JPH05264312A

JPH05264312A - 流量センサ装置

Info

Publication number: JPH05264312A
Application number: JP4065160A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sugiura; 浩杉浦; Masumu Satou; 益矛佐藤
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1993-10-12
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: JP2776681B2

Abstract

(57)【要約】【目的】センサの発熱部に水滴が付着しても破損しな
い信頼性の高い圧縮空気用流量センサを提供することに
ある。【構成】本流量センサ装置は抵抗温度係数の大きい抵
抗体とヒータからなる流速検出センサと、前記流速検出
センサとともに同一流体通路内に配置された抵抗体から
なる流体温度検出センサとからなり、前記二つの抵抗体
とでブリッジを構成し、そのブリッジの出力をフィード
バックとして前期ヒータで流速検出センサの抵抗体を一
定温度に加熱する定温度回路とを備えている。又、前記
ヒータへの過剰電流を一定時間制限する電流リミッタ１
４と、その電流リミッタ１４の作動が一定時間以上継続
したことを判断する判断手段１７と、その判断に基づい
て電流リミッタ１４への電流をカットする駆動手段１９
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の流量を測定する
流量センサ装置に関するもので、特に圧縮空気の流量セ
ンサ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧縮空気用の流量センサ装置とし
て差圧式及び面積式の流量センサ装置が一般的に使用さ
れていた。しかしながら、差圧式は流量の他に圧力と温
度を検出し、それらによって流量補正を行う必要があ
る。同様に面積式では温度と圧力の範囲が限られており
汎用性がない。又、圧力、温度が変化した時には補正を
行う必要があり不便である。

【０００３】このため質量流量を測定するために、原理
的に圧力補正が不要な熱線式の流量センサが提案されて
いる。この熱線式流量センサはマイコン等で簡単に温度
補正が可能であり、配管に接続するだけで簡単に測定が
できる特徴を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、熱線式で
は、そのセンサ部分を常時一定温度に保つ構造になって
おり、水滴が付着して温度が下がった場合には、加熱用
の電流を増加して温度を復帰させるようになっている。
通常の大気圧用のセンサでは発熱部に水滴が付着しても
蒸発温度が１００°Ｃであるため、センサ部の水滴は一
瞬に蒸発し発熱部に過大な電流が流れる時間が短い。し
かし、圧縮空気中においては水の蒸発温度が高くなり、
付着した水滴の蒸発に時間がかかる。従って、センサの
発熱部に過大な電流が流れる時間が長くなりセンサの破
壊につながるという問題があった。

【０００５】本発明は上記従来技術に存在する問題点に
着目してなされたものであって、その目的とするところ
は、センサの発熱部に水滴が付着しても破損しない信頼
性の高い流量センサ装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では抵抗温度係数の大きい抵
抗体と、加熱用のヒータからなる流速検出センサと、前
記流速検出センサとともに同一流体通路内に配置された
抵抗温度係数の大きい抵抗体からなる流体温度検出セン
サと、前記流速検出センサの抵抗体と流体温度検出セン
サの抵抗体とでブリッジを構成し、そのブリッジの出力
をフィードバックしてヒータで前記流速検出センサの抵
抗体を一定温度に加熱する定温度回路とを備え、前記ヒ
ータへの過剰電流を一定時間制限する電流リミッタと、
その電流リミッタの作動が一定時間以上継続したことを
判断する判断手段と、その判断に基づいて電流リミッタ
への電流をカットする駆動手段とを備えたことをその要
旨としている。

【０００７】請求項２に記載の発明では前記判断手段の
判断結果を表示する表示手段を設けたことをその要旨と
している。

【０００８】

【作用】上記構成により、請求項１に記載の発明では流
速検出センサに水滴が付着すると、流速検出センサの温
度が下がりヒータにフィードバックされ加熱のために電
流が流れる。この電流がある一定量以上になると、電流
リミッタが作動して電流を一定期間制限する。この電流
リミッタが数回、一定時間以上作動した場合、判断手段
がそれを判断して駆動手段を駆動させて電流リミッタへ
の電流をカットする。

