JP2007139673A - フローセンサ用補正ユニット、流体判別装置、及び、流量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体と基体と間に生じる温度差によって生じる計測誤差を解消し、かつ、連続的な計測を実現するフローセンサ用補正ユニットを提供する。
【解決手段】流体の流体温度とフローセンサ１の基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて、当該誤差を解消するように前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正情報を記憶する補正情報記憶手段４２ａと、前記基体温度を検出する基体温度検出手段１５，１６と、基体温度検出手段１５，１６が検出した基体温度と流体温度との温度差を検出する温度差検出手段４１ａと、温度差検出手段４１ａが検出した温度差に対応した補正情報を補正情報記憶手段４２ａから抽出する補正情報抽出手段４１ｂと、該抽出した補正情報に基づいて、温度信号、温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正手段４１ｃと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フローセンサ用補正ユニット、流体判別装置、及び、流量計測装置に関し、より詳細には、フローセンサを用いた流体の流量の計測に関する補正を行うフローセンサ用補正ユニット、このフローセンサ用補正ユニットを有する流体判別装置、及び、流路内を流れるガス、水等の流体の流量を、フローセンサを用いて計測する流量計測装置に関するものである。

流量測定対象となるガス、水等の流体の流量を計測する流量計測装置としては、熱型のフローセンサを用いたものが知られている。このフローセンサは、流体の温度よりも高い温度を有するヒータを流体の流れの中に配置し、このヒータによって加熱された流体の温度分布が流速の増加に伴って変化するという原理を利用したものである。

このようなフローセンサとしては、特許文献１に示すものが知られており、この従来の熱型のフローセンサを、図９及び図１０の図面を参照して説明する。なお、図９は従来の熱型のフローセンサの構成を示す構成図である、図１０は図９に示すフローセンサの断面図である。

図９において、フローセンサ１は、Ｓｉ基板（基体）２、ダイアフラム３、ダイアフラム３上に形成された白金等からなるマイクロヒータ４、マイクロヒータ４の下流側でダイアフラム３上に形成された下流側サーモパイル５、マイクロヒータ４に図示しない電源から駆動電流を供給する電源端子６Ａ，６Ｂ、マイクロヒータ４の上流側でダイアフラム３上に形成された上流側サーモパイル８、上流側サーモパイル８から出力される上流側温度信号を出力する第１出力端子９Ａ，９Ｂ、下流側サーモパイル５から出力される下流側温度信号を出力する第２出力端子７Ａ，７Ｂ、を備える。

また、フローセンサ１は、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向（ＰからＱへの方向）と略直交方向に配置され、流体の物性状態を検出し、右側温度検出信号（第３温度検出信号に対応）を出力する右側サーモパイル１１、この右側サーモパイル１１から出力される右側温度検出信号を出力する第３出力端子１２Ａ，１２Ｂ、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置され、流体の物性状態情報を検出し、左側温度検出信号（第３温度検出信号に対応）を出力する左側サーモパイル１３、この左側サーモパイル１３から出力される左側温度検出信号を出力する第４出力端子１４Ａ，１４Ｂ、基体温度を得るための抵抗１５，１６、この抵抗１５，１６からの流体温度信号を出力する出力端子１７Ａ，１７Ｂを備える。右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３は、温度センサを構成する。

上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３は、熱電対から構成されている。この熱電対は、ｐ++−Ｓｉ及びＡｌにより構成され、冷接点５ｂ，８ｂと温接点５ａ，８ａとを有し、熱を検出し、冷接点５ｂ，８ｂと温接点５ａ，８ａとの温度差から熱起電力が発生することにより、温度検出信号を出力するようになっている。

また、図１０に示すように、Ｓｉ基板２には、ダイアフラム３が形成されており、このダイアフラム３には、マイクロヒータ４と、上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３のそれぞれの温接点とが形成されている。

このように構成されたフローセンサ１によれば、マイクロヒータ４が、外部からの駆動電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ４から発生した熱は、流体を媒体として、下流側サーモパイル５と上流側サーモパイル８のそれぞれの温接点５ａ，８ａに伝達される。それぞれのサーモパイルの冷接点５ｂ，８ｂは、Ｓｉ基体（Ｓｉ基板）上にあるので、基体温度になっており、それぞれの温接点は、ダイアフラム上にあるので、伝達された熱により加熱され、Ｓｉ基体温度より温度が上昇する。そして、それぞれのサーモパイルは、温接点５ａ，８ａと冷接点５ｂ，８ｂの温度差より熱起電カを発生し、温度検出信号を出力する。

流体を媒体として伝達される熱は、流体の熱拡散効果とＰからＱに向かって流れる流体の流速との相乗効果によって、それぞれのサーモパイルに伝達される。すなわち、流速がない場合には、熱拡散によって上流側サーモパイル８と下流側サーモパイル５に均等に伝達され、上流側サーモパイル８からの上流側温度信号と下流側サーモパイル５からの下流側温度信号との差信号は、零になる。

一方、流体に流速が発生すると、流速によって下流側サーモパイル５の温接点５ａに伝達される熱量が多くなり、上流側サーモパイル８の温接点８ａに伝達される熱量は少なくなるため、前記下流側温度信号と前記上流側温度信号との差信号は流速に応じた正値になる。

一方、マイクロヒータ４が外部からの駆動電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ４から発生した熱は、流体の流速の影響をほとんど受けずに流体の熱拡散効果のみによって、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置された右側サーモパイル１１に伝達される。また、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置された左側サーモパイル１３にも、同様な熱が伝達される。このため、右側サーモパイル１１の起電力により第３出力端子１２Ａ，１２Ｂから出力される右側温度検出信号、及び／または左側サーモパイル１３の起電力により第４出力端子１４Ａ，１４Ｂから出力される左側温度検出信号は、熱伝導と熱拡散、比熱等によって決定される熱拡散定数等の流体の物性状態に相関のあるデータであり、適当な処理をすることで物性状態を得ることもできる。

熱拡散定数等の大小は、上流側サーモパイル８が出力する上流側温度信号と下流側サーモパイル５が出力する下流側温度信号及び上流側温度信号にも影響し、右側及び左側サーモパイル出力の大小と同様に変化する。したがって、原理的には、上流側温度信号や下流側温度信号を、あるいは、これらの差を、右側及び／又は左側サーモパイル出力によって除することで、熱拡散定数等の異なる流体であっても、即ち、いかなる種類の流体であっても、正確な流量を算出することができることになる。

よって、図示しない流量計測装置は、第３出力端子１２Ａ，１２Ｂから出力される右側温度検出信号、及び／または第４出力端子１４Ａ，１４Ｂから出力される左側温度検出信号に基づき、熱伝導と熱拡散、比熱等によって決定される熱拡散定数等の流体の物性状態情報を算出し、上流側サーモパイル８からの上流側温度信号と下流側サーモパイル５からの下流側温度信号との差信号をその物性状態情報で補正することで、高精度の計測を実現するようにしてきた。

一方、特許文献２に示すフローセンサも知られている。該フローセンサは、ヒータをダイアフラムの中央に配置し、前記ヒータの上流側に上流温度センサ、下流側に下流側温度センサを配置している。該フローセンサの動作は、基体上の周囲温度センサで計測された温度よりも一定温度高くなるようにヒータで流体を加熱して所定の温度分布を発生させ、その温度分布を上流側温度センサ及び下流側温度センサで計測することにより流体流量を計測するものであった。

しかしながら、上述したフローセンサ１では、流体の物性状態データで補正しているにも係わらず、測定精度の再現性が悪いという問題が生じていた。特に大流量の計測、つまり、流速が速い場合に再現性が悪く、流量計測範囲の限界の一要因となっていた。

そこで、この問題を鋭意調査したところ、マイクロヒータ４に電流が流れない状態、つまり、フローセンサ１が駆動されていない状態でも、その出力が変化していたことが判明した。以下にその詳細を説明する。

図１１は従来の温度差によるサーモパイルの出力を示す模式図であり、図１２は従来のフローセンサで計測された流体温度と基体温度との温度差とセンサ出力器差（測定誤差）との関係を示したグラフである。そして、測定は、流体の標準状態における１００Ｌ／ｍｉｎで計測されている。

