JP2020008508A - Thermal flowmeter - Google Patents

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Takenari Yanagawa
雄成 柳川
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Abstract

To easily detect passage of air bubbles moving with a liquid flowing in pipeline.SOLUTION: A thermal flowmeter comprises an air bubble detection part 8, and on the basis of variation of a heater command value MV, detects passage of air bubbles moving with a liquid flowing in pipeline 2. For example, the flowmeter periodically obtains a variation ratio γ of the heater command value MV, determines whether the variation ratio γ is a reduction ratio α or an increase ratio β, and measures, as variation time T, time until the increase ratio β becomes equal to or greater than a threshold βth after the reduction ratio α becomes equal to or greater than a threshold αth, then compares the measured variation time T with a permissible variation time Tth, determines that the air bubbles have passed if the measured variation time is shorter than the permissible variation time Th. The flowmeter may detect the passage of air bubbles on the basis of variation of a sensor output S, and may set the permissible variation time Tth to be a constant value, and may set it according to a flow rate v.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、流体における熱拡散の作用を利用して配管を流れる流体の流量を測定する熱式流量計に関する。   The present invention relates to a thermal flow meter that measures the flow rate of a fluid flowing through a pipe by utilizing the action of heat diffusion in the fluid.

従来より、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。   2. Description of the Related Art Conventionally, techniques for measuring the flow rate and flow velocity of a fluid flowing through a flow channel have been widely used in the industrial and medical fields and the like. There are various types of devices for measuring a flow rate and a flow velocity, such as an electromagnetic flow meter, a vortex flow meter, a Coriolis flow meter, and a thermal flow meter, and they are used properly according to applications.

熱式流量計は、気体の検出が可能であり、圧力損失が基本的にはなく、質量流量が測定できるなどの利点がある。また、流路をガラス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1,2参照)。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。   The thermal flow meter has an advantage that it can detect gas, has essentially no pressure loss, and can measure a mass flow rate. In addition, a thermal flow meter capable of measuring the flow rate of a corrosive liquid by forming a flow path from a glass tube is also used (see Patent Documents 1 and 2). Such a thermal flow meter for measuring the flow rate of a liquid is suitable for measuring a very small flow rate.

熱式流量計には、ヒータへの供給電力をセンサ出力とする方式(方式1)と、ヒータの上下流の温度差をセンサ出力とする方式(方式2)とがある。例えば、流体を水とし、この水の流量を測定する場合、ヒータ温度を水温に対し、プラス10℃など一定温度となるようにヒータへの供給する電力を制御し、この時のヒータへの供給電力またはヒータの上下流の温度差をセンサ出力(流体における熱拡散の状態に対応する値)とし、このセンサ出力から水の流量を求める。   The thermal flow meters include a method in which the power supplied to the heater is used as a sensor output (method 1) and a method in which the temperature difference between the upstream and downstream of the heater is used as the sensor output (method 2). For example, in a case where the fluid is water and the flow rate of the water is measured, the electric power supplied to the heater is controlled so that the heater temperature becomes a constant temperature such as + 10 ° C. with respect to the water temperature. The power or the temperature difference between the upstream and downstream of the heater is used as a sensor output (a value corresponding to the state of thermal diffusion in the fluid), and the flow rate of water is determined from the sensor output.

〔方式1〕
図11は、ヒータへの供給電力から流体の流量を測定する熱式流量計の原理(方式1)を説明する図である。この方式1では、測定対象の流体が流れる配管100に水温センサ(測温素子)101とヒータ(発熱・測温素子)102とを設置し、ヒータ102の抵抗値変化から検出される温度(発熱温度)TRhと水温センサ101が検出する温度(水温)TRrとの温度差が一定値(TRh−TRr=Const)になるようにヒータ102へ供給する電力Pを制御する。このとき、流体の流量Qとヒータ102への供給電力Pとは、Q∝Pの関係となるため、ヒータ102への供給電力Pから流量Qを算出することができる。
[Method 1]
FIG. 11 is a view for explaining the principle (method 1) of a thermal flow meter that measures the flow rate of a fluid from the power supplied to a heater. In this method 1, a water temperature sensor (temperature measuring element) 101 and a heater (heat generation / temperature measurement element) 102 are installed in a pipe 100 through which a fluid to be measured flows, and a temperature (heat generation) detected from a change in the resistance value of the heater 102 is measured. The power P supplied to the heater 102 is controlled such that the temperature difference between the temperature (TRh) TRh and the temperature (water temperature) TRr detected by the water temperature sensor 101 becomes a constant value (TRh-TRr = Const). At this time, since the flow rate Q of the fluid and the power P supplied to the heater 102 have a relationship of Q∝P, the flow rate Q can be calculated from the power P supplied to the heater 102.

