JPH0350425Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案が、熱式質量流量計に関し、さらに詳
しくは、熱式質量流量計の流量と出力関係の直線
性の改善に関するものである。

従来の技術 従来の熱式質量流量計で、メイン流路の全体積
流量Q_Tをセンサ流路の流量Q_Sとバイパス流路の
流量Q_Bとに分流し、センサ流路内に感温素子を
挿入してセンサ流量Q_Sを求め、分流比一定とし
て全流量Q_Tを求める熱式質量流量計は公知であ
つた。

本考案者等は熱式質量流量計について鋭意研究
を積み重ね、これまでに種々の発明、考案をなし
てきたが、この度極めて製造コストが低く、しか
も信頼性の高い感温素子を備えた熱式質量流量計
を開発した。この新規な感温素子を有する流量計
については、本出願と同一出願人による先願の実
開昭60−110313号明細書及び図面に詳細に記載さ
れている。即ち、感温素子として、IC製造技法
を応用してアルミナ薄板上に白金を特定のパター
ンで蒸着して感温抵抗体R₁，R₂を形成し、この
上にさらにガラスの保護膜を形成する。感温抵抗
体R₁，R₂はセンサ流路内に挿入されて定電流が
流され、100℃程度温度が上昇している。センサ
流路内にセンサ流量Q_Sが流れると、上流側の抵
抗体R₁が冷却されてわずか温度が下り、下流側
の抵抗体R₂との間に温度差△ｔが発生する。感
温抵抗体R₁，R₂は定電流ブリツジに組込まれて
いて、温度差△ｔを出力電圧に変換する。温度差
△ｔはセンサ流量Q_Sの質量流量G_Sに比例してお
り、分流比を一定とすれば、全流量Q_Tの質量流
量G_Tが求められる。

考案が解決しようとする問題点 しかしながら、実際問題としては、温度差△ｔ
がセンサ流路の質量流量G_Sには正比例しない。
センサ流路とバイパス流路の分流比が流量で変
り、全質量流量G_Tと出力の関係の比例性が更に
悪化する。そのために、高級なリニヤライザ回路
を入れて電気的にリニヤライズしている。

本考案は従来の技術に内在する上記問題点を解
消する為になされたものもであり、従つて本考案
の目的は、リニヤライザ回路を使用しなくても十
分な比例出力が得られるようにした新規な熱式質
量流量計を提供することにある。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成する為に、本考案に係る熱式質
量流量計は、メイン流路から分岐するセンサ流路
の流路幅の一部をセンサ挿入部よりもせばめて構
成され、しかして、センサ流路内の流量と差圧と
の関係が正比例するように保持することにより、
上記問題を解決している。

実施例 次に本考案をその好ましい一実施例について図
面を参照しながら具体的に説明する。第１図ａ，
ｂは本考案を適用した熱式質量流量計の一実施例
の断面図、左側面図である。

第１図に於いて、参照番号１はベースを示し、
該ベース１の中央に内径Ｄの孔があけられ、両端
に接続用のねじ２，３が切設されている。上記孔
には外径ｄのプラグ４が偏心して取付けられ、三
日月形のバイパス流路５とセンサ流路６を構成し
ている。偏心プラグ４の具体的取付法は省略され
ている。メイン流路を流れる全流量Q_Tはセンサ
流量Q_Sとバイパス流量Q_Bとに分流される。

センサユニツト２０がＯリング２１を介してベ
ース１に取付けられると、薄板状のセンサ２２
が、センサ流路６に挿入される。センサ２２には
白金の蒸着により、感温抵抗体R₁，R₂を形成さ
れ、その上はガラスの保護膜でカバーされてい
る。センサ２２の仕上り板厚ｔは0.5mm程度であ
る。バイパス流路５は全流量Q_Tから単に流量Q_B
を分流するだけである。

第２図は第１図のプラグ４だけを抜き出した場
合の斜視図である。プラグ４には高さｈ、幅ａの
センサ流路６が長手方向に通つている。センサ流
路６にはセンサ挿入部を除き、絞り板７，７′お
よび８，８′が固着され、センサ流路を幅ａから
幅ｂに絞つている。

本考案による測定結果を第３図に示す。絞りつ
きは絞り板を当てた場合、絞りなしは絞り板を当
てずに、センサ流路は幅ａの一定の場合を示して
いる。

この実験に使用した諸定数は次の通りである。

センサ抵抗R₁，R₂＝1KΩat0℃ ブリツジ駆動電流＝14.5mA一定 センサ流路の高さｈ＝2.5mm センサ流路の幅ａ＝１mm センサ厚さｔ＝0.5mm センサの突出し高さ＝２mm 絞り後のセンサ流路幅ｂ＝0.5mm プラグ外径ｄ＝8.8mm ベース内径Ｄ＝10mm プラグ４の長さ＝25mm センサ流量Q_S＝０の状態で感温抵抗体R₁，R₂
の温度上昇が100℃になるような定電流が感温抵
抗体R₁，R₂に流れるようにブリツジを組み、そ
の不平衡電圧と全流量Q_Tの関係を示している。
全流量Q_Rは標準状態換算のSLM（Standard Liter
perMinute）で示している。この流量計はスパン
流量1.6SLM（N₂ガス）用に開発したものである。

