JP2006509184A - 流体の流量を測定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

流体の流れる容積体内に挿入したサーミスタを含む流体の流量を測定するセンサー。サーミスタはゼロパワーモードと自己加熱モードとの間で切換わる。ゼロパワーモードでは、サーミスタは、流体の周囲温度を測定するのに用いられる。自己加熱モードでは、サーミスタは、流体により除かれる熱の量を測定するのに用いられる。流体の周囲温度、流体により除かれる熱の量及び流体の熱特性が、流体の流量を測定するのに利用される。

Description

本発明は流体システムに関する。より詳細には、本発明は流体の流量を測定する方法及び装置に関する。

温度に基づく流量測定では典型的には第１、第２サーミスタを使用する。第１サーミスタは、ゼロパワーモードで作動し、流体の周囲温度を測定するのに用いられる。第２サーミスタは、自己加熱モードで作動し、それにより第２サーミスタの温度が一定に留まるように第２サーミスタに印加されるパワー（電力）量をフィードバック回路により自動的に調整する。第２サーミスタの温度を一定値に維持するのに必要なパワー量が測定される。流体の周囲温度、第２サーミスタの温度を一定値に維持するのに必要な電力量、及び流体の熱特性は流体の流量を測定するのに利用される。

第１及び第２サーミスタは流体の流量を正確に測定するが、二サーミスタ構成はしばしば、サーミスタが比較的高価であるため、経済的に実行可能でない。このように、大きなユニット量を伴う応用では、コストの点でサーミスタを使用する温度に基く流量測定を含めることができず、また所望でない流量測定構成を実行しなければならない。

従って、サーミスタの使用に伴うコストを低減しながらサーミスタの精度の利点をもつ温度に基づく流量測定構成が望ましい。

本発明によれば、流体の流量を測定するセンサー（a sensor for determining flow rate of a fluid）は一般にセンサー回路及びサーミスタを有する。サーミスタは、流体の流れる容積体（a volume）内に挿置され、一方、センサー回路はサーミスタをゼロパワーモード（zero-power mode）と自己加熱モード（self-heated mode）との間で切換える。流体の流量を測定するセンサーは更に、サーミスタの両端の電圧降下を測定し、そしてゼロパワーモードにおけるサーミスタの両端の電圧降下及び自己加熱モードにおけるサーミスタの両端の電圧降下を、容積体を通る流体の流量に変換する変換回路を有する。

センサー回路は、サーミスタをゼロパワーモードと自己加熱モードとの間で切換える（cycles）修正可能なパワー制御器（configurable power controller）を含む。修正可能なパワー制御器は可変抵抗及びこの可変抵抗と関連したスイッチを備え得る。スイッチは、サーミスタをゼロパワーモードで作動させる第１値とサーミスタを自己加熱モードで作動させる第２値との間で可変抵抗を切換える。代替的に、修正可能なパワー制御器は、サーミスタをゼロパワーモードと自己加熱モードとの間で切換える修正可能な定電流又は定電圧源を備え得る。

別の実施形態では、センサー回路は、ゼロパワー電圧を基準値として記憶する基準回路、及び記憶した基準値を変化するゼロパワー電圧値と比較する比較回路を含む。変化するゼロパワー電圧値は、流れる流体へ供給（injected）される既知の熱パルスの放散（dissipation）に関連する。センサー回路は更に、熱の供給した既知のパルスの放散に関連した変化するゼロパワー電圧値にほぼ等しくするのに記憶した基準値に対して必要な時間を測定するタイマー回路を含む。別の実施形態では、変換回路は、記憶した基準値、流れる流体への熱の供給した既知のパルスの放散に必要に時間、及び流体の熱特性を、容積体を通る流体の流量に変換する。

容積体を通って流れる流体の流量を測定する方法において、サーミスタはゼロパワーモードで作動するように設定され、そして流体の周囲温度が測定される。サーミスタは自己加熱モードで作動するように設定され、流体に既知量のエネルギーが供給され得る。流体により吸収された熱量は測定され、そして流体の周囲温度及び流体の熱特性と共に利用されて流体の流量を決定する。

