JP7078481B2 - Heat ray type flow meter - Google Patents
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Description
本発明は、被計測流体の流量を計測する熱線式流量計に関するものである。 The present invention relates to a heat ray type flow meter that measures the flow rate of the fluid to be measured.
従来より、被計測流体の流量を計測する熱線式流量計に関する技術が種々提案されている。 Conventionally, various techniques related to a heat ray type flow meter for measuring the flow rate of the fluid to be measured have been proposed.
例えば、下記特許文献1に記載された流量計測装置は、流路を流れる流体をヒータにより加熱し、当該加熱流体の温度を下流側の温度センサで検出して、その検出値に基づいて流量を測定する。
For example, the flow rate measuring device described in
この流量計測装置と同様に、加熱流体の温度を下流側の温度センサで検出するが、この流量計測装置とは異なり、加熱流体の温度を下流側の2つの温度センサで検出し、その2つの検出値に基づいて流量を測定するようにしたものもある。 Similar to this flow rate measuring device, the temperature of the heated fluid is detected by the temperature sensor on the downstream side, but unlike this flow rate measuring device, the temperature of the heated fluid is detected by two temperature sensors on the downstream side, and the two are detected. In some cases, the flow rate is measured based on the detected value.
図15は、後者の従来の流量計測装置である、熱線式流量計による流量計測方法の一例を示している。同図の流量計測方法で用いられている従来の熱線式流量計は、流路内に、その上流側から下流側にかけて、1つのヒータ及び2つの測温センサ(以下、上流側の温度センサを「第1測温センサ」と言い、下流側の測温センサを「第2測温センサ」と言う)をこの順序で設置したものである。 FIG. 15 shows an example of a flow rate measuring method using a heat ray type flow meter, which is the latter conventional flow rate measuring device. The conventional heat ray type flow meter used in the flow rate measurement method shown in the figure has one heater and two temperature measurement sensors (hereinafter referred to as the upstream temperature sensor) in the flow path from the upstream side to the downstream side. The temperature measurement sensor on the downstream side is referred to as a "second temperature measurement sensor"), which is referred to as a "first temperature measurement sensor").
まず、ヒータに所定の電圧を印加して、ヒータから1つ山の温度変化を有する熱信号s50を発生させる。次に、熱信号s50が下流側に流れて行き、第1及び第2測温センサによって温度測定される熱信号s50に対応する熱信号が、おのおの熱信号s51、s52である。第1及び第2測温センサに対して、それぞれ同じ閾値Thを設定し、ヒータへの電圧印加を開始した時点から、第1及び第2測温センサがそれぞれ閾値Thを超えた温度を検出した時点までの時間を計測する。 First, a predetermined voltage is applied to the heater to generate a heat signal s50 having a temperature change of one peak from the heater. Next, the heat signals s50 flow to the downstream side, and the heat signals corresponding to the heat signals s50 whose temperature is measured by the first and second temperature measurement sensors are the heat signals s51 and s52, respectively. The same threshold value Th is set for each of the first and second temperature measurement sensors, and the temperature exceeding the threshold value Th is detected by the first and second temperature measurement sensors from the time when the voltage application to the heater is started. Measure the time to the point in time.
例えば、ヒータへの電圧印加を開始した時点から第1測温センサが閾値Thを超えた温度を検出した時点までの時間を“A”とし、ヒータへの電圧印加を開始した時点から第2測温センサが閾値Thを超えた温度を検出した時点までの時間を“B”とすると、時間Bと時間Aとの時間差B-Aが、被計測流体が第1測温センサと第2測温センサとの間を流れたときに経過した時間となる。 For example, the time from the time when the voltage application to the heater is started to the time when the first temperature sensor detects the temperature exceeding the threshold Th is set as "A", and the time from the time when the voltage application to the heater is started is the second measurement. Assuming that the time until the temperature sensor detects the temperature exceeding the threshold Th is "B", the time difference BA between the time B and the time A is that the measured fluid is the first temperature sensor and the second temperature measurement. It is the time elapsed when flowing between the sensor and the sensor.
そして、第1測温センサから第2測温センサまでの距離をLとすると、流速Vは、距離L/時間差B-Aによって算出され、流路の断面積をSとすると、流量は、流速V×断面積Sによって算出される。 Then, if the distance from the first temperature measurement sensor to the second temperature measurement sensor is L, the flow velocity V is calculated by the distance L / time difference BA, and if the cross-sectional area of the flow path is S, the flow rate is the flow velocity. It is calculated by V × cross-sectional area S.
図15に示す従来の流量計測方法では、このようにして被計測流体の流量を計測する。 In the conventional flow rate measuring method shown in FIG. 15, the flow rate of the fluid to be measured is measured in this way.
しかし、上記従来の流量計測方法では、被計測流体自体に温度変化があると、当該被計
測流体の流量を精度良く計測できない場合が生じた。
However, in the above-mentioned conventional flow rate measuring method, if the fluid to be measured has a temperature change, the flow rate of the fluid to be measured may not be measured accurately.
図16は、この場合の一例を説明するための図である。同図中、二点鎖線で示す直線V1は、被計測流体の温度変化を示している。 FIG. 16 is a diagram for explaining an example in this case. In the figure, the straight line V1 shown by the alternate long and short dash line indicates the temperature change of the fluid to be measured.
上記図15を用いて説明したように、ヒータから発生した熱信号s50は、被計測流体の流れに従って下流側に流れて行き、第1及び第2測温センサによって温度測定される。図16中、熱信号s53,s54がそれぞれ、第1及び第2測温センサによって測定された、熱信号s50に対応する熱信号を示している。 As described with reference to FIG. 15, the heat signal s50 generated from the heater flows to the downstream side according to the flow of the fluid to be measured, and the temperature is measured by the first and second temperature measurement sensors. In FIG. 16, the heat signals s53 and s54 indicate the heat signals corresponding to the heat signals s50 measured by the first and second temperature measurement sensors, respectively.
熱信号s53,s54は、図16に示されるように、ヒータからの熱信号s50を被計測流体の温度変化分だけ上昇させたものになっている。このような状況で、同じ閾値Thを設定して、上述した時間A,Bにそれぞれ相当する時間A′,B′を計測すると、時間A′と時間B′はそれぞれ、熱信号s50の曲線上の異なった場所を計測することになる。したがって、時間差B′-A′は、上述した時間差B-Aと一致しないので、この時間差B′-A′に基づいて算出された流量は、精度良く計測されたものとは言い得ない。 As shown in FIG. 16, the heat signals s53 and s54 are obtained by increasing the heat signal s50 from the heater by the temperature change of the fluid to be measured. In such a situation, when the same threshold value Th is set and the time A'and B'corresponding to the above-mentioned times A and B are measured, the time A'and the time B'are on the curve of the thermal signal s50, respectively. Will be measured at different locations. Therefore, since the time difference B'-A'does not match the time difference BA described above, it cannot be said that the flow rate calculated based on this time difference B'-A'is measured accurately.
図16の例では、温度変化V1は、説明の都合上、直線状、つまり一定になっているので、第1測温センサと第2測温センサで異なる閾値を設定すれば、時間差B′-A′を正しい時間差B-Aに近づけることは可能であるが、被計測流体の温度変化は通常、一定ではないため、異なる閾値を設定したとしても、時間差B′-A′は、正確なものではない。 In the example of FIG. 16, the temperature change V1 is linear, that is, constant for convenience of explanation. Therefore, if different threshold values are set for the first temperature measurement sensor and the second temperature measurement sensor, the time difference B'- Although it is possible to bring A'close to the correct time difference B-A, the temperature change of the fluid under test is usually not constant, so even if different thresholds are set, the time difference B'-A'is accurate. is not.
このように、上記従来の熱線式流量計では、被計測流体に温度変化がある状態で、当該被計測流体の流量を精度良く測定することは困難であった。 As described above, with the conventional heat ray type flow meter, it is difficult to accurately measure the flow rate of the fluid to be measured when the fluid to be measured has a temperature change.
そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、被計測流体に温度変化がある状態でも、当該被計測流体の流量を精度良く測定することが可能となる熱線式流量計を提供することを目的とする。 Therefore, in order to deal with the above problems, the present invention provides a heat ray type flow meter capable of accurately measuring the flow rate of the fluid to be measured even when the fluid to be measured has a temperature change. The purpose is.
