JPH04505211A - 流速計 - 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】 流　速　計 本発明は流速計に関する。

閉じられたパイプ内の液体の流速を測定するのに用いられる、そして液体の熱特 性を利用した、多くの技術はよく知られている。それら技術のいくつかは、以下 に説明される通りであって、市場で入手できる装置に用いられている。これら入 手できる装置は、確立された技術のうちの１つだけを用いて構成され最適化され ている。

流れを横断して設けられた円筒形トランスジューサーからの熱流の基本的等式は 一般的な形で表わすとＭ＝Ａ・（Ｑ／Ｄｔ）＋ｓｓ　であって、ここでＴｔ＝　 トランスジューサーの温度 Ｔｆ＝　液体の温度 Ｄｔ＝　Ｔｔ−Ｔｆ Ｑ　＝　温度差Ｄｔを維持するためヒーターに加えられる電力 Ａ　＝　校正定数 Ｍ　＝　質量流速　である。

実際上、上記の式においては熱伝導のような別の流体特性の依存性を含むその池 の項は無視されている。

これらの項は以下に示すように、ある条件下では有意性のあるものとなる。

液体の流速を測定するための最初の公知技術においては、加熱用素子と温度セン サーとを含むトランスジューサーが液体の流れと、直接（液体運送用パイプの内 側に）または間接（パイプ壁を通して）に接触するようにされる。加熱用素子に は電力が加えられ、そして生起するトランスジューサ一温度がセンサーで測定さ れる。電力入力は、トランスジューサーの温度が固定された値に維持されるよう に外部的に制御される。

移動する液体流はトランスジューサーを通過するとき加熱用素子からの熱を運ん で、一定温度を維持するために加熱用素子に供給される電力は液体流に比例する ことになる。この技術は以下のような制約および／または不都合を有している。

１、　誤差を少なくするために、この技術は液体の温度特性において温度または 成分の十分に評価可能な変化をさせることができない、という制約がある。

２、　液体温度Ｔｆが測定されないので、周囲温度が変化したならば誤差を生じ る結果となる。

３、　周囲温度の変化の影響を減するために、トランスジューサーは液体よりも かなり高い温度にまで加熱される。しかし温度差が大きくなるにつれてセンサー の感度は低くなるため、感度はそれほど高くない。これはまた、速い流速に対し ては高電力を必要とすることになり、その結果その適用が制限される。

この技術は、ある周囲状況が十分に正確で、そして安価にトランスジューサー条 件が実際的に単純化されるような適用分野を見出すことができなかった。

第１のものと同じトランスジューサー型式を用いる第２の公知の技術では、セン サーと液体との間に一定の温度差が維持される。これは最も一般的に使用されて いる技術ではあるが、液体温度をモニターするために第２の温度測定用センサー が必要となる。外部的な制御回路は、一定の温度差を維持するよう加熱用素子に 供給される電力を制御するために設けられる。供給される電力はこうして、液体 の流速の関数となる。この第２の技術は次のような制約および／または不都合を 有している。

１、　温度と共に、処理される液体の温度特性が変化することにより発生する誤 差を最小にするためには、時に大きな電力消費が要求される。高い精度を望むな らば、これは装置の校正に先立って液体の型式と動作条件に関する完全な知識を 要求する。

２、　高い精度が要求されるなら、校正は高価となる３、　液体の成分変化、例 えば固有の加熱および／または熱伝導性変化、によって精度が影響される。

４、　必要な温度差を維持するための制御回路に使用されるアルゴリズムは、精 密で、しかも安定していなくてはならないが、これはかなり複雑なものとなる。

５、　速い流速に関しては、十分な温度差を維持するために必要となる電力レベ ルは極端なものである。特定の最大トランスジューサー電力セツティングに対し て、必要とされる温度差における測定可能流速のダイナミックレンジが変化する ので、大きな温度差に対してはダイナミックレンジが厳密に制限される。

それにもかかわらず、構成要素を比較的簡単に構成できることや、液体特性と動 作条件が分かっている時にはこの装置は極めて正確に校正できることから、この 第２の技術は広く利用されている。加えて、電力消費は比較的小さく、小温度差 においてはこの装置は小流速変化および／または低流速に対して極めて高感度で あり、大きな温度差においては、同じ装置が広い流速変化を扱う（感度を犠牲に して）ことが可能であり、そして液体温度が連続的にモニターされているために 必要な感度も維持することができる。

