料中适当选择即可。另外若密封垫圈30、30使用热传导率低的材质(例如成形的耐热纤维)，第2构件20使用热传导率高的材质(例如铝)，就能够高效冷却分流的燃料气体。为了进一步促进燃料气体的冷却，也可以通过加大第2构件20的直径等使空间部21的流路长度加长，或在外部设置对空间部21的周围冷却的冷却散热片或冷却装置。

这样根据上述结构的薄型流体检测装置，只要夹在已有的燃气管道的凸缘接合部之间，插入其流路内，就能简单地安装在燃气轮机等的燃料气体供给系统中。然后将流过燃气管道的燃料气体的、流过燃气管道壁面附近的层流边界层或层流底层的流量的一部分引入上述空间部21，能够有效地测量其流速(流量)。而且如上所述由于能够将流过燃气管道的燃料气体的流速(流量)作为流过分流路3的流体的流速进行高精度测量，因此其实用性非常大。

还有，即使在流过燃气管道的燃料气体为高温、或在燃料气体中包含尘埃的情况下，由于通过分流路3能对其燃料气体的一部分加入分流进行测量，因此能够在其途中冷却燃料气体，或者利用弯曲流路结构具有的惯性集尘效果来除去尘埃。因而即使使用一般耐热性不那么高的热式流量计4，也能够容易且稳定地进行其测量。特别是与现有的利用由孔板生成的差压来进行流量测量的流量计不同，由于是根据流路内壁附近的流量来检测其流体的质量流量，因此具有的优点是不会导致压力损耗等问题，并能高精度地进行其测量。

图9表示使用上述结构的流体检测装置测量的流量与流过主流路1的流体的实际流量之关系的比较。图9的特性A表示在上流侧和下流侧通过凸缘部分别连接内径21mm的直管(燃气管道)时的测量特性。另外特性B表示在上流侧和下流侧通过凸缘部分别连接内径27mm的直管(燃气管道)时的测量特性。再有特性C表示在上流侧与内径21mm的直管(燃气管道)连接、在下流侧与内径27mm的直管(燃气管道)连接的情况下的测量特性。

另外特性D表示在上流侧与内径21mm的弯管(燃气管道)连接，同时在下流侧与内径21mm的直管(燃气管道)连接的情况下的测量特性。另外特性E表示在上流侧与内径27mm的弯管(燃气管道)连接、同时在下流侧与内径27mm的直管(燃气管道)连接的情况下的测量特性。再有特性F表示在上流侧与内径21mm的弯管(燃气管道)连接、同时在下流侧与内径27mm的直管(燃气管道)连接的情况下的测量特性。

如这些各个特性A～F分别所示，根据本发明的流体检测装置，能够确认基本上与燃气管道的内径无关，而且也与燃气管道是直管还是弯管无关，即与流体流量是否有变化无关，能得到大致呈直线的检测特性。即能够确认，能看作流量与检测输出呈正比关系的区域比较宽，具有足够的检测精度。

根据这样的试验结果，即使例如图10所示缩小主流路1的流路截面积，在其管内的内侧突出的部位7的前端部设置开口端部2，只要上述突出部位7不妨碍流过主流路1的内壁面附近的层流边界层或层流底层，就能够说其突出高度基本上没有问题。因而如设标准的燃气管道的内径为21mm或27mm，那么只要准备取上述的主流路1的最小内径为19mm的流体检测装置，就能够在标准的21mm或27mm口径的管道中直接使用。

这里简单说明上述的流量检测装置中安装的热式流量计4。该热式流量计具有如图11所示的元件结构，它在硅底座B上将设置的由发热电阻体构成的发热元件Rh置于当中，沿流体的流通方向F设置由测温电阻体构成的一对温度传感器Ru和Rd，称为微型流量传感器。而且热式流量计(微型流量传感器)是利用上述发热元件Rh发出的热量的扩散程度(温度分布)跟随上述流体的流过而变化的原理，根据上述温度传感器Ru和Rd的因热量而产生的电阻值变化来检测上述流体流量Q。

具体就是该热式流量计的从发热元件Rh发出的热量与流体流量Q相对应加到下流侧的温度传感器Rd上，通过这样该温度传感器Rd的因热量而产生的电阻值变化比上流侧的温度传感器Ru的要大，利用这一点来测量上述流量Q。还有，图中的Rr是设置在离开上述发热元件Rh的位置的由测温电阻体构成的温度传感器，用于测量周围温度。

图12表示使用上述的微型流量传感器的热式流量计的简要结构。即，发热元件Rh的驱动电路是这样构成，它采用该发热元件Rh与周围温度测量用的温度传感器Rr、以及一对固定电阻R1和R2形成电桥电路41，通过晶体管Q将规定电源供给的电压Vcc加在上述电桥电路41上。同时用差动放大器42求出该电桥电路41的电桥输出电压，对上述晶体管Q进行反馈控制，调整加在上述电桥电路41上的发热元件驱动电压，使得其电桥输出电压为零。利用这样构成的发热元件驱动电路，对上述发热元件Rh的发热温度进行控制，使其一直只比其周围温度t要高一定温度差Δt。