なお、図１２中の縦軸が示す器差は、その単位が％ＲＤ（％ of Reading：読値に対する百分率）となっている。そして、この％ＲＤは、例えば、最大流量が１００Ｌ／ｍｉｎのメータにおいて、１０Ｌ／ｍｉｎの流量を計測した場合に、メータ出力が９Ｌ／ｍｉｎであると、その器差を−１０％ＲＤで示す。そして、このときの公差は−１％ＦＳ（計器の最大計測値に対する百分率）で示すことができる。

図１１に示すように、前述の温度差がないときは、ヒータに電力印加がない場合、温度センサ出力は出力Ｖ０になり、ヒータに電力が印加されたときは出力Ｖ２になるとする。この状態のフローセンサ１でガス温度が基体温度より上昇すると、その分出力Ｖ０も出力Ｖ２も温度上昇し、それぞれ出力Ｖ１と出力Ｖ３になる。ところが、フローセンサ１は常に電力が印加されているため、出力Ｖ０や出力Ｖ１を計測することはできず、本来、出力Ｖ２である出力が出力Ｖ３に変化してしまう。

実際に図９に示すフローセンサ１の出力を計測して誤差を評価した結果が図１２である。その器差は、―３０度の温度差で約＋２０％ＲＤ、＋３０度の温度差で約−２０％ＲＤであることが判明した。

一方、上述した特許文献２のフローセンサの場合でも、測定精度の再現性が悪いという問題が生じていた。特に大流量の計測、つまり、流速が速い場合に再現性が悪く、流量計測範囲の限界の一要因となっていた。

この問題については、特許文献３の課題にもなっており、その原因は、本来、流体の温度を正確に測定する必要がある周囲温度センサが基体の温度を計測しているため、基体温度と流体温度に温度差が生じた場合には、流体の温度より一定温度高く加熱するという本来のヒータの制御ができないために、流量計測精度が悪くなっていた。

この問題を解決するために特許文献３では、ヒータの駆動を停止して、その停止時間内に、ヒータの抵抗値出力、若しくは、上流側温度センサそして／または下流側温度センサの温度出力によって、流体温度を計測し、流速計測の期間はこの方法で計測された流体温度よりも一定温度高くなるようにヒータを駆動しており、この方法では、流速の計測を一時的に停止する必要があるため、連続的な流量計測ができないという問題点があった。
特開２００１−１２９８８号公報 特開平４−３４３１５号公報 特開２００４−１１７１５７号公報

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、流体と基体と間に生じる温度差によって生じる計測誤差を解消し、かつ、連続的な計測を実現するフローセンサ用補正ユニット、流体判別装置、及び、流量計測装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載のフローセンサ用補正ユニットは、図１の基本構成図に示すように、基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータ４と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流速に応じて変化する流体の流れ方向における温度分布に応じた温度信号を出力する温度センサ５，８と、を有するフローセンサ１を用いた流体の流量計測に対する補正を行うフローセンサ用補正ユニットであって、前記流体の流体温度と前記基体の基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて、当該誤差を解消するように前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正情報を記憶する補正情報記憶手段４２ａと、前記基体温度を検出する基体温度検出手段１５，１６と、前記基体温度検出手段１５，１６が検出した基体温度と前記流体温度との温度差を検出する温度差検出手段４１ａと、前記温度差検出手段４１ａが検出した温度差に対応した前記補正情報を前記補正情報記憶手段４２ａから抽出する補正情報抽出手段４１ｂと、前記補正情報抽出手段４１ｂが抽出した補正情報に基づいて、前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正手段４１ｃと、を有することを特徴とする。

上記請求項１に記載した本発明によれば、補正情報記憶手段４２ａには、流体の流体温度と基体の基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて予め定められた補正情報が記憶される。そして、基体温度検出手段１５，１６によって基体温度が検出されると、該基体温度と流体温度との温度差が温度差検出手段４１ａによって検出される。そして、その温度差に対応した補正情報が補正情報記憶手段４２ａから補正情報抽出手段４１ｂによって抽出され、補正手段４１ｃによって該補正情報に基づいた前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つに対する補正が行われる。

上記請求項２記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項１に記載のフローセンサ用補正ユニットにおいて、前記フローセンサ１がさらに、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流れ方向と略直交して前記ヒータ４を通る略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサ１１，１３を有するとともに、前記補正情報記憶手段４２ａで補正している補正情報が、前記誤差を解消するように前記横側温度信号を補正する補正情報であることを特徴とする。

上記請求項２に記載した本発明によれば、補正情報記憶手段４２ａには、フローセンサ１の横側温度センサ１１，１３が出力する横側温度信号の誤差を解消する補正情報が記憶される。そして、温度差検出手段４１ａによって検出された温度差が、横側温度信号に対する補正を必要としていると、その補正情報に基づいた横側温度信号の補正が補正手段４１ｃによって補正される。

上記請求項３記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項１又は２に記載のフローセンサ用補正ユニットにおいて、予め定められた所定状態における前記ヒータ４のヒータ温度と前記基体温度との標準温度差を示す標準温度差情報を記憶する標準温度差情報記憶手段４２ｂと、前記ヒータ４のヒータ温度を検出するヒータ温度検出手段４１ａ１と、をさらに有し、前記補正情報記憶手段４２ａが、前記ヒータ温度と前記基体温度との温度差と前記標準温度差情報記憶手段４２ｂが記憶している標準温度差情報が示す標準温度差との第２温度差と該第２温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて、当該誤差を解消するように前記温度信号、前記温度分布、横側温度センサ出力、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正情報を記憶し、前記温度差検出手段４１ａが、前記ヒータ温度検出手段４１ａ１の検出したヒータ温度と前記基体温度検出手段１５，１６の検出した基体温度との温度差を算出し、該温度差と前記標準温度差情報記憶手段４２ｂが記憶している標準温度差情報が示す標準温度差との第２温度差を検出し、前記補正情報抽出手段４１ｂが、前記温度差検出手段４１ａの検出した第２温度差に対応した前記補正情報を前記補正情報記憶手段４２ａから抽出するようにしたことを特徴とする。

上記請求項３に記載した本発明によれば、標準温度差情報記憶手段４２ｂには、例えば、流体温度と基体温度との温度差がない状態、標準的な計測状態等の所定状態に対応した標準温度差を示す標準温度差情報が記憶される。また、補正情報記憶手段４２ａには、ヒータ温度と基体温度との差である温度差と標準温度差との差である第２温度差と該第２温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて予め定められた補正情報が記憶される。そして、ヒータ温度検出手段４１ａ１によってヒータ温度が検出されると、温度差検出手段４１ａによってヒータ温度と基体温度との温度差が算出され、該温度差と標準温度差との第２温度差が検出される。そして、補正情報抽出手段４１ｂによって該第２温度差に対応した補正情報が補正情報記憶手段４２ａから抽出され、該補正情報に基づいた補正が補正手段４１ｃによって行われる。

上記請求項４記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項１又は２に記載のフローセンサ用補正ユニットにおいて、前記基体２と同一の構成部材で形成される参照用基体２Ａと、前記参照用基体２Ａの表面に設けられ、かつ、前記ダイアフラム３と同一の構成部材で形成される参照用ダイアフラム３Ａと、前記参照用ダイアフラム３Ａの参照用ダイアフラム温度を検出する参照用ダイアフラム温度検出手段４１ａ２と、を有して、前記フローセンサ１のヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように前記流路内に設けられる参照部材１Ａをさらに設け、そして、前記温度差検出手段４１ａが、参照用ダイアフラム温度検出手段４１ａ２の検出した参照用ダイアフラム温度に基づいて前記流体温度を検出し、該流体温度と前記基体温度検出手段１５，１６の検出した基体温度との温度差を検出するようにしたことを特徴とする。

上記請求項４に記載した本発明によれば、参照部材はフローセンサ１のヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように流路内に設けられる。そして、ヒータ４が加熱状態になると、参照部材の参照用ダイアフラム温度が参照用ダイアフラム温度検出手段によって検出され、温度差検出手段４１ａによって該参照用ダイアフラム温度に基づいた流体温度が検出されて、流体温度と基体温度との温度差が検出される。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項５記載の流体判別装置は、図１の基本構成図に示すように、基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータ４と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流れ方向と略直交して前記ヒータ４を通る略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサ１１，１３と、を有するフローセンサ１を用いて、判別対象流体の種類を判別する流体判別装置において、請求項２〜４の何れか１項に記載のフローセンサ用補正ユニットと、該フローセンサ用補正ユニットの補正手段が補正した横側温度信号に基づいて、前記略直交方向における前記温度分布に応じた前記判別対象流体の物性状態を示す物性状態情報を検出する物性状態情報検出手段と、を有することを特徴とする。

