JP2006138840A - Current meter and flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス等の流体の流速乃至流量をその流路上において測定する流速計及び流量計に関するものである。 The present invention relates to a velocimeter and a flow meter that measure the flow velocity or flow rate of a fluid such as a gas on the flow path.
例えばガス等の流体の流量を流路上において測定する際に、既知の流路断面積に乗じて流量を求めるのに必要な、流路を流れる流体の速度を検出する技術として、流路上に配置したヒータを交流信号により通電駆動し、このヒータから流路における流体の流れ方向に間隔をおいて配置した温度センサが、ヒータから放出される熱の伝搬速度に応じて出力する交流信号と、ヒータの通電駆動に用いる交流信号との位相差を求める方法が知られている(例えば特許文献1)。
しかし、上記した、温度センサの出力信号とヒータの通電駆動に用いる交流信号との位相差から流体の流速を求める従来の方法では、例えば、流体が流れる流路の上流側に接続されているガスヒートポンプのような消費源が頻繁に燃焼と燃焼停止を繰り返す等の原因で、流路を流れる流体に脈動が生じていると、温度センサの出力信号中に本来の流速に応じた周波数成分とは異なる、脈動の周波数に応じた周波数成分が重畳されてしまい、ヒータの通電駆動に用いる交流信号との位相差から流体の流速を正確に求めることができないという不具合があった。 However, in the conventional method for obtaining the flow velocity of the fluid from the phase difference between the output signal of the temperature sensor and the AC signal used for energization driving of the heater, for example, the gas connected to the upstream side of the flow path through which the fluid flows If a pulsation occurs in the fluid flowing through the flow path due to frequent repetition of combustion and combustion stop by a consumption source such as a heat pump, the frequency component corresponding to the original flow rate in the output signal of the temperature sensor is A different frequency component corresponding to the frequency of pulsation is superimposed, and there is a problem that the flow velocity of the fluid cannot be accurately obtained from the phase difference from the AC signal used for energization driving of the heater.
そして、流体中に生じた脈動の影響により流体の流速を正確に求めることができなくなる不具合は、ヒータの通電駆動に用いる交流信号と温度センサの出力信号との位相差から流体の流速を求める場合に限らず、温度センサの出力信号の波形に基づいて流体の流速を求める場合に総じて当てはまるものである。 The problem that the fluid flow velocity cannot be obtained accurately due to the influence of pulsation generated in the fluid is that the fluid flow velocity is obtained from the phase difference between the AC signal used for the heater energization drive and the temperature sensor output signal. The present invention is not limited to this, and is generally applicable when the flow velocity of the fluid is obtained based on the waveform of the output signal of the temperature sensor.
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、流路における流体の流れ方向に間隔をおいて配置した熱源と温度センサを用い、上記した交流信号やこれを直線シフトした信号のような、駆動手段が出力する一定の周期で電圧が変化する周期電圧波形の信号により通電駆動された熱源から伝搬される熱を検出した温度センサが出力する流速信号の波形に基づいて、流路を流れる流体の流速乃至流量を測定する際に、流体中に脈動が生じていてもその影響を受けずに流体の流速乃至流量を高精度に測定できる流速計及び流量計を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to use the heat source and the temperature sensor arranged at intervals in the flow direction of the fluid in the flow path, and use the AC signal described above or a signal obtained by linearly shifting the AC signal. Based on the waveform of the flow velocity signal output by the temperature sensor that detects the heat propagated from the heat source that is energized and driven by the signal of the periodic voltage waveform that changes in voltage at a constant cycle output by the driving means, such as To provide a velocity meter and a flow meter capable of measuring the flow velocity or flow rate of a fluid with high accuracy without being affected even when pulsation occurs in the fluid when measuring the flow velocity or flow rate of the fluid flowing through the passage. is there.
上記目的を達成する請求項1乃至請求項3記載の本発明は流速計に関するものであり、請求項4記載の本発明は流量計に関するものである。
The present invention according to
そして、請求項1に記載した本発明の流速計は、被測定対象の流体の流路上に配置した熱源を、駆動手段が出力する、一定の周期で電圧が変化する周期電圧波形の駆動信号により通電駆動し、前記流路における流体の流れ方向に前記熱源から間隔をおいて配置した温度センサにより、前記熱源により放出又は吸収される熱を検出して、検出した熱の温度に応じた流速信号を前記温度センサから出力させ、該流速信号の波形に基づいて、前記流路を流れる流体の流速を測定する流速計において、前記駆動信号の周波数と同じ周波数帯域、又は、該駆動信号の周波数の倍の周波数帯域の信号を通過させ、それ以外の周波数帯域の信号をカットするバンドパスフィルタに、前記温度センサから出力させた前記流速信号を通過させ、該バンドパスフィルタの通過後の前記流速信号の波形に基づいて、前記流路を流れる流体の流速を測定することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the current source arranged on the flow path of the fluid to be measured is output by the drive means, and the drive signal having a periodic voltage waveform in which the voltage changes at a constant period. A flow rate signal corresponding to the detected heat temperature is detected by detecting the heat released or absorbed by the heat source by a temperature sensor that is energized and is disposed at a distance from the heat source in the fluid flow direction in the flow path. Output from the temperature sensor, and based on the waveform of the flow velocity signal, a flowmeter that measures the flow velocity of the fluid flowing through the flow path, or the same frequency band as the frequency of the drive signal, or the frequency of the drive signal The frequency signal output from the temperature sensor is passed through a band-pass filter that passes a signal in the double frequency band and cuts the signal in the other frequency band. Based on the waveform of the flow rate signal after passage of data, and measuring the flow rate of the fluid flowing through the flow channel.
また、請求項2に記載した本発明の流速計は、請求項1に記載した本発明の流速計において、前記熱源がヒータであり、前記駆動手段が、周期電圧波形の信号を直流シフトさせた正電位又は負電位の前記駆動信号により前記ヒータを通電駆動させるものとした。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the anemometer of the present invention, wherein the heat source is a heater, and the driving means DC-shifts the signal of the periodic voltage waveform. The heater is energized and driven by the drive signal having a positive potential or a negative potential.
