JP3266707B2 - 質量流量センサ - Google Patents

質量流量センサ

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JP3266707B2 JP19404093A JP19404093A JP3266707B2 JP 3266707 B2 JP3266707 B2 JP 3266707B2 JP 19404093 A JP19404093 A JP 19404093A JP 19404093 A JP19404093 A JP 19404093A JP 3266707 B2 JP3266707 B2 JP 3266707B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体の質量流量を計測
するマスフローメータまたは流体の質量流量を計測し流
体流量を制御するマスフローコントローラに用いられる
質量流量センサに関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来より一般的に用いられてい
るマスフローメータを示すもので、この図において、1
は本体ブロックで、その一端側には流体入口2が形成さ
れ、他端側には流体出口3が形成されると共に、内部に
流体入口2と流体出口3とを結ぶようにして流体流路4
が形成してあり、この流体流路4には定流量特性を有す
るバイパス素子5が設けてあって、バイパス部6に構成
されている。
【0003】7は本体ブロック1の上部に設けられるセ
ンサ固定ベースである。このセンサ固定ベース7には、
本体ブロック1内の流路4と連通路8を介して連通する
孔9を備えたスリーブ10が着脱自在に設けてある。1
1はシール部材である。12は質量流量センサで、スリ
ーブ10に対して抵抗溶接などの手法により接続され、
センサ固定ベース7および本体ブロック1に垂直かつ逆
U字状に立設された測定流路としての細管13と、この
細管13の中央の水平部分13aの外周に巻設された2
つの感熱抵抗体14,15とからなる。なお、感熱抵抗
体14,15は、感熱特性などが互いに等しいものが選
ばれる。
【0004】16はセンサ固定ベース7の上面に抵抗溶
接などによって設けられるハーメチック端子で、感熱抵
抗体14,15は、ハーメチック端子16のリードピン
を介して図外のブリッジ回路に接続される。17はセン
サ部12やハーメチック端子16などを収納しこれらを
カバーするためのセンサケースである。なお、本体ブロ
ック1、スリーブ10、細管13などは、ステンレス、
ニッケル、コバールなどの耐腐食性に優れた金属よりな
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
マスフローメータにおいては、通常、図7(A)に示す
ように、2つの感熱抵抗体14,15の高さ位置が互い
に等しい、質量流量センサ12が水平な状態で取り付け
られる。このような水平姿勢で設置された質量流量セン
サ12においては、細管13の2個の感熱抵抗体14,
15が巻設された中央部分13aが水平になり、2つの
感熱抵抗体14,15の間に位置的に上下関係がないの
で、これらの感熱抵抗体14,15の間で熱対流が生ず
ることはない。
【0006】しかしながら、配管系統の構成上あるいは
マスフローメータの設置スペースなどの関係で、図7
(B)に示すように、2つの感熱抵抗体14,15が巻
設された細管13の中央部分13aが垂直となるよう
に、質量流量センサ12を垂直姿勢の状態で設置しなけ
ればならないことがある。そのような場合、一方の感熱
抵抗体15が他方の感熱抵抗体14よりも上位に位置す
ることになり、細管13の内部、外部の両方において熱
対流が生ずる。この熱対流によって両センサコイル1
4,15が熱的に干渉しあい、ゼロ点が変化するため、
流量の測定結果に誤差が生ずる。
【0007】このような垂直姿勢取付け時の不都合に対
して、細管13の内径を小さくしたり、細管13を流れ
る流体の差圧を上げることが試みられているが、このよ
うにしても、それほど測定誤差低減することはできな
かった。
【0008】このような問題、すなわち、質量流量セン
サ12の姿勢による影響は、マスフローメータに流体制
御弁を付加した構成であるところのマスフローコントロ
