DE102021103500A1

DE102021103500A1 - FLOW METER

Info

Publication number: DE102021103500A1
Application number: DE102021103500.7A
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Nakao; Katsuyuki Yamamoto
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2021-09-16
Also published as: CN113390478A; JP7487501B2; JP2021144011A

Abstract

Eine Technik wird bereitgestellt, die in der Lage ist, den Durchfluss eines Fluids in einem breiten Bereich mit hoher Genauigkeit zu messen und gleichzeitig das Gerät zu verkleinern. Durchflussmessgerät nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Heizung, die an einem Kanal angeordnet ist und ein durch den Kanal fließendes Fluid heizt, zwei in Flussrichtung des Fluids aneinandergereihte Temperatur-Ausgabeeinheiten, zwischen denen die Heizung positioniert ist und die eine erste Information zur Temperatur des Fluids in der Nähe der relativ zu der Heizung stromaufwärtsseitigen Einheit sowie eine zweite Information zur Temperatur des Fluids in der Nähe der relativ zu der Heizung stromabwärtsseitigen Einheit ausgeben und eine Durchfluss-Messeinheit, die das Durchflussmessverfahren des zu messenden Fluids umschaltet, indem der Durchfluss des zu messenden Fluids nach einem ersten Messverfahren mittels der ersten Information bestimmt wird, falls dieser gleich oder über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt und der Durchfluss des zu messenden Fluids nach einem zweiten Messverfahren mittels der Ausgangsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Information bestimmt wird, falls dieser unterhalb von dem vorbestimmten Schwellenwert liegt.A technique is provided which is capable of measuring the flow rate of a fluid in a wide range with high accuracy while downsizing the device. Flow measuring device according to one aspect of the present invention comprises a heater which is arranged on a channel and heats a fluid flowing through the channel, two temperature output units lined up in the flow direction of the fluid, between which the heater is positioned and which provides first information about the temperature of the Fluids in the vicinity of the unit on the upstream side relative to the heater and a second item of information about the temperature of the fluid in the vicinity of the unit on the downstream side relative to the heater and a flow measurement unit that switches the flow measurement method of the fluid to be measured by measuring the flow rate of the to measuring fluid is determined according to a first measuring method using the first information, if this is equal to or above a predetermined threshold value and the flow of the fluid to be measured is determined according to a second measuring method using the output difference between the first and second information is determined if this is below the predetermined threshold value.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION

Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-044572 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 13. März 2020, wobei deren gesamter Gehalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.This application is based on Japanese Patent Application No. 2020-044572 , filed in the Japanese Patent Office on March 13, 2020, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Durchflussmessgerät.The present invention relates to a flow meter.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Eine Messtechnik, bei der mittels eines thermischen Durchflusssensors ein Durchfluss eines Fluids gemessen wird, wurde offenbart (siehe z.B. JP 3658321 B2 ). In Einzelheiten wird in JP 3658321 B2 beschrieben, dass der Durchflusssensor eine Heizung und zwei Thermosäulen aufweist, zwischen denen in Flussrichtung des Fluids die Heizung positioniert ist. Ferner ist darin eine Technik beschrieben, mit der die Empfindlichkeit des Durchflussensors erhöht wird, indem für die Ermittlung des Durchflusses des Fluids die Differenz der Ausgangsleistung der beiden Thermosäulen bestimmt wird. Als Grund dafür wird genannt, dass in der Ausgangsleistung der Thermosäule Rauschkomponenten enthalten sind, die durch den Kanal geleitet werden, und diese Rauschkomponenten jedoch durch Ermittlung der Ausgangsdifferenz der beiden Thermosäulen kompensiert werden können, wie in JP 3658321 B2 beschrieben ist. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Durchflussmessung erhöht werden, indem der Durchfluss eines Fluids durch Bestimmung der Ausgangsdifferenz ermittelt wird. Ferner sind verschiedene Techniken offenbart, die über einen breiten Bereich die Messgenauigkeit des Durchflusses eines Fluids verbessern (siehe z.B. JP 2003-247876 A und JP 2002-277483 A ).A measurement technique in which a flow of a fluid is measured by means of a thermal flow sensor has been disclosed (see e.g. JP 3658321 B2 ). Details are given in JP 3658321 B2 described that the flow sensor has a heater and two thermopiles, between which the heater is positioned in the flow direction of the fluid. Furthermore, a technique is described therein with which the sensitivity of the flow sensor is increased by determining the difference in the output power of the two thermopiles in order to determine the flow rate of the fluid. The reason given is that the output power of the thermopile contains noise components that are passed through the channel, but these noise components can be compensated for by finding the output difference of the two thermopiles, as shown in FIG JP 3658321 B2 is described. In this way, the accuracy of the flow measurement can be increased by determining the flow of a fluid by determining the output difference. Furthermore, various techniques are disclosed which improve the measuring accuracy of the flow of a fluid over a wide range (see e.g. JP 2003-247876 A and JP 2002-277483 A ).

Bei hohem Durchfluss eines Fluids nimmt die Ausgangsleistung der stromaufwärtsseitigen Thermosäule entsprechend der Theorie linear zum Durchfluss ab, während die Ausgangsleistung der stromabwärtsseitigen Thermosäule entgegen der Theorie dazu neigt, nicht linear zum Durchfluss zuzunehmen. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass die Lagebeziehung zwischen der Wärmeverteilung der Heizung und der stromabwärtsseitigen Thermosäule bei hohem Durchfluss von einem optimalen Zustand abweicht. In diesem Fall kann der Durchfluss, ermittelt durch Bestimmung der Ausgangsdifferenz der beiden Thermosäulen, gegenüber dem tatsächlichen Durchflusswert fehlerhaft sein. Folglich kann die Genauigkeit der Durchflussmessung des Fluids sinken.With a high flow rate of a fluid, the output power of the upstream-side thermopile decreases linearly with the flow, according to the theory, while the output power of the downstream-side thermopile, contrary to the theory, tends to increase non-linearly with the flow rate. This can be attributed to the fact that the positional relationship between the heat distribution of the heater and the downstream thermopile deviates from an optimal state at a high flow rate. In this case, the flow, determined by determining the output difference of the two thermopiles, may be incorrect compared to the actual flow value. As a result, the accuracy of the flow measurement of the fluid can decrease.

Denkbar ist, den Durchgangsquerschnitt des Hauptkanals, durch den ein Fluid fließt, zu vergrößern und den dadurch reduzierten Durchfluss des durch den Kanal passierenden Fluids zu messen. Dabei wird jedoch das Messgerät größer. Das bedeutet, es wird schwierig, die verringernde Genauigkeit der Durchflussmessung in hohem Durchflussbereich durch eine strukturelle Änderung zu lösen.It is conceivable to enlarge the passage cross-section of the main channel through which a fluid flows and to measure the flow rate of the fluid passing through the channel which is reduced as a result. In doing so, however, the measuring device becomes larger. That is, it becomes difficult to solve the lowering accuracy of flow measurement in a high flow area by a structural change.

KURZDARSTELLUNGSHORT REPRESENTATION

Die vorliegende Erfindung wurde in einem Aspekt angesichts dieser Umstände gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik bereitzustellen, die in der Lage ist, den Durchfluss eines Fluids in einem breiten Bereich mit hoher Genauigkeit zu messen und gleichzeitig das Gerät zu verkleinern.The present invention has been made in one aspect in view of these circumstances, and it is an object of the present invention to provide a technique capable of measuring the flow rate of a fluid in a wide range with high accuracy while downsizing the apparatus.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung die nachfolgende Anordnung.In order to achieve the above object, the present invention adopts the following arrangement.

Ein Durchflussmessgerät nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Heizung, die an einem Kanal angeordnet ist und ein durch den Kanal fließendes Fluid heizt, zwei in Flussrichtung des Fluids aneinandergereihte Temperatur-Ausgabeeinheiten, zwischen denen die Heizung positioniert ist und die eine erste Information zur Temperatur des Fluids in der Nähe der relativ zu der Heizung stromaufwärtsseitigen Einheit sowie eine zweite Information zur Temperatur des Fluids in der Nähe der relativ zu der Heizung stromabwärtsseitigen Einheit ausgeben und eine Durchfluss-Messeinheit, die das Durchflussmessverfahren des zu messenden Fluids umschaltet, indem der Durchfluss des zu messenden Fluids nach einem ersten Messverfahren mittels der ersten Information bestimmt wird, falls dieser gleich oder über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt und der Durchfluss des zu messenden Fluids nach einem zweiten Messverfahren mittels der Ausgangsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Information bestimmt wird, falls dieser unterhalb von dem vorbestimmten Schwellenwert liegt.A flow meter according to one aspect of the present invention comprises a heater which is arranged on a channel and heats a fluid flowing through the channel, two temperature output units lined up in the flow direction of the fluid, between which the heater is positioned and which provides first information on the temperature of the fluid in the vicinity of the unit on the upstream side relative to the heater and a second item of information about the temperature of the fluid in the vicinity of the unit on the downstream side relative to the heater and a flow measurement unit that switches the flow measurement method of the fluid to be measured by the flow rate of the fluid to be measured is determined according to a first measurement method using the first information if this is equal to or above a predetermined threshold value and the flow rate of the fluid to be measured is determined according to a second measurement method using the output difference between the first and second information tion is determined if this is below the predetermined threshold value.

