JP2001304934A - 質量流量計 - Google Patents
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- G01F1/699—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters by control of a separate heating or cooling element
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- Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な動作原理による質量流量計を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 流体を、決められた流れの方向に、測定
すべき質量流量で、輸送するための熱伝導材料で出来た
中空の導管、この導管と熱的に接触して、前記流体に熱
を供給する、第一の位置における第一の感温抵抗体、温
度センサ、および抵抗体および温度センサに接続可能な
測定および制御手段を含む質量流量計において、温度セ
ンサは、前記第一の位置に対して上流の第二の位置に、
導管と熱的に接触して設けられており、測定および制御
手段は、前記第一および第二の位置で、一定の温度差を
維持するよう設計されているに、導管（２）と熱的に接
触して設けられており、測定および制御手段（５）は、
前記第一および第二の位置で、一定の温度差を維持する
よう設計されていることを特徴とする質量流量計。
ことを目的とする。 【解決手段】 流体を、決められた流れの方向に、測定
すべき質量流量で、輸送するための熱伝導材料で出来た
中空の導管、この導管と熱的に接触して、前記流体に熱
を供給する、第一の位置における第一の感温抵抗体、温
度センサ、および抵抗体および温度センサに接続可能な
測定および制御手段を含む質量流量計において、温度セ
ンサは、前記第一の位置に対して上流の第二の位置に、
導管と熱的に接触して設けられており、測定および制御
手段は、前記第一および第二の位置で、一定の温度差を
維持するよう設計されているに、導管（２）と熱的に接
触して設けられており、測定および制御手段（５）は、
前記第一および第二の位置で、一定の温度差を維持する
よう設計されていることを特徴とする質量流量計。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体を、決められ
た流れの方向に、測定すべき質量流量で、輸送するため
の熱伝導材料で出来た中空の導管、この導管と熱的に接
触して、前記流体に熱を供給する、第一の位置における
第一の感温抵抗体、温度センサ、および抵抗体および温
度センサに接続可能な測定および制御手段を含む質量流
量計に関する。
た流れの方向に、測定すべき質量流量で、輸送するため
の熱伝導材料で出来た中空の導管、この導管と熱的に接
触して、前記流体に熱を供給する、第一の位置における
第一の感温抵抗体、温度センサ、および抵抗体および温
度センサに接続可能な測定および制御手段を含む質量流
量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような質量流量計は、米国特許No.
４９８４４６０以来既知であり、該特許においては、導
管の周りに巻き付けられた第一の感温抵抗体が、第一の
ブリッジ回路に組み込まれており、該ブリッジ回路は、
さらに、それぞれ、周囲温度を測定するための温度セン
サとして、また、第一の抵抗体の位置において、この抵
抗体の熱放散を通して、導管の温度を設定するための設
定センサとして機能する二つの抵抗体を含んでいる。こ
の既知の質量流量計は、さらに、導管の周りに巻き付け
られ、第二のブリッジ回路に組み込まれた第二の感温抵
抗体を含んでおり、該ブリッジ回路は、同様に、さら
に、それぞれ、周囲温度を測定するための温度センサと
して、また、第二の抵抗体の位置において、この抵抗体
の熱放散を通して、導管の温度を設定するための設定セ
ンサとして機能する二つの抵抗体を含んでいる。これら
ブリッジ回路は、導管の周りに巻き付けられた二つの抵
抗体と周囲温度の間の温度差が、設定-抵抗器を用いて
設定された値にほぼ等しくなるようにする制御ユニット
に接続されている。導管を通って流れる流体の質量流量
は、導管の周りに巻き付けられた第一および第二の抵抗
体に供給されるエネルギーの差から、既知の装置で、求
められる。
４９８４４６０以来既知であり、該特許においては、導
管の周りに巻き付けられた第一の感温抵抗体が、第一の
ブリッジ回路に組み込まれており、該ブリッジ回路は、
さらに、それぞれ、周囲温度を測定するための温度セン
サとして、また、第一の抵抗体の位置において、この抵
抗体の熱放散を通して、導管の温度を設定するための設
定センサとして機能する二つの抵抗体を含んでいる。こ
の既知の質量流量計は、さらに、導管の周りに巻き付け
られ、第二のブリッジ回路に組み込まれた第二の感温抵
抗体を含んでおり、該ブリッジ回路は、同様に、さら
に、それぞれ、周囲温度を測定するための温度センサと
して、また、第二の抵抗体の位置において、この抵抗体
の熱放散を通して、導管の温度を設定するための設定セ
ンサとして機能する二つの抵抗体を含んでいる。これら
ブリッジ回路は、導管の周りに巻き付けられた二つの抵
抗体と周囲温度の間の温度差が、設定-抵抗器を用いて
設定された値にほぼ等しくなるようにする制御ユニット
に接続されている。導管を通って流れる流体の質量流量
は、導管の周りに巻き付けられた第一および第二の抵抗
体に供給されるエネルギーの差から、既知の装置で、求
められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】米国特許以来既知の流
量計を運用するには、二つのブリッジ回路を使わなけれ
ばならないため、導管の周りに巻き付けられた第一およ
び第二の抵抗体の位置における温度差は、必ずしも０に
等しくはなく、したがって、この質量流量計の感度に
は、固有の限界が有る。固有の安定性の問題に加えて、
二つのブリッジ回路使用のもう一つの欠点は、これらの
回路に必要な比較的多数の部品から生ずるコストの増大
効果である。
量計を運用するには、二つのブリッジ回路を使わなけれ
ばならないため、導管の周りに巻き付けられた第一およ
び第二の抵抗体の位置における温度差は、必ずしも０に
等しくはなく、したがって、この質量流量計の感度に
は、固有の限界が有る。固有の安定性の問題に加えて、
二つのブリッジ回路使用のもう一つの欠点は、これらの
回路に必要な比較的多数の部品から生ずるコストの増大
効果である。
【０００４】本発明の目的は、簡単な動作原理による質
量流量計を提供することであり、この質量流量計は、原
則として、ブリッジ回路一個で十分である。
量流量計を提供することであり、この質量流量計は、原
則として、ブリッジ回路一個で十分である。
【０００５】また、既知の質量流量計よりも広い範囲を
有する質量流量計を提供することもその目的である。
有する質量流量計を提供することもその目的である。
【０００６】本発明のまた別の目的は、流体の質量流量
が、従来技術の質量流量計より迅速に、そして、正確に
測定できる質量流量計を提供することである。
が、従来技術の質量流量計より迅速に、そして、正確に
測定できる質量流量計を提供することである。
【０００７】前記目的はまた、ヨーロッパ特許出願EP 0
467430Aにも記述されている。既知の従来の流量計はま
た、ここでも説明されている（コラム１、３３〜４８行
参照）。この既知の流量計の欠点として述べられている
のは（コラム１、ライン４９〜５６参照）、流量とセン
サ出力の間の非直線関係、すなわち、流量がゼロに近づ
く小流量の範囲では、小さな傾斜および湾曲点が有り、
したがって、その範囲では、センサの感度の低減が示さ
れること、である。コラム２、ライン３１からコラム
４、ライン５まで（同ライン含む）においては、該特許
出願書に添付の図面１〜３を参照して、従来のサーマル
タイプの流量計の有様を詳細に説明し、また、コラム
４、ライン３１および以下では、図４、５および６を参
照して、前記欠点を克服し、小流量の範囲においても、
感度が高く、かつ、流量の全範囲に亘って、高いセンサ
出力を発生することができる、湾曲点の無いサーマルタ
イプの流量計を作成する方法が説明されている。
467430Aにも記述されている。既知の従来の流量計はま
た、ここでも説明されている（コラム１、３３〜４８行
参照）。この既知の流量計の欠点として述べられている
のは（コラム１、ライン４９〜５６参照）、流量とセン
サ出力の間の非直線関係、すなわち、流量がゼロに近づ
く小流量の範囲では、小さな傾斜および湾曲点が有り、
したがって、その範囲では、センサの感度の低減が示さ
れること、である。コラム２、ライン３１からコラム
４、ライン５まで（同ライン含む）においては、該特許
出願書に添付の図面１〜３を参照して、従来のサーマル