另一方面，根据上述一对温度传感器Ru、Rd的因热量而产生的电阻值变化来检测沿着上述微型流量传感器流过的流体流量Q的流量检测电路是这样构成，它使用上述一对温度传感器Ru、Rd和一对固定电阻Rx、Ry来形成流量测量用的电桥电路43，通过差动放大器44来检测与温度传感器Ru、Rd的电阻值变化相对应的电桥输出电压。然后在利用上述发热元件驱动电路使发热元件Rh的发热量为一定的条件下，根据通过差动放大器44检测的电桥输出电压Vout，求出沿着上述微型流量传感器流过的流体流量Q。这样的微型流量传感器的特点是能测量极低流速(例如下限为0.3mm/秒)的气流。因此，如上述实施方式那样，即使相对于主流路的流量，其分流路的流量极小(例如1/1000程度)，也能够高感度地检测流过分流路的流体。

在具有这样结构的热式流量计中，如图12所示，只要监视加在电桥电路41上的发热元件驱动电压Vh，则由于该发热元件驱动电压Vh是与周围温度变化相对应的，因此就能将例如从燃烧室中传来的燃烧振动而产生的温度变化作为上述发热元件驱动电压Vh的变化量(振幅)或振动频率来获得。即，燃烧振动向燃烧室附近的燃气管道等的燃料气体、或其周围的空气传播。因而只要将这样的燃烧振动作为热式流量计的发热元件Rh的驱动电压的变化来获得，由此就能简单地监视燃烧振动。因而使用热式流量计可进行流量测量，同时使用相同的热式流量计就能监视燃烧振动。

在实现上述的热式流量计的情况下，也可以如图13的其主要部分简要结构所示，除了将槽13a、13b形成的连接流路6互相连接而形成的连接通路的空间部21，还设置与上述分流路3隔离的辅助空间部25，在该辅助空间部25设置辅助热式流量计(流量传感器)4a。该辅助空间部25是这样形成的密闭空间，它将例如穿过第2构件20的外周面的有底凹部的开口部用安装在该第2构件20上的辅助热式流量计(流量传感器)4a堵住。即辅助空间部25形成作为与流体流通无关的空间。通过在该辅助空间部25设置与上述热式流量计4相同规格的辅助热式流量计4a，能够检测与流体流量无关的辅助空间25的内部流体状态。

即，对于上述辅助空间部25的内部流体，伴随着该流体检测装置安装的管道产生的机械振动，加上与对流过上述分流路3的流体加上的振动相对应的相同的振动。另外对热式流量计(流量传感器)4和辅助热式流量计(流量传感器)4a加上受到来自外部的电的和磁的影响而产生的基本相同的噪声。因而用辅助空间部25设置的辅助热式流量计4a，只能够检测与流体流量无关的、加在上述辅助空间25内的流体上的外在因素(振动或噪声)、或辅助热式流量计4a中产生的内部噪声。即通过使用上述的辅助热式流量计4a，能够检测出从燃烧器等通过管道传播的振动或电气噪声等的分量。还有，这些热式流量计4和辅助热式流量计4a分别如上述的图12所示那样构成。

然后如图14所示，从热式流量计4检测出的与流体流量(流量)相当的输出Vout中减去上述辅助热式流量计4a检测出的与流体流量无关的信号分量Vout(N)。在该情况下，希望对上述信号分量Vout(N)乘上规定的修正系数K之后，用于上述热式流量计4的输出Vout的修正。即，热式流量计4检测出的与流体流量(流量)相当的输出Vout中相对应包含用上述辅助热式流量计4a检测出的信号分量Vout(N)。因而只要从上述热式流量计4的输出Vout中减去上述辅助热式流量计4a的输出Vout(N)，由此就能只对与流体流量有关的分量(流量)高精度地进行测量。

因此，除了热式流量计4，只要另外使用辅助热式流量计4a来检测流体中所包含的与该流体流量无关的信号分量Vout(N)，并使用该信号分量Vout(N)来修正上述热式流量计4的输出Vout(N)，就能有效地抵消因振动等而产生的流体流量中所包含的噪声分量、或热式流量计4和辅助热式流量计4a本身分别产生的电气噪声等。因而就能提高SN比，高精度地进行流量(流量)测量。

但是根据上述辅助空间部25的容积，该辅助空间部25有可能对振动起到机械滤波器的作用。为了消除这样的问题。例如也可以形成从第2构件20的外周面向上述辅助空间部25穿通的小孔(未图示)，使上述辅助空间部25充满大气。或者也可以形成从第2构件20的内周面23向上述辅助空间部穿通的小孔(未图示)，使辅助空间部25充满测量流动。在该情况下，应考虑到辅助空间部25的存在不妨碍流体流量。在这样采用将辅助空间部25向大气或测量流体开放的结构的情况下，应适当调整辅助空间部25和上述小孔的尺寸形状，使得测量频带的振动分量不衰减。

