JP2021127992A - 流量測定装置、流量の測定方法及び流量測定プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
て変わる熱拡散率に応じた補正を行うことができる。したがって、熱拡散率が異なる測定対象流体について、流量の測定の精度を向上させることができる。
検出流路は、流量検出流路内に設けられており、流量検出流路内を流れる測定対象流体の一部を特性値検出流路に流入させるようにしてもよい。具体的な分流構造としては、このような構成を採用することもできる。
以下、本発明の適用例について図面を用いて説明する。本発明は、図8のブロック図で示されるような、流量測定装置1に適用される。図8において流量測定装置1は、流量検出部11と、物性値検出部12と、制御部13とを備えている。流量検出部11及び物性値検出部12は、図4に示されるような、マイクロヒータ101により形成する加熱部とサーモパイル102が形成する温度検出部とを含む、いわゆる熱式のフローセンサ100により構成される。流量検出部11は、流量検出部内第1温度検出部111と、流量検出部内第2温度検出部112とを備える。物性値検出部12は、物性値検出部内第1温度検出部121と、物性値検出部内第2温度検出部122と、物性値検出部内加熱部123とを備える。
以下、本発明の実施形態に係る流量測定装置について、図面を用いて説明する。なお、以下に示す実施形態は、流量測定装置の一例であり、本発明に係る流量測定装置は、以下
の構成には限定されない。
図1は、本実施形態に係る流量測定装置の装置構成を示す斜視図である。図2は、流量測定装置の縦断面図である。図3は、流量測定装置の横断面図である。流量測定装置は、例えばガスメータや燃焼機器、自動車等の内燃機関、燃料電池に組み込まれ、流路を通過する気体の量を測定する。なお、図1の破線の矢印は、流体の流れる方向を例示している。図1〜図3に示すように、本実施形態では、流量測定装置1は主流路部2の内部に設けられる。また、流量測定装置1は、流量検出部11と、物性値検出部(「温度検出部」とも呼ぶ)12と、制御部13とを備える。流量検出部11及び物性値検出部12は、マイクロヒータが形成する加熱部とサーモパイルが形成する温度検出部とを含む、いわゆる熱式のフローセンサである。
図8は、流量測定装置の機能構成を示すブロック図である。流量測定装置1は、流量検出部11と、物性値検出部12と、制御部13とを備えている。流量検出部11は、流量検出部内第1温度検出部111と、流量検出部内第2温度検出部112とを備える。物性
値検出部12は、物性値検出部内第1温度検出部121と、物性値検出部内第2温度検出部122と、物性値検出部内加熱部123とを備える。
図9は、流量測定処理の一例を示す処理フロー図である。図9に示すように、流量検出部11は、流量検出部内第1温度検出部および流量検出部内第2温度検出部112から温度検出信号を出力し、流量算出部133は、2つの温度検出信号に基づいて測定対象流体の流量を算出する(図9:S1)。
1及び物性値検出部内第2温度検出部122は、第1の温度を検出する(S12)。本ステップは、例えば制御部13による制御に基づいて行うようにしてもよい。測定対象流体を伝わる熱の速度は、熱伝導率、熱拡散率、比熱などの物性値によって決定される。また、物性値検出部内加熱部123と、物性値検出部内第1温度検出部121および物性値検出部内第2温度検出部122との温度差を検出することによって、熱伝導率を求めることができる。例えば、物性値検出部内加熱部123と、物性値検出部内第1温度検出部121および物性値検出部内第2温度検出部122との温度差が大きいほど、熱伝導率は小さくなる。このような性質を利用して、本ステップでは、測定対象流体の流れ方向と直交する方向に配置された物性値検出部内第1温度検出部121および物性値検出部内第2温度検出部122によって測定対象流体の温度を検出する。
α = β × rT ・・・(1)
βは所定の係数である。また、rTは、物性値検出部内加熱部123の温度変化の前後において物性値検出部内第1温度検出部121及び物性値検出部内第2温度検出部122により出力された検出値の比率である。
補正後の出力 = 流量算出部の出力 × α ・・・(2)
α = γ × rT + ε × ΔT ・・・(3)
ここで、γ、εは所定の係数である。
これにより、熱拡散率と相関のある、マイクロヒータの温度を変化させた前後においてサーモパイルで検出される温度の比(rT)と、マイクロヒータの温度を変化させた前後においてサーモパイルで検出される温度の差(ΔT)の両方を用いて、特性値を算出することができ、より精度よく、特性値を算出することが可能となる。なお、本実施形態において、測定対象流体の熱拡散率と、マイクロヒータの温度を変化させた前後においてサーモパイルで検出される温度の差(ΔT)との相関が非常に高い場合には、センサ感度比αを、ΔTのみの式(ΔTに所定の係数を乗じた値)によって定義しても構わない。
上述した実施形態では、流量測定装置1のフローセンサが主流路部2内の流体を測定対象とする構成を示したが、このような例には限定されない。例えば、流量測定装置1のフローセンサは、主流路部2から分岐させた副流路内の流体を測定対象としてもよい。