代替的に、サーミスタは、自己加熱モードで作動するように設定され、流体に既知量のエネルギーが供給され得る。流体の吸収した熱量は測定される。サーミスタはゼロパワーモードで作動するように設定され、そして流体の周囲温度が測定される。流体の周囲温度、流体の吸収した熱量及び流体の熱特性を利用して流体の流量が測定される。

容積体を流れる流体の流量を測定する別の方法において、サーミスタは、ゼロパワーモードで作動するように設定され、そして結果としてのゼロパワー電圧は基準値として記憶される。サーミスタは、サーミスタに既知の熱パルスが供給されるように所定時間の間、自己加熱モードで作動するように設定される。サーミスタは、ゼロパワーモードで作動するように設定して、流れる流体に既知の熱パルス（known pulse of heat）を供給して放散させる。記憶した基準値（stored reference value）は、供給熱パルスの放散に関連した変化するゼロパワー電圧値と比較される。そして記憶した基準値に、供給熱パルスの放散に関連した変化するゼロパワー電圧値がほぼ等しくなるのに必要な時間が測定される。記憶した基準値は流体の周囲温度を測定するのに用いられ、そして流体の流量は、流体の周囲温度、流れる流体への熱の供給した既知のパルスを放散させるのに必要な時間及び流体の熱特性を利用して決定される。

更に、本発明の多くの他の特徴、目的及び利点は、特に以下の説明及び図面、例としての詳細な説明及び特許請求の範囲を考慮して、当業者に明らかである。本発明の範囲は特定の実施形態より広いが、好ましい実施形態の詳細な説明は図面に沿ってなされ、同様な構成要素は同じ参照符号で示す。

特にここに例示するものを考慮して当業者には多くの別の実施形態を容易に認められるが、以下の詳細な説明は本発明の好ましい実施形態の例であり、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定される。

さて図１及び図２を参照すると、流体の流れの適度に粗い直接閉ループ制御すること及び開ループ流れ制御システムに対する校正測定を得ることの両方に有用な、本発明の流量センサー（fluid flow sensor）１０の第１実施形態は、図示したように、センサー回路１１及びサーミスタ２７を有する。サーミスタ２７は、流体が流れる容積体内に挿置される。センサー回路１１は、好ましくは修正可能なパワー制御器１２を有し、そしてまた一つ以上の変換回路１９、２２を有し得、ゼロパワーモードと自己加熱モードとの間でサーミスタ２７を切換えるのに利用される。更に良く理解されるように、これらの各モード中に行なわれるサーミスタ２７の両端の電圧降下の測定は、容積体を通る流体の流量を測定するのに利用され得る。

特に図２に示すように、センサー回路１１の修正可能なパワー制御器１２は、固定抵抗１３を切換え抵抗１４と直列に設けることにより容易に構成され得る。スイッチ１５は単に電界効果型パワートランジスタ１６から成り、信号発生器１８からトランジスタ１６の入力１７に供給される信号レベルに応じて切換え抵抗１４を選択的にバイパスするのに利用され得る。当業者に明らかなように、トランジスタ１６が導通すると、切換え抵抗１４をバイパスする短絡回路が形成され、その結果、固定抵抗１３及びサーミスタ２７に高電流が流れ、サーミスタ２７を自己加熱動作モードに設定する。同様に、トランジスタ１６が非導通状態になると、切換え抵抗１４は固定抵抗１３と直列に接続され、その結果、固定抵抗１３及びサーミスタ２７に低電流が流れ、サーミスタ２７をゼロパワー動作モードに設定する。修正可能なパワー制御器１２に代えて修正可能な定電流又は電圧源を使用できることは当業者によって理解されるべきである。

次に図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、パワー減の高側と低側との間でサーミスタ２７に直列の修正可能なパワー制御器１２を示す等価回路がそれぞれ低電流ケース及び高電流ケースについて示される。抵抗値は構成の選択上の大きな事項であるが、抵抗値は、図３Ａに示す低電流ケースがサーミスタ２７をゼロパワーモードで作動させることになり、一方、図３Ｂに示す高電流ケースがサーミスタ２７を自己加熱モードで作動させることになるように選択されるべきであることが認められる。更に、本発明では、サーミスタ２７をパワー源の高側に設けてもよいことが認められる。しかし、更に良く理解されるように、出願人は、低側にサーミスタを設けることにより、低い構成要素コストで流量センサー１０から良好な解決が得られることを見出した。