还有，本发明不限于上述的实施方式。例如沿着主流路1的内壁面在其圆周方向设置的多个开口端部2的数量n也可以根据其规格来决定。另外关于其开口端部2的大小或形状也可以作各种各样的变形，例如也可以通过管状突出的部分来实现，以代替凹部。进而主流路2的截面形状也可以不是圆形。在具有圆形以外的截面形状的主流路1中设置n个开口端部2的情况下，关于各个开口端部2的设置位置，最好通过实验来找出最佳位置。或者也可以用假想线对主流路1的截面积进行n等分(这里，假想线通过主流路截面的中心)，在各个分割片的假想中心线上设置各个开口端部2。这在主流路1的截面形状为圆形时，与将各个开口端部2在其周围等角度配置的情况相当。进而关于热式流量计，也可以用热电元件(热电偶)来构成温度传感器，或也能使用由数微米的细线形成的热线式流量计，来代替上述的在半导体上集成的微型流量传感器。就是说本发明只要在不脱离其宗旨的范围内，能够实施各种各样的变形。

Claims (16)

1.流体检测装置，其特征在于，包括

流过流体的主流路；

在该主流路的内壁面附近具有朝着该主流路的上流侧或下流侧设置的开口端部、并通过该开口端部使流过所述主流路的内壁面附近的流体的一部分流过的一个或多个分流路；

以及在所述分流路中设置的、检测流过该分流路的流体流动的热式流量传感器。

2.如权利要求1所述的流体检测装置，其特征在于，

所述多个分流路的朝着所述主流路的上流侧的各个开口端部以所述主流路的轴心为中心沿着该流路截面等间隔地设置。

3.如权利要求1所述的流体检测装置，其特征在于，

所述多个分流路的朝着所述主流路的下流侧的各个开口端部以所述主流路的轴心为中心沿着该流路截面等间隔地设置。

4.如权利要求1～3中的任何一个所述的流体检测装置，其特征在于，

所述分流路的另一端朝着所述主流路的周围环境开放。

5.如权利要求2所述的流体检测装置，其特征在于，

使开口端部朝向所述主流路的上流侧的多个分流路用其另一端互相连接而形成一个流路，

所述热式流量检测器设置在所述多个分流路互相连接而形成一个流路的部位，检测所述各个分流路中分别流过的流体的总流量。

6.如权利要求3的流体检测装置，其特征在于，

使开口端部朝向所述主流路的下流侧的多个分流路用其另一端互相连接而形成一个流路，

所述热式流量检测器设置在所述多个分流路互相连接而连接一个流路的部位，检测所述各个分流路中分别流过的流体的总流量。

7.如权利要求5或6所述的流体检测装置，其特征在于，

所述多个分流路互相连接而形成一个流路的部位的端部朝着所述主流路的周围环境开放。

8.如权利要求1所述的流体检测装置，其特征在于，

其中进一步包括设置在不形成所述分流路的部位的、对所述流体的状态进行检测的辅助热式流量传感器。

9.如权利要求8所述的流体检测装置，其特征在于，

所述辅助热式流量传感器设置在与所述分流路连通的流体积存部。

10.一种流体检测装置，其特征在于，包括

流过流体的主流路；

在该主流路的内壁面附近具有朝着该主流路的上流侧设置的进口侧开口端部和朝着所述主流路的下流侧设置的出口侧开口端部、并分别通过这些进口侧开口端部和出口侧开口端部使流过所述主流路的内壁面附近的流体的一部分流过的一个或多个分流路；

以及在所述分流路中设置的、检测流过该分流路的流体流动的热式流量传感器。

11.如权利要求10所述的流体检测装置，其特征在于，

所述多个分流路的各个进口侧开口端部和各个出口侧开口端部分别以所述主流路的轴心为中心沿着该流路截面等间隔设置。

12.如权利要求10所述的流体检测装置，其特征在于，

所述多个分流路的各个进口侧开口端部和各个出口侧开口端部设置成在所述主流路的流路方向上的位置大致一致。

13.如权利要求11或12所述的流体检测装置，其特征在于，

所述分流路具有分别包括所述进口侧开口端部的多个上流侧分流路、分别包括所述出口侧开口端部的多个下流侧分流路、设置在这些多个上流侧分流路与多个下流侧分流路之间并形成一个流路的连通部，

所述热式流量检测器设置在形成所述一个流路的连通部，检测在各个分流路中分别流过的流体的总流量。

14.如权利要求13的流体检测装置，其特征在于，

所述各个分流路的各个流路阻力大于所述连通部的流路阻力。

15.如权利要求10的流体检测装置，其特征在于，

其中进一步包括设置在不形成所述分流路的部位的、对所述流体的状态进行检测的辅助热式流量传感器。

16.如权利要求15所述的流体检测装置，其特征在于，

所述辅助热式流量传感器设置在与所述分流路连通的流体积存部。

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