DE10393185T5

DE10393185T5 - Kalorimetrischer Durchflussmesser

Info

Publication number: DE10393185T5
Application number: DE10393185T
Authority: DE
Inventors: Katsusuke Shimada; Manabu Muraoka; Minoru Seto; Mitsunori Komaki; Takashi Tashiro; Eiichi Ichikawa Oshima; Satoshi Ichikawa Ishitani
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2023-08-30
Also published as: JP4355792B2; CN1678889A; DE10393185B4; AU2003257603A1; JP2004093180A; CN100350223C; AU2003257603A8; WO2004020958A1

Abstract

Ein kalorimetrischer Durchflussmesser, der einen kalorimetrischen Durchfluss-Sensor umfasst, der ein erstes und ein zweites Temperaturerfassungselement einschließt, die in einer Fluidströmungsrichtung voneinander beabstandet liegen, und ein Heizelement einschließt, das zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturerfassungselement angeordnet ist und das an einem Rohr angebracht ist, durch das das Fluid strömt, wobei der kalorimetrische Durchflussmesser ausgebildet ist, um eine Strömungsrate des Fluids auf der Grundlage von Temperaturen zu messen, die vom ersten und vom zweiten Temperaturerfassungselement erfasst werden, während das Heizelement betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin folgendes umfasst:
einen ersten Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des im Rohr strömenden Fluids;
einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen der Rohrtemperatur, und
ein Temperaturdifferenz-Korrekturmittel, um in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur und der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur einen Korrekturwert zu erhalten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Durchflussmesser und insbesondere kalorimetrische Durchflussmesser, die in der Lage sind, die Strömungsrate eines in einem Rohr fließenden Fluids genau zu messen, ohne von der Außenumgebung beeinflusst zu werden.

Hintergrundtechnik

Ein integrierender Durchflussmesser schließt einen Strömungssensor zum Messen der momentanen Strömungsrate eines durch einen Fluiddurchgang fließenden Fluids ein, um aus der momentanen Strömungsrate eine integrierte Strömungsrate zu messen, und sollte daher wünschenswerterweise eine hohe Messgenauigkeit haben. Ein Gasmesser integriert insbesondere die momentane Strömungsrate des Gasstroms in einem Gasrohr über eine Zeitspanne von z.B. einem Monat, um die Menge des Gasverbrauchs (integrierte Strömungsrate) zu messen, aufgrund dessen dem Benutzer das verbrauchte Gas in Rechnung gestellt wird. Gasmesser sollten deshalb eine hohe Messgenauigkeit haben.

Um den Erfordernissen zu begegnen, werden in jüngster in integrierenden Durchflussmessern – wie in beispielsweise Gasmessern – kalorimetrische Durchflussmesser verwendet, die eine hohe Messgenauigkeit haben. Wie in 5 beispielhaft gezeigt, ist ein kalorimetrischer Durchfluss-Sensor als ein Sensorchip 1 aufgebaut, der eine Siliziumbasis B und ein Paar an Temperaturerfassungselementen Ru und Rd umfasst, die aus Widerstandstemperatur-Sensoren bestehen und in Richtung F eines Fluidstroms in einem Abstand voneinander auf der Siliziumbasis B angeordnet sind. Auch ein Heizelement Rh, das aus einem Wärme erzeugenden Widerstand besteht, wird an einer Stelle zwischen den Temperaturerfassungselementen Ru und Rd auf der Siliziumbasis B angeordnet, und ein anderes Temperaturerfassungselement Rr, das aus einem Widerstandstemperatur-Sensor besteht, wird in einer Entfernung zum Heizelement Rh angeordnet. Der Sensorchip 1 wird, wie in 6 beispielhaft gezeigt, auf eine Weise an einem Rohr 10 befestigt, dass sich die Temperaturerfassungselemente Ru, Rd und Rr und das Heizelement Rh in einem innerhalb des Rohrs 10 bestimmten Fluiddurchgang befinden.

Wenn das Fluid im Rohr 10 fließt, erfassen die Temperaturerfassungselemente Ru, Rd und Rr die jeweiligen Temperaturen des Fluids, das in der Nähe fließt. Während der Temperaturerfassung wird auch ein elektrischer Strom durch das Heizelement Rh geführt. Um elektrischen Strom zuzuführen, wird eine Heizgerät-Treiberschaltung mit einer Brückenschaltung, die das Heizelement Rh und das Temperaturerfassungselement Rr einschließt, verwendet, wie es z.B. in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2003-121232 offenbart ist. Die Heizgerät-Treiberschaltung steuert die Spannung, die durch die Rückkopplungssteuerung an die Brückenschaltung angelegt wird, in Übereinstimmung mit der Ausgabespannung der Brückenschaltung, so dass die Heiztemperatur des Heizelements Rh um einen festgelegten Wert höher gehalten wird als die Fluidtemperatur (Umgebungstemperatur), die vom Temperaturerfassungselement Rr erfasst wird.

Die vom Heizelement Rh erzeugte Wärme wird durch das Medium der Siliziumbasis B und des an der Basis B entlang strömenden Fluids an die Temperaturerfassungselemente Ru und Rd überführt. Im allgemeinen ist die Menge an Wärme, die an das Temperaturerfassungselement Rd überführt wird, das sich, in der Fluidströmungsrichtung F betrachtet, stromabwärts vom Heizelement Rh befindet, größer als die Menge an Wärme, die an das Temperaturerfassungselement Ru an der stromaufwärts befindlichen Seite überführt wird, und die Differenz zwischen den Mengen an überführter Wärme erhöht sich in Zusammenhang mit der Zunahme der Strömungsrate des Fluids. Solchermaßen ist die vom Temperatur erfassungselement Rd erfasste Fluidtemperatur höher als die vom Temperaturerfassungselement Ru erfasste, und die Differenz zwischen den erfassten Temperaturen steigt mit einer Zunahme der Fluid-Strömungsrate.

Ein kalorimetrischer Durchflussmesser, der mit dem in 5 gezeigten kalorimetrischen Durchfluss-Sensor bereitgestellt wird, macht Gebrauch von einer solchen Änderung in der Differenz zwischen den erfassten Temperaturen der Temperaturerfassungselemente Ru und Rd als Reaktion auf die Strömungsrate des Fluids, um die Strömungsrate aus der Differenz zwischen den erfassten Temperaturen zu messen.

Der Sensorchip 1, der den kalorimetrischen Durchfluss-Sensor bildet, wird, wie oben erwähnt, am Rohr 10 angebracht. Wenn der Sensorchip 1 am Rohr 10 angebracht ist, wird der Sensorchip 1 beispielsweise mittels eines Trägers 2 von Kovar usw. und einem Wärmeisolator 3 aus Glas usw. befestigt, um den Sensorchip 1 aus dem Rohr 10 thermisch zu isolieren. In 6 bezeichnet das Bezugszeichen 4 eine Sensor-Platine (Sensorhalter), auf der die zuvor erwähnte Heizgerät-Treiberschaltung usw. montiert wird, wobei 5 einen O-Ring bezeichnet, der als eine Dichtung zwischen der Sensor-Platine 4 und dem Rohr 10 dient, und 6 Schrauben bezeichnet, um die Sensor-Platine 4 zu befestigen.

