JP5522826B2 - 熱式流量計 - Google Patents
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Description
しかしながら、従来の熱式流量計では、管路を流れる被測定流体の流量がほとんどない低流量域において前記流量検知手段により算出される流量が自然対流による影響を受けているものであるか、微小流量によるものであるか区別できず、低流量域における器差の悪化、ゼロ点出力の変動等が発生してしまうという問題があった。
しかも、特許文献1の流量計の流量補正方法では、被測定流体が所定の流量で流れていることを前提として自然対流の影響による流速を補正しているが、被測定流体の流量に変動がある場合には自然対流の補正が正確に算出できない虞がある。
以下に、本発明の第1〜第4の実施形態に係る熱式流量計1a〜1dを説明するが、第1、第2及び第4の実施形態に係る熱式流量計1a、1b、1dが、特許請求の範囲に記載した発明に対応するものである。
まず、本発明の第1の実施形態に係る熱式流量計1aを図1〜図3に基いて詳細に説明する。
本発明の第1の実施形態に係る熱式流量計1aは、図1に示すように、管路A内に設けられ、管路A内に存在する被測定流体を加熱するヒータ2と、該ヒータ2を境に被測定流体の上流側及び下流側に配置され、温度に応じて抵抗値が変化する測温用抵抗器3、4と、該各測温用抵抗器3、4により測定された抵抗値の差(被測定流量の温度差)を出力する差動アンプ5と、差動アンプ5より出力される差をアナログ値からデジタル値に変換して出力するA/D変換器6と、A/D変換器6より出力される信号が入力されるCPU7(マイクロコンピュータ)と、CPU7からの指示に基づきヒータ2による加熱を制御するヒータ作動回路12とを備えている。
測温用抵抗器3、4は、温度変化に伴って抵抗値が変化するものであり、被測定流体の流動方向(図1の矢印の方向)に沿って、ヒータ2を境に上流側及び下流側にそれぞれ配置される。なお、これらヒータ2及び各測温用抵抗器3、4はユニット化(点線で囲まれる範囲)されており、このユニットが、所謂熱式流速センサとして認知されている。
まず、ステップS1において、CPU7のヒータ制御手段9からの作動開始信号がヒータ作動回路12に入力され、該ヒータ作動回路12からの信号に基きヒータ2が間欠的に作動して、被測定流体が間欠的に加熱される。
次に、ステップS2では、ある加熱区間の加熱開始直後に、各測温用抵抗器3、4による温度変化に係る抵抗値の変化が測定されて、流量検知手段8にて各測温用抵抗器3、4からの測定結果に基づき被測定流体の流速(V)が算出される。また、これとともに、算出された被測定流体の流速(V)を用いて時間に対する流速の上昇率(V/t)が算出される。
次に、ステップS4では、ヒータ制御手段9による加熱区間内においてA/D変換器6より出力されている信号を用いて被測定流体の流速を算出し、その流速に被測定流体が流通する管路Aの面積を掛け算することにより流量が算出される。その後、ステップS6にて、CPU7のヒータ制御手段9からの作動停止信号がヒータ作動回路12を介してヒータ2に入力されて、該ヒータ2の間欠的な作動が停止される。
そして、自然対流判定手段10aにおいて、流量検知手段8にて算出された時間に対する流速の上昇率が基準値よりも小さい場合、流量検知手段8により算出された流速が自然対流による影響を受けているものであると一義的に判定するのではなく、装置に故障(ヒータ2や測温抵抗器3、4の故障)が発生している可能性を考慮して、自然対流判定手段10aにおいて、時間に対する流速の上昇率<第1基準値との結果が出た場合には装置故障と判定する形態を採用した方がよい。
すなわち、自然対流判定手段10aにおいて、第1基準値<時間に対する流速の上昇率<基準値との結果が出た場合にだけ、流速検知手段8により算出された流速が自然対流による影響を受けているものと判定する形態を採用した方がよい。いずれの判定結果においても、その後、出力停止手段11により外部機器への出力は停止される。
第2の実施形態に係る熱式流量計1bでは、CPU7に備えられた自然対流判定手段10bの機能が第1の実施形態に係る熱式流量計1aに備えられた自然対流判定手段10aの機能と相違している。
すなわち、第2の実施形態に係る熱式流量計1bに備えた自然対流判定手段10bは、ヒータ制御手段9により制御されるある加熱区間の加熱停止直前に流量検知手段8により算出された被測定流体の流速または流量と、次の加熱区間の加熱開始直後に流量検知手段8により算出された被測定流体の流速または流量とから、時間に対する流速または流量の低下率を算出して、当該低下率に基いて流量検知手段8により算出された流速または流量が当該被測定流体の自然対流による影響を受けているものであるか否かを判定する機能を有している。
まず、ステップS1において、CPU7のヒータ制御手段9からの作動開始信号がヒータ作動回路12に入力され、該ヒータ作動回路12からの信号に基きヒータ2が間欠的に作動して、被測定流体が間欠的に加熱される。
