JPH04178527A - 熱式質量流量計 - Google Patents

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】 社ＪづＬ訪 本発明は熱式質量流量計に関し、より詳細には質量流量
信号が流速に対し比例出力するセンサ回路制御電源を有
する熱式質量流量計に関する。

史米肢東 被測定流体が流管を流れる場合、層流または乱流の流れ
状態で流通して、この流管の管壁近傍に境界層が形成さ
れている。流管に感熱抵抗線を巻回して加熱する場合、
熱量は、流管壁からの熱伝導と、被測定流体の境界層内
での熱伝導のみにより流体中に運び去られる。流管の熱
伝達率は、流管材質と流管の熱伝導面積を変数として定
められ、境界層内の熱伝達率は被測定流体の比熱に関連
した値となる。以上において流管の熱伝達率は、材質、
口径等寸法諸元により算出され、流体の熱伝達率は流体
の密度、流速の関数として与えられるもので、流体の種
類により決まる。これらのことから熱式流量計は、流管
、被測流体が決められれば質量流量が求められ、しかも
流れを遮ることはないので簡易な質量流量計として使用
されている。

第３図は、従来の熱式質量流量計の構造を説明するため
の図で、図中、１１は流管、１２は上流側感温素子、１
３は下流側感温素子である。

図示において流管１１は熱伝導性の材料、例えば、ステ
ンレスの円管からなり液体は矢印の方向に流れているも
のとする。上流側感温素子１２および下流側感温素子１
３は、共にニッケル合金とか白金等の感熱抵抗線を流管
１１に巻回したもので、所定電流で通電加熱した隣相瓦
間の熱的干渉が起らない程度の間隔を隔てて配設される
。なお、上流側感温素子１２と下流側感温素子１３とは
同じ感熱抵抗線を同一数巻回するのではなく上流側感温
素子１２の方に多く巻回していて抵抗値が一桁程大きく
している。

第４図は、従来の熱式質量流量計の基本的な回路図で、
図中、Ｓ３は上流側感温素子１２のセンサ抵抗、Ｓ４は
下流側感温素子１３のセンサ抵抗、Ｒ４，Ｒ，、Ｒ，は
抵抗、１４はブリッジ回路、１５は比較増幅器、１６は
トランジスタ、１７は電源端子、１８は出力端子である
。センサ抵抗Ｓ　３　＋Ｓ４の一端はアース１４ｄに接
続してあり、センサ抵抗Ｓ３の他端は、抵抗Ｒ６とブリ
ッジ抵抗Ｒ４（接続点１４ｃ）と接続し、センサ抵抗Ｓ
４の他端はブリッジ抵抗Ｒ５（接続点１４ｂ）と各々接
続してブリッジ回路１４を形成する。該ブリッジ回路１
４の電源はブリッジ抵抗Ｒ４，Ｒ５の接続点１４ａをエ
ミッタとし、コレクタを電源端子１７としたトランジス
タ１６を介して接続されている。

該トランジスタ１６のベースは、前記ブリッジ回路の接
線点１４ｂ、１４ｃを入力とした比較増幅器１５の出力
側と接続されて閉回路を形成している。

叙上の回路において、ブリッジ抵抗Ｒ４とセンサ抵抗Ｓ
３およびブリッジ抵抗Ｒ５とセンサ抵抗Ｒ４とは各々等
しい抵抗値で前者は後者より約−桁大きい抵抗値をもっ
ており、抵抗Ｒ５かない場合は平衡ブリッジを形成して
いる。流体が流れていない状態で抵抗Ｒ１を付加するこ
とによりブリッジを不平衡としているため接続点１４ｂ
、１００間を等電位とする負帰還作用によりセンサ抵抗
Ｓ、に多く電流を流し、センサ抵抗Ｓ４の温度を流体温
度より数℃（例えば５℃）高く設定している。

流体が矢印方向に流れるとセンサ抵抗Ｓ４側の放熱量が
増し抵抗値が小さくなるのでブリッジは不平衡となる。

下流側センサ抵抗の接続点１４ｂは比較増幅器１５の反
転入力に接続されており負帰還ループが形成され温度差
一定に制御される。

質量流量は反転入力信号の関数として出力端子１８より
出力される。

第５図は、従来の熱式質量流量計の流量とセンサ出力と
の関係を示す図で、センサ出力は流量のｎ（ｎ＜１）乗
特性をもち流量が増大すると出方変化が小さくなる。

従迷１Ｊ影は引ｌ處 従来の温度差一定に制御する熱式質量流量計のセンサ出
力は上記の如く、流量の小流域では流量感度は高いが、
流量の高域では流量感度は低くなり流量が変化してもセ
ンサ出力の変化は小さくなり、その分高精度な流量計測
ができないという問題点があった６ 且−一五 本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、被測
定流体の流通する熱伝導性流管の上流側および下流側に
各々熱干渉しない距離を隔てて感熱抵抗線等の上流側お
よび下流側感温素子を巻回し、該上流側および下流側感
温素子の一端を接地して接続点としたブリッジ回路と該
ブリッド回路の上流側および下流側の感温素子間におけ
る温度差を一定とするように前記電源電圧を制御する制
御手段とからなり、前記接続点間の電圧の読みから被測
定流体の質量流量を検知する熱式流量計において、前記
制御手段を、ブリッジ回路と、流体流速の関数で与えら
れる前記接続点における電圧の関数を補正演算する多機
能演算回路と、該多機能演算回路の出力に比例した電圧
を出力する変換回路とからなる負帰還ループで構成した
ことを提供することを目的としてなされたものである。