第３の公知の技術は、組み合わせられた加熱用素子／温度センサーのトランスジ ューサーが再び用いられる。この技術は一定の電力消失を利用するものである。

普通には、単独のトランスジューサーおよび、加熱用素子に一定の電力レベルを 提供する簡単な制御回路が用いられる。結果的に、加熱用素子の温度は流速に反 比例する。この技術は次のような制約および／または不都合を有している。

■、　低流速においては高感度である。

２、　低流速または無流速においてトランスジューサーがオーバーヒートまたは 焼は切れてしまう。

３、　温度測定の精度が固定しているので、流速の増加と共に測定精度は減少す る。

４、　流れ測定の高ダイナミツクレンジのためには、高い電力レベルが必要であ る。

この第３の公知の技術はい（つかの状況、特に大流速において、その単独トラン スジューサー構成が安価であって、しかも必要となる制御回路が簡単であるため に、用いられている。

前に述べた第２の技術の拡大を基本とした、第４の公知技術においては、液体の 特性変化を補正する助けとして基準測定が導入されている。これは２つの加熱素 子／温度センサーのトランスジューサーを必要とする。両方のトランスジューサ ーは温度差モードで動作するが、しかし第２トランスジユーサーは、液体に浸さ れてはいるが直接的に液体流にさらされているのではない位置に設けられている 。第２トランスジユーサーの温度差を維持するために必要となる電力は液体の特 性のみの関数である。これはトランスジューサーに供給される電力レベルの値を 、液体特性への依存性を除去するために数学的に扱うことを可能にする。第１次 補正として、１つのトランスジューサーの液体温度からの温度差が同じであれば 、電力レベル値は熱伝導効果を除くために簡単に分けられる。液体の温度値は、 液体中に設けられた第３の温度センサーによって、あるいは液体温度測定値を得 るためにセット時間においてトランスジューサーの加熱用素子の１つを単に１時 的にスイッチオフすることによって得られる。

この第４の技術は次のような制約および／または不都合を有している。

１、　単に２つのトランスジューサーだけが用いられているならば、温度にステ ップ変化がある時にはセット時間の遅れが発生する。

２、　構成は比較的高価となる。

３．２つのトランスジューサーはさらに多（の電力を消費するが、これは特に犬 走な流速においては重大な問題である。

しかし、この第４の公知の技術は、液体媒体における熱特性変化のための正確な 補償が備えられること、および比較的校正が簡単なこと、の特長を有している。

このため、これはいくつかの適用範囲を見出していこうして、公知技術は多くの 液体測定の問題を解決できる、適用可能な範囲を提供している。不幸なことに、 これらの技術は特定の用途に適しているのであって、広い適用範囲に用いること のできる単独の装置を見出すことは難かしい。

前に概説した問題を取り除くか、または和らげる流速計を提供することが本発明 の目的である。

本発明によれば、測定されるべき流速の液体と熱的に接触するように場所が定め られて用いられるボディと、ボディに熱的に接触しているヒーターと、ボディの 温度を測定するための第１温度センサーと、液体の温度を測定するための第２温 度センサーと、ヒーターに電力を供給するための装置と、ボディおよび液体の間 に前もって決められた選択された温度差を維持するためにヒーターに供給される 電力の割合い（レート）を制御するための装置と、ヒーターに供給された電力の 割合いを測定するための装置と、そして測定された電力供給の割合いから流速を 計算するための装置とを有する流速計において、電力供給装置が、前もって決め られた選択された温度差を維持するのに最大の割合いでも不十分である場合に、 前もって決められた最大の割合いにおいて電力供給の割合いを維持するよう動作 し、そして計算装置が、電力供給の割合いが前記電力供給の最大の割合いとなっ ている時に温度差から流速を計算するように動作することを特徴とする流速計を 提供することができる。

電力供給装置は、ボディと液体との間の温度差が前もって決められた最小温度差 よりも小さいならば前もって決められた最大の割合いにまで電力供給の割合いを 増加させるよう動作することが望ましい。

