JP2018087768A - Thermal flow velocity/flow volume sensor, and thermal flow velocity/flow volume sensor with directivity error correction device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサとその指向性誤差の補正装置に関し、特に、供給電流により熱を発生するヒータ素子と流速に応じて変化するヒータ素子からの温度を検出する測温素子とを有する流速検出部の検出感度が、流体の流れ方向に対して感度が依存しないように、指向性誤差の補正装置を備えた無指向性の熱式流速・流量センサ及び指向性誤差の補正装置を備えた熱式流速・流量センサに関するものである。 The present invention relates to a thermal flow rate / flow rate sensor for measuring a flow rate and a flow rate of a fluid and a correction device for the directivity error, and more particularly, a heater element that generates heat by a supply current and a temperature from the heater element that changes according to the flow rate. Non-directional thermal flow rate / flow rate sensor equipped with a directional error correction device so that the detection sensitivity of the flow rate detector having a temperature measuring element for detecting the sensitivity does not depend on the flow direction of the fluid In addition, the present invention relates to a thermal flow rate / flow rate sensor provided with a directivity error correction device.
一般に、熱式流速・流量センサは、電熱線等のヒータ素子を流体中に置いた時に、その物体から流体に奪われる熱量が、流体の流速に依存して変化することを利用して流速を計測し、その結果から流体の流量を算出している。そして、熱式流速・流量センサは流速の検出対象となる流体の温度が変化した場合に、流速検出部からの出力(熱量)に対する気温の変化の影響をも補償できるように、一般には気温補償用素子を備えている。 Generally, a thermal flow rate / flow rate sensor uses the fact that when a heater element such as a heating wire is placed in a fluid, the amount of heat taken away from the object by the fluid changes depending on the flow rate of the fluid. The flow rate of the fluid is calculated from the measurement result. In general, the thermal flow rate / flow rate sensor compensates for the effect of temperature change on the output (heat quantity) from the flow rate detection unit when the temperature of the fluid to be detected is changed. The device is provided.
ここで、一般的な熱式流速・流量センサの動作原理について説明する。
まず、一定の発熱源を持つ発熱体が、流体中に存在する場合、発熱体の持つ熱が流速に応じて流体に移動する物理現象を利用している。この物理現象は、下記式(1)に示すように、Kingの式として一般的に知られている。
Here, the operation principle of a general thermal flow rate / flow rate sensor will be described.
First, when a heating element having a constant heat source is present in the fluid, a physical phenomenon is used in which the heat of the heating element moves to the fluid according to the flow velocity. This physical phenomenon is generally known as the King equation, as shown in the following equation (1).
Q=(a+bu)(T−Ta) 式(1)
ここで、Qは発熱体の発熱量、uは流速、Tは発熱体温度、Taは周囲流体の温度、a及びbは定数で、発熱体の素材や構造に依存する値である。
Q = (a + bu) (T−Ta) Formula (1)
Here, Q is the amount of heat generated by the heating element, u is the flow velocity, T is the temperature of the heating element, Ta is the temperature of the surrounding fluid, and a and b are constants, which depend on the material and structure of the heating element.
上記式(1)から、流速を測定するには、発熱量Qが一定の場合には、発熱体温度T及び周囲流体の温度Taの温度を計測して求めなければならない。また、発熱量Qが不定の場合には、発熱量Q、発熱体温度T、周囲流体の温度Taを計測して求めなければならない。なお、a及びbは、発熱体の素材や構造に依存する値であるから、素材や構造が同一であれば、原理的には、a及びbは定まる値である。 From the above equation (1), in order to measure the flow velocity, when the calorific value Q is constant, the temperature of the heating element temperature T and the temperature Ta of the surrounding fluid must be measured. When the heat generation amount Q is indefinite, the heat generation amount Q, the heating element temperature T, and the temperature Ta of the surrounding fluid must be measured and obtained. In addition, since a and b are values depending on the material and structure of the heating element, if the material and structure are the same, a and b are values that are determined in principle.
そこで、発明者は、熱式流速・流量センサの製造方法及びその熱式流速・流量センサにおいて、流速検出用の発熱部(ヒータ素子)及びこの発熱部からの熱の温度を計測する流速検出部の基板として、単一の板状形状の基板を用いることにより、汎用の基板製造装置を用いるとともに、さらに、流速検出部へ実装する電子部品は、汎用の自動搭載機を用いて汎用の表面実装部品を実装することにより、流速検出部を形成することを第1の目的とし、さらに、流速検出部の周囲及び気温計測部との間に空間を設けることにより、流速検出部の発熱部から気温計測部への熱伝導を少なくすることを第2の目的とし、また、気温計測部の周囲にも空間を設けて流速検出部の発熱部からの熱伝導をさらに少なくすることにより、流速検出部からの熱による気温計測部に与える影響を少なくすることを第3の目的とし、さらに、基板から突出した構造となっている流速検出部を保護するガード部を設けることにより、外部からの衝撃による熱式流速・流量センサの損傷防止及び流速検出部の誤接触による火傷防止を第4の目的とする熱式流速・流量センサについて、先に従来例1(特開2015−068659号公報:特許文献1)を出願した。 Accordingly, the inventor has disclosed a method for manufacturing a thermal flow rate / flow rate sensor and a thermal flow rate / flow rate sensor, and a flow rate detection unit that measures the temperature of the heat from the heat generation unit (heater element) for detecting the flow rate. By using a single plate-shaped substrate as the substrate, a general-purpose substrate manufacturing apparatus is used, and electronic components to be mounted on the flow velocity detection unit are also mounted on a general-purpose surface using a general-purpose automatic mounting machine. The first purpose is to form a flow velocity detection unit by mounting components, and furthermore, by providing a space between the flow velocity detection unit and the air temperature measurement unit, the temperature from the heat generation unit of the flow velocity detection unit is increased. The second purpose is to reduce the heat conduction to the measurement unit, and the flow rate detection unit is further provided with a space around the temperature measurement unit to further reduce the heat conduction from the heat generation unit of the flow rate detection unit. To heat from The third purpose is to reduce the influence on the temperature measurement unit, and the provision of a guard part that protects the flow rate detection part that protrudes from the substrate provides a thermal flow rate due to external impact. -Regarding the thermal type flow velocity / flow rate sensor whose fourth purpose is to prevent damage to the flow rate sensor and to prevent burns due to erroneous contact of the flow rate detection unit, the conventional example 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2015-068659: Patent Document 1) is first described. I applied.
発明者が先に出願した上記従来例1(特開2015−068659号公報:特許文献1)のものは、気温計測部44に影響する流速検出部40からの熱の伝導を下げることを目的としたもので、図8に示すように、板状の基板41の一端両側部分には、基板主要部41bからそれぞれ一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部42と気温計測部用支持部43が互いに離間して形成されている。流速検出部用支持部42の先端部には、この流速検出部用支持部42に支持された流速検出部40を実装する基板部分41aが形成されており、気温計測部用支持部43の先端部には、この気温計測部用支持部43に支持された気温計測部44を実装する基板部分41cが、NCM等を用いて形成されている。
The inventor previously applied in the above-mentioned conventional example 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2015-068659: Patent Document 1) aims to reduce the conduction of heat from the flow
流速検出部40を実装する基板部分41a及び気温計測部44を実装する基板部分41cの表面には、それぞれ流速検出部用の回路パターン(図示せず)及び気温計測用の回路パターン(図示せず)が形成されている。基板部分41aの表面実装箇所には、汎用の表面実装部品である測温素子3及び汎用の表面実装部品であるヒータ素子4が、それぞれ半田付けにより実装されて流速検出部40を構成し、基板部分41cの表面実装箇所には、汎用の表面実装部品である気温計測用素子45が、半田付けにより実装されて気温計測部44を構成している。
A circuit pattern (not shown) for a flow velocity detection unit (not shown) and a circuit pattern for temperature measurement (not shown) are respectively provided on the surfaces of the
従って、流速検出部40は、流速検出部用支持部42により基板主要部41bに一体的に支持された構造となり、又、気温計測部44は、気温計測部用支持部43により基板主要部41bに一体的に支持された構造となっている。又、測温素子49及びヒータ素子50は、基板部分41aの表面に実装されているとともに、両素子3、4が互いに隣接して配置し実装されていることで熱的に直接接続された構造となっている。
Accordingly, the flow
さらに、流速検出部40及び気温計測部44の周囲には、それぞれ空間46が設けられた構造となっているとともに、流速検出部40と気温計測部44との間にも空間47が設けられ、且つ、板状の基板主要部を設けた構造となっている。なお、48は取付孔で、熱式流速・流量センサを他の装置に取り付けるためのものである。
Furthermore, a
このように構成されているので、流速検出部40から基板主要部41cへの熱伝導を軽減することが出来る。さらに、流速検出部用支持部42を細く形成することにより、より一層の熱伝導を軽減することが出来る。又、流速検出部40と気温計測部44との間には、空間47が形成され、さらに、流速検出部40及び気温計測部44の周囲にも空間46が形成されており、且つ、板状の基板主要部を設けた構造となっている。その上、気温計測部44の気温計測部用支持部43を細く形成することにより、気温計測部44への熱伝導をさらに低く抑えることが出来るとともに、流速検出部40からの熱が、気温計測部44に与える影響を可能な限り少なくすることが出来る
Since it is comprised in this way, the heat conduction from the flow
このように、発明者が先に出願した上記熱式流速・流量センサ(従来例1)は、流体の流れ方向に対する流速・流量の検出感度には指向性がある。従って、パイプやダクト等の内部を流れる流体のように、流れ方向(流向)が決まっている場合には、このように検出感度に指向性のある熱式流速・流量センサでも十分その効果が得られた。 Thus, the thermal flow rate / flow rate sensor (conventional example 1) previously filed by the inventor has directivity in detection sensitivity of the flow rate / flow rate with respect to the flow direction of the fluid. Therefore, when the flow direction (flow direction) is determined as in the case of fluid flowing inside pipes, ducts, etc., this effect can be obtained even with a thermal flow velocity / flow rate sensor with directivity in detection sensitivity. It was.
