JP3758033B2 - 熱式流量計 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体が通流していないときの消費電力を抑えることのできる熱式流量計に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
熱式流量計を構成するマイクロフローセンサは、例えば図4に示すようにシリコン基台B上に設けた発熱抵抗体からなるヒータ素子Rhを間にして、流体の通流方向Fに測温抵抗体からなる一対の温度センサRu,Rdを設けた素子構造を有する。そして熱式流量計は、上記ヒータ素子Rhから発せられる熱の拡散度合い(温度分布)が前記流体の通流によって変化することを利用し、前記温度センサRu,Rdの熱による抵抗値変化から前記流体の流量Qを検出する如く構成される。
【0003】
具体的にはヒータ素子Rhから発せられた熱が流体の流量Qに応じて下流側の温度センサRdに加わることで、該温度センサRdの熱による抵抗値の変化が上流側の温度センサRuよりも大きいこと利用して上記流量Qを計測するものとなっている。尚、図中Rrは、前記ヒータ素子Rhから離れた位置に設けられた測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度の計測に用いられる。
【0004】
図5は上述したマイクロフローセンサを用いた熱式流量計の概略構成を示している。即ち、ヒータ素子Rhの駆動回路は、該ヒータ素子Rhと周囲温度計測用の温度センサRr、および一対の固定抵抗R1,R2を用いてブリッジ回路1を形成し、所定の電源から供給される電圧VccをトランジスタQを介して前記ブリッジ回路1に印加すると共に、該ブリッジ回路1のブリッジ出力電圧を差動増幅器2にて求め、そのブリッジ出力電圧がゼロ(0)となるように前記トランジスタQを帰還制御して前記ブリッジ回路1に加えるヒータ駆動電圧を調整するように構成される。このように構成されたヒータ駆動回路により、前記ヒータ素子Rhの発熱温度が、その周囲温度よりも常に一定温度差ΔTだけ高くなるように制御される。
【0005】
一方、前記一対の温度センサRu,Rdの熱による抵抗値変化から前記マイクロフローセンサに沿って通流する流体の流量Qを検出する流量検出回路は、上記一対の温度センサRu,Rdと一対の固定抵抗Rx,Ryを用いて流量計測用のブリッジ回路3を形成し、温度センサRu,Rdの抵抗値の変化に応じたブリッジ出力電圧(温度差に相当するセンサ出力)を差動増幅器4を介して検出するように構成される。そして前記ヒータ駆動回路によりヒータ素子Rhの発熱量を一定化した条件下において、差動増幅器4を介して検出されるブリッジ出力電圧から前記マイクロフローセンサに沿って通流する流体の流量Qを求めるものとなっている。
【0006】
この流量Qの算出は、例えば上記ブリッジ出力電圧(センサ出力)を演算処理装置(CPU)に取り込むことによって行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの種の熱式流量計を家庭用ガスメータとして用いた場合、その省電力化を図ることが重要な課題となる。特にその駆動源として電池を用いるような場合、長時間に亘る安定した流量計測を保証する上で、その消費電力が大きな問題となる。しかしながら従来の熱式流量計(ガスメータ)においては、専ら、前記ヒータ素子Rhをその周囲温度よりも常に一定温度ΔTだけ高い温度で発熱駆動しているだけなので、ヒータ素子Rhでの消費電力が大きくなることが否めない。
【0008】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、流量計測の精度に悪影響を与えることなしに、ヒータ素子Rhでの消費電力を大幅に低減してその省電力化を図ることのできる熱式流量計を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る熱式流量計は、流量センサには、その仕様に応じて高流量域計測用の高速流量センサと低流量域計測用の低速流量センサとがあり、一般的に高速流量センサにおけるヒータ素子での消費電力が低速流量センサに比較して少ないことに着目し、また熱式流量計を、例えば家庭用ガスメータとして用いるような場合、流量センサに流体が通流していない期間が相当あることに着目してなされている。そして流体の流量がゼロであるとき、前記高速流量センサを用いて流体の通流開始を監視することで、その省電力化を図るようにしたものである。
