JP2003315128A - 熱式流量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通流上下流の温度センサの自己発熱やヒータ
素子の経年変化による流量計測誤差が生ぜず、好ましく
は周囲温度上昇によっても流量計測精度を維持できる熱
式流量計測装置を提供する。 【解決手段】 ヒータ素子の通流方向上下流にもうけた
第１、第２のサーモパイルで流体の通流方向上下流の温
度を計測し流量を計測するため測温センサの自己発熱に
よる誤差が生じない。またヒータ制御手段で周囲温度の
変化に応じて、第１、第２のサーモパイルの測温温度の
平均値を周囲温度よりも一定温度だけ高く維持するた
め、ヒータ素子の劣化によって上記サーモパイルの測温
温度の平均値が影響を受けない。好ましくはヒータ制御
手段で周囲温度の上昇よりもヒータ素子温度と周囲温度
との差を大きくするように制御することで、周囲温度上
昇による流量センサの感度低下を軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流量計測の温度セ
ンサにおける自己発熱やヒータ素子の経年変化にかかわ
ることなく、高精度な流量計測を行い得る熱式流量計測
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱式流量計測装置を構成する流量センサ
は、たとえば図５に示すようにシリコン基板Ｂ上に設け
た発熱抵抗体からなるヒータ素子Ｒｈを間にして、流体
の通流方向Ｆに測温抵抗体からなる一対の温度センサＲ
ｕ、Ｒｄを設けた素子構造を有する。この熱式流量計測
装置は、図６に示すように、上記ヒータ素子Ｒｈに供給
される電流によって発せられる熱で生じる前記流体の通
流方向Ｆにおける温度分布（以下「ヒータ周辺温度分
布」という）が前記流体の流速によって変化することを
利用し、測温抵抗素子である温度センサＲｕ，Ｒｄの温
度による抵抗値変化から、前記流体の流量を検出するよ
うに構成される。

【０００３】上記ヒータ周辺温度分布を生じさせるた
め、ヒータ制御手段がヒータ素子Ｒｈを駆動・制御して
おり、ヒータ制御手段は、図５中、前記ヒータ素子Ｒｈ
から離れた位置に設けられた周囲温度測温センサ素子を
なす周囲温度測温抵抗素子Ｒｒを用いて、周囲温度（計
測対象である流体の温度）を計測し、ヒータ素子Ｒｈと
周囲温度との温度差（（ヒータ素子Ｒｈの温度）−（周
囲温度）、以下「（ヒータ温度−周囲温度）ＤＴ」と表
示する）を常に一定に保つようにしている。

【０００４】そして、具体的なヒータ周辺温度分布は、
図６に示すように、流体の流量Ｑがゼロの場合には、通
流方向下流側の温度は通流方向上流側の温度と同一とな
り、流体の流量Ｑがゼロでない場合には、下流側の温度
が上流側の温度よりも高くなる。そこで熱式流量計測装
置は、通流下流側の温度センサＲｄと通流上流側の温度
センサＲｕとの測温結果から、下流側と上流側との温度
差を流量センサの出力として検出し流量Ｑを計測するも
のである。

【０００５】しかし、前記下流側と上流側との温度差
は、温度センサＲｕ，Ｒｄの温度による抵抗値変化を電
流により電圧に変換して計測される。そのため、温度セ
ンサＲｕ，Ｒｄ（通流上下流の温度センサ）が上記電流
による自己発熱で温度上昇し、流量Ｑの計測に誤差が生
じてしまうという問題がある。こうした通流上下流の温
度センサによる自己発熱による流量計測の誤差を生じさ
せない熱式流量計測装置として、たとえば特開２００１
−２４９０４０号公報に、ヒータ制御手段が（ヒータ温
度−周囲温度）ＤＴを一定値に維持して、ヒータ素子の
上流、下流に設けられたサーモパイル（熱電対）でヒー
タ周辺温度分布を測定することにより流体の流量を計測
する熱式流量計測装置が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の熱式流
量計測装置では、図７に示すように、ヒータ制御手段
（増幅器１及びトランジスタ２）が、周囲温度測温セン
サ素子によって周囲温度を電圧として測定し、この測定
結果をヒータ素子Ｒｈの電圧と比較することにより、両
者が同一電圧になるようにヒータ素子Ｒｈに流れる電流
を制御するものとなっている。