〔方式2〕
図12は、ヒータの上下流の温度差から流体の流量を測定する熱式流量計の原理(方式2)を説明する図である。この方式2では、測定対象の流体が流れる配管100に水温センサ(測温素子)101と、ヒータ(発熱・測温素子)102と、上流温度センサ(測温素子)103と、下流温度センサ(測温素子)104とを設置し、ヒータ102の抵抗値変化から検出される温度(発熱温度)TRhと水温センサ101が検出する温度(水温)TRrとの温度差が一定値(TRh−TRr=Const)になるようにヒータ102へ供給する電力Pを制御する。このとき、上流温度センサ103が検出する流体の温度TRuと下流温度センサ104が検出する流体の温度TRdとの温度差(TRu−TRd)とは、Q∝(TRu−TRd)の関係となるため、ヒータ102の上下流の温度差(TRu−TRd)から流量Qを算出することができる。
[Method 2]
FIG. 12 is a view for explaining the principle (method 2) of a thermal flow meter that measures the flow rate of a fluid from the temperature difference between the upstream and downstream of a heater. According to this method 2, a water temperature sensor (temperature measuring element) 101, a heater (heat generation / temperature measuring element) 102, an upstream temperature sensor (temperature measuring element) 103, and a downstream temperature sensor ( The temperature difference between the temperature (heat generation temperature) TRh detected from the change in the resistance value of the heater 102 and the temperature (water temperature) TRr detected by the water temperature sensor 101 is a fixed value (TRh-TRr = (Const) is controlled. At this time, the temperature difference (TRu−TRd) between the temperature TRu of the fluid detected by the upstream temperature sensor 103 and the temperature TRd of the fluid detected by the downstream temperature sensor 104 has a relationship of Q∝ (TRu−TRd). The flow rate Q can be calculated from the temperature difference (TRu-TRd) between the upstream and downstream of the heater 102.

なお、上述した方式1では、ヒータ102への供給電力Pがセンサ出力とされ、上述した方式2では、ヒータ102の上下流の温度差(TRu−TRd)がセンサ出力とされる。ここで、センサ出力をSとした場合、このセンサ出力Sは、簡易的には下記の(1)式で表されることが知られている。   In the above-described method 1, the electric power P supplied to the heater 102 is used as a sensor output, and in the above-described method 2, the temperature difference (TRu-TRd) between the upstream and downstream of the heater 102 is used as the sensor output. Here, when the sensor output is S, it is known that the sensor output S is simply represented by the following equation (1).

S=(A+B・μ1/2)・ΔT ・・・・(1) S = (A + B · μ 1/2 ) · ΔT (1)

この(1)式において、A,Bは水温センサ101やヒータ102などの面積、流体の熱伝導率、流体の密度、流体の粘度、熱容量等から決まる定数、μは流速、ΔTはヒータ102の加熱温度(水温からの加熱温度)である。   In the equation (1), A and B are constants determined by the area of the water temperature sensor 101 and the heater 102, the thermal conductivity of the fluid, the density of the fluid, the viscosity of the fluid, the heat capacity, etc., μ is the flow rate, and ΔT is the The heating temperature (heating temperature from water temperature).

特開2006−010322号公報JP 2006-010322 A 特表2003−532099号公報JP-T-2003-532099

このような熱式流量計において、流体を液体とした場合、この液体に気泡が含まれると、気泡により熱伝導率が小さくなり、見かけ上流量が少なくなったような計測値となる。配管内を流れる液体に気泡が含まれているかどうかを検出することができれば、見かけ上の流量の変動と区別することができ有用である。配管内に液体が存在しない状態であることは、すなわち配管内が空の状態であることは、熱の伝導率が一定より小さくなったことで判定することができ、比較的容易である。しかしながら、気泡は配管内を流れる液体とともに移動していて、センサ部を通過する時間は数十から数百ミリ秒である。このため、熱の伝導率を一定のしきい値で判断することはできず、気泡の通過を検出することは難しい。   In such a thermal type flow meter, when the fluid is a liquid, if the liquid contains bubbles, the thermal conductivity is reduced by the bubbles, and the measured value is such that the flow rate is apparently reduced. If it is possible to detect whether or not bubbles are contained in the liquid flowing through the pipe, it is useful to be able to distinguish it from apparent fluctuations in the flow rate. It is relatively easy to determine that there is no liquid in the pipe, that is, that the pipe is empty, because the heat conductivity is smaller than a certain value. However, the bubbles move together with the liquid flowing in the piping, and the time required to pass through the sensor unit is several tens to several hundreds of milliseconds. For this reason, the heat conductivity cannot be determined at a certain threshold, and it is difficult to detect the passage of bubbles.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、配管内を流れる液体とともに移動する気泡の通過を簡単に検出することが可能な熱式流量計を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a thermal flow meter capable of easily detecting the passage of bubbles moving with liquid flowing in a pipe. To provide.

このような目的を達成するために本発明は、測定対象の液体が流れるように構成された配管(2)と、配管に設置され、電力の供給を受けて発熱するように構成されたヒータ(3)と、ヒータよりも上流側に設置され、液体の温度を検出するように構成された温度センサ(4)と、ヒータの抵抗値変化から検出されるヒータの発熱温度(TRh)と温度センサによって検出される液体の温度(TRr)との温度差(TRh−TRr)を求め、この温度差が一定値となるようなヒータ指令値(MV)を求め、このヒータ指令値に基づいてヒータへ供給する電力を制御するように構成された制御部(5)と、制御部によって温度差が一定値となるように制御されている時の液体における熱拡散の状態に対応する値をセンサ出力(S)として出力するように構成されたセンサ出力部(6,11)と、センサ出力部からのセンサ出力に基づいて配管を流れる液体の流量(Q)を求めるように構成された流量算出部(7)と、ヒータ指令値(MV)あるいはセンサ出力(S)の変動に基づいて配管を流れる液体とともに移動する気泡の通過を検出するように構成された気泡検知部(8)とを備えることを特徴とする。   In order to achieve such an object, the present invention provides a pipe (2) configured to flow a liquid to be measured, and a heater (2) installed in the pipe and configured to receive power and generate heat. 3), a temperature sensor (4) installed upstream of the heater and configured to detect the temperature of the liquid, and a heating temperature (TRh) of the heater and a temperature sensor detected from a change in the resistance value of the heater. The temperature difference (TRh-TRr) from the temperature (TRr) of the liquid detected by the above is obtained, a heater command value (MV) that makes this temperature difference a constant value is obtained, and the heater is supplied to the heater based on the heater command value. A controller (5) configured to control the supplied electric power, and a sensor output (a value corresponding to the state of heat diffusion in the liquid when the temperature difference is controlled by the controller to be a constant value). Output as S) Output section (6, 11) configured as described above, a flow rate calculation section (7) configured to obtain the flow rate (Q) of the liquid flowing through the pipe based on the sensor output from the sensor output section, and a heater And a bubble detector (8) configured to detect passage of bubbles moving with the liquid flowing through the pipe based on a change in the command value (MV) or the sensor output (S).

