JP4074102B2 - 流量計測方法及び流量計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流量計測方法及び流量計測装置に係わり、特に、流体を加熱または冷却する熱源と、流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御して、流体の流量を計測するための流量計測方法及び当該方法を実施した流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４に従来の熱型のマイクロフローセンサの構成図を示す。同図に示すように、マイクロフローセンサ１は、図１４中断面で示すガス流路１０の内壁に配設されており、半導体基台１１と、この半導体基台１１上に形成された不図示の薄膜層と、この薄膜層上に形成された上流側、下流側サーモパイル１２、１３及び加熱用のヒータ抵抗器１４とを備えている。また、上述した上流側サーモパイル１２、ヒータ抵抗器１４、下流側サーモパイル１３は、この順で、ガス流路１０内を流れるガスの流れ方向Ｄに沿って、等間隔に配列されている。
【０００３】
上述した構成のマイクロフローセンサ１の原理について以下説明する。ヒータ抵抗器１４は、駆動電流の通電に応じて、加熱を開始する。この結果、ガス流路１０にガスが流れていないときは、ヒータ抵抗器１４付近のガスに熱が伝わり、該ヒータ抵抗器１４付近の上流側、下流側の温度分布は、対称分布となる。つまり、上流側、下流側サーモパイル１２、１３付近の温度が等しい温度に上昇するため上流側、下流側サーモパイル１２、１３の熱起電力はほぼ等しくなり、上流側、下流側サーモパイル１２、１３の熱起電力の差はほぼ０となる。
【０００４】
今、ヒータ抵抗器１４が通電している間、図１４の流れ方向Ｄに向かってガスが流れると、上流側は冷却され降温する。一方、下流側はガスの流れを媒体としてヒータ抵抗器１４から熱伝導が促進され昇温する。この結果、ヒータ抵抗器１４の上流側サーモパイル１２はガスの流れにより、降温されるためその熱起電力が減少し、一方、下流側サーモパイル１３はガスの流れにより、昇温されるためその熱起電力が増加する。流速が増加すると、これに伴って上述した降温分と昇温分も増加するので、上流側、下流側サーモパイル１２、１３が発生する熱起電力の差は流速に応じた出力となる。
【０００５】
そこで、従来の流量計測装置は、上述した上流側、下流側サーモパイル１２、１３が発生する熱起電力の差に、ガス流路１０の断面積などの係数を乗じて流量を演算していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１４に示すようなマイクロフローセンサ１にあっては、ガス流路１０を流れる流体の種類や組成が変わると、上記熱起電力の出力特性も変化してしまう。すなわち、流体の種類や組成が変わると、熱伝導率や比熱、粘性、密度等の流体の物性値が変わるため、ヒータ抵抗器１４で加熱された流体の温度分布が変化して、同じ流量の流体を流しても、その流体の種類や組成によって、熱起電力が変化してしまう。
【０００７】
このため、図１５に示すように、ガス種Ｅの体積流量を計測したときに器差が、ほぼ全流域において、実線で示す検定時の許容器差内となる体積流量演算を行う流量計測装置を用いて、別のガス種Ａ〜Ｃの体積流量を計測すると、その器差が、上記検定時の許容器差内だけでなく、点線で示す使用時の許容器差をも大きく越えてしまい、このままでは製品として出荷することができない。図１６に、ガス種Ａ〜Ｅの成分の一例を示す。すなわち、従来では、流路に流れるガスの種類や組成が変わってしまうと、流量計測精度が悪化するという問題があった。また、従来では、計測するガスを特定し、特定したガス種や組成に応じた流量演算を行う流量計測装置も考えられいた。しかしこの場合、ガス毎に流量演算式の係数を変える必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、流路に流れる流体の物性値が変わっても、正確に流量を計測することができる流量計測方法及び当該流量計測方法を実施した流量計測装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる２つの流体流量を計測するための流量計測方法であって、前記２つの流体は、前記流路に前記流体の一方を流した時に得られる前記センサ出力と、前記流路に前記他方の流体を、前記一方の流体と同一流量、流した時に得られるセンサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた前記クロス時間に定められていることを特徴とする流量計測方法に存する。
【００１０】
請求項４記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる２つの流体流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、前記２つの流体は、前記流路に前記流体の一方のみを流した時に得られる前記センサ出力と、前記流路に前記他方の流体のみを、前記一方の流体と同一流量、流した時に得られるセンサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた前記クロス時間に定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００１１】
請求項１及び４記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却に応じた流体温度の飽和温度がそれぞれ異なる２つの流体であっても、流路に一方の流体のみを流したときの流体温度、または、流体温度に応じた値であるセンサ出力と、流路に他方の流体のみを、一方の流体と同一流量、流したときのセンサ出力とが、熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなれば、熱源の加熱または冷却開始から、クロス時間経過したときに得られるセンサ出力は、流路に流れている流体によって変動することなく、流量のみによって変動する。以上のことに着目して、予め求めたクロス時間を、計測時間として定め、熱源の加熱または冷却開始から、クロス時間経過したときに得られるセンサ出力に基づき、流量を演算する。
【００１２】
従って、物性値が異なり、同じ流量を流したときの熱源の加熱または冷却に応じた流体温度の飽和温度が異なる２つの流体であっても、センサ出力が同一の値となるクロスポイントを計測することにより、流路に流れている流体によって変動することなく、流体の流量のみによって変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、主流体及び該主流体とは異なる物性値を有する複数の副流体の流量を計測するための流量計測方法であって、前記複数の副流体の各々は、前記流路に当該副流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に前記主流体のみを、前記副流体と同一流量、流した時の前記センサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを各々有し、前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定められていることを特徴とする流量計測方法に存する。
【００１４】
請求項５記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、主流体及び該主流体とは異なる物性値を有する複数の副流体の流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、前記複数の副流体の各々は、前記流路に当該副流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に前記主流体のみを、前記副流体と同一流量、流した時の前記センサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲に定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００１５】
請求項２及び５記載の発明によれば、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲には、流体の物性値によってほとんど変動することなく、流量によってのみ変動するセンサ出力が得られる計測時間がある。また、センサ出力を得るタイミングである計測時間を、各クロスポイントに対応するクロス時間の中から、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、変えるなどして、流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力及び上記誤差を含んでいないセンサ出力の両者に基づき、流量を演算すれば、流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づき、流量を演算する場合に比べて、流体の物性値に依存する計測誤差を小さくすることができる。以上のことに着目し、予め求められた複数のクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で、計測時間を定め、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに得られるセンサ出力に基づき、流量を演算する。
【００１６】
従って、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定めた計測時間経過したセンサ出力に基づき、流量を演算することにより、流路に流れている流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる少なくとも３つ以上の流体流量を計測するための流量計測方法であって、前記３つ以上の流体の各々は、前記流路に当該流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に当該流体以外の他の流体を、当該流体と同一流量、流した時の前記センサ出力の少なくとも１つとが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定められていることを特徴とする流量計測方法に存する。
【００１８】
請求項６記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる少なくとも３つ以上の流体流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、前記３つ以上の流体の各々は、前記流路に当該流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に当該流体以外の他の流体を、当該流体と同一流量、流した時の前記センサ出力の少なくとも１つとが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００１９】
請求項３及び６記載の発明によれば、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲には、流体の物性値によってほとんど変動することなく、流量によってのみ変動するセンサ出力が得られる計測時間がある。また、センサ出力を得るタイミングである計測時間を、各クロスポイントに対応するクロス時間の中から、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、変えるなどして、流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力及び上記誤差を含んでいないセンサ出力の両者に基づき、流量を演算すれば、流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づき、流量を演算する場合に比べて、流体の物性値に依存する計測誤差を小さくすることができる。以上のことに着目し、予め求められた複数のクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で、計測時間を定め、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに得られるセンサ出力に基づき、流量を演算する。
【００２０】
従って、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定めた計測時間経過したセンサ出力に基づき、流量を演算することにより、流路に流れている流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項４記載の流量計測装置であって、前記物性値の異なる２つの流体は、炭化水素系ガス、または、該炭化水素系の単一ガスから組成される混合流体であることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項５又は６記載の流量計測装置であって、前記物性値の異なる複数の流体は、炭化水素系のガス、または、該炭化水素系の単一ガスから組成される混合流体であることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００２３】
請求項７及び９記載の発明によれば、物性値の異なる２つ、又は、複数の流体は、炭化水素系のガス、または、該炭化水素系の単一ガスから組成される混合流体である。本発明者らによって、物性値の異なる炭化水素系のガス同士が、クロスポイントを有することを確認されている。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項４又は７記載の流量計測装置であって、前記物性値の異なる２つの流体は、複数の単一流体から組成される混合流体をであり、かつ、前記単一流体の混合割合が互いに異なることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項５、６、又は９記載の流量計測装置であって、前記物性値の異なる複数の流体は各々、複数の単一流体から組成される混合流体から成り、前記混合流体同士は、前記単一流体の混合割合が互いに異なることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００２６】
請求項８及び１０記載の発明によれば、物性値の異なる２つ、又は、複数の流体は、複数の単一流体から組成される混合流体であり、かつ、単一流体の混合割合が互いに異なるものである。従って、流路に流れる混合流体の物性値が混合割合の変動によって変わっても、センサ出力が等しくなるクロスポイントを計測することにより、混合割合の変動の影響を受けることなく、流体の流量のみによって変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、複数の単一流体の混合割合が互いに異なる複数の混合流体の流体流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、前記混合流体は、３種以上の単一流体から組成され、前記各混合流体を構成する流体のうち、最も多く含まれている単一流体は、前記流路に当該単一流体のみを流したときの前記センサ出力と、前記混合流体を構成する単一流体のうち、２番目に多く含まれている単一流体のみを流した時の前記センサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた前記クロス時間に定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００２８】
請求項１１記載の発明によれば、３種以上の混合流体の物性値は、混合流体を構成する流体のうち、最も多く含まれる流体と、２番目に多く含まれている流体との物性値に大きく依存することに着目し、物性値の異なる複数の流体として、混合流体を構成する３種以上の単一流体をさらに含め、計測時間を、流路に、混合流体を構成する流体のうち、最も多く含まれている流体のみを流したときのセンサ出力と、流路に、混合流体を構成する流体のうち、２番目に多く含まれている流体のみを、最も多く含まれている流体と同一流量、流したときのセンサ出力とのクロス時間に、予め定める。従って、流路に流れている３種以上の混合流体の物性値が混合割合の変動しても、ほとんど変動せず、流量のみにより変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、前記計測時間は、前記予め求められた複数のクロス時間の平均時間に、予め定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３０】
請求項１２記載の発明によれば、流路に流れている流体、または、混合流体の物性値が変わっても、ほとんど変動することなく、流量によってのみ変動するセンサ出力が得られる計測時間は、複数のクロス時間の平均時間であると推測されることに着目し、計測時間を、複数のクロス時間の平均時間に予め定めている。従って、流路に流れている流体、または、混合流体の物性値によって、ほとんど変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００３１】
請求項１３記載の発明は、請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、前記計測時間は、前記予め求められた複数のクロス時間の何れか１つに、予め定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３２】
請求項１３記載の発明によれば、複数のクロス時間の何れか一つに、計測時間が予め定められいる。従って、計測時間に定められているクロス時間で、クロスポイントを有していない流体であっても、そのクロス時間でのセンサ出力がクロスポイントを有している２つの流体のセンサ出力に対して許容範囲にあれば、流路に流れている流体、または、混合流体の物性値によって、ほとんど変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、前記熱源の加熱または冷却が開始される毎に、前記予め求められた複数のクロス時間の１つをランダムに選択し、該選択したクロス時間を、前記計測時間として定めるランダム選択手段をさらに備えることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３４】