上記請求項５に記載した本発明によれば、流体温度とフローセンサ１の基体温度との間に温度差が生じていると、フローセンサ用補正ユニットの補正手段によってフローセンサの横側温度センサが出力した横側温度信号が補正され、該横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報が物性状態情報検出手段によって検出される。そして、その物性状態情報に基づいて流体の判別が行われる。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項６記載の流量計測装置は、図１の基本構成図に示すように、基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータ４と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流速に応じて変化する温度分布に応じた温度信号を出力する温度センサ５，８と、前記流体の流れ方向と略直交方向に配置されて前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサ１１，１３と、を有するフローセンサ１を用いて、流体の流量を計測する流量計測装置において、請求項５に記載の流体判別装置を有し、そして、前記流量計測装置の物性状態情報検出手段が検出した物性状態情報に基づいて前記温度センサ５，８が出力した温度信号を補正し、該温度信号に基づいて前記流体の流速に応じて変化した前記温度分布を検出し、該温度分布に基づいて前記流体の流量を算出するようにしたことを特徴とする。

上記請求項６に記載した本発明によれば、流体判定装置において、横側温度センサ１１，１３が出力した横側温度信号は、補正手段４１ｃによってその温度差に対応した補正情報に基づいて補正され、該補正された横側温度信号に基づいた物性状態情報が検出され、該物性状態情報に基づいて流体の判定がされる。そして、流体判定装置で検出した物性状態情報に基づいて。フローセンサ１の温度センサ５，８の出力した温度信号が補正され、該温度信号に基づいて流体の流速に応じて変化した温度分布が検出され、該温度分布に基づいて流体の流量が算出される。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項７記載の流量計測装置は、図１の基本構成図に示すように、基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータ４と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流速に応じて変化する温度分布に応じた温度信号を出力する温度センサ５，８と、を有するフローセンサ１を用いて、流体の流量を計測する流量計測装置において、請求項１〜４の何れか１項に記載のフローセンサ用補正ユニットを有し、該フローセンサ用補正ユニットの補正手段が補正した補正結果に基づいて流体の流量を出力するようにしたことを特徴とする。

上記請求項７に記載した本発明によれば、流体温度とフローセンサ１の基体温度との間に温度差が生じていると、フローセンサ用補正ユニットの補正手段によってフローセンサの出力した温度信号、又は、温度信号に基づいて検出した温度分布、又は、温度分布に基づいて算出した流量の少なくとも１つが、補正情報に基づいて補正される。

以上説明したように請求項１に記載した本発明のフローセンサ用補正ユニットによれば、流体温度とフローセンサの基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流体計測で生じる誤差（器差）との関係に基づいて、その誤差を解消する補正情報を記憶しておき、流体温度と基体温度との温度差に対応した補正情報に基づいて流体の流量計測に対する補正を行うようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、出力精度を良い状態に保つことができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、フローセンサの横側温度センサが出力する横側温度信号の誤差を解消する補正情報を記憶しておき、この補正情報に基づいて横側温度信号を補正するようにしたことから、流体の流れ方向に対する略直交方向における温度分布を正確に検出することができるため、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても流体の物性状態情報を正確に検出することができる。よって、正確な物性状態情報に基づいた補正を支援することができるため、計測精度をさらに向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、ヒータ温度と基体温度との差である温度差と標準温度差との差である第２温度差と該第２温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて予め定められた補正情報を記憶しておき、検出したヒータ温度と基体温度との温度差から標準温度差を差し引いて第２温度差を検出し、該第２温度差に対応した補正情報に基づいた補正を行うようにしたことから、ヒータの加熱状態であっても常に正確な補正情報を検出することができるため、流路の外部の温度変化等によって基体と流体との間に温度差が生じても、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生する誤差を解消することができる。従って、フローセンサに対するヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、かつ、連続的な計測を行いながら、流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、フローセンサとが同一構成となるように形成した参照部材を、フローセンサのヒータが発生する温度分布の影響を受けないように流路内に設け、そして、該参照部材の参照用ダイアフラム上の参照用ダイアフラム温度に基づいて流体温度を検出し、該流体温度と基体温度との温度差を検出するようにしたことから、ヒータ等で加熱されない参照用ダイアフラムも流体温度の影響を受けるため、フローセンサにおけるヒータの加熱状態であっても、流体と基体との間に生じる温度差を迅速に検出することができるため、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生する誤差を解消することができる。従って、フローセンサに対するヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、かつ、連続的な計測を行いながら、流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。

請求項５に記載した本発明の流体判別装置によれば、フローセンサの横側温度信号を流体温度と基体温度との温度差に対応した補正情報で補正し、該横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報を検出して流体の判別を行うようにしたことから、流体温度とフローセンサの基体温度との間に温度差が生じても、その温度差による誤差を解消することができるため、その正確な横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出して流体を正確に判別することができる。従って、様々な種類の流体に判別の精度を向上させることができる。

請求項６に記載した本発明の流量計測装置によれば、流体判別装置が横側温度信号を補正し、該横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出して流体を判別し、該物性状態情報に基づいて補正した温度信号に基づいて流体の流速に応じて変化した温度分布を検出し、該温度分布に基づいて流体の流量を計測するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差による誤差を補正情報によって解消することができるため、出力精度を良い状態に保つことができる。従って、様々な種類の流体に対する計測精度を向上させることができる。

請求項７に記載した本発明の流量計測装置によれば、フローセンサ用補正ユニットを設け、そして、流体温度と基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流体計測で生じる誤差（器差）との関係に基づいた補正情報で、温度信号、温度分布、横側温度センサ出力、計測した流量の少なくとも１つを補正するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差に応じた誤差を補正情報によって解消することができるため、流体の流量を正確に計測することができる。従って、流体に対する計測精度を向上させることができる。

［第１の最良の形態］
以下、上述した背景技術で説明したフローセンサ１（図９，１０を参照）を用いて、流体の流量を計測する本発明に係る流量計測装置の第１の最良の形態を以下に説明する。なお、本第１の最良の形態では、本発明のフローセンサ用補正ユニットを有する流量計測装置を実現する場合について説明する。また、フローセンサ１の基本構成については、背景技術のところで説明しているので、詳細な説明は省略する。

ここで、図２はフローセンサを用いた本発明の流量計測装置の概略構成の一例を示す構成図であり、図３は図２中の駆動部の本発明に係る構成例を示す図であり、図４は図２のＣＰＵが実行する処理概要の一例を示すフローチャートである。

図１及び図２において、本発明の流量計測装置２０は、背景技術で説明したフローセンサ１を用いて、流体であるガスの流量を計測するものである。そして、フローセンサ１は、基体２から熱的に遮断された状態で基体表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体の温度よりも高い温度で前記流体を加熱して所定の温度分布を発生するマイクロヒータ（ヒータ）４と、前記ヒータ４に対する前記流路の上流側の前記ダイアフラム３上に設けられて前記基体２と前記ダイアフラム３との温度差に基づいて前記流体の温度を検出して上流側温度信号を出力する上流側サーモパイル（温度センサ）８と、前記ヒータ４に対する前記流路の下流側の前記ダイアフラム３上に設けられて前記基体２と前記ダイアフラム３との温度差に基づいて前記流体の温度を検出して下流側温度信号を出力する下流側サーモパイル（温度センサ）５と、ダイアフラム３上に設けられて流体の流れ方向と略直交してヒータ４を通る略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）と、を有する。

フローセンサ１の基体２には、上述したように測温抵抗１５，１６を設けており、これらの測温抵抗１５，１６は、基体２の基体温度を検出して基体温度信号を出力する。このように第１の最良の形態では、測温抵抗１５，１６を請求項中に記載の基体温度検出手段として機能させている。