さらに、請求項3に記載した本発明の流速計は、請求項1又は2記載の流速計において、前記駆動信号が方形波であり、前記バンドパスフィルタの通過後の、前記駆動信号と同じ周波数の正弦波に波形整形した後の前記流速信号の波形に基づいて、前記流路を流れる流体の流速を測定するものとした。
Furthermore, the flowmeter of the present invention described in
また、請求項4に記載した本発明の流量計は、被測定対象の流体の流路上で放出又は吸収される熱を、該熱の放出箇所又は吸収箇所から前記流路における流体の流れ方向に間隔をおいて配置した温度センサにより検出し、該温度センサが検出した熱の温度に応じて出力する流速信号に基づいて、前記流路を流れる流体の流量を測定する流量計であって、請求項1、2又は3記載の流速計を備え、前記流速計により測定された前記流路を流れる流体の流速、及び、前記流路の既知の断面積を用いて、前記流路を流れる流体の流量を測定することを特徴とする。
Further, the flowmeter of the present invention described in
請求項1に記載した本発明の流速計によれば、駆動手段が周期電圧波形の信号の駆動信号により熱源を通電駆動させると、熱源の通電量乃至放出(又は吸収)熱量が連続的に増減され、これに追従して温度センサが出力する流速信号のレベルが増減するので、流速信号は、駆動信号と同じ周波数の信号成分、又は、駆動信号の周波数の倍の周波数成分を含む交流波形となる。
According to the velocimeter of the present invention as set forth in
ところで、温度センサが出力する周期電圧波形の流速信号に含まれる、駆動信号と同じ周波数の信号成分、又は、駆動信号の周波数の倍の周波数成分は、その振幅や、駆動手段が熱源の通電駆動に用いる駆動信号との位相差が、流路を流れる流体の流速に応じて変化するので、温度センサが出力する周期電圧波形の流速信号から、駆動信号と同じ周波数の信号成分、又は、駆動信号の周波数の倍の周波数成分を取り出して、その振幅や、駆動手段が熱源の通電駆動に用いる駆動信号との位相差等、流路を流れる流体の流速に応じて変化する波形要素の変動を監視すれば、流路を流れる流体の流速が測定されることになる。 By the way, the signal component having the same frequency as the drive signal or the frequency component twice the frequency of the drive signal included in the flow velocity signal of the periodic voltage waveform output from the temperature sensor has its amplitude and the drive means is driven by energization of the heat source. Since the phase difference with the drive signal used for the flow changes according to the flow velocity of the fluid flowing in the flow path, the signal component of the same frequency as the drive signal or the drive signal from the flow velocity signal of the periodic voltage waveform output from the temperature sensor The frequency component that is twice the frequency of the frequency is extracted, and the fluctuation of the waveform element that changes according to the flow velocity of the fluid flowing in the flow path, such as the amplitude and the phase difference from the drive signal that the drive means uses to drive the heat source, is monitored Then, the flow velocity of the fluid flowing through the flow path is measured.
このため、流路を流れる流体に脈動が生じて、温度センサが出力する周期電圧波形の流速信号中に脈動の周波数成分が重畳されても、駆動信号の周波数と同じ周波数帯域、又は、該駆動信号の周波数の倍の周波数帯域の信号を通過させそれ以外の周波数帯域の信号をカットするバンドパスフィルタにより、流体の流速の測定に用いる駆動信号と同じ周波数帯域以外、又は、該駆動信号の周波数の倍の周波数帯域の以外の周波数の信号成分を、流速信号から除去して、流速信号に含まれる駆動信号と同じ周波数の信号成分、又は、駆動信号の周波数の倍の周波数成分を取り出し、その振幅や位相差等から、脈動の影響を受けずに、流路を流れる流体の流速を高精度で測定することができる。 For this reason, even if pulsation occurs in the fluid flowing through the flow path and the frequency component of pulsation is superimposed on the flow velocity signal of the periodic voltage waveform output from the temperature sensor, the same frequency band as the frequency of the drive signal or the drive A bandpass filter that passes a signal in a frequency band that is twice the frequency of the signal and cuts a signal in the other frequency band, or other than the same frequency band as the drive signal used to measure the flow velocity of the fluid, or the frequency of the drive signal The signal component of the frequency other than the frequency band of twice is removed from the flow rate signal, and the signal component of the same frequency as the drive signal included in the flow rate signal or the frequency component of the frequency of the drive signal is taken out. From the amplitude, phase difference, etc., the flow velocity of the fluid flowing through the flow path can be measured with high accuracy without being affected by pulsation.
また、請求項2に記載した本発明の流速計によれば、請求項1に記載した本発明の流速計において、周期電圧波形の信号を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号により駆動手段がヒータを通電駆動させると、駆動信号の極性が正負の相互間で反転せずヒータの通電量が周期電圧波形状に変化するので、ヒータの放出熱量が周期電圧波形状に増減して、ヒータから放出される熱を検出した温度センサが出力する流速信号の波形が、駆動信号と同じ周波数の周期電圧波形となる。
Further, according to the flowmeter of the present invention described in claim 2, in the flowmeter of the present invention described in
このため、流速信号中に駆動信号と異なる周波数成分が含まれないようにして、両信号の位相差が流路を流れる流体の流速のみに依存して変化するようにし、これにより、駆動信号と流速信号との位相差に基づいて、流路を流れる流体の流速を高精度で測定することができる。 Therefore, the frequency signal different from the drive signal is not included in the flow velocity signal so that the phase difference between both signals changes only depending on the flow velocity of the fluid flowing through the flow path. Based on the phase difference from the flow velocity signal, the flow velocity of the fluid flowing through the flow path can be measured with high accuracy.
また、請求項1又は2に記載した本発明の流速計において、駆動信号が方形波である場合、駆動信号に追従して周期電圧波形状に増減する熱源の放出熱量に応じて温度センサが出力する、立ち上がり及び立ち下がりに若干の遅延による変形が生じた周期電圧波形の流速信号を、駆動信号の周波数だけを選択的に通過させるバンドパスフィルタを用いて駆動信号と同じ周波数の正弦波に波形整形し、この正弦波に波形整形した後の流速信号を、流路を流れる流体の流速を測定する基の信号とすることができる。
Further, in the velocimeter of the present invention described in
そして、請求項4に記載した本発明の流量計によれば、請求項1、2又は3に記載した本発明の流速計によって高精度で測定された、流路を流れる流体の流速を用いて、流路を流れる流体の流量を高精度で計測することができる。
According to the flowmeter of the present invention described in
以下、本発明による流量計の実施形態を、流速計の実施形態と共に、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a flow meter according to the present invention will be described together with an embodiment of a current meter with reference to the drawings.
まず、本発明による流速計を適用した本発明の第1乃至第3実施形態に係るガス流量計と、後に説明する本発明の第7乃至第9実施形態に係るガス流量計とにおいて使用されるフローセンサの概略構成について、図1の説明図を参照して説明する。 First, it is used in the gas flowmeter according to the first to third embodiments of the present invention to which the current meter according to the present invention is applied and the gas flowmeter according to the seventh to ninth embodiments of the present invention described later. A schematic configuration of the flow sensor will be described with reference to an explanatory diagram of FIG.