タイプの流量計の有様を詳細に説明し、また、コラム
４、ライン３１および以下では、図４、５および６を参
照して、前記欠点を克服し、小流量の範囲においても、
感度が高く、かつ、流量の全範囲に亘って、高いセンサ
出力を発生することができる、湾曲点の無いサーマルタ
イプの流量計を作成する方法が説明されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】プリアン
ブルで記述されているタイプの質量流量計では、これら
の目的は、達成され、また、他の利点も獲得されてお
り、該質量流量計においては、本発明により、前記第一
の位置に対して上流の、第二の位置に、導管と熱的に接
触して、温度センサが設けられており、測定および制御
手段は、前記第一および第二の位置で、一定の温度差を
維持するよう設計されている。
ブルで記述されているタイプの質量流量計では、これら
の目的は、達成され、また、他の利点も獲得されてお
り、該質量流量計においては、本発明により、前記第一
の位置に対して上流の、第二の位置に、導管と熱的に接
触して、温度センサが設けられており、測定および制御
手段は、前記第一および第二の位置で、一定の温度差を
維持するよう設計されている。
【０００９】本発明は、中空導管を通って流れる流体の
質量流量は、前記第一および第二の位置における温度差
を一定の値に維持するために前記第二の位置で供給しな
ければならないエネルギーから確実なやり方で導けると
いう驚くべき洞察を基にしている。
質量流量は、前記第一および第二の位置における温度差
を一定の値に維持するために前記第二の位置で供給しな
ければならないエネルギーから確実なやり方で導けると
いう驚くべき洞察を基にしている。
【００１０】本発明による質量流量計の一実施形態にお
いては、温度センサは、第二の感熱抵抗体である。
いては、温度センサは、第二の感熱抵抗体である。
【００１１】また、好適な一実施形態においては、第一
および第二の感熱抵抗体は、同じ温度係数を有し、か
つ、これら抵抗体は、ブリッジ回路に組み込まれてお
り、第二の抵抗体の抵抗は、設定された温度において、
第一の抵抗体の抵抗より大きい。従来の装置の場合と異
なり、この実施形態におけるブリッジ回路の出力信号
は、測定されるべき質量流量の目安であり、導管を通っ
て流れる媒体の温度とは完全に無関係である。
および第二の感熱抵抗体は、同じ温度係数を有し、か
つ、これら抵抗体は、ブリッジ回路に組み込まれてお
り、第二の抵抗体の抵抗は、設定された温度において、
第一の抵抗体の抵抗より大きい。従来の装置の場合と異
なり、この実施形態におけるブリッジ回路の出力信号
は、測定されるべき質量流量の目安であり、導管を通っ
て流れる媒体の温度とは完全に無関係である。
【００１２】また、別の好適な一実施形態においては、
ブリッジ回路は、ホイートストーンブリッジであり、そ
の出力は、フィードバックループで、ブリッジの頂部に
接続される。
ブリッジ回路は、ホイートストーンブリッジであり、そ
の出力は、フィードバックループで、ブリッジの頂部に
接続される。
【００１３】また、別の一実施形態においては、ホイー
トストーンブリッジを有する質量流量計は、前記第二の
位置に対して下流の第三の位置に、この導管と熱的に接
触して流体に熱を供給する、第一の感温抵抗体と同一の
第三の感温抵抗体を含んでいる。同一な第一および第三
の抵抗体を選択し、それらの温度を、温度センサにより
測定した値の上の同じ一定値まで加熱することによっ
て、ホイートストーンブリッジの出力信号は、測定すべ
き質量流量がゼロの場合、上記の実施形態の場合と異な
り、ゼロに等しくなり、したがって、オフセット信号を
補正する必要はない。この実施形態において、第一およ
び第三の抵抗体で放散される熱が、対流、伝導あるいは
放射によって、温度センサにより測定された値に影響を
及ぼすことなく、放散できるよう、導管がさらに構成さ
れている場合は、ホイートストーンブリッジの出力信号
の符号で、導管を通る流体の流れの方向についての情報
がさらに得られることになる。
トストーンブリッジを有する質量流量計は、前記第二の
位置に対して下流の第三の位置に、この導管と熱的に接
触して流体に熱を供給する、第一の感温抵抗体と同一の
第三の感温抵抗体を含んでいる。同一な第一および第三
の抵抗体を選択し、それらの温度を、温度センサにより
測定した値の上の同じ一定値まで加熱することによっ
て、ホイートストーンブリッジの出力信号は、測定すべ
き質量流量がゼロの場合、上記の実施形態の場合と異な
り、ゼロに等しくなり、したがって、オフセット信号を
補正する必要はない。この実施形態において、第一およ
び第三の抵抗体で放散される熱が、対流、伝導あるいは
放射によって、温度センサにより測定された値に影響を
及ぼすことなく、放散できるよう、導管がさらに構成さ
れている場合は、ホイートストーンブリッジの出力信号
の符号で、導管を通る流体の流れの方向についての情報
がさらに得られることになる。
【００１４】また、別の一実施形態においては、ホイー
トストーンブリッジを有する質量流量計は、前記第二お
よび第一の位置に対して下流の第四の位置に、この導管
と熱的に接触して流体の温度を測定する、第二の感温抵
抗体と同一の追加の感温抵抗体を含んでいる。この実施
形態では、第一の温度センサによって測定された温度の
値は、第一および第二の温度センサによって測定された
値の平均値で置き換えることができる、という利点が有
り、したがって、導管上の温度勾配から生ずる温度の測
定値の不正確さは、相当程度まで、平均化できる。この
実施形態において、第一の抵抗体で放散される熱が、対
流、伝導あるいは放射によって、温度センサにより測定
された値に影響を及ぼすことなく、放散できるよう、導
管がさらに構成されている場合は、ホイートストーンブ
リッジの出力信号の符号で、導管を通る流体の流れの方
向についての情報がさらに得られることになる。
トストーンブリッジを有する質量流量計は、前記第二お
よび第一の位置に対して下流の第四の位置に、この導管
と熱的に接触して流体の温度を測定する、第二の感温抵
抗体と同一の追加の感温抵抗体を含んでいる。この実施
形態では、第一の温度センサによって測定された温度の
値は、第一および第二の温度センサによって測定された
値の平均値で置き換えることができる、という利点が有
り、したがって、導管上の温度勾配から生ずる温度の測
定値の不正確さは、相当程度まで、平均化できる。この
実施形態において、第一の抵抗体で放散される熱が、対
流、伝導あるいは放射によって、温度センサにより測定
された値に影響を及ぼすことなく、放散できるよう、導
管がさらに構成されている場合は、ホイートストーンブ
リッジの出力信号の符号で、導管を通る流体の流れの方
向についての情報がさらに得られることになる。
【００１５】また、非常に好適な一実施形態において
は、ホイートストーンブリッジを有する質量流量計は、
前記第二の位置に対して下流の第三の位置に、この導管
と熱的に接触して流体に熱を供給する、第一の感温抵抗
体と同一の第三の感温抵抗体、および前記第二、第一お
よび第三の位置に対して下流の第四の位置に、この導管
と熱的に接触して流体の温度を測定する、第二の感温抵
抗体と同一の第四の感温抵抗体を含んでいる。この実施
形態においては、最後に述べた二つの実施形態の利点が
組み合わされている。
は、ホイートストーンブリッジを有する質量流量計は、
前記第二の位置に対して下流の第三の位置に、この導管
と熱的に接触して流体に熱を供給する、第一の感温抵抗
体と同一の第三の感温抵抗体、および前記第二、第一お
よび第三の位置に対して下流の第四の位置に、この導管
と熱的に接触して流体の温度を測定する、第二の感温抵
抗体と同一の第四の感温抵抗体を含んでいる。この実施
形態においては、最後に述べた二つの実施形態の利点が
組み合わされている。
【００１６】上記最後の三つの実施形態において、「上
流」および「下流」の観念は、任意の意味を持ち、第
一、第二、第三および第四の相対的な位置を表すのに用
いられているに過ぎない。
流」および「下流」の観念は、任意の意味を持ち、第
一、第二、第三および第四の相対的な位置を表すのに用
いられているに過ぎない。
【００１７】温度センサとして機能する第二の抵抗体の
自己加熱から生ずる、測定されるべき質量流量の誤差を
無くすあるいは相当程度まで減らすためには、第二の抵
抗体の抵抗は、設定温度において、第一の抵抗体の抵抗
より、少なくとも１０倍大きいことが望ましい。
自己加熱から生ずる、測定されるべき質量流量の誤差を
無くすあるいは相当程度まで減らすためには、第二の抵
抗体の抵抗は、設定温度において、第一の抵抗体の抵抗
より、少なくとも１０倍大きいことが望ましい。
【００１８】また、好適な一実施形態においては、第一
および第二の感熱抵抗体は、白金抵抗器である。
および第二の感熱抵抗体は、白金抵抗器である。
【００１９】本発明による質量流量計における中空導管
の熱伝導材料は、少なくとも10W・m -1・K-1に等しい値
の熱伝導係数λを有している。温度センサの有り得る自
