JP4269046B2 - 流量計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱式流量センサ等の流速検出部にて検出される流体の質量流速を、流体の温度および／または圧力に依存する前記流速検出部の検出特性に応じて補正して、前記流速検出部が設けられた所定の流路を通流する流体の瞬時流量を高精度に求めることのできる簡易な構成の流量計に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
ガスメータ等の積算流量計は、例えば流量センサを用いて所定の流体通路（ガス引込管）を通流する流体（ガス）の瞬時流量を求め、この瞬時流量を積算することで、例えば１ヶ月毎の流体通流量（ガス使用量）を求めるものである。このような積算流量計（ガスメータ）にて求められる積算流量は、直接課金対象となるので、その計測精度が十分に高いことが要求される。
【０００３】
そこで最近では、専ら、計測精度の高い熱式流量センサが用いられている。この熱式流量センサは、基本的には図６に示すようにシリコン基台Ｂ上に設けた発熱抵抗体からなるヒータ素子Ｒｈを間にして、流体の通流方向Ｆに測温抵抗体からなる一対の温度センサＲｕ,Ｒｄを設けた素子構造を有する。そして上記ヒータ素子Ｒｈから発せられる熱の拡散度合い（温度分布）が前記流体の通流によって変化することを利用し、前記温度センサＲｕ,Ｒｄの熱による抵抗値変化から前記流体の質量流速（質量流量）を検出する如く構成される。
【０００４】
尚、図中Ｒｒは、前記ヒータ素子Ｒｈから離れた位置に設けられた測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度（流体の温度）の計測に用いられる。そしてこの熱式流量センサは、上記温度センサＲｒによって検出される流体の温度よりも前記ヒータ素子Ｒｈの発熱温度が一定温度だけ高くなるように駆動され、このときの前記温度センサＲｕ,Ｒｄの抵抗値変化をセンサ出力（計測値）として求めるものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述した素子構造の熱式流量センサの出力特性（検出特性）は、例えば図７に示すように非線形であり、しかも流体（ガス）の温度ｔに依存して若干変化する。このような出力特性は、±５％ＲＤ程度の流量計測精度が要求されるような場合には殆ど問題はない。しかし、例えば±２％ＲＤ程度の高精度な流量計測が要求されような場合、その温度依存性を補正することが必要である。
【０００６】
しかしながら上述した非線形で３次元的な変化を示す出力特性（検出特性）を定式化して、上記センサ出力を補正することは極めて困難であり、しかもその補正をリアルタイムに実行する場合には大型のコンピュータ等が必要となる。また流体の圧力によっても熱式流量センサの出力が若干変化する。これ故、この圧力依存性までも補正しようとすると、流量計の構成が相当大掛かりなものとなることが否めない。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡易にして効果的に熱式流量センサの出力を温度補正および／または圧力補正して、その計測精度を十分に高めることのできる流量計を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る流量計は、
< １ > ヒータ素子を備え、該ヒータ素子により加熱された流体の熱拡散度合いから所定の流路を通流する上記流体の質量流速ｖを求める熱式流量センサと、
< ２ > この熱式流量センサにより求められた質量流速ｖに従って前記流路を通流する流体の瞬時流量Ｑを求める流量算出手段と
を備えたものであって、特に
< ３ > 前記流路を通流する流体の温度ｔを求める温度検出部（温度センサ）と、
< ４ > 前記熱式流量センサの温度変化特性を、質量流速ｖおよび温度ｔに関する単位温度当たりの補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)として記憶した温度補正テーブルと、
< ５ > 前記流体の質量流速ｖと温度ｔ、および前記温度補正テーブルに登録されている補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)とに従って前記質量流速ｖを
Ｖ ＝ ｖ ＋ ΔＸ(ｖ,ｔ)・（ｔ−ｔo）
として基準温度ｔoにおける質量流速Ｖに補正する流速補正手段と
を備え、
前記流量算出手段においては、上記補正された質量流速Ｖに従って前記流路を通流する流体の瞬時流量Ｑを求めるようにしたことを特徴としている。
【０００９】
ちなみに前記補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)は、前記流速検出部の基準温度ｔoにおける計測値と温度ｔにおける計測値との差の単位温度当たりの変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)を求め、流速ｖの変化に対する上記単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)の変化を示す特性曲線として求められて、予め前記温度補正テーブルに登録されるものである。
【００１０】
また本発明に係る流量計は、