流量計測装置２０は、上述したフローセンサ１内の下流側サーモパイル５からの下流側温度信号とフローセンサ１内の上流側サーモパイル８からの上流側温度信号との差信号を増幅する差動アンプ３３と、フローセンサ１内の右側サーモパイル１１からの右側温度検出信号を増幅するアンプ３５ａと、フローセンサ１内の左側サーモパイル１３からの左側温度検出信号を増幅するアンプ３５ｂと、フローセンサ１内の測温抵抗１５，１６からの基体温度信号を検出する検出回路３７と、予め定められたプログラムに従って動作するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４０と、このＭＰＵ４０によって制御されてマイクロヒータ４を駆動させる駆動部５０と、を備えて構成される。そして、差動アンプ３３とアンプ３５ａ，ｂ及び検出回路３７と駆動部５０との各々はＭＰＵ４０に接続されている。

なお、第１の最良の形態では、既存のフローセンサ１に２つの測温抵抗１５，１６が設けられていたため、それらを基体温度検出手段として用いる場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、１つの測温抵抗で実現する、３つ以上の測温抵抗で実現するなど種々異なる形態とすることができる。

ＭＰＵ４０は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）４１、ＣＰＵ４１のためのプログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ４２、各種のデータを格納するとともにＣＰＵ４１の処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ４３等を有して構成している。

ＲＯＭ４２には、フローセンサ１を用いてガスの流量を計測するのに当たり、ＣＰＵ４１（コンピュータ）を、上述した請求項中の温度差検出手段、補正情報抽出手段、補正手段として機能させるための各種プログラムを記憶している。また、本第１の最良の形態ではさらに、ＣＰＵ４１（コンピュータ）を、物性状態情報の検出、流量の算出等の各種手段として機能させるためのプログラムを記憶している。

ＣＰＵ４１は、下流側サーモパイル５及び上流側サーモパイル８からの下流側温度信号と上流側温度信号との差である差信号が差動アンプ３３を介して入力される。なお、本最良の形態では、差動アンプ３３を用いる場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、アンプで増幅して下流側温度信号及び上流側温度信号をそのままＣＰＵ４１に入力するなど種々異なる形態とすることができる。

ＣＰＵ４１は、右側サーモパイル１１からの右側温度検知信号がアンプ３５ａを介して入力されると共に、左側サーモパイル１３からの左側温度検知信号がアンプ３５ｂを介して入力される。なお、本最良の形態では、アンプ３５ａ，３５ｂの２つを用いる方法について説明するが、例えば、２つの信号の和を出力する増幅回路を１つのアンプで構築する方法など種々異なる方法を用いることができる。

駆動部５０は、ＭＰＵ４０に接続しており、ＭＰＵ４０からの指示に応じてマイクロヒータ４に対する電力の供給を制御してマイクロヒータ４を駆動させる駆動回路等を有している。

駆動部５０はさらに、図３に示すように、マイクロヒータ４に流れる電流を監視する電流監視部５１を有している。この電流監視部５１は、マイクロヒータ４を定電圧Ｖｏで駆動する定電圧源５１ａと、該定電圧源５１ａからマイクロヒータ４に電力を供給する供給ラインに直列に設けられる固定抵抗（シャント抵抗）５１ｂと、該固定抵抗５１ｂの両端の電位差を示す差信号を増幅する差動アンプ５１ｃと、を有している。そして、差動アンプ５１ｃの出力は、ＭＰＵ４０の入力ポート（図示せず）に接続しており、該入力ポートから差信号がＭＰＵ４０に入力される。

なお、駆動部５０については、マイクロヒータ４の駆動方法は、マイクロヒータ抵抗を計測することが可能であれば、例えば、定電力回路、定温度回路などを用いて種々異なる形態とすることができる。

ＭＰＵ４０は、入力された差信号に基づいて固定抵抗５１ｂの両端の電位差を示す電圧Ｖｍを計測し、該電圧Ｖｍを固定抵抗５１ｂの抵抗値Ｒｍで除する（Ｖｍ／Ｒｍ）ことで、マイクロヒータ４を流れている電流Ｉｈが求められる。そして、マイクロヒータ４に印加されている電圧Ｖｈは、定電圧ＶｏからＶｈ＝Ｖｏ−Ｖｍで求められる。そして、マイクロヒータ４の抵抗値Ｒｈは、Ｒｈ＝Ｖｈ／Ｉｈで求められ、温度依存抵抗体からなるマイクロヒータ４のヒータ温度Ｔｈを計測する。

また、ＭＰＵ４０は、検出回路３７で基体２の基体温度Ｔｂを検出する。なお、基体温度Ｔｂの検出方法については、２つの測温抵抗１５，１６中の一方の基体温度信号に基づいて基体温度Ｔｂを検出するなど種々異なる検出方法を用いることができる。

ＭＰＵ４０は、ヒータ温度Ｔｈから基体温度Ｔｂを差し引くことで、温度差ΔＴ＝Ｔｈ−Ｔｂを算出する。そして、後述する標準温度差情報が有する標準温度差ΔＴｈｏを温度差ΔＴから差し引くことで、第２温度差ΔＴｇ（＝ΔＴ−ΔＴｈｏ）を算出する。そして、流体温度と基体温度との間に差が生じている場合は、その差分が温度差ΔＴに反映されることになるため、その第２温度差ΔＴｇに基づいて流体温度と基体温度との間に温度差が生じているか否かを判定することができる。

ＲＯＭ４２はさらに、上述した図１２に示すように、ダイアフラム３上の流体の流体温度と基体２の基体温度との間に生じる温度差（図１２中の横軸）と該温度差に対応して前記流量計測装置が有する器差（図１２中の縦軸）との関係に基づいて予め定められた補正情報や、流体温度と基体温度との予め定められた所定状態におけるマイクロヒータ４のヒータ温度と基体温度との標準温度差を示す標準温度差情報等の各種情報を記憶している。

補正情報の一例としては、測定精度ズレを解消するように、図１２に示す温度差と器差との関係に基づいて定められた右側及び左側温度検出信号を補正する補正係数データを有して構成しており、各補正情報の各々は、温度差（範囲）に対応させて設けている。このように補正情報をテーブルとして予めＲＯＭ４２に記憶しておくことで、温度差に対応する補正情報を特定することが可能な構成となっている。なお、補正情報としては、指定した温度差に対応する補正情報を出力する補正係数データを算出する算出式プログラムとするなど種々異なる形態とすることができる。

また、標準温度差情報の一例としては、流体温度と基体温度に温度差がない状態（所定状態）における温度差を示す標準温度差データを有して構成している。なお、加熱されたマイクロヒータ４は、流量の平方根に比例して冷却されることから、上述したΔＴｈｏは流速によっても異なるため、流体の全流量域に標準温度差データを対応させている。

例えば、測定対象となる流量域を複数の流量区分に区分し、各流量区分に対応した標準温度差データを有するように標準温度差情報を構成している。そして、ＲＡＭ４３に流量域データを記憶するエリアを設け、そして、その流量域データに流量区分を設定しておくことで、その設定値に基づいた流量区分の判定が可能な構成となっている。

なお、標準温度差ΔＴｈｏとして流量が０のときに対応したΔＴｈｏｏのみを記憶しておき、流体の流量によって冷却される熱量分の温度ΔＴｖを含めた第２温度差ΔＴｇによって補正する形態とすることもできる。但し、流量ありのときの流量算出係数を逆算で予め求めておく必要がある。或いは、ΔＴｇｏ＝ΔＴ―ΔＴｈｏｏから仮の流速を求め、その仮流速とフローセンサ１の補正前出力との差から計測流量を補正することもできる。

また、第１の最良の形態では、ＲＯＭ４２を請求項中の補正情報記憶手段及び標準温度差情報記憶手段として機能させる場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、ＭＰＵ４０にメモリ、外部記憶媒体等を接続して実現させることもできる。

次に、上述した構成におけるＭＰＵ４０のＣＰＵ４１が実行する流量計測処理の一例を、図４に示すフローチャートを参照して以下に説明する。

図４に示す流量計測処理が起動されると、ステップＳ１１において、マイクロヒータ４の加熱開始が駆動部５０に指示され、その後ステップＳ１２に進む。この指示に応じて駆動部５０は、マイクロヒータ４に一定の電圧が印加されるように駆動させる。この結果、マイクロヒータ４の周りのガスが加熱されて、所定の温度分布が発生することになる。

