JP2004085490A

JP2004085490A - Pressure gauge and thermal type flowmeter

Info

Publication number: JP2004085490A
Application number: JP2002249701A
Authority: JP
Inventors: Masami Seo; 瀬尾　雅已; Yasue Hayashi; 林　靖江
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP3961911B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure gauge that has a small size, low cost, and simple constitution. <P>SOLUTION: An ambient temperature sensor Rr detects the temperature of a gas. A heater element Rh generates heat so that the temperature of the element Rh may become higher than the temperature detected by means of the sensor Rr by a fixed temperature. A heater driving electric quantity detecting means 5a detects the driving electric quantity supplied to the heater element Rh. A pressure calculating means 5b finds the pressure of a gas which is in contact with the sensor Rr and element Rh based on the driving electric quantity. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出する圧力計、および圧力計を内蔵した熱式流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧力計の種類として、マノメータ式、ブルドン管式、静電容量式、差動トランス式、半導体ダイアフラム式などが知られている。これらは、一般に、大きな圧力の検出に用いられており、大型で構造が複雑であり、高価なものが多い。また、圧力計の圧力検出方式は、圧力／力平衡型と物理現象利用型とに分けることができる。圧力／力平衡型の圧力計は、生じた力を重力などの力に釣り合わせることによって、圧力を検出する。これに対して、物理現象利用型の圧力計は、物質の弾性や電気抵抗、圧電効果、電離などのいろいろな物理量の変化を捉えることによって、圧力を検出する。
【０００３】
一方、フローセンサを利用した熱式流量計には、圧力計を内蔵したものがある（例えば特開平１０−１８５６４２号公報）。図６は、圧力計を内蔵した従来の熱式流量計の構成を示す説明図である。熱式流量計２０は、複数のフローセンサ２１と、圧力計２２と、フローセンサ２１および圧力計２２を搭載する基板２３と、リード線２４と、付属回路２５とを備えている。
【０００４】
付属回路２５は、圧力計２２から得られる流体の圧力に基づいて、フローセンサ２１から得られる流体の流量の計測値を補正する。つまり、熱式流量計２０は、流体の圧力が変化すると流量値の精度が悪くなるため、圧力計２２から得られる圧力の測定値に基づいて高精度の流量値を算出するようにしている。また、流量を計測しているときに、何らかの原因により配管等に過大な圧力が生じる場合がある。そこで、圧力計２２から得られる圧力の測定値を監視し、測定値が異常な場合には警報を出力するなどして危険な状態を回避するようにしている。
【０００５】
図７は熱式流量計におけるフローセンサの概略構成を示す斜視図である。図７において、Ｆは流体の通流方向である。フローセンサは、シリコン基台Ｂ上に設けられた、発熱体からなるヒータ素子Ｒｈと、測温抵抗体からなる一対の温度センサＲｕ，Ｒｄと、測温抵抗体からなる周囲温度センサＲｒとを備えている。第１の温度センサＲｕは、ガスの通流方向Ｆに沿ってヒータ素子Ｒｈの上流側に配置され、第２の温度センサＲｄは、通流方向Ｆに沿ってヒータ素子Ｒｈの下流側に配置されている。周囲温度センサＲｒは、周辺温度を計測するためのセンサであり、ヒータ素子Ｒｈの影響を受けないように一定距離だけ離して配置されている。
【０００６】
流体の流量ＦＱは、ヒータ素子Ｒｈから発せられる熱の拡散度合（温度分布）が流体の通流の速度によって変化することを利用して、温度センサＲｕ，Ｒｄにおける熱による抵抗値変化に基づいて計測されるようになっている。具体的には、ヒータ素子Ｒｈから発せられた熱が、上流側の温度センサＲｕと下流側の温度センサＲｄとに加わる。このとき、流体の流量ＦＱに応じて、温度センサＲｄの熱による抵抗値の変化は温度センサＲｕの熱による抵抗値の変化よりも大きくなる。この原理を利用して流体の流量ＦＱを計測するようになっている。
【０００７】
図８は、図７のフローセンサを用いた回路の一部である、ヒータ駆動回路１と流量検出回路３の構成を示すブロック図である。ヒータ駆動回路１は、ブリッジ回路２、トランジスタＱ１、差動増幅器Ａ１、固定抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６およびコンデンサＣ１からなる。ブリッジ回路２は、ヒータ素子Ｒｈを駆動する回路であり、ヒータ素子Ｒｈと周囲温度計測用の温度センサＲｒと一対の固定抵抗Ｒ１，Ｒ２とからなる。電源電圧＋Ｖは、図示しない所定の電源から供給され、トランジスタＱ１を介してブリッジ回路２に印加される。差動増幅器Ａ１は、ヒータ素子Ｒｈと温度センサＲｒとの抵抗値の変化に応じてブリッジ回路２のブリッジ出力電圧を検出し、そのブリッジ出力電圧が零（０）になるようにトランジスタＱ１を帰還制御して、ブリッジ回路２に印可するヒータ駆動電圧を調整するようになっている。このように構成されたヒータ駆動回路１は、ヒータ素子Ｒｈの発熱温度がその周囲温度よりも常に一定温度だけ高くなるように制御する。
【０００８】
一方、流量検出回路３は、ブリッジ回路４、差動増幅器Ａ２、固定抵抗Ｒｆからなる。ブリッジ回路４は、一対の温度センサＲｕ，Ｒｄと一対の固定抵抗Ｒｘ，Ｒｙとからなる。電源電圧＋Ｖは、図示しない所定の電源から供給され、ブリッジ回路４に印加される。差動増幅器Ａ２は、ブリッジ回路４の出力電圧Ｖ４，Ｖ５の差の電位を温度センサＲｕ，Ｒｄによって計測された温度差に相当する温度差信号Ｖｔとして出力する。このように、流量検出回路３は、一対の温度センサＲｕ，Ｒｄの熱による抵抗値変化を温度差信号Ｖｔに変換する。フローセンサに沿って通流する流体の流量ＦＱは、この温度差信号Ｖｔから求めることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来の圧力計においては多くの検出方式が実用化されている。しかしながら、このような圧力計は、大型で構造が複雑であり、高価格になるという問題点があった。また、熱式流量計において、圧力変化に伴う流量計測誤差を補正したり、配管等に生じる過大な圧力を監視したりしようとすると、流体の流量を計測するフローセンサとは別に圧力計を設ける必要があるので、熱式流量計が大型化し、高価格になるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は圧力計あるいは圧力計を内蔵する熱式流量計において、小型、低コストで簡易な構成の圧力計を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力計は、所定の温度になるように発熱するヒータ素子と、このヒータ素子に供給される駆動電気量を検出する駆動電気量検出手段と、前記駆動電気量に基づいて、前記ヒータ素子に接する気体の圧力を求める圧力算出手段とを備えるものである。本発明の圧力計では、ヒータ素子に供給される駆動電気量に基づいて圧力が算出される。圧力の算出は、気体の圧力によりその熱伝導率が異なり、熱伝導率の違いによりヒータ素子に供給される駆動電気量が異なることによるものである。