< １ > ヒータ素子を備え、該ヒータ素子により加熱された流体の熱拡散度合いから所定の流路を通流する上記流体の質量流速ｖを求める熱式流量センサと、
< ２ > この熱式流量センサにより求められた質量流速ｖに従って前記流路を通流する流体の瞬時流量Ｑを求める流量算出手段と
を備えたものであって、特に
< ６ > 上記流路を通流する流体の圧力ｐを求める圧力検出部と、
< ７ > 前記熱式流量センサの圧力変化特性を、質量流速ｖおよび圧力ｐに関する単位圧力当たりの補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)として記憶した圧力補正テーブルと、
< ８ > 前記流体の質量流速ｖと圧力ｐ、および前記圧力補正テーブルに登録されている補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)とに従って前記質量流速ｖを
Ｖ ＝ ｖ ＋ ΔＹ(ｖ,ｐ)・（ｐ−ｐo）
として基準圧力ｐoにおける質量流速Ｖに補正する流速補正手段と
を備え、
前記流量算出手段においては、上記流速補正手段にて補正された質量流速Ｖに従って前記流路を通流する流体の瞬時流量Ｑを求めることを特徴としている。
【００１１】
ちなみに前記補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)は、前記流速検出部の基準圧力ｐoにおける計測値と圧力ｐにおける計測値との差の単位圧力当たりの変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位温度当たりの変化量ΔＹ(ｐ)を求め、流速ｖの変化に対する上記単位圧力当たりの変化量ΔＹ(ｐ)の変化を示す特性曲線として求められて、予め前記圧力補正テーブルに登録されるものである。
【００１２】
好ましくは前記流速検出部は、発熱抵抗体からなるヒータ素子と、このヒータ素子を間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた測温抵抗体からなる第１および第２の温度センサとを備えた熱式流量センサからなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る流量計について説明する。
この流量計は、所定の流体通路を通流する流体（ガス）の質量流速を検出する質量流速センサ１とし、図６に示したような素子構造を有する熱式流量センサを用いて構成される。そしてこの熱式流量センサ（質量流速センサ）１にて検出されて出力される質量流速ｖを、マイクロコンピュータ等からなる流量演算部２に取り込み、上記質量流速ｖに相当する瞬時流量Ｑを求めるものなっている。この流量演算部２において求められた瞬時流量Ｑは、例えば該瞬時流量Ｑを積算した積算流量ＴＱと共に出力部３を介して出力される。
【００１４】
基本的には上述した如く構成される流量計において、この実施形態が特徴とするところは、前記熱式流量センサ（質量流速センサ）１の温度特性および圧力特性を補正するべく、前記熱式流量センサ（質量流速センサ）１に併設して前記流体（ガス）の温度を検出する温度センサ４と、前記流体（ガス）の圧力を検出する圧力センサ５とを備えている点にある。そして前記流量演算部２においては前記熱式流量センサ（質量流速センサ）１により検出された質量流速ｖを補正する流速補正手段６を備える点にある。
【００１５】
この流速補正手段６は、記憶部７に予め準備された温度補正テーブル７ａと圧力補正テーブル７ｂとを参照し、後述するように前記温度センサ４および圧力センサ５によりそれぞれ検出された流体の温度ｔと圧力ｐとに従って前記質量流速ｖを補正することで、流体（ガス）の温度ｔおよび圧力ｐに依存することのない瞬時流量Ｑを求める役割を担う。
【００１６】
ちなみに温度補正テーブル７ａは、外部通信インターフェース８を介して、予め前記熱式流量センサ１の温度特性を、質量流速ｖおよび温度ｔに関する単位温度当たりの補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)として登録したものである。また圧力補正テーブル７ｂは前記温度補正テーブル７ａ同様に、予め前記熱式流量センサ１の圧力特性を、質量流速ｖおよび圧力ｐに関する単位圧力当たりの補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)として登録したものである。
【００１７】
そして流速補正手段６においては、例えば図２にその概略的な処理手順を示すように、先ず前記各センサ１,４,５の出力をそれぞれ取り込んで流体（ガス）の質量速度ｖ、温度ｔ、および圧力ｐを取得する［ステップＳ１］。次いで上記質量速度ｖと温度ｔとをパラメータとして温度補正テーブル７ａを参照し、速度ｖおよび温度ｔにおける単位温度当たりの補正量ΔＸ(ｖ,ｔ)を求める［ステップＳ２］。この単位温度当たりの補正量ΔＸ(ｖ,ｔ)については、後に詳述する。そして上記補正量ΔＸ(ｖ,ｔ)に従って、前記熱式流量センサ１から求められた質量流速ｖを
Ｖ ＝ ｖ ＋ ΔＸ(ｖ,ｔ) ・（ｔ−ｔo）
として温度補正する［ステップＳ３］。
【００１８】
一方、前記質量速度ｖと圧力ｐとをパラメータとして圧力補正テーブル７ｂを参照し、速度ｖおよび圧力ｐにおける単位圧力当たりの補正量ΔＹ(ｖ,ｐ)を求める［ステップＳ４］。そして上記補正量ΔＹ(ｖ,ｐ)に従って、前記熱式流量センサ１から求められた質量流速ｖを