【０００９】請求項２に記載の発明では、前記判断手段
が電流リミッタへの電流をカットすると判断した場合、
その結果を表示手段に表示して異常を知らせる。

【００１０】

【実施例】以下に本発明を具体化した実施例について図
１〜図７に従って説明する。図１に示すように、流速検
出センサ１及び流体温度検出センサ２は圧縮空気の流路
中に配設されている。流体温度検出センサ２の詳しい構
造は図２の断面図に示すように、セラミック基盤３上に
白金薄膜抵抗体４が固定され、基盤端部に配置された銀
電極５に電気的に接続されている。この銀電極５には金
メッキ処理したリード６が溶接により接合されている。
又、その溶接部には補強剤としてガラスコーティング７
がなされている。同様に、センサの抵抗体４の部分にも
絶縁、保護用のガラスコーティング８がなされている。
流速検出センサ１には低い抵抗値の抵抗体からなるヒー
タ９と、検出用の抵抗体１０とを備えており、その他の
構成は流体温度検出センサ２と同様である。

【００１１】流量センサ装置全体は図４及び図５に示す
ブロック図で構成されている。このセンサ部１２は流体
通路１１を備え、その両端はネジ１３が切られており、
そこに直接配管を接続すればよいようにパッケージされ
ている。センサ部１２は電流リミッタ１４を備え、規定
以上の電流が流れた場合は、その電流をカットする働き
を持っている。一方、モニタ部１５はＬＥＤからなる表
示部１６を備えており、判断手段であるマイコン１７の
働きにより瞬時流量、積算流量あるいは流量のピーク値
等を切替えにより表示できる。又、１００Ｖの交流電圧
を２４Ｖ直流電圧に変換する電源１８を備えている。こ
の電源１８は駆動手段であるリレー１９を介してセンサ
部１２に接続されている。

【００１２】以上のように構成されたセンサにおいてそ
の作用を説明する。通常加熱された物体を流体中におく
と、流体中に伝達によって放散される熱量は次式で示さ
れるように、物体の表面と流体の温度差、流速の平方根
にほぼ比例する。

【００１３】

【数式１】Ｑ＝（ａ＋ｂ・Ｕ^1/2 ）・（Ｔ−Ｔ_a）ここでＱは放散熱量、Ｕは流速、Ｔは物体の表面温度、
Ｔ_aは流体の温度、ａ、ｂは定数である。図３に示すよ
うに、定温度型熱線流量計の回路では流体温度検出セン
サ２の抵抗体４Ｒ_ref及び流速検出センサ１の抵抗体１
０Ｒ_senとでブリッジを構成し、さらにアンプ２０とを
組み合わせてフィードバックループにする。この回路で
は流速検出センサ１の抵抗体１０Ｒ_senが流体温度検出
センサ２の抵抗体４Ｒ_refより１００°Ｃ高く、すなわ
ち、圧縮空気より１００°Ｃ高くなるように設定されて
いる。流体による熱の放散により流速検出センサ１の抵
抗体１０Ｒ_senの温度を下げると、アンプ２０の出力が
ヒータ９Ｒ_heatを電流Ｉで加熱し流速検出センサ１の抵
抗体１０Ｒ_senの温度を上昇させ再び平衡する。この時
の電力Ｉ²・Ｒ_heatが数式１のＱに等しくなる。すなわ
ちヒータ９Ｒ_heatの両端に発生する電圧が流体の流量と
等価になりこの電圧を測定すれば流量を得ることにな
る。

【００１４】続いて、圧縮空気用流量センサ装置の流量
と電力との関係を図７に示す。通常、空気圧システムに
おいて、流量センサは使用するコンプレッサの容量に合
わせたセンサを用いる。従って、センサ自体に定格流量
以上の流体が流れることは少ない。そこで電流リミッタ
１４は定格流量の１．５倍程度に設定している。流速検
出センサ１全体に水滴が付着した場合、水の蒸発熱によ
り、定格流量が流れた時よりも一桁以上大きい電流が流
れ込むことになる。（実際には電流リミッタがあるため
電流値は制限される）又、水滴が蒸発するためにはある
程度（５〜１０秒）の時間を必要とする。

