JP2019082346A - 熱式流量計 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄く形成されている測定部における破損が抑制できる状態で、熱式流量計を用いてより流量感度の高い高精度な流量測定ができるようにする。【解決手段】熱式流量計は、測定対象の流体を輸送する配管101と、センサ部102と、流量算出部103とを備える。配管101は、ガラス状カーボンから構成されている。センサ部102を構成するヒータ112および温度測定部111は、配管101の外壁に形成されて一部が部分的にへこむ形状とされて他の部位より薄く形成された測定部101aにおいて、配管101の外壁に接して設けられている。【選択図】 図1
Description
本発明は、熱式流量計に関し、特に、測定対象の流体が流れる測定管および測定管に設けられた流量検出用のセンサを備える熱式流量計に関する。
流路を流れる流体の流量や流速を測定する技術が工業・医療分野などで幅広く利用されている。流量や流速を測定する装置としては、電磁流量計、渦流量計、コリオリ式流量計、熱式流量計など様々な種類があり、用途に応じて使い分けられている。熱式流量計は、直接、質量流量が測定できるなどの利点がある。また、流路をフッ素樹脂による管から構成することで、腐食性の液体の流量を測定可能とした熱式流量計も用いられている(特許文献1参照)。このような液体の流量を測定する熱式流量計は、微量な流量の測定に適している。
熱式流量計には、ヒータの消費電力により流量を測定する形式や、ヒータの上下流の温度差により流量を測定する形式がある。ヒータの消費電力により流量を測定する熱式流量計は、図4に示すように、測定対象の流体を輸送する配管201と、配管201の外壁に形成されて一部が部分的にへこむ形状とされて他の部位より薄く形成された測定部201aと、測定部201aに接して設けられたセンサ部202と、流量算出部203とを備える。配管201は、フッ素樹脂から構成している。
センサ部202は、温度測定部211、ヒータ212、制御部213、電力計測部214を備える。温度測定部211は、測定対象の流体を輸送する配管201の測定部201aに接して設けられている。ヒータ212は、温度測定部211の下流側の配管201の測定部201aに接して設けられている。温度測定部211は、流体の温度を測定する。
制御部213は、ヒータ212の温度と、温度測定部211で測定されるヒータ212の熱影響を受けない位置、例えばヒータ212より上流における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるように、ヒータ212を制御して駆動する。電力計測部214は、制御部213により制御されているヒータ212の電力を計測して出力する。センサ部202を構成する電力計測部214から出力される電力がセンサ値となる。流量算出部203は、電力計測部214が計測して出力したヒータ212の電力(センサ値)より、流体の流量を算出する。
よく知られているように、ヒータ212の温度とヒータ212の熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータ212を駆動しているときの、ヒータ212が消費している電力と、流体の流量との間には相関がある。また、この相関関係は、同じ流体/流量/温度において再現性がある。従って、上述したように、ヒータ212が制御部213に制御されている状態で、電力計測部214が計測した電力より、流量算出部203において、所定の相関係数(定数)を用いることで流量が算出できる。
また、他の部位より薄く形成した測定部201aにセンサ部202を設けるようにしたので、配管201内を流れる測定対象の流体を効率良く短時間で加熱することができ、また高感度で流体の流れによる温度変化を検出することができる。これによって、高精度で被測定流体の流量を測定することができる。
しかしながら、上述した従来の技術では、センサ部を配置する測定部を他の部位より薄くしているため、物理的強度が低く、破損を起こす可能性があるという問題があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、薄く形成されている測定部における破損が抑制できる状態で、熱式流量計を用いてより流量感度の高い高精度な流量測定ができるようにすることを目的とする。
本発明に係る熱式流量計は、測定対象の流体を輸送するガラス状カーボンから構成された配管と、配管の外壁に接して設けられて流体を加熱するヒータおよび配管の外壁に接して設けられて流体の温度を測定する温度測定部を備え、ヒータの温度とヒータの熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定されている設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータに加熱された流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力するように構成されたセンサ部と、流体の流量をセンサ値から算出するように構成された流量算出部とを備え、配管は、配管の外壁に形成されて一部が部分的にへこむ形状とされて他の部位より薄く形成された測定部を有し、ヒータおよび温度測定部は、測定部において、配管の外壁に接して設けられている。