図1中引用符号3で示すフローセンサは、例えば特開平9−257821号公報において図1を参照して説明されているような、Si基板31上にマイクロヒータ33(請求項中のヒータに相当)及びサーモパイル35(請求項中の温度センサに相当)を形成して構成されたものであり、ガス(請求項中の被測定対象の流体に相当)の流路S上に、マイクロヒータ33が流体の流れ方向における上流側に、サーモパイル35が下流側に位置するように配置されている。
A flow sensor denoted by
このフローセンサ3では、マイクロヒータ33を駆動信号により通電駆動することでマイクロヒータ33が熱を放出し、マイクロヒータ33から伝達された熱の温度に応じた起電力がサーモパイル35に発生し、この起電力がサーモパイル35から、流路Sを流れるガスの流量に応じた流速信号として出力されるように構成されている。
In this
次に、上述したフローセンサ3を用いて流路Sを流れるガスの流量を測定する、本発明の第1実施形態に係るガス流量計の概略構成について、図2のブロック図を参照して説明する。
Next, a schematic configuration of the gas flow meter according to the first embodiment of the present invention that measures the flow rate of the gas flowing through the flow path S using the
図2中引用符号1で示す第1実施形態のガス流量計は、前記フローセンサ3と、前記マイクロヒータ33を正弦波状の駆動信号により通電駆動させる駆動回路5(請求項中の駆動手段に相当)と、前記サーモパイル35から出力される流速信号を増幅するアンプ7と、アンプ7によって増幅された流速信号から駆動回路5の駆動信号と同じ周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタ9と、駆動回路5の駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の位相の差を検出し位相差検出信号(請求項中の位相差信号に相当)を出力する位相差検出回路11(請求項中の位相差信号出力手段に相当)とを備えている。
The gas flow meter of the first embodiment indicated by
また、第1実施形態のガス流量計1は、位相差検出回路11からの位相差検出信号から流路Sを流れるガスの流速乃至流量を演算するマイクロコンピュータ等の演算装置13を備えている。
Further, the
尚、前記駆動回路5は、図3に回路図で示すように、水晶発振器51の発振周波数に応じた正弦波の信号を、その振幅の全幅に亘って正電位又は負電位となるように、後段のアンプ53により直流シフトさせて、この正電位又は負電位の正弦波による信号を、前記駆動信号として前記フローセンサ3のマイクロヒータ33に出力するように構成されている。
As shown in the circuit diagram of FIG. 3, the
また、前記位相差検出回路11は、図4に回路図で示すように、駆動回路5の駆動信号をコンデンサC1でカップリングし、電源Vcc(本実施形態ではDC5V)とプルアップ抵抗R1により、抵抗R2とプルアップ抵抗R1との分圧比により定まる電位にプルアップした後、抵抗R3,R4の中点に生成される駆動信号の振幅の中間電位(本実施形態では2.5V)のDC電圧とコンパレータA1で比較し、コンパレータA1の比較出力をRSフリップフロップF/Fの入力Sに入力すると共に、バンドパスフィルタ9を通過した流速信号をコンデンサC2でカップリングし、電源Vccとプルアップ抵抗R5により、抵抗R6とプルアップ抵抗R5との分圧比により定まる電位にプルアップした後、抵抗R3,R4の中点に生成される駆動信号の振幅の中間電位のDC電圧とコンパレータA2で比較し、コンパレータA2の比較出力をRSフリップフロップF/Fの入力Rに入力して、駆動回路5の駆動信号の位相に対してバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の位相がずれている期間、Hレベルの位相差検出信号をRSフリップフロップF/Fから出力するように構成されている。
Further, as shown in the circuit diagram of FIG. 4, the phase
尚、本実施形態では、抵抗R1,R2,R3,R4,R5,R6に全て同じ抵抗値のものが使用されている。 In the present embodiment, the resistors R1, R2, R3, R4, R5, and R6 have the same resistance value.
さらに、前記演算装置13は、位相差検出回路11から出力された位相差検出信号を、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータや、換算したガスの流速から流路Sを流れるガスの流量を演算するために必要な、流路Sの断面積のデータ等を、内部のメモリに記憶している。
Further, the
以上の構成による第1実施形態のガス流量計1では、駆動回路5がマイクロヒータ33を通電駆動させるのに用いる、正弦波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号は、極性が正負の相互間で反転せず単にその電位が正弦波状に変化するだけであり、マイクロヒータ33の通電量も正弦波状に増減されるので、マイクロヒータ33から放出される熱を検出したサーモパイル35が出力する流速信号の波形は、駆動信号と同じ周波数の波形となる。
In the
駆動信号と同じ周波数の波形であるとはいえ、サーモパイル35が出力する流速信号には、駆動信号と同じ基本周波数成分に加えて他の周波数成分が重畳されているのに対し、流速の変化に対する流速信号の位相差の変化は流速信号の周波数に依存して定まるため、基本周波数以外の周波数成分を含んでいるサーモパイル35からの流速信号をそのままの波形で使用したのでは、位相差検出回路11における駆動信号との位相差検出を正確に行うことができない。
Although the waveform has the same frequency as that of the drive signal, the flow velocity signal output from the thermopile 35 is superimposed with other frequency components in addition to the same basic frequency component as that of the drive signal. Since the change in the phase difference of the flow velocity signal is determined depending on the frequency of the flow velocity signal, if the flow velocity signal from the thermopile 35 containing frequency components other than the fundamental frequency is used as it is, the phase
しかし、この流速信号に含まれる基本周波数以外の周波数成分はバンドパスフィルタ9において除去されるので、位相差検出回路11に入力されるのは、駆動信号の基本周波数による正弦波となる。
However, since the frequency components other than the fundamental frequency included in the flow velocity signal are removed by the
そして、サーモパイル35が出力する流速信号の波形は、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、駆動回路5の駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の位相の差に応じたHレベルの期間を有する位相差検出回路11からの位相差検出信号のディーティー比は、流路Sを流れるガスの流速を反映した値となる。
The waveform of the flow velocity signal output from the thermopile 35 is deformed so that the higher the flow velocity of the gas flowing in the flow path S, the higher the phase, the smaller the phase delay with respect to the drive signal, and the larger the amplitude. Therefore, the duty ratio of the phase difference detection signal from the phase
このため、位相差検出回路11からの位相差検出信号を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
For this reason, in the
ところで、例えば、流路Sの上流側に接続されているガスヒートポンプのような消費源が頻繁に燃焼と燃焼停止を繰り返す等の原因で、流路Sを流れるガスに脈動が生じていると、サーモパイル35が出力する流速信号中に、本来のガスの流速に応じた周波数成分とは異なる、脈動の周波数に応じた周波数成分が重畳されてしまうことになる。 By the way, for example, when a consumption source such as a gas heat pump connected to the upstream side of the flow path S repeats combustion and combustion stop frequently, pulsation occurs in the gas flowing through the flow path S. In the flow velocity signal output from the thermopile 35, a frequency component corresponding to the pulsation frequency, which is different from the frequency component corresponding to the original gas flow velocity, is superimposed.
しかし、第1実施形態のガス流量計1では、アンプ7によって増幅された流速信号から駆動回路5の駆動信号と同じ周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタ9が、位相差検出回路11の前段に設けられていることから、脈動の周波数に応じた周波数成分がバンドパスフィルタ9の通過の際に流速信号から除去されて、駆動信号と同じ周波数成分のみの流速信号が位相差検出回路11に供給される。
However, in the
よって、流路Sを流れるガスの流速のみに依存した駆動回路5の駆動信号に対する位相差に応じた位相差検出信号を位相差検出回路11から出力させて、その位相差検出信号を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
Therefore, the phase difference detection signal corresponding to the phase difference with respect to the drive signal of the
尚、第1実施形態のガス流量計1において用いた、駆動回路5の駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の位相の差に応じたHレベルの期間を有する位相差検出信号を出力する位相差検出回路11に代えて、図5のブロック図に示す第2実施形態のガス流量計1Aのように、バンドパスフィルタ9を通過したサーモパイル35からの流速信号のピーク値を、駆動回路5の駆動信号の一周期毎にリセットされつつ周期的に検出するピークホールド回路15(請求項中のピークホールド手段に相当)を用い、ピークホールド回路15によって周期的に検出された、バンドパスフィルタ9を通過した流速信号のピーク値をA/Dコンバータ17によりA/D変換し、A/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を演算装置13が取り込み、そのデジタル値から演算装置13が流路Sを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