また、本発明の圧力計の１構成例は、前記ヒータ素子に供給される駆動電気量と前記気体の圧力とを対応付けたデータを記憶する圧力変換テーブルを備え、前記圧力算出手段は、前記駆動電気量検出手段で検出された駆動電気量に基づいて、前記圧力変換テーブルを参照して前記気体の圧力を求めるものである。このように、駆動電気量検出手段で検出された駆動電気量に最も近い値を圧力変換テーブルから読み出したデータの中から検索し、検索した駆動電気量のデータに対応する圧力を圧力変換テーブルから読み出したデータの中から求めることにより、気体の圧力を求めることができる。
【００１２】
また、本発明は、流体の温度を検出する周囲温度センサと、この周囲温度センサで検出される温度よりも一定温度だけ高くなるように発熱するヒータ素子と、このヒータ素子の上流側に配置された第１の温度センサと、前記ヒータ素子の下流側に配置された第２の温度センサとを備えたフローセンサを利用して前記流体の流量を検出する熱式流量計において、前記第１の温度センサで検出される温度と前記第２の温度センサで検出される温度との差を示すセンサ出力信号を出力する流量検出手段と、前記ヒータ素子に供給される駆動電気量を検出する駆動電気量検出手段と、前記駆動電気量に基づいて前記フローセンサを流れる流体の圧力を求める圧力算出手段と、前記流量検出手段から出力されたセンサ出力信号に基づいて前記流体の流量を求める流量算出手段とを備えるものである。本発明の流量計では、ヒータ素子から発せられる熱の拡散度合（温度分布）に基づいて流量が算出されるとともに、このヒータ素子に供給される駆動電気量に基づいて圧力が算出される。つまり、流量を算出するために設けられたヒータ素子をそのまま利用して、圧力が算出される。
また、本発明の熱式流量計の１構成例は、前記ヒータ素子に供給される駆動電気量と前記流体の圧力とを対応付けたデータを記憶する圧力変換テーブルを備え、前記圧力算出手段は、前記駆動電気量検出手段で検出された駆動電気量に基づいて、前記圧力変換テーブルを参照して前記流体の圧力を求めるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る圧力計の構成を示すブロック図である。この圧力計は、圧力センサのヒータ素子に駆動電気量を供給して発熱させるヒータ駆動回路１と、圧力センサと接する気体の圧力を求める演算部５と、気体の圧力算出のためのデータを記憶する記憶部６と、演算部５により演算されたデータやその演算のために必要なデータなどを表示する表示部７とを備えている。
【００１４】
ここで、本実施の形態の圧力センサについて説明する。図１に示すように、ヒータ駆動回路１の一部の素子は圧力センサを構成している。圧力センサは、シリコン基台Ｂ上に設けられた、発熱体からなるヒータ素子Ｒｈと、測温抵抗体からなる周囲温度センサＲｒとを備えている。この圧力センサの構造は、図７に示したフローセンサから温度センサＲｕ，Ｒｄを取り去ったものに相当する。
【００１５】
ヒータ駆動回路１は、ブリッジ回路２、トランジスタＱ１，Ｑ２、差動増幅器Ａ１、固定抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６およびコンデンサＣ１からなる。ブリッジ回路２は、ヒータ素子Ｒｈを駆動する回路であり、ヒータ素子Ｒｈと周囲温度計測用の温度センサＲｒと一対の固定抵抗Ｒ１，Ｒ２とからなる。電源電圧＋Ｖは、図示しない所定の電源から供給され、トランジスタＱ１を介してブリッジ回路２に印加される。
【００１６】
ブリッジ回路２の平衡条件は、抵抗Ｒ１の抵抗値／ヒータ素子Ｒｈの抵抗値＝抵抗Ｒ２の抵抗値／温度センサＲｒである。ブリッジ回路２に電圧が印加されると、ヒータ素子Ｒｈが発熱し、その結果、ヒータ素子Ｒｈの抵抗値が増加して、前記平衡条件が成立するところでバランスする。差動増幅器Ａ１は、抵抗Ｒ１とヒータ素子Ｒｈの接続点の電位であるヒータ駆動電圧Ｖ１と、抵抗Ｒ２と温度センサＲｒの接続点の電位Ｖ３とが一定の電位差（例えば０）となるようにトランジスタＱ１を帰還制御する。
【００１７】
ここで、周囲温度が上昇して温度センサＲｒの抵抗値が増加すると、ブリッジ回路２の平衡が失われて、抵抗Ｒ２と温度センサＲｒの接続点の電位Ｖ３が上昇するので、差動増幅器Ａ１は、ブリッジ回路２を再度平衡にさせるべく、トランジスタＱ１のベース電圧を低下させる。これにより、ブリッジ回路２に印加される電圧が上昇して、ヒータ素子Ｒｈの発熱量が増大し、ヒータ素子Ｒｈの抵抗値が増加して、前記平衡条件が成立するところでバランスする。
【００１８】
一方、周囲温度が低下して温度センサＲｒの抵抗値が減少すると、抵抗Ｒ２と温度センサＲｒの接続点の電位Ｖ３が低下するので、差動増幅器Ａ１は、トランジスタＱ１のベース電圧を上昇させる。これにより、ブリッジ回路２に印加される電圧が低下して、ヒータ素子Ｒｈの発熱量が減少し、ヒータ素子Ｒｈの抵抗値が減少して、前記平衡条件が成立するところでバランスする。このようにして、ヒータ駆動回路１は、ヒータ素子Ｒｈの発熱温度が温度センサＲｒで検出される周囲温度よりも常に一定温度だけ高くなるようにヒータ素子Ｒｈを制御する。
【００１９】
トランジスタＱ２は、ヒータ素子Ｒｈと並列に接続された、ヒータ駆動回路１のスイッチ素子である。演算部５は、ヒータ駆動電圧Ｖ１を監視して、このヒータ駆動電圧Ｖ１が所定の上限値を超えた場合には、トランジスタＱ２にベース電流を流してトランジスタＱ２をオンさせ、ヒータ素子Ｒｈに対するヒータ駆動電圧Ｖ１の印加を停止させる。これにより、ヒータ素子Ｒｈの異常発熱を防止することができる。
【００２０】
次に、演算部５は、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量をヒータ駆動回路１の電圧Ｖ１，Ｖ２から求め、この駆動電気量に基づいて、ヒータ素子Ｒｈと周囲温度センサＲｒとに接する気体の圧力ＰＱを求める。この演算部５は、ヒータ駆動電気量検出手段５ａと圧力算出手段５ｂとを備えている。
【００２１】
ヒータ駆動電気量検出手段５ａは、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量として、例えばヒータ消費電力を求める。ヒータ消費電力は、ヒータ素子Ｒｈに印加されるヒータ駆動電圧Ｖ１とヒータ素子Ｒｈを含むブリッジ回路２に印加される電圧Ｖ２と固定抵抗Ｒ１の値とから、ヒータ素子Ｒｈに供給されるヒータ駆動電流Ｉを求め、このヒータ駆動電流Ｉとヒータ駆動電圧Ｖ１とからＩ×Ｖ１により求めることができる。
【００２２】
なお、ヒータ駆動電気量検出手段５ａは、ヒータ素子Ｒｈに供給されるヒータ駆動電流Ｉを駆動電気量としてもよい。また、ヒータ駆動電気量検出手段５ａは、ヒータ素子Ｒｈに印加されるヒータ駆動電圧Ｖ１を駆動電気量としてもよい。つまり、ヒータ駆動電気量検出手段５ａは、ヒータ素子Ｒｈの発熱量に相当する電気量を電圧、電流、電力のいずれかで求めるようにすればよい。
【００２３】
圧力算出手段５ｂは、ヒータ駆動電気量検出手段５ａで求められた駆動電気量（ヒータ駆動電圧、ヒータ駆動電流またはヒータ消費電力）に基づいて気体の圧力ＰＱを求める。以下、駆動電気量と圧力の関係について説明する。図２は、ヒータ消費電力と気体の圧力ＰＱとの関係を示す特性図である。この図２に示した特性は、圧力が既知の気体を予め校正された圧力計に流すことで求めたものである。図２によれば、圧力ＰＱが大きくなるとヒータ消費電力も大きくなることが分かり、ヒータ消費電力から圧力ＰＱを一義的に特定できることが分かる。
【００２４】
図２の例では、ヒータ消費電力について説明しているが、ヒータ素子Ｒｈに供給されるヒータ駆動電圧またはヒータ駆動電流についても同様で、ヒータ駆動電圧またはヒータ駆動電流から圧力ＰＱを一義的に特定できる。このように、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量から気体の圧力ＰＱを特定できるのは、気体の熱伝導率が圧力ＰＱによって変化するからである。
【００２５】
図３は、気体の圧力ＰＱと熱伝導率との関係を示す特性図である。図３によれば、圧力ＰＱが大きくなると熱伝導率も大きくなることが分かり、圧力ＰＱと熱伝導率とは互いに一義的に特定されることが分かる。以上のように、気体の圧力ＰＱが変化するとこの気体の熱伝導率が変化し、そして気体の熱伝導率が変化するとヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量が変化するという関係がある。