Ｖ ＝ ｖ ＋ ΔＹ(ｖ,ｐ) ・（ｐ−ｐo）
として圧力補正する［ステップＳ５］。但し、質量流速ｖが前述したようにして既に温度補正されている場合には、その温度補正された質量流速ｖに対して上記圧力補正すれば良い。
【００１９】
しかる後、前記流量演算部２において、上述した如く流速補正手段６にて補正された質量流速Ｖを用いて流量変換が行われる［ステップＳ６］。この結果、流体（ガス）の温度ｔおよび圧力ｐに拘わることなく、基準温度ｔoおよび基準圧力ｐoにおける正規化された流量Ｑとして高精度に求められる。尚、ここでは温度補正と圧力補正とを行うものとして説明したが、熱式流量センサ１の圧力特性が無視できるような場合には、上述した温度補正だけを行っても良いことは勿論のことである。またこの温度補正だけでも、一般的にはその計測精度を十分に高めることができる。
【００２０】
ここで上述した温度補正テーブル７ａに予め登録される、流速ｖと温度ｔとに関する単位温度当たりの補正量ΔＸ(ｖ,ｔ)について今少し詳しく説明する。熱式流量センサ１から得られるセンサ出力は、例えば質量流速ｖに相当するパルス数Ｐのパルス信号として求められ、前述した図７に示したように質量流速ｖが高速である程、そのパルス数Ｐが増大する。しかしその変化特性は非線形であり、しかも流体の温度ｔによって変化する。従って熱式流量センサ１から得られるセンサ出力を温度補正するには、流体の温度ｔに応じて上記パルス数Ｐを補正すれば良い。
【００２１】
ここで熱式流量センサ１を校正する温度、例えば２３℃を基準温度ｔoとして温度ｔにおける前記熱式流量センサ１のセンサ出力であるパルス数Ｐの変化率について調べてみると、その変化率ΔＰは、温度ｔにおけるパルス数をＰt、基準温度ｔoにおけるパルス数をＰoとしたとき、
ΔＰ ＝ （Ｐt−Ｐo）／Ｐo
として示される。またこのようにして求められるパルス数の変化率ΔＰは流体の流速ｖによって異なり、例えば図３に示すような変化特性を示す。
【００２２】
この図３に示す変化率ΔＰに着目すると、流速ｖが一定である場合には、例えば前記基準温度Ｔoを境として略一定の増減傾向を示しており、その増減傾向は流速ｖによって異なっているに過ぎない。従って上記基準温度Ｔoを境として低温度域と高温度域とに分けて前記変化率ΔＰの変化特性をそれぞれ直線近似すれば、上記低温度域と高温度域とにおいて流速ｖの異なり毎に単位温度（１℃）当たりのパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)を求めることができる。
【００２３】
前述した温度補正テーブル７ａは、このような単位温度（１℃）当たりのパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)の変化を、図４に示すよう流速ｖをパラメータとしてグラフ化することで、上述した低温度域および高温度域のそれぞれにおける上記パルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)の変化特性として記述したものである。尚、このようなパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)の変化特性は、予め図示しない熱式流量センサ１の校正処理装置により求められ、前述した外部通信インターフェース８を介して記憶部７に温度補正テーブル７ａとして登録される。
【００２４】
かくしてこのような温度補正テーブル７ａを備えた流量計によれば、質量流量センサ１の出力（速度ｖに相当するパルス数Ｐsens）から流体の通流速度（補正前の流速ｖ）を求める共に、前記温度センサ４の出力から流体の温度ｔを求めれば、これらの流速ｖと温度ｔとに従って前記温度補正テーブル７ａから上記流速ｖに相当する単位温度（１℃）当たりのパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)を求めることが可能となる。そしてこの単位温度当たりのパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)に上記温度ｔと基準温度ｔoとの温度差（ｔ−ｔo）を乗じることにより、前記質量流量センサ１の出力（速度ｖに相当するパルス数Ｐsens）を温度補正するべきパルス数ΔＰが求められる。
【００２５】
従ってこの補正パルス数ΔＰを、前記質量流量センサ１の出力（速度ｖに相当するパルス数Ｐsens）に加算すれば、これによって前記質量流量センサ１の出力（速度ｖに相当するパルス数Ｐsens）を、その流速ｖに応じて温度補正することが可能となる。具体的には流速ｖと温度ｔとに応じて温度した補正パルス数Ｐadjを
として求めることが可能となる。そしてこの補正パルス数Ｐadjを、前述した図７に示したような、基準温度ｔoにおける流速ｖと質量流量センサ１の出力（速度ｖに相当するパルス数Ｐ）との関係に基づいて流速ｖに変換し、その流路断面積を乗じることによってその瞬時流量Ｑを高精度に求めることが可能となる。
【００２６】
尚、圧力補正についても、上述した温度補正と同様に実行される。この場合には、図５に示すような流速（流量）に応じて変化する基準圧力当たり（１ＭＰa当たり）の補正特性を圧力補正テーブル７ｂに登録しておけば良い。尚、この基準圧力当たり（１ＭＰa当たり）の補正特性については、例えば０.７ＭＰa程度の中圧を基準圧力ｐoとして求めておくようにすれば十分である。