第３図から明らかなように、従来のような絞り
なしの場合の方が1.6SLM時の出力電圧はわずか
大きいが直線性が悪い。

第４図は非直線誤差を示している。絞りをつけ
たことにより直線性が大きく改善されている。第
４図はスパン1.6SLMの場合の非直線誤差を示し
ている。絞りの有無の差がよりはつきりしてい
る。

このように絞りをつけることにより、直線性が
良くなる理由は複雑であるが、次の点はほぼ確か
である。絞りなしの場合のセンサ流路６の流量
Q_Sと圧力損は比例関係にない。この圧力損はセ
ンサ流路の圧力損と挿入されたセンサ２２に起因
する圧力損との和になる。非常に複雑ではある
が、後者の圧力損は流量Q_Sに対してリニヤでな
いのは確かである。特にセンサ厚さｔと流路幅ａ
が近い場合はそうである。

一方でバイパス流量Q_Bとバイパス部圧力損と
は、層流である限り正比例する。結果的に、セン
サ流量Q_Sとバイパス流量Q_Bとの分流比が変るの
が第４図のように大きな誤差の出る有力な原因で
ある。

これに反して、センサ流路６に絞りを入れた場
合には、センサ流量Q_Sの圧力損が絞り部の圧力
損とセンサ部の圧力損との和になる点は変りはな
いが、後者に比べて前者の方が圧倒的に大きくな
り結果としてセンサ流量Q_Sとその圧力損がほぼ
比例するようになり、分流比がほぼ一定に保たれ
る。そのために、直線性が改善される。

バイパスなしの場合のセンサ流量Q_Sと出力電
圧を測定すると、絞りの有無による性能の差はほ
とんどない。この場合には分流比の問題が入らな
いので、このようになるものと推定される。この
実験的事実は分流比の変化が有力な原因であると
いう推定を強く支持するものである。

上記実施例において、説明の都合上、第１図、
第２図に示すように、絞り板を当ててセンサ流路
幅をａからｂに絞つたが、別法としてセンサ流路
幅を最初から幅ｂで作つておき、センサ２２の近
傍だけ幅ａに広げる方法もある。むしろこちらの
方が生産性がよい場合が多い。このような可変幅
を持つたセンサ流路の製法としては、プラグ４を
流路幅ｂで押出し、センサ２２挿入部だけ機械加
工で広げる押出法や、ロストワツクス法、ダイカ
スト法、モールド法等色々な加工法がある。

感温素子は蒸着抵抗である必要はない。熱電対
やサーミスタ等であつてもかまわない。

バイパス流路の断面形状を三日月形としたが、
これが最も簡単だからであつて、これに限定され
るものではない。バイパス流路は複数であつても
かまわない。

また、第１図では感温抵抗体R₁，R₂が水平に
配置されているが、ベース１を垂直にすると感温
抵抗体R₁，R₂が上下位置になる。感温抵抗体R₁，
R₂は100℃程度温度が上昇しているので、センサ
流量Q_S＝０であつても感温抵抗体R₁，R₂の近く
で対流が起り、ゼロドリフトが出る。これは取付
姿勢誤差と呼ばれる。センサ２２とセンサ流路間
の距離が短いので対流はほとんど起きない。した
がつて、姿勢誤差は無視できる。

考案の効果 以上説明したように、本考案によれば、非直線
誤差が小さく、通常の用途ではリニヤライザを必
要としない出力が得られる。また、再現性がよ
く、取付姿勢誤差が無視できる効果を有する。さ
らに、感温センサはIC製造技法を使つて製造さ
れるので、廉価であると同時に信頼性が高く、実
用上の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本考案を用いた熱式質量流量計
の一実施例を示す断面図、側面図、第２図はプラ
グ４を抜き出した場合のプラグ４の斜視図、第３
図は本考案による熱式質量流量計の流量対出力電
圧の特性図、第４図はその非直線誤差を示す図で
ある。 １……ベース、２，３……ねじ、４……プラ
グ、５……バイパス流路、６……センサ流路、
７，７′，８，８′……絞り板、２０……センサユ
ニツト、２１……Ｏリング、２２……センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. メイン流路から分岐するセンサ流路とバイパス
   流路を持ち、前記センサ流路内に感温素子を挿入
   して質量流量を求める熱式質量流量計に於いて、
   前記センサ流路の一部をセンサ挿入部よりもせば
   めたことを特徴とする熱式質量流量計。