しかしながら、住空間や自然環境、植物や動物の生育環境等のように、流体(この場合は空気)の流れ方向を管理していない空間では、空気の流れ方向は、一定方向ではなく、この流れ方向をあらかじめ想定することは困難である。なお、この様な空間における流速を計測する場合、流れ方向を限定せずに、流れ方向の違いによる検出感度の違い(指向性誤差)を少なくしたセンサを、一般に無指向性のセンサという。 However, in a space where the flow direction of fluid (in this case, air) is not controlled, such as in living spaces, natural environments, plant and animal growth environments, etc., the air flow direction is not a constant direction. It is difficult to assume the direction in advance. When measuring the flow velocity in such a space, a sensor in which the difference in detection sensitivity (directivity error) due to the difference in flow direction is reduced without limiting the flow direction is generally referred to as a non-directional sensor.
この無指向性のセンサは、従来からも存在し、検出感部を球状もしくは円筒状に形成している。検出感部を球状にする手法は、すでに一般的であり、プローブ(検出部)に対して水平方向の指向性については、ほぼ無指向性であることが判明している。 This omnidirectional sensor has also existed in the past, and the detection sensing part is formed in a spherical or cylindrical shape. The technique of making the detection sensation part spherical is already common, and it has been found that the directivity in the horizontal direction with respect to the probe (detection part) is almost omnidirectional.
一方、発明者は、熱式流速・流量センサの測定精度を向上させるためにも、流体の流れる方向には関係のない無指向性の検出感度が得られる熱式流速・流量センサとして、先に、従来例2(特開2015−210196号公報:特許文献2)を出願した。 On the other hand, in order to improve the measurement accuracy of the thermal flow rate / flow rate sensor, the inventor first introduced a thermal flow rate / flow rate sensor that can obtain non-directional detection sensitivity that is not related to the direction of fluid flow. Conventional Example 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2015-210196: Patent Document 2) was filed.
発明者が先に出願した上記従来例2(特開2015−210196号公報:特許文献2)の上記従来例2のものは、図9(a)、(b)に示すように、熱式流速・流量センサ51において、流速検出用の発熱部(ヒータ素子50)及びこの発熱部からの熱の温度を計測する測温素子49とからなる流速検出部の基板部分41aとして、板状形状若しく複数の面を有する多角形状の基板を用い、流速検出部40へ実装する電子部品は、汎用の表面実装部品を用いるとともに、さらに、板状形状の基板の場合には、ヒータ素子50を基板部分41aの表面及び裏面の両面に実装し、複数の面を有する多角形状の基板の場合には、ヒータ素子50をそれぞれ各面に実装して、流速検出部40の検出感度が、無指向性となるように、指向特性を改善している。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the conventional example 2 of the above-described conventional example 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2015-210196: Patent Document 2) previously filed by the inventor is a thermal flow velocity. In the
さらに詳細に説明すれば、図9(a)及び(b)において、板状形状の基板41の一端両側部分には、基板主要部41bからそれぞれ一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部42と気温計測部用支持部43が互いに離間して形成されている。流速検出部用支持部42の先端部には、この流速検出部用支持部42に支持された流速検出部40を実装する基板部分41aが形成されている。気温計測部用支持部43の先端部には、この気温計測部用支持部43に支持された気温計測部44を実装する基板部分41cが形成されている。
More specifically, in FIGS. 9 (a) and 9 (b), on both sides of one end of the plate-
流速検出部40を実装する基板部分41aと気温計測部44を実装する基板部分41cの表面には、それぞれ流速検出部用の回路パターン(図示せず)及び気温計測用の回路パターン(図示せず)が形成されている。基板部分41aの表面及び裏面の実装箇所には、汎用の表面実装部品であるヒータ素子50、50がそれぞれ対向配置され実装されており、さらに、基板部分41aの実装個所に実装されているヒータ素子50に隣接して汎用の測温素子49が、半田付けにより実装されて、流速検出部44を構成している。基板部分41cの表面実装箇所には、汎用の表面実装部品である気温計測用素子43が、半田付けにより実装されて気温計測部44を構成している。
A circuit pattern (not shown) for the flow velocity detection unit and a circuit pattern for temperature measurement (not shown) are respectively provided on the surfaces of the
従って、流速検出部40は、流速検出部用支持部42により基板主要部41bに一体的に形成支持された構造となり、また、気温計測部44は、気温計測部用支持部43により基板主要部41bに一体的に形成支持された構造となっている。また、測温素子49及びヒータ素子50は、基板部分41aの表面に実装されているとともに、測温素子49、ヒータ素子50が互いに隣接して配置され実装されていることで熱的に直接接続された構造となっている。
Accordingly, the flow
さらに、流速検出部40及び気温計測部44の周囲には、それぞれ空間46が設けられた構造となっているとともに、流速検出部40と気温計測部44との間にも空間47が設けられている。このように、板状形状の基板41は、流速検出部40用の基板部分41aと気温計測部44用の基板部分41cとが、それぞれ流速検出部用支持部42及び気温計測部用支持部43を介して基板主要部41bに一体的に連設された構造となっている。なお、基板主要部41bには、熱式流速・流量センサ51を他の装置に取り付けるための取付孔48と、信号取り出し用パット52が形成されている。なお、流速検出部用の基板部分と気温計測部用の基板部分とが、それぞれ流速検出部用支持部及び気温計測部用支持部を介して基板主要部に一体的に連設された構造となっており、流速検出部と気温計測部とが同一の基板上に形成されている。
Further, a
このような構造に形成されているので、基板部分41aの内部電源配線(図示せず)からの供給電流により、基板部分41aの表面及び裏面に実装されているヒータ素子50、50は加熱されている。熱式流速・流量センサ51が流体中に配置されると、その流体の流速に応じてヒータ素子50の熱は変化し、この熱は、基板部分41aの実装箇所の基板を介して測温素子49へと熱的に直接伝導する。この伝導する熱の温度は、測温素子49により計測され、この計測値から、上記した熱式流速・流量センサの動作原理に基づいて流速及び流量が算出される。
Since it is formed in such a structure, the
又、熱式流速・流量センサ51では、基板部分41aの両面にヒータ素子50、50を実装したので、流体の流れる方向の相違に基づく各ヒータ素子50、50の上流側と下流側との流体への放熱量の差を減少させることが出来るため、流速検出部40の検出感度の検出感度が無指向性となるように、指向特性を改善することが出来る。従って、熱式流速・流量センサの計測誤差を除去することが出来る。
Further, in the thermal flow rate /
また、2つのヒータ素子50は、基板部分41aを介在させて対向配置されているので、測温素子49の温度が低下した場合でも、より迅速に測温素子49の温度を回復させることが出来るので、熱式流速・流量センサとしての応答性が良くなる。
Further, since the two
一般に、流体中に存在する物体がある場合、この物体の下流方向に渦等の乱流が発生する。一方、この物体が、流体の流れ方向に対して一定以上の面積を有する場合、下流側に、流れ速度が小さくなる部分、即ち、淀み部分が発生するため、下流側では、流体の流速は、本来の流速とは異なる流速で物体の表面を流れる。そのため、物体の上流方向からの放熱量と下流方向の放熱量とでは差が生じる。従って、熱源の発熱部(ヒータ素子)が上流側にある場合と下流側にある場合とでは、放熱量が相違するため、流速検出部で検出される検出感度に指向性が生じる。このような検出感度の指向性は、熱式流速・流量センサによる流速・流量を計測する際の測定誤差の原因となっている。また、流体への熱流出を計測するための物体温度計測用の測温素子を、ヒータ素子とは別に設けた場合は、この測温素子も放熱部位として機能し、且つ、物体温度を直接検出する部位であるため、放熱量の差異の影響は、より強く現れる。 Generally, when there is an object present in the fluid, turbulent flow such as vortex is generated in the downstream direction of the object. On the other hand, when this object has a certain area or more with respect to the flow direction of the fluid, a portion where the flow velocity is reduced, that is, a stagnation portion is generated on the downstream side. It flows on the surface of the object at a flow rate different from the original flow rate. Therefore, there is a difference between the amount of heat released from the upstream direction of the object and the amount of heat released from the downstream direction. Therefore, since the heat radiation amount is different between the case where the heat generating portion (heater element) of the heat source is on the upstream side and the case where it is on the downstream side, directivity occurs in the detection sensitivity detected by the flow velocity detection unit. Such directivity of detection sensitivity causes a measurement error when measuring the flow velocity / flow rate by the thermal flow velocity / flow rate sensor. In addition, when a temperature measuring element for measuring the object temperature for measuring the heat outflow to the fluid is provided separately from the heater element, this temperature measuring element also functions as a heat dissipation part and directly detects the object temperature. Therefore, the effect of the difference in the heat radiation appears more strongly.
パイプやダクトなどの中を流れる流体の流速計測は、流れ方向が定まっているために、従来例1に示す指向性を有する熱式流速・流量センサでも十分に実用となる。しかし、住空間や自然環境、植物や動物の生育環境等のように、流体の流れ方向や流速が管理していない空間の場合には、流速は一定とはならず、又、流れ方向をあらかじめ予測することは難しい。この様な空間で風速(流速)を計測する場合、検出感度に指向性のある従来例1に示す熱式流速・流量センサでは、検出感度の相違による測定誤差が生じるという問題がある。 Since the flow direction of a fluid flowing in a pipe or duct is fixed, the thermal flow velocity / flow rate sensor having directivity shown in the conventional example 1 is sufficiently practical. However, in the case of a space where the flow direction and flow rate of fluid are not controlled, such as living space, natural environment, plant and animal growth environment, the flow rate is not constant, and the flow direction is It is difficult to predict. When measuring the wind speed (flow velocity) in such a space, the thermal type flow velocity / flow rate sensor shown in Conventional Example 1 having directivity in detection sensitivity has a problem that a measurement error due to a difference in detection sensitivity occurs.
又、図8に示す従来例1の熱式流速・流量センサも含まれるが、一般に、板状形状の基板面にヒータ素子及び測温素子を配置した構造の風速・風量センサの場合には、流速・流量検出部を細い支持部材で支持している。従って、板状形状の基板を用いたことによる流体の流れ方向に与える影響や支持部材が配置されている方向からの流速に対する検出感度が低下する。即ち、ヒータ素子の設置面とその他の面とでは、検出感度が相違するという問題があった。このように、流体の流れる方向により検出感度が異なる。即ち、検出感度に指向性が生じる。このような指向性のある熱式流速・流量センサでは、流体の流れる方向に伴う流速・流量の検出感度の相違による測定誤差が生じるという問題がある。 In addition, although the thermal flow rate / flow rate sensor of Conventional Example 1 shown in FIG. 8 is also included, in general, in the case of a wind speed / flow rate sensor having a structure in which a heater element and a temperature measuring element are arranged on a plate-like substrate surface, The flow velocity / flow rate detector is supported by a thin support member. Therefore, the detection sensitivity with respect to the influence which it has on the flow direction of the fluid by using a plate-shaped board | substrate and the flow velocity from the direction where the supporting member is arrange | positioned falls. That is, there is a problem that the detection sensitivity differs between the installation surface of the heater element and the other surfaces. Thus, the detection sensitivity varies depending on the direction in which the fluid flows. That is, directivity occurs in detection sensitivity. In such a thermal type flow velocity / flow rate sensor having directivity, there is a problem that a measurement error occurs due to a difference in detection sensitivity of the flow velocity / flow rate associated with the flowing direction of the fluid.
