JPH08159838A

JPH08159838A - 流量計

Info

Publication number: JPH08159838A
Application number: JP6305946A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yamaguchi; 隆行山口
Original assignee: Ricoh Seiki Co Ltd; Ricoh Elemex Corp; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Seiki Co Ltd; Ricoh Elemex Corp; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】熱式流量センサにより測定される流量域の校
正を行うことによって正確な流量測定が可能な流量計を
提供する。【構成】熱式流量センサ４により流量の測定が行われ
る流路３の一部に配置された校正用熱式流量センサ２２
を用いて流量校正を行うことによって、特に温度・圧力
等の環境変化の影響をなくして、連続した比例関係にあ
る出力−流量曲線を求めるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に、都市ガスメータ
や、プロパンガスメータ等の流量の測定に用いられる流
量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばガスメータにはダイヤフラ
ム式の流量センサが用いられていたが、そのガスメータ
の測定に必要な流量範囲（例えば、３〜３０００Ｌit
er／Ｈ、以下、単位はＬ／Ｈとする）をカバーしきれな
いことや、小型化、信頼性の面を考慮して、近年、大流
量（例えば、１５０Ｌ／Ｈ以上）測定用のフルイディ
ック流量計と、小流量（例えば、２００Ｌ／Ｈ以下）
測定用の熱式流量センサとを組み合わせた方式が提案さ
れている（特開平１−３０８９２１号公報、特開平３−
９６８１７号公報、特開平３−２６４８２１号公報、特
開平４−６４０２０号公報等参照）。

【０００３】図６は、フルイディック流量計と熱式流量
センサとを組み合わせた方式の複合センサの構造を示
す。この複合センサ１には、流体の流れ２の上流側に位
置して断面積の狭い流路３が形成されており、流路３内
には熱式流量センサ４が配置されている。流路３の下流
側には、フルイディック流量計５が設けられている。こ
のフルイディック流量計５は、前記流路３に比べて断面
積が広く形成された流路６と、中央に位置するターゲッ
ト７と、流体が導かれる２個の側壁８ａ，８ｂと、側壁
８ａ，８ｂの後方に位置し湾曲した検出面９ａ，９ｂと
からなっている。

【０００４】また、図７は、熱式流量センサ４の構造を
示す（特開平５−１５７６０３号公報参照）。この熱式
流量センサ４の基板１０（Ｓｉチップ等）上には、流体
の流れ２の方向に沿って堀１１が形成されている。堀１
１の上部には、橋１２が掛け渡されている。橋１２上の
中央には発熱体１３が配線され、その発熱体１３を挾む
上流側と下流側には測温抵抗体１４，１５が配線されて
いる。図８は、その熱式流量センサ４を駆動する駆動回
路１６の構成を示す。今、流体（ガス）の流れ２の中に
熱式流量センサ４を配置した状態で、発熱体１３を通電
して加熱すると、上流側の測温抵抗体１４はガス流に冷
却されて温度が低下し、下流側の測温抵抗体１５は加熱
されたガスの流れによって温度が上昇する。これら測温
抵抗体１４，１５間の温度差はガス流速すなわち流量に
比例することから、測温抵抗体１４，１５間の温度差を
駆動回路１６の出力値Ｖｏとして検出することにより、
ガス流量（小流量）を測定することができる。

【０００５】そして、今、図６において、ガスの流れ２
の中に複合センサ１を配置させると、ガスは流路３内を
進行していき、熱式流量センサ４によりガス流量の測定
が行われる。さらに、その流路３（ノズル）を通過した
ガスは、下流のフルイディック流量計５に導かれる。こ
のとき、ガスが例えば矢印方向ａの側壁８ａに沿って流
れると、ガスの圧力変化が検出面９ａに検出され、その
後、側壁８ｂに沿って流れ検出面９ｂに検出される。こ
のような周期的な流れはガス流速に比例することから、
検出面９ａ，９ｂにより検出された出力値（パルス信
号）の周期を求めることにより、ガス流量（大流量）を
測定することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図９は、熱式流量セン
サ４とフルイディック流量計５とを組み合わせた複合セ
ンサ１における駆動回路１６の出力値に対する流量の関
係を示す。波形１７は熱式流量センサ４の出力−流量曲
線を示し、波形１８はフルイディック流量計５の出力−
流量曲線を示す。この場合、熱式流量センサ４では、波
形１７は、流量０から流量Ｑ１の小流量域までは比例関
係にあるが、出力２０００Ｐ（パルス）付近の流量Ｑ１
から流量Ｑ２の高流量域に近づくと飽和してしまい、こ
の領域での正確な測定を行うことができない。一方、フ
ルイディック流量計５は、波形１８に示すように、流量
Ｑ２以上の高流量域では比例関係にあり測定可能である
が、流量Ｑ２以下の低流量域に近づいてくると、構造上
フルイディック振動を起さなくなり、この領域での正確
な測定を行うことができない。従って、このような２方
式を併用した複合センサ１においては、流量Ｑ１から流
量Ｑ２までの領域Ａにおける測定が問題となる。