請求項１４記載の発明によれば、ランダム選択手段が、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、複数のクロス時間の１つをランダムに選択し、該選択したクロス時間を、計測時間として定める。従って、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、計測時間を、複数のクロス時間の中から、ランダムに変えることにより、流路に流れる流体、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力及び上記誤差を含んでいないセンサ出力の両者に基づき、流量を演算することができ、流路に流れる流体の物性値、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づいて、流量演算が行われる場合に比べて、流体、または、混合流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができる。
【００３５】
請求項１５記載の発明は、請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、前記熱源の加熱または冷却が開始される毎に、前記予め求められた複数のクロス時間の１つを予め定めた順番に従って選択し、該選択したクロス時間を、前記計測時間として定める順次選択手段をさらに備えることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３６】
請求項１５記載の発明によれば、順次選択手段が、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、複数のクロス時間の１つを予め定めた順番に従って選択し、選択したクロス時間を、計測時間として定める。従って、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、計測時間を、複数のクロス時間の中から、予め定めた順番に従って変えることにより、流体、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力及び上記誤差を含んでいないセンサ出力の両者に基づき、流量を演算することができ、流体、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づいて、流量演算が行われる場合に比べて、流体、または、混合流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができる。
【００３７】
請求項１６記載の発明は、請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、前記計測時間は、前記予め求められた複数のクロス時間のうち、少なくとも２つ以上の複数さだめられ、前記流量演算手段は、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記各計測時間を経過する毎に得られる前記センサ出力の平均に基づき、前記流体を演算することを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３８】
請求項１６記載の発明によれば、計測時間が、複数のクロス時間のうち、少なくとも２つ以上の複数定められている。流量演算手段が、熱源の加熱または冷却開始から、各計測時間を経過する毎にえられるセンサ出力の平均に基づき、流体を演算する。
【００３９】
従って、複数のクロス時間のうち、計測時間を、少なくとも２つい上の複数定め、複数定められた計測時間を経過する毎にセンサ出力を得ることによって、流体、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力及び誤差を含んでいないセンサ出力の両方の平均値に基づき、流量を演算することができる。このため、流体、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づいて、流量演算が行われる場合に比べて、流体、または、混合流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができる。
【００４０】
請求項１７記載の発明は、請求項４、７、８及び１３〜１５何れか１項に記載の流量計測装置であって、前記流量演算手段は、前記計測時間に定められた前記クロス時間を挟んだ前後期間における前記センサ出力の積分値に基づいて前記流体流量を計測し、前記前後期間は、前記計測時間に定められた前記クロス時間経過後に前記センサ出力が等しくなる２つの流体の１つのみを流したときの前記前後期間における前記センサ出力の積分値と、前記他の流体を前記１つの流体と同一流量、流したときの前記前後期間における前記センサ出力の積分値とが等しくなる期間に定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
請求項１８記載の発明は、請求項１６に記載の流量計測装置であって、前記流量演算手段により、前記計測時間に定められた複数の前記クロス時間の各々を挟んだ各前後期間における前記センサ出力の積分値の平均に基づいて前記流体流量が計測され、そして、前記前後期間が、前記計測時間に定められた前記クロス時間経過後に前記センサ出力が等しくなる２つの流体の１つのみを流したときの前記前後期間における前記センサ出力の積分値と、前記他の流体を前記１つの流体と同一流量、流した時の前記前後期間における前記センサ出力の積分値とが等しくなる期間に定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００４１】
請求項１７及び１８記載の発明によれば、流量演算手段が、計測時間に得られたセンサ出力として、計測時間に相当するクロス時間を挟んだ前後期間におけるセンサ出力の積分値を用いる。前後期間は、クロス時間経過後に同一の値となる２つの流体の１つを流した時の前後期間におけるセンサ出力の積分値と、他の流体を、１つの流体と同一流量、流した時の前後期間におけるセンサ出力の積分値とが等しくなる期間に定められている。しかも、積分値を用いることにより、センサ出力に生じるノイズに起因した誤差を小さくすることができる。
【００４２】
請求項１９記載の発明は、請求項４〜１８何れか１項記載の流量計測装置であって、前記センサ出力は、前記熱源の加熱または冷却開始からの前記温度センサが計測した流体温度の積分値、または、該積分値に応じた値であることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００４３】
請求項１９記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却開始からの温度センサが計測した流体温度の積分値、または、該積分値に応じた値を、センサ出力とする。従って、センサ出力として、積分値を用いることにより、流体に応じたセンサ出力の分解能を高くすることができる。しかも、積分値を用いることにより、温度センサが計測した流体温度に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができる。
【００４４】
請求項２０記載の発明は、請求項４〜１８何れか１項記載の流量計測装置であって、前記センサ出力は、前記熱源の加熱または冷却開始から予め定めた遅延時間経過してからの前記温度センサが計測した流体温度の積分値、または、該積分値に応じた値であることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００４５】
請求項２０記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却開始から予め定めた遅延時間経過してからの温度センサが計測した流体温度の積分値、または、該積分値に応じた値を、センサ出力とする。従って、センサ出力として、積分値を用いることにより、流体に応じたセンサ出力の分解能を高くすることができる。しかも、積分値を用いることにより、温度センサが計測した流体温度に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができる。また、熱源の加熱または冷却開始から遅延時間経過した後の積分値を用いることにより、熱源の加熱または冷却開始直後であって、温度センサまで熱源からの熱が伝達されていない、または、ほとんど伝達されていないときの流体温度を積分値に加えることがなく、流量以外の不確定要素の影響を除去することができる。
【００４６】
請求項２１記載の発明は、請求項４〜２０何れか１項記載の流量計測装置であって、前記フローセンサが、横側温度センサをさらに有し、前記横側温度センサと前記熱源とが、前記流体の流れ方向と略直交方向に並べて配置され、そして、前記流量演算手段が、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに得られる前記センサ出力を、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに、前記横側温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値で、除算する除算手段を有し、そして、前記除算手段で求められた除算値に基づいて前記流量を演算することを特徴とする流量計測装置に存する。
【００４７】
請求項２１記載の発明によれば、フローセンサが、横側温度センサを有する。流量演算手段内の除算手段が、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに得られるセンサ出力を、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに、横側温度センサが計測した流体温度で、除算する。流量演算手段が、その除算値に基づき、流量を演算する。従って、横側温度センサが計測した流体温度は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を横側温度センサが出力した流体温度で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００４８】
請求項２２記載の発明は、請求項２１記載の流量計測装置であって、前記横側温度センサは、前記流体の流れ方向と略直交方向における前記熱源の両側に各々配置され、前記除算手段は、前記両横側温度センサが計測した流体温度の和、または、該和に応じた値で除算することを特徴とする流量計測装置に存する。
【００４９】
請求項２２記載の発明によれば、横側温度センサは、流体の流方向と略直交する方向における熱源の両側に各々配置されている。除算手段が、両横側温度センサが計測した流体温度の和、または、この和に応じた値で除算する。従って、両横側温度センサが計測した流体温度の和は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を両横側温度センサが出力した流体温度の和で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００５０】
請求項２３記載の発明は、請求項４〜２０何れか１項記載の流量計測装置であって、前記温度センサは、前記流体の流れ方向の上下流側に各々配置された上下流側温度センサを有し、前記センサ出力は、前記上下流側温度センサが計測した流体温度の差、または、該差に応じた値であり、前記流量演算手段は、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに得られる前記センサ出力を、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに、前記上下流側温度センサが計測した流体温度の和、または、該和に応じた値で、除算する除算手段を有し、当該除算値に基づき、前記流量を演算することを特徴とする流量計測装置に存する。
【００５１】
請求項２３記載の発明によれば、温度センサは、流体の流方向の上下流側に各々配置された上下流側温度センサを有する。センサ出力は、上下流温度センサが計測した流体温度の差、または、該差に応じた値である。除算手段が、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに得られるセンサ出力を、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに、上下流側温度センサが計測した流体温度の和、または、該和に応じた値で、除算する。流量演算手段が、除算値に基づき、前記流量を演算する。
【００５２】
従って、上下流側温度センサが計測した流体温度の和は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を上下流側温度センサが出力した流体温度の和で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００５３】
請求項２４記載の発明は、請求項４〜２３何れか１項記載の流量計測装置であって、前記流量演算手段は、前記センサ出力に基づき、熱量流量を演算することを特徴とする流量計測装置に存する。
【００５４】
請求項２４記載の発明によれば、流量演算手段が、センサ出力に基づき、熱量流量を演算する。従って、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の流量計測方法を実施した流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータの一実施の形態を示す回路図である。同図に示すように、電子式ガスメータは、マイクロフローセンサ１、減算部２、加算部３、積分回路４及び５、Ａ／Ｄコンバータ６及び７、マイクロコンピュータ８（以下、μＣＯＭ８と略記する）及び表示部９を備えている。
【００５６】
マイクロフローセンサ１（＝フローセンサ）は、図２に示すように電子式ガスメータ内のガス流路１０の内壁に配置された半導体基台１１と、この半導体基台１１上にそれぞれ形成された上下流側温度センサとしての上流側サーモパイル１２（＝上流側温度センサ）及び下流側サーモパイル１３（＝下流側温度センサ）と、加熱用のヒータ抵抗器１４（＝熱源）とを備えている。
【００５７】
上記上流側サーモパイル１２、ヒータ抵抗器１４、下流側サーモパイル１３は、この順で、ガス流路１０内を流れるガスの流れ方向Ｄの上流側から、流れ方向Ｄに沿って等間隔で配列される。また、マイクロフローセンサ１は、ヒータ抵抗器１４の両側にガス流路１０中のガスの流方向Ｄと略垂直方向にそれぞれ配置された、横側温度センサとしての右側及び左側サーモパイル１５、１６さらにを備えている。
【００５８】
上述した従来で、説明したように、ヒータ抵抗器１４が駆動電流により加熱を行っている間、上流側、下流側サーモパイル１２、１３から発生される熱起電力の差は、ガス流速に応じた値となる。
【００５９】
これに対して、ヒータ抵抗器１４が駆動電流により加熱を行っている間、ヒータ抵抗器１４から発生した熱は、ガス流速の影響を受けずに、ガスの熱拡散効果のみによって、ヒータ抵抗器１４に対してガスの流方向Ｄと略直交方向に配置された右側サーモパイル１５に伝達される。また、ヒータ抵抗器１４に対してガスの流れ方向Ｄと略直交方向に配置された左側サーモパイル１６にも、同様の熱が伝達される。このため、右側サーモパイル１５及び左側サーモパイル１６が発生する熱起電力は、熱伝達と熱拡散、比熱などによって決定される熱拡散定数などのガスの物性値に応じた値となる。
【００６０】
また、減算部２は、差動アンプなどからなり、上流側サーモパイル１２が発生する熱起電力と、下流側サーモパイル１３が発生する熱起電力との差である差信号Ｓ１を増幅して出力する。加算部３は、右側サーモパイル１５が発生する熱起電力と、左側サーモパイル１６が発生する熱起電力とを加算した和信号Ｓ２を増幅して出力する。
【００６１】
積分回路４は、ヒータ抵抗器１４が加熱を行っている間、減算部２から出力される差信号Ｓ１を積分して、積分差信号Ｓ３として出力する。積分回路５は、ヒータ抵抗器１４が加熱を行っている間、加算部３から出力される和信号Ｓ２を積分して、積分和信号Ｓ４として出力する。上記積分差信号Ｓ３及び積分和信号Ｓ４は、それぞれ、Ａ／Ｄコンバータ６、７でデジタル信号に変換されてμＣＯＭ８に入力される。なお、上述した積分回路４、５は、μＣＯＭ８に接続され、μＣＯＭ８により、積分のタイミングなどが制御されている。
【００６２】
上述したμＣＯＭ８は、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ８ａ）、ＣＰＵ８ａが行う処理のプログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ８ｂ、ＣＰＵ８ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ８ｃなどを内蔵し、これらが図示しないバスラインによって相互接続される。
【００６３】
上述した構成の電子式ガスメータの動作を、ＣＰＵ８ａの処理手順を示す図３のフローチャートを参照して以下説明する。
ＣＰＵ８ａは例えば電池電源の投入によって動作を開始し、図示しない初期ステップにおいて、μＣＯＭ８内のＲＡＭ８ｃに形成した各種のエリアの初期設定を行ってからその最初のステップＳ１に進む。
【００６４】
ステップＳ１において、ＣＰＵ８ａは、ヒータ抵抗器１４に対して駆動電流を流し、ヒータ抵抗器１４による加熱を開始させる。このヒータ抵抗器１４による加熱に応じて、減算部２からは流速に応じた差信号Ｓ１が、加算部３からはガスの物性値に応じた和信号Ｓ２が出力される。ヒータ抵抗器１４の加熱開始と同時に、ＣＰＵ８ａは、例えば、減算部２−積分回路４間、加算部３−積分回路５間にそれぞれ設けられた図示しないスイッチをオンすることにより、積分回路４、５による差信号Ｓ１、和信号Ｓ２の積分を開始させる。
【００６５】
次に、ＣＰＵ８ａは、ヒータ抵抗器１４による加熱を開始してから、予め定めた計測時間経過するのを待って（ステップＳ２でＹ）、ヒータ抵抗器１４による加熱を停止させると共に、積分回路４、５による差信号Ｓ１、和信号Ｓ２の積分を停止する（ステップＳ３）。
【００６６】
その後、ＣＰＵ８ａは、Ａ／Ｄコンバータ６、７から出力されるセンサ出力としての積分差信号Ｓ３、積分和信号Ｓ４のデジタル値を取り込み（ステップＳ４）、除算手段として働き、積分差信号Ｓ３のデジタル信号を、積分和信号Ｓ４のデジタル値で除算する除算処理を行う（ステップＳ５）。
【００６７】