【０００７】具体的には、直列接続された周囲温度測温
抵抗素子Ｒｒと抵抗Ｒ１を、直列接続されたヒータ素子
Ｒｈと抵抗Ｒ２に並列接続してブリッジ回路を形成し、
ブリッジ回路に供給される電流によってブリッジ回路の
出力が平衡するようにヒータ制御手段がヒータ素子Ｒｈ
に流れる電流を制御する。したがって、周囲温度がＴ℃
のときの周囲温度測温抵抗素子Ｒｒの電圧降下（Ｅｒ
ｔ）と等しい電圧（Ｅｒｔ）がヒータ素子Ｒｈに印加さ
れる。ところが、ヒータ素子Ｒｈは発熱によって経年変
化してその抵抗値が変化することが否めず、ヒータ素子
Ｒｈの抵抗値が経年変化すると、ヒータ駆動電流は変動
し、ヒータ素子の発する熱量の経年変化が生じて、ヒー
タ周辺温度分布に経年変化が生じることになる。こうし
て上述の熱式流量計測装置では、経年変化によって流体
の流量計測に誤差を生じるという問題がある。

【０００８】また（ヒータ温度−周囲温度）ＤＴを一定
に制御する熱式流量計測装置では、図８の流量計測特性
に示すように、周囲温度の上昇に対して流量センサの出
力が低下（感度低下）することが知られており、好まし
くは、周囲温度上昇によっても流量計測精度を維持する
ことが望まれる。なお図８の温度は周囲温度である。本
発明は、上記問題を解決するためになされたものであ
り、通流上下流の温度センサの自己発熱や、流量センサ
のヒータ素子の経年変化による流量計測に誤差が生じる
ことがなく、好ましくは、周囲温度上昇によっても流量
計測精度を維持できる熱式流量計測装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１における熱式流量計測装置では、
流量センサが備えた周囲温度測温センサ素子による測温
温度の変化に応じて、第１および第２のサーモパイルの
測温温度の平均値を周囲温度測温センサ素子による測温
温度よりも一定温度だけ高く維持するヒータ制御手段を
備える。

【００１０】こうしたヒータ制御手段はヒータ素子の温
度を周囲温度よりも一定値だけ高くするものではなく、
第１および第２のサーモパイルの測温温度の平均値を周
囲温度よりも一定温度だけ高く維持するものであるた
め、ヒータ素子が経年変化してその抵抗値が変化して
も、第１および第２のサーモパイルの測温温度の平均値
が影響を受けないものとなる。

【００１１】また流量センサは、ヒータ素子を間にして
流体の通流方向にそれぞれ設けられた第１および第２の
サーモパイルの熱起電力で、流体の通流方向上下流にお
ける流体の温度を計測する。したがって通流上下流の温
度センサに流れる電流に起因する通流上下流の温度セン
サの自己発熱による流量計測の誤差が生ずることなく高
精度の流量計測が可能となる。

【００１２】したがって第１のサーモパイルと第２のサ
ーモパイルとの測温温度差から流量センサを通流する流
体の流量を計測する流量計測手段を備えたこの熱式流量
計測装置は、流体の流量をヒータ素子の経年変化にかか
わらず正確に計測でき、且つ通流上下流の温度センサの
自己発熱による流量計測の誤差なく流体の流量を正確に
計測できる。

