JP7067789B2 - 熱式流量計およびその重み付け係数の決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱式流量計およびその重み付け係数の決定方法に関する。

液体の流通方向に沿って加熱用抵抗体と温度検出用抵抗体とを測定管に接着し、加熱用抵抗体による液体への加熱のタイミングと、温度検出用抵抗体による液体の温度検出のタイミングとから、測定管を流通する液体の流量を測定する熱式流量計が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、加熱用抵抗体と温度検出用抵抗体とが検出面に形成された１枚のガラス製基板を測定管に接着することによって、測定管を流通する液体の流量を測定する熱式流量計が開示されている。

特開２０１６－１５６６５１号公報

熱式流量計において、例えば、測定管の流入口側に接続された流路管がフレキシブルなもので湾曲していた場合、その流路管を流通する過程で液体の速度分布が不均一になり、測定管を流通する液体の速度分布が均一な流れにならない可能性がある。そうすると、ガラス製基板の接着位置によって測定される流量が異なるということが懸念される。つまり、測定管を流通する液体の速度分布が均一でない場合、精度良く流量を測定できない可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、測定管を流通する液体の速度分布が均一でない場合であっても、精度良く流量を測定することができる熱式流量計およびその重み付け係数の決定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の熱式流量計およびその重み付け係数の決定方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係る熱式流量計は、液体が流入する流入口と該流入口から流入した液体を流出させる流出口とを有するとともに、軸線に沿って延びて液体が流通する内部流路が形成された測定管と、前記軸線に沿って加熱用抵抗体と温度検出用抵抗体とを有するとともに、前記測定管に設けられた複数の検出部と、複数の前記検出部からの信号に基づいて前記内部流路を流通する液体の流量を算出する制御部とを備え、複数の前記検出部は、それぞれ前記軸線を中心とした円周方向に所定間隔を空けて設けられている。

本態様に係る熱式流量計が備える複数の検出部は、それぞれ、流路の軸線を中心とした円周方向に所定間隔を空けて設けられている。これによれば、流路の円周方向に対して複数方向に設けられた検出部からの信号に基づいて流量を算出することができる。仮に、流路を流れる液体の速度分布が均一でない場合であっても、円周方向に所定間隔を空けて設けられた複数の検出部からの信号に基づいて算出されたそれぞれの流量を制御部によって適切に処理することで、流速分布の不均一と検出部の位置とに起因する流量のばらつきを抑制することができる。したがって、測定管を流通する液体の速度分布が均一でない場合であっても、一方向の検出部からの信号に基づいて流量を算出した場合と比べて、精度良く流量を計測することができる。
また、複数の検出部からの信号に基づいて算出されたそれぞれ流量に所定値以上の差分が制御部によって検出された場合、熱式流量計やその熱式流量計に接続された流路管の設置状態、接続状態が異常であると判断して、例えば、警報を出すなどして使用者に異常を知らせることができる。

また、本発明の一態様に係る熱式流量計において、複数の前記検出部は、前記軸線を中心とした円周方向に等角度間隔で設けられている。

本態様に係る熱式流量計によれば、流路を流れる液体の速度分布が均一でない場合であっても、円周方向に等角度間隔で設けられた複数の検出部からの信号に基づいて算出されたそれぞれの流量を制御部によって適切に処理することで、流速分布の不均一と検出部の位置とに起因する流量のばらつきを抑制することができる。例えば、２つの検出部を鉛直方向において等角度間隔で測定管に設けた場合（すなわち、２つの検出部が鉛直方向の上下で対向するように測定管に設けた場合）であって、流路を流通する液体の流速が鉛直方向の上側で遅く下側で速い状態とされた場合、２つの検出部からの信号に基づいて算出されたそれぞれの流量を例えば平均値化することで、流速の速度差をほぼキャンセルすることができる。したがって、一方向の検出部からの信号に基づいて流量を算出した場合と比べて、精度良く流量を計測することができる。

また、本発明の一態様に係る熱式流量計において、前記制御部は、それぞれの前記検出部からの信号に基づいて得られた流量を平均値化することで前記内部流路を流れる液体の流量を算出する。

