JPH01227016A

JPH01227016A - 質量流量計

Info

Publication number: JPH01227016A
Application number: JP63053218A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tanaka; 誠田中
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-03-07
Filing date: 1988-03-07
Publication date: 1989-09-11
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPH0668452B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、導管内を流れる流体の質量流量を計測する
ための流量計に間し、特に管径の小さな導管内を流れる
気体の質量流量を計測するための流量計に関するもので
ある。

［従来の技術］上記流量計に関する従来技術としては、特開昭６２−１
３２１２０号公報に開示されたものがあり、これは流体
が流れる導管に温度に応じて電気抵抗が変化する２個の
同一の抵抗体を相接して巻回し、両抵抗体のそれぞれに
ついて設けた定温度制御回路によって両抵抗体を同一か
つ一定温度に保ち、（ＰＡＰａ）　／　（ＰＡ＋　Ｐａ
）　　（ただしＰＡ、ＰＢはそれぞれ第１及び第２の抵
抗体に与えられるエネルギーである）を計数し、この値
に基づいて導管内の流体の質量流量を計測する流量計で
ある。

［発明が解決しようとする課題］上記従来の流量計では、流量が０の状態で両抵抗体の平
均温度Ｔと外気温度Ｔｏとの差ＡＴ＝　Ｔ　−Ｔ。

が増加すると、放熱によって両抵抗体の熱が奪われて温
度が低下するが、画定温度制御回路がこれを補償するた
めに、第１の抵抗体に与えられるエネルギーＰＡと第２
の抵抗体に与えられるエネルギＰＢとはともに増加し、
Ａを比例定数としてＰＡ＝ＰＢ＝Ａ−ＡＴの関係となる
。

しかる後流体を流すと、流体の質量流量Ｑが増加するの
に従って、上流側にある第１の抵抗体の流入端の流体温
度は低下し、流入端の抵抗体温度も低下するが、第１の
定温度制御回路は第１の抵抗体の平均温度Ｔを一定に保
つから、第１の抵抗体に与えられるエネルギーＰＡは増
加して、ａを比例定数としてＰＡ＝　（Ａ　＋　ａＱ）
ＡＴとなると同時に、流出端の抵抗体温度は上昇する。

他方、温度上昇した第１の抵抗体の流出端からの伝熱に
よって、下流側にある第２の抵抗体の流入端の抵抗体温
度は上昇し、第２の定温度制御回路は第２の抵抗体の平
均温度Ｔを一定に保つから、第２の抵抗体に与えられる
エネ・ルギーＰＢは減少して、ｂを比例定数としてｐｍ
＝　（Ａ−ｂＱ）、ｌＩＴとなり１、ＰＡ　　Ｐａ　　
　　（ａ＋ｂ）ＱＰＡ　＋　Ｐａ　　　２Ａ＋　（ａ　　ｂ）Ｑとなる。

ここでＰＡはいくらでも増大し得るのに対して、ＰＲは
０以下にはなり得ないから、流量Ｑが増加するのにつれ
てｐＢ＝　（Ａ−ｂＱ）ｄＴの成立性が崩れ、広範囲の
流量に互ってこの流量計を利用することが困難であった
。またａ＝ｂであればＰＡ＋ＰＢ　　　Ａとなるから、（ＰＡ−ｐａ）　／　（ＰＡ＋　ＰＲ）は
流量Ｑに比例するが、流量の増加に伴う第１の抵抗体に
与えられるエネルギーＰＡの増加量と、第２の抵抗体に
与えられるエネルギーＰＲの減少量とは同一ではなく、
ａ＝ｂは成立しないがら、上記比例関係は成立しないと
いう問題点があった。

［課題を解決するための手段］本発明は上記課題を解決するために、第２の抵抗体をレ
ファレンス側として、導管に巻回することなく第１の抵
抗体とは別個に配置し、これを利用して第１の抵抗体に
与えられるエネルギーのうち放熱による分を除外しかつ
外気温度の変動によるエネルギーの増減を補正する回路
を設けて、広範囲の流量に互って線形に流量を測定でき
るようにしたものである。

すなわち本発明は、流体が流れる導管に温度に応じて電
気抵抗が変化する第１の抵抗体を巻回し、該第１の抵抗
体とは独立にかつ近傍に温度に応じて電気抵抗が変化す
るコイル状の第２の抵抗体を設け、前記両抵抗体のそれ
ぞれについて設けた定温度制御回路によって両抵抗体を
同一かつ一定温度ニ保チ、（ＶＡ　　ｋＶＢ）／　ｋＶ
Ｂ　　（タだしＶＡ、ＶＢはそれぞれ第１及び第２の抵
抗体に印加される電圧、ｋは定数であって流量が零のと
きのＶＡ／ＶＢである）を計数し、この値に基づいて前
記導管内の流体の質量流量を計測する流量計である。