図9に示す従来例2のものは、しかしながら、ヒータ素子50や測温素子49等の電子部品を、基板の端面にも実装しなければならず、現在の電子部品の実装技術では困難である。従って、一般に普及している電子部品の自動組立機(自動搭載機)を用いることが出来ず、自動化出来ないという問題がある。そのため、手作業により組み立てるか、あるいは、特注品として自動組立機を新たに作成し、これを用いて自動的に実装するしか方法がなく、大きなコスト高の原因となっている。
However, in the conventional example 2 shown in FIG. 9, electronic components such as the
又、気温計測部44が流速検出部40よりも下流に配置されており、さらに、風速(流速)1m/s以下の微風速の条件下では、気温計測部44は流速検出部40の基板部分41aに実装されたヒータ素子50からの熱の影響を受けることとなり、気温計測値の誤差が大きくなる。その結果、流速の測定値の誤差が大きくなるという問題がある。
Further, the air
以上述べたように、従来技術にはこれら多くの問題点がある。そこで、この発明では、熱式流速・流量センサの基板として、板状形状の単一の基板を用い、流速検出部の2つの発熱部(ヒータ素子)とこの2つのヒータ素子からの熱の温度を計測する2つの測温素子とを、板状形状の基板(基板部分)の両面(表面及び裏面)に、それぞれ互いに対向配置して実装して、同じ指向性を有する2つの流速検出部を形成し、さらに、気温計測部は、流速検出部を中心として対称に一対(2つ)形成し、この気温計測部の2つの気温計測用素子が、同時に流速検出部の風下側にならない様に配置することにより、上記の微風速(微流速)の条件下における気温計測値の誤差の問題を解決した熱式流速・流量センサを提供することを第1の目的としている。 As described above, the prior art has many of these problems. Therefore, in the present invention, a single plate-shaped substrate is used as the substrate for the thermal flow rate / flow rate sensor, and the two heat generation units (heater elements) of the flow rate detection unit and the temperature of heat from the two heater elements are used. Two temperature measuring elements that measure the flow rate are mounted on both surfaces (front and back) of a plate-shaped substrate (substrate portion) so as to face each other, and two flow velocity detectors with the same directivity are mounted. In addition, the temperature measurement unit is formed symmetrically (two) with the flow rate detection unit as the center so that the two temperature measurement elements of the temperature measurement unit do not become the leeward side of the flow rate detection unit at the same time. It is a first object of the present invention to provide a thermal type flow velocity / flow rate sensor that solves the problem of errors in the temperature measurement value under the condition of the above-mentioned slight wind speed (slow flow velocity).
さらに、この発明は、熱式流速・流量センサの基板として、板状形状の単一の基板を用い、流速検出部の2つの発熱部(ヒータ素子)とこの2つのヒータ素子からの熱の温度を計測する2つの測温素子とを、板状形状の基板(基板部分)の両面(表面及び裏面)に、それぞれ互いに対向配置して実装し、同じ指向性を有する2つの流速検出部を形成し、流速検出部の2つの測温素子から得られる測定値(温度情報)を合成することにより、指向性を除去した測定値(温度情報)を求めるとともに、少なくとも1つの気温計測部の気温計測用素子からの気温情報とにより、指向性誤差が軽減された熱式流速・流量センサを提供することを第2の目的としている。 Furthermore, the present invention uses a single plate-shaped substrate as a substrate for the thermal flow rate / flow rate sensor, and the two heat generation units (heater elements) of the flow rate detection unit and the temperature of heat from the two heater elements. Two temperature measuring elements that measure the temperature are mounted on both sides (front and back) of a plate-shaped substrate (substrate part) so as to face each other, forming two flow velocity detectors with the same directivity Then, by combining the measurement values (temperature information) obtained from the two temperature measuring elements of the flow velocity detection unit, the measurement value (temperature information) with the directivity removed is obtained, and the temperature measurement of at least one temperature measurement unit A second object of the present invention is to provide a thermal flow rate / flow rate sensor in which directivity error is reduced based on temperature information from a device.
さらに、この発明は、流速検出部の2つの測温素子から得られる2つの測定値(温度情報)と、気温計測部の2つの気温計測用素子から得られる2つの測定値(気温情報)と、外部データから取り込まれる指向性誤差情報とから指向性誤差の補正値を求め、この補正値に基づいて自動的に指向性誤差を補正する補正装置を備えた熱式流速・流量センサを提供することを第3の目的としている。 Furthermore, the present invention provides two measurement values (temperature information) obtained from two temperature measuring elements of the flow velocity detection unit, and two measurement values (temperature information) obtained from two temperature measurement elements of the temperature measurement unit. Provided is a thermal flow rate / flow rate sensor equipped with a correction device that obtains a correction value for directivity error from directivity error information captured from external data and automatically corrects the directivity error based on the correction value. This is the third purpose.
さらに、この発明は、流速検出部の2つの測温素子から得られる2つの測定値(温度情報)と、気温計測部の1つの気温計測用素子から得られる1つの測定値(気温情報)と、外部データから取り込まれる指向性誤差情報とから指向性誤差の補正値を求め、この補正値に基づいて自動的に指向性誤差を補正する補正装置を備えた熱式流速・流量センサを提供することを第4の目的としている。 Further, the present invention provides two measurement values (temperature information) obtained from two temperature measuring elements of the flow velocity detection unit, and one measurement value (temperature information) obtained from one temperature measurement element of the temperature measurement unit. Provided is a thermal flow rate / flow rate sensor equipped with a correction device that obtains a correction value for directivity error from directivity error information captured from external data and automatically corrects the directivity error based on the correction value. This is the fourth purpose.
請求項1に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部と、熱式流速・流量センサの板状の基板と、この基板の主要部である基板主要部と、前記流速検出部を実装する基板部分と、基板主要部から一体的に延び、流速検出部を支持する細長形状の流速検出部用支持部と、基板主要部から一体的に延び、気温計測部を支持する細長形状の気温計測部用支持部と、基板主要部に形成(配置)した回路部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、流速検出部を実装する基板部分の実装箇所の両面に、汎用の表面実装部品であるヒータ素子と測温素子とを、それぞれ互いに対向配置して実装し、流速検出部を実装する基板部分を介して少なくとも2つの測温素子と少なくとも2つのヒータ素子とを熱的に接続してなる流速検出部を構成し、回路部には、互いに対向配置されている2つの測温素子a、bからの温度情報a、bと気温計測用素子からの気温情報とを、それぞれデジタル信号に変換するAD変換機能を有する量子化装置と、流体の流れ方向に対する指向性誤差情報を記憶する記憶装置と、デジタル信号にそれぞれ変換した2つの温度情報a、bから、流速検出部の測温素子a、bに当たる流体の流れの方位角情報を算出する機能と、2つの温度情報a、bと少なくとも1つの気温情報とから、流体の流速値を算出する機能と、流れの方位角情報と流速値と指向性誤差情報とから、流速値の検出誤差情報を補正する機能を有する演算装置と、この演算装置からの流速値を出力する出力装置とからなる補正装置を備えた熱式流速・流量センサである。
The invention according to
請求項2に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部と、熱式流速・流量センサの板状の基板と、この基板の主要部である基板主要部と、流速検出部を実装する基板部分と、基板主要部から一体的に延び、流速検出部を支持する細長形状の流速検出部用支持部と、基板主要部から一体的に延び、気温計測部を支持する細長形状の気温計測部用支持部と、基板主要部に形成(配置)した回路部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、流速検出部を支持する流速検出部用支持部を中心として、対称に少なくとも一対の気温計測部を支持する気温計測部用支持部を形成するとともに、2つの気温計測用素子が同時に流速検出部の風下側とならないように配置した熱式流速・流量センサである。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の発明において、流速検出部を実装する基板部分の実装箇所の両面に、汎用の表面実装部品であるヒータ素子と測温素子とを、それぞれ互いに対向配置して実装し、流速検出部を実装する基板部分を介して2つの測温素子と2つのヒータ素子とを熱的に接続してなる流速検出部を構成したものである。 According to a third aspect of the invention, in the invention of the second aspect, a heater element and a temperature measuring element, which are general-purpose surface-mounted components, are respectively attached to both sides of the mounting portion of the substrate portion on which the flow velocity detection unit is mounted. A flow rate detection unit is configured by mounting two temperature measuring elements and two heater elements thermally through a substrate portion on which the flow rate detection unit is mounted in a face-to-face arrangement.