電力供給装置は、ボディと液体との間の温度差が前もって決められた最大温度差 よりも大きいならば、前もって決められた最小の割合い（レート）にまで電力供 給の割合い（レート）を減少させるように動作することもできる。

電力供給制御装置は、温度差を前記前もって決められた選択された温度差と周期 的に比較するための、そして温度差が前記前もって決められた選択された温度差 よりも、小さいかまたは大きいかの、それぞれの場合に、旧もって決められた大 きさのステップにより、電力供給の割合いを増加または減少させるための装置を 有している。

こうして、本発明による流速計は、広いダイナミックレンジにわたって総ての流 速において良好な精度と感度とをそれ自体が維持するよう適応された装置を提供 する。このことは、液体の流速の変化によって２つの動作のモードの間を効果的 に自動的にスイッチングすることによって達成される。流速の小さな変化に関し ては高度に正確な一定温度差法が用いられるが、これは高流速のための高いトラ ンスジューサー電力セソティングを利用するものである。流速における突然の大 きな変動に関しては、一定電力法が用いられる。大きなステップでトランスジュ ーサー電力を増加または減少させることによって、計器は一時的に高精変モード を放棄し、そしてより広い測定レンジに適合される。現在の流速値を得た後は、 条件が合致した時に計器は一定温度差モードに戻り、トランスジューサ一温度差 が再び一定となってさらに正確な流速値が計算できるまで、トランスジューサー 電力をゆっ（りと増加または減少させる。

１つの、または複数のヒーターの各々には、電気的な駆動回路、例えば固定され た、あるいは可変の周波数において発生されるパルス列を供給するプログラマブ ルパルス幅変調電力供給源、が設けられることが望ましい。各温度測定用センサ ーには増幅器が設けられる。制御回路は、１つまたは複数のヒーター各々への電 力供給を制御することのできる能力を持っており、また種々の温度センサー出力 をモニターするためにも設けられる。多重化されたアナログからディジタルへの 変換器としてマイクロプロセッサ−が用いられれば理想的である。

２つのトランスジューサーが設けられることが望ましく、そのトランスジューサ ーの１方は液体特性測定装置として働く。どのようなステップの温度変化をも検 出する装置が設けられることが望ましく、そして新しい液体特性を計算し、そし て適切な補償を加えるためにマイクロプロセンサーが設けられることが望ましい 。この手法は、マイクロプロセッサ−が動作の間に周期的に更新される、それ自 身の経験上の補償特性を発生することを可能とするものである。

本発明の実施例は添付図面を参照しながら、例として説明される。

第１図は一般的な流速計トランスジューサーの概略図であり、 第２図は第１図に示された構成要素の概略電気回路を描いた図であり、 第３図は２つの温度センサーが組み込まれたトランスジューサーアレーの概略電 気回路図であり、第４図は一般的な流速計のダブルトランスジューサーアレーを 描いた図であり、 第５図は本発明の実施例の構成要素を描いた図であり、 第６図は第５図の実施例のセンサーに適用される制御アルゴリズムを表わす流れ 図であり、第７図は第５図の実施例の電気供給制御器で適用される制御アルゴリ ズムを表わす流れ図であり、第８図は第５図の実施例のヒータードライバーの回 路図であり、そして 第９図は第５図の実施例の液体温度センサーの回路図である。

第１図を参照すると、この図は流速計に用いられる一般的なトランスジューサー の構造を描いている。）くイブ１は、矢印３の方向に流れている処理液体２を収 めている。描かれている例においては、流速計トランスジューサーは処理液体中 に突き出してパイプ壁を貫通しているボディを有しているが、しかしこの、こと はトランスジューサーが処理液体と良好な熱的接触が保たれるならば必須ではな い。

このトランスジューサーは、抵抗性加熱素子６および抵抗性温度センサー７を支 持している絶縁性ボディ５をその中に持っている絶縁外装４を有している。

第２図は第１図に示されているトランスジューサーの基本的動作を概略的に表わ した図である。加熱素子にはエネルギーが供給され、その温度は上昇して、加熱 素子から温度センサー７にエネルギーの移動が生じるようになる。このエネルギ ー移動は矢印８で表わされている。しかし、パイプ内の処理液体への別のエネル ギー移動も存在し、このエネルギー移動は矢印９で表わされている。流速が速い と、エネルギー移動９はより大きくなり、そしてエネルギー移動８は小さくなる 。センサー７で感知される温度はエネルギー移動８の大きさの関数であり、そし てこのため流速の関数である。