次に、ＣＰＵ８ａは、流量演算手段として働き、除算処理で求められた除算値に基づき、ガスの熱量流量（ＫＷ／ｈ）を演算する流量演算処理を行う（ステップＳ６）。その後、ＣＰＵ８ａは、演算された熱量流量を積算し、その積算値を、表示部９に表示する流量積算処理を行う（ステップＳ７）。なお、熱量流量は、単位時間当たりにガス流路１０内を通過するガスの熱量に相当する。
【００６８】
上記計測時間の定め方について説明する。まず、２種類の単一ガスであるメタンガス及びエタンガスの熱量流量を計測するときについて、図４を参照にして説明する。図４（ａ）は、ガス流路１０にメタンガス（ＣＨ4）及びエタンガス（Ｃ2Ｈ6）をそれぞれ所定流量α、流したときのヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフであり、図４（ｂ）は、ガス流路１０にメタンガス及びエタンガスをそれぞれ所定流量β、流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフであります。
【００６９】
同図から明らかなように、メタンガスとエタンガスは以下に示す関係がある。つまり、ガス流路１０にエタンガスを流したときのガス温度は、ガス流路１０にメタンガスを流したときのガス温度と、ヒータ抵抗器１４の加熱開始からクロス時間Ｔ１経過後に等しくなるクロスポイントＰ１を有している。そして、クロスポイントＰ１が現れるクロス時間Ｔ１は、流量が変わっても変化しない。これは、メタンガスが飽和温度Ｔｐ１α、Ｔｐ１βに達する温度上昇率が、エタンガスが飽和温度Ｔｐ２α、Ｔｐ２βに達するまでの温度上昇率より高く、かつ、メタンガスの飽和温度Ｔｐ１α、Ｔｐ１βがエタンガスの飽和温度Ｔｐ２α、Ｔｐ２βより小さいためである。
【００７０】
従って、上記ガス温度の積分値に応じる積分差信号Ｓ３についても同様のことが言える。すなわち、図５に示すように、ガス流路１０にエタンガスを流したとき出力される積分差信号Ｓ３も、ガス流路１０にメタンガスを流したとき出力される積分差信号Ｓ３と、ヒータ抵抗器１４の加熱開始からクロス時間Ｔ１′（＞Ｔ１）経過後に同一の値となるクロスポイントＰ１′を有している。
【００７１】
上述したヒータ抵抗器１４の加熱開始からクロス時間Ｔ１′経過後に得られる積分差信号Ｓ３は、流路に流れるガスが、メタンガスからエタンガス、エタンガスからメタンガスに変わっても、変動することなく、熱量流量によってのみ変動する。従って、このクロス時間Ｔ１′を計測時間として定め、ヒータ抵抗器１４の加熱開始後、計測時間経過後に得られた積分差信号Ｓ３を基に、予め定めた演算式を用いて熱量流量を演算すれば、１つの演算式で、メタンガス及びエタンガスの両者を、正確に流量を計測することができる。
【００７２】
なお、上述したクロスポイントを有するガスは、メタンガスとエタンガスとに限ったものでなく、種類が異なる２つの炭化水素系の単一ガスや、炭化水素系の単一ガスから構成される混合ガスであれば、どんな組み合わせであってもクロスポイントを有すると考えられる。これは、炭化水素系のガスは、炭素（Ｃ）が多いほど、熱容量が大きくなって、飽和温度が高くなり、かつ、熱伝導率が小さくなり、飽和温度に達するまでの、温度上昇率が低くなるからである。
【００７３】
次に、３種類以上のガス、例えば、ガス種Ｆ〜Ｉの流量を計測する場合の計測時間の定め方について、図６を参照して説明する。図６は、ガス流路１０にガス種Ｆ〜Ｉをそれぞれ単独で流したときのヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフである。なお、ガス種Ｆは、例えば、エタンガスのみから構成させる単一ガスであり、ガス種Ｇは、エタン９０％、メタン１０％の混合ガスであり、ガス種Ｈは、エタン５０％、メタン１０％の混合ガスである。
【００７４】
図中、ＰFGはガス種Ｆのガス温度及びガス種Ｇのガス温度、ＰFHはガス種Ｆのガス温度及びガス種Ｈのガス温度、ＰFIはガス種Ｆのガス温度及びガス種Ｉガス温度のクロスポイントである。また、ＰGHはガス種Ｇのガス温度及びガス種Ｈのガス温度、ＰGIはガス種Ｇのガス温度及びガス種Ｉのガス温度、ＰHIはガス種Ｈのガス温度及びガス種のガス温度とのクロスポイントである。このように、３種類以上のガスの場合、例えば、６つのクロスポイントＰFG、ＰFH、ＰFI、ＰGH、ＰGI及びＰHIが存在する。
【００７５】
従って、上記ガス温度の積分値に応じる積分差信号Ｓ３についても同様に、図７に示すように、６つのクロスポイントＰFG′、ＰFH′、ＰFI′、ＰGH′、ＰGI′及びＰHI′が存在することが明らかである。例えば、ガス種Ｉをメインに計測したい場合について考える。
【００７６】
この場合、ガス種Ｉ以外の全てのガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３が、ガス種Ｉの積分差信号Ｓ３に対して、許容範囲内となる時間は、ガス種Ｉの積分差信号Ｓ３とガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３とのクロスポイントＰFI′、ＰGI′及びＰHI′に対応するクロス時間ＴFI′、ＴGI′及びＴHI′のうち、最も短い時間であるクロス時間ＴHI′以上、最も長い時間ＴFI′以下の範囲Ａに存在すると考えられる。
【００７７】
これは、範囲Ａ内であれば、ガス種Ｉの積分差信号Ｓ３と、ガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のズレ量をそれぞれ、図７中に示すズレ量ΔＸ及びズレ量ΔＹのうち大きい方のズレ量より小さくすることができるからである。なお、ズレ量ΔＸは、上記クロス時間ＴHI′におけるガス種Ｉの積分差信号Ｓ３と、クロス時間ＴH1′におけるガス種Ｆ〜Ｇの積分差信号Ｓ３とのズレ量のうち、最大のものである。また、ズレ量ΔＹは、上記クロス時間ＴFI′におけるガス種Ｉの積分差信号Ｓ３と、クロス時間ＴFI′におけるガス種Ｆ〜Ｇの積分差信号Ｓ３とのズレ量のうち、最大のものである。
【００７８】
そこで、上記範囲Ａ内の中から、ガス種Ｉ以外の全てのガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３が、ガス種Ｉの積分差信号Ｓ３に対して、許容範囲内となる時間を求め、求めた時間と計測時間として予め定める。このように計測時間を予め定めれば、ガス種Ｆ〜Ｉの物性値の違いによる変動を、許容範囲内に納めることができ、流量によってのみ変動する積分差信号Ｓ３が得られる。このため、流量によってのみ変動する積分差信号Ｓ３に基づき、熱量流量を演算することができ、１つの電子式ガスメータで、ガス種Ｆ〜Ｉの流量を計測することができる。なお、上記クロス時間ＴHI′、ＴGI′及びＴFI′の平均時間を、上記許容範囲内となる時間と推測して定めることも考えられる。
【００７９】
これに対して、特にメインのガス種を定めない場合について考える。この場合、ガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のバラツキが、許容範囲内となる時間は、全てのクロスポイントＰFG′、ＰFH′、ＰFI′、ＰGH′、ＰGI′及びＰHI′に対応するクロス時間ＴFG′、ＴFH′、ＴFI′、ＴGH′、ＴGI′及びＴHI′のうち、最も短い時間であるクロス時間ＴHI′以上、最も長い時間ＴFG′以下の範囲Ｂに存在すると考えられる。
【００８０】
これは、範囲Ｂ内であれば、ガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のバラツキを、それぞれ、図７中に示すズレ量ΔＸ及びズレ量ΔＺのうち大きい方のズレ量の範囲内に抑えることができるからである。なお、ズレ量ΔＸは、上記クロス時間ＴHI′におけるガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のバラツキのうち、最大のものである。また、ズレ量ΔＹは、上記クロス時間ＴFI′におけるガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のバラツキのうち、最大のものである。
【００８１】
そこで、上記範囲Ｂ内の中から、ガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のバラツキが、許容範囲内となる時間を求め、求めた時間を計測時間として予め定める。このように計測時間を予め定めれば、ガス種Ｆ〜Ｉの物性値の違いによる変動を、許容範囲内に納めることができ、流量によってのみ変動する積分差信号Ｓ３が得られる。このため、流量によってのみ変動する積分差信号Ｓ３に基づき、熱量流量を演算することができ、１つの電子式ガスメータで、ガス種Ｆ〜Ｉの流量を計測することができる。なお、クロス時間ＴFG′、ＴFH′、ＴFI′、ＴGH′、ＴGI′及びＴHI′の平均時間を、上記許容範囲内となる時間と推測して定めることも考えられる。
【００８２】
なお、上述した第１実施形態では、ガス種Ｆ〜Ｉの４つの流量を正確に計測できると述べた。ところで、メタンとエタンとの混合割合が、エタン１０％〜５０％、メタン５０％〜９０％の範囲である混合ガスであれば、その混合ガスの積分差信号Ｓ３とガス種Ｉとの積分差信号Ｓ３とのクロスポイントは、クロス時間ＴHI′より長く、かつ、クロス時間ＴGI′より短いに現れる。
【００８３】
また、上記範囲内の混合ガスの積分差信号Ｓ３と、他のガス種の積分差信号Ｓ３は、クロス時間ＴHI′より長く、かつ、クロス時間ＴFG′より短い時間に現れる。これは、混合ガスは、メタンの割合が高くなるほど、ヒータ抵抗器１４の加熱に応じた温度上昇率が高くなり、かつ、飽和温度が小さくなると考えられるからである。すなわち、何れのクロスポイントも、範囲Ａや範囲Ｂ内に現れるため、上記第１実施形態は、ガス種Ｆ〜Ｉの４つのガスだけでなく、メタンとエタンとの混合割合が、エタン１０％〜５０％、メタン５０％〜９０％の範囲である混合ガスの熱量流量についても高い精度で計測することができる。
【００８４】
ここで、上述した電子式ガスメータの効果について、実験データを参照して説明する。図８及び図９は、ガス種Ａ〜Ｅの積分差信号Ｓ３によってできるクロスポイントのうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲内となる計測時間（例えば１０msec）を定めた電子式ガスメータを用いて、ガス種Ａ〜Ｅの熱量流量を計測したときの熱量流量と器差との関係を示すグラフである。
【００８５】
但し、図８は、積分差信号Ｓ３を、積分和信号Ｓ４で除算した値に基づいて、熱量流量を演算したものであり、図９は、上記除算を行わないで、積分差信号Ｓ３のみに基づいて、熱量流量を演算したものである。図中、実線は検定時の許容器差を、点線は使用時の許容器差をそれぞれ示す。同図に示すように、上述した電子式ガスメータは、計測するガスの種類や組成が変わって、物性値が変わっても、ほぼ全流域において、その器差を使用時の許容器差内とすることができている。
【００８６】
これに対して、ヒータ抵抗器１４の加熱開始後、上流側サーモパイル１２及び下流側サーモパイル１３の熱起電力が飽和する飽和時間よりも長い時間に時間に上記計測時間（例えば２０msec）を定めた電子式ガスメータを用いて、ガス種Ａ〜Ｅの熱量流量を計測したときは、図１０及び図１１に示すような、熱量流量と器差との関係との関係が得られる。
【００８７】
但し、図１０は、差信号Ｓ１を、和信号Ｓ２で除算した値に基づいて、熱量流量を演算したものであり、図１１は、上記除算を行わないで、差信号Ｓ１のみに基づいて、熱量流量を演算したものである。
【００８８】
上記図８及び図１０を比べて、または、図９及び図１１を比べてみても明らかなように、計測時間を、ヒータ抵抗器１４の加熱開始から、ガス種Ａ〜Ｅの積分差信号Ｓ３によってできるクロスポイントのうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲内とした方が、計測時間を、ヒータ抵抗器１４の加熱開始から上記飽和時間より長い時間としたときに比べて、ガス種Ａ〜Ｅの違いによる器差のバラツキが小さいことがわかる。
【００８９】
また、図８及び図９を比べて、または、図１０及び図１１を比べて見ても明らかなように、左右側サーモパイル１４及び１５の出力に応じた値である和信号Ｓ２や、積分和信号Ｓ４で除算を行う方が、除算を行わない場合に比べて、ガス種Ａ〜Ｅの違いによる器差のバラツキが小さいことがわかる。
【００９０】
これは、図１２に示すように、物性値が各々異なる複数のガスを、同一流量、それぞれ流した時に、ヒータ抵抗器１４によって加熱した結果、ガス温度が高くなるガスほど、左右側サーモパイル１４及び１５の出力和も、大きくなる。即ち、左右側サーモパイル１４及び１５の出力和が、物性値に応じた値となるからである。
【００９１】
上記物性値に応じた値となるのは、左右側サーモパイル１４及び１５の出力和だけでなく、左右側サーモパイル１４及び１５の何れか１つの出力や、上下流側サーモパイル１２及び１３の出力の和についても言える。従って、左右側サーモパイル１４及び１５の何れか一方の出力や、上下流側サーモパイル１２及び１３の出力の和や、また、それらに応じた値で、除算しても、ガス種Ａ〜Ｅの違いによる器差のバラツキが小さくなることができる。
【００９２】
また、上述した第１実施形態は、差信号Ｓ１の積分値である積分差信号Ｓ３に基づいて、熱量流量を演算している。このように、積分値に基づくことにより、上下流側サーモパイル１２及び１３の出力に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができる。
【００９３】
なお、上述した実施形態では、ヒータ抵抗器１４の加熱開始からの積分値である積分差信号Ｓ３に基づき、熱量流量を計測していた。しかしながら、ヒータ抵抗器１４による加熱直後の差信号Ｓ１は、上流側サーモパイル１２及び１３にその熱が全く、または、ほとんど伝達されておらず、流量以外の不確定要素に応じて変動してしまうことがある。
【００９４】
そこで、μＣＯＭ８が、積分回路４及び５を制御して、ヒータ抵抗器１４の加熱開始から予め定めた遅延時間経過してから、差信号Ｓ１の積分を開始させる。そして、上記遅延時間経過してからの積分和信号Ｓ４のクロスポイントに基づき、上述したように計測時間を定めれば、上記不確定要素の影響を除去して、より一層、計測精度を向上させることができる。
【００９５】
また、上述した第１実施形態では、クロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定めた、例えば、各クロス時間の平均値などを、計測時間として定めていた。しかしながら、複数のクロスポイントのうち、クロスポイントでクロスする２種のガス以外のガスを流した時のセンサ出力である差信号Ｓ１や、積分差信号Ｓ３が、上記２種のガスを流した時のセンサ出力である差信号Ｓ１や、積分差信号Ｓ３に対して、許容範囲内となれば、そのクロスポイントに応じたクロス時間を計測時間として定めても良い。
【００９６】
また、上述した第１実施形態では、２種の混合ガスについて述べた。しかしながら、例えば、３種以上の混合ガスに対しても適用することができる。
【００９７】
ところで、３種以上の混合ガスを計測したい場合は、混合ガスを構成するガスのうち、最も多く含まれる単一ガスと、２番目に多い単一ガスとのクロスポイントに応じたクロス時間を計測時間として定めることが考えられる。これは、３種以上の混合ガスの物性値は、最も多い単一ガスと２番目に多い単一ガスとの影響が大きいからである。
【００９８】
第２実施形態
なお、上述した第１実施形態では、複数存在するクロスポイントのうち、ヒータ抵抗器１４の加熱開始からの時間が最も短い時間以上、短い時間以下の範囲で定めた一点を計測時間としていた。しかしながら、ヒータ抵抗器１４の加熱が開始される毎に、μＣＯＭ８をランダム選択手段、順次選択手段として働かせ、上記計測時間を、複数のクロスポイントに対応するクロス時間の中からランダムに、または、予め定めた順番に従って変えることも考えられる。ここで、積分回路や、除算を行わないで、センサ出力として差信号Ｓ１を用いる場合について考えてみる。
【００９９】
各ガス種Ｆ〜Ｉ毎に、図６に示すような、差信号Ｓ１が得られたとする。このとき、ガス種Ｉを請求項中の主流体として、該ガス種Ｉを流した時の差信号Ｓ１に基づいて熱量流量を演算したとき、器差が小さくなるような演算式が設定されているとする。このとき、計測時間を、クロスポイントＰHIに応じたクロス時間ＴHIとしたとき、ガス流路１０に流れているガスがガス種Ｇであった場合、上記演算式で演算を行うと、ガス種Ｈとガス種Ｇとの差ΔＶに応じた誤差が生じてしまう。
【０１００】
ところが、次の加熱に応じて、計測時間が、クロスポイントＰGIに応じたクロス時間ＴHIに変わると、ガス種Ｉとガス種Ｇとの差信号Ｓ１が一致するため、計測誤差がない。このように、計測時間を変えることにより、誤差を含んでいる差信号Ｓ１と、誤差をほとんど含んでいない差信号Ｓ１との両者に基づき、流量を計測することができるため、計測時間をクロス時間ＴHIに一点に固定して、常に差ΔＶに応じた誤差を含んだ差信号Ｓ１に基づいて、流量演算を行っている場合に比べて、計測精度が向上する。なお、計測時間を変えることにより、同一流量のガス種Ｉを流しても、差信号Ｓ１が変動してしまう。このため、上述したように計測時間を変える場合は、計測時間が変わっても、差信号Ｓ１が変動しないように補正する必要がある。
【０１０１】
また、計測時間を、例えば、各クロスポイントＰHI、ＰGI及びＰFIに対応するクロス時間ＴHI、ＴGI及びＴFIの複数定め、複数定めらた計測時間経過する毎に、得られる差信号Ｓ１の平均に基づいてもよい。この場合、上記計測時間を変えるものと同様の理由で計測精度を向上することができる。しかも、この平均に基づいて流量を演算するものは、上記補正を行う必要がなくなる。
【０１０２】
上述したように、ガス種Ｆ〜ガス種Ｉから主流体を特に定めない場合は、クロスポイントＰHI、ＰGI、ＰGH、ＰFI、ＰFH及びＰFGに対応するクロス時間ＴHI、ＴGI、ＴGH、ＴFI、ＴFH及びＴFGの中からランダムに、または、予め定めた順番に従って変えたり、計測時間を複数定めてもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態のように、計測時間を、各クロスポイントに対応するクロス時間とするものは、例えば、その計測時間であるクロス時間に得られる差信号Ｓ１として、クロス時間を挟んだ前後期間ＴBAにおける差信号Ｓ１の積分値でもよい。なお、前後期間ＴBAは、図１３に示すように、各クロスポイント毎に各々定められ、対応するクロスポイントでクロスする２つのガスの１つを流した時の前後期間ＴBAにおける差信号Ｓ１の積分値と、他のガスを流した時の差信号Ｓ１の積分値とが等しくなる期間に定められている。この場合も、第１実施形態で説明したように、積分することにより、差信号Ｓ１に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができる。