本態様に係る熱式流量計によれば、流速の不均一をほぼキャンセルすることができる。したがって、一方向の検出部からの信号に基づいて流量を算出した場合と比べて、精度良く流量を計測することができる。

また、本発明の一態様に係る熱式流量計において、記制御部は、それぞれの前記検出部からの信号に基づいて得られたそれぞれの流量に重み付けを行ったうえで加算することで前記内部流路を流れる液体の流量を算出する。

本態様に係る熱式流量計によれば、流速の不均一をほぼキャンセルすることができる。例えば、２つの検出部を鉛直方向において等角度間隔で測定管に設けた場合（即ち、２つの検出部が鉛直方向の上下で対向するように測定管に設けた場合）であって、流路を流通する液体の流速が鉛直方向の上下で速度差がある場合、その速度差によっては、２つの検出部からの信号に基づいて算出されたそれぞれの流量に重み付けを行ったうえで加算することで、速度差の影響を抑制することができる。したがって、一方向の検出部からの信号に基づいて流量を算出した場合と比べて、精度良く流量を計測することができる。また、流路を流通する液体の速度分布によっては、単純に平均値化した場合と比べて、より精度良く流量を測定することができる。

また、本発明の一態様に係る熱式流量計において、前記制御部は、一の前記検出部からの信号に基づいて得られた流量と他の前記検出部からの信号に基づいて得られた流量とを比較して、大きい方の流量に対して小さい方の流量よりも大きな重み付けを行う。

本態様に係る熱式流量計によれば、単純に平均値化した場合と比べて、より精度良く流量を測定することができる。

また、本発明の一態様に係る熱式流量計の重み付け係数の決定方法は、液体が流入する流入口と該流入口から流入した液体を流出させる流出口とを有するとともに、軸線に沿って延びて液体が流通する内部流路が形成された測定管と、前記軸線に沿って加熱用抵抗体と温度検出用抵抗体とを有するとともに、前記測定管に設けられた複数の検出部と、各前記検出部からの信号に基づいて前記内部流路を流通する液体の流量を算出する制御部とを備え、各前記検出部は、それぞれ、前記軸線を中心とした円周方向に所定間隔を空けて設けられており、前記制御部は、各前記検出部からの信号に基づいて得られたそれぞれの流量に重み付け係数を乗じたうえで加算することで前記内部流路を流れる液体の流量を算出する熱式流量計の重み付け係数の決定方法であって、前記内部流路に既知とされた基準流量の液体を流通させる工程と、複数の前記重み付け係数を用いてそれぞれの該重み付け係数に対応した複数の重み付け流量を算出する工程と、前記基準流量に対する各前記重み付け流量の標準偏差を算出する工程と、前記標準偏差が最も小さくなったときの前記重み付け係数を取得する工程とを含む。

本態様に係る熱式流量計の重み付け係数の決定方法によれば、基準流量における最適な重み付け係数を、例えば、実験によって予め取得することができる。この重み付け係数を用いることで、より精度良く流量を測定することができる。基準流量は、例えば、熱式流量計の用途を考慮して、その用途で予想される流量範囲に合せて大体のところで設定される。これによって、予想される流量範囲における最適な重み付け係数を予め取得でき、その流量範囲においてより精度良く流量を測定することができる。なお、複数の基準流量から複数の重み付け係数を取得しても良い。