【００１３】本発明の請求項２における熱式流量計測装
置では、ヒータ制御手段は、前記第１および第２のサー
モパイルの測温温度の平均値を維持すると共に、周囲温
度測温センサ素子による測温温度上昇に応じて（ヒータ
温度−周囲温度）ＤＴを周囲温度の上昇よりも大きくす
るように、前記ヒータ素子のヒータ温度を制御する。し
たがって、熱式流量計測装置は（ヒータ温度−周囲温
度）ＤＴを周囲温度の上昇よりも大きくすることが可能
となり、周囲温度上昇に対する流量センサの感度低下を
補償して高精度の流量計測を実現することができる。

【００１４】本発明の請求項３における熱式流量計測装
置では、流量センサの周囲温度測温センサ素子は測温抵
抗素子であって、この測温抵抗素子に抵抗温度係数設定
用抵抗素子が接続されている。この測温抵抗素子による
抵抗温度係数設定により、熱式流量計測装置は（ヒータ
温度−周囲温度）ＤＴを周囲温度の上昇よりも大きくす
ることが可能となり、周囲温度上昇に対する流量センサ
の感度低下を補償して高精度の流量計測を実現すること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態に係る熱式流量計測装置を説明する。図１は、
本発明に係る熱式流量計測装置の一実施形態の要部概略
構成図である。図１（ａ）に示す熱式流量計測装置１０
は、通流上流温度センサにサーモパイルＴｐｕ、通流下
流温度センサにサーモパイルＴｐｄを使用し、これらサ
ーモパイルの間にヒータ素子Ｒｈを設けた流量センサ１
１を有している。

【００１６】ここで流量センサ１１は図５に示す流量セ
ンサと同様に構成されており、図５における通流方向Ｆ
の上流側温度センサＲｕの位置に上流温度センサである
サーモパイルＴｐｕが、通流方向Ｆの下流側温度センサ
Ｒｄの位置に下流温度センサであるサーモパイルＴｐｄ
が、そして周囲温度測定抵抗素子Ｒｒの位置に同じく周
囲温度測定抵抗素子Ｒｒまたは周囲温度測温サーモパイ
ルＴｐｒが設けられている。

【００１７】また、熱式流量計測装置１０は、周囲温度
に対応してサーモパイルＴｐｕおよびサーモパイルＴｐ
ｄの平均測温温度を制御するために、基準電圧源１２の
出力端子１２ａ、１２ｂから出力される基準電圧Ｖｒｅ
ｆと、直列接続されたサーモパイルＴｐｕおよびサーモ
パイルＴｐｄの測温温度の合計値（平均値）に応じた熱
起電力とを比較して、この比較結果に基づきヒータ素子
Ｒｈの駆動電圧を発生する増幅器１３（ヒータ制御手
段）を有している。

【００１８】ここで、増幅器１３の反転入力端子には、
直列接続されたサーモパイルＴｐｕとサーモパイルＴｐ
ｄから、上流側と下流側の測温温度による熱起電力の合
計値が入力されるが、この場合、合計値は平均値の２倍
であり、増幅器１３の利得設定やヒータ制御手段の利得
の設定等で、合計値を平均値として取り扱うことができ
る。なお図１（ａ）中のＣは増幅器１３に負帰還をかけ
てヒータ制御手段の動作を安定化する。

【００１９】さらに、熱式流量計測装置１０は、流量計
測手段であるサーモパイルＴｐｕの両端電圧を検出する
増幅器１４と、サーモパイルＴｐｄの両端電圧を検出す
る増幅器１５と、増幅器１５の出力電圧から増幅器１４
の出力電圧を減算する減算器１６とを備えている。減算
器１６はサーモパイルＴｐｄの両端電圧とサーモパイル
Ｔｐｕの両端電圧と減算し、サーモパイルＴｐｄとサー
モパイルＴｐｕとの温度差を検出する流量センサ出力回
路の作用を有する。なお、各増幅器１３〜１５は高入力
インピーダンスであるとする。

