JP4907959B2 - Flow sensor correction unit, fluid discrimination device, and flow measurement device - Google Patents
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Description
本発明は、フローセンサ用補正ユニット、流体判別装置、及び、流量計測装置に関し、より詳細には、フローセンサを用いた流体の流量の計測に関する補正を行うフローセンサ用補正ユニット、このフローセンサ用補正ユニットを有する流体判別装置、及び、流路内を流れるガス、水等の流体の流量を、フローセンサを用いて計測する流量計測装置に関するものである。 The present invention relates to a flow sensor correction unit, a fluid discrimination device, and a flow rate measuring device, and more specifically, to a flow sensor correction unit that performs correction related to measurement of a fluid flow rate using a flow sensor. The present invention relates to a fluid discrimination device having a correction unit and a flow rate measurement device that measures a flow rate of a fluid such as gas or water flowing in a flow path using a flow sensor.
流量測定対象となるガス、水等の流体の流量を計測する流量計測装置としては、熱型のフローセンサを用いたものが知られている。このフローセンサは、流体の温度よりも高い温度を有するヒータを流体の流れの中に配置し、このヒータによって加熱された流体の温度分布が流速の増加に伴って変化するという原理を利用したものである。 As a flow rate measuring device for measuring the flow rate of a fluid such as gas or water that is a flow rate measurement target, a device using a thermal type flow sensor is known. This flow sensor uses the principle that a heater having a temperature higher than the temperature of the fluid is placed in the fluid flow, and the temperature distribution of the fluid heated by the heater changes as the flow velocity increases. It is.
このようなフローセンサとしては、特許文献１に示すものが知られており、この従来の熱型のフローセンサを、図９及び図１０の図面を参照して説明する。なお、図９は従来の熱型のフローセンサの構成を示す構成図である、図１０は図９に示すフローセンサの断面図である。
As such a flow sensor, the one shown in
図９において、フローセンサ１は、Ｓｉ基板（基体）２、ダイアフラム３、ダイアフラム３上に形成された白金等からなるマイクロヒータ４、マイクロヒータ４の下流側でダイアフラム３上に形成された下流側サーモパイル５、マイクロヒータ４に図示しない電源から駆動電流を供給する電源端子６Ａ，６Ｂ、マイクロヒータ４の上流側でダイアフラム３上に形成された上流側サーモパイル８、上流側サーモパイル８から出力される上流側温度信号を出力する第１出力端子９Ａ，９Ｂ、下流側サーモパイル５から出力される下流側温度信号を出力する第２出力端子７Ａ，７Ｂ、を備える。
In FIG. 9, the
また、フローセンサ１は、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向（ＰからＱへの方向）と略直交方向に配置され、流体の物性状態を検出し、右側温度検出信号（第３温度検出信号に対応）を出力する右側サーモパイル１１、この右側サーモパイル１１から出力される右側温度検出信号を出力する第３出力端子１２Ａ，１２Ｂ、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置され、流体の物性状態情報を検出し、左側温度検出信号（第３温度検出信号に対応）を出力する左側サーモパイル１３、この左側サーモパイル１３から出力される左側温度検出信号を出力する第４出力端子１４Ａ，１４Ｂ、基体温度を得るための抵抗１５，１６、この抵抗１５，１６からの流体温度信号を出力する出力端子１７Ａ，１７Ｂを備える。右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３は、温度センサを構成する。
The
上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３は、熱電対から構成されている。この熱電対は、ｐ++−Ｓｉ及びＡｌにより構成され、冷接点５ｂ，８ｂと温接点５ａ，８ａとを有し、熱を検出し、冷接点５ｂ，８ｂと温接点５ａ，８ａとの温度差から熱起電力が発生することにより、温度検出信号を出力するようになっている。
The
また、図１０に示すように、Ｓｉ基板２には、ダイアフラム３が形成されており、このダイアフラム３には、マイクロヒータ４と、上流側サーモパイル８、下流側サーモパイル５、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３のそれぞれの温接点とが形成されている。
Further, as shown in FIG. 10, a
このように構成されたフローセンサ１によれば、マイクロヒータ４が、外部からの駆動電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ４から発生した熱は、流体を媒体として、下流側サーモパイル５と上流側サーモパイル８のそれぞれの温接点５ａ，８ａに伝達される。それぞれのサーモパイルの冷接点５ｂ，８ｂは、Ｓｉ基体（Ｓｉ基板）上にあるので、基体温度になっており、それぞれの温接点は、ダイアフラム上にあるので、伝達された熱により加熱され、Ｓｉ基体温度より温度が上昇する。そして、それぞれのサーモパイルは、温接点５ａ，８ａと冷接点５ｂ，８ｂの温度差より熱起電カを発生し、温度検出信号を出力する。
According to the
流体を媒体として伝達される熱は、流体の熱拡散効果とＰからＱに向かって流れる流体の流速との相乗効果によって、それぞれのサーモパイルに伝達される。すなわち、流速がない場合には、熱拡散によって上流側サーモパイル８と下流側サーモパイル５に均等に伝達され、上流側サーモパイル８からの上流側温度信号と下流側サーモパイル５からの下流側温度信号との差信号は、零になる。
The heat transferred by using the fluid as a medium is transferred to each thermopile by a synergistic effect of the heat diffusion effect of the fluid and the flow velocity of the fluid flowing from P to Q. That is, when there is no flow velocity, the heat is spread evenly to the
一方、流体に流速が発生すると、流速によって下流側サーモパイル５の温接点５ａに伝達される熱量が多くなり、上流側サーモパイル８の温接点８ａに伝達される熱量は少なくなるため、前記下流側温度信号と前記上流側温度信号との差信号は流速に応じた正値になる。
On the other hand, when a flow velocity is generated in the fluid, the amount of heat transferred to the hot junction 5a of the
一方、マイクロヒータ４が外部からの駆動電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ４から発生した熱は、流体の流速の影響をほとんど受けずに流体の熱拡散効果のみによって、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置された右側サーモパイル１１に伝達される。また、マイクロヒータ４に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置された左側サーモパイル１３にも、同様な熱が伝達される。このため、右側サーモパイル１１の起電力により第３出力端子１２Ａ，１２Ｂから出力される右側温度検出信号、及び／または左側サーモパイル１３の起電力により第４出力端子１４Ａ，１４Ｂから出力される左側温度検出信号は、熱伝導と熱拡散、比熱等によって決定される熱拡散定数等の流体の物性状態に相関のあるデータであり、適当な処理をすることで物性状態を得ることもできる。
On the other hand, when the
熱拡散定数等の大小は、上流側サーモパイル８が出力する上流側温度信号と下流側サーモパイル５が出力する下流側温度信号及び上流側温度信号にも影響し、右側及び左側サーモパイル出力の大小と同様に変化する。したがって、原理的には、上流側温度信号や下流側温度信号を、あるいは、これらの差を、右側及び／又は左側サーモパイル出力によって除することで、熱拡散定数等の異なる流体であっても、即ち、いかなる種類の流体であっても、正確な流量を算出することができることになる。
The magnitude of the thermal diffusion constant etc. also affects the upstream temperature signal output from the
よって、図示しない流量計測装置は、第３出力端子１２Ａ，１２Ｂから出力される右側温度検出信号、及び／または第４出力端子１４Ａ，１４Ｂから出力される左側温度検出信号に基づき、熱伝導と熱拡散、比熱等によって決定される熱拡散定数等の流体の物性状態情報を算出し、上流側サーモパイル８からの上流側温度信号と下流側サーモパイル５からの下流側温度信号との差信号をその物性状態情報で補正することで、高精度の計測を実現するようにしてきた。
Therefore, the flow rate measuring device (not shown) is based on the right temperature detection signal output from the third output terminals 12A and 12B and / or the left temperature detection signal output from the fourth output terminals 14A and 14B. The physical property state information of the fluid such as the thermal diffusion constant determined by diffusion, specific heat, etc. is calculated, and the difference signal between the upstream temperature signal from the
一方、特許文献２に示すフローセンサも知られている。該フローセンサは、ヒータをダイアフラムの中央に配置し、前記ヒータの上流側に上流温度センサ、下流側に下流側温度センサを配置している。該フローセンサの動作は、基体上の周囲温度センサで計測された温度よりも一定温度高くなるようにヒータで流体を加熱して所定の温度分布を発生させ、その温度分布を上流側温度センサ及び下流側温度センサで計測することにより流体流量を計測するものであった。
On the other hand, a flow sensor disclosed in
しかしながら、上述したフローセンサ１では、流体の物性状態データで補正しているにも係わらず、測定精度の再現性が悪いという問題が生じていた。特に大流量の計測、つまり、流速が速い場合に再現性が悪く、流量計測範囲の限界の一要因となっていた。
However, in the
そこで、この問題を鋭意調査したところ、マイクロヒータ４に電流が流れない状態、つまり、フローセンサ１が駆動されていない状態でも、その出力が変化していたことが判明した。以下にその詳細を説明する。
As a result of intensive investigation of this problem, it was found that the output changed even when no current flowed through the
図１１は従来の温度差によるサーモパイルの出力を示す模式図であり、図１２は従来のフローセンサで計測された流体温度と基体温度との温度差とセンサ出力器差（測定誤差）との関係を示したグラフである。そして、測定は、流体の標準状態における１００Ｌ／ｍｉｎで計測されている。 FIG. 11 is a schematic diagram showing a thermopile output due to a conventional temperature difference, and FIG. 12 is a relationship between a temperature difference between a fluid temperature and a substrate temperature measured by a conventional flow sensor and a sensor output device difference (measurement error). It is the graph which showed. And the measurement is measured at 100 L / min in the standard state of the fluid.
なお、図１２中の縦軸が示す器差は、その単位が％ＲＤ（％ of Reading：読値に対する百分率）となっている。そして、この％ＲＤは、例えば、最大流量が１００Ｌ／ｍｉｎのメータにおいて、１０Ｌ／ｍｉｎの流量を計測した場合に、メータ出力が９Ｌ／ｍｉｎであると、その器差を−１０％ＲＤで示す。そして、このときの公差は−１％ＦＳ（計器の最大計測値に対する百分率）で示すことができる。 The unit indicated by the vertical axis in FIG. 12 has a unit of% RD (% of Reading: percentage of reading). For example, when the meter output is 9 L / min when the flow rate of 10 L / min is measured in a meter having a maximum flow rate of 100 L / min, this% RD indicates the instrumental difference as -10% RD. . And the tolerance at this time can be shown by -1% FS (percentage with respect to the maximum measured value of a meter).