【０００７】また、熱式流量センサ４は、それ自体がも
つ特性として、温度・圧力等の環境変化や経時変化によ
って図９に示すように、波形１７から波形１９にシフト
してしまう。このようなシフト現象による流量の校正
を、領域Ａを含めた領域Ｂに渡って行う方法も提案され
ている（特開平５−２３１９０２号公報、特開平２−２
２２８１５号公報等参照）。例えば、特開平５−２３１
９０２号公報の例では、フルイディック流量計側で熱式
流量センサの流量域の校正を行い、また、特開平２−２
２２８１５号公報の例では、熱式流量センサ側で測定流
体の比熱、熱伝導率、密度を実測定前に測定することに
より校正したものである。しかし、このような流量校正
は行えたとしても、その校正を行うための制御回路の構
成が複雑化し、その制御回路や駆動回路を含めた全体の
回路構成の複雑化、コスト高は避けられない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、流体が流れる流路中に熱式流量センサを配置させ、
その熱式流量センサを用いて少なくとも一部の流量域の
測定を行う流量計において、前記熱式流量センサが配置
された前記流路の一部に、前記熱式流量センサにより測
定される流量域及びその流量域の上限又は下限における
他の流量域と重なる重複領域での流量校正を行う校正用
熱式流量センサを配置した。

【０００９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、流路の一部に流体の流れがない空洞部を
設け、この空洞部内に校正用熱式流量センサを配置し、
この空洞部内の校正用熱式流量センサから検出された校
正用信号と、流路内の熱式流量センサから検出された測
定用信号との差を流量信号として取り出す流量信号検出
手段を設けた。

【００１０】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の発明において、校正用熱式流量センサと熱式流量
センサとの間で駆動回路のブリッジ回路を構成し、この
ブリッジ回路の出力を流量信号として取り出すようにし
た。

【００１１】請求項４記載の発明では、請求項２又は３
記載の発明において、空洞部の流路との接続部を、流体
の流れの影響を受けない流路の部位に形成した。

【００１２】請求項５記載の発明では、請求項２又は３
記載の発明において、空洞部の流路との接続部に、流路
内の流れの影響を遮断する遮断手段を設けた。

【００１３】請求項６記載の発明では、請求項５記載の
発明において、遮断手段として、フィルタを用いた。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明においては、熱式流量セン
サと同一流路の一部分に配置された校正用熱式流量セン
サから検出される校正用信号をもとに、熱式流量センサ
により測定される流量域及びその流量域の上限又は下限
における他の流量域と重複する重複領域での流量校正を
行うことにより、温度・圧力等の環境変化や経時変化の
影響をなくし、全流量域に渡って途切れのない連続した
出力値−流量曲線を得ることができる。

【００１５】請求項２記載の発明においては、流体の流
れがない空洞部内の校正用熱式流量センサから検出され
た流れの影響を受けない校正用信号と、流路内の熱式流
量センサから検出された測定用信号との差を流量信号検
出手段により求め、流量信号として取り出すことによっ
て、特に環境変化の影響をなくして厳密な校正を行うこ
とができる。

【００１６】請求項３記載の発明においては、校正用熱
式流量センサと熱式流量センサとは共通化された駆動回
路のブリッジ回路により駆動され、また、このブリッジ
回路の出力を流量信号として直接取り出すことにより流
量の校正を簡単に行うことができる。

【００１７】請求項４記載の発明においては、空洞部の
流路との接続部を、流体の流れの影響を受けない流路の
部位に形成したことによって、流路から空洞部への流体
の流れを完全になくし、厳格な校正を行うことができ
る。

