JP2002013960A - 質量流れ測定方法 - Google Patents

質量流れ測定方法

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JP2002013960A
JP2002013960A JP2001131258A JP2001131258A JP2002013960A JP 2002013960 A JP2002013960 A JP 2002013960A JP 2001131258 A JP2001131258 A JP 2001131258A JP 2001131258 A JP2001131258 A JP 2001131258A JP 2002013960 A JP2002013960 A JP 2002013960A
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JP
Japan
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temperature
mass flow
heating elements
heating element
gas
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JP2001131258A
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English (en)
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Gerwen Peter Van
ペーター・ファン・ゲルヴェン
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Heraeus Electro Nite International NV
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Heraeus Electro Nite International NV
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1445Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being related to the exhaust flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスの質量流れを測定するための簡単な方法
およびそのための装置の使用方法であって、使用される
装置の汚染が十分に回避され得る方法および装置の使用
方法を提供する。 【解決手段】 上述の課題は、第1の加熱素子を、ガス
流の温度Tsよりも高く選択された温度T1に加熱し、
第2の加熱素子を同様にガス流の温度Tsよりも高く選
択され、T1と異なる温度T2に加熱し、両加熱素子の
温度T1およびT2を各々一定に保持し、温度T1の一
定保持に必要とされる熱出力P1および温度T2の一定
保持に必要とされる熱出力P2を変更しながら、ガス流
による両加熱素子の冷却を回避し、第1加熱素子におけ
る熱出力P1を検出し、第2加熱素子における熱出力P
2を検出し、熱出力P1およびP2から差を形成し、こ
の差をガスの質量流れに対する大きさとして評価するこ
とを含む方法により解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、第1および第2の
加熱素子を備え、該加熱素子がガス流内に熱的に互いに
非結合に配置されて加熱されて成る装置を用いて質量流
れmを測定ないし確定する方法、ならびにガス流内に熱
的に互いに非結合で配置された二つの加熱素子を備える
装置の使用方法に関する。
【0002】WO96/00376は、ブリッジ回路内に二つの本
質的に同じ熱素子を具備する装置について記述してい
る。ここで、熱素子とは、加熱素子としても温度センサ
としても利用され得る構成要素と理解される。ここで
は、温度依存性の抵抗螺旋から形成された熱素子が優先
される。二つの熱素子は、管の外側上に対称的に配置さ
れ、管内に層流をもつ範囲内に流れ方向に前後して設置
される。流れ方向に基づき、両熱素子に異なる冷却状態
が生ずるが、その際流れ方向において第1の熱素子は、
後続の第2の素子よりもその温度を大きく変える。この
温度の変化は、その都度熱素子の抵抗の比較的僅少な変
化を引き起こし、そしてこの変化が質量流れの測定に利
用され、ブリッジ回路を使ってより正確に評価され得
る。しかしながら、抵抗の変化が僅少なため、測定精度
はなお比較的低く、例えば測定環境の温度の変動による
測定の影響は大きい。その上、信号の信頼性の高い解釈
が行われ得るまでに、熱素子の終端温度の到達を待たね