この課題を解決するためになされた請求項1に係る発明は、被計測流体が流れる流路と、当該流路内に配置された、被計測流体を加熱する加熱手段と、当該流路内に、加熱手段より下流側に配置された、被計測流体の温度を測定する第1測温手段と、当該流路内に、第1測温手段より下流側に配置された、被計測流体の温度を測定する第2測温手段と、加熱手段から少なくとも2つの山を持つ熱信号を発生させて、流路内を流れる被計測流体に当該熱信号を重畳させるように、当該加熱手段を制御する制御手段と、被計測流体の温度についての複数の閾値を生成する生成手段と、生成手段によって生成された閾値毎に、第1測温手段によって測定された被計測流体の温度が当該閾値を超えてから再度超えるまでの第1時間を計時する第1計時手段と、生成手段によって生成された閾値毎に、第2測温手段によって測定された被計測流体の温度が当該閾値を超えてから再度超えるまでの第2時間を計測する第2計時手段と、第1計時手段によって第1時間の計時が終了してから、第2計時手段によって第2時間の計時が終了するまでの第3時間を計時する第3計時手段と、第1~第3計時手段によってそれぞれ計時された第1~第3時間に基づいて、被計測流体の流量を算出する算出手段と、を有することを特徴とする。
The invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の熱線式流量計であって、第1及び第2時間のうち、少なくとも一方が計時されなかったときには、算出手段は、被計測流体の流量の算出を行わないことを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の熱線式流量計であって、第1及び第2時間の双方が計時されたときには、算出手段は、第1時間と第2時間とが等しい場合に、被計測流体の流量の算出を行う一方、第1時間と第2時間とが異なっている場合には、被計測流体の流量の算出を行わないことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the heat ray type flow meter according to
請求項4に係る発明は、請求項1に記載の熱線式流量計であって、生成手段によって生成された閾値のうち、熱信号の重畳された被計測流体の温度が2回超える閾値について、最初に超えてから再度超えるまでの経過時間を想定する想定手段をさらに有し、第1及び第2時間の双方が計時されたときには、算出手段は、経過時間、第1時間及び第2時間のすべてが等しい場合に、被計測流体の流量の算出を行う一方、経過時間と第1時間及び第2時間うちの少なくとも一方とが異なっている場合には、被計測流体の流量の算出を行わないことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the heat ray type flow meter according to
請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の熱線式流量計であって、熱信号の山は、同じ高さであることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the heat ray type flow meter according to any one of
請求項6に係る発明は、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の熱線式流量計であって、算出手段は、流路内の第1測温手段が配置された位置から第2測温手段が配置された位置までの距離を第3計時手段によって計時された第3時間で除算して被計測流体の流速を算出し、当該流速に流路の断面積を乗算することにより、被計測流体の流量を算出することを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the heat ray type flow meter according to any one of
請求項1に記載の発明によれば、加熱手段から発生させる熱信号として、少なくとも2つの山を持つ特別な形状のものを発生させて被計測流体に重畳させ、第1及び第2測温手段によって測定された被計測流体の温度がそれぞれ、同一閾値(ただし、第1測温手段と第2測温手段に対してそれぞれ設定される閾値が同一という意味ではなく、1つの熱信号に対して第1又は第2測温手段のおのおので用いる閾値が同一という意味である)を2回超える時間を、第1及び第2時間として計時するようにしているので、1つの山を持つ形状の熱信号を被計測流体に重畳させて、同一閾値を1回超える時間を計時する従来の熱線式流量計と比較して、加熱手段に起因した熱信号を検知しているかどうかの判定を正確に行うことができる。 According to the first aspect of the invention, as the heat signal generated from the heating means, a special shape having at least two peaks is generated and superimposed on the fluid to be measured, and the first and second temperature measuring means are used. The temperature of the fluid to be measured measured by is the same threshold value (however, it does not mean that the threshold values set for the first temperature measuring means and the second temperature measuring means are the same, but for one thermal signal. Since the time exceeding (meaning that the thresholds used by each of the first or second temperature measuring means are the same) twice is measured as the first and second hours, the heat having a shape with one mountain is measured. Compared with the conventional heat ray type flow meter that superimposes the signal on the fluid to be measured and measures the time exceeding the same threshold once, it accurately determines whether or not the heat signal caused by the heating means is detected. be able to.
そして、第3時間は、正確に判定された第1及び第2時間に基づいて計時されているので、第3時間も正確なものとなり、このような正確な第1~第3時間に基づいて算出された被計測流体の流量も精度の高いものとなる。 And since the third time is timed based on the accurately determined first and second hours, the third time is also accurate, and based on such accurate first to third hours. The calculated flow rate of the fluid to be measured is also highly accurate.
また、請求項1に記載の発明では、複数の閾値を生成し、当該生成した閾値毎に第1~第3時間を計測するようにしたので、被計測流体に温度変化がある状態でも、第1~第3時間を正確に計測することができる。
Further, in the invention according to
したがって、請求項1に記載の発明によれば、被計測流体に温度変化がある状態でも、当該被計測流体の流量を精度良く測定することが可能となる。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to accurately measure the flow rate of the fluid to be measured even when the fluid to be measured has a temperature change.
請求項2に記載の発明によれば、第1及び第2時間のうち、少なくとも一方が計時されなかったときには、被計測流体の流量の算出はなされない。 According to the second aspect of the present invention, the flow rate of the fluid to be measured is not calculated when at least one of the first and second hours is not timed.
つまり、第1及び第2時間のうち、少なくとも一方が計時されないということは、熱信号に由来する温度測定が正しくなされなかったことを意味する。 That is, the fact that at least one of the first and second hours is not timed means that the temperature measurement derived from the thermal signal was not made correctly.
したがって、請求項2に記載の発明によれば、正しくない測定結果を除外し、正しい測定結果のみに基づいて被計測流体の流量を算出するようにしたので、当該被計測流体の流量を精度良く測定することが可能となる。
Therefore, according to the invention of
請求項3に記載の発明によれば、第1及び第2時間の双方が計時されたときには、第1時間と第2時間とが等しい場合に、被計測流体の流量の算出がなされる一方、第1時間と第2時間とが異なっている場合には、被計測流体の流量の算出がなされない。 According to the invention of claim 3, when both the first time and the second time are timed, the flow rate of the measured fluid is calculated when the first time and the second time are equal to each other. If the first time and the second time are different, the flow rate of the fluid to be measured is not calculated.
つまり、第1及び第2時間の双方が計時されたとしても、両者が同じ時間でない場合には、加熱手段によって発生された熱信号の異なる位置を検知している等、被計測流体の温度測定が正しくなされなかったことを意味する。 That is, even if both the first and second hours are timed, if both are not the same time, the temperature of the fluid to be measured is measured, such as detecting different positions of the heat signals generated by the heating means. Means that was not done correctly.
したがって、請求項3に記載の発明によれば、正しく判定される虞のある、正しくない測定結果を除外し、真に正しい測定結果のみに基づいて被計測流体の流量を算出するようにしたので、当該被計測流体の流量をさらに精度良く測定することが可能となる。 Therefore, according to the invention of claim 3, the flow rate of the fluid to be measured is calculated based only on the truly correct measurement result, excluding the incorrect measurement result that may be correctly determined. , The flow rate of the fluid to be measured can be measured more accurately.
請求項4に記載の発明によれば、第1及び第2時間の双方が計時されたときには、経過時間、第1時間及び第2時間のすべてが等しい場合に、被計測流体の流量の算出がなされる一方、経過時間と第1時間及び第2時間のうちの少なくとも一方とが異なっている場合には、被計測流体の流量の算出がなされない。 According to the invention of claim 4, when both the first time and the second time are timed, the flow rate of the measured fluid is calculated when the elapsed time, the first time and the second time are all equal. On the other hand, if the elapsed time and at least one of the first time and the second time are different, the flow rate of the fluid to be measured is not calculated.
つまり、第1及び第2時間の双方が計時されたとしても、経過時間と第1時間及び第2時間のうちの少なくとも一方とが異なっている場合には、加熱手段によって発生された熱信号の異なる位置を検知している等、被計測流体の温度測定が正しくなされなかったことを意味する。 That is, even if both the first and second hours are timed, if the elapsed time and at least one of the first and second hours are different, the thermal signal generated by the heating means. It means that the temperature of the fluid to be measured was not measured correctly, such as detecting a different position.
したがって、請求項4に記載の発明によっても、請求項3に記載の発明と同様に、正しく判定される虞のある、正しくない測定結果を除外し、真に正しい測定結果のみに基づいて被計測流体の流量を算出するようにしたので、当該被計測流体の流量をさらに精度良く測定することが可能となる。 Therefore, the invention according to claim 4 also excludes incorrect measurement results that may be correctly determined, and is measured based only on the truly correct measurement results, as in the invention according to claim 3. Since the flow rate of the fluid is calculated, it is possible to measure the flow rate of the measured fluid with higher accuracy.
以下、本発明の各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態に係る熱線式流量計は、熱線式MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)流量計であり、TOF(Time of Flight)方式により、被計測流体の流量を計測するものである。用途としては、微量な医療薬品の流量管理や、生物化学試験の試薬・培養液の管理等が考えられる。被計測流体の流量範囲は、1~100μl/minを想定するが、これに限られる訳ではない。
[First Embodiment]
The heat ray type flow meter according to the first embodiment of the present invention is a heat ray type MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) flow meter, which measures the flow rate of the fluid to be measured by a TOF (Time of Flight) method. be. Possible uses include controlling the flow rate of trace amounts of medical chemicals and managing reagents and culture solutions for biochemical tests. The flow rate range of the fluid to be measured is assumed to be 1 to 100 μl / min, but is not limited to this.
