JP5397351B2 - 流量検出装置 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る流量検出装置の概略構成を示す断面図である。図2は、第1実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す斜視図であり、(a)は上面側、(b)は下面側を示す。図3は、回路基板の概略構成を示すブロック図である。なお、図1では、空気の流動方向を白抜き矢印、鉛直方向を黒塗り矢印で示す。流動方向と鉛直方向とは交差している。
次に、本発明の第2実施形態を、図7に基づいて説明する。図7は、第2実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す斜視図であり、(a)は上面側、(b)は下面側を示す。図7は、第1実施形態で示した図2に対応している。
20・・・弾性波部
30・・・反射部
40・・・内部アンテナ
50・・・処理部
53・・・生成部
54・・・外部アンテナ
55・・・算出部
100・・・流量検出装置
Claims (29)
- 管の内部を流れる流体の流量を検出する流量検出装置であって、
圧電材料から成る、前記管内の弁体に設けられたセンサチップと、
前記センサチップに駆動信号を供給し、且つ、前記センサチップの検出信号を処理する、前記管の外部に設けられた処理手段と、を有し、
前記センサチップは、
前記弁体への固定面とは異なり、前記流体に晒されるセンサ面に、前記駆動信号を受けて表面弾性波を発生し、且つ、前記センサ面を伝播する表面弾性波を前記検出信号に変換する弾性波部と、
前記弾性波部によって発生された表面弾性波を、前記弾性波部に反射する反射部と、
前記駆動信号を受信するとともに、前記検出信号を送信する内部通信部と、を有し、
前記処理手段は、
前記駆動信号を生成する生成部と、
前記駆動信号を送信するとともに、前記検出信号を受信する外部通信部と、
前記駆動信号と前記検出信号とに基づいて、前記流体の圧力、温度、前記弁体の開度、及び、前記流体の流量を算出する算出部と、を有することを特徴とする流量検出装置。 - 前記弾性波部は、第1弾性波部と、第2弾性波部と、を有し、
前記反射部は、第1反射部と、第2反射部と、を有し、
前記内部通信部は、第1内部通信部と、第2内部通信部と、を有し、
前記センサチップには、厚さが局所的に薄くなった薄肉部が形成され、
前記第1弾性波部と前記第1反射部とが、前記薄肉部を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第2弾性波部と前記第2反射部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第1弾性波部が、前記第1内部通信部と電気的に接続され、
前記第2弾性波部が、前記第2内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の流量検出装置。 - 前記第1弾性波部と前記第1反射部との間の距離と、
前記第2弾性波部と前記第2反射部との間の距離とが異なることを特徴とする請求項2に記載の流量検出装置。 - 前記センサチップには、前記センサ面を2つに分かつ溝が形成されており、
前記溝によって分かれた前記センサ面の一方の領域に、前記第1弾性波部と、前記第1反射部と、前記第1内部通信部とが形成され、他方の領域に、前記第2弾性波部と、前記第2反射部と、前記第2内部通信部とが形成されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の流量検出装置。 - 前記算出部は、
前記センサ面における前記第1弾性波部と前記第1反射部との間を伝播する第1表面弾性波の周波数と、前記第2弾性波部と前記第2反射部との間を伝播する第2表面弾性波の周波数との差異と、前記第1表面弾性波の圧力特性との関係が記憶された第1記憶部と、
該第1記憶部から、前記第1表面弾性波の周波数と前記第2表面弾性波の周波数との差異に対応する、前記第1表面弾性波の圧力特性を取り出して、前記流体の圧力を演算する第1演算部と、を有することを特徴とする請求項2〜4いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記算出部は、
前記センサ面における前記第2弾性波部と前記第2反射部との間を伝播する第2表面弾性波の周波数と、前記駆動信号の周波数との差異と、前記第2表面弾性波の温度特性との関係が記憶された第2記憶部と、
該第2記憶部から、前記第2表面弾性波の周波数と前記駆動信号の周波数との差異に対応する、前記第2表面弾性波の温度特性を取り出して、前記流体の温度を演算する第2演算部と、を有することを特徴とする請求項2〜5いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記反射部は、第3反射部を有し、
該第3反射部は、前記第2弾性波部と前記第2反射部との間に形成されていることを特徴とする請求項2〜6いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記弾性波部は、第3弾性波部を有し、
前記反射部は、第3反射部を有し、
前記内部通信部は、第3内部通信部を有し、
前記第3弾性波部と前記第3反射部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第3弾性波部が、前記第3内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項2〜6いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記算出部は、
前記外部通信部と内部通信部との送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第3記憶部と、
該第3記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第3演算部と、を有することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の流量検出装置。 - 前記算出部は、