【００２６】
記憶部６の圧力変換テーブル６ａは、図２に示した関係、すなわちヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量と気体の圧力ＰＱとを対応付けたデータを記憶している。この圧力変換テーブル６ａに記憶されているデータは、演算部５の圧力算出手段５ｂからの要求に従って、圧力ＰＱを特定するために読み出される。圧力算出手段５ｂは、この圧力変換テーブル６ａのデータとヒータ駆動電気量検出手段５ａで求められた駆動電気量に基づいて圧力ＰＱを特定する。
【００２７】
すなわち、圧力算出手段５ｂは、ヒータ駆動電気量検出手段５ａで求められた駆動電気量に最も近い値を圧力変換テーブル６ａから読み出したデータの中から検索し、検索した駆動電気量のデータに対応する圧力ＰＱを圧力変換テーブル６ａから読み出したデータの中から求め、この圧力ＰＱ（圧力計測値）を圧力信号として出力する。
【００２８】
また、圧力算出手段５ｂは、算出した圧力ＰＱを監視して、この圧力ＰＱが所定の上限値を超えた場合には圧力異常とみなし、圧力異常信号を出力する。これにより、気体が流れる配管等に生じる過大な圧力を監視して、危険な状態を回避することができる。なお、図２、図３に示した特性は気体の種類によって異なる。したがって、圧力ＰＱを測定する気体のデータを圧力変換テーブル６ａに予め登録しておく必要がある。
【００２９】
圧力計の表示部７は、演算部５により演算されたデータやその演算のために必要な条件データなどを表示する。表示するデータとしては、例えばヒータ駆動電気量検出手段５ａで求められた駆動電気量（ヒータ駆動電圧、ヒータ駆動電流またはヒータ消費電力）、ブリッジ回路２に印加される電圧Ｖ２、圧力算出手段５ｂにより読み出された圧力変換テーブル６ａの駆動電気量のデータ、圧力算出手段５ｂで算出された圧力などがある。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量と気体の圧力ＰＱとが一定の関係にあることを利用して、駆動電気量に基づいて圧力ＰＱを算出するようにしたので、ヒータ素子Ｒｈなどからなる簡易な構成で圧力計を実現することができ、小型化を実現し、コストの低減を図ることができる。
【００３１】
なお、本発明の圧力計は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、圧力算出手段５ｂは、駆動電気量と圧力とを関係付ける予め設定された関係式を用いて、ヒータ駆動電気量検出手段５ａで求められた駆動電気量から圧力を求めるようにしてもよい。予め設定された関係式を用いることにより、記憶部６の圧力変換テーブル６ａを参照することなく、圧力を求めることができる。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図４は本発明の第２の実施の形態に係る熱式流量計の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。この熱式流量計は、ヒータ駆動回路１と、フローセンサの第１の温度センサで検出される温度と第２の温度センサで検出される温度との差を示すセンサ出力信号Ｖｏｕｔを出力する流量検出回路３と、フローセンサを流れる流体の圧力を求めると共に、流体の流量を求める演算部５’と、流体の圧力算出と流量算出のためのデータを記憶する記憶部６’と、演算部５’により演算されたデータやその演算のために必要なデータなどを表示する表示部７’とを備えている。
【００３３】
ここで、熱式流量計のフローセンサについて説明する。図４に示すように、ヒータ駆動回路１と流量検出回路３の一部の素子はフローセンサを構成している。フローセンサは、シリコン基台Ｂ上に設けられた、発熱体からなるヒータ素子Ｒｈと、測温抵抗体からなる一対の温度センサＲｕ，Ｒｄと、測温抵抗体からなる周囲温度センサＲｒとを備えている。このフローセンサの構造は図７に示したとおりである。
【００３４】
ヒータ駆動回路１は、ブリッジ回路２、トランジスタＱ１，Ｑ２、差動増幅器Ａ１、固定抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６およびコンデンサＣ１からなる。このヒータ駆動回路１の動作は第１の実施の形態と同じである。
【００３５】
流量検出回路３は、ブリッジ回路４、差動増幅器Ａ２、減算器ＳＵＢ、固定抵抗Ｒｆ，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０およびコンデンサＣ２，Ｃ３からなる。ブリッジ回路４は、一対の温度センサＲｕ，Ｒｄと一対の固定抵抗Ｒｘ，Ｒｙとからなる。電源電圧＋Ｖは、図示しない所定の電源から供給され、ブリッジ回路４に印加される。
【００３６】
図７に示したフローセンサに沿って流体が流れると、上流側に位置する温度センサＲｕは、下流側に位置する温度センサＲｄに比べて、より強く冷やされる。これにより、２つの温度センサＲｕ，Ｒｄ間に温度差が現れ、この温度差は温度センサＲｕ，Ｒｄの抵抗値変化となり、ブリッジ回路４の出力電圧Ｖ４の変化となる。差動増幅器Ａ２は、ブリッジ回路４の出力電圧Ｖ４，Ｖ５の差の電位を温度センサＲｕ，Ｒｄによって計測された温度差に相当する温度差信号Ｖｔとして出力する。
【００３７】
減算器ＳＵＢは、差動増幅器Ａ２から出力された温度差信号Ｖｔを演算部５’から出力されたゼロ点調整量Ｖａｄｊによってオフセットし、このオフセットした温度差信号をセンサ出力信号Ｖｏｕｔ（＝Ｖｔ＋Ｖａｄｊ）として出力する。ゼロ点調整量Ｖａｄｊは、温度センサＲｕ，Ｒｄや固定抵抗Ｒｘ，Ｒｙ等の抵抗値のバラツキに起因する熱式流量計個々の流量計測誤差を補正するための信号である。
【００３８】
演算部５’は、フローセンサを流れるガスの流量ＦＱが零（０）のときに流量検出回路３から出力されるセンサ出力信号Ｖｏｕｔが零となるようにゼロ点調整量Ｖａｄｊを出力する。このゼロ点調整量Ｖａｄｊは、熱式流量計の出荷時に調整される。
【００３９】
以上のように、流量検出回路３は、一対の温度センサＲｕ，Ｒｄの熱による抵抗値変化を温度差信号Ｖｔに変換する。フローセンサに沿って通流するガスの流量ＦＱは、この温度差信号Ｖｔをオフセットしたセンサ出力信号Ｖｏｕｔから求めることができる。
【００４０】
次に、演算部５’は、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量をヒータ駆動回路１の電圧Ｖ１，Ｖ２から求め、この駆動電気量に基づいて流体の圧力ＰＱを求めると共に、流量検出回路３から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔに基づいて流体の流量ＦＱを求める。この演算部５’は、ヒータ駆動電気量検出手段５ａと、圧力算出手段５ｂと、流量検出回路３から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔに基づいて流体の流量を求める流量算出手段５ｃとを備えている。
【００４１】
ヒータ駆動電気量検出手段５ａの動作は第１の実施の形態と同じである。圧力算出手段５ｂは、ヒータ駆動電気量検出手段５ａで求められた駆動電気量（ヒータ駆動電圧、ヒータ駆動電流またはヒータ消費電力）に基づいて流体の圧力ＰＱを求める。記憶部６’の圧力変換テーブル６ａの構成は第１の実施の形態に示したものと同じであり、この圧力変換テーブル６ａを参照して流体の圧力ＰＱを求める圧力算出手段５ｂの動作も第１の実施の形態と同じである。
【００４２】
次に、流量算出手段５ｃは、流量検出回路３から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔに基づいて流体の流量ＦＱを求める。以下、センサ出力信号Ｖｏｕｔと流量ＦＱの関係について説明する。図５は、熱式流量計におけるセンサ出力信号Ｖｏｕｔと流体の流量ＦＱとの関係を示す特性図である。図５に示した特性は、流量が既知の流体を予め校正された熱式流量計に流すことで求めたものである。図５によれば、流体の流量ＦＱが大きくなるとセンサ出力信号Ｖｏｕｔも大きくなることが分かり、センサ出力信号Ｖｏｕｔから流量ＦＱを一義的に特定できることが分かる。
【００４３】