【００２０】次に、図１（ａ）の熱式流量計測装置１０
による流量計測について、周囲温度が一定で流量がゼロ
の場合と、ゼロでない場合の流量計測を説明し、さらに
周囲温度が上昇した場合における流量センサの感度低下
の軽減の作用を説明する。まず、周囲温度が一定で流量
がゼロの場合については、周囲温度が２０℃のときを例
に説明する。

【００２１】流量Ｑがゼロのときには、ヒータ周辺温度
分布は、図２（ａ）に示すように、ヒータ素子Ｒｈが配
置された位置（図中Ｈと表示する）を中心として対称に
分布する。そして周囲温度が２０℃で一定であるとする
と、サーモパイルＴｐｕ、Ｔｐｄが配置された位置（そ
れぞれＵ、Ｄと表示する）の温度は同一で３０℃となっ
て流量センサ１１のヒータ周辺温度分布が安定するもの
とする。

【００２２】この状態は、図１に示す増幅器１３が平衡
することによって実現される。すなわち増幅器１３の非
反転入力端子に、基準電圧源１２から周囲温度が２０℃
のときの基準電圧Ｖｒｅｆが入力されているときに、増
幅器１３が平衡するためには、この基準電圧Ｖｒｅｆに
対して、サーモパイルＴｐｕおよびサーモパイルＴｐｄ
のそれぞれ３０℃における熱起電力の合計値６０℃（平
均値３０℃）が増幅器１３の反転入力端子に入力される
必要がある。この平衡状態を実現するため、位置Ｕ、Ｄ
の温度の合計値（平均値）が合計値６０℃（平均値３０
℃）となるように、増幅器１３はヒータ素子Ｒｈに電圧
を印加する。

【００２３】このように、流量センサ１１の位置Ｕ、Ｄ
の温度の合計値（平均値）は、増幅器１３で駆動された
ヒータ素子Ｒｈが発する熱で維持されている。このと
き、たとえば（ヒータ温度−周囲温度）ＤＴは４５℃と
なって、位置Ｈの温度は６５℃となるものとする。こう
した熱式流量計測装置１０による（ヒータ温度−周囲温
度）ＤＴの制御においては、ヒータ素子Ｒｈの経時変化
が生じても、流量センサのヒータ周辺温度分布に従来の
熱式流量計測装置のような経時変化が生じることはな
い。

【００２４】たとえば、上記の例では周囲温度２０℃に
おいて、増幅器１３の非反転入力端子には前述の基準電
圧Ｖｒｅｆが入力されている。したがって経時変化でヒ
ータ素子Ｒｈの抵抗値が増加しても、サーモパイルＴｐ
ｕおよびサーモパイルＴｐｄのそれぞれ３０℃における
熱起電力の合計値が６０℃（平均値３０℃）に対応する
電圧になって、増幅器１３が平衡する。すなわちヒータ
周辺温度分布に経時変化は生じない。

【００２５】このように熱式流量計測装置１０は、ヒー
タ素子Ｒｈの経時変化が生じても、流量センサ１１のヒ
ータ周辺温度分布にも経時変化が生じることを防止する
作用を有すると共に、サーモパイルＴｐｕおよびサーモ
パイルＴｐｄの測温温度が熱起電力として得られ、通流
上下流の温度センサに電流が流れないため、自己発熱に
よる流量計測誤差が生じない。

【００２６】そしてサーモパイルＴｐｕおよびサーモパ
イルＴｐｄの測温温度に差がないときには、減算器１６
はゼロ（Ｖ）（流量ゼロに相当する）を出力する。な
お、増幅器１３を上記のようにフィードバック制御動作
をさせる基準値を与える前述の基準電圧Ｖｒｅｆは以下
のようにして発生される。図１（ｂ）に示す基準電圧源
１２は、サーモパイルＴｐｒに生じた熱起電力にオフセ
ットを加えて増幅器１２ｃで増幅することで基準電圧Ｖ
ｒｅｆを発生する。同様に、図１（ｃ）に示す基準電圧
源１２は、周囲温度測温抵抗素子Ｒｒの両端電圧に増幅
器１２ｃでオフセットを加えて増幅することで、基準電
圧Ｖｒｅｆを発生する。なお図１（ｃ）中Ｒ１２は周囲
温度測温抵抗素子Ｒｒに電流を供給するための抵抗素子
である。

