JP4801501B2 - 熱式流量計 - Google Patents

Description

本発明は、ヒータ温度検出抵抗体（流量センサ）と流体温度検出抵抗体（温度センサ）とを備える定温度差回路からの出力に基づき流体の流量を測定する熱式流量計に関する。より詳細には、出力調整を簡単に行うことができる熱式流量計に関するものである。

従来、空気圧ライン等に使用される圧縮空気やその他の流体の流量を計測するために熱式流量計が使用されている。熱式流量計には、ヒータにより加熱されているヒータ温度検出抵抗体と、測定対象である流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体とが備わっている。そして、測定流体が流れていないときには、ヒータ温度検出抵抗体がヒータにより所定温度に加熱されているが、測定流体が流れると流体の質量に比例した熱が奪われる。その結果、ヒータ温度検出抵抗体を所定温度に戻すために、ヒータ温度検出抵抗体に電流が流れる（電圧が印加される）。そして、この電流値（電圧値）に基づき、予め記憶されているデータテーブルを用いて流体の流量を算出するようになっている（特許文献１参照）。

また、特許文献１に開示されている熱式流量計とは異なり、センサ部と表示部とが分離されケーブルで連結するタイプの分離型熱式流量計も多く使用されている。このような分離型熱式流量計では、センサ部からヒータ温度検出抵抗体を所定温度に戻す際に流れる電流値（印加される電圧値）に関する信号が表示部に出力される。そして、表示部において、その信号に基づき、表示部に予め記憶されているデータテーブルが参照されて流体の流量を算出するようになっている。

特開平１０−１４８５５７号公報

しかしながら、上記した従来の分離型熱式流量計では、同一機種間での互換性を確保する（同一機種間でのセンサ部と表示部との交換を可能にする）ために、ヒータ温度検出抵抗体と流体温度検出抵抗体として使用している白金抵抗またはサーミスタ等の抵抗体の個体差（バラツキ）を小さくする必要があった。抵抗体の個体差（バラツキ）を小さくしないと、センサ部から検出流量に応じて出力される電圧のバラツキが大きくなり、センサ部の抵抗体の特性とデータテーブルとがうまく適合せずに、正確に流量を算出（測定）することができなくなってしまう。つまり、測定精度を保証することができなくなるのである。
ここで、従来の分離型熱式流量計において、抵抗体を選別したり、あるいは抵抗体を専用に製作することにより、抵抗体の個体差（バラツキ）を小さくすることはできるが、その結果、抵抗体が大変高価なものになってしまうという問題があった。

このため、抵抗体に汎用品を使用してゼロ点調整およびスパン点調整（フルスケール流量点調整）を行うことにより、各抵抗体のバラツキを小さくすることが考えられている。このようなゼロ・スパン点調整を行う熱式流量計には、図９に示すように、ゼロ点調整回路１３１およびスパン点調整回路１３２を備える増幅回路１３０が設けられている。

ゼロ点調整回路１３１には、基準電圧Ｖ１と定温度差回路（図２参照）からの出力電圧Ｖ２との差分に応じた電圧を増幅する差動増幅回路１３５と、基準電圧Ｖ１を可変する電圧可変回路１３６とが設けられている。差動増幅回路１３５では、オペアンプＯＰ１の（−）端子に、一端が電圧可変回路１３６に接続された抵抗体Ｒ１の他端が接続されるとともに、一端がオペアンプＯＰ１の出力端部に接続された抵抗体Ｒ２の他端が接続されている。一方、オペアンプＯＰ１の（＋）端子に、一端が定温度差回路の出力端部に接続された抵抗体Ｒ１の他端が接続されるとともに、一端が接地された抵抗体Ｒ２の他端が接続されている。これにより、差動増幅回路１３５では、オペアンプＯＰ１に入力される電圧Ｖ１，Ｖ２との電圧差（Ｖ２−Ｖ１）をＲ２／Ｒ１倍に増幅するようになっている。