記憶部６’の流量変換テーブル６ｂは、図５に示した関係、すなわちセンサ出力信号Ｖｏｕｔと流体の流量ＦＱとを対応付けたデータを記憶している。この流量変換テーブル６ｂに記憶されているデータは、流量算出手段５ｃからの要求に従って、流体の流量ＦＱを特定するために読み出される。そして、流量算出手段５ｃは、流量検出回路３から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔに最も近い値を流量変換テーブル６ｂから読み出したデータの中から検索し、検索したセンサ出力信号Ｖｏｕｔのデータに対応する流量ＦＱを流量変換テーブル６ｂから読み出したデータの中から求め、この流量ＦＱ（ガス流量計測値）を流量信号として出力する。
【００４４】
また、流量算出手段５ｃは、圧力算出手段５ｂにより算出された流体の圧力ＰＱに応じて、流量ＦＱの値を補正する。具体的には、流量算出手段５ｃは、流量検出回路３から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔに応じて流量ＦＱを求めた後に、圧力ＰＱの値に応じて流量ＦＱに補正を施す。これにより、圧力ＰＱの変化に伴う流量ＦＱの誤差をなくすことができ、高精度の流量計測値を得ることができる。
【００４５】
こうして、演算部５’は、圧力算出手段５ｂにより算出された圧力ＰＱの値を圧力信号として出力するとともに、流量算出手段５ｃにより算出された流量ＦＱの値を流量信号として出力する。また、演算部５’は、ヒータ駆動電圧Ｖ１を監視して、このヒータ駆動電圧Ｖ１が所定の上限値を超えた場合には、トランジスタＱ２をオンさせ、ヒータ素子Ｒｈに対するヒータ駆動電圧Ｖ１の印加を停止させる。これにより、ヒータ素子Ｒｈの異常発熱を防止することができる。
【００４６】
熱式流量計の表示部７’は、演算部５’により演算されたデータやその演算のために必要な条件データなどを表示する。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ヒータ素子Ｒｈに供給される駆動電気量に基づいて圧力ＰＱを算出するようにしたので、熱式流量計に内蔵される圧力計を小型、低コストで簡易な構成で実現することができる。また、本実施の形態によれば、圧力を検出するために用いられるヒータ駆動回路１は、本来、流体の流量を検出するために用いられる回路である。したがって、流体の圧力を検出するための手段と流量を検出するための手段とを別々に設ける必要がないので、圧力計を別途設ける場合に比べて、熱式流量計の小型化を実現することができ、コストを低減することができる。
【００４８】
なお、本発明の熱式流量計は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、流量算出手段５ｃは、センサ出力信号Ｖｏｕｔと流体の流量ＦＱとを関係付ける予め設定された関係式を用いて、流量検出回路３から出力されたセンサ出力信号Ｖｏｕｔから流体の流量ＦＱを求めるようにしてもよい。予め設定された関係式を用いることにより、記憶部６’の流量変換テーブル６ｂを参照することなく、流量ＦＱを求めることができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、所定の温度になるように発熱するヒータ素子と、ヒータ素子に供給される駆動電気量を検出する駆動電気量検出手段と、駆動電気量に基づいて、ヒータ素子に接する気体の圧力を求める圧力算出手段とを設けることにより、ヒータ素子に供給される駆動電気量に基づいて気体の圧力を求めるようにしたので、簡易な構成で圧力計を実現することができ、小型化を実現し、コストの低減を図ることができる。
【００５０】
また、ヒータ素子に供給される駆動電気量と気体の圧力とを対応付けたデータを記憶する圧力変換テーブルを設けることにより、気体の圧力を求めることができる。
【００５１】
また、フローセンサを利用して流体の流量を検出する熱式流量計において、ヒータ素子に供給される駆動電気量を検出する駆動電気量検出手段と、駆動電気量に基づいてフローセンサを流れる流体の圧力を求める圧力算出手段とを設けることにより、ヒータ素子に供給される駆動電気量に基づいて流体の圧力を求めるようにしたので、熱式流量計に内蔵される圧力計を小型、低コストで簡易な構成で実現することができる。また、流量を検出するための手段の一部を圧力を検出するための手段としても利用することができるので、圧力計を別途設ける場合に比べて、熱式流量計の小型化を実現することができ、コストを低減することができる。
【００５２】
また、ヒータ素子に供給される駆動電気量と流体の圧力とを対応付けたデータを記憶する圧力変換テーブルを設けることにより、流体の圧力を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧力計の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の圧力計におけるヒータ消費電力と気体の圧力との関係を示す特性図である。
【図３】気体の圧力と熱伝導率との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る熱式流量計の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の熱式流量計におけるセンサ出力信号と流体の流量との関係を示す特性図である。
【図６】圧力計を内蔵した従来の熱式流量計の構成を示す説明図である。
【図７】熱式流量計におけるフローセンサの構成を示す斜視図である。
【図８】図７のフローセンサを用いた回路の一部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…ヒータ駆動回路、２、４…ブリッジ回路、３…流量検出回路、５、５’…演算部、５ａ…ヒータ駆動電気量検出手段、５ｂ…圧力算出手段、５ｃ…流量算出手段、６、６’…記憶部、６ａ…圧力変換テーブル、６ｂ…流量変換テーブル、７、７’…表示部、Ｖｏｕｔ…センサ出力信号、Ｒｈ…ヒータ素子、Ｒｕ…第１の温度センサ、Ｒｄ…第２の温度センサ、Ｒｒ…周囲温度センサ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure gauge for detecting pressure, and a thermal flow meter having a built-in pressure gauge.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, manometer types, Bourdon tube types, capacitance types, differential transformer types, semiconductor diaphragm types, and the like have been known as types of pressure gauges. These are generally used for detecting a large pressure, and are often large, complicated in structure, and expensive. The pressure detection method of the pressure gauge can be classified into a pressure / force equilibrium type and a physical phenomenon utilizing type. A pressure / force balance type pressure gauge detects pressure by balancing generated force with force such as gravity. In contrast, a physical phenomenon-based pressure gauge detects pressure by capturing changes in various physical quantities such as elasticity, electrical resistance, piezoelectric effect, and ionization of a substance.