【００２７】次に、周囲温度が２０℃で一定の場合にお
いて、流量がゼロからＱ１に増加したときの流量計測に
ついて説明する。ヒータ素子Ｒｈが発した熱は、流体と
共に流量センサ１１の外部に流出するので、流量がゼロ
からＱ１に増加すると、この流出熱量が増加する。した
がってヒータ素子Ｒｈの発する熱量が増加しない限り、
位置Ｄおよび位置Ｕにおける測温温度の平均値が減少す
る。そうすると位置Ｄおよび位置Ｕの測温温度の差も減
少する。たとえば、図２（ｂ）に示すように、位置Ｕの
温度は２７℃となり位置Ｄの温度は２９℃となって、こ
れらの合計値は５６℃であり（平均値は２８℃）とな
り、上記各サーモパイルＴｐｄ、Ｔｐｕの測温温度差は
２℃になってしまう如くである。

【００２８】このように流量センサの出力は、流量増加
に伴いサーモパイルＴｐｕおよびサーモパイルＴｐｄの
測温温度の温度差が減少し、流量計測特性を示す曲線
は、高流量領域でその傾斜が減少することになる。この
ことは高流量領域で流量センサの誤差発生原因となり、
また流量センサの流量計測範囲を狭めることになる。し
かし、熱式流量計測装置１０では、周囲温度が一定のと
きには、増幅器１３は、流量の変化に依存することな
く、周囲温度が一定（たとえば前述２０℃）のときの基
準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、流量がゼロの場合と同様
に、位置Ｄおよび位置Ｕにおける測温温度の平均値（た
とえば前述３０℃）を制御する。

【００２９】したがって位置Ｄおよび位置Ｕにおける測
温温度との平均値が３０℃になるまで、増幅器１３がヒ
ータ素子Ｒｈに印加する電圧を上昇させて（ヒータ温度
−周囲温度）ＤＴを増加させる。周囲温度が２０℃で流
量Ｑ１の場合に、図２（ｃ）に示すように、たとえば
（ヒータ温度−周囲温度）ＤＴが５０℃（ヒータ温度７
０℃）となることで増幅器１３が平衡したとする。そし
てこの平衡状態では、位置Ｕの温度は２８℃となり位置
Ｄの温度は３２℃であるとする。そしてサーモパイルＴ
ｐｕおよびサーモパイルＴｐｄの測温温度の差に基づ
き、減算器１６は流量Ｑ１に相当する電圧を出力する。

【００３０】このように、熱式流量計測装置１０では、
サーモパイルＴｐｕ，Ｔｐｄの測温温度の平均値を周囲
温度よりも一定温度だけ高く維持するものであるため、
図３（ａ）の２０℃の流量計測特性曲線に示すように、
流体の流量増加によって生じる高流量領域での流量計測
特性曲線の傾斜減少を軽減する作用を有し、したがって
高流量領域での流量計測の誤差を軽減する作用も有する
ことになる。

【００３１】さらに、周囲温度が上昇した場合の流量計
測について説明する。周囲温度が（２０＋α）℃に上昇
した場合において流量がゼロのときには、増幅器１３の
反転入力端子に、基準電圧源１２から周囲温度が（２０
＋α）℃のときの基準電圧Ｖｒｅｆが入力される（αは
２０℃からの温度上昇分）。このとき増幅器１３は、こ
の基準電圧Ｖｒｅｆに対して、位置Ｕ、Ｄの温度の平均
値が（３０＋α）℃となるようヒータ素子Ｒｈをフィー
ドバック制御して（ヒータ温度−周囲温度）ＤＴが維持
されることになる。たとえば周囲温度３０℃において、
前述（周囲温度２０℃）の流量ゼロにおける（ヒータ温
度−周囲温度）ＤＴの４５℃が維持される如くである。
周囲温度が（２０＋α）℃において流量がＱ１ときに
も、同様である。