【０１０４】
また、上述した実施形態では、熱源としてヒータ抵抗器１４を用いていた。しかしながら、熱源として、冷却器を用いても同様の効果が得られる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び４記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却に応じた流体温度の飽和温度が異なる２つの流体であっても、センサ出力が等しくなるクロスポイントを計測することにより、流路に流れている流体の物性値によって変動することなく、流体の流量のみによって変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる流体が、一方の流体から他方の流体に、他方の流体から一方の流体に変わり、流路に流れる流体の物性値が変わっても、正確に流量を計測することができる流量計測方法及び当該流量計測方法を実施した流量計測装置を得ることができる。
【０１０６】
請求項２及び５記載の発明によれば、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定めた計測時間経過したセンサ出力に基づき、流量を演算することにより、流路に流れている流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる流体が、主流体から副流体に、副流体から主流体に変わり、流路に流れる流体の物性値が変わっても、正確に流量を計測することができる流量計測方法及び当該流量計測方法を実施した流量計測装置を得ることができる。
【０１０７】
請求項３及び６記載の発明によれば、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定めた計測時間経過したセンサ出力に基づき、流量を演算することにより、流路に流れている流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる流体が、３つ以上の流体のうちの１つから、他の流体の何れかに変わり、流路に流れる流体の物性値が変わっても、正確に流量を計測することができる流量計測方法及び当該流量計測方法を実施した流量計測装置を得ることができる。
【０１０８】
請求項７及び９記載の発明によれば、本発明者らによって、物性値の異なる炭化水素系のガス同士が、クロスポイントを有することを確認されているので、正確に流量を計測することができる流量計測方法及び当該流量計測方法を実施した流量計測装置を得ることができる。
【０１０９】
請求項８及び１０記載の発明によれば、流路に流れる混合流体の物性値が混合割合の変動によって変わっても、センサ出力が等しくなるクロスポイントを計測することにより、混合割合の変動の影響を受けることなく、流体の流量のみによって変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる混合流体の割合が変わり、物性値がかわっても、正確に流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１０】
請求項１１記載の発明によれば、流路に流れている３種以上の混合流体の物性値が混合割合の変動しても、ほとんど変動せず、流量のみにより変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる混合流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１１】
請求項１２記載の発明によれば、流路に流れている流体、または、混合流体の物性値によって、ほとんど変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１２】
請求項１３記載の発明によれば、計測時間に定められているクロス時間で、クロスポイントを有していない流体であっても、そのクロス時間でのセンサ出力がクロスポイントを有している２つの流体のセンサ出力に対して許容範囲にあれば、流路に流れている流体、または、混合流体の物性値によって、ほとんど変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１３】
請求項１４記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、計測時間を、複数のクロス時間の中から、ランダムに変えることにより、流体、または、混合流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができるので、流路に流れる流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１４】
請求項１５記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、計測時間を、複数のクロス時間の中から、予め定めた順番に従って変えることにより、流体、または、混合流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができるので、流路に流れる流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１５】
請求項１６記載の発明によれば、流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づいて、流量演算が行われる場合に比べて、流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができるので、流路に流れる流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１６】
請求項１７及び１８記載の発明によれば、計測時間に得られたセンサ出力として、積分値を用いることにより、流体に応じたセンサ出力の分解能を高くすることができる。しかも、積分値を用いることにより、センサ出力に生じるノイズに起因した誤差を小さくすることができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１１７】
請求項１９記載の発明によれば、センサ出力として、積分値を用いることにより、流体に応じたセンサ出力の分解能を高くすることができる。しかも、積分値を用いることにより、温度センサが計測した流体温度に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１１８】
請求項２０記載の発明によれば、センサ出力として、積分値を用いることにより、流体に応じたセンサ出力の分解能を高くすることができる。しかも、積分値を用いることにより、温度センサが計測した流体温度に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができる。また、熱源の加熱または冷却開始から遅延時間経過した後の積分値を用いることにより、熱源の加熱または冷却開始直後であって、温度センサまで熱源の熱が伝達されていない、または、ほとんど伝達されていないときの流体温度を積分値に加えることがなく、流量以外の不確定要素の影響を除去することができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１１９】
請求項２１記載の発明によれば、横側温度センサが計測した流体温度は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を横側温度センサが出力した流体温度で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１２０】
請求項２２記載の発明によれば、両横側温度センサが計測した流体温度の和は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を両横側温度センサが出力した流体温度の和で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１２１】
請求項２３記載の発明によれば、上下流側温度センサが計測した流体温度の和は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を上下流側温度センサが出力した流体温度の和で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１２２】
請求項２４記載の発明によれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる流量計測装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流量計測方法を実施した流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータの一実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１の電子式ガスメータを構成するマイクロフローセンサ１の詳細図である。
【図３】図１の電子式ガスメータを構成するＣＰＵ８ａの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、ガス流路１０にメタンガス及びエタンガスを所定流量αそれぞれ流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフである。（ｂ）は、ガス流路１０にメタンガス及びエタンガスを所定流量βそれぞれ流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフである。
【図５】 ガス流路１０にメタンガス及びエタンガスをそれぞれ流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、積分差信号Ｓ３との関係を示す図である。
【図６】ガス流路１０にガス種Ｆ〜Ｉをそれぞれ流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフである。
【図７】 ガス流路１０にガス種Ｆ〜Ｉをそれぞれ流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、積分差信号Ｓ３との関係を示す図である。
【図８】積分差信号Ｓ３を、積分和信号Ｓ４で除算した除算値に基づき、熱量流量を演算するμＣＯＭ８を組み込んだ電子式ガスメータを用いて、各種類のガスについて計測した熱量流量と、その器差との関係を示すグラフである。
【図９】積分差信号Ｓ３に基づき、熱量流量を演算するμＣＯＭ８を組み込んだ電子式ガスメータを用いて、各種類のガスについて計測した熱量流量と、その器差との関係を示すグラフである。
【図１０】差信号Ｓ１を、和信号Ｓ３で除算した除算値に基づき、熱量流量を演算するμＣＯＭ８を組み込んだ電子式ガスメータを用いて、各種類のガスについて計測した熱量流量と、その器差との関係を示すグラフである。
【図１１】差信号Ｓ１に基づき、熱量流量を演算するμＣＯＭ８を組み込んだ電子式ガスメータを用いて、各種類のガスについて計測した熱量流量と、その器差との関係を示すグラフである。
【図１２】差信号Ｓ１及び和信号Ｓ２と、流量との関係を示すグラフである。
【図１３】積分時間である前後期間ＴBAについて説明するための図である。
【図１４】従来の電子式ガスメータに用いられるマイクロフローセンサ１の一例を示す図である。
【図１５】従来の問題点を説明するためのグラフである。
【図１６】ガス種Ａ〜Ｅの成分を示す表である。
【符号の説明】
１４ ヒータ抵抗器（熱源）
１２ 上流側サーモパイル（温度センサ、上流側温度センサ）
１３ 下流側サーモパイル（温度センサ、下流側温度センサ）
１５ 左側サーモパイル（横側温度センサ）
１６ 右側サーモパイル（横側温度センサ）
１ マイクロフローセンサ（フローセンサ）
８ａ ＣＰＵ（流量演算手段、ランダム選択手段、順次選択手段、除算手段）
【発明の属する技術分野】
この発明は、流量計測方法及び流量計測装置に係わり、特に、流体を加熱または冷却する熱源と、流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御して、流体の流量を計測するための流量計測方法及び当該方法を実施した流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４に従来の熱型のマイクロフローセンサの構成図を示す。同図に示すように、マイクロフローセンサ１は、図１４中断面で示すガス流路１０の内壁に配設されており、半導体基台１１と、この半導体基台１１上に形成された不図示の薄膜層と、この薄膜層上に形成された上流側、下流側サーモパイル１２、１３及び加熱用のヒータ抵抗器１４とを備えている。また、上述した上流側サーモパイル１２、ヒータ抵抗器１４、下流側サーモパイル１３は、この順で、ガス流路１０内を流れるガスの流れ方向Ｄに沿って、等間隔に配列されている。
【０００３】
上述した構成のマイクロフローセンサ１の原理について以下説明する。ヒータ抵抗器１４は、駆動電流の通電に応じて、加熱を開始する。この結果、ガス流路１０にガスが流れていないときは、ヒータ抵抗器１４付近のガスに熱が伝わり、該ヒータ抵抗器１４付近の上流側、下流側の温度分布は、対称分布となる。つまり、上流側、下流側サーモパイル１２、１３付近の温度が等しい温度に上昇するため上流側、下流側サーモパイル１２、１３の熱起電力はほぼ等しくなり、上流側、下流側サーモパイル１２、１３の熱起電力の差はほぼ０となる。
【０００４】
今、ヒータ抵抗器１４が通電している間、図１４の流れ方向Ｄに向かってガスが流れると、上流側は冷却され降温する。一方、下流側はガスの流れを媒体としてヒータ抵抗器１４から熱伝導が促進され昇温する。この結果、ヒータ抵抗器１４の上流側サーモパイル１２はガスの流れにより、降温されるためその熱起電力が減少し、一方、下流側サーモパイル１３はガスの流れにより、昇温されるためその熱起電力が増加する。流速が増加すると、これに伴って上述した降温分と昇温分も増加するので、上流側、下流側サーモパイル１２、１３が発生する熱起電力の差は流速に応じた出力となる。
【０００５】
そこで、従来の流量計測装置は、上述した上流側、下流側サーモパイル１２、１３が発生する熱起電力の差に、ガス流路１０の断面積などの係数を乗じて流量を演算していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１４に示すようなマイクロフローセンサ１にあっては、ガス流路１０を流れる流体の種類や組成が変わると、上記熱起電力の出力特性も変化してしまう。すなわち、流体の種類や組成が変わると、熱伝導率や比熱、粘性、密度等の流体の物性値が変わるため、ヒータ抵抗器１４で加熱された流体の温度分布が変化して、同じ流量の流体を流しても、その流体の種類や組成によって、熱起電力が変化してしまう。
【０００７】
このため、図１５に示すように、ガス種Ｅの体積流量を計測したときに器差が、ほぼ全流域において、実線で示す検定時の許容器差内となる体積流量演算を行う流量計測装置を用いて、別のガス種Ａ〜Ｃの体積流量を計測すると、その器差が、上記検定時の許容器差内だけでなく、点線で示す使用時の許容器差をも大きく越えてしまい、このままでは製品として出荷することができない。図１６に、ガス種Ａ〜Ｅの成分の一例を示す。すなわち、従来では、流路に流れるガスの種類や組成が変わってしまうと、流量計測精度が悪化するという問題があった。また、従来では、計測するガスを特定し、特定したガス種や組成に応じた流量演算を行う流量計測装置も考えられいた。しかしこの場合、ガス毎に流量演算式の係数を変える必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、流路に流れる流体の物性値が変わっても、正確に流量を計測することができる流量計測方法及び当該流量計測方法を実施した流量計測装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる２つの流体流量を計測するための流量計測方法であって、前記２つの流体は、前記流路に前記流体の一方を流した時に得られる前記センサ出力と、前記流路に前記他方の流体を、前記一方の流体と同一流量、流した時に得られるセンサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた前記クロス時間に定められていることを特徴とする流量計測方法に存する。
【００１０】
請求項４記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる２つの流体流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、前記２つの流体は、前記流路に前記流体の一方のみを流した時に得られる前記センサ出力と、前記流路に前記他方の流体のみを、前記一方の流体と同一流量、流した時に得られるセンサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた前記クロス時間に定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００１１】
請求項１及び４記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却に応じた流体温度の飽和温度がそれぞれ異なる２つの流体であっても、流路に一方の流体のみを流したときの流体温度、または、流体温度に応じた値であるセンサ出力と、流路に他方の流体のみを、一方の流体と同一流量、流したときのセンサ出力とが、熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなれば、熱源の加熱または冷却開始から、クロス時間経過したときに得られるセンサ出力は、流路に流れている流体によって変動することなく、流量のみによって変動する。以上のことに着目して、予め求めたクロス時間を、計測時間として定め、熱源の加熱または冷却開始から、クロス時間経過したときに得られるセンサ出力に基づき、流量を演算する。
【００１２】
