JP3778169B2

JP3778169B2 - Thermal mass flow sensor and gas combustion device

Info

Publication number: JP3778169B2
Application number: JP2002375519A
Authority: JP
Inventors: 秀典畑; 明太田
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP2004205376A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は熱式質量流量センサおよび燃焼装置に関し、より詳細には、ガス燃焼装置において、燃料ガスの流量を正確に検出することによりガス燃焼装置を正確に制御するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平８−４２８４７号公報
近時、ガス燃焼装置においては、燃料ガスの供給路に燃料ガスの流量を検出する流量センサを設け、この流量センサの測定結果に基づいて、バーナへの燃料ガスの供給量を調節する構成を備えた燃焼装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、この種のガス燃焼装置では、バーナでの燃焼量の制御が、上記流量センサの測定結果に依存するため、流量センサにゴミや水滴などの異物が付着してその出力値が狂うと、燃焼装置の制御が正常に機能しなくなる。
【０００４】
そのため、この種の燃焼装置においては、フィルタを設けたり、ダストトラップ構造を採用するなどして、燃料供給路への異物の侵入を防いでいる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなフィルタやダストトラップ構造の採用によっても、燃料供給路への異物の侵入を完全に防止することは困難であり、まれに流量センサに異物が付着し、その結果、センサ出力値が狂うことがあり、燃焼装置の正常な動作の妨げとなることがあった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、異物付着の有無を自己診断可能な熱式質量流量センサを提供し、もってセンサへの異物付着による誤動作を防止し得るガス燃焼装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の熱式質量流量センサは、
流体の流量を測定するためのセンサであって、ヒータと、このヒータの上流および下流の両脇に設けられて前記ヒータによる流体の温度上昇を検出する温度センサとを有するセンサ本体と、このセンサ本体の制御部とからなる熱式質量流量センサにおいて、被測定対象である流体が静止状態にあるときに、前記制御部が、前記ヒータを加熱させ、前記上流側と下流側の両温度センサの出力値を比較して、その比較結果から前記センサ本体への異物の付着の有無を判定する制御構成を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の熱式質量流量センサは、流体の流量を測定するためのセンサであって、ヒータと、このヒータの上流および下流の両脇に設けられて前記ヒータによる流体の温度上昇を検出する温度センサとを有するセンサ本体と、このセンサ本体の制御部とからなる熱式質量流量センサにおいて、被測定対象である流体が静止状態にあるときに、前記制御部が、前記ヒータを加熱させ、この状態で前記上流側と下流側の各温度センサの少なくとも一方または双方の出力値の変化を一定時間測定し、この測定結果と制御部に備えられた所定の出力特性データとを比較して、その比較結果から前記センサ本体への異物の付着の有無を判定する制御構成を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の熱式質量流量センサは、流体の流量を測定するためのセンサであって、ヒータと、このヒータの上流および下流の両脇に設けられて前記ヒータによる流体の温度上昇を検出する温度センサとを有するセンサ本体と、このセンサ本体の制御部とからなる熱式質量流量センサにおいて、被測定対象である流体が静止状態にあるときに、前記制御部が、前記ヒータを加熱させ、この状態で所定時間が経過した時における前記上流側と下流側の各温度センサの少なくとも一方または双方の出力値を測定し、この測定結果と制御部に備えられた所定の出力値とを比較して、その比較結果から前記センサ本体への異物の付着の有無を判定する制御構成を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の熱式質量流量センサは、流体の流量を測定するためのセンサであって、ヒータと、このヒータの上流および下流の両脇に設けられて前記ヒータによる流体の温度上昇を検出する温度センサと、前記上流側の温度センサの更に上流側に設けられて雰囲気温度を検出する温度センサとを有するセンサ本体と、このセンサ本体の制御部とからなる熱式質量流量センサにおいて、被測定対象である流体が静止状態にあるときに、前記制御部が、前記雰囲気温度を検出する温度センサの出力値と、前記ヒータの上流または下流にある温度センサの少なくもいずれか一方の出力値とを比較し、その比較結果から前記センサ本体への異物の付着の有無を判定する制御構成を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のガス燃焼装置は、燃料ガスの供給路に請求項１から４のいずれかに一つに記載の熱式質量センサを備えたガス燃焼装置であって、ガス燃焼装置の制御手段が、前記熱式質量流量センサの制御部と連係され、前記ガス供給路へのガス供給を遮断している際に、前記制御部にセンサ本体への異物の付着の有無を判定させる制御構成を備えたことを特徴とする。
【００１２】
そして、その好適な実施態様として、所定の警報出力手段を備えてなり、前記制御手段は、前記制御部からセンサ本体への異物付着があるとの判定結果を得た場合に、前記警報出力手段を通じてセンサ本体への異物付着を報知する制御構成を備えたことを特徴とする。また、前記燃料ガスの供給路に異物除去手段を備えてなり、前記制御手段は、前記制御部からセンサ本体への異物付着があるとの判定結果を得た場合に、前記異物除去手段を動作させてセンサ本体に付着した異物を除去させる制御構成を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
実施形態１
本発明の熱式質量流量センサは、従来の熱式質量流量センサを改変して、センサ表面への異物の付着の有無を判定可能に構成したものであって、図１はその概略構成を示している。
【００１５】
図示のように、この熱式質量流量センサ１は、ヒータ２と、このヒータ２の上流および下流の両脇に設けられて上記ヒータ２による流体の温度上昇を検出する上流側および下流側の各温度センサ３，４と、上記上流側の温度センサ３の更に上流に設けられて雰囲気温度を検出する温度センサ５と、これらヒータ２や各温度センサ３〜５を備えたセンサ本体６と、このセンサ本体６の制御部７とを主要部として構成される。
【００１６】
なお、図において矢符で示すのは被測定対象である流体の流れの向きを示している。また、符号８は上記ヒータ２や各温度センサ３〜５と上記制御部７とを電気的に接続するハーネスを示している。
【００１７】