前記生成部から前記駆動信号が送信され、前記算出部にて前記検出信号が受信されるまでの送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第4記憶部と、
該第4記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第4演算部と、を有することを特徴とする請求項1〜8いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記算出部は、
前記検出信号の信号強度と、前記弁体の開度との関係が記憶された第5記憶部と、
該第5記憶部から、前記検出信号の信号強度に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第5演算部と、を有することを特徴とする請求項1〜8いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記弾性波部は、第4弾性波部を有し、
前記反射部は、第4反射部を有し、
前記内部通信部は、第4内部通信部を有し、
前記センサチップに感湿膜が形成され、
前記第4弾性波部と前記第4反射部とが、前記感湿膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第4弾性波部が、前記第4内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜11いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記弾性波部は、第5弾性波部を有し、
前記反射部は、第5反射部を有し、
前記内部通信部は、第5内部通信部を有し、
前記センサチップに流体成分吸着膜が形成され、
前記第5弾性波部と前記第5反射部とが、前記流体成分吸着膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第5弾性波部が、前記第5内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜12いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 管の内部を流れる流体の流量を検出する流量検出装置であって、
圧電材料から成る、前記管内の弁体に設けられたセンサチップと、
前記センサチップに駆動信号を供給し、且つ、前記センサチップの検出信号を処理する、前記管の外部に設けられた処理手段と、を有し、
前記センサチップは、
前記弁体への固定面とは異なり、前記流体に晒されるセンサ面に、前記駆動信号を受けて表面弾性波を発生する送信用弾性波部と、
前記センサ面を伝播する表面弾性波を前記検出信号に変換する受信用弾性波部と、
前記駆動信号を受信する受信用内部通信部と、
前記検出信号を送信する送信用内部通信部と、を有し、
前記処理手段は、
前記駆動信号を生成する生成部と、
前記駆動信号を送信するとともに、前記検出信号を受信する外部通信部と、
前記駆動信号と前記検出信号とに基づいて、前記流体の圧力、温度、前記弁体の開度、及び、前記流体の流量を算出する算出部と、を有することを特徴とする流量検出装置。 - 前記送信用弾性波部は、第1送信用弾性波部と、第2送信用弾性波部と、を有し、
前記受信用弾性波部は、第1受信用弾性波部と、第2受信用弾性波部と、を有し、
前記受信用内部通信部は、第1受信用内部通信部と、第2受信用内部通信部と、を有し、
前記送信用内部通信部は、第1送信用内部通信部と、第2送信用内部通信部と、を有し、
前記センサチップには、厚さが局所的に薄くなった薄肉部が形成され、
前記第1送信用弾性波部と前記第1受信用弾性波部とが、前記薄肉部を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第2送信用弾性波部と前記第2受信用弾性波部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第1送信用弾性波部が、前記第1受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第1受信用弾性波部が、前記第1送信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第2送信用弾性波部が、前記第2受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第2受信用弾性波部が、前記第2送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項14に記載の流量検出装置。 - 前記第1送信用弾性波部と前記第1受信用弾性波部との間の距離と、
前記第2送信用弾性波部と前記第2受信用弾性波部との間の距離とが異なることを特徴とする請求項15に記載の流量検出装置。 - 前記センサチップには、前記センサ面を2つに分かつ溝が形成されており、
前記溝によって分かたれた前記センサ面の一方の領域に、前記第1送信用弾性波部と、前記第1受信用弾性波部と、前記第1送信用内部通信部と、前記第1受信用内部通信部とが形成され、他方の領域に、前記第2送信用弾性波部と、前記第2受信用弾性波部と、前記第2送信用内部通信部と、前記第2受信用内部通信部とが形成されていることを特徴とする請求項15又は請求項16に記載の流量検出装置。 - 前記算出部は、
前記センサ面における前記第1送信用弾性波部と前記第1受信用弾性波部との間を伝播する第1表面弾性波の周波数と、前記第2送信用弾性波部と前記第2受信用弾性波部との間を伝播する第2表面弾性波の周波数との差異と、前記第1表面弾性波の圧力特性との関係が記憶された第1記憶部と、
該第1記憶部から、前記第1表面弾性波の周波数と前記第2表面弾性波の周波数との差異に対応する、前記第1表面弾性波の圧力特性を取り出して、前記流体の圧力を演算する第1演算部と、を有することを特徴とする請求項15〜17いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記算出部は、