The phase difference detection signal having an H level period corresponding to the phase difference of the flow velocity signal that has passed through the
このように構成する場合には、当然、前記演算装置13が内部のメモリに記憶している、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル35から出力されてアンプ7により増幅されバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の、ピークホールド回路15により周期的に検出されたピーク値の、A/Dコンバータ17を経て取り込まれるデジタル値を、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
In the case of such a configuration, as a matter of course, the data relating to the conversion formula for converting into the flow velocity of the gas flowing through the flow path S, which is stored in the internal memory of the
このように構成した第2実施形態のガス流量計1Aにおいても、サーモパイル35が出力する流速信号は駆動信号と同じ周波数となり、この流速信号の波形は、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、ピークホールド回路15によって駆動信号の一周期毎に検出される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に検出される、バンドパスフィルタ9を通過した後の流速信号のピーク値は、流路Sを流れるガスの流速を反映した値となる。
Also in the gas flowmeter 1A of the second embodiment configured as described above, the flow velocity signal output from the thermopile 35 has the same frequency as that of the drive signal, and the waveform of this flow velocity signal indicates that the flow velocity of the gas flowing through the flow path S is high. The faster the phase is, the smaller the phase delay with respect to the drive signal is reduced and the amplitude is increased. Therefore, the
このため、ピークホールド回路15により周期的に検出される流速信号のピーク値の、A/Dコンバータ17によりA/D変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
For this reason, in the
そして、第2実施形態のガス流量計1Aにおいても、ピークホールド回路15の前段に設けられたバンドパスフィルタ9によって、サーモパイル35から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみがピークホールド回路15に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ9の通過の際に除去されることから、流路Sを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値をピークホールド回路15から出力させて、そのA/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
Also in the gas flow meter 1A of the second embodiment, only the same frequency component as that of the drive signal is peaked out of the flow velocity signal output from the thermopile 35 by the
また、第1実施形態のガス流量計1において用いた位相差検出回路11や第2実施形態のガス流量計1Aにおいて用いたピークホールド回路15に代えて、図6のブロック図に示す第3実施形態のガス流量計1Bのように、アンプ7によって増幅されたサーモパイル35からの流速信号を、駆動回路5の駆動信号の一周期毎に積分する積分回路19(請求項中の積分手段に相当)を用い、積分回路19によって駆動信号の一周期毎に積分された、バンドパスフィルタ9を通過した後の流速信号の積分値をA/Dコンバータ17によりA/D変換し、A/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を演算装置13が取り込み、そのデジタル値から演算装置13が流路Sを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
Further, in place of the phase
このように構成する場合には、当然、前記演算装置13が内部のメモリに記憶している、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル35から出力されてアンプ7により増幅されバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の、積分回路19により駆動信号の一周期毎に積分された積分値の、A/Dコンバータ17を経て取り込まれるデジタル値を、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
In the case of such a configuration, as a matter of course, the data relating to the conversion formula for converting into the flow velocity of the gas flowing through the flow path S, which is stored in the internal memory of the
このように構成した第3実施形態のガス流量計1Bにおいても、サーモパイル35が出力する流速信号は駆動信号と同じ周波数となり、この流速信号の波形は、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、積分回路19によって駆動信号の一周期毎に積分される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に積分される、バンドパスフィルタ9を通過した後の流速信号の積分値は、流路Sを流れるガスの流速を反映した値となる。
Also in the gas flow meter 1B of the third embodiment configured as described above, the flow velocity signal output from the thermopile 35 has the same frequency as that of the drive signal, and the waveform of this flow velocity signal indicates that the flow velocity of the gas flowing through the flow path S is high. The faster the phase, the smaller the phase lag with respect to the drive signal and the larger the amplitude, so that the
このため、アンプ7により増幅された流速信号の積分値のA/Dコンバータ17によりA/D変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
For this reason, in the
そして、第3実施形態のガス流量計1Bにおいても、積分回路19の前段に設けられたバンドパスフィルタ9によって、サーモパイル35から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみが積分回路19に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ9の通過の際に除去されることから、流路Sを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値を積分回路19から出力させて、そのA/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
Also in the gas flow meter 1B of the third embodiment, only the same frequency component as the drive signal among the flow velocity signals output from the thermopile 35 is integrated by the
次に、本発明による流速計を適用した本発明の第4乃至第6実施形態に係るガス流量計と、後に説明する本発明の第10乃至第12実施形態に係るガス流量計とにおいて使用されるフローセンサの概略構成について、図7の説明図を参照して説明する。 Next, the gas flowmeter according to the fourth to sixth embodiments of the present invention to which the current meter according to the present invention is applied and the gas flowmeter according to the tenth to twelfth embodiments of the present invention described later are used. A schematic configuration of the flow sensor will be described with reference to an explanatory diagram of FIG.
図7中引用符号3Aで示すフローセンサは、図1を参照して説明したフローセンサ3のマイクロヒータ33に代えて、ペルチェ素子37を用いて構成されたものであり、ガスの流路S上に、ペルチェ素子37が流体の流れ方向における上流側に、サーモパイル35が下流側に位置するように配置されている。
The flow sensor denoted by
このフローセンサ3Aでは、ペルチェ素子37を駆動信号により通電駆動することで、電流の流れる方向に応じてペルチェ素子37が熱を放出又は吸収し、ペルチェ素子37から伝達された熱の温度に応じた起電力がサーモパイル35に発生し、この起電力がサーモパイル35から、流路Sを流れるガスの流量に応じた流速信号として出力されるように構成されている。
In this
次に、上述したフローセンサ3Aを用いて流路Sを流れるガスの流量を測定する、本発明の第4実施形態に係るガス流量計の概略構成について、図8のブロック図を参照して説明する。
Next, a schematic configuration of the gas flowmeter according to the fourth embodiment of the present invention that measures the flow rate of the gas flowing through the flow path S using the
図8中引用符号1Cで示す第4実施形態のガス流量計は、フローセンサ3をフローセンサ3Aに替えた他、駆動回路5から直流シフト用のアンプ53を省略して正電位と負電位とに跨った電位の正弦波による交流信号を、前記駆動信号として前記フローセンサ3Aのペルチェ素子37に出力する駆動回路5Aを用いた点の他は、第1実施形態のガス流量計1と同様に構成されている。
In the gas flow meter of the fourth embodiment indicated by reference numeral 1C in FIG. 8, the