上記で述べたように、本発明の構成に対して選択した特定の抵抗値は構成の選択上大きな事項であるが、構成を製作する技術者は、（１）容積空間を流れる流体の温度又は複数の温度及び（２）流体の可能な流量の範囲の両方に直接関連するサーミスタ２７の両端間の予想電圧の範囲を注意深く考慮すべきである。更に、図４Ａ乃至図４Ｄの波形グラフに示すように、サーミスタ２７の熱応答は対数的である。このように、電圧測定ハードウエアから適切な解決が得られ得るのを保証するために、抵抗値の選択には注意深い考慮がなされるべきである。更に、上記で述べたように、出願人は、パワー源の低側にサーミスタ２７を配置し、それにより図２に示す変換回路１９、２２を使用できるようにするのが望ましいことを見出した。

本発明の動作において、サーミスタ２７はゼロパワーモードと自己加熱モードとの間で切換えられる。サーミスタ２７は流体の流れに挿置されたサーミスタ２７に切換えられるので、図４Ａ乃至図４Ｄに示すような電圧波形はサーミスタ２７を横切って生じられる。これらの図面に示すように、ゼロパワー電圧の絶対値は、サーミスタ２７の抵抗における流体の熱効果のため、容積体を流れる流体の温度に応じて変化する。更に、ゼロパワー電圧及びゼロパワー電圧と自己加熱電圧との差は、自己加熱モードにおけるサーミスタ２７によって発生した熱エネルギーを取り除くように速く流れる流体の能力のために、容積体を通る流体の流量に直接関係することが認められる。これらの電圧は測定され、そして計算を通して又は参照表に頼ることにより、容積体を通る流体の流量の正確な表示に変換される。

図１に示すように、制御器２９は好ましくは、得られた電圧測定値を記憶装置に記憶し、そして得られた電圧測定値を流量の表示に変換するために設けられる。特に、サーミスタ２７のゼロパワー電圧を抵抗値に変換するのにオームの法則が用いられる。そしてゼロパワー抵抗値は、サーミスタ２７の製造業者によって提供される変換情報を用いて容積体を通って流れる流体の周囲温度に変換される。同様に、サーミスタ２７の自己加熱電圧を抵抗値に変換するのにオームの法則が用いられる。そして自己加熱抵抗値は、サーミスタ２７の製造業者によって提供される変換情報を用いて自己加熱モードで作動するサーミスタの温度に変換される。自己加熱モードで作動する際にサーミスタ２７に既知量のエネルギーを（熱として）供給することにより、サーミスタ２７は既知の温度で安定化すべきである。

しかし、サーミスタ２７を通って流れる流体がサーミスタ２７の冷却によりこのエネルギーのある量を取り除くので、サーミスタ２７は、事実上の低い温度で安定化する。従って、既知の温度と実際の低い温度との差により、サーミスタ２７からの流れる流体によって取り除かれたエネルギー（熱）の量が生じる。こうして流体の流量は、当業者によって十分に理解されるように、経験的に測定され得る、サーミスタ２７を通って流れる流体の熱特性と共に、流れる流体によって取り除かれる熱量及び流れる流体の前に計算した周囲温度を伴う公式又は参照表を含む幾つかの方法のうちの一つ（これに限定するものではないが）を用いて測定され得る。

以上の説明は本発明のこの実施形態の例であるが、当業者には、明細書、添付図面及び特許請求の範囲を考慮して容易に可能であるので、多くの変形、変化、変更、代替などが認められる。例えば、スイッチ１５の動作に必要な信号発生器３０及びアナログ−デジタル変換器３１のような構成要素は制御器１５と一体に設けられ得、又は別個に構成され得る。同様に、ゼロ利得分離増幅器２１、２５及びクランピング保護ツェナーダイオード２０、２４は、好ましくは、測定信号との干渉を防止しかつサーミスタ２７をセンサー回路１１に接続するコネクター２８の遮断時に生じる高電圧から制御器２９を保護するために変換回路１９、２２に設けられる。いずれの場合も、本発明の範囲は全ての特定の実施形態より広いので、上記の詳細な説明は、単に特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲の限定の意味に取られるべきでない。