図１１に示すように、前述の温度差がないときは、ヒータに電力印加がない場合、温度センサ出力は出力Ｖ０になり、ヒータに電力が印加されたときは出力Ｖ２になるとする。この状態のフローセンサ１でガス温度が基体温度より上昇すると、その分出力Ｖ０も出力Ｖ２も温度上昇し、それぞれ出力Ｖ１と出力Ｖ３になる。ところが、フローセンサ１は常に電力が印加されているため、出力Ｖ０や出力Ｖ１を計測することはできず、本来、出力Ｖ２である出力が出力Ｖ３に変化してしまう。
As shown in FIG. 11, when there is no temperature difference, the temperature sensor output is output V0 when no power is applied to the heater, and the output is V2 when power is applied to the heater. When the gas temperature rises above the substrate temperature in the
実際に図９に示すフローセンサ１の出力を計測して誤差を評価した結果が図１２である。その器差は、―３０度の温度差で約＋２０％ＲＤ、＋３０度の温度差で約−２０％ＲＤであることが判明した。
FIG. 12 shows the result of actually measuring the output of the
一方、上述した特許文献２のフローセンサの場合でも、測定精度の再現性が悪いという問題が生じていた。特に大流量の計測、つまり、流速が速い場合に再現性が悪く、流量計測範囲の限界の一要因となっていた。
On the other hand, even in the case of the above-described flow sensor of
この問題については、特許文献３の課題にもなっており、その原因は、本来、流体の温度を正確に測定する必要がある周囲温度センサが基体の温度を計測しているため、基体温度と流体温度に温度差が生じた場合には、流体の温度より一定温度高く加熱するという本来のヒータの制御ができないために、流量計測精度が悪くなっていた。
This problem is also a problem of
この問題を解決するために特許文献３では、ヒータの駆動を停止して、その停止時間内に、ヒータの抵抗値出力、若しくは、上流側温度センサそして／または下流側温度センサの温度出力によって、流体温度を計測し、流速計測の期間はこの方法で計測された流体温度よりも一定温度高くなるようにヒータを駆動しており、この方法では、流速の計測を一時的に停止する必要があるため、連続的な流量計測ができないという問題点があった。
よって本発明は、上述した問題点に鑑み、流体と基体との間に生じる温度差によって生じるフローセンサの計測誤差を解消し、かつ、連続的な計測を実現するフローセンサ用補正ユニット、流体判別装置、及び、流量計測装置を提供することを課題としている。 Therefore, in view of the above-described problems, the present invention eliminates a flow sensor measurement error caused by a temperature difference between a fluid and a substrate, and realizes continuous measurement, a flow sensor correction unit, and fluid discrimination An object is to provide a device and a flow rate measuring device.
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載のフローセンサ用補正ユニットは、図１の基本構成図に示すように、基体２と、前記基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータ４と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流速に応じて変化する流体の流れ方向における温度分布に応じた温度信号を出力する温度センサ５，８と、を有するフローセンサ１を用いた流体の流量計測に対する補正を行うフローセンサ用補正ユニットであって、前記流体の流体温度と前記基体の基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて、当該誤差を解消するように前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正情報を記憶する補正情報記憶手段４２ａと、前記基体温度を検出する基体温度検出手段１５，１６と、前記基体温度検出手段１５，１６が検出した基体温度と前記流体温度との温度差を検出する温度差検出手段４１ａと、前記温度差検出手段４１ａが検出した温度差に対応した前記補正情報を前記補正情報記憶手段４２ａから抽出する補正情報抽出手段４１ｂと、前記補正情報抽出手段４１ｂが抽出した補正情報に基づいて、前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正手段４１ｃと、を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the flow sensor correction unit according to
上記請求項１に記載した本発明によれば、補正情報記憶手段４２ａには、流体の流体温度と基体の基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて予め定められた補正情報が記憶される。そして、基体温度検出手段１５，１６によって基体温度が検出されると、該基体温度と流体温度との温度差が温度差検出手段４１ａによって検出される。そして、その温度差に対応した補正情報が補正情報記憶手段４２ａから補正情報抽出手段４１ｂによって抽出され、補正手段４１ｃによって該補正情報に基づいた前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つに対する補正が行われる。
According to the first aspect of the present invention, the correction information storage means 42a includes a temperature difference generated between the fluid temperature of the fluid and the substrate temperature of the substrate, and an error caused by the flow measurement corresponding to the temperature difference. Correction information determined in advance based on the relationship is stored. When the substrate temperature is detected by the substrate
上記請求項２記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項１に記載のフローセンサ用補正ユニットにおいて、前記基体２と同一の構成部材で形成される参照用基体２Ａと、前記参照用基体２Ａの表面に設けられ、かつ、前記ダイアフラム３と同一の構成部材で形成される参照用ダイアフラム３Ａと、前記参照用ダイアフラム３Ａの参照用ダイアフラム温度を検出する参照用ダイアフラム温度検出手段４１ａ２と、を有して、前記フローセンサ１のヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように前記流路内に設けられる参照部材１Ａをさらに設け、そして、前記温度差検出手段４１ａが、参照用ダイアフラム温度検出手段４１ａ２の検出した参照用ダイアフラム温度に基づいて前記流体温度を検出し、該流体温度と前記基体温度検出手段１５，１６の検出した基体温度との温度差を検出するようにしたことを特徴とする。
According to the second aspect of the present invention, as shown in the basic configuration diagram of FIG. 1, in the flow sensor correction unit according to the first aspect, a reference base 2A formed of the same constituent members as the
上記請求項２に記載した本発明によれば、参照部材はフローセンサ１のヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように流路内に設けられる。そして、ヒータ４が加熱状態になると、参照部材の参照用ダイアフラム温度が参照用ダイアフラム温度検出手段によって検出され、温度差検出手段４１ａによって該参照用ダイアフラム温度に基づいた流体温度が検出されて、流体温度と基体温度との温度差が検出される。
According to the second aspect of the present invention, the reference member is provided in the flow path so as not to be affected by the temperature distribution generated by the
上記請求項３記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、基体２と、前記基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータ４と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流速に応じて変化する流体の流れ方向における温度分布に応じた温度信号を出力する温度センサ５，８と、を有するフローセンサ１を用いた流体の流量計測に対する補正を行うフローセンサ用補正ユニットであって、予め定められた所定状態における前記ヒータ４のヒータ温度と前記基体温度との標準温度差を示す標準温度差情報を記憶する標準温度差情報記憶手段４２ｂと、前記ヒータ温度と前記基体温度との温度差と前記標準温度差情報記憶手段４２ｂが記憶している標準温度差情報が示す標準温度差との第２温度差と該第２温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて、当該誤差を解消するように前記温度信号、前記温度分布、横側温度センサ出力、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正情報を記憶する補正情報記憶手段４２ａと、前記ヒータ４のヒータ温度を検出するヒータ温度検出手段４１ａ１と、前記基体温度を検出する基体温度検出手段１５，１６と、前記ヒータ温度検出手段４１ａ１の検出したヒータ温度と前記基体温度検出手段１５，１６の検出した基体温度との温度差を算出し、該温度差と前記標準温度差情報記憶手段４２ｂが記憶している標準温度差情報が示す標準温度差との第２温度差を検出する温度差検出手段４１ａと、前記温度差検出手段が検出した第２温度差に対応した前記補正情報を前記補正情報記憶手段から抽出する補正情報抽出手段４１ｂと、前記補正情報抽出手段が抽出した補正情報に基づいて、前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正手段４１ｃと、を有することを特徴とする。
As shown in the basic configuration diagram of FIG. 1, the invention described in
上記請求項３に記載した本発明によれば、標準温度差情報記憶手段４２ｂには、例えば、流体温度と基体温度との温度差がない状態、標準的な計測状態等の所定状態に対応した標準温度差を示す標準温度差情報が記憶される。また、補正情報記憶手段４２ａには、ヒータ温度と基体温度との差である温度差と標準温度差との差である第２温度差と該第２温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて予め定められた補正情報が記憶される。そして、ヒータ温度検出手段４１ａ１によってヒータ温度が検出されると、温度差検出手段４１ａによってヒータ温度と基体温度との温度差が算出され、該温度差と標準温度差との第２温度差が検出される。そして、補正情報抽出手段４１ｂによって該第２温度差に対応した補正情報が補正情報記憶手段４２ａから抽出され、該補正情報に基づいた補正が補正手段４１ｃによって行われる。 According to the third aspect of the present invention, the standard temperature difference information storage unit 42b corresponds to a predetermined state such as a state where there is no temperature difference between the fluid temperature and the substrate temperature, a standard measurement state, or the like. Standard temperature difference information indicating the standard temperature difference is stored. Further, the correction information storage means 42a includes a second temperature difference, which is a difference between the heater temperature and the substrate temperature, and a standard temperature difference, and an error caused by the flow measurement corresponding to the second temperature difference. Correction information determined in advance based on the relationship is stored. When the heater temperature is detected by the heater temperature detecting means 41a1, the temperature difference between the heater temperature and the substrate temperature is calculated by the temperature difference detecting means 41a, and the second temperature difference between the temperature difference and the standard temperature difference is detected. Is done. Then, correction information corresponding to the second temperature difference is extracted from the correction information storage unit 42a by the correction information extraction unit 41b, and correction based on the correction information is performed by the correction unit 41c.
