JPH08240501A - 流れ速度センサを線形化する方法および線形化された流れ速度測定装置 - Google Patents
流れ速度センサを線形化する方法および線形化された流れ速度測定装置Info
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- JPH08240501A JPH08240501A JP7334766A JP33476695A JPH08240501A JP H08240501 A JPH08240501 A JP H08240501A JP 7334766 A JP7334766 A JP 7334766A JP 33476695 A JP33476695 A JP 33476695A JP H08240501 A JPH08240501 A JP H08240501A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
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- G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
- G01F1/38—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction the pressure or differential pressure being measured by means of a movable element, e.g. diaphragm, piston, Bourdon tube or flexible capsule
- G01F1/383—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction the pressure or differential pressure being measured by means of a movable element, e.g. diaphragm, piston, Bourdon tube or flexible capsule with electrical or electro-mechanical indication
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 改良された流れ速度センサを線形化するため
の方法および線形化された流れ速度測定装置を提供す
る。 【解決手段】 圧力差測定に基づいて流れ速度センサを
線形化ための方法と装置に関する。流れ速度の平方に比
例する２つの圧力信号の差が、力バランス原理に基づい
てミクロ機械的に製造された対称な容量性の差圧センサ
２０を使用して測定される。センサ内では前記差圧セン
サ２０の圧力を検知するダイヤグラム２３上に作用する
力バランスを回復する静電気圧を付与することにより圧
力バランスから付与された撓みが補償されて、ダイヤフ
ラム２３が力バランスを回復する静電気力を受け、これ
によりシステムの出力信号としても作用する、力バラン
スを回復する電気フィードバック制御信号の振幅が、前
記２つの圧力信号の差の平方根に、またよって、流れ速
度の線形関数に直接的に比例する圧力差の測定に基づい
て流れ速度センサを線形化する。
の方法および線形化された流れ速度測定装置を提供す
る。 【解決手段】 圧力差測定に基づいて流れ速度センサを
線形化ための方法と装置に関する。流れ速度の平方に比
例する２つの圧力信号の差が、力バランス原理に基づい
てミクロ機械的に製造された対称な容量性の差圧センサ
２０を使用して測定される。センサ内では前記差圧セン
サ２０の圧力を検知するダイヤグラム２３上に作用する
力バランスを回復する静電気圧を付与することにより圧
力バランスから付与された撓みが補償されて、ダイヤフ
ラム２３が力バランスを回復する静電気力を受け、これ
によりシステムの出力信号としても作用する、力バラン
スを回復する電気フィードバック制御信号の振幅が、前
記２つの圧力信号の差の平方根に、またよって、流れ速
度の線形関数に直接的に比例する圧力差の測定に基づい
て流れ速度センサを線形化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流れ速度センサを
線形化するための請求項１の前文による方法に関するも
のである。本発明はまた、線形化された流れ速度測定装
置に関するものである。
線形化するための請求項１の前文による方法に関するも