Trotz dieser Maßnahmen, die zur Bereitstellung der thermischen Isolierung vorgenommen werden, variiert die Temperatur des Trägers 2 unvermeidlich unter dem Einfluss der Außenumgebung, wie beispielsweise der Außenlufttemperatur und des Sonnenscheins. Folglich variiert die Temperatur des an dem Träger 2 befestigten Sensorchips 1 abhängig von der Außenumgebung, wobei er womöglich einen Einfluss auf die Temperatur ausübt, die vom Temperaturerfassungselement Rr auf dem Sensorchip 1 erfasst wird.

Die vom Temperaturerfassungselement Rr erfasste Temperatur wird so für die Stromversorgungssteuerung verwendet, dass die Heiztemperatur des Heizelements Rh, wie bereits angemerkt, um einen festgelegten Wert höher ist als die Fluidtemperatur und solchermaßen eine genaue Fluidtemperatur anzeigen sollte. Dennoch kann die vom Temperaturerfassungselement Rr erfasste Temperatur, wie zuvor erwähnt, womöglich von der Außenumgebung beeinflusst werden, und wenn dies geschieht, wird die erfasste Temperatur höher oder niedriger als die Fluidtemperatur, und es kann keine genaue Fluidtemperatur gezeigt werden. Wenn die Stromversorgungssteuerung auf der Grundlage einer ungenau erfassten Temperatur durchgeführt wird, weicht die Heiztemperatur des Heizelements Rh von einer festgelegten Temperatur ab, die eingestellt wird, um um einen festgelegten Wert höher zu sein als die Fluidtemperatur.

Man nehme z.B. an, dass in einem kalorimetrischen Durchflussmesser, der so aufgebaut ist, dass die Heiztemperatur des Heizelements Rh auf eine festgelegte Temperatur (z.B. 65°C) geregelt wird, die, wie in 7 gezeigt, um einen festgelegten Wert (z.B. 45°C) höher ist als die Fluidtemperatur (z.B. 20°C), dann wird die vom Temperaturerfassungselement Rr erfasste Temperatur unter dem Einfluss der Außenlufttemperatur bzw. der Sonneneinstrahlung um beispielsweise 1°C höher als die Fluidtemperatur. Selbst in diesem Fall wird die Stromversorgung an das Heizelement Rh so gesteuert, dass die Heiztemperatur des Heizelements Rh um den festgelegten Wert höher sein kann als die vom Temperaturerfassungselement Rr erfasste Temperatur, mit dem Ergebnis, dass die Heiztemperatur des Heizelements Rh beispielsweise um 1°C höher als die festgelegte Temperatur auf 66°C angehoben wird.

Andererseits misst der kalorimetrische Durchflussmesser die Strömungsrate unter der Voraussetzung, dass das Heizelement Rh auf die festgelegte Temperatur erwärmt wird. Folglich erfolgen in den Fällen, wo die Heiztemperatur des Heizelements Rh von der festgelegten Temperatur abweicht, da die vom Temperaturerfassungselement Rr erfasste Temperatur unter dem Einfluss der Außenumgebung ungenau wird, Fehler in der Strömungsraten-Messung durch den kalorimetrischen Durchflussmesser.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kalorimetrischen Durchflussmesser bereitzustellen, der in der Lage ist, eine genaue Messung der Strömungsrate eines Fluids durchzuführen, ohne von der Außenumgebung beeinflusst zu werden, und der dennoch einfach aufgebaut ist.

Um die Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung einen kalorimetrischen Durchflussmesser bereit, der einen kalorimetrischen Durchfluss-Sensor umfasst, der ein erstes und ein zweites Temperaturerfassungselement einschließt, die in einer Fluidströmungsrichtung voneinander beabstandet sind, und ein Heizelement umfasst, das zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturerfassungselement angeordnet und an einem Rohr angebracht ist, durch das das Fluid strömt, wobei der kalorimetrische Durchflussmesser ausgebildet ist, um eine Strömungsrate des Fluids auf der Grundlage der vom ersten und zweiten Temperaturerfassungselement erfassten Temperaturen zu messen, während das Heizelement betrieben wird. Der kalorimetrische Durchflussmesser ist dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin folgendes umfasst: einen ersten Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des im Rohr strömenden Fluids; einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen der Rohrtemperatur, und ein Temperaturdifferenz-Korrekturmittel, um einen Korrekturwert in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur und der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur zu erhalten.

Im kalorimetrischen Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung wird das Heizelement derart betrieben, dass z.B. seine Heiztemperatur um einen festgelegten Wert höher ist als die vom in der 5 gezeigten Temperaturerfassungselement Rr oder vom ersten Temperatursensor erfasste Temperatur (gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Temperaturerfassungselement Rr weggelassen werden, kann aber zusätzlich zum ersten Temperatursensor verwendet werden). Die vom Temperaturerfassungselement Rr oder vom ersten Temperatursensor erfasste Temperatur kann womöglich abhängig vom Aufbau des kalorimetrischen Durchflussmessers von der Außenumgebung, wie beispielsweise der Außenlufttemperatur oder der Sonneneinstrahlung, beeinflusst werden. In diesen Fällen zeigt der herkömmliche kalorimetrische Durchflussmesser unter Einfluss der Außenumgebung einen Strömungsraten-Messfehler. Im Gegensatz dazu wird nach der vorliegenden Erfindung selbst für den Fall, dass die vom Temperaturerfassungselement Rr oder vom ersten Temperatursensor erfasste Temperatur unter Einfluss der Außenumgebung fehlerhaft wird, ein solcher Fehler durch den Korrekturwert berichtigt, den man auf der Grundlage der Differenz zwischen der erfassten Temperatur (Fluidtemperatur) und der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur erhält, womit es möglich gemacht wird, den Einfluss der Außenumgebung auf die Strömungsraten-Messung auszuschalten.

Genauer erläutert, übt die Außenumgebung, z.B. die Außenlufttemperatur oder die Sonneneinstrahlung, einen Einfluss auf das Rohr, an dem der kalorimetrische Durchfluss-Sensor angebracht wird, und folglich auf die Strömungsraten-Messung, aus, und der Einfluss der Außenumgebung zeigt sich selbst als Änderung in der Rohrtemperatur. Diesbezüglich verwendet die vorliegende Erfindung den durch die Berücksichtigung der Rohrtemperatur abgeleiteten Korrekturwert, und es daher möglich, den Einfluss der Außenumgebung auf die Strömungsraten-Messung auszuschalten. Besonders, da der Korrekturwert auf der Grundlage der Differenz zwischen der Fluidtemperatur (vom ersten Temperatursensor erfasste Temperatur) und der Rohrtemperatur erhalten wird, kann der Einfluss, den die Außenumgebung auf die vom ersten Temperatursensor erfasste Temperatur ausübt, ausgeschlossen werden, wodurch die Strömungsrate ohne Einflussnahme durch die Außenumgebung genau gemessen werden kann. Überdies kann der kalorimetrische Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung erhalten werden, indem zusätzlich ein bestehender kalorimetrischer Durchflussmesser beispielsweise mit dem zweiten Temperatursensor und dem Temperaturdifferenz-Korrekturmittel bereitgestellt wird, weshalb sein Aufbau einfach ist.