第１図および第２図に関して説明されたトランスジューサーが用いられる１つの 装置においては、センサー７で感知される温度が、ヒーター６への電力入力を制 御することにより一定に保たれる。ヒーターに供給される電力は、こうして流速 の関数であり、そして適切な流速測定出力を提供するのに用いられる。不都合な ことに、処理液体の温度特性の変化またはその温度が、供給される電力と流速と の間の相互関係に影響を及ぼし、そのために処理液体の特性および温度における 変化が予期される環境において正確な流速測定が５まれるならば、この簡単な方 法は使用することかで噛トランスジューサ一温度以外に液体温度に感応すシ別の 温度センサーを組み込むことによって処理液体４度変化を補償して、この問題を 克服する方法が知らオ第３図はそのような装置を描いているものであり、このト ランスジューサーは別の温度センサー１０と未み合わせられて使用されるヒータ ー６と温度センサー７とを有している。センサー１０は矢印１１の方向番。

流れている処理液体の温度をモニターし、そして二〇温度測定は、ヒーター６に よって供給される電力にＪリセンサー７がある温度を維持するよう調節するの： ：用いられ、こうしてセンサー１０と７とによって感矢された温度の間に一定の 温度差が存在するようにさ才る。このことは、処理液体の温度の変化に対しては 押償可能であるが、しかし処理液体の熱特性の変化にｊる誤差を避けるための助 けとはならない。処理液体（特性変化の補償は、処理液体の熱特性を表わす基準 測定が実行されるように前述の温度差技術が拡大されイならば、可能となる。そ のような基準測定を実行すシための装置が第４図に描かれている。同等の構成要 溝に関しては第１図および第４図内で同じ参照番号が月いられている。しかし、 第４図の装置においては、ヒ望　−ター１２と温度センサー１３を含む補助的な トランき　スジユーザーが設けられている。補助的な、もしくは基準用のトラン スジューサーは処理液体で満たされたる　、しかし処理液体が直接その中を流れ ることのない室温　１４内に設けられている。こうして室１４内の液体はれ　静 止しているか、または極めてゆっくりと動いているかのいずれかであって、この ためヒーター１２とセンサー１３が結び付いているトランスジューサーは、ヒ組 　−ター６とセンサー７とが結び付いているトランスジー　ユーザーがさらされ ている、流れ条件によっては影響に　されない。

の　両方のトランスジューサーは、センサー７および１よ　３によって感知され た温度とバイブ１内の処理液体のに　゛　温度との間の温度差を一定に維持する ように動作する知　。処理液体温度は、（示されていない）別の温度センれ　サ ーによって、あるいは前もって決められた周期でト補　ランスジューサーヒータ ーの１方を一時的にスイッチよ　オフして結び付いている温度センサーが液体温 度センの　サーとされることによって、モニターされる。２つの測　トランスジ ューサーに供給される電力のレベルは、測る　定された出力の熱伝導性への依存 度を除去するよう数る　学的に取扱うことができる。２つのトランスジューサ素 　−液体温度からの温度差が等しければ、第１次補正と用　して、電力レベル値 は単純に１方を他に分けることがヒ　できる。

第４図を参照して説明された技術は、熱特性変化や処理液体温度に関する正確な 補償を実施することはできるが、しかし総ての環境において用いられるものでは ない。例えば、高流速においては、これは流れにさらされている側のトランスジ ューサーにおいて必要とされる温度差を維持することが不可能である。こうして 、流速測定用装置が、それが用いられる特定の用途に、十分に適合するかどうか に関しては、多大の注意深さが必要とされるのである。

第５図を参照すると、ここには第４図に描かれている型のトランスジューサーア レーと結合して用いられる、本発明による装置が概略的に描かれている。ヒータ ー６および１２は、それぞれのプログラマブルなパルス幅のパルス発生器１５お よび１６によってエネルギーが与えられ、そして１度センサー７および１３は、 それぞれの温度測定用増幅器１７および１８への出力を有している。マルチプレ クサ−１９とアナログ−ディジタルコンバーター２０はマイクロプロセッサ−２ １への入力を備え、そしてマイクロブクセ１．．サーはマルチプレクサ−１９を 通してパルス発生器１５および１６への制御出力を備えている。