ステップＳ１２において、上述したように測温抵抗１５，１６から検出回路３７を介して入力される基体温度信号に基づいて基体２の基体温度Ｔｂが検出されてＲＡＭ４３に記憶されると共に、駆動部５０の電流監視部５１から入力される差信号に基づいて電位差Ｖｍが検出され、上述したように電位Ｖｍに基づいてマイクロヒータ４のヒータ温度Ｔｈが算出されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３（温度差検出手段）において、ＲＡＭ４３のヒータ温度Ｔｈと基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴが算出され、該温度差ΔＴとＲＡＭ４３の流量区分データが示す流量区分に対応する標準温度差情報が示す標準温度差ΔＴｈｏとの第２温度差ΔＴｇが算出され、該第２温度差ΔＴｇと例えば予め定められた温度差変換テーブル、温度差変換プログラム等とに基づいて流体温度が求められ、該流体温度と基体温度との温度差がＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４（補正手段）において、ＲＡＭ４３の温度差に対応する補正情報が特定され、該補正情報に基づいて、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からアンプ３５ａ，ｂを介して入力される右側温度検出信号及び左側温度検出信号（横側温度信号に相当）が補正され、それらの信号値がマイクロヒータ４の駆動時における温度分布出力Ｖ３ｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５（物性状態情報検出手段）において、ＲＡＭ４３の温度分布出力Ｖ３ｏｎに基づいて、流体の物性に応じた物性状態情報が算出（検出）されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１６に進む。なお、この物性状態情報に基づいて流体の物性をある程度求めることもできる。

ステップＳ１６において、フローセンサ１の下流側サーモパイル５及び上流側サーモパイル８がそれぞれ出力した上流側温度信号及び下流側温度信号の差信号が差動アンプ３３を介して取り込まれ、その信号値がマイクロヒータ４の加熱時における温度差出力ＶｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７において、ＲＡＭ４３の温度差出力Ｖｏｎ、物性状態情報Ｖ３ｏｎ、後述する流量算出式を用いて算出されることで、１回の計測当たりの流量が算出されて流量情報としてＲＡＭ４３に記憶され、その後、ステップＳ１８において、流量情報は予め定められた例えば表示装置に出力されることで、表示装置に表示され、その後ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１９において、算出された流量情報に基づいて、流量があるか否かが判定される。流量があると判定された場合は（Ｓ１９でＹ）、ステップＳ２０において、ＲＡＭ４３に流量域データに、その流量が該当する流量区分が設定され、その後ステップＳ２２に進む。一方、流量がないと判定された場合は（Ｓ１９でＮ）、ＲＡＭ４３の流量域データがクリアされ、その後ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２において、終了要求を受けたか否かが判定される。終了要求を受けていないと判定された場合は（Ｓ２２でＮ）、ステップＳ１２に戻り、一連の処理が繰り返される。なお、直ちにステップＳ１２に戻る必要はなく、一定時間経過した後に戻るようにしてもよい。一方、終了要求を受けたと判定された場合は（Ｓ２２でＹ）、ステップＳ２３において、マイクロヒータ４の加熱終了が駆動部５０に指示され、マイクロヒータ４の駆動が停止されると、その後処理が終了される。

以降も、ガスの計測期間中は、連続的に上述した処理を繰り返すことで、流量の計測時に、流体温度と基体温度との温度差を検出し、この温度差、流量に対応した補正情報で横側温度センサ出力を補正して流量の算出を連続的に行うことができる。

次に、上述した構成の流量計測装置２０の動作（作用）の一例を、図５の図面を参照して以下に説明する。なお、図５は本発明による温度差と器差との関係を示すグラフである。

上述した発明が解決しようとする課題で説明した測定条件と同一の測定条件で温度差と器差との関係を確認したところ、図５に示す結果を得ることができた。詳細には、センサ基体とガス温度差とを約−３０〜３０度の範囲で変化させたとき、図５に示すように、その器差は−３０度のときが約１％、−１５度のときが約０％、−５度のときが約０．５％、５度のときが約０％、１５度のときが約０％、３０度のときが約−１％という測定結果を得ることができた。つまり、このように本発明の流量計測装置２０によって、温度差の変化による器差の発生を解消することができた。

以上説明したように本発明の流量計測装置２０によれば、流体判別装置に相当するＣＰＵ４１が横側温度信号を補正し、該横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出して流体を判別し、該物性状態情報に基づいて補正した温度信号に基づいて流体の流速に応じて変化した温度分布を検出し、該温度分布に基づいて流体の流量を計測するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差による誤差を補正情報によって解消することができるため、出力精度を良い状態に保つことができる。従って、流体と基体と間に生じる温度差を正確に把握して、様々な種類の流体に対する計測精度を向上させることができる。

第１の最良の形態では、フローセンサ１の右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）を流体温度と基体温度との温度差に対応した補正情報で補正し、該横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報を検出し、該物性状態情報に基づいて上流側温度信号及び下流側温度信号を補正し、それらの温度信号に基づいて流量を算出するようにしたことから、流体の物性状態に応じた補正を行うことができるため、連続的な計測中でも様々な種類の流体に対する計測精度を向上させることができる。

また、ヒータ温度を検出し、該ヒータ温度と基体温度との温度差から標準温度差を差し引いて第２温度差を算出し、該第２温度差に基づいて流体温度を求め、基体温度と流体温度との間に生じている温度差を検出するようにしたことから、マイクロヒータ（ヒータ）４の加熱状態であっても常に流体温度と基体温度との温度差を検出することができるため、ガス（流体）の計測期間中は常に最新の物性状態情報を得ることが可能となり、流路の外部の温度変化等によって基体２と流体との間に温度差が生じても、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生するオフセット出力をキャンセルすることができる。従って、流量計測装置２０におけるヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、連続的な計測中でも様々な種類の流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。

さらに、予め定められた複数の流量区分に対応させて標準温度差情報を記憶し、流量を算出した後は、該流量に応じた流量域を特定し、該流量域に対応する標準温度差情報に基づいて基体温度と流体温度との温度差を検出するようにしたことから、マイクロヒータ（ヒータ）４が流体の流れの影響を受けても、その流速によって冷却される熱量分を補正することができるため、基体２と流体との間に温度差が生じても、流体の流量の影響を受けることなく、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生するオフセット出力をキャンセルすることができる。従って、流体が流れている状態であっても、様々な種類の流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。

［第２の最良の形態］
上述した第１の最良の形態では、横側温度センサにより流体の物性状態情報を得てその情報により流速に応じた温度分布を補正する方法について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、マイクロヒータ４の温度制御を基体温度よりも一定温度だけ上昇させる方式の第２フローセンサにも本発明を適用することができる。

なお、第２フローセンサは、背景技術で説明した図９中の１１〜１４の構成を削除したものであり、その他の構成は同一であることから詳細な説明は省略する。また、第２流量計測装置は、図２に示す構成から１１，１３，３５ａ，３５ｂを削除した構成となっている。

上述したフローセンサ１及び流量計測装置２０の場合、マイクロヒータ４の加熱量が変動しても、その変動量を右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）がモニターし、上流側サーモパイル（上流側温度センサ）８及び下流側サーモパイル（下流側温度センサ）５の出力を補正するため、流量計測精度が維持される。

しかしながら、第２フローセンサの場合、横側温度センサがないため、その補正ができない。そこで、第２フローセンサ及びそれを用いた第２流量計測装置の場合は、マイクロヒータ４の加熱を十分制御する必要がある。制御の一例として、ここでは、基体温度よりも一定温度高い状態に制御する場合について説明する。

マイクロヒータの温度制御によって基体温度よりも一定温度だけ上昇させるため、駆動部によってヒータ温度Ｔｈを基体温度Ｔｂより一定温度ΔＴｈｏだけ上昇させる。このとき、この一定温度ΔＴｈｏは、基体温度と流体温度との温度差ΔＴｇと電力による温度上昇ΔＴｅとの和（ΔＴｈ＝ΔＴｇ＋ΔＴｅ）になる。そして、電力による温度上昇ΔＴｅは、マイクロヒータの消費電力Ｗｈ＝Ｖｈ＊Ｉｈに比例することから、マイクロヒータの印加電圧Ｖｈと印加電流Ｉｈをモニターすることで予測することができる。