［作用］第２の抵抗体に与えられるエネルギーｐａは放熱による
分だけであるから、Ｂを比例定数としてＰ。

＝Ｂ・−Ｔであるが、第１の抵抗体に与えられるエネル
ギーＰＡは流体を加熱する分が加わるから、ＰＡ＝（Ａ
＋　ａＱ）ＡＴとなる。ただし流体の温度は外気温度Ｔ
ｏに等しいと仮定して、ａは流体の比熱である。

また第１の抵抗体と第２の抵抗体とが同一のときには、
Ｂ＝Ａである。

次に第１及び第２の抵抗体の電気抵抗をそれぞれＲＡ、
ＲＢとすれば、ＶＡ＝　（ＲＡＰＡ）”２＝　（ＲＡＩＩＩＴｉＡ　＋　ａＱ））”２ＶＢ＝　（
ＲＢＰＢ）”２＝（ＲＢΔＴ、Ｂ）１／２である。またｋはＱ＝ＯのときのＶＡ／ＶＢであるから
、ｋ　＝　（ＲＡＡ／ＲＢＢ）１／２であり、かつ両抵
抗体は定温度制御しているから、ＲＡとＲＢとは一定で
ある。

ここでＰＡのうち放熱による分は、流体を昇温させる分
よりも格段に大きいからＡ＞ａＱ、すなわちａＱ／Ａ（
１であり、ＶＡ”（ＲＡΔＴ−Ａ）”２・（１±ａＱ／Ａ）ｌ／２
２Ａ　　　８Ａの第３項以下を省略して、ａＱＶＡ＝　＜　ＲＡＩ！ｌＴ・Ａ）１’２　（１＋　−）
ｖＡとなるから、ｖＢ２Ａとなって、（ＶＡ　　ｋＶＢ）／　ｋＶｅは流量Ｑに比
例し、かつ流量が大きいときにこの関係を阻害する要因
はない。すなわち広範囲の流量に互ってこの流量計を利
用することができる。

［実施例］本発明による流量計の一実施例を添付の図面によって説
明する。図は同実施例を示す回路図である。図において
３は導管であって、該導管３内には流体Ｆが矢印方向に
流れる。１は導管３の外周に巻回した第１の抵抗体であ
って、該第１の抵抗体１は、鉄ニッゲル合金などの温度
係数の大きな材質よりなる。

２は、上記第１の抵抗体１とは独立に設けた温度係数の
大きなコイル状の第２の抵抗体であり、該第２の抵抗体
２は、外気温度や外気の風速などの雰囲気の条件がほぼ
第１の抵抗体１と同じになるように、第１の抵抗体１の
近傍に配置されている。第２の抵抗体２は、巻線数や線
の太さや材質までも第１の抵抗体１と同一にする必要は
なく、また導管３と同−又は異なる材質の管又は丸棒に
巻回してもよいし、コイルのみとして用いてもよいが、
雰囲気条件をなるべく第１の抵抗体１と同じにするため
に、第１の抵抗体１と同一のものを使用して、導管３と
同一の管４に巻回するのが望ましい。ただしこのときで
も管４に流体Ｆを流すわけではない。

１０及び２０は、それぞれ上記第１及び第２の抵抗体１
．２のための定温度制御回路であり、両者は同様に構成
されているから、第１の抵抗体１のための定温度制御回
路１０についてだけ説明する。すなわち第１の抵抗体１
の一端は接地されており、他端は可変抵抗Ｒ１を含む抵
抗回路１１に接続されており、該抵抗回路１１の他端は
抵抗１２に接続されており、該抵抗１２の他端は抵抗１
３に接続されており、該抵抗１３の他端は接地されてい
る。第１の抵抗体１と抵抗回路１１との接続点と、抵抗
１２と抵抗１３との接続点とは、差動増幅器１４に入力
されて、該差動増幅器１４の出力は抵抗回路１１と抵抗
１２との接続点に接続されている。

定温度制御回路１０は以上のように構成されており、外
気温度Ｔ。が低下するか、または導管３内に流体Ｆが流
れると、第１の抵抗体１の温度が低下してその電気抵抗
も減少するが、差動増幅器１４への入力バランスが崩れ
て抵抗回路１１と抵抗１２との接続点の電位が上昇し、
第１の抵抗体１と抵抗回路１１との接続点の電位ｖＡも
上昇して該抵抗体の発熱量が増加し、該抵抗体の温度は
上昇してその電気抵抗も増加し、こうして第１の抵抗体
１の流入端から流出端に亙る平均の温度Ｔは一定に保た
れ、したがって第１の抵抗体１の全体の電気抵抗ＲＡも
一定に保たれる。