Vorzugsweise erhält das Temperaturdifferenz-Korrekturmittel in der vorliegenden Erfindung als Korrekturwert einen Strömungsraten-Korrekturwert in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur und der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur. Der Strömungsraten-Korrekturwert wird verwendet, um die Fluid-Strömungsrate auf der Grundlage der vom ersten und vom zweiten Temperaturerfassungselement erfassten Temperaturen zu berichtigen.

Nach diesem Aspekt der Erfindung wird selbst für den Fall, dass die Heiztemperatur des Heizelements unter dem Einfluss der Außenumgebung von der festgelegten Temperatur abweicht und solchermaßen die vom ersten und vom zweiten Temperaturerfassungselement erfassten Temperaturen fehlerhaft werden, eine auf der Grundlage dieser erfassten Temperaturen (z.B. auf der Grundlage der Differenz zwischen den erfassten Temperaturen) gemessene ungenaue Fluid-Strömungsrate durch den Strömungsraten-Korrekturwert korrigiert, wodurch die Fluid-Strömungsrate mit Genauigkeit und ohne Mühe erhalten werden kann.

Noch bevorzugter verfügt das Temperaturdifferenz-Korrekturmittel über eine Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle, die die Strömungsraten-Korrekturwerte als Funktionen der Differenz zwischen der Fluidtemperatur und der Rohrtemperatur und der Fluid-Strömungsrate anzeigt, und erhält einen Strömungsraten-Korrekturwert aus der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle in Übereinstimmung mit der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur, mit der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur und mit der Fluid-Strömungsrate, die auf der Grundlage der vom ersten und vom zweiten Temperaturerfassungselement erfassten Temperatur gemessen wird.

Nach diesem Aspekt der Erfindung wird das Verhältnis des Strömungsraten-Korrekturwerts in Bezug auf die Temperaturdifferenz (Differenz zwischen der Fluidtemperatur und der Rohrtemperatur) und die Fluid-Strömungsrate vorab beispielsweise experimentell erhalten, um im voraus eine Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle zu erzeugen, die die Strömungsraten-Korrekturwerte als eine Funktionen der Temperaturdifferenz und der Fluid-Strömungsrate anzeigt, wodurch der Strömungsraten-Korrekturwert in Übereinstimmung mit der Fluidtemperatur, der Rohrtemperatur und der gemessenen Fluid-Strömungsrate ohne weiteres aus der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle erhalten werden kann. Die gemessene Fluid-Strömungsrate wird dann mittels Verwendung des Strömungsraten-Korrekturwerts korrigiert, und solchermaßen kann schnell eine genaue Fluid-Strömungsrate gemessen werden. Dies macht es möglich, die momentane Strömungsrate in kurzen Zeitintervallen zu messen, wodurch die integrierte Strömungsrate ganz genau gemessen werden kann.

Das Temperaturdifferenz-Korrekturmittel kann alternativ dazu über eine Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle verfügen, die die Strömungsraten-Korrekturwerte je Einheitstemperaturdifferenz als Funktionen der Differenz zwischen der Fluidtemperatur und der Rohrtemperatur und der Fluid-Strömungsrate anzeigt, und kann einen Strömungsraten-Korrekturwert je Einheitstemperaturdifferenz in Übereinstimmung mit der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur, der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur und der Fluid-Strömungsrate, die auf der Grundlage der vom ersten und vom zweiten Temperaturerfassungselement erfassten Temperaturen gemessen wird, von der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle erhalten werden. Dann wird der Strömungsraten-Korrekturwert je Einheitstemperaturdifferenz mit der Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur und der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur multipliziert, um den Strömungsraten-Korrekturwert zu erhalten.

Das der obigen Strömungsraten-Korrektur zugrundeliegende Prinzip ist das folgende: Wenn es zwischen der Fluidtemperatur und der Rohrtemperatur eine Differenz gibt, zeigt die Ausgabe des kalorimetrischen Durchfluss-Sensors eine Änderung in Bezug zu dem, was beobachtet wird, wenn zwischen der Fluidtemperatur und der Rohrtemperatur keine Differenz vorliegt. Gemäß der Beobachtung des Erfinders ändert sich die Ausgabeabweichung des kalorimetrischen Durchfluss-Sensors abhängig von der Temperaturdifferenz; jedoch hängt die Ausgabeabweichung je Temperaturdifferenzeinheit nicht so sehr von der Temperaturdifferenz ab, sondern ist fast konstant. Solchermaßen wird die Strömungsraten-Korrektur mittels Verwendung eines Strömungsraten-Korrekturwertes durchgeführt, der in der Größe gleich der Ausgabeabweichung ist, aber ein entgegengesetztes Zeichen hat.

Gemäß diesem Aspekt der Erfindung, die für die Strömungsraten-Korrektur das zuvor erwähnte Prinzip verwendet, kann der Strömungsraten-Korrekturwert durch ein einfaches Verfahren erhalten werden, indem der Strömungsraten-Korrekturwert je Temperaturdifferenzeinheit mit der Differenz zwischen der Fluidtem peratur und der Rohrtemperatur multipliziert wird.

Weiterhin kann das Temperaturdifferenz-Korrekturmittel alternativ einen Temperaturkorrekturwert in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen der Fluidtemperatur und der Rohrtemperatur erhalten. In diesem Fall wird im kalorimetrischen Durchflussmesser eine Ziel-Heiztemperatur für das Heizelement, die z.B. in Übereinstimmung mit der vom ersten Temperatursensor erfassten Temperatur erhalten wird, durch den Temperaturkorrekturwert korrigiert, und das Heizelement wird so betrieben, dass seine Heiztemperatur gleich mit der korrigierten Ziel-Heiztemperatur wird. Als Ergebnis wird verhindert, dass die Heiztemperatur unter dem Einfluss der Außenumgebung von der festgelegten Temperatur abweicht, wodurch ein Fehler in den erfassten Temperaturen des ersten und des zweiten Temperaturerfassungselements, die der Abweichung der Heiztemperatur zugeschrieben werden können, beseitigt werden können, womit die genaue Messung der Fluid-Strömungsrate ermöglicht wird.

Vorzugsweise wird der erste Temperatursensor angeordnet, um die Temperatur des in einen mittleren Abschnitt des Rohrs fließenden Fluids zu erfassen. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann die Möglichkeit, dass die vom ersten Temperatursensor erfasste Fluidtemperatur von der Außenumgebung beeinflusst wird, stark vermindert werden. In diesem kalorimetrischen Durchflussmesser wird solchermaßen die Temperatur des in den mittleren Abschnitt des Rohrs strömenden Fluids erfasst, um dadurch den Einfluss der Außenumgebung auf die Strömungsraten-Messung zu verringern. Vor allem da, wo der erste Temperatursensor ausgebildet ist, um die Funktion des herkömmlichen Temperaturerfassungselements Rr, d.h. die Umgebungstemperatur-Erfassungsfunktion, durchzuführen, kann die Strömungsraten-Messgenauigkeit stark verbessert werden, da der Einfluss der Außenumgebung auch mithilfe des Korrekturwertes ausgeschaltet werden kann, den man auf der Grundlage der Differenz zwischen der Fluidtemperatur und der Rohrtemperatur erhält.