このマイクロプロセッサ−は、次のように動作モードの範囲の間をスイッチする ようプログラムされてい１　定電力入力モード このモードにおいては、ヒーター６に供給される電力は一定のレベルに保たれる 。センサー７によって感知される温度は流速に反比例している。このモードは、 流速に大きな変化がある時、または著しく速いか、著しく遅い流速に出会った時 に用いられる。装置は、定温度差モードにおいてセツティングされている前もっ て決められている電力限界の外側にその動作が持っていかれるような、著しい流 速または急激な流速変化の場合、および計器が、そのセツティングの基となる何 の経験も持っていない初期状態でのスイッチオンの場合には、この動作モードに 切換る。

２、　定温度差モード このモードにおいては、基準トランスジューサーは処理液体温度をモニターする のに用いられており、すなわちヒーター１２はエネルギーが与えられていない、 状態にある。このことは、この装置を流速変化を迅速に検出することを可能にす る。多（の適用の機会において、この装置はこのモードで動作することが最も多 いと考えられる。

３、　定温度差モード 前述第２のモードに似ているが、しかし基準トランスジューサーは第４図を参照 して説明された方法で流体特性測定装置として動作する。処理液体温度における 、いかなるステップ変化があった場合でも、そしてプリセットされた時間間隔が 発生した都度、マイクロプロセッサ−は処理液体の熱特性を計算することができ 、そして補償の目的のために測定結果を利用することができる。

次に、このマイクロプロセッサ−は、動作の間に周期的に更新された、それ自身 の経験的な補償曲線を発生するために得られた情報を蓄積する。センサーがモー ド１または２で動作している時に、この補償曲線は校正誤差を最少とするために 用いることもできる。

本発明の本質的要点は、装置がそれ自体の動作モードとパラメーターを変化させ て、有効な処理条件に適合させようとするものである。この応答を起こさせるた めには種々の処理が可能であるが、しかし１つの例だけが以下に説明される。

第６図に描かれている通り、（電圧源に連続的に接続されていると仮定して）最 大のヒーター電力は、電力が供給されている時のヒーター電流Ｉｔと電圧Ｖｔか ら計算される。ヒーター抵抗Ｒｔ　はＩｔとＶｔとから計算され、そしてヒータ 一温度Ｔｘは前もってめられている抵抗／温度値の表を参照して得ることができ る。液体温度Ｔｆが測定される。もしＴｔが液体温度　Ｔｆよりも３０℃以上高 いのであれば、ヒーターにはこれ以上の電力を供給する必要がないと考えること ができる。もしＴｔがＴｆより高いのが３０’Ｃ未満であれば、パルス幅Ｔｗは Ｔｗ＝Ｑ−Ｔｐ／Ｗ　として計算され、ココテＴｐは各パルスの周期、モしてＴ ｗは目標電力Ｑを与えるのに必要なパルスの幅である。各パルス幅Ｔｗは相応す る期間だけヒーターに電力を供給する。

計器の動作の間のどのような時にも、値Ｑ、ＴｔおよびＴｆから、処理液体に関 する知識と共に、前に１つだけ提起したような等式を用いて、液体の質量流速の 計算をすることが可能である。しかし、ヒーター電力Ｑまたはトランスジューサ 一温度差Ｄｔ（Ｄｔ＝Ｔｔ−Ｔｆ）の固定した値を持つよりは、計器がＤｔおよ びＱの最適化された値を維持するよう処理条件に関するそれ自身の経験から“調 節“する方がよい。

第６図および第７図は、どのように制御用アルゴリズムがマイクロプロセッサ− を基にした設計の中で実行されるかの簡単な実施例が示されている。この制御用 アルゴリズムは２つの部分からなり、第６図はセンサーに関する相互作用を、そ して第７図はトランスジューサーヒーターに関する相互作用を示している。