己加熱の結果としての流量測定値の結果に対する悪影響
は、例えば、ステンレス鋼などの材料により、さらに抑
制される。
の熱伝導材料は、少なくとも10W・m -1・K-1に等しい値
の熱伝導係数λを有している。温度センサの有り得る自
己加熱の結果としての流量測定値の結果に対する悪影響
は、例えば、ステンレス鋼などの材料により、さらに抑
制される。
【００２０】また、実用的な一実施形態においては、中
空導管は、管を含み、その内径は、約０．１ｍｍと５ｍ
ｍの間の範囲、望ましくは、約０．８ｍｍと３ｍｍの間
の範囲に在る。
空導管は、管を含み、その内径は、約０．１ｍｍと５ｍ
ｍの間の範囲、望ましくは、約０．８ｍｍと３ｍｍの間
の範囲に在る。
【００２１】導管は、例えば、約０．０５ｍｍと約０．
５ｍｍの間の範囲、望ましくは、約０．１ｍｍと約０．
３ｍｍの間の範囲に肉厚を有している。
５ｍｍの間の範囲、望ましくは、約０．１ｍｍと約０．
３ｍｍの間の範囲に肉厚を有している。
【００２２】温度センサとして機能する第二の抵抗体の
自己加熱の結果としての、測定されるべき質量流量の誤
差の大幅な低減に特に適した一実施形態においては、導
管は、第二、第四、それぞれ第二および第四の位置の場
所において、第一の位置の場所における肉厚よりも大き
な肉厚を有している。前記位置、すなわち、第一および
（または）第二の温度センサの位置におけるより大きな
肉厚による、導管と温度センサの間のより大きな接触面
積を利用して、センサで放散される最小限の量の熱を排
出することができ、一方、下方に有るより厚い導管壁の
塊は、さらに熱排出体として機能する。
自己加熱の結果としての、測定されるべき質量流量の誤
差の大幅な低減に特に適した一実施形態においては、導
管は、第二、第四、それぞれ第二および第四の位置の場
所において、第一の位置の場所における肉厚よりも大き
な肉厚を有している。前記位置、すなわち、第一および
（または）第二の温度センサの位置におけるより大きな
肉厚による、導管と温度センサの間のより大きな接触面
積を利用して、センサで放散される最小限の量の熱を排
出することができ、一方、下方に有るより厚い導管壁の
塊は、さらに熱排出体として機能する。
【００２３】本発明による質量流量計のまた別の実施形
態においては、温度センサは、熱電対、望ましくは熱電
対列であり、その第一の側は、前記第一の位置に熱的に
結合されており、その第二の側は、前記第二の位置に熱
的に結合されている。
態においては、温度センサは、熱電対、望ましくは熱電
対列であり、その第一の側は、前記第一の位置に熱的に
結合されており、その第二の側は、前記第二の位置に熱
的に結合されている。
【００２４】熱電対を温度センサとして利用する場合
は、測定および制御手段は、例えば、それ自体既知のプ
ロセッサを含んでいる。
は、測定および制御手段は、例えば、それ自体既知のプ
ロセッサを含んでいる。
【００２５】温度センサは、上記の実施形態に限定され
ず、このセンサは、原則として、ワイヤ抵抗器、薄膜抵
抗器、蒸着層あるいはスパッタ層、サーミスタあるいは
ｐｎ半導体トランジションなど、本目的に適ういかなる
感温体を含んでもよい。
ず、このセンサは、原則として、ワイヤ抵抗器、薄膜抵
抗器、蒸着層あるいはスパッタ層、サーミスタあるいは
ｐｎ半導体トランジションなど、本目的に適ういかなる
感温体を含んでもよい。
【００２６】上述の、また、上記のヨーロッパ特許出願
EP 467430 Aでも記述された質量流量計には、多数の欠
点が有る。
EP 467430 Aでも記述された質量流量計には、多数の欠
点が有る。
【００２７】まず、出力信号を媒体の温度の変化に鈍感
にするには、上流および下流の両方に位置している抵抗
器が、正確に同じ抵抗温度係数を持つことが肝要であ
る。これは、両抵抗器が、「同じリールから取った」電
線で作成され、したがって同じ線径を有している場合の
み、保証され得る。この方式では、上流に位置している
抵抗器が、下流に位置している抵抗器より１０倍大きく
なければならない場合、上流に位置している抵抗線は、
下流に位置している抵抗線より、１０倍長くなるかある
いは１０倍太くなる。この両極端とも受け入れることは
できない。なぜなら、第一の方法では、センサはコンパ
クトではなくなり、また、第二の方法では、センサは、
媒体の温度を正しく測定しないからである。
にするには、上流および下流の両方に位置している抵抗
器が、正確に同じ抵抗温度係数を持つことが肝要であ
る。これは、両抵抗器が、「同じリールから取った」電
線で作成され、したがって同じ線径を有している場合の
み、保証され得る。この方式では、上流に位置している
抵抗器が、下流に位置している抵抗器より１０倍大きく
なければならない場合、上流に位置している抵抗線は、
下流に位置している抵抗線より、１０倍長くなるかある
いは１０倍太くなる。この両極端とも受け入れることは
できない。なぜなら、第一の方法では、センサはコンパ
クトではなくなり、また、第二の方法では、センサは、
媒体の温度を正しく測定しないからである。
【００２８】したがって、この構成の欠点は、流量計の
出力信号が、媒体の温度に左右されることである。
出力信号が、媒体の温度に左右されることである。
【００２９】次に、上流に位置する抵抗器は、媒体の温
度のみを検出することに注目したい。下流に位置する抵
抗器（ヒータ）を、上流に位置する抵抗器（センサ）か
ら十分に離して設置することにより、ヒータから漏れた
熱がセンサに到達することを防ぐことができる。しかし
ながら、両抵抗器をホイートストーンブリッジ構成に組
み込むことによって、センサを通る電流は、ヒータを通
る電流が、流量が増大するにつれて増大するため、同様
に増大する。したがって、センサも、エネルギーの放散
によって加熱され、ヒータとしても機能し始めることに
なる。流量が増大すると、その結果、流量センサの感度
は、理論的に予想された感度に対して、減少し、センサ
の測定範囲は、制限されることになる。
度のみを検出することに注目したい。下流に位置する抵
抗器（ヒータ）を、上流に位置する抵抗器（センサ）か
ら十分に離して設置することにより、ヒータから漏れた
熱がセンサに到達することを防ぐことができる。しかし
ながら、両抵抗器をホイートストーンブリッジ構成に組
み込むことによって、センサを通る電流は、ヒータを通
る電流が、流量が増大するにつれて増大するため、同様
に増大する。したがって、センサも、エネルギーの放散
によって加熱され、ヒータとしても機能し始めることに
なる。流量が増大すると、その結果、流量センサの感度
は、理論的に予想された感度に対して、減少し、センサ
の測定範囲は、制限されることになる。
【００３０】したがって、この構成の欠点は、流量セン
サの感度が、流量に左右され、それにより、測定範囲が
上限に限られることである。
サの感度が、流量に左右され、それにより、測定範囲が
上限に限られることである。
【００３１】次に、上記に関連した問題として、流量の
変化に対する流量センサの応答が、より遅いことであ
る。これは、センサとヒータの両方が、ヒータとして機
能し、両者とも、流れに対して熱を発生することが原因
である。すなわち、時定数が二つ含まれる結果、流量セ
ンサは、ヒータのみが流れに対して熱を発生する場合よ
りもより長い期間の後で、流量の最終値のみを示すこと
になる。
変化に対する流量センサの応答が、より遅いことであ
る。これは、センサとヒータの両方が、ヒータとして機
能し、両者とも、流れに対して熱を発生することが原因
である。すなわち、時定数が二つ含まれる結果、流量セ
ンサは、ヒータのみが流れに対して熱を発生する場合よ
りもより長い期間の後で、流量の最終値のみを示すこと
になる。
【００３２】したがって、この構成の欠点は、流量セン
サの応答速度が最適ではないことである。「ラグ効果」
（最初は、ヒータの結果として、応答は迅速であるが、
次いで、センサの結果として、最終値に対する応答が遅
い）が生ずる場合すらある。
サの応答速度が最適ではないことである。「ラグ効果」
（最初は、ヒータの結果として、応答は迅速であるが、
次いで、センサの結果として、最終値に対する応答が遅
い）が生ずる場合すらある。
【００３３】本発明の別の目的は、下記の通りである。 ・ 既存の流量計の場合よりも高い流量が測定できる質
量流量計の提供； ・ 媒体の温度とは無関係な出力信号が得られる質量流
量計の提供； ・ メータが理論に従ってより長い期間動作するので、
より正確な測定ができる； ・ ヒータのみが熱を発生し、センサは、最早そうしな
くてもよいため、「ラグ効果」が最早生じず、したがっ
て、より迅速な測定ができる。
量流量計の提供； ・ 媒体の温度とは無関係な出力信号が得られる質量流
量計の提供； ・ メータが理論に従ってより長い期間動作するので、
より正確な測定ができる； ・ ヒータのみが熱を発生し、センサは、最早そうしな
くてもよいため、「ラグ効果」が最早生じず、したがっ
て、より迅速な測定ができる。
【００３４】上述した流量計の観察された欠点は、流量
計の構造に関して、下記の対策を取ることによって、排