次に、ステップS2では、ある加熱区間において、各測温用抵抗器3、4による温度変化に係る抵抗値の変化が測定されて、流量検知手段8にて各測温用抵抗器3、4からの測定結果に基づき被測定流体の流速(V)が算出される。続いて、算出された流速(V)と基準値とが比較され、当該流速(V)が基準値よりも大きい場合には、ステップS4に進み、当該流速(V)により流量が算出される。その後、ステップS5にて、CPU7のヒータ制御手段9からの作動停止信号がヒータ作動回路12を介してヒータ2に入力されて、該ヒータ2の間欠的な作動が停止される。
次に、ステップS7において、ヒータ2が一時的に停止され、最初の加熱区間が終了する。
次に、ステップS8では、ヒータ2の停止後所定時間が経過した否かが判定されて、所定時間経過した後、ステップS9において次の加熱区間が開始される。
次に、ステップS10では、次の加熱区間における加熱開始直後に、流量検知手段8により被測定流体の流速(Vb)が算出され、該流速(Vb)が自然対流判定手段10bに記憶される。
次に、ステップS11では、最初の加熱区間の加熱停止直前に算出された被測定流体の流速(Va)と、次の加熱区間の加熱開始直後に算出された被測定流体の流速(Vb)とにより、被測定流体の時間に対する流速の低下率が算出される。
次に、ステップS12では、前ステップS11にて算出された時間に対する流速の低下率と基準値(自然対流低下率判定値)とが比較されて、当該低下率が基準値よりも小さい場合には、ステップS2で流量検知手段8により算出された被測定流体の流速(V)は自然対流による影響を受けているものであると判定され、ステップS13に進み、出力停止手段11により、外部機器への出力が停止される。その後、ステップS5に進み、CPU7のヒータ制御手段9からの作動停止信号がヒータ作動回路12を介してヒータ2に入力されて、該ヒータ2の間欠的な作動が停止される。
なお、第1の実施形態に係る熱式流量計1aに備えた自然対流判定手段10aの機能と、第2の実施形態に係る熱式流量計1bに備えた自然対流判定手段10bの機能とを併せ持った自然対流判定手段を備えてもよい。当該自然対流判定手段の場合、これら2つの機能のうちいずれか一方の機能が適宜選択されて作動されることになる。
第3の実施形態に係る熱式流量計1cでは、CPU7に備えられた自然対流判定手段10cの機能が、第1の実施形態に係る熱式流量計1aに備えられた自然対流判定手段10aの機能と相違している。また、第3の実施形態に係る熱式流量計1cのCPU7には、ヒータ2による加熱を間欠的にオン、オフ制御するヒータ制御手段9は備えられておらず、CPU7にて、ヒータ2を連続的に作動させるように制御される。
すなわち、第3の実施形態に係る熱式流量計1cに備えた自然対流判定手段10cは、ヒータ2により被測定流体を複数の温度条件で加熱し、各温度条件において流量検知手段8により算出された流速または流量を比較しその差に基いて、流量検知手段8により算出された流速または流量が自然対流による影響を受けているものであるか否かを判定する機能を有している。
一方、微流量の流れが発生している場合には、複数の温度条件で被測定流体を加熱した際の各流量の算出値は、各温度条件に関係なく一致するようになる。
これにより、ヒータ2により複数の温度条件で被測定流体を加熱した後、各温度条件により算出された各流速が、各加熱温度に関係なく略一致するならば、被測定流体に微流量が発生していると判断でき、一方、各温度条件により算出された各流速が相違するならば、それは自然対流の影響を受けているものであると判断できる。
まず、ステップS1において、CPU7からヒータ作動回路12に作動開始信号が入力されて、ヒータ2により被測定流体が加熱温度Taにて連続的に加熱される。
次に、ステップS2において、加熱温度Taで加熱を開始してから所定時間経過後(この所定時間は、前記した第1の実施形態のように、ヒータ2による加熱を開始した直後において各測温用抵抗器3、4より出力される抵抗値ではなく、ヒータ2による加熱を開始してから、抵抗値が安定するまでに要する時間以上の時間に設定される。)における各測温用抵抗器3、4より出力される抵抗値より、被測定流体の流速Vaを算出し、自然対流判定手段10cに記憶される。
次に、ステップS3において、ヒータ作動回路12に作動信号が入力されて、ヒータ2により被測定流体が加熱温度Tb(≠Ta)にて連続的に加熱される。
次に、ステップS4において、前述のステップS2の処理と同様に、加熱温度Tbで加熱を開始してから所定時間経過後における各測温用抵抗器3、4より出力される抵抗値より、被測定流体の流速Vbを算出し、自然対流判定手段10cに記憶される。
なお、第3の実施形態に係る熱式流量計1cでは、被測定流体を加熱する温度条件は、加熱温度Ta及びTbの2条件で設定されているが、当然ながら、2条件以上で設定してもよい。