路34を介して、物性値検出用流路32および流量検出用流路33に分流させることができる。
本発明に係る流量測定装置の他の変形例について、図19に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と対応する部材に関しては、対応する符号を付し、その説明を省略する。本変形例に係る流量測定装置は、流量検出部が主流路に配置される。
量検出用流路37aには、開口部37Aを介して主流路部2aを流れる測定対象流体が流入し、流量検出部11によってその流量が検出される。
本発明に係る流量測定装置の他の変形例について、図20に基づいて説明する。なお、実施形態と対応する部材に関しては、対応する符号を付し、その説明を省略する。
本発明に係る流量測定装置の他の変形例について、図21に基づいて説明する。なお、実施形態と対応する部材に関しては、対応する符号を付し、その説明を省略する。
図22(a)〜図22(c)は、他の変形例に係る多段分流型の一例を示す図である。図22(c)は、主流路部2d及び流量測定装置1dの接続箇所を示す。図22(b)は、図22(c)において破線の長方形で示した箇所を拡大した図である。また、図22(a)は、図22(c)におけるユニット1000のA−A断面図である。図22(b)に
拡大して示すように、本変形例では、主流路部2の流れ方向に沿って、主流路部2dよりも細い(断面積の小さい)副流路部3dが設けられている。また、副流路部3dは、主流路部2dに沿って貫通する主流路2eと、副流路部3dに対しほぼ垂直に接続される副流路部3eとに分岐する。そして、図22(a)に示すように、副流路部3eは、流量検出部11が設けられた副流路部3fと、物性値検出部12が設けられた副流路部3gとに分岐する。
<発明1>
主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部(11)と、
測定対象流体を加熱する加熱部(123)および測定対象流体の温度を検出する温度検出部(121、122)を有し、測定対象流体の特性値を取得するための特性値取得部と、
前記特性値取得部によって取得された測定対象流体の特性値を用いて、前記流量検出部(11)から出力された検出信号に基づいて算出された測定対象流体の流量を補正する流量補正部(131)と、
を備え、
前記加熱部(123)および前記温度検出部(121、122)は、測定対象流体の流れ方向と直交する方向に並んで配置されており、
前記特性値取得部は、前記加熱部(123)の温度を変化させた前後における、前記温度検出部(121、122)により検出された前記測定対象流体の温度の比により、前記特性値を取得することを特徴とする流量測定装置(1)。
<発明14>
測定対象流体の流れ方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する加熱部(113)および測定対象流体の温度を検出する温度検出部(111、112)を有し、主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部(11)と、
測定対象流体の流れと直交する方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する第二加熱部(123)および測定対象流体の温度を検出する第二温度検出部(121、123)を有し、測定対象流体の特性値を取得するための特性値取得部と、
を備えた流量測定装置(1)を用いた前記測定対象流体の流量の測定方法であって、
前記流量検出部(11)によって前記主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量検出工程(S1)と、
前記第二温度検出部(121、123)により前記測定対象流体の温度を測定する第一
温度測定工程(S12)と、
前記第二加熱部(123)の温度を変化させる温度変化工程(S13)と、
前記温度変化工程(S13)の後に、前記第二温度検出部(121、123)により前記測定対象流体の温度を測定する第二温度測定工程(S14)と、
前記第一温度測定工程(S12)で測定された前記測定対象流体の温度と、前記第二温度測定工程で測定された前記測定対象流体の温度との比によって、前記特性値を取得する特性値取得工程(S15)と、
前記流量検出工程(S1)において検出された測定対象流体の流量に、前記特性値を乗
じることで、前記測定対象流体の流量を補正する補正工程(S3)と、
を有することを特徴とする流量の測定方法。
<発明15>
測定対象流体の流れ方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する加熱部(113)および測定対象流体の温度を検出する温度検出部(111、112)を有し、主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部(11)と、
測定対象流体の流れと直交する方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する第二加熱部(123)および測定対象流体の温度を検出する第二温度検出部(121、123)を有し、測定対象流体の特性値を取得するための特性値取得部と、