【００２７】
かくして上述した如く構成された流量計によれば、基準温度ｔoにおける計測値と温度ｔにおける計測値との差の変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)を求め、流速ｖの変化に対する上記単位温度当たり変化量ΔＸ(ｔ)の変化を示すの特性曲線として求めて温度補正テーブル７ｂに登録しているので、この温度補正テーブル７ｂを参照することで質量流量センサ１の出力を簡易に温度補正することができる。しかも前述したように簡単な加減算処理と乗算処理だけで高精度に温度補正することができるので、例えば流量演算部２を構成する８ビット程度のマイクロコンピュータにおいても十分に対処可能であり、その実用的利点が多大である。
【００２８】
更には圧力補正に関しても上述した温度補正と同様に、圧力補正テーブル７ｂを参照してその単位圧力当たりの補正量ΔＹ(ｐ)を求めるだけで良いので、質量流量センサ１にて計測される質量流速ｖを簡易に、しかも高精度に圧力補正することができる。従って前述した温度補正と相俟って、簡易に、しかも効果的に質量流量センサ１にて計測された質量流速ｖを補正して、流量Ｑの計測精度を十分に高くすることが可能となる。
【００２９】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは質量流量センサ１として、流体の質量流速ｖに相当するパルス数のパルス信号を出力するものを例に説明したが、質量流量センサ１が上記質量流速ｖに相当する電圧信号が出力するものであっても良い。この場合には、電圧信号に対する補正電圧を算出して、その補正を行うようにすれば良い。また前述した圧力補正が不要な場合には、圧力センサ５や圧力補正テーブル７ｂを省略しても良いことは言うまでもない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、温度によって変化する質量流速検出部からの出力の変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)を求め、流速ｖに応じた単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)を温度補正テーブルに登録しているので、大規模で大掛かりな演算処理装置を用いることなく、質量流速検出部にて求められる質量流速を簡易に温度補正することができる。また圧力によって変化する質量流速検出部からの出力の変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位圧力当たりの変化量ΔＹ(ｐ)を求め、流速ｖに応じた単位圧力当たりの変化量ΔＹ(ｐ)を圧力補正テーブルに登録しているので、質量流速検出部にて求められる質量流速を簡易に圧力補正することができる。
【００３１】
従って流量計における計測精度を、簡易な構成のもとで容易に高めることができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る流量計の要部概略構成図。
【図２】図１に示す流量計における概略的な補正処理手順を示す図。
【図３】質量流量センサの温度と流量に応じた出力変化率の特性を示す図。
【図４】流速ｖに応じた単位温度（１℃）当たりのパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)の変化特性を示す図。
【図５】流速ｖに応じた単位圧力（１ＭＰa）当たりのパルス変化率ΔＹ(ｖ,ｐ)の変化特性を示す図。
【図６】熱式流量センサの概略的な素子構造を示す図。
【図７】熱式流量センサの出力特性（検出特性）を示す図。
【符号の説明】
１ 熱式流量センサ
２ 流量演算部
３ 出力部
４ 温度センサ
５ 圧力センサ
６ 流速補正手段
７ａ 温度補正テーブル
７ｂ 圧力補正テーブル
８ 外部通信インターフェース
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱式流量センサ等の流速検出部にて検出される流体の質量流速を、流体の温度および／または圧力に依存する前記流速検出部の検出特性に応じて補正して、前記流速検出部が設けられた所定の流路を通流する流体の瞬時流量を高精度に求めることのできる簡易な構成の流量計に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
ガスメータ等の積算流量計は、例えば流量センサを用いて所定の流体通路（ガス引込管）を通流する流体（ガス）の瞬時流量を求め、この瞬時流量を積算することで、例えば１ヶ月毎の流体通流量（ガス使用量）を求めるものである。このような積算流量計（ガスメータ）にて求められる積算流量は、直接課金対象となるので、その計測精度が十分に高いことが要求される。
【０００３】
そこで最近では、専ら、計測精度の高い熱式流量センサが用いられている。この熱式流量センサは、基本的には図６に示すようにシリコン基台Ｂ上に設けた発熱抵抗体からなるヒータ素子Ｒｈを間にして、流体の通流方向Ｆに測温抵抗体からなる一対の温度センサＲｕ,Ｒｄを設けた素子構造を有する。そして上記ヒータ素子Ｒｈから発せられる熱の拡散度合い（温度分布）が前記流体の通流によって変化することを利用し、前記温度センサＲｕ,Ｒｄの熱による抵抗値変化から前記流体の質量流速（質量流量）を検出する如く構成される。