Nach dieser Anordnung wird bei niedrigem Durchfluss des zu messenden Fluids dessen Durchfluss mittels des zweiten Messverfahrens anhand der Ausgangsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Information bestimmt. Somit wird ein Durchfluss ausgegeben, bei dem die durch den Kanal geleiteten Rauschkomponenten kompensiert sind, wodurch die Genauigkeit der Durchflussmessung verbessert wird. Bei hohem Durchfluss des zu messenden Fluids wird hingegen dessen Durchfluss mittels des ersten Messverfahrens anhand der ersten Information bestimmt, welches die Messgenauigkeit im Vergleich zu der Messung über die Ausgangsdifferenz erhöht. Diese Anordnung ermöglicht, den Durchfluss eines Fluids in einem breiten Bereich mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, dies auch ohne den Durchgangsquerschnitt vergrößern zu müssen. Dadurch kann der Durchfluss des Fluids in einem breiten Bereich hochpräzis bestimmt werden, ohne das Ausgabegerät vergrößern zu müssen.According to this arrangement, when the flow rate of the fluid to be measured is low, its flow rate is determined by means of the second measuring method on the basis of the output difference between the first and the second information. Thus, a flow rate is output in which the noise components conducted through the channel are compensated, whereby the accuracy of the flow rate measurement is improved. With a high flow rate of the fluid to be measured, on the other hand, its flow rate is determined by means of the first measurement method on the basis of the first information, which increases the measurement accuracy compared to the measurement via the output difference. This arrangement allows the flow of a To determine fluids in a wide range with high accuracy, without having to enlarge the passage cross-section. As a result, the flow rate of the fluid can be determined with high precision over a wide range without having to enlarge the output device.

Bei dem Durchflussmessgerät nach dem oben genannten Aspekt ist es auch möglich, dass die Temperatur-Ausgabeeinheiten in der Nähe des vorbestimmten Schwellenwerts, an dem das Messverfahren umgeschaltet wird, sowohl die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Information als auch die erste Information ausgeben.In the flow measuring device according to the above-mentioned aspect, it is also possible for the temperature output units to output both the difference between the first and second information and the first information in the vicinity of the predetermined threshold value at which the measurement method is switched.

Durch diese Anordnung wird vermieden, dass die Information, die für das Verfahren bei einem eventuellen Wechsel des Messverfahrens zum Einsatz kommen soll, aus dem Grund nicht vorhanden ist, weil die Temperatur-Ausgabeeinheiten diese nicht ausgegeben haben. Somit wird die Kontinuität der Durchflussmessung in der Nähe des vorbestimmten Schwellenwerts, an dem das Messverfahren umgeschaltet wird, sichergestellt.This arrangement prevents the information that is to be used for the method in the event of a change in the measurement method from being available for the reason that the temperature output units did not output it. This ensures the continuity of the flow measurement in the vicinity of the predetermined threshold value at which the measurement method is switched.

Bei einem Ausgabegerät nach dem oben genannten Aspekt stellt der Kanal einen von einem Hauptkanal abgehenden Abzweigkanal dar, der wiederum sich verzweigende Kanäle aufweist, von denen der eine einen Kanal für hohen Durchfluss darstellt, an dem die Heizung sowie die Temperatur-Ausgabeeinheiten angeordnet sind und der den Durchfluss eines Fluids mit hohem Durchfluss bestimmt und der andere einen Kanal für niedrigen Durchfluss darstellt, an dem die Heizung sowie die Temperatur-Ausgabeeinheiten angeordnet sind und der den Durchfluss eines Fluids mit niedrigem Durchfluss bestimmt. Der Durchgangsquerschnitt des Kanals für niedrigen Durchfluss ist größer als der des Kanals für hohen Durchfluss und die Heizung sowie die Temperatur-Ausgabeeinheiten sind jeweils am Kanal für niedrigen/hohen Durchfluss angeordnet. Die Durchfluss-Messeinheit kann zum einen den Durchfluss mittels der Ausgangsleistung der am Kanal für hohen Durchfluss angeordneten Temperatur-Ausgabeeinheiten nach dem ersten Messverfahren und zum anderen mittels der Ausgangsleistung der am Kanal für niedrigen Durchfluss angeordneten Temperatur-Ausgabeeinheiten nach dem zweiten Messverfahren ermitteln.In an output device according to the above-mentioned aspect, the channel represents a branch channel which branches off from a main channel and which in turn has branching channels, one of which represents a channel for high flow rate, on which the heater and the temperature output units are arranged, and the determines the flow rate of a fluid with a high flow rate and the other represents a channel for low flow rate, on which the heater and the temperature output units are arranged and which determines the flow rate of a fluid with low flow rate. The passage area of the channel for low flow rate is larger than that of the channel for high flow rate, and the heater and temperature output units are each arranged on the channel for low / high flow rate. On the one hand, the flow measuring unit can determine the flow using the output power of the temperature output units arranged on the channel for high flow according to the first measuring method and, on the other hand, using the output power of the temperature output units arranged on the channel for low flow according to the second measuring method.

Nach dieser Anordnung ist die Durchgangsbreite des Kanals für hohen Durchfluss relativ klein vorgesehen, was die durch den Kanal für hohen Durchfluss fließende Menge des Fluids begrenzt. Dies verhindert, dass eine zu große Menge an Fluid in den Kanal für hohen Durchfluss einströmt, um mit den an diesem Kanal angeordneten Temperatur-Ausgabeeinheiten verarbeitet werden zu können. Dadurch wird verhindert, dass die Genauigkeit der Durchflussmessung bei hohem Durchfluss abnimmt.According to this arrangement, the passage width of the high flow channel is made relatively small, which limits the amount of fluid flowing through the high flow channel. This prevents too large an amount of fluid from flowing into the channel for high flow rates to be able to be processed with the temperature output units arranged on this channel. This prevents the accuracy of the flow measurement from decreasing at high flow rates.

Nach dieser Anordnung ist die Durchgangsbreite des Kanals für niedrigen Durchfluss relativ groß vorgesehen, so dass der Druckverlust des Fluids durch die Auswirkung der Kanalwand des Kanals für niedrigen Durchfluss reduziert wird. Dadurch wird verhindert, dass die Genauigkeit der Durchflussmessung bei niedrigem Durchfluss abnimmt. Somit bleibt die Messgenauigkeit in einem breiten Bereich des Durchflusses des Fluids gut erhalten. Außerdem steigt die Genauigkeit der Durchflussmessung, da der niedrige Durchfluss mit dem zweiten Messverfahren und der hohe Durchfluss mit dem ersten Messverfahren ermittelt wird.According to this arrangement, the passage width of the low flow channel is made relatively large so that the pressure loss of the fluid is reduced by the effect of the channel wall of the low flow channel. This prevents the accuracy of the flow measurement from decreasing at low flow rates. Thus, the measurement accuracy is well maintained over a wide range of the flow of the fluid. In addition, the accuracy of the flow measurement increases, since the low flow rate is determined using the second measuring method and the high flow rate using the first measuring method.

Bei dem Ausgabegerät nach dem oben genannten Aspekt kann der Abzweigkanal ferner umfassen: einen weiteren sich verzweigenden Kanal als einen Kanal zur Erfassung von Eigenschaften, der die Eigenschaft des Fluids erfasst, eine zweite Heizung, die am Kanal zur Erfassung von Eigenschaften angeordnet ist und zwei orthogonal zur Flussrichtung des Fluids im Kanal zur Erfassung von Eigenschaften aneinandergereihte zweite Temperatur-Ausgabeeinheiten, zwischen denen die zweite Heizung positioniert ist und die eine dritte Information zur Verteilung der Wärme ausgeben, die von der zweiten Heizung aus in die orthogonale Richtung diffundiert.In the output device according to the above aspect, the branch channel can further comprise: another branching channel as a channel for detecting properties, which detects the property of the fluid, a second heater, which is arranged on the channel for detecting properties, and two orthogonally second temperature output units lined up in a row for the direction of flow of the fluid in the channel to detect properties, between which the second heater is positioned and which output third information about the distribution of the heat that diffuses from the second heater in the orthogonal direction.