Der zweite Temperatursensor wird vorzugsweise angeordnet, um die Wandtemperatur des Rohrs zu erfassen. Die Außenumgebung übt einen Einfluss auf das Rohr und, wie oben erwähnt, folglich auf die Strömungsraten-Messung aus, und der Einfluss der Außenumgebung zeigt sich selbst als eine Änderung in der Wandtemperatur des Rohrs. Solchermaßen wird der Korrekturwert auf der Grundlage der Rohrwandtemperatur erhalten, die passend den Grad des Einflusses der Außenumgebung anzeigt, und die Verwendung des auf diese Weise erhaltenen Korrekturwertes ermöglicht es, auf zuverlässige Weise den Einfluss der Außenumgebung auf die Strömungsraten-Messung auszuschalten. Es ist auch relativ leicht, den zweiten Temperatursensor anzuordnen, um die Wandtemperatur des Rohrs zu erfassen, und dies trägt zur Vereinfachung des Aufbaus des kalorimetrischen Durchflussmessers bei.

Vorzugsweise schließt der zweite Temperatursensor des kalorimetrischen Durchflussmessers eine Mehrzahl an zweiten Temperatursensoren ein, die in einer Umfangsrichtung des Rohrs (z.B. zwei zweite Temperatursensoren sind an beiden Seiten des Rohrs bereitgestellt und finden sich an einer senkrechten Linie, die durch die Mitte eines Querschnitts des Rohrs geht) voneinander beabstandet werden. Das Temperaturdifferenz-Korrekturmittel mittelt die von den jeweiligen zweiten Temperatursensoren erfassten Temperaturen, um eine mittlere Rohrtemperatur zu erhalten, und erhält den Korrekturwert in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur und der mittleren Rohrtemperatur.