【０００４】
尚、図中Ｒｒは、前記ヒータ素子Ｒｈから離れた位置に設けられた測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度（流体の温度）の計測に用いられる。そしてこの熱式流量センサは、上記温度センサＲｒによって検出される流体の温度よりも前記ヒータ素子Ｒｈの発熱温度が一定温度だけ高くなるように駆動され、このときの前記温度センサＲｕ,Ｒｄの抵抗値変化をセンサ出力（計測値）として求めるものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述した素子構造の熱式流量センサの出力特性（検出特性）は、例えば図７に示すように非線形であり、しかも流体（ガス）の温度ｔに依存して若干変化する。このような出力特性は、±５％ＲＤ程度の流量計測精度が要求されるような場合には殆ど問題はない。しかし、例えば±２％ＲＤ程度の高精度な流量計測が要求されような場合、その温度依存性を補正することが必要である。
【０００６】
しかしながら上述した非線形で３次元的な変化を示す出力特性（検出特性）を定式化して、上記センサ出力を補正することは極めて困難であり、しかもその補正をリアルタイムに実行する場合には大型のコンピュータ等が必要となる。また流体の圧力によっても熱式流量センサの出力が若干変化する。これ故、この圧力依存性までも補正しようとすると、流量計の構成が相当大掛かりなものとなることが否めない。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡易にして効果的に熱式流量センサの出力を温度補正および／または圧力補正して、その計測精度を十分に高めることのできる流量計を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る流量計は、
< １ > ヒータ素子を備え、該ヒータ素子により加熱された流体の熱拡散度合いから所定の流路を通流する上記流体の質量流速ｖを求める熱式流量センサと、
< ２ > この熱式流量センサにより求められた質量流速ｖに従って前記流路を通流する流体の瞬時流量Ｑを求める流量算出手段と
を備えたものであって、特に
< ３ > 前記流路を通流する流体の温度ｔを求める温度検出部（温度センサ）と、
< ４ > 前記熱式流量センサの温度変化特性を、質量流速ｖおよび温度ｔに関する単位温度当たりの補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)として記憶した温度補正テーブルと、
< ５ > 前記流体の質量流速ｖと温度ｔ、および前記温度補正テーブルに登録されている補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)とに従って前記質量流速ｖを
Ｖ ＝ ｖ ＋ ΔＸ(ｖ,ｔ)・（ｔ−ｔo）
として基準温度ｔoにおける質量流速Ｖに補正する流速補正手段と
を備え、
前記流量算出手段においては、上記補正された質量流速Ｖに従って前記流路を通流する流体の瞬時流量Ｑを求めるようにしたことを特徴としている。
【０００９】
ちなみに前記補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)は、前記流速検出部の基準温度ｔoにおける計測値と温度ｔにおける計測値との差の単位温度当たりの変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)を求め、流速ｖの変化に対する上記単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)の変化を示す特性曲線として求められて、予め前記温度補正テーブルに登録されるものである。
【００１０】
また本発明に係る流量計は、
< １ > ヒータ素子を備え、該ヒータ素子により加熱された流体の熱拡散度合いから所定の流路を通流する上記流体の質量流速ｖを求める熱式流量センサと、
< ２ > この熱式流量センサにより求められた質量流速ｖに従って前記流路を通流する流体の瞬時流量Ｑを求める流量算出手段と
を備えたものであって、特に
< ６ > 上記流路を通流する流体の圧力ｐを求める圧力検出部と、
< ７ > 前記熱式流量センサの圧力変化特性を、質量流速ｖおよび圧力ｐに関する単位圧力当たりの補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)として記憶した圧力補正テーブルと、
< ８ > 前記流体の質量流速ｖと圧力ｐ、および前記圧力補正テーブルに登録されている補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)とに従って前記質量流速ｖを
Ｖ ＝ ｖ ＋ ΔＹ(ｖ,ｐ)・（ｐ−ｐo）
として基準圧力ｐoにおける質量流速Ｖに補正する流速補正手段と
を備え、
前記流量算出手段においては、上記流速補正手段にて補正された質量流速Ｖに従って前記流路を通流する流体の瞬時流量Ｑを求めることを特徴としている。
【００１１】