ここで、上記ヒータ２はシリコンウエハからなるセンサ本体６の表面にエッチングされた抵抗体であり、制御部７からの通電によって発熱する。また、各温度センサ３〜５は白金薄膜抵抗素子を主要部とする周知の温度センサであって、上記ヒータ２と同様にセンサ本体６の表面に設けられ、周囲の温度に応じたセンサ出力を制御部７に与える。そして、制御部７はマイクロコンピュータで構成され、上記ヒータ２を加熱させて、この時の温度センサ３，４のセンサ出力（出力値）から流体の質量流量を測定する。なお、これらの点は従来の熱式質量流量センサと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
そこで、次に、本発明の特徴であるセンサ表面への異物付着の有無判定について説明する。
【００１９】
本発明では、この判定は、上記制御部７のソフトウェアの制御構成によって以下のように実現される。
【００２０】
すなわち、本実施形態に示す熱式質量流量センサ１では、センサ表面への異物付着の有無の判定にあたり、上記制御部７が、被測定対象である流体が静止状態にあるときに、上記ヒータ２を通電させ、その状態で、上記上流側の温度センサ３と下流側の温度センサ４のセンサ出力値（センサ出力電圧）を比較することによって、センサ表面への異物の付着の有無を判定する。
【００２１】
このような制御構成を採用する前提として、熱式質量流量センサ１では、流体が静止状態にある時にヒータ２を加熱すると、センサ表面に異物が付着していなければ、その熱は図２(a)の左図に示すように、ヒータ２を中心として概ね放射状に広がる。そのため、このように異物が付着していない状態では、ヒータ２の両脇に等間隔で配設された上流側および下流側の各温度センサ３，４のセンサ出力は、いずれも、時間の経過に伴って概ね図２(a)の右図に示すような曲線を描きながら上昇する。つまり、温度センサ３，４の出力値を比較すると、常にほぼ同じ値を示すことになる。
【００２２】
これに対し、センサ表面に異物が付着していると、その時のセンサ出力は上記図２(a)の右図とは異なる特性を示す。たとえば、図２(b)の左図は、センサ表面に熱伝導率の高い異物が温度センサ４側に偏って付着した場合の一例を示している。このような場合、異物が付着した側の温度センサ４のセンサ出力は、図２(b)の右図に示すように、通常の場合（上記図２(a)の場合）に比べ速く上昇する（なお、熱伝導率の低い異物が付着した場合は反対に遅くなる)。つまり、温度センサ３または４のいずれかに異物が付着していると、両温度センサ３，４の出力値は異なる値を示すこととなる。
【００２３】
本実施形態にかかる熱式質量流量センサ１は、このような、センサ表面への異物の付着の有無によるセンサ出力特性の相違に基づいて、センサ表面への異物付着の有無を制御部７に判定させるもので、被測定対象である流体が静止状態にあるときに、上記制御部７が、上記ヒータ２に通電してこれを加熱状態とし、この状態で上記上流側の温度センサ３と下流側の温度センサ４のセンサ出力値を制御部７で比較し、その結果、両温度センサ３，４の出力値がほぼ同じ値（所定の誤差の範囲内）であれば、上記制御部７は、センサ表面に異物は付着していないと判定する。反対に両センサ３，４の出力値が上記所定の誤差の範囲を超えて相違する（バラツキが出る）場合には、センサ表面に異物が付着している判定する。
【００２４】
実施形態２
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。この実施形態は、上記実施形態１における制御部７の制御構成の改変例である。
【００２５】
すなわち、この第二の実施形態では、センサ表面への異物付着の有無の判定にあたり、上記制御部７が、被測定対象である流体が静止状態にあるときに、上記ヒータ２を通電させ、この状態で、上記上流側と下流側の各温度センサ３，４のうち少なくとも一方または双方の出力値の経時的変化（出力特性）を一定時間測定する。そして、このようにして得られた温度センサ３，４の測定結果と、制御部７に予め備えられた所定の出力特性データとを比較して、その比較結果からセンサ本体への異物の付着の有無を判定する。
【００２６】
ここで、上記制御部７に予め備えられる所定の出力データとしては、予めセンサ表面に異物が付着していない状態で、上記ヒータ２に通電し、その状態で上記温度センサ３，４の出力特性の少なくとも一方について、少なくとも上記一定時間測定したデータ（つまり、図２(a)の右図に示すような出力特性データ）が用いられる。そして、この出力特性データは、上記制御部７に備えられる所定の記憶領域（図示せず）に予め記憶させておく。そして、上述した異物付着の有無の判定の際に、この記憶領域から読み出され、温度センサ３，４で測定された出力特性と比較される。
【００２７】
そして、この比較の結果、測定された出力特性と上記記憶領域に記憶された出力特性データとがほぼ一致（所定の誤差の範囲内）すれば、上記制御部７はセンサ表面に異物は付着していないと判定する。反対に両出力特性が上記所定の誤差の範囲を超えて相違する（バラツキが出る）場合には、センサ表面に異物が付着している判定する。
【００２８】
なお、ここで上記記憶領域に記憶させる出力特性データとして、上記温度センサ３，４のうち少なくとも一方のデータを記憶させることとしているのは、センサ表面に異物が付着していなければ上記温度センサ３，４の出力特性はほぼ同じとなるので、双方について記憶させておかなくても判定可能であるからである。また、判定にあたり、上記上流側と下流側の各温度センサ３，４のうち少なくとも一方または双方について比較を行うのは、少なくとも一方について異物付着が検出されれば他方について比較を行わなくとも異物が付着していると判定できるからである。
【００２９】
このように、本発明の第二の実施形態では、ヒータ２の加熱を開始してから一定時間の出力特性を用いてセンサ表面への異物の付着の有無が判断されるので、異物付着の有無についての判定を正確に行うことができる。
【００３０】
実施形態３
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。この第三の実施形態は、上記第二の実施形態の改変例であって、この場合、上記制御部７は、被測定対象である流体が静止状態にあるときに、上記ヒータに通電・加熱し、この状態で所定時間が経過した時における前記上流側と下流側の各温度センサの少なくとも一方または双方の出力値を測定する。そして、この測定結果と上記制御部７に備えられた所定の出力値とを比較して、その比較結果から上記センサ表面への異物の付着の有無を判定する。
【００３１】
すなわち、上述した第二の実施形態では、センサ表面への異物付着の判定にあたり、センサ出力の経時的な変化（出力特性）を比較したが、本実施形態では、ヒータ加熱から所定時間経過後の一時点におけるセンサ出力を比較する。
【００３２】
したがって、本実施形態では、上記制御部７に予め備えられる所定の出力値のデータは、出力値の比較を行う特定の時点についてのデータであればよく、上述した第二の実施形態のように経時的な変化のデータを記憶させておく必要はない。また、判定は、上記ヒータに通電後の所定時間経過後であれば、一回だけでなく時間を変えて複数回比較を行うように構成することも可能である。
【００３３】