【0010】
即ち、本発明に係る熱式流量計は、ヒータ素子と、このヒータ素子を間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた第1および第2の温度センサとを備えた流量センサからなり、所定の流路にそれぞれ組み込まれた高流量域計測用の高速流量センサおよびこの高速流量センサに比較して消費電力の大きい低流量域計測用の低速流量センサを具備したものであって、
特に上記高速流量センサおよび低速流量センサのヒータ素子を択一的に駆動するセンサ切替手段と
このセンサ切替手段により択一的に駆動された前記高速流量センサまたは低速流量センサの前記第1および第2の温度センサによりそれぞれ検出される温度の差から該流量センサを通流する流体の流量を算出する流量算出手段と、
この流量算出手段にて求められた前記流体の流量がゼロであるとき、前記センサ切替手段により択一的に駆動する流量センサとして前記高速流量センサを選択指定するセンサ選択手段と
を備えたことを特徴としている。
【0011】
本発明の好ましい態様は請求項2に記載するように前記センサ選択手段においては、前記流量算出手段にて求められた流量が高流量域にあるときには前記高速流量センサを選択指定すると共に、前記流量算出手段にて求められた流量が低流量域にあるときには前記低速流量センサを選択指定し、更に前記流量算出手段にて求められた流量がゼロであるときには前記高速流量センサを選択指定するように構成される。
【0012】
或いは請求項3に記載するように前記センサ選択手段においては、前記流量算出手段にて求められた流量がゼロであるときには前記高速流量センサを選択指定して流体の通流開始の監視に用い、それ以外のときには前記低速流量センサを選択指定流体の流量検出に用いるように構成される。つまり高速流量センサを、流量がゼロであるときの流体通流開始の監視にだけ用いるように構成される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る熱式流量計について、家庭用ガスメータとして用いる場合を例に説明する。
図1はこの実施形態に係る熱式流量計の要部概略構成を示している。この熱式流量計は、図4に示した素子構造を有してその計測流量域を異にする2種類のマイクロフローセンサ、即ち、高流量域計測用の高速流量センサ10と低流量域計測用の低速流量センサ20とを用いて構成される。
【0014】
ちなみに高速流量センサ10および低速流量センサ20は、例えばヒータ素子Rhの発熱による熱拡散の度合いが流体の流量(流速)の違いによって異なることを利用し、ヒータ素子Rhと温度センサRu,Rdとの離間距離を異ならせることでその流量計測域を異ならせたものからなる。具体的には前記高速流量センサ10はヒータ素子Rhと温度センサRu,Rdとの離間距離L1を短く設定して実現され、また前記低速流量センサ20はヒータ素子Rhと温度センサRu,Rdとの離間距離L2を長く設定して実現される。これ故、高速流量センサ10の方が低速流量センサ20に比較してヒータ素子Rhと温度センサRu,Rdとの熱結合の度合いが強く、両流量センサ10,20において同じ検出感度を実現する場合におけるヒータ素子Rhの発熱温度、ひいてはその駆動電力が低く抑えられている。
【0015】
この実施形態に係る熱式流量計は、上述した2種類の高速流量センサ10と低速流量センサ20とを同じ流体通流路にそれぞれ設けてなり、これらの流量センサ10,20を択一的に駆動するように構成される。即ち、その制御装置としてのCPU(演算処理装置)30は、前記各流量センサ10,20のヒータ駆動回路11,21をスイッチ31を介して選択的に駆動するセンサ選択手段32を備える。更にCPU30は上記センサ選択手段32による前記各流量センサ10,20の択一的な駆動に連動して、各流量センサ10,20の検出回路12,22を介してそれぞれ検出されるセンサ出力Vout1,Vout2を選択的に取り込むスイッチ(セレクタ)33を備える。そしてこのスイッチ(セレクタ)33を介して取り込んだセンサ出力Vout1,Vout2から、流量算出手段34にて該センサ出力Vout1,Vout2に相当する流量Qを算出するように構成される。