請求項4に係る発明は、供給電流により熱を発生するヒータ素子と流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部と、熱式流速・流量センサの板状基板の主要部である基板主要部と、流速検出部を実装する基板部分と、基板主要部から一体的に延び、流速検出部を支持する細長形状の流速検出部用支持部と、基板主要部から一体的に延び、気温計測部を支持する細長形状の気温計測部用支持部と、基板主要部に形成(配置)した回路部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、流速検出部を支持する流速検出部用支持部を中心として、対称に少なくとも一対の気温計測部を支持する気温計測部用支持部を形成するとともに、気温計測用素子が同時に流速検出部の風下側とならないように配置し、回路部には、互いに対向配置されている2つの測温素子a、bからの温度情報a、bと気温計測用素子からの気温情報とを、それぞれデジタル信号に変換するAD変換機能を有する量子化装置と、流体の流れ方向に対する指向性誤差情報を記憶する記憶装置と、デジタル信号にそれぞれ変換した2つの温度情報a、bから、流速検出部の測温素子a、bに当たる流体の流れの方位角情報を算出する機能と、2つの温度情報a、bと少なくとも1つの気温情報(cあるいはd)とから、流体の流速値を算出する機能と、流れの方位角情報と流速値と指向性誤差情報とから、流速値の検出誤差情報を補正する機能とを有する演算装置と、この演算装置からの流速値を出力する出力装置とからなる補正装置を備えた熱式流速・流量センサである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a flow rate detector having a heater element that generates heat by a supply current and a temperature measuring element that detects a temperature of heat from the heater element that changes in accordance with the flow rate, and an air temperature that measures an air temperature. A temperature measuring unit having a measuring element, a substrate main part which is a main part of the plate substrate of the thermal flow rate / flow rate sensor, a substrate part on which the flow rate detecting unit is mounted, and a main part extending from the substrate main part, Formed (arranged) on the main part of the substrate, the elongated flow rate detection part support part that supports the detection part, the elongated air temperature measurement part support part that extends integrally from the main part of the board and supports the temperature measurement part In the thermal flow rate / flow rate sensor for measuring the flow rate and flow rate of the fluid composed of the connected circuit unit, the temperature that supports at least a pair of temperature measurement units symmetrically about the flow rate detection unit support unit that supports the flow rate detection unit Form the support for the measurement part At the same time, the temperature measuring element is arranged so as not to be on the leeward side of the flow velocity detection unit, and the circuit unit has temperature information a and b and temperature measurement from two temperature measuring elements a and b arranged opposite to each other. Quantization device having an AD conversion function for converting temperature information from the element into a digital signal, a storage device for storing directivity error information with respect to the fluid flow direction, and two temperatures respectively converted into digital signals From the information a and b, from the function of calculating the azimuth angle information of the fluid flow hitting the temperature measuring elements a and b of the flow velocity detector, the two temperature information a and b, and at least one temperature information (c or d) An arithmetic unit having a function of calculating a flow velocity value of the fluid, a function of correcting detection error information of the flow velocity value from the flow azimuth information, the flow velocity value, and the directivity error information, and the flow velocity from the arithmetic device value It is a thermal flow velocity / flow rate sensor provided with a correction device comprising an output device that outputs.
請求項5に係る発明は、請求項4に記載の発明において、流速検出部を実装する基板部分の実装箇所の両面に、汎用の表面実装部品であるヒータ素子と測温素子とを、それぞれ互いに対向配置して実装し、流速検出部を実装する基板部分を介して2つの測温素子と2つのヒータ素子とを熱的に接続してなる流速検出部を構成したものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, a heater element and a temperature measuring element, which are general-purpose surface-mounted components, are respectively attached to both sides of the mounting portion of the board portion on which the flow velocity detection unit is mounted. A flow rate detection unit is configured by mounting two temperature measuring elements and two heater elements thermally through a substrate portion on which the flow rate detection unit is mounted in a face-to-face arrangement.
請求項1に係る発明は、上記のように構成したので、流速検出器の2つの測温素子からの測定値を合成することにより、指向性誤差が軽減されるとともに、さらに、補正装置により指向性誤差が除去され、ほぼ無指向性の熱式流速・流量センサが得られる。又、このセンサは低コストで製作することができる。そのため、従来は価格面で設置が実現しなかった設置場所にも設置することが可能となり、応用分野も広くなる。
Since the invention according to
請求項2に係る発明は、上記のように構成したので、気温計測部の2つの気温計測用素子の気温測定値を合成することにより、風下になる特定の方位角で発生する指向性誤差を軽減することが出来る。
Since the invention which concerns on
請求項3に係る発明は、上記のように構成したので、上記請求項2と同様な効果がある。さらに、指向特性の同じ流速検出部が得られるので、2つの測定値を合成することにより、指向性誤差を相殺することが出来る。その上、2つの気温測定値も合成することが出来るので、請求項2の熱式流速・流量センサよりもさらに指向性誤差を大幅に改善することが出来る。
Since the invention according to
請求項4に係る発明は、上記のように構成したので、請求項1〜請求項3と同様な効果がある。さらに、指向性誤差がなく、ほぼ無指向性の熱式流速・流量センサが得られる。
Since the invention according to
請求項5に係る発明は、上記のように構成したので、請求項3と同様な効果がある。
Since the invention according to
供給電流により熱を発生するヒータ素子と流速に応じて変化するヒータ素子からの熱の温度を検出する測温素子とを有する流速検出部と、気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部と、熱式流速・流量センサの板状基板の主要部である基板主要部と、流速検出部を実装する基板部分と、基板主要部から一体的に延び、流速検出部を支持する細長形状の流速検出部用支持部と、基板主要部から一体的に延び、気温計測部を支持する細長形状の気温計測部用支持部と、基板主要部に形成(配置)した回路部とからなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、流速検出部を支持する流速検出部用支持部を中心として、対称に少なくとも一対の気温計測部を支持する気温計測部用支持部を形成するとともに、気温計測用素子が同時に流速検出部の風下側とならないように配置し、流速検出部を実装する基板部分の実装箇所の両面に、汎用の表面実装部品であるヒータ素子と測温素子とを、それぞれ互いに対向配置して実装し、流速検出部を実装する基板部分を介して少なくとも2つの測温素子と少なくとも2つのヒータ素子とを熱的に接続してなる流速検出部を構成する。 A flow rate detection unit having a heater element that generates heat by a supply current and a temperature measurement element that detects the temperature of heat from the heater element that changes according to the flow rate, and an air temperature measurement unit that includes an air temperature measurement element that measures the temperature. And a main part of the plate that is the plate of the thermal flow rate / flow rate sensor, a substrate part on which the flow rate detection unit is mounted, and an elongated shape that integrally extends from the main part of the board and supports the flow rate detection part. The flow rate detection part support part, the elongated temperature measurement part support part integrally extending from the main part of the substrate and supporting the temperature measurement part, and the circuit part formed (arranged) on the main part of the substrate In the thermal flow rate / flow rate sensor for measuring the flow rate and the flow rate, a temperature measurement unit support unit that symmetrically supports at least a pair of temperature measurement units is formed symmetrically about the flow rate detection unit support unit that supports the flow rate detection unit. Along with temperature measurement Arrange the heater so that it does not become the leeward side of the flow velocity detector at the same time, and place the heater element and the temperature sensor, which are general surface mount components, on both sides of the mounting part of the board part where the flow velocity detector is mounted. A flow rate detection unit is configured by arranging and mounting, and thermally connecting at least two temperature measuring elements and at least two heater elements via a substrate portion on which the flow rate detection unit is mounted.
さらに、指向性誤差を補正する補正装置は、回路部には、互いに対向配置されている2つの測温素子a、bからの温度情報a、bと気温計測用素子からの気温情報とを、それぞれデジタル信号に変換するAD変換機能を有する量子化装置と、流体の流れ方向に対する指向性誤差情報を記憶する記憶装置と、デジタル信号にそれぞれ変換した2つの温度情報a、bから、流速検出部の測温素子a、bに当たる流体の流れの方位角情報を算出する機能と、2つの温度情報a、bと少なくとも1つの気温情報とから、流体の流速値を算出する機能と、流れの方位角情報と流速値と指向性誤差情報とから、流速値の検出誤差情報を補正する機能とを有する演算装置と、この演算装置からの流速値を出力する出力装置により構成する。 Furthermore, the correction device that corrects the directivity error includes, in the circuit unit, temperature information a and b from two temperature measuring elements a and b that are arranged opposite to each other and temperature information from an air temperature measuring element, A quantizer having an AD conversion function for converting each into a digital signal, a storage device for storing directivity error information with respect to the fluid flow direction, and two temperature information a and b respectively converted into digital signals, a flow velocity detector A function of calculating the azimuth angle information of the flow of the fluid hitting the temperature measuring elements a and b, a function of calculating the flow velocity value of the fluid from the two temperature information a and b and at least one temperature information, and the direction of the flow An arithmetic device having a function of correcting detection error information of the flow velocity value from the angle information, the flow velocity value, and the directivity error information, and an output device that outputs the flow velocity value from the arithmetic device.