従って、物性値が異なり、同じ流量を流したときの熱源の加熱または冷却に応じた流体温度の飽和温度が異なる２つの流体であっても、センサ出力が同一の値となるクロスポイントを計測することにより、流路に流れている流体によって変動することなく、流体の流量のみによって変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、主流体及び該主流体とは異なる物性値を有する複数の副流体の流量を計測するための流量計測方法であって、前記複数の副流体の各々は、前記流路に当該副流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に前記主流体のみを、前記副流体と同一流量、流した時の前記センサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを各々有し、前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定められていることを特徴とする流量計測方法に存する。
【００１４】
請求項５記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、主流体及び該主流体とは異なる物性値を有する複数の副流体の流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、前記複数の副流体の各々は、前記流路に当該副流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に前記主流体のみを、前記副流体と同一流量、流した時の前記センサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲に定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００１５】
請求項２及び５記載の発明によれば、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲には、流体の物性値によってほとんど変動することなく、流量によってのみ変動するセンサ出力が得られる計測時間がある。また、センサ出力を得るタイミングである計測時間を、各クロスポイントに対応するクロス時間の中から、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、変えるなどして、流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力及び上記誤差を含んでいないセンサ出力の両者に基づき、流量を演算すれば、流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づき、流量を演算する場合に比べて、流体の物性値に依存する計測誤差を小さくすることができる。以上のことに着目し、予め求められた複数のクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で、計測時間を定め、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに得られるセンサ出力に基づき、流量を演算する。
【００１６】
従って、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定めた計測時間経過したセンサ出力に基づき、流量を演算することにより、流路に流れている流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる少なくとも３つ以上の流体流量を計測するための流量計測方法であって、前記３つ以上の流体の各々は、前記流路に当該流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に当該流体以外の他の流体を、当該流体と同一流量、流した時の前記センサ出力の少なくとも１つとが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定められていることを特徴とする流量計測方法に存する。
【００１８】
請求項６記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる少なくとも３つ以上の流体流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、前記３つ以上の流体の各々は、前記流路に当該流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に当該流体以外の他の流体を、当該流体と同一流量、流した時の前記センサ出力の少なくとも１つとが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００１９】
請求項３及び６記載の発明によれば、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲には、流体の物性値によってほとんど変動することなく、流量によってのみ変動するセンサ出力が得られる計測時間がある。また、センサ出力を得るタイミングである計測時間を、各クロスポイントに対応するクロス時間の中から、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、変えるなどして、流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力及び上記誤差を含んでいないセンサ出力の両者に基づき、流量を演算すれば、流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づき、流量を演算する場合に比べて、流体の物性値に依存する計測誤差を小さくすることができる。以上のことに着目し、予め求められた複数のクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で、計測時間を定め、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに得られるセンサ出力に基づき、流量を演算する。
【００２０】
従って、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定めた計測時間経過したセンサ出力に基づき、流量を演算することにより、流路に流れている流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項４記載の流量計測装置であって、前記物性値の異なる２つの流体は、炭化水素系ガス、または、該炭化水素系の単一ガスから組成される混合流体であることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項５又は６記載の流量計測装置であって、前記物性値の異なる複数の流体は、炭化水素系のガス、または、該炭化水素系の単一ガスから組成される混合流体であることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００２３】
請求項７及び９記載の発明によれば、物性値の異なる２つ、又は、複数の流体は、炭化水素系のガス、または、該炭化水素系の単一ガスから組成される混合流体である。本発明者らによって、物性値の異なる炭化水素系のガス同士が、クロスポイントを有することを確認されている。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項４又は７記載の流量計測装置であって、前記物性値の異なる２つの流体は、複数の単一流体から組成される混合流体をであり、かつ、前記単一流体の混合割合が互いに異なることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項５、６、又は９記載の流量計測装置であって、前記物性値の異なる複数の流体は各々、複数の単一流体から組成される混合流体から成り、前記混合流体同士は、前記単一流体の混合割合が互いに異なることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００２６】
請求項８及び１０記載の発明によれば、物性値の異なる２つ、又は、複数の流体は、複数の単一流体から組成される混合流体であり、かつ、単一流体の混合割合が互いに異なるものである。従って、流路に流れる混合流体の物性値が混合割合の変動によって変わっても、センサ出力が等しくなるクロスポイントを計測することにより、混合割合の変動の影響を受けることなく、流体の流量のみによって変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、複数の単一流体の混合割合が互いに異なる複数の混合流体の流体流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、前記混合流体は、３種以上の単一流体から組成され、前記各混合流体を構成する流体のうち、最も多く含まれている単一流体は、前記流路に当該単一流体のみを流したときの前記センサ出力と、前記混合流体を構成する単一流体のうち、２番目に多く含まれている単一流体のみを流した時の前記センサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、前記計測時間は、予め求められた前記クロス時間に定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００２８】
請求項１１記載の発明によれば、３種以上の混合流体の物性値は、混合流体を構成する流体のうち、最も多く含まれる流体と、２番目に多く含まれている流体との物性値に大きく依存することに着目し、物性値の異なる複数の流体として、混合流体を構成する３種以上の単一流体をさらに含め、計測時間を、流路に、混合流体を構成する流体のうち、最も多く含まれている流体のみを流したときのセンサ出力と、流路に、混合流体を構成する流体のうち、２番目に多く含まれている流体のみを、最も多く含まれている流体と同一流量、流したときのセンサ出力とのクロス時間に、予め定める。従って、流路に流れている３種以上の混合流体の物性値が混合割合の変動しても、ほとんど変動せず、流量のみにより変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、前記計測時間は、前記予め求められた複数のクロス時間の平均時間に、予め定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３０】
請求項１２記載の発明によれば、流路に流れている流体、または、混合流体の物性値が変わっても、ほとんど変動することなく、流量によってのみ変動するセンサ出力が得られる計測時間は、複数のクロス時間の平均時間であると推測されることに着目し、計測時間を、複数のクロス時間の平均時間に予め定めている。従って、流路に流れている流体、または、混合流体の物性値によって、ほとんど変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００３１】
請求項１３記載の発明は、請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、前記計測時間は、前記予め求められた複数のクロス時間の何れか１つに、予め定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３２】
請求項１３記載の発明によれば、複数のクロス時間の何れか一つに、計測時間が予め定められいる。従って、計測時間に定められているクロス時間で、クロスポイントを有していない流体であっても、そのクロス時間でのセンサ出力がクロスポイントを有している２つの流体のセンサ出力に対して許容範囲にあれば、流路に流れている流体、または、混合流体の物性値によって、ほとんど変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、前記熱源の加熱または冷却が開始される毎に、前記予め求められた複数のクロス時間の１つをランダムに選択し、該選択したクロス時間を、前記計測時間として定めるランダム選択手段をさらに備えることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３４】
請求項１４記載の発明によれば、ランダム選択手段が、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、複数のクロス時間の１つをランダムに選択し、該選択したクロス時間を、計測時間として定める。従って、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、計測時間を、複数のクロス時間の中から、ランダムに変えることにより、流路に流れる流体、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力及び上記誤差を含んでいないセンサ出力の両者に基づき、流量を演算することができ、流路に流れる流体の物性値、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づいて、流量演算が行われる場合に比べて、流体、または、混合流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができる。
【００３５】
請求項１５記載の発明は、請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、前記熱源の加熱または冷却が開始される毎に、前記予め求められた複数のクロス時間の１つを予め定めた順番に従って選択し、該選択したクロス時間を、前記計測時間として定める順次選択手段をさらに備えることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３６】
請求項１５記載の発明によれば、順次選択手段が、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、複数のクロス時間の１つを予め定めた順番に従って選択し、選択したクロス時間を、計測時間として定める。従って、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、計測時間を、複数のクロス時間の中から、予め定めた順番に従って変えることにより、流体、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力及び上記誤差を含んでいないセンサ出力の両者に基づき、流量を演算することができ、流体、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づいて、流量演算が行われる場合に比べて、流体、または、混合流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができる。
【００３７】
請求項１６記載の発明は、請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、前記計測時間は、前記予め求められた複数のクロス時間のうち、少なくとも２つ以上の複数さだめられ、前記流量演算手段は、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記各計測時間を経過する毎に得られる前記センサ出力の平均に基づき、前記流体を演算することを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３８】
請求項１６記載の発明によれば、計測時間が、複数のクロス時間のうち、少なくとも２つ以上の複数定められている。流量演算手段が、熱源の加熱または冷却開始から、各計測時間を経過する毎にえられるセンサ出力の平均に基づき、流体を演算する。
【００３９】
従って、複数のクロス時間のうち、計測時間を、少なくとも２つい上の複数定め、複数定められた計測時間を経過する毎にセンサ出力を得ることによって、流体、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力及び誤差を含んでいないセンサ出力の両方の平均値に基づき、流量を演算することができる。このため、流体、または、混合流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づいて、流量演算が行われる場合に比べて、流体、または、混合流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができる。
【００４０】
請求項１７記載の発明は、請求項４、７、８及び１３〜１５何れか１項に記載の流量計測装置であって、前記流量演算手段は、前記計測時間に定められた前記クロス時間を挟んだ前後期間における前記センサ出力の積分値に基づいて前記流体流量を計測し、前記前後期間は、前記計測時間に定められた前記クロス時間経過後に前記センサ出力が等しくなる２つの流体の１つのみを流したときの前記前後期間における前記センサ出力の積分値と、前記他の流体を前記１つの流体と同一流量、流したときの前記前後期間における前記センサ出力の積分値とが等しくなる期間に定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
請求項１８記載の発明は、請求項１６に記載の流量計測装置であって、前記流量演算手段により、前記計測時間に定められた複数の前記クロス時間の各々を挟んだ各前後期間における前記センサ出力の積分値の平均に基づいて前記流体流量が計測され、そして、前記前後期間が、前記計測時間に定められた前記クロス時間経過後に前記センサ出力が等しくなる２つの流体の１つのみを流したときの前記前後期間における前記センサ出力の積分値と、前記他の流体を前記１つの流体と同一流量、流した時の前記前後期間における前記センサ出力の積分値とが等しくなる期間に定められていることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００４１】
請求項１７及び１８記載の発明によれば、流量演算手段が、計測時間に得られたセンサ出力として、計測時間に相当するクロス時間を挟んだ前後期間におけるセンサ出力の積分値を用いる。前後期間は、クロス時間経過後に同一の値となる２つの流体の１つを流した時の前後期間におけるセンサ出力の積分値と、他の流体を、１つの流体と同一流量、流した時の前後期間におけるセンサ出力の積分値とが等しくなる期間に定められている。しかも、積分値を用いることにより、センサ出力に生じるノイズに起因した誤差を小さくすることができる。
【００４２】