除可能である。 ・ 中空導管（管）は、上流側の抵抗器（センサ）の位
置で厚くすることができ、それにより、管の外面を大き
くすることができる。したがって、下流側の抵抗器（ヒ
ータ）よりも高い値を有するセンサ抵抗器が、下流側の
抵抗器よりもはるかに長くしたり太くしたりすることな
しに、簡単な方法で実現可能である。この方式では、
「同じリールから取った」抵抗線で、R（センサ）：R
（ヒータ）＝１０：１の条件を満足することが可能であ
る。この方式で実現した流量センサと図２の回路を組み
合わせることにより、出力電圧が、媒体の温度とは無関
係な質量流量計が実現する（固有温度補償）。 ・ ホイートストーンブリッジでは、上流に配設した感
温抵抗器（センサ）は、固定抵抗器により置き換えるこ
とができ、それにより、ホイートストーンブリッジの出
力電圧は、温度により左右される。センサをブリッジか
ら取り外すと、自己加熱は起こらず、流量センサの感度
は、流量とは無関係に、一定となる。それにより、正確
さおよび応答速度が増大する。この場合、媒体温度セン
サを、ホイートストーンブリッジの出力信号の測定点の
後の回路に配設することにより、媒体の異なる温度を補
償することも可能である（外因的温度補償）。 ・ 変形例として、発熱体を二つの部分に分け、一方
は、発熱体として機能し続け、他方は、温度センサとし
て、発熱体の温度を検出するようにする。二つの温度セ
ンサは、次いで、測定ブリッジとしてのみ働き、センサ
の自己加熱が全く起こらない（受動型の）ホイートスト
ーンブリッジに組み込む。発熱体は、ホイートストーン
ブリッジとは無関係に加熱され、温度センサは、温度を
検出し、ホイートストーンブリッジは、信号を発生し
て、発熱体が、あらゆる条件下で、周囲温度よりも高い
ある一定の温度に加熱されるようにする。発熱体に掛か
る電圧は、依然として出力信号であり、該出力信号は、
固有温度補償され、正確で、迅速なレスポンスを与え
る。 ・ 第一の温度センサに、流れの方向が決定できるまた
別の発熱体を、任意に配設する。 ・ 温度センサを使用して、それ自体既知のやり方で動
作する流量計の測定範囲は、中空導管が、その長さの一
部に沿って、厚くされた壁を有する場合、導管壁のこの
部分に感温センサを配設することにより、増大可能であ
る。両抵抗器が、それぞれ、発熱体およびセンサの両方
として動作する場合、発熱体によって発生した熱は、管
壁を通して漏れて行く。流れが、管を通って走ると、上
流側の管は、冷却され、下流側の管は、加熱される。最
大の測定範囲は、上流側の管壁が完全に冷却され、下流
側の管壁が完全に加熱された場合に得られる。管壁の設
定厚さは、設定感度および設定範囲を表す。管壁を厚く
すると、感度は、減少する（熱の漏れがより大きくなる
ため、温度差は最大となる）が、測定範囲は増大する
（流量がより高い場合のみ、検出すべき温度差は、最小
となる）。 ・ 測定範囲および感度は、管の長さ方向で見て、発熱
体の長さを増大することにより、さらに増大可能であ
る。 ・ センサと発熱体の抵抗値が、同じ場合、ホイートス
トーンブリッジを通した電子手段により、センサの抵抗
は、ヒータの抵抗値より高い所望の値、例えば約１０倍
の値を常に有するようにすることができる。その利点
は、両抵抗器が、同じ抵抗線から製造できることであ
る。
計の構造に関して、下記の対策を取ることによって、排
除可能である。 ・ 中空導管（管）は、上流側の抵抗器（センサ）の位
置で厚くすることができ、それにより、管の外面を大き
くすることができる。したがって、下流側の抵抗器（ヒ
ータ）よりも高い値を有するセンサ抵抗器が、下流側の
抵抗器よりもはるかに長くしたり太くしたりすることな
しに、簡単な方法で実現可能である。この方式では、
「同じリールから取った」抵抗線で、R（センサ）：R
（ヒータ）＝１０：１の条件を満足することが可能であ
る。この方式で実現した流量センサと図２の回路を組み
合わせることにより、出力電圧が、媒体の温度とは無関
係な質量流量計が実現する（固有温度補償）。 ・ ホイートストーンブリッジでは、上流に配設した感
温抵抗器（センサ）は、固定抵抗器により置き換えるこ
とができ、それにより、ホイートストーンブリッジの出
力電圧は、温度により左右される。センサをブリッジか
ら取り外すと、自己加熱は起こらず、流量センサの感度
は、流量とは無関係に、一定となる。それにより、正確
さおよび応答速度が増大する。この場合、媒体温度セン
サを、ホイートストーンブリッジの出力信号の測定点の
後の回路に配設することにより、媒体の異なる温度を補
償することも可能である（外因的温度補償）。 ・ 変形例として、発熱体を二つの部分に分け、一方
は、発熱体として機能し続け、他方は、温度センサとし
て、発熱体の温度を検出するようにする。二つの温度セ
ンサは、次いで、測定ブリッジとしてのみ働き、センサ
の自己加熱が全く起こらない（受動型の）ホイートスト
ーンブリッジに組み込む。発熱体は、ホイートストーン
ブリッジとは無関係に加熱され、温度センサは、温度を
検出し、ホイートストーンブリッジは、信号を発生し
て、発熱体が、あらゆる条件下で、周囲温度よりも高い
ある一定の温度に加熱されるようにする。発熱体に掛か
る電圧は、依然として出力信号であり、該出力信号は、
固有温度補償され、正確で、迅速なレスポンスを与え
る。 ・ 第一の温度センサに、流れの方向が決定できるまた
別の発熱体を、任意に配設する。 ・ 温度センサを使用して、それ自体既知のやり方で動
作する流量計の測定範囲は、中空導管が、その長さの一
部に沿って、厚くされた壁を有する場合、導管壁のこの
部分に感温センサを配設することにより、増大可能であ
る。両抵抗器が、それぞれ、発熱体およびセンサの両方
として動作する場合、発熱体によって発生した熱は、管
壁を通して漏れて行く。流れが、管を通って走ると、上
流側の管は、冷却され、下流側の管は、加熱される。最
大の測定範囲は、上流側の管壁が完全に冷却され、下流
側の管壁が完全に加熱された場合に得られる。管壁の設
定厚さは、設定感度および設定範囲を表す。管壁を厚く
すると、感度は、減少する（熱の漏れがより大きくなる
ため、温度差は最大となる）が、測定範囲は増大する
（流量がより高い場合のみ、検出すべき温度差は、最小
となる）。 ・ 測定範囲および感度は、管の長さ方向で見て、発熱
体の長さを増大することにより、さらに増大可能であ
る。 ・ センサと発熱体の抵抗値が、同じ場合、ホイートス
トーンブリッジを通した電子手段により、センサの抵抗
は、ヒータの抵抗値より高い所望の値、例えば約１０倍
の値を常に有するようにすることができる。その利点
は、両抵抗器が、同じ抵抗線から製造できることであ
る。
【００３５】本特許出願書で理解された流量計の設定条
件は、下記の通りである。 ・ センサとヒータの間の温度勾配の発生を防がなけれ
ばならない（このような温度勾配の、出力信号に対する
影響を防ぐためである）； ・ メータの感度を最大限にすること。
件は、下記の通りである。 ・ センサとヒータの間の温度勾配の発生を防がなけれ
ばならない（このような温度勾配の、出力信号に対する
影響を防ぐためである）； ・ メータの感度を最大限にすること。
【００３６】本発明による流量計の好適な実施形態は、
下記のことを特徴にしている。 ・ 流量計の構造（導管、巻線、ハウジング）は、最大
限対称的である； ・ 発熱体は、導管の長さ方向で見て、最大限長い； ・ 管壁は、最大限薄い（感度が最高、熱の漏れが最
少、そして、媒体温度の検出が最適）； ・ ヒータとセンサの間の距離が、定義された最小値よ
り大きい（ヒータによるセンサの加熱が防止される）。
下記のことを特徴にしている。 ・ 流量計の構造（導管、巻線、ハウジング）は、最大
限対称的である； ・ 発熱体は、導管の長さ方向で見て、最大限長い； ・ 管壁は、最大限薄い（感度が最高、熱の漏れが最
少、そして、媒体温度の検出が最適）； ・ ヒータとセンサの間の距離が、定義された最小値よ
り大きい（ヒータによるセンサの加熱が防止される）。
【００３７】対称性の条件に関しては、U字形に曲げた
管で、その上に対称的に配設された巻線を有するものを
使用するのが望ましいが、取付け金具も対称的でなけれ
ばならない。
管で、その上に対称的に配設された巻線を有するものを
使用するのが望ましいが、取付け金具も対称的でなけれ
ばならない。
【００３８】管壁の厚さに関しては、管の外径と内径の
比は、下記の式から選ぶのが望ましい。 ヒータとセンサの間の距離に関しては、≧４ｍｍ、かつ
≦１０ｍｍ が望ましい。
比は、下記の式から選ぶのが望ましい。 ヒータとセンサの間の距離に関しては、≧４ｍｍ、かつ
≦１０ｍｍ が望ましい。
【００３９】以下、さらなる実施形態を基に、図面を参
照して、本発明を説明する。対応する構成要素は、図面
において、同じ参照番号を付けてある。
照して、本発明を説明する。対応する構成要素は、図面
において、同じ参照番号を付けてある。
【００４０】
【発明実施の形態】図１Aは、管２を通して矢印の方向
に流れる流体φ用の質量流量計１の約０．８ｍｍの内径