この発明の第1の実施例を、図1(a)、(b)、図2(a)、(b)、図5、図6、図7に基づいて詳細に説明する。図1は、この発明の第1の実施例を示す熱式流速・流量センサの模式図で、図1(a)は正面図、図1(b)は図1(a)の要部拡大斜視図である。図2(a)は、図1(a)、図1(b)に示す形状の流速検出部4を用いて実測した測定値(温度情報)を模式化した測定結果を示す指向特性図、図2(b)は、図2(a)に指向性誤差をWS線で表示した指向特性図である。
A first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1A, 1B, 2A, 2B, 5, 6, and 7. FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of a thermal type flow velocity / flow rate sensor showing a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a front view, and FIG. 1 (b) is an enlarged perspective view of a main part of FIG. 1 (a). FIG. FIG. 2A is a directional characteristic diagram schematically showing measurement results (temperature information) measured using the
図5は、後述する図3に示す形状の流速検出部4(4a、4b)及び気温計測部5(5a、5b)を用いた場合の補正装置の要部ブロック図である。図6は、流速をパラメータとして、図1(a)、図1(b)に示す形状の流速検出部4(4a、4b)と1つの気温計測部8(8a)を用いて実測した測定値(温度情報)の結果を示す指向特性図、図7は、補正装置16のフロー図である。なお、基板1に形成されている回路パターンは記載していない。
FIG. 5 is a block diagram of a main part of the correction device when the flow velocity detection unit 4 (4a, 4b) and the air temperature measurement unit 5 (5a, 5b) having the shape shown in FIG. 3 to be described later are used. FIG. 6 shows measured values measured using the flow velocity detection unit 4 (4a, 4b) and one air temperature measurement unit 8 (8a) having the shapes shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) with the flow velocity as a parameter. FIG. 7 is a flow chart of the correction device 16 showing a directional characteristic diagram showing the result of (temperature information). The circuit pattern formed on the
この実施例1では、熱式流速・流量センサ15において、流速検出用の発熱部であるヒータ素子7(7a、7b)及びこの発熱部からの熱の温度を計測する測温素子6(6a、6b)とからなる流速検出部4(4a、4b)を実装する基板部分1aは、板状形状の単一の基板1を用いている。流速検出部4(4a、4b)へ実装する電子部品は、いずれも汎用の表面実装部品を用いている。さらに、ヒータ素子7(7a、7b)と測温素子6(6a、6b)は、いずれも基板部分1aの表面及び裏面の両面に実装している。このように基板部分1aの両面に流速検出部が形成された構造となり、2つの測温素子6(6a、6b)からの測定結果を合成すれば、流速検出部4(4a、4b)の検出感度誤差は軽減され、指向特性を改善することが出来る。なお、この実施例1では、ヒータ素子7(7a、7b)及び測温素子6(6a、6b)は、汎用の表面実装部品を用いているが、これに限定されるものではない。ヒータ素子及び測温素子は、汎用の表面実装部品を用いなくても同様の効果を得ることが可能である。
In the first embodiment, in the thermal flow rate /
図1(a)及び図1(b)において、この発明による熱式流速・流量センサ15の板状形状の基板1の一端両側部分には、基板主要部1bからそれぞれ一体的に延びた細長形状の流速検出部用支持部2と気温計測部用支持部3が互いに離間して形成されている。流速検出部用支持部2の先端部には、この流速検出部用支持部2に支持された流速検出部4(4a、4b)を実装する基板部分1aが形成されている。同様に、気温計測部用支持部3の先端部には、この気温計測部用支持部3に支持された気温計測部5を実装する基板部分1cが形成されている。
1 (a) and 1 (b), on both sides of one end of the plate-
板状形状の基板1としては、この実施例に限らず後述するすべての実施例において、プリント基板として一般に広く販売されているガラスエポキシ製のFR−4を用いているが、ポリアミド製の基板でも良く、セラミック製の基板、シリコン基板等のように、熱伝導率の低い部材で形成された基板材でもよい。
The plate-
基板1の基板主要部1bには、それぞれ流速検出部用の回路パターン(図示せず)、気温計測用の回路パターン(図示せず)及びその他後述する補正装置用の回路パターン、演算装置としてのマイクロコンピュータ、電源供給及び信号の取り出し用の情報出力装置等で構成される回路部11が形成されている。基板部分1aの表面及び裏面の実装箇所には、汎用の表面実装部品であるヒータ素子7(7a、7b)がそれぞれ対向配置され実装されており、さらに、基板部分1aの実装個所に実装されているヒータ素子7(7a、7b)にそれぞれ隣接して汎用の測温素子6(6a、6b)が、半田付け等により実装されて、2つの流速検出部4(4a、4b)を構成している。基板部分1cの表面実装箇所には、汎用の表面実装部品である1つの気温計測用素子8(8a)が、半田付け等により実装されて気温計測部5を構成している。
A circuit pattern (not shown) for a flow velocity detection unit, a circuit pattern for temperature measurement (not shown), a circuit pattern for a correction device (to be described later), and an arithmetic unit are respectively provided on the substrate
従って、流速検出部4は、基板主要部1bに一体的に形成された流速検出部用支持部2により支持された構造となり、また、気温計測部5は、基板主要部1bに一体的に形成された気温計測部用支持部3により支持された構造となっている。また、2つの測温素子6(6a、6b)及び2つのヒータ素子7(7a、7b)は、基板部分1aの両面に実装されているとともに、測温素子6(6a、6b)とヒータ素子7(7a、7b)は互いに隣接して配置され実装されていることで熱的に直接接続された構造となっている。
Accordingly, the flow
さらに、流速検出部4及び気温計測部5の周囲には、それぞれ空間9が設けられた構造となっているとともに、流速検出部4と気温計測部5との間にも空間10が設けられている。このように、板状形状の基板1は、流速検出部4用の基板部分1aと気温計測部5用の基板部分1cとが、それぞれ流速検出部用支持部2及び気温計測部用支持部3を介して基板主要部1bに一体的に連設された構造となっている。
Further, a space 9 is provided around each of the flow
なお、基板1の基板主要部1bには、熱式流速・流量センサ15を他の装置に取り付けるための取付孔及び信号取り出し用出力端子パット12が形成されている。なお、この実施例では、流速検出部用の基板部分1aと気温計測部用の基板部分1cとは、それぞれ流速検出部用支持部2及び気温計測部用支持部3を介して基板主要部1bに一体的に連設された構造となっており、流速検出部4と気温計測部5とが同一の基板上に形成されているが、これに限定されるものではない。流速検出部と気温計測部とを分離した構成であっても同様の効果を得ることが出来る。
An attachment hole for attaching the thermal flow rate /
又、この発明は、指向性誤差を自動的に補正する補正装置16を備えている。以下、これについて図5及び図7に基づいて説明する。図5に示すように、熱式流速・流量センサの指向性誤差を補正する補正装置16は、量子化装置(ADコンバータ)17、演算装置(CPU)18、記憶装置(不揮発メモリ)19、情報出力装置20により構成されている。
The present invention also includes a correction device 16 that automatically corrects the directivity error. Hereinafter, this will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, the correction device 16 for correcting the directivity error of the thermal flow velocity / flow rate sensor includes a quantization device (AD converter) 17, a calculation device (CPU) 18, a storage device (nonvolatile memory) 19, and information. The
量子化装置(ADコンバータ)17は、流速検出部4(4a、4b)の2つの測温素子6a、6bからの温度情報a、b及び気温計測部5の気温計測用素子8からの温度情報cを、それぞれデジタル信号に変換するAD変換機能を有している。記録装置19は、不揮発性メモリで、あらかじめ風洞等によって熱式流速・流量センサの指向性誤差を計測しておき、そのデータを演算装置18に取り込むための外部データとして記憶している。この外部データは、流体の流れ方位角に対する指向性誤差情報として、流速値の検出誤差の補正に利用される。
The quantizing device (AD converter) 17 includes temperature information a and b from the two
この実施例1の場合、指向性誤差は、後述する図2(b)に示すように、WS線(実線)で示すWS系列の様になり、測温素子6a、6bの配置軸(0°−180°)に対し、横90°付近で指向性誤差が生じる事になる。
これに対し、図7に示す補正フローで演算を行えば、この指向性誤差を補正し、良好な無指向性の熱式流速・流量センサを実現することができる。情報出力装置20は、演算装置18からの流速値、流量値等を出力する。
In the case of Example 1, the directivity error is as shown in the WS series indicated by the WS line (solid line) as shown in FIG. 2B, which will be described later, and the arrangement axis (0 °) of the
On the other hand, if the calculation is performed according to the correction flow shown in FIG. 7, this directivity error can be corrected and a good omnidirectional thermal flow velocity / flow rate sensor can be realized. The
演算装置18は、デジタル信号にそれぞれ変換された流速検出部4(4a、4b)の2つの測温素子6a、測温素子6bの温度情報a、温度情報bから、流速検出部4(4a、4b)の測温素子6a、測温素子6bに当たる流体の流れの方位角情報を算出する機能と、測温素子6a、測温素子6bからの2つの温度情報a、温度情報bと少なくとも1つの気温情報8(8c)とから、流体の流速値を算出する機能と、流れの方位角情報と流速値と流れ方位角に対する指向性誤差情報とから、流速値の検出誤差情報を補正する機能とを有している。なお、図5中、点線で示す部分は、後述する実施例2で使用される形状のセンサ(気温計測用素子8を2つ形成した場合)の場合を示している。
The arithmetic unit 18 calculates the flow velocity detector 4 (4a, 4a, 4b) from the two
このように構成されているので、2つの測温素子6a及び測温素子6bからの測定値(温度情報a、b)は、流体の流れ方向の方位角(流向)に応じて変化するが、この2つの測温素子6(6a、6b)の測定値(温度情報a、温度情報b)から、熱式流速器・流量センサ15に当たる流体の方位角を推測することができる。
なお、測温素子6(6a、6b)からの測定値(温度情報)が、2つ(温度情報a、温度情報b)である場合には、流体の流れ方向(流向)は2方位までしか特定できない。しかし、流体の流れ方向(流向)を確定するためには少なくとも3点の測温素子が必要となる。なお、この件に関しては、発明者が先に出願した特願2014−259615号に開示されているので、その説明を省略する。
Since it is configured in this way, the measured values (temperature information a, b) from the two
In addition, when there are two measured values (temperature information a and temperature information b) from the temperature measuring element 6 (6a, 6b), the fluid flow direction (flow direction) is limited to two directions. It can not be identified. However, at least three temperature measuring elements are required to determine the flow direction (flow direction) of the fluid. Since this matter is disclosed in Japanese Patent Application No. 2014-259615 filed earlier by the inventor, the description thereof will be omitted.