を備えた流量測定装置(1)に、前記測定対象流体の流量の測定させる流量測定プログラムであって、
情報処理装置に、
前記流量検出部(11)によって前記主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量検出ステップ(S1)と、
前記第二温度検出部(121、123)により前記測定対象流体の温度を測定する第一温度測定ステップ(S12)と、
前記第二加熱部(123)の温度を変化させる温度変化ステップ(S13)と、
前記温度変化ステップ(S13)の後に、前記第二温度検出部(121、123)により前記測定対象流体の温度を測定する第二温度測定ステップ(S14)と、
前記第一温度測定ステップ(S12)で測定された前記測定対象流体の温度と、前記第二温度測定ステップで測定された前記測定対象流体の温度との比によって、前記特性値を取得する特性値取得ステップ(S15)と、
前記流量検出ステップ(S1)において検出された測定対象流体の流量に、前記特性値
を乗じることで、前記測定対象流体の流量を補正する補正ステップ(S3)と、
を実行させるための流量測定プログラム。
2 :主流路部
3 :副流路部
5 :回路基板
11 :流量検出部
111 :流量検出部内第1温度検出部
112 :流量検出部内第2温度検出部
113 :マイクロヒータ
12 :物性値検出部
121 :物性値検出部内第1温度検出部
122 :物性値検出部内第2温度検出部
123 :物性値検出部内加熱部
13 :制御部
131 :補正処理部
132 :特性値算出部
32 :物性値検出用流路
33 :流量検出用流路
34 :流入用流路
100 :センサ素子
101 :マイクロヒータ
102 :サーモパイル
1000 :ユニット
Claims (15)
- 主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部と、
測定対象流体を加熱する加熱部および測定対象流体の温度を検出する温度検出部を有し、測定対象流体の特性値を取得するための特性値取得部と、
前記特性値取得部によって取得された測定対象流体の特性値を用いて、前記流量検出部から出力された検出信号に基づいて算出された測定対象流体の流量を補正する流量補正部と、
を備え、
前記加熱部および前記温度検出部は、測定対象流体の流れ方向と直交する方向に並んで配置されており、
前記特性値取得部は、前記加熱部の温度を変化させた前後における、前記温度検出部により検出された前記測定対象流体の温度の比により、前記特性値を取得することを特徴とする流量測定装置。 - 前記特性値取得部は、前記加熱部の温度を変化させた前後における、前記温度検出部により検出された前記測定対象流体の温度の差及び比により、前記特性値を取得することを特徴とする請求項1に記載の流量測定装置。
- 前記特性値は、前記加熱部の温度を変化させた前後における、前記温度検出部により検出された前記測定対象流体の温度の差および/または比に、所定の係数を乗じた値であり、
前記流量補正部は、前記流量検出部から出力された検出信号に、前記特性値を乗じることで、前記測定対象流体の流量を補正することを特徴とする請求項1または2に記載の流量測定装置。 - 一端が前記主流路内に開口した第1流入口に連通し、且つ、他端が前記主流路内に開口した第1流出口に連通することで前記主流路から分流されるとともに、前記特性値取得部の前記温度検出部が配置された特性値検出流路を有する副流路部をさらに備え、
前記流量検出部は、前記特性値検出流路とは異なる位置に配置される
請求項1から3のいずれか一項に記載の流量測定装置。 - 前記特性値取得部の前記温度検出部および前記流量検出部は、前記主流路または、前記副流路部を構成する部材に脱着可能に設けられた流量検出部材に設けられたことを特徴とする請求項4に記載の流量測定装置。
- 前記副流路部は、前記流量検出部が配置された流量検出流路と、
一端が前記主流路内に開口した第1流入口に連通し、且つ、他端が前記主流路内に開口した第1流出口に連通することで前記副流路部から分流された第一副流路部と、
一端が前記第一副流路部に開口した第2流入口に連通し、且つ、他端が前記第一副流路部内に開口した第2流出口に連通することで前記第一副流路部から分流された第二副流路部と、
を有し、
前記流量検出流路及び前記特性値検出流路はともに、一端が前記第二副流路部に開口した第3流入口に連通し、且つ、他端が前記第二副流路部内に開口した第3流出口に連通することで前記第二副流路部からさらに分流されることで形成されたことを特徴とする請求項4または5に記載の流量測定装置。 - 前記副流路部は、前記流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、
前記流量検出流路は、一端が前記第1流入口に連通し、且つ、他端が前記第1流出口に
連通しており、
前記第1流入口から流入した測定対象流体を、前記特性値検出流路および前記流量検出流路に分流させることを特徴とする請求項4または5に記載の流量測定装置。 - 前記副流路部は、前記流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、