本発明では、ヒータ指令値あるいはセンサ出力の変動に基づいて、配管を流れる液体とともに移動する気泡の通過を検出する。例えば、ヒータ指令値あるいはセンサ出力の変動率(γ)を周期的に求め、この求められる変動率が減少率(α)であるのか増加率(β)であるのかを判断し、減少率が第1の閾値(αth)以上となった後、増加率が第2の閾値(βth)以上となるまでの時間を変動時間(T)として測定し、この測定された変動時間と予め定められている許容変動時間(Tth)とを比較し、測定された変動時間が許容変動時間よりも短かった場合に気泡が通過したと判断する。   According to the present invention, the passage of bubbles moving together with the liquid flowing through the pipe is detected based on a change in the heater command value or the sensor output. For example, a fluctuation rate (γ) of the heater command value or the sensor output is periodically obtained, and it is determined whether the obtained fluctuation rate is a decreasing rate (α) or an increasing rate (β). After the threshold value becomes equal to or more than the first threshold value (αth), the time until the rate of increase becomes equal to or more than the second threshold value (βth) is measured as a variation time (T), and the measured variation time is predetermined. By comparing with the allowable fluctuation time (Tth), it is determined that the bubble has passed when the measured fluctuation time is shorter than the allowable fluctuation time.

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。   In the above description, as an example, components on the drawings corresponding to the components of the invention are indicated by reference numerals with parentheses.

以上説明したように、本発明によれば、ヒータ指令値あるいはセンサ出力の変動に基づいて、配管内を流れる液体とともに移動する気泡の通過を検出するようにしたので、ヒータ指令値あるいはセンサ出力の変動率を周期的に求め、この求められる変動率が減少率であるのか増加率であるのかを判断し、減少率が第1の閾値以上となった後、増加率が第2の閾値以上となるまでの時間を変動時間として測定し、この変動時間が許容変動時間よりも短かった場合に気泡が通過したと判断するなどして、配管内を流れる液体とともに移動する気泡の通過を簡単に検出することが可能となる。   As described above, according to the present invention, the passage of bubbles moving with the liquid flowing in the pipe is detected based on the fluctuation of the heater command value or the sensor output. The rate of change is determined periodically, and it is determined whether the rate of change is the rate of decrease or the rate of increase. After the rate of decrease is greater than or equal to the first threshold, the rate of increase is greater than or equal to the second threshold. Easily detect the passage of air bubbles that move with the liquid flowing in the pipe by measuring the time until the fluctuation as the fluctuation time and determining that the air bubbles have passed if this fluctuation time is shorter than the allowable fluctuation time. It is possible to do.

図1は、本発明の実施の形態1に係る熱式流量計の要部の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a thermal flow meter according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、気泡が通過した時のヒータ指令値MVの変化を例示する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a change in the heater command value MV when a bubble passes. 図3は、実施の形態1の熱式流量計における気泡検知部で行われる処理動作を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing operation performed by the bubble detector in the thermal flow meter according to the first embodiment. 図4は、本発明の実施の形態2に係る熱式流量計の要部の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a main part of a thermal flow meter according to Embodiment 2 of the present invention. 図5は、変動時間Tと配管内を流れる液体の流速vとの関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the fluctuation time T and the flow velocity v of the liquid flowing in the pipe. 図6は、実施の形態2の熱式流量計における気泡検知部で行われる処理動作を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing operation performed by the bubble detector in the thermal flow meter according to the second embodiment. 図7は、本発明を方式2に適用した場合の実施の形態1に対応する例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example corresponding to Embodiment 1 when the present invention is applied to scheme 2. 図8は、本発明を方式2に適用した場合の実施の形態2に対応する例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example corresponding to Embodiment 2 when the present invention is applied to Method 2. 図9は、センサ出力Sの変動に基づいて気泡の通過を検出するようにした例(実施の形態1に対応する例)を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example (an example corresponding to the first embodiment) in which the passage of a bubble is detected based on a change in the sensor output S. 図10は、センサ出力Sの変動に基づいて気泡の通過を検出するようにした例(実施の形態2に対応する例)を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example (an example corresponding to the second embodiment) in which the passage of a bubble is detected based on a change in the sensor output S. 図11は、ヒータへの供給電力から流体の流量を測定する熱式流量計の原理(方式1)を説明する図である。FIG. 11 is a view for explaining the principle (method 1) of a thermal flow meter that measures the flow rate of a fluid from the power supplied to a heater. 図12は、ヒータの上下流の温度差から流体の流量を測定する熱式流量計の原理(方式2)を説明する図である。FIG. 12 is a view for explaining the principle (method 2) of a thermal flow meter that measures the flow rate of a fluid from the temperature difference between the upstream and downstream of a heater.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔実施の形態1〕
図1は、本発明の実施の形態1に係る熱式流量計1(1A)の要部の構成を示すブロック図である。この熱式流量計1Aは、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、配管2と、ヒータ(発熱・測温素子)3と、水温センサ(測温素子)4と、制御部5と、電力計測部(センサ出力部)6と、流量算出部7と、気泡検知部8とを備えている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a thermal flow meter 1 (1A) according to Embodiment 1 of the present invention. The thermal flow meter 1A is realized by hardware including a processor and a storage device, and a program for realizing various functions in cooperation with the hardware, and includes a pipe 2 and a heater (heat generation / temperature measuring element). 3, a water temperature sensor (temperature measuring element) 4, a control unit 5, a power measuring unit (sensor output unit) 6, a flow rate calculating unit 7, and a bubble detecting unit 8.