しかしながら、この発明の目的は、流体の流れ方向(流向)を計測することではなく、指向性誤差を軽減することにより、流速測定値の測定精度を高めることである。従って、流速検出部4(4a、4b)の2つの測温素子6a、測温素子6bにより、流体の流れ方向を、2方位迄特定できれば十分である。指向性誤差は、後述する図2(a)に示すように、2つの測温素子6(6a、6b)の位置関係は、0°と180°を結ぶ線に対して左右対称となっている。このため、この2つの測温素子6a、測温素子6bを結ぶ線に対して、流体はどの程度の角度でそれぞれ測温素子6a、測温素子6bに当たるか(方位角)が判明する。従って、その方位角がたとえ2方位までしか推定できなくとも、左右対称の関係にあれば何ら問題はない。
However, an object of the present invention is not to measure the flow direction (flow direction) of the fluid but to improve the measurement accuracy of the flow velocity measurement value by reducing the directivity error. Therefore, it is sufficient if the flow direction of the fluid can be specified up to two directions by the two
なお、現時点では、半導体技術の進歩により、図5に示す量子化装置17と演算装置18および記憶装置(不揮発メモリ)19と、情報出力装置20の半導体構成部分は、ワンチップのマイクロコンピュータ(もしくはマイクロコントローラ)で構成できるので、小型化、コスト削減化が可能である。
At the present time, due to the advancement of semiconductor technology, the quantizer 17, the arithmetic unit 18, the storage device (nonvolatile memory) 19 and the semiconductor component of the
図6は、図1(a)、図1(b)に示す構造の熱式流速・流量センサ15を用い、流体の流速をパラメータとした場合の測定結果を示すもので、90°の方向に流速検出部4aの測温素子6aが、−90°の方向に流速検出部4bの測温素子6bが位置している。円周上の数値は、全周測定値の平均値からの偏差を示している。なお、図6に示す測定結果は、図2(a)及び図2(b)に示すデータとは異なる形状のセンサを用いて計測したので、数値及び流体の流れ方位角が異なっている。又、プロットデータは、流速値ではなく気温との温度差から求められた数値を示している。
FIG. 6 shows the measurement result when the thermal flow rate /
この図6に示すように、流速域に関わらず気流(流体)の流れ方位角に対する反応は一定の形を維持している。また、測定結果は、測温素子6aと測温素子6bとを結ぶ軸(この場合、−90°と90°を結ぶ線)を中心線として、ほぼ上下対称の形状となっている。これにより、方位角の検出には問題のないこと、測温素子6aの温度情報aと測温素子6bからの温度情報bとの温度差(即ち、温度情報a−温度情報b)から気流(流体)の流れ方向の方位角が演算可能であることが判明する。
As shown in FIG. 6, the reaction to the flow azimuth angle of the airflow (fluid) maintains a constant shape regardless of the flow velocity range. In addition, the measurement result has a substantially vertically symmetrical shape with the axis connecting the
次に、補正装置16を備えた熱式流速・流量センサ15の作用動作について、図1(a)、(b)、図5、図6、図7に基づいて説明する。まず、基板部分1aの内部電源配線の回路パターン(図示せず)からの供給電流により、板状形状の基板1の基板部分1aの両面(表面及び裏面)に実装されているヒータ素子7(7a、7b)は加熱されている。熱式流速・流量センサ15が流体中に配置されると、その流体の流速に応じてヒータ素子7(7a、7b)の熱(温度)が変化し、この温度情報は、基板部分1aの実装箇所の基板を介して2つの測温素子6(6a、6b)へと熱的に直接伝導し、上記した熱式流速・流量センサの動作原理に基づいて流速値及び流量値が求められるが、この状態では指向性誤差が大きい。
Next, the operation of the thermal flow rate /
そこで、この実施例1では、指向性誤差を自動的に補正する補正装置16を備えており、以下、これについて説明する。図5及び図7において、流速検出部4(4a、4b)の2つの測温素子6a、6bにより、それぞれ計測された測定値(ステップA)は、図5に示す量子化装置17により、それぞれAD変換され、デジタル信号の温度情報a、温度情報bとなる(ステップB)。さらに、気温計測用素子8aにより計測された気温測定値(ステップC)は、同様に、量子化装置17によりデジタル信号に変換され、気温情報cとなる(ステップD)。
Therefore, the first embodiment includes a correction device 16 that automatically corrects the directivity error, and this will be described below. 5 and 7, the measured values (step A) measured by the two
次いで、2つの測温素子6(6a、6b)の温度情報aと温度情報b及び気温計測用素子8aの気温情報cは、演算装置(CPU)18に入力する。この演算装置18において、2つの測温素子6(6a、6b)からの2つの温度情報aと温度情報bにより、流れ方位角情報が算出される(ステップE)。又、2つの温度情報aと温度情報b及び気温計測用素子8aの気温情報cとから流速値の指向性誤差が補正される(ステップF)。
Next, the temperature information a and temperature information b of the two temperature measuring elements 6 (6a and 6b) and the temperature information c of the
次いで、流れ方位角情報と流速値と外部データを記憶している記憶装置19から、外部データとして取り込まれた流れ方位角に対する指向性誤差情報(ステップH)とから流速値の検出誤差が補正され(ステップG)、情報出力装置20から指向特性誤差の少ない流速値が出力する(ステップI)。 Next, the detection error of the flow velocity value is corrected from the directivity error information (step H) for the flow azimuth angle captured as external data from the storage device 19 storing the flow azimuth angle information, the flow velocity value, and the external data. (Step G), a flow velocity value with less directivity characteristic error is output from the information output device 20 (Step I).
図2(a)は、この実施例1に示す形状の流速検出部4を用いて実測した測定値(温度情報a、温度情報b)を模式化した測定結果を示す指向特性図で、図中、実線aは測温素子6aによる測定値(温度情報a)に相当し、点線bは測温素子6bによる測定値(温度情報b)に相当している。又、図2(b)は、図2(a)に指向性誤差をWS線で表示した場合を示す図で、図中、実線WS線は、図2(a)における実線a(測温素子6aによる測定値(温度情報a))と、点線b(測温素子6bによる測定値(温度情報b))を合成したもので、この場合の合成法は、2つの測温素子6a、6bの測定値の最大値を選択したものである。
FIG. 2A is a directional characteristic diagram schematically showing measurement results (temperature information a, temperature information b) actually measured using the
図2(a)から明らかなように、測温素子6aの正面から吹く風(流体の流れ方向)を0°とし、測温素子6bの正面から吹く風(流体)を180°とする。基準流速を1とすると、各面(測温素子6a、測温素子6b)の測定値は、各面で最大で2割程度まで検出誤差が生じている。この検出誤差は、2つの測温素子6a、測温素子6bの測定値(温度情報a、温度情報b)を合成することにより、即ち、図2(b)におけるWS線に示す指向性誤差とすることにより、大幅に改善することが出来る。
As apparent from FIG. 2A, the wind (fluid flow direction) blown from the front of the
又、図2(b)から明らかなように、WS線に示すような2つの測温素子6a、測温素子6bの測定値(温度情報a、温度情報b)の合成を行っても、測温素子6a、測温素子6bの配置軸(0°−180°)の横90°付近で指向性誤差が生じる。この指向性誤差は、上記補正装置16により補正することが出来るので、無指向性の熱式流速・流量センサを得る事が出来る。
Further, as is apparent from FIG. 2B, even if the measurement values (temperature information a and temperature information b) of the two
このように構成されているので、熱式流速・流量センサ15では、基板部分1aの両面にヒータ素子7(7a、7b)を実装するとともに、測温素子6(6a、6b)も両面に実装したので、流体の流れる方向の相違に基づく各ヒータ素子7(7a、7b)の上流側と下流側との流体への放熱量の差を減少させることが出来るため、流速検出部4の検出感度の指向性誤差を軽減することが出来、指向特性を改善することが出来る。その上、補正装置16により自動的に指向性誤差を補正することが出来るので、図2(a)に示すように、ほぼ無指向性に近い熱式流速・流量センサが得られる。
Since it is configured in this way, in the thermal flow rate /
また、ヒータ素子7(7a、7b)と測温素子6(6a、6b)とは、実装箇所の基板部分1aを介して熱的に直接接続された構造となっているので、応答性の良い流速検出部4が得られるとともに、個体差の少ない流速検出部4が得られるので、熱式流速・流量センサとしての調整も必要とせず、コストが安くなる。
Further, the heater element 7 (7a, 7b) and the temperature measuring element 6 (6a, 6b) have a structure in which the heater element 7 (7a, 6b) is thermally connected directly via the
さらに、流速検出部4を実装する基板部分1a、気温計測部5を実装する基板部分1c、流速検出部用支持部2、気温計測用支持部3及び基板主要部1bとは、いずれも一体的に形成された構造である。従って、基板1及び流速検出部用支持部2の基板材は、上記したように、熱伝導率が低い部材(FR−4基板:熱伝導率は0.45W/m/K)が用いられている。その上、流速検出部用支持部2を細長く形成することにより、流速検出部4から基板主要部1bへの熱伝導を抑えることが出来る。
Further, the
また、2つの測温素子6(6a、6b)と2つのヒータ素子7(7a、7b)は、基板部分1aを介在させてそれぞれ対向配置されているので、測温素子6の温度が低下した場合でも、より迅速に測温素子6の温度を回復させることが出来るので、熱式流速・流量センサとしての応答性が良くなる。
In addition, since the two temperature measuring elements 6 (6a, 6b) and the two heater elements 7 (7a, 7b) are disposed to face each other with the
この発明の第2の実施例を、図3、図4に基づいて詳細に説明する。図3は、この発明の第2の実施例を示す熱式流速・流量センサの正面図である。図4は、この発明の第2の実施例を示すもので、図3に示す形状の熱式流速・流量センサ25において、気温計測用素子8(8a、8b)を用いて実測した測定値(気温情報c、気温情報d)の測定結果を示す指向特性図である。なお、第1の実施例と同じ部分については、同一名称、同一番号を用い、その説明を省略する。また、基板21に形成されている回路パターンは記載していない。
A second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a front view of a thermal type flow velocity / flow rate sensor showing a second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the thermal type flow velocity /
図3に示すように、熱式流速・流量センサ25の板状形状の基板21(基板主要部21b)の一端中央部には、基板主要部21bから一体的に伸びた流速検出部4を支持する流速検出部用支持部22が形成されており、基板21(基板主要部21b)の一端両測部には、流速検出部用支持部22を中心として対称に一対(2つ)の細長形状の気温計測部用支持部23(23a、23b)が、基板主要部21bからそれぞれ一体的に延びた状態で形成されている。流速検出部用支持部22の先端部両面(表面及び裏面)には、この流速検出部用支持部22に支持された2つの流速検出部4(4a、4b)を実装する基板部分21aが形成されている。同様に、気温計測部用支持部23の先端部には、この2つの気温計測部用支持部23(23a、23b)にそれぞれ支持された2つの気温計測部5(5a、5b)を実装する基板部分21c、基板部分21dがそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 3, a flow
基板21の基板主要部21bには、上記実施例1で述べたと同様に、回路部11が形成されている。基板部分21aの表面及び裏面の実装箇所には、汎用の表面実装部品であるヒータ素子7(7a、7b)がそれぞれ対向配置され実装されており、さらに、基板部分21aの実装個所に実装されている2つのヒータ素子7(7a、7b)に隣接して汎用の2つの測温素子6(6a、6b)が、それぞれ半田付け等により実装されて、検出感度の等しい2つの流速検出部4(4a、4b)を構成している。基板部分21c、21dの表面実装箇所には、汎用の表面実装部品である2つの気温計測用素子8(8a、8b)が、それぞれ半田付け等により実装されて気温計測部5(5a、5b)を構成している。
The
従って、2つの流速検出部4は、流速検出部用支持部22により基板主要部21bの一端中央部両面に、一体的に形成支持された構造となり、また、2つの気温計測部5(5a、5b)は、2つの気温計測部用支持部23(23a、23b)により基板主要部21bの一端両側部に、流速検出部用支持部22を中心として、対称に一対(2つ)形成されている気温計測部用支持部23(23a、23b)にそれぞれ支持された構造となっている。
このような構造の2つの気温計測部5(5a、5b)を形成することにより、2つの気温計測用素子8a、8bが、同時に流速検出部4の風下側とならないように配置する。このように配置されることにより、流速検出部4のヒータ素子7(7a、7b)による熱の影響軽減することが出来る。
Therefore, the two
By forming the two temperature measuring units 5 (5a, 5b) having such a structure, the two
また、実施例1でも述べたように、2つの流速検出部4(4a、4b)の2つの測温素子6(6a、6b)及び2つのヒータ素子7(7a、7b)は、基板部分21aの両面(表面及び裏面)に実装されているとともに、測温素子6(6a、6b)とヒータ素子7(7a、7b)が互いに隣接して配置され実装されていることで熱的に直接接続された構造となっている。 Further, as described in the first embodiment, the two temperature measuring elements 6 (6a, 6b) and the two heater elements 7 (7a, 7b) of the two flow velocity detectors 4 (4a, 4b) Are mounted on both surfaces (front and back) of the sensor, and the temperature measuring element 6 (6a, 6b) and the heater element 7 (7a, 7b) are arranged adjacent to each other and mounted so that they are directly connected thermally. It has a structured.