上記請求項４記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項１〜３の何れか１項に記載のフローセンサ用補正ユニットにおいて、前記フローセンサ１がさらに、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流れ方向と略直交して前記ヒータ４を通る略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサ１１，１３を有するとともに、前記補正情報記憶手段４２ａで補正している補正情報が、前記誤差を解消するように前記横側温度信号を補正する補正情報であることを特徴とする。
In the flow sensor correction unit according to any one of
上記請求項４に記載した本発明によれば、補正情報記憶手段４２ａには、フローセンサ１の横側温度センサ１１，１３が出力する横側温度信号の誤差を解消する補正情報が記憶される。そして、温度差検出手段４１ａによって検出された温度差が、横側温度信号に対する補正を必要としていると、その補正情報に基づいた横側温度信号の補正が補正手段４１ｃによって補正される。
According to the present invention as set forth in
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項５記載の流体判別装置は、図１の基本構成図に示すように、基体２と、前記基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータ４と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流れ方向と略直交して前記ヒータ４を通る略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサ１１，１３と、を有するフローセンサ１を用いて、判別対象流体の種類を判別する流体判別装置において、請求項４に記載のフローセンサ用補正ユニットと、該フローセンサ用補正ユニットの補正手段が補正した横側温度信号に基づいて、前記略直交方向における前記温度分布に応じた前記判別対象流体の物性状態を示す物性状態情報を検出する物性状態情報検出手段と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the fluid discrimination apparatus according to
上記請求項５に記載した本発明によれば、流体温度とフローセンサ１の基体温度との間に温度差が生じていると、フローセンサ用補正ユニットの補正手段によってフローセンサの横側温度センサが出力した横側温度信号が補正され、該横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報が物性状態情報検出手段によって検出される。そして、その物性状態情報に基づいて流体の判別が行われる。
According to the fifth aspect of the present invention, when there is a temperature difference between the fluid temperature and the base temperature of the
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項６記載の流量計測装置は、図１の基本構成図に示すように、基体２と、前記基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータ４と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流速に応じて変化する温度分布に応じた温度信号を出力する温度センサ５，８と、前記流体の流れ方向と略直交方向に配置されて前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する横側温度センサ１１，１３と、を有するフローセンサ１を用いて、流体の流量を計測する流量計測装置において、請求項５に記載の流体判別装置を有し、そして、前記流量計測装置の物性状態情報検出手段が検出した物性状態情報に基づいて前記温度センサ５，８が出力した温度信号を補正し、該温度信号に基づいて前記流体の流速に応じて変化した前記温度分布を検出し、該温度分布に基づいて前記流体の流量を算出するようにしたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the flow rate measuring device according to
上記請求項６に記載した本発明によれば、流体判定装置において、横側温度センサ１１，１３が出力した横側温度信号は、補正手段４１ｃによってその温度差に対応した補正情報に基づいて補正され、該補正された横側温度信号に基づいた物性状態情報が検出され、該物性状態情報に基づいて流体の判定がされる。そして、流体判定装置で検出した物性状態情報に基づいて。フローセンサ１の温度センサ５，８の出力した温度信号が補正され、該温度信号に基づいて流体の流速に応じて変化した温度分布が検出され、該温度分布に基づいて流体の流量が算出される。
According to the sixth aspect of the present invention, in the fluid determination device, the lateral temperature signals output from the
上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項７記載の流量計測装置は、図１の基本構成図に示すように、基体２と、前記基体２の表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体を加熱して所定の温度分布を発生させるヒータ４と、前記ダイアフラム３上に設けられて前記流体の流速に応じて変化する温度分布に応じた温度信号を出力する温度センサ５，８と、を有するフローセンサ１を用いて、流体の流量を計測する流量計測装置において、請求項１〜４の何れか１項に記載のフローセンサ用補正ユニットを有し、該フローセンサ用補正ユニットの補正手段が補正した補正結果に基づいて流体の流量を出力するようにしたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the flow rate measuring device according to
上記請求項７に記載した本発明によれば、流体温度とフローセンサ１の基体温度との間に温度差が生じていると、フローセンサ用補正ユニットの補正手段によってフローセンサの出力した温度信号、又は、温度信号に基づいて検出した温度分布、又は、温度分布に基づいて算出した流量の少なくとも１つが、補正情報に基づいて補正される。
According to the seventh aspect of the present invention, when a temperature difference is generated between the fluid temperature and the substrate temperature of the
以上説明したように請求項１に記載した本発明のフローセンサ用補正ユニットによれば、流体温度とフローセンサの基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流体計測で生じる誤差（器差）との関係に基づいて、その誤差を解消する補正情報を記憶しておき、流体温度と基体温度との温度差に対応した補正情報に基づいて流体の流量計測に対する補正を行うようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、出力精度を良い状態に保つことができる。 As described above, according to the correction unit for a flow sensor according to the first aspect of the present invention, the temperature difference generated between the fluid temperature and the substrate temperature of the flow sensor and the fluid measurement corresponding to the temperature difference are generated. Correction information for eliminating the error is stored on the basis of the relationship with the error (instrument difference), and the fluid flow measurement is corrected based on the correction information corresponding to the temperature difference between the fluid temperature and the substrate temperature. Since it did in this way, even if a temperature difference arises between fluid temperature and base | substrate temperature, output accuracy can be maintained in a favorable state.
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、フローセンサとが同一構成となるように形成した参照部材を、フローセンサのヒータが発生する温度分布の影響を受けないように流路内に設け、そして、該参照部材の参照用ダイアフラム上の参照用ダイアフラム温度に基づいて流体温度を検出し、該流体温度と基体温度との温度差を検出するようにしたことから、ヒータ等で加熱されない参照用ダイアフラムも流体温度の影響を受けるため、フローセンサにおけるヒータの加熱状態であっても、流体と基体との間に生じる温度差を迅速に検出することができるため、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生する誤差を解消することができる。従って、フローセンサに対するヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、かつ、連続的な計測を行いながら、流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。
According to the invention described in
請求項３に記載の発明によれば、ヒータ温度と基体温度との差である温度差と標準温度差との差である第２温度差と該第２温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて予め定められた補正情報を記憶しておき、検出したヒータ温度と基体温度との温度差から標準温度差を差し引いて第２温度差を検出し、該第２温度差に対応した補正情報に基づいた補正を行うようにしたことから、ヒータの加熱状態であっても常に正確な補正情報を検出することができるため、流路の外部の温度変化等によって基体と流体との間に温度差が生じても、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生する誤差を解消することができる。従って、フローセンサに対するヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、かつ、連続的な計測を行いながら、流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。
According to the invention described in
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明の効果に加え、フローセンサの横側温度センサが出力する横側温度信号の誤差を解消する補正情報を記憶しておき、この補正情報に基づいて横側温度信号を補正するようにしたことから、流体の流れ方向に対する略直交方向における温度分布を正確に検出することができるため、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても流体の物性状態情報を正確に検出することができる。よって、正確な物性状態情報に基づいた補正を支援することができるため、計測精度をさらに向上させることができる。
According to the invention described in
請求項５に記載した本発明の流体判別装置によれば、フローセンサの横側温度信号を流体温度と基体温度との温度差に対応した補正情報で補正し、該横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報を検出して流体の判別を行うようにしたことから、流体温度とフローセンサの基体温度との間に温度差が生じても、その温度差による誤差を解消することができるため、その正確な横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出して流体を正確に判別することができる。従って、様々な種類の流体に判別の精度を向上させることができる。
According to the fluid discrimination device of the present invention described in
請求項６に記載した本発明の流量計測装置によれば、流体判別装置が横側温度信号を補正し、該横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出して流体を判別し、該物性状態情報に基づいて補正した温度信号に基づいて流体の流速に応じて変化した温度分布を検出し、該温度分布に基づいて流体の流量を計測するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差による誤差を補正情報によって解消することができるため、出力精度を良い状態に保つことができる。従って、様々な種類の流体に対する計測精度を向上させることができる。
According to the flow rate measuring device of the present invention described in
請求項７に記載した本発明の流量計測装置によれば、フローセンサ用補正ユニットを設け、そして、流体温度と基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流体計測で生じる誤差（器差）との関係に基づいた補正情報で、温度信号、温度分布、横側温度センサ出力、計測した流量の少なくとも１つを補正するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差に応じた誤差を補正情報によって解消することができるため、流体の流量を正確に計測することができる。従って、流体に対する計測精度を向上させることができる。
According to the flow rate measuring apparatus of the present invention described in
［第１の最良の形態］
以下、上述した背景技術で説明したフローセンサ１（図９，１０を参照）を用いて、流体の流量を計測する本発明に係る流量計測装置の第１の最良の形態を以下に説明する。なお、本第１の最良の形態では、本発明のフローセンサ用補正ユニットを有する流量計測装置を実現する場合について説明する。また、フローセンサ１の基本構成については、背景技術のところで説明しているので、詳細な説明は省略する。
[First best mode]
Hereinafter, a first best mode of a flow rate measuring apparatus according to the present invention for measuring a flow rate of a fluid using the flow sensor 1 (see FIGS. 9 and 10) described in the background art will be described below. In the first best mode, a case where a flow rate measuring device having the flow sensor correction unit of the present invention is realized will be described. In addition, since the basic configuration of the
ここで、図２はフローセンサを用いた本発明の流量計測装置の概略構成の一例を示す構成図であり、図３は図２中の駆動部の本発明に係る構成例を示す図であり、図４は図２のＣＰＵが実行する処理概要の一例を示すフローチャートである。 Here, FIG. 2 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the flow rate measuring device of the present invention using a flow sensor, and FIG. 3 is a diagram showing a configuration example according to the present invention of the drive unit in FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an example of an outline of processing executed by the CPU of FIG.