配管2は、例えばガラスからなり、測定対象の液体(この例では、水)が流れる。ヒータ3は、配管2の外壁に設置され、制御部5からの電力の供給を受けて発熱する。   The pipe 2 is made of, for example, glass, and flows a liquid to be measured (in this example, water). The heater 3 is installed on the outer wall of the pipe 2, and receives heat from the control unit 5 to generate heat.

水温センサ4は、ヒータ3よりも上流側の配管2の外壁に設置されており、配管2を流れる液体の温度をTRrとして検出する。この水温センサ4は、ヒータ3と水温センサ4の距離をある程度離すことにより、ヒータ3の熱影響を受けない位置に設置されている。この水温センサ4が検出する液体の温度TRrは制御部5へ送られる。   The water temperature sensor 4 is installed on the outer wall of the pipe 2 on the upstream side of the heater 3 and detects the temperature of the liquid flowing through the pipe 2 as TRr. The water temperature sensor 4 is installed at a position where the heater 3 is not affected by the heat by increasing the distance between the heater 3 and the water temperature sensor 4 to some extent. The liquid temperature TRr detected by the water temperature sensor 4 is sent to the control unit 5.

制御部5は、PID制御演算部51と、制御出力部52とを備えている。PID制御演算部51は、ヒータ3の抵抗値変化から検出されるヒータ3の発熱温度TRhと、水温センサ4からの液体の温度TRrとを入力とし、発熱温度TRhと液体の温度TRrとの温度差(TRh−TRr)を求め、この温度差が一定値(例えば、10℃)となるようなヒータ指令値MVを生成する。制御出力部52は、PID制御演算部51からのヒータ指令値MVを入力とし、このヒータ指令値MVに基づいてヒータ3へ供給する電力を制御する。   The control unit 5 includes a PID control calculation unit 51 and a control output unit 52. The PID control calculation unit 51 receives the heat generation temperature TRh of the heater 3 detected from the change in the resistance value of the heater 3 and the temperature TRr of the liquid from the water temperature sensor 4 as inputs, and calculates the temperature of the heat generation temperature TRh and the temperature TRr of the liquid. A difference (TRh-TRr) is obtained, and a heater command value MV is generated such that the temperature difference becomes a constant value (for example, 10 ° C.). The control output unit 52 receives the heater command value MV from the PID control calculation unit 51 and controls the power supplied to the heater 3 based on the heater command value MV.

電力計測部6は、制御部5によって温度差(TRh−TRr)が一定値となるように制御されている時のヒータ3への供給電力Pを計測し、この計測した供給電力Pをセンサ出力(液体における熱拡散の状態に対応する値)Sとして流量算出部7へ送る。   The power measuring unit 6 measures the power P supplied to the heater 3 when the temperature difference (TRh-TRr) is controlled to be a constant value by the control unit 5, and outputs the measured power P to a sensor output. (Value corresponding to the state of thermal diffusion in the liquid) is sent to the flow rate calculation unit 7 as S.

流量算出部7は、電力計測部6からのセンサ出力S(供給電力P)を、予め設定されている流量変換式を用いて流量の値に変換することにより、配管2を流れる液体の流量(瞬時流量)Qを求める。   The flow rate calculation unit 7 converts the sensor output S (supply power P) from the power measurement unit 6 into a flow rate value using a preset flow rate conversion formula, thereby obtaining the flow rate of the liquid flowing through the pipe 2 ( Find the instantaneous flow rate) Q.

気泡検知部8は、変動率算出部81と、変動時間測定部82と、許容変動時間記憶部83と、変動時間比較部84とを備えている。この気泡検知部8において、変動率算出部81は、PID制御演算部51からのヒータ指令値MVを入力とし、このヒータ指令値MVの変動率(勾配)γを所定の周期(例えば、3〜6msec 周期)で求める。変動時間測定部82は、変動率算出部81によって求められる変動率γを入力とし、この変動率γが減少率αであるのか増加率βであるのかを判断し、減少率αが所定の閾値αth以上となった後、増加率βが所定の閾値βth以上となるまでの時間を変動時間Tとして測定する。   The bubble detection unit 8 includes a fluctuation rate calculation unit 81, a fluctuation time measurement unit 82, an allowable fluctuation time storage unit 83, and a fluctuation time comparison unit 84. In the bubble detecting section 8, the fluctuation rate calculation section 81 receives the heater command value MV from the PID control calculation section 51 as an input, and changes the fluctuation rate (gradient) γ of the heater command value MV in a predetermined cycle (for example, 3 to 3). (6 msec cycle). The fluctuation time measuring section 82 receives the fluctuation rate γ obtained by the fluctuation rate calculating section 81 as input, determines whether the fluctuation rate γ is the decreasing rate α or the increasing rate β, and determines whether the decreasing rate α is a predetermined threshold value. After the time becomes equal to or more than αth, the time until the increase rate β becomes equal to or more than the predetermined threshold value βth is measured as the fluctuation time T.

