JP2021135156A - 流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量測定装置において、塵埃の付着の影響を排除し、より精度のよい測定を可能とするとともに、使用環境の自由度を高めることを目的とする。【解決手段】流量測定装置（１）であって、測定対象流体を加熱する加熱部（１１３）と、加熱部を測定対象流体の流れ方向に挟んで配置された複数の温度検出部（１１１、１１２）と、温度検出部の出力値より測定対象流体の流量を算出する流量算出部（１３３）と、複数の温度検出部の各々の出力の関係に基づいて、温度検出部における塵埃または水滴の付着の程度を検知する検知部（１３５）と、を備える。【選択図】図８

Description

本発明は、流量測定装置に関する。

従来、ヒータおよびセンサを備え、流体の流れによって変化する温度分布をセンサが検知することにより、流体の流速又は流量を算出する測定装置が提案されていた。

また、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、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、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、加熱部および温度検出部は、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、特性値取得部は、加熱部の温度を変化させた前後における、温度検出部により検出された測定対象流体の温度の差により、特性値を取得する、流量測定装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

ここで、上述のような従来の熱式の流量測定装置では、時間の経過とともに、センサ表面に塵埃や結露による水滴が付着し、センサにより検出される温度分布が影響を受けることで、流量測定の特性が変化してしまう場合があった。そのため、流量測定装置の精度が低下したり、流量測定装置自体の使用環境が清浄気体の計測等に制限されるという不都合が生じる場合があった。

特開２０１７−１２９４７０号公報

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、流量測定装置において、塵埃および／または水滴付着の影響を排除し、より精度のよい測定を可能とするとともに、使用環境の自由度を高めることが可能な技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明は、主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置であって、
測定対象流体を加熱する加熱部と、
前記加熱部を前記測定対象流体の流れ方向に挟んで配置され、前記測定対象流体の温度を検出する複数の温度検出部と、
前記複数の温度検出部の出力値より測定対象流体の流量を算出する流量算出部と、
前記複数の温度検出部の各々の出力の関係に基づいて、前記温度検出部における塵埃または水滴の付着の程度を検知する検知部と、
を備えることを特徴とする、流量測定装置である。

本発明によれば、新たなセンサ等を追加することなく、温度検出部における塵埃や結露による水滴の付着の程度を検知することができる。

また、本発明においては、前記流量測定装置の周囲温度を測定する温度センサをさらに
備え、前記検知部は、前記複数の温度検出部の各々の出力の関係及び、前記温度センサにより測定された周囲温度に基づいて、前記温度検出部における塵埃または水滴の付着の程度を検知するようにしてもよい。

ここで、複数の温度検出部の各々の出力の関係は、塵埃や結露による水滴の付着の程度に加え、周囲温度の影響を受けることが分かっている。よって、流量測定装置の周囲温度を温度センサにより測定し、検知部が、複数の温度検出部の各々の出力の関係及び、温度センサにより測定された周囲温度に基づいて、温度検出部における塵埃または水滴の付着の程度を検知することで、より精度よく、塵埃の付着の程度を検知することが可能である。

また、本発明は、上記した流量測定装置と、
前記流量測定装置により測定した流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
を備える、流量測定ユニットであってもよい。

そうすれば、より容易または効率的に、高精度で使用環境の自由度の高いガスメータを製造することが可能になる。

また、本発明は、上記した流量測定装置と、
前記流量測定装置により測定した流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
前記流量測定装置、表示部、及び統合制御部に電力を供給する電源部と、
前記流量測定装置、表示部及び、統合制御部を収納可能な筐体と、
前記筐体の外部から前記流量測定装置の作動に関する設定が可能な操作部と、
を備える、ガスメータであってもよい。

これによれば、より高精度で、より使用環境の自由度が高いガスメータを提供することができる。

本発明によれば、流量測定装置において、塵埃や結露による推定の付着の影響の排除を可能とするとともに、使用環境の自由度を高めることが可能となる。

本発明の実施例１における流量測定装置の一例を示す分解斜視図である。 本発明の実施例１における流量測定装置の一例を示す断面図である。 本発明の実施例１における副流路部を示す平面図である。 本発明の実施例１におけるセンサ素子の一例を示す斜視図である。 本発明の実施例１におけるセンサ素子の仕組みを説明するための断面図である。 本発明の実施例１における流量検出部の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施例１における物性値検出部の概略構成を示平面図である。 本発明の実施例１における回路基板の機能構成を示すブロック図である。 二つの温度検出部の出力の関係性に対する塵埃の影響について示す図である。 二つの温度検出部の出力の関係性に対する周囲温度の影響について示す図である。 本発明の実施例１における塵埃変動補正ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施例２におけるガスメータの機能構成を示すブロック図である。