図６に示すように、流体の流れを適度に粗い直接閉ループ制御するため及び開ループ流れ制御システム用の校正測定値を得るための両方に有効である本発明の第２実施形態は、センサー回路１１からの単一出力回路３４を有し、この単一出力回路３４は、本発明の第１実施形態に示す３０−Ｖパワー供給部と違って５−Ｖパワー供給部３５で駆動される。このようにして、サーミスタ２７において適度に高い自己加熱モード温度を発生するのに低電圧パワー供給部で十分である状況のもとで構成要素のコスト節約が実現でき、それにより、第１実施形態に設けられた分圧器回路２３は必要でない。しかし構成を作る技術者は、高いパワー供給電圧の必要性が、容積空間を通って流れる流体又は複数の流体の熱特性によって押し付けられることが注意される。その結果、経験的な方法に頼ることは、第１実施形態を支持して第２実施形態の構成の妥当性を決めるのに必要とされ得る。

特に有利には測定及び（又は）流れ制御における非常に高い精度を必要とする応用において、図６の構成は、サーミスタ２７及び分離増幅器２１に電力（パワー）を供給する第１分離及び調整電源３５及び他の全ての電気的構成要素に給電する一つ以上の別個の電源３６を備える。更に、分離及び調整電源３５は、サーミスタ２７の両端の電圧降下を測定するために構成された任意の装置（図６に示すマイクロ制御器２９のような）によってモニタされ得る。いずれの場合も、後者の構成要素のパワー要求は、このようにしてセンサー回路１１から得られた測定値をゆがめるのを阻止され、それにより流体の流れを一層正確に測定されることになる。本発明の種々の実施形態の各々には示していないが、上記の手段は種々の実施形態のいずれか又は全てに関して構成され得る。

更に、前に述べたように、図６に示す第２実施形態はマイクロ制御器２９を有する。マイクロ制御器２９を設けることは、本発明には必要でないが、図６はマイクロ制御器２９又は同様なものを有する実施形態において示すのに役立ち、マイクロ制御器２９（又はそれの実質的な等価装置）は、サーミスタ２７をゼロパワーモードと自己加熱モードとの間で切換えるトグル信号を発生し、サーミスタ２７の両端の電圧降下を測定し、測定した電圧に基いて容積空間を通る流体の流量を計算し、そして（又は）容積空間を通る流量に作用するように設けた弁を制御するのに利用され得る。本発明の種々の実施形態の各々には示してないが、このようなマイクロ制御器２９（又は任意の他の機能的に等価な装置又は回路）は、上記の機能のどれか又は全てを用意するために設けられ得ることが理解されるべきである。

上記の実施形態の各々は容積空間を通る流体の流れの適度に粗い実時間制御に用いることができるが、それらの応答時間は、図４Ａ乃至図４Ｄの波形に示すように、単一サーミスタ２７をそれらのゼロパワーモードと自己加熱モードとの間で切換えて安定化する際に生じる電圧波形に要求される時間で制限される。特に、サーミスタ２７がそれらのゼロパワーモードと自己加熱モードとの間で切換えられ得る期間は、現在の動作モードにおいて安定になるのに波形に対する時間を与えるのに必要な期間より短くできない。

次に図７を参照すると、比較的安定した流体の流れを直接閉ループ制御すること及び開ループ流れ制御システム用の校正測定値を得ることの両方に有用な本発明の流体の流れセンサー１０の第３実施形態が示され。センサー回路１１及びサーミスタ２７を有する。サーミスタ２７は流体の流れ内に突出して設けられる。本発明の動作において、更に良く理解されるように、センサー回路１１は熱形態の一定量のエネルギーをサーミスタ２７に供給し、該エネルギーは、その後、流体の流量に直接関連した速度で流体の流れ内に放散される。その結果、本出願人は、流体の流量の正確な表示がサーミスタ２７の温度を流体の周囲温度に近い温度に戻すのに必要な時間ｔｄを測定することにより得られ得ることを発見した。