図2に気泡が通過した時のヒータ指令値MVの変化を例示する。配管2を流れる液体の移動とともに気泡が通過する場合、ヒータ指令値MVは一時的に減少した後、すぐに増加する。変動時間測定部82は、この気泡が通過する際の、ヒータ指令値MVの減少してから増加するまでの時間間隔を変動時間Tとして測定する。   FIG. 2 illustrates a change in the heater command value MV when an air bubble passes. When bubbles pass along with the movement of the liquid flowing through the pipe 2, the heater command value MV temporarily decreases and then immediately increases. The fluctuation time measuring unit 82 measures, as the fluctuation time T, a time interval from when the heater command value MV decreases to when it increases when the bubble passes.

変動時間比較部84は、変動時間測定部82において測定された変動時間Tを入力とし、この変動時間Tと許容変動時間記憶部83に記憶されている許容変動時間Tthとを比較し、測定された変動時間tが許容変動時間Tthよりも短かった場合に気泡が通過したと判断する。   The variation time comparison unit 84 receives the variation time T measured by the variation time measurement unit 82 as an input, compares the variation time T with the allowable variation time Tth stored in the allowable variation time storage unit 83, and performs measurement. If the fluctuation time t is shorter than the allowable fluctuation time Tth, it is determined that the bubble has passed.

なお、この実施の形態では、気泡が通過する際の許容変動時間Tthとして、予め定められた所定の値(一定値)を許容変動時間記憶部83に記憶させている。この許容変動時間記憶部83に記憶させる許容変動時間Tthは実験を繰り返すことにより定められたものである。   In this embodiment, a predetermined value (constant value) is stored in the permissible fluctuation time storage unit 83 as the permissible fluctuation time Tth when the bubble passes. The allowable fluctuation time Tth stored in the allowable fluctuation time storage unit 83 is determined by repeating an experiment.

図3に、気泡検知部8で行われる処理動作のフローチャートを示す。気泡検知部8は、このフローチャートに示される処理動作を定周期で繰り返す。   FIG. 3 shows a flowchart of a processing operation performed by the bubble detection unit 8. The bubble detection unit 8 repeats the processing operation shown in this flowchart at a constant cycle.

気泡検知部8において、変動率算出部81は、PID制御演算部51からのヒータ指令値MVを取り込み(ステップS101)、このヒータ指令値MVの変動率γを算出する(ステップS102)。変動時間測定部82は、この変動率γが減少方向の変動率であるのか、増加方向の変動率であるのかを判断する(ステップS103)。
(ステップS108)。
In the bubble detection unit 8, the fluctuation rate calculation unit 81 fetches the heater command value MV from the PID control calculation unit 51 (Step S101), and calculates the fluctuation rate γ of the heater command value MV (Step S102). The fluctuation time measuring unit 82 determines whether the fluctuation rate γ is a fluctuation rate in a decreasing direction or a fluctuation rate in an increasing direction (step S103).
(Step S108).

配管2を流れる液体の移動とともに気泡が通過する場合、図2に示されるように、ヒータ指令値MVは一時的に減少した後、すぐに増加する。このため、気泡の通過に際しては、ヒータ指令値MVの変動率γは減少方向の変動率となった後、増加方向の変動率に転じる。すなわち、気泡が通過する場合、ステップS103では、最初に減少方向の変動率が確認され、その後に増加方向の変動率が確認される。   When air bubbles pass along with the movement of the liquid flowing through the pipe 2, as shown in FIG. 2, the heater command value MV temporarily decreases and then immediately increases. Therefore, when air bubbles pass, the variation rate γ of the heater command value MV becomes a variation rate in a decreasing direction, and then changes to a variation rate in an increasing direction. That is, when the bubble passes, in step S103, the rate of change in the decreasing direction is checked first, and then the rate of change in the increasing direction is checked.

変動時間測定部82は、ヒータ指令値MVの変動率γが減少方向の変動率であった場合、その変動率γを減少率αとする(ステップS104)。そして、この減少率αと閾値αthとを比較し(ステップS105)、α≧αthとなった場合(ステップS105のYES:図2に示すt1点)、変動時間Tの計時中でないことを確認のうえ(ステップS106のNO)、変動時間Tの計時を開始する(ステップS107)。   When the fluctuation rate γ of the heater command value MV is a fluctuation rate in the decreasing direction, the fluctuation time measuring unit 82 sets the fluctuation rate γ as the reduction rate α (step S104). Then, the reduction rate α is compared with the threshold value αth (step S105). When α ≧ αth (YES in step S105: point t1 shown in FIG. 2), it is confirmed that the fluctuation time T is not being counted. Then (NO in step S106), measurement of the fluctuation time T is started (step S107).

変動時間測定部82は、ヒータ指令値MVの変動率γが増加方向の変動率であった場合、その変動率γを増加率βとする(ステップS108)。そして、この増加率βと閾値βthとを比較し(ステップS109)、β≧βthとなった場合(ステップS109のYES:図2に示すt2点)、変動時間Tの計時を終了する(ステップS110)。   If the fluctuation rate γ of the heater command value MV is a fluctuation rate in the increasing direction, the fluctuation time measuring unit 82 sets the fluctuation rate γ as the increase rate β (step S108). Then, the increase rate β is compared with the threshold value βth (step S109). If β ≧ βth is satisfied (YES in step S109: point t2 shown in FIG. 2), the measurement of the fluctuation time T ends (step S110). ).