〔適用例〕
以下、本発明の適用例について、図面を参照しつつ説明する。本発明は例えば、図１に示すような熱式の流量測定装置１に適用される。流量測定装置１は、図２に示すように、主流路部２を流れる流体を分流し、その一部を流量検出部１１に導いて、主流路部２の流体の流量と高い相関を有する、流量検出部１１における流量を測定するものである。流量検出部１１に用いられるセンサ素子は、図４に示すように、マイクロヒータ（加熱部）１０１を挟んで二つのサーモパイル１０２が配置された構成を有する。測定原理としては、図５に示すように、二つのサーモパイル１０２で検出される温度の検出値の差分と、その上を通過する流体の流量との間の相関関係を利用したものである。

また、流量測定装置１の機能ブロック図８に示すように、流量検出部１１の出力は、回路基板５に配置されたＣＰＵ（Central Processing Unit）により実現される制御部１３
の検出値取得部１３１に送信され、流量算出部１３３において最終的な出力としての流量が算出される。そして、上記のような熱式の流量測定装置においては、流量検出部１１の温度検出部１１１及び１１２の表面への付着物（本適用例では塵埃を例示）により、流量算出部１３３から出力される流量の値が影響を受ける場合があった。

それに対し、本発明においては、図８に示すように、温度検出部１１１及び温度検出部１１２の出力の関係性に基づいて、塵埃検知部１３５によって塵埃の付着の程度を検知する。そして、補正値決定部１３６によって、温度検出部１１１及び温度検出部１１２の出力に基づいて、流量算出部１３３の出力値の補正値を決定する。そして、塵埃補正部１３７によって流量算出部１３３の出力値を補正する。これは、図９に示すように、温度検出部１１１及び１１２の出力の関係性と塵埃の付着の程度との間に相関があることに基づく。そして、より具体的には、温度検出部１１１及び１１２の各出力値の差分Ｔａ−Ｔｂの値と、流量算出部１３３の出力の補正値との間の関係をデータテーブル化して備えるようにし、補正値決定部１３６によって当該データテーブルから補正値を読み出して、塵埃補正部１３７によって流量算出部１３３の出力を補正することとした。これにより、塵埃による流量測定装置１の出力への影響を排除し、より精度の高い測定を可能とした。また、流量測定装置１の使用環境の自由度をより高くすることを可能とした。

なお、温度検出部１１１及び温度検出部１１２の出力の関係性は塵埃の付着の程度の他、周囲温度の影響を受ける場合がある。よって、本発明においては、周囲温度を測定する温度センサを独立して有するようにし、温度センサの測定値を用いて、温度検出部１１１及び温度検出部１１２の出力の関係性への周囲温度の影響を排除するようにしてもよい。

なお、本発明は上記のような熱式の流量測定装置１に適用してもよいし、流量測定装置１を備えた図１２に示すようなガスメータ１５０に適用しても構わない。ガスメータ１５０は、流量測定装置１の他、表示部１５１、電源部１５２、操作部１５３、振動検出部１５４、遮断部１５５、ガスメータ制御部１５６、ガスメータ記憶部１５７、ガスメータ通信部１５８を備えている。

また、本発明は、図１２において、流量測定装置１、表示部１５１、電源部１５２、振動検出部１５４、ガスメータ制御部１５６、ガスメータ記憶部１５７、ガスメータ通信部１５８をユニット化し、ガスメータ１５０を製造する際に組み込み容易とした、流量測定装置ユニット１５０ａに適用しても構わない。

〔実施例１〕
以下では、本発明の実施例に係る流量測定装置について、図面を用いて、より詳細に説明する。なお、以下の実施例においては、塵埃の付着を検知する場合を例にとって説明を行うが、結露による水滴の付着を検知する場合についても同様である。よって、以下の実施例において結露による水滴の付着を検知する場合の説明は割愛する。

＜装置構成＞
図１は、本実施例に係る流量測定装置１の一例を示す分解斜視図である。図２は、流量測定装置１の一例を示す断面図である。流量測定装置１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、その他医療等の産業機器、組込機器に組み込まれ、流路を通過する流体の量を測定する。なお、図１及び図２の破線の矢印は、流体の流れる方向を例示している。

また、図１に示すように、本実施例に係る流量測定装置１は、主流路部２と、副流路部３と、シール４と、回路基板５と、カバー６とを備えている。図１及び図２に示すように、本実施例では、流量測定装置１は主流路部２から分岐した副流路部３を有する。また副流路部３には、流量検出部１１と、物性値検出部１２が備えられる。流量検出部１１及び物性値検出部１２は、マイクロヒータによって形成される加熱部とサーモパイルによって形成される温度検出部とを含む熱式のフローセンサによって構成されている。また、本実施例では、物性値検出部１２を利用して流体の物性値を検出し、流量検出部１１によって検出される流量を流体の物性値に基づいて補正するものとするが、流量測定装置１は、物性値検出部１２を備えていなくてもよい。