図１及び図２において、本発明の流量計測装置２０は、背景技術で説明したフローセンサ１を用いて、流体であるガスの流量を計測するものである。そして、フローセンサ１は、基体２から熱的に遮断された状態で基体表面に設けられるダイアフラム３と、前記ダイアフラム３上に設けられて流路内を流れる流体の温度よりも高い温度で前記流体を加熱して所定の温度分布を発生するマイクロヒータ（ヒータ）４と、前記ヒータ４に対する前記流路の上流側の前記ダイアフラム３上に設けられて前記基体２と前記ダイアフラム３との温度差に基づいて前記流体の温度を検出して上流側温度信号を出力する上流側サーモパイル（温度センサ）８と、前記ヒータ４に対する前記流路の下流側の前記ダイアフラム３上に設けられて前記基体２と前記ダイアフラム３との温度差に基づいて前記流体の温度を検出して下流側温度信号を出力する下流側サーモパイル（温度センサ）５と、ダイアフラム３上に設けられて流体の流れ方向と略直交してヒータ４を通る略直交方向における前記温度分布に応じた前記流体の温度を検出して横側温度信号を出力する右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）と、を有する。
1 and 2, a flow
フローセンサ１の基体２には、上述したように測温抵抗１５，１６を設けており、これらの測温抵抗１５，１６は、基体２の基体温度を検出して基体温度信号を出力する。このように第１の最良の形態では、測温抵抗１５，１６を請求項中に記載の基体温度検出手段として機能させている。
The
流量計測装置２０は、上述したフローセンサ１内の下流側サーモパイル５からの下流側温度信号とフローセンサ１内の上流側サーモパイル８からの上流側温度信号との差信号を増幅する差動アンプ３３と、フローセンサ１内の右側サーモパイル１１からの右側温度検出信号を増幅するアンプ３５ａと、フローセンサ１内の左側サーモパイル１３からの左側温度検出信号を増幅するアンプ３５ｂと、フローセンサ１内の測温抵抗１５，１６からの基体温度信号を検出する検出回路３７と、予め定められたプログラムに従って動作するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４０と、このＭＰＵ４０によって制御されてマイクロヒータ４を駆動させる駆動部５０と、を備えて構成される。そして、差動アンプ３３とアンプ３５ａ，ｂ及び検出回路３７と駆動部５０との各々はＭＰＵ４０に接続されている。
The flow
なお、第１の最良の形態では、既存のフローセンサ１に２つの測温抵抗１５，１６が設けられていたため、それらを基体温度検出手段として用いる場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、１つの測温抵抗で実現する、３つ以上の測温抵抗で実現するなど種々異なる形態とすることができる。
In the first best mode, since two
ＭＰＵ４０は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）４１、ＣＰＵ４１のためのプログラム等を格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ４２、各種のデータを格納するとともにＣＰＵ４１の処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ４３等を有して構成している。
As is well known, the
ＲＯＭ４２には、フローセンサ１を用いてガスの流量を計測するのに当たり、ＣＰＵ４１（コンピュータ）を、上述した請求項中の温度差検出手段、補正情報抽出手段、補正手段として機能させるための各種プログラムを記憶している。また、本第１の最良の形態ではさらに、ＣＰＵ４１（コンピュータ）を、物性状態情報の検出、流量の算出等の各種手段として機能させるためのプログラムを記憶している。
The ROM 42 has various programs for causing the CPU 41 (computer) to function as the temperature difference detection means, the correction information extraction means, and the correction means in the above-mentioned claims when measuring the flow rate of the gas using the
ＣＰＵ４１は、下流側サーモパイル５及び上流側サーモパイル８からの下流側温度信号と上流側温度信号との差である差信号が差動アンプ３３を介して入力される。なお、本最良の形態では、差動アンプ３３を用いる場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、アンプで増幅して下流側温度信号及び上流側温度信号をそのままＣＰＵ４１に入力するなど種々異なる形態とすることができる。
The
ＣＰＵ４１は、右側サーモパイル１１からの右側温度検知信号がアンプ３５ａを介して入力されると共に、左側サーモパイル１３からの左側温度検知信号がアンプ３５ｂを介して入力される。なお、本最良の形態では、アンプ３５ａ，３５ｂの２つを用いる方法について説明するが、例えば、２つの信号の和を出力する増幅回路を１つのアンプで構築する方法など種々異なる方法を用いることができる。
The
駆動部５０は、ＭＰＵ４０に接続しており、ＭＰＵ４０からの指示に応じてマイクロヒータ４に対する電力の供給を制御してマイクロヒータ４を駆動させる駆動回路等を有している。
The
駆動部５０はさらに、図３に示すように、マイクロヒータ４に流れる電流を監視する電流監視部５１を有している。この電流監視部５１は、マイクロヒータ４を定電圧Ｖｏで駆動する定電圧源５１ａと、該定電圧源５１ａからマイクロヒータ４に電力を供給する供給ラインに直列に設けられる固定抵抗（シャント抵抗）５１ｂと、該固定抵抗５１ｂの両端の電位差を示す差信号を増幅する差動アンプ５１ｃと、を有している。そして、差動アンプ５１ｃの出力は、ＭＰＵ４０の入力ポート（図示せず）に接続しており、該入力ポートから差信号がＭＰＵ４０に入力される。
As shown in FIG. 3, the
なお、駆動部５０については、マイクロヒータ４の駆動方法は、マイクロヒータ抵抗を計測することが可能であれば、例えば、定電力回路、定温度回路などを用いて種々異なる形態とすることができる。
In addition, about the
ＭＰＵ４０は、入力された差信号に基づいて固定抵抗５１ｂの両端の電位差を示す電圧Ｖｍを計測し、該電圧Ｖｍを固定抵抗５１ｂの抵抗値Ｒｍで除する（Ｖｍ／Ｒｍ）ことで、マイクロヒータ４を流れている電流Ｉｈが求められる。そして、マイクロヒータ４に印加されている電圧Ｖｈは、定電圧ＶｏからＶｈ＝Ｖｏ−Ｖｍで求められる。そして、マイクロヒータ４の抵抗値Ｒｈは、Ｒｈ＝Ｖｈ／Ｉｈで求められ、温度依存抵抗体からなるマイクロヒータ４のヒータ温度Ｔｈを計測する。
The
また、ＭＰＵ４０は、検出回路３７で基体２の基体温度Ｔｂを検出する。なお、基体温度Ｔｂの検出方法については、２つの測温抵抗１５，１６中の一方の基体温度信号に基づいて基体温度Ｔｂを検出するなど種々異なる検出方法を用いることができる。
Further, the
ＭＰＵ４０は、ヒータ温度Ｔｈから基体温度Ｔｂを差し引くことで、温度差ΔＴ＝Ｔｈ−Ｔｂを算出する。そして、後述する標準温度差情報が有する標準温度差ΔＴｈｏを温度差ΔＴから差し引くことで、第２温度差ΔＴｇ（＝ΔＴ−ΔＴｈｏ）を算出する。そして、流体温度と基体温度との間に差が生じている場合は、その差分が温度差ΔＴに反映されることになるため、その第２温度差ΔＴｇに基づいて流体温度と基体温度との間に温度差が生じているか否かを判定することができる。
The
ＲＯＭ４２はさらに、上述した図１２に示すように、ダイアフラム３上の流体の流体温度と基体２の基体温度との間に生じる温度差（図１２中の横軸）と該温度差に対応して前記流量計測装置が有する器差（図１２中の縦軸）との関係に基づいて予め定められた補正情報や、流体温度と基体温度との予め定められた所定状態におけるマイクロヒータ４のヒータ温度と基体温度との標準温度差を示す標準温度差情報等の各種情報を記憶している。
The ROM 42 further corresponds to the temperature difference (horizontal axis in FIG. 12) generated between the fluid temperature of the fluid on the
補正情報の一例としては、測定精度ズレを解消するように、図１２に示す温度差と器差との関係に基づいて定められた右側及び左側温度検出信号を補正する補正係数データを有して構成しており、各補正情報の各々は、温度差（範囲）に対応させて設けている。このように補正情報をテーブルとして予めＲＯＭ４２に記憶しておくことで、温度差に対応する補正情報を特定することが可能な構成となっている。なお、補正情報としては、指定した温度差に対応する補正情報を出力する補正係数データを算出する算出式プログラムとするなど種々異なる形態とすることができる。 As an example of the correction information, there is correction coefficient data for correcting the right and left temperature detection signals determined based on the relationship between the temperature difference and the instrument difference shown in FIG. 12 so as to eliminate the measurement accuracy deviation. Each correction information is provided corresponding to a temperature difference (range). In this way, the correction information corresponding to the temperature difference can be specified by storing the correction information in the ROM 42 in advance as a table. The correction information may be in various forms such as a calculation formula program that calculates correction coefficient data that outputs correction information corresponding to a specified temperature difference.
また、標準温度差情報の一例としては、流体温度と基体温度に温度差がない状態（所定状態）における温度差を示す標準温度差データを有して構成している。なお、加熱されたマイクロヒータ４は、流量の平方根に比例して冷却されることから、上述したΔＴｈｏは流速によっても異なるため、流体の全流量域に標準温度差データを対応させている。
In addition, as an example of the standard temperature difference information, standard temperature difference data indicating a temperature difference in a state (predetermined state) where there is no temperature difference between the fluid temperature and the substrate temperature is configured. Since the
例えば、測定対象となる流量域を複数の流量区分に区分し、各流量区分に対応した標準温度差データを有するように標準温度差情報を構成している。そして、ＲＡＭ４３に流量域データを記憶するエリアを設け、そして、その流量域データに流量区分を設定しておくことで、その設定値に基づいた流量区分の判定が可能な構成となっている。 For example, the flow rate range to be measured is divided into a plurality of flow rate segments, and the standard temperature difference information is configured to have standard temperature difference data corresponding to each flow rate category. And the area which memorize | stores flow area data is provided in RAM43, and it has the structure which can determine the flow area based on the setting value by setting the flow area to the flow area data.
なお、標準温度差ΔＴｈｏとして流量が０のときに対応したΔＴｈｏｏのみを記憶しておき、流体の流量によって冷却される熱量分の温度ΔＴｖを含めた第２温度差ΔＴｇによって補正する形態とすることもできる。但し、流量ありのときの流量算出係数を逆算で予め求めておく必要がある。或いは、ΔＴｇｏ＝ΔＴ―ΔＴｈｏｏから仮の流速を求め、その仮流速とフローセンサ１の補正前出力との差から計測流量を補正することもできる。
It should be noted that only ΔThoo corresponding to when the flow rate is 0 is stored as the standard temperature difference ΔTho, and correction is made by the second temperature difference ΔTg including the temperature ΔTv corresponding to the amount of heat cooled by the fluid flow rate. You can also. However, it is necessary to obtain in advance a flow rate calculation coefficient when there is a flow rate. Alternatively, a temporary flow velocity can be obtained from ΔTgo = ΔT−ΔThoo, and the measured flow rate can be corrected from the difference between the temporary flow velocity and the output before correction of the
また、第１の最良の形態では、ＲＯＭ４２を請求項中の補正情報記憶手段及び標準温度差情報記憶手段として機能させる場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、ＭＰＵ４０にメモリ、外部記憶媒体等を接続して実現させることもできる。
In the first best mode, the case where the ROM 42 functions as the correction information storage means and the standard temperature difference information storage means in the claims will be described. However, the present invention is not limited to this, and the
次に、上述した構成におけるＭＰＵ４０のＣＰＵ４１が実行する流量計測処理の一例を、図４に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
Next, an example of the flow rate measurement process executed by the
図４に示す流量計測処理が起動されると、ステップＳ１１において、マイクロヒータ４の加熱開始が駆動部５０に指示され、その後ステップＳ１２に進む。この指示に応じて駆動部５０は、マイクロヒータ４に一定の電圧が印加されるように駆動させる。この結果、マイクロヒータ４の周りのガスが加熱されて、所定の温度分布が発生することになる。
When the flow rate measurement process shown in FIG. 4 is started, the driving
ステップＳ１２において、上述したように測温抵抗１５，１６から検出回路３７を介して入力される基体温度信号に基づいて基体２の基体温度Ｔｂが検出されてＲＡＭ４３に記憶されると共に、駆動部５０の電流監視部５１から入力される差信号に基づいて電位差Ｖｍが検出され、上述したように電位Ｖｍに基づいてマイクロヒータ４のヒータ温度Ｔｈが算出されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１３に進む。
In step S12, as described above, the substrate temperature Tb of the
ステップＳ１３（温度差検出手段）において、ＲＡＭ４３のヒータ温度Ｔｈと基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴが算出され、該温度差ΔＴとＲＡＭ４３の流量区分データが示す流量区分に対応する標準温度差情報が示す標準温度差ΔＴｈｏとの第２温度差ΔＴｇが算出され、該第２温度差ΔＴｇと例えば予め定められた温度差変換テーブル、温度差変換プログラム等とに基づいて流体温度が求められ、該流体温度と基体温度との温度差がＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１４に進む。
In step S13 (temperature difference detection means), a temperature difference ΔT between the heater temperature Th of the
ステップＳ１４（補正手段）において、ＲＡＭ４３の温度差に対応する補正情報が特定され、該補正情報に基づいて、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からアンプ３５ａ，ｂを介して入力される右側温度検出信号及び左側温度検出信号（横側温度信号に相当）が補正され、それらの信号値がマイクロヒータ４の駆動時における温度分布出力Ｖ３ｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１５に進む。
In step S14 (correction means), correction information corresponding to the temperature difference in the
ステップＳ１５（物性状態情報検出手段）において、ＲＡＭ４３の温度分布出力Ｖ３ｏｎに基づいて、流体の物性に応じた物性状態情報が算出（検出）されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１６に進む。なお、この物性状態情報に基づいて流体の物性をある程度求めることもできる。
In step S15 (physical property state information detecting means), the physical property state information corresponding to the physical property of the fluid is calculated (detected) based on the temperature distribution output V3on of the
ステップＳ１６において、フローセンサ１の下流側サーモパイル５及び上流側サーモパイル８がそれぞれ出力した上流側温度信号及び下流側温度信号の差信号が差動アンプ３３を介して取り込まれ、その信号値がマイクロヒータ４の加熱時における温度差出力ＶｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１７に進む。
In step S16, a difference signal between the upstream temperature signal and the downstream temperature signal output from the
ステップＳ１７において、ＲＡＭ４３の温度差出力Ｖｏｎ、物性状態情報Ｖ３ｏｎ、後述する流量算出式を用いて算出されることで、１回の計測当たりの流量が算出されて流量情報としてＲＡＭ４３に記憶され、その後、ステップＳ１８において、流量情報は予め定められた例えば表示装置に出力されることで、表示装置に表示され、その後ステップＳ１９に進む。
In step S17, the temperature difference output Von of the
ステップＳ１９において、算出された流量情報に基づいて、流量があるか否かが判定される。流量があると判定された場合は（Ｓ１９でＹ）、ステップＳ２０において、ＲＡＭ４３に流量域データに、その流量が該当する流量区分が設定され、その後ステップＳ２２に進む。一方、流量がないと判定された場合は（Ｓ１９でＮ）、ＲＡＭ４３の流量域データがクリアされ、その後ステップＳ２２に進む。
In step S19, it is determined whether there is a flow rate based on the calculated flow rate information. When it is determined that there is a flow rate (Y in S19), in step S20, a flow rate category corresponding to the flow rate is set in the flow rate data in the
ステップＳ２２において、終了要求を受けたか否かが判定される。終了要求を受けていないと判定された場合は（Ｓ２２でＮ）、ステップＳ１２に戻り、一連の処理が繰り返される。なお、直ちにステップＳ１２に戻る必要はなく、一定時間経過した後に戻るようにしてもよい。一方、終了要求を受けたと判定された場合は（Ｓ２２でＹ）、ステップＳ２３において、マイクロヒータ４の加熱終了が駆動部５０に指示され、マイクロヒータ４の駆動が停止されると、その後処理が終了される。
In step S22, it is determined whether an end request has been received. If it is determined that an end request has not been received (N in S22), the process returns to step S12, and a series of processes is repeated. Note that it is not necessary to immediately return to step S12, and it may be possible to return after a predetermined time has elapsed. On the other hand, if it is determined that an end request has been received (Y in S22), in step S23, the driving
以降も、ガスの計測期間中は、連続的に上述した処理を繰り返すことで、流量の計測時に、流体温度と基体温度との温度差を検出し、この温度差、流量に対応した補正情報で横側温度センサ出力を補正して流量の算出を連続的に行うことができる。 Thereafter, during the gas measurement period, the above-described processing is continuously repeated to detect the temperature difference between the fluid temperature and the substrate temperature during the flow rate measurement, and the correction information corresponding to the temperature difference and the flow rate is used. The flow rate can be continuously calculated by correcting the lateral temperature sensor output.