ばならない。それにより、この装置の測定速度は比較的
低い。
【0003】米国特許第4,320,655号は、200℃以下
の温度を有する流動媒体内への投入のため2本の搬送導
線をもつ質量流れ測定器であって、導線が各々温度依存
性の抵抗を有し、薄膜技術で薄いサブストレート上に形
成されて成るものについて記述している。両導線の一方
は加熱されて測定抵抗として働き、他方の導線は加熱さ
れず比較抵抗として使用される。測定抵抗および比較抵
抗に流動媒体に基づいて生ずる抵抗の変化は、測定ブリ
ッジ内における導線の切替え機構を使用して評価され
る。配置を汚染から保護して誤測定を回避するために、
測定抵抗および比較抵抗上に薄い合成物質の遮断被覆が
形成される。
【0004】ドイツ特許DE 31 28 882 A1は、ガスおよ
び流体、とりわけ内燃エンジンの吸込み空気の流動速度
を測定するための装置を開示している。この装置にあっ
ては、1または複数の温度依存性の電気抵抗が、流動媒
体に対して熱接触状態で配置され、そして調整回路を使
って、熱流が流動速度に対する尺度であるように加熱さ
れる。さらに、熱流は、加熱された抵抗により、その温
度が一定に留まるように調整される。流動媒体の温度変
化を補償するため、温度依存性の抵抗が媒体内に配置さ
れる。この配置の場合、補償抵抗の汚染が誤測定をもた
らすことがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、本発明の課
題は、ガスの質量流れを測定ないし確定するための簡単
な方法およびそのための装置の使用方法であって、使用
される装置の汚染が十分に回避され得るこの種の方法お
よび使用方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の課題は、方法につ
いては、第1の加熱素子を、ガス流の温度Tsよりも高
く選択された温度T1に加熱し、第2の加熱素子を同様
にガス流の温度Tsよりも高く選択されT1と異なる温
度T2に加熱し、両加熱素子の温度T1およびT2を各
々一定に保持し、温度T1の一定保持に必要とされる熱
出力P1および温度T2の一定保持に必要とされる熱出
力P2を変更しながら、ガス流による両加熱素子の冷却
を回避し、第1加熱素子における熱出力P1を検出し、
第2加熱素子における熱出力P2を検出し、熱出力P1
およびP2から差を形成し、この差をガスの質量流れに
対する尺度として評価することによって解決される。こ
こで、熱的非結合とは、達成しようとする測定精度に従
って加熱素子の相互の熱的影響が回避されることと理解
される。両加熱素子は、等温度のガス流が当てられねば
ならない。これは、例えば、加熱素子がガス流内に並ん
で配置されるか、ガス流の異なる部分が加熱素子にぶつ
かるように流れ方向に順次にずらして配置されることで
実現される。
【0007】この方法にあっては、両加熱素子を、ガス
流内の可燃性粒子の燃焼をもたらす温度に加熱するのが
有利である。それにより、加熱素子の汚染が十分に阻止
され、測定への影響が回避される。これは、装置が自動
車両の排気ガス導管内に投入される場合に特に有利であ
る。何故ならば、排気ガスは多数の煤粒子を連行するこ
とがあるからである。現在技術で提案されたような非加
熱の比較用抵抗は、不可避的に煤で覆われ、この被覆が
誤測定をもたらすであろう。
【0008】本発明の方法は、熱素子における温度Tの
一定保持のための熱出力Pが質量流れmとガス流の温度
Tsに依存するという事実に基づく。簡単化して表すと
下式が適用される。
【0009】
【数1】 (1)P1=αm(T1−Ts) (2)P2=αm(T2−Ts) (3)|P1−P2|=αm|T1−T2| したがって、m=|P1−P2|/α×|T1−T2| ここでP1は加熱素子1における(W)で表した熱出力 P2は加熱素子2における(W)で表した熱出力 α=相関係数(センサ装置またはガス導管の幾何形態お
よびガス特性に依存する) m=ガスの質量流れ(kg/単位時間) T1=加熱素子1の(K)で表した温度 T2=加熱素子2の(K)で表した温度
【0010】加熱素子として、いわゆる抵抗加熱素子、
それゆえに温度依存性抵抗Rを有する電気的構成部材が
扱われるときには、加熱素子の温度Tの一定保持のため
に抵抗が一定に保持されるべきである。熱出力Pは、こ
こでは下式からもたらされる。
【数2】(4)P=U2/R=I2・R
【0011】電流Iまたは電圧Uの変化により、抵抗の
熱出力Pも、抵抗が一定となり、したがって温度Tが一
定となるように変化せしめることができる。
【0012】異なる測定装置については、相関係数α
は、質量流れmと熱出力または温度との相関を式(3)
に従って確認するために、その都度予め一度計算し、ま
たは実験において実際に確かめねばならない。
【0013】両加熱要素の熱出力または熱出力を決定す