ちなみに前記補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)は、前記流速検出部の基準圧力ｐoにおける計測値と圧力ｐにおける計測値との差の単位圧力当たりの変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位温度当たりの変化量ΔＹ(ｐ)を求め、流速ｖの変化に対する上記単位圧力当たりの変化量ΔＹ(ｐ)の変化を示す特性曲線として求められて、予め前記圧力補正テーブルに登録されるものである。
【００１２】
好ましくは前記流速検出部は、発熱抵抗体からなるヒータ素子と、このヒータ素子を間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた測温抵抗体からなる第１および第２の温度センサとを備えた熱式流量センサからなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る流量計について説明する。
この流量計は、所定の流体通路を通流する流体（ガス）の質量流速を検出する質量流速センサ１とし、図６に示したような素子構造を有する熱式流量センサを用いて構成される。そしてこの熱式流量センサ（質量流速センサ）１にて検出されて出力される質量流速ｖを、マイクロコンピュータ等からなる流量演算部２に取り込み、上記質量流速ｖに相当する瞬時流量Ｑを求めるものなっている。この流量演算部２において求められた瞬時流量Ｑは、例えば該瞬時流量Ｑを積算した積算流量ＴＱと共に出力部３を介して出力される。
【００１４】
基本的には上述した如く構成される流量計において、この実施形態が特徴とするところは、前記熱式流量センサ（質量流速センサ）１の温度特性および圧力特性を補正するべく、前記熱式流量センサ（質量流速センサ）１に併設して前記流体（ガス）の温度を検出する温度センサ４と、前記流体（ガス）の圧力を検出する圧力センサ５とを備えている点にある。そして前記流量演算部２においては前記熱式流量センサ（質量流速センサ）１により検出された質量流速ｖを補正する流速補正手段６を備える点にある。
【００１５】
この流速補正手段６は、記憶部７に予め準備された温度補正テーブル７ａと圧力補正テーブル７ｂとを参照し、後述するように前記温度センサ４および圧力センサ５によりそれぞれ検出された流体の温度ｔと圧力ｐとに従って前記質量流速ｖを補正することで、流体（ガス）の温度ｔおよび圧力ｐに依存することのない瞬時流量Ｑを求める役割を担う。
【００１６】
ちなみに温度補正テーブル７ａは、外部通信インターフェース８を介して、予め前記熱式流量センサ１の温度特性を、質量流速ｖおよび温度ｔに関する単位温度当たりの補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)として登録したものである。また圧力補正テーブル７ｂは前記温度補正テーブル７ａ同様に、予め前記熱式流量センサ１の圧力特性を、質量流速ｖおよび圧力ｐに関する単位圧力当たりの補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)として登録したものである。
【００１７】
そして流速補正手段６においては、例えば図２にその概略的な処理手順を示すように、先ず前記各センサ１,４,５の出力をそれぞれ取り込んで流体（ガス）の質量速度ｖ、温度ｔ、および圧力ｐを取得する［ステップＳ１］。次いで上記質量速度ｖと温度ｔとをパラメータとして温度補正テーブル７ａを参照し、速度ｖおよび温度ｔにおける単位温度当たりの補正量ΔＸ(ｖ,ｔ)を求める［ステップＳ２］。この単位温度当たりの補正量ΔＸ(ｖ,ｔ)については、後に詳述する。そして上記補正量ΔＸ(ｖ,ｔ)に従って、前記熱式流量センサ１から求められた質量流速ｖを
Ｖ ＝ ｖ ＋ ΔＸ(ｖ,ｔ) ・（ｔ−ｔo）
として温度補正する［ステップＳ３］。
【００１８】
一方、前記質量速度ｖと圧力ｐとをパラメータとして圧力補正テーブル７ｂを参照し、速度ｖおよび圧力ｐにおける単位圧力当たりの補正量ΔＹ(ｖ,ｐ)を求める［ステップＳ４］。そして上記補正量ΔＹ(ｖ,ｐ)に従って、前記熱式流量センサ１から求められた質量流速ｖを
Ｖ ＝ ｖ ＋ ΔＹ(ｖ,ｐ) ・（ｐ−ｐo）
として圧力補正する［ステップＳ５］。但し、質量流速ｖが前述したようにして既に温度補正されている場合には、その温度補正された質量流速ｖに対して上記圧力補正すれば良い。
【００１９】
しかる後、前記流量演算部２において、上述した如く流速補正手段６にて補正された質量流速Ｖを用いて流量変換が行われる［ステップＳ６］。この結果、流体（ガス）の温度ｔおよび圧力ｐに拘わることなく、基準温度ｔoおよび基準圧力ｐoにおける正規化された流量Ｑとして高精度に求められる。尚、ここでは温度補正と圧力補正とを行うものとして説明したが、熱式流量センサ１の圧力特性が無視できるような場合には、上述した温度補正だけを行っても良いことは勿論のことである。またこの温度補正だけでも、一般的にはその計測精度を十分に高めることができる。
【００２０】
ここで上述した温度補正テーブル７ａに予め登録される、流速ｖと温度ｔとに関する単位温度当たりの補正量ΔＸ(ｖ,ｔ)について今少し詳しく説明する。熱式流量センサ１から得られるセンサ出力は、例えば質量流速ｖに相当するパルス数Ｐのパルス信号として求められ、前述した図７に示したように質量流速ｖが高速である程、そのパルス数Ｐが増大する。しかしその変化特性は非線形であり、しかも流体の温度ｔによって変化する。従って熱式流量センサ１から得られるセンサ出力を温度補正するには、流体の温度ｔに応じて上記パルス数Ｐを補正すれば良い。