【0016】
尚、流量算出手段34は、前記センサ選択手段32により選択された流量センサ10,20の情報を入力し、選択された流量センサ10,20に応じて前記スイッチ(セレクタ)33を介して選択的に取り込んだセンサ出力Vout1,Vout2に相当する流量Qを算出する。この流量Qの算出は、前記各流量センサ10,20にそれぞれ対応して設けられた、例えば図2に示すような流量Qとセンサ出力Voutとの関係を示す流量変換テーブル(図示せず)を参照する等して実行される。
【0017】
ところで前記流量算出手段34にて算出された流量Qは、前記センサ選択手段32と共に、流量有無判定手段35にそれぞれ与えられている。センサ選択手段32は、例えば前記流量Qが所定の流量Qrefを境として設定される高流量域(大流量域)である場合には前記高速流量センサ10を選択し、逆に前記流量Qが低流量域(小流量域)である場合には前記低速流量センサ20を選択して、これらの流量センサ10,20を択一的に駆動する役割を担う。また前記流量有無判定手段35は、流量Qがゼロであるか否か、つまり流体が流れているか否かを検出する機能を備えたもので、流量Qがゼロである場合、前記センサ選択手段32に対して強制的に高速流量センサ10を選択する旨の指示を与える役割を担っている。
【0018】
即ち、このようなセンサ選択手段32と流量有無判定手段35とにより構成される流量センサ10,20の選択機能は、流量算出手段34にて求められた流量Qが高流量域にあるときには前記高速流量センサ10を選択指定すると共に、前記流量算出手段34にて求められた流量Qが低流量域にあるときには前記低速流量センサ20を選択指定し、更に前記流量算出手段34にて求められた流量Qがゼロであるときには、その流量Qが低流量域にあるといえども、前記高速流量センサ10を強制的に選択指定するものとなっている。そしてCPU30においては、このようにして流量センサ10,20を択一的に駆動する条件下において、各流量センサ10,20によりそれぞれ検出されるセンサ出力Vout1,Vout2に応じてその流量Qを算出するものとなっている。
【0019】
より具体的にはCPU30は、図3にその処理手順の一例を示すように、先ずガス使用中であるか、つまり流量センサ10,20を通して流体(ガス)が流れているか否かを判定している[ステップS1]。そして流体(ガス)が流れている場合には、そのときに算出される流量Qから、その流量Qが前述した低流量域にあるか否かを判定する[ステップS2]。その上で流量Qが低流量域に含まれる場合には低速流量センサ20を選択し[ステップS3]、逆に流量Qが高流量域に含まれる場合には高速流量センサ10を選択して[ステップS4]、そのときのセンサ出力Voutからその流量Qを算出する[ステップS5]。
【0020】
これに対して流量センサ10,20を通して流体(ガス)が流れていない場合には[ステップS1]、前記高速流量センサ10を強制的に選択して該高速流量センサ10を択一的に駆動する[ステップS6]。そしてこの場合には前記流量有無判定手段35により前記流量算出手段34にて逐次求められる流量Qがゼロであるか否かを判定しながら[ステップS7]、前述したステップS1からの処理を繰り返し実行する。
【0021】
かくして上述した如くして流量Qがゼロである場合、ヒータ素子Rhの消費電力が小さい高速流量センサ10を択一的に駆動し、その流量Qがゼロであることを監視しながら流量計測に待機するように構成された熱式流量計によれば、ガスが使用されていないとき、つまり流量Qがゼロである期間には、ヒータ素子Rhの消費電力が小さい高速流量センサ10だけが駆動されることになるので、全体的な消費電力を大幅に低減することができる。特に熱式流量計を家庭用のガスメータとして使用する場合、例えば深夜等の時間帯においてはガスが使用されることが殆どないので、その省電力効果は多大である。またガスの使用が開始された場合には、前記流量有無判定手段35によりガスの使用開始を速やかに検出し、そのときの流量Qに応じて適宜、前記低速流量センサ20を駆動することができるので、計測遅れを招来することがない。またそのときの流量Qが多い場合には、そのまま高速流量センサ20を用いて流量計測を行えば良いので、この点でも計測誤差を小さくすることができる。