第２の抵抗体２のための定温度制御回路２０の構成と作
用も上記と同様であり、画定温度制御回路１０．２０に
よって両抵抗体１．２の平均温度が同一の温度Ｔ、例え
ば１１０℃になるように予め抵抗回路１１．１２の可変
抵抗Ｒ，，Ｒ２を定めておくことにより、両抵抗体１．
２は同一かつ一定温度Ｔに保たれる。

次に３０は定倍回路であって、第２の抵抗体２と抵抗回
路２１との接続点の電位ＶＢか該定倍回路３０に入力さ
れ、可変抵抗Ｒｋを調節することによってに倍された電
位ｋＶＢが出力される。４０は減算回路であって、第１
の抵抗体１と抵抗回路１１との接続点の電位ｖＡと、上
記定倍回路の出力ｋｖＢとの差■、−ｋＶＢが出力され
る。５０は除算回路であって、上記減算回路の出力ｖＡ
−ｋｖＢを前記定倍回路の出力ｋｖＢで除した値（ＶＡ
　　ｋＶＢ）／　ｋＶＢが出力される。前記定倍回路３
０の可変抵抗Ｒｋは、流体Ｆの流量Ｑが０のときに、除
算回路５０の出力がＯとなるように調整される。なお両
抵抗体１．２が全く同一であればに＝１であるから、定
倍回路３０を削除した構成とすることも可能ではあるが
、両抵抗体を同一のものとすることは困難であるから、
図のように定倍回路３０を設けることが好ましい。

本実施例は以上の構成と作用とを有し、除算回路５０ノ
出力（ＶＡ　　ｋＶＢ）／　ｋＶＢ　Ｃｈｉ広Ｋ　Ｗｉ
　ｆ）　ａ　ｉ　Ｑ　ニ亙ってＱに比例するものである
から、該出力（ＶＡｋＶＢ）／ｋＶＢを予め流量Ｑに対
して較正しておくことにより、導管３内を流れる流体Ｆ
の流量計として使用することができる。

なおりＡ−ｋｖＢをＶＢテ除した（　ＶＡ　　ｋＶＢ）
／　Ｖａも当然に流量Ｑに比例するものであるから、減
算回路の出力ｖＡ−ｋｖＢと定倍回路３０の入力■８と
を、除算回路５０への入力とすることもできる。

またに゛をＱ＝０のときのＰＡ／ＰＲ５すなわちに’＝
Ａ／Ｂとすれば、ｋ’　Ｐａ　　　　Ａとなる。すなわち（ＰＡ　　ｋ’　Ｐａ）　／　ｋ’　
Ｐａ、ないしは（ＰＡ　　ｋ’Ｐａ）　／　ＰＢは流量
Ｑに比例するから、第１及び第２の抵抗体に与えられる
エネルギーＰＡ、Ｐａを計測する回路を設けた後に、上
記と同様に定倍回路と減算回路と除算回路とを設けるこ
とにより、流量計として使用することもできる。

更に本実施例は両抵抗体１．２を自己発熱型のものと使
用しているが、温度を検出する抵抗体とは別にヒーター
を設けた傍熱型のものとすることもできる。

［発明の効果］本発明にかかる質量流量計によって、第１の抵抗体と第
２の抵抗体との間に巻線の長さや太さや図材質などの相違があっても、また流体を流す導管と第２
の抵抗体を巻回した管との間に太さや厚みなどのバラツ
キがあっても、導管内を流れる流体の質量流量は、広範
囲の流量に互って線形に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明にかかる質量流量計の一実施例を示す回路図
である。１・・第１の抵抗体　　　　２・・・第２の抵抗体３・
・・導管　　　　　　　　Ｆ・・−流体１０．２０・・
・定温度制御回路　３０・・・定倍回路４０・・・減算
回路　　　　　　５０・・・除算回路代理人　弁理士　
猪　熊　克　彦面

Claims

【特許請求の範囲】

流体が流れる導管に温度に応じて電気抵抗が変化する第
１の抵抗体を巻回し、該第１の抵抗体とは独立にかつ近
傍に温度に応じて電気抵抗が変化するコイル状の第２の
抵抗体を設け、前記両抵抗体のそれぞれについて設けた
定温度制御回路によって両抵抗体を同一かつ一定温度に
保ち、（Ｖ＿Ａ−ｋＶ＿Ｂ）／ｋＶ＿Ｂ（ただしＶ＿Ａ
、Ｖ＿Ｂはそれぞれ第１及び第２の抵抗体に印加される
電圧、ｋは定数であって流量が零のときのＶ＿Ａ／Ｖ＿
Ｂである）を計数し、この値に基づいて前記導管内の流
体の質量流量を計測する流量計。