そして、この比較の結果、測定された出力値と上記記憶領域に記憶された出力値データとがほぼ同じ値（所定の誤差の範囲内）であれば、上記制御部７はセンサ表面に異物は付着していないと判定する。反対に両出力特性が上記所定の誤差の範囲を超えて相違する（バラツキが出る）場合には、センサ表面に異物が付着している判定する。
【００３４】
なお、ここで上記記憶領域に記憶させる出力値データとして、上記温度センサ３，４のうち少なくとも一方のデータを記憶させることとしているのは、センサ表面に異物が付着していなければ上記温度センサ３，４の出力値はほぼ同じとなるので、双方について記憶させておかなくても判定可能であるからである。また、判定にあたり、上記上流側と下流側の各温度センサ３，４のうち少なくとも一方または双方について比較を行うのは、少なくとも一方について異物付着が検出されれば他方について比較を行わなくとも異物が付着していると判定できるからである。
【００３５】
実施形態４
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。この第四の実施形態は、上記温度センサ３，４と、上記雰囲気温度を測定する温度センサ５とを用いてセンサ表面への異物の付着を判定する。
【００３６】
すなわち、本実施形態では、センサ表面への異物付着の有無の判定にあたり、上記制御部７が、被測定対象である流体が静止状態にあるときに、前記雰囲気温度を検出する温度センサ５の出力値と、上記ヒータ２の上流または下流にある温度センサ３，４のうちの少なくともいずれか一方の出力値とを比較し、その比較結果からセンサ本体への異物の付着の有無を判定する制御構成を備える。
【００３７】
つまり、被測定対象である流体が静止状態にあり、かつヒータ２が加熱されていない状態において、センサ表面に異物が付着していなければ、温度センサ５と温度センサ３，４の周囲温度の温度はほぼ同じ値を示すことになる。その一方で、センサ表面に異物が付着していると、異物の影響によって温度センサ５の出力値と温度センサ３，４の出力値は異なる値を示すこととなる。
【００３８】
本実施形態はこの点に着目してセンサ表面への異物の付着の有無を判定するものであり、被測定対象である流体が静止状態にあるときに、上記制御部７が、温度センサ５の出力値と温度センサ３，４のうちの少なくともいずれか一方の出力値とを比較し、その比較結果がほぼ同じ値（所定の誤差の範囲内）であれば、上記制御部７はセンサ表面に異物は付着していないと判定する。反対に両出力値が上記所定の誤差の範囲を超えて相違する（バラツキが出る）場合には、センサ表面に異物が付着している判定する。
【００３９】
なお、ここで、判定にあたり、上記上流側と下流側の各温度センサ３，４のうち少なくとも一方または双方について比較を行うのは、少なくとも一方について異物付着が検出されれば他方について比較を行わなくともセンサ表面に異物が付着していると判定できるからである。
【００４０】
実施形態５
次に、本発明に係る熱式質量流量センサ１を用いたガス燃焼装置（たとえば、給湯装置）１０について、図３を用いて説明する。
【００４１】
図３は、燃料ガスの供給路に燃料ガスの流量を検出する流量センサを備え、この流量センサの測定結果に基づいて、バーナへの燃料ガスの供給量を調節する構成を備えた給湯装置の概略構成を示すブロック図である。
【００４２】
すなわち、この給湯装置１０は、従来の給湯装置と同様に、バーナに燃焼用の空気を供給するためのファンモータ１１と、バーナへの燃料供給量を調節するガス流量制御弁１２と、給湯装置への入水量などを測定する入水量等検出手段（水量センサ）１３と、入水温度や出湯温度を測定する入水温度等検出手段（温度センサ）１４と、バーナに供給される燃料ガスの流量を測定するガス流量検出手段１５と、給湯設定温度の設定操作等の各種操作を行うための操作手段１６と、制御手段１７を主要部として備える。
【００４３】
そして、本実施形態では、上記ガス流量検出手段１５として、上記実施形態１乃至４のいずれかに記載された熱式質量流量センサ１が用いられる。つまり、本実施形態では、ガス流量検出手段１５として、センサ表面への異物付着の有無を判定できる流量センサが用いられる。そして、この熱式質量流量センサ１の制御部７が、給湯装置１０の制御手段１７と連係するように設けられる。つまり、給湯装置１０の制御手段１７はマイクロコンピュータを主要部として構成されるため、本実施形態では上記制御部７はこの制御手段１７のソフトウェアによって実現される。
【００４４】
また、ガス流量検出手段１５に上記熱式質量流量センサ１を採用したことに伴い、本実施形態では、上記制御手段１７には警報出力手段１８と異物除去手段１９とが設けられる。
【００４５】
警報出力手段１８は、異常の発生を外部に報知するためのものであって、たとえば発光ダイオードなどのように異常の発生を視認可能に報知する表示灯や、ブザー音発生器のように異常の発生を聴取可能に報知する音声等の出力装置で構成される。
【００４６】
また、異物除去手段１９は、熱式質量流量センサ１の表面に付着した異物を除去するための装置であって、たとえばセンサ表面に流体を噴射して異物を除去する流体噴射装置や、あるいはセンサ表面の異物を直接拭き取る拭取装置などで構成される。
【００４７】
そして、このように構成されてなる給湯装置１０では、上記制御手段１７は、ガス流量制御弁１２を閉弁させているとき（つまり、ガス供給路へのガスの供給を遮断した状態にあるとき）に、上記熱式質量流量センサ１の制御部７に対して上述した異物付着の判定処理を行わせるように構成される。そして、この判定において、センサ表面への異物付着ありと判定されると、制御手段１７は、この判定結果に基づいて、上記警報出力手段１８を通じて外部にその旨を報知する。
【００４８】
また、同様に、熱式質量流量センサ１の制御部７において、センサ表面への異物付着ありと判定されると、制御手段１７は、この判定結果に基づいて、上記異物除去手段１９を動作させてセンサ本体に付着した異物を除去させる。
【００４９】
このように、本発明の給湯装置１０によれば、センサ表面に異物が付着すると、給湯装置１０が警報出力手段１８を通じてその旨を外部に放置する一方で、異物除去手段１９によって異物の除去を行うので、センサ表面への異物付着により給湯装置１０が誤動作するのを回避することができる。
【００５０】
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００５１】
たとえば、上述した実施形態では、本発明の熱式質量流量センサ１を給湯装置１０に適用した場合を示したが、本発明の熱式質量流量センサ１は給湯装置以外の他の装置にも適用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の熱式質量流量センサによれば、制御部が、熱式質量流量センサに備えられた温度センサの出力値に基づいてセンサ表面への異物の付着の有無を判定する制御構成を備えているので、異物付着を速やかに発見することができる。したがって、異物付着による流量の誤測定を回避することができ、誤った測定値に基づく機器の誤動作を防止することができる。
【００５３】
また、本発明のガス燃焼装置は、燃焼装置の制御手段が、熱式質量流量センサの制御部と連係されているので、ガス供給路へのガス供給が遮断されているとき（換言すれば燃焼装置が停止状態にあるとき）に、熱式質量流量センサにセンサ本体への異物の付着の有無を判定させることができる。
【００５４】