さらに、2つの流速検出部4(4a、4b)及び2つの気温計測部5(5a、5b)の周囲には、それぞれ空間9が設けられた構造となっているとともに、流速検出部4と2つの気温計測部5(5a、5b)との間にも空間10a、10bが設けられている。このように、板状形状の基板21は、2つの流速検出部4用の基板部分21aと2つの気温計測部5用の基板部分21cとが、それぞれ流速検出部用支持部22及び2つの気温計測部用支持部23(23a、23b)を介して基板主要部21bに一体的に連設された構造となっている。又、基板主要部21bには、上記実施例1の場合と同様に、熱式流速・流量センサ15を他の装置に取り付けるための取付孔及び信号取り出し用出力端子パット12が形成されている。
Further, a space 9 is provided around each of the two flow velocity detection units 4 (4a, 4b) and the two air temperature measurement units 5 (5a, 5b), and the flow
なお、この実施例2では、流速検出部用の基板部分21aと気温計測部用の基板部分21c、21dとが、それぞれ流速検出部用支持部22及び2つの気温計測部用支持部23(23a、23b)を介して基板主要部21bに一体的に連設された構造となっている。このように、2つの流速検出部4と2つの気温計測部5(5a、5b)とが同一の基板上に形成されているが、これに限定されるものではない。流速検出部と気温計測部とを分離した構成であっても同様の効果を得ることが出来る。
In the second embodiment, the
又、図3に示す形状の熱式流速・流量センサ25は、実施例1と同様に、指向性誤差を自動的に補正する補正装置26を備えているが、実施例2の場合には、2つの気温計測用素子8a、8bを備えているので、図5において点線で示すように、2つの気温計測用素子8a、8bからの気温情報c、気温情報dが、それぞれ量子化装置17に入力することになる。又、図7においても点線で示すように、2つの気温情報c、気温情報dを加えて演算処理され、流速値が算出されることになる(ステップE)。動作手法は、実施例1で述べた方法と同じであるから、その説明は省略する。
The thermal flow velocity /
図4は、図3に示す形状の熱式流速・流量センサ25において、気温計測用素子8(8a、8b)を用いて実測した測定値(気温情報c、気温情報d)を模式化した測定結果を示す指向特性図で、図中、実線aは気温計測部用素子8aによる測定値(気温情報c)に相当し、点線bは気温計測部用素子8bによる測定値(気温情報d)に相当している。
FIG. 4 schematically shows measured values (temperature information c, temperature information d) actually measured using the temperature measuring element 8 (8a, 8b) in the thermal flow velocity /
ここで、図4において、気温計測部5aの気温計測部用素子8aが、流速検出部4の風下側になる角度を90°とし、気温計測部用素子8bが、流速検出部4の風下側になる角度を180°とし、基準温度を25℃とすると、気温計測用素子8aの測定値(気温情報c)は、風下となる特定の角度の範囲(70°〜110°)で、気温28℃を最大値とする大きな検出誤差を生じる。同様に、気温計測用素子8bの測定値(気温情報d)は、風下となる特定の角度の範囲(250°〜290°)°で、気温28℃を最大値とする大きな検出誤差が生じる。
Here, in FIG. 4, the angle at which the air
これらの気温計測用素子8(8a、8b)の検出誤差が、流速の測定誤差に直結するので、この気温計測用素子8(8a、8b)の検出誤差を改善するために、2つの気温計測用素子8a及び気温計測用素子8bの各測定値(気温情報c及び気温情報d)を合成する。この場合の合成法は2つの気温測定用素子8a及び気温計測用素子8bの各測定値(気温情報c、気温情報d)のうち最小値を選択することであり、この合成法により、検出誤差を大幅に改善することが出来る。
Since the detection errors of these temperature measurement elements 8 (8a, 8b) are directly connected to the measurement errors of the flow velocity, two temperature measurements are performed in order to improve the detection errors of the temperature measurement elements 8 (8a, 8b). The measured values (temperature information c and temperature information d) of the
このように構成されているので、実施例1の場合と同様な効果がある。さらに、気温計測部5は、2つ配置されているので、気温計測用素子8a及び気温計測用素子8bからそれぞれ得られた2つの気温情報c及び気温情報dを合成することにより、気温測定値の誤差を除去した測定値(流速値)を算出することが出来るので、熱式流速・流量センサ25の指向性誤差を軽減することが出来る。さらに、2つの気温計測用素子8a及び気温計測用素子8bが、同時に流速検出部4の風下側とならないように配置したので、気温計測用素子8a及び気温計測用素子8bへの流速検出部4のヒータ素子7(7a、7b)からの熱の影響を最小限にすることが出来る。
Since it is configured in this way, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, since two
なお、この実施例2では、2つの流速検出部と2つの気温計測部を有する形状の熱式流速・流量センサ25を用いたが、これに限定するものではなく、熱式流速・流量センサの形状としては、流速検出部は1つ、気温計測部は2つ形成した形状であっても良く、この場合でも熱式流速・流量センサの指向性誤差は十分改善することが出来る。
In the second embodiment, the thermal flow rate /
応用分野としては、エアコン等の空調管理やそれによるエネルギーマネジメント分野など、人間の生活環境でも広く利用することが出来る。建物内の各部屋に載置して快適センサの一部として使用することが可能である。人間の生活環境の快適性評価指数として、PMV(予測平均温冷感)やET(有効温度)、OT(作用温度)等があるが、いずれも風速の値を用いて算出される。温度センサや湿度センサは一般家庭にも普及しつつある。特に、コスト面・耐久面・製作容易性等を向上した熱式流速・流量センサを得られるため、従来は導入がされなかった住環境への導入の可能性が見込まれる。同様に、建物内の換気機能の検査や、労働環境基準の検査・監視、健康増進法に基づく分煙状況の検査・監視など、人間の居住環境および周囲環境のモニタリングへの応用が期待できる。 As an application field, it can be widely used in human living environments such as air-conditioning management such as air-conditioning and energy management field. It can be placed in each room in the building and used as part of the comfort sensor. There are PMV (predicted average thermal sensation), ET (effective temperature), OT (working temperature), etc. as comfort evaluation indexes of human living environment, all of which are calculated using the value of wind speed. Temperature sensors and humidity sensors are becoming popular in general households. In particular, since a thermal flow velocity / flow rate sensor with improved cost, durability and ease of manufacture can be obtained, there is a possibility of introduction into a living environment that has not been introduced in the past. Similarly, it can be expected to be applied to the monitoring of human living environment and surrounding environment, such as inspection of ventilation function in buildings, inspection and monitoring of labor environment standards, and inspection and monitoring of smoke distribution based on the Health Promotion Law.
産業分野においては、清浄空気環境の風速・風量の検査等に応用することが出来る。クリーンルームや、箱状構造物内部のみを清浄空気環境にすることの可能なチャンバー等は、汚染空気の混合・混入に注意を払わねばならず、従来は風速・風量をモニタリングできなかった分野でも広く利用することが出来る。 In the industrial field, it can be applied to inspection of wind speed and air volume in a clean air environment. In clean rooms and chambers that can only have a clean air environment inside the box-shaped structure, attention must be paid to mixing and mixing of contaminated air, and it is widely used even in fields where wind speed and air volume could not be monitored in the past. It can be used.
又、農業分野の特に園芸分野では、0.3〜0.7m/sの微風を植物体もしくは植物群落に与えることが、光合成促進や病害予防に効果があることが判っている。よって、清浄空気環境のモニタリングや温室など栽培施設における風の管理等、植物生産管理への利用が見込まれる。このように、従来ではセンサ設置が見込めなかった場所でも利用することが出来る。 Moreover, in the field of agriculture, especially in the field of horticulture, it has been found that applying a breeze of 0.3 to 0.7 m / s to a plant body or plant community is effective in promoting photosynthesis and preventing disease. Therefore, utilization for plant production management, such as monitoring of clean air environment and management of wind in cultivation facilities such as greenhouses, is expected. In this way, it can be used even in places where sensor installation could not be expected in the past.
又、病院等の医療機関においては、患者の周囲環境が患者の治療回復に影響を与えることが知られており、旧来より温度・湿度の管理は積極的に行われてきた。また、手術中や手術直後の患者や、生体調整機能に変調をきたしている患者は、体温調整機能が低下しているために、他の状態の患者よりも環境管理に特に注意を払う必要がある。さらに、手術患者の術後の経過は、手術中および手術後の患者に与える環境ストレスを最小化する事が特に求められている。しかし、快適性の評価要素の一つである気流速度は、これまで積極的に用いられる事は無かった。病床数が減少している日本の医療環境において、患者の短期回復による早期退院が進めば、医療機関への負担および入院待ちを余儀なくされている患者にとってメリットがある。よって、医療現場への導入が期待できる。 In medical institutions such as hospitals, it is known that the surrounding environment of a patient affects the recovery of treatment for the patient, and temperature and humidity have been actively managed from the past. In addition, patients who have undergone surgery, immediately after surgery, or patients who have undergone modulation of the bioregulatory function, need to pay more attention to environmental management than patients in other conditions because the body temperature regulation function is reduced. is there. Furthermore, the post-operative course of a surgical patient is particularly required to minimize environmental stress on the patient during and after surgery. However, the air velocity, which is one of the evaluation factors of comfort, has not been actively used until now. In Japan's medical environment where the number of beds is decreasing, early discharge due to short-term recovery of patients will benefit patients who are burdened with medical institutions and are forced to wait for hospitalization. Therefore, introduction into the medical field can be expected.
