JP2004340963A - Ｃｔ法で測定するための質量流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】 流管内の流れが弱いときに、測定信号が一時的に低下することを防止する質量流量計を提供することを目的とする。
【解決手段】 上流の位置（Ａ）に温度センサーおよび下流位置（Ｂ）にヒーター（Ｈ）を有する、作動中流体がその中を流れる流管、および、位置Ａと位置Ｂの間の温度差を予め定められた一定の値に保つための電力制御手段および温度測定手段を有する、流量センサーが設けられた熱式の質量流量計。流量計には、流れがない場合、あるいは、流れが弱い場合、管を経由して、位置ＢからＡへの熱伝導によって、位置Ａの温度が上昇するのを防ぐ手段が、位置ＡとＢとの間に設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、第一（上流）の位置Ａおよび第二（下流）の位置Ｂを有する管中を、作動中に流体が流れる該管、第二（下流）の位置ＢにおけるヒーターＨ、および、位置ＡおよびＢ間の温度差を作動中に予め定められた一定の値に保つための電力制御手段および温度測定手段を有する流量センサーが設けられている熱式の質量流量計に関する。

熱の原理によって動作する各種の質量流量計が、既知である。 一般に、その質量流量を測定すべき、気体または液体などの流体の流れ、あるいは、二相流は、層流または乱流の形態で、流管内に通される。例えば、管の周りにコイル状に巻かれた抵抗線により、流管が局部的にに加熱されると、熱は、熱伝導によって管壁を通して気体または液体の流れに伝えられる。気体または液体の流れが熱を運ぶ（輸送する）という事実は、質量流量を測定する各種の方法の基礎をなすものである。

既知の熱式の質量流量計の一つは、例えば、特許文献１に記述されている。この既知の質量流量計は、第一の位置に、管の周りにコイル状に巻かれ、かつ、熱源またはヒーターとして、かつ、温度センサーとして作用する抵抗線が設けられ、さらに上流に配置された温度センサーが設けられた、熱伝導性の流管の形態の流量センサーを含んでいる。制御回路が、流動中の温度センサー間の温度差を一定に保つように働き、管内を流れる流体の質量流量が、制御回路のデータから求められる。この方法は、定温（ＣＴ）法と呼ばれている。
ＥＰ−Ａ １１３９０７３

かかる測定システムの欠点の一つは、管内に比較的弱い流れがある時、測定信号に望ましくない一時的低下が生じるということである。

本発明は、この一時的低下の発生をできるだけ防ぐことをその目的とする。本発明によれば、冒頭のパラグラフで記述した種類の質量流量計は、この目的のため、流れがない場合、あるいは、流れが弱い場合に、位置ＢからＡへの管を介しての熱伝導による、位置Ａでの温度上昇を防ぐ手段が設けられていることを特徴とする。

本発明は、以下の認識に基づいている。温度センサーとヒーター（発熱素子）の間の温度差は、ＣＴ（定温）流量測定法で一定に保たれる。このために、ある一定の電力が必要である。この電力は、流量の目安となる。電力制御は、温度差を一定に保つために存在している。しかしながら、流れがない場合、あるいは、流れが比較的弱い場合、発熱素子を加熱するための電力は、例えば、放射損失は別として、主として、管を介しての伝熱で費やされる。温度センサー（位置Ａにある）の温度は、その結果、上昇し、かつ、正のフィードバック効果が、電力制御に生じ、その結果、必要な電力が上昇する。センサーの温度がもはや発熱素子によって影響されないように、十分な熱が、流体により費やされることは、ある一定の流量値となるまで実現されるまで、ないであろう。ゼロ流量からこの点まで、所要電力は、減少し、この点以上になると、再び増加するであろう。この効果は、測定信号に望ましくない一時的低下を引き起こす。

本発明は、流れがない場合、あるいは、流れが弱い場合に、管を通しての伝熱により温度センサーの温度が上昇するのを防ぐ手段を提供する。これらの手段は、受動的なものでも能動的なものでもよい。

手段が受動的な場合、それらは、例えば、管の位置ＡとＢの間の位置で該管に該手段の一端部で接触し、他端部で温度均等化体に接触する熱短絡手段を含んでいてもよい。管は、例えば、Ｕ字形であり、二つの端を持っていてもよいし、そして、温度均等化体は、Ｕ字形管の端部が通される二つの穴を有する固体金属体（「ベース」）でもよい。そして、熱短絡手段は、例えば、管とベースを接続する銅片によって形成されていてよい。 別の実施形態では、ハウジングがベース上に置かれ、かつ、管はハウジングの内部にある。ハウジングには、熱短絡手段を形成する目的のために、管と熱接触している内部タグが設けられてもよい。その結果、タグおよびハウジングを通して熱をベースに逃がすことができる。熱短絡手段は、流れがない場合、あるいは、流れが弱い場合、管を介しての伝熱によって、温度センサーの温度が上昇するのを防ぐ。熱短絡手段（すなわち、銅片またはハウジングのタグ）は、管より熱伝導率が良いので、センサーと素子の間の温度は、ベースの温度で実質的に均等化される。測定信号の一時的低下は、その結果、実質的に減少するか、または回避すらされる。

熱短絡手段は、能動的である場合、質量流量値により、オン／オフの切り換えができるよう設計される。

本発明は、以上のように、第一（上流）の位置Ａおよび第二（下流）の位置Ｂを有する管中を、作動中に流体が流れる該管、第二（下流）の位置ＢにおけるヒーターＨを有する質量流量計において、位置ＡおよびＢ間の温度差を作動中に予め定められた一定の値に保つための電力制御手段および温度測定手段を有することとしたので、管内に比較的弱い流れがある時、測定信号に望ましくない一時的低下が生じるということがなくなる。