Der Einfluss der Außenumgebung wird nicht immer gleichmäßig auf den gesamten Umfang des Rohrs ausgeübt, an dem der kalorimetrische Durchflussmesser angeordnet ist. In Fällen, in denen z.B. das Rohr an der offenen Luft angeordnet wird, unterscheidet sich die Temperatur eines Rohrabschnitts, der der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, von der eines Rohrabschnitts, der keiner Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Wo die Außenumgebung einen ungleichmäßigen Einfluss auf das Rohr ausübt, kann es solchermaßen einem einzelnen zweiten Temperatursensor womöglich nicht gelingen, eine genaue Rohrtemperatur zu erfassen, die die Temperatur des Gesamtumfangs des Rohrs darstellt. Gemäß dem zuvor genannten Aspekt der Erfindung schließt der kalorimetrische Durchflussmesser eine Mehrzahl an zweiten Temperatursensoren ein, um dadurch eine mittlere Rohrtemperatur zu erhalten, die auf richtige Weise die Temperatur des Gesamtumfangs des Rohrs widerspiegelt. Mittels der Verwendung eines geeigneten Korrekturwerts, der auf der Grundlage der mittleren Rohrtemperatur erhalten wird, ist es solchermaßen möglich, den Einfluss der Außenumgebung auf die Strömungsraten-Messung auszuschalten. Vor allem in Zusammenhang mit der Anordnung, in der die zweiten Temperatursensoren an beiden Seiten des Rohrs angeordnet werden und sich auf einer senkrechten Linie befinden, die durch die Mitte eines Querschnitts des Rohrs geht, kann der Einfluss der Sonneneinstrahlung auf die Strömungsraten-Messung sogar in einer Umgebung ausgeschaltet werden, in der das an der offenen Luft angeordnete Rohr teilweise der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt und solchermaßen die Temperatur eines Rohrabschnitts Erhöhungen der Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, und zwar mittels der Verwendung eines Korrekturwerts auf der Grundlage einer mittleren Rohrtemperatur, die aus der Temperatur des der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzten Rohrabschnitts und der des keiner Sonneneinstrahlung ausgesetzten Rohrabschnitts erhalten wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht eines kalorimetrischen Durchflussmessers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Graph, der beispielhaft die von der Gasströmungsgeschwindgkeit abhängigen Korrekturwerte je Temperaturdifferenzeinheit darstellt, die in einer Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle des kalorimetrischen Durchflussmessers aus 1 für die Temperaturdifferenz-abhängige Korrektur aufgezeichnet werden;
3 ist ein Graph, der Verbesserungen in der Strömungsraten-Messgenauigkeit als Ergebnis der Temperaturdifferenz-abhängigen Korrektur zeigt;
4 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren für die Strömungsraten-Messung durch den in 1 gezeigten kalorimetrischen Durchflussmesser darstellt;
5 ist eine schematische Ansicht eines Sensorchips, der einen kalorimetrischen Durchfluss-Sensor bildet;
6 ist eine schematische Schnittansicht, die zeigt, wie der kalorimetrische Durchfluss-Sensor an einem Rohr angebracht ist, und
7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Abweichung der Heiztemperatur eines Heizelements von einer festgelegten Heiztemperatur darstellt, die infolge des Anstiegs in der Außenlufttemperatur verursacht wird.
Bester Modus zum Ausführen der Erfindung
Ein kalorimetrischer Durchflussmesser gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hiernach mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Der kalorimetrische Durchflussmesser dieser Ausführungsform ist ein Gasmesser zum Messen der Strömungsrate des Gases, das durch einen innerhalb eines Rohrs bestimmten Fluiddurchgang strömt. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Gasmesser eine Mehrzahl an z.B. vier kalorimetrischen Durchfluss-Sensoren 11a, 11b, 11c und 11d, die an der Außenwand eines Rohrs 10 angebracht sind, um Ausgaben bereitzustellen, die jeweils die Flußgeschwindigkeit (allgemeiner Strömungsrate) des im Rohr 10 strömenden Gases anzeigen, einen ersten Temperatursensor 12a zum Erfassen der Gastemperatur, zweite Temperatursensoren 12b und 12c zum Erfassen der Temperatur des Rohrs 10 und einen Drucksensor 13 zum Erfassen des Gasdrucks.
Jeder der kalorimetrischen Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d hat grundsätzlich denselben Aufbau wie der des in der 5 gezeigten Sensorchips 1. Spezifisch hat jeder Durchfluss-Sensor ein erstes und ein zweites Temperaturerfassungselement Ru und Rd, die in der Gasströmungsrichtung F voneinander beabstandet liegen, und ein Heizelement Rh, das zwischen den Temperaturerfassungselementen Ru und Rd angeordnet ist. Das in 5 gezeigte Temperaturerfassungselement Rr wird vom zuvor erwähnten ersten Temperatursensor 12a ersetzt. Alternativ können sowohl der erste Temperatursensor 12a als auch das Temperaturerfassungselement Rr verwendet werden.
Die Durchfluss-Sensoren 11a und 11b unterscheiden sich von den Durchfluss-Sensoren 11c und 11d in der Entfernung des Heizelements Rh zu jedem der Temperaturerfassungselemente Ru und Rd, so dass die Sensoren 11a und 11b und die Sensoren 11c und 11d jeweilige verschiedene Bereiche der Flußgeschwindigkeitsmessung haben. Zum Beispiel sind die Durchfluss-Sensoren 11a und 11b als Niedergeschwindigkeitssensoren aufgebaut, um die Strömungsrate im niedrigen Geschwindigkeitsbereich zu erfassen, während die Durchfluss-Sensoren 11c und 11d als Hochgeschwindigkeitssensoren zum Erfassen der Strömungsrate in einem hohen Geschwindigkeitsbereich aufgebaut sind, und die Niedergeschwindigkeitssensoren 11a und 11b oder die Hochgeschwindigkeitssensoren 11c und 11d werden wahlweise in Übereinstimmung mit der Gasströmungsrate verwendet, wie es in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2003-121232 offenbart wird. Die Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d werden an vier Punkten an der zylindrischen Umfangswand des Rohrs 10 angebracht, nämlich jeweils am oberen linken Abschnitt, unteren rechten Abschnitt, unteren linken Abschnitt und oberen rechten Abschnitt des Rohrs 10, wenn in der Figur betrachtet, und werden in Winkelabständen von 90° in der Umfangsrichtung des Rohrs voneinander beabstandet.
Der erste Temperatursensor 12a umfasst einen Thermistor oder dergleichen und hat eine Temperaturabtastspitze, die sich im mittleren Abschnitt des Rohrs 10 befindet, um die Temperatur des im mittleren Rohrabschnitt strömenden Gases zu erfassen. Die zweiten Temperatursensoren 12b und 12c werden an der Außenfläche der Umfangswand des Rohrs 10 angebarcht, um sich an beiden Seiten des Rohrs, z.B. an einer senkrechten Linie, die durch die Mitte eines Querschnitts des Rohrs geht, zu befinden. Vorzugsweise werden die zweiten Temperatursensoren nahe an den jeweiligen Hochgeschwindigkeitssensoren 11c und 11d angeordnet.
Im Gasmesser (kalorimetrischer Durchflussmesser), der wie oben aufgebaut ist, wird jeder der Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d auf eine Platine montiert und zusammen mit einer Schaltung zum Betreiben des Heizelements Rh und einer Brückenschaltung zum Erfassen einer Differenz im Widerstand zwischen den Temperaturerfassungselementen Ru und Rd als eine Temperaturdifferenz im Rohr 10 eingeschlossen.
Die Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d werden durch eine Schnittstelleneinheit, die auf eine Selektor-Platine 14 montiert ist, die an der Außenumfangswand des Rohrs 10 angebracht ist, und durch ein Kabel 16 mit einer Messeinheit 20 des Gasmessers verbunden, die als primäre Einheit eine CPU einschließt, und führen der Messeinheit 20 jeweilige Sensorausgaben (Erfassungssignale) zu. Auch der erste und der zweite Temperatursensor 12a bis 12c und der Drucksensor 13 werden mittels der Schnittstelleneinheit der Selektor-Platine 14 mit der Messeinheit 20 verbunden.
Die Messeinheit 20 schließt eine Strömungsraten-Berechnungseinheit 21 zum Berechnen einer momentanen Strömungsrate Q des im Rohr 10 strömenden Gases in Übereinstimmung mit den Erfassungssignalen von den Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d, einer Temperaturkorrekturtabelle 22, die verwendet wird, um die Erfassungssignale in Übereinstimmung mit der vom ersten Temperatursensor 12a erfassten Gastemperatur der Temperatur-abhängigen Korrektur zu unterziehen, und einer Druckkorrekturtabelle 23, die verwendet wird, um die Erfassungssignale in Übereinstimmung mit dem vom Drucksensor 13 erfassten Gasdruck der Druckabhängigen Korrektur zu unterziehen.
Ein Merkmal der Messeinheit 20 liegt in seiner Temperaturdifferenz-Korrekturfunktion (Temperaturdifferenz-Korrekturmittel), wodurch in einer Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle 24 in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor 12a erfassten Gastemperatur und der von den zweiten Temperatursensoren 12b und 12c erfassten Rohrtemperatur nachgeschlagen wird und die Erfassungssignale aus den Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d der Temperaturdifferenz-abhängigen Korrektur unterzogen werden.