センサー回路１１は、サーミスタ２７に供給される電流、Ｄ／Ａ変換器で発生した入力４６における電圧レベルに応じて、自己加熱モードか又はゼロパワーモードでサーミスタ２７を選択的に作動するようにされる。代わりに、センサー回路１１は、Ｄ／Ａ変換器で発生した入力における電圧レベルに応じて修正できる修正可能な定電圧源からサーミスタ２７に供給される電圧に依存して、自己加熱モードか又はゼロパワーモードでサーミスタ２７を選択的に作動し得る。

第１実施形態の修正可能なパワー制御器１２は修正可能な定電流又は電圧源に代えられ得ることが当業者には理解されるべきである。このようにして、制御器（図示していない）は、サーミスタ２７に一定量のエネルギーを供給し、その後、供給したエネルギーを放散させるのに必要な時間ｔｄを測定するようにプログラムされ得る。コストを節約する手段として簡単な抵抗性分圧器又は他の回路が構成され得るが、本明細書で記載したような修正可能な回路を用いることにより、回路１１は、調整が必要である場合に、測定した流体の熱特性に関連して異なる量のエネルギーを供給するために調整され得ることが認められる。

サンプル及びホールド回路４７は、サーミスタ２７にエネルギーを供給する直前にサーミスタ２７で測定した電圧Ｖｓを記憶するようにされる。比較器５１はサーミスタ電圧Ｖｔを閾値電圧Ｖｓ＋Ｖｏと比較するように構成され得、閾値電圧Ｖｓ＋Ｖｏはサンプルしたベースライン電圧Ｖｓとオフセット電圧Ｖｏとの和である。オフセット電圧Ｖｏは、供給したエネルギーの全てがサーミスタ２７から流体内に実際に放散され得ないにもかかわらず、流量を計算できるようにするために、望ましくは設けられる。いずれにしても、加算回路４９は、オフセット発生器５０からの入力を備えかつサンプル及びホールド回路４７からの出力を受け、閾値電圧Ｖｓ＋Ｖｏの比較器５１に出力を供給するように構成され得る。

次に特に図８及び図９を参照すると、第３実施形態の流体の流れセンサー１０の動作が示され、システムの総体サンプル流量を測定する時間変数ｔｓ、サーミスタ２７に置ける電圧Ｖｔの減衰を測定する時間変数ｔｄ（エネルギーパルスの修正可能な定電源４５からサーミスタ２７への供給を冷却するのに必要な時間を表す）、及びサーミスタ２７に供給されるエネルギーの量を測定する時間変数ｔｐを含む種々の局部時間変数の制御器内における初期化（ステップ５６）で始動する。制御器は、サンプル及びホールド回路４７の動作可能にするため（ステップ５７）、サンプル及びホールド回路４７におけるサンプル操作可能入力４８に適切な入力を発生する。このようにして、周囲温度変化でドリフトするベースライン電圧Ｖｓが得られ、そして後でエネルギーパルスの供給に続いてサーミスタ２７の温度を周囲温度に戻すのに必要な時間ｔｄを測定する際に使用するために記憶される。

特に図８に示すように、サンプリングサイクル波形５３は通常、修正可能な定電流源４５からエネルギーの供給される際に、サーミスタ２７の温度が急速にΔη°上昇する自己加熱モード段階５４と、熱がサーミスタ２７から弁を通る流れ内に放散する際にサーミスタ２７の温度が冷却するゼロパワーモード段階５５とから成る。従って、流体の流れセンサー１０の動作の次のステップはサーミスタ２７について自己加熱モードの選択（ステップ５８）である。