[0003]
On the other hand, there is a thermal type flow meter using a flow sensor which has a built-in pressure gauge (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-185624). FIG. 6 is an explanatory diagram showing the configuration of a conventional thermal flow meter incorporating a pressure gauge. The thermal flow meter 20 includes a plurality of flow sensors 21, a pressure gauge 22, a substrate 23 on which the flow sensor 21 and the pressure gauge 22 are mounted, a lead wire 24, and an accessory circuit 25.
[0004]
The auxiliary circuit 25 corrects the measured value of the flow rate of the fluid obtained from the flow sensor 21 based on the pressure of the fluid obtained from the pressure gauge 22. That is, the thermal flow meter 20 calculates the flow rate value with high accuracy based on the measured value of the pressure obtained from the pressure gauge 22 because the accuracy of the flow rate value deteriorates when the pressure of the fluid changes. Further, when measuring the flow rate, an excessive pressure may be generated in a pipe or the like for some reason. Therefore, the measured value of the pressure obtained from the pressure gauge 22 is monitored, and if the measured value is abnormal, an alarm is output to avoid a dangerous state.
[0005]
FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a flow sensor in a thermal flow meter. In FIG. 7, F is the direction of flow of the fluid. The flow sensor includes, on a silicon base B, a heater element Rh composed of a heating element, a pair of temperature sensors Ru and Rd composed of a resistance thermometer, and an ambient temperature sensor Rr composed of a resistance thermometer. Have. The first temperature sensor Ru is arranged on the upstream side of the heater element Rh along the gas flow direction F, and the second temperature sensor Rd is arranged on the downstream side of the heater element Rh along the flow direction F. Have been. The ambient temperature sensor Rr is a sensor for measuring the ambient temperature, and is arranged at a fixed distance so as not to be affected by the heater element Rh.
[0006]
The flow rate FQ of the fluid is based on the change in resistance value of the temperature sensors Ru and Rd due to the heat in the temperature sensors Ru and Rd, utilizing the fact that the degree of diffusion (temperature distribution) of the heat generated from the heater element Rh changes depending on the flow speed of the fluid. It is being measured. Specifically, heat generated from the heater element Rh is applied to the upstream temperature sensor Ru and the downstream temperature sensor Rd. At this time, the change in the resistance value due to the heat of the temperature sensor Rd becomes larger than the change in the resistance value due to the heat of the temperature sensor Ru according to the fluid flow rate FQ. Using this principle, the flow rate FQ of the fluid is measured.
[0007]
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the heater drive circuit 1 and the flow rate detection circuit 3, which are part of a circuit using the flow sensor of FIG. The heater drive circuit 1 includes a bridge circuit 2, a transistor Q1, a differential amplifier A1, fixed resistors R3, R4, R5, R6, and a capacitor C1. The bridge circuit 2 is a circuit for driving the heater element Rh, and includes a heater element Rh, a temperature sensor Rr for measuring an ambient temperature, and a pair of fixed resistors R1 and R2. The power supply voltage + V is supplied from a predetermined power supply (not shown), and is applied to the bridge circuit 2 via the transistor Q1. The differential amplifier A1 detects a bridge output voltage of the bridge circuit 2 according to a change in resistance between the heater element Rh and the temperature sensor Rr, and feeds back the transistor Q1 so that the bridge output voltage becomes zero (0). Under the control, the heater drive voltage applied to the bridge circuit 2 is adjusted. The heater driving circuit 1 configured as described above controls the heating temperature of the heater element Rh so as to be always higher than the surrounding temperature by a certain temperature.
[0008]
On the other hand, the flow detection circuit 3 includes a bridge circuit 4, a differential amplifier A2, and a fixed resistor Rf. The bridge circuit 4 includes a pair of temperature sensors Ru and Rd and a pair of fixed resistors Rx and Ry. The power supply voltage + V is supplied from a predetermined power supply (not shown) and applied to the bridge circuit 4. The differential amplifier A2 outputs the potential of the difference between the output voltages V4 and V5 of the bridge circuit 4 as a temperature difference signal Vt corresponding to the temperature difference measured by the temperature sensors Ru and Rd. As described above, the flow rate detection circuit 3 converts a change in resistance due to heat of the pair of temperature sensors Ru and Rd into a temperature difference signal Vt. The flow rate FQ of the fluid flowing along the flow sensor can be obtained from the temperature difference signal Vt.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, many detection methods have been put to practical use in conventional pressure gauges. However, such a pressure gauge has a problem that it is large, complicated in structure, and expensive. In addition, in a thermal type flow meter, in order to correct a flow rate measurement error due to a pressure change or to monitor an excessive pressure generated in a pipe or the like, a pressure gauge is provided separately from a flow sensor that measures a fluid flow rate. Because of the necessity, there has been a problem that the thermal flow meter becomes large and expensive.
[0010]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a small-sized, low-cost, and simple pressure gauge in a pressure gauge or a thermal flow meter having a built-in pressure gauge. It is in.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The pressure gauge according to the present invention includes a heater element that generates heat so as to reach a predetermined temperature, a driving electric quantity detecting unit that detects a driving electric quantity supplied to the heater element, and the heater based on the driving electric quantity. Pressure calculating means for obtaining the pressure of the gas in contact with the element. In the pressure gauge of the present invention, the pressure is calculated based on the amount of driving electricity supplied to the heater element. The calculation of the pressure is based on the fact that the heat conductivity differs depending on the pressure of the gas, and the amount of drive electricity supplied to the heater element differs depending on the difference in the heat conductivity.
In addition, one configuration example of the pressure gauge of the present invention includes a pressure conversion table that stores data in which the amount of driving electricity supplied to the heater element and the pressure of the gas are associated with each other. The pressure of the gas is obtained by referring to the pressure conversion table based on the driving electric amount detected by the driving electric amount detecting means. As described above, the value closest to the driving electric amount detected by the driving electric amount detecting means is searched from the data read from the pressure conversion table, and the pressure corresponding to the retrieved driving electric amount data is searched from the pressure conversion table. By obtaining the pressure from the read data, the pressure of the gas can be obtained.