また、燃焼装置に警報出力手段を備えさせ、センサ本体への異物付着があるとの判定結果を得た場合に、警報出力手段を通じて異物の付着を報知することにより、センサ表面への異物付着を速やかに知ることができる。
【００５５】
また、燃焼装置に異物除去手段を備えさせ、センサ本体への異物付着があるとの判定結果を得た場合に、異物除去手段を動作させてセンサ表面に付着した異物を除去することにより、センサ出力の異常による燃焼装置の誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱式質量流量センサの概略構成を示す説明図である。
【図２】左図に熱式質量流量センサへの異物付着の状態を示し、右図に左図に対応した熱式質量流量センサの出力特性を示しており、図２(a)は流体が静止状態にあり、かつセンサ表面に異物が付着していない状態を、図２(b)は流体が静止状態にあり、かつセンサ表面に異物が付着している状態を示している。
【図３】本発明に係るガス燃焼装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１熱式質量流量センサ
２ヒータ
３，４，５温度センサ
６センサ本体
７制御部
１０給湯装置（ガス燃焼装置）
１７制御手段
１８警報出力手段
１９異物除去手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal mass flow sensor and a combustion apparatus, and more particularly to a technique for accurately controlling a gas combustion apparatus by accurately detecting a flow rate of fuel gas in a gas combustion apparatus.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
Recently, in a gas combustion apparatus, a flow rate sensor for detecting a flow rate of a fuel gas is provided in a fuel gas supply path, and the flow rate of the fuel gas to the burner is determined based on the measurement result of the flow rate sensor. A combustion apparatus having a configuration for adjusting the supply amount has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
By the way, in this kind of gas combustion apparatus, since the control of the combustion amount in the burner depends on the measurement result of the flow rate sensor, if the foreign substance such as dust or water droplets adheres to the flow rate sensor and its output value goes wrong, Combustor control will not function properly.
[0004]
For this reason, in this type of combustion apparatus, a filter is provided or a dust trap structure is employed to prevent foreign matter from entering the fuel supply path.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if such a filter or dust trap structure is used, it is difficult to completely prevent foreign matter from entering the fuel supply path. In rare cases, foreign matter adheres to the flow sensor, resulting in sensor output values. May go out of the way, which may interfere with the normal operation of the combustion device.
[0006]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides a thermal mass flow sensor capable of self-diagnosis of the presence or absence of foreign matter, thereby preventing malfunction due to foreign matter adhesion to the sensor. The object is to provide a gas combustion apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a thermal mass flow sensor according to claim 1 of the present invention provides:
A sensor body for measuring a flow rate of fluid, a sensor main body having a heater and a temperature sensor provided on both sides of the heater upstream and downstream to detect a temperature rise of the fluid by the heater, and the sensor In the thermal mass flow sensor comprising the control unit of the main body, when the fluid to be measured is in a stationary state, the control unit heats the heater, and both the upstream and downstream temperature sensors A control structure is provided for comparing the output values and determining the presence or absence of foreign matter adhering to the sensor body from the comparison result.