および約０．１ｍｍの肉厚を有するステンレス鋼（SS）
の管２を示す。管２の容量は、校正液がイソプロピルア
ルコール（IPA）の場合、約２ｋｇ／時間である。SS管
２の周りには、商標名ResisthermRの市販のニッケル・
鉄合金製で、それぞれ、１００Ωおよび１０００Ωの抵
抗を有する（電気的に絶縁された）抵抗線３および４
が、巻き付けられており、これら電線は、それぞれ、ヒ
ータ抵抗器３および温度センサ４として機能する。温度
センサ４の位置において、管２の肉厚ｗをΔｗの値だけ
増大させることにより、管の外面の面積をこの位置で増
大させている。これにより、ヒータ抵抗器３より値が大
きい抵抗器が、ヒータ抵抗器３よりはるかに長くしたり
太くしたりすることなく、簡単なやり方で実現可能であ
る。この方式では、「同じリールから取った」抵抗線
で、R（センサ）：R（ヒータ）＝１０：１の条件を満足
することが可能である。この方式で実現した流量センサ
と図２の回路を組み合わせることにより、出力電圧が、
媒体の温度とは無関係な質量流量計が実現する（固有温
度補償）。
に流れる流体φ用の質量流量計１の約０．８ｍｍの内径
および約０．１ｍｍの肉厚を有するステンレス鋼（SS）
の管２を示す。管２の容量は、校正液がイソプロピルア
ルコール（IPA）の場合、約２ｋｇ／時間である。SS管
２の周りには、商標名ResisthermRの市販のニッケル・
鉄合金製で、それぞれ、１００Ωおよび１０００Ωの抵
抗を有する（電気的に絶縁された）抵抗線３および４
が、巻き付けられており、これら電線は、それぞれ、ヒ
ータ抵抗器３および温度センサ４として機能する。温度
センサ４の位置において、管２の肉厚ｗをΔｗの値だけ
増大させることにより、管の外面の面積をこの位置で増
大させている。これにより、ヒータ抵抗器３より値が大
きい抵抗器が、ヒータ抵抗器３よりはるかに長くしたり
太くしたりすることなく、簡単なやり方で実現可能であ
る。この方式では、「同じリールから取った」抵抗線
で、R（センサ）：R（ヒータ）＝１０：１の条件を満足
することが可能である。この方式で実現した流量センサ
と図２の回路を組み合わせることにより、出力電圧が、
媒体の温度とは無関係な質量流量計が実現する（固有温
度補償）。
【００４１】比較的高い流量の測定範囲および感度は、
図１Bに示しように、ヒータ３の長さを増大することに
より増大可能である。
図１Bに示しように、ヒータ３の長さを増大することに
より増大可能である。
【００４２】また、ヒータ３も、管２の太くした部分に
配設することにより（図１C）、質量流量計の測定範囲
は、比較的低流量に向けて拡大できる。この場合の動作
は、図１Aおよび１Bの場合とは異なり、二つの抵抗器３
および４は、共にヒータでもあり、センサでもある。ヒ
ータにより発生した熱は、管壁を通して漏れて行く。管
２を通る流れが無い場合は、管２に沿って、対称的な温
度分布が生じている。管２を通る流れが有る場合は、管
壁の上流側が冷却され、管壁の下流側が加熱される。そ
の結果として生じる温度差は、抵抗器により検出され、
流量の目安となる。管壁の上流側が完全に冷却され、管
壁の下流側が完全に加熱された場合は、最大の測定範囲
が得られる。管壁の設定厚さは、設定感度および設定範
囲を表す。管壁を厚くすると、感度は、減少する。ま
た、熱の漏れがより大きくなるため、最大の温度差が生
じるが、測定範囲は、増大する。流量がより高い場合の
み、検出すべき温度差は、最小になる。
配設することにより（図１C）、質量流量計の測定範囲
は、比較的低流量に向けて拡大できる。この場合の動作
は、図１Aおよび１Bの場合とは異なり、二つの抵抗器３
および４は、共にヒータでもあり、センサでもある。ヒ
ータにより発生した熱は、管壁を通して漏れて行く。管
２を通る流れが無い場合は、管２に沿って、対称的な温
度分布が生じている。管２を通る流れが有る場合は、管
壁の上流側が冷却され、管壁の下流側が加熱される。そ
の結果として生じる温度差は、抵抗器により検出され、
流量の目安となる。管壁の上流側が完全に冷却され、管
壁の下流側が完全に加熱された場合は、最大の測定範囲
が得られる。管壁の設定厚さは、設定感度および設定範
囲を表す。管壁を厚くすると、感度は、減少する。ま
た、熱の漏れがより大きくなるため、最大の温度差が生
じるが、測定範囲は、増大する。流量がより高い場合の
み、検出すべき温度差は、最小になる。
【００４３】図１Dに示したように、比較的低い流量に
おける感度は、測定範囲を既に増大してある場合、抵抗
器３の長さを増大することにより、さらに増大可能であ
る。
おける感度は、測定範囲を既に増大してある場合、抵抗
器３の長さを増大することにより、さらに増大可能であ
る。
【００４４】図２Aは、ブリッジ回路５を示し、該回路
では、図１の抵抗器３、４は、それぞれ、「加熱ブラン
チ」および「センサブランチ」として、それぞれ固定抵
抗器６、８と直列に組み込まれており、該固定抵抗器
は、抵抗値の比が、抵抗器３および４の値の比（この場
合１０：１）に等しくなるように選んである。ホイート
ストーンブリッジ６、８、３、４、１２に掛かる電圧
は、差動増幅器７により、パワートランジスタ９のベー
スに帰還され、該トランジスタは、ブリッジの平衡を回
復する電流を供給し、このようにして、ヒータ抵抗器３
とセンサ抵抗器４の温度差は、設定抵抗器１２により設
定した一定の値に保持される。固定抵抗器６と感温抵抗
器４の接合点の電圧は、抵抗器３で放散されるエネルギ
ーの目安であり、したがって、管２を通って流れる流体
の流量の目安である。この電圧は、増幅器１０の出力１
１で読み取られる。
では、図１の抵抗器３、４は、それぞれ、「加熱ブラン
チ」および「センサブランチ」として、それぞれ固定抵
抗器６、８と直列に組み込まれており、該固定抵抗器
は、抵抗値の比が、抵抗器３および４の値の比（この場
合１０：１）に等しくなるように選んである。ホイート
ストーンブリッジ６、８、３、４、１２に掛かる電圧
は、差動増幅器７により、パワートランジスタ９のベー
スに帰還され、該トランジスタは、ブリッジの平衡を回
復する電流を供給し、このようにして、ヒータ抵抗器３
とセンサ抵抗器４の温度差は、設定抵抗器１２により設
定した一定の値に保持される。固定抵抗器６と感温抵抗
器４の接合点の電圧は、抵抗器３で放散されるエネルギ
ーの目安であり、したがって、管２を通って流れる流体
の流量の目安である。この電圧は、増幅器１０の出力１
１で読み取られる。
【００４５】図２Bは、図２Aのセンサ抵抗器を固定抵抗
器２３で置き換えた構造を示し、これにより、ホイート
ストーンブリッジ５の出力電圧は、温度依存性となる。
しかしながら、センサ４がブリッジ５から取り外されて
いるので、自己加熱は、起こらず、流量に対する質量流
量計の感度は、流量とは無関係に一定のままである。こ
れにより、正確さおよび応答速度は、増大する。この場
合、回路２２により、ブリッジの外の回路に温度センサ
４を組み込むことにより、媒体の異なる温度を補償する
ことが可能である（外因的温度補償）。
器２３で置き換えた構造を示し、これにより、ホイート
ストーンブリッジ５の出力電圧は、温度依存性となる。
しかしながら、センサ４がブリッジ５から取り外されて
いるので、自己加熱は、起こらず、流量に対する質量流
量計の感度は、流量とは無関係に一定のままである。こ
れにより、正確さおよび応答速度は、増大する。この場
合、回路２２により、ブリッジの外の回路に温度センサ
４を組み込むことにより、媒体の異なる温度を補償する
ことが可能である（外因的温度補償）。
【００４６】図２Cによる変形例では、センサ４とヒー
タ抵抗器３は、同じ抵抗値を有する。センサ抵抗器４の
抵抗は、ホイートストーンブリッジ５にスマートな電子
装置を設けることにより、例えば１０倍に増大できる。
これには、「同じリールから取った」電線で、ヒータ３
およびセンサ４が容易に構成できる、という利点があ
る。電子装置は、次のように働く。すなわち、ホイート
ストーンブリッジ５において、パワートランジスタ９と
ブリッジの固定抵抗器８の間に、減衰器２４を配設す
る。さらに、固定抵抗器８と比較器７の正の入力の間
に、増幅器２５を配設する。ホイートストーンブリッジ
５の右側ブランチは、ブリッジの固定抵抗器８および１
２とセンサ抵抗器４からなり、抵抗値の点で、固定抵抗
器６とヒータ３からなるブリッジ５の左側のブランチに
匹敵する。しかしながら、減衰器２４は、ホイートスト
ーンブリッジの頂部において、例えば、信号を１０倍減
衰し、したがって、右側のブランチでは、左側のブラン
チに加えられる電圧の１/１０が存在する。この方式に
より、両抵抗器は、同じ値を有するという事実にもかか
わらず、センサ抵抗器４においては、ヒータ抵抗器３に
おけるよりも、はるかに少ないエネルギーが放散され
る。温度挙動の点では、ブリッジ５の左側および右側ブ
ランチは、依然として正確に歩調を揃えている。二つの
ブランチの間の電圧レベルは、今や、例えば、１０倍の
差が有り、したがって、それらは、比較器７により直接
比較することはできない。しかしながら、増幅器２５に