主流路部２は、測定対象である流体の流路（以下、主流路ともいう）が長手方向に貫通した管状の部材である。図２に示すように、主流路部２の内周面には、流体の流れ方向に対して、上流側に流入口（第１流入口）３４Ａが形成され、下流側に流出口（第１流出口）３５Ａが形成されている。例えば主流路部２の軸方向の長さは約５０ｍｍであり、内周面の直径（主流路部２の内径）は約２０ｍｍであり、主流路部２の外径は約２４ｍｍであるが、主流路部２の寸法はこれらに限定されない。また、主流路部２には、流入口３４Ａと流出口３５Ａとの間にオリフィス２１が設けられている。オリフィス２１は、主流路部２においてその前後よりも内径が小さくなった抵抗体であり、オリフィス２１の大きさによって副流路部３へ流入する流体の量を調整することができる。

図１及び図２においては、主流路から分岐した副流路を内部に含む部分である副流路部３は主流路部２の鉛直上方に設けられている。また、副流路部３内の副流路は、流入用流路３４と、物性値検出用流路３２と、流量検出用流路３３と、流出用流路３５とを含む。副流路部３には、主流路部２を流れる流体の一部が分岐して流入する。

流入用流路３４は、主流路部２を流れる流体を流入させて、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流させるための流路である。流入用流路３４は、主流路部２における流体の流れ方向と垂直な方向に沿って形成されており、一端が流入口３４Ａに連通し、他端は物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に連通している。主流路部２を流れる流体の一部は、流入用流路３４を介して、さらに物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流する。このような物性値検出用流路３２及び流量検出用流路３３には、主流路部２を流れる流体の量に応じた量の流体が流入する。したがって、流量検出部１１は、主流路部２を流れる流体の量に応じた値を検出することができる。

図１に示すように、物性値検出用流路３２は、主流路部２の鉛直上方に形成され、主流路部２と平行な方向に延在する、上側から見た断面が略コ字型の流路である。物性値検出用流路３２は、その内部に、測定対象流体の物性値を検出するための物性値検出部１２が
配置されている。物性値検出用流路３２の一端は、流入用流路３４を介して流入口３４Ａに連通しており、他端は、流出用流路３５を介して流出口３５Ａに連通している。

流量検出用流路３３も、主流路部２における流体の流れ方向と平行な方向に延在する、上側から見た断面が略コの字型の流路である。流量検出用流路３３には、その内部に、流体の流量を検出するための流量検出部１１が配置されている。また、流量検出用流路３３の一端は、流入用流路３４を介して流入口３４Ａに連通しており、他端は、流出用流路３５を介して流出口３５Ａに連通している。なお、物性値検出部１２、流量検出部１１は、それぞれ回路基板５上に実装される。そして、回路基板５は、上部が開いた物性値検出用流路３２、流量検出用流路３３の上部を覆うと共に、物性値検出用流路３２に物性値検出部１２が位置し、流量検出用流路３３に流量検出部１１が位置するように配置される。

流出用流路３５は、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を通過した測定対象流体を、主流路部２に流出させるための流路である。流出用流路３５は、主流路部２と垂直な方向に沿って形成されており、一端が流出口３５Ａに連通し、他端は物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に連通している。物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を通過した測定対象流体は、流出用流路３５を介して、主流路部２に流出する。

本実施例では、上述のように、１つの流入口３４Ａから流入させた測定対象流体を、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流させている。これにより、流量検出部１１および物性値検出部１２は、それぞれ温度、密度などの条件がほぼ等しい流体に基づいて、測定対象の流体の物性値や流量を検出することができる。なお、流量測定装置１は、副流路部３にシール４を嵌め込んだ後、回路基板５が配置され、さらにカバー６によって回路基板５を副流路部３に固定することで、副流路部３の内部の気密性を確保している。

図３は、図１に示される副流路部３の平面図である。図３に示すように、物性値検出用流路３２と流量検出用流路３３とは、流入用流路３４と流出用流路３５を結ぶ線（不図示）に対して対称に配置されている。また、矢印Ｐ及びＱは、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流する流体の流量の比率を模式的に表している。本実施例では、分流される流体の量がＰ対Ｑの割合になるように、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の断面積が定められている。

実際に物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を流れる流体の量は、主流路部２を流れる流体の流量に応じて変動するが、通常の使用態様において、物性値検出用流路３２を流れる流体の量は物性値検出部１２の検出レンジ内の値となり、流量検出用流路３３を流れる流体の量は流量検出部１１の検出レンジ内の値となるように、主流路部２に対する副流路部３の大きさやオリフィス２１の大きさ、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の幅がそれぞれ設定されている。なお、物性値検出用流路３２及び流量検出用流路３３の幅は例示であり、図３に示す例には限定されない。