失−凰一叢 本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、
以下実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明の熱式質量流量計の回路を説明するた
めの図で、図中、１は比較増幅器、２は多機能演算回路
、３は変換回路、４は電源端子、５は流体流、６はバッ
ファ回路、７は温度補正回路、８は測温抵抗体、９は出
力端子、１０はブリッジ回路、Ｓ□は上端側センサ抵抗
、Ｓ２は下流側センサ抵抗である。上流側センサ抵抗Ｓ
工および下流側センサＳ２は、ステンレス等の熱伝導性
流管（図示せず）に、ニッケル合金、白金等の感熱抵抗
線を各々上流側、下流側に離間して巻回された上流側感
温素子および下流側感温素子（図示せず）の抵抗値で、
所定電流を通電加熱したとき相互間に熱的干渉が起らな
い程度に離間して巻回される。上記構成において、ブリ
ッジ回路１０は、抵抗Ｒ工、Ｒ２，抵抗Ｒ３と直列接続
された上流側センサ抵抗Ｓ工および下流側センサ抵抗Ｓ
２を各々の辺としており接続点１０ａを電源側、１０ｄ
をアース側としている。ブリッジ回路１０の出力は上流
側のセンサ抵抗Ｓ１側の接続点１０ｂと下流側センサＳ
２の接続点１０ｃとの間で得られ、各々比例増幅特性を
有する比較増幅器１に、下流側接続点１０ｃは反転入力
側、上流側接続点１０ｂは非反転入力側となるよう接続
される。

比較増幅器１の出力は、多機能演算回路２に入力される
。多機能演算回路２は熱式流量計の出力電圧と流量又は
流速との関係式に基づき入力電圧を演算し出力する機能
を有するもので、例えば、従来の熱式流量計の出力電圧
Ｅと流速Ｖとの関係が Ｅ＝ＲＶ’　　　　　　　　　　　　　（１）（但し、
Ｒ：定数、ｎく１） とすると、多機能演算回路２の入力Ｅｌ（比較増幅器１
の出力）と出力Ｅ０との関係 Ｅ、）＝ａＥ１″′　　　　　　（２）（但し、ａ：定
数、ｍ　＜　１　、　ｍ　＃　ｎ　）を出力する。多機
能演算回路２の出力Ｅ。は変換回路３に入力されて電源
端子４に接続されるブリッジ回路１０の電圧を制御する
。変換回路３は入出力関係が比例関係にあり、多機能演
算回路２の出力電圧Ｅ０に比例した負帰還電圧が得られ
る。

この結果、比較増幅器１の出力は流体の質量流量に比例
した電圧となる。

比較増幅回路１の出力はバッファ回路６によりインピー
ダンス変換され温度補正回路７により被測定流体の温度
による無次元化された放熱量の補正を行ない出力端子９
より質量流量信号を出力する。前記温度補正回路７に接
続される温度抵抗８は流体流れ影響を受けないように流
路内に挿入される。

第２図は、本発明の熱式質量流量計の流量とセンサ出力
との関係を示す図で、図から明らかなようにセンサ出力
と流量とは比例関係になる。

夏−一米 叙上の説明から明らかなように、本発明の熱式質量流量
計によれば、質量流量信号は流速に比例して出力される
ので、従来の熱式質量流量計での流量が増大するに従っ
て質量流量信号が飽和するような分解能の低下がなくな
り、高精度でしかも多機能演算回路を接続するだけであ
り安価な熱式質量流量計を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の熱式質量流量計の回路を説明するた
めの図、第２図は、本発明の熱式質量流量計の流量とセ
ンサ出力との関係を示す図、第３図は、従来の熱式質量
流量計の構造を説明するための図、第４図は、従来の熱
式質量流量計の基本的な回路図、第５図は、従来の熱式
質量流量計の流量とセンサ出力との関係を示す図である
。 １・・・比較増幅器、２・・・多機能演算回路、３・・
・変換回路、４・・・電源端子、５・・・流体流、６・
・・バッファ回路、７・・・温度補正回路、８・・・測
温抵抗、９・・・出力端子、Ｓ□ｌｓ２・・・センサ抵
抗。 第１図 漂ｌ 第６図 第４図 第５図 流量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被測定流体の流通する熱伝導性流管の上流側および
   下流側に各々熱干渉しない距離を隔てて感熱抵抗線等の
   上流側および下流側感温素子を巻回し、該上流側および
   下流側感温素子の一端を接地して接続点としたブリッジ
   回路と該ブリッド回路の上流側および下流側の感温素子
   間における温度差を一定とするように前記電源電圧を制
   御する制御手段とからなり、前記接続点間の電圧の読み
   から被測液体の質量流量を検知する熱式質量流量計にお
   いて、前記制御手段を、ブリッジ回路と、液体流速の関
   数で与えられる前記接続点における電圧の関数を補正演
   算する多機能演算回路と、該多機能演算回路の出力に比
   例した電圧を出力する変換回路とからなる負帰還ループ
   で構成したことを特徴とする熱式質量流量計。