また、電圧可変回路１３６には、定電源（電源電圧）Ｖｃｃと、２つの固定抵抗体と、２つの固定抵抗体の間に接続された可変抵抗体であるトリマＴ１とが設けられている。このような電圧可変回路１３６では、トリマＴ１の抵抗値を調整することにより電源電圧Ｖｃｃを可変して基準電圧Ｖ１を決定するようになっている。

そして、ゼロ点調整回路１３１では、トリマＴ１によって基準電圧Ｖ１を調整することにより、ゼロ点（流量０Ｌ／ｍｉｎ）におけるセンサ出力Ｖｏｕｔ（増幅回路１３０からの出力信号）の調整を行うようになっている。

スパン点調整回路１３２は、差動増幅回路１３５からの出力電圧Ｖｚを所定の増幅率で増幅する非反転増幅回路として構成されている。具体的には、オペアンプＯＰ２の（−）端子に、一端が接地された抵抗体Ｒ３の他端と、オペアンプＯＰ２の出力端部に一端が接続された可変抵抗体Ｒ４（トリマＴ２）の他端とが接続されている。一方、オペアンプＯＰ２の（＋）端子にはオペアンプＯＰ１の出力端部が接続されている。このような非反転増幅回路では、スパン点調整回路１３２は、オペアンプＯＰ１からの出力電圧Ｖｚを（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ３倍に増幅するようになっている。

そして、スパン点調整回路１３２では、トリマＴ２を調整（抵抗値Ｒ４を可変）して増幅率を可変することにより、スパン点（フルスケール流量）におけるセンサ出力Ｖｏｕｔの調整を行うようになっている。

ここで、センサ出力Ｖｏｕｔの調整を行う際には、まず、流量ゼロにおいてセンサ出力ＶｏｕｔがゼロになるようにトリマＴ１を調整する。その後、フルスケール流量Ｑｂを流した状態でセンサ出力ＶｏｕｔがＶｏｕｔ＝ＶｂとなるようにトリマＴ２を調整する。このようなゼロ・スパン点調整により、センサ出力Ｖｏｕｔのバラツキが図１０に示すように抑えられる。

ところが、図１０から明らかなように、ゼロ−フルスケール間の中間流量域（実使用領域）におけるセンサ出力Ｖｏｕｔのバラツキが大きいという問題があった。このように中間流量域における出力バラツキが大きいと、流量を高精度に検出することができない。

そこで、中間流量域における出力バラツキを抑えるために、ゼロ点ではなく流量を少し流した状態（流量Ｑａ：センサ出力Ｖａ）を仮想ゼロ点として、仮想ゼロ点調整およびスパン調整を行うことも考えられる。この場合、まず、トリマＴ１にて仮想ゼロ点調整を行って、図１１に示すように、流量Ｑａにおいてセンサ出力ＶｏｕｔがＶｏｕｔ＝Ｖａとなるようにする。その後、トリマＴ２にてスパン点調整を行って、図１２に示すように、流量Ｑｂにおいてセンサ出力ＶｏｕｔがＶｏｕｔ＝Ｖｂとなるようにする。

しかしながら、トリマＴ２を調整することにより、図１２に示すように、仮想ゼロ点におけるセンサ出力ＶｏｕｔがＶｏｕｔ＝Ｖａとならずに変化してしまう。このようにスパン点調整を行った後に、仮想ゼロ点におけるセンサ出力が変化してしまう理由を以下に説明する。オペアンプＯＰ１の出力電圧Ｖｚは、
Ｖｚ＝Ｒ２／Ｒ１（Ｖ２−Ｖ１）
であり、センサ出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ３＊Ｖｚ
である。
まず、仮想ゼロ点においては、Ｖｏｕｔ＝ＶａとなるようにトリマＴ１が調整されるため、仮想ゼロ点調整においてはＶ２≠Ｖ１（Ｖ２＞Ｖ１）となっている。なお、このときは、トリマＴ２は何ら調整しない。しかしながら、仮想ゼロ点におけるセンサ出力Ｖｏｕｔは、上記した式から解るように、トリマＴ２の抵抗値Ｒ４に影響される。そして、Ｖ２≠Ｖ１である状態において、スパン点調整を行う際にトリマＴ２を調整して抵抗値Ｒ４が変更されると、オペアンプＯＰ１からの出力電圧Ｖｚに乗じられている「（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ３」の値（つまり増幅率）が変化する。このため、スパン点調整後における仮想ゼロ点のセンサ出力Ｖｏｕｔが変化してしまうのである。