以上の構成による第4実施形態のガス流量計1Cでは、駆動回路5Aがペルチェ素子37を、正電位と負電位とに跨った電位の正弦波による交流の駆動信号で通電駆動させても、極性が正負の相互間で反転した際にペルチェ素子37を流れる電流の向きが反転し、反転前にペルチェ素子37で生じていたペルチェ効果とは逆のペルチェ効果(暖→冷、又は、冷→暖)が発生し、ペルチェ素子37の通電量の増減に対するペルチェ素子37の放出乃至吸収熱量の増減傾向には、ペルチェ素子37を流れる電流の向きの反転の前後に亘って逆転現象が発生しないので、ペルチェ素子37により放出又は吸収される熱を検出したサーモパイル35が出力する流速信号の波形は、駆動信号が、その極性が正負の相互間で反転する交流信号であるか、それとも、その極性が正負の相互間で反転しない直流(シフト)信号であるかに拘わらず、駆動信号と同じ周波数の正弦波状となる。
In the gas flowmeter 1C according to the fourth embodiment having the above-described configuration, even if the
そして、サーモパイル35が出力する流速信号の波形は、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、駆動回路5の駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の位相の差に応じたHレベルの期間を有する位相差検出回路11からの位相差検出信号のディーティー比は、流路Sを流れるガスの流速を反映した値となる。
The waveform of the flow velocity signal output from the thermopile 35 is deformed so that the higher the flow velocity of the gas flowing in the flow path S, the higher the phase, the smaller the phase delay with respect to the drive signal, and the larger the amplitude. Therefore, the duty ratio of the phase difference detection signal from the phase
このため、位相差検出回路11からの位相差検出信号を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
For this reason, in the
そして、第4実施形態のガス流量計1Cにおいても、位相差検出回路11の前段に設けられたバンドパスフィルタ9によって、サーモパイル35から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみが位相差検出回路11に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ9の通過の際に除去されることから、流路Sを流れるガスの流速のみに依存した駆動回路5の駆動信号に対する位相差に応じた位相差信号を位相差検出回路11から出力させて、その位相差検出信号を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
Also in the gas flow meter 1C of the fourth embodiment, only the same frequency component as the drive signal among the flow velocity signals output from the thermopile 35 by the
尚、マイクロヒータ33に代えてペルチェ素子37を用いたフローセンサ3Aは、上記のような作用をサーモパイル35の出力にもたらすので、第4実施形態のガス流量計1Cの第1実施形態のガス流量計1に対する構成の変更と同様の構成変更を、第2実施形態のガス流量計1Aに施して、図9のブロック図に示すような第5実施形態のガス流量計1Dを構成しても、第2実施形態のガス流量計1Aによって発揮されたのと同様の効果を得ることができる。
Since the
また、第4実施形態のガス流量計1Cの第1実施形態のガス流量計1に対する構成の変更や、第5実施形態のガス流量計1Dの第2実施形態のガス流量計1Aに対する構成の変更と同様の構成変更を、第3実施形態のガス流量計1Bに施して、図10のブロック図に示すような、第6実施形態のガス流量計1Eを構成しても、第3実施形態のガス流量計1Bによって発揮されたのと同様の効果を得ることができる。
Moreover, the change of the structure with respect to the
以上の第1乃至第3実施形態のガス流量計1,1A,1Bでは、正弦波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号によりマイクロヒータ33を駆動するものとしたが、本発明は、方形波のように一定の周期で電圧が変化する周期電圧波形の信号を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号でマイクロヒータ33を駆動する場合にも適用可能である。
In the
そこで、上述した第1実施形態のガス流量計1の変形例に相当し、方形波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号でマイクロヒータ33を駆動する、本発明の第7実施形態に係るガス流量計の概略構成について、図11のブロック図を参照して説明する。
Accordingly, the seventh embodiment of the present invention corresponds to a modification of the
図11中引用符号1Fで示す第7実施形態のガス流量計は、第1実施形態のガス流量計1の駆動回路5に代えて、方形波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号によりマイクロヒータ33を駆動する駆動回路5F(請求項中の駆動手段に相当)を用いた点を除くと、その他は第1実施形態のガス流量計1と同様に構成されている。
The gas flow meter of the seventh embodiment indicated by
そして、駆動回路5Fとしては、改めて図示しての説明は省略するものの、例えば周知の無安定マルチバイブレータを用いることができる。
As the
以上の構成による第7実施形態のガス流量計1Fでは、駆動回路5Fがマイクロヒータ33を通電駆動させるのに用いる、方形波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号は、極性が正負の相互間で反転せず単にその電位が方形波状に変化するだけであり、したがって、マイクロヒータ33の通電量も方形波状に増減されるので、マイクロヒータ33からの放出熱量は、立ち上がり及び立ち下がりに若干の遅延による変形が生じた方形波状となり、マイクロヒータ33から放出される熱を検出したサーモパイル35が出力する流速信号の波形も、駆動信号と同じ周波数の立ち上がり及び立ち下がりに若干の遅延による変形が生じた方形波状となる。
In the
ところで、方形波を直流シフトさせた正電位又は負電位のマイクロヒータ33の駆動信号は、基本周波数成分に加えて高調波成分を含んでいるので、サーモパイル35が出力する方形波状の流速信号にも、駆動回路5Fがマイクロヒータ33を通電駆動させるのに用いる駆動信号と同様に、基本周波数以外の高調波成分が含まれているが、流速の変化に対する流速信号の位相差の変化量は流速信号の周波数に依存して定まるため、基本周波数以外の高調波成分を含んでいるサーモパイル35からの流速信号をそのままの波形で使用したのでは、位相差検出回路11における駆動信号との位相差検出を正確に行うことができない。
By the way, since the drive signal of the positive or negative potential microheater 33 obtained by DC-shifting the square wave includes a harmonic component in addition to the fundamental frequency component, the square wave flow velocity signal output from the thermopile 35 is also included. The
しかし、この流速信号に含まれる高調波成分はバンドパスフィルタ9において除去されるので、位相差検出回路11に入力されるのは、駆動信号の基本周波数による正弦波となる。
However, since the harmonic component contained in this flow velocity signal is removed by the band-
そして、サーモパイル35が出力してバンドバスフィルタ9を通過した正弦波の流速信号は、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、駆動回路5Fの駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の位相の差に応じたHレベルの期間を有する位相差検出回路11からの位相差検出信号のディーティー比は、流路Sを流れるガスの流速を反映した値となる。
The sine wave flow rate signal output from the thermopile 35 and passed through the band-
このため、位相差検出回路11からの位相差検出信号を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
For this reason, in the
尚、第7実施形態のガス流量計1Fにおいて用いた、駆動回路5Fの駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の位相の差に応じたHレベルの期間を有する位相差検出信号を出力する位相差検出回路11に代えて、図12のブロック図に示す第8実施形態のガス流量計1Gのように、バンドパスフィルタ9を通過したサーモパイル35からの流速信号のピーク値を、駆動回路5Fの駆動信号の一周期毎にリセットされつつ周期的に検出するピークホールド回路15(請求項中のピークホールド手段に相当)を用い、ピークホールド回路15によって周期的に検出された、バンドパスフィルタ9を通過した流速信号のピーク値をA/Dコンバータ17によりA/D変換し、A/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を演算装置13が取り込み、そのデジタル値から演算装置13が流路Sを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
A phase difference detection signal having an H level period corresponding to the phase difference of the flow velocity signal that has passed through the
このように構成する場合には、当然、前記演算装置13が内部のメモリに記憶している、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル35から出力されてアンプ7により増幅されバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の、ピークホールド回路15により周期的に検出されたピーク値の、A/Dコンバータ17を経て取り込まれるデジタル値を、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
In the case of such a configuration, as a matter of course, the data relating to the conversion formula for converting into the flow velocity of the gas flowing through the flow path S, which is stored in the internal memory of the
このように構成した第8実施形態のガス流量計1Gにおいても、サーモパイル35が出力してバンドバスフィルタ9を通過した流速信号は、駆動信号と同じ周波数となり、その流速信号の波形は、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、ピークホールド回路15によって駆動信号の一周期毎に検出される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に検出される、バンドパスフィルタ9を通過した後の流速信号のピーク値は、流路Sを流れるガスの流速を反映した値となる。