このように、流量測定装置１では、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流する流体の流量を、それぞれの幅を調整することで個別に制御することが可能である。このため、物性値検出部１２の検出レンジに応じて物性値検出用流路３２を流れる流体の流量を制御し、流量検出部１１の検出レンジに応じて流量検出用流路３３を流れる流体の流量を制御することができる。

物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３は、何れも上面視において略コ字型に形成された構成には限定されない。すなわち、物性値検出用流路３２および流量検出用流
路３３は、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を通過する流体の流量が制御可能な幅（断面積）に設定されていれば、他の形状を採用するようにしてもよい。

また、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３において物性値検出部１２、流量検出部１１が配置される空間の形状を上面視において略正方形にしているが、本発明はこれに限定されない。物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の形状は、物性値検出部１２または流量検出部１１が配置可能であればよく、配置される物性値検出部１２および流量検出部１１の形状等に応じて決定することができる。

したがって、例えば、物性値検出用流路３２の幅よりも、物性値検出部１２のサイズが小さい場合には、物性値検出用流路３２において物性値検出部１２が配置される空間の幅を、物性値検出用流路３２の他の部分の幅に一致させてもよい。すなわち、この場合は、物性値検出用流路３２の長手方向に延在する部分は、幅がほぼ一定の形状になる。なお、流量検出用流路３３についても同様である。

以上のように、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を流れる流体の量は、主流路部２を流れる流体の量よりも少ないが、それぞれ主流路部２を流れる流体の量に応じて変化する。仮に流量検出部１１や物性値検出部１２を主流路部２に配置する場合は、主流路部２を流れる流体の量に応じて流量検出部１１および物性値検出部１２の規模を大きくする必要が生じるが、本実施形態では主流路部２から分岐する副流路部３を設けることにより、規模の小さい流量検出部１１および物性値検出部１２によって流体の流量を測定できるようにしている。

また、本実施例においては、物性値検出用流路３２の断面積の方が流量検出用流路３３の断面積よりも小さく、図３において矢印Ｐ及びＱの大きさで表したように物性値検出用流路３２を流れる流体の量の方が流量検出用流路３３を流れる流体の量よりも少なくなっている。このように、流量検出部１１を流れる流体の量よりも物性値検出部１２を流れる流体の量の方を少なくすることにより、物性値検出部１２が流体の物性値や温度を検出する際の流量の影響による誤差を小さくすることができる。

図４は、流量検出部１１及び物性値検出部１２に用いられるセンサ素子の一例を示す斜視図である。また、図５は、センサ素子の仕組みを説明するための断面図である。センサ素子１００は、マイクロヒータ（加熱部ともいう）１０１と、マイクロヒータ１０１を挟んで対称に設けられた二つのサーモパイル（温度検出部ともいう）１０２とを備える。すなわち、マイクロヒータ１０１と二つのサーモパイル１０２とは、所定の方向に並ぶように配置されている。これらの上下には、図５に示すように絶縁薄膜１０３が形成され、マイクロヒータ１０１、サーモパイル１０２及び絶縁薄膜１０３はシリコン基台１０４上に設けられている。また、マイクロヒータ１０１及びサーモパイル１０２の下方のシリコン基台１０４には、エッチング等により形成されるキャビティ（空洞）１０５が設けられている。

マイクロヒータ１０１は、例えばポリシリコンで形成された抵抗である。図５においては、破線の楕円によって、マイクロヒータ１０１が発熱した場合の温度分布を模式的に示している。なお、破線が太いほど温度が高いことを示すものとする。流体の流れがない場合、図５（ａ）に示すようにマイクロヒータ１０１の周囲の温度分布はほぼ均等になる。一方、例えば図５（ｂ）において破線の矢印で示す方向に流体が流れた場合、周囲の空気が移動するため、マイクロヒータ１０１の上流側よりも下流側の方が温度は高くなる。センサ素子１００は、このようなヒータ熱の分布の偏りを利用して、流量を示す値を出力する。

センサ素子の出力電圧ΔＶは、例えば次のような式（１）で表される。

なお、Ｔｈはマイクロヒータ１０１の温度（サーモパイル１０２におけるマイクロヒータ１０１側の端部の温度）、Ｔａはサーモパイル１０２におけるマイクロヒータ１０１から遠い側の端部の温度のうち低い方の温度（図５（ａ）では左側のサーモパイル１０２の左端の温度又は右側のサーモパイル１０２の右端の温度であり、図５（ｂ）では上流側の端部である左側のサーモパイル１０２の左端の温度）、Ｖｆは流速の平均値、Ａ及びｂは所定の定数である。