【００３２】しかし、上述のようにサーモパイルＴｐ
ｕ，Ｔｐｄの測温温度の平均値を周囲温度よりも一定温
度だけ高く維持すれば、（ヒータ温度−周囲温度）ＤＴ
を一定に維持する場合の流量計測特性（図８）よりも、
流量計測特性曲線の傾斜減少を軽減等できるが、図３
（ａ）の（−２０）℃や６０℃の流量計測特性曲線に示
すように、周囲温度の上昇に伴う流量センサの感度低下
が生じることが否めない。

【００３３】そこで、図３（ｂ）に示すように（ヒータ
温度−周囲温度）ＤＴを周囲温度上昇よりもさらに大き
くすることで、上記感度低下を軽減する作用について説
明する。図１（ｃ）に示す基準電圧源１２において、抵
抗素子Ｒｘを周囲温度測温抵抗素子Ｒｒに並列接続し、
この並列接続回路の抵抗温度係数を設定する。たとえ
ば、２０℃における周囲温度測温抵抗素子Ｒｒの抵抗値
と抵抗Ｒｘの抵抗値が等しく、周囲温度測温抵抗素子Ｒ
ｒの抵抗温度係数がα１であり抵抗Ｒｘの抵抗温度係数
がゼロならば、上記温度係数は（α１）／２になるが如
くに、上記温度係数を任意に設定することができる。

【００３４】このように上記温度係数を設定することに
より、基準電圧源１２が出力する基準電圧Ｖｒｅｆの周
囲温度変化に対する変化を適宜設定できる。したがって
サーモパイルＴｐｕ，Ｔｐｄの測温温度の平均値を、周
囲温度の上昇よりも、大きく上昇させて、増幅器１３を
平衡させることが可能となる。そうすると（ヒータ温度
−周囲温度）ＤＴを周囲温度の上昇よりも大きくするこ
とが可能となり、ヒータ周辺温度分布の傾きを増加させ
ることができ、サーモパイルＴｐｕ，Ｔｐｄの測温温度
の差を大きくすることが可能となる。こうして温度上昇
の伴う流量センサの感度低下が軽減され、図３（ｃ）に
示す流量計測特性曲線のように、周囲温度上昇に伴う流
量センサの感度低下を軽減できる。

【００３５】すなわち、温度センサの自己発熱や、流量
センサのヒータ素子の経年変化による流量計測に誤差が
生じることがないことに加えて、周囲温度上昇によって
も流量計測精度を維持できる熱式流量計測装置の提供が
可能となる。なお図１（ｂ）（ｃ）に示す基準電圧源１
２において、サーモパイルＴｐｒの熱起電力または周囲
温度測温抵抗素子Ｒｒの両端電圧を増幅してオフセット
を付加することでも、上記のように増幅器１３を平衡さ
せ、サーモパイルＴｐｕ，Ｔｐｄの測温温度の平均値を
周囲温度の上昇よりも大きく上昇さることとができるが
如く、基準電圧源１２は上記の実施形態に限定されな
い。

【００３６】図４は、本発明にかかる熱式流量計測装置
の変形例の要部概略構成図を示す。なお図１の熱式流量
計測装置１０と同様の機能を有する構成要素については
同一の符号を付してその説明を省略する。図４に示す熱
式流量計測装置２０は、流量センサ１１、基準電圧源１
２、増幅器１３〜１５、演算装置２１、増幅器２２を有
する。演算装置２１は、主に中央演算ユニット（以下
「ＣＰＵ」と表示する）２１ａと入力インターフェース
２１ｂ及び出力インターフェース２１ｃとを有してい
る。そして入力インターフェース２１ｂはＡＤ変換器
（アナログ・ディジタル変換器、図示せず）を有してお
り、出力インターフェース２１ｃはＤＡ変換器（ディジ
タル・アナログ変換器、図示せず）を有している。増幅
器２２は出力インターフェース２１ｃのＤＡ変換器出力
でヒータ素子Ｒｈを駆動する。図４中の２１ｄは流量セ
ンサ出力端子である。