のである。本発明はまた、線形化された流れ速度測定装
置に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】ガスの流れ速度測定に
おいては、最重要な原理は、流れ速度の平方に比例する
動圧と呼ばれる変数を流れから測定することである。こ
の種の最も簡単なデバイスは、動圧とも呼ばれ、総圧と
静圧の差である、動的圧力を流れから測定するための２
つの圧力通路を有するピトー管である。ピトー管の開口
の間の差圧は次の式により表現される。
おいては、最重要な原理は、流れ速度の平方に比例する
動圧と呼ばれる変数を流れから測定することである。こ
の種の最も簡単なデバイスは、動圧とも呼ばれ、総圧と
静圧の差である、動的圧力を流れから測定するための２
つの圧力通路を有するピトー管である。ピトー管の開口
の間の差圧は次の式により表現される。
【数１】 ここで、ρはガス密度でありｑflowは流れ速度である。
一般的には、等式の２次方程式は流れの動力学を示した
基本的な式であるベルヌーイ等式から得られる。縮みが
なく摩擦なしの流れに対しては上記の式は次の形で表現
される。
一般的には、等式の２次方程式は流れの動力学を示した
基本的な式であるベルヌーイ等式から得られる。縮みが
なく摩擦なしの流れに対しては上記の式は次の形で表現
される。
【数２】 ここで、ｇは加速度の定数でありまたｈは与えれた基準
レベルに対する圧力ポートの高さである。この式は流れ
ラインのどの点に沿っても有効である。ベルヌーイの法
則に基づく流れ速度計は種々の異なるタイプのものが利
用できる。このような計測において２つの最も重要なデ
バイスはピトー管とベンチュリであり、後者は流れの制
限に使用される。上記した圧力差の２次的な関係は乱流
においても同様に起きる。このような流れ速度センサ
は、流れ速度の決定のためのセンサの２つの異なる点の
間の圧力差として圧力が測定されるという共通の特性に
より特徴付けされる。
レベルに対する圧力ポートの高さである。この式は流れ
ラインのどの点に沿っても有効である。ベルヌーイの法
則に基づく流れ速度計は種々の異なるタイプのものが利
用できる。このような計測において２つの最も重要なデ
バイスはピトー管とベンチュリであり、後者は流れの制
限に使用される。上記した圧力差の２次的な関係は乱流
においても同様に起きる。このような流れ速度センサ
は、流れ速度の決定のためのセンサの２つの異なる点の
間の圧力差として圧力が測定されるという共通の特性に
より特徴付けされる。
【０００３】しかしながら、これらのセンサにおける２
次的な流れ速度−圧力差の関係は、信号変換がその解像
度が例えば８ビットと比較的低いＡ／Ｄ変換器を使用し
て行われたときには必須的に測定の解像度を低下させて
しまう。ＤＥ特許出願４０ ２５ ８８３には流れ速度
センサが力バランス（ｆｏｒｃｅ ｂａｌａｎｃｅ）の
トランスデューサーにより線形化される実施例が開示さ
れている。この特許公報には流れ方向の検知方法は開示
されていない。本発明の目的は、上記した技術の欠点を
克服し、また流れ方向指示の特定の特性を持つ流れ速度
センサを線形化するための完全に新規なタイプの方法、
および線形化され、双方向的に測定された流れ速度測定
装置を提供することにある。
次的な流れ速度−圧力差の関係は、信号変換がその解像
度が例えば８ビットと比較的低いＡ／Ｄ変換器を使用し
て行われたときには必須的に測定の解像度を低下させて
しまう。ＤＥ特許出願４０ ２５ ８８３には流れ速度
センサが力バランス（ｆｏｒｃｅ ｂａｌａｎｃｅ）の
トランスデューサーにより線形化される実施例が開示さ
れている。この特許公報には流れ方向の検知方法は開示
されていない。本発明の目的は、上記した技術の欠点を
克服し、また流れ方向指示の特定の特性を持つ流れ速度
センサを線形化するための完全に新規なタイプの方法、
および線形化され、双方向的に測定された流れ速度測定
装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の目標は、対称な
容量性の差圧センサの圧力を検知するダイヤフラムを電
気的なフィードバック構成により撓みのない位置内に制
御することにより達成される。これにより、センサの力
バランスの状態を確立するフィードバック回路が固有的
に非線形の圧力センサ出力の線形化を行い、また同時に
流れの方向を指示する。好都合なことには、このような
圧力センサはシリコンのミクロ機械的な技術を使用して
作られる。より詳しくは、本発明の方法は請求項１の特
徴部分に記載されている。さらに、本発明の装置は請求