請求項１９記載の発明は、請求項４〜１８何れか１項記載の流量計測装置であって、前記センサ出力は、前記熱源の加熱または冷却開始からの前記温度センサが計測した流体温度の積分値、または、該積分値に応じた値であることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００４３】
請求項１９記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却開始からの温度センサが計測した流体温度の積分値、または、該積分値に応じた値を、センサ出力とする。従って、センサ出力として、積分値を用いることにより、流体に応じたセンサ出力の分解能を高くすることができる。しかも、積分値を用いることにより、温度センサが計測した流体温度に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができる。
【００４４】
請求項２０記載の発明は、請求項４〜１８何れか１項記載の流量計測装置であって、前記センサ出力は、前記熱源の加熱または冷却開始から予め定めた遅延時間経過してからの前記温度センサが計測した流体温度の積分値、または、該積分値に応じた値であることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００４５】
請求項２０記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却開始から予め定めた遅延時間経過してからの温度センサが計測した流体温度の積分値、または、該積分値に応じた値を、センサ出力とする。従って、センサ出力として、積分値を用いることにより、流体に応じたセンサ出力の分解能を高くすることができる。しかも、積分値を用いることにより、温度センサが計測した流体温度に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができる。また、熱源の加熱または冷却開始から遅延時間経過した後の積分値を用いることにより、熱源の加熱または冷却開始直後であって、温度センサまで熱源からの熱が伝達されていない、または、ほとんど伝達されていないときの流体温度を積分値に加えることがなく、流量以外の不確定要素の影響を除去することができる。
【００４６】
請求項２１記載の発明は、請求項４〜２０何れか１項記載の流量計測装置であって、前記フローセンサが、横側温度センサをさらに有し、前記横側温度センサと前記熱源とが、前記流体の流れ方向と略直交方向に並べて配置され、そして、前記流量演算手段が、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに得られる前記センサ出力を、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに、前記横側温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値で、除算する除算手段を有し、そして、前記除算手段で求められた除算値に基づいて前記流量を演算することを特徴とする流量計測装置に存する。
【００４７】
請求項２１記載の発明によれば、フローセンサが、横側温度センサを有する。流量演算手段内の除算手段が、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに得られるセンサ出力を、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに、横側温度センサが計測した流体温度で、除算する。流量演算手段が、その除算値に基づき、流量を演算する。従って、横側温度センサが計測した流体温度は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を横側温度センサが出力した流体温度で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００４８】
請求項２２記載の発明は、請求項２１記載の流量計測装置であって、前記横側温度センサは、前記流体の流れ方向と略直交方向における前記熱源の両側に各々配置され、前記除算手段は、前記両横側温度センサが計測した流体温度の和、または、該和に応じた値で除算することを特徴とする流量計測装置に存する。
【００４９】
請求項２２記載の発明によれば、横側温度センサは、流体の流方向と略直交する方向における熱源の両側に各々配置されている。除算手段が、両横側温度センサが計測した流体温度の和、または、この和に応じた値で除算する。従って、両横側温度センサが計測した流体温度の和は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を両横側温度センサが出力した流体温度の和で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００５０】
請求項２３記載の発明は、請求項４〜２０何れか１項記載の流量計測装置であって、前記温度センサは、前記流体の流れ方向の上下流側に各々配置された上下流側温度センサを有し、前記センサ出力は、前記上下流側温度センサが計測した流体温度の差、または、該差に応じた値であり、前記流量演算手段は、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに得られる前記センサ出力を、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに、前記上下流側温度センサが計測した流体温度の和、または、該和に応じた値で、除算する除算手段を有し、当該除算値に基づき、前記流量を演算することを特徴とする流量計測装置に存する。
【００５１】
請求項２３記載の発明によれば、温度センサは、流体の流方向の上下流側に各々配置された上下流側温度センサを有する。センサ出力は、上下流温度センサが計測した流体温度の差、または、該差に応じた値である。除算手段が、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに得られるセンサ出力を、熱源の加熱または冷却開始から、計測時間経過したときに、上下流側温度センサが計測した流体温度の和、または、該和に応じた値で、除算する。流量演算手段が、除算値に基づき、前記流量を演算する。
【００５２】
従って、上下流側温度センサが計測した流体温度の和は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を上下流側温度センサが出力した流体温度の和で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００５３】
請求項２４記載の発明は、請求項４〜２３何れか１項記載の流量計測装置であって、前記流量演算手段は、前記センサ出力に基づき、熱量流量を演算することを特徴とする流量計測装置に存する。
【００５４】
請求項２４記載の発明によれば、流量演算手段が、センサ出力に基づき、熱量流量を演算する。従って、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の流量計測方法を実施した流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータの一実施の形態を示す回路図である。同図に示すように、電子式ガスメータは、マイクロフローセンサ１、減算部２、加算部３、積分回路４及び５、Ａ／Ｄコンバータ６及び７、マイクロコンピュータ８（以下、μＣＯＭ８と略記する）及び表示部９を備えている。
【００５６】
マイクロフローセンサ１（＝フローセンサ）は、図２に示すように電子式ガスメータ内のガス流路１０の内壁に配置された半導体基台１１と、この半導体基台１１上にそれぞれ形成された上下流側温度センサとしての上流側サーモパイル１２（＝上流側温度センサ）及び下流側サーモパイル１３（＝下流側温度センサ）と、加熱用のヒータ抵抗器１４（＝熱源）とを備えている。
【００５７】
上記上流側サーモパイル１２、ヒータ抵抗器１４、下流側サーモパイル１３は、この順で、ガス流路１０内を流れるガスの流れ方向Ｄの上流側から、流れ方向Ｄに沿って等間隔で配列される。また、マイクロフローセンサ１は、ヒータ抵抗器１４の両側にガス流路１０中のガスの流方向Ｄと略垂直方向にそれぞれ配置された、横側温度センサとしての右側及び左側サーモパイル１５、１６さらにを備えている。
【００５８】
上述した従来で、説明したように、ヒータ抵抗器１４が駆動電流により加熱を行っている間、上流側、下流側サーモパイル１２、１３から発生される熱起電力の差は、ガス流速に応じた値となる。
【００５９】
これに対して、ヒータ抵抗器１４が駆動電流により加熱を行っている間、ヒータ抵抗器１４から発生した熱は、ガス流速の影響を受けずに、ガスの熱拡散効果のみによって、ヒータ抵抗器１４に対してガスの流方向Ｄと略直交方向に配置された右側サーモパイル１５に伝達される。また、ヒータ抵抗器１４に対してガスの流れ方向Ｄと略直交方向に配置された左側サーモパイル１６にも、同様の熱が伝達される。このため、右側サーモパイル１５及び左側サーモパイル１６が発生する熱起電力は、熱伝達と熱拡散、比熱などによって決定される熱拡散定数などのガスの物性値に応じた値となる。
【００６０】
また、減算部２は、差動アンプなどからなり、上流側サーモパイル１２が発生する熱起電力と、下流側サーモパイル１３が発生する熱起電力との差である差信号Ｓ１を増幅して出力する。加算部３は、右側サーモパイル１５が発生する熱起電力と、左側サーモパイル１６が発生する熱起電力とを加算した和信号Ｓ２を増幅して出力する。
【００６１】
積分回路４は、ヒータ抵抗器１４が加熱を行っている間、減算部２から出力される差信号Ｓ１を積分して、積分差信号Ｓ３として出力する。積分回路５は、ヒータ抵抗器１４が加熱を行っている間、加算部３から出力される和信号Ｓ２を積分して、積分和信号Ｓ４として出力する。上記積分差信号Ｓ３及び積分和信号Ｓ４は、それぞれ、Ａ／Ｄコンバータ６、７でデジタル信号に変換されてμＣＯＭ８に入力される。なお、上述した積分回路４、５は、μＣＯＭ８に接続され、μＣＯＭ８により、積分のタイミングなどが制御されている。
【００６２】
上述したμＣＯＭ８は、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ８ａ）、ＣＰＵ８ａが行う処理のプログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ８ｂ、ＣＰＵ８ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ８ｃなどを内蔵し、これらが図示しないバスラインによって相互接続される。
【００６３】
上述した構成の電子式ガスメータの動作を、ＣＰＵ８ａの処理手順を示す図３のフローチャートを参照して以下説明する。
ＣＰＵ８ａは例えば電池電源の投入によって動作を開始し、図示しない初期ステップにおいて、μＣＯＭ８内のＲＡＭ８ｃに形成した各種のエリアの初期設定を行ってからその最初のステップＳ１に進む。
【００６４】
ステップＳ１において、ＣＰＵ８ａは、ヒータ抵抗器１４に対して駆動電流を流し、ヒータ抵抗器１４による加熱を開始させる。このヒータ抵抗器１４による加熱に応じて、減算部２からは流速に応じた差信号Ｓ１が、加算部３からはガスの物性値に応じた和信号Ｓ２が出力される。ヒータ抵抗器１４の加熱開始と同時に、ＣＰＵ８ａは、例えば、減算部２−積分回路４間、加算部３−積分回路５間にそれぞれ設けられた図示しないスイッチをオンすることにより、積分回路４、５による差信号Ｓ１、和信号Ｓ２の積分を開始させる。
【００６５】
次に、ＣＰＵ８ａは、ヒータ抵抗器１４による加熱を開始してから、予め定めた計測時間経過するのを待って（ステップＳ２でＹ）、ヒータ抵抗器１４による加熱を停止させると共に、積分回路４、５による差信号Ｓ１、和信号Ｓ２の積分を停止する（ステップＳ３）。
【００６６】
その後、ＣＰＵ８ａは、Ａ／Ｄコンバータ６、７から出力されるセンサ出力としての積分差信号Ｓ３、積分和信号Ｓ４のデジタル値を取り込み（ステップＳ４）、除算手段として働き、積分差信号Ｓ３のデジタル信号を、積分和信号Ｓ４のデジタル値で除算する除算処理を行う（ステップＳ５）。
【００６７】
次に、ＣＰＵ８ａは、流量演算手段として働き、除算処理で求められた除算値に基づき、ガスの熱量流量（ＫＷ／ｈ）を演算する流量演算処理を行う（ステップＳ６）。その後、ＣＰＵ８ａは、演算された熱量流量を積算し、その積算値を、表示部９に表示する流量積算処理を行う（ステップＳ７）。なお、熱量流量は、単位時間当たりにガス流路１０内を通過するガスの熱量に相当する。
【００６８】
上記計測時間の定め方について説明する。まず、２種類の単一ガスであるメタンガス及びエタンガスの熱量流量を計測するときについて、図４を参照にして説明する。図４（ａ）は、ガス流路１０にメタンガス（ＣＨ4）及びエタンガス（Ｃ2Ｈ6）をそれぞれ所定流量α、流したときのヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフであり、図４（ｂ）は、ガス流路１０にメタンガス及びエタンガスをそれぞれ所定流量β、流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフであります。
【００６９】
同図から明らかなように、メタンガスとエタンガスは以下に示す関係がある。つまり、ガス流路１０にエタンガスを流したときのガス温度は、ガス流路１０にメタンガスを流したときのガス温度と、ヒータ抵抗器１４の加熱開始からクロス時間Ｔ１経過後に等しくなるクロスポイントＰ１を有している。そして、クロスポイントＰ１が現れるクロス時間Ｔ１は、流量が変わっても変化しない。これは、メタンガスが飽和温度Ｔｐ１α、Ｔｐ１βに達する温度上昇率が、エタンガスが飽和温度Ｔｐ２α、Ｔｐ２βに達するまでの温度上昇率より高く、かつ、メタンガスの飽和温度Ｔｐ１α、Ｔｐ１βがエタンガスの飽和温度Ｔｐ２α、Ｔｐ２βより小さいためである。
【００７０】
従って、上記ガス温度の積分値に応じる積分差信号Ｓ３についても同様のことが言える。すなわち、図５に示すように、ガス流路１０にエタンガスを流したとき出力される積分差信号Ｓ３も、ガス流路１０にメタンガスを流したとき出力される積分差信号Ｓ３と、ヒータ抵抗器１４の加熱開始からクロス時間Ｔ１′（＞Ｔ１）経過後に同一の値となるクロスポイントＰ１′を有している。
【００７１】
上述したヒータ抵抗器１４の加熱開始からクロス時間Ｔ１′経過後に得られる積分差信号Ｓ３は、流路に流れるガスが、メタンガスからエタンガス、エタンガスからメタンガスに変わっても、変動することなく、熱量流量によってのみ変動する。従って、このクロス時間Ｔ１′を計測時間として定め、ヒータ抵抗器１４の加熱開始後、計測時間経過後に得られた積分差信号Ｓ３を基に、予め定めた演算式を用いて熱量流量を演算すれば、１つの演算式で、メタンガス及びエタンガスの両者を、正確に流量を計測することができる。
【００７２】
なお、上述したクロスポイントを有するガスは、メタンガスとエタンガスとに限ったものでなく、種類が異なる２つの炭化水素系の単一ガスや、炭化水素系の単一ガスから構成される混合ガスであれば、どんな組み合わせであってもクロスポイントを有すると考えられる。これは、炭化水素系のガスは、炭素（Ｃ）が多いほど、熱容量が大きくなって、飽和温度が高くなり、かつ、熱伝導率が小さくなり、飽和温度に達するまでの、温度上昇率が低くなるからである。
【００７３】
次に、３種類以上のガス、例えば、ガス種Ｆ〜Ｉの流量を計測する場合の計測時間の定め方について、図６を参照して説明する。図６は、ガス流路１０にガス種Ｆ〜Ｉをそれぞれ単独で流したときのヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフである。なお、ガス種Ｆは、例えば、エタンガスのみから構成させる単一ガスであり、ガス種Ｇは、エタン９０％、メタン１０％の混合ガスであり、ガス種Ｈは、エタン５０％、メタン１０％の混合ガスである。
【００７４】
図中、ＰFGはガス種Ｆのガス温度及びガス種Ｇのガス温度、ＰFHはガス種Ｆのガス温度及びガス種Ｈのガス温度、ＰFIはガス種Ｆのガス温度及びガス種Ｉガス温度のクロスポイントである。また、ＰGHはガス種Ｇのガス温度及びガス種Ｈのガス温度、ＰGIはガス種Ｇのガス温度及びガス種Ｉのガス温度、ＰHIはガス種Ｈのガス温度及びガス種のガス温度とのクロスポイントである。このように、３種類以上のガスの場合、例えば、６つのクロスポイントＰFG、ＰFH、ＰFI、ＰGH、ＰGI及びＰHIが存在する。
【００７５】
従って、上記ガス温度の積分値に応じる積分差信号Ｓ３についても同様に、図７に示すように、６つのクロスポイントＰFG′、ＰFH′、ＰFI′、ＰGH′、ＰGI′及びＰHI′が存在することが明らかである。例えば、ガス種Ｉをメインに計測したい場合について考える。
【００７６】
この場合、ガス種Ｉ以外の全てのガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３が、ガス種Ｉの積分差信号Ｓ３に対して、許容範囲内となる時間は、ガス種Ｉの積分差信号Ｓ３とガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３とのクロスポイントＰFI′、ＰGI′及びＰHI′に対応するクロス時間ＴFI′、ＴGI′及びＴHI′のうち、最も短い時間であるクロス時間ＴHI′以上、最も長い時間ＴFI′以下の範囲Ａに存在すると考えられる。
【００７７】
これは、範囲Ａ内であれば、ガス種Ｉの積分差信号Ｓ３と、ガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のズレ量をそれぞれ、図７中に示すズレ量ΔＸ及びズレ量ΔＹのうち大きい方のズレ量より小さくすることができるからである。なお、ズレ量ΔＸは、上記クロス時間ＴHI′におけるガス種Ｉの積分差信号Ｓ３と、クロス時間ＴH1′におけるガス種Ｆ〜Ｇの積分差信号Ｓ３とのズレ量のうち、最大のものである。また、ズレ量ΔＹは、上記クロス時間ＴFI′におけるガス種Ｉの積分差信号Ｓ３と、クロス時間ＴFI′におけるガス種Ｆ〜Ｇの積分差信号Ｓ３とのズレ量のうち、最大のものである。
【００７８】
そこで、上記範囲Ａ内の中から、ガス種Ｉ以外の全てのガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３が、ガス種Ｉの積分差信号Ｓ３に対して、許容範囲内となる時間を求め、求めた時間と計測時間として予め定める。このように計測時間を予め定めれば、ガス種Ｆ〜Ｉの物性値の違いによる変動を、許容範囲内に納めることができ、流量によってのみ変動する積分差信号Ｓ３が得られる。このため、流量によってのみ変動する積分差信号Ｓ３に基づき、熱量流量を演算することができ、１つの電子式ガスメータで、ガス種Ｆ〜Ｉの流量を計測することができる。なお、上記クロス時間ＴHI′、ＴGI′及びＴFI′の平均時間を、上記許容範囲内となる時間と推測して定めることも考えられる。