【００２１】
ここで熱式流量センサ１を校正する温度、例えば２３℃を基準温度ｔoとして温度ｔにおける前記熱式流量センサ１のセンサ出力であるパルス数Ｐの変化率について調べてみると、その変化率ΔＰは、温度ｔにおけるパルス数をＰt、基準温度ｔoにおけるパルス数をＰoとしたとき、
ΔＰ ＝ （Ｐt−Ｐo）／Ｐo
として示される。またこのようにして求められるパルス数の変化率ΔＰは流体の流速ｖによって異なり、例えば図３に示すような変化特性を示す。
【００２２】
この図３に示す変化率ΔＰに着目すると、流速ｖが一定である場合には、例えば前記基準温度Ｔoを境として略一定の増減傾向を示しており、その増減傾向は流速ｖによって異なっているに過ぎない。従って上記基準温度Ｔoを境として低温度域と高温度域とに分けて前記変化率ΔＰの変化特性をそれぞれ直線近似すれば、上記低温度域と高温度域とにおいて流速ｖの異なり毎に単位温度（１℃）当たりのパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)を求めることができる。
【００２３】
前述した温度補正テーブル７ａは、このような単位温度（１℃）当たりのパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)の変化を、図４に示すよう流速ｖをパラメータとしてグラフ化することで、上述した低温度域および高温度域のそれぞれにおける上記パルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)の変化特性として記述したものである。尚、このようなパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)の変化特性は、予め図示しない熱式流量センサ１の校正処理装置により求められ、前述した外部通信インターフェース８を介して記憶部７に温度補正テーブル７ａとして登録される。
【００２４】
かくしてこのような温度補正テーブル７ａを備えた流量計によれば、質量流量センサ１の出力（速度ｖに相当するパルス数Ｐsens）から流体の通流速度（補正前の流速ｖ）を求める共に、前記温度センサ４の出力から流体の温度ｔを求めれば、これらの流速ｖと温度ｔとに従って前記温度補正テーブル７ａから上記流速ｖに相当する単位温度（１℃）当たりのパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)を求めることが可能となる。そしてこの単位温度当たりのパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)に上記温度ｔと基準温度ｔoとの温度差（ｔ−ｔo）を乗じることにより、前記質量流量センサ１の出力（速度ｖに相当するパルス数Ｐsens）を温度補正するべきパルス数ΔＰが求められる。
【００２５】
従ってこの補正パルス数ΔＰを、前記質量流量センサ１の出力（速度ｖに相当するパルス数Ｐsens）に加算すれば、これによって前記質量流量センサ１の出力（速度ｖに相当するパルス数Ｐsens）を、その流速ｖに応じて温度補正することが可能となる。具体的には流速ｖと温度ｔとに応じて温度した補正パルス数Ｐadjを
【００２６】
尚、圧力補正についても、上述した温度補正と同様に実行される。この場合には、図５に示すような流速（流量）に応じて変化する基準圧力当たり（１ＭＰa当たり）の補正特性を圧力補正テーブル７ｂに登録しておけば良い。尚、この基準圧力当たり（１ＭＰa当たり）の補正特性については、例えば０.７ＭＰa程度の中圧を基準圧力ｐoとして求めておくようにすれば十分である。
【００２７】
かくして上述した如く構成された流量計によれば、基準温度ｔoにおける計測値と温度ｔにおける計測値との差の変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)を求め、流速ｖの変化に対する上記単位温度当たり変化量ΔＸ(ｔ)の変化を示すの特性曲線として求めて温度補正テーブル７ｂに登録しているので、この温度補正テーブル７ｂを参照することで質量流量センサ１の出力を簡易に温度補正することができる。しかも前述したように簡単な加減算処理と乗算処理だけで高精度に温度補正することができるので、例えば流量演算部２を構成する８ビット程度のマイクロコンピュータにおいても十分に対処可能であり、その実用的利点が多大である。
【００２８】
更には圧力補正に関しても上述した温度補正と同様に、圧力補正テーブル７ｂを参照してその単位圧力当たりの補正量ΔＹ(ｐ)を求めるだけで良いので、質量流量センサ１にて計測される質量流速ｖを簡易に、しかも高精度に圧力補正することができる。従って前述した温度補正と相俟って、簡易に、しかも効果的に質量流量センサ１にて計測された質量流速ｖを補正して、流量Ｑの計測精度を十分に高くすることが可能となる。