自己加熱モード段階５４において、制御器は、サンプル計数値ｔｓ及びパルス幅計数値ｔｐを繰返し増大し（ステップ５９）、そしてパルス幅計数値ｔｐを所望量のエネルギーの供給に必要な予定の計数値Ｎｐと比較することにより、所望量のエネルギーがサーミスタ２７に供給されたかどうか決めるため検査する（ステップ６０）。パルス幅計数値ｔｐがまだ予定の計数値Ｎｐに達していない場合には、サーミスタ２７は自己加熱モードに維持され、サンプル計数値ｔｓ及びパルス幅計数値ｔｐは再び増大される（ステップ５９の繰返し）。他方、パルス幅計数値ｔｐが必要な計数値Ｎｐに達すると、制御器は、修正可能な定電流源４５の入力４６における電圧を変化させ、サーミスタ２７をゼロパワーモードに戻す（ステップ）。

ゼロパワーモード段階５５中、制御器はサンプル計数値ｔｓ及び減衰計数値ｔｄを繰返し増大し（ステップ６２）、そしてサーミスタ２７に供給されたエネルギーが流体の流れに実質的に放散されたかどうか決めるため検査する（ステップ６３）。特に、比較器５１を用いて、サーミスタ電圧Ｖｔを閾値電圧Ｖｓ＋Ｖｏと比較する。サーミスタ電圧Ｖｔが閾値電圧Ｖｓ＋Ｖｏより高い限り、サンプル計数値ｔｓ及び減衰計数値ｔｄは増大し続ける（ステップ６２の繰返し）。他方、サーミスタ電圧Ｖｔが比較器５１によって閾値電圧Ｖｓ＋Ｖｏ以下に降下したと検出されると、制御器は比較器５１からの出力５２における変化を認識し、供給されたエネルギーがサーミスタ２７から流体の流れに放散するのに必要な時間の長さを表す時間ｔｄの最終値に比例した値として制御器が弁を通る流量の評価を行ない得ることを表す。

第３実施形態のシステム及び方法は、周囲温度が変化し及び（又は）エネルギーがサーミスタ２７内に熱の形態で留まるので、サンプルベースライン電圧Ｖｓの変動を予想する。出願人は、供給したエネルギーの実質的に全てをサーミスタ２７から放散できるようにするため、サイクル波形５３を再初期化する前に、ある最小長さの時間経過させるのが望ましいことを認識した。このようにして、サーミスタ２７が測定誤差を蓄えるのを阻止する。かかる実施形態において、制御器は、サーミスタ２７を安定したベースライン温度まで冷却させるのに十分な時間が経過したかどうか検出する（ステップ６５）ようにプログラムされ得る。

特に、制御器は、所望の時間が経過したかどうかを検出するためにサンプル計数値ｔｓを予定の計数値Ｎｓと比較するようにプログラムされ得る。所望の時間が経過してない場合には、制御器は、サンプル計数値ｔｓを増大し続ける（ステップ６６）。しかし所望の時間が経過している場合には、サイクル波形５３は再び時間変数の初期化を開始する（ステップ５６の繰返し）。

第３実施形態の内容を明瞭に伝えるために、この例示だけの説明では特殊なタイミング体系について説明したが、出願人の発明はこの特殊な体系に限定されるべきでない。タイムアウト特徴における割り込みをもつ制御器の利用に限定されずに、ハードウエア制御型タイミング及びその他のものを含めて、本発明が使用される状況に応じて他の多くの構成も可能である。このような全ての構成は本発明の範囲内にあると考えられるべきである。

上記の説明は本発明の実施形態の例であり、多くの変形、変化、変形、代替なども容易に可能である。例えば、本発明の内容は、他の制御器に対する校正又はチェットとして、及び値の弁の加熱又は弁の内部構成要素の磨耗のため必要とされ得るような弁の調整の基礎となる入力として、流体の量を計量する弁の直接制御を含めて、任意の種々の応用に利用され得る。しかし、特定の応用に関係なく、上記の原理を適用したシステム及び流れの計算方法は本出願人の発明の範囲内であると考えるべきである。いずれにしても、本発明の範囲はいずれの特定の実施形態より広いので、上記の詳細な説明は、特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲を限定するものではない。