[0008]
A thermal mass flow sensor according to a second aspect of the present invention is a sensor for measuring a flow rate of a fluid, and is provided on both sides of a heater and upstream and downstream of the heater, so In a thermal mass flow sensor comprising a sensor body having a temperature sensor for detecting a temperature rise and a control section of the sensor body, when the fluid to be measured is in a stationary state, the control section The heater is heated, and in this state, a change in the output value of at least one or both of the upstream and downstream temperature sensors is measured for a certain period of time, and the measurement result and predetermined output characteristic data provided in the control unit And a control structure for determining the presence or absence of foreign matter adhering to the sensor body from the comparison result.
[0009]
A thermal mass flow sensor according to claim 3 of the present invention is a sensor for measuring a flow rate of a fluid, and is provided on both sides of a heater and upstream and downstream of the heater, and a fluid flow rate by the heater. In a thermal mass flow sensor comprising a sensor body having a temperature sensor for detecting a temperature rise and a control section of the sensor body, when the fluid to be measured is in a stationary state, the control section When the heater is heated and a predetermined time has passed in this state, the output value of at least one or both of the upstream and downstream temperature sensors is measured, and the measurement result and the predetermined output provided in the control unit And a control structure for comparing the value and determining the presence or absence of foreign matter adhering to the sensor body from the comparison result.
[0010]
A thermal mass flow sensor according to a fourth aspect of the present invention is a sensor for measuring the flow rate of a fluid, and is provided on both sides of a heater and upstream and downstream of the heater, and the fluid mass by the heater is measured. A thermal mass flow rate comprising a sensor body having a temperature sensor for detecting a temperature rise, a temperature sensor provided on the upstream side of the upstream temperature sensor for detecting the ambient temperature, and a controller of the sensor body. In the sensor, when the fluid to be measured is in a stationary state, the control unit outputs at least one of the output value of the temperature sensor that detects the ambient temperature and the temperature sensor that is upstream or downstream of the heater. A control configuration is provided in which one output value is compared, and the presence or absence of foreign matter adhering to the sensor body is determined from the comparison result.
[0011]
The gas combustion apparatus of the present invention is a gas combustion apparatus comprising the thermal mass sensor according to any one of claims 1 to 4 in a fuel gas supply path, wherein the control means of the gas combustion apparatus is provided. Is connected to the control unit of the thermal mass flow sensor, and when the gas supply to the gas supply path is shut off, the control unit is configured to determine whether or not foreign matter has adhered to the sensor body. It is characterized by having.
[0012]
And as a preferred embodiment thereof, it comprises a predetermined alarm output means, and when the control means obtains a determination result that there is foreign matter adhering to the sensor body from the control unit, the alarm output means The control structure which alert | reports adhesion of the foreign material to a sensor main body through is provided. Further, the fuel gas supply path is provided with foreign matter removing means, and the control means operates the foreign matter removing means when the control unit obtains a determination result that foreign matter adheres to the sensor body. And a control structure for removing foreign matter adhering to the sensor body.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
Embodiment 1
The thermal mass flow sensor of the present invention is configured by modifying a conventional thermal mass flow sensor so as to be able to determine the presence or absence of foreign matter on the sensor surface, and FIG. 1 shows a schematic configuration thereof. ing.
[0015]
As shown, the thermal mass flow sensor 1 includes a heater 2 and upstream and downstream sides of the heater 2 that are provided on both sides of the upstream and downstream sides of the heater 2 to detect the temperature rise of the fluid by the heater 2. A temperature sensor 5 provided upstream of the temperature sensor 3 on the upstream side to detect the ambient temperature; a sensor body 6 including the heater 2 and the temperature sensors 3 to 5; The control unit 7 of the sensor body 6 is configured as a main part.
[0016]
In addition, what is shown by an arrow in the figure indicates the direction of the flow of the fluid to be measured. Reference numeral 8 denotes a harness that electrically connects the heater 2 and each of the temperature sensors 3 to 5 to the control unit 7.
[0017]
Here, the heater 2 is a resistor etched on the surface of the sensor body 6 made of a silicon wafer, and generates heat when energized by the control unit 7. Each of the temperature sensors 3 to 5 is a well-known temperature sensor having a platinum thin film resistance element as a main part, and is provided on the surface of the sensor main body 6 in the same manner as the heater 2 and outputs a sensor output corresponding to the ambient temperature. This is given to the control unit 7. And the control part 7 is comprised with the microcomputer, heats the said heater 2, and measures the mass flow rate of the fluid from the sensor output (output value) of the temperature sensors 3 and 4 at this time. Since these points are the same as those of the conventional thermal mass flow sensor, detailed description thereof is omitted.
[0018]
Then, next, the presence or absence determination of the foreign material adhesion to the sensor surface which is the characteristics of this invention is demonstrated.
[0019]
In the present invention, this determination is realized by the software control configuration of the control unit 7 as follows.
[0020]
That is, in the thermal mass flow sensor 1 shown in the present embodiment, when determining whether or not foreign matter has adhered to the sensor surface, when the fluid to be measured is in a stationary state, the control unit 7 determines that the heater 2 In this state, the sensor output value (sensor output voltage) of the upstream temperature sensor 3 and the downstream temperature sensor 4 is compared to determine whether foreign matter has adhered to the sensor surface.