【００７９】
これに対して、特にメインのガス種を定めない場合について考える。この場合、ガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のバラツキが、許容範囲内となる時間は、全てのクロスポイントＰFG′、ＰFH′、ＰFI′、ＰGH′、ＰGI′及びＰHI′に対応するクロス時間ＴFG′、ＴFH′、ＴFI′、ＴGH′、ＴGI′及びＴHI′のうち、最も短い時間であるクロス時間ＴHI′以上、最も長い時間ＴFG′以下の範囲Ｂに存在すると考えられる。
【００８０】
これは、範囲Ｂ内であれば、ガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のバラツキを、それぞれ、図７中に示すズレ量ΔＸ及びズレ量ΔＺのうち大きい方のズレ量の範囲内に抑えることができるからである。なお、ズレ量ΔＸは、上記クロス時間ＴHI′におけるガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のバラツキのうち、最大のものである。また、ズレ量ΔＹは、上記クロス時間ＴFI′におけるガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のバラツキのうち、最大のものである。
【００８１】
そこで、上記範囲Ｂ内の中から、ガス種Ｆ〜Ｈの積分差信号Ｓ３のバラツキが、許容範囲内となる時間を求め、求めた時間を計測時間として予め定める。このように計測時間を予め定めれば、ガス種Ｆ〜Ｉの物性値の違いによる変動を、許容範囲内に納めることができ、流量によってのみ変動する積分差信号Ｓ３が得られる。このため、流量によってのみ変動する積分差信号Ｓ３に基づき、熱量流量を演算することができ、１つの電子式ガスメータで、ガス種Ｆ〜Ｉの流量を計測することができる。なお、クロス時間ＴFG′、ＴFH′、ＴFI′、ＴGH′、ＴGI′及びＴHI′の平均時間を、上記許容範囲内となる時間と推測して定めることも考えられる。
【００８２】
なお、上述した第１実施形態では、ガス種Ｆ〜Ｉの４つの流量を正確に計測できると述べた。ところで、メタンとエタンとの混合割合が、エタン１０％〜５０％、メタン５０％〜９０％の範囲である混合ガスであれば、その混合ガスの積分差信号Ｓ３とガス種Ｉとの積分差信号Ｓ３とのクロスポイントは、クロス時間ＴHI′より長く、かつ、クロス時間ＴGI′より短いに現れる。
【００８３】
また、上記範囲内の混合ガスの積分差信号Ｓ３と、他のガス種の積分差信号Ｓ３は、クロス時間ＴHI′より長く、かつ、クロス時間ＴFG′より短い時間に現れる。これは、混合ガスは、メタンの割合が高くなるほど、ヒータ抵抗器１４の加熱に応じた温度上昇率が高くなり、かつ、飽和温度が小さくなると考えられるからである。すなわち、何れのクロスポイントも、範囲Ａや範囲Ｂ内に現れるため、上記第１実施形態は、ガス種Ｆ〜Ｉの４つのガスだけでなく、メタンとエタンとの混合割合が、エタン１０％〜５０％、メタン５０％〜９０％の範囲である混合ガスの熱量流量についても高い精度で計測することができる。
【００８４】
ここで、上述した電子式ガスメータの効果について、実験データを参照して説明する。図８及び図９は、ガス種Ａ〜Ｅの積分差信号Ｓ３によってできるクロスポイントのうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲内となる計測時間（例えば１０msec）を定めた電子式ガスメータを用いて、ガス種Ａ〜Ｅの熱量流量を計測したときの熱量流量と器差との関係を示すグラフである。
【００８５】
但し、図８は、積分差信号Ｓ３を、積分和信号Ｓ４で除算した値に基づいて、熱量流量を演算したものであり、図９は、上記除算を行わないで、積分差信号Ｓ３のみに基づいて、熱量流量を演算したものである。図中、実線は検定時の許容器差を、点線は使用時の許容器差をそれぞれ示す。同図に示すように、上述した電子式ガスメータは、計測するガスの種類や組成が変わって、物性値が変わっても、ほぼ全流域において、その器差を使用時の許容器差内とすることができている。
【００８６】
これに対して、ヒータ抵抗器１４の加熱開始後、上流側サーモパイル１２及び下流側サーモパイル１３の熱起電力が飽和する飽和時間よりも長い時間に時間に上記計測時間（例えば２０msec）を定めた電子式ガスメータを用いて、ガス種Ａ〜Ｅの熱量流量を計測したときは、図１０及び図１１に示すような、熱量流量と器差との関係との関係が得られる。
【００８７】
但し、図１０は、差信号Ｓ１を、和信号Ｓ２で除算した値に基づいて、熱量流量を演算したものであり、図１１は、上記除算を行わないで、差信号Ｓ１のみに基づいて、熱量流量を演算したものである。
【００８８】
上記図８及び図１０を比べて、または、図９及び図１１を比べてみても明らかなように、計測時間を、ヒータ抵抗器１４の加熱開始から、ガス種Ａ〜Ｅの積分差信号Ｓ３によってできるクロスポイントのうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲内とした方が、計測時間を、ヒータ抵抗器１４の加熱開始から上記飽和時間より長い時間としたときに比べて、ガス種Ａ〜Ｅの違いによる器差のバラツキが小さいことがわかる。
【００８９】
また、図８及び図９を比べて、または、図１０及び図１１を比べて見ても明らかなように、左右側サーモパイル１４及び１５の出力に応じた値である和信号Ｓ２や、積分和信号Ｓ４で除算を行う方が、除算を行わない場合に比べて、ガス種Ａ〜Ｅの違いによる器差のバラツキが小さいことがわかる。
【００９０】
これは、図１２に示すように、物性値が各々異なる複数のガスを、同一流量、それぞれ流した時に、ヒータ抵抗器１４によって加熱した結果、ガス温度が高くなるガスほど、左右側サーモパイル１４及び１５の出力和も、大きくなる。即ち、左右側サーモパイル１４及び１５の出力和が、物性値に応じた値となるからである。
【００９１】
上記物性値に応じた値となるのは、左右側サーモパイル１４及び１５の出力和だけでなく、左右側サーモパイル１４及び１５の何れか１つの出力や、上下流側サーモパイル１２及び１３の出力の和についても言える。従って、左右側サーモパイル１４及び１５の何れか一方の出力や、上下流側サーモパイル１２及び１３の出力の和や、また、それらに応じた値で、除算しても、ガス種Ａ〜Ｅの違いによる器差のバラツキが小さくなることができる。
【００９２】
また、上述した第１実施形態は、差信号Ｓ１の積分値である積分差信号Ｓ３に基づいて、熱量流量を演算している。このように、積分値に基づくことにより、上下流側サーモパイル１２及び１３の出力に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができる。
【００９３】
なお、上述した実施形態では、ヒータ抵抗器１４の加熱開始からの積分値である積分差信号Ｓ３に基づき、熱量流量を計測していた。しかしながら、ヒータ抵抗器１４による加熱直後の差信号Ｓ１は、上流側サーモパイル１２及び１３にその熱が全く、または、ほとんど伝達されておらず、流量以外の不確定要素に応じて変動してしまうことがある。
【００９４】
そこで、μＣＯＭ８が、積分回路４及び５を制御して、ヒータ抵抗器１４の加熱開始から予め定めた遅延時間経過してから、差信号Ｓ１の積分を開始させる。そして、上記遅延時間経過してからの積分和信号Ｓ４のクロスポイントに基づき、上述したように計測時間を定めれば、上記不確定要素の影響を除去して、より一層、計測精度を向上させることができる。
【００９５】
また、上述した第１実施形態では、クロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定めた、例えば、各クロス時間の平均値などを、計測時間として定めていた。しかしながら、複数のクロスポイントのうち、クロスポイントでクロスする２種のガス以外のガスを流した時のセンサ出力である差信号Ｓ１や、積分差信号Ｓ３が、上記２種のガスを流した時のセンサ出力である差信号Ｓ１や、積分差信号Ｓ３に対して、許容範囲内となれば、そのクロスポイントに応じたクロス時間を計測時間として定めても良い。
【００９６】
また、上述した第１実施形態では、２種の混合ガスについて述べた。しかしながら、例えば、３種以上の混合ガスに対しても適用することができる。
【００９７】
ところで、３種以上の混合ガスを計測したい場合は、混合ガスを構成するガスのうち、最も多く含まれる単一ガスと、２番目に多い単一ガスとのクロスポイントに応じたクロス時間を計測時間として定めることが考えられる。これは、３種以上の混合ガスの物性値は、最も多い単一ガスと２番目に多い単一ガスとの影響が大きいからである。
【００９８】
第２実施形態
なお、上述した第１実施形態では、複数存在するクロスポイントのうち、ヒータ抵抗器１４の加熱開始からの時間が最も短い時間以上、短い時間以下の範囲で定めた一点を計測時間としていた。しかしながら、ヒータ抵抗器１４の加熱が開始される毎に、μＣＯＭ８をランダム選択手段、順次選択手段として働かせ、上記計測時間を、複数のクロスポイントに対応するクロス時間の中からランダムに、または、予め定めた順番に従って変えることも考えられる。ここで、積分回路や、除算を行わないで、センサ出力として差信号Ｓ１を用いる場合について考えてみる。
【００９９】
各ガス種Ｆ〜Ｉ毎に、図６に示すような、差信号Ｓ１が得られたとする。このとき、ガス種Ｉを請求項中の主流体として、該ガス種Ｉを流した時の差信号Ｓ１に基づいて熱量流量を演算したとき、器差が小さくなるような演算式が設定されているとする。このとき、計測時間を、クロスポイントＰHIに応じたクロス時間ＴHIとしたとき、ガス流路１０に流れているガスがガス種Ｇであった場合、上記演算式で演算を行うと、ガス種Ｈとガス種Ｇとの差ΔＶに応じた誤差が生じてしまう。
【０１００】
ところが、次の加熱に応じて、計測時間が、クロスポイントＰGIに応じたクロス時間ＴHIに変わると、ガス種Ｉとガス種Ｇとの差信号Ｓ１が一致するため、計測誤差がない。このように、計測時間を変えることにより、誤差を含んでいる差信号Ｓ１と、誤差をほとんど含んでいない差信号Ｓ１との両者に基づき、流量を計測することができるため、計測時間をクロス時間ＴHIに一点に固定して、常に差ΔＶに応じた誤差を含んだ差信号Ｓ１に基づいて、流量演算を行っている場合に比べて、計測精度が向上する。なお、計測時間を変えることにより、同一流量のガス種Ｉを流しても、差信号Ｓ１が変動してしまう。このため、上述したように計測時間を変える場合は、計測時間が変わっても、差信号Ｓ１が変動しないように補正する必要がある。
【０１０１】
また、計測時間を、例えば、各クロスポイントＰHI、ＰGI及びＰFIに対応するクロス時間ＴHI、ＴGI及びＴFIの複数定め、複数定めらた計測時間経過する毎に、得られる差信号Ｓ１の平均に基づいてもよい。この場合、上記計測時間を変えるものと同様の理由で計測精度を向上することができる。しかも、この平均に基づいて流量を演算するものは、上記補正を行う必要がなくなる。
【０１０２】
上述したように、ガス種Ｆ〜ガス種Ｉから主流体を特に定めない場合は、クロスポイントＰHI、ＰGI、ＰGH、ＰFI、ＰFH及びＰFGに対応するクロス時間ＴHI、ＴGI、ＴGH、ＴFI、ＴFH及びＴFGの中からランダムに、または、予め定めた順番に従って変えたり、計測時間を複数定めてもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態のように、計測時間を、各クロスポイントに対応するクロス時間とするものは、例えば、その計測時間であるクロス時間に得られる差信号Ｓ１として、クロス時間を挟んだ前後期間ＴBAにおける差信号Ｓ１の積分値でもよい。なお、前後期間ＴBAは、図１３に示すように、各クロスポイント毎に各々定められ、対応するクロスポイントでクロスする２つのガスの１つを流した時の前後期間ＴBAにおける差信号Ｓ１の積分値と、他のガスを流した時の差信号Ｓ１の積分値とが等しくなる期間に定められている。この場合も、第１実施形態で説明したように、積分することにより、差信号Ｓ１に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができる。
【０１０４】
また、上述した実施形態では、熱源としてヒータ抵抗器１４を用いていた。しかしながら、熱源として、冷却器を用いても同様の効果が得られる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び４記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却に応じた流体温度の飽和温度が異なる２つの流体であっても、センサ出力が等しくなるクロスポイントを計測することにより、流路に流れている流体の物性値によって変動することなく、流体の流量のみによって変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる流体が、一方の流体から他方の流体に、他方の流体から一方の流体に変わり、流路に流れる流体の物性値が変わっても、正確に流量を計測することができる流量計測方法及び当該流量計測方法を実施した流量計測装置を得ることができる。
【０１０６】
請求項２及び５記載の発明によれば、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定めた計測時間経過したセンサ出力に基づき、流量を演算することにより、流路に流れている流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる流体が、主流体から副流体に、副流体から主流体に変わり、流路に流れる流体の物性値が変わっても、正確に流量を計測することができる流量計測方法及び当該流量計測方法を実施した流量計測装置を得ることができる。
【０１０７】
請求項３及び６記載の発明によれば、複数のクロスポイントに対応するクロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定めた計測時間経過したセンサ出力に基づき、流量を演算することにより、流路に流れている流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる流体が、３つ以上の流体のうちの１つから、他の流体の何れかに変わり、流路に流れる流体の物性値が変わっても、正確に流量を計測することができる流量計測方法及び当該流量計測方法を実施した流量計測装置を得ることができる。
【０１０８】
請求項７及び９記載の発明によれば、本発明者らによって、物性値の異なる炭化水素系のガス同士が、クロスポイントを有することを確認されているので、正確に流量を計測することができる流量計測方法及び当該流量計測方法を実施した流量計測装置を得ることができる。
【０１０９】
請求項８及び１０記載の発明によれば、流路に流れる混合流体の物性値が混合割合の変動によって変わっても、センサ出力が等しくなるクロスポイントを計測することにより、混合割合の変動の影響を受けることなく、流体の流量のみによって変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる混合流体の割合が変わり、物性値がかわっても、正確に流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１０】
請求項１１記載の発明によれば、流路に流れている３種以上の混合流体の物性値が混合割合の変動しても、ほとんど変動せず、流量のみにより変動するセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる混合流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１１】
請求項１２記載の発明によれば、流路に流れている流体、または、混合流体の物性値によって、ほとんど変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１２】
請求項１３記載の発明によれば、計測時間に定められているクロス時間で、クロスポイントを有していない流体であっても、そのクロス時間でのセンサ出力がクロスポイントを有している２つの流体のセンサ出力に対して許容範囲にあれば、流路に流れている流体、または、混合流体の物性値によって、ほとんど変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、流路に流れる流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１３】
請求項１４記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、計測時間を、複数のクロス時間の中から、ランダムに変えることにより、流体、または、混合流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができるので、流路に流れる流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１４】
請求項１５記載の発明によれば、熱源の加熱または冷却が開始される毎に、計測時間を、複数のクロス時間の中から、予め定めた順番に従って変えることにより、流体、または、混合流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができるので、流路に流れる流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１５】
請求項１６記載の発明によれば、流体の物性値に依存して大きな誤差を含んだセンサ出力にのみ基づいて、流量演算が行われる場合に比べて、流体の物性値に依存する流量計測誤差を小さくすることができるので、流路に流れる流体の物性値が変わっても、高い計測精度で、流量を計測することができる流量計測装置を得ることができる。
【０１１６】
請求項１７及び１８記載の発明によれば、計測時間に得られたセンサ出力として、積分値を用いることにより、流体に応じたセンサ出力の分解能を高くすることができる。しかも、積分値を用いることにより、センサ出力に生じるノイズに起因した誤差を小さくすることができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１１７】