Also in the gas flow meter 1G of the eighth embodiment configured as described above, the flow velocity signal output from the thermopile 35 and passed through the
このため、ピークホールド回路15により周期的に検出される流速信号のピーク値の、A/Dコンバータ17によりA/D変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
For this reason, in the
そして、第8実施形態のガス流量計1Gにおいても、ピークホールド回路15の前段に設けられたバンドパスフィルタ9によって、サーモパイル35から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみがピークホールド回路15に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ9の通過の際に除去されることから、流路Sを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値をピークホールド回路15から出力させて、そのA/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
In the gas flow meter 1G of the eighth embodiment, only the same frequency component as that of the drive signal is peaked out of the flow velocity signal output from the thermopile 35 by the
また、第7実施形態のガス流量計1Fにおいて用いた位相差検出回路11や第8実施形態のガス流量計1Gにおいて用いたピークホールド回路15に代えて、図13のブロック図に示す第9実施形態のガス流量計1Hのように、アンプ7によって増幅されたサーモパイル35からの流速信号を、駆動回路5の駆動信号の一周期毎に積分する積分回路19(請求項中の積分手段に相当)を用い、積分回路19によって駆動信号の一周期毎に積分された、バンドパスフィルタ9を通過した後の流速信号の積分値をA/Dコンバータ17によりA/D変換し、A/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を演算装置13が取り込み、そのデジタル値から演算装置13が流路Sを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
Further, in place of the phase
このように構成する場合には、当然、前記演算装置13が内部のメモリに記憶している、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル35から出力されてアンプ7により増幅されバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の、積分回路19により駆動信号の一周期毎に積分された積分値の、A/Dコンバータ17を経て取り込まれるデジタル値を、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
In the case of such a configuration, as a matter of course, the data relating to the conversion formula for converting into the flow velocity of the gas flowing through the flow path S, which is stored in the internal memory of the
このように構成した第9実施形態のガス流量計1Hにおいても、サーモパイル35が出力してバンドバスフィルタ9を通過した流速信号は、駆動信号と同じ周波数の正弦波となり、その流速信号の波形は、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、積分回路19によって駆動信号の一周期毎に積分される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に積分される、バンドパスフィルタ9を通過した後の流速信号の積分値は、流路Sを流れるガスの流速を反映した値となる。
Also in the gas flow meter 1H of the ninth embodiment configured as described above, the flow velocity signal output from the thermopile 35 and passed through the
このため、アンプ7により増幅された流速信号の積分値のA/Dコンバータ17によりA/D変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
For this reason, in the
そして、第9実施形態のガス流量計1Hにおいても、積分回路19の前段に設けられたバンドパスフィルタ9によって、サーモパイル35から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみが積分回路19に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ9の通過の際に除去されることから、流路Sを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値を積分回路19から出力させて、そのA/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
Also in the gas flow meter 1H of the ninth embodiment, only the frequency component same as the drive signal among the flow velocity signals output from the thermopile 35 is integrated by the band-
同様に、以上の第4乃至第6実施形態のガス流量計1C,1D,1Eでは、正電位と負電位とに跨った電位の正弦波による交流の駆動信号によりマイクロヒータ33を駆動するものとしたが、本発明は、方形波のように一定の周期で電圧が変化する周期電圧波形の、正電位と負電位とに跨った電位の交流の駆動信号でペルチェ素子37を駆動する場合にも適用可能である。
Similarly, in the gas flowmeters 1C, 1D, and 1E of the fourth to sixth embodiments described above, the microheater 33 is driven by an alternating drive signal using a sine wave of a potential across a positive potential and a negative potential. However, the present invention is also applicable to the case where the
そこで、上述した第4実施形態のガス流量計1Cの変形例に相当し、正電位と負電位とに跨った電位の方形波による交流の駆動信号でペルチェ素子37を駆動する、本発明の第7実施形態に係るガス流量計の概略構成について、図14のブロック図を参照して説明する。
Therefore, it corresponds to a modification of the gas flow meter 1C of the fourth embodiment described above, and the
図14中引用符号1Jで示す第10実施形態のガス流量計は、第4実施形態のガス流量計1Cの駆動回路5Aに代えて、第7実施形態のガス流量計1Fの駆動回路5Fから直流シフト用の構成を省略して正電位と負電位とに跨った電位の方形波による交流信号を、前記駆動信号として前記フローセンサ3Aのペルチェ素子37に出力する駆動回路5J(請求項中の駆動手段に相当)を用いた点を除くと、その他は第4実施形態のガス流量計1Cと同様に構成されている。
The gas flow meter of the tenth embodiment indicated by reference numeral 1J in FIG. 14 is replaced with a direct current from the
そして、駆動回路5Jとしては、改めて図示しての説明は省略するものの、例えば周知の無安定マルチバイブレータを用いることができる。
As the
以上の構成による第10実施形態のガス流量計1Jでは、駆動回路5Jがペルチェ素子37を、正電位と負電位とに跨った電位の方形波による交流の駆動信号で通電駆動させても、極性が正負の相互間で反転した際にペルチェ素子37を流れる電流の向きが反転し、反転前にペルチェ素子37で生じていたペルチェ効果とは逆のペルチェ効果(暖→冷、又は、冷→暖)が発生し、ペルチェ素子37の通電量の増減に対するペルチェ素子37の放出乃至吸収熱量の増減傾向には、ペルチェ素子37を流れる電流の向きの反転の前後に亘って逆転現象が発生しないので、ペルチェ素子37により放出又は吸収される熱を検出したサーモパイル35が出力する流速信号の波形は、駆動信号が、その極性が正負の相互間で反転する交流信号であるか、それとも、その極性が正負の相互間で反転しない直流(シフト)信号であるかに拘わらず、駆動信号と同じ周波数の立ち上がり及び立ち下がりに若干の遅延による変形が生じた方形波状となる。
In the gas flow meter 1J according to the tenth embodiment having the above-described configuration, even if the
ところで、正電位と負電位とに跨った電位の方形波によるペルチェ素子37の駆動信号は、基本周波数成分に加えて高調波成分を含んでいるので、サーモパイル35が出力する方形波状の流速信号にも、駆動回路5Fがペルチェ素子37を通電駆動させるのに用いる駆動信号と同様に、基本周波数以外の高調波成分が含まれているが、流速の変化に対する流速信号の位相差の変化量は流速信号の周波数に依存して定まるため、基本周波数以外の高調波成分を含んでいるサーモパイル35からの流速信号をそのままの波形で使用したのでは、位相差検出回路11における駆動信号との位相差検出を正確に行うことができない。
By the way, since the drive signal of the
しかし、この流速信号に含まれる高調波成分はバンドパスフィルタ9において除去されるので、位相差検出回路11に入力されるのは、駆動信号の基本周波数による正弦波となる。
However, since the harmonic component contained in this flow velocity signal is removed by the band-
そして、サーモパイル35が出力してバンドバスフィルタ9を通過した正弦波の流速信号は、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、駆動回路5Jの駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の位相の差に応じたHレベルの期間を有する位相差検出回路11からの位相差検出信号のディーティー比は、流路Sを流れるガスの流速を反映した値となる。
The sine wave flow rate signal output from the thermopile 35 and passed through the band-
このため、位相差検出回路11からの位相差検出信号を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
For this reason, in the
尚、第10実施形態のガス流量計1Jにおいて用いた、駆動回路5Jの駆動信号の位相に対するバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の位相の差に応じたHレベルの期間を有する位相差検出信号を出力する位相差検出回路11に代えて、図15のブロック図に示す第11実施形態のガス流量計1Kのように、バンドパスフィルタ9を通過したペルチェ素子37からの流速信号のピーク値を、駆動回路5Jの駆動信号の一周期毎にリセットされつつ周期的に検出するピークホールド回路15(請求項中のピークホールド手段に相当)を用い、ピークホールド回路15によって周期的に検出された、バンドパスフィルタ9を通過した流速信号のピーク値をA/Dコンバータ17によりA/D変換し、A/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を演算装置13が取り込み、そのデジタル値から演算装置13が流路Sを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