本発明に係る熱式流量計および重み付け係数の決定方法によれば、測定管を流通する液体の速度分布が均一でない場合であっても、精度良く流量を測定することができる。

第１実施形態に係る熱式流量計の縦断面図である。 図１に示す熱式流量計の分解組立図である。 図２に示すセンサ部を示す縦断面図である。 図３に示す切断線Ｉ－Ｉにおける断面図である。 センサ基板を検出面側から平面視した図である。 センサ基板が接着された測定管を平面視した図である。 内部流路内を不均一な速度分布を模式的に表した図である。 ２つ検出部からの信号に基づいて算出されたそれぞれの流量および基準流量計による流量の時間変化を示した図である。 ２つ検出部からの信号に基づいて算出されたそれぞれの流量の平均値および基準流量計による流量の時間変化を示した図である。 ２つ検出部からの信号に基づいて算出されたそれぞれの流量から算出された重み付き流量および基準流量計による流量の時間変化を示した図である。 基準流量計による流量の時間変化を示した図である。 一の検出部からの信号に基づいて算出された流量の時間変化を示した図である。 他の検出部からの信号に基づいて算出された流量の時間変化を示した図である。 一の検出部からの信号に基づいて算出された流量と基準流量計による流量との差分の時間変化を示した図である。 他の検出部からの信号に基づいて算出された流量と基準流量計による流量との差分の時間変化を示した図である。 各流量において、重み付け係数と標準偏差との関係を示した図である。 センサ基板の配置の変形例を示した図である。 センサ基板の配置の他の変形例を示した図である。

以下に、本発明に係る熱式流量計および重み付け係数の決定方法について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の熱式流量計１００について図面を参照して説明する。
本実施形態の熱式流量計１００は、内部流路１０ｃを流れる液体を加熱し、加熱された液体の温度を検出することで液体の流量を測定する熱式流量計である。本実施形態の熱式流量計１００は、例えば、０．１ｍＬ／ｍｉｎ～１００ｍＬ／ｍｉｎの微少流量を測定するのに適している。

図１および図２に示すように、本実施形態の熱式流量計１００は、センサ部１０と、制御基板２０（制御部）と、中継基板３０と、アッパーケース４０と、ボトムケース５０とを備える。

センサ部１０は、図３に示すように、外部の配管（図示略）に接続される流入口１０ａから流入する液体を外部の配管（図示略）に接続される流出口１０ｂから流出させるとともに内部流路１０ｃを流れる液体の流量を測定するものである。

センサ部１０は、液体の流量を直接的に算出するものではなく、後述する加熱用抵抗線１２ａ（加熱用抵抗体）により加熱された液体の温度を温度検出用抵抗線１２ｂ，１２ｃ（温度検出用抵抗体）により検出し、検出した温度を示す温度検出信号を、信号線（図示略）を介して制御基板２０へ伝達するものである。センサ部１０の詳細については後述する。

図１および図２に示す制御基板２０は、センサ部１０の加熱用抵抗線１２ａに電圧信号を伝達して加熱用抵抗線１２ａを加熱させるとともに、温度検出用抵抗線１２ｂ，１２ｃから伝達される温度に基づいて液体の流量を算出する装置である。

中継基板３０は、制御基板２０と外部装置（図示略）との間で各種の信号を送受信するための中継を行う基板である。中継基板３０には、外部装置（図示略）との間で各種の信号を送受信するためのケーブル２００が接続されるようになっている。

アッパーケース４０は、熱式流量計１００の上部側の筐体となる部材であり、内部に制御基板２０を収容する。

ボトムケース５０は、熱式流量計１００の下部側の筐体となる部材であり、内部にセンサ部１０を収容する。ボトムケース５０にセンサ部１０が挿入された状態で、センサ部１０の流入口１０ａ側からストッパー６０がボトムケース５０とセンサ部１０との間に挿入される。同様に、ボトムケース５０にセンサ部１０が挿入された状態で、センサ部１０の流出口１０ｂ側からストッパー７０がボトムケース５０とセンサ部１０との間に挿入される。ストッパー６０，７０により、センサ部１０がボトムケース５０に固定された状態となる。
ボトムケース５０の底面には締結穴５０ａが形成されており、設置面（図示略）の下方から挿入される締結ボルト（図示略）によって設置面に固定される。

次に、図３から図６を参照してセンサ部１０について詳細に説明する。
図３に示すように、センサ部１０は、測定管１１と、複数のセンサ基板１２（温度検出基板）とを有する。