次に、上述した構成の流量計測装置２０の動作（作用）の一例を、図５の図面を参照して以下に説明する。なお、図５は本発明による温度差と器差との関係を示すグラフである。
Next, an example of the operation (action) of the flow
上述した発明が解決しようとする課題で説明した測定条件と同一の測定条件で温度差と器差との関係を確認したところ、図５に示す結果を得ることができた。詳細には、センサ基体とガス温度差とを約−３０〜３０度の範囲で変化させたとき、図５に示すように、その器差は−３０度のときが約１％、−１５度のときが約０％、−５度のときが約０．５％、５度のときが約０％、１５度のときが約０％、３０度のときが約−１％という測定結果を得ることができた。つまり、このように本発明の流量計測装置２０によって、温度差の変化による器差の発生を解消することができた。
When the relationship between the temperature difference and the instrumental difference was confirmed under the same measurement conditions as those described in the problem to be solved by the above-described invention, the result shown in FIG. 5 was obtained. Specifically, when the sensor base and the gas temperature difference are changed in a range of about -30 to 30 degrees, as shown in FIG. 5, the instrumental difference is about 1% when the temperature is -30 degrees, and -15 degrees. The measurement result is about 0% at -5 degrees, about 0.5% at -5 degrees, about 0% at 5 degrees, about 0% at 15 degrees, and about -1% at 30 degrees. I was able to get it. That is, in this way, the flow
以上説明したように本発明の流量計測装置２０によれば、流体判別装置に相当するＣＰＵ４１が横側温度信号を補正し、該横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出して流体を判別し、該物性状態情報に基づいて補正した温度信号に基づいて流体の流速に応じて変化した温度分布を検出し、該温度分布に基づいて流体の流量を計測するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差による誤差を補正情報によって解消することができるため、出力精度を良い状態に保つことができる。従って、流体と基体と間に生じる温度差を正確に把握して、様々な種類の流体に対する計測精度を向上させることができる。
As described above, according to the flow
第１の最良の形態では、フローセンサ１の右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）を流体温度と基体温度との温度差に対応した補正情報で補正し、該横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報を検出し、該物性状態情報に基づいて上流側温度信号及び下流側温度信号を補正し、それらの温度信号に基づいて流量を算出するようにしたことから、流体の物性状態に応じた補正を行うことができるため、連続的な計測中でも様々な種類の流体に対する計測精度を向上させることができる。
In the first best mode, the right thermopile 11 and the left thermopile 13 (lateral temperature sensor) of the
また、ヒータ温度を検出し、該ヒータ温度と基体温度との温度差から標準温度差を差し引いて第２温度差を算出し、該第２温度差に基づいて流体温度を求め、基体温度と流体温度との間に生じている温度差を検出するようにしたことから、マイクロヒータ（ヒータ）４の加熱状態であっても常に流体温度と基体温度との温度差を検出することができるため、ガス（流体）の計測期間中は常に最新の物性状態情報を得ることが可能となり、流路の外部の温度変化等によって基体２と流体との間に温度差が生じても、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生するオフセット出力をキャンセルすることができる。従って、流量計測装置２０におけるヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、連続的な計測中でも様々な種類の流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。
Further, the heater temperature is detected, a second temperature difference is calculated by subtracting a standard temperature difference from the temperature difference between the heater temperature and the substrate temperature, and a fluid temperature is obtained based on the second temperature difference. Since the temperature difference generated between the temperature and the temperature is detected, the temperature difference between the fluid temperature and the substrate temperature can always be detected even in the heating state of the micro heater (heater) 4. During the measurement period of gas (fluid), it is possible to always obtain the latest physical property state information, and even if a temperature difference occurs between the
さらに、予め定められた複数の流量区分に対応させて標準温度差情報を記憶し、流量を算出した後は、該流量に応じた流量域を特定し、該流量域に対応する標準温度差情報に基づいて基体温度と流体温度との温度差を検出するようにしたことから、マイクロヒータ（ヒータ）４が流体の流れの影響を受けても、その流速によって冷却される熱量分を補正することができるため、基体２と流体との間に温度差が生じても、流体の流量の影響を受けることなく、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生するオフセット出力をキャンセルすることができる。従って、流体が流れている状態であっても、様々な種類の流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。
Further, after storing the standard temperature difference information corresponding to a plurality of predetermined flow rate categories and calculating the flow rate, the flow rate range corresponding to the flow rate is specified, and the standard temperature difference information corresponding to the flow rate range is specified. Because the temperature difference between the substrate temperature and the fluid temperature is detected based on the above, even if the microheater (heater) 4 is affected by the flow of the fluid, the amount of heat cooled by the flow rate is corrected. Therefore, even if a temperature difference occurs between the
［第２の最良の形態］
上述した第１の最良の形態では、横側温度センサにより流体の物性状態情報を得てその情報により流速に応じた温度分布を補正する方法について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、マイクロヒータ４の温度制御を基体温度よりも一定温度だけ上昇させる方式の第２フローセンサにも本発明を適用することができる。
[Second best mode]
In the first best mode described above, the method of obtaining the physical property state information of the fluid by the lateral temperature sensor and correcting the temperature distribution according to the flow velocity based on the information has been described. However, the present invention is not limited to this. In addition, the present invention can be applied to a second flow sensor in which the temperature control of the
なお、第２フローセンサは、背景技術で説明した図９中の１１〜１４の構成を削除したものであり、その他の構成は同一であることから詳細な説明は省略する。また、第２流量計測装置は、図２に示す構成から１１，１３，３５ａ，３５ｂを削除した構成となっている。 The second flow sensor is obtained by deleting the configurations 11 to 14 in FIG. 9 described in the background art, and the other configurations are the same, and thus detailed description thereof is omitted. Further, the second flow rate measuring device has a configuration in which 11, 13, 35a, and 35b are deleted from the configuration shown in FIG.
上述したフローセンサ１及び流量計測装置２０の場合、マイクロヒータ４の加熱量が変動しても、その変動量を右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）がモニターし、上流側サーモパイル（上流側温度センサ）８及び下流側サーモパイル（下流側温度センサ）５の出力を補正するため、流量計測精度が維持される。
In the case of the
しかしながら、第２フローセンサの場合、横側温度センサがないため、その補正ができない。そこで、第２フローセンサ及びそれを用いた第２流量計測装置の場合は、マイクロヒータ４の加熱を十分制御する必要がある。制御の一例として、ここでは、基体温度よりも一定温度高い状態に制御する場合について説明する。
However, in the case of the second flow sensor, since there is no lateral temperature sensor, it cannot be corrected. Therefore, in the case of the second flow sensor and the second flow rate measuring device using the second flow sensor, it is necessary to sufficiently control the heating of the
マイクロヒータの温度制御によって基体温度よりも一定温度だけ上昇させるため、駆動部によってヒータ温度Ｔｈを基体温度Ｔｂより一定温度ΔＴｈｏだけ上昇させる。このとき、この一定温度ΔＴｈｏは、基体温度と流体温度との温度差ΔＴｇと電力による温度上昇ΔＴｅとの和（ΔＴｈ＝ΔＴｇ＋ΔＴｅ）になる。そして、電力による温度上昇ΔＴｅは、マイクロヒータの消費電力Ｗｈ＝Ｖｈ＊Ｉｈに比例することから、マイクロヒータの印加電圧Ｖｈと印加電流Ｉｈをモニターすることで予測することができる。 In order to raise the substrate temperature by a constant temperature by controlling the temperature of the microheater, the drive unit raises the heater temperature Th by a constant temperature ΔTho from the substrate temperature Tb. At this time, the constant temperature ΔTho is the sum (ΔTh = ΔTg + ΔTe) of the temperature difference ΔTg between the substrate temperature and the fluid temperature and the temperature increase ΔTe due to electric power. Since the temperature rise ΔTe due to electric power is proportional to the power consumption Wh = Vh * Ih of the microheater, it can be predicted by monitoring the applied voltage Vh and the applied current Ih of the microheater.