[0012]
Further, the present invention provides an ambient temperature sensor that detects the temperature of a fluid, a heater element that generates heat so as to be higher than the temperature detected by the ambient temperature sensor by a constant temperature, and is disposed upstream of the heater element. A thermal flow meter that detects a flow rate of the fluid using a flow sensor including a first temperature sensor and a second temperature sensor disposed downstream of the heater element. Flow rate detection means for outputting a sensor output signal indicating a difference between the temperature detected by the temperature sensor and the temperature detected by the second temperature sensor; and drive electricity for detecting the amount of drive electricity supplied to the heater element An amount detection unit, a pressure calculation unit for obtaining a pressure of the fluid flowing through the flow sensor based on the driving electric amount, and a flow rate of the fluid based on a sensor output signal output from the flow rate detection unit. Is intended and a flow rate calculating means for determining. In the flow meter according to the present invention, the flow rate is calculated based on the degree of diffusion (temperature distribution) of the heat generated from the heater element, and the pressure is calculated based on the amount of driving electricity supplied to the heater element. That is, the pressure is calculated using the heater element provided for calculating the flow rate as it is.
In addition, one configuration example of the thermal flow meter of the present invention includes a pressure conversion table that stores data that associates the amount of driving electricity supplied to the heater element with the pressure of the fluid, and the pressure calculation unit includes The pressure of the fluid is obtained by referring to the pressure conversion table on the basis of the driving electric amount detected by the driving electric amount detecting means.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the pressure gauge according to the first embodiment of the present invention. The pressure gauge stores a heater drive circuit 1 for supplying a driving amount of electricity to a heater element of the pressure sensor to generate heat, an arithmetic unit 5 for determining a pressure of a gas in contact with the pressure sensor, and data for calculating a pressure of the gas. And a display unit 7 for displaying data calculated by the calculation unit 5 and data necessary for the calculation.
[0014]
Here, the pressure sensor according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, some elements of the heater drive circuit 1 constitute a pressure sensor. The pressure sensor includes a heater element Rh provided on the silicon base B and formed of a heating element, and an ambient temperature sensor Rr formed of a temperature measuring resistor. The structure of this pressure sensor corresponds to a structure in which the temperature sensors Ru and Rd are removed from the flow sensor shown in FIG.
[0015]
The heater drive circuit 1 includes a bridge circuit 2, transistors Q1 and Q2, a differential amplifier A1, fixed resistors R3, R4, R5 and R6, and a capacitor C1. The bridge circuit 2 is a circuit for driving the heater element Rh, and includes a heater element Rh, a temperature sensor Rr for measuring an ambient temperature, and a pair of fixed resistors R1 and R2. The power supply voltage + V is supplied from a predetermined power supply (not shown), and is applied to the bridge circuit 2 via the transistor Q1.
[0016]
The equilibrium condition of the bridge circuit 2 is: resistance value of resistance R1 / resistance value of heater element Rh = resistance value of resistance R2 / temperature sensor Rr. When a voltage is applied to the bridge circuit 2, the heater element Rh generates heat. As a result, the resistance value of the heater element Rh increases, and the heater element Rh balances where the above-mentioned equilibrium condition is satisfied. The differential amplifier A1 is configured such that a heater drive voltage V1 which is a potential at a connection point between the resistor R1 and the heater element Rh and a potential V3 at a connection point between the resistor R2 and the temperature sensor Rr have a constant potential difference (for example, 0). The feedback control of the transistor Q1 is performed.
[0017]
Here, when the ambient temperature rises and the resistance value of the temperature sensor Rr increases, the balance of the bridge circuit 2 is lost and the potential V3 at the connection point between the resistor R2 and the temperature sensor Rr rises. Lowers the base voltage of transistor Q1 to rebalance bridge circuit 2. As a result, the voltage applied to the bridge circuit 2 increases, the amount of heat generated by the heater element Rh increases, the resistance value of the heater element Rh increases, and the balance is established where the equilibrium condition is satisfied.
[0018]
On the other hand, when the ambient temperature decreases and the resistance value of the temperature sensor Rr decreases, the potential V3 at the connection point between the resistor R2 and the temperature sensor Rr decreases, so that the differential amplifier A1 increases the base voltage of the transistor Q1. As a result, the voltage applied to the bridge circuit 2 decreases, the amount of heat generated by the heater element Rh decreases, the resistance value of the heater element Rh decreases, and the balance is established where the equilibrium condition is satisfied. In this way, the heater driving circuit 1 controls the heater element Rh so that the heat generation temperature of the heater element Rh is always higher than the ambient temperature detected by the temperature sensor Rr by a certain temperature.
[0019]
The transistor Q2 is a switch element of the heater drive circuit 1 connected in parallel with the heater element Rh. The arithmetic unit 5 monitors the heater drive voltage V1, and when the heater drive voltage V1 exceeds a predetermined upper limit, supplies a base current to the transistor Q2 to turn on the transistor Q2, thereby turning on the heater element Rh. The application of the driving voltage V1 is stopped. Thereby, abnormal heating of the heater element Rh can be prevented.
[0020]
Next, the calculation unit 5 obtains the amount of drive electricity supplied to the heater element Rh from the voltages V1 and V2 of the heater drive circuit 1, and contacts the heater element Rh and the ambient temperature sensor Rr based on the amount of drive electricity. Find the gas pressure PQ. The calculation unit 5 includes a heater drive electric amount detection unit 5a and a pressure calculation unit 5b.
[0021]
The heater drive electric amount detection means 5a obtains, for example, heater power consumption as the drive electric amount supplied to the heater element Rh. The heater power consumption is calculated based on the heater drive voltage V1 applied to the heater element Rh, the voltage V2 applied to the bridge circuit 2 including the heater element Rh, and the value of the fixed resistor R1, and the heater drive current supplied to the heater element Rh. I can be obtained, and I × V1 can be obtained from the heater drive current I and the heater drive voltage V1.
[0022]
Note that the heater drive electric amount detection means 5a may use the heater drive current I supplied to the heater element Rh as the drive electric amount. Further, the heater drive electric amount detection means 5a may use the heater drive voltage V1 applied to the heater element Rh as the drive electric amount. In other words, the heater driving electric amount detecting means 5a may obtain the electric amount corresponding to the heat generation amount of the heater element Rh by using any one of the voltage, the current, and the electric power.
[0023]
The pressure calculating means 5b calculates the gas pressure PQ based on the driving electric quantity (heater driving voltage, heater driving current or heater power consumption) obtained by the heater driving electric quantity detecting means 5a. Hereinafter, the relationship between the amount of driving electricity and the pressure will be described. FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between heater power consumption and gas pressure PQ. The characteristics shown in FIG. 2 are obtained by flowing a gas having a known pressure through a pre-calibrated pressure gauge. According to FIG. 2, it is understood that the heater power consumption increases as the pressure PQ increases, and that the pressure PQ can be uniquely specified from the heater power consumption.
[0024]
Although the example of FIG. 2 describes the heater power consumption, the same applies to the heater drive voltage or heater drive current supplied to the heater element Rh, and the pressure PQ is uniquely specified from the heater drive voltage or heater drive current. it can. The reason why the gas pressure PQ can be specified from the amount of driving electricity supplied to the heater element Rh is that the thermal conductivity of the gas changes according to the pressure PQ.
[0025]
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the gas pressure PQ and the thermal conductivity. According to FIG. 3, it can be seen that the thermal conductivity increases as the pressure PQ increases, and that the pressure PQ and the thermal conductivity are uniquely specified. As described above, when the pressure PQ of the gas changes, the thermal conductivity of the gas changes, and when the thermal conductivity of the gas changes, the amount of driving electricity supplied to the heater element Rh changes.