Die Verteilung der orthogonal zur Flussrichtung des Fluids diffundierenden Wärme hängt von der Eigenschaft des Fluids ab. Somit kann nach dieser Anordnung zusätzlich zu dem Durchfluss des Fluids die Eigenschaft des Fluids ermittelt werden. Aufgrund der ermittelten Eigenschaft des Fluids kann der gemessene Durchfluss korrigiert werden, was wiederum die Messgenauigkeit des Durchflusses erhöht.The distribution of the heat diffusing orthogonally to the direction of flow of the fluid depends on the properties of the fluid. Thus, according to this arrangement, the property of the fluid can be determined in addition to the flow rate of the fluid. Based on the determined property of the fluid, the measured flow rate can be corrected, which in turn increases the measurement accuracy of the flow rate.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Technik bereitgestellt werden, die in der Lage ist, den Durchfluss eines Fluids in einem breiten Bereich mit hoher Genauigkeit zu messen und dabei das Gerät zu verkleinern.According to the present invention, there can be provided a technique capable of measuring the flow rate of a fluid in a wide range with high accuracy while downsizing the apparatus.

FigurenlisteFigure list

1 FIG. 3 is an exemplary schematic illustration of a flow measuring device according to an embodiment.
2A and 2 B are each an exemplary detailed representation of a detection element that is arranged on an auxiliary channel.
3A - 3C are each an exemplary flow rate-dependent change in the output power of the thermopile.
4th is an example of a circuit arrangement of the flowmeter.
5 Figure 13 is an exemplary flow diagram for flow measurement that the flowmeter MCU performs.
6th is an exemplary top view of a secondary channel on which the flowmeter is arranged according to a variant.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Im Folgenden werden Ausgestaltungen einer Ausführung (nachfolgend auch „die Ausführungsform“ genannt) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Die nachfolgende Ausführungsform ist jedoch in jeder Hinsicht lediglich als ein Beispiel anzusehen. Selbstverständlich ist es möglich, unterschiedliche Verbesserungen und Variationen vorzunehmen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Bei Realisierung der Erfindung können somit konkrete Gestaltungen gemäß der Ausführungsform gegebenenfalls verwendet werden.In the following, configurations of an embodiment (hereinafter also referred to as “the embodiment”) according to one aspect of the present invention are explained with reference to the drawings. However, the following embodiment is only to be regarded as an example in all respects. It is of course possible to make various improvements and variations without departing from the scope of the invention. When realizing the invention, specific designs according to the embodiment can thus be used if necessary.

AnwendungsbeispielApplication example

Anhand 1 wird ein Beispiel beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommt. 1 ist eine beispielhafte schematische Darstellung eines Durchflussmessgeräts 100 gemäß der Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, weist das Durchflussmessgerät 100 ein Detektionselement 1 auf, das an einem vom Hauptkanal 4 abgezweigten Nebenkanal 5 angeordnet ist. Das Detektionselement 1 stellt einen sogenannten thermischen Durchflusssensor dar und umfasst eine Mikroheizung sowie zwei in die Gasströmungsrichtung vorgesehene Thermosäulen, zwischen denen die Mikroheizung positioniert ist. Bei hohem Gasdurchfluss durch den Nebenkanal 5 bestimmt das Durchflussmessgerät 100 den Durchfluss auf Basis von Ausgangsleistung der stromaufwärtsseitigen Thermosäule, während bei niedrigem Gasdurchfluss durch den Nebenkanal 5 das Durchflussmessgerät 100 den Durchfluss aufgrund der Ausgangsdifferenz zwischen der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Thermosäule bestimmt. Das Durchflussmessgerät 100 wechselt somit das Messverfahren zwischen hohem und niedrigem Gasdurchfluss.Based 1 an example in which the present invention is applied will be described. 1 is an exemplary schematic representation of a flow meter 100 according to the embodiment. As in 1 shown, has the flowmeter 100 a detection element 1 on that on one of the main canal 4th branched off side channel 5 is arranged. The detection element 1 represents a so-called thermal flow sensor and comprises a micro heater as well as two thermopiles provided in the gas flow direction, between which the micro heater is positioned. With a high gas flow through the secondary channel 5 determines the flow meter 100 the flow rate based on the output power of the upstream thermopile, while at low gas flow through the bypass channel 5 the flow meter 100 determines the flow rate based on the output difference between the upstream and downstream thermopiles. The flow meter 100 the measuring method thus changes between high and low gas flow.

Mit dem oben genannten Durchflussmessgerät 100 wird bei niedrigem Gasdurchfluss einen Durchfluss ermittelt, bei dem durch den Kanal geleitete Rauschkomponenten kompensiert sind. Dadurch steigt die Genauigkeit der Durchflussmessung. Bei hohem Gasdurchfluss wird währenddessen den Durchfluss auf Basis von Ausgangsleistung der stromaufwärtsseitigen Thermosäule bestimmt, die auch bei hohem Durchfluss mit der Veränderung des Gasdurchflusses stark korreliert. Somit erhöht sich die Genauigkeit der Durchflussmessung. Mittels eines derartigen Durchflussmessgeräts 100 kann der Gasdurchfluss in einem breiten Bereich mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Hierzu muss der Querschnitt des Nebenkanals 5 nicht vergrößert werden. Dies ermöglicht, den Gasdurchfluss in einem breiten Bereich hochpräzis zu bestimmen, ohne das Gerät vergrößern zu müssen.With the above flow meter 100 If the gas flow rate is low, a flow rate is determined at which noise components conducted through the channel are compensated. This increases the accuracy of the flow measurement. In the case of a high gas flow, the flow is determined on the basis of the output power of the upstream-side thermopile, which, even in the case of a high flow, correlates strongly with the change in the gas flow. This increases the accuracy of the flow measurement. By means of such a flow meter 100 the gas flow can be determined in a wide range with high accuracy. To do this, the cross-section of the secondary channel must be 5 cannot be enlarged. This enables the gas flow to be determined with high precision over a wide range without having to enlarge the device.

KonfigurationsbeispielConfiguration example

Hardware-KonfigurationHardware configuration

Als Nächstes wird ein Beispiel des Durchflussmessgeräts gemäß der Ausführungsform beschrieben. Das Durchflussmessgerät 100 gemäß der Ausführungsform umfasst, wie in 1 gezeigt, ein Detektionselement 1, eine MCU (Mikrokontroller-Unit) 2, ein Substrat 3, auf dem das Detektionselement 1 und die MCU 2 implementiert sind, und einen A/D-Wandler 30. Das Detektionselement 1 eines derartigen Durchflussmessgeräts 100 ist an einem vom Hauptkanal 4 abgezweigten Nebenkanal 5 angeordnet, wobei ein Gas durch den Hauptkanal 4 durchströmt, wie der Pfeil in 1 andeutet. Ein Teil des durch den Hauptkanal 4 durchströmenden Gases zweigt sich ab, um in den Nebenkanal 5 einzuströmen.Next, an example of the flow meter according to the embodiment will be described. The flow meter 100 according to the embodiment, as in FIG 1 shown, a detection element 1 , an MCU (microcontroller unit) 2 , a substrate 3 on which the detection element 1 and the MCU 2 are implemented, and an A / D converter 30. The detection element 1 of such a flow meter 100 is on one of the main canal 4th branched off side channel 5 arranged with a gas through the main channel 4th flows through, as the arrow in 1 indicates. Part of the through the main channel 4th The gas flowing through branches off to the side channel 5 to flow in.

2A und 2B sind jeweils eine beispielhafte Detaildarstellung eines Detektionselements 1, das am Nebenkanal 5 angeordnet ist. In 2A ist dessen Zustand ohne Gasfluss in den Nebenkanal 5 gezeigt, während in 2B dessen Zustand mit Gasfluss in den Nebenkanal 5 gezeigt ist. 2A and 2 B are each an exemplary detailed representation of a detection element 1 that on the side canal 5 is arranged. In 2A is its state without gas flow into the secondary channel 5 shown while in 2 B its state with gas flow into the secondary channel 5 is shown.

Das Detektionselement 1 umfasst eine Mikroheizung 6 (ein Beispiel der „Heizung“ der vorliegenden Erfindung) sowie zwei Thermosäulen 7A und 7B (ein Beispiel der „Temperatur-Ausgabeeinheit“ der vorliegenden Erfindung), zwischen denen die Mikroheizung 6 positioniert ist. Das Detektionselement 1 ist im Nebenkanal 5 derart angeordnet, dass die Thermosäule 7A im Nebenkanal 5 relativ zu der Mikroheizung 6 stromaufwärtsseitig und die Thermosäule 7B im Nebenkanal 5 relativ zu der Mikroheizung 6 stromabwärtsseitig liegt. Zudem weist das Detektionselement 1 eine isolierende Div zu der Mikroheizung 6 rt iMikroheizung 6 sowie die Thermosäule 7A und 7B ausgebildet sind. Im mittleren Bereich des Substrats 3, in dem die Mikroheizung 6 sowie die Thermosäule 7A und 7B angeordnet sind, befindet sich ein Hohlraum 9.The detection element 1 includes a micro heater 6th (an example of the "heater" of the present invention) and two thermopiles 7A and 7B (an example of the “temperature output unit” of the present invention) between which the micro heater 6th is positioned. The detection element 1 is in the side channel 5 arranged so that the thermopile 7A in the side channel 5 relative to the micro heater 6th upstream and the thermopile 7B in the side channel 5 relative to the micro heater 6th downstream. In addition, the detection element 1 an insulating div to the micro heater 6th rt iMicro heater 6 as well as the thermopile 7A and 7B are trained. In the middle of the substrate 3 in which the micro heater 6th as well as the thermopile 7A and 7B are arranged, there is a cavity 9 .