【００３７】ここで、増幅器１３はサーモパイルＴｐｕ
およびサーモパイルＴｐｄの測温温度の合計値（平均
値）に対応した熱起電力と基準電圧源１２からの基準電
圧Ｖｒｅｆとを比較して、その出力を演算装置２１の入
力インターフェース２１ｂが有するＡＤ変換器を介して
ＣＰＵ２１ａに伝達する。ＣＰＵ２１ａは、各サーモパ
イルＴｐｕ、Ｔｐｄの測温温度の合計値（平均値）と基
準電圧Ｖｒｅｆとが同一電位になるようにヒータ素子Ｒ
ｈを駆動すべく演算を行い、出力インターフェース２１
ｃのＤＡ変換器および増幅器２２を介してヒータ素子Ｒ
ｈを駆動する。

【００３８】こうして、基準電圧源１２からの基準電圧
Ｖｒｅｆによって、サーモパイルＴｐｕおよびサーモパ
イルＴｐｄの測温温度の合計値（平均値）が制御され、
この結果、熱式流量計測装置２０は前述の熱式流量計測
装置１０と同様にサーモパイルＴｐｕおよびサーモパイ
ルＴｐｄの測温温度を制御することができる。また、増
幅器１４はサーモパイルＴｐｕの熱起電力を増幅し、そ
の出力を演算装置２１の入力インターフェース２１ｂが
有するＡＤ変換器を介してＣＰＵ２１ａに伝達し、増幅
器１５もサーモパイルＴｐｄの熱起電力を同様にＣＰＵ
２１ａに伝達する。ＣＰＵ２１ａは、サーモパイルＴｐ
ｕの熱起電力とサーモパイルＴｐｄの熱起電力との差か
ら流量Ｑを演算して出力インターフェース２１ｃを介し
て流量センサ出力端子２１ｄから外部機器（図示せず）
に出力する。

【００３９】かくして、熱式流量計測装置２０は熱式流
量計測装置１０と同様に、ヒータ素子Ｒｈの経時変化が
生じても、流量センサ１１のヒータ周辺温度分布に経時
変化が生じることを防止する作用を有し、サーモパイル
ＴｐｕおよびサーモパイルＴｐｄの測温温度が熱起電力
として得られるので、通流上下流の温度センサによる自
己発熱で測温に誤差が生じることがない。さらに前述の
ように基準電圧Ｖｒｅｆの周囲温度変化に対する変化を
周囲温度の上昇よりも大きくすることで、図３（ｃ）に
示す流量計測特性曲線のように、周囲温度上昇に伴う流
量センサの感度低下を軽減することもできる。

【００４０】すなわち、温度センサの自己発熱や、流量
センサのヒータ素子の経年変化による流量計測に誤差が
生じることがなく、且つ周囲温度上昇によっても流量計
測精度を維持できる熱式流量計測装置の提供が可能とな
る。なお、基準電圧Ｖｒｅｆを増幅器１３および入力イ
ンターフェース２１ｂが有するＡＤ変換器を介してＣＰ
Ｕ２０ｂに入力し、ＣＰＵ２０ｂが、基準電圧Ｖｒｅｆ
とサーモパイルＴｐｕの熱起電力とＴｐｄの熱起電力と
の平均値から、両者を一致させる演算を行い、出力イン
ターフェース２１ｃのＤＡ変換器および増幅器２２を介
してヒータ素子Ｒｈを駆動するものであってもよい。

