JPH04320926A - 熱式流量計 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱式流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気体や液体など一般の流体の流量
を計測するには、流体の体積による体積流量計が発達し
ている。しかし、実際上の要求からいえば、例えば化学
反応のプロセスコントロールなどでは、流体が何ｍ３あ
るかよりも、何ｋｇあるかがより直接的に必要な場合が
多い。この質量流量は体積流量でも代用できるが、流量
計の測定精度が１％以下まで向上している現在では、流
体の温度や圧力による影響が問題となり、そこで質量流
量計の必要性が生じてくる。この質量流量計の一例とし
て従来、流路内の被測定流体を加熱し、この加熱前後の
温度を計測し、前記加熱量が流体の質量及び流量に比例
することに基づき、その温度差と加熱量から、被測定流
体の質量流量を求める熱式流量計が知られている。この
熱式流量計においては、下記（１），（２）の計測方法
を採用している。 （１）加熱量を一定とし、前記温度差から、質量流量を
求める。 （２）前記温度差が一定となるように加熱量をコントロ
ールし、その加熱量から質量流量を求める。

【０００３】前記熱式流量計は、図４に示すように、管
２の外周に加熱部（ヒータ）３を密着状態に設け、管２
の外周に、管２内を流通する流体の上流側に位置して温
度センサ（温度検出素子）４ａを取り付け、管２内を流
通する流体の下流側に位置して温度センサ（温度検出素
子）４ｂを取り付け、さらに管２内の流体及び温度検出
素子４ａ，４ｂが外部温度に影響されずにヒータ３の熱
量を確実に管２内の流体に伝達するように、管２の一部
、ヒータ３及び温度検出素子４ａ，４ｂを覆うように断
熱材７を設け、ヒータ３に定電圧回路５を接続し、温度
検出素子４ａ，４ｂに演算回路６を接続した概略構成と
なっている。この熱式流量計においては、管２内を流通
する流体の下流側に位置する温度検出素子４ｂにより検
出された検出温度Ｔｂと、管２内を流通する流体の上流
側に位置する温度検出素子４ａにより検出された検出温
度Ｔａとの温度差△Ｔ（Ｔｂ−Ｔａ）と、管２内を流通
する流体の流量Ｑとの間に次のような関係がある。 △Ｔ＝ｋ（Ｐ／ρ・Ｑ）　　ただしρ：密度、Ｐ：熱量
、ｋ：係数 従って、△Ｔを得ることにより、前記ρ・Ｑ即ち質量流
量を求めることができる。そこで、前記熱式流量計を用
い、温度検出素子４ａ，４ｂから得られた出力信号を基
に演算回路６により演算を行い質量流量を算出している
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
熱式流量計においては、前記（１）の加熱量を一定とし
た場合、流量が変化したときの温度センサによる温度検
出号の応答は、加熱される流体の熱容量によって決り、
熱容量の大きな流体においては、応答性が悪くなるとい
う問題があった。また前記熱式流量計を使用した場合、
前記△ＴとＱとは反比例する関係にあり、従って、この
加熱量を一定とした場合において、流量が０に近いとき
、流体の温度上昇が大きくなり、特に流体が液体の場合
には流体中に気泡が発生したり、流体が沸騰状態となる
おそれがあった。また、前記（２）の温度差を一定とし
た場合には、複雑な流体流通回路が必要となるという問
題があった。

【０００５】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、簡単な構造でありながら温度センサによる温度検出
信号の応答性を向上させることができ、かつ過度の温度
上昇を防止して安全性を向上させることができる熱式流
量計を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成させるために次のような構成としている。即ち、管内
を流通する流体を加熱し、互いに所定間隔離間して管の
近傍に設けられた温度センサにより前記加熱された流体
の温度差を検出し、該温度センサの検出信号に基づき前
記流体の流量を計測する熱式流量計において、前記管の
外周に断熱材を設け、該断熱材近傍で、かつ、温度セン
サの上流側及び下流側に位置させて強制放熱部を設けて
いる。