前記特性値検出流路は、前記流量検出流路内に設けられており、
前記流量検出流路内を流れる測定対象流体の一部を前記特性値検出流路に流入させることを特徴とする請求項4または5に記載の流量測定装置。 - 前記副流路部は、前記流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、
前記流量検出流路は、一端が前記主流路内に開口した第4流入口に連通し、且つ、他端が前記主流路内に開口した第4流出口に連通していることを特徴とする請求項4または5に記載の流量測定装置。 - 前記流量検出部は、前記主流路に配置されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の流量測定装置。
- 前記加熱部は、当該加熱部の長手方向が測定対象流体の流れ方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項1から10の何れか一項に記載の流量測定装置。
- 前記温度検出部は、当該温度検出部の長手方向が測定対象流体の流れ方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項1から11の何れか一項に記載の流量測定装置。
- 前記副流路部は、前記流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、
前記流量検出流路と前記特性値検出流路は、前記副流路部または該副流路部から分流された流路に、回路基板を前記測定対象流体の流れ方向に平行に配置して前記副流路部または該副流路部を分流することで形成され、
前記流量検出部及び前記特性値取得部の前記温度検出部は、それぞれ、前記回路基板上の一面と、反対面に設けられたことを特徴とする請求項4又は5に記載の流量測定装置。 - 測定対象流体の流れ方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する加熱部および測定対象流体の温度を検出する温度検出部を有し、主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部と、
測定対象流体の流れと直交する方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する第二加熱部および測定対象流体の温度を検出する第二温度検出部を有し、測定対象流体の特性値を取得するための特性値取得部と、
を備えた流量測定装置を用いた前記測定対象流体の流量の測定方法であって、
前記流量検出部によって前記主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量検出工程と、
前記第二温度検出部により前記測定対象流体の温度を測定する第一温度測定工程と、
前記第二加熱部の温度を変化させる温度変化工程と、
前記温度変化工程の後に、前記第二温度検出部により前記測定対象流体の温度を測定する第二温度測定工程と、
前記第一温度測定工程で測定された前記測定対象流体の温度と、前記第二温度測定工程で測定された前記測定対象流体の温度との比によって、前記特性値を取得する特性値取得工程と、
前記流量検出工程において検出された測定対象流体の流量に、前記特性値を乗じることで、前記測定対象流体の流量を補正する補正工程と、
を有することを特徴とする流量の測定方法。 - 測定対象流体の流れ方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する加熱部および測定対象流体の温度を検出する温度検出部を有し、主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部と、
測定対象流体の流れと直交する方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する第二加熱部および測定対象流体の温度を検出する第二温度検出部を有し、測定対象流体の特性値を取得するための特性値取得部と、
を備えた流量測定装置に、前記測定対象流体の流量の測定させる流量測定プログラムであって、
情報処理装置に、
前記流量検出部によって前記主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量検出ステップと、
前記第二温度検出部により前記測定対象流体の温度を測定する第一温度測定ステップと、
前記第二加熱部の温度を変化させる温度変化ステップと、
前記温度変化ステップの後に、前記第二温度検出部により前記測定対象流体の温度を測定する第二温度測定ステップと、
前記第一温度測定ステップで測定された前記測定対象流体の温度と、前記第二温度測定ステップで測定された前記測定対象流体の温度との比によって、前記特性値を取得する特性値取得ステップと、
前記流量検出ステップにおいて検出された測定対象流体の流量に、前記特性値を乗じることで、前記測定対象流体の流量を補正する補正ステップと、
を実行させるための流量測定プログラム。
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