また、流量測定装置１の回路基板５は、ＩＣ（Integrated Circuit）等により実現される制御部（図示せず）を備え、流量検出部１１の出力に基づいて流量を算出する。また、物性値検出部１２の出力に基づいて所定の特性値を算出し、特性値を用いて流量を補正してもよい。

＜流量検出部及び物性値検出部＞
図６は、図１に示した流量検出部１１の概略構成を示す平面図であり、図７は、図１に示した物性値検出部１２の概略構成を示す平面図である。図６に示すように、流量検出部１１は、測定対象の流体の温度を検出する第１サーモパイル（温度検出部ともいう）１１１および第２サーモパイル（温度検出部ともいう）１１２と、測定対象流体を加熱するマイクロヒータ（加熱部ともいう）１１３とを備えている。加熱部１１３と、温度検出部１１１および温度検出部１１２とは、流量検出部１１内において、測定対象流体の流れ方向の矢印Ｐに沿って並べて配置されている。また、加熱部１１３、温度検出部１１１、および温度検出部１１２の形状は、平面視においてそれぞれ略矩形であり、各々の長手方向は測定対象流体の流れ方向の矢印Ｐと直交する。

温度検出部１１１および温度検出部１１２は、加熱部１１３の上流側に温度検出部１１２が配置され、下流側に温度検出部１１１が配置されて、加熱部１１３を挟んで対称な位置の温度を検出する。

流量測定装置１では、物性値検出部１２および流量検出部１１に、実質的に同一構造のセンサ素子１００が用いられており、流体の流れ方向に対する配置角度を、センサ素子１００の平面視上、９０度異ならせて配置されている。これにより、同一構造のセンサ素子１００を物性値検出部１２及び流量検出部１１に使用することができ、流量測定装置１の製造コストを抑制することができる。

一方、図７に示すように、物性値検出部１２は、測定対象流体の温度を検出する第１サーモパイル（温度検出部ともいう。）１２１および第２サーモパイル（温度検出部ともいう。）１２２と、測定対象流体を加熱するマイクロヒータ（加熱部ともいう。）１２３とを備えている。加熱部１２３と、温度検出部１２１および温度検出部１２２とは、物性値検出部１２内において、測定対象流体の流れ方向Ｑと直交する方向に並んで配置されている。また、加熱部１２３、温度検出部１２１、および温度検出部１２２の形状は、平面視においてそれぞれ略矩形であり、各々の長手方向は測定対象流体の流れ方向Ｑに沿っている。また、温度検出部１２１および温度検出部１２２は、加熱部１２３を挟んで左右対称に配置されており、加熱部１２３の両側の対称な位置の温度を検出する。したがって、温度検出部１２１および温度検出部１２２の測定値はほぼ同一であり、平均値を採用するようにしてもよいし、いずれか一方の値を採用するようにしてもよい。

ここで、流体の流れによって温度分布は下流側に偏るため、流れ方向と直交する方向の温度分布の変化は、流体の流れ方向の温度分布の変化に比べて小さい。このため、温度検出部１２１と、加熱部１２３と、温度検出部１２２とを、この順で測定対象流体の流れ方向と直交する方向に並べて配置することにより、温度分布の変化による温度検出部１２１および温度検出部１２２の出力特性の変化を低減することができる。したがって、流体の流れによる温度分布の変化の影響を低減して、物性値検出部１２による検出精度を向上させることができる。

また、加熱部１２３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ため、加熱部１２３は測定対象流体の流れ方向の広範囲に亘って測定対象流体を加熱することが可能となる。このため、測定対象流体の流れによって温度分布が下流側に偏った場合であっても、温度検出部１２１および温度検出部１２２の出力特性の変化を低減することができる。同様に、流体温度を測定する場合においては、流速により生じる測定値の誤差を低減することができる。なお、流体温度は、温度検出部１２１および温度検出部１２２が検出した温度から、加熱部１２３による加熱での温度上昇分を減じて求めるようにしてもよいし、加熱部１２３が加熱を行わない状態で検出するようにしてもよい。物性値検出部１２によれば、測定対象流体の流れによる温度分布の変化の影響を抑え、物性値及び流体温度の検出精度を向上させることができる。

さらに、温度検出部１２１および温度検出部１２２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ため、温度検出部１２１および温度検出部１２２は測定対象流体の流れ方向に亘って広範囲に温度を検出することが可能となる。このため、測定対象流体の流れによって温度分布が下流側に偏った場合であっても、温度検出部１２１および温度検出部１２２の出力特性の変化を低減することができる。したがって、測定対象流体の流れによる温度分布の変化の影響を低減して、物性値検出部１２による検出精度を向上させることができる。