【００２９】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは質量流量センサ１として、流体の質量流速ｖに相当するパルス数のパルス信号を出力するものを例に説明したが、質量流量センサ１が上記質量流速ｖに相当する電圧信号が出力するものであっても良い。この場合には、電圧信号に対する補正電圧を算出して、その補正を行うようにすれば良い。また前述した圧力補正が不要な場合には、圧力センサ５や圧力補正テーブル７ｂを省略しても良いことは言うまでもない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、温度によって変化する質量流速検出部からの出力の変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)を求め、流速ｖに応じた単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)を温度補正テーブルに登録しているので、大規模で大掛かりな演算処理装置を用いることなく、質量流速検出部にて求められる質量流速を簡易に温度補正することができる。また圧力によって変化する質量流速検出部からの出力の変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位圧力当たりの変化量ΔＹ(ｐ)を求め、流速ｖに応じた単位圧力当たりの変化量ΔＹ(ｐ)を圧力補正テーブルに登録しているので、質量流速検出部にて求められる質量流速を簡易に圧力補正することができる。
【００３１】
従って流量計における計測精度を、簡易な構成のもとで容易に高めることができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る流量計の要部概略構成図。
【図２】図１に示す流量計における概略的な補正処理手順を示す図。
【図３】質量流量センサの温度と流量に応じた出力変化率の特性を示す図。
【図４】流速ｖに応じた単位温度（１℃）当たりのパルス変化率ΔＸ(ｖ,ｔ)の変化特性を示す図。
【図５】流速ｖに応じた単位圧力（１ＭＰa）当たりのパルス変化率ΔＹ(ｖ,ｐ)の変化特性を示す図。
【図６】熱式流量センサの概略的な素子構造を示す図。
【図７】熱式流量センサの出力特性（検出特性）を示す図。
【符号の説明】
１ 熱式流量センサ
２ 流量演算部
３ 出力部
４ 温度センサ
５ 圧力センサ
６ 流速補正手段
７ａ 温度補正テーブル
７ｂ 圧力補正テーブル
８ 外部通信インターフェース
Claims (5)
- ヒータ素子を備え、該ヒータ素子により加熱された流体の熱拡散度合いから所定の流路を通流する上記流体の質量流速ｖを求める熱式流量センサと、
上記流路を通流する流体の温度ｔを求める温度検出部と、
前記熱式流量センサの温度変化特性を、質量流速ｖおよび温度ｔに関する単位温度当たりの補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)として記憶した温度補正テーブルと、
前記流体の質量流速ｖと温度ｔ、および前記温度補正テーブルに登録されている補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)とに従って前記質量流速ｖを
Ｖ ＝ ｖ ＋ ΔＸ(ｖ,ｔ) ・（ｔ−ｔo）
として基準温度ｔoにおける質量流速Ｖに補正する流速補正手段と、
補正された質量流速Ｖに従って前記流路を通流する流体の瞬時流量Ｑを求める流量算出手段と
を具備したことを特徴とする流量計。 - 前記補正値ΔＸ(ｖ,ｔ)は、前記流速検出部の基準温度ｔoにおける計測値と温度ｔにおける計測値との差の単位温度当たりの変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)を求め、流速ｖの変化に対する上記単位温度当たりの変化量ΔＸ(ｔ)の変化を示す特性曲線として求められるものである請求項１に記載の流量計。
- ヒータ素子を備え、該ヒータ素子により加熱された流体の熱拡散度合いから所定の流路を通流する上記流体の質量流速ｖを求める熱式流量センサと、
上記流路を通流する流体の圧力ｐを求める圧力検出部と、
前記熱式流量センサの圧力変化特性を、質量流速ｖおよび圧力ｐに関する単位圧力当たりの補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)として記憶した圧力補正テーブルと、
前記流体の質量流速ｖと圧力ｐ、および前記圧力補正テーブルに登録されている補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)とに従って前記質量流速ｖを
Ｖ ＝ ｖ ＋ ΔＹ(ｖ,ｐ) ・（ｐ−ｐo）
として基準圧力ｐoにおける質量流速Ｖに補正する流速補正手段と、
補正された質量流速Ｖに従って前記流路を通流する流体の瞬時流量Ｑを求める流量算出手段と
を具備したことを特徴とする流量計。 - 前記補正値ΔＹ(ｖ,ｐ)は、前記流速検出部の基準圧力ｐoにおける計測値と圧力ｐにおける計測値との差の単位圧力当たりの変化率を示すデータを質量流速ｖ毎にそれぞれ直線近似することで単位温度当たりの変化量ΔＹ(ｐ)を求め、流速ｖの変化に対する上記単位圧力当たりの変化量ΔＹ(ｐ)の変化を示す特性曲線として求められるものである請求項３に記載の流量計。
- 前記流速検出部は、発熱抵抗体からなるヒータ素子と、このヒータ素子を間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた測温抵抗体からなる第１および第２の温度センサとを備えた熱式流量センサである請求項１または３に記載の流量計。
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