【0022】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばガスの使用量が前述した低流量域に限られる場合であっても前述した低速流量センサ20に加えて高速流量センサ10を設け、流量がゼロのときには上記高速流量センサ10を択一的に駆動するようにすれば良い。この場合には、高速流量センサ10による流量計測は、ガスの使用が再開されたか否かの監視にだけ用いることになるが、ヒータ素子Rhによる消費電力を減らし、熱式流量計の省電力化を図る上で好都合である。しかも高速流量センサ10によって流量がゼロであるか否かだけを検出すればよいので、高速流量センサ10自体の発熱温度を低く抑えることも可能であり、更にその省電力化を図ることが可能となる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、流量がゼロのとき、ヒータ素子の駆動電力の小さい高速流量センサを用いて流体が通流するか否かだけを監視するので、ヒータ素子の発熱駆動に要する電力を少なくすることができ、大幅にその省電力化を図り得る。また高速流量センサと低速流量センサとを、その流量域に応じて選択的に用いるようにすれば、この点でもその消費電力を低減することができる等、実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る熱式流量計の要部概略構成図。
【図2】図1に示す熱式流量計における高速流量センサおよび低速流量センサの流量に対するセンサ出力の変化の様子を示す図。
【図3】図1に示す熱式流量計における概略的な処理動作の一例を示す図。
【図4】マイクロフローセンサの概略構成図。
【図5】従来の一般的なヒータ駆動回路と流量検出回路の構成例を示す図。
【符号の説明】
Rh ヒータ素子
Ru 温度センサ(上流側)
Rd 温度センサ(下流側)
Rr 温度センサ(周囲温度計測用)
1 ブリッジ回路(ヒータ駆動用)
2 差動増幅器(ヒータ駆動回路)
3 ブリッジ回路(流量計測用)
4 差動増幅器
10 高速流量センサ
20 低速流量センサ
30 CPU
31 スイッチ
32 センサ選択手段
33 スイッチ(セレクタ)
34 流量算出手段
35 流量有無判定手段
Claims (3)
- ヒータ素子と、このヒータ素子を間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた第1および第2の温度センサとを備えた流量センサからなり、所定の流路にそれぞれ組み込まれた高流量域計測用の高速流量センサおよびこの高速流量センサに比較して消費電力の大きい低流量域計測用の低速流量センサと、
これらの高速流量センサおよび低速流量センサのヒータ素子を択一的に駆動するセンサ切替手段と
このセンサ切替手段により択一的に駆動された前記高速流量センサまたは低速流量センサの前記第1および第2の温度センサによりそれぞれ検出される温度の差から該流量センサを通流する流体の流量を算出する流量算出手段と、
この流量算出手段にて求められた前記流体の流量がゼロであるとき、前記センサ切替手段により択一的に駆動する流量センサとして前記高速流量センサを選択指定するセンサ選択手段と
を具備したことを特徴とする熱式流量計。 - 前記センサ選択手段は、前記流量算出手段にて求められた流量が高流量域にあるときには前記高速流量センサを選択指定すると共に、前記流量算出手段にて求められた流量が低流量域にあるときには前記低速流量センサを選択指定し、更に前記流量算出手段にて求められた流量がゼロであるときには前記高速流量センサを選択指定するものである請求項1に記載の熱式流量計。
- 前記センサ選択手段は、前記流量算出手段にて求められた流量がゼロであるときには前記高速流量センサを選択指定して流体の通流開始の監視に用い、それ以外のときには前記低速流量センサを選択指定して流体の流量検出に用いるものである請求項1に記載の熱式流量計。
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2001
- 2001-10-17 JP JP2001319714A patent/JP3758033B2/ja not_active Expired - Fee Related
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