[0021]
As a premise for adopting such a control configuration, in the thermal mass flow sensor 1, when the heater 2 is heated when the fluid is in a stationary state, if no foreign matter adheres to the sensor surface, the heat is as shown in FIG. As shown in the left figure of FIG. For this reason, in the state where no foreign matter is attached in this way, the sensor outputs of the upstream and downstream temperature sensors 3 and 4 arranged at equal intervals on both sides of the heater 2 Along with this, it rises while drawing a curve as shown in the right figure of Fig. 2 (a). That is, when the output values of the temperature sensors 3 and 4 are compared, they always show substantially the same value.
[0022]
On the other hand, if a foreign substance is attached to the sensor surface, the sensor output at that time exhibits different characteristics from the right figure of FIG. For example, the left figure of FIG.2 (b) has shown an example when the foreign material with high heat conductivity adheres to the temperature sensor 4 side biased to the sensor surface. In such a case, as shown in the right diagram of FIG. 2B, the sensor output of the temperature sensor 4 on the side to which the foreign matter has adhered rises faster than in the normal case (in the case of FIG. 2A). (On the other hand, if a foreign substance with low thermal conductivity adheres, it slows down.) That is, if a foreign object adheres to either the temperature sensor 3 or 4, the output values of the temperature sensors 3 and 4 will show different values.
[0023]
The thermal mass flow sensor 1 according to the present embodiment determines whether or not the foreign matter adheres to the sensor surface based on the difference in sensor output characteristics depending on whether or not the foreign matter adheres to the sensor surface. When the fluid to be measured is in a stationary state, the control unit 7 energizes the heater 2 to bring it into a heated state. In this state, the upstream temperature sensor 3 and the downstream side If the output values of the temperature sensors 3 and 4 are substantially the same value (within a predetermined error range), the control unit 7 It is determined that no foreign matter has adhered to the sensor surface. On the other hand, if the output values of the sensors 3 and 4 are different from each other beyond the predetermined error range (variation occurs), it is determined that foreign matter is attached to the sensor surface.
[0024]
Embodiment 2
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is a modification of the control configuration of the control unit 7 in the first embodiment.
[0025]
That is, in this second embodiment, when determining whether or not foreign matter has adhered to the sensor surface, the control unit 7 energizes the heater 2 when the fluid to be measured is in a stationary state, In the state, a change with time (output characteristic) of the output value of at least one or both of the temperature sensors 3 and 4 on the upstream side and the downstream side is measured for a certain time. Then, the measurement results of the temperature sensors 3 and 4 obtained in this way are compared with predetermined output characteristic data provided in advance in the control unit 7, and from the comparison result, the adhesion of foreign matter to the sensor body is determined. Determine presence or absence.
[0026]
Here, as the predetermined output data provided in advance in the control unit 7, the heater 2 is energized in a state in which no foreign matter has adhered to the sensor surface in advance, and the output characteristics of the temperature sensors 3 and 4 in that state. For at least one of the above, data measured at least for the predetermined time (that is, output characteristic data as shown in the right diagram of FIG. 2A) is used. The output characteristic data is stored in advance in a predetermined storage area (not shown) provided in the control unit 7. Then, when the above-described determination of the presence / absence of foreign matter adhesion is performed, it is read from this storage area and compared with the output characteristics measured by the temperature sensors 3 and 4.
[0027]
As a result of the comparison, if the measured output characteristic and the output characteristic data stored in the storage area substantially coincide with each other (within a predetermined error range), the controller 7 causes the foreign matter to adhere to the sensor surface. Judge that it is not. On the other hand, if the two output characteristics are different from each other beyond the predetermined error range (a variation occurs), it is determined that a foreign substance has adhered to the sensor surface.
[0028]
Here, as the output characteristic data stored in the storage area, at least one of the temperature sensors 3 and 4 is stored as long as no foreign matter adheres to the sensor surface. This is because the output characteristics of, 4 are almost the same, so that determination can be made without storing both. In the determination, the comparison is made for at least one or both of the temperature sensors 3 and 4 on the upstream side and the downstream side. This is because it can be determined that they are attached.
[0029]
As described above, in the second embodiment of the present invention, since the presence / absence of foreign matter adhesion to the sensor surface is determined using the output characteristics for a certain time after the heating of the heater 2 is started, Can be accurately determined.
[0030]
Embodiment 3
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is a modified example of the second embodiment. In this case, the control unit 7 energizes and heats the heater when the fluid to be measured is in a stationary state. In this state, the output values of at least one or both of the upstream and downstream temperature sensors when a predetermined time has elapsed are measured. Then, this measurement result is compared with a predetermined output value provided in the control unit 7, and it is determined from the comparison result whether foreign matter has adhered to the sensor surface.
[0031]
That is, in the second embodiment described above, a change in sensor output over time (output characteristics) was compared when determining the adhesion of foreign matter to the sensor surface. In this embodiment, a predetermined time has elapsed since the heater was heated. Compare the sensor output at a point in time.
[0032]
Therefore, in the present embodiment, the data of the predetermined output value provided in advance in the control unit 7 may be data regarding a specific time point when the output value is compared, as in the second embodiment described above. It is not necessary to store data of changes over time. Further, the determination can be made so that the comparison is performed not only once but also at a plurality of times at different times as long as a predetermined time has elapsed after the heater is energized.
[0033]
As a result of the comparison, if the measured output value and the output value data stored in the storage area are substantially the same value (within a predetermined error range), the control unit 7 detects foreign matter on the sensor surface. Is determined not to adhere. On the other hand, if the two output characteristics are different from each other beyond the predetermined error range (a variation occurs), it is determined that a foreign substance has adhered to the sensor surface.