【０００７】

【作用】前記構成によれば、温度センサの上流側及び下
流側に位置する強制放熱部が管を冷却し、管及び管内流
体の過度の温度上昇を防止し、これにより安全性を向上
する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に基づいて説
明する。図１は熱式流量計の概略構成を示した図であり
、図１中、１２は肉厚の薄いステンレス等の金属または
フッ素樹脂等の樹脂からなる管である。管１２の外周に
は加熱部（ヒータ）１３が密着状態に設けられており、
このヒータ１３に通電することにより管１２内の流体を
効率良く加熱することができるようになされている。管
１２の外周には、管１２内を流通する流体の上流側に位
置して温度センサ（温度検出素子）１４ａが取り付けら
れ、管１２内を流通する流体の下流側に位置して温度セ
ンサ（温度検出素子）１４ｂが取り付けられている。温
度検出素子１４ａはヒータ１３により熱影響を受けない
距離ヒータ１３から離間した位置に取付けられており、
この温度検出素子１４ａ部の管内流体温度を検出しこれ
を基準温度とするようになされている。また前記下流側
の温度検出素子１４ｂは、この部のヒータ１３によって
加熱された管内流体温度を検出するようになされている
。これら温度検出素子１４ａ，１４ｂには、温度検出素
子自体の応答性が高いものが好ましいため、小型のサー
ミスタ、薄膜の白金測温抵抗体または温度係数の大きい
金属細線（白金など）等が用いられている。ヒータ１３
には定電圧回路１５が接続され、温度検出素子１４ａ，
１４ｂには演算回路１６が接続されている。

【０００９】管１２の外周には、管１２内の流体及び温
度検出素子１４ａ，１４ｂが外部温度に影響されずにヒ
ータ１３の熱量を確実に管１２内の流体に伝達するよう
に、管１２の一部、ヒータ１３及び温度検出素子１４ａ
，１４ｂを覆うように断熱材１７が設けられている。 また管１２の外側には、管１２内を流通する流体の上流
側の温度検出素子１４ａのさらに上流側に位置させられ
て強制放熱部（放熱フィンを有する放熱部材）１８ａが
設けられると共に、管１２内を流通する流体の下流側の
温度検出素子１４ｂのさらに下流側に位置させられて強
制放熱部（放熱フィンを有する放熱部材）１８ｂが設け
られている。これら強制放熱部１８ａ，１８ｂは前記断
熱材１７の長さ方向の両端面にそれぞれ密接して設けら
れている。また前記管１２，断熱材１７，強制放熱部１
８ａ，１８ｂの外側には、放熱のためのフアン１９が設
けられている。

【００１０】そして、前記のように構成された熱式流量
計を使用する場合、定電圧回路１５によりヒータ１３に
一定の電力を供給すると、前記のように管１２の一部及
びヒータ１３が断熱材１７により覆われているので、ヒ
ータ１３は一定の熱量を管１２内の流体に確実に伝達し
てこの流体を加熱することとなる。ここで流体に流れが
生じていれば、この流体の流量に応じてヒータ１３から
流体に奪われる熱量の割合が変化し、これに伴い温度検
出素子１４ａ，１４ｂより出力される温度検出信号も変
化する。ここで、管１２内を流通する流体の下流側に位
置する温度検出素子１４ｂにより検出された検出温度Ｔ
ｂと、管１２内を流通する流体の上流側に位置する温度
検出素子１４ａにより検出された検出温度Ｔａとの温度
差△Ｔ（Ｔｂ−Ｔａ）と、管１２内を流通する流体の流
量Ｑとの間には次のような関係がある。 △Ｔ＝ｋ（Ｐ／ρ・Ｑ）　　ただしρ：密度、Ｐ：熱量
、ｋ：係数 従って、△Ｔを得ることにより、前記ρ・Ｑ即ち質量流
量を求めることができる。そこで、本実施例においては
、温度検出素子１４ａ，１４ｂから得られた出力信号を
基に演算回路１６により演算を行い質量流量を算出する
。

【００１１】ところで、本実施例においては、前述のよ
うに管１２内の流体及び温度検出素子１４ａ，１４ｂが
外部温度に影響されずヒータ１３の熱量が確実に管１２
内の流体に伝達するように、管１２の一部、ヒータ１３
及び温度検出素子１４ａ，１４ｂを覆うように断熱材１
７を設けているので、この断熱材１７の機能により、管
１２内の流体にヒータ１３の熱量を確実に伝達する反面
、ヒータ１３の熱量が管１２内にしか伝わらないおそれ
があり、このため断熱材１７の領域が大きいと、前記温
度検出素子１４ａ，１４ｂによる温度検出の応答性が低
下するおそれがあり、さらに管１２内に流体が流れてい
なかった場合や、管１２内の流体の流量が少ない場合に
は、流量計の温度上昇が過度になってしまうおそれがあ
る。