第６図を見ると、センサーアルゴリズムは単に、定電力制御ループである。主計 測器アルゴリズムから受け取られる電力供給値Ｑはトランスジューサーヒーター 制御ループの目標電力セツティングを決定する。測定されたＱｌ　トランスジュ ーサ一温度Ｔｔおよび液体温度の実際の値が計測器アルゴリズムに戻し伝送され 調節は、どのような特定の流速においても最大の精度が得られるように計器が自 動的にトランスジューサー電力を適合させるよう動作することによって行なわれ る。これは、流速のゆっくりした変化に追従する「感知ウィンドウ」を提供する 規定された温度差を得るよう電力セツティングをゆっくりと低め、または高める ことによって行なわれ、こうして実際の流速の両側に同じサイズのウィンドウが （そしてこれによって正確さが）維持される。急激なステップの変化は、トラン スジューサー電力を大きなステップで増加または減少させて追従できるだけであ る。こうして、調節条件の限界の外側に動作を持っていくような大きな急激な流 速の変化があった時、および／または初期的に計器がスイッチオンされた時に、 計器は省略された定電力セツティングに切換える。初期値のＱは計器のダイナミ ックレンジを大きくすることができるように選ばれ、こうして小さな流速変化に は比較的低い応答速度しか持たないとはいえ、流速の初期的“把握“が可能とさ れる。

第７図を見ると、計器の調節が示されている。入力ＴｔおよびＴｆはＤｔを計算 でき、そしてＤｔおよびＱから次のようにして質量流速が計算できる。

Ｍ＝Ａ・　（Ｑ／Ｄ　ｔ　）　１．ａｓこの等式は計器の動作モードに関係なく 質量流を計算するのに利用できる。ユーザーはｐ　ｔｍａｘ、　Ｄ　ｔｗｉｎお よび［）　ｔｓｅｔを入力する。Ｄ　ｔｍａｘと　Ｄ　ｔｗｉｎは、それぞれ許 容されるべき最大および最小の温度差である。Ｄｔｓｅｔは、予想される流れの 条件に最も適切であるとユーザーが考えた温度差である。

開始時においては、Ｄｔ＝０であり、ＤｔがＤｔ■ｉｎよりも小さいのでヒータ ーは直ちに最大電力Ｑ　ｌｌ１ａｘに切換えられる。次にＤｔ　は周期的にサン プルとして採られ、そして最後のＮ個のサンプルの平均が平均温度差Ｄ　ｔａｖ として記憶される。電力が最大の割合いで供給されているので、Ｄｔは急激に増 加する。Ｄ　ｔａｖがＤ　ｔｓｅｔよりも大きくなると、電力は“Ｑ−１″とし て表わされるような、１つの小さなステップだけ減少させられたものとなる。装 置は周期的にＤ　ｔｓｅｔに対するＤ　ｔａｖを試験し、そして電源供給は一連 の小さなステップに切換えられて、ＤｔがＤ　ｔｓｅｔに接近して安定化するま で繰り返される。流れの条件に大きな変化がないとすれば、Ｑはこの条件を維持 するように調節される。

例えば流れにおける急な減衰によってＤｔが急に増加するというような、流れの 条件の突然の変化があるならば、Ｄ　ｔａｖはＤ　ｔｓｅｔよりも太き（なり、 このためＱは段階的に降下するが、比較的遅い割合い（レート）によってである 。もし、さらに何も行なわれなければ、ＤｔがＤ　ｔｓｅｔにおいて安定化する には、かなりの周期が必要であり、極端な場合にはその条件はけっして達成され ない、ということも起こり得る。これを克服するために、もしＤｔがＤｔ■ａＸ を越えたなら、電力は直ちにＱ　ＩＩｆｎまで節減される。

こうして、可能である限り計器は定温度差モードで動作し、そして１時的に定電 力モードに切換わることにより動作のそのモードに急速に安定化する。もし条件 が、定温度差モードが達成できないようであるならば、計器は自動的に定電力モ ードになる。これは種々の条件下で良好な感度と経済性を達成するための効果的 な方法である。