測定管１１は、液体が流入する流入口１１ａと流入口１１ａから流入した液体を流出させる流出口１１ｂとを有する管である。図４（図３の切断線Ｉ－Ｉにおける断面図）に示すように、測定管１１には軸線Ｘに沿って延びて、断面視した場合に円形の内部流路１０ｃが形成されている。測定管１１は、ガラス（例えば、二酸化ケイ素の含有率の高い石英ガラス）により形成されている。

センサ基板１２は、図５に示すように、軸線Ｘに沿って加熱用抵抗線１２ａ（加熱用抵抗体）と、温度検出用抵抗線１２ｂ（温度検出用抵抗体）と、温度検出用抵抗線１２ｃ（温度検出用抵抗体）とを有する検出部１２ｄが検出面１２ｅに設けられたガラス製（例えば、ホウケイ酸ガラス製）の基板である。
加熱用抵抗線１２ａと、温度検出用抵抗線１２ｂと、温度検出用抵抗線１２ｃとは、それぞれ白金等の金属膜をガラス製の基板上に蒸着されている。

図６に示すように、測定管１１を流れる液体は、流入口１１ａから流出口１１ｂに向けて軸線Ｘに沿って流れる。そのため、加熱用抵抗線１２ａを瞬間的に加熱すると、加熱された液体が軸線Ｘに沿って流れて温度検出用抵抗線１２ｂの位置に到達し、その後に温度検出用抵抗線１２ｃの位置に到達する。
制御基板２０は、加熱用抵抗線１２ａを瞬間的に加熱したタイミングと、その後に温度検出用抵抗線１２ｂと温度検出用抵抗線１２ｃとが加熱された液体の温度を検出するタイミングとに基づいて、測定管１１を流れる液体の流通速度を算出することができる。また、制御基板２０は、算出した流通速度と測定管１１の断面積から、液体の流量を算出することができる。算出方法の詳細については後述する。

図５においては、温度検出用抵抗線１２ｂおよび温度検出用抵抗線１２ｃを、加熱用抵抗線１２ａよりも液体の流通方向の下流側に配置するものとしたが、他の態様であってもよい。
例えば、加熱用抵抗線１２ａよりも液体の流通方向の上流側に温度検出用抵抗線１２ｂを配置し、加熱用抵抗線１２ａよりも液体の流通方向の下流側に温度検出用抵抗線１２ｃを配置するようにしてもよい。加熱用抵抗線１２ａが作り出す温度分布は、液体の流通速度に依存し、流通速度が大きくなるに従ってより多くの熱が下流側に運ばれて下流側の温度が高くなる。制御基板２０は、温度検出用抵抗線１２ｂにより検出される温度と温度検出用抵抗線１２ｃにより検出される温度との差分と、測定管１１の断面積から、液体の流量を算出することができる。

図４（図３の切断線Ｉ－Ｉにおける断面図）に示すように、測定管１１は、センサ基板１２が接着される位置において、軸線Ｘに直交する平面による断面は、センサ基板１２が設けられた部分がカットされた略円形となっている。測定管１１の外周面のうちセンサ基板１２の検出面１２ｅが対向して配置される面は、平坦面１１ｃとなっている。

測定管１１の平坦面１１ｃは、センサ基板１２の検出面１２ｅと対向するように配置されている。平坦面１１ｃと検出面１２ｅとは、接着剤により接着されている。
ここで、接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、紫外線硬化性樹脂系接着剤、熱硬化性樹脂系接着剤（熱硬化性接着剤）、低融点ガラス等を用いることができる。

センサ基板１２の検出面１２ｅから内部流路１０ｃの内周面１０ｄまでの最短距離（第１距離）は、測定管１１の外周面１１ｄから内部流路１０ｃの内周面１０ｄまでの最短距離（第２距離）よりも短くなっている。これは、センサ基板１２の検出面１２ｅから内部流路１０ｃの内周面１０ｄまでの第１距離を短くして、加熱用抵抗線１２ａから液体への熱伝導性を向上させるとともに温度検出用抵抗線１２ｂおよび温度検出用抵抗線１２ｃによる温度検出特性を向上させるためである。