本実施形態の熱線式流量計100は、図1(a)に示すように、ヒータ101、第1測温センサ102、第2測温センサ103、信号線104~106、及び流路107等を備えている。本実施形態の熱線式流量計100は、平面視、矩形状で、その寸法は、例えば10mm(縦)×20mm(横)である。
As shown in FIG. 1A, the heat ray
ヒータ101と、第1及び第2測温センサ102,103は、シリコンウェハ108上に形成される(図1(b)参照)。
The
流路107は、矩形状の溝を形成した流路形成部109をシリコンウェハ108の表面上に重ねることにより、形成されている。そして、流路形成部109は、流路107の両端部に相当する位置にそれぞれ孔109a,109bを形成している。この孔109a,109bにはそれぞれ、シリコンチューブ110,111が挿入される。
The
シリコンチューブ110は、被計測流体を流路107内に導入する導入管としての役割を果たし、シリコンチューブ111は、流路107から被計測流体を排出する排出管としての役割を果たしている。
The
ヒータ101、第1測温センサ102及び第2測温センサ103は、流路107内に、上流側から下流側に亘って、この順序で配置されている。
The
ヒータ101と、第1及び第2測温センサ102,103には、それぞれ、信号線104~106の一端が接続され、その他端は、図2に示す制御回路200と接続されている。
One end of the
被計測流体が流路107内を通っている状態で、ヒータ101からは、所定の形状の熱信号が発生される。図3(a)は、この熱信号s1の一例を示している。当該熱信号s1は、同図(a)に示すように、温度変化の山を2つ有するM字状のものであり、10°Cの振幅値(温度上昇幅)を有している。図示例では、各山の高さは同一としているが、異なっていてもよい(図6~図8参照)。また、振幅値も、10°Cに限らず、どのような温度を採用してもよい。ヒータ101に印加する電圧値を変更することにより、振幅値は自由に変更することができる。
A heat signal having a predetermined shape is generated from the
熱信号s1が重畳された被計測流体は、つまり、被計測流体の元々の温度(以下、「制御前温度」という)が熱信号s1によって上昇した被計測流体は、当該被計測流体の流れに従って下流側に流れて行く。そして、まず第1測温センサ102が、当該温度上昇した被計測流体の温度を計測し、次に第2測温センサ103が、当該温度上昇した被計測流体の温度を計測する。
The fluid to be measured on which the thermal signal s1 is superimposed, that is, the fluid to be measured in which the original temperature of the fluid to be measured (hereinafter referred to as “pre-control temperature”) is raised by the thermal signal s1 follows the flow of the fluid to be measured. It flows to the downstream side. Then, the first
図3(b)が、第1測温センサ102によって被計測流体の温度が計測された結果の一例を示し、図3(c)が、第2測温センサ103によって被計測流体の温度が計測された結果の一例を示している。
FIG. 3B shows an example of the result of measuring the temperature of the fluid to be measured by the first
第1測温センサ102によって計測された被計測流体の温度変化、つまり、熱信号s1に応じた温度変化(以下、これも「熱信号」という(熱信号s2))は、図3(b)の例では、熱信号s1の温度変化と変わっていない。このため、熱信号s2の振幅値も、熱信号s1と同様に、10°Cである。また、熱信号s2の波長は、100msecとなっているため、熱信号s1の波長も、図3(a)には記載されていないが、100msecである。
The temperature change of the fluid to be measured measured by the first
第2測温センサ103によって計測された被計測流体の温度変化、つまり、熱信号s3も、図3(c)の例では、熱信号s1の温度変化と変わっていない。このため、熱信号s3の振幅値及び波長も、図3(c)には記載されていないが、それぞれ10°C及び100msecである。
The temperature change of the fluid to be measured measured by the second
被計測流体の流量は、本実施形態の熱線式流量計100でも、[背景技術]欄で上述した計測方法、具体的には、被計測流体が所定距離を流れるのに経過した時間(以下、「移動時間」という)を計測し、その計測された移動時間を所定距離で除算することによって、被計測流体の流速を算出し、その算出された流速に流路107の断面積を乗算することによって、被計測流体の流量を測定する。そして、本発明の特徴は、被計測流体の移動時間を計測する方法にあるので、つまり、当該移動時間の計測後、流量の算出に至るまでの方法は、上述した従来の熱線式流量計と異ならないので、以下、当該移動時間を計測する方法を中心に説明する。
The flow rate of the fluid to be measured is the measurement method described above in the [Background Art] column, specifically, the time elapsed for the fluid to be measured to flow a predetermined distance even in the heat ray
移動時間の計測は、その詳細は後述するが、複数の閾値を設定し、熱信号s2,s3毎に、各閾値について、当該閾値を超えてから再度超えるまでの時間を測定するとともに、熱信号s2が当該閾値を再度超えてから、熱信号s3が当該閾値(ただし、この閾値は、熱信号s2と熱信号s3で異なる場合がある)を再度超えるまでの時間を測定し、これら測定された3種類の時間に基づいてなされる。 The details of the movement time will be described later, but a plurality of threshold values are set, and for each threshold value, the time from exceeding the threshold value to exceeding the threshold value is measured and the thermal signal is measured. The time from when s2 exceeded the threshold value again until the thermal signal s3 exceeded the threshold value (however, this threshold value may differ between the thermal signal s2 and the thermal signal s3) was measured and measured. It is done on the basis of three types of time.
図3(b)中、5°Cの閾値Thは、設定された複数の閾値のうちの1つを示している。また、図3(c)中の閾値Thも、図3(b)中の閾値Thと同じ、5°Cである。そして、熱信号s2,s3がそれぞれ、閾値Thを超えてから、再度閾値Thを超えるまでの時間は、同一の50msecであるので、熱信号s2と熱信号s3は、正しい計測結果と判定して、熱信号s2が閾値Thを再度超えてから、熱信号s3が閾値Thを再度超えるまでの時間、つまり被計測流体が第1測温センサ102の位置から第2測温センサ103の位置まで移動した時間は、10msecと計測される。
In FIG. 3 (b), the threshold value Th at 5 ° C indicates one of a plurality of set threshold values. Further, the threshold value Th in FIG. 3 (c) is also the same as the threshold value Th in FIG. 3 (b), which is 5 ° C. Since the time from when the thermal signals s2 and s3 exceed the threshold value Th to when the threshold value Th3 is exceeded again is the same 50 msec, the thermal signal s2 and the thermal signal s3 are determined to be correct measurement results. , The time from when the heat signal s2 exceeds the threshold value Th again until the heat signal s3 exceeds the threshold value Th again, that is, the fluid to be measured moves from the position of the first
なお、閾値Thは、実際には、上記制御前温度が加算されたものが使用される。これは、第1及び第2測温センサ102,103が被計測流体の温度として、制御前温度に熱信号s2,s3の重畳されたものを測定するからである。したがって、図3の各グラフの温度軸は、被計測流体の制御前温度を除外したもの、つまり「温度差」を示している。この事情は、他の図4、図6~図8でも同様である。
As the threshold value Th, the one to which the pre-control temperature is added is actually used. This is because the first and second
上記制御回路200は、図2に示すように、制御部201、熱印加部202、第1温度検知部203及び第2温度検知部204を備えている。なお、図2には示されていないが、上記信号線104~106は、それぞれ、熱印加部202、第1温度検知部203及び第2温度検知部204と接続されている。
As shown in FIG. 2, the
制御部201は、熱印加部202、第1温度検知部203及び閾値生成部205と接続されている。制御部201は、熱印加部202に対して、印加電圧値を指示することで、ヒータ101から上記M字状の熱信号を発生させる。
The
また、制御部201は、第1温度検知部203から、熱信号を発生させる前の第1測温センサ102周辺の被計測流体の温度、つまり上記制御前温度を取得する。制御部201は、この取得した制御前温度と、ヒータ101から発生する熱信号の振幅値を閾値生成部205に出力する。ここで、ヒータ101から発生する熱信号の振幅値は、熱印加部202に指示する印加電圧値から事前に確定することができるので、制御部201は、この確定値を閾値生成部205に出力する。
Further, the
閾値生成部205は、上記確定値に基づいて被計測流体の温度上昇幅を決定し、当該温度上昇幅に所定の余裕分を加算し、その加算結果を所定の数に等分割して、閾値を生成する。具体的には、図3(a)に示すように、ヒータ101から発生される熱信号s1の振幅値が10°Cであるとし、余裕分を5°Cとする。この加算結果である15°Cを、例えば6等分すると、各閾値の差は、2.5°Cとなる。そして、被計測流体の制御前温度が50°Cであるとすると、閾値生成部205は、52.5°C,55°C,57.5°C,60°C,62.5°C,65°Cの6個の閾値を生成する。