[0034]
Here, as the output value data stored in the storage area, at least one of the temperature sensors 3 and 4 is stored as long as no foreign matter adheres to the sensor surface. , 4 are substantially the same, so that determination can be made without storing both. In the determination, the comparison is made for at least one or both of the temperature sensors 3 and 4 on the upstream side and the downstream side. This is because it can be determined that they are attached.
[0035]
Embodiment 4
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, the adhesion of foreign matter to the sensor surface is determined using the temperature sensors 3 and 4 and the temperature sensor 5 that measures the ambient temperature.
[0036]
That is, in this embodiment, when determining whether or not foreign matter has adhered to the sensor surface, the control unit 7 outputs the temperature sensor 5 that detects the ambient temperature when the fluid to be measured is in a stationary state. A control configuration for comparing the value with the output value of at least one of the temperature sensors 3 and 4 upstream or downstream of the heater 2 and determining whether foreign matter has adhered to the sensor body from the comparison result Is provided.
[0037]
That is, in the state where the fluid to be measured is stationary and the heater 2 is not heated, and there is no foreign matter attached to the sensor surface, the temperature of the ambient temperature of the temperature sensor 5 and the temperature sensors 3 and 4 Will show almost the same value. On the other hand, if foreign matter adheres to the sensor surface, the output value of the temperature sensor 5 and the output values of the temperature sensors 3 and 4 show different values due to the influence of the foreign matter.
[0038]
This embodiment focuses on this point and determines whether or not foreign matter has adhered to the sensor surface. When the fluid to be measured is in a stationary state, the control unit 7 When the output value is compared with the output value of at least one of the temperature sensors 3 and 4 and the comparison result is substantially the same value (within a predetermined error range), the control unit 7 is placed on the sensor surface. It is determined that no foreign matter is attached. On the other hand, if the two output values differ beyond the predetermined error range (variation occurs), it is determined that foreign matter has adhered to the sensor surface.
[0039]
Here, in the determination, at least one or both of the temperature sensors 3 and 4 on the upstream side and the downstream side are compared. If foreign matter adhesion is detected on at least one of the temperature sensors 3 and 4, the other is not compared. This is because it can be determined that foreign matter is attached to the sensor surface.
[0040]
Embodiment 5
Next, a gas combustion apparatus (for example, a hot water supply apparatus) 10 using the thermal mass flow sensor 1 according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0041]
FIG. 3 shows a hot water supply apparatus having a flow rate sensor for detecting the flow rate of the fuel gas in the fuel gas supply path, and a configuration for adjusting the supply amount of the fuel gas to the burner based on the measurement result of the flow rate sensor. It is a block diagram which shows schematic structure.
[0042]
That is, the hot water supply device 10 includes a fan motor 11 for supplying combustion air to the burner, a gas flow rate control valve 12 for adjusting the amount of fuel supplied to the burner, and a hot water supply device, as in the conventional hot water supply device. The detection means (water sensor) 13 for measuring the amount of incoming water, the detecting means (temperature sensor) 14 for measuring the incoming water temperature and the tapping temperature, and the flow rate of the fuel gas supplied to the burner. A gas flow rate detection means 15 to be measured, an operation means 16 for performing various operations such as a setting operation of a hot water supply set temperature, and a control means 17 are provided as main parts.
[0043]
In the present embodiment, the thermal mass flow sensor 1 described in any of the first to fourth embodiments is used as the gas flow rate detection means 15. That is, in this embodiment, a flow rate sensor that can determine whether or not foreign matter has adhered to the sensor surface is used as the gas flow rate detection means 15. And the control part 7 of this thermal mass flow sensor 1 is provided so that it may link with the control means 17 of the hot water supply apparatus 10. FIG. That is, since the control means 17 of the hot water supply apparatus 10 is configured with a microcomputer as a main part, the control part 7 is realized by software of the control means 17 in this embodiment.
[0044]
Further, in accordance with the use of the thermal mass flow sensor 1 as the gas flow rate detection means 15, in the present embodiment, the control means 17 is provided with an alarm output means 18 and a foreign matter removal means 19.
[0045]
The alarm output means 18 is for notifying the occurrence of an abnormality to the outside. For example, an alarm lamp such as a light emitting diode or the like that notifies the occurrence of the abnormality visually or a buzzer sound generator. It is composed of an output device such as a voice for notifying the occurrence of the occurrence.
[0046]
Further, the foreign matter removing means 19 is a device for removing foreign matter adhering to the surface of the thermal mass flow sensor 1, for example, a fluid ejecting device or a sensor for ejecting fluid onto the sensor surface to remove the foreign matter. It consists of a wiping device that directly wipes off foreign matter on the surface.
[0047]
And in the hot water supply apparatus 10 comprised in this way, when the said control means 17 is closing the gas flow rate control valve 12, (that is, when it is in the state which interrupted | blocked supply of the gas to a gas supply path) ) Is configured to cause the controller 7 of the thermal mass flow sensor 1 to perform the foreign matter adhesion determination process described above. In this determination, if it is determined that there is foreign matter adhering to the sensor surface, the control means 17 notifies the outside through the alarm output means 18 based on the determination result.
[0048]
Similarly, when the controller 7 of the thermal mass flow sensor 1 determines that there is foreign matter adhering to the sensor surface, the control means 17 operates the foreign matter removing means 19 based on the determination result. Remove foreign matter adhering to the sensor body.
[0049]
As described above, according to the hot water supply apparatus 10 of the present invention, when foreign matter adheres to the sensor surface, the hot water supply apparatus 10 leaves the fact to the outside through the alarm output means 18, while the foreign matter removal means 19 removes the foreign matter. Therefore, it is possible to avoid malfunction of the hot water supply device 10 due to foreign matter adhering to the sensor surface.