センサ基板１２は、検出部１２ｄが形成された検出面１２ｅが測定管１１に形成された内部流路１０ｃ側に面するように設けられている。本実施形態においては、２つのセンサ基板１２が内部流路１０ｃを挟んで対向するように設けられている。同図の場合、２つのセンサ基板１２のそれぞれに設けられた検出部１２ｄが、軸線Ｘを中心に等角度間隔に配置されている。具体的には、一のセンサ基板１２（検出部１２ｄ）は、内部流路１０ｃの紙面上方に設置され、他のセンサ基板１２（検出部１２ｄ）は、内部流路１０ｃの紙面下方に設置されている。

次に、流量の算出方法を詳細に説明する。
前述の通り、制御基板２０は、検出部１２ｄが有する加熱用抵抗線１２ａ、温度検出用抵抗線１２ｂ、温度検出用抵抗線１２ｃからの信号に基づいて、測定管１１を流れる液体の流量を算出することができる。

本実施形態においては、２つの検出部１２ｄが軸線Ｘを中心に等角度間隔に配置されているので、制御基板２０によって２つの検出部１２ｄからの信号に基づいて算出されたそれぞれの流量を基に、更に制御基板２０によって演算を行うことで流量を算出するこができる。

例えば、図７に示すように、内部流路１０ｃを流れる液体の速度分布が均一でない場合がある。速度分布が不均一な流れは、例えば、流入口１０ａに接続される外部の配管（図示略）が湾曲しているときに生じる。同図の場合、内部流路１０ｃの紙面下方の流速が紙面上方の流速よりも速い状態となっている。

同図に示す速度分布の状態において、一の検出部１２ｄ（例えば、同図で上側の検出部１２ｄであり、以下、これを「検出部１２ｄ’」と言う。）からの信号に基づいて算出された流量と、他の検出部１２ｄ（例えば、同図で下側の検出部１２ｄであり、以下、これを「検出部１２ｄ’’」と言う。）からの信号に基づいて算出された流量とは、不均一な速度分布の影響によって差異が生じる。この場合、検出部１２ｄ’から算出された流量より、検出部１２ｄ’’から算出された流量の方が大きくなる。したがって、仮に、検出部１２ｄ’からの信号に基づいて算出された流量のみを内部流路１０ｃを流れる液体の流量とした場合、実際の流量よりも小さな流量が算出される可能性がある。また、検出部１２ｄ’’からの信号に基づいて算出された流量のみを内部流路１０ｃを流れる液体の流量とした場合、実際の流量よりも大きな流量が算出される可能性がある。

本実施形態においては、検出部１２ｄ’からの信号に基づいて算出された流量と、検出部１２ｄ’’からの信号に基づいて算出された流量との平均値を制御基板２０によって算出する。

以下に、平均値化を行ったときの実験結果の例を示す。
図８には、検出部１２ｄ’の信号から算出された流量Ｑ’と、内部流路１０ｃを挟んで検出部１２ｄ’に対向する検出部１２ｄ’’の信号から算出された流量Ｑ’’と、基準流量計によって計測された流量ＱＳとを比較した結果が示されている。ここで、図８の縦軸は流量（ｍＬ/ｍｉｎ）、横軸は時間ｔ（ｓ）を示している。なお、実験の際は、流速分布の不均一を生じさせるために、流入口１０ａ側に接続され、内部に液体が流れる配管（例えば、樹脂製のチューブ）を人為的に搖動している。基準流量計は、例えば、コリオリ流量計を使用している。

図８に示されるように、検出部１２ｄ’の信号から算出された流量Ｑ’、または検出部１２ｄ’’の信号から算出された流量Ｑ’’は、基準流量計によって計測された流量ＱＳとの間に差異が生じている。例えば、検出部１２ｄ’の信号から算出された流量Ｑ’は、ｔ＝１１０ｓの付近で基準流量計による流量ＱＳと－２０ｍＬ/ｍｉｎ程度の差異が生じている。検出部１２ｄ’’の信号から算出された流量Ｑ’’は、ｔ＝１０ｓ付近で基準流量計による流量と－２５ｍＬ/ｍｉｎ程度の差異が生じている。また、検出部１２ｄ’からの信号から算出された流量Ｑ’、検出部１２ｄ’’からの信号から算出された流量Ｑ’’は、振れ幅が大きく安定しない。例えば、ｔ＝１１０ｓ付近における流量Ｑ’と流量Ｑ’’とには３０ｍＬ/ｍｉｎ程度の差異が生じている。