The
閾値生成部205は、このようにして生成した複数個の閾値を、第1及び第2判定部206,208に出力する。
The threshold
第1温度検知部203は、第1判定部206と接続され、第1判定部206は、第1カウンタ207及び第3カウンタ210と接続されている。また、第1判定部206には、閾値生成部205も接続されている。
The first
第1判定部206は、上述のようにして閾値生成部205から出力された複数個の閾値を記憶し、当該各閾値と、第1温度検知部203から出力された被計測流体の温度とを比較し、被計測流体の温度が当該各閾値を超えたかどうかを判定する。
The
第1判定部206は、図3(b)又は図4に示すように、被計測流体の温度と閾値Thとを比較し、被計測流体の温度が閾値Thを超えると、第1カウンタ207のカウントを開始(ON)させる。図4では、時刻T1で、被計測流体の温度が閾値Thを超え、第1カウンタ207がON状態になった様子が示されている。なお、図4中、時刻T0は、ヒータ101への電圧印加を開始した時点を示している。
As shown in FIG. 3B or FIG. 4, the
第1判定部206は、被計測流体の温度と閾値Thとの比較動作を継続し、再度被計測流体の温度が閾値Thを超えると、第1カウンタ207のカウントを停止(OFF)させるとともに、第3カウンタ210のカウントを開始(ON)させる。図4には、時刻T2で、被計測流体の温度が再度閾値Thを超え、第1カウンタ207がOFF状態になるとともに、第3カウンタ210がON状態になった様子が示されている。
The
同様に、第2温度検知部204は、第2判定部208と接続され、第2判定部208は、第2カウンタ209及び第3カウンタ210と接続され、さらに、第2判定部208には、閾値生成部205も接続されている。
Similarly, the second
第2温度検知部204、第2判定部208及び第2カウンタ209の各動作と、上述した第1温度検知部203、第1判定部206及び第1カウンタ207の各動作との違いは、前者が第1測温センサ102からの計測温度に基づいて制御を行うのに対して、後者が第2測温センサ103からの計測温度に基づいて制御を行うことと、第2判定部208が第3カウンタ210に行う制御が異なることである。したがって、第2判定部208が第3カウンタ210に行う制御についてのみ説明する。
The difference between the operations of the second
第2判定部208は、被計測流体の温度が閾値Thを超えたとしても、第3カウンタ210に対しては何も指示しないので、第3カウンタ210は、ON状態を継続する。そして、被計測流体の温度が再度閾値Thを超えると、第2判定部208は、第2及び第3カウンタ209,210の両方のカウントを停止(OFF)させる。図4には、時刻T3で、被計測流体の温度が閾値Thを超え、第2カウンタ209がON状態になった後、時刻T4で、被計測流体の温度が再度閾値Thを超え、第2及び第3カウンタ209,210がともにOFF状態になった様子が示されている。
Even if the temperature of the fluid to be measured exceeds the threshold value Th, the
第3カウンタ210は、第3判定部211と接続され、第3判定部211は、第1及び第2カウンタ207,209及び出力部212と接続されている。
The
第3判定部211は、第1カウンタ207によってカウントされたカウント値と、第2カウンタ209によってカウントされたカウント値とを比較し、両カウント値が一致している場合、第3カウンタ210によってカウントされたカウント値を出力部212に出力する。
The
第1~第3カウンタ207,209,210はそれぞれ、所定時間毎に“1”ずつカウントアップするものであるので、当該第1~第3カウンタ207,209,210のカウント値は、間接的に経過時間を示している。つまり、図4中、時間a,b,Tはそれぞれ、第1~第3カウンタ207,209,210の各カウント値を上記所定時間倍したものとなる。ここで、時間aは、熱信号s2が閾値Thを超えてから再度閾値Thを超えるまでの時間を示し、時間bは、熱信号s3が閾値Thを超えてから再度閾値Thを超えるまでの時間を示し、時間Tは、被計測流体が第1測温センサ102の位置から第2測温センサ103の位置まで移動したときに経過した時間を示している。
Since the first to
なお、図4中、熱信号s2,s3の時間経過に従った温度推移を示すグラフは、実際の測定結果と異なっている。図3を用いて上述したように、被計測流体が第1測温センサ102の位置から第2測温センサ103の位置まで移動した時間は、10msecであるのに対して、熱信号s2,s3の波長は、100msecである。このため、時間軸上に、2つの熱信号s2,s3を並べた場合、両者の大部分が重なるが、図4では、両者に重なりはないからである。これは、説明の都合上そのようにしているのであって、その他の理由はない。もちろん、図4は、図3とは異なる被計測流体についてのものと見れば、矛盾は生じない。この事情は、図6~図8についても、同様である。
In FIG. 4, the graph showing the temperature transition according to the passage of time of the heat signals s2 and s3 is different from the actual measurement result. As described above with reference to FIG. 3, the time for the fluid to be measured to move from the position of the first
出力部212は、この第3カウンタ210のカウント値を外部に出力する。この外部には、演算処理部(図示せず)が設けられ、演算処理部は、当該出力されたカウント値に基づいて被計測流体の移動時間を算出し、上述したようにして、この移動時間から被計測流体の流速を算出し、この流速から被計測流体の流量を算出する。
The
以下、以上のように構成された熱線式流量計100が実行する制御処理を、さらに詳細に説明する。
Hereinafter, the control process executed by the heat ray
図5は、第3判定部211が実行する測定データ判定処理の手順を示すものであり、この測定データ判定処理について、図6~図8を参照して説明する。
FIG. 5 shows a procedure of the measurement data determination process executed by the
図6は、第1及び第2測温センサ102,103によってそれぞれ測定された熱信号s11,s12を示している。図6には示されていないが、ヒータ101からは、熱信号s11,s12と同様の熱信号s10(図8参照)が発生されている。図6の例では、ヒータ101から発生された熱信号s10が、その形状を崩すことなく、第1及び第2測温センサ102,103に到達していることを示している。
FIG. 6 shows the thermal signals s11 and s12 measured by the first and second
図5に戻り、測定データ判定処理が開始されると、第3判定部211は、まず、ヒータ101がONされてから所定時間経過したかどうか、つまり、ヒータ101からの熱信号s10が第2測温センサ103の位置を通過したかどうかを判定する(ステップ1)。これは、続くステップ2以降の処理を、熱信号s10が第2測温センサ103の位置を通過した後に実行したいからである。なお、上記所定時間は、ヒータ101に印加する電圧の継続時間、ヒータ101から第2測温センサ103までの距離、及び被計測流体のおおよその流速等から、簡単に想定できる。
Returning to FIG. 5, when the measurement data determination process is started, the
ステップ1の判定の結果、ヒータ101がONされてから所定時間経過していないときには、本測定データ判定処理を終了する一方、ヒータ101がONされてから所定時間経過したときには、次のステップ2に進む。
As a result of the determination in
ステップ2では、第3判定部211は、第1カウンタ207のカウント値(以下、「第1カウンタ値」という)が“1”以上であるか否かを判定する。これは、第1カウンタ207が有効なカウント値をカウントしているかどうかを判定している。第3判定部211は、第1カウンタ207が所定のカウント値以上をカウントした場合には、第1カウンタ207のカウントを停止させて、リセットするようにしている。
In
図6において、例えば、閾値Th1が設定されている場合、熱信号s11は再度閾値Th1を超えることはないので、第1カウンタ207は、カウント動作を停止せずに継続する。このため、第1カウンタ207が、例えば熱信号s11の波長に相当する時間以上カ
ウントした場合には、第3判定部211は、第1カウンタ207のカウントを停止させて、リセットする。
In FIG. 6, for example, when the threshold value Th1 is set, the thermal signal s11 does not exceed the threshold value Th1 again, so that the
したがって、第1カウンタ207のカウント値が“0”であるときは、第1カウンタ207が有効なカウント値をカウントしていないことになる。この事情は、第2カウンタ209についても、同様である。
Therefore, when the count value of the
ステップ2の判定の結果、第1カウンタ値が“1”以上のときには、次のステップ3に進む一方、第1カウンタ値が“0”のときには、ステップ6に進み、第3判定部211は、第1~第3カウンタ207,209,210のカウントを停止させた後、当該第1~第3カウンタ207,209,210をリセットする。
As a result of the determination in
さらに、第3判定部211は、出力部212に、誤判定を示す値を出力した(ステップ7)後、本測定データ判定処理を終了する。
Further, the
ステップ3では、第3判定部211は、第2カウンタ209のカウント値(以下、「第2カウンタ値」という)が“1”以上であるか否かを判定する。この判定の結果、第2カウンタ値が“1”以上のときには、次のステップ4に進む一方、第2カウンタ値が“0”のときには、上記ステップ6に進む。
In step 3, the
ステップ4では、第3判定部211は、第1カウンタ値と第2カウンタ値とが等しいかどうか判定する。この判定は、第1測温センサ102によって測定された熱信号と、第2測温センサ103によって測定された熱信号が、ともに正しい熱信号であるかどうかを判定するためになされる。つまり、第1カウンタ値=第2カウンタ値の場合に、当該各熱信号は、ヒータ101からの熱信号を正しく検知したものと判定する。一方、第1カウンタ値≠第2カウンタ値の場合は、当該2つの熱信号のいずれか一方、あるいは双方ともに、ヒータ101からの熱信号を正しく検知したものではないと判定する。
In step 4, the
ステップ4の判定の結果、第1カウンタ値=第2カウンタ値のときには、次のステップ5に進む一方、第1カウンタ値≠第2カウンタ値のときには、上記ステップ6に進む。 As a result of the determination in step 4, when the first counter value = the second counter value, the process proceeds to the next step 5, while when the first counter value ≠ the second counter value, the process proceeds to the above step 6.