【００１８】請求項５記載の発明においては、遮断手段
を用いて流路内の流れの影響を遮断することによって、
空洞部内での流体の流れを完全になくすことができる。

【００１９】請求項６記載の発明においては、遮断手段
としてフィルタを用いることによって、安易な構成で、
空洞部内での流体の流れを完全になくす効果を高めるこ
とができる。

【００２０】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１〜図３に基づい
て説明する（請求項１，２，４，５，６記載の発明に対
応する）。なお、従来例（図６〜図９参照）と同一部分
についての説明は省略し、その同一部分については同一
符号を用いる。

【００２１】図１は、複合センサ１（フルイディック流
量計＋熱式流量センサ）の全体構成を示す。小流量域測
定用の流路３中には、熱式流量センサ４（以下、測定用
熱式流量センサ４という）が配置されている。この流路
３には、連通管２０（接続部）を介して、空洞部２１が
接続されている。この連通管２０を設けたことによっ
て、空洞部２１は流体の流れの影響を受けないような部
位に形成されている。この空洞部２１内には、小流量の
全域に渡って流量校正を行うための校正用熱式流量セン
サ２２が配置されている。また、連通管２０の流路３と
の付け根には、遮断手段としてのフィルタ２３が設けら
れている。これにより、空洞部２１内では、流路３中の
流体の流れ２の影響を全く受けない（流量＝０）ような
環境とされている。この場合、流体の温度、圧力が変化
しないときには連通管２０を設けなくてもよいが、空洞
部２１を流路３に直接接続するような場合には、流体の
流れの影響を受けないような流路３の部位に空洞部２１
を設ける。

【００２２】また、このような複合センサ１は、流量信
号検出手段（図示せず）を備えている。この流量信号検
出手段は、空洞部２１内の校正用熱式流量センサ２２か
ら検出される校正用信号と、小流量域の流路３内の測定
用熱式流量センサ４から検出される測定用信号との差を
求め、その差信号の成分を校正された流量信号として取
り出すものである。

【００２３】ここで、複合センサ１の作成方法について
述べる。図３において、Ｓｉの基板１０上に橋材料とな
るＳｉＯ₂ と、抵抗体材料となるＰｔとをスパッタリン
グにより全面に形成した後、１回目の写真製版、エッチ
ングを行って発熱体１３、測温抵抗体１４，１５のパタ
ーンを形成する。さらに、２回目の写真製版、エッチン
グを行って橋１２のパターンを形成した後、Ｓｉの異方
性エッチングにより堀１１を形成する。この堀１１の形
成と同時に、下方がエッチングされた橋１２も形成され
る。このようにして測定用熱式流量センサ４又は校正用
熱式流量センサ２２を構成するセンサチップ２４が作成
される。

【００２４】このようなセンサチップ２４を、厚膜配線
２５が行われたセラミック基板２６上にダイボンド樹脂
を用いて固定した後、厚膜配線２５とセンサチップ２４
との間をワイヤ２７（Ａｕ、Ａｌ等）によりボンディン
グし電気的な接続を行う。そして、このようにしてセラ
ミック基板２６上に搭載されたセンサチップ２４の部分
を、図１の流路３及び空洞部２１の略中央部に設置す
る。このとき、セラミック基板２６は、位置Ｐ₁ で蓋
（図示せず）に固定される。この固定には、厚膜配線２
５の絶縁及び機密を保持するためにエポシキ樹脂を用い
ることができる。その後、セラミック基板２６上の位置
Ｐ₂ に信号線（図示せず）を半田付けすることにより、
測定用熱式流量センサ４及び校正用熱式流量センサ２２
を、駆動回路（例えば、図８の駆動回路１６と同様な回
路）と接続することができ、これにより複合センサ１を
作成することができる。

【００２５】なお、流路３と、連通管２０と、空洞部２
１と、フルイディック流量計５の流路６とは、金属（真
鍮等）からなる構造体１ａを機械加工することによって
作成される。構造体１ａとしては、そのような金属の他
にプラスチックが用いられるが、流体に可燃性ガス（都
市ガス、プロパンガス、水素ガス等）を使用する場合に
は火災時の安全を考慮して金属を用い、特に、腐食性ガ
スの場合には腐食されないような材料を選択する。構造
体１ａの加工方法としては、機械加工の他に、大量生産
の場合はモールド又はダイキャストのような型加工を用
いることができる。また、フィルタ２３の材料として
は、簡易的に、濾紙を重ねて作成することができる。