より、信号を再び、例えば１０倍増幅することにより、
両ブランチは、再び、比較器７に直接接続可能となる。
この方式では、出力信号１１は、温度補償されるので、
センサ４およびヒータ３は、抵抗値に１０倍の差が無く
てもよい。
タ抵抗器３は、同じ抵抗値を有する。センサ抵抗器４の
抵抗は、ホイートストーンブリッジ５にスマートな電子
装置を設けることにより、例えば１０倍に増大できる。
これには、「同じリールから取った」電線で、ヒータ３
およびセンサ４が容易に構成できる、という利点があ
る。電子装置は、次のように働く。すなわち、ホイート
ストーンブリッジ５において、パワートランジスタ９と
ブリッジの固定抵抗器８の間に、減衰器２４を配設す
る。さらに、固定抵抗器８と比較器７の正の入力の間
に、増幅器２５を配設する。ホイートストーンブリッジ
５の右側ブランチは、ブリッジの固定抵抗器８および１
２とセンサ抵抗器４からなり、抵抗値の点で、固定抵抗
器６とヒータ３からなるブリッジ５の左側のブランチに
匹敵する。しかしながら、減衰器２４は、ホイートスト
ーンブリッジの頂部において、例えば、信号を１０倍減
衰し、したがって、右側のブランチでは、左側のブラン
チに加えられる電圧の１/１０が存在する。この方式に
より、両抵抗器は、同じ値を有するという事実にもかか
わらず、センサ抵抗器４においては、ヒータ抵抗器３に
おけるよりも、はるかに少ないエネルギーが放散され
る。温度挙動の点では、ブリッジ５の左側および右側ブ
ランチは、依然として正確に歩調を揃えている。二つの
ブランチの間の電圧レベルは、今や、例えば、１０倍の
差が有り、したがって、それらは、比較器７により直接
比較することはできない。しかしながら、増幅器２５に
より、信号を再び、例えば１０倍増幅することにより、
両ブランチは、再び、比較器７に直接接続可能となる。
この方式では、出力信号１１は、温度補償されるので、
センサ４およびヒータ３は、抵抗値に１０倍の差が無く
てもよい。
【００４７】図３は、管2を通って矢印の方向に流れる
流体φ用の質量流量計の全長に沿って一定の外形を有す
る熱伝導材料で出来た管２を示す。第二のヒータ抵抗器
として機能する第三の抵抗線１３が、それぞれ、温度セ
ンサ４およびヒータ抵抗器３として機能する抵抗線４お
よび３に、下流で隣接して、管２の周りに巻き付けられ
ている。
流体φ用の質量流量計の全長に沿って一定の外形を有す
る熱伝導材料で出来た管２を示す。第二のヒータ抵抗器
として機能する第三の抵抗線１３が、それぞれ、温度セ
ンサ４およびヒータ抵抗器３として機能する抵抗線４お
よび３に、下流で隣接して、管２の周りに巻き付けられ
ている。
【００４８】図４は、図３の抵抗器３および１３が、第
一のブリッジ回路の「加熱ブランチ」内の固定抵抗器１
５、１６と共に第二のブリッジ回路に組み込まれ、セン
サ４が第一のたブリッジ回路の「センサブランチ」に組
み込まれた第一のブリッジ回路５２を示す。第一のホイ
ートストーンブリッジ５２に掛かる電圧は、差動増幅器
７により、パワートランジスタ９のベースに帰還され、
該トランジスタは、ブリッジの平衡を回復する電流を供
給し、このようにして、ヒータ抵抗器３、１３とセンサ
抵抗器４の温度差は、設定抵抗器１２により設定した一
定の値に保持される。感温抵抗器３、１３に掛かる電圧
の差は、抵抗器３、１３で放散されるエネルギーの差の
目安であり、したがって、管２を通って流れる流体の流
量の目安であり、この場合、測定信号の符号は、流体の
流れの方向によって、明確に決定される。この電圧は、
差動増幅器１７の出力１８で読み取られる。
一のブリッジ回路の「加熱ブランチ」内の固定抵抗器１
５、１６と共に第二のブリッジ回路に組み込まれ、セン
サ４が第一のたブリッジ回路の「センサブランチ」に組
み込まれた第一のブリッジ回路５２を示す。第一のホイ
ートストーンブリッジ５２に掛かる電圧は、差動増幅器
７により、パワートランジスタ９のベースに帰還され、
該トランジスタは、ブリッジの平衡を回復する電流を供
給し、このようにして、ヒータ抵抗器３、１３とセンサ
抵抗器４の温度差は、設定抵抗器１２により設定した一
定の値に保持される。感温抵抗器３、１３に掛かる電圧
の差は、抵抗器３、１３で放散されるエネルギーの差の
目安であり、したがって、管２を通って流れる流体の流
量の目安であり、この場合、測定信号の符号は、流体の
流れの方向によって、明確に決定される。この電圧は、
差動増幅器１７の出力１８で読み取られる。
【００４９】図５は、管2を通って矢印の方向に流れる
流体φ用の質量流量計３１の熱伝導材料で出来た管２を
示す。第二の温度センサとして機能する追加の抵抗線１
４が、それぞれ、温度センサ４およびヒータ抵抗器３と
して機能する抵抗線４および３に、下流で隣接して、管
２の周りに巻き付けられている。
流体φ用の質量流量計３１の熱伝導材料で出来た管２を
示す。第二の温度センサとして機能する追加の抵抗線１
４が、それぞれ、温度センサ４およびヒータ抵抗器３と
して機能する抵抗線４および３に、下流で隣接して、管
２の周りに巻き付けられている。
【００５０】図６は、図５の抵抗器４および１４が、第
一のブリッジ回路の「センサブランチ」内の固定抵抗器
１９、２０と共に第二のブリッジ回路に組み込まれ、抵
抗器３が第一のブリッジ回路の「加熱ブランチ」に組み
込まれた第一のブリッジ回路５３を示す。第一のホイー
トストーンブリッジ５３に掛かる電圧は、差動増幅器７
により、パワートランジスタ９のベースに帰還され、該
トランジスタは、ブリッジの平衡を回復する電流を供給
し、このようにして、ヒータ抵抗器３とセンサ抵抗器
４、１４の平均値の温度差は、一定の値に保持される。
固定抵抗器６と感温抵抗器３の接合点の電圧は、抵抗器
３で放散されるエネルギーの目安であり、したがって、
管２を通って流れる流体の流量の目安である。この電圧
は、増幅器１０の出力１１で読み取られる。
一のブリッジ回路の「センサブランチ」内の固定抵抗器
１９、２０と共に第二のブリッジ回路に組み込まれ、抵
抗器３が第一のブリッジ回路の「加熱ブランチ」に組み
込まれた第一のブリッジ回路５３を示す。第一のホイー
トストーンブリッジ５３に掛かる電圧は、差動増幅器７
により、パワートランジスタ９のベースに帰還され、該
トランジスタは、ブリッジの平衡を回復する電流を供給
し、このようにして、ヒータ抵抗器３とセンサ抵抗器
４、１４の平均値の温度差は、一定の値に保持される。
固定抵抗器６と感温抵抗器３の接合点の電圧は、抵抗器
３で放散されるエネルギーの目安であり、したがって、
管２を通って流れる流体の流量の目安である。この電圧
は、増幅器１０の出力１１で読み取られる。
【００５１】図７は、管2を通って矢印の方向に流れる
流体φ用の質量流量計４１の熱伝導材料で出来た管２を
示す。第二のヒータ抵抗器として機能する第三の抵抗線
１３および第二の温度センサとして機能する第四の抵抗
線１４が、それぞれ、温度センサ４およびヒータ抵抗器
３として機能する抵抗線４および３に、下流で隣接し
て、それぞれ、管２の周りに巻き付けられている。
流体φ用の質量流量計４１の熱伝導材料で出来た管２を
示す。第二のヒータ抵抗器として機能する第三の抵抗線
１３および第二の温度センサとして機能する第四の抵抗
線１４が、それぞれ、温度センサ４およびヒータ抵抗器
３として機能する抵抗線４および３に、下流で隣接し
て、それぞれ、管２の周りに巻き付けられている。
【００５２】図８は、図７の抵抗器３、１３および４、
１４が、それぞれ図４および６に示した第一のブリッジ
回路５２および５３内の第二のブリッジ回路に対応する
それぞれの第二のブリッジ回路に組み込まれた第一のブ
リッジ回路５４を示す（詳細な説明は、上記参照）。
１４が、それぞれ図４および６に示した第一のブリッジ
回路５２および５３内の第二のブリッジ回路に対応する
それぞれの第二のブリッジ回路に組み込まれた第一のブ
リッジ回路５４を示す（詳細な説明は、上記参照）。
【００５３】本発明による質量流量計は、例えば、遠隔
通信用の硝子繊維を製造するための方法における、減圧
弁と組み合わせた液体流量計など、多数の分野で応用可
能である。センサは、メチルトリクロロシランあるいは
TEOSなどのシリコン含有液体の流量を測定し、制御す
る。この液体は、蒸発器を用いて気相にする。化学蒸着
法（CVD）では、シリコンと酸素を結合して、硝子を形
成する。この硝子（棒状）は、次いで、加熱しながら引
き伸ばして、長い硝子繊維にする。
通信用の硝子繊維を製造するための方法における、減圧
弁と組み合わせた液体流量計など、多数の分野で応用可
能である。センサは、メチルトリクロロシランあるいは
TEOSなどのシリコン含有液体の流量を測定し、制御す
る。この液体は、蒸発器を用いて気相にする。化学蒸着
法（CVD）では、シリコンと酸素を結合して、硝子を形
成する。この硝子（棒状）は、次いで、加熱しながら引
き伸ばして、長い硝子繊維にする。
【００５４】別の用途は、燃料電池の研究および開発で
ある。センサは、例えば、減圧弁またはポンプと組み合
わせて使用し、メタノールあるいはガソリンなどの燃料
と水を電池に供給する。