Jeder der Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d ist ausgebildet, um, wie oben geschildert, eine Ausgabedifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturerfassungselement als Erfassungsausgabe bereitzustellen, während das Heizelement betrieben wird. Abhängig vom Einflussgrad der Außenumgebung (Größe der Differenz zwischen der Gastemperatur und der Rohrtemperatur) zeigt jedoch die Erfassungsausgabe eines jeden Durchfluss-Sensors eine Abweichung von einer Erfassungsausgabe (hiernach "Bezugserfassungsausgabe"), die beobachtet wird, wenn die Außenumgebung keinen Einfluss ausübt und solchermaßen die Rohrtemperatur und die Gastemperatur die gleichen sind. Im folgenden wird auf die Gastemperatur und die Rohrtemperatur als Temperaturdifferenz Bezug genommen, und auf die Abweichung in der Erfassungsausgabe des Durchfluss-Sensors wird als Ausgabeabweichung des Durchfluss-Sensors Bezug genommen.
Solchermaßen ändert sich die Erfassungsausgabe des Durchfluss-Sensors abhängig von der Temperaturdifferenz. Mit anderen Worten kann die Ausgabeabweichung des Durchfluss-Sensors als eine Funktion der Temperaturdifferenz ausgedrückt werden. Die Ausgabeabweichung des Durchfluss-Sensors ändert sich auch abhängig von der Gasflußgeschwindigkeit (Gasströmungsrate), wie detailliert später beschrieben.
Im Gasmesser dieser Ausführungsform werden die Durchfluss-Sensorausgabe-Korrekturwerte je Einheitstemperaturdifferenz, die grundsätzlich als Funktionen der Temperaturdifferenz und der Gasflußgeschwindigkeit ausgedrückt werden, in der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle 24 aufgezeichnet, und zwar mit der Zielsetzung des Auslöschens der Ausgabeabweichung des Durchfluss-Sensors durch einen Korrekturwert, der in der Größe mit der Ausgabeabweichung gleich ist, aber ein entgegengesetztes Zeichen hat.
Um diese Korrekturwerte zu erhalten, leitete der Erfinder durch das unten erläuterte Experiment zunächst das Verhältnis der Ausgabeabweichung des Durchfluss-Sensors in Bezug auf die Temperaturdifferenz und die Gasflußgeschwindigkeit ab.
Eine Testvorrichtung, die, wie in 1 gezeigt, einen in einem Rohr eingeschlossenen Durchfluss-Sensor hat, wurde in eine Thermostatkammer gesetzt. Dann wurde bewerkstelligt, dass ein Gas bekannter Temperatur bei einer bekannten Geschwindigkeit durch das Rohr der Testvorrichtung strömt; die Temperatur in der Thermostatkammer (die der Rohrtemperatur entspricht) wurde der Gastemperatur angeglichen, und in diesem Zustand wurde die Erfassungsausgabe des Durchfluss-Sensors eigentlich gemessen, um eine Bezugserfassungsausgabe zu erhalten. Danach wurden in Zusammenhang mit der geänderten Gasflußgeschwindigkeit Bezugserfassungsausgaben bei verschiedenen Gasflußgeschwindigkeiten erhalten. Indem die Temperatur in der Thermostatkammer bei einer Temperatur gehalten wird, die um einen festgelegten Wert höher ist als die Gastemperatur, wurden die Erfassungsausgaben des Durchfluss-Sensors bei unterschiedlichen Gasflußgeschwindigkeiten gemessen. Während weiterhin die Temperatur der Thermostatkammer um die Gastemperatur herum erhöht oder gesenkt wurde, wurden Erfassungsausgaben des Durchfluss-Sensors gemessen. Dann wurde jede der Bezugserfassungsausgaben von einer entsprechenden der eigentlichen gemessenen Erfassungsausgaben des Durchfluss-Sensors subtrahiert, die bei verschiedenen Temperaturen der Thermostatkammer und bei verschiedenen Gasflußgeschwindigkeiten erhalten wurden, um Ausgabeabweichungen des Durchfluss-Sensors bei verschiedenen Temperaturen der Thermostatkammer und bei verschiedenen Gasflußgeschwindigkeiten zu erhalten.
Weiterhin erhielt der Erfinder auf der Grundlage der eigentlichen gemessenen Erfassungsausgabedaten und der Bezugserfassungsausgabedaten Ausgabeabweichungsraten (%/°C) des Durchfluss-Sensors je Temperatureinheitsdifferenz in Bezug auf die unterschiedlichen Temperaturdifferenzen und die unterschiedlichen Gasflußgeschwindigkeiten. Als Ergebnis erhielt der Erfinder charakteristische Kurven, die das Verhältnis zwischen der Sensorausgabe-Abweichungsrate je Einheitstemperaturdifferenz und der Gasflußgeschwindigkeit in Bezug auf die einzelnen Temperaturdifferenzen anzeigen (eine der erhaltenen charakteristischen Kurven wird in 2 gezeigt und mit der gestrichelten Linie A gekennzeichnet).
Die von der gestrichelten Linie in 2 gekennzeichnete charakteristische Kurve zeigt, dass die Ausgabeabweichungsrate des Durchfluss-Sensors je Einheitstemperaturdifferenz in Zusammenhang mit der Gasflußgeschwindigkeit variiert. Dieselbe Tendenz wurde in Bezug auf die anderen Temperaturdifferenzen beobachtet, und dies bedeutet, dass die Ausgabeabweichungsrate des Durchfluss-Sensors je Einheitstemperaturdifferenz ungeachtet der Temperaturdifferenz beinahe konstant ist.
Es wurde nämlich bestätigt, dass die Ausgabeabweichung des Durchfluss-Sensors einer Differenz zwischen der Fluidtemperatur und den Rohrtemperaturänderungen zuzuschreiben ist, die vorrangig von der Gasflußgeschwindigkeit (allgemeiner der Fluid-Strömungsrate) abhängt. Es wurde auch ermittelt, dass, obwohl sich die Ausgabeabweichung auch abhängig von der Temperaturdifferenz ändert, die Ausgabeabweichungsrate je Einheitstemperaturdifferenz ungeachtet der Temperaturdifferenz beinahe konstant ist, was eine identische Gasflußgeschwindigkeit betrifft.
Im Gasmesser dieser Ausführungsform werden Durchfluss-Sensorausgabe-Korrekturwerte je Einheitstemperaturdifferenz, die von der Gasflußgeschwindigkeit (allgemeiner den Strömungsraten-Korrekturwerten je Temperatureinheitdifferenz) abhängen, die in 2 als eine charakteristische Kurve B gezeigt werden, die mit der charakteristischen Kurve A in Bezug auf die Horizontalachse symmetrisch ist, angesichts der zuvor erwähnten Ergebnisse in der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle 24 aufgezeichnet, um die Ausgabeabweichung des Durchfluss-Sensors 11 zu berichtigen, die einer Differenz zwischen der Fluidtemperatur und der Rohrtemperatur (allgemeiner einem Einfluss, der durch die Außenumgebung ausgeübt wird) zuzuschreiben sind.
Ein Korrekturwert, der der Differenz zwischen der Gastemperatur und der Rohrtemperatur und der Gasflußgeschwindigkeit entspricht, wird aus der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle 24, und mittels Verwendung des solchermaßen erhaltenen Korrekturwertes wird die Ausgabe des Durchfluss-Sensors 11 (allgemeiner die erfasste Gasströmungsrate) einer Temperaturdifferenz-abhängigen Korrektur unterzogen.
Spezifischer, wird ein Korrekturwert je Einheitstemperaturdifferenz, die der Gasflußgeschwindigkeit entspricht, die von der Ausgabe des Durchfluss-Sensors 11 angezeigt wird, aus der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle 24 erhalten, und die Gastemperatur und die Rohrtemperatur werden jeweils vom ersten Temperatursensor 12a und von den zweiten Temperatursensoren 12b und 12c erfasst. Dann wird der Korrekturwert mit der Differenz zwischen der Gastemperatur und der Rohrtemperatur multipliziert, um einen Strömungsraten-Korrekturwert zu erhalten, der für die gegenwärtige Temperaturdifferenz nötig ist. Der Strömungsraten-Korrekturwert wird zur vom Durchfluss-Sensor 11 erfassten Gasströmungsrate addiert, um die erfasste Gasströmungsrate einer Temperaturdifferenz-abhängigen Korrektur zu unterziehen, wodurch die Strömungsrate des Gases, das eigentlich im Rohr 10 fließt, genau erhalten wird.
Die Wirkung der Senkung von Messfehlern, die durch die zuvor erwähnte Temperaturdifferenz-abhängige Korrektur erreicht wird, kann aus den charakteristischen Messkurven a und d in 3 ermittelt werden, die das Verhältnis zwischen der Gasflußgeschwindigkeit und dem Messfehler zeigen. Die charakteristische Messkurve d wird auf der Grundlage der eigentlichen gemessenen Erfassungsausgaben und Bezugserfassungsausgaben, d.h. den gemessenen Gasströmungsraten, aufgezeichnet, die mittels der zuvor erwähnten Testvorrichtung experimentell bei verschiedenen Gasflußgeschwindigkeiten erhalten wurden, wobei die Temperatur in der Thermostatkammer bei –25°C gehalten wurde. Der Messfehler (%), der an der senkrechten Achse in 3 angezeigt wird, bezeichnet das Hundertfache eines Wertes, der erhalten wird, indem die Differenz zwischen der eigentlichen gemessenen Erfassungsausgabe und der Bezugserfassungsausgabe durch die Bezugserfassungsausgabe geteilt wird. Andererseits erhält man den Messfehler der charakteristischen Messkurve a aus der Bezugserfassungsausgabe und einer korrigierten Erfassungsausgabe, die erhalten wird, indem die eigentliche gemessene Erfassungsausgabe der zuvor erwähnten Temperaturdifferenz-abhängigen Korrektur unterworfen wird. Die charakteristische Messkurve d zeigt, dass die gemessene Gasströmungsrate, die keiner Temperaturdifferenz-abhängigen Korrektur unterzogen wird, einen bedeutsamen Fehler enthält, während die charakteristische Messkurve a zeigt, dass der Fehler in der gemessenen Gasströmungsrate, die der Temperaturdifferenz-abhängigen Korrektur unterzogen wird, so klein wie 1% oder weniger ist. Die charakteristische Messkurven b und c in 3 zeigen die korrigierten Strömungsraten, die erhalten werden, indem die gemessenen Gasströmungsraten, die gemessen werden, während die Temperatur in der Thermostatkammer jeweils bei 40°C und 60°C gehalten wird, der Temperaturdifferenz- abhängigen Korrektur unterzogen werden, und offenbaren, dass die Temperaturdifferenz-abhängige Korrektur den Messfehler auf einen geringen Grad von 1% oder darunter unterdrücken und dadurch die Messgenauigkeit bedeutend verbessern kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Grad, bis zu dem die Außenumgebung einen Einfluss auf den Sensorchip 1, der den Durchfluss-Sensor im Rohr 10 bildet, und schließlich auf die Messung der Strömungsrate des Fluids ausübt, das eigentlich am Durchfluss-Sensor entlang strömt, solchermaßen einfach als Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor 12a erfassten Temperatur und der von den zweiten Temperatursensoren 12b und 12c erfassten Rohrtemperatur festgehalten, wie in Zusammenhang mit der obigen Beschreibung verständlich. Weiterhin wird die vom Durchfluss-Sensor erfasste Fluid-Strömungsrate mittels Verwendung eines Korrekturwertes, der auf der Grundlage der Temperaturdifferenz erhalten wird, berichtigt, wodurch die gemessene Strömungsrate leicht und wirkungsvoll korrigiert wird, womit es ermöglicht wird, die Messgenauigkeit zu verbessern.