このように、スパン点調整により仮想ゼロ点のセンサ出力Ｖｏｕｔが変化するため、再び仮想ゼロ点の調整を行う必要が生じる。そうすると、仮想ゼロ点の再調整後に、再びスパン点調整を行わなければならない。そして、スパン調整後に仮想ゼロ点におけるセンサ出力ＶｏｕｔがＶｏｕｔ＝Ｖａになるまで、仮想ゼロ点調整およびスパン点調整を繰り返さなければならなかった。従って、センサ出力の調整作業が非常に面倒であり、調整に時間がかかるという問題があった。

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、２つの流量点（仮想ゼロ点およびスパン点）における出力調整をそれぞれ１回のみで完了させて、中間流量域におけるセンサ出力のバラツキを小さくすることができる熱式流量計を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る熱式流量計は、ヒータ温度検出抵抗体および流体温度検出抵抗体を含む定温度差回路によって流体の流量に応じた信号を出力する流量検出回路と、前記流量検出回路からの出力信号を増幅してセンサ出力とする増幅回路とを有する熱式流量計において、前記増幅回路は、基準電圧と前記定温度差回路からの出力電圧との差分に応じた電圧を増幅する第１増幅回路と、前記基準電圧を可変する基準電圧可変手段とを含み、前記基準電圧可変手段によって前記基準電圧を調整することにより第１流量点におけるセンサ出力を予め決められている第１所定電圧値に調整する第１流量点調整回路と、前記第１増幅回路からの出力電圧を所定の増幅率で増幅する第２増幅回路で構成され、前記所定の増幅率を可変する増幅率可変手段を含み、前記増幅率可変手段を調整することにより第２流量点におけるセンサ出力を予め決められている第２所定電圧値にする第２流量点調整回路と、前記第１増幅回路および前記第２増幅回路のグラウンドレベルを前記第１所定電圧値に設定する電圧設定手段と、を有することを特徴とする。

この熱式流量計では、第１流量点調整回路に備わる基準電圧可変手段によって基準電圧が調整されることにより、第１流量点におけるセンサ出力が第１所定電圧値に調整される。また、第２流量点調整回路に備わる増幅率可変手段によって第２増幅回路における増幅率が調整されることにより、第２流量点におけるセンサ出力が第２所定電圧値に調整される。

ここで、第１流量点は、流量がゼロ以上で、かつフルスケール流量の１／４以下である流量点であり、第２流量点は、フルスケール流量点とすればよい。
これにより、仮想ゼロ点およびスパン点においてセンサ出力の調整が行われるので、中間流量域におけるセンサ出力のバラツキを小さくすることができるからである。

そして、この熱式流量計では、電圧設定手段により、第１増幅回路および第２増幅回路のグラウンドレベルが第１所定電圧値に設定されている。これにより、第１流量点においてセンサ出力を第１所定電圧値に調整すると、定温度差回路からの出力電圧と可変された基準電圧とが等しくなる。このため、第１流量点におけるセンサ出力は、増幅率可変手段の調整（非反転増幅回路における増幅率の変化）による影響を受けない。従って、第２流量点において、増幅率可変手段によりセンサ出力を第２所定電圧値に調整した後においても、第１流量点におけるセンサ出力は変化することがない。その結果、基準電圧可変手段によって第１流量点におけるセンサ出力が第１所定電圧値に調整された後は、増幅率可変手段の調整には影響されることなく、第１流量点におけるセンサ出力は常に第１所定電圧値となる。