項６の特徴部分に記載されている。本発明は顕著な利点
を提供するものである。
容量性の差圧センサの圧力を検知するダイヤフラムを電
気的なフィードバック構成により撓みのない位置内に制
御することにより達成される。これにより、センサの力
バランスの状態を確立するフィードバック回路が固有的
に非線形の圧力センサ出力の線形化を行い、また同時に
流れの方向を指示する。好都合なことには、このような
圧力センサはシリコンのミクロ機械的な技術を使用して
作られる。より詳しくは、本発明の方法は請求項１の特
徴部分に記載されている。さらに、本発明の装置は請求
項６の特徴部分に記載されている。本発明は顕著な利点
を提供するものである。
【０００５】本発明によれば流れ速度の線形で双方向の
計測が可能である。同様に、流れ速度測定の解像度が改
良される。図１０に、本発明による線形−流れの電子回
路および圧力差に対する線形の伝達関数を有する従来の
電子回路に応答する出力信号を示した。特に流れ速度の
小さい値においては、本発明の実施の形態は双方向測定
において明らかに改良された出力の解像度を提供するも
のである。本発明の電子回路の出力信号は供給電圧およ
び他の理想的でない状態における変化に感じないもので
ある。出力信号のレンジはセンサの特性により決定され
る。
計測が可能である。同様に、流れ速度測定の解像度が改
良される。図１０に、本発明による線形−流れの電子回
路および圧力差に対する線形の伝達関数を有する従来の
電子回路に応答する出力信号を示した。特に流れ速度の
小さい値においては、本発明の実施の形態は双方向測定
において明らかに改良された出力の解像度を提供するも
のである。本発明の電子回路の出力信号は供給電圧およ
び他の理想的でない状態における変化に感じないもので
ある。出力信号のレンジはセンサの特性により決定され
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に本発明を添付図面に示した
実施の形態に基づいて説明する。キャパシタの２つの電
極の間に電位差Ｕが印加されたときには、下式による表
現される大きさを持つ静電圧は電極の表面上に現れる。
実施の形態に基づいて説明する。キャパシタの２つの電
極の間に電位差Ｕが印加されたときには、下式による表
現される大きさを持つ静電圧は電極の表面上に現れる。
【数３】 ここで、Ｅはキャパシタ電極間のガス状媒体の誘電係数
であり、ｇはキャパシタ電極間の距離である。差圧セン
サの圧力を検知するダイヤフラムのプロフィールが電気
的なフィードバック構成により撓まない場合には、セン
サの力バランス状態は次の式により表現される。
であり、ｇはキャパシタ電極間の距離である。差圧セン
サの圧力を検知するダイヤフラムのプロフィールが電気
的なフィードバック構成により撓まない場合には、セン
サの力バランス状態は次の式により表現される。
【数４】 次いで、フィードバック電圧信号の間の関係を表現する
関数、つまり、電子回路の出力電圧と流れ速度は次の式
により表現される。
関数、つまり、電子回路の出力電圧と流れ速度は次の式
により表現される。
【数５】 図１に示したように、本発明の典型的な用途の環境は、
例えば、その測定用のオリフィス３が流れに対向して向
けられたピトー管１である。静圧力は基準圧力開口２か
ら得られ、両方の圧力は圧力差の測定のために出口ポー
ト４と５から取り出される。出口ポート４と５の間の圧
力差は流れ速度の平方に比例する。図２を参照して、他
の主要デバイスはベンチュリ管４５であり、流れは入口
開口４０から出口開口４１に通過している。流れ速度は
圧力出口４２と４３の間の圧力差を測定することにより
決定され、これにより１つの圧力出口４３が管の制限さ
れた区域４４内に、また他の圧力出口４２は管の制限さ
れない区域内にそれぞれ位置している。
例えば、その測定用のオリフィス３が流れに対向して向
けられたピトー管１である。静圧力は基準圧力開口２か
ら得られ、両方の圧力は圧力差の測定のために出口ポー
ト４と５から取り出される。出口ポート４と５の間の圧
力差は流れ速度の平方に比例する。図２を参照して、他
の主要デバイスはベンチュリ管４５であり、流れは入口
開口４０から出口開口４１に通過している。流れ速度は
圧力出口４２と４３の間の圧力差を測定することにより
決定され、これにより１つの圧力出口４３が管の制限さ
れた区域４４内に、また他の圧力出口４２は管の制限さ
れない区域内にそれぞれ位置している。
【０００７】図３を参照して、測定装置の重要な構成要
素は容量性の差圧センサ６である。このセンサ要素は、
図示した例では２つの分離した電極７と８に分割されて