請求項１９記載の発明によれば、センサ出力として、積分値を用いることにより、流体に応じたセンサ出力の分解能を高くすることができる。しかも、積分値を用いることにより、温度センサが計測した流体温度に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１１８】
請求項２０記載の発明によれば、センサ出力として、積分値を用いることにより、流体に応じたセンサ出力の分解能を高くすることができる。しかも、積分値を用いることにより、温度センサが計測した流体温度に生じるノイズに起因する誤差を小さくすることができる。また、熱源の加熱または冷却開始から遅延時間経過した後の積分値を用いることにより、熱源の加熱または冷却開始直後であって、温度センサまで熱源の熱が伝達されていない、または、ほとんど伝達されていないときの流体温度を積分値に加えることがなく、流量以外の不確定要素の影響を除去することができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１１９】
請求項２１記載の発明によれば、横側温度センサが計測した流体温度は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を横側温度センサが出力した流体温度で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１２０】
請求項２２記載の発明によれば、両横側温度センサが計測した流体温度の和は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を両横側温度センサが出力した流体温度の和で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１２１】
請求項２３記載の発明によれば、上下流側温度センサが計測した流体温度の和は、流体の物性値に応じた値である。このため、センサ出力を上下流側温度センサが出力した流体温度の和で除算すれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができるので、より一層、計測精度向上を図った流量計測装置を得ることができる。
【０１２２】
請求項２４記載の発明によれば、一層、流路に流れる流体の物性値によって変動することがないセンサ出力に基づき、流量を演算することができる流量計測装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流量計測方法を実施した流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータの一実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１の電子式ガスメータを構成するマイクロフローセンサ１の詳細図である。
【図３】図１の電子式ガスメータを構成するＣＰＵ８ａの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、ガス流路１０にメタンガス及びエタンガスを所定流量αそれぞれ流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフである。（ｂ）は、ガス流路１０にメタンガス及びエタンガスを所定流量βそれぞれ流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフである。
【図５】 ガス流路１０にメタンガス及びエタンガスをそれぞれ流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、積分差信号Ｓ３との関係を示す図である。
【図６】ガス流路１０にガス種Ｆ〜Ｉをそれぞれ流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、ガス温度との関係を示すグラフである。
【図７】 ガス流路１０にガス種Ｆ〜Ｉをそれぞれ流した時のヒータ抵抗器１４の加熱開始からの経過時間と、積分差信号Ｓ３との関係を示す図である。
【図８】積分差信号Ｓ３を、積分和信号Ｓ４で除算した除算値に基づき、熱量流量を演算するμＣＯＭ８を組み込んだ電子式ガスメータを用いて、各種類のガスについて計測した熱量流量と、その器差との関係を示すグラフである。
【図９】積分差信号Ｓ３に基づき、熱量流量を演算するμＣＯＭ８を組み込んだ電子式ガスメータを用いて、各種類のガスについて計測した熱量流量と、その器差との関係を示すグラフである。
【図１０】差信号Ｓ１を、和信号Ｓ３で除算した除算値に基づき、熱量流量を演算するμＣＯＭ８を組み込んだ電子式ガスメータを用いて、各種類のガスについて計測した熱量流量と、その器差との関係を示すグラフである。
【図１１】差信号Ｓ１に基づき、熱量流量を演算するμＣＯＭ８を組み込んだ電子式ガスメータを用いて、各種類のガスについて計測した熱量流量と、その器差との関係を示すグラフである。
【図１２】差信号Ｓ１及び和信号Ｓ２と、流量との関係を示すグラフである。
【図１３】積分時間である前後期間ＴBAについて説明するための図である。
【図１４】従来の電子式ガスメータに用いられるマイクロフローセンサ１の一例を示す図である。
【図１５】従来の問題点を説明するためのグラフである。
【図１６】ガス種Ａ〜Ｅの成分を示す表である。
【符号の説明】
１４ ヒータ抵抗器（熱源）
１２ 上流側サーモパイル（温度センサ、上流側温度センサ）
１３ 下流側サーモパイル（温度センサ、下流側温度センサ）
１５ 左側サーモパイル（横側温度センサ）
１６ 右側サーモパイル（横側温度センサ）
１ マイクロフローセンサ（フローセンサ）
８ａ ＣＰＵ（流量演算手段、ランダム選択手段、順次選択手段、除算手段）
Claims (24)
- 流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる２つの流体流量を計測するための流量計測方法であって、
前記２つの流体は、前記流路に前記流体の一方を流した時に得られる前記センサ出力と、前記流路に前記他方の流体を、前記一方の流体と同一流量、流した時に得られるセンサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、
前記計測時間は、予め求められた前記クロス時間に定められている
ことを特徴とする流量計測方法。 - 流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、主流体及び該主流体とは異なる物性値を有する複数の副流体の流量を計測するための流量計測方法であって、
前記複数の副流体の各々は、前記流路に当該副流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に前記主流体のみを、前記副流体と同一流量、流した時の前記センサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを各々有し、
前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定められている
ことを特徴とする流量計測方法。 - 流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる少なくとも３つ以上の流体流量を計測するための流量計測方法であって、
前記３つ以上の流体の各々は、前記流路に当該流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に当該流体以外の他の流体を、当該流体と同一流量、流した時の前記センサ出力の少なくとも１つとが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、
前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定められている
ことを特徴とする流量計測方法。 - 流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる２つの流体流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、
前記２つの流体は、前記流路に前記流体の一方のみを流した時に得られる前記センサ出力と、前記流路に前記他方の流体のみを、前記一方の流体と同一流量、流した時に得られるセンサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、
前記計測時間は、予め求められた前記クロス時間に定められている
ことを特徴とする流量計測装置。 - 流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、主流体及び該主流体とは異なる物性値を有する複数の副流体の流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、
前記複数の副流体の各々は、前記流路に当該副流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に前記主流体のみを、前記副流体と同一流量、流した時の前記センサ出力とが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、
前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲に定められている
ことを特徴とする流量計測装置。 - 流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の加熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、物性値の異なる少なくとも３つ以上の流体流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、
前記３つ以上の流体の各々は、前記流路に当該流体のみを流した時の前記センサ出力と、前記流路に当該流体以外の他の流体を、当該流体と同一流量、流した時の前記センサ出力の少なくとも１つとが、前記熱源の加熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、
前記計測時間は、予め求められた各々の前記クロス時間のうち、最も短い時間以上、最も長い時間以下の範囲で定められている
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項４記載の流量計測装置であって、
前記物性値の異なる２つの流体は、炭化水素系ガス、または、該炭化水素系の単一ガスから組成される混合流体である
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項４又は７記載の流量計測装置であって、
前記物性値の異なる２つの流体は、複数の単一流体から組成される混合流体であり、かつ、前記単一流体の混合割合が互いに異なる
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項５又は６記載の流量計測装置であって、
前記物性値の異なる複数の流体は、炭化水素系のガス、または、該炭化水素系の単一ガスから組成される混合流体である
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項５、６又は９記載の流量計測装置であって、
前記物性値の異なる複数の流体は、複数の単一流体から組成される混合流体を含み、前記混合流体同士は、前記単一流体の混合割合が互いに異なる
ことを特徴とする流量計測装置。 - 流路に流れる流体を、該流体を間欠的に加熱または冷却する熱源と、前記流体の温度を計測する温度センサとを備えたフローセンサを制御し、前記熱源の過熱または冷却開始から、予め定めた計測時間経過したときに得られる、前記温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値であるセンサ出力に基づき、複数の単一流体の混合割合が互いに異なる複数の混合流体の流体流量を演算する流量演算手段を備えた流量計測装置であって、
前記混合流体は、３種以上の単一流体から組成され、
前記各混合流体を構成する流体のうち、最も多く含まれている単一流体は、前記流路に当該単一流体のみを流したときの前記センサ出力と、前記混合流体を構成する単一流体のうち、２番目に多く含まれている単一流体のみを流した時の前記センサ出力とが、前記熱源の過熱または冷却開始から所定のクロス時間経過後に等しくなるクロスポイントを有し、
前記計測時間は、予め求められた前記クロス時間に定められている
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、
前記計測時間は、前記予め求められた複数のクロス時間の平均時間に、予め定められている
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、
前記計測時間は、前記予め求められた複数のクロス時間の何れか１つに、予め定められている
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、
前記熱源の加熱または冷却が開始される毎に、前記予め求められた複数のクロス時間の１つをランダムに選択し、該選択したクロス時間を、前記計測時間として定めるランダム選択手段を
さらに備えることを特徴とする流量計測装置。 - 請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、
前記熱源の加熱または冷却が開始される毎に、前記予め求められた複数のクロス時間の１つを予め定めた順番に従って選択し、該選択したクロス時間を、前記計測時間として定める順次選択手段を
さらに備えることを特徴とする流量計測装置。 - 請求項５、６、９又は１０記載の流量計測装置であって、
前記計測時間は、前記予め求められた複数のクロス時間のうち、少なくとも２つ以上の複数定められ、
前記流量演算手段は、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記各計測時間を経過する毎に得られる前記センサ出力の平均に基づき、前記流体を演算する
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項４、７、８及び１３〜１５何れか１項に記載の流量計測装置であって、
前記流量演算手段は、前記計測時間に定められた前記クロス時間を挟んだ前後期間における前記センサ出力の積分値に基づいて前記流体流量を計測し、
前記前後期間は、前記計測時間に定められた前記クロス時間経過後に前記センサ出力が等しくなる２つの流体の１つのみを流したときの前記前後期間における前記センサ出力の積分値と、前記他の流体を前記１つの流体と同一流量、流したときの前記前後期間における前記センサ出力の積分値とが等しくなる期間に定められている
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項１６に記載の流量計測装置であって、
前記流量演算手段により、前記計測時間に定められた複数の前記クロス時間の各々を挟んだ各前後期間における前記センサ出力の積分値の平均に基づいて前記流体流量が計測され、そして、
前記前後期間が、前記計測時間に定められた前記クロス時間経過後に前記センサ出力が等しくなる２つの流体の１つのみを流したときの前記前後期間における前記センサ出力の積分値と、前記他の流体を前記１つの流体と同一流量、流した時の前記前後期間における前記センサ出力の積分値とが等しくなる期間に定められている
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項４〜１８何れか１項記載の流量計測装置であって、
前記センサ出力は、前記熱源の加熱または冷却開始からの前記温度センサが計測した流体温度の積分値、または、該積分値に応じた値である
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項４〜１８何れか１項記載の流量計測装置であって、
前記センサ出力は、前記熱源の加熱または冷却開始から予め定めた遅延時間経過してからの前記温度センサが計測した流体温度の積分値、または、該積分値に応じた値である
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項４〜２０何れか１項記載の流量計測装置であって、
前記フローセンサが、横側温度センサをさらに有し、
前記横側温度センサと前記熱源とが、前記流体の流れ方向と略直交方向に並べて配置され、そして、
前記流量演算手段が、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに得られる前記センサ出力を、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに、前記横側温度センサが計測した流体温度、または、該流体温度に応じた値で、除算する除算手段を有し、そして、前記除算手段で求められた除算値に基づいて前記流量を演算する
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項２１記載の流量計測装置であって、
前記横側温度センサは、前記流体の流れ方向と略直交方向における前記熱源の両側に各々配置され、
前記除算手段は、前記両横側温度センサが計測した流体温度の和、または、該和に応じた値で除算する
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項４〜２０何れか１項記載の流量計測装置であって、
前記温度センサは、前記流体の流れ方向の上下流側に各々配置された上下流側温度センサを有し、
前記センサ出力は、前記上下流側温度センサが計測した流体温度の差、または、該差に応じた値であり、
前記流量演算手段は、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに得られる前記センサ出力を、前記熱源の加熱または冷却開始から、前記計測時間経過したときに、前記上下流側温度センサが計測した流体温度の和、または、該和に応じた値で、除算する除算手段を有し、当該除算値に基づき、前記流量を演算する
ことを特徴とする流量計測装置。 - 請求項４〜２３何れか１項記載の流量計測装置であって、
前記流量演算手段は、前記センサ出力に基づき、熱量流量を演算する
ことを特徴とする流量計測装置。
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