変動時間比較部84は、この計時を終了した変動時間Tと許容変動時間Tthとを比較し(ステップS111)、T<Tthであった場合(ステップS111のYES)、気泡が通過したと判断する(ステップS112)。   The fluctuation time comparison unit 84 compares the fluctuation time T after the completion of the time measurement with the allowable fluctuation time Tth (step S111), and when T <Tth (YES in step S111), determines that the bubble has passed. (Step S112).

〔実施の形態2〕
図4は本発明の実施の形態2に係る熱式流量計1(1B)の要部の構成を示すブロック図である。同図において、図1と同一符号は図1を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a main part of a thermal flow meter 1 (1B) according to Embodiment 2 of the present invention. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or equivalent components as those described with reference to FIG. 1, and a description thereof will be omitted.

実施の形態1の熱式流量計1Aでは、許容変動時間Tthを一定値とした。しかし、変動時間測定部82において測定される変動時間Tは、配管2内を流れる液体の流速vに反比例する(図5参照)。このため、許容変動時間Tthを一定値とすると、液体の流速vによっては、許容変動時間Tthが長過ぎたり、短過ぎたりし、気泡をうまく検知することができないことがある。   In the thermal flow meter 1A of the first embodiment, the allowable fluctuation time Tth is set to a constant value. However, the fluctuation time T measured by the fluctuation time measuring unit 82 is inversely proportional to the flow velocity v of the liquid flowing in the pipe 2 (see FIG. 5). For this reason, when the allowable fluctuation time Tth is a constant value, the allowable fluctuation time Tth may be too long or too short depending on the flow velocity v of the liquid, and the bubble may not be detected properly.

そこで、実施の形態2の熱式流量計1Bでは、気泡検知部8に流速算出部85と許容変動時間算出部86とを設け、変動時間比較部84への許容変動時間Tthを配管2内を流れる液体の流速vに反比例した値として、流速vの影響を受けないようにする。   Therefore, in the thermal type flow meter 1B of the second embodiment, the air flow detecting unit 8 is provided with the flow velocity calculating unit 85 and the allowable fluctuation time calculating unit 86, and the allowable fluctuation time Tth to the fluctuation time comparing unit 84 is set in the pipe 2. As a value inversely proportional to the flow velocity v of the flowing liquid, the influence of the flow velocity v is eliminated.

すなわち、実施の形態2の熱式流量計1Bでは、流速算出部85において流量(瞬時流量)Qから配管2内を流れている液体の流速vを算出するようにし、この算出した液体の流速vを許容変動時間算出部86へ送り、許容変動時間算出部86において流速vに反比例した値として許容変動時間Tthを求め、この求めた許容変動時間Tthを変動時間比較部84へ送るようにする。   That is, in the thermal flow meter 1B according to the second embodiment, the flow velocity calculating section 85 calculates the flow velocity v of the liquid flowing in the pipe 2 from the flow rate (instantaneous flow rate) Q. Is sent to the allowable fluctuation time calculation unit 86, the allowable fluctuation time calculation unit 86 calculates the allowable fluctuation time Tth as a value inversely proportional to the flow velocity v, and sends the obtained allowable fluctuation time Tth to the fluctuation time comparison unit 84.

図6に、図3に対応するフローチャートを示す。このフローチャートに示されるように、実施の形態2の熱式流量計1Bでは、変動時間Tの計時を終了した後(ステップS110)、配管2内を流れている液体の流速vを算出し(ステップS113)、この算出した液体の流速vに反比例した値として許容変動時間Tthを求め(ステップS114)、T<Tthの場合に(ステップS111のYES)、気泡が通過したと判断する(ステップS112)。   FIG. 6 shows a flowchart corresponding to FIG. As shown in this flowchart, the thermal flow meter 1B of the second embodiment calculates the flow velocity v of the liquid flowing in the pipe 2 after finishing measuring the fluctuation time T (step S110) (step S110). S113), the allowable fluctuation time Tth is calculated as a value inversely proportional to the calculated flow velocity v of the liquid (step S114). If T <Tth (YES in step S111), it is determined that the air bubble has passed (step S112). .

なお、上述した実施の形態1,2は、ヒータ3への供給電力Pをセンサ出力Sとする方式(方式1)に本発明を適用した場合を示したが、ヒータ3の上下流の液体の温度差(TRu−TRd)をセンサ出力Sとする方式(方式2)に本発明を適用しても構わない。図7に、方式2に本発明を適用した場合の実施の形態1に対応する例を、図8に、方式2に本発明を適用した場合の実施の形態2に対応する例を示す。   In the above-described first and second embodiments, the case where the present invention is applied to the method (method 1) in which the electric power P supplied to the heater 3 is used as the sensor output S has been described. The present invention may be applied to a system (system 2) in which the temperature difference (TRu-TRd) is used as the sensor output S. FIG. 7 shows an example corresponding to the first embodiment when the present invention is applied to method 2, and FIG. 8 shows an example corresponding to the second embodiment when the present invention is applied to method 2.