具体的な作用としては、基体温度より一定温度ΔＴｈｏだけ上昇するようにマイクロヒータ４を加熱したとき、基体温度と流体温度との温度差がない状態、つまり、ΔＴｇ＝０でのマイクロヒータ消費電力Ｗｈｏから比例係数ｋ（ΔＴｈｏ＝ｋ＊Ｗｈｏ）を求めて記憶しておく。そして、ΔＴｇ≠０のときのマイクロヒータ消費電力Ｗｈから電力によるマイクロ加熱温度ΔＴｅ＝ｋ＊Ｗｈが求められ、制御による温度上昇ΔＴｈｏとの差から温度差ΔＴｇ（＝ΔＴｈｏ−ΔＴｅ）を算出する。この温度差ΔＴｇから補正情報記憶手段４１ａを参照して補正情報を抽出し、第２フローセンサの出力を補正する。なお、実際のロジックではΔＴｇを求める必要はなく、ΔＴｅやＷｈ等から補正情報を参照するようにすることもできる。
Specifically, when the
このように第２の最良の形態における第２流量計測装置によれば、フローセンサ用補正ユニットを設け、そして、流体温度と基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流体計測で生じる誤差（器差）との関係に基づいた補正情報で、上流側及び下流側の温度信号を補正するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差に応じた誤差を補正情報によって解消することができるため、流体の流量を正確に計測することができる。従って、流体に対する計測精度を向上させることができる。 As described above, according to the second flow rate measuring apparatus in the second best mode, the flow sensor correction unit is provided, and the temperature difference generated between the fluid temperature and the substrate temperature and the fluid corresponding to the temperature difference are provided. Since the upstream and downstream temperature signals are corrected with correction information based on the relationship with measurement errors (instrument differences), even if there is a temperature difference between the fluid temperature and the substrate temperature Since the error according to the temperature difference can be eliminated by the correction information, the flow rate of the fluid can be accurately measured. Therefore, the measurement accuracy for the fluid can be improved.
また、第２の最良の形態における第２流量計測装置によれば、基体温度と流体温度との温度差を計測するためにマイクロヒータ４の駆動を停止する必要がなく、連続的な流量計測ができるようになる。
Further, according to the second flow rate measuring device in the second best mode, it is not necessary to stop the driving of the
［第３の最良の形態］
次に、上述した背景技術で説明したフローセンサ１（図９，１０を参照）を用いて、流体の流量を計測する本発明に係る流量計測装置の第３の最良の形態を、図６〜図７の図面と上述した図面とを参照して説明する。なお、フローセンサ１の基本構成については、背景技術のところで説明しているので、詳細な説明は省略する。さらに、第１の最良の形態、及び、なお、従来の技術のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
[Third best mode]
Next, the third best mode of the flow rate measuring device according to the present invention for measuring the flow rate of the fluid using the flow sensor 1 (see FIGS. 9 and 10) described in the background art described above will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to the drawing of FIG. 7 and the above-described drawing. Since the basic configuration of the
ここで、図６はフローセンサを用いた第３の最良の形態における流量計測装置の設置例を説明するための図であり、図７は図６に示す流量計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 Here, FIG. 6 is a diagram for explaining an installation example of the flow rate measuring device in the third best mode using the flow sensor, and FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of the flow rate measuring device shown in FIG. FIG.
図６に示すフローセンサ１は、第１の最良の形態で説明したものと同様に、基体２と、ダイアフラム３と、マイクロヒータ（ヒータ）４と、上流側サーモパイル（上流側温度センサ）８と、下流側サーモパイル（下流側温度センサ）５と、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）と、を有する。
The
図６及び図７に示す流量計測装置２０は、第１の最良の形態で説明した、差動アンプ３３と、アンプ３５ａ，３５ｂと、検出回路３７と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４０と、駆動部５０と、を有している。
The flow
さらに、流量計測装置２０は、フローセンサ１のヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように流路７０内に設けられる参照部材１Ａを有する。この参照部材１Ａは、上方に設けているフローセンサ１と対向するように流路７０の下方の内壁に設けられ、流路７０内を流れるガスの流れ方向（図６中のＰからＱへの方向）に対する向きがフローセンサ１と同一になる向きとなるように配置されている。
Furthermore, the flow
なお、フローセンサ１と参照部材１Ａとの配置関係は、断面形状等が変化していない直線状の流路７０における上流に参照部材１Ａと下流にフローセンサ１となるように配置するなど、種々異なる配置関係とすることができる。
There are various arrangement relationships between the
また、流路７０内における流れがほとんどない位置、流れの影響を受けない位置等に、参照部材１Ａを配置することも考えられるが、流れがない位置（淀み位置）のガスは、流れているガスと同一温度であるとは限らないため、そのような位置に配置することは適切でなく、上述した配置関係とすることが好ましい。
Further, although it is conceivable to arrange the reference member 1A at a position where there is almost no flow in the
さらに、流路７０の同一断面形状の同一位置に配置していれば、お互いの距離が離れていても大きな問題はないが、圧力損失が大きい場合は、それに伴う温度低下があるため、計測精度を若干低下させる可能性があるため、お互いの距離は近いことが好ましい。
Furthermore, as long as the
参照部材１Ａは、フローセンサ１の基体２と同一の構成部材で形成される参照用基体２Ａと、該参照用基体２Ａから断熱された状態でその表面に設けられ、かつ、フローセンサ１のダイアフラム３と同一の構成部材で形成される参照用ダイアフラム３Ａと、該参照用ダイアフラム３Ａ上に設けられて参照用ダイアフラム３Ａの参照用ダイアフラム温度を検出する参照用ダイアフラム温度検出手段として機能するマイクロヒータ４Ａと、を有する。
The reference member 1A is provided on the surface of a reference base 2A formed of the same constituent member as the
なお、参照部材１Ａについては、フローセンサ１と同一の構成からなる他のフローセンサを用いることもできる。また、参照部材１Ａの参照用基体２Ａの形状については、フローセンサ１の基体２と同一にする必要はなく、種々異なる形状とすることができる。
In addition, about the reference member 1A, the other flow sensor which consists of the same structure as the
さらに、第３の最良の形態では、請求項中の参照用ダイアフラム温度検出手段をマイクロヒータ４Ａで実現する場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、参照部材１Ａの構成に、例えば測温抵抗体、サーモパイル等の各種温度センサを設けて、参照用ダイアフラム温度検出手段として機能させるなど、種々異なる形態とすることができる。
Further, in the third best mode, the case where the reference diaphragm temperature detecting means in the claims is realized by the
流量計測装置２０はさらに、第２駆動部５０Ａを有する。該第２駆動部５０Ａは、マイクロヒータ４Ａに該マイクロヒータ４Ａを加熱しない程度の微弱な定電流を印加する回路になっている。また、第２駆動部５０Ａはさらに、マイクロヒータ４Ａの両端電位差Ｖｍを増幅するアンプを有し、該アンプの出力はＭＰＵ４０に入力されている。このような構成とすることで、ＭＰＵ４０は検出した出力Ｖｍにより、Ｒｍ＝Ｖｍ／Ｉｍの関係からマイクロヒータ４Ａの抵抗値Ｒｍが算出され、該抵抗値Ｒｍと温度依存係数とからマイクロヒータ４Ａの温度Ｔｈｍを算出可能する。
The flow
なお、第２駆動部５０Ａについては、上述した構成に限定する必要はなく、マイクロヒータ４Ａに加熱しない程度に定電圧を印可して電流値を計測する、マイクロヒータ４Ａをマイクロヒータ４の温度の１／２程度まで印加してマイクロヒータ４Ａの抵抗値を計測する、などの種々異なる構成とすることができる。
Note that the
ＭＰＵ４０は、参照用ダイアフラム３Ａ上の温度Ｔｈｍを計測する。そして、第１の最良の形態で説明したように、フローセンサ１の測温抵抗１５，１６に基づいて基体２の基体温度Ｔｂを計測し、参照用ダイアフラム３Ａと基体２との温度差を流体温度と基体温度の温度差ΔＴｇとして検出する。
The
ＲＯＭ４２には、第１の最良の形態と同様に、図４に示すフローチャートを実現するための流量計測処理プログラムと、前記補正情報と、を記憶している。 As in the first best mode, the ROM 42 stores a flow rate measurement processing program for realizing the flowchart shown in FIG. 4 and the correction information.
次に、第３の最良の形態において、ＣＰＵ４１が実行する流量計測処理の一例を、図４に示すフローチャートを参照して以下に説明する。なお、上述した第１の最良の形態で説明した処理と同一の箇所については、詳細な説明を省略する。
Next, in the third best mode, an example of the flow rate measurement process executed by the
図４に示す流量計測処理が起動されると、ステップＳ１１において、マイクロヒータ４の加熱開始が駆動部５０に指示されると共に、マイクロヒータ４Ａの駆動開始が第２駆動部５０Ａに指示され、その後ステップＳ１２に進む。この指示に応じて第２駆動部５０Ａは、マイクロヒータ４Ａが発熱しない微弱の電流を流して駆動させる。この結果、マイクロヒータ４の周りのガスが加熱されて、所定の温度分布が発生することになり、一方の参照部材１Ａのマイクロヒータ４Ａは加熱されない。
When the flow rate measurement process shown in FIG. 4 is started, in step S11, the driving
ステップＳ１２において、上述したように測温抵抗１５，１６から検出回路３７を介して入力される基体温度信号に基づいて基体２の基体温度Ｔｂが検出されてＲＡＭ４３に記憶されると共に、第２駆動部５０Ａから入力される信号に基づいて電位差Ｖｍが検出され、上述したように電位Ｖｍに基づいてマイクロヒータ４Ａのヒータ温度、つまり、参照用ダイアフラム３Ａ上の参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍが算出されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１３に進む。
In step S12, as described above, the substrate temperature Tb of the
ステップＳ１３（温度差検出手段）において、ＲＡＭ４３の参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍと基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴが算出され、該温度差ΔＴとＲＡＭ４３の流量区分データが示す流量区分に対応する標準温度差情報が示す標準温度差ΔＴｈｏとの差が、流体温度と基体温度との温度差ΔＴｇとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ１４に進む。
In step S13 (temperature difference detection means), a temperature difference ΔT between the reference diaphragm temperature Thm of the
そして、ステップＳ１４〜Ｓ２３の各処理は、第１の最良の形態と同一であることから、詳細な説明は省略する。つまり、第３の最良の形態は、第１の最良の形態のステップＳ１１〜Ｓ１３の各処理を、上述したように変更することで対応することができる。 And since each process of step S14-S23 is the same as the 1st best form, detailed description is abbreviate | omitted. That is, the third best mode can be dealt with by changing the processes of steps S11 to S13 of the first best mode as described above.