＜機能構成＞
図８は、流量測定装置１の機能構成の一例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、通信部１５とを備えている。流量検出部１１は、温度検出部１１１と、温度検出部１１２とを備える。物性値検出部１２は、温度検出部１２１と、温度検出部１２２とを備える。なお、図６に示した加熱部１１３及び図７に示した加熱部１２３は、図示を省略している。また、制御部１３は、検出値取得部１３１と、特性値算出部１３２と、流量算出部１３３及び、塵埃検知部１３５、補正値決定部１３６、塵埃補正部１３７とを含む。

流量検出部１１は、温度検出部１１１において検出された温度に応じた信号と温度検出部１１２において検出された温度に応じた信号を、制御部１３の検出値取得部１３１に出力する。物性値検出部１２は、温度検出部１２１において検出された温度に応じた信号を特性値算出部１３２に出力する。なお、物性値検出部１２は、温度検出部１２１および温度検出部１２２において検出された温度に応じた信号の平均値を求め、特性値算出部１３２に出力するようにしてもよい。また、温度検出部１２１又は温度検出部１２２のいずれか一方を用いて温度に応じた信号を取得するようにしてもよい。

検出値取得部１３１は、所定の測定間隔で、流量検出部１１における温度検出部１１１及び温度検出部１１２が出力する温度の検出値を取得し、温度検出部１２１及び温度検出部１２２の温度の検出値の差分を出力する。特性値算出部１３２は、物性値検出部１２の温度検出部１２１及び温度検出部１２２の少なくともいずれかの検出値に基づいて特性値を算出する。なお、特性値算出部１３２は、物性値検出部１２のマイクロヒータの温度を
変化させ、変化の前後において温度検出部１２１や温度検出部１２２が検出した測定対象流体の温度の差に所定の係数を乗じて特性値を算出するようにしてもよい。

流量算出部１３３は、検出値取得部１３１が出力した温度検出部１１１及び温度検出部１１２の検出値の差分に基づいて、流体の流量を算出する。このとき、流量算出部１３３は、物性値検出部１２が算出した特性値を用いて流量を補正するようにしてもよい。通信部１５は、制御部１３において処理した情報を外部に対して無線または有線で送信し、外部から指令や設定値を無線または有線で受信し制御部１３に伝達する。

ところで上記の流量測定装置１においては、流量検出部１１の温度検出部１１１、温度検出部１１２は、測定対象である流体に常に触れているため、時間の経過とともに温度検出部１１１、温度検出部１１２の表面に塵埃が付着する場合がある。そのような場合には、流体と温度検出部１１１及び温度検出部１１２の間の熱伝導性が変化することで、温度検出部１１１及び温度検出部１１２の出力値の関係性が変化してしまう場合があった。これに対し、本実施例においては、塵埃検知部１３５によって、温度検出部１１１及び温度検出部１１２における塵埃の付着の度合いを検知する。また、補正値決定部１３６によって、流量算出部１３３の出力値を補正するための補正値を決定する。そして、塵埃補正部１３７によって、補正値決定部１３６によって決定された補正値を用いて、流量算出部１３３の出力値を補正する。以下、塵埃検知部１３５、補正値決定部１３６、塵埃補正部１３７の作用の詳細について説明する。

図９には、温度検出部１１１の出力値と、温度検出部１１２の出力値との関係性に対する塵埃の影響について示す。図９において、グラフの横軸は温度検出部１１１の出力値Ｔａ、縦軸は温度検出部１１２の出力値Ｔｂである。そして、図９において破線で示すのは周囲温度２５℃における塵埃試験前のＴａとＴｂの間の関係である。実線で示すのは周囲温度２５℃における塵埃試験前のＴａとＴｂの間の関係である。このように塵埃が温度検出部１１１、温度検出部１１２に付着することにより、温度検出部１１１の出力と温度検出部１１２の出力値の間の関係性が変化する。なお、例えば結露による水滴が温度検出部１１１、温度検出部１１２に付着した場合も、流体と温度検出部１１１及び温度検出部１１２の間の熱伝導性が同様に変化するので、温度検出部１１１及び温度検出部１１２の出力値の関係性は、図９と同様に変化してしまう。

なお、図１０に示すように、温度検出部１１１の出力値Ｔａと、温度検出部１１２の出力値Ｔｂの間の関係性は、周囲温度によっても変化する。これについて、本実施例における流量測定装置１は、温度検出部１１１、１１２とは別に、周囲温度を検出可能な温度センサ１６を有している。そして、温度センサ１６の検出値に基づいて、温度検出部１１１の出力値Ｔａと、温度検出部１１２の出力値Ｔｂの間の関係性を補正する。これにより、より精度よく、塵埃の付着による温度検出部１１１の出力値Ｔａと、温度検出部１１２の出力値Ｔｂの間の関係性の変化を検出することが可能になっている。