具体的な作用としては、基体温度より一定温度ΔＴｈｏだけ上昇するようにマイクロヒータ４を加熱したとき、基体温度と流体温度との温度差がない状態、つまり、ΔＴｇ＝０でのマイクロヒータ消費電力Ｗｈｏから比例係数ｋ（ΔＴｈｏ＝ｋ＊Ｗｈｏ）を求めて記憶しておく。そして、ΔＴｇ≠０のときのマイクロヒータ消費電力Ｗｈから電力によるマイクロ加熱温度ΔＴｅ＝ｋ＊Ｗｈが求められ、制御による温度上昇ΔＴｈｏとの差から温度差ΔＴｇ（＝ΔＴｈｏ−ΔＴｅ）を算出する。この温度差ΔＴｇから補正情報記憶手段４１ａを参照して補正情報を抽出し、第２フローセンサの出力を補正する。なお、実際のロジックではΔＴｇを求める必要はなく、ΔＴｅやＷｈ等から補正情報を参照するようにすることもできる。

このように第２の最良の形態における第２流量計測装置によれば、フローセンサ用補正ユニットを設け、そして、流体温度と基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流体計測で生じる誤差（器差）との関係に基づいた補正情報で、上流側及び下流側の温度信号を補正するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差に応じた誤差を補正情報によって解消することができるため、流体の流量を正確に計測することができる。従って、流体に対する計測精度を向上させることができる。

また、第２の最良の形態における第２流量計測装置によれば、基体温度と流体温度との温度差を計測するためにマイクロヒータ４の駆動を停止する必要がなく、連続的な流量計測ができるようになる。

［第３の最良の形態］
次に、上述した背景技術で説明したフローセンサ１（図９，１０を参照）を用いて、流体の流量を計測する本発明に係る流量計測装置の第３の最良の形態を、図６〜図７の図面と上述した図面とを参照して説明する。なお、フローセンサ１の基本構成については、背景技術のところで説明しているので、詳細な説明は省略する。さらに、第１の最良の形態、及び、なお、従来の技術のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

ここで、図６はフローセンサを用いた第３の最良の形態における流量計測装置の設置例を説明するための図であり、図７は図６に示す流量計測装置の構成の一例を示すブロック図である。

図６に示すフローセンサ１は、第１の最良の形態で説明したものと同様に、基体２と、ダイアフラム３と、マイクロヒータ（ヒータ）４と、上流側サーモパイル（上流側温度センサ）８と、下流側サーモパイル（下流側温度センサ）５と、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）と、を有する。

図６及び図７に示す流量計測装置２０は、第１の最良の形態で説明した、差動アンプ３３と、アンプ３５ａ，３５ｂと、検出回路３７と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４０と、駆動部５０と、を有している。

さらに、流量計測装置２０は、フローセンサ１のヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように流路７０内に設けられる参照部材１Ａを有する。この参照部材１Ａは、上方に設けているフローセンサ１と対向するように流路７０の下方の内壁に設けられ、流路７０内を流れるガスの流れ方向（図６中のＰからＱへの方向）に対する向きがフローセンサ１と同一になる向きとなるように配置されている。

なお、フローセンサ１と参照部材１Ａとの配置関係は、断面形状等が変化していない直線状の流路７０における上流に参照部材１Ａと下流にフローセンサ１となるように配置するなど、種々異なる配置関係とすることができる。

また、流路７０内における流れがほとんどない位置、流れの影響を受けない位置等に、参照部材１Ａを配置することも考えられるが、流れがない位置（淀み位置）のガスは、流れているガスと同一温度であるとは限らないため、そのような位置に配置することは適切でなく、上述した配置関係とすることが好ましい。

さらに、流路７０の同一断面形状の同一位置に配置していれば、お互いの距離が離れていても大きな問題はないが、圧力損失が大きい場合は、それに伴う温度低下があるため、計測精度を若干低下させる可能性があるため、お互いの距離は近いことが好ましい。

参照部材１Ａは、フローセンサ１の基体２と同一の構成部材で形成される参照用基体２Ａと、該参照用基体２Ａから断熱された状態でその表面に設けられ、かつ、フローセンサ１のダイアフラム３と同一の構成部材で形成される参照用ダイアフラム３Ａと、該参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて参照用ダイアフラム３Ａの参照用ダイアフラム温度を検出する参照用ダイアフラム温度検出手段として機能するマイクロヒータ４Ａと、を有する。

なお、参照部材１Ａについては、フローセンサ１と同一の構成からなる他のフローセンサを用いることもできる。また、参照部材１Ａの参照用基体２Ａの形状については、フローセンサ１の基体２と同一にする必要はなく、種々異なる形状とすることができる。

さらに、第３の最良の形態では、請求項中の参照用ダイアフラム温度検出手段をマイクロヒータ４Ａで実現する場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、参照部材１Ａの構成に、例えば測温抵抗体、サーモパイル等の各種温度センサを設けて、参照用ダイアフラム温度検出手段として機能させるなど、種々異なる形態とすることができる。

流量計測装置２０はさらに、第２駆動部５０Ａを有する。該第２駆動部５０Ａは、マイクロヒータ４Ａに該マイクロヒータ４Ａを加熱しない程度の微弱な定電流を印加する回路になっている。また、第２駆動部５０Ａはさらに、マイクロヒータ４Ａの両端電位差Ｖｍを増幅するアンプを有し、該アンプの出力はＭＰＵ４０に入力されている。このような構成とすることで、ＭＰＵ４０は検出した出力Ｖｍにより、Ｒｍ＝Ｖｍ／Ｉｍの関係からマイクロヒータ４Ａの抵抗値Ｒｍが算出され、該抵抗値Ｒｍと温度依存係数とからマイクロヒータ４Ａの温度Ｔｈｍを算出可能する。

なお、第２駆動部５０Ａについては、上述した構成に限定する必要はなく、マイクロヒータ４Ａに加熱しない程度に定電圧を印可して電流値を計測する、マイクロヒータ４Ａをマイクロヒータ４の温度の１／２程度まで印加してマイクロヒータ４Ａの抵抗値を計測する、などの種々異なる構成とすることができる。

ＭＰＵ４０は、参照用ダイアフラム３Ａ上の温度Ｔｈｍを計測する。そして、第１の最良の形態で説明したように、フローセンサ１の測温抵抗１５，１６に基づいて基体２の基体温度Ｔｂを計測し、参照用ダイアフラム３Ａと基体２との温度差を流体温度と基体温度の温度差ΔＴｇとして検出する。

ＲＯＭ４２には、第１の最良の形態と同様に、図４に示すフローチャートを実現するための流量計測処理プログラムと、前記補正情報と、を記憶している。

次に、第３の最良の形態において、ＣＰＵ４１が実行する流量計測処理の一例を、図４に示すフローチャートを参照して以下に説明する。なお、上述した第１の最良の形態で説明した処理と同一の箇所については、詳細な説明を省略する。

図４に示す流量計測処理が起動されると、ステップＳ１１において、マイクロヒータ４の加熱開始が駆動部５０に指示されると共に、マイクロヒータ４Ａの駆動開始が第２駆動部５０Ａに指示され、その後ステップＳ１２に進む。この指示に応じて第２駆動部５０Ａは、マイクロヒータ４Ａが発熱しない微弱の電流を流して駆動させる。この結果、マイクロヒータ４の周りのガスが加熱されて、所定の温度分布が発生することになり、一方の参照部材１Ａのマイクロヒータ４Ａは加熱されない。

ステップＳ１２において、上述したように測温抵抗１５，１６から検出回路３７を介して入力される基体温度信号に基づいて基体２の基体温度Ｔｂが検出されてＲＡＭ４３に記憶されると共に、第２駆動部５０Ａから入力される信号に基づいて電位差Ｖｍが検出され、上述したように電位Ｖｍに基づいてマイクロヒータ４Ａのヒータ温度、つまり、参照用ダイアフラム３Ａ上の参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍが算出されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３（温度差検出手段）において、ＲＡＭ４３の参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍと基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴが算出され、該温度差ΔＴとＲＡＭ４３の流量区分データが示す流量区分に対応する標準温度差情報が示す標準温度差ΔＴｈｏとの差が、流体温度と基体温度との温度差ΔＴｇとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１４に進む。