本発明の流量センサーの第１実施形態を示す概略ブロック線図。 図１の流量センサーのセンサー回路を示す概略線図。 第１動作モードを示す、図２のセンサー回路の一部の等価回路の概略線図。 第２動作モードを示す、図２のセンサー回路の一部の等価回路の概略線図。 比較的冷たい流体の比較的低い流量を測定する際の典型例として図１乃至図３のサーミスタの両端間の電圧と時間との関係を示すグラフ。 比較的冷たい流体の比較的高い流量を測定する際の典型例として図１乃至図３のサーミスタの両端間の電圧と時間との関係を示すグラフ。 比較的暖かい流体の比較的低い流量を測定する際の典型例として図１乃至図３のサーミスタの両端間の電圧と時間との関係を示すグラフ。 比較的暖かい流体の比較的高い流量を測定する際の典型例として図１乃至図３のサーミスタの両端間の電圧と時間との関係を示すグラフ。 図２の回路の種々の絶対及び相対パラメータを示す表であり、室温の流体の種々の流量を測定する際の回路の動作を細かく示す。 本発明の流量センサーの第２実施形態の概略ブロック線図。 本発明の流量センサーの第３実施形態の概略ブロック線図。 図７の流量センサーの動作サイクルを示すグラフ。 図７の流量センサーの一つの動作方法を示すフローチャート。

Claims (30)