Durchfluss-MessprinzipFlow measuring principle

Im Folgenden wird das Durchfluss-Messprinzip mittels des Detektionselements 1 beschrieben. Ohne Gasströmung in den Nebenkanal 5, wie in 2A gezeigt, diffundiert die Wärme der Mikroheizung 6 um die Mikroheizung 6 symmetrisch. Daher ergibt sich keine Differenz zwischen der Ausgangsleistung der Thermosäule 7A und der Ausgangsleistung der Thermosäule 7B. Bei Gasströmungen in den Nebenkanal 5 hingegen diffundiert die Wärme der Mikroheizung 6, wie in 2B gezeigt, in Richtung zur im Nebenkanal 5 stromabwärtsseitigen Thermosäule 7B, beeinflusst durch die Gasströmung. Außerdem diffundiert die Wärme der Mikroheizung 6, ebenfalls beeinflusst durch die Gasströmung, auch in der isolierenden Dünnschicht 8 in Richtung zur stromabwärtsseitigen Thermosäule 7B. Das heißt, die Wärme der Mikroheizung 6 verbreitet sich nicht um die Mikroheizung 6 symmetrisch, sondern viel mehr in Richtung zur Thermosäule 7B. Dabei hängt das Ausmaß der stromabwärts von der Mikroheizung 6 gerichteten Wärmediffusion von dem Gasdurchfluss ab. Die Ausgangsleistung der Thermosäule 7A oder 7B soll daher theoretisch linear zu dem Gasdurchfluss ab- oder zunehmen. Aufgrund dieses Phänomens kann der Gasdurchfluss durch den Nebenkanal 5 mittels der Ausgangsleistung der Thermosäule 7A oder 7B bestimmt werden.The following describes the flow measurement principle using the detection element 1 described. Without gas flow into the secondary channel 5 , as in 2A shown, the heat of the micro heater diffuses 6th to the micro heating 6th symmetrical. Therefore, there is no difference between the Output power of the thermopile 7A and the output power of the thermopile 7B . In the case of gas flows into the secondary channel 5 on the other hand, the heat from the micro-heating diffuses 6th , as in 2 B shown in the direction of the in the side channel 5 downstream thermopile 7B , influenced by the gas flow. In addition, the heat from the micro heater diffuses 6th , also influenced by the gas flow, also in the insulating thin layer 8th towards the downstream thermopile 7B . That is, the warmth of the micro heater 6th does not spread around the micro heater 6th symmetrical, but much more towards the thermopile 7B . The extent of the downstream depends on the microheater 6th directed heat diffusion from the gas flow. The output power of the thermopile 7A or 7B should therefore theoretically decrease or increase linearly with the gas flow. Due to this phenomenon, the gas flow through the branch channel 5 by means of the output power of the thermopile 7A or 7B to be determined.

Im Übrigen kann die Strömung im Nebenkanal 5 beispielsweise Staub enthalten, was dazu führen kann, dass die Ausgangsleistung der Thermosäule 7A und 7B Rauschkomponenten enthält. Dies wiederum kann verursachen, dass der gemessene Gasdurchfluss infolge der Rauschkomponenten Fehler enthält. Denkbar ist es, den Gasdurchfluss mittels der Differenz der Ausgangsleistung der Thermosäule 7A und 7B zu bestimmen, um die Genauigkeit der Durchflussmessung zu erhöhen (ein Beispiel des „zweiten Messverfahrens“ der vorliegenden Erfindung). Nach diesem Messverfahren wird das Rauschen, das in der Ausgangsleistung der Thermosäule 7A und 7B enthalten ist, kompensiert, indem die Ausgangsdifferenz zwischen der beiden Thermosäule 7A und 7B ermittelt wird. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Messgenauigkeit des Gasdurchflusses.Incidentally, the flow in the side channel 5 for example contain dust, which can reduce the output power of the thermopile 7A and 7B Contains noise components. This, in turn, can cause the measured gas flow to contain errors due to the noise components. It is conceivable to measure the gas flow by means of the difference in the output power of the thermopile 7A and 7B to increase the accuracy of the flow measurement (an example of the “second measurement method” of the present invention). After this measurement method, the noise that is in the output power of the thermopile 7A and 7B is included, compensated by adding the output difference between the two thermopile 7A and 7B is determined. This enables an increase in the measurement accuracy of the gas flow.

Bei hohem Gasdurchfluss durch den Nebenkanal 5 kann sich die Wärmeverteilung in der Nähe der stromaufwärtsseitig angeordneten Thermosäule 7A zu der Flussrate monoton verändern, allerdings wird dies in der Nähe der stromabwärtsseitig angeordneten Thermosäule 7B nicht der Fall sein. 3A - 3C zeigen jeweils eine beispielhafte flussratenabhängige Veränderung der Ausgangsleistung der Thermosäule 7A oder 7B. 3A stellt ein Beispiel der Ausgangsleistung der Thermosäule 7A dar. 3B und 3C entsprechen jeweils einem Beispiel der Ausgangsleistung der Thermosäule 7B und der Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B. Wie in 3A dargestellt, nimmt die Ausgangsleistung der Thermosäule 7A in hohem Durchflussbereich entsprechend der Theorie linear zu der Flussrate ab. Somit ist in hohem Durchflussbereich eine starke Korrelation zwischen dem Durchfluss und der Ausgangsleistung der Thermosäule 7A erkennbar. Bei der stromaufwärtsseitigen Thermosäule 7A scheint daher der Einfluss durch die Veränderung der Wärmeverteilung der Mikroheizung 6 auch bei größerem Durchfluss gering zu sein und die Wärme wird abhängig vom Fluidfluss entzogen, so dass eine gute Korrelation zwischen der Ausgangsleistung und der Veränderung des Durchflusses aufrechterhalten bleibt. Hingegen nimmt die Ausgangsleistung der Thermosäule 7B in hohem Durchflussbereich entgegen der Theorie nicht linear zu der Flussrate zu, so dass deren Steigung kleiner wird, wie in 3B dargestellt. Dadurch nimmt die Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B nicht linear zu der Flussrate in hohem Durchflussbereich zu, was immer eine kleiner werdende Steigung ergibt, wie in 3C dargestellt. Folglich müsste der Durchfluss, der in hohem Durchflussbereich anhand der Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B ermittelt wurde, gegenüber der tatsächlich durch den Nebenkanal 5 fließenden Menge Fehler enthalten.With a high gas flow through the secondary channel 5 The heat distribution can be in the vicinity of the upstream thermopile 7A to change the flow rate monotonically, but this will be in the vicinity of the downstream thermopile 7B not be the case. 3A - 3C each show an exemplary flow rate-dependent change in the output power of the thermopile 7A or 7B . 3A provides an example of the output power of the thermopile 7A represent. 3B and 3C each correspond to an example of the output power of the thermopile 7B and the output difference between the thermopile 7A and 7B . As in 3A shown, takes the output power of the thermopile 7A in the high flow range, according to the theory, decreases linearly with the flow rate. Thus, in the high flow range, there is a strong correlation between the flow and the output power of the thermopile 7A recognizable. At the upstream thermopile 7A therefore appears to be the influence of the change in the heat distribution of the micro-heating 6th to be low even with a larger flow and the heat is withdrawn depending on the fluid flow, so that a good correlation between the output power and the change in flow is maintained. In contrast, the output power of the thermopile decreases 7B In the high flow range, contrary to the theory, it does not increase linearly to the flow rate, so that its slope becomes smaller, as in 3B shown. This increases the output difference between the thermopile 7A and 7B does not increase linearly with the flow rate in the high flow range, which always results in a decreasing slope, as in 3C shown. Consequently, the flow rate would have to be in the high flow range based on the output difference between the thermopile 7A and 7B was determined, compared to that actually through the secondary channel 5 flowing crowd contain errors.

Daraufhin wurde der Gasdurchfluss in dieser Ausführungsform in niedrigem Durchflussbereich mittels der Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B, jedoch in hohem Durchflussbereich mittels der Ausgangsleistung der stromaufwärtsseitigen Thermosäule 7A (ein Beispiel des „ersten Messverfahrens“ der vorliegenden Erfindung) bestimmt. Dadurch steigt die Genauigkeit der Durchflussmessung in einem breiten Bereich des Durchflusses.Then, in this embodiment, the gas flow rate was set in the low flow range by means of the output difference between the thermopile 7A and 7B but in the high flow range by means of the output of the upstream thermopile 7A (an example of the “first measurement method” of the present invention). This increases the accuracy of the flow measurement in a wide range of the flow.