Die zuvor erwähnte Temperaturdifferenz-abhängige Korrektur wird abgeschlossen, sobald ein in 4 gezeigtes Strömungsraten-Messverfahren von der Strömungsraten-Berechnungseinheit 21 ausgeführt wird. Im Strömungsraten-Messverfahren werden die Korrektur der Durchfluss-Sensorausgabe und die Strömungsraten-Korrektur auf der Grundlage der korrigierten Sensorausgabe mit Bezug auf jeden der Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d durchgeführt. In der folgenden Beschreibung wird daher auf die einzelnen Durchfluss-Sensoren mit dem Bezugszeichen 11 Bezug genommen.
Als erstes holt man sich im Strömungsraten-Messverfahren die Ausgabe des Durchfluss-Sensors 11 (Schritt S1). Dann wird die Sensorausgabe gemäß der Art des Gases (allgemeiner Art des Fluids) korrigiert, um die Empfindlichkeit des Durchfluss-Sensors einzustellen (Schritt S2). Weiterhin wird die Sensorausgabe einer Druck-abhängigen Korrektur unterzogen, indem in der Druckkorrekturtabelle 23 auf der Grundlage des am Drucksensor 13 erfassten Gasdrucks nachgeschlagen wird (Schritt S3), und dann der Temperatur-abhängigen Korrektur unterzogen, indem in der Temperaturkorrekturtabelle 22 auf der Grundlage der vom ersten Temperatursensor 12a erfassten Gastemperatur nachgeschlagen wird (Schritt S4). Nach den vom Gastyp abhängigen Änderungen der Erfassungs-Charakteristik des Durchfluss-Sensors 11 werden der Gasdruck und die Gastemperatur auf diese Weise korrigiert, und ein einzelner Unterschied des Durchfluss-Sensors wird auf der Grundlage einer Bezugserfassungs-Charakteristik des Durchfluss-Sensors 11 (Schritt S5) korrigiert, und die Gasflußgeschwindigkeit (Gasströmungsrate) im Rohr 10 erhält man aus der korrigierten Sensorausgabe (Schritt S6).
Die Sensorausgabekorrekturen in den Schritten S1 bis S5 und die Gasflußgeschwindigkeitsberechnung auf der Grundlage der im Schritt S6 korrigierten Sensorausgabe können mit Bezug auf die vier Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d parallel durchgeführt werden. Alternativ können die Ausgaben der Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d mithilfe der Selektor-Platine 14 wiederum in vorbestimmten Intervallen geholt werden, so dass die Verfahren für die vier Durchfluss-Sensoren auf zeitgeteilte Weise ausgeführt werden können.
Im in 4 gezeigten Strömungsraten-Messverfahren werden die solchermaßen aus den Ausgaben der jeweiligen Durchfluss-Sensoren 11a bis 11d erhaltenen Gasflußgeschwindigkeiten gemittelt, um eine mittlere Gasflußgeschwindigkeit (Schritt S7) zu erzielen. Dann wird in Übereinstimmung mit der mittleren Gasflußgeschwindigkeit und der Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor 12a erfassten Gastemperatur und der von den zweiten Temperatursensoren 12b und 12c erfassten Rohrtemperatur in der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle nachgeschlagen, um einen Korrekturwert je Einheitstemperaturdifferenz zu erhalten, und der Korrekturwert wird mit der Temperaturdifferenz multipliziert, um einen Strömungsraten-Korrekturwert zu erhalten. Andererseits wird die Gasströmungsrate auf der Grundlage einer Differenz zwischen den Ausgaben aus dem ersten und dem zweiten Temperaturerfassungselement Ru und Rd gemessen, wobei das Heizelement Rh betrieben wird. Dann wird die gemessene Gasströmungsrate mittels Verwendung des Strömungsraten-Korrekturwertes der Temperaturdifferenz-abhängigen Korrektur unterzogen (Schritt S8), und die solchermaßen korrigierte Gasströmungsrate wird vom kalorimetrischen Durchflussmesser als Gasströmungsrate ausgegeben (Schritt S9). Das oben beschriebene Verfahren wird danach wiederholt ausgeführt, um die Gasströmungsraten-Messung fortzusetzen.
Mit dem wie oben beschrieben aufgebauten kalorimetrischen Durchflussmesser ist es möglich, den Strömungsraten-Messfehler des kalorimetrischen Durchfluss-Sensors 11 leicht zu messen, der durch eine von außerhalb des Rohrs 10 auf den Durchfluss-Sensor 11 einwirkende Wärmewirkung verursacht wird. Außerdem kann der Strömungsraten-Messfehler durch ein einfaches Verfahren beseitigt werden, das die Erfassung der Differenz zwischen den Temperaturen des Rohrs 10 und des Fluids umfasst, die vom ersten Temperatursensor 12a und den zweiten Temperatursensoren 12b und 12c, die am Rohr 10 angebracht sind, erfasst wird, und die anschließende Korrektur der gemessenen Strömungsrate gemäß der erfassten Temperaturdifferenz umfasst.
In der obigen Ausführungsform wird ein Mittelwert der von den beiden zweiten Temperatursensoren 12b und 12c gemessenen Rohrtemperaturen errechnet, um eine mittlere Rohrtemperatur zu erhalten. Dies erlaubt, dass die Rohrtemperatur selbst für den Fall richtig bestimmt wird, wo nur eine Seite des Rohrs 10 einer Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist und solchermaßen z.B. die Temperatur an der einen Seite steigt. Auch werden die zweiten Temperatursensoren 12b und 12c, wie oben erwähnt, nahe an den Hochgeschwindigkeitssensoren 11d und 11c angeordnet. Entsprechend kann die Rohrtemperatur während der Strömungsraten-Messung mittels Verwendung der Niedergeschwindigkeitssensoren 11a und 11b genau erfasst werden, ohne von einer Wärme von den Niedergeschwindigkeitssensoren 11a und 11b beeinflusst zu werden. Während die Strömungsrate mittels Verwendung der Hochgeschwindigkeitssensoren 11b und 11c gemessen wird, ist die Flußgeschwindigkeit so hoch, dass die Wärme von den Hochgeschwindigkeitssensoren 11b und 11c beinahe keinen Einfluss auf die zweiten Temperatursensoren hat, womit die genaue Erfassung der Rohrtemperatur erlaubt wird. Folglich kann die zuvor erwähnte Temperaturdifferenz-abhängige Korrektur wirkungsvoll durchgeführt werden, während die Rohrtemperaturen von den beiden nahe an den Hochgeschwindigkeitssensoren 11d und 11c angeordneten Temperatursensoren 12b und 12c genau erfasst werden.
Weiterhin müssen nur die Korrekturwerte je Einheitstemperaturdifferenz in der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle 24 aufgezeichnet werden. Verglichen mit dem Fall, wo die Korrekturwerte für jede Temperaturdifferenz aufgezeichnet werden, kann solchermaßen die Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle 24 eine einfachere Anordnung haben. Da ein je Einheitstemperaturdifferenz von der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle 24 auf der Grundlage der erfassten Gasströmungsrate erhaltener Korrekturwert nur mit der Temperaturdifferenz (Differenz zwischen der Gastemperatur und der Rohrtemperatur) multipliziert werden muss, um einen Strömungsraten-Korrekturwert zu erhalten, können die Berechnung des Strömungsraten-Korrekturwertes und folglich die Temperaturdifferenz-abhängige Korrektur leicht durchgeführt werden, ohne eine komplizierte Verarbeitung einzuschließen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorherige Ausführungsform eingeschränkt.
In der obigen Beschreibung der Ausführungsform wird z.B. die vorliegende Erfindung an einem Gasmesser angelegt, der zwei Niedergeschwindigkeitssensoren und zwei Hochgeschwindigkeitssensoren hat; jedoch kann die Erfindung auch an kalorimetrischer Durchflussmesser zum Messen der Strömungsrate anderer Fluide als Gas angelegt werden. Auch ist die Anzahl der zu verwendenden Durchfluss-Sensoren nicht besonders eingeschränkt, und es ist nicht erforderlich, sowohl die Niedergeschwindigkeitssensoren als auch die Hochgeschwindigkeitssensoren zu verwenden. Weiterhin ist auch die Anzahl der ersten und zweiten Temperatursensoren nicht besonders eingeschränkt. Die vorliegende Erfindung kann verschiedenartig modifiziert werden, ohne sich vom Schutzumfang der Erfindung zu lösen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein kalorimetrischer Durchflussmesser umfasst einen kalorimetrischen Durchflussmesser, der ein erstes und ein zweites Temperaturerfassungselement (Ru, Rd) aufweist, die mit einem Heizelement (Rh) dazwischen in der Strömungsrichtung des Fluids angeordnet werden, einen ersten Temperatursensor (12a) zum Erfassen der Temperatur des in einem Rohr (10) strömenden Fluids und einen zweiten Temperatursensor (12b, 12c) zum Erfassen der Rohrtemperatur. Die Strömungsrate des Fluids wird aus der Differenz zwischen den Erfassungsausgaben vom ersten und vom zweiten Temperaturerfassungselement gemessen; andererseits wird ein Korrekturwert in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen der Rohrtemperatur und der Fluidtemperatur aus einer Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle (24) erhalten. Die gemessene Strömungsrate wird mittels Verwendung des Strömungsraten-Korrekturwertes korrigiert, wodurch der von der Außenumgebung auf die Strömungsraten-Messung ausgeübte Wärmeinfluss durch die Korrektur ausgeschaltet wird, womit die Verbesserung in der Messgenauigkeit erlaubt wird.
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Claims