る電圧Uまたは電流Iの大きさの他の計算的または測定
技術的に可能な評価もこの場合明らかに包含されるべき
ものであることを付言したい。その場合、各加熱素子の
熱出力の変化の評価も、測定技術的および計算的により
費用がかかるとしても、本発明の質量流れmを確認する
ための方法に従い可能である。
【0014】ガス流の温度Tsは、質量流れmの計算後
式(1)または(2)を使用して得ることができる。
【0015】明らかなように、本発明の方法の実施およ
び計算のためには、制御および評価電子回路が必要であ
るが、これらはもちろん一般的に慣例の構成を有するも
のであるから別個には示す要がない。
【0016】質量流れの計算は、TsおよびT1または
T2の差またはT1およびT2間の差が大きく選択され
ればされるほどより精密に可能である。その際、温度T
1およびT2が各々温度Tsより少なくとも10K(Kel
vin)ほど高く選択されるとそれが実際に示された。温度
T1およびT2間の好ましい温度差は、100Kに選択
される。
【0017】本発明の方法の特別の利点は、測定の実施
に際しての格別の迅速性である。加熱素子の温度は、一
定に保持されているから、測定の速度は、熱出力を一定
に保持するために必要とされる制御電子装置の動作の迅
速性にのみ依存する。加熱または冷却工程が行われるこ
とを要しない。これが行われる場合には、忠実な信号評
価を行うことができるまでに、終端温度への到達を待た
ねばならない。
【0018】上述の課題は、さらに、可燃性粒子を連行
するガス内において質量流れを測定するために、ガス流
内に熱的に相互に非結合で配置された二つの加熱素子を
具備する装置を使用することによって解決される。ここ
でも、熱的な非結合とは、加熱素子の相互の熱的影響が
十分に回避されることであると理解される。両加熱素子
は、等しい温度のガス流が衝突されねばならない。その
際、加熱素子は流れ方向において並んで配置されてもよ
いし、流れ方向において前後に配置されてもよい。ガス
流の同じ部分流れ内に前後して配置される場合、部分流
れが少なくともおおむねその元の温度に回復するように
距離が大きく選択されるかそのような処置が取られる
か、加熱素子のずらした配置が選択されるべきであろ
う。後者の場合、ガス流の異なる部分流れが加熱素子に
当たることになる。
【0019】理想的には、両加熱素子はその構造が同じ
である。両加熱素子が抵抗加熱素子として構成されるの
が有利である。何故ならば、温度が抵抗を使って簡単な
方法で一定に保持できるからである。その際、抵抗加熱
素子は、電子伝導性物質、好ましくは耐温度性触媒活性
白金から構成してよい。両加熱素子の熱的な非結合は、
これを10W(mK)-1より小さい熱伝導率を有する支
持体上に層形式で配置することにより行うのが有利な場
合がある。
【0020】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明を好
ましい具体例について説明する。図1は、自動車両の排
気ガス導管内3に並んで配置された二つの抵抗加熱素子
1、2を備える装置を示している。第1の抵抗加熱素子
2は、温度T1=500℃で加熱され、第2の抵抗加熱
素子2は温度T2=400℃で加熱される。第1抵抗加
熱素子における熱出力と第2抵抗加熱出力2における熱
出力が検出され、質量流れが制御および評価電子装置4
を使って確認される。排気ガス流内に存在する例えば煤
粒子のような可燃性粒子は、抵抗加熱素子1、2の一つ
に当たると直ちに熱分解的に燃焼せしめられる。したが
って、装置の汚染は生じない。
【0021】図2は、二つの白金抵抗加熱素子を備える
装置で、ディーゼル自動車両の排気ガス内において本発
明の方法に従って採取された測定曲線を示している。こ
の図には、(W)で表した熱出力の差|P1−P2|に
関する(kg/h)で表した質量流れmが記載されてい
る。測定信号の優れた評価性をはっきりと認識された
い。
【0022】以上、本発明を好ましい具体例について説
明したが、本発明はここに図示説明されるものに限定さ
れるものではなく、当業者であれば、ここに図示説明さ
れたものから本発明の技術思想から逸脱することなく種
々の変形、変更を思い付くことができよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施可能な装置の使用方法を示す線図
である。
【図2】ディーゼル排気ガス内で測定された質量流れm
を示すグラフである。
【符号の説明】
1,2 抵抗加熱素子 3 排気ガス導管 4 評価電子装置
フロントページの続き (71)出願人 598083577 Centrum Zuid 1105, B− 3530 Houthalen,Belgiu m Fターム(参考) 2F035 AA02 EA04 3G004 BA00 DA25