そして、本実施例においては、上述の特性を利用して、温度検出部１１１及び温度検出部１１２への塵埃の付着の程度を検出することにした。より詳細には、温度検出部１１１の出力値Ｔａ、温度検出部１１２の出力値Ｔｂ、周囲温度、塵埃の付着の程度の組合せを格納したデータテーブルを備えておき、温度検出部１１１の出力値Ｔａ、温度検出部１１２の出力値Ｔｂ及び周囲温度の測定値に対応する塵埃の付着の程度をデータテーブルから読み出すことで、塵埃の付着の程度を検知する。

そして、温度検出部１１１及び温度検出部１１２への塵埃の付着の程度と、温度検出部１１１の出力と温度検出部１１２の出力の差分であるＴａ−Ｔｂを補正すべき補正値との間には一定の関係があることが分かっている。よって、本実施例では、塵埃の付着の程度
と、補正値との関係を予めデータテーブルとして記憶しておくことで、塵埃の付着による流量算出部１３３の出力値の変化を補正することが可能となる。

図１１には、本実施例における塵埃変動補正ルーチンのフローチャートを示す。本フローチャートは、制御部１３に備えられた記憶装置（不図示）に格納されている。本ルーチンが実行されると、Ｓ１０１において、塵埃の付着の程度が検知される。より具体的には、上述のように、温度検出部１１１の出力値Ｔａ、温度検出部１１２の出力値Ｔｂ、周囲温度及び、塵埃の付着の程度の組合せを格納したデータテーブルから、実際に得られた温度検出部１１１の出力値Ｔａ、温度検出部１１２の出力値Ｔｂ及び周囲温度の測定値に対応する塵埃の付着の程度を読み出すことで検知する。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。

Ｓ１０２においては、Ｓ１０１で検知された塵埃の付着の程度から、補正量が決定される。より詳細には上述のように、塵埃の付着の程度と、補正値との関係を格納したテーブルから、Ｓ１０１で検知された塵埃の付着の程度に対応する補正値を読み出すことで、補正値ＦＶ１Ｄを決定する。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３に進む。

Ｓ１０３においては、ＦＶ１’＝ＦＶ１＋ＦＶ１Ｄなる演算によって、流量算出部１３３の出力値が補正される。Ｓ１０３の処理が終了すると本ルーチンが一旦、終了される。

以上、説明したとおり、本実施例に係る流量測定装置１においては、予め記憶されたデータテーブルと温度検出部１１１及び温度検出部１１２の出力値とから、塵埃の付着の程度を検出することができる。また、塵埃の付着影響を補正した流量を算出することが可能であり、流量測定装置１の精度を向上させることが可能である。なお、本実施例においては、塵埃の付着の程度を検出した後、補正値を決定し、算出された測定対象流体の流量を補正する例について説明したが、本発明は必ずしも補正を前提としない。塵埃の付着の程度を検知した後、検知結果（すなわち、塵埃の付着の程度に相当する信号）を出力のみしてもよいし、所定の警告処理を行うようにしてもよい。

〔実施例２〕
次に、実施例２として、実施例１に係る流量測定装置が組み込まれたガスメータ及び、流量測定装置ユニットについて説明する。本実施例は、実施例１に係る流量測定装置１を、ガスの使用量測定のためのガスメータに組み込んだ例である。図１６は、流量測定装置１が組み込まれたガスメータ１５０の機能構成の一例を示すブロック図である。ガスメータ１５０は、流量測定装置１の他、表示部１５１、電源部１５２、操作部１５３、振動検出部１５４、遮断部１５５、統合制御部としてのガスメータ制御部１５６、ガスメータ記憶部１５７、ガスメータ通信部１５８を備えている。なお、操作部１５３を除き、これらの構成は筐体１５０ｂ内に収納されている。

ここで、表示部１５１は、流量測定装置１によって測定・出力された流量に基づくガス使用量の他、日付、遮断処理の有無（後述）等が表示されるディスプレイであり、液晶表示板等が用いられてもよい。電源部１５２は、流量測定装置１及び、ガスメータ１５０の他の構成に対して電力を供給する部分で、アルカリ電池等のバッテリーで構成されてもよい。操作部１５３は、ガスメータ１５０の外部に設けられており、ガス契約者または検針者等が操作する部分である。例えば、ガスメータ１５０のリセット、時刻調整、表示・出力する項目の切換、後述する遮断状態の解除等の操作を行うことが可能としてもよい。