The phase difference detection signal having an H level period corresponding to the phase difference of the flow velocity signal that has passed through the
このように構成する場合には、当然、前記演算装置13が内部のメモリに記憶している、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル35から出力されてアンプ7により増幅されバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の、ピークホールド回路15により周期的に検出されたピーク値の、A/Dコンバータ17を経て取り込まれるデジタル値を、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
In the case of such a configuration, as a matter of course, the data relating to the conversion formula for converting into the flow velocity of the gas flowing through the flow path S, which is stored in the internal memory of the
このように構成した第11実施形態のガス流量計1Kにおいても、サーモパイル35が出力してバンドバスフィルタ9を通過した流速信号は、駆動信号と同じ周波数となり、その流速信号の波形は、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、ピークホールド回路15によって駆動信号の一周期毎に検出される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に検出される、バンドパスフィルタ9を通過した後の流速信号のピーク値は、流路Sを流れるガスの流速を反映した値となる。
Also in the gas flow meter 1K of the eleventh embodiment configured as above, the flow velocity signal output from the thermopile 35 and passed through the
このため、ピークホールド回路15により周期的に検出される流速信号のピーク値の、A/Dコンバータ17によりA/D変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
For this reason, in the
そして、第11実施形態のガス流量計1Kにおいても、ピークホールド回路15の前段に設けられたバンドパスフィルタ9によって、サーモパイル35から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみがピークホールド回路15に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ9の通過の際に除去されることから、流路Sを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値をピークホールド回路15から出力させて、そのA/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
In the gas flow meter 1K of the eleventh embodiment, only the same frequency component as that of the drive signal is peaked out of the flow velocity signal output from the thermopile 35 by the
また、第10実施形態のガス流量計1Jにおいて用いた位相差検出回路11や第11実施形態のガス流量計1Kにおいて用いたピークホールド回路15に代えて、図16のブロック図に示す第12実施形態のガス流量計1Lのように、アンプ7によって増幅されたサーモパイル35からの流速信号を、駆動回路5Jの駆動信号の一周期毎に積分する積分回路19(請求項中の積分手段に相当)を用い、積分回路19によって駆動信号の一周期毎に積分された、バンドパスフィルタ9を通過した後の流速信号の積分値をA/Dコンバータ17によりA/D変換し、A/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を演算装置13が取り込み、そのデジタル値から演算装置13が流路Sを流れるガスの流速乃至流量を演算するように構成してもよい。
Further, in place of the phase
このように構成する場合には、当然、前記演算装置13が内部のメモリに記憶している、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータは、サーモパイル35から出力されてアンプ7により増幅されバンドパスフィルタ9を通過した流速信号の、積分回路19により駆動信号の一周期毎に積分された積分値の、A/Dコンバータ17を経て取り込まれるデジタル値を、流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式に関するデータとなる。
In the case of such a configuration, as a matter of course, the data relating to the conversion formula for converting into the flow velocity of the gas flowing through the flow path S, which is stored in the internal memory of the
このように構成した第12実施形態のガス流量計1Lにおいても、サーモパイル35が出力してバンドバスフィルタ9を通過した流速信号は、駆動信号と同じ周波数となり、その流速信号の波形は、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小し、かつ、振幅が増加するように変形するので、積分回路19によって駆動信号の一周期毎に積分される、換言すると、駆動信号と周波数が同じ流速信号の一周期毎に積分される、バンドパスフィルタ9を通過した後の流速信号の積分値は、流路Sを流れるガスの流速を反映した値となる。
Also in the
このため、アンプ7により増幅された流速信号の積分値のA/Dコンバータ17によりA/D変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量が高精度で測定されることになる。
For this reason, in the
そして、第12実施形態のガス流量計1Lにおいても、積分回路19の前段に設けられたバンドパスフィルタ9によって、サーモパイル35から出力された流速信号のうち、駆動信号と同じ周波数成分のみが積分回路19に供給され、仮に脈動の周波数に応じた周波数成分が流速信号に重畳されていてもバンドパスフィルタ9の通過の際に除去されることから、流路Sを流れるガスの流速のみに依存した流速信号の振幅のピーク値を積分回路19から出力させて、そのA/Dコンバータ17によるA/D変換後のデジタル値を取り込んだ演算装置13において、内部のメモリに記憶されたデータに基づいて、ガス中に脈動が生じていてもその影響を受けずに、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
Also in the
ちなみに、第1乃至第3実施形態のガス流量計1,1A,1Bで用いた駆動回路5は、第4乃至第6実施形態のガス流量計1C,1D,1Eで用いた、駆動回路5から直流シフト用のアンプ53を省略して正電位と負電位とに跨った電位の正弦波による信号を駆動信号として出力する駆動回路5Aに替えてもよい。
Incidentally, the
その場合には、駆動回路5Aがマイクロヒータ33を通電駆動させるのに用いる正弦波の駆動信号は、極性が正負の相互間で反転し、マイクロヒータ33の通電量が所謂半波整流波形状になり、電流と電圧の積である電力に比例するマイクロヒータ33の放熱量は、マイクロヒータ33の通電駆動に用いる駆動信号の2倍の周波数を持つ正弦波となるので、マイクロヒータ33から放出される熱を検出したサーモパイル35が出力する流速信号の波形は、マイクロヒータ33の放出熱量に追従して、駆動信号の倍の周波数の正弦波となる。
In that case, the drive signal of the sine wave used by the
このため、第1乃至第3実施形態のガス流量計1,1A,1Bにおいて、駆動回路5に替えて駆動回路5Aを用いる場合には、サーモパイル35が出力する流速信号の波形が、駆動信号の周波数の倍の周波数の正弦波になるのに合わせて、バンドパスフィルタ9を、駆動回路5Aが出力する駆動信号の周波数の倍の周波数成分のみを通過させるものに替えて、バンドパスフィルタ9により流速信号から駆動信号の周波数の倍の周波数成分が取り出されて位相差検出回路11に供給されるようにすることで、位相差検出回路11により駆動信号との位相差を正確に検出して、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
Therefore, in the
また、ガスの流速乃至流量の測定に必要な、駆動信号に対する位相差の検出に当たって、バンドパスフィルタ9を通過した流速信号をそのまま用いる第1実施形態や第7実施形態のガス流量計1,1Fとは事情が異なり、第2及び第3実施形態のガス流量計1A,1Bや第8及び第9実施形態のガス流量計1G,1Hでは、ガスの流速乃至流量の測定に用いる、ピークホールド回路15や積分回路19により検出、割り出した流速信号のピーク値や積分値が、流速信号を加工した要素であり、その加工の際に、駆動信号の波形に対する流速信号の波形の変形の影響がほぼ排除されるので、サーモパイル35が出力する流速信号の波形が、駆動信号と同じ周波数の正弦波状や方形波状とはならず、駆動信号の倍の周波数の正弦波や方形波に近い交流波形になっても、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
Further, the
とはいえ、第1乃至第3実施形態のガス流量計1,1A,1Bや、第7乃至第9実施形態のガス流量計1F,1G,1Hのように、正電位又は負電位の正弦波や方形波による駆動信号によりマイクロヒータ33を通電駆動する駆動回路5,5Fを用いて、サーモパイル35が出力する流速信号の波形が駆動信号と同じ周波数となるように構成した方が、特に、駆動信号に対する位相差の検出に当たって、バンドパスフィルタ9を通過した流速信号をそのまま用いる第1実施形態や第7実施形態のガス流量計1,1Fにおいて、流路Sを流れるガスの流速乃至流量の測定精度を一層向上させることができ、有利である。
Nevertheless, a positive or negative potential sine wave, such as the
また、第4乃至第6実施形態のガス流量計1C,1D,1Eで用いた駆動回路5Aや、第10乃至第12実施形態のガス流量計1J,1K,1Lで用いた駆動回路5Jは、第1乃至第3実施形態のガス流量計1,1A,1Bで用いた駆動回路5や、第7乃至第9実施形態のガス流量計1F,1G,1Hで用いた駆動回路5Fに替えてもよい。
Further, the
その場合には、駆動回路5,5Fがペルチェ素子37を通電駆動させるのに用いる、正弦波や方形波を直流シフトさせた正電位又は負電位の駆動信号は、極性が正負の相互間で反転せず単にその電位が正弦波状や方形波状に変化するだけであり、ペルチェ素子37に流れる電流の向きが同じ方向となるので、ペルチェ素子37は熱を常に放出又は吸収し、その放出熱量又は吸収熱量が正弦波状や方形波状に増減されることになる。
In this case, the drive signals 5 and 5F used to drive the
よって、駆動回路5,5Fによりペルチェ素子37を通電駆動する場合に、ペルチェ素子37により放出又は吸収される熱を検出したサーモパイル35が出力する流速信号の波形は、駆動回路5A,5Jによりペルチェ素子37を通電駆動する場合と同様に、駆動信号と同じ周波数の正弦波状や方形波状となり、そのため、第4乃至第6実施形態のガス流量計1C,1D,1Eや、第10乃至第12実施形態のガス流量計1J,1K,1Lにおいて、駆動回路5,5Fによりペルチェ素子37を通電駆動するように構成しても、第4乃至第6実施形態のガス流量計1C,1D,1Eや、第10乃至第12実施形態のガス流量計1Fで用いた駆動回路5Jと同様の効果を得ることができる。