従って、第１流量点におけるセンサ出力の調整、および第２流量点におけるセンサ出力の調整をそれぞれ１回行うだけで、センサ出力の整を完了させることができる。従って、２つの流量点、すなわち仮想ゼロ点およびスパン点におけるセンサ出力の調整を短時間で行うことができる。

このように熱式流量計では、短時間で行えるセンサ出力の調整により、中間流量域におけるセンサ出力のバラツキを小さくすることができる。これにより、ヒータ温度検出抵抗体と流体温度検出抵抗体として使用している白金抵抗またはサーミスタ等の抵抗体に汎用品を使用しても、抵抗体の個体差によるセンサ出力のバラツキを小さくすることができる。従って、精度良く流量測定を行うことができる。
また、本発明を分離型熱式流量計に適用することにより、ヒータ温度検出抵抗体と流体温度検出抵抗体として白金抵抗またはサーミスタ等の汎用品を使用しても、同一機種間での互換性を確保することができる。

本発明に係る熱式流量計によれば、上記した通り、２つの流量点（仮想ゼロ点およびスパン点）における出力調整をそれぞれ１回のみで完了させて、中間流量域におけるセンサ出力のバラツキを小さくすることができる。

以下、本発明の熱式流量計を具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態は、センサ部と表示部とが分離されて構成されている分離型熱式流量に本発明を適用したものである。そこで、まず、本実施の形態に係る分離型流量計の構成について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る分離型熱式流量計の概略構成図である。図２は、センサ部の回路構成を示す回路図である。図３は、増幅回路の構成を示す回路図である。図４は、表示部の構成を示すブロック図である。

本実施の形態に係る分離型熱式流量計１０は、図１に示すように、測定流体が流れる流路１１が形成されたボディ１２と、流路１１を流れる流体の流量を検出するセンサ部２０とからなるセンサ本体１５と、センサ部２０の検出信号に基づき流路１１を流れる流体の流量を算出して表示する表示部４０と、センサ部２０と表示部４０とを電気的に接続するケーブル１６とを有している。そして、表示部４０に接続された外部電源Ｖｃｃにより、センサ部４０およびセンサ部２０の電源電圧Ｖ＋が供給され、センサ部２０で検出された流量信号に基づき、表示部４０に流量値が表示されるようになっている。

ここで、ボディ１２の両端部には、配管アダプタ１３ａ，１３ｂが取り付けられている。これにより、ライン配管にセンサ本体１５を取り付けられるようになっている。また、ボディ１２内の流路１１には、ヒータ温度検出抵抗である流量センサ２１、および流体温度検出抵抗である温度センサ２２が設置されている。さらに、流路１１には、流路１１内に流れ込む流体の流れを整えるとともに、流体中の異物を除去するための整流ユニット１４が配置されている。

このようなボディ１２の上部にセンサ部２０が配置されている。そこで、センサ部２０について図２を参照しながら説明する。センサ部２０には、図２に示すように、流量検出回路２３と、増幅回路３０とが備わっている。

流量検出回路２３は、本発明の「定温度差回路」に相当するものであって、流路１１を流れる流体の流量を検出し、その検出信号（Ｐ信号）を表示部４０に出力するようになっている。この流量検出回路２３には、流量検出のための流量センサ２１と、流体温度補償のための温度センサ２２と、固定抵抗素子２５，２６，２７とからなるブリッジ回路と、オペアンプ２８と、トランジスタ２９とを備えている。ここで、流量センサ２１および温度センサ２２としては、白金抵抗やサーミスタなど温度により抵抗値が変化するいわゆる温度依存性を有する感温抵抗素子であり、これらの抵抗素子は、線材、フィルム、半導体式など種々のものがある。そして、本実施の形態では、流量センサ２１および温度センサ２２として、汎用品の白金抵抗が使用されている。つまり、流量センサ２１および温度センサ２２は、選別あるいは専用製作されたものではない。