[0050]
Note that the above-described embodiments merely show preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these, and various design changes can be made within the scope thereof.
[0051]
For example, in the above-described embodiment, the case where the thermal mass flow sensor 1 of the present invention is applied to the hot water supply apparatus 10 is shown, but the thermal mass flow sensor 1 of the present invention is also applied to other apparatuses other than the hot water supply apparatus. Is possible.
[0052]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the thermal mass flow sensor of the present invention, the control unit determines whether or not foreign matter has adhered to the sensor surface based on the output value of the temperature sensor provided in the thermal mass flow sensor. Since the determination control configuration is provided, it is possible to quickly find foreign matter adhesion. Therefore, erroneous measurement of the flow rate due to foreign matter adhesion can be avoided, and malfunction of the device based on an erroneous measurement value can be prevented.
[0053]
Further, in the gas combustion apparatus of the present invention, since the control means of the combustion apparatus is linked to the control unit of the thermal mass flow sensor, the gas supply to the gas supply path is shut off (in other words, the combustion When the apparatus is in the stopped state), the thermal mass flow sensor can determine whether or not foreign matter has adhered to the sensor body.
[0054]
In addition, when the combustion device is provided with an alarm output means and a determination result is obtained that there is foreign matter adhering to the sensor body, the foreign matter adherence to the sensor surface is notified by notifying the adhering of foreign matter through the alarm output means. You can know immediately.
[0055]
In addition, when the combustion apparatus is provided with foreign matter removing means and a determination result that foreign matter adheres to the sensor body is obtained, the foreign matter attached to the sensor surface is removed by operating the foreign matter removing means, It is possible to prevent malfunction of the combustion apparatus due to output abnormality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a thermal mass flow sensor according to the present invention.
[Fig. 2] The left figure shows the state of foreign matter adhering to the thermal mass flow sensor, and the right figure shows the output characteristics of the thermal mass flow sensor corresponding to the left figure. FIG. 2 (b) shows a state where the foreign substance is not attached to the sensor surface and FIG. 2 (b) shows a state where the fluid is stationary and the foreign substance is attached to the sensor surface.
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a gas combustion apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermal mass flow sensor 2 Heater 3, 4, 5 Temperature sensor 6 Sensor main body 7 Control part 10 Hot-water supply apparatus (gas combustion apparatus)
17 Control means 18 Alarm output means 19 Foreign matter removal means

Claims

A sensor body for measuring a flow rate of fluid, a sensor main body having a heater and a temperature sensor provided on both sides of the heater upstream and downstream to detect a temperature rise of the fluid by the heater, and the sensor In the thermal mass flow sensor consisting of the control part of the main body,
When the fluid to be measured is in a stationary state, the control unit heats the heater, compares the output values of both the upstream and downstream temperature sensors, and determines the sensor body from the comparison result. A thermal mass flow sensor comprising a control configuration for determining whether or not foreign matter has adhered to the surface.

A sensor body for measuring a flow rate of fluid, a sensor main body having a heater and a temperature sensor provided on both sides of the heater upstream and downstream to detect a temperature rise of the fluid by the heater, and the sensor In the thermal mass flow sensor consisting of the control part of the main body,
When the fluid to be measured is in a stationary state, the control unit heats the heater, and in this state, changes in output values of at least one or both of the upstream and downstream temperature sensors are constant. It is characterized by comprising a control configuration for measuring time, comparing the measurement result with predetermined output characteristic data provided in the control unit, and determining whether foreign matter is adhered to the sensor body from the comparison result. A thermal mass flow sensor.

A sensor body for measuring a flow rate of fluid, a sensor main body having a heater and a temperature sensor provided on both sides of the heater upstream and downstream to detect a temperature rise of the fluid by the heater, and the sensor In the thermal mass flow sensor consisting of the control part of the main body,
When the fluid to be measured is in a stationary state, the control unit heats the heater, and at least one or both of the upstream and downstream temperature sensors when a predetermined time elapses in this state. And a control configuration for comparing the measurement result with a predetermined output value provided in the control unit and determining the presence or absence of foreign matter adhering to the sensor body from the comparison result. Features a thermal mass flow sensor.

A sensor for measuring a flow rate of fluid, a heater, a temperature sensor provided on both sides of the heater upstream and downstream to detect a temperature rise of the fluid by the heater, and an upstream temperature sensor Further, in a thermal mass flow sensor comprising a sensor main body provided on the upstream side and having a temperature sensor for detecting the ambient temperature, and a control unit of the sensor main body,
When the fluid to be measured is in a stationary state, the control unit outputs the output value of the temperature sensor that detects the ambient temperature and the output of at least one of the temperature sensors upstream or downstream of the heater. A thermal mass flow sensor comprising a control configuration for comparing values and determining whether foreign matter has adhered to the sensor body from the comparison result.

A gas combustion apparatus comprising the thermal mass sensor according to any one of claims 1 to 4 in a fuel gas supply path,
When the control means of the gas combustion apparatus is linked to the control unit of the thermal mass flow sensor and shuts off the gas supply to the gas supply path, whether or not foreign matter adheres to the sensor body on the control unit A gas combustion apparatus comprising a control configuration for determining the above.

Provided with a predetermined alarm output means,
The control means comprises a control configuration for notifying foreign matter adhesion to the sensor body through the alarm output means when a determination result that foreign matter adheres to the sensor body is obtained from the control unit. The gas combustion apparatus according to claim 5.

The fuel gas supply path includes foreign matter removing means,
The control means includes a control configuration that operates the foreign matter removing means to remove foreign matter attached to the sensor body when the control unit obtains a determination result that there is foreign matter attached to the sensor body. The gas combustion apparatus according to claim 5.