図９には、検出部１２ｄ’の信号から算出された流量Ｑ’と検出部１２ｄ’’の信号から算出された流量Ｑ’’との平均値による流量ＱＡと、基準流量計によって計測された流量ＱＳとを比較した結果が示されている。

図９に示されるように、平均値による流量ＱＡは、図８の場合と比較して、基準流量計によって計測された流量ＱＳとの間に生じている差異が小さく、その差異は大きいところでｔ＝１０ｓ付近の－１０ｍＬ/ｍｉｎ程度である。これは、図８に示すような流量Ｑ’の流量ＱＳに対する差分と、流量Ｑ’’の流量ＱＳに対する差分とが平均値化によって互いにキャンセルされることによる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
内部流路１０ｃの円周方向に対して複数方向に設けられる検出部１２ｄからの信号に基づいて流量を算出することができる。仮に、内部流路１０ｃを流れる液体の速度分布が均一でない場合であっても、円周方向に所定間隔を空けて設けられた複数の検出部１２ｄからの信号に基づいて算出されたそれぞれの流量を制御基板２０によって平均値化することで、流速分布の不均一と検出部１２ｄの位置とに起因する流量のばらつきを抑制することができる。したがって、測定管１１の内部流路１０ｃを流通する液体の速度分布が均一でない場合であっても、一方向の検出部１２ｄ（例えば、検出部１２ｄ’のみ）からの信号に基づいて流量を算出した場合と比べて、精度良く流量を測定することができる。

また、複数の検出部１２ｄからの信号に基づいて算出されたそれぞれ流量に所定値以上の差分が制御基板２０によって検出された場合、熱式流量計１００やその熱式流量計１００に接続された流路管の設置状態、接続状態が異常であると判断して、例えば、警報を出すなどして使用者に異常を知らせることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の熱式流量計１００は、第１実施形態と流量の算出方法が異なり、その他の点については同様である。したがって、第１実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。

本実施形態においては、検出部１２ｄ’からの信号から算出された流量Ｑ’と検出部１２ｄ’’からの信号から算出された流量Ｑ’’に重み付けを行ったうえで加算することで流量ＱＷを算出する。

重み付けは、例えば、制御基板２０によってＱ’とＱ’’とを比較したときに、流量が大きい方に重み付け係数Ｘ／１０を乗じ、流量が小さい方に重み付け係数（１０－Ｘ）／１０を乗じることで実行される。Ｘは、例えば１から９の整数とされる。

図１０には、Ｘ＝７としたとき、すなわち、流量が大きい方に重み付け係数０．７を乗じたとき、制御基板２０によって算出された重み付けによる流量ＱＷと、基準流量計によって計測された流量ＱＳとを比較した結果が示されている。重み付けによる流量ＱＷは、図９の場合と比較して、基準流量計によって計測された流量ＱＳとの間に生じている差異が小さく、その差異は大きいところでｔ＝１０ｓ付近の－７ｍＬ/ｍｉｎ程度である。

重み付け係数は次の実験によって決定される。
この実験では、内部流路１０ｃを流れる液体の流量を７０秒ごとに２０ｍＬ/ｍｉｎ、４０ｍＬ/ｍｉｎ、６０ｍＬ/ｍｉｎ、８０ｍＬ/ｍｉｎ、９５ｍＬ/ｍｉｎと増加させる。なお、実験の際は、流速分布の不均一を生じさせるために、各流量において約３５秒が経過したときに、流入口１０ａ側に接続され、内部に液体が流れる樹脂製のチューブを人為的に搖動させている。