15、25 熱式流速・流量センサ
1、21 基板
1a、21a 流速検出部用の基板部分
1b、21b 板状形状の基板主要部
21c、21d 気温計測用の基板部分
2、22 流速検出部用支持部
3、23、3a、23b 気温計測部用支持部
4(4a、4b) 流速検出部
5(5a、5b) 気温計測部
6(6a、6b) 測温素子
7(7a、7b) ヒータ素子
8(8a、8b) 気温計測用素子
11 回路部
16 補正装置
17 量子化装置(ADコンバータ)
18 演算装置
19 記憶装置(不揮発性メモリ)
20 情報出力装置
a、b 温度情報
c、d 気温情報
15, 25 Thermal flow velocity /
18 Arithmetic device 19 Storage device (nonvolatile memory)
20 Information output device a, b Temperature information c, d Air temperature information
Claims (5)
気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部と、
熱式流速・流量センサの板状の基板と、この基板の主要部である基板主要部と、前記流速検出部を実装する基板部分と、
前記基板主要部から一体的に延び、前記流速検出部を支持する細長形状の流速検出部用支持部と、
前記基板主要部から一体的に延び、前記気温計測部を支持する細長形状の気温計測部用支持部と、
前記基板主要部に形成(配置)した回路部と、
からなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
前記流速検出部を実装する基板部分の実装箇所の両面に、汎用の表面実装部品である前記ヒータ素子と前記測温素子とを、それぞれ互いに対向配置して実装し、前記流速検出部を実装する基板部分を介して少なくとも2つの前記測温素子と少なくとも2つの前記ヒータ素子とを熱的に接続してなる流速検出部を構成し、
前記回路部には、互いに対向配置されている2つの前記測温素子a、bからの温度情報a、bと前記気温計測用素子からの気温情報とを、それぞれデジタル信号に変換するAD変換機能を有する量子化装置と、
流体の流れ方向に対する指向性誤差情報を記憶する記憶装置と、
デジタル信号にそれぞれ変換した2つの前記温度情報a、bから、前記流速検出部の前記測温素子a、bに当たる流体の流れの方位角情報を算出する機能と、
2つの前記温度情報a、bと少なくとも1つの前記気温情報とから、流体の流速値を算出する機能と、
前記流れの方位角情報と前記流速値と前記指向性誤差情報とから、前記流速値の検出誤差情報を補正する機能を有する演算装置と、
この演算装置からの流速値を出力する出力装置とからなる補正装置を有すること
を特徴とする補正装置を備えた熱式流速・流量センサ。 A flow rate detector having a heater element that generates heat by a supply current and a temperature measuring element that detects a temperature of heat from the heater element that changes according to the flow rate;
An air temperature measuring unit having an air temperature measuring element for measuring the air temperature;
A plate-like substrate of a thermal flow rate / flow rate sensor, a substrate main portion which is a main portion of the substrate, a substrate portion on which the flow velocity detection unit is mounted,
An elongated flow velocity detection portion support portion that integrally extends from the substrate main portion and supports the flow velocity detection portion;
An elongated temperature measurement unit support unit that extends integrally from the main part of the substrate and supports the temperature measurement unit, and
A circuit part formed (arranged) on the main part of the substrate;
In a thermal flow rate / flow rate sensor that measures the flow rate and flow rate of a fluid consisting of
The heater element and the temperature measuring element, which are general-purpose surface-mounted components, are mounted on both surfaces of the mounting portion of the substrate portion on which the flow velocity detection section is mounted, and are mounted to face each other, and the flow velocity detection section is mounted. Constituting a flow rate detection unit formed by thermally connecting at least two temperature measuring elements and at least two heater elements via a substrate portion;
The circuit unit has an AD conversion function for converting the temperature information a and b from the two temperature measuring elements a and b disposed opposite to each other and the temperature information from the temperature measuring element into digital signals, respectively. A quantizer having
A storage device for storing directional error information with respect to a fluid flow direction;
A function of calculating azimuth angle information of the flow of the fluid that hits the temperature measuring elements a and b of the flow velocity detection unit from the two temperature information a and b converted into digital signals,
A function of calculating a flow velocity value of the fluid from the two pieces of temperature information a and b and at least one piece of the air temperature information;
An arithmetic unit having a function of correcting detection error information of the flow velocity value from the azimuth angle information of the flow, the flow velocity value, and the directivity error information;
A thermal flow rate / flow rate sensor provided with a correction device, comprising a correction device comprising an output device for outputting a flow velocity value from the arithmetic device.
気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部と、
熱式流速・流量センサの板状の基板と、この基板の主要部である基板主要部と、前記流速検出部を実装する基板部分と、
前記基板主要部から一体的に延び、前記流速検出部を支持する細長形状の流速検出部用支持部と、
前記基板主要部から一体的に延び、前記気温計測部を支持する細長形状の気温計測部用支持部と、
前記基板主要部に形成(配置)した回路部と、
からなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
前記流速検出部を支持する流速検出部用支持部を中心として、対称に少なくとも一対の前記気温計測部を支持する気温計測部用支持部を形成するとともに、2つの前記気温計測用素子が同時に前記流速検出部の風下側とならないように配置したこと
を特徴とする熱式流速・流量センサ。 A flow rate detector having a heater element that generates heat by a supply current and a temperature measuring element that detects a temperature of heat from the heater element that changes according to the flow rate;
An air temperature measuring unit having an air temperature measuring element for measuring the air temperature;
A plate-like substrate of a thermal flow rate / flow rate sensor, a substrate main portion which is a main portion of the substrate, a substrate portion on which the flow velocity detection unit is mounted,
An elongated flow velocity detection portion support portion that integrally extends from the substrate main portion and supports the flow velocity detection portion;
An elongated temperature measurement unit support unit that extends integrally from the main part of the substrate and supports the temperature measurement unit, and
A circuit part formed (arranged) on the main part of the substrate;
In a thermal flow rate / flow rate sensor that measures the flow rate and flow rate of a fluid consisting of
Centering on a flow velocity detection portion support portion that supports the flow velocity detection portion, an air temperature measurement portion support portion that symmetrically supports at least a pair of the air temperature measurement portions is formed, and two temperature measurement elements are simultaneously A thermal flow rate / flow rate sensor that is placed so as not to be leeward of the flow rate detector.
を特徴とする請求項2に記載の熱式流速・流量センサ。 The heater element and the temperature measuring element, which are general-purpose surface-mounted components, are mounted on both surfaces of the mounting portion of the substrate portion on which the flow velocity detection section is mounted, and are mounted to face each other, and the flow velocity detection section is mounted. The thermal flow rate / flow rate sensor according to claim 2, wherein a flow rate detection unit is formed by thermally connecting the two temperature measuring elements and the two heater elements via a substrate portion.
気温を計測する気温計測用素子を有する気温計測部と、
熱式流速・流量センサの板状基板の主要部である基板主要部と、
前記流速検出部を実装する基板部分と、
前記基板主要部から一体的に延び、前記流速検出部を支持する細長形状の流速検出部用支持部と、
前記基板主要部から一体的に延び、前記気温計測部を支持する細長形状の気温計測部用支持部と、
前記基板主要部に形成(配置)した回路部と、
からなる流体の流速及び流量を計測する熱式流速・流量センサにおいて、
前記流速検出部を支持する流速検出部用支持部を中心として、対称に少なくとも一対の前記気温計測部を支持する気温計測部用支持部を形成するとともに、前記気温計測用素子が同時に前記流速検出部の風下側とならないように配置し、
前記回路部には、互いに対向配置されている2つの前記測温素子a、bからの温度情報a、bと前記気温計測用素子からの気温情報とを、それぞれデジタル信号に変換するAD変換機能を有する量子化装置と、
流体の流れ方向に対する指向性誤差情報を記憶する記憶装置と、
デジタル信号にそれぞれ変換した2つの前記温度情報a、bから、前記流速検出部の前記測温素子a、bに当たる流体の流れの方位角情報を算出する機能と、
2つの前記温度情報a、bと少なくとも1つの前記気温情報(cあるいはd)とから、流体の流速値を算出する機能と、
前記流れの方位角情報と前記流速値と前記指向性誤差情報とから、前記流速値の検出誤差情報を補正する機能とを有する演算装置と、
この演算装置からの流速値を出力する出力装置とからなる補正装置を有すること
を特徴とする補正装置を備えた熱式流速・流量センサ。 A flow rate detector having a heater element that generates heat by a supply current and a temperature measuring element that detects a temperature of heat from the heater element that changes according to the flow rate;
An air temperature measuring unit having an air temperature measuring element for measuring the air temperature;
The main part of the board, which is the main part of the plate substrate of the thermal flow rate / flow rate sensor,
A substrate portion on which the flow velocity detector is mounted;
An elongated flow velocity detection portion support portion that integrally extends from the substrate main portion and supports the flow velocity detection portion;
An elongated temperature measurement unit support unit that extends integrally from the main part of the substrate and supports the temperature measurement unit, and
A circuit part formed (arranged) in the main part of the substrate;
In a thermal flow rate / flow rate sensor that measures the flow rate and flow rate of a fluid consisting of
Centering on a flow rate detection unit support unit that supports the flow rate detection unit, an air temperature measurement unit support unit that symmetrically supports at least a pair of the air temperature measurement units is formed, and the air temperature measurement element simultaneously detects the flow rate. Placed so that it is not on the leeward side of the
The circuit unit has an AD conversion function for converting the temperature information a and b from the two temperature measuring elements a and b disposed opposite to each other and the temperature information from the temperature measuring element into digital signals, respectively. A quantizer having
A storage device for storing directional error information with respect to a fluid flow direction;
A function of calculating azimuth angle information of the flow of the fluid that hits the temperature measuring elements a and b of the flow velocity detection unit from the two temperature information a and b converted into digital signals,
A function for calculating a fluid flow velocity value from the two pieces of temperature information a and b and at least one piece of the air temperature information (c or d);
An arithmetic device having a function of correcting detection error information of the flow velocity value from the azimuth angle information of the flow, the flow velocity value, and the directivity error information;
A thermal flow rate / flow rate sensor provided with a correction device, comprising a correction device comprising an output device for outputting a flow velocity value from the arithmetic device.
を特徴とする請求項4に記載の補正装置を備えた熱式流速・流量センサ。 The heater element and the temperature measuring element, which are general-purpose surface-mounted components, are mounted on both surfaces of the mounting portion of the substrate portion on which the flow velocity detection section is mounted, and are mounted to face each other, and the flow velocity detection section is mounted. The correction apparatus according to claim 4, further comprising a flow velocity detection unit configured to thermally connect at least two of the temperature measuring elements and at least two of the heater elements through a substrate portion. Thermal flow rate / flow rate sensor.
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JP2016118511A (en) * | 2014-12-23 | 2016-06-30 | 林 泰正 | Thermal flow velocity/rate sensor with flow direction detection capability |
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