【００２６】このような構成において、空洞部２１に配
置された校正用熱式流量センサ２２の働きについて述べ
る。今、流体（純空気）の流れ２の中に複合センサ１を
置くと、空洞部２１内は小流量域測定用の流路３と同一
流体で満たされ、しかも、流量０の環境を作り出すこと
ができる。この流量０の状態は、フィルタ２３及び連通
管２０を設けたことによって、一段と安定に保たれてい
る。このような状態で、図８の駆動回路１６と同様な駆
動回路を用いて、測定用熱式流量センサ４と校正用熱式
流量センサ２２とを駆動させる。これにより、測定用熱
式流量センサ４側の駆動回路により検出された出力電圧
をもとに、波形２８に示すような出力−流量曲線が得ら
れ、また、校正用熱式流量センサ２２側の駆動回路によ
り検出された出力電圧をもとに、波形２９に示すような
出力−流量曲線が得られる。波形２９は、流量０の安定
した状態に対応している。このような測定を繰り返して
行った結果、環境変化や経時変化に伴って、波形２８，
２９は共に同時に同量だけシフトすることから、波形２
８の値から波形２９の値を差し引いた値（差信号３０）
は、環境変化や経時変化の影響を受けない常にほぼ一定
な値であることを示す。すなわち、流路３内の測定用熱
式流量センサ４から測定用信号を検出し、空洞部２１内
の校正用熱式流量センサ２２から校正用信号を検出する
と共に、流量信号検出手段を用いて、それら測定用信号
と校正用信号との差信号３０を校正された真の流量信号
として取り出すことによって、環境変化や経時変化の影
響のない一定した出力−流量曲線を求めることができ
る。また、このように差信号３０を真の流量信号として
取り出すことは、図９の波形１７に示したような測定用
熱式流量センサ４の小流量域の上限におけるフルイディ
ック流量計５の波形１８との重複した領域Ａでの校正
や、経時変化による波形１９の領域Ｂでの校正が行える
ことを意味するものであり、このようなことから、流量
測定を小流量域から大流量域の広範囲に渡って正確に行
うことができる。

【００２７】次に、本発明の第二の実施例を図４及び図
５に基づいて説明する（請求項３記載の発明に対応す
る）。なお、従来例（図６〜図９参照）と同一部分につ
いての説明は省略し、その同一部分については同一符号
を用いる。

【００２８】前述した第一の実施例における測定用熱式
流量センサ４及び校正用熱式流量センサ２２の駆動回路
は、図８の駆動回路１６と同様な構成としたが、ここで
は、駆動回路のブリッジ回路の構成を変えたものであ
る。

【００２９】図４は、その駆動回路３１のブリッジ回路
の接続状態を示す。校正用熱式流量センサ２２は、校正
用発熱体１３ａと、校正用測温抵抗体１５ａとを備えて
いる。校正用発熱体１３ａは図７の発熱体１３に対応
し、校正用測温抵抗体１５ａは図７の測温抵抗体１５に
対応する。この場合、校正用測温抵抗体１５ａと測温抵
抗体１５とを対辺としてブリッジ回路を構成し、このブ
リッジ回路の基準電圧として校正用発熱体１３ａに加わ
る電圧を用いる。

【００３０】このように校正用熱式流量センサ２２と測
定用熱式流量センサ４との両方のセンサを駆動するよう
に、駆動回路３１のブリッジ回路を構成することによっ
て、第一の実施例のように各々別個の駆動回路を構成す
る必要がなくなり、これにより駆動回路の構成を単純化
させることができる。また、このような駆動回路３１の
ブリッジ回路から出力された信号は、測定用信号から校
正用信号が差し引かれた差信号すなわち校正された真の
流量信号を示すものであり、このようにして流量信号を
直接取り出すことができるため、校正回路（ソフト面を
含む）の簡略化を図ることができる。