Therefore, when the
尚、上記の各実施形態では、サーモパイル35がマイクロヒータ33やペルチェ素子37よりも流体の流れ方向における下流側に位置する場合について説明したが、本発明は、サーモパイル35がマイクロヒータ33やペルチェ素子37よりも流体の流れ方向における上流側に位置する場合についても、適用可能である。
In each of the above embodiments, the case where the thermopile 35 is located downstream of the microheater 33 and the
その場合、サーモパイル35が出力する正弦波状や方形波状の流速信号は、サーモパイル35がマイクロヒータ33やペルチェ素子37よりも流体の流れ方向における下流側に位置する場合と同じく、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど、位相が進んで駆動信号に対する位相の遅れが縮小する。
In this case, the sine wave or square wave flow velocity signal output from the thermopile 35 is the gas flowing through the flow path S as in the case where the thermopile 35 is located downstream of the micro heater 33 and the
このため、位相差検出回路11からの位相差検出信号を取り込んだ演算装置13において、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を測定する第1、第4、第7、及び、第10実施形態のガス流量計1,1C,1F,1Jについては、サーモパイル35をマイクロヒータ33やペルチェ素子37よりも流体の流れ方向における上流側に位置するように流路Sに配置しても、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
For this reason, the first, fourth, seventh, and tenth embodiments for measuring the flow velocity or flow rate of the gas flowing through the flow path S in the
これに対し、サーモパイル35をマイクロヒータ33やペルチェ素子37よりも流体の流れ方向における上流側に位置するように流路Sに配置した場合、サーモパイル35が出力する流速信号の振幅は、サーモパイル35がマイクロヒータ33やペルチェ素子37よりも流体の流れ方向における下流側に位置する場合とは反対に、流路Sを流れるガスの流速が速ければ速いほど減少する。
On the other hand, when the thermopile 35 is arranged in the flow path S so as to be located upstream of the micro heater 33 and the
このため、ピークホールド回路15により周期的に検出される流速信号のピーク値の、A/Dコンバータ17によりA/D変換されたデジタル値や、アンプ7により増幅された流速信号の積分値のA/Dコンバータ17によりA/D変換されたデジタル値を取り込んだ演算装置13において、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を測定する第2、第3、第5、第6、第8、第9、第11、及び、第12実施形態のガス流量計1A,1B,1D,1E,1G,1H,1K,1Lについては、演算装置13の内部のメモリに記憶している、流速信号のピーク値や積分値のデジタル値を流路Sを流れるガスの流速に換算するための換算式を、マイクロヒータ33やペルチェ素子37よりも流体の流れ方向における上流側にサーモパイル35が位置するように流路Sに配置した場合に応じた内容に替えることで、流路Sを流れるガスの流速乃至流量を高精度で測定することができる。
For this reason, the peak value of the flow velocity signal periodically detected by the
また、上記の各実施形態ではガスの流量を測定するガス流量計を例に取って説明したが、本発明は、ガス以外の気体や液体等、様々な流体の流速乃至流量測定について適用可能であり、また、流量を測定せずその前段階の流速のみ測定する場合についても、広く適用可能であることは言うまでもない。 In each of the above embodiments, the gas flowmeter for measuring the gas flow rate has been described as an example. However, the present invention is applicable to the measurement of the flow rate or flow rate of various fluids such as gases and liquids other than gas. In addition, it goes without saying that the present invention can be widely applied to the case where only the flow velocity at the previous stage is measured without measuring the flow rate.
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H,1J,1K,1L ガス流量計
5,5A,5F,5J 駆動回路(駆動手段)
11 位相差検出回路(位相差信号出力手段)
15 ピークホールド回路(ピークホールド手段)
19 積分回路(積分手段)
33 マイクロヒータ(熱源、ヒータ)
35 サーモパイル(温度センサ)
37 ペルチェ素子(熱源)
S 流路
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1J, 1K, 1L Gas flow
11 Phase difference detection circuit (phase difference signal output means)
15 Peak hold circuit (peak hold means)
19 Integration circuit (integration means)
33 Micro heater (heat source, heater)
35 Thermopile (temperature sensor)
37 Peltier element (heat source)
S channel
Claims (4)
前記駆動信号の周波数と同じ周波数帯域、又は、該駆動信号の周波数の倍の周波数帯域の信号を通過させ、それ以外の周波数帯域の信号をカットするバンドパスフィルタに、前記温度センサから出力させた前記流速信号を通過させ、該バンドパスフィルタの通過後の前記流速信号の波形に基づいて、前記流路を流れる流体の流速を測定する、
ことを特徴とする流速計。 A heat source disposed on the flow path of the fluid to be measured is energized and driven by a drive signal output by the drive means and having a periodic voltage waveform whose voltage changes at a constant cycle, and the heat source is arranged in the flow direction of the fluid in the flow path. Based on the waveform of the flow rate signal, the flow rate signal corresponding to the temperature of the detected heat is output from the temperature sensor by detecting the heat released or absorbed by the heat source by the temperature sensor arranged at an interval from In the anemometer for measuring the flow velocity of the fluid flowing through the flow path,
A signal in the same frequency band as the frequency of the drive signal or a frequency band twice the frequency of the drive signal is allowed to pass, and a band-pass filter that cuts signals in other frequency bands is output from the temperature sensor. Passing the flow velocity signal, and measuring the flow velocity of the fluid flowing through the flow path based on the waveform of the flow velocity signal after passing through the band-pass filter;
An anemometer characterized by that.
請求項1、2又は3記載の流速計を備え、
前記流速計により測定された前記流路を流れる流体の流速、及び、前記流路の既知の断面積を用いて、前記流路を流れる流体の流量を測定する、
ことを特徴とする流量計。 Heat that is released or absorbed on the flow path of the fluid to be measured is detected by a temperature sensor arranged at an interval in the flow direction of the fluid in the flow path from the heat release location or absorption location, and the temperature sensor A flowmeter that measures the flow rate of the fluid flowing through the flow path based on a flow velocity signal that is output according to the detected temperature of the heat,
The anemometer according to claim 1, 2, or 3,
Using the flow velocity of the fluid flowing through the flow path measured by the anemometer and the known cross-sectional area of the flow path, the flow rate of the fluid flowing through the flow path is measured.
A flow meter characterized by that.
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JPS6161013A (en) * | 1984-08-29 | 1986-03-28 | ゼネラル モーターズ コーポレーシヨン | Fluid flow-rate sensor |
JPH09257821A (en) * | 1996-03-22 | 1997-10-03 | Yazaki Corp | Flow velocity sensor |
-
2005
- 2005-09-30 JP JP2005289183A patent/JP2006138840A/en active Pending
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