そして、ステップＳ１４〜Ｓ２３の各処理は、第１の最良の形態と同一であることから、詳細な説明は省略する。つまり、第３の最良の形態は、第１の最良の形態のステップＳ１１〜Ｓ１３の各処理を、上述したように変更することで対応することができる。

次に、上述した構成における第３の最良の形態に係る流量計測装置２０の動作（作用）の一例を、以下に説明する。

流量計測装置２０によって上述した流量計測処理が実行されると、マイクロヒータ４が駆動される。そして、第２駆動部５０Ａからの出力に基づいて参照用ダイアフラム３Ａの参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍを検出する。そして、参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍと基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴを算出し、該温度差ΔＴと標準温度差ΔＴｈｏとの差を流体温度と基体温度との温度差ΔＴｇとして算出する。

温度差ΔＴｇに対応する補正情報に基づいて、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３から入力される右側温度検出信号及び左側温度検出信号（横側温度信号に相当）を補正し、それらの信号値をマイクロヒータ４の駆動時における温度分布出力Ｖ３ｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶する。そして、この温度分布出力Ｖ３ｏｎに基づいて流体の物性に応じた物性状態情報を算出してＲＡＭ４３に記憶する。

フローセンサ１の下流側サーモパイル５及び上流側サーモパイル８がそれぞれ出力した上流側温度信号及び下流側温度信号の差信号の信号値を温度差出力ＶｏｎとしてＲＡＭ４３に取り込む。そして、該物性状態情報（Ｖ３ｏｎ）と温度差出力Ｖｏｎと流量算出式とを用いてガスの流量を算出し、該流量を流量情報として例えば表示装置等に出力して表示させる。そして、計測した流量に応じた流量域は、ＲＡＭ４３の流量域データに設定される。

以降も、ガスの計測期間中は、上述した処理を繰り返すことで、流量の計測時に、流体温度と基体温度との温度差を検出し、この温度差、流量に対応した補正情報で横側温度センサ出力を補正して流量の算出を行う。

第３の最良の形態による流量計測装置２０についても、上述した発明が解決しようとする課題で説明した測定条件と同一の測定条件で温度差と器差との関係を確認したところ、上述した図５に示す結果と同等の結果を得ることができた。つまり、このように本発明の流量計測装置２０によって温度差の変化による器差の発生を解消することができた。

以上説明した第３の最良の形態による流量計測装置２０によれば、流体温度と基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流量計測装置２０が有する誤差（器差）との関係に基づいて、その誤差を解消するように横側温度信号を補正する補正情報を記憶しておき、流体温度と基体温度との温度差に対応した補正情報に基づいて右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）からの横側温度信号を補正し、該横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出し、該物性状態情報に基づいて補正した上流側温度信号及び下流側温度信号に基づいて流体の流速に応じて変化した温度分布を検出し、該温度分布に基づいて流体の流量を計測するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差を補正情報によって打ち消すことができるため、出力精度を良い状態に保つことができる。従って、連続的な計測中であっても様々な種類の流体に対する計測精度を向上させることができる。

また、フローセンサ１の基体２及びダイアフラム３とが同一となるように形成した参照部材１Ａを、フローセンサ１のマイクロヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように流路内に設け、そして、該参照部材１Ａの参照用ダイアフラム３Ａ上の参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍを検出し、該参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍとフローセンサ１の基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴを、基体温度と流体温度との温度差として検出するようにしたことから、マイクロヒータ４等で加熱されない参照用ダイアフラム３Ａは流体温度の影響を受けるため、フローセンサ１におけるマイクロヒータ４の加熱状態であっても、流体と基体との間に生じる温度差を迅速に検出することができるため、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生する温度センサのオフセット出力をキャンセルすることができる。従って、流量計測装置２０におけるヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、様々な種類の流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。

なお、上述した本最良の形態では、請求項中の各手段をＭＰＵ４０によって実現する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、ＤＳＰ（digital signal processor）、ＡＳＩＣ（application specific IC）で実現するなど種々異なる形態とすることができる。

また、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からの各信号をアンプ３５ａ，３５ｂで増幅し、かつ、参照用右側サーモパイル１１Ａ及び参照用左側サーモパイル１３Ａからの各信号をアンプ３６ａ，３６ｂで増幅してＭＰＵ４０に入力する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、上流側温度信号及び下流側温度信号に対する差動アンプ３３，３４と同様に上述したアンプ３５ａ，３５ｂと３６ａ，３６ｂを差動アンプに置き換えなど、アナログ回路上で自動的に補正（引き算）することで、ＭＰＵ４０における演算処理のさらなる簡単化を図ることもできる。

また、上述した本最良の形態では、流量計測装置２０について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、流量計測装置２０をガスメータに組み込んで実現したり、水、薬品などの流体を計測する計器として実現するなど種々異なる形態とすることができる。

［第４の最良の形態］
次に、上述した背景技術で説明したフローセンサ１（図９，１０を参照）を用いて、本発明のフローセンサ用補正ユニットを有する流体判別装置を実現する場合の最良の形態を以下に説明する。なお、従来の技術、第１〜第３の最良の形態のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

流体判別装置は、上述した第１の最良の形態で説明した図６に示す流量計測装置２０の構成と同様に、差動アンプ３３と、アンプ３５ａ，３５ｂと、検出回路３７と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４０と、駆動部５０と、を有している。そして、フローセンサ１は、基体２と、ダイアフラム３と、マイクロヒータ（ヒータ）４と、上流側サーモパイル（上流側温度センサ）８と、下流側サーモパイル（下流側温度センサ）５と、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）と、を有する。

なお、第４の最良の形態では、フローセンサ１が、基体２、ダイアフラム３、マイクロヒータ４、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３を有する構成とすることもできる。

ＲＯＭ４２はさらに、第１の最良の形態で説明した流体の物性状態情報に基づいて、流体を判別する流体判別手段、該判別結果を通知する通知手段としてＣＰＵ４１を機能させるためのプログラムを記憶している。そして、本第４の最良の形態では、物性状態情報に基づいて流体を識別するための判別テーブル情報を記憶している。

図８は流体判別装置のＣＰＵが実行する流体判別処理の一例を示すフローチャートである。そして、このフローチャートを参照して、流体判別処理の一例を以下に説明する。なお、この流体判別処理は、例えば、電源断、終了要求の発生等に応じて処理を終了する。

図８に示す流量判別処理が起動されると、ステップＳ５１において、マイクロヒータ４の加熱開始が駆動部５０に指示され、その後ステップＳ５２に進む。この指示に応じて駆動部５０は、マイクロヒータ４に一定の電圧が印加されるように駆動させる。この結果、マイクロヒータ４の周りのガスが加熱されて、所定の温度分布が発生することになる。

ステップＳ５２において、上述したように測温抵抗１５，１６から検出回路３７を介して入力される基体温度信号に基づいて基体２の基体温度Ｔｂが検出されてＲＡＭ４３に記憶されると共に、駆動部５０の電流監視部５１から入力される差信号に基づいて電位差Ｖｍが検出され、上述したように電位Ｖｍに基づいてマイクロヒータ４のヒータ温度Ｔｈが算出されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ５３に進む。

ステップＳ５３（温度差検出手段）において、ＲＡＭ４３のヒータ温度Ｔｈと基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴが算出され、該温度差ΔＴと予め定められた標準温度差情報が示す標準温度差ΔＴｈｏとの第２温度差ΔＴｇが算出され、該第２温度差ΔＴｇと例えば予め定められた温度差変換テーブル、温度差変換プログラム等とに基づいて流体温度が求められ、該流体温度と基体温度との温度差がＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４（補正手段）において、ＲＡＭ４３の温度差に対応する補正情報が特定され、該補正情報に基づいて、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からアンプ３５ａ，ｂを介して入力される右側温度検出信号及び左側温度検出信号（横側温度信号に相当）が補正され、それらの信号値がマイクロヒータ４の駆動時における温度分布出力Ｖ３ｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５（物性状態情報検出手段）において、ＲＡＭ４３の温度分布出力Ｖ３ｏｎに基づいて、流体の物性に応じた物性状態情報が算出（検出）されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ５６に進む。