ステップ5では、第3判定部211は、第3カウンタ210のカウント値(以下、「第3カウンタ値」という)を出力部212に出力する。第3判定部211から第3カウンタ値が出力されると、出力部212は、この第3カウンタ値を外部に出力する。これ以降の処理は、上述したので、その説明を省略する。
In step 5, the
図6の例では、熱信号s11と熱信号s12は、ともにヒータ101からの熱信号s10を正しく検知したものであるので、閾値Th2が設定されたときに、第1カウンタ207は、時刻T1から時刻T2までの時間aに相当するカウント値をカウントする一方、第2カウンタ209は、時刻T3から時刻T4までの時間bに相当するカウント値をカウントする。そして、時間aと時間bは等しいので、第3カウンタ210がカウントした、時刻T2から時刻T4までの時間Tに相当するカウント値が、出力部212に出力される。
In the example of FIG. 6, since the heat signal s11 and the heat signal s12 both correctly detect the heat signal s10 from the
図7は、第1測温センサ102によって計測された熱信号s21は、ヒータ101からの熱信号s10を正しく検知したものであるのに対して、第2測温センサ103によって計測された熱信号s22は、周囲の温度の急激な変化により、ヒータ101からの熱信号s10を正しく検知したものでない場合の一例を示している。
In FIG. 7, the heat signal s21 measured by the first
図7中、二点鎖線で示される3角形状の曲線V2は、第2測温センサ103周辺の被計測流体の温度変化の一例を示している。
In FIG. 7, the triangular curve V2 shown by the two-dot chain line shows an example of the temperature change of the fluid to be measured around the second
図7の計測結果を、上述した測定データ判定処理に適用した場合、閾値Th2が設定されたときには、熱信号s21は、上記図6中の熱信号s11と同様に、第1カウンタ207により、時刻T1から時刻T2までカウントされるものの、熱信号s22は、閾値Th2を含む、閾値Th1~Th5のいずれが設定されたとしても、当該閾値Th1~Th5を再度超えることがないので、第2カウンタ209は停止されて、リセットされる。
When the measurement result of FIG. 7 is applied to the measurement data determination process described above, when the threshold value Th2 is set, the thermal signal s21 is set to the time by the
したがって、この場合には、図5のステップ3で、第2カウンタ値=0となって、ステップ7で、出力部212には、誤判定を示す値が出力される。これにより、上記演算処理部は、被計測流体の流速及び流量の算出を行わない。
Therefore, in this case, in step 3 of FIG. 5, the second counter value = 0, and in step 7, a value indicating an erroneous determination is output to the
図8は、第1及び第2測温センサ102,103の周囲の温度が変化した場合でも、被計測流体の移動時間が正しく検知されたときの一例を示している。同図中、二点鎖線で示される直線V1は、上記図16中の直線V1と同様の被計測流体の温度変化を示している。
FIG. 8 shows an example when the movement time of the fluid to be measured is correctly detected even when the ambient temperature of the first and second
図8の計測結果を、上述した測定データ判定処理に適用した場合、閾値Th12が設定されたときには、熱信号s31は、上記図6中の熱信号s11と同様に、第1カウンタ207により、時刻T1から時刻T2までカウントされるが、熱信号s32は、閾値Th12を再度超えることがないので、第2カウンタ209は停止され、リセットされる。
When the measurement result of FIG. 8 is applied to the measurement data determination process described above, when the threshold value Th12 is set, the thermal signal s31 is set to the time by the
しかし、第2カウンタ209に対して、閾値Th13が設定されると、熱信号s32は、時刻T3で閾値Th13を超え、さらに時刻T4で閾値Th13を再度超える。そして、時刻T1から時刻T2までの時間aと、時刻T3から時刻T4までの時間bとは、等しいので、熱信号s31と熱信号s32はともに、正しい計測結果と判定する必要がある。
However, when the threshold value Th13 is set for the
そこで、これに対処するためには、上述した測定データ判定処理を変更する必要がある。具体的には、次のように変更すればよい。すなわち、
(1)第1カウンタ207がリセットの指示を受けるまで、第3カウンタ210のカウントを継続する。
(2)設定された複数の閾値のうちの1つでも、第1カウンタ207が有効なカウント値をカウントした後は、第3カウンタ210のカウント動作を継続する。
(3)第3カウンタ210がカウント動作を継続している間に、第2測温センサ103によって測定された温度が、設定された閾値を再度超えた場合は、再度超えた閾値毎に、当該各閾値に対応付けて、第3カウンタ210の第3カウンタ値を記憶しておく。
(4)各閾値に対応付けて記憶された第3カウンタ値は、第2カウンタ209がリセットされる度に、当該閾値に対応付けられた第3カウンタ値を消去する。
(5)第1カウンタ値及び第2カウンタ値が、ともに有効なカウント値であり、かつ、等しい場合に、消去されずに残っている第3カウンタ値を出力部212に出力する。
Therefore, in order to deal with this, it is necessary to change the above-mentioned measurement data determination process. Specifically, it may be changed as follows. That is,
(1) The counting of the
(2) After the
(3) If the temperature measured by the second
(4) The third counter value stored in association with each threshold value erases the third counter value associated with the threshold value each time the
(5) When both the first counter value and the second counter value are valid count values and are equal to each other, the remaining third counter value that is not erased is output to the
以上のようにして、本実施形態の熱線式流量計100には、被計測流体が流れる流路107と、流路107内に配置された、被計測流体を加熱するヒータ101と、流路107内に、ヒータ101より下流側に配置された、被計測流体の温度を測定する第1測温センサ102と、流路107内に、第1測温センサ102より下流側に配置された、被計測流体の温度を測定する第2測温センサ103とが設けられている。
As described above, in the heat ray
さらに、本実施形態の熱線式流量計100には、ヒータ101から少なくとも2つの山を持つ熱信号を発生させて、流路107内を流れる被計測流体に当該熱信号を重畳させるように、当該ヒータ101を制御する制御部201と、被計測流体の温度についての複数の閾値を生成する閾値生成部205と、閾値生成部205によって生成された閾値毎に、第1測温センサ102によって測定された被計測流体の温度が当該閾値を超えてから再度超えるまでの第1時間をカウントする第1カウンタ207と、閾値生成部205によって生成された閾値毎に、第2測温センサ103によって測定された被計測流体の温度が当該閾値を超えてから再度超えるまでの第2時間をカウントする第2カウンタ209と、第1カウンタ207によって第1時間のカウントが終了してから、第2カウンタ209によって第2時間のカウントが終了するまでの第3時間をカウントする第3カウンタ210とが設けられている。
Further, in the heat ray
そして、本実施形態の熱線式流量計100では、第1~第3カウンタ207,209,210によってそれぞれカウントされた第1~第3時間に基づいて、被計測流体の流量が算出される。
Then, in the heat ray
つまり、本実施形態の熱線式流量計100では、ヒータ101から発生させる熱信号として、少なくとも2つの山を持つ特別な形状のものを発生させて被計測流体に重畳させ、第1及び第2測温センサ102、103によって測定された被計測流体の温度がそれぞれ、同一閾値(ただし、第1測温センサ102と第2測温センサ103に対してそれぞれ設定される閾値が同一という意味ではなく、1つの熱信号に対して第1又は第2測温センサ102,103のおのおので用いる閾値が同一という意味である)を2回超える時間を、第1及び第2時間としてカウントするようにしているので、1つの山を持つ形状の熱信号を被計測流体に重畳させて、同一閾値を1回超える時間を計時する従来の熱線式流量計と比較して、ヒータ101に起因した熱信号を検知しているかどうかの判定を正確に行うことができる。
That is, in the heat ray
そして、第3時間は、正確に判定された第1及び第2時間に基づいてカウントされているので、第3時間も正確なものとなり、このような正確な第1~第3時間に基づいて算出された被計測流体の流量も精度の高いものとなる。 And since the third time is counted based on the accurately determined first and second hours, the third time is also accurate, and based on such accurate first to third hours. The calculated flow rate of the fluid to be measured is also highly accurate.
また、本実施形態の熱線式流量計100では、複数の閾値を生成し、当該生成した閾値毎に第1~第3時間をカウントするようにしたので、被計測流体に温度変化がある状態でも、第1~第3時間を正確にカウントすることができる。
Further, in the heat ray
したがって、本実施形態の熱線式流量計100によれば、被計測流体に温度変化がある状態でも、当該被計測流体の流量を精度良く測定することが可能となる。
Therefore, according to the heat ray
また、本実施形態の熱線式流量計100では、第1及び第2時間のうち、少なくとも一方がカウントされなかったときには、被計測流体の流量の算出はなされない。
Further, in the heat ray
つまり、第1及び第2時間のうち、少なくとも一方がカウントされないということは、熱信号に由来する温度測定が正しくなされなかったことを意味する。 That is, the fact that at least one of the first and second hours is not counted means that the temperature measurement derived from the thermal signal was not performed correctly.
したがって、本実施形態の熱線式流量計100によれば、正しくない測定結果を除外し、正しい測定結果のみに基づいて被計測流体の流量を算出するようにしたので、当該被計測流体の流量を精度良く測定することが可能となる。
Therefore, according to the heat ray
さらに、第1及び第2時間の双方がカウントされたときには、第1時間と第2時間とが等しい場合に、被計測流体の流量の算出がなされる一方、第1時間と第2時間とが異なっている場合には、被計測流体の流量の算出がなされない。 Further, when both the first time and the second time are counted, the flow rate of the fluid to be measured is calculated when the first time and the second time are equal to each other, while the first time and the second time are counted. If they are different, the flow rate of the fluid to be measured is not calculated.