いる少なくとも１つの固定電極、および容量性のセンサ
６内で対極を形成する圧力を検知することを行うダイヤ
フラム９から構成される。図３には同様に、２次的なフ
ィードバック関数を電子的に実施することができる単純
化された回路構成が示されている。理論上は、回路は２
つのオーバラップするブロック、つまり、センサの容量
（電荷）を検出する測定ブロック１０およびセンサの容
量を変化しないように維持する機能のフィードバックブ
ロック１１から構成される。実際的には、容量性センサ
６の検知するためのダイヤグラムの電荷はフィードバッ
ク制御により一定に維持される。ダイヤフラム内に示し
た２つの電極のキャパシタ内において、反対の位相の信
号が発振器１４と位相反転器１５から構成される回路ブ
ロックにより印加される。キャパシタ１６は電極７と８
を通過する測定キャリア信号よりも低い周波数の信号を
阻止する。ダイヤフラム９の電極に印加された測定キャ
リア信号の１つのサイクル上の総電荷がゼロである場合
には、センサ１は力バランスの状態にあり、また増幅器
１２のハイパスフィルタされた入力を通過する信号はな
い。つまり、力バランス状態のダイヤフラム９の電極は
静電荷を支持し、あるいはその電荷は低周波電荷で変化
する一方、測定ブロック１０は測定キャリア周波数にお
いて発生する電荷の変化だけを検知する。センサ６のダ
イヤフラム９が撓んだ場合、測定キャリア周波数におい
て変化する電荷構成成分がダイヤフラム９の容量性の電
極上に加わり、これによりＡＣ信号が増幅器１２の入力
を通過する。この信号は位相−感知増幅器１３内で整流
されまたローパスフィルタされて、ここから積分器１７
の入力に通過する。積分器１７の出力信号はフィードバ
ック信号としてセンサ６のダイヤフラム９の電極に印加
されてその撓みに対抗する。フィードバック信号は検知
するダイヤフラム９の移動する電極と固定電極７と８の
間に引っ張りの静電力を発生する。力バランス状態で
は、積分器１７の出力信号は測定信号と同様に流れ速度
の線形の応答である。実際的には、測定キャリア信号に
より発生した引っ張り力は小さいオフセットエラーの原
因となり、これは積分器１７のオフセット調整により補
償される。
素は容量性の差圧センサ６である。このセンサ要素は、
図示した例では２つの分離した電極７と８に分割されて
いる少なくとも１つの固定電極、および容量性のセンサ
６内で対極を形成する圧力を検知することを行うダイヤ
フラム９から構成される。図３には同様に、２次的なフ
ィードバック関数を電子的に実施することができる単純
化された回路構成が示されている。理論上は、回路は２
つのオーバラップするブロック、つまり、センサの容量
（電荷）を検出する測定ブロック１０およびセンサの容
量を変化しないように維持する機能のフィードバックブ
ロック１１から構成される。実際的には、容量性センサ
６の検知するためのダイヤグラムの電荷はフィードバッ
ク制御により一定に維持される。ダイヤフラム内に示し
た２つの電極のキャパシタ内において、反対の位相の信
号が発振器１４と位相反転器１５から構成される回路ブ
ロックにより印加される。キャパシタ１６は電極７と８
を通過する測定キャリア信号よりも低い周波数の信号を
阻止する。ダイヤフラム９の電極に印加された測定キャ
リア信号の１つのサイクル上の総電荷がゼロである場合
には、センサ１は力バランスの状態にあり、また増幅器
１２のハイパスフィルタされた入力を通過する信号はな
い。つまり、力バランス状態のダイヤフラム９の電極は
静電荷を支持し、あるいはその電荷は低周波電荷で変化
する一方、測定ブロック１０は測定キャリア周波数にお
いて発生する電荷の変化だけを検知する。センサ６のダ
イヤフラム９が撓んだ場合、測定キャリア周波数におい
て変化する電荷構成成分がダイヤフラム９の容量性の電
極上に加わり、これによりＡＣ信号が増幅器１２の入力
を通過する。この信号は位相−感知増幅器１３内で整流
されまたローパスフィルタされて、ここから積分器１７
の入力に通過する。積分器１７の出力信号はフィードバ
ック信号としてセンサ６のダイヤフラム９の電極に印加
されてその撓みに対抗する。フィードバック信号は検知
するダイヤフラム９の移動する電極と固定電極７と８の
間に引っ張りの静電力を発生する。力バランス状態で
は、積分器１７の出力信号は測定信号と同様に流れ速度
の線形の応答である。実際的には、測定キャリア信号に
より発生した引っ張り力は小さいオフセットエラーの原
因となり、これは積分器１７のオフセット調整により補
償される。
【０００８】図４を参照して、電子的な測定回路構成の