4 stellt ein Beispiel einer Schaltungsanordnung des Durchflussmessgeräts 100 dar. Bei dem Durchflussmessgerät 100, geht die Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B als analoge Information in den A/D-Wandler 30 ein, wie in 4 dargestellt. Gleichzeitig geht die Ausgangsleistung der Thermosäule 7A allein ebenfalls als analoge Information in den A/D-Wandler 30 ein. Im A/D-Wandler 30 wird anschließend die eingegangene analoge Information in eine digitale Information umgewandelt, welche wiederum in die MCU 2 einfließt. 4th illustrates an example of a circuit arrangement of the flowmeter 100 in the case of the flow meter 100 , the output difference goes between the thermopile 7A and 7B as analog information in the A / D converter 30, as in FIG 4th shown. At the same time, the output power of the thermopile goes 7A alone likewise as analog information in the A / D converter 30. In the A / D converter 30, the incoming analog information is then converted into digital information, which in turn is transferred to the MCU 2 flows in.

5 stellt ein beispielhaftes Flussdiagramm zur Durchflussmessung dar, welche die MCU 2 des Durchflussmessgeräts 100 ausführt. In dem Flussdiagramm in 5 wird beispielhaft veranschaulicht, wie die Entscheidung getroffen wird, ob der Gasdurchfluss im Nebenkanal 5 hoch oder niedrig ist und wie das Messverfahren gewechselt wird. Dabei fließt ein Gas von etwa 0,216 bis 200 L/min durch den Nebenkanal 5 durch. 5 FIG. 10 depicts an exemplary flow diagram for flow measurement that the MCU 2 of the flow meter 100 executes. In the flowchart in 5 is an example of how the decision is made as to whether the gas flow in the secondary channel 5 is high or low and how to change the measurement method. A gas of around 0.216 to 200 L / min flows through the side channel 5 by.

Schritt S101Step S101

Im Schritt S101 wird die Differenz zwischen der Ausgangsleistung der relativ zu der Mikroheizung 6 stromaufwärtsseitig angeordneten Thermosäule 7A und der Ausgangsleistung der relativ zu der Mikroheizung 6 stromabwärtsseitig angeordneten Thermosäule 7B gemessen. Die gemessene Ausgangsdifferenz geht in die MCU 2 ein. Im Übrigen wird die Spannungsdifferenz ΔV zwischen der von der Thermosäule 7A ausgehenden Spannung und der von der Thermosäule 7B ausgehenden Spannung wie die folgende Formel 1 beschrieben:
[Formel 1] $Δ V = A \cdot {(T_{h} - T_{a})}^{b} \sqrt{V_{f}}$

wobei T_h für Temperatur der Mikroheizung 6 und T_a für Umgebungstemperatur des Detektionselements 1 steht. V_f steht für Gasflussrate sowie A und b für eine Konstante.In step S101 becomes the difference between the output power of the relative to the micro heater 6th

upstream thermopile

7A and the output power of the relative to the micro heater 6th arranged downstream Thermopile 7B measured. The measured output difference goes to the MCU 2 a. Incidentally, the voltage difference ΔV between that of the thermopile becomes 7A outgoing voltage and that of the thermopile 7B outgoing voltage as described by the following formula 1:
[Formula 1]

Δ V = A. \cdot {(T_{H} - T_{a})}^{b} \sqrt{V_{f}}

where T _{h is the} temperature of the micro heater 6th and T _a for the ambient temperature of the detection element 1 stands. V _f stands for gas flow rate and A and b for a constant.

Schritt S102Step S102

Im Schritt S102 wird die Ausgangsleistung der relativ zu der Mikroheizung 6 stromaufwärtsseitig angeordneten Thermosäule 7A gemessen.In step S102 becomes the output power of the relative to the micro heater 6th upstream thermopile 7A measured.

Schritt S103Step S103

Im Schritt S103 wird festgestellt, ob die Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B, welche im Schritt S101 gemessen wurde, größer gleich einem vorbestimmten Schwellenwert (ein Beispiel des „vorbestimmten Schwellenwerts“ der vorliegenden Erfindung) ist.In step S103 it is determined whether the output difference between the thermopile 7A and 7B which in the crotch S101 is greater than or equal to a predetermined threshold (an example of the “predetermined threshold” of the present invention).

Schritt S104Step S104

Im Schritt S104 wird der Gasdurchfluss anhand der im Schritt S102 gemessenen Ausgangsleistung der Thermosäule 7A ermittelt, falls im Schritt S103 festgestellt wurde, dass die Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B größer gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist.In step S104 the gas flow is based on the in step S102 measured output power of the thermopile 7A determined, if in step S103 it was found that the output difference between the thermopile 7A and 7B is greater than or equal to the predetermined threshold value.

Schritt S105Step S105

Im Schritt S105 wird der Gasdurchfluss anhand der im Schritt S101 gemessenen Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B ermittelt, falls im Schritt S103 festgestellt wurde, dass die Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist.In step S105 the gas flow is based on the in step S101 measured output difference between the thermopile 7A and 7B determined, if in step S103 it was found that the output difference between the thermopile 7A and 7B is less than the predetermined threshold.

Im Flussdiagramm in 5 wird im Schritt S102 die Ausgangsleistung der relativ zu der Mikroheizung 6 stromaufwärtsseitig angeordneten Thermosäule 7A immer gemessen. Es ist jedoch auch möglich, den Schritt S102 dann durchzuführen, wenn die im Schritt S101 gemessene Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B größer gleich einem vorbestimmten zweiten Schwellenwert ist, welcher kleiner gleich dem vorbestimmten Schwellenwert (Schritt S103) ist. Nach einem derartigen Durchflussmessgerät 100 wird der Ablauf der Messung vereinfacht, da die Messung der Ausgangsleistung der Thermosäule 7A im Schritt S102 bei niedrigem Durchfluss entfällt, bei dem die Ausgangsdifferenz kleiner als der vorbestimmte zweite Schwellenwert ist.In the flowchart in 5 will be in crotch S102 the output power of the relative to the micro heater 6th upstream thermopile 7A always measured. However, it is also possible to take the step S102 then perform when the in step S101 measured output difference between the thermopile 7A and 7B is greater than or equal to a predetermined second threshold value, which is less than or equal to the predetermined threshold value (step S103 ) is. After such a flow meter 100 the measurement process is simplified, since the measurement of the output power of the thermopile 7A in step S102 in the case of a low flow rate, in which the output difference is smaller than the predetermined second threshold value, is not applicable.

Wirkungeffect

Mit dem oben genannten Durchflussmessgerät 100 wird der Durchfluss bei niedrigem Gasdurchfluss mittels der Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B gemessen. Dadurch wird ein Durchfluss ermittelt, bei dem die durch den Nebenkanal 5 geleiteten Rauschkomponenten kompensiert sind, so dass die Genauigkeit der Durchflussmessung verbessert wird. Bei hohem Gasdurchfluss wird der Durchfluss mittels der Ausgangsleistung der stromaufwärtsseitigen Thermosäule 7A gemessen, welche auch bei hohem Durchfluss eine starke Korrelation zu dem Durchfluss zeigt (siehe 3A). Somit erhöht sich deren Messgenauigkeit im Vergleich zu der Messung durch die Ausgangsdifferenz. Mittels eines derartigen Durchflussmessgeräts 100 kann der Gasdurchfluss in einem weiten Bereich mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Hierzu muss der Querschnitt des Nebenkanals 5 nicht vergrößert werden. Dies ermöglicht, den Gasdurchfluss in einem weiten Bereich mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, ohne das Gerät vergrößern zu müssen.With the above flow meter 100 the flow at low gas flow is determined by the output difference between the thermopile 7A and 7B measured. As a result, a flow rate is determined at which the through the secondary channel 5 conducted noise components are compensated, so that the accuracy of the flow measurement is improved. When the gas flow rate is high, the flow rate is determined by the output of the upstream thermopile 7A measured, which shows a strong correlation to the flow even at high flow rates (see 3A) . Thus, their measurement accuracy increases compared to the measurement due to the output difference. By means of such a flow meter 100 the gas flow can be determined over a wide range with high accuracy. To do this, the cross-section of the secondary channel must be 5 cannot be enlarged. This enables the gas flow rate to be determined over a wide range with high accuracy without having to enlarge the device.