ステップＳ５６において、ＲＡＭ４３の物性状態情報に対応する物性が、前記判別テーブル情報に基づいて判別され、ステップＳ５７において、その判別結果を示す判別結果情報が図示しない表示装置、通信装置、音声出力装置等に出力されることで、判別結果が通知され、その後処理を終了する。

次に、上述した構成の流体判別装置の動作（作用）の一例を以下に説明する。

流体判別装置によって上述した流体判別処理が実行されると、マイクロヒータ４が駆動される。そして、駆動部５０の電流監視部５１ヒータからの出力に基づいてヒータ４のヒータ温度Ｔｈを検出すると共に、測温抵抗１５，１６からの出力に基づいて基体２の基体温度Ｔｂを検出する。そして、ヒータ温度Ｔｈと基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴを算出し、該温度差ΔＴと標準温度差ΔＴｈｏとの第２温度差ΔＴｇを算出する。

流体温度と基体温度との温度差ΔＴｇに対応する補正情報に基づいて、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３から入力される右側温度検出信号及び左側温度検出信号（横側温度信号に相当）を補正し、それらの信号値をマイクロヒータ４の駆動時における温度分布出力Ｖ３ｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶する。そして、この温度分布出力Ｖ３ｏｎに基づいて流体の物性に応じた物性状態情報を算出してＲＡＭ４３に記憶し、この物性状態情報と前記判別テーブル情報とに基づいて流体が判別され、その判別結果を通知する。

以上説明した流体判別装置によれば、フローセンサ１の右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からの横側温度信号を流体温度と基体温度との温度差に対応した補正情報で補正し、該横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報を検出して流体の判別を行うようにしたことから、流体温度とフローセンサ１の基体温度との間に温度差が生じても、その温度差による誤差を解消することができるため、その正確な横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出して流体を正確に判別することができる。従って、流体温度と基体温度との間に生じる温度差を正確に把握して、様々な種類の流体に判別の精度を向上させることができる。

本発明に係る流量計測装置の基本構成を示す構成図である。 フローセンサを用いた本発明の流量計測装置の概略構成の一例を示す構成図である。 図２中の駆動部の本発明に係る構成例を示す図である。 図２のＣＰＵが実行する処理概要の一例を示すフローチャートである。 本発明による温度差と器差との関係を示すグラフである。 フローセンサを用いた第３の最良の形態における流量計測装置の設置例を説明するための図である。 図６に示す流量計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 流体判別装置のＣＰＵが実行する流体判別処理の一例を示すフローチャートである。 従来の熱型のフローセンサの構成を示す構成図である。 図９に示すフローセンサの断面図である。 従来の温度差によるサーモパイルの出力を示す模式図である。 従来のフローセンサで計測された流体温度と基体温度との温度差とセンサ出力器差（測定誤差）との関係を示したグラフである。

符号の説明

１ フローセンサ（フローセンサ）
１Ａ 参照部材
３ ダイアフラム
３Ａ 参照用ダイアフラム
４，４Ａ ヒータ
５ 下流側温度センサ
８ 上流側温度センサ
１１，１３ 横側温度センサ
１５，１６ 基体温度検出手段（測温抵抗）
２０ 流量計測装置
４１ａ 温度差検出手段（ＣＰＵ）
４１ｂ 補正情報抽出手段（ＣＰＵ）
４１ｃ 補正手段（ＣＰＵ）
４２ａ 補正情報記憶手段（ＲＯＭ）

Claims (7)

1. 基体の表面に設けられるダイアフラムと、前記ダイアフラム上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータと、前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の流速に応じて変化する流体の流れ方向における温度分布に応じた温度信号を出力する温度センサと、を有するフローセンサを用いた流体の流量計測に対する補正を行うフローセンサ用補正ユニットであって、
   前記流体の流体温度と前記基体の基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて、当該誤差を解消するように前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正情報を記憶する補正情報記憶手段と、
   前記基体温度を検出する基体温度検出手段と、
   前記基体温度検出手段が検出した基体温度と前記流体温度との温度差を検出する温度差検出手段と、
   前記温度差検出手段が検出した温度差に対応した前記補正情報を前記補正情報記憶手段から抽出する補正情報抽出手段と、
   前記補正情報抽出手段が抽出した補正情報に基づいて、前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正手段と、
   を有することを特徴とするフローセンサ用補正ユニット。
2. 前記フローセンサがさらに、前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の流れ方向と略直交して前記ヒータを通る略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサを有するとともに、
   前記補正情報記憶手段で補正している補正情報が、前記誤差を解消するように前記横側温度信号を補正する補正情報であることを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ用補正ユニット。
3. 予め定められた所定状態における前記ヒータのヒータ温度と前記基体温度との標準温度差を示す標準温度差情報を記憶する標準温度差情報記憶手段と、前記ヒータのヒータ温度を検出するヒータ温度検出手段と、をさらに有し、
   前記補正情報記憶手段が、前記ヒータ温度と前記基体温度との温度差と前記標準温度差情報記憶手段が記憶している標準温度差情報が示す標準温度差との第２温度差と該第２温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて、当該誤差を解消するように前記温度信号、前記温度分布、横側温度センサ出力、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正情報を記憶し、
   前記温度差検出手段が、前記ヒータ温度検出手段の検出したヒータ温度と前記基体温度検出手段の検出した基体温度との温度差を算出し、該温度差と前記標準温度差情報記憶手段が記憶している標準温度差情報が示す標準温度差との第２温度差を検出し、
   前記補正情報抽出手段が、前記温度差検出手段の検出した第２温度差に対応した前記補正情報を前記補正情報記憶手段から抽出するようにした
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフローセンサ用補正ユニット。
4. 前記基体と同一の構成部材で形成される参照用基体と、前記参照用基体の表面に設けられ、かつ、前記ダイアフラムと同一の構成部材で形成される参照用ダイアフラムと、前記参照用ダイアフラムの参照用ダイアフラム温度を検出する参照用ダイアフラム温度検出手段と、を有して、前記フローセンサのヒータが発生する温度分布の影響を受けないように前記流路内に設けられる参照部材をさらに設け、そして、前記温度差検出手段が、参照用ダイアフラム温度検出手段の検出した参照用ダイアフラム温度に基づいて前記流体温度を検出し、該流体温度と前記基体温度検出手段の検出した基体温度との温度差を検出するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のフローセンサ用補正ユニット。
5. 基体の表面に設けられるダイアフラムと、前記ダイアフラム上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータと、前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の流れ方向と略直交して前記ヒータを通る略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサと、を有するフローセンサを用いて、判別対象流体の種類を判別する流体判別装置において、
   請求項２〜４の何れか１項に記載のフローセンサ用補正ユニットと、該フローセンサ用補正ユニットの補正手段が補正した横側温度信号に基づいて、前記略直交方向における前記温度分布に応じた前記判別対象流体の物性状態を示す物性状態情報を検出する物性状態情報検出手段と、を有することを特徴とする流体判別装置。
6. 基体の表面に設けられるダイアフラムと、前記ダイアフラム上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータと、前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の流速に応じて変化する温度分布に応じた温度信号を出力する温度センサと、前記流体の流れ方向と略直交方向に配置されて前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサと、を有するフローセンサを用いて、流体の流量を計測する流量計測装置において、
   請求項５に記載の流体判別装置を有し、そして、前記流量計測装置の物性状態情報検出手段が検出した物性状態情報に基づいて前記温度センサが出力した温度信号を補正し、該温度信号に基づいて前記流体の流速に応じて変化した前記温度分布を検出し、該温度分布に基づいて前記流体の流量を算出するようにしたことを特徴とする流量計測装置。
7. 基体の表面に設けられるダイアフラムと、前記ダイアフラム上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータと、前記ダイアフラム上に設けられて前記流体の流速に応じて変化する温度分布に応じた温度信号を出力する温度センサと、を有するフローセンサを用いて、流体の流量を計測する流量計測装置において、
   請求項１〜４の何れか１項に記載のフローセンサ用補正ユニットを有し、該フローセンサ用補正ユニットの補正手段が補正した補正結果に基づいて流体の流量を出力するようにしたことを特徴とする流量計測装置。

Images