図7,図8に示した熱式流量計1C,1Dでは、ヒータ3の上流側の液体の温度TRuを検出する上流温度センサ(測温素子)9と、ヒータ3の下流側の液体の温度TRdを検出する下流温度センサ(測温素子)10とを、ヒータ3を挾んで配管2の外壁に設けている。また、上流温度センサ9および下流温度センサ10に対して、温度差算出部(センサ出力部)11を設けている。   In the thermal flow meters 1C and 1D shown in FIGS. 7 and 8, an upstream temperature sensor (temperature measuring element) 9 for detecting the temperature TRu of the liquid on the upstream side of the heater 3, and the temperature of the liquid on the downstream side of the heater 3 A downstream temperature sensor (temperature measuring element) 10 for detecting TRd is provided on the outer wall of the pipe 2 with the heater 3 interposed therebetween. Further, a temperature difference calculation unit (sensor output unit) 11 is provided for the upstream temperature sensor 9 and the downstream temperature sensor 10.

温度差算出部11は、制御部5が発熱温度TRhと液体の温度TRrとの温度差(TRh−TRr)が一定値となるようにヒータ3への供給電力を制御している時の、ヒータ3の上流側の液体の温度TRuと下流側の液体の温度TRdとの温度差(ヒータ3の上下流の温度差(TRu−TRd))を算出し、この算出した温度差(TRu−TRd)をセンサ出力(液体における熱拡散の状態に対応する値)Sとして流量算出部7へ送る。   The temperature difference calculation unit 11 controls the heater when the control unit 5 controls the power supplied to the heater 3 so that the temperature difference (TRh-TRr) between the heat generation temperature TRh and the liquid temperature TRr becomes a constant value. The temperature difference (TRu-TRd) between the temperature TRu of the liquid on the upstream side and the temperature TRd of the liquid downstream of the heater 3 (TRu-TRd) is calculated, and the calculated temperature difference (TRu-TRd) is calculated. As a sensor output (a value corresponding to the state of thermal diffusion in the liquid) S to the flow rate calculator 7.

流量算出部7は、温度差算出部11からのセンサ出力S(ヒータ3の上下流の温度差(TRu−TRd))を、予め設定されている流量変換式を用いて流量の値に変換することにより、配管2を流れる液体の流量Qを求める。   The flow rate calculation unit 7 converts the sensor output S (temperature difference (TRu-TRd) between the upstream and downstream of the heater 3) from the temperature difference calculation unit 11 into a flow rate value using a preset flow rate conversion equation. Thus, the flow rate Q of the liquid flowing through the pipe 2 is obtained.

気泡検知部8は、PID制御演算部51からのヒータ指令値MVを取り込み、この取り込んだヒータ指令値MVの変動に基づいて配管2内を流れる液体とともに移動する気泡の通過を検出する。   The bubble detection unit 8 captures the heater command value MV from the PID control calculation unit 51, and detects the passage of bubbles moving with the liquid flowing in the pipe 2 based on the variation of the captured heater command value MV.

また、上述した実施の形態では、ヒータ指令値MVの変動に基づいて気泡の通過を検出するようにしたが、センサ出力Sの変動に基づいて気泡の通過を検出するようにしてもよい。図9に、実施の形態1に対応する例を熱式流量計1Eとして、図10に、実施の形態2に対応する例を熱式流量計1Fとして示す。   Further, in the above-described embodiment, the passage of bubbles is detected based on the change in the heater command value MV. However, the passage of bubbles may be detected based on the change in the sensor output S. FIG. 9 shows an example corresponding to the first embodiment as a thermal flow meter 1E, and FIG. 10 shows an example corresponding to the second embodiment as a thermal flow meter 1F.

また、上述した実施の形態では、流量算出部7において、センサ出力Sを流量変換式を用いて流量の値に変換するようにしたが、センサ出力Sに対応する流量Qの値が登録されている流量変換テーブルを用い、この流量変換テーブルからセンサ出力Sに対応する流量Qの値を求めるようにしてもよい。また、上述した実施の形態では、水温センサ4を配管2の外壁に設置するようにしたが、配管2の内壁に設置するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the flow rate calculation unit 7 converts the sensor output S into a flow rate value using a flow rate conversion formula. However, the value of the flow rate Q corresponding to the sensor output S is registered. The flow rate conversion table may be used, and the value of the flow rate Q corresponding to the sensor output S may be obtained from the flow rate conversion table. Further, in the above-described embodiment, the water temperature sensor 4 is installed on the outer wall of the pipe 2, but may be installed on the inner wall of the pipe 2.

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
[Expansion of Embodiment]
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the technical idea of the present invention.

1(1A〜1F)…熱式流量計、2…配管、3…ヒータ、4…水温センサ、5…制御部、6…電力計測部、7…流量算出部、8…気泡検知部、9…上流温度センサ、10…下流温度センサ、11…温度差算出部、51…PID制御演算部、52…制御出力部、81…変動率算出部、82…変動時間測定部、83…許容変動時間記憶部、84…変動時間比較部、85…流速算出部、86…許容変動時間算出部。   1 (1A to 1F): thermal flow meter, 2: pipe, 3: heater, 4: water temperature sensor, 5: control unit, 6: power measurement unit, 7: flow rate calculation unit, 8: bubble detection unit, 9 ... Upstream temperature sensor, 10: downstream temperature sensor, 11: temperature difference calculation unit, 51: PID control calculation unit, 52: control output unit, 81: fluctuation rate calculation unit, 82: fluctuation time measurement unit, 83: allowable fluctuation time storage Unit, 84: fluctuation time comparison unit, 85: flow velocity calculation unit, 86: allowable fluctuation time calculation unit.