振動検出部１５４は、例えば加速度センサ（不図示）等を含み、ガスメータ１５０自身の振動を検出する。遮断部１５５は、ソレノイド等のアクチュエータと主流路部２を閉塞するバルブを有し、振動検出部１５４において閾値以上の振動が検出された場合には、地
震が発生したと判断して主流路部２を通過するガスを遮断する。ガスメータ制御部１５６は、流量測定装置１、表示部１５１、電源部１５２、操作部１５３、振動検出部１５４、遮断部１５５、ガスメータ記憶部１５７、ガスメータ通信部１５８と電気的に接続されており、各部の制御を行う。例えば、操作部１５３からの入力情報を受信し、入力情報に応じた指令を各部に送信する。また、振動検出部１５４において閾値以上の加速度信号が検出された場合には、遮断部１５５に遮断信号を送信する。ガスメータ記憶部１５７は、流量測定装置１や、振動検出部１５４からの出力を時系列で所定の期間に亘り記憶する部分であり、ＳＲＡＭやＤＲＡＭ等のメモリ素子により構成されてもよい。ガスメータ通信部１５８は、ガスメータ制御部１５６で処理する各情報を外部へ無線または有線で送信可能であり、外部からの指令や設定値を受信してガスメータ制御部１５６に伝達する。また、流量測定装置１が有する通信部１５と通信することで、流量測定装置１の制御部１３で処理する情報を受信し、また、流量測定装置１に対する制御信号や設定値を送信するようにしてもよい。

なお、ガスメータ１５０の構成のうち、例えば、流量測定装置１、表示部１５１、電源部１５２、振動検出部１５４、ガスメータ制御部１５６、ガスメータ記憶部１５７、ガスメータ通信部１５８をユニット化し、この流量測定装置ユニット１５０ａに、操作部１５３、遮断部１５５を電気的に接続して、筐体１５０ｂ内に組み込むことで、ガスメータ１５０を構成可能にしておいてもよい。このようにすることで、より効率的にガスメータ１５０を製造することが可能である。

なお、本実施例において、ガスメータ１５０、流量測定装置ユニット１５０ａに属する構成は一例であり、ガスメータ１５０の機能や、製造上の条件に応じて変更が可能である。また、本発明に係る流量測定装置は、上記の実施例で示した構成には限定されない。例えば、上記の実施例における流量測定装置１は、物性値検出部１２を備え、流体の物性値によって流量算出部１３３の出力値を補正することを前提としていたが、本発明は、この物性値検出部１２を備えない流量測定装置に適用しても構わない。また、上記の実施例における流量測定装置１は、副流路を備える多流路タイプの流量測定装置１であったが、本発明は、主流路を流れる流体の流量を直接に測定する１流路タイプの流量測定装置に適用しても構わない。上記の実施例の構成は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。また、上記の実施例においては、上述のように本発明を塵埃の付着の程度を検知する場合について説明したが、本発明は、結露による水滴の付着の程度を検知する場合にも適用可能である。

なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
＜発明１＞
主流路（２）を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置（１）であって、
測定対象流体を加熱する加熱部（１１３）と、
前記加熱部を前記測定対象流体の流れ方向に挟んで配置され、前記測定対象流体の温度を検出する複数の温度検出部（１１１、１１２）と、
前記複数の温度検出部の出力値より測定対象流体の流量を算出する流量算出部（１３３）と、
前記複数の温度検出部の各々の出力の関係に基づいて、前記温度検出部における塵埃または水滴の付着の程度を検知する検知部（１３５）と、
を備えることを特徴とする、流量測定装置。

１ ：流量測定装置
１１ ：流量検出部
１１１ ：温度検出部
１１２ ：温度検出部
１１３ ：加熱部
１２ ：物性値検出部
１２１ ：温度検出部
１２２ ：温度検出部
１２３ ：加熱部
１３ ：制御部
１３１ ：検出値取得部
１３２ ：特性値算出部
１３３ ：流量算出部
１３５ ：塵埃検知部
１３６ ：補正値決定部
１３７ ：塵埃補正部
１５ ：通信部
１５０ ：ガスメータ
１５０ａ ：流量測定装置ユニット

Claims (2)

1. 主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置であって、
   測定対象流体を加熱する加熱部と、
   前記加熱部を前記測定対象流体の流れ方向に挟んで配置され、前記測定対象流体の温度を検出する複数の温度検出部と、
   前記複数の温度検出部の出力値より測定対象流体の流量を算出する流量算出部と、
   前記複数の温度検出部の各々の出力の関係に基づいて、前記温度検出部における塵埃または水滴の付着の程度を検知する検知部と、
   を備えることを特徴とする、流量測定装置。
2. 前記流量測定装置の周囲温度を測定する温度センサをさらに備え、
   前記検知部は、前記複数の温度検出部の各々の出力の関係及び、前記温度センサにより測定された周囲温度に基づいて、前記温度検出部における塵埃または水滴の付着の程度を検知することを特徴とする、請求項１に記載の流量測定装置。

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