そして、流量センサ２１の出力が、固定抵抗素子２７により検出されてオペアンプ２８の（＋）端子に入力されるようになっている。一方、温度センサ２２の出力が、固定抵抗素子２６により検出されてオペアンプ２８の（−）端子に入力されるようになっている。また、オペアンプ２８の出力が、トランジスタ２９のベースに入力されるようになっている。これにより、流量検出回路２３において、流量センサ２１に流れる電流が、流量センサ２１と温度センサ２２との間の温度差（抵抗値差）が一定になるように制御される。ここで、流量センサ２１は、流路１１に配置されているため、流路１１を流れる流体により熱が奪われる。このとき、流体の流量により変化する電流値（電圧値）として検出することにより、流路１１を流れる流体の流量を検出するようになっている。流量検出回路２３からの出力電圧Ｖ２は、増幅回路３０によって増幅されセンサ出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｑ信号）としてセンサ部２０から出力されるようになっている。

ここで、本発明の特徴点である増幅回路３０について図３を参照しながら説明する。増幅回路３０には、図３に示すように、仮想ゼロ点調整回路３１と、スパン点調整回路３２と、電圧設定回路３３とが備わっている。

仮想ゼロ点調整回路３１は、仮想ゼロ点（流量Ｑａ、センサ出力Ｖａ）における出力調整を行うための回路である。この仮想ゼロ点調整回路３１は、本発明の「第１流量点調整回路」に相当する。なお、流量Ｑａは、フルスケール流量をＱｂとすると、０＜Ｑａ＜Ｑｂ／４となる関係を満たす。この仮想ゼロ点調整回路３１には、図２に示すように、基準電圧Ｖ１と流量検出回路２３からの出力電圧Ｖ２との差分に応じた電圧を増幅する差動増幅回路３５と、基準電圧Ｖ１を可変する基準電圧可変回路３６とが設けられている。差動増幅回路３５では、オペアンプＯＰ１の（−）端子に、一端が電圧可変回路３６に接続された抵抗体Ｒ１の他端が接続されるとともに、一端がオペアンプＯＰ１の出力端部に接続された抵抗体Ｒ２の他端が接続されている。一方、オペアンプＯＰ１の（＋）端子に、一端が定温度差回路の出力端部に接続された抵抗体Ｒ１の他端が接続されるとともに、一端が電圧設定回路３３に接続された抵抗体Ｒ２の他端が接続されている。これにより、差動増幅回路３５では、オペアンプＯＰ１に入力される電圧Ｖ１，Ｖ２との電圧差（Ｖ２−Ｖ１）をＲ２／Ｒ１倍に増幅するようになっている。なお、本実施の形態では、Ｒ１＝Ｒ２となっており、差動増幅回路３５からの出力電圧Ｖｚは、Ｖｚ＝Ｖ２−Ｖ１となる。

また、基準電圧可変回路３６には、定電源（電源電圧）Ｖｃｃと、２つの固定抵抗体と、２つの固定抵抗体の間に接続された可変抵抗体であるトリマＴ１とが設けられている。このような電圧可変回路３６では、トリマＴ１の抵抗値を調整することにより電源電圧Ｖｃｃを可変して基準電圧Ｖ１を決定するようになっている。

このような構成によりゼロ点調整回路３１では、トリマＴ１を調整（抵抗値を可変）して基準電圧Ｖ１を可変することにより、仮想ゼロ点におけるセンサ出力ＶｏｕｔをＶｏｕｔ＝Ｖａとすることができるようになっている。