1. 容積体を通る流体の流量を測定するセンサーであって、
   容積体内に少なくとも部分的に挿入したサーミスタと；
   サーミスタをゼロパワーモードと自己加熱モードとの間で切換えるようにしたセンサー回路と；を含むセンサー。
2. 前記センサー回路は、サーミスタをゼロパワーモードと自己加熱モードとの間で切換えるようにした修正可能なパワー制御器を含む請求項１記載のセンサー。
3. 前記修正可能なパワー制御器は、
   可変抵抗と；
   可変抵抗と組み合わされ、サーミスタをゼロパワーモードで作動するように選択した第１の値とサーミスタを自己加熱モードで作動するように選択した第２の値との間で可変抵抗を切換えるようにしスイッチと；を含む請求項２記載のセンサー。
4. 前記サーミスタは、電源の第１側と第２側との間で可変抵抗に直列に設けられる請求項３記載のセンサー。
5. 前記サーミスタは、電源の高い側で可変抵抗に直列に設けられる請求項４記載のセンサー。
6. 前記サーミスタは、電源の低い側で可変抵抗に直列に設けられる請求項４記載のセンサー。
7. 更に、サーミスタの両端の電圧降下を測定する変換回路を含む請求項１記載のセンサー。
8. 前記変換回路は、サーミスタがゼロパワーモードにある時にサーミスタの両端の電圧降下を測定する第１のチャンネルと、サーミスタが自己加熱モードにある時にサーミスタの両端の電圧降下を測定する第２のチャンネルとを含む請求項６記載のセンサー。
9. 前記チャンネルの各々が、分離増幅器を含む請求項７記載のセンサー。
10. 前記第２のチャンネルは、サーミスタの両端の電圧降下を縮尺する分圧器を含む請求項８記載のセンサー。
11. 前記変換回路は、サーミスタの両端の電圧降下を対数比率で変換する請求項６記載のセンサー。
12. 前記変換回路は、ゼロパワーモードにおけるサーミスタの両端の電圧降下及び自己加熱モードにおけるサーミスタの両端の電圧降下を容積体を通る流体の流量に変換するマイクロ制御器を備える請求項６記載のセンサー。
13. 前記可変抵抗は、直列に接続した第１固定抵抗及び第２固定抵抗を含み、
    前記スイッチは、第1固定抵抗をバイパス作動できるように第1固定抵抗と並列にされたトランジスタを含む請求項３記載のセンサー。
14. 前記修正可能なパワー制御器は、ゼロパワーモードと自己加熱モードとの間でサーミスタを切換える修整可能な定電流源を含む請求項２記載のセンサー。
15. 前記センサー回路は、更にゼロパワー電圧を基準値として記憶する基準回路を含む請求項１記載のセンサー。
16. 前記自己加熱モードにおいて、既知の熱パルスが予定の時間の間サーミスタに供給される請求項１５記載のセンサー。
17. 前記センサー回路は、更に記憶した基準値を、流れる流体へ供給した既知の熱パルスの放散に関連した変化するゼロパワー電圧値と比較する比較回路を含む請求項１６記載のセンサー。
18. 前記センサー回路は、更に供給した既知の熱パルスの放散に関連した変化するゼロパワー電圧値にほぼ等しくするのに記憶した基準値に対して必要な時間を測定するタイマー回路を含む請求項１７記載のセンサー。
19. 前記センサー回路は、更に記憶した基準値にオフセット電圧値を加えて、流れる流体の周囲温度の変動に適応させるオフセット回路を含む請求項１８記載のセンサー。
20. 記憶した基準値、流れる流体へ供給した既知の熱パルスの放散に必要な時間及び流体の熱特性を容積体を通る流体の流量に変換する変換回路を更に含む請求項１８記載のセンサー。
21. 前記修正可能なパワー制御器は、ゼロパワーモードと自己加熱モードとの間でサーミスタを切換えるようにした修整可能な定電圧源を含む請求項２記載のセンサー。
22. 容積体を通る流体の流量を測定する方法であって、
    サーミスタをゼロパワーモードで作動するように設定する工程;
    流体の周囲温度を測定する工程;
    サーミスタを自己加熱モードで作動するように設定する工程;
    流体に既知量のエネルギーを供給する工程;
    流体の吸収した熱量を測定する工程;及び
    流体の周囲温度、流体の吸収した熱量及び流体の熱特性を利用して流体の流量を測定する工程;を含む方法。
23. 前記流体の周囲温度の測定は、
    サーミスタのゼロパワー電圧を測定する工程;
    ゼロパワー電圧を抵抗値に変換する工程;及び
    抵抗値を温度値変換する工程;を含む請求項２２記載の方法。
24. 前記サーミスタの自己加熱温度の測定は、
    サーミスタの自己加熱電圧を測定する工程;
    自己加熱電圧を抵抗値に変換する工程;及び
    抵抗値を温度値変換する工程;を含む請求項２２記載の方法。
25. 容積体を通る流体の流量を測定する方法であって、
    サーミスタを自己加熱モードで作動するように設定する工程;
    流体に既知量のエネルギーを供給する工程;
    流体の吸収した熱量を測定する工程;
    サーミスタをゼロパワーモードで作動するように設定する工程;
    流体の周囲温度を測定する工程;及び
    流体の周囲温度、流体の吸収した熱量及び流体の熱特性を利用して流体の流量を測定する工程;を含む方法。
26. 前記流体の周囲温度の測定は、
    サーミスタのゼロパワー電圧を測定する工程;
    ゼロパワー電圧を抵抗値に変換する工程;及び
    抵抗値を温度値変換する工程;を含む請求項２５記載の方法。
27. 前記サーミスタの自己加熱温度の測定は、
    サーミスタの自己加熱電圧を測定する工程;
    自己加熱電圧を抵抗値に変換する工程;及び
    抵抗値を温度値変換する工程;を含む請求項２５記載の方法。
28. 容積体を通る流体の流量を測定する方法であって、
    サーミスタをゼロパワーモードで作動するように設定する工程;
    生じたゼロパワー電圧を基準値として記憶する工程;
    予定の時間の間サーミスタを自己加熱モードで作動するように設定して、サーミスタに既知量の熱パルスを供給する工程;
    サーミスタをゼロパワーモードで作動するように設定して、流れる流体に供給された既知の熱パルスを放散させる工程;
    記憶した基準値を、放散する供給熱パルスに関連する変化するゼロパワー電圧値と比較する工程;
    前記記憶した基準値が放散する供給熱パルスに関連する変化するゼロパワー電圧値にほぼ等しくなるの必要な時間を測定する工程;及び
    流体の周囲温度、流れる流体に供給した既知の熱パルスを放散させるのに必要な時間及び流体の熱特性、を利用して流体の流量を測定する工程;を含む方法。
29. 更に記憶した基準値にオフセット電圧値を加えて、流れる流体の周囲温度の変動に適応させることを含む請求項２８記載の方法。
30. 前記記憶した基準値を利用する流体の周囲温度の測定は、
    サーミスタのゼロパワー電圧を測定する工程;
    ゼロパワー電圧を抵抗値に変換する工程;及び
    抵抗値を温度値に変換する工程;を含む請求項２８記載の方法。

Images