【００４１】このように、本発明にかかる熱式流量計測
装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、
その趣旨を逸脱しない範囲で変形して実施することがで
きる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に記載の熱式流量計測装置では、ヒータ素子が経年変化
してその抵抗値が変化しても、第１および第２のサーモ
パイルの測温温度の平均値制御に影響が生ずることがな
いので、ヒータ素子の経年変化にかかわらず流体の流量
を正確に計測でき、且つ通流上下流の温度センサの自己
発熱による流量計測の誤差もない熱式流量計測装置を実
現することができる。

【００４３】請求項２の発明では、（ヒータ温度−周囲
温度）ＤＴを周囲温度の上昇よりも大きくすることがで
き、周囲温度上昇に対する流量センサの感度低下を補償
して高精度の流量計測が可能な熱式流量計測装置を実現
することができる。請求項３の発明では、測温抵抗素子
と抵抗温度係数設定用抵抗素子とによる抵抗温度係数設
定により（ヒータ温度−周囲温度）ＤＴを周囲温度の上
昇よりも大きくすることが可能となり、周囲温度上昇に
対する流量センサの感度低下を補償して高精度の流量計
測が可能な熱式流量計測装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱式流量計測装置の一実施形態の
要部概略構成図である。

【図２】図１の熱式流量計測装置のヒータ周辺温度分布
を説明するグラフである。

【図３】図１の熱式流量計測装置の流量計測特性を説明
するグラフである。

【図４】本発明に係る熱式流量計測装置の変形実施形態
の一例を示す要部概略構成図である。

【図５】流量センサの要部概略構成図である。

【図６】従来の熱式流量計測装置のヒータ周辺温度分布
を説明するグラフである。

【図７】従来の熱式流量計測装置のヒータ制御手段の要
部概略構成図である。

【図８】従来の熱式流量計測装置の流量計測特性を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０、２０ 熱式流量計測装置 １１ 流量センサ １３ 増幅器（ヒータ制御手段） １４、１５ 増幅器（流量計測手段） １６ 減算器（流量計測手段） Ｒｈ ヒータ素子 Ｔｐｕ サーモパイル（第１のサーモパイル） Ｔｐｄ サーモパイル（第２のサーモパイル） Ｒｒ 周囲温度測温抵抗素子（周囲温度測温センサ素
子） Ｔｐｒ 周囲温度測温サーモパイル（周囲温度測温セ
ンサ素子） Ｒｘ 抵抗（抵抗温度係数設定用抵抗素子）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新川 宏一郎 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 (72)発明者 瀬尾 雅己 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 (72)発明者 百瀬 修 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 Ｆターム(参考） 2F035 EA02 EA05 EA09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータ素子、このヒータ素子を間にして
   流体の通流方向にそれぞれ設けられた第１および第２の
   サーモパイル、およびその周囲温度を検出する周囲温度
   測温センサ素子を備えた流量センサと、 前記周囲温度測温センサ素子による測温温度の変化に応
   じて、前記第１および第２のサーモパイルの測温温度の
   平均値を前記周囲温度測温センサ素子による測温温度よ
   りも一定温度だけ高く維持するように、前記ヒータ素子
   のヒータ温度を制御するヒータ制御手段と、 前記第１のサーモパイルと前記第２のサーモパイルとの
   測温温度差から前記流量センサを通流する流体の流量を
   計測する流量計測手段とを備えたことを特徴とする熱式
   流量計測装置。
2. 【請求項２】 前記ヒータ制御手段は、 前記周囲温度測温センサ素子による測温温度上昇に応じ
   て、前記第１および第２のサーモパイルの測温温度の平
   均値を、前記周囲温度測温センサ素子による測温温度上
   昇よりもさらに高く維持するように、前記ヒータ素子の
   ヒータ温度を制御することを特徴とする請求項１に記載
   の熱式流量計測装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の熱式流量計測装置にお
   いて、 前記周囲温度測温センサ素子は測温抵抗素子であって、
   この測温抵抗素子に抵抗温度係数設定用抵抗素子が接続
   されたことを特徴とする熱式流量計測装置。