ユーザーは前もって決められたＤ　ｔｍａｘ、Ｄ　ｔｔａｉｎおよびＤ　ｔｓｅ ｔを持っている。Ｄｔ■ａＸとＤｔ■ｉｎは一般的には臨界的ではないので、比 較的容易に、例えば装置供給者によって、前もって決めることができる。Ｄ　ｔ ｓｅｔは、予期される流れの条件、すなわち適用毎に、そして１つの適用におい ても時間毎に異なる、に理想的に整合していなければならないので、一般的には より臨界的である。この整合をとるために、Ｄ　ｔｓｅｔは動作上の経験を参考 にして決められるべきである。例えば、もしＤ　ｔｓｅｔが高すぎると、装置は 定常的にＱ冒ｉｎ定電力モードに切換わり、Ｑ腸ａＸ定電力モードにはまれにし か入らない。こうしてＤ　ｔｓｅｔは、電力供給の割合いがＱ　ｗｉｎレベルか 、またその反対であるかの動作時間に比例した関数として減少されるべきである 。別の可能性として、定温度差モードで動作している時のＱにおけるステップ変 化の大きさ□は、装置が極めて頻繁に定電力モードに切換るならば、増加させら れるべきである。

これまでに述べた種々の能力を提供することによって、１個の装置を、極めて多 様な流速の存在する環境において用いることが可能である。加えて、種々の°従 来技術による動作の交互モードの最大の特長が、理想的な精度を達成するために 選択され得るということになる。

第８図を見ると、第５図の実施例において使用するのに適当なヒータードライバ ーが示されている。同じ型のＰＴ１００素子２２が、トランスジューサーヒータ ーおよび温度感知用素子の両方に用いられている。

簡単化のために、この明細書は２つの装置としてのヒーターと温度検出器を扱う こととする。

電力は、固定された２、２ｍＳ周期にわたってデユーティサイクルを変化させる マイクロプロセッサ−からのＰＷＭ信号によって制御される。このＰＷＭ信号は 、トランジスター２４およびトランジスター２５を通して増幅器２３の非反転入 力に加えられて正確な電圧基準をゲートするのに用いられ、増幅器はこのスイッ チされた基準信号を増幅してヒーターＲＴＤおよび感知抵抗器両端にＯｖまたは ＩＯＶのいずれかを印加する。感知抵抗２６の両端電圧は増幅器２７によって増 幅され、回路２８とコンデンサー２９で形成されるサンプルホールド回路に達し 、そこでヒータードライバーがスイッチオンである時のみの電流がサンプルされ る。このサンプリング制御は、増幅器のためのセットリング時間を許すために抵 抗３０とコンデンサー３１でわずかに遅れさせられたＰＷＭ信号（ＰＷＭＩ）に よって行なわれる。次にこのサンプルされた信号は増幅器３２によってバッファ ーされて、必要とされる時に回路３３を通してＡ／Ｄ入力にゲートされる。デユ ーティサイクルを知り、そして“ＯＮ”電流の大きさを測定することによって、 マイクロプロセッサ−は各２．２ｍＳ周期にわたる平均電圧と電流を計算するこ とができる。これらの値から、次にマイクロプロセッサ−は平均トランスジュー サー電力と抵抗を計算できる。明確に規定されたＰＴ１００温度／抵抗特性を知 ることによって、ヒーターの温度が次に得られる。

第８図に示した回路要素に関していえば、要素２３．２７および３２は標準のＩ ＣＬ７６５０回路である。要素２８および３３は標準のＭＡＸ３３４素子である 。

第９図には液体温度感知回路が示されている。液体温度ＲＴＤの抵抗は、ＲＴＤ に定電流を通過させることによって、そして次にその両端に表われた電圧を測定 することによって測られる。次に、この電圧は増幅器３４で増幅されるが、予想 される最高処理温度がＡ／Ｄ回路の測定限度に相当するように設定されている。

同じ基準が定電流ドライブのために、モしてＡ／Ｄのためにも用いられて、入力 が電圧基準においていかなる変化からも免かれている比例的入力となるようにさ れている。

電圧基準（ＶＲＥＦ）の１部は回路３５によってバッファされ、次にＡ／Ｄコン バーターへの多重化信号の１つとして用いられる。これは他のあらゆる入力と同 じ方法によつて読み出されるが、しかし校正の目的で用いられるのみである。

マイクロコンピュータ−は、どの入力が４つの半導体スイッチのうちの１つであ る３６を通してＡ／Ｄ回路に進むかを制御する。各入力はサイクリックな順序で 選択される。最後の入力電圧は、総てのスイッチかれている。この「保持されて いる」電圧は、入力値が測定されている間は、高入力インピーダンス増幅器３８ によってバッファされている。このことは、Ａ／Ｄの測定周期の間にそれが変化 することによる不正確な値を防止することになる。ここでも標準的素子が用いら れており、例えばそれらはＩＣＬ７６５０増幅器、ＭＡＸ４３０増幅器およびＭ ＡＸ３３４スイッチである。