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1および第2の加熱素子を有し、この
    加熱素子がガス流内に熱的に相互に非結合で配置され加
    熱されて成る装置で質量流れmを測定する方法であっ
    て、 第1加熱素子を、ガス流の温度Tsよりも高く選択され
    た温度T1に加熱し、第2加熱素子を同様にガス流の温
    度Tsよりも高く選択されT1と異なる温度T2に加熱
    し、 両加熱素子の温度T1およびT2を各々一定に保持し、 温度T1の一定保持に必要とされる熱出力P1および温
    度T2の一定保持に必要とされる熱出力P2を変更しな
    がら、ガス流による両加熱素子の冷却を回避し、 第1加熱素子における熱出力P1を検出し、第2加熱素
    子における熱出力P2を検出し、 熱出力P1およびP2から差を形成し、この差をガスの
    質量流れに対する尺度として評価する諸段階を含むこと
    を特徴とする質量流れ測定方法。
  2. 【請求項2】 質量流れの測定後ガス流の温度Tsを測
    定する請求項1記載の質量流れ測定方法。
  3. 【請求項3】 温度T1およびT2が各々温度Tsより
    もほぼ少なくとも10K(Kelvin)高く選択される請求
    項1記載の質量流れ測定方法。
  4. 【請求項4】 温度T1およびT2間の温度差が100
    Kに選択される請求項1または3に記載の質量流れ測定
    方法。
  5. 【請求項5】 可燃性粒子を連行するガス内における質
    量流れの測定のため、ガス流内に熱的に相互に非結合で
    配置された二つの加熱素子を備える装置を使用する方
    法。
  6. 【請求項6】 前記加熱素子を流れ方向において並置し
    て配置する請求項5記載の可燃性粒子を連行するガス内
    における質量流れの測定のため二つの加熱素子を備える
    装置を使用する方法。
  7. 【請求項7】 前記加熱素子を流れ方向において前後に
    配置する請求項5記載の可燃性粒子を連行するガス内に
    おける質量流れの測定のため二つの加熱素子を備える装
    置を使用する方法。
  8. 【請求項8】 前記両加熱素子の構造が同一である請求
    項5〜7のいずれかに記載の可燃性粒子を連行するガス
    内における質量流れの測定のため二つの加熱素子を備え
    る装置を使用する方法。
  9. 【請求項9】 前記両加熱素子が抵抗加熱素子として構
    成される請求項8記載の可燃性粒子を連行するガス内に
    おける質量流れの測定のため二つの加熱素子を備える装
    置を使用する方法。
  10. 【請求項10】 前記抵抗加熱素子が電子伝導性物質か
    ら形成される請求項9記載の可燃性粒子を連行するガス
    内における質量流れの測定のため二つの加熱素子を備え
    る装置を使用する方法。
  11. 【請求項11】 前記抵抗加熱素子が白金から形成され
    る請求項9または10記載の可燃性粒子を連行するガス
    内における質量流れの測定のため二つの加熱素子を備え
    る装置を使用する方法。
  12. 【請求項12】 前記両加熱素子が、10W(mK)-1
    より小さい熱伝導率を有する支持体上に層形式で配置さ
    れる請求項5〜11のいずれかに記載の可燃性粒子を連
    行するガス内における質量流れの測定のため二つの加熱
    素子を備える装置を使用する方法。
JP2001131258A 2000-05-08 2001-04-27 質量流れ測定方法 Withdrawn JP2002013960A (ja)

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FR (1) FR2808590A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1845344A2 (en) 2006-04-13 2007-10-17 Hitachi, Ltd. Thermal flow meter for an exhaust gas recirculation system
JP2008170158A (ja) * 2007-01-05 2008-07-24 Hitachi Ltd 気体流量計

Cited By (3)

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EP1845344A2 (en) 2006-04-13 2007-10-17 Hitachi, Ltd. Thermal flow meter for an exhaust gas recirculation system
US7526955B2 (en) 2006-04-13 2009-05-05 Hitachi, Ltd. Flow meter and exhaust gas recirculation system using the same
JP2008170158A (ja) * 2007-01-05 2008-07-24 Hitachi Ltd 気体流量計

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