スパン点調整回路３２は、差動増幅回路３５からの出力電圧Ｖｚを所定の増幅率で増幅する非反転増幅回路として構成され、増幅率を可変することができるようになっている。このスパン点調整回路３２は、本発明の「第２流量点調整回路」に相当する。
スパン点調整回路３２では、オペアンプＯＰ２の（−）端子に、一端が電圧設定回路３３に接続された抵抗体Ｒ３の他端と、オペアンプＯＰ２の出力端部に一端が接続された可変抵抗体Ｒ４（トリマＴ２）の他端とが接続されている。一方、オペアンプＯＰ２の（＋）端子にはオペアンプＯＰ１の出力端部が接続されている。このようなスパン点調整回路３２では、オペアンプＯＰ１からの出力電圧Ｖｚを（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ３倍に増幅するようになっている。
このような構成によりスパン点調整回路３２では、トリマＴ２を調整（抵抗値を可変）することにより、スパン点（フルスケール流量）におけるセンサ出力ＶｏｕｔをＶｏｕｔ＝Ｖｂとすることができるようになっている。

電圧設定回路３３は、オペアンプＯＰ１およびオペアンプＯＰ２のグラウンドレベルを所定電圧Ｖ３に設定するものである。この電圧設定回路３３は、電源電圧Ｖ＋を可変抵抗体３４によって調整して所定電圧Ｖ３を設定するようになっている。これにより、オペアンプＯＰ１からの出力電圧Ｖｚは、
Ｖｚ＝Ｖ２−Ｖ１＋Ｖ３…（１）
となり、オペアンプＯＰ２からの出力Ｖｏｕｔは非反転増幅回路の式により
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ３＊Ｖｚ−Ｒ４／Ｒ３＊Ｖ３…（２）
となる。

次に、表示部４０について図４を参照しながら説明する。表示部４０には、図４に示すように、ＣＰＵ４１と、メモリ４２と、Ａ／Ｄ変換部４３と、設定スイッチ４４と、表示器４５とが備わっている。
ＣＰＵ４１は、センサ部２０からの入力信号（Ｑ信号）に基づき、流路１２を流れる流体の流量を算出して、設定スイッチ４４で設定された条件に従って表示器４５に流量値を表示させるようになっている。

メモリ４２は、センサ部２０から出力されるＱ信号（出力電圧）と流体の流量との関係を表すデータテーブル等を記憶している。このデータテーブルは、ＣＰＵ４１が、流量を算出するときに参照される。

Ａ／Ｄ変換部４３は、センサ部２０からの信号（Ｑ信号）をデジタル信号に変換するものである。設定スイッチ４４は、測定モードや設定値の変更などを行うためのものである。表示器４５は、流量値のデジタル表示の他、スイッチ出力表示、異常表示、単位表示、デジタル表示に比例したアナログ出力などを行うものである。

続いて、上記した構成を有する熱式流量計１０における出力調整方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、センサ出力の調整方法の手順を示すフローチャートである。本実施の形態では、仮想ゼロ点およびスパン点においてそれぞれセンサ出力の調整を行う。なお、出力調整を行う前に、仮想ゼロ点／スパン点における流量検出回路２３からの出力電圧Ｖ２を測定し、その測定電圧Ｖ２ａ／Ｖ２ｂを実際のセンサ出力として取得したいセンサ出力電圧に換算して、仮想ゼロ点／スパン点におけるセンサ出力電圧Ｖａ／Ｖｂを算出しておく。

まず、電圧設定回路３３の供給電圧Ｖ３の設定を可変抵抗体３４により行い（Ｓ１）、Ｖ３＝Ｖａとなるようする（Ｓ２）。つまり、オペアンプＯＰ１およびＯＰ２のグラウンドレベルの電圧をＶａとなるようにする。そして、電圧設定回路３３の供給電圧Ｖ３の設定が終了すると、流路１１に測定流体を流量Ｑａで流し（Ｓ３）、トリマＴ１により仮想ゼロ点調整を行い（Ｓ４）、センサ出力がＶｏｕｔ＝Ｖａとなるようにする（Ｓ５）。なお、このときにトリマＴ２が調整されることはない。