前記センサ面における前記第2送信用弾性波部と前記第2受信用弾性波部との間を伝播する第2表面弾性波の周波数と、前記駆動信号の周波数との差異と、前記第2表面弾性波の温度特性との関係が記憶された第2記憶部と、
該第2記憶部から、前記第2表面弾性波の周波数と前記駆動信号の周波数との差異に対応する、前記第2表面弾性波の温度特性を取り出して、前記流体の温度を演算する第2演算部と、を有することを特徴とする請求項15〜18いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記送信用弾性波部は、第3送信用弾性波部を有し、
前記受信用弾性波部は、第3受信用弾性波部を有し、
前記受信用内部通信部は、第3受信用内部通信部を有し、
前記送信用内部通信部は、第3送信用内部通信部を有し、
前記第3送信用弾性波部と前記第3受信用弾性波部とが、前記薄肉部を避けて、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第3送信用弾性波部が、前記第3受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第3受信用弾性波部が、前記第3送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項15〜19いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記算出部は、
前記外部通信部と内部通信部との送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第3記憶部と、
該第3記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第3演算部と、を有することを特徴とする請求項20に記載の流量検出装置。 - 前記算出部は、
前記生成部から前記駆動信号が送信され、前記算出部にて前記検出信号が受信されるまでの送受信時間と、前記弁体の開度との関係が記憶された第4記憶部と、
該第4記憶部から、前記送受信時間に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第4演算部と、を有することを特徴とする請求項14〜20いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記算出部は、
前記検出信号の信号強度と、前記弁体の開度との関係が記憶された第5記憶部と、
該第5記憶部から、前記検出信号の信号強度に対応する、前記弁体の開度を取り出して、前記弁体の開度を演算する第5演算部と、を有することを特徴とする請求項14〜20いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記送信用弾性波部は、第4送信用弾性波部を有し、
前記受信用弾性波部は、第4受信用弾性波部を有し、
前記受信用内部通信部は、第4受信用内部通信部を有し、
前記送信用内部通信部は、第4送信用内部通信部を有し、
前記センサチップに感湿膜が形成され、
前記第4送信用弾性波部と前記第4受信用弾性波部とが、前記感湿膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第4送信用弾性波部が、前記第4受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第4受信用弾性波部が、前記第4送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項14〜23いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記送信用弾性波部は、第5送信用弾性波部を有し、
前記受信用弾性波部は、第5受信用弾性波部を有し、
前記受信用内部通信部は、第5受信用内部通信部を有し、
前記送信用内部通信部は、第5送信用内部通信部を有し、
前記センサチップに流体成分吸着膜が形成され、
前記第5送信用弾性波部と前記第5受信用弾性波部とが、前記流体成分吸着膜を介して、前記センサ面側で所定距離離れて形成され、
前記第5送信用弾性波部が、前記第5受信用内部通信部と電気的に接続され、
前記第5受信用弾性波部が、前記第5送信用内部通信部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項14〜24いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記弁体によって、前記管が上流側と下流側とに分断され、前記弁体が一方向に回転することで、前記管の上流側と下流側とが連通されるようになっており、
前記弁体が一方向に回転した状態において、前記弁体における前記管の上流側の部位に、前記センサチップが設けられ、
前記管の下流側における、前記センサチップ側の外壁に、前記処理手段が設けられていることを特徴とする請求項1〜25いずれか1項に記載の流量検出装置。 - 前記処理手段は、前記管の下流側における、前記センサチップ側の外壁に設置された第1処理手段と、前記管の上流側における、前記センサチップ側の外壁とは反対側の外壁に設置された第2処理手段と、を有することを特徴とする請求項26に記載の流量検出装置。
- 前記管の外壁に、複数の処理手段が設置されていることを特徴とする請求項1〜27いずれか1項に記載の流量検出装置。
- 前記管を流れる流体の流動方向と鉛直方向とが交差し、前記弁体によって前記管が上流側と下流側とに分断された状態から、前記弁体が軸心を中心として一方向に回転することで、前記管の上流側と下流側とが連通されるようになっており、
前記弁体によって前記管が上流側と下流側とに分断された状態において、前記弁体における前記軸心よりも鉛直上方に位置する部位に、前記センサチップが設けられていることを特徴とする請求項1〜28いずれか1項に記載の流量検出装置。
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