次に、上述した構成における第３の最良の形態に係る流量計測装置２０の動作（作用）の一例を、以下に説明する。
Next, an example of the operation (action) of the flow
流量計測装置２０によって上述した流量計測処理が実行されると、マイクロヒータ４が駆動される。そして、第２駆動部５０Ａからの出力に基づいて参照用ダイアフラム３Ａの参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍを検出する。そして、参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍと基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴを算出し、該温度差ΔＴと標準温度差ΔＴｈｏとの差を流体温度と基体温度との温度差ΔＴｇとして算出する。
When the flow rate measuring process described above is executed by the flow
温度差ΔＴｇに対応する補正情報に基づいて、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３から入力される右側温度検出信号及び左側温度検出信号（横側温度信号に相当）を補正し、それらの信号値をマイクロヒータ４の駆動時における温度分布出力Ｖ３ｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶する。そして、この温度分布出力Ｖ３ｏｎに基づいて流体の物性に応じた物性状態情報を算出してＲＡＭ４３に記憶する。
Based on the correction information corresponding to the temperature difference ΔTg, the right side temperature detection signal and the left side temperature detection signal (corresponding to the lateral side temperature signal) input from the right side thermopile 11 and the
フローセンサ１の下流側サーモパイル５及び上流側サーモパイル８がそれぞれ出力した上流側温度信号及び下流側温度信号の差信号の信号値を温度差出力ＶｏｎとしてＲＡＭ４３に取り込む。そして、該物性状態情報（Ｖ３ｏｎ）と温度差出力Ｖｏｎと流量算出式とを用いてガスの流量を算出し、該流量を流量情報として例えば表示装置等に出力して表示させる。そして、計測した流量に応じた流量域は、ＲＡＭ４３の流量域データに設定される。
The signal values of the difference signals between the upstream temperature signal and the downstream temperature signal output by the
以降も、ガスの計測期間中は、上述した処理を繰り返すことで、流量の計測時に、流体温度と基体温度との温度差を検出し、この温度差、流量に対応した補正情報で横側温度センサ出力を補正して流量の算出を行う。 Thereafter, during the gas measurement period, the above-described processing is repeated to detect a temperature difference between the fluid temperature and the substrate temperature during flow rate measurement, and the lateral temperature is detected using correction information corresponding to the temperature difference and the flow rate. The flow rate is calculated by correcting the sensor output.
第３の最良の形態による流量計測装置２０についても、上述した発明が解決しようとする課題で説明した測定条件と同一の測定条件で温度差と器差との関係を確認したところ、上述した図５に示す結果と同等の結果を得ることができた。つまり、このように本発明の流量計測装置２０によって温度差の変化による器差の発生を解消することができた。
Regarding the flow
以上説明した第３の最良の形態による流量計測装置２０によれば、流体温度と基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流量計測装置２０が有する誤差（器差）との関係に基づいて、その誤差を解消するように横側温度信号を補正する補正情報を記憶しておき、流体温度と基体温度との温度差に対応した補正情報に基づいて右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）からの横側温度信号を補正し、該横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出し、該物性状態情報に基づいて補正した上流側温度信号及び下流側温度信号に基づいて流体の流速に応じて変化した温度分布を検出し、該温度分布に基づいて流体の流量を計測するようにしたことから、流体温度と基体温度との間に温度差が生じても、その温度差を補正情報によって打ち消すことができるため、出力精度を良い状態に保つことができる。従って、連続的な計測中であっても様々な種類の流体に対する計測精度を向上させることができる。
According to the flow
また、フローセンサ１の基体２及びダイアフラム３とが同一となるように形成した参照部材１Ａを、フローセンサ１のマイクロヒータ４が発生する温度分布の影響を受けないように流路内に設け、そして、該参照部材１Ａの参照用ダイアフラム３Ａ上の参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍを検出し、該参照用ダイアフラム温度Ｔｈｍとフローセンサ１の基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴを、基体温度と流体温度との温度差として検出するようにしたことから、マイクロヒータ４等で加熱されない参照用ダイアフラム３Ａは流体温度の影響を受けるため、フローセンサ１におけるマイクロヒータ４の加熱状態であっても、流体と基体との間に生じる温度差を迅速に検出することができるため、基体温度と流体温度とに温度差が生じたときに発生する温度センサのオフセット出力をキャンセルすることができる。従って、流量計測装置２０におけるヒータ駆動の制御、補正処理等を複雑化することなく、様々な種類の流体に対する計測精度をより一層向上させることができる。
A reference member 1A formed so that the
なお、上述した本最良の形態では、請求項中の各手段をＭＰＵ４０によって実現する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、ＤＳＰ（digital signal processor）、ＡＳＩＣ（application specific IC）で実現するなど種々異なる形態とすることができる。
In the above-described best mode, the case where each unit in the claims is realized by the
また、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からの各信号をアンプ３５ａ，３５ｂで増幅し、かつ、参照用右側サーモパイル１１Ａ及び参照用左側サーモパイル１３Ａからの各信号をアンプ３６ａ，３６ｂで増幅してＭＰＵ４０に入力する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、上流側温度信号及び下流側温度信号に対する差動アンプ３３，３４と同様に上述したアンプ３５ａ，３５ｂと３６ａ，３６ｂを差動アンプに置き換えなど、アナログ回路上で自動的に補正（引き算）することで、ＭＰＵ４０における演算処理のさらなる簡単化を図ることもできる。
Further, each signal from the right thermopile 11 and the
また、上述した本最良の形態では、流量計測装置２０について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、流量計測装置２０をガスメータに組み込んで実現したり、水、薬品などの流体を計測する計器として実現するなど種々異なる形態とすることができる。
Further, in the above-described best mode, the flow
［第４の最良の形態］
次に、上述した背景技術で説明したフローセンサ１（図９，１０を参照）を用いて、本発明のフローセンサ用補正ユニットを有する流体判別装置を実現する場合の最良の形態を以下に説明する。なお、従来の技術、第１〜第３の最良の形態のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
[Fourth best mode]
Next, the best mode for realizing the fluid discrimination device having the flow sensor correction unit of the present invention using the flow sensor 1 (see FIGS. 9 and 10) described in the background art described above will be described below. To do. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as that of what was demonstrated in the prior art and the 1st-3rd best form, and the detailed description is abbreviate | omitted.
流体判別装置は、上述した第１の最良の形態で説明した図６に示す流量計測装置２０の構成と同様に、差動アンプ３３と、アンプ３５ａ，３５ｂと、検出回路３７と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４０と、駆動部５０と、を有している。そして、フローセンサ１は、基体２と、ダイアフラム３と、マイクロヒータ（ヒータ）４と、上流側サーモパイル（上流側温度センサ）８と、下流側サーモパイル（下流側温度センサ）５と、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３（横側温度センサ）と、を有する。
Similar to the configuration of the flow
なお、第４の最良の形態では、フローセンサ１が、基体２、ダイアフラム３、マイクロヒータ４、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３を有する構成とすることもできる。
In the fourth best mode, the
ＲＯＭ４２はさらに、第１の最良の形態で説明した流体の物性状態情報に基づいて、流体を判別する流体判別手段、該判別結果を通知する通知手段としてＣＰＵ４１を機能させるためのプログラムを記憶している。そして、本第４の最良の形態では、物性状態情報に基づいて流体を識別するための判別テーブル情報を記憶している。
The ROM 42 further stores a program for causing the
図８は流体判別装置のＣＰＵが実行する流体判別処理の一例を示すフローチャートである。そして、このフローチャートを参照して、流体判別処理の一例を以下に説明する。なお、この流体判別処理は、例えば、電源断、終了要求の発生等に応じて処理を終了する。 FIG. 8 is a flowchart showing an example of the fluid discrimination process executed by the CPU of the fluid discrimination device. An example of the fluid discrimination process will be described below with reference to this flowchart. In addition, this fluid discrimination | determination process is complete | finished, for example according to a power-off, generation | occurrence | production of an end request | requirement, etc.
図８に示す流量判別処理が起動されると、ステップＳ５１において、マイクロヒータ４の加熱開始が駆動部５０に指示され、その後ステップＳ５２に進む。この指示に応じて駆動部５０は、マイクロヒータ４に一定の電圧が印加されるように駆動させる。この結果、マイクロヒータ４の周りのガスが加熱されて、所定の温度分布が発生することになる。
When the flow rate determination process shown in FIG. 8 is started, in step S51, the
ステップＳ５２において、上述したように測温抵抗１５，１６から検出回路３７を介して入力される基体温度信号に基づいて基体２の基体温度Ｔｂが検出されてＲＡＭ４３に記憶されると共に、駆動部５０の電流監視部５１から入力される差信号に基づいて電位差Ｖｍが検出され、上述したように電位Ｖｍに基づいてマイクロヒータ４のヒータ温度Ｔｈが算出されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ５３に進む。
In step S52, as described above, the substrate temperature Tb of the
ステップＳ５３（温度差検出手段）において、ＲＡＭ４３のヒータ温度Ｔｈと基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴが算出され、該温度差ΔＴと予め定められた標準温度差情報が示す標準温度差ΔＴｈｏとの第２温度差ΔＴｇが算出され、該第２温度差ΔＴｇと例えば予め定められた温度差変換テーブル、温度差変換プログラム等とに基づいて流体温度が求められ、該流体温度と基体温度との温度差がＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ５４に進む。
In step S53 (temperature difference detection means), a temperature difference ΔT between the heater temperature Th of the
ステップＳ５４（補正手段）において、ＲＡＭ４３の温度差に対応する補正情報が特定され、該補正情報に基づいて、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からアンプ３５ａ，ｂを介して入力される右側温度検出信号及び左側温度検出信号（横側温度信号に相当）が補正され、それらの信号値がマイクロヒータ４の駆動時における温度分布出力Ｖ３ｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ５５に進む。
In step S54 (correction means), correction information corresponding to the temperature difference in the
ステップＳ５５（物性状態情報検出手段）において、ＲＡＭ４３の温度分布出力Ｖ３ｏｎに基づいて、流体の物性に応じた物性状態情報が算出（検出）されてＲＡＭ４３に記憶され、その後ステップＳ５６に進む。
In step S55 (physical property state information detecting means), based on the temperature distribution output V3on of the
ステップＳ５６において、ＲＡＭ４３の物性状態情報に対応する物性が、前記判別テーブル情報に基づいて判別され、ステップＳ５７において、その判別結果を示す判別結果情報が図示しない表示装置、通信装置、音声出力装置等に出力されることで、判別結果が通知され、その後処理を終了する。
In step S56, the physical property corresponding to the physical property state information in the
次に、上述した構成の流体判別装置の動作（作用）の一例を以下に説明する。 Next, an example of the operation (action) of the fluid discrimination device configured as described above will be described below.