本発明のこれらおよび他の態様について、図面を参照して、以下に、より詳細に説明する。

図１は、流管２を有する従来の流量センサーの正面図である。巻線３の形態の温度センサーが、位置Ａに存在する。位置Ｂには、流量測定中に電力が供給される巻線４の形態の発熱素子（ヒーター）がある。温度センサー３と発熱素子４の間の温度差は、ＣＴ（定温）流量測定法の電力制御装置によって、一定に保たれる。このためには、ある一定の電力が必要である。この電力は、流量の目安となる。しかしながら、流れがない場合、あるいは、流れが比較的弱い場合、発熱素子を加熱する電力は、主として管２を介しての伝熱（伝導）により費やされる。したがって、温度センサーの温度は上昇し、そして、正のフィードバックが電力制御に生じ、その結果、所要電力量が増加する。もし、温度センサーの領域での温度が上昇し、目的が、ヒーターと温度センサーの間の温度差を一定に保つことであるなら、ヒーターの温度が上昇しなければならないことは、明らかである。この目的のためには、より多くの電力が、ヒーターに供給されなくてはならない。しかし、その場合、管を通しての伝熱（伝導）は、センサーの温度上昇などをさらに引き起こすこととなる。これは、しばらく続く反復のプロセスである。したがって、流れが弱い場合、供給された電力は、しばらくの間、流れとのいかなる直接的な関係ももっていない。言い換えれば、従来の質量流量計は、この点で鈍感である。十分な熱が媒体により除去され、温度センサーの温度が、もはや発熱素子により影響されないようになることは、ある一定の流量が達成されるまでない。ゼロから、この点まで、必要な電力は、減少するであろう、そして、その点以上では、所要電力は、再び増加するであろう。この効果は、前記の測定信号に一時的低下を引き起こす。

例えば、銅で作らた熱短絡回路片５（図２参照）は、温度センサーの温度が管２を介した伝熱により上昇するのを防ぐ。該片は、管より良い熱伝導率を有しているので、温度センサーと発熱体の間の温度は、ベース１の温度で実質的に均等化される。その結果、測定信号の一時的低下は、相当減少する。

図３は、流量センサーのための流管６の一部の縦断面図である。温度センサーとして作用できる導電性材料の巻線７が、上流の位置の管６の上に設けられる。それは、温度Ｔｕを示す。感温抵抗素材からなる巻線８は、ヒーターおよび温度センサーとして機能するよう、下流の位置に設けられている。電力Ｐ１は、加熱目的のため、ヒーター８に供給される。温度センサーとして使用される場合、巻線８は、温度Ｔｄを示す。ペルチェ素子９は、この場合、能動的な熱短絡手段として巻線７と８の間の管上に設けられる。この素子に供給される電圧の極性によって、それは、加熱と同様に冷却することができる。その結果、冷却モードでは、それは能動的な熱短絡手段として作用することができる。ペルチェ素子９は、弱い流れで制御することができ、巻線７とペルチェ素子の間の温度勾配は、ゼロまで制御される。

要約すると、本発明は、上流の位置（Ａ）に温度センサーおよび下流の位置（Ｂ）にヒーター（Ｈ）を有する、作動流体が流れる流管、および、作動中に位置ＡとＢの間の温度差を予め定められた一定の値に保つための電力制御手段および温度測定手段を有する温度センサーが設けられた熱式の質量流量形に関する。位置ＡとＢの間では、流量計には、流れがない場合、あるいは、流れが弱い場合に、管を経由して位置Ｂから位置Ａへの熱伝導により位置Ａの温度が上昇するのを防ぐ手段が設けられている。

従来の熱式の質量流量計のためのセンサーを示す。 本発明による質量流量計のためのセンサーの第一の実施形態を示す。 本発明による質量流量計のためのセンサーの第二の実施形態を、縦断面図で示す。

符号の説明

１ 温度均等化体（ベース）
２ 管
３ センサ
４ 発電素子
５ 温度上昇防止手段（熱短絡回路片）
Ａ 第一位置
Ｂ 第二位置

Claims (7)

1. 第一（上流）の位置Ａおよび第二（下流）の位置Ｂを有する、管中を作動中に流体が流れる該管、第二（下流）の位置ＢにおけるヒーターＨ、および、作動中に位置ＡとＢの間の温度差を予め定められた一定の値に保つための電力制御手段および温度測定手段が設けられている熱式の質量流量計において、管の中を通る流体の流れがない場合、あるいは、流れが弱い場合、管を経由しての伝熱により位置Ａの温度が上昇するのを防ぐための手段が設けられていることを特徴とする熱式の質量流量計。
2. ヒーターＨは、管によって支持される抵抗線の電気巻線の形態をなしていることとする請求項１に記載の質量流量計。
3. 前記手段は、能動的に制御可能であり、流量の値により、オン／オフの切り換えが可能であることとする請求項１に記載の質量流量計。
4. 能動的に制御可能な手段は、位置Ａと位置Ｂの間で管に設けられたペルチェ素子を含むこととする請求項３に記載の質量流量計。
5. 前記手段は、受動的であることとする請求項１に記載の質量流量計。
6. 受動的手段は、位置Ａと位置Ｂの間で管へ、一端部で接続される熱短絡回路手段を含むこととする請求項５に記載の質量流量計。
7. 熱短絡回路手段は、他端部で温度均等化体に接続されることとする請求項６に記載の質量流量計。

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