Zudem werden beim oben genannten Durchflussmessgerät 100 sowohl die Ausgangsdifferenz zwischen der Thermosäule 7A und 7B als auch die Ausgangsleistung der Thermosäule 7A allein in den Schritten S101 und S102 gemessen. Dies verhindert, dass die Ermittlung des Durchflusswerts wegen nicht erfolgter Messung der Ausgangsdifferenz erschwert wird, falls das Messverfahren von der Ermittlung des Durchflusswerts anhand der Ausgangsleistung der Thermosäule 7A im Schritt S104 auf die Ermittlung des Durchflusswerts anhand der Ausgangsdifferenz im Schritt S105 gewechselt werden soll, aus dem Grund, dass beispielsweise der im Schritt S103 als hoch bewerteter Durchfluss sich doch als niedrig herausstellte. Folglich wird die Kontinuität der Durchflussmessung in der Nähe des Schwellenwerts im Schritt S103, in dem das Messverfahren umgeschaltet wird, sichergestellt.In addition, in the above-mentioned flow meter 100 both the output difference between the thermopile 7A and 7B as well as the output power of the thermopile 7A alone in the steps S101 and S102 measured. This prevents the determination of the flow value from being made more difficult because the output difference has not been measured if the measuring method depends on the determination of the flow value on the basis of the output power of the thermopile 7A in step S104 on the determination of the flow rate based on the output difference in step S105 should be changed for the reason that, for example, the one in step S103 when rated flow turned out to be low. As a result, the continuity of the flow measurement will be close to the threshold value in step S103 , in which the measuring method is switched.

Variantevariant

Die Ausführungsform der Erfindung wurde wie oben näher beschrieben. Diese Beschreibung ist jedoch in jeder Hinsicht lediglich als ein Beispiel anzusehen. Selbstverständlich können unterschiedliche Verbesserungen und Variationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise sind nachfolgende Veränderungen möglich. Im Folgenden werden gleiche Bestandteile wie bei der vorgenannten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen versehen und auf gleiche Punkte wurde gegebenenfalls nicht weiter eingegangen. Nachfolgende Varianten sind gegebenenfalls kombinierbar.The embodiment of the invention has been described in more detail as above. However, this description is to be considered in all respects only as an example. Of course, various improvements and variations can be made without departing from the scope of the invention. For example, the following changes are possible. The following are the same Components as in the aforementioned embodiment are provided with the same reference numerals and the same points may not have been discussed further. The following variants can be combined if necessary.

3.13.1

6 stellt eine beispielhafte Aufsicht eines Nebenkanals 5A (ein Beispiel des „Abzweigkanals“ der vorliegenden Erfindung) dar, an dem ein Durchflussmessgerät 100A gemäß einer Variante angeordnet ist. Wie in 6 dargestellt, weist der Nebenkanal 5A zwei nebeneinander laufende Kanäle 71 und 81 auf. Am Nebenkanal 5A ist ein Einlass 34A vorgesehen, in den das Gas vom Hauptkanal 4 einströmt, wobei der Einlass 34A mit dem Kanal 71 und 81 kommuniziert. Durch diese Anordnung kann das Gas aus dem Hauptkanal 4 über den Einlass 34A jeweils in den Kanal 71 und 81 einfließen. Ferner ist am Nebenkanal 5A ein Auslass 35A vorgesehen, über den das Gas in den Hauptkanal 4 abfließt, wobei der Auslass 35A mit dem Kanal 71 und 81 kommuniziert. Durch diese Anordnung kann das Gas nach dem Passieren durch Kanal 71 und 81 über den Auslass 35A in den Hauptkanal 4 abfließen. Hierbei ist der Kanal 81 so vorgesehen, dass dessen im Vergleich zu einer Stelle stromaufwärtsseitiger Durchgangsquerschnitt, an der das Detektionselement 1B (nachfolgend beschrieben) angeordnet ist, größer ist als der im Vergleich zu einer Stelle stromaufwärtsseitiger Durchgangsquerschnitt des Kanals 71, an der das Detektionselement 1A (nachfolgend beschrieben) angeordnet ist. 6th represents an exemplary plan view of a secondary channel 5A (an example of the "branch duct" of the present invention) on which a flow meter 100A is arranged according to a variant. As in 6th shown, the secondary channel 5A two channels running side by side 71 and 81 on. On the side canal 5A is an inlet 34A provided in which the gas from the main channel 4th flows in, the inlet 34A with the channel 71 and 81 communicates. This arrangement allows the gas from the main channel 4th over the inlet 34A each in the channel 71 and 81 flow in. Furthermore is on the side channel 5A an outlet 35A provided through which the gas in the main channel 4th drains, the outlet 35A with the channel 71 and 81 communicates. This arrangement allows the gas to pass through the duct 71 and 81 over the outlet 35A in the main channel 4th flow away. Here is the channel 81 so provided that its compared to a point upstream passage cross-section at which the detection element 1B (described below) is arranged, is larger than compared to a point upstream passage cross section of the channel 71 at which the detection element 1A (described below) is arranged.

Ferner sind am Kanal 71 und 81 je ein Detektionselement 1A und 1B vorgesehen. Das Detektionselement 1A und 1B sind ein Element desselben Typs wie das Detektionselement 1 und so angeordnet, dass sich seine zwei Thermosäulen parallel zur Flussrichtung des Gases aneinanderreihen, genauso wie bei dem Detektionselement 1. Folglich kann der Gasdurchfluss durch den Kanal 71 und 81 jeweils mittels der Ausgangsleistung der am Detektionselement 1A und 1B vorgesehenen Thermosäulen gemessen werden.Further are on the canal 71 and 81 one detection element each 1A and 1B intended. The detection element 1A and 1B are an element of the same type as the detection element 1 and arranged in such a way that its two thermopiles are lined up parallel to the direction of flow of the gas, just as with the detection element 1 . Consequently, the gas flow through the channel 71 and 81 in each case by means of the output power of the detection element 1A and 1B provided thermopiles can be measured.

Ist der Gasdurchfluss durch den Hauptkanal 4 niedrig, wird das durch den Kanal 71 mit einem kleineren Durchgangsquerschnitt fließende Gas stark durch die Reibung mit der Kanalwandoberfläche beeinflusst. Dies kann zu einem größeren Druckverlust des durch den Kanal 71 fließenden Gases durch die Auswirkung der Wandoberfläche des Kanals 71 führen, weshalb der Durchflusswert, gemessen mit dem am Kanal 71 angeordneten Detektionselement 1A, gegenüber der tatsächlich fließenden Menge einen größeren Fehler enthalten kann. Ist der Gasdurchfluss niedrig, gibt das Durchflussmessgerät 100A daher einen Gasdurchfluss, gemessen mittels des am Kanal 81 mit einem größeren Durchgangsquerschnitt angeordneten Detektionselements 1B, als die durch den Hauptkanal 4 fließende Gasmenge aus. Diese Anordnung ermöglicht eine Durchflussmessung mit hoher Genauigkeit, da das durch den Kanal 81 mit einem größeren Durchgangsquerschnitt fließende Gas mit niedrigem Durchfluss relativ kleinen Druckverlust durch die Kanalwandoberfläche erlebt.Is the gas flow through the main channel 4th low, that will be through the canal 71 Gas flowing with a smaller passage cross section is strongly influenced by the friction with the duct wall surface. This can lead to a greater loss of pressure through the duct 71 flowing gas by the impact of the wall surface of the duct 71 lead, which is why the flow rate value, measured with the one on the duct 71 arranged detection element 1A , can contain a larger error compared to the amount actually flowing. If the gas flow is low, the flow meter gives 100A hence a gas flow, measured by means of the on the channel 81 with a larger passage cross-section arranged detection element 1B than those through the main channel 4th flowing amount of gas. This arrangement enables a flow measurement with high accuracy, since it is through the channel 81 Low-flow gas flowing with a larger passage area experienced relatively small pressure loss through the duct wall surface.

Anderseits fließt in den Kanal 81 mit einem größeren Durchgangsquerschnitt eine Gasmenge hinein, welche über den Messbereich des am Kanal 81 angeordneten Detektionselements 1B liegt, wenn die durch den Hauptkanal 4 fließende Gasmenge hoch ist. Dies erschwert dem am Kanal 81 angeordneten Detektionselement 1B eine genaue Messung des Durchflusses. Ist der Gasdurchfluss hoch, gibt das Durchflussmessgerät 100A daher den Gasdurchfluss, gemessen mittels des am Kanal 71 mit einem kleineren Durchgangsquerschnitt angeordneten Detektionselements 1A, als die durch den Hauptkanal 4 fließende Gasmenge aus. Diese Anordnung verhindert die Verringerung der Genauigkeit der Durchflussmessung.On the other hand flows into the canal 81 with a larger passage cross-section, a quantity of gas into it, which exceeds the measuring range of the at the duct 81 arranged detection element 1B lies when passing through the main channel 4th the amount of gas flowing is high. This complicates it on the canal 81 arranged detection element 1B an accurate measurement of the flow. If the gas flow is high, the flow meter gives 100A hence the gas flow, measured by means of the on the duct 71 with a smaller passage cross-section arranged detection element 1A than those through the main channel 4th flowing amount of gas. This arrangement prevents the accuracy of flow measurement from being lowered.