【００１２】そこで、本実施例においては、前述のよう
に上流側の温度検出素子１４ａの上流側に位置する強制
放熱部１８ａと、下流側の温度検出素子１４ｂの下流側
に位置する強制放熱部１８ｂとを、断熱材１７の長さ方
向の両端面にそれぞれ密接して設けており、このため断
熱材１７部で放熱が十分でなくても強制放熱部１８ａ，
１８ｂで管１２を冷却することができ、管１２内の流体
流量が０または０に近い場合であっても、管１２または
管１２内の流体が過度の加熱状態となるのを防止する。

【００１３】本実施例によれば、上流側の温度検出素子
１４ａの上流側及び下流側温度検出素子１４ｂの下流側
にそれぞれ強制放熱部１８ａ，１８ｂを設け、管１２の
外側にフアン１９を設けたので、管１２を十分に冷却す
ることができ、これにより、温度検出素子１４ａ，１４
ｂによる温度検出信号の応答性を向上させると共に、管
１２及び管１２内の流体の過度の温度上昇を防止し、安
全性を高め、温度検出素子１４ａ，１４ｂの検出信号の
安定性が得られ、本流量計の上流側，下流側の配管や他
の装置への影響が少なくなり、また温度検出素子１４ａ
，１４ｂ自体の温度がそれほど上昇しないため、故障の
発生率を低下させることができる。

【００１４】なお、前記実施例においては、上流側の温
度検出素子１４ａの上流側及び下流側温度検出素子１４
ｂの下流側に、単にフィンを有する強制放熱部１８ａ，
１８ｂを設けるものとしたが、この実施例においては、
前記実施例の強制放熱部１８ａ，１８ｂを、それぞれ熱
伝導度の高いアルミニウムからなるフィン付き部材２１
と受け部材２２との二部材から構成して強制放熱部２３
としている。フィン付き部材２１は、基板２１ａの一側
面に管１２が嵌入する断面半円形の溝２１ｂが形成され
、他端面に放熱効率をよくするために多数のフィン２１
ｃが設けられたものである。受け部材２２は、板２２ａ
の一側面に管１２が嵌入する断面半円形の溝２２ｂが形
成されたものである。強制放熱部２３は、管１２の前記
実施例と同様な取付部位置において、図２に示すように
、管１２の両側からフィン付き部材２１と受け部材２２
とにより管１２を挟持し、これらフィン付き部材２１と
受け部材２２とをねじ２４により締め付けることにより
管１２に固定されている。なお、管１２と、強制放熱部
２３の溝２１ｂ及び溝２２ｂとの間には、これらの熱的
密着性を向上させるために熱伝導度のよいグリス（図２
に斜線を施した部分）２５を塗布している。また、強制
放熱部２３の外側には冷却を目的として前記実施例同様
フアン２６が設けられている。この実施例によれば、強
制放熱部２３により、管１２から外部へ強制的に放熱さ
せることができるので、図３に示した従来の温度検出素
子による温度検出信号の応答特性Ａ線（破線）に対し本
実施例の温度検出素子による温度検出信号の応答性は、
同図に示す応答特性Ｂ線（実線）のように向上する。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、管の外周に設けられた
断熱材の近傍で、かつ、温度センサの上流側及び下流側
に位置させて強制放熱部を設けたので、管を十分に冷却
することができ、これにより、温度センサによる温度検
出信号の応答性を向上させると共に、管及び管内の流体
の過度の温度上昇を防止して安全性を高め、温度センサ
の検出信号の安定性が得られ、本流量計の上流側の配管
や他の装置への影響が少なくなり、また温度センサ自体
の温度がそれほど上昇しないため、故障の発生率を低下
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部の概略側断面図で
ある。

【図２】本発明の他の実施例を示す要部の概略分解斜視
図である。

【図３】本発明の他の実施例による応答性特性図である
。

【図４】従来の熱式流量計の一例を示す概略側断面図で
ある。

【符号の説明】

１２　　管 １３　　加熱部 １４ａ，１４ｂ　　温度センサ（温度検出素子）１７　
　断熱材 １８ａ，１８ｂ　　強制放熱部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　管内を流通する流体を加熱し、互いに
   所定間隔離間して管の近傍に設けられた温度センサによ
   り前記加熱された流体の温度差を検出し、該温度センサ
   の検出信号に基づき前記流体の流量を計測する熱式流量
   計において、前記管の外周に断熱材を設け、該断熱材近
   傍で、かつ、温度センサの上流側及び下流側に位置させ
   て強制放熱部を設けたことを特徴とする熱式流量計。