ーラにおいても生じているところである。
【0009】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的は、マスフローメータやマスフローコ
ントローラの取付け姿勢の如何に拘らず流体の質量流量
を精度よく検出できる質量流量センサを提供することに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る質量流量センサは、マスフローメータ
またはマスフローコントローラの本体ブロックに逆U字
状に立設され、内部に流体が流れる細管における一つの
垂直部分に第1感熱抵抗体と第2感熱抵抗体とを互いに
絶縁した状態、かつ第1感熱抵抗体が第2感熱抵抗体よ
り上流側に位置するように巻設し、他の垂直部分に第3
感熱抵抗体と第4感熱抵抗体とを互いに絶縁した状態
かつ第3感熱抵抗体が第4感熱抵抗体より上流側に位置
するように巻設すると共に、第1感熱抵抗体と第3感熱
抵抗体とを直列接続したものと、第2感熱抵抗体と第4
感熱抵抗体とを直列接続したものとをそれぞれブリッジ
回路の構成素子とした点に特徴がある。
【0011】
【0012】
【作用】上記構成の質量流量センサにおいて、熱対流
が発生せず、マスフローメータまたはマスフローコント
ローラの取付け姿勢に起因するゼロ点シフトがなくな
り、従って、質量流量センサの姿勢の如何に拘らず流体
の質量流量を精度よく検出できる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説
明する。
【0014】図1は、本発明の一実施例に係る質量流量
センサ20を示すもので、この図において、13b,1
3cは逆U字状の細管13の水平部分13aの両側の垂
直部分で、流体流入側の垂直部分13aに第1感熱抵抗
体21と第2感熱抵抗体22とが互いに絶縁された状態
で巻設されており、流体流出側の垂直部分13bに第3
感熱抵抗体23と第4感熱抵抗体24とが互いに絶縁さ
れた状態で巻設されている。すなわち、図6に示した従
来の質量流量センサ12においては、逆U字状の細管1
3の中央水平部分13aに2つの感熱抵抗体14,15
を巻設していたのであるが、この実施例の質量流量セン
サ20においては、細管13の垂直部分13b,13c
にそれぞれ2つの感熱抵抗体21,22,23,24を
巻設している。なお、これらの感熱抵抗体21〜24
は、感熱特性が等しいものが用いられることはいうまで
もない。
【0015】そして、前記感熱抵抗体21〜24は、第
1感熱抵抗体21と第3感熱抵抗体23とが直列接続さ
れ、第2感熱抵抗体22と第4感熱抵抗体24とが直列
接続され、図2に示すように、ブリッジ抵抗25,26
と共にブリッジ回路27を形成している。そして、図2
において、28,29,30,31はブリッジ回路27
における隣接する辺と辺との接続点で、接続点28には
定電流源32が接続され、接続点28と対角上にある接
続点30は接地され、接続点29,31が増幅回路33
に接続されている。そして、ブリッジ回路27の出力
は、出力端子33a,33bの間に出力される。
【0016】上述のように構成された質量流量センサ2
0における姿勢の傾斜影響を調べるため、次のような実
験を行った。すなわち、細管13として外径が0.6m
m、内径が0.4mmのキャピラリを用い、試験ガスと
して傾斜影響が顕著に表れるSF6 ガスを用い、これを
細管13内に1〜3kgf/cm2 Gで封入し、定電流
源32によってブリッジ回路27に一定の電流を流して
各感熱抵抗体21〜24の温度が例えば100℃になる
ようにした。
【0017】前記質量流量センサ20を、図3(A)に
示すように、細管13の中央部分13aが水平となる状
態、すなわち、水平姿勢となるように取り付け、試験ガ
スを封入した状態(ゼロ状態)においては、細管13の
左右の垂直部分13b,13cがほぼ同じ程度に加熱さ
れるので、図中に示す熱量Q1 ,Q2 が互いに等しくな
り、その結果、熱対流が生ずることがなくなる。また、
図3(B)に示すように、細管13の中央部分13aが
垂直となる状態、すなわち、質量流量センサ20を垂直
姿勢となるように取り付け、試験ガスを封入した状態
(ゼロ状態)においては、矢印方向への流体の移動がな
いので、熱対流は殆ど生じず、従って、水平姿勢と同様