つまり、第1及び第2時間の双方がカウントされたとしても、両者が同じ時間でない場合には、ヒータ101によって発生された熱信号の異なる位置を検知している等、被計測流体の温度測定が正しくなされなかったことを意味する。
That is, even if both the first and second hours are counted, if both are not the same time, the temperature of the fluid to be measured is measured, such as detecting different positions of the heat signals generated by the
したがって、本実施形態の熱線式流量計100によれば、正しく判定される虞のある、正しくない測定結果を除外し、真に正しい測定結果のみに基づいて被計測流体の流量を算出するようにしたので、当該被計測流体の流量をさらに精度良く測定することが可能となる。
Therefore, according to the heat ray
ちなみに、本実施形態において、ヒータ101は、「加熱手段」の一例である。第1、第2測温センサ102,103は、「第1、第2測温手段」の一例である。制御部201は、「制御手段」の一例である。閾値生成部205は、「生成手段」の一例である。第1~第3カウンタ207,209,210は、「第1~第3計時手段」の一例である。
Incidentally, in the present embodiment, the
[第2の実施の形態]
上記第1実施形態の熱線式流量計100は、第3カウンタ210の第3カウンタ値を出力部212に出力する場合、つまり、ヒータ101から発生された熱信号に由来する温度測定が正しくなされた場合を判断する基準として、「第1カウンタ値=第2カウンタ値であること」を採用している。これに対して、本発明の第2の実施の形態に係る熱線式流量計は、上記判断基準として、「ヒータ101から発生される熱信号が重畳された被計測流体の温度が所定の閾値を超えてから再度超えるまでの時間Theat=第1カウンタ値、かつ当該時間Theat=第2カウンタ値であること」を採用している点が異なっている。
[Second Embodiment]
When the heat ray
このような判断基準を採用したため、本実施形態の熱線式流量計は、上記第1実施形態の熱線式流量計100に対して、制御回路200の構成要素の一部と、各構成要素が実行する処理の一部を変更している。したがって、本実施形態の熱線式流量計の制御回路300(図9参照)中、上記第1実施形態の熱線式流量計100の制御回路200(図2参照)と同様の構成要素には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
Since such a determination criterion is adopted, the heat ray type flow meter of the present embodiment is executed by a part of the components of the
図9において、制御部201′は、第3判定部311と接続され、第3判定部311と出力部212との間には、第3カウンタ210が挿入されている。
In FIG. 9, the control unit 201'is connected to the
制御部201′は、閾値生成部205によって生成された閾値毎に、ヒータ101から発生されるM字状の熱信号が重畳された被計測流体の温度が当該閾値を超えてから再度当該閾値を超えるまでの時間を想定する。ここで、当該熱信号は、生成されたすべての閾値について、当該閾値を2回超えるとは限らず、1回しか超えないものもある。
The control unit 201'sets the threshold value again after the temperature of the fluid to be measured on which the M-shaped heat signal generated from the
例えば、上記第1実施形態の図6において、熱信号s11,s12の基となる熱信号s10(図8参照)は、閾値Th1については、1回しか超えないものの、図10に示す熱信号s1は、閾値Thを2回超える。 For example, in FIG. 6 of the first embodiment, the thermal signal s10 (see FIG. 8), which is the basis of the thermal signals s11 and s12, exceeds the threshold Th1 only once, but the thermal signal s1 shown in FIG. Exceeds the threshold Th twice.
後者の場合、制御部201′は、熱信号s1が閾値Thを最初に超えてから再度超えるまでの時間Theatを算出(想定)する。なお、制御部201′によって算出される時間Theatは、実際には、時間Theatに相当する「カウント値」であり、「時間」ではない。しかし、以下、時間Theatも、当該時間Theatに相当するカウント値も、「時間Theat」と言うことにする。 In the latter case, the control unit 201'calculates (assumes) the time from when the thermal signal s1 first exceeds the threshold value Th to when it exceeds the threshold value Th again. The time table calculated by the control unit 201'is actually a "count value" corresponding to the time table, not a "time". However, hereinafter, both the time teat and the count value corresponding to the time teat will be referred to as "time teat".
次に、制御部201′は、算出した時間Theatを第3判定部311に出力する。第3判定部311は、この時間Theatを記憶する。
Next, the control unit 201'outputs the calculated time Teat to the
第1判定部306は、上記第1実施形態における第1判定部206と同様に、被計測流体の温度が閾値Thを超えると、第1カウンタ207のカウントを開始(ON)させる。なお、本実施形態では、第1判定部306は、第3カウンタ210と接続されていないので、当該第3カウンタ210に対する制御を行わない。図10には、時刻T1で、被計測流体の温度が閾値Thを超え、第1カウンタ207がON状態になった様子が示されている。
Similar to the
第1判定部306は、被計測流体の温度と閾値Thとの比較動作を継続し、再度被計測流体の温度が閾値Thを超えると、第1カウンタ207のカウントを停止(OFF)させる。これと同時に、第3判定部311は、第3カウンタ210のカウントを開始(ON)させる。図10には、時刻T2で、被計測流体の温度が再度閾値Thを超え、第1カウンタ207がOFF状態になり、第3カウンタ210がON状態になった様子が示されている。
The
第2判定部308も、上記第1実施形態における第2判定部208と同様に、被計測流体の温度が閾値Thを超えると、第2カウンタ209のカウントを開始(ON)させる。なお、本実施形態では、第2判定部308も、第3カウンタ210と接続されていないので、当該第3カウンタ210に対する制御を行わない。図10には、時刻T3で、被計測流体の温度が閾値Thを超え、第2カウンタ207がON状態になり、第3カウンタ210がON状態を継続している様子が示されている。
Similar to the
第2判定部308は、被計測流体の温度と閾値Thとの比較動作を継続し、再度被計測流体の温度が閾値Thを超えると、第2カウンタ209のカウントを停止(OFF)させる。これと同時に、第3判定部311は、第3カウンタ210のカウントを停止(OFF)させる。図10には、時刻T4で、被計測流体の温度が再度閾値Thを超え、第2及び第3カウンタ209,210がいずれもOFF状態になった様子が示されている。
The
第3判定部311は、第1カウンタ207のカウント値(第1カウンタ値)と上記時間Theatを比較するとともに、第2カウンタ209のカウント値(第2カウンタ値)と上記時間Theatを比較する。この比較の結果、第1カウンタ値=時間Theatかつ第2カウンタ値=時間Theatである場合、第3判定部311は、第3カウンタ210のカウント値(第3カウンタ値)を出力部212に出力する。
The
図10の例では、第1カウンタ値a=時間Theatかつ第2カウンタ値b=時間Theatであるので、第3判定部311は、第3カウンタ値、つまり時間Tに相当するカウント値を出力部212に出力する。
In the example of FIG. 10, since the first counter value a = time Teat and the second counter value b = time Teat, the
なお、第1カウンタ値≠時間Theat及び第2カウンタ値≠時間Theatのうち、少なくともいずれか一方が成立する場合には、上記第1実施形態と同様に、第3判定部311は、第3カウンタ値に代えて、誤判定を示す値を出力部212に出力する。
When at least one of the first counter value ≠ time Teat and the second counter value ≠ time Teat is satisfied, the
このように、本実施形態の熱線式流量計でも、上記第1実施形態の熱線式流量計と同様の制御を行うことができる。 As described above, the heat ray type flow meter of the present embodiment can also perform the same control as the heat ray type flow meter of the first embodiment.
本実施形態の熱線式流量計では、第1及び第2時間(第1及び第2カウント値)の双方が計時されたときには、時間Theat、第1時間及び第2時間のすべてが等しい場合に、被計測流体の流量の算出がなされる一方、時間Theatと第1時間及び第2時間のうちの少なくとも一方とが異なっている場合には、被計測流体の流量の算出がなされない。 In the heat ray type flow meter of the present embodiment, when both the first time and the second time (the first and second count values) are timed, when the time Teat, the first time and the second time are all equal. While the flow rate of the fluid to be measured is calculated, if the time Teat is different from at least one of the first time and the second time, the flow rate of the fluid to be measured is not calculated.
つまり、第1及び第2時間の双方が計時されたとしても、時間Theatと第1時間及び第2時間のうちの少なくとも一方とが異なっている場合には、ヒータ101によって発生された熱信号の異なる位置を検知している等、被計測流体の温度測定が正しくなされなかったことを意味する。
That is, even if both the first and second hours are timed, if the time temperature and at least one of the first and second hours are different, the thermal signal generated by the
したがって、本実施形態の熱線式流量計によっても、上記第1実施形態の熱線式流量計と同様に、正しく判定される虞のある、正しくない測定結果を除外し、真に正しい測定結果のみに基づいて被計測流体の流量を算出するようにしたので、当該被計測流体の流量をさらに精度良く測定することが可能となる。 Therefore, the heat ray type flow meter of the present embodiment also excludes incorrect measurement results that may be correctly determined, and only truly correct measurement results, as in the case of the heat ray type flow meter of the first embodiment. Since the flow rate of the fluid to be measured is calculated based on the above, it is possible to measure the flow rate of the fluid to be measured with higher accuracy.
ちなみに、本実施形態において、制御部201′は、「想定手段」の一例である。 Incidentally, in the present embodiment, the control unit 201'is an example of the "assuming means".