[0026]
The pressure conversion table 6a of the storage unit 6 stores data in which the relationship shown in FIG. 2, that is, data in which the amount of driving electricity supplied to the heater element Rh and the gas pressure PQ are associated with each other. The data stored in the pressure conversion table 6a is read in order to specify the pressure PQ in accordance with a request from the pressure calculation means 5b of the calculation unit 5. The pressure calculating means 5b specifies the pressure PQ based on the data of the pressure conversion table 6a and the driving electric quantity obtained by the heater driving electric quantity detecting means 5a.
[0027]
That is, the pressure calculation means 5b searches the value read from the pressure conversion table 6a for a value closest to the drive electric quantity obtained by the heater drive electric quantity detection means 5a, and corresponds to the searched drive electric quantity data. The pressure PQ to be performed is obtained from the data read from the pressure conversion table 6a, and the pressure PQ (pressure measurement value) is output as a pressure signal.
[0028]
Further, the pressure calculating means 5b monitors the calculated pressure PQ, and when the pressure PQ exceeds a predetermined upper limit, regards it as a pressure abnormality and outputs a pressure abnormality signal. Thereby, it is possible to monitor an excessive pressure generated in a pipe through which a gas flows, thereby avoiding a dangerous state. The characteristics shown in FIGS. 2 and 3 differ depending on the type of gas. Therefore, it is necessary to register in advance the data of the gas for measuring the pressure PQ in the pressure conversion table 6a.
[0029]
The display unit 7 of the pressure gauge displays data calculated by the calculation unit 5, condition data necessary for the calculation, and the like. The data to be displayed include, for example, the driving electric quantity (heater driving voltage, heater driving current or heater power consumption) obtained by the heater driving electric quantity detecting means 5a, the voltage V2 applied to the bridge circuit 2, and the pressure calculating means 5b. There are data of the driving electric quantity of the read pressure conversion table 6a, the pressure calculated by the pressure calculating means 5b, and the like.
[0030]
As described above, according to the present embodiment, the pressure PQ is determined based on the amount of drive electricity by utilizing the fact that the amount of drive electricity supplied to the heater element Rh and the pressure PQ of the gas are in a fixed relationship. Is calculated, the pressure gauge can be realized with a simple configuration including the heater element Rh and the like, and the size can be reduced, and the cost can be reduced.
[0031]
The pressure gauge of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the pressure calculating unit 5b may calculate the pressure from the driving electric amount obtained by the heater driving electric amount detecting unit 5a using a preset relational expression that relates the driving electric amount and the pressure. . By using a preset relational expression, the pressure can be obtained without referring to the pressure conversion table 6a of the storage unit 6.
[0032]
[Second embodiment]
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a thermal flow meter according to a second embodiment of the present invention, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. This thermal flow meter outputs a heater drive circuit 1 and a sensor output signal Vout indicating a difference between a temperature detected by a first temperature sensor and a temperature detected by a second temperature sensor of the flow sensor. A calculating unit 5 'for calculating the pressure of the fluid flowing through the flow sensor and calculating the flow rate of the fluid; a storage unit 6' for storing data for calculating the pressure and the flow rate of the fluid; And a display unit 7 ′ for displaying data calculated by ′ and data necessary for the calculation.
[0033]
Here, the flow sensor of the thermal flow meter will be described. As shown in FIG. 4, some elements of the heater drive circuit 1 and the flow rate detection circuit 3 constitute a flow sensor. The flow sensor includes, on a silicon base B, a heater element Rh composed of a heating element, a pair of temperature sensors Ru and Rd composed of a resistance thermometer, and an ambient temperature sensor Rr composed of a resistance thermometer. Have. The structure of this flow sensor is as shown in FIG.
[0034]
The heater drive circuit 1 includes a bridge circuit 2, transistors Q1 and Q2, a differential amplifier A1, fixed resistors R3, R4, R5 and R6, and a capacitor C1. The operation of the heater drive circuit 1 is the same as in the first embodiment.
[0035]
The flow detection circuit 3 includes a bridge circuit 4, a differential amplifier A2, a subtractor SUB, fixed resistors Rf, R7, R8, R9, R10, and capacitors C2 and C3. The bridge circuit 4 includes a pair of temperature sensors Ru and Rd and a pair of fixed resistors Rx and Ry. The power supply voltage + V is supplied from a predetermined power supply (not shown) and applied to the bridge circuit 4.
[0036]
When the fluid flows along the flow sensor shown in FIG. 7, the temperature sensor Ru located on the upstream side is cooled more strongly than the temperature sensor Rd located on the downstream side. As a result, a temperature difference appears between the two temperature sensors Ru and Rd, and this temperature difference results in a change in the resistance value of the temperature sensors Ru and Rd, and a change in the output voltage V4 of the bridge circuit 4. The differential amplifier A2 outputs the potential of the difference between the output voltages V4 and V5 of the bridge circuit 4 as a temperature difference signal Vt corresponding to the temperature difference measured by the temperature sensors Ru and Rd.
[0037]
The subtractor SUB offsets the temperature difference signal Vt output from the differential amplifier A2 by the zero-point adjustment amount Vadj output from the calculation unit 5 ', and outputs the offset temperature difference signal as a sensor output signal Vout (= Vt + Vadj). Is output as The zero point adjustment amount Vadj is a signal for correcting a flow rate measurement error of each thermal flow meter due to a variation in resistance values of the temperature sensors Ru and Rd and the fixed resistors Rx and Ry.
[0038]
The calculation unit 5 ′ outputs the zero point adjustment amount Vadj so that the sensor output signal Vout output from the flow detection circuit 3 becomes zero when the flow rate FQ of the gas flowing through the flow sensor is zero (0). This zero point adjustment amount Vadj is adjusted at the time of shipment of the thermal flow meter.
[0039]
As described above, the flow rate detection circuit 3 converts a change in resistance due to heat of the pair of temperature sensors Ru and Rd into a temperature difference signal Vt. The flow rate FQ of the gas flowing along the flow sensor can be obtained from the sensor output signal Vout obtained by offsetting the temperature difference signal Vt.
[0040]
Next, the calculation unit 5 'obtains the amount of driving electricity supplied to the heater element Rh from the voltages V1 and V2 of the heater driving circuit 1, obtains the fluid pressure PQ based on the amount of driving electricity, and calculates the flow rate detection circuit. The flow rate FQ of the fluid is obtained based on the sensor output signal Vout output from the control unit 3. The calculation unit 5 ′ includes a heater drive electric amount detection unit 5 a, a pressure calculation unit 5 b, and a flow rate calculation unit 5 c that obtains a flow rate of the fluid based on the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 3. I have.
[0041]
The operation of the heater drive electric quantity detecting means 5a is the same as that of the first embodiment. The pressure calculating means 5b calculates the fluid pressure PQ based on the driving electric quantity (heater driving voltage, heater driving current or heater power consumption) obtained by the heater driving electric quantity detecting means 5a. The configuration of the pressure conversion table 6a of the storage unit 6 'is the same as that shown in the first embodiment, and the operation of the pressure calculation means 5b for obtaining the fluid pressure PQ with reference to the pressure conversion table 6a is also the same. This is the same as the first embodiment.