に、熱対流の影響は殆どない。なお、図3(A),
(B)において、34は細管13の開口端側に接続され
る閉ループ形成用の補助キャピラリである。
【0018】そして、補助キャピラリ34を外して、質
量流量センサ20に前記試験ガスを流したときには、感
熱抵抗体と従来の2倍の4個であるので、初段出力とし
ては、センサ単品で得られる初段出力の和が得られる。
従って、本発明の質量流量センサ20においては、従来
の質量流量センサ12に比べて約2倍の感度(スパン初
段感度)で測定することができる。
【0019】図4は、図6に示した従来の質量流量セン
サ12と前記本発明の質量流量センサ20の細管13に
それぞれSF6 ガスを試験ガスとして充填し、その十点
圧力を変化させたときにおけるフルスケール値(FS)
換算変動値と試験ガスの充填圧力との関係を示すグラフ
で、この図において、実線A、点線Bはそれぞれ、従来
の質量流量センサ12の特性曲線、本発明の質量流量セ
ンサ20の特性曲線である。このグラフから、本発明の
質量流量センサ20は、前述したようにスパン初段感度
が増加しているので、初段出力値の変動が、フルスケー
ル換算値において、従来の質量流量センサ12のそれの
約1/7に低減され、それだけ測定精度が向上している
ことが判る。
【0020】本発明は、上述の実施例に限られるもので
はなく、図5に示すように、第1感熱抵抗体21と第2
感熱抵抗体22とをそれぞれ第1ブリッジ回路41の構
成素子とする一方、第3感熱抵抗体23と第4感熱抵抗
体24とをそれぞれ第1ブリッジ回路41と並列に設け
られる第2ブリッジ回路42の構成素子となるようにし
てもよい。なお、この図において、41〜46はブリッ
ジ抵抗、47,48は定電流源、49,50はブリッジ
回路41,42の出力をそれぞれ増幅する回路、51は
増幅回路49,50の出力を加算する回路である。
【0021】このように構成した実施例においても、前
述の実施例と同様の作用効果を奏するので、その詳細な
説明は省略する。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
質量流量センサにおける熱対流が発生せず、マスフロー
メータまたはマスフローコントローラの取付け姿勢に起
因するゼロ点シフトがなくなり、従って、質量流量セン
サの姿勢の如何に拘らず流体の質量流量を精度よく検出
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る質量流量センサの一構成例を示す
図である。
【図2】前記質量流量センサを組み込んだ電気回路の一
例を示す図である。
【図3】本発明の動作説明図である。
【図4】従来の質量流量センサと本発明の質量流量セン
サの特性を示すグラフである。
【図5】本発明に係る質量流量センサを組み込んだ電気
回路の他の例を示す図である。
【図6】従来の質量流量センサを組み込んだマスフロー
メータを示す図である。
【図7】従来の質量流量センサの欠点を説明するための
図である。
【符号の説明】
1…本体ブロック、13…細管、13b,13c…垂直
部分、20…質量流量センサ、21…第1感熱抵抗体、
22…第2感熱抵抗体、23…第3感熱抵抗体、24…
第4感熱抵抗体、27…ブリッジ回路、41…第1ブリ
ッジ回路、42…第2ブリッジ回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスフローメータまたはマスフローコン
    トローラの本体ブロックに逆U字状に立設され、内部に
    流体が流れる細管における一つの垂直部分に第1感熱抵
    抗体と第2感熱抵抗体とを互いに絶縁した状態、かつ第
    1感熱抵抗体が第2感熱抵抗体より上流側に位置するよ
    うに巻設し、他の垂直部分に第3感熱抵抗体と第4感熱
    抵抗体とを互いに絶縁した状態、かつ第3感熱抵抗体が
    第4感熱抵抗体より上流側に位置するように巻設すると
    共に、第1感熱抵抗体と第3感熱抵抗体とを直列接続し
    たものと、第2感熱抵抗体と第4感熱抵抗体とを直列接
    続したものとをそれぞれブリッジ回路の構成素子とした
    ことを特徴とする質量流量センサ。
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