ある。センサは、例えば、減圧弁またはポンプと組み合
わせて使用し、メタノールあるいはガソリンなどの燃料
と水を電池に供給する。
【００５５】図９Aの構造では、図１Aのヒータ３が、二
つの部分、すなわち、エネルギーを放散するヒータ部分
３と、ヒータおよび媒体の温度を検出する温度センサ部
分１４に分割され、それぞれ異なる機能を有している。
二つの別個の抵抗器３と１４は、交互に織り合わせるこ
とが望ましい。重要なことは、温度センサ４および温度
センサ１４の両方が、「同じリールから取った」抵抗線
で作れ、したがって、それらは同じ抵抗温度係数を有し
ていることである。それらの抵抗値は、同様に、正確に
同じであることが望ましい。ヒータ３が、最大限の熱交
換面を有することを可能にするためには、ヒータ３の抵
抗線は、センサ４および１４の抵抗線より大きな直径を
有していることが望ましい。
つの部分、すなわち、エネルギーを放散するヒータ部分
３と、ヒータおよび媒体の温度を検出する温度センサ部
分１４に分割され、それぞれ異なる機能を有している。
二つの別個の抵抗器３と１４は、交互に織り合わせるこ
とが望ましい。重要なことは、温度センサ４および温度
センサ１４の両方が、「同じリールから取った」抵抗線
で作れ、したがって、それらは同じ抵抗温度係数を有し
ていることである。それらの抵抗値は、同様に、正確に
同じであることが望ましい。ヒータ３が、最大限の熱交
換面を有することを可能にするためには、ヒータ３の抵
抗線は、センサ４および１４の抵抗線より大きな直径を
有していることが望ましい。
【００５６】図９Bは、図９Aと比べると、第一の感温体
４に、別のヒータ１３が付いているのが分かる。このヒ
ータ／センサの組合せには、図９Aの場合と同じことが
当てはまる。この構成の追加の特徴は、この方式では、
流れの方向も示すことができる、ということである。
４に、別のヒータ１３が付いているのが分かる。このヒ
ータ／センサの組合せには、図９Aの場合と同じことが
当てはまる。この構成の追加の特徴は、この方式では、
流れの方向も示すことができる、ということである。
【００５７】図１０Aは、単に測定ブリッジとして機能
し、また、限定された最高の供給電圧が給電されるため
に、センサの自己加熱が全く起こらない受動型のホイー
トストーンブリッジに、図９Aの二つの温度センサ４と
１４を組み込む方法を示すものである。ヒータ３は、ホ
イートストーンブリッジとは無関係に加熱される。温度
センサ１４は、媒体の温度を検出し、ホイートストーン
ブリッジは、比較器７を通して信号を発生して、ヒータ
３が、あらゆる条件下で、周囲温度よりも高いある一定
の温度に加熱されるようにする。温度差（ΔT）は、固
定抵抗器１２により調整され、ΔTの測定は、センサ４
により行なわれる。ヒータ３に掛かる電圧は、依然とし
て、緩衝増幅器１０を通した出力信号１１である。この
出力信号１１は、固有温度補償され、正確で、迅速なレ
スポンスを有している。
し、また、限定された最高の供給電圧が給電されるため
に、センサの自己加熱が全く起こらない受動型のホイー
トストーンブリッジに、図９Aの二つの温度センサ４と
１４を組み込む方法を示すものである。ヒータ３は、ホ
イートストーンブリッジとは無関係に加熱される。温度
センサ１４は、媒体の温度を検出し、ホイートストーン
ブリッジは、比較器７を通して信号を発生して、ヒータ
３が、あらゆる条件下で、周囲温度よりも高いある一定
の温度に加熱されるようにする。温度差（ΔT）は、固
定抵抗器１２により調整され、ΔTの測定は、センサ４
により行なわれる。ヒータ３に掛かる電圧は、依然とし
て、緩衝増幅器１０を通した出力信号１１である。この
出力信号１１は、固有温度補償され、正確で、迅速なレ
スポンスを有している。
【００５８】図１０Bは、図９Bに示したセンサで測定さ
れたままの質量流量の値を求めるのに適した回路を示
す。
れたままの質量流量の値を求めるのに適した回路を示
す。
【００５９】図１１Ａ〜１１Gは、質量流量計の七つの
好適な変形実施形態を示す。流量管１００は、さまざま
なやり方で曲げて、例えば、同じ直線でより大きな経路
長を得ることができる。センサハウジング１０１は、さ
まざまなやり方で設計して、センサ管の形状を囲むこと
が可能である。センサおよびヒータ抵抗器１０２は、図
１、３、５、７および９のそれぞれの図面および説明で
示したように、さまざまなやり方で巻き付けることが可
能である。熱交換器１０３は、さまざまなやり方で配設
して、周囲温度と媒体温度の差を等しくすることが可能
である。管２は、熱交換器１０３の内側に、直進、曲
げ、螺旋など、さまざまなやり方で走らせて、最大限の
熱交換面を得ることが可能である。センサハウジング１
０１の内側には、さまざまな絶縁材料１０４を配設し
て、自然対流の結果として生ずる「煙突効果」を防ぐこ
とが可能である。
好適な変形実施形態を示す。流量管１００は、さまざま
なやり方で曲げて、例えば、同じ直線でより大きな経路
長を得ることができる。センサハウジング１０１は、さ
まざまなやり方で設計して、センサ管の形状を囲むこと
が可能である。センサおよびヒータ抵抗器１０２は、図
１、３、５、７および９のそれぞれの図面および説明で
示したように、さまざまなやり方で巻き付けることが可
能である。熱交換器１０３は、さまざまなやり方で配設
して、周囲温度と媒体温度の差を等しくすることが可能
である。管２は、熱交換器１０３の内側に、直進、曲
げ、螺旋など、さまざまなやり方で走らせて、最大限の
熱交換面を得ることが可能である。センサハウジング１
０１の内側には、さまざまな絶縁材料１０４を配設し
て、自然対流の結果として生ずる「煙突効果」を防ぐこ
とが可能である。
【図１】本発明による質量流量計の第一の実施形態の中
空導管を示し、図１Ａは該中空導管の斜視図で示し、図
１Bはヒータがより長い場合を示し、図１Cはヒータおよ
びセンサが共に中空導管の厚くした部分に在る場合を示
し、図１Dは図１Ｂと１Ｃを組み合せた場合を示す。
空導管を示し、図１Ａは該中空導管の斜視図で示し、図
１Bはヒータがより長い場合を示し、図１Cはヒータおよ
びセンサが共に中空導管の厚くした部分に在る場合を示
し、図１Dは図１Ｂと１Ｃを組み合せた場合を示す。
【図２】本発明による質量流量計の一実施形態を示し、
図２Ａはセンサ（複数も可）を制御するためのブリッジ
回路の図を示し、図２Ｂはブリッジの温度センサを固定
抵抗器で置き換え、その外部に温度センサを設けた場合
を示し、図２Ｃはブリッジのセンサブランチに抵抗を増
大する電子手段を設けた場合を示す。
図２Ａはセンサ（複数も可）を制御するためのブリッジ
回路の図を示し、図２Ｂはブリッジの温度センサを固定
抵抗器で置き換え、その外部に温度センサを設けた場合
を示し、図２Ｃはブリッジのセンサブランチに抵抗を増
大する電子手段を設けた場合を示す。
【図３】本発明による質量流量計の別の一実施形態の中
空導管を斜視図で示す。
空導管を斜視図で示す。
【図４】本発明による質量流量計の、図３による一実施
形態のブリッジ回路の図を示す。
形態のブリッジ回路の図を示す。
【図５】本発明による質量流量計の別の一実施形態の中
空導管の斜視図を示す。
空導管の斜視図を示す。
【図６】本発明による質量流量計の、図５による一実施
形態のブリッジ回路の図を示す。
形態のブリッジ回路の図を示す。
【図７】本発明による質量流量計のまた別の一実施形態
の中空導管の斜視図を示す。
の中空導管の斜視図を示す。
【図８】本発明による質量流量計の、図７による一実施
形態のブリッジ回路の図を示す。
形態のブリッジ回路の図を示す。
【図９】ヒータを示し、図９AおよびＢは、ヒータを、
加熱が生じる部分と、温度を測定する部分に分ける二つ
の可能な変形例を示す。
加熱が生じる部分と、温度を測定する部分に分ける二つ
の可能な変形例を示す。
【図１０】各メータを制御するための回路を示し、図１
０AおよびＢは、図９AおよびＢによる各メータを制御す
るための二つの回路を示す。
０AおよびＢは、図９AおよびＢによる各メータを制御す
るための二つの回路を示す。
【図１１】対称性、ヒータの長さ、管壁の厚さ、および
ヒータとセンサの間の距離についての条件から見て推奨
される、本発明による流量計の構造に関する多数の変形
例を示す。
ヒータとセンサの間の距離についての条件から見て推奨
される、本発明による流量計の構造に関する多数の変形
例を示す。
１ 質量流量計 ２ 導管 ３ 感温抵抗体（ヒータ） ４ 温度センサ ５ 制御手段（ブリッジ回路） １３ 感温抵抗体 １４ 温度センサ（センサ部分） ２１ 質量流量計 ３１ 質量流量計 ４１ 質量流量計 ５２ ブリッジ回路 ５３ ブリッジ回路 ５４ ブリッジ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ワイブレン ヨーズマ オランダ国、7241 アールエム ロッケ ム、フォーデンセビンネンベーク １ Ｆターム(参考） 2F035 EA02 EA06
Claims (32)
- 【請求項１】 流体を、決められた流れの方向に、測定