[第3の実施の形態]
本発明の第3の実施の形態に係る熱線式流量計は、上記第2実施形態の熱線式流量計に対して、第1及び第2カウンタ207,209に相当するカウンタをそれぞれ2つずつ設けるようにした点が異なっている。したがって、本実施形態の熱線式流量計の制御回路400中、上記第2実施形態の熱線式流量計の制御回路300と同様の構成要素には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
[Third Embodiment]
The heat ray type flow meter according to the third embodiment of the present invention is provided with two counters corresponding to the first and
図11において、第1温度検知部203は、第1の1判定部406a及び第1の2判定部406bと接続されている。また、第1の1判定部406a及び第1の2判定部406bには、閾値生成部205も接続されている。そして、第1の1判定部406a及び第1の2判定部406bはそれぞれ、第1の1カウンタ407a及び第1の2カウンタ407bと接続されている。さらに、第1の1カウンタ407a及び第1の2カウンタ407bは、第3判定部411と接続されている。
In FIG. 11, the first
同様にして、第2温度検知部204は、第2の1判定部408a及び第2の2判定部408bと接続されている。また、第2の1判定部408a及び第2の2判定部408bには、閾値生成部205も接続されている。そして、第2の1判定部408a及び第2の2判定部408bはそれぞれ、第2の1カウンタ409a及び第2の2カウンタ409bと接続されている。さらに、第2の1カウンタ409a及び第2の2カウンタ409bは、第3判定部411と接続されている。
Similarly, the second
制御部201′は、上記第2実施形態における制御部201′と同様に、ヒータ101から発生されるM字状の熱信号が1つの閾値を超えてから再度同じ閾値を超えるまでの時間を算出(想定)する。例えば、図12に示す熱信号s2,s3の基となる熱信号s1(上記第2実施形態における図10参照)は、閾値Th22を2回超える。したがって、この場合、制御部201′は、上記第2実施形態における制御部201′と同様に、熱信号s1が閾値Th22を最初に超えてから再度超えるまでの時間Theatを算出し、この時間Theatを第3判定部411に出力する。第3判定部411は、上記第2実施形態における第3判定部311と同様に、この時間Theatを記憶する。
Similar to the control unit 201'in the second embodiment, the control unit 201'calculates the time from when the M-shaped heat signal generated from the
第1の1判定部406aと第1の2判定部406bにはそれぞれ、閾値生成部205から異なった閾値が出力されて、記憶される。図12の例では、閾値Th21が第1の1判定部406aに記憶され、閾値Th22が第1の2判定部406bに記憶されている。
Different thresholds are output from the
同様にして、第2の1判定部408aと第2の2判定部408bにもそれぞれ、閾値生成部205から異なった閾値が出力されて、記憶される。図12の例では、閾値Th21が第2の1判定部408aに記憶され、閾値Th22が第2の2判定部408bに記憶されている。
Similarly, different threshold values are output from the threshold
第1の1判定部406aは、被計測流体の温度と閾値Th21とを比較し、被計測流体の温度が閾値Th21を超えると、第1の1カウンタ407aのカウントを開始(ON)させる。図12には、時刻T11で、被計測流体の温度が閾値Th21を超え、第1の1カウンタ407aがON状態になった様子が示されている。
The first 1
第1の1判定部406aは、被計測流体の温度と閾値Th21との比較動作を継続し、再度被計測流体の温度が閾値Th21を超えると、第1の1カウンタ407aのカウントを停止(OFF)させる。図12の例では、被計測流体の温度は、1回だけ閾値Th21を超え、再度閾値Th21を超えないので、第1の1カウンタ407aはカウント動作を継続する。
The first 1
この場合、上記第1実施形態における第3判定部211は、第1及び第2カウンタ207,209が所定のカウント値、つまり熱信号s1の波長に相当するカウント値以上カウントした場合には、タイムアウト(Timeout)したとみなして、そのカウントを停止させ、リセットするようにしている。
In this case, the
この第3判定部211の動作と同様の動作を、第1の1判定部406aでも実行するようにしている。このため、図12に示されるように、第1の1カウンタ407aが熱信号s2の波長以上カウントした場合には、第1の1判定部406aは、タイムアウトしたとみなして、第1の1カウンタ407aのカウントを停止(OFF)させ、リセットする。
The same operation as the operation of the
一方、第1の2判定部406bは、第1の2カウンタ407bに対して、第1の1判定部406aが第1の1カウンタ407aに対して行う上記制御処理と同様の制御処理を行う。ただし、第1の2判定部406bでは、被計測流体の温度と比較する比較対象が閾値Th21ではなく、閾値Th22である点が異なっている。したがって、第1の2判定部406bが第1の2カウンタ407bに対して行う制御処理についての説明は省略する。
On the other hand, the first 2
図12の例では、被計測流体の温度は閾値Th22を2回超えるので、同図には、時刻T12で、被計測流体の温度が閾値Th22を超え、第1の2カウンタ407bがON状態になった後、時刻T13で、再度被計測流体の温度が閾値Th22を超え、第1の2カウンタ407bがOFF状態になった様子が示されている。
In the example of FIG. 12, the temperature of the fluid to be measured exceeds the threshold value Th22 twice. Therefore, in the figure, the temperature of the fluid to be measured exceeds the threshold value Th22 at time T12, and the first 2
第2の1判定部408a及び第2の2判定部408bもそれぞれ、被計測流体の温度と閾値Th21及び閾値Th22とを比較し、被計測流体の温度が閾値Th21及び閾値Th22を超えるタイミングで、第2の1カウンタ409a及び第2の2カウンタ409bに対して、第1の1判定部406a及び第1の2判定部406bがそれぞれ第1の1カウンタ407a及び第1の2カウンタ407bに対して行う上記制御処理と同様の制御処理を行う。したがって、第2の1判定部408a及び第2の2判定部408bがそれぞれ第2の1カウンタ409a及び第2の2カウンタ409bに対して行う制御処理についての説明は省略する。
The second 1
図12の例では、上述のように、被計測流体の温度は、閾値Th21については1回のみ超え、閾値Th22については2回超える。このため、同図には、時刻T14で、被計測流体の温度が閾値Th21を超え、第2の1カウンタ409aがON状態になるものの、その後、タイムアウトとみなされて、カウントの途中で停止されて、リセットされた様子が示されている。そして、同図には、時刻T15で、被計測流体の温度が閾値Th22を超え、第2の2カウンタ409bがON状態になった後、時刻T16で、再度被計測流体の温度が閾値Th22を超え、第2の2カウンタ409bがOFF状態になった様子も示されている。
In the example of FIG. 12, as described above, the temperature of the fluid to be measured exceeds the threshold value Th21 only once and exceeds the threshold value Th22 twice. Therefore, in the figure, at time T14, the temperature of the fluid to be measured exceeds the threshold value Th21, and the
第3判定部411は、第1の1カウンタ407a及び第1の2カウンタ407bのうちのいずれかがカウントを停止すると、当該カウントを停止した方のカウンタのカウント値と上記時間Theatとを比較する。その比較の結果、当該カウント値と時間Theatが等しい場合には、第3判定部411は、第3カウンタ210のカウントを開始(ON)させる。
When any one of the
また、第3判定部411は、第2の1カウンタ409a及び第2の2カウンタ409bのうちのいずれかがカウントを停止すると、当該カウントを停止した方のカウンタのカウント値と上記時間Theatとを比較する。その比較の結果、当該カウント値と時間Theatが等しい場合には、第3判定部411は、第3カウンタ210のカウントを停止(OFF)させる。
Further, when any one of the second 1
図12には、第1の2カウンタ407bのカウント値a2=時間Theatであるため、第1の2カウンタ407bがカウントを停止した時刻T13で、第3カウンタ210がON状態になり、第2の2カウンタ409bのカウント値b2=時間Theatであるため、第2の2カウンタ409bがカウントを停止した時刻T16で、第3カウンタ210がOFF状態になった様子が示されている。
In FIG. 12, since the count value a2 of the first 2
さらに、第3判定部411は、第3カウンタ210のカウント値を出力部212に出力する。
Further, the
図13は、第1の1カウンタ407a及び第2の1カウンタ409aの各カウント値≠時間Theatであり、かつ第1の2カウンタ407b及び第2の2カウンタ409bの各カウント値=時間Theatである場合に、第3カウンタ210のカウント動作を示す図である。
FIG. 13 shows each count value of the
上述のように、第3判定部411は、第1の1カウンタ407a及び第1の2カウンタ407bのいずれかがカウントを停止する度に、当該停止したカウンタのカウント値と時間Theatとを比較し、両者が一致したときのみ、第3カウンタ210のカウントを開始(ON)させる。図15の例では、第1の1カウンタ407aが停止したときのカウント値a1≠時間Theatであるので、第3判定部411は、このタイミング(時刻T23)では、第3カウンタ210のカウントを開始させない。その後、第1の2カウンタ407bが停止したときのカウント値a2=時間Theatであるので、第3判定部411は、このタイミング(時刻T24)で、第3カウンタ210のカウントを開始させる。
As described above, each time either the
また、上述のように、第3判定部411は、第2の1カウンタ409a及び第2の2カウンタ409bのいずれかがカウントを停止する度に、当該停止したカウンタのカウント値と時間Theatとを比較し、両者が一致したときのみ、第3カウンタ210のカウントを停止(OFF)させる。図13の例では、第2の1カウンタ409aが停止したときのカウント値b1≠時間Theatであるので、第3判定部411は、このタイミング(時刻T27)では、第3カウンタ210のカウントを停止させない。その後、第2の2カウンタ409bが停止したときのカウント値b2=時間Theatであるので、第3判定部411は、このタイミング(時刻T28)で、第3カウンタ210のカウントを停止させる。
Further, as described above, each time any of the
図14は、すべてのカウンタ407a,407b,409a,409bの各カウント値=時間Theatである場合に、第3カウンタ210のカウント動作を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the counting operation of the
上述のように、第3判定部411は、第1の1カウンタ407a及び第1の2カウンタ407bのいずれかがカウントを停止する度に、当該停止したカウンタのカウント値と時間Theatとを比較し、両者が一致したときのみ、第3カウンタ210のカウントを開始(ON)させる。したがって、図14の例では、第1の1カウンタ407aが停止したときのカウント値a1=時間Theatであるので、第3判定部411は、このタイミング(時刻T33)で、第3カウンタ210のカウントを開始させる。つまり、第3判定部411は、第1の2カウンタ407bが停止し、そのカウント値a2=時間Theatであったとしても、そのタイミング(時刻T24)で、第3カウンタ210のカウント動作を制御しない。
As described above, each time either the
また、上述のように、第3判定部411は、第2の1カウンタ409a及び第2の2カウンタ409bのいずれかがカウントを停止する度に、当該停止したカウンタのカウント値と時間Theatとを比較し、両者が一致したときのみ、第3カウンタ210のカウントを停止(OFF)させる。したがって、図14の例では、第2の1カウンタ409aが停止したときのカウント値b1=時間Theatであるので、第3判定部411は、このタイミング(時刻T37)では、第3カウンタ210のカウントを停止させる。つまり、第3判定部411は、第2の2カウンタ409bが停止し、そのカウント値b2=時間Theatであったとしても、そのタイミング(時刻T28)で、第3カウンタ210のカウント動作を制御しない。
Further, as described above, each time any of the