そして、自然対流判定手段10cにおいて、流量検知手段8にて算出された各流速の差(Va−Vb)が基準値よりも大きい場合、流量検知手段8により算出された流速が自然対流による影響を受けているものであると一義的に判定するのではなく、装置に故障(ヒータ2や測温抵抗器3、4の故障)が発生している可能性を考慮して、自然対流判定手段10cにおいて、第1基準値<各流速の差(Va−Vb)との結果が出た場合には装置故障と判定する形態を採用した方がよい。
すなわち、自然対流判定手段10cにおいて、基準値<各流速の差(Va−Vb)<第1基準値との結果が出た場合にだけ、流速検知手段8により算出された流速が自然対流による影響を受けているものと判定する形態を採用した方がよい。いずれの判定結果においても、その後、出力停止手段11により外部機器への出力は停止される。
第4の実施形態に係る熱式流量計1dでは、CPU7に、あらたに、流量検知手段8により算出された流速に基いて、ヒータ制御手段9及び自然対流判定手段10aを作動させるか否かを判定する作動制御手段13を備えている。
まず、ステップS1において、CPU7からの作動開始信号がヒータ作動回路12に入力され、該ヒータ作動回路12からの信号に基きヒータ2が連続的に作動して、被測定流体が連続的に加熱される。
次に、ステップS2において、各測温用抵抗器3、4による温度変化に係る抵抗値の変化が測定されて、流量検知手段8にて各測温用抵抗器3、4からの測定結果に基づき被測定流体の流速(V)が算出される。
次に、ステップS3において、算出された流速(V)と基準値(自然対流判定移行基準値)とが比較され、当該流速(V)が基準値(自然対流判定移行基準値)よりも大きい場合には、制御フローが完了となる。一方、ステップS3において、当該流速(V)が基準値(自然対流判定移行基準値)よりも小さい場合には、その後のステップS4〜ステップS9に進み、制御フローが完了する。
そこで、第4の実施形態に係る熱式流量計1dの制御フローにおけるステップS4〜ステップS9には、第1の実施の形態に係る熱式流量計1aの制御フローのステップS1〜ステップS6が採用される。そのため、第4の実施形態に係る熱式流量計1dの制御フローにおけるステップS4〜ステップS9の説明は省略する。
さらに、第3の実施形態に係る熱式流量計1cに、流量検知手段8により算出された流速または流量に基いて、自然対流判定手段10cを作動させるか否かを判定する作動制御手段(図示略)を採用すれば、上述した本発明の第4の実施形態に係る熱式流量計1dと同様の作用効果を奏することができる。
Claims (4)
- 管路内に設けられ、該管路内を流れる被測定流体を加熱するヒータと、
前記管路内に設けられ、該ヒータを境に前記被測定流体の上流側及び下流側に配置され、温度に応じて抵抗値が変化する測温用抵抗器と、
該各測温用抵抗器の測定結果により前記被測定流体の流速及び流量を算出する流量検知手段とを備えた熱式流量計において、
前記ヒータによる加熱を間欠的にオン、オフ制御するヒータ制御手段と、
該ヒータ制御手段によって制御される加熱区間にて、前記流量検知手段により算出された流速または流量が当該被測定流体の自然対流による影響を受けているものであるか否かを判定する自然対流判定手段と、を備えてなり、
前記自然対流判定手段は、
前記ヒータ制御手段によって制御される加熱区間の加熱開始時における前記被測定流体の時間に対する流速または流量の上昇率に基いて、前記流量検知手段により算出された流速または流量が当該被測定流体の自然対流による影響を受けているものであるか否かを判定する機能を有することを特徴とする熱式流量計。 - 前記流量検知手段により算出された流速または流量に基いて、前記ヒータ制御手段及び前記自然対流判定手段を作動させるか否かを判定する作動制御手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の熱式流量計。
- 前記自然対流判定手段は、前記ヒータ制御手段によって制御されるある加熱区間における前記ヒータによる加熱停止直前の前記各測温用抵抗器の測定結果に基づき前記流量検知手段により算出された前記被測定流体の流速または流量と、次の加熱区間における前記ヒータによる加熱開始直後の前記各測温用抵抗器の測定結果に基づき前記流量検知手段により算出された前記被測定流体の流速または流量とから、時間に対する流速または流量の低下率を算出し、当該低下率に基いて前記流量検知手段により算出された流速または流量が当該被測定流体の自然対流による影響を受けているものであるか否かを判定する機能を有することを特徴とする請求項1または2に記載の熱式流量計。
- 前記自然対流判定手段により前記流量検知手段が算出した流速または流量が自然対流による影響を受けているものであると判定された際、流速または流量の外部機器への出力を停止させる出力停止手段を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱式流量計。
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