第８図および第９図において説明された回路は、２５６にバイトのプログラムメ モリー、８にバイトのＲＡＭ１プログラマブルカウンター、不揮発メモリー、そ してカスタマイズされたゲートアレーを持つマイクロプロセッサ−と結合されて いる。プログラマブルカウンターは１２ビット精度（０，０２５％）をもって制 御できる２つのＰＷＭ信号を発生するのに用いられる。これはまた、必要ならば 内部クロックのセツティングを変化させることによって単純にＰＷＭ信号の周期 を変えることも可能とさせる。これらのＰＷＭ信号は加熱されたＲＴＤをドライ ブするために用いられる不揮発メモリーは、校正ルーチンが調整を必要とするボ テンソヨメーターを用いずに自動的に行なわれるために、センサーの校正に関す るいくつかの定数を蓄積しておくのに用いられる。このデーターはシリアルな方 法で蓄積され、そして総てのデーターは全体的なチェックサムと同様、パラメー ターとしてのチェックサムと共にセーブされる。

ゲートアレーは、通常の状態ではストローブされており、そうでない場合にはマ イクロプロセッサ−をリセットする“ウォッチドッグ回路“、および差し迫った 電力低下を警告するか、または低すぎる電力供給で機能することからディジタル 回路を守る電力アソブ／ダウン検出回路、のための回路を有している。これはま た、センサーと、例えば制御室内計数器との間のディジタルデーター伝送のため のノ＼−ドウエアインターフェースをも含んでいる。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．使用中その流速が測定されるべき液体と熱的に接触するよう設けられたボデ ィと、ボディに熱的に接触しているヒーターと、ボディの温度を測定するための 第１温度センサーと、液体の温度を測定するための第２温度センサーと、ヒータ ーに電力を供給するための装置と、ボディと液体との間に前もって決められた選 択された温度差を維持するようヒーターに供給される電力の割合い（レート）を 制御するための装置と、ヒーターに供給される電力の割合いを測定するための装 置と、そして測定された電力供給の割合い（レート）から流速を計算するための 装置とを有する流速計において、上記電力供給装置は、最大の割合いで電力を供 給しても前もって決められた選択された温度差を維持するには不十分であるとい う場合には、前もって決められた最大の割合いにおける電源供給の割合いを維持 するように動作し、そして計算装置は、電力供給の割合いが電力供給の前記最大 の割合いである時には温度差から流速を計算するよう動作することを特徴とする 流速計。
2. ２．ボディと液体との間の温度差が前もって決められた最小温度差よりも小さい ならば、電力供給装置は前もって決められた最大の割合いにまで電力供給の割合 いを増加させるように動作するような、請求の範囲第１項に記載の流速計。
3. ３．ボディと液体との間の温度差が前もって決められた量大温度差よりも大きい ならば、電力供給装置は前もって決められた最小の割合いにまで電力供給の割合 いを減少させるように動作するような、請求の範囲第１項または第２項記載の流 速計。
4. ４．上記電力供給制御装置は、温度差を前記前もって決められた選択された温度 差に周期的に比較し、そして温度差が前記前もって決められた選択された温度差 よりもそれぞれ小さい、または大きい時に、前もって決められた大きさのステッ プによって電力供給の割合いを増加、または減少させるための装置を含むような 、請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の流速計。
5. ５．延長された周期にわたって生じる、温度差の変化に応答して前記前もって決 められた選択された温度差の値を調節するための装置を含むような、請求の範囲 第２項または第３項または請求範囲第４項に記載の流速計。
6. ６．電力供給の割合いが前もって決められた割合いを越えている流速計の動作時 間の比例関数として、前記一定の温度差の値が減じられるような、請求の範囲第 ４項記載の流速計。
7. ７．電源供給装置が、ヒーターにエネルギーを与えるパルス列を供給するプログ ラマブルパルス幅変調電源を有しているような、請求範囲１から６までのうちい ずれかに記載の流速計。