[0042]
Next, the flow rate calculating means 5c calculates the flow rate FQ of the fluid based on the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 3. Hereinafter, the relationship between the sensor output signal Vout and the flow rate FQ will be described. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the sensor output signal Vout and the fluid flow rate FQ in the thermal flow meter. The characteristics shown in FIG. 5 are obtained by flowing a fluid having a known flow rate through a pre-calibrated thermal flow meter. FIG. 5 shows that the sensor output signal Vout increases as the fluid flow rate FQ increases, and that the flow rate FQ can be uniquely specified from the sensor output signal Vout.
[0043]
The flow rate conversion table 6b of the storage unit 6 ′ stores the relation shown in FIG. 5, that is, data in which the sensor output signal Vout is associated with the fluid flow rate FQ. The data stored in the flow rate conversion table 6b is read to specify the flow rate FQ of the fluid in accordance with a request from the flow rate calculating means 5c. Then, the flow rate calculating unit 5c searches the data read from the flow rate conversion table 6b for a value closest to the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 3, and corresponds to the searched data of the sensor output signal Vout. The flow rate FQ is obtained from the data read from the flow rate conversion table 6b, and the flow rate FQ (gas flow rate measurement value) is output as a flow rate signal.
[0044]
Further, the flow rate calculating means 5c corrects the value of the flow rate FQ according to the fluid pressure PQ calculated by the pressure calculating means 5b. Specifically, after calculating the flow rate FQ according to the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 3, the flow rate calculation means 5c corrects the flow rate FQ according to the value of the pressure PQ. Thereby, an error of the flow rate FQ due to the change of the pressure PQ can be eliminated, and a highly accurate flow rate measurement value can be obtained.
[0045]
Thus, the calculation unit 5 ′ outputs the value of the pressure PQ calculated by the pressure calculation unit 5b as a pressure signal, and outputs the value of the flow rate FQ calculated by the flow rate calculation unit 5c as a flow signal. The arithmetic unit 5 ′ monitors the heater drive voltage V1, and when the heater drive voltage V1 exceeds a predetermined upper limit, turns on the transistor Q2 and applies the heater drive voltage V1 to the heater element Rh. To stop. Thereby, abnormal heating of the heater element Rh can be prevented.
[0046]
The display unit 7 'of the thermal flow meter displays data calculated by the calculation unit 5' and condition data necessary for the calculation.
[0047]
As described above, according to the present embodiment, the pressure PQ is calculated based on the amount of driving electricity supplied to the heater element Rh. It can be realized with a simple configuration at low cost. Further, according to the present embodiment, heater driving circuit 1 used for detecting pressure is a circuit originally used for detecting the flow rate of fluid. Therefore, since it is not necessary to separately provide a means for detecting the pressure of the fluid and a means for detecting the flow rate, the size of the thermal flow meter can be reduced as compared with a case where a pressure gauge is separately provided. And cost can be reduced.
[0048]
Note that the thermal flow meter of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the flow rate calculating unit 5c obtains the flow rate FQ of the fluid from the sensor output signal Vout output from the flow rate detection circuit 3 using a preset relational expression relating the sensor output signal Vout and the flow rate FQ of the fluid. You may do so. By using the preset relational expression, the flow rate FQ can be obtained without referring to the flow rate conversion table 6b in the storage unit 6 '.
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, a heater element that generates heat to a predetermined temperature, a driving electric amount detecting unit that detects a driving electric amount supplied to the heater element, and a gas that contacts the heater element based on the driving electric amount Pressure calculation means for determining the pressure of the gas, the pressure of the gas is determined based on the amount of driving electricity supplied to the heater element, so that a pressure gauge can be realized with a simple configuration and the size can be reduced. And cost can be reduced.
[0050]
Further, by providing a pressure conversion table that stores data that associates the amount of driving electricity supplied to the heater element with the pressure of the gas, the pressure of the gas can be obtained.
[0051]
Further, in a thermal flow meter that detects a flow rate of a fluid using a flow sensor, a driving electric quantity detecting unit that detects a driving electric quantity supplied to the heater element, and a fluid that flows through the flow sensor based on the driving electric quantity. Pressure calculation means for obtaining the pressure of the fluid, the pressure of the fluid is obtained based on the amount of driving electricity supplied to the heater element. Therefore, the pressure gauge built in the thermal flow meter can be reduced in size and cost. And can be realized with a simple configuration. In addition, since a part of the means for detecting the flow rate can also be used as a means for detecting the pressure, the size of the thermal flow meter can be reduced as compared with a case where a pressure gauge is separately provided. And cost can be reduced.
[0052]
Further, the pressure of the fluid can be obtained by providing a pressure conversion table that stores data in which the amount of driving electricity supplied to the heater element is associated with the pressure of the fluid.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a pressure gauge according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between heater power consumption and gas pressure in the pressure gauge of FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between gas pressure and thermal conductivity.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a thermal flow meter according to a second embodiment of the present invention.
5 is a characteristic diagram showing a relationship between a sensor output signal and a flow rate of a fluid in the thermal flow meter of FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional thermal flow meter having a built-in pressure gauge.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a flow sensor in the thermal type flow meter.
FIG. 8 is a block diagram showing a partial configuration of a circuit using the flow sensor of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heater drive circuit, 2, 4 ... Bridge circuit, 3 ... Flow rate detection circuit, 5 5 '... Calculation part, 5a ... Heater drive electric quantity detection means, 5b ... Pressure calculation means, 5c ... Flow rate calculation means, 6, 6 ': storage unit, 6a: pressure conversion table, 6b: flow rate conversion table, 7, 7': display unit, Vout: sensor output signal, Rh: heater element, Ru: first temperature sensor, Rd: second Temperature sensor, Rr: ambient temperature sensor.

Claims

A heater element that generates heat to a predetermined temperature;
Driving electric amount detecting means for detecting the driving electric amount supplied to the heater element,
A pressure gauge, comprising: pressure calculating means for calculating a pressure of a gas in contact with the heater element based on the driving electric amount.

The pressure gauge according to claim 1,
A pressure conversion table that stores data that associates the amount of driving electricity supplied to the heater element with the pressure of the gas,
A pressure gauge, wherein the pressure calculating means obtains the pressure of the gas by referring to the pressure conversion table based on the driving electric quantity detected by the driving electric quantity detecting means.

An ambient temperature sensor for detecting the temperature of the fluid, a heater element for generating heat so as to be higher than the temperature detected by the ambient temperature sensor by a constant temperature, and a first temperature sensor disposed upstream of the heater element And a thermal flow meter that detects a flow rate of the fluid using a flow sensor including a second temperature sensor disposed downstream of the heater element;
Flow rate detecting means for outputting a sensor output signal indicating a difference between the temperature detected by the first temperature sensor and the temperature detected by the second temperature sensor;
Driving electric amount detecting means for detecting the driving electric amount supplied to the heater element,
Pressure calculation means for obtaining the pressure of the fluid flowing through the flow sensor based on the amount of drive electricity,
And a flow rate calculating means for calculating a flow rate of the fluid based on a sensor output signal output from the flow rate detecting means.

The thermal flowmeter according to claim 3,
A pressure conversion table that stores data that associates the amount of drive electricity supplied to the heater element with the pressure of the fluid,
The thermal flow meter according to claim 1, wherein the pressure calculating means obtains the pressure of the fluid by referring to the pressure conversion table based on the driving electric quantity detected by the driving electric quantity detecting means.