【００１５】上述の前提を基に、前記回路を利用した流
量計において水滴の付着から流速検出センサ１を保護す
る機能について説明する。図５に示す電流リミッタ１４
は次のように作動する。流速検出センサ１の抵抗体１０
Ｒ_senに印加される電圧は小さな水滴が一時的に空気流
に混入したような場合、図６の（ａ）に示すように、冷
えた抵抗体１０を加熱しようと一瞬上昇するが、規定以
上の電流が流れると電流リミッタ１４の働きにより印加
電圧はほぼ時間ｔ₁だけゼロとなる。その後リミッタ１
４は解除されるが、その間に水滴は蒸発され電圧は正常
時の値に復帰する。次に、水滴が比較的多い場合には図
６の（ｂ）に示すように、先程と同様に電圧は一瞬上昇
してリミッタ１４の働きにより、印加電圧はゼロにな
る。その後ｔ₁後に電圧は復帰されるが、水滴が多いた
め全部が蒸発されずに残っている。従って、復帰した電
圧は再び正常値より上昇し電流リミッタ１４によって再
びカットされる。この繰り返しが時間ｔ₂以上経過した
場合は判断手段であるマイコン１７がそれを判断して、
駆動手段であるリレー１９を作動させてセンサ部１２へ
の電源回路を遮断する。そして、この電源１８の遮断状
態を表示部１６に表示してその異常を知らせる。しばら
くして、流速検出センサ１に付着した水滴が蒸発したと
判断したら作業者によって再び復帰される。

【００１６】従って、流速検出センサ１に多量な水滴が
付着した場合、電源１８を遮断するためリミッタ１４が
長い時間働くことがなく流速検出センサ１の破損を避け
ることができる。又、その異常を表示によって知ること
ができ、異常に対する処置をタイムリーに行うことがで
きる。

【００１７】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で次に示す態
様等で具体化することも可能である。（１）上記実施例では電流リミッタの作動繰り返しが時
間ｔ₂以上経過した場合は判断手段であるマイコン１７
がそれを判断して、駆動手段であるリレー１９を作動さ
せてセンサ部１２への電源回路を遮断するが、電流リミ
ッタの作動回数によって判断する構成とすること。

【００１８】（２）前記繰り返しの時間ｔ₂を流体の温
度、あるいは流速に応じて可変にすること。

【００１９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、センサ
に水滴が付着したことを検出し加熱を中止するためセン
サの破損がおきないという効果を奏する。

【００２０】請求項２に記載の発明によれば、加熱を中
止していることを表示でき、異常をタイムリーに知るこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した流量センサ装置の構造を示
す斜視図である。

【図２】流体温度検出センサを示す断面図である。

【図３】流量センサ装置の定温度型回路図である。

【図４】流量センサ装置の外観を示す斜視図である。

【図５】流量センサ装置の概要を示すブロック図であ
る。

【図６】電流リミッタの作動状態を示す特性図である。

【図７】ヒータに流れる電流を示す特性図である。

【符号の説明】

１流速検出センサ、２流体温度検出センサ、４抵
抗体、９ヒータ、１０抵抗体、１４電流リミッ
タ、１６表示部、１７判断手段であるマイコン、１
９駆動手段であるリレー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】抵抗温度係数の大きい抵抗体と、加熱用
のヒータからなる流速検出センサと、前記流速検出センサとともに同一流体通路内に配置され
た抵抗温度係数の大きい抵抗体からなる流体温度検出セ
ンサと、前記流速検出センサの抵抗体と流体温度検出センサの抵
抗体とでブリッジを構成し、そのブリッジの出力をフィ
ードバックしてヒータで前記流速検出センサの抵抗体を
一定温度に加熱する定温度回路とを備え、前記ヒータへの過剰電流を一定時間制限する電流リミッ
タと、その電流リミッタの作動が一定時間以上継続した
ことを判断する判断手段と、その判断に基づいて電流リ
ミッタへの電流をカットする駆動手段とを備えたことを
特徴とする流量センサ装置。
【請求項２】前記判断手段の判断結果を表示する表示
手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の流量セ
ンサ装置。