ここで、上記（１）（２）式からセンサ出力Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ３＊（Ｖ２−Ｖ１）＋Ｖ３
となるから、仮想ゼロ点調整により、
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ３＊（Ｖ２−Ｖ１）＋Ｖ３＝Ｖａ
となる。そして、Ｖ３＝Ｖａとなっていることから、
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ３＊（Ｖ２−Ｖ１）＋Ｖａ＝Ｖａ
となる。このため、
（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ３＊（Ｖ２−Ｖ１）＝０
となるから、Ｖ１＝Ｖ２となる。つまり、仮想ゼロ点調整を行ってセンサ出力がＶｏｕｔ＝Ｖａになると、仮想ゼロ点におけるセンサ出力は、「（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ３」の値、つまりトリマＴ２の抵抗値Ｒ４の変化（スパン点調整回路３２の増幅率）に影響されることなく常にＶｏｕｔ＝Ｖ３＝Ｖａとなる。

そして、仮想ゼロ点調整が終了すると（Ｓ５：ＹＥＳ）と、流路１１に測定流体をフルスケール流量Ｑｂで流し（Ｓ６）、トリマＴ２によりスパン点調整を行い（Ｓ７）、センサ出力がＶｏｕｔ＝Ｖｂとなるようにする（Ｓ８）。このとき、仮想ゼロ点調整時に設定されていたトリマＴ２の抵抗値Ｒ４が変化する。ところが、上記したように、仮想ゼロ点におけるセンサ出力は、トリマＴ２の抵抗値Ｒ４の変化に影響されることなく常にＶｏｕｔ＝Ｖａとなっている。このため、スパン点調整を行った後に、再び仮想ゼロ点調整を行う必要がない。つまり、仮想ゼロ点調整およびスパン点調整をそれぞれ１回のみ行うだけでよいから、短時間でセンサ出力Ｖｏｕｔの調整を行うことができる。

ここで、図６に示すような出力特性を持つ３種類の流量センサ２１と温度センサ２２との組み合わせ（バラツキ上限、中央、下限の３種類の組み合わせ）を選び、上記したセンサ出力の調整方法を実施した結果を図７に示す。図６は、流量と流量検出回路からの出力電圧との関係を示す図である。図７は、出力調整後における流量とセンサ出力との関係を示す図である。

図６および図７から明らかなように、流量センサ２１と温度センサ２２とに汎用品を使用して個体差による出力バラツキがあったとしても、上記した出力調整方法を実施することにより、中間流量域におけるセンサ出力Ｖｏｕｔのバラツキを小さくすることができる。なお、仮想ゼロ点以下におけるセンサ出力Ｖｏｕｔのバラツキが大きくなっているが、流量に対するセンサ出力の変化量（傾き）が大きいため、測定精度に影響を与えることはない。従って、汎用品を使用した流量センサ２１および温度センサ２２であっても、流路１１を流れる流体の流量を精度良く測定することができる。

このように熱式流量計１０では、流量センサ２１と温度センサ２２とに汎用品を使用しても、簡単な出力調整により、中間流量域におけるセンサ出力Ｖｏｕｔのバラツキを小さくすることができるため、センサ本体と表示部との互換性を確保して十分な測定精度を得ることができる。
そして、上記した３種類の組み合わせた使用した３つのセンサ本体を表示部４０に接続して流量測定を行ったところ、図８に示すように、所定の精度幅（±３％ＦＳ程度）での流量表示をすることができた。つまり、センサ本体を交換しても測定精度が低下しなかった。なお、図８は、流体の流量と表示部における流量表示（測定誤差）の関係を示す図である。
また、従来は必要であった流量センサおよび温度センサの選別や専用製作が不要となり、流量センサおよび温度センサにかかるコストを８０％程度低減することができた。従って、熱式流量計１０のコスト面においても有利になった。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る熱式流量計１０では、仮想ゼロ点調整を行うための仮想ゼロ点調整回路３１に備わるオペオペアンプＯＰ１、およびスパン点調整を行うためのスパン点調整回路３２に備わるオペアンプＯＰ２のそれぞれのグラウンドレベルを仮想ゼロ点におけるセンサ出力電圧に設定する電圧設定回路３３を有するので、仮想ゼロ点調整を行うことにより、仮想ゼロ点におけるセンサ出力をトリマＴ２の抵抗値Ｒ４の変化に影響されることなく常にＶｏｕｔ＝Ｖａにすることができる。このため、スパン点調整を行った後に、再び仮想ゼロ点調整を行う必要がないので、仮想ゼロ点調整およびスパン点調整をそれぞれ１回のみ行うだけ、中間流量域のバラツキを小さくすることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、分離型熱式流量計を例示したが、本発明はセンサ部と表示部とが一体化されている熱式流量計にも適用することができる。