上記熱式流量計において、温度測定部は、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受けない位置の流体の温度を測定し、センサ部は、ヒータの温度と温度測定部が測定した流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータの電力をセンサ値として出力する。
上記熱式流量計において、温度測定部は、第1温度測定部、第2温度測定部、第3温度測定部から構成され、第1温度測定部は、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受けない位置の流体の温度を測定し、第2温度測定部は、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受ける位置の流体の温度を測定し、第3温度測定部は、ヒータより下流側でヒータの熱影響を受ける位置の流体の温度を測定し、センサ部は、ヒータの温度と、第1温度測定部が測定した流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、第2温度測定部が測定した流体の温度と第3温度測定部が測定した流体の温度との温度差をセンサ値として出力する。
以上説明したように、本発明によれば、配管をガラス状カーボンから構成したので、薄く形成されている測定部における破損が抑制できる状態で、熱式流量計を用いてより流量感度の高い高精度な流量測定ができるという優れた効果が得られる。
以下、本発明の実施の形態における熱式流量計について図1,図2を参照して説明する。この熱式流量計は、測定対象の流体を輸送する配管101と、センサ部102と、流量算出部103とを備える。配管101は、ガラス状カーボンから構成されている。
実施の形態において、センサ部102は、温度測定部111、ヒータ112、制御部113、電力計測部114を備える。温度測定部111は、測定対象の流体を輸送する配管101の外壁に接して設けられている。ヒータ112は、温度測定部111の下流側の配管101の外壁に接して設けられている。温度測定部111、ヒータ112は、例えば、熱伝導性接着剤により配管101における測定部101aの外壁に接着固定されている。温度測定部111は、流体の温度を測定する。
また、実施の形態では、配管101は、配管101の外壁に形成されて一部が部分的にへこむ形状とされて他の部位より薄く形成された測定部101aを有する。このように構成された測定部101aにおいて、ヒータ112および温度測定部111が、配管101の外壁に接して設けられている。測定部101aにおける最も薄くなる箇所の厚さは、例えば、100μm程度である。
ここで、センサ部102は、ヒータ112の温度と、ヒータ112の熱影響を受けない位置における流体の温度との差が、設定されている設定温度差となるようにヒータ112を駆動しているときの、ヒータ112に加熱された流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力する。実施の形態において、制御部113が、ヒータ112の温度と、温度測定部111で測定されるヒータ112の熱影響を受けない位置、例えばヒータ112より上流における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるように、ヒータ112を制御して駆動する。
また、電力計測部114は、制御部113により制御されているヒータ112の電力を計測して出力する。センサ部202を構成する電力計測部114から出力される電力がセンサ値となる。流量算出部103は、電力計測部114が計測して出力したヒータ112の電力(センサ値)より、流体の流量を算出する。
以上に説明したように、実施の形態によれば、配管101を、ガラス状カーボンから構成したので、薄く形成されている測定部101aにおける破損が抑制できる状態で、熱式流量計を用いてより流量感度の高い高精度な流量測定ができるようになる。また、ガラス状カーボンは、熱伝導率がフッ素樹脂よりも高く、また、ガラスよりも高い。このため、実施の形態によれば、流量感度を更に向上でき、より高精度な流量センサが提供できるようになる。
ここで、実施の形態における熱式流量計の動作について、より詳細に説明する。よく知られているように、ヒータ112の温度とヒータ112の熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータ112を駆動しているときの、ヒータ112が消費している電力と、流体の流量との間には相関がある。また、この相関関係は、同じ流体/流量/温度において再現性がある。従って、上述したように、ヒータ112が制御部113に制御されている状態で、電力計測部114が計測した電力より、流量算出部103において、所定の相関係数(定数)を用いることで流量が算出できる。
なお、図3に示すように、温度測定部(第1温度測定部)111、ヒータ112、制御部113、温度測定部(第2温度測定部)116、温度測定部(第3温度測定部)117からセンサ部102’を構成してもよい。各温度測定部は、測定部101aにおいて、配管101の外壁に接して設けられている。