流体判別装置によって上述した流体判別処理が実行されると、マイクロヒータ４が駆動される。そして、駆動部５０の電流監視部５１ヒータからの出力に基づいてヒータ４のヒータ温度Ｔｈを検出すると共に、測温抵抗１５，１６からの出力に基づいて基体２の基体温度Ｔｂを検出する。そして、ヒータ温度Ｔｈと基体温度Ｔｂとの温度差ΔＴを算出し、該温度差ΔＴと標準温度差ΔＴｈｏとの第２温度差ΔＴｇを算出する。
When the fluid discrimination process described above is executed by the fluid discrimination device, the
流体温度と基体温度との温度差ΔＴｇに対応する補正情報に基づいて、右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３から入力される右側温度検出信号及び左側温度検出信号（横側温度信号に相当）を補正し、それらの信号値をマイクロヒータ４の駆動時における温度分布出力Ｖ３ｏｎとしてＲＡＭ４３に記憶する。そして、この温度分布出力Ｖ３ｏｎに基づいて流体の物性に応じた物性状態情報を算出してＲＡＭ４３に記憶し、この物性状態情報と前記判別テーブル情報とに基づいて流体が判別され、その判別結果を通知する。
Based on the correction information corresponding to the temperature difference ΔTg between the fluid temperature and the substrate temperature, the right temperature detection signal and the left temperature detection signal (corresponding to the lateral temperature signal) input from the right thermopile 11 and the
以上説明した流体判別装置によれば、フローセンサ１の右側サーモパイル１１及び左側サーモパイル１３からの横側温度信号を流体温度と基体温度との温度差に対応した補正情報で補正し、該横側温度信号に基づいて流体の物性状態情報を検出して流体の判別を行うようにしたことから、流体温度とフローセンサ１の基体温度との間に温度差が生じても、その温度差による誤差を解消することができるため、その正確な横側温度信号に基づいて物性状態情報を検出して流体を正確に判別することができる。従って、流体温度と基体温度との間に生じる温度差を正確に把握して、様々な種類の流体に判別の精度を向上させることができる。
According to the fluid discriminating apparatus described above, the lateral temperature signals from the right thermopile 11 and the
１ フローセンサ（フローセンサ）
１Ａ 参照部材
３ ダイアフラム
３Ａ 参照用ダイアフラム
４，４Ａ ヒータ
５ 下流側温度センサ
８ 上流側温度センサ
１１，１３ 横側温度センサ
１５，１６ 基体温度検出手段（測温抵抗）
２０ 流量計測装置
４１ａ 温度差検出手段（ＣＰＵ）
４１ｂ 補正情報抽出手段（ＣＰＵ）
４１ｃ 補正手段（ＣＰＵ）
４２ａ 補正情報記憶手段（ＲＯＭ）
1 Flow sensor (flow sensor)
20 Flow rate measuring device 41a Temperature difference detection means (CPU)
41b Correction information extraction means (CPU)
41c Correction means (CPU)
42a Correction information storage means (ROM)
Claims (7)
前記流体の流体温度と前記基体の基体温度との間に生じる温度差と該温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて、当該誤差を解消するように前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正情報を記憶する補正情報記憶手段と、
前記基体温度を検出する基体温度検出手段と、
前記基体温度検出手段が検出した基体温度と前記流体温度との温度差を検出する温度差検出手段と、
前記温度差検出手段が検出した温度差に対応した前記補正情報を前記補正情報記憶手段から抽出する補正情報抽出手段と、
前記補正情報抽出手段が抽出した補正情報に基づいて、前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正手段と、
を有することを特徴とするフローセンサ用補正ユニット。 A base, a diaphragm provided on the surface of the base, a heater provided on the diaphragm for heating a fluid flowing in the flow path to generate a predetermined temperature distribution, and provided on the diaphragm for the fluid. A temperature sensor that outputs a temperature signal corresponding to a temperature distribution in a fluid flow direction that changes according to a flow velocity, and a flow sensor correction unit that performs correction for fluid flow measurement using a flow sensor,
Based on the relationship between the temperature difference that occurs between the fluid temperature of the fluid and the substrate temperature of the substrate and the error that occurs in flow measurement corresponding to the temperature difference, the temperature signal, Correction information storage means for storing correction information for correcting at least one of the temperature distribution and the measured flow rate;
A substrate temperature detecting means for detecting the substrate temperature;
A temperature difference detecting means for detecting a temperature difference between the substrate temperature detected by the substrate temperature detecting means and the fluid temperature;
Correction information extraction means for extracting the correction information corresponding to the temperature difference detected by the temperature difference detection means from the correction information storage means;
Correction means for correcting at least one of the temperature signal, the temperature distribution, and the measured flow rate based on the correction information extracted by the correction information extraction means;
A correction unit for a flow sensor, comprising:
予め定められた所定状態における前記ヒータのヒータ温度と前記基体温度との標準温度差を示す標準温度差情報を記憶する標準温度差情報記憶手段と、
前記ヒータ温度と前記基体温度との温度差と前記標準温度差情報記憶手段が記憶している標準温度差情報が示す標準温度差との第２温度差と該第２温度差に対応して流量計測で生じる誤差との関係に基づいて、当該誤差を解消するように前記温度信号、前記温度分布、横側温度センサ出力、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正情報を記憶する補正情報記憶手段と、
前記ヒータのヒータ温度を検出するヒータ温度検出手段と、
前記基体温度を検出する基体温度検出手段と、
前記ヒータ温度検出手段の検出したヒータ温度と前記基体温度検出手段の検出した基体温度との温度差を算出し、該温度差と前記標準温度差情報記憶手段が記憶している標準温度差情報が示す標準温度差との第２温度差を検出する温度差検出手段と、
前記温度差検出手段が検出した第２温度差に対応した前記補正情報を前記補正情報記憶手段から抽出する補正情報抽出手段と、
前記補正情報抽出手段が抽出した補正情報に基づいて、前記温度信号、前記温度分布、計測した流量の少なくとも１つを補正する補正手段と、
を有することを特徴とするフローセンサ用補正ユニット。 A base, a diaphragm provided on the surface of the base, a heater provided on the diaphragm for heating a fluid flowing in the flow path to generate a predetermined temperature distribution, and provided on the diaphragm for the fluid. A temperature sensor that outputs a temperature signal corresponding to a temperature distribution in a fluid flow direction that changes according to a flow velocity, and a flow sensor correction unit that performs correction for fluid flow measurement using a flow sensor,
Standard temperature difference information storage means for storing standard temperature difference information indicating a standard temperature difference between the heater temperature of the heater and the substrate temperature in a predetermined state,
A flow rate corresponding to the second temperature difference between the second temperature difference between the temperature difference between the heater temperature and the substrate temperature and the standard temperature difference indicated by the standard temperature difference information stored in the standard temperature difference information storage means. Correction information storage that stores correction information for correcting at least one of the temperature signal, the temperature distribution, the lateral temperature sensor output, and the measured flow rate so as to eliminate the error based on a relationship with an error caused by measurement. Means,
Heater temperature detecting means for detecting the heater temperature of the heater;
A substrate temperature detecting means for detecting the substrate temperature;
The temperature difference between the heater temperature detected by the heater temperature detection means and the substrate temperature detected by the substrate temperature detection means is calculated, and the standard temperature difference information stored in the temperature difference and the standard temperature difference information storage means is calculated. A temperature difference detecting means for detecting a second temperature difference from the standard temperature difference shown ;
Correction information extraction means for extracting the correction information corresponding to the second temperature difference detected by the temperature difference detection means from the correction information storage means;
Correction means for correcting at least one of the temperature signal, the temperature distribution, and the measured flow rate based on the correction information extracted by the correction information extraction means;
A correction unit for a flow sensor, comprising:
前記補正情報記憶手段で補正している補正情報が、前記誤差を解消するように前記横側温度信号を補正する補正情報であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のフローセンサ用補正ユニット。 The flow sensor is further provided on the diaphragm to detect the temperature of the fluid according to the temperature distribution in a substantially orthogonal direction passing through the heater and approximately orthogonal to the fluid flow direction, and generating a lateral temperature signal. Having a lateral temperature sensor to output,
Wherein the correction information is corrected by the correction information storing means, according to claim 1, characterized in that the correction information for correcting the lateral side temperature signal so as to eliminate the error Flow sensor correction unit.
請求項４に記載のフローセンサ用補正ユニットと、該フローセンサ用補正ユニットの補正手段が補正した横側温度信号に基づいて、前記略直交方向における前記温度分布に応じた前記判別対象流体の物性状態を示す物性状態情報を検出する物性状態情報検出手段と、を有することを特徴とする流体判別装置。 A base, a diaphragm provided on the surface of the base, a heater provided on the diaphragm for heating a fluid flowing in the flow path to generate a predetermined temperature distribution, and provided on the diaphragm for the fluid. Using a flow sensor having a lateral temperature sensor that detects a temperature of the fluid according to the temperature distribution in a substantially orthogonal direction passing through the heater in a direction substantially orthogonal to the flow direction and outputs a lateral temperature signal, In the fluid discrimination device for discriminating the type of discrimination target fluid,
5. The physical property of the fluid to be discriminated according to the temperature distribution in the substantially orthogonal direction based on the flow sensor correction unit according to claim 4 and a lateral temperature signal corrected by the correction means of the flow sensor correction unit. And a physical property state information detecting means for detecting physical property state information indicating the state.
請求項５に記載の流体判別装置を有し、そして、前記流量計測装置の物性状態情報検出手段が検出した物性状態情報に基づいて前記温度センサが出力した温度信号を補正し、該温度信号に基づいて前記流体の流速に応じて変化した前記温度分布を検出し、該温度分布に基づいて前記流体の流量を算出するようにしたことを特徴とする流量計測装置。 A base, a diaphragm provided on the surface of the base, a heater provided on the diaphragm for heating a fluid flowing in the flow path to generate a predetermined temperature distribution, and provided on the diaphragm for the fluid. A temperature sensor that outputs a temperature signal corresponding to a temperature distribution that changes according to a flow velocity, and a lateral side that is arranged in a direction substantially orthogonal to the fluid flow direction to detect the temperature of the fluid and output a lateral temperature signal In a flow measurement device that measures the flow rate of a fluid using a flow sensor having a temperature sensor,
6. The fluid discrimination device according to claim 5, wherein the temperature signal output from the temperature sensor is corrected based on the physical property state information detected by the physical property state information detecting means of the flow rate measuring device, and the temperature signal is converted into the temperature signal. A flow rate measuring apparatus characterized in that the temperature distribution changed in accordance with the flow velocity of the fluid is detected and the flow rate of the fluid is calculated based on the temperature distribution.
請求項１〜４の何れか１項に記載のフローセンサ用補正ユニットを有し、該フローセンサ用補正ユニットの補正手段が補正した補正結果に基づいて流体の流量を出力するようにしたことを特徴とする流量計測装置。 A base, a diaphragm provided on the surface of the base, a heater provided on the diaphragm for heating a fluid flowing in the flow path to generate a predetermined temperature distribution, and provided on the diaphragm for the fluid. In a flow rate measuring device that measures the flow rate of a fluid using a flow sensor having a temperature sensor that outputs a temperature signal according to a temperature distribution that changes according to a flow rate,
The flow sensor correction unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the flow rate of the fluid is output based on a correction result corrected by the correction means of the flow sensor correction unit. A characteristic flow rate measuring device.
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