すべき質量流量で、輸送するための熱伝導材料で出来た
中空の導管（２）、この導管（２）と熱的に接触して、
前記流体に熱を供給する、第一の位置における第一の感
温抵抗体（３）、温度センサ（４）、および抵抗体
（３）および温度センサ（４）に接続可能な測定および
制御手段（５）を含む質量流量計（１，２１，３１，４
１）において、温度センサ（４）は、前記第一の位置に
対して上流の第二の位置に、導管（２）と熱的に接触し
て設けられており、測定および制御手段（５）は、前記
第一および第二の位置で、一定の温度差を維持するよう
設計されていることを特徴とする質量流量計。 - 【請求項２】 温度センサは、第二の感熱抵抗体（４）
であることとする請求項１に記載の質量流量計（１，２
１，３１，４１）。 - 【請求項３】 第一（３）および第二（４）の感熱抵抗
体は、同じ温度係数を有して、ブリッジ回路（５，５
２，５３，５４）に組み込まれており、第二の抵抗体
（４）の抵抗は、設定された温度において、第一の抵抗
体（３）の抵抗より大きいこととする請求項２に記載の
質量流量計（１，２１，３１，４１）。 - 【請求項４】 ブリッジ回路は、ホイートストーンブリ
ッジ（５，５２，５３，５４）であり、その出力は、フ
ィードバックループで、ブリッジの頂部に接続されるこ
ととする請求項３に記載の質量流量計（１，２１，３
１，４１）。 - 【請求項５】 前記第二の位置に対して下流の第三の位
置に、この導管（２）と熱的に接触して流体に熱を供給
する、第一の感温抵抗体（３）と同一の第三の感温抵抗
体（１３）を含むこととする請求項４に記載の質量流量
計（２１）。 - 【請求項６】 前記第二および第一の位置に対して下流
の第四の位置に、この導管（２）と熱的に接触して流体
の温度を測定する、第二の感温抵抗体（４）と同一の追
加の感温抵抗体（１４）を含むこととする請求項４に記
載の質量流量計（３１）。 - 【請求項７】 前記第二の位置に対して下流の第三の位
置に、この導管（２）と熱的に接触して流体に熱を供給
する、第一の感温抵抗体（３）と同一の第三の感温抵抗
体（１３）、および前記第二、第一および第三の位置に
対して下流の第四の位置に、この導管（２）と熱的に接
触して流体の温度を測定する、第二の感温抵抗体（４）
と同一の第四の感温抵抗体（１４）を含むこととする請
求項４に記載の質量流量計（４１）。 - 【請求項８】 第二の抵抗体（４）の抵抗は、設定され
た温度において、第一の抵抗体（３）の抵抗より、少な
くとも１０倍大きいこととする請求項３ないし請求項７
のいずれか一つに記載の質量流量計（１，２１，３１，
４１）。 - 【請求項９】 第一（３）および第二（４）の感熱抵抗
体は、白金抵抗器であることとする請求項２ないし請求
項８のいずれか一つに記載の質量流量計（１，２１，３
１，４１）。 - 【請求項１０】 熱伝導材料は、少なくとも50W・m-1・
K-1に等しい値の熱伝導係数λを有することとする請求
項１ないし請求項９のいずれか一つに記載の質量流量計
（１，２１，３１，４１）。 - 【請求項１１】 熱伝導材料は、本質的にステンレス鋼
を含むこととする請求項１ないし請求項１０のいずれか
一つに記載の質量流量計（１，２１，３１，４１）。 - 【請求項１２】 中空導管は、管（２）を含み、その内
径は、約０．１ｍｍと５ｍｍの間の範囲に在ることとす
る請求項１ないし請求項１１のいずれか一つに記載の質
量流量計（１，２１，３１，４１）。 - 【請求項１３】 内径は、約０．８ｍｍと３ｍｍの間の
範囲に在ることとする請求項１２に記載の質量流量計
（１，２１，３１，４１）。 - 【請求項１４】 導管（２）は、約０．０５ｍｍと約
０．５ｍｍの間の範囲に肉厚を有することとする前記請
求項のいずれか一つに記載の質量流量計（１，２１，３
１，４１）。 - 【請求項１５】 導管（２）は、約０．１ｍｍと約０．
３ｍｍの間の範囲に肉厚を有することとする請求項１４
に記載の質量流量計（１，２１，３１，４１）。 - 【請求項１６】 導管（２）は、第二、第四、それぞれ
第二および第四の位置の場所において、第一の位置の場
所における肉厚よりも大きな肉厚を有することとする前
記請求項のいずれか一つに記載の質量流量計（１）。 - 【請求項１７】 導管（２）は、第二および第一、それ
ぞれ第二および第四および第一および第三の位置の場所
において、厚くされた肉厚を有することとする請求項１
ないし請求項１５のいずれか一つに記載の質量流量計。 - 【請求項１８】 肉厚は、位置２、それぞれ２および
４、および１、それぞれ１および３の場所において、同
じであることとする請求項１７に記載の質量流量計。 - 【請求項１９】 温度センサは、熱電対であり、その第
一の側は、前記第一の位置に熱的に結合されており、そ
の第二の側は、前記第二の位置に熱的に結合されている
こととする請求項１に記載の質量流量計。 - 【請求項２０】 熱電対は、熱電対列であることとする
請求項１９に記載の質量流量計。 - 【請求項２１】 センサ抵抗器は、固定抵抗器で置き換
えられ、かつ、センサ抵抗器は、ブリッジの外の回路に
組み込まれており、したがって、異なる温度を補償する
ことが可能である、請求項４に記載のブリッジ回路を有
する前記請求項のいずれか一つに記載の質量流量計。 - 【請求項２２】 センサ抵抗器およびヒータ抵抗器は、
同じ値を有し、その設備は、ホイートストーンブリッジ
に存在して、ヒータ抵抗器に対し、センサ抵抗器の値を
１０倍以上増大させることとする請求項１ないし請求項
２２のいずれか一つに記載の質量流量計。 - 【請求項２３】 前記設備は、パワートランジスタのエ
ミッタと固定抵抗器の間の減衰器、および固定抵抗器と
比較器７の正の入力の間の増幅器であることとする請求
項２２に記載の質量流量計。 - 【請求項２４】 ヒータ（３）は、二つの部分、すなわ
ち、ヒータ部分とセンサ部分（１４）に分割されてお
り、このセンサ部分の抵抗温度係数と他の温度センサの
それは、等しいこととする請求項４に記載の質量流量
計。 - 【請求項２５】 ヒータ部分とセンサ部分の抵抗線は、
織り合わされていることとする請求項２４に記載の質量
流量計。 - 【請求項２６】 センサ部分の抵抗値と他の温度センサ
のそれは、等しいこととする請求項２４または請求項２
５に記載の質量流量計。 - 【請求項２７】 ヒータの抵抗線の横断面は、センサの
それより大きいこととする請求項２４、請求項２５また
は請求項２６に記載の質量流量計。 - 【請求項２８】 センサは、二つの部分、すなわち、セ
ンサ部分とヒータ部分（１３）に分割されていることと
する前記請求項のいずれか一つに記載の質量流量計。 - 【請求項２９】 抵抗線、抵抗値およびヒータおよびセ
ンサ線の横断面に関して請求項２５、請求項２６および
請求項２７に記載されていることが、請求項２８に記載
の部分にも当てはまることとする請求項２８に記載の質
量流量計。 - 【請求項３０】 温度センサ（４および１４）は、限定
された最高供給電圧が給電されるホイートストーンブリ
ッジに組み込まれており、一方、ヒータは、ホイートス
トーンブリッジの比較器を通して、信号を受け取り、そ
の結果、このヒータは、固定抵抗器により周囲温度（そ
の値はセンサで測定される）の上、予め決められた値に
設定された温度にまで加熱されることとする請求項２４
または請求項２８に記載の質量流量計。 - 【請求項３１】 中空導管は、本質的にＵ字形であり、
センサ（複数も可）およびヒータ（複数も可）は、Ｕ字
形の一方の脚にあるかあるいは分割されて両方の脚に在
ることとする前記請求項のいずれか一つに記載の質量流
量計。 - 【請求項３２】 熱交換器は、中空導管の入口部分およ
び（または）出口部分と協動することとする請求項３１
に記載の質量流量計。
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|---|---|---|---|
| NL1014797 | 2000-03-30 | ||
| NL1014797A NL1014797C2 (nl) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | Massadebietmeter. |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2001099836A Expired - Lifetime JP4831879B2 (ja) | 2000-03-30 | 2001-03-30 | 質量流量計 |
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| EP (2) | EP1615001A3 (ja) |
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| ES (1) | ES2262598T3 (ja) |
| NL (1) | NL1014797C2 (ja) |
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