Ferner gibt das Durchflussmessgerät 100A bei hohem Durchfluss den Messwert am Detektionselement 1A als gemessenen Durchflusswert aus, welcher anhand der Ausgangsleistung der stromaufwärtsseitigen Thermosäule des Detektionselements 1A ermittelt wird. Bei niedrigem Durchfluss gibt das Durchflussmessgerät 100A den Messwert am Detektionselement 1B als gemessenen Durchflusswert aus, welcher anhand der Ausgangsdifferenz zwischen der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Thermosäule des Detektionselements 1B ermittelt wird. Durch dieses Messverfahren wird die Genauigkeit des jeweiligen Detektionselements 1A und 1B für die Durchflussmessung weiter verbessert.There is also the flow meter 100A in the case of a high flow rate, the measured value on the detection element 1A as a measured flow value, which is based on the output power of the upstream thermopile of the detection element 1A is determined. When the flow rate is low, the flowmeter gives 100A the measured value on the detection element 1B as a measured flow value, which is based on the output difference between the upstream and the downstream thermopile of the detection element 1B is determined. This measuring method increases the accuracy of the respective detection element 1A and 1B for flow measurement further improved.

Ferner wird die Entscheidung, ob der Durchfluss hoch oder niedrig ist und der Wechsel zwischen den oben genannten Messverfahren auf Basis von dieser Entscheidung genauso ausgeführt wie im Flussdiagramm in 5. Zuerst wird am Detektionselement 1B die Ausgangsdifferenz zwischen der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Thermosäule gemessen. Danach wird am Detektionselement 1A die Ausgangsleistung der stromaufwärtsseitigen Thermosäule gemessen. Falls die mittels des Detektionselements 1B gemessene Ausgangsdifferenz gleich oder über dem Schwellenwert liegt, wird der Durchfluss als hoch bewertet, so dass das Durchflussmessgerät 100A einen Durchflusswert anhand der Ausgangsleistung der stromaufwärtsseitigen Thermosäule des Detektionselements 1A ermittelt und den als gemessenen Durchfluss ausgibt. Dagegen, falls die mittels des Detektionselements 1B gemessene Ausgangsdifferenz kleiner als der Schwellenwert ist, wird der Durchfluss als niedrig bewertet, so dass das Durchflussmessgerät 100A einen Durchflusswert anhand der Ausgangsdifferenz zwischen der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Thermosäule des Detektionselements 1B ermittelt und den als gemessenen Durchfluss ausgibt.Furthermore, the decision as to whether the flow is high or low and the change between the above-mentioned measuring methods are carried out on the basis of this decision in the same way as in the flowchart in FIG 5 . First is on the detection element 1B measured the output difference between the upstream and downstream thermopiles. Then on the detection element 1A measured the output of the upstream thermopile. If by means of the detection element 1B If the measured output difference is equal to or above the threshold value, the flow rate is rated as high, so the flow meter 100A a flow rate value based on the output of the upstream thermopile of the detection element 1A and outputs the measured flow rate. On the other hand, if by means of the detection element 1B measured output difference smaller than that Threshold, the flow rate is rated as low, so the flow meter 100A a flow rate value based on the output difference between the upstream and downstream thermopiles of the detection element 1B and outputs the measured flow rate.

Außerdem wird am Nebenkanal 5A des Durchflussmessgeräts 100A ein Kanal 91 (ein Beispiel des „Kanals zur Erfassung von Eigenschaften“ der vorliegenden Erfindung) so vorgesehen, dass er mit dem Kanal 71 und 81 kommuniziert, wie in 6 dargestellt. Am Kanal 91 wird ein Detektionselement 1C angeordnet, welches ein Element desselben Typs wie Detektionselement 1 darstellt. Allerdings ist das Detektionselement 1C so angeordnet, dass sich seine zwei Thermosrdnet, dass yps wie ziert, wie in 6 daneinanderreihen (ein Beispiel der „zweiten Temperatur-Ausgabeeinheit“ der vorliegenden Erfindung). Durch diese Anordnung des Detektionselements 1C kann anhand der Ausgangsleistung der beiden Thermosäulen die Verteilung der Wärme erfasst werden, die um die Mikroheizung (ein Beispiel der „zweiten Heizung“ der vorliegenden Erfindung) des Detektionselements 1C orthogonal zur Gasströmungsrichtung diffundiert. Diese Wärmeverteilung verändert sich je nach Eigenschaft des Gases, wie z.B. Temperatur oder Konzentration. Anhand der Ausgangsleistung der beiden Thermosäulen des Detektionselements 1C kann somit Information über die Eigenschaft des Gases gewonnen werden.In addition, on the side channel 5A of the flow meter 100A a channel 91 (an example of the “channel for acquiring characteristics” of the present invention) is intended to be connected to the channel 71 and 81 communicates as in 6th shown. At the canal 91 becomes a detection element 1C arranged, which is an element of the same type as detection element 1 represents. However, the detection element is 1C arranged so that its two thermosets that yps as graces, as in 6th side by side (an example of the “second temperature output unit” of the present invention). By this arrangement of the detection element 1C For example, based on the output power of the two thermopiles, the distribution of heat around the micro heater (an example of the “second heater” of the present invention) of the detection element can be detected 1C diffused orthogonally to the direction of gas flow. This heat distribution changes depending on the properties of the gas, such as temperature or concentration. Based on the output power of the two thermopiles of the detection element 1C information about the properties of the gas can thus be obtained.

Wirkungeffect

Nach dem oben genannten Durchflussmessgerät 100A wird der Durchgangsquerschnitt am Kanal 71 kleiner vorgesehen, was den Gasdurchfluss durch den Kanal 71 einschränkt. Dies verhindert wiederum, dass eine Gasmenge über den messbaren Bereich des am Kanal 71 angeordneten Detektionselements 1A in den Kanal 71 einströmt. Somit wird die Verringerung der Genauigkeit der Durchflussmessung bei hohem Durchfluss verhindert.According to the above flow meter 100A becomes the passage cross-section on the duct 71 provided smaller what the gas flow through the channel 71 restricts. This in turn prevents an amount of gas over the measurable range of the duct 71 arranged detection element 1A in the canal 71 flows in. This prevents the decrease in the accuracy of the flow rate measurement when the flow rate is high.

Außerdem wird nach dem oben genannten Durchflussmessgerät 100A der Durchgangsquerschnitt am Kanal 81 größer vorgesehen, so dass der Druckverlust des Gases durch die Auswirkung der Kanalwand des Kanals 81 reduziert wird. Somit wird die Verringerung der Genauigkeit der Durchflussmessung bei niedrigem Durchfluss verhindert, welche mit dem Detektionselement 1B gemessen wird. Das bedeutet, dass die Verringerung der Messgenauigkeit in einem breiten Bereich des Gasdurchflusses verhindert wird. Zudem wird der Durchfluss bei hohem Gasdurchfluss anhand der Ausgangsleistung der stromaufwärtsseitigen Thermosäule des Detektionselements 1A gemessen, während der Durchfluss bei niedrigem Gasdurchfluss anhand der Ausgangsdifferenz zwischen der stromaufwärtsseitigen und der stromabwärtsseitigen Thermosäule des Detektionselements 1B gemessen wird. Dies erhöht zusätzlich die Genauigkeit der Durchflussmessung.Also, according to the above flow meter 100A the passage cross-section on the duct 81 provided larger, so that the pressure loss of the gas due to the impact of the channel wall of the channel 81 is reduced. Thus, the lowering of the accuracy of the flow rate measurement at the low flow rate, which occurs with the detection element, is prevented 1B is measured. This means that the decrease in measurement accuracy is prevented in a wide range of the gas flow. In addition, when the gas flow rate is high, the flow rate is determined based on the output power of the upstream thermopile of the detection element 1A measured while the flow rate at low gas flow rate based on the output difference between the upstream and downstream thermopiles of the detection element 1B is measured. This also increases the accuracy of the flow measurement.

Ferner kann nach dem oben genannten DurchflussmessgerDt 100A zusätzlich zu dem Gasdurchfluss die Eigenschaft des Gases mittels des Detektionselements 1C bestimmt werden. Dies ermöglicht den gemessenen Durchfluss aufgrund der Eigenschaft des Gases zu korrigieren. Das verbessert weiter die Genauigkeit der Durchflussmessung.Furthermore, according to the above-mentioned flow meter 100A, in addition to the gas flow rate, the property of the gas can be measured by means of the detection element 1C to be determined. This enables the measured flow rate to be corrected based on the property of the gas. This further improves the accuracy of the flow measurement.

Die oben offenbarte Ausführungsform und Variante können jeweils kombiniert werden.The embodiment and variant disclosed above can each be combined.

Nachfolgend werden Bestandteile der vorliegenden Erfindung zusammen mit Bezugszeichen der Zeichnung beschrieben, um die Bestandteile der Erfindung und die Anordnung des Ausführungsbeispiels gegenüberstellen zu können.Components of the present invention are described below together with reference numerals of the drawing in order to be able to compare the components of the invention and the arrangement of the exemplary embodiment.