Claims (5)

測定対象の液体が流れるように構成された配管と、
前記配管に設置され、電力の供給を受けて発熱するように構成されたヒータと、
前記ヒータよりも上流側に設置され、前記液体の温度を検出するように構成された温度センサと、
前記ヒータの抵抗値変化から検出される前記ヒータの発熱温度と前記温度センサによって検出される液体の温度との温度差を求め、この温度差が一定値となるようなヒータ指令値を求め、このヒータ指令値に基づいて前記ヒータへ供給する電力を制御するように構成された制御部と、
前記制御部によって前記温度差が一定値となるように制御されている時の前記液体における熱拡散の状態に対応する値をセンサ出力として出力するように構成されたセンサ出力部と、
前記センサ出力部からのセンサ出力に基づいて前記配管を流れる液体の流量を求めるように構成された流量算出部と、
前記ヒータ指令値あるいは前記センサ出力の変動に基づいて前記配管を流れる液体とともに移動する気泡の通過を検出するように構成された気泡検知部と
を備えることを特徴とする熱式流量計。
A pipe configured to flow the liquid to be measured,
A heater installed on the pipe, configured to generate heat by receiving supply of electric power,
A temperature sensor installed upstream of the heater and configured to detect a temperature of the liquid;
A temperature difference between the heat generation temperature of the heater detected from a change in the resistance value of the heater and the temperature of the liquid detected by the temperature sensor is determined, and a heater command value such that the temperature difference becomes a constant value is determined. A control unit configured to control electric power supplied to the heater based on a heater command value;
A sensor output unit configured to output, as a sensor output, a value corresponding to a state of heat diffusion in the liquid when the temperature difference is controlled to be a constant value by the control unit;
A flow rate calculation unit configured to determine the flow rate of the liquid flowing through the pipe based on the sensor output from the sensor output unit,
And a bubble detector configured to detect passage of bubbles moving with the liquid flowing through the pipe based on a change in the heater command value or the sensor output.
請求項1に記載された熱式流量計において、
前記気泡検知部は、
前記ヒータ指令値あるいは前記センサ出力の変動率を周期的に求めるように構成された変動率算出部と、
前記変動率算出部によって求められる変動率が減少率であるのか増加率であるのかを判断し、減少率が第1の閾値以上となった後、増加率が第2の閾値以上となるまでの時間を変動時間として測定するように構成された変動時間測定部と、
前記変動時間測定部によって測定された変動時間と予め定められている許容変動時間とを比較し、測定された変動時間が許容変動時間よりも短かった場合に前記気泡が通過したと判断するように構成された変動時間比較部と
を備えることを特徴とする熱式流量計。
The thermal flow meter according to claim 1,
The air bubble detector,
A fluctuation rate calculator configured to periodically calculate the fluctuation rate of the heater command value or the sensor output,
It is determined whether the fluctuation rate calculated by the fluctuation rate calculation unit is a reduction rate or an increase rate. A variable time measuring unit configured to measure time as variable time,
Compare the fluctuation time measured by the fluctuation time measurement unit and a predetermined allowable fluctuation time, and determine that the bubble has passed when the measured fluctuation time is shorter than the allowable fluctuation time. A thermal flow meter, comprising: a variable time comparing unit configured.
請求項1に記載された熱式流量計において、
前記気泡検知部は、
前記ヒータ指令値あるいは前記センサ出力の変動率を周期的に求めるように構成された変動率算出部と、
前記変動率算出部によって求められる変動率が減少率であるのか増加率であるのかを判断し、減少率が第1の閾値以上となった後、増加率が第2の閾値以上となるまでの時間を変動時間として測定するように構成された変動時間測定部と、
前記変動時間測定部によって測定された変動時間と前記配管内を流れる液体の流速に応じて定められる許容変動時間とを比較し、測定された変動時間が許容変動時間よりも短かった場合に前記気泡が通過したと判断するように構成された変動時間比較部と
を備えることを特徴とする熱式流量計。
The thermal flow meter according to claim 1,
The air bubble detector,
A fluctuation rate calculator configured to periodically calculate the fluctuation rate of the heater command value or the sensor output,
It is determined whether the change rate calculated by the change rate calculation unit is a decrease rate or an increase rate. After the decrease rate is equal to or more than the first threshold, the change rate until the increase rate becomes equal to or more than the second threshold is determined. A variation time measurement unit configured to measure time as variation time,
Compare the fluctuation time measured by the fluctuation time measurement unit and the allowable fluctuation time determined according to the flow rate of the liquid flowing in the pipe, and when the measured fluctuation time is shorter than the allowable fluctuation time, the bubble And a fluctuating time comparison unit configured to determine that the flow has passed.
請求項1〜3の何れか1項に記載された熱式流量計において、
前記センサ出力部は、
前記制御部によって前記温度差が一定値となるように制御されている時の前記ヒータへの供給電力を前記センサ出力として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。
The thermal flowmeter according to any one of claims 1 to 3,
The sensor output unit,
The thermal flow meter according to claim 1, wherein the controller outputs the power supplied to the heater as the sensor output when the temperature difference is controlled to be a constant value.
請求項1〜3の何れか1項に記載された熱式流量計において、
前記センサ出力部は、
前記制御部によって前記温度差が一定値となるように制御されている時の前記ヒータの上下流の液体の温度差を前記センサ出力として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。
The thermal flowmeter according to any one of claims 1 to 3,
The sensor output unit,
A thermal flow meter, wherein the temperature difference between the liquid upstream and downstream of the heater when the temperature difference is controlled to be a constant value by the control unit is output as the sensor output.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4279880A1 (en) * 2022-05-17 2023-11-22 Honeywell International Inc. Flow sensing device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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