Ein kalorimetrischer Durchflussmesser, der einen kalorimetrischen Durchfluss-Sensor umfasst, der ein erstes und ein zweites Temperaturerfassungselement einschließt, die in einer Fluidströmungsrichtung voneinander beabstandet liegen, und ein Heizelement einschließt, das zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturerfassungselement angeordnet ist und das an einem Rohr angebracht ist, durch das das Fluid strömt, wobei der kalorimetrische Durchflussmesser ausgebildet ist, um eine Strömungsrate des Fluids auf der Grundlage von Temperaturen zu messen, die vom ersten und vom zweiten Temperaturerfassungselement erfasst werden, während das Heizelement betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin folgendes umfasst: einen ersten Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des im Rohr strömenden Fluids; einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen der Rohrtemperatur, und ein Temperaturdifferenz-Korrekturmittel, um in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur und der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur einen Korrekturwert zu erhalten.
Der kalorimetrische Durchflussmesser gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturdifferenz-Korrekturmittel als Korrekturwert in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur und der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur einen Strömungsraten-Korrekturwert erhält und die gemessene Fluid-Strömungsrate auf der Grundlage der vom ersten und vom zweiten Temperaturerfassungselement erfassten Temperaturen korrigiert, indem der Strömungsraten-Korrekturwert verwendet wird.
Der kalorimetrische Durchflussmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturdifferenz-Korrekturmittel eine Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle hat, die die Strömungsraten-Korrekturwerte als Funktionen der Differenz zwischen der Fluidtemperatur und der Rohrtemperatur und der Fluid-Strömungsrate anzeigt und einen Strömungsraten-Korrekturwert aus der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle erhält, und zwar in Übereinstimmung mit der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur, der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur und der Fluid-Strömungsrate, die auf der Grundlage der vom ersten und vom zweiten Temperaturerfassungselement erfassten Temperaturen gemessen wird.
Der kalorimetrische Durchflussmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturdifferenz-Korrekturmittel eine Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle hat, die die Strömungsraten-Korrekturwerte je Einheitstemperaturdifferenz als Funktionen der Differenz zwischen der Fluidtemperatur und der Rohrtemperatur und der Fluid-Strömungsrate anzeigt, und einen Strömungsraten-Korrekturwert je Einheitstemperaturdifferenz aus der Temperaturdifferenz-Korrekturtabelle erhält, und zwar in Übereinstimmung mit der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur, der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur und der Fluid-Strömungsrate, die auf der Grundlage der vom ersten und vom zweiten Temperaturerfassungselement erfassten Temperaturen gemessen wird, einen Strömungsraten-Korrekturwert, und dass der Strömungsraten-Korrekturwert je Einheitstemperaturdifferenz mit der Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur und der vom zweiten Temperatursensor erfassten Rohrtemperatur multipliziert wird, um den Strömungsraten-Korrekturwert zu erhalten.
Der kalorimetrische Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperatursensor so angeordnet ist, dass die Temperatur des in einen mittleren Abschnitt des Rohrs strömenden Fluids erfasst wird.
Der kalorimetrische Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperatursensor angeordnet ist, um die Wandtemperatur des Rohrs zu erfassen.
Der kalorimetrische Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperatursensor eine Mehrzahl an zweiten Temperatursensoren einschließt, die in einer Umfangsrichtung des Rohrs voneinander beabstandet sind, und dass das Temperaturdifferenz-Korrekturmittel einen Mittelwert der von den jeweiligen zweiten Temperatursensoren erfassten Rohrtemperatur errechnet, um eine mittlere Rohrtemperatur zu erhalten, und den Korrekturwert in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur und der mittleren Rohrtemperatur erhält.
Der kalorimetrische Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperatursensor zwei zweite Temperatursensoren einschließt, die an beiden Seiten des Rohrs bereitgestellt werden und sich auf einer senkrechten Linie befinden, die durch die Mitte eines Querschnitts des Rohrs führt, und dass das Temperaturdifferenz-Korrekturmittel einen Mittelwert der beiden Rohrtemperaturen errechnet, die von den jeweiligen zwei zweiten Temperatursensoren erfasst werden, um eine mittlere Rohrtemperatur zu erhalten, und den Korrekturwert in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der vom ersten Temperatursensor erfassten Fluidtemperatur und der mittleren Rohrtemperatur erhält.