(Anhang 1)(Attachment 1 )

Durchflussmessgerät (100, 100A) umfassend eine Heizung (6), die an einem Kanal (5, 5A) angeordnet ist und ein durch den Kanal (5, 5A) fließendes Fluid heizt, zwei in Flussrichtung des Fluids aneinandergereihte Temperatur-Ausgabeeinheiten (7A, 7B), zwischen denen die Heizung (6) positioniert ist und die eine erste Information zur Temperatur des Fluids in der Nähe der relativ zu der Heizung (6) stromaufwärtsseitigen Einheit sowie eine zweite Information zur Temperatur des Fluids in der Nähe der relativ zu der Heizung (6) stromabwärtsseitigen Einheit ausgeben und eine Durchfluss-Messeinheit, die das Durchflussmessverfahren des zu messenden Fluids umschaltet, indem der Durchfluss des zu messenden Fluids nach einem ersten Messverfahren mittels der ersten Information bestimmt wird, falls dieser gleich oder über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt und der Durchfluss des zu messenden Fluids nach einem zweiten Messverfahren mittels der Ausgangsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Information bestimmt wird, falls dieser unterhalb von dem vorbestimmten Schwellenwert liegt.Flow meter ( 100 , 100A) including a heater ( 6th ) attached to a channel ( 5 , 5A) is arranged and a through the channel ( 5 , 5A) flowing fluid heats, two temperature output units lined up in the direction of flow of the fluid ( 7A , 7B) , between which the heater ( 6th ) is positioned and the first information about the temperature of the fluid in the vicinity of the relative to the heater ( 6th ) upstream unit and a second piece of information about the temperature of the fluid in the vicinity of the relative to the heater ( 6th ) output downstream unit and a flow rate measuring unit that switches the flow rate measurement method of the fluid to be measured by determining the flow rate of the fluid to be measured according to a first measurement method using the first information, if this is equal to or above a predetermined threshold value and the flow rate of the fluid to be measured is determined according to a second measuring method by means of the output difference between the first and the second information, if this is below the predetermined threshold value.

(Anhang 2)(Attachment 2 )

Durchflussmessgerät (100, 100A) nach Anhang 1, wobei die Temperatur-Ausgabeeinheiten (7A, 7B) in der Nähe des vorbestimmten Schwellenwerts, an dem das Messverfahren umgeschaltet wird, sowohl die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Information als auch die erste Information ausgeben.Flow meter ( 100 , 100A) according to the appendix 1 , where the temperature output units ( 7A , 7B) in the vicinity of the predetermined threshold value at which the measuring method is switched, output both the difference between the first and the second information and the first information.

(Anhang 3)(Attachment 3 )

Durchflussmessgerät (100A) nach Anhang 1 oder 2, wobei der Kanal (5, 5A) einen vom Hauptkanal (4) abgehenden Abzweigkanal (5A) darstellt, der wiederum sich verzweigende Kanäle (71, 81) aufweist, von denen der eine einen Kanal für hohen Durchfluss (71) darstellt, an dem die Heizung (6) sowie die Temperatur-Ausgabeeinheiten (7A, 7B) angeordnet sind und der den Durchfluss eines Fluids mit hohem Durchfluss bestimmt und der andere einen Kanal für niedrigen Durchfluss (81) darstellt, an dem die Heizung (6) sowie die Temperatur-Ausgabeeinheiten (7A, 7B) angeordnet sind und der den Durchfluss eines Fluids mit niedrigem Durchfluss bestimmt und der Durchgangsquerschnitt des Kanals für niedrigen Durchfluss (81) größer ist als der des Kanals für hohen Durchfluss (71) und die Heizung (6) sowie die Temperatur-Ausgabeeinheiten (7A, 7B) jeweils am Kanal für niedrigen/hohen Durchfluss (81/71) angeordnet sind und die Durchfluss-Messeinheit zum einen den Durchfluss mittels der Ausgangsleistung der am Kanal für hohen Durchfluss (71) angeordneten Temperatur-Ausgabeeinheiten (7A, 7B) nach dem ersten Messverfahren und zum anderen mittels der Ausgangsleistung der am Kanal für niedrigen Durchfluss (81) angeordneten Temperatur-Ausgabeeinheiten (7A, 7B) nach dem zweiten Messverfahren ermittelt.Flow meter ( 100A) according to the appendix 1 or 2 , where the channel ( 5 , 5A) one from the main channel ( 4th ) outgoing branch duct ( 5A) which in turn represents branching channels ( 71 , 81 ), one of which has a high flow channel ( 71 ) where the heater ( 6th ) as well as the temperature output units ( 7A , 7B) one that determines the flow of a high-flow fluid and the other a low-flow channel ( 81 ) where the heater ( 6th ) as well as the temperature output units ( 7A , 7B) and which determines the flow of a fluid with low flow and the passage area of the channel for low flow ( 81 ) is larger than that of the high flow channel ( 71 ) and the heater ( 6th ) as well as the temperature output units ( 7A , 7B) on each channel for low / high flow ( 81 / 71 ) are arranged and the flow measuring unit on the one hand the flow by means of the output power of the channel for high flow ( 71 ) arranged temperature output units ( 7A , 7B) according to the first measuring method and on the other hand by means of the output power of the channel for low flow ( 81 ) arranged temperature output units ( 7A , 7B) determined according to the second measuring method.

(Anhang 4)(Attachment 4th )

Durchflussmessgerät (100A) nach Anhang 3, wobei der Abzweigkanal (5A) ferner umfasst: einen weiteren sich verzweigenden Kanal (91) als Kanal zur Erfassung von Eigenschaften (91), der die Eigenschaft des Fluids erfasst, eine zweite Heizung (6), die am Kanal zur Erfassung von Eigenschaften (91) angeordnet ist und zwei orthogonal zur Flussrichtung des Fluids im Kanal zur Erfassung von Eigenschaften (91) aneinandergereihte zweite Temperatur-Ausgabeeinheiten (7A, 7B), zwischen denen die zweite Heizung (6) positioniert ist und die eine dritte Information zur Verteilung der Wärme ausgeben, die von der zweiten Heizung (6) aus in die orthogonale Richtung diffundiert.Flow meter ( 100A) according to the appendix 3 , where the branch duct ( 5A) further comprises: another branching channel ( 91 ) as a channel for recording properties ( 91 ), which records the properties of the fluid, a second heater ( 6th ), which are used on the duct to record properties ( 91 ) and two orthogonal to the direction of flow of the fluid in the channel for the detection of properties ( 91 ) lined up second temperature output units ( 7A , 7B) , between which the second heater ( 6th ) is positioned and which output a third piece of information about the distribution of the heat generated by the second heater ( 6th ) diffuses out in the orthogonal direction.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

JP 2020044572 [0001]
JP 3658321 B2 [0003]
JP 2003247876 A [0003]
JP 2002277483 A [0003]

Claims

Flow measuring device comprising a heater which is arranged on a channel and heats a fluid flowing through the channel, two temperature output units lined up in the flow direction of the fluid, between which the heater is positioned and which provides first information on the temperature of the fluid in the vicinity of the relative to the heater upstream unit as well as output second information on the temperature of the fluid in the vicinity of the relative to the heater downstream unit and a flow measurement unit that switches the flow measurement method of the fluid to be measured by measuring the flow rate of the fluid to be measured according to a first measurement method is determined by means of the first information, if this is equal to or above a predetermined threshold value and the flow rate of the fluid to be measured is determined according to a second measuring method using the output difference between the first and the second information, if this is below is the predetermined threshold.

Flow meter according to Claim 1 wherein the temperature output units output both the difference between the first and the second information and the first information in the vicinity of the predetermined threshold value at which the measurement method is switched.

Flow meter according to Claim 1 or 2 , wherein the channel represents a branch channel going out from the main channel, which in turn has branching channels, one of which represents a channel for high flow, on which the heater and the temperature output units are arranged and which determines the flow of a fluid with high flow and the other represents a channel for low flow rate, on which the heater and the temperature output units are arranged and which determines the flow rate of a fluid with low flow rate and the passage area of the channel for low flow rate is larger than that of the channel for high flow rate and the Heating and the temperature output units are each arranged on the channel for low / high flow and the flow measuring unit on the one hand the flow by means of the output power of the temperature output units arranged on the channel for high flow rate according to the first measuring method and on the other hand by means of the output power of the temperature output units arranged on the channel for low flow rates according to the second measuring method.

Flow meter according to Claim 3 , wherein the branch channel further comprises: a further branching channel as a channel for detecting properties, which detects the property of the fluid, a second heater which is arranged on the channel for detecting properties and two orthogonal to the flow direction of the fluid in the channel for detection second temperature output units lined up of properties, between which the second heater is positioned and which output third information on the distribution of the heat that diffuses from the second heater in the orthogonal direction.