図13の例は、第1の1カウンタ407a及び第2の1カウンタ409aの各カウント値a1,b1がともに時間Theatと等しくなく、第1の2カウンタ407b及び第2の2カウンタ409bの各カウント値a2,b2がともに時間Theatと等しい場合を示している。しかし、第1の2カウンタ407bと第2の1カウンタ409aの各カウント値a2,b1がともに時間Theatと等しくなく、第1の1カウンタ407a及び第2の2カウンタ409bの各カウント値a1,b2がともに時間Theatと等しい場合もあり得る。
In the example of FIG. 13, the count values a1 and b1 of the
上記第1実施形態における図8に示す被計測流体を本実施形態の熱線式流量計に適用し、第1の1判定部406a及び第2の1判定部408aに閾値Th12を設定し、第1の2判定部406b及び第2の2判定部408bに閾値Th13を設定したとする。
The fluid to be measured shown in FIG. 8 in the first embodiment is applied to the heat ray type flow meter of the present embodiment, the threshold value Th12 is set in the
この場合、第1の1カウンタ407aは、時間aをカウントする。この時間aは、時間Theatと等しいので、第3カウンタ210は、時刻T2で、ON状態となる。
In this case, the
一方、第2の1カウンタ409aは、タイムアウトするものの、第2の2カウンタ409bは、時間bをカウントする。この時間bは、時間Theatと等しいので、第3カウンタ210は、時刻T4で、OFF状態となる。
On the other hand, although the second 1
したがって、本実施形態の熱線式流量計によれば、第1及び第2測温センサ102,103の周囲の温度が変化した場合でも、被計測流体の移動時間を正しく検知することができる。
Therefore, according to the heat ray type flow meter of the present embodiment, even when the ambient temperature of the first and second
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 The present invention is not limited to each of the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
(1)上記各実施形態では、ヒータ101から、温度変化の山を2つ有するM字状の熱信号を発生させるようにしたが、山の数は、2つに限らず、3つ以上であってもよい。
(1) In each of the above embodiments, an M-shaped thermal signal having two peaks of temperature change is generated from the
(2)上記第1~第3実施形態では、温度検知部毎に1つのカウンタを用い、上記第4実施形態では、温度検知部毎に2つのカウンタを用いて、被計測流体の温度が閾値を超えてから再度超えるまでの時間をカウントしているが、カウンタの個数は、これに限られる訳ではなく、いくつであってもよい。ただし、カウンタの個数が多くなればなるほど、処理が複雑化し、メモリ容量が増大化する。 (2) In the first to third embodiments, one counter is used for each temperature detection unit, and in the fourth embodiment, two counters are used for each temperature detection unit, and the temperature of the fluid to be measured is a threshold value. The time from exceeding to exceeding again is counted, but the number of counters is not limited to this, and may be any number. However, as the number of counters increases, the processing becomes complicated and the memory capacity increases.
101 ヒータ
102 第1測温センサ
103 第2測温センサ
107 流路
200,300,400 制御回路
201,201′ 制御部
202 熱印加部
203 第1温度検知部
204 第2温度検知部
205 閾値生成部
206,306 第1判定部
208,308 第2判定部
211,311,411 第3判定部
207 第1カウンタ
209 第2カウンタ
210 第3カウンタ
406a 第1の1判定部
406b 第1の2判定部
408a 第2の1判定部
408b 第2の2判定部
407a 第1の1カウンタ
407b 第1の2カウンタ
409a 第2の1カウンタ
409b 第2の2カウンタ
212 出力部
101
Claims (6)
当該流路内に配置された、被計測流体を加熱する加熱手段と、
当該流路内に、前記加熱手段より下流側に配置された、被計測流体の温度を測定する第1測温手段と、
当該流路内に、前記第1測温手段より下流側に配置された、被計測流体の温度を測定する第2測温手段と、
前記加熱手段から少なくとも2つの山を持つ熱信号を発生させて、前記流路内を流れる被計測流体に当該熱信号を重畳させるように、当該加熱手段を制御する制御手段と、
被計測流体の温度についての複数の閾値を生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成された閾値毎に、前記第1測温手段によって測定された被計測流体の温度が当該閾値を超えてから再度超えるまでの第1時間を計時する第1計時手段と、
前記生成手段によって生成された閾値毎に、前記第2測温手段によって測定された被計測流体の温度が当該閾値を超えてから再度超えるまでの第2時間を計測する第2計時手段と、
前記第1計時手段によって前記第1時間の計時が終了してから、前記第2計時手段によって前記第2時間の計時が終了するまでの第3時間を計時する第3計時手段と、
前記第1~第3計時手段によってそれぞれ計時された前記第1~第3時間に基づいて、被計測流体の流量を算出する算出手段と、
を有することを特徴とする熱線式流量計。 The flow path through which the fluid to be measured flows and
A heating means for heating the fluid to be measured, which is arranged in the flow path, and
In the flow path, a first temperature measuring means for measuring the temperature of the fluid to be measured, which is arranged on the downstream side of the heating means, and
In the flow path, a second temperature measuring means for measuring the temperature of the fluid to be measured, which is arranged on the downstream side of the first temperature measuring means, and
A control means for controlling the heating means so as to generate a heat signal having at least two peaks from the heating means and superimpose the heat signal on the fluid to be measured flowing in the flow path.
A generation means that generates multiple thresholds for the temperature of the fluid under test,
For each threshold value generated by the generation means, a first timekeeping means for measuring the first time from when the temperature of the fluid to be measured measured by the first temperature measuring means exceeds the threshold value to when the temperature exceeds the threshold value again.
For each threshold value generated by the generation means, a second timekeeping means for measuring the second time from when the temperature of the fluid to be measured measured by the second temperature measuring means exceeds the threshold value to when the temperature exceeds the threshold value again, and
A third timekeeping means for measuring the third time from the end of the timekeeping of the first hour by the first timekeeping means to the end of the timekeeping of the second time by the second timekeeping means.
A calculation means for calculating the flow rate of the fluid to be measured based on the first to third hours timed by the first to third timekeeping means, respectively.
A heat ray type flow meter characterized by having.
前記第1及び第2時間の双方が計時されたときには、前記算出手段は、前記経過時間、前記第1時間及び前記第2時間のすべてが等しい場合に、被計測流体の流量の算出を行う一方、前記経過時間と前記第1時間及び前記第2時間うちの少なくとも一方とが異なっている場合には、被計測流体の流量の算出を行わないことを特徴とする請求項1に記載の熱線式流量計。 Among the threshold values generated by the generation means, there is further a hypothetical means for assuming the elapsed time from the first exceeding to the threshold value where the temperature of the fluid to be measured on which the thermal signal is superimposed exceeds twice. ,
When both the first time and the second time are timed, the calculation means calculates the flow rate of the fluid to be measured when the elapsed time, the first time and the second time are all equal. The heat ray type according to claim 1, wherein the flow rate of the fluid to be measured is not calculated when the elapsed time is different from at least one of the first time and the second time. Flowmeter.
The calculation means measures the distance from the position where the first temperature measuring means is arranged in the flow path to the position where the second temperature measuring means is arranged by the third measuring means for the third time. Any one of claims 1 to 5, wherein the flow rate of the fluid to be measured is calculated by dividing by, and the flow rate of the fluid to be measured is calculated by multiplying the flow rate by the cross-sectional area of the flow path. The heat ray type flowmeter described in the section.
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