【００３１】また、図５は、校正用熱式流量センサ２２
の校正用発熱体１３ａと、測定用熱式流量センサ４の発
熱体１３とを用いてブリッジ回路を構成した駆動回路３
２を示す。このような発熱体のみでブリッジ回路を構成
した場合においても、その出力値から校正された真の流
量信号を直接検出することができ、これにより駆動回路
構成の単純化、簡略化をさらに図ることができる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、熱式流量センサ
が配置された流路の一部に、熱式流量センサにより測定
される流量域の上限又は下限における他の流量域と重複
する測定領域での流量校正を行う校正用熱式流量センサ
を配置したので、温度・圧力等の環境変化や経時的変化
の影響をなくし、途切れのない連続した出力−流量曲線
を得ることができ、これにより、広範囲な流量域に渡っ
て正確な流量測定を行うことができる。

【００３３】請求項２記載の発明は、流路内の熱式流量
センサから検出された測定用信号と、流体の流れがない
流量０の空洞部内に配置された校正用熱式流量センサか
ら検出された校正用信号との差を流量信号検出手段によ
り求めて流量信号として取り出すようにしたので、環境
変化の影響をなくした厳格な校正を行うことができ、こ
れにより、一段と正確な流量測定を行うことができる。

【００３４】請求項３記載の発明は、校正用熱式流量セ
ンサと熱式流量センサとの間で駆動回路のブリッジ回路
を構成し、このブリッジ回路の出力を流量信号として取
り出すようにしたので、校正された流量信号を駆動回路
から直接取り出すことができ校正回路の簡略化を図るこ
とができ、また、これにより各熱式流量センサの駆動回
路を共用することができるため単純化された簡便な駆動
回路を実現することができる。

【００３５】請求項４記載の発明は、流体の流れの影響
を受けない流路の部位に空洞部を形成したので、流路か
ら空洞部への流体の流れを完全になくすことができ、こ
れにより環境変化の影響を全くなくして厳格な校正を行
うことができる。

【００３６】請求項５記載の発明は、空洞部と流路との
接続部に流路内の流れの影響を遮断する遮断手段を設け
たので、空洞部内への流体の流れの遮断効果を高め、よ
り厳格な校正を行うことができる。

【００３７】請求項６記載の発明は、遮断手段としてフ
ィルタを用いたので、生産コストを増加させずに安易な
構成で遮断効果を一段と高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例である流量計の構造を示
す断面図である。

【図２】出力−流量曲線を示す特性図である。

【図３】熱式流量センサの構造を示す断面図である。

【図４】熱式流量センサの駆動回路を示す回路図であ
る。

【図５】駆動回路内のブリッジ回路の変形例を示す回路
図である。

【図６】従来の流量計の構造を示す断面図である。

【図７】熱式流量センサの構造を示す平面図である。

【図８】図７の熱式流量センサの駆動回路を示す回路図
である。

【図９】出力−流量曲線を示す特性図である。

【符号の説明】

３流路４熱式流量センサ２０接続部２１空洞部２２校正用熱式流量センサ２３フィルタ３１，３２駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体が流れる流路中に熱式流量センサを
配置させ、その熱式流量センサを用いて少なくとも一部
の流量域の測定を行う流量計において、前記熱式流量セ
ンサが配置された前記流路の一部に、前記熱式流量セン
サにより測定される流量域及びその流量域の上限又は下
限における他の流量域と重なる重複領域での流量校正を
行う校正用熱式流量センサを配置したことを特徴とする
流量計。
【請求項２】流路の一部に流体の流れがない空洞部を
設け、この空洞部内に校正用熱式流量センサを配置し、
この空洞部内の校正用熱式流量センサから検出された校
正用信号と、流路内の熱式流量センサから検出された測
定用信号との差を流量信号として取り出す流量信号検出
手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の流量計。
【請求項３】校正用熱式流量センサと熱式流量センサ
との間で駆動回路のブリッジ回路を構成し、このブリッ
ジ回路の出力を流量信号として取り出すことを特徴とす
る請求項１又は２記載の流量計。
【請求項４】空洞部の流路との接続部を、流体の流れ
の影響を受けない流路の部位に形成したことを特徴とす
る請求項２又は３記載の流量計。
【請求項５】空洞部の流路との接続部に、流路内の流
れの影響を遮断する遮断手段を設けたことを特徴とする
請求項２又は３記載の流量計。
【請求項６】遮断手段として、フィルタを用いたこと
を特徴とする請求項５記載の流量計。