図１１には、コリオリ流量計によって計測された基準となる流量ＱＳが示されている。図１２には、検出部１２ｄ’の信号から算出された流量Ｑ’が示されている。また、図１３には、内部流路１０ｃを挟んで検出部１２ｄ’に対向する検出部１２ｄ’’の信号から算出された流量Ｑ’’が示されている。ここで、図１１から図１３の縦軸は流量（ｍＬ/ｍｉｎ）、横軸は時間ｔ（ｓ）を示している。

図１４には、流量Ｑ’と流量ＱＳとの差分ｄＱ’が示されている。図１５には、流量Ｑ’’と流量ＱＳとの差分ｄＱ’’が示されている。ここで、図１４，図１５の縦軸は流量の差分（ｍＬ/ｍｉｎ）、横軸は時間ｔ（ｓ）を示している。図１４，図１５に示すように、流量が６０ｍＬ/ｍｉｎ以上になると、流速分布の不均一が顕著に表れる。また、その流速分布の不均一が顕著に表れる領域においては、差分ｄＱ’および差分ｄＱ’’の絶対値が一致しておらず対称性がない。つまり、単純に平均値化したとしても互いの差分を十分にキャンセルできない可能性がある。

そこで、検出部１２ｄ’の信号から算出された流量Ｑ’と検出部１２ｄ’’の信号から算出された流量Ｑ’’に重み付けを行ったうえで加算することで流量ＱＷを算出する。重み付けによる流量ＱＷは、検出部１２ｄ’による流量Ｑ’と検出部１２ｄ’’による流量Ｑ’’とを比較して、流量が大きい方に重み付け係数Ｘ／１０を乗じ、流量が小さい方に重み付け係数（１０－Ｘ）／１０を乗じたうえで、流量Ｑ’と流量Ｑ’’とを加算することで算出される。なお、Ｘは１から９の整数とされる。

図１６には、各流量（２０ｍＬ/ｍｉｎ、４０ｍＬ/ｍｉｎ、６０ｍＬ/ｍｉｎ、８０ｍＬ/ｍｉｎ、９５ｍＬ/ｍｉｎ）において、重み付け係数Ｘ／１０（横軸）と、その重み付けによる流量ＱＷの流量ＱＳに対する標準偏差σ（縦軸）との関係が示されている。この実験では、各流量において、Ｘ＝１、２、３、・・・、９のそれぞれの場合で、重み付けによる流量ＱＷを算出して標準偏差σを求めた。ここで、例えば、流量が２０ｍＬ/ｍｉｎの場合の標準偏差σは２０ｍＬσと表記している。なお、図１６には、各流量における重み付け係数Ｘ／１０と標準偏差σと関係に加え、全流量での標準偏差σをＡＬＬσとして図示している。

図１６に示されるように、各流量における標準偏差σは、概ねＸ＝５～７（重み付け係数Ｘ／１０＝０．５～０．７）の間で標準偏差σが小さくなっている。換言すると、Ｘ＝５～７の間で、重み付けによる流量ＱＷは基準となる流量ＱＳからのばらつきが少なくなっていることになる。特に、ＡＬＬσの値においては、Ｘ＝７において最も標準偏差σが小さくなっている。この結果から、Ｘ＝７とすることで、重み付けによる流量ＱＷと基準となる流量ＱＳとのばらつきを小さくすることができる。なお、Ｘ＝５とした場合、その処理は流量の平均値化に等しく、第１実施形態に同じである。

なお、前述の実験においては、２つの検出部１２ｄ（検出部１２ｄ’および検出部１２ｄ’’）によって重み付け係数を取得したが、３つ以上の検出部１２ｄによって取得しても良い。この場合、重み付けによる流量と標準偏差との組合せを増やすことで、適切な重み付け係数を取得できる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
測定管１１の内部流路１０ｃを流通する液体の速度分布が均一でない場合であっても、流速の不均一をほぼキャンセルすることができる。また、内部流路１０ｃを流通する液体の速度分布によっては、流量Ｑ’と流量Ｑ’’とを単純に平均値化した場合と比べて、より精度良く流量を測定することができる。