また、上記した実施の形態では、第１増幅回路として差増幅回路３５、第２増幅回路として非反転増幅回路３２を例示したが、第１増幅回路および第２増幅回路の構成はこれに限られず、例えばインスツルメンテーションアンプ回路等により第１増幅回路および第２増幅回路を構成することもできる。

実施の形態に係る分離型熱式流量計の概略構成図である。 センサ部の回路構成を示す回路図である。 増幅回路の構成を示す回路図である。 表示部の構成を示すブロック図である。 センサ出力の調整方法の手順を示すフローチャートである。 流量と流量検出回路からの出力電圧との関係を示す図である。 出力調整後における流量とセンサ出力との関係を示す図である。 流体の流量と表示部における流量表示（測定誤差）の関係を示す図である。 従来の熱式流量計に備わる増幅回路の構成を示す回路図である。 ゼロ・スパン点調整を行ったときの流量とセンサ出力との関係を示す図である。 仮想ゼロ点調整を行ったときの流量とセンサ出力との関係を示す図である。 仮想ゼロ点調整を行った後にスパン点調整を行ったときの流量とセンサ出力との関係を示す図である。 流体の流量と表示部における流量表示（測定誤差）の関係を示す図である。

符号の説明

１０ 分離型熱式流量計
１１ 流路
１２ ボディ
１５ センサ本体
１６ ケーブル
２０ センサ部
２１ 流量センサ
２２ 温度センサ
２３ 流量検出回路
３０ 増幅回路
３１ 仮想ゼロ点調整回路
３２ スパン点調整回路
３３ 電圧設定回路
３４ 可変抵抗体
３５ 差動増幅回路
３６ 基準電圧可変回路

Claims (2)

1. ヒータ温度検出抵抗体および流体温度検出抵抗体を含む定温度差回路によって流体の流量に応じた信号を出力する流量検出回路と、前記流量検出回路からの出力信号を増幅してセンサ出力とする増幅回路とを有する熱式流量計において、
   前記増幅回路は、
   基準電圧と前記定温度差回路からの出力電圧との差分に応じた電圧を増幅する第１増幅回路と、前記基準電圧を可変する基準電圧可変手段とを含み、前記基準電圧可変手段によって前記基準電圧を調整することにより第１流量点におけるセンサ出力を予め決められている第１所定電圧値に調整する第１流量点調整回路と、
   前記第１増幅回路からの出力電圧を所定の増幅率で増幅する第２増幅回路で構成され、前記所定の増幅率を可変する増幅率可変手段を含み、前記増幅率可変手段を調整することにより第２流量点におけるセンサ出力を予め決められている第２所定電圧値にする第２流量点調整回路と、
   前記第１増幅回路および前記第２増幅回路のグラウンドレベルを前記第１所定電圧値に設定する電圧設定手段と、
   を有することを特徴とする熱式流量計。
2. 請求項１に記載する熱式流量計において、
   前記第１流量点は、流量がゼロ以上で、かつフルスケール流量の１／４以下である流量点であり、
   前記第２流量点は、フルスケール流量点であることを特徴とする熱式流量計。

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