制御部113は、ヒータ112の温度と、温度測定部111で測定されるヒータ112の熱影響を受けない位置、例えばヒータ112より上流における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるように、ヒータ112を制御して駆動する。
温度測定部117は、温度測定部111より下流側でかつヒータ112の上流側における測定部101aおいて、配管101の外壁に接して設けられている。また、温度測定部117は、ヒータ112の下流側における測定部101aにおいて、配管101の外壁に接して設けられている。温度測定部116,温度測定部117は、流体の温度を測定する。
温度測定部116が測定している流体の温度と、温度測定部117が測定している流体の温度との温度差より、流体の流量を算出することができる。この例では、温度測定部116が測定している流体の温度と、温度測定部117が測定している流体の温度との温度差が、センサ値となる。
よく知られているように、ヒータ112の温度とヒータ112の熱影響を受けない位置における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるようにヒータ112を駆動しているときの、ヒータ112より上流の流体の温度とヒータ112より下流の流体の温度との温度差と、流体の流量との間には相関がある。また、この相関関係は、同じ流体/流量/温度において再現性がある。従って、上述したように、ヒータ112が制御部113に制御されている状態で、温度測定部116が測定した温度と温度測定部117が測定した温度との差(温度差)より、所定の相関係数(定数)を用いることで流量が算出できる。
以上に説明したように、本発明によれば、配管をガラス状カーボンから構成したので、薄く形成されている測定部における破損が抑制できる状態で、熱式流量計を用いてより流量感度の高い高精度な流量測定ができるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
101…配管、101a…測定部、102…センサ部、103…流量算出部、111…温度測定部、112…ヒータ、113…制御部、114…電力計測部。
Claims (3)
- 測定対象の流体を輸送する、ガラス状カーボンから構成された配管と、
前記配管の外壁に接して設けられて前記流体を加熱するヒータおよび前記配管の外壁に接して設けられて前記流体の温度を測定する温度測定部を備え、前記ヒータの温度と前記ヒータの熱影響を受けない位置における前記流体の温度との差が設定されている設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記ヒータに加熱された前記流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力するように構成されたセンサ部と、
前記流体の流量を前記センサ値から算出するように構成された流量算出部と
を備え、
前記配管は、前記配管の外壁に形成されて一部が部分的にへこむ形状とされて他の部位より薄く形成された測定部を有し、
前記ヒータおよび前記温度測定部は、前記測定部において、前記配管の外壁に接して設けられていることを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1記載の熱式流量計において、
前記温度測定部は、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受けない位置の前記流体の温度を測定し、
前記センサ部は、前記ヒータの温度と前記温度測定部が測定した前記流体の温度との差が前記設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記ヒータの電力を前記センサ値として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1記載の熱式流量計において、
前記温度測定部は、第1温度測定部、第2温度測定部、第3温度測定部から構成され、
前記第1温度測定部は、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受けない位置の前記流体の温度を測定し、
前記第2温度測定部は、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受ける位置の前記流体の温度を測定し、
前記第3温度測定部は、前記ヒータより下流側で前記ヒータの熱影響を受ける位置の前記流体の温度を測定し、
前記センサ部は、前記ヒータの温度と、前記第1温度測定部が測定した前記流体の温度との差が前記設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記第2温度測定部が測定した前記流体の温度と前記第3温度測定部が測定した前記流体の温度との温度差を前記センサ値として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。
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