なお、重み付け係数Ｘ／１０のＸは、Ｘ＝７に限定されるものではなく、使用する流量に応じて適宜変更できるものとする。例えば、熱式流量計の用途を考慮して、その用途で予想される流量範囲に応じて、実験によって予め取得されたデータを基にＸの値を変更することができる。Ｘの変更は、例えば、制御基板２０によって実行される。

前述の第１および第２実施形態において、検出部１２ｄが設けられたセンサ基板１２は、例えば、図１７に示すように３枚用意され、軸線Ｘを中心として測定管１１の円周方向に１２０°間隔（等角度間隔）に設置されても良い。また、図１８に示すように４枚用意され、軸線Ｘを中心として測定管１１の円周方向に９０°間隔（等角度間隔）に設置されても良い。この場合、第１および第２実施形態のようにセンサ基板１２（検出部１２ｄ）が２つの場合と比較して、より精度良く流量を測定することができる。なお、例えば、３枚のセンサ基板１２を使用する場合であって重み付けによる流量を用いる場合は、３つの検出部１２ｄを用いた実験によって、適切な重み付け係数を予め取得しておけば良い。

１０ センサ部
１０ａ 流入口
１０ｂ 流出口
１０ｃ 内部流路
１０ｄ 内周面
１１ 測定管
１１ａ 流入口
１１ｂ 流出口
１１ｃ 平坦面
１２ センサ基板（温度検出基板）
１２ａ 加熱用抵抗線（加熱用抵抗体）
１２ｂ，１２ｃ 温度検出用抵抗線（温度検出用抵抗体）
１２ｄ，１２ｄ’，１２ｄ’’ 検出部
１２ｅ 検出面
２０ 制御基板（制御部）
１００ 熱式流量計

Claims (3)

1. 液体が流入する流入口と該流入口から流入した液体を流出させる流出口とを有するとともに、軸線に沿って延びて液体が流通する内部流路が形成された測定管と、
   前記軸線に沿って加熱用抵抗体と温度検出用抵抗体とを有するとともに、前記測定管に設けられた複数の検出部と、
   複数の前記検出部からの信号に基づいて前記内部流路を流通する液体の流量を算出する制御部と、
   を備え、
   複数の前記検出部は、それぞれ前記軸線を中心とした円周方向に所定間隔を空けて設けられ、
   前記制御部は、
   各前記検出部からの信号に基づいて得られたそれぞれの流量に重み付けを行ったうえで加算することで前記内部流路を流れる液体の流量を算出するとともに、
   一の前記検出部からの信号に基づいて得られた流量と他の前記検出部からの信号に基づいて得られた流量とを比較して、大きい流量に小さい流量よりも大きな重み付けを行う熱式流量計。
2. 複数の前記検出部は、前記軸線を中心とした円周方向に等角度間隔で設けられている請求項１に記載の熱式流量計。
3. 液体が流入する流入口と該流入口から流入した液体を流出させる流出口とを有するとともに、軸線に沿って延びて液体が流通する内部流路が形成された測定管と、
   前記軸線に沿って加熱用抵抗体と温度検出用抵抗体とを有するとともに、前記測定管に設けられた複数の検出部と、
   各前記検出部からの信号に基づいて前記内部流路を流通する液体の流量を算出する制御部と、
   を備え、
   各前記検出部は、それぞれ前記軸線を中心とした円周方向に所定間隔を空けて設けられており、
   前記制御部は、各前記検出部からの信号に基づいて得られたそれぞれの流量に重み付け係数を乗じたうえで加算することで前記内部流路を流れる液体の流量を算出する熱式流量計の重み付け係数の決定方法であって、
   前記内部流路に既知とされた基準流量の液体を流通させる工程と、
   複数の前記重み付け係数を用いてそれぞれの該重み付け係数に対応した複数の重み付け流量を算出する工程と、
   前記基準流量に対する各前記重み付け流量の標準偏差を算出する工程と、
   前記標準偏差が最も小さくなったときの前記重み付け係数を取得する工程と、
   を含む熱式流量計の重み付け係数の決定方法。

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