実施の形態が示されており、これは双方向の流れ速度測
定のための対称な差圧センサ２０を使用しており、線形
の出力信号対流れ速度が達成される。対称な差圧センサ
２０は固定上部電極２１、固定下部電極２２および、印
加された圧力下で撓むように構成されまた固定電極間に
配置されて感知するキャパシタの中央の電極を形成す
る、検知することを行うダイヤフラム２３から構成され
る。ここで、上記のように作られた方向的な基準（上部
と下部）はダイヤフラムの方向だけに関連している。実
際的には、センサ２０はどの位置にでも据え付けられ
た。図３に示した実施の形態と類似して、図４に示した
実施の形態はセンサ２０のダイヤフラム２３の電極上の
測定キャリア信号により付与された総電荷を測定し、ま
たダイヤフラム２３のプロフィールを正確に一定に、好
ましくはフラットに維持するために前記総電荷をゼロ値
に制御することに基づくものである。測定キャリア信号
により付与された総電荷がゼロ値から逸脱する場合に
は、入力信号が増幅器２４に印加されて増幅される。入
力信号は、位相反転されたキャリア信号がダイヤフラム
２３の移動する電極上の非ゼロの総電荷を付与する場合
にだけ、発信器２５から上部電極２１および下部電極２
２に印加された測定キャリア信号から得られる。位相反
転器２６は、上部電極２１上に印加された測定キャリア
信号に対して反対の位相の測定キャリア信号を下部電極
２２上に印加するために使用される。力バランスからの
逸脱のダイヤフラムの撓んだ状態においてキャリア周波
数で得られるセンサの信号出力は位相感知検出器２７内
で整流されまたローパスフィルタされ、また必要ならば
オフセット補正回路２０のよりオフセット補正されて積
分器２９の入力に入る。積分器２９の出力信号の極性に
依存してフィードバック力を双方向で発生することがで
きる。よって、積分器２９の出力信号の極性に依存し
て、フィードバック信号がリミッタ回路３０と３１の補
助によりセンサの固定電極２１および２２のいずれかだ
けに印加される。リミッタ回路３０と３１は、例えば、
そのフィードバックループ上に平行に接続された抵抗と
ダイオードを備えたオペアンプから構成される。例え
ば、グランド電位にある、感知するダイヤフラム２３は
圧力下で下方に撓む傾向にあり、フィードバック回路は
上部電極に正の電圧を印加して感知するダイヤフラム２
３をダイヤフラム電極２３上の総電荷がゼロに制御され
る位置に引っ張り、これによりシステムの力バランスが
回復される。よって、積分器２３の出力は流れ速度の線
形の関数である電圧信号を提供する。必要な場合には、
電極２１と２２は図３に示したように２つまたはそれよ
り多くに分割される。
実施の形態が示されており、これは双方向の流れ速度測
定のための対称な差圧センサ２０を使用しており、線形
の出力信号対流れ速度が達成される。対称な差圧センサ
２０は固定上部電極２１、固定下部電極２２および、印
加された圧力下で撓むように構成されまた固定電極間に
配置されて感知するキャパシタの中央の電極を形成す
る、検知することを行うダイヤフラム２３から構成され
る。ここで、上記のように作られた方向的な基準（上部
と下部）はダイヤフラムの方向だけに関連している。実
際的には、センサ２０はどの位置にでも据え付けられ
た。図３に示した実施の形態と類似して、図４に示した
実施の形態はセンサ２０のダイヤフラム２３の電極上の
測定キャリア信号により付与された総電荷を測定し、ま
たダイヤフラム２３のプロフィールを正確に一定に、好
ましくはフラットに維持するために前記総電荷をゼロ値
に制御することに基づくものである。測定キャリア信号
により付与された総電荷がゼロ値から逸脱する場合に
は、入力信号が増幅器２４に印加されて増幅される。入
力信号は、位相反転されたキャリア信号がダイヤフラム
２３の移動する電極上の非ゼロの総電荷を付与する場合
にだけ、発信器２５から上部電極２１および下部電極２
２に印加された測定キャリア信号から得られる。位相反
転器２６は、上部電極２１上に印加された測定キャリア
信号に対して反対の位相の測定キャリア信号を下部電極
２２上に印加するために使用される。力バランスからの
逸脱のダイヤフラムの撓んだ状態においてキャリア周波
数で得られるセンサの信号出力は位相感知検出器２７内
で整流されまたローパスフィルタされ、また必要ならば
オフセット補正回路２０のよりオフセット補正されて積
分器２９の入力に入る。積分器２９の出力信号の極性に
依存してフィードバック力を双方向で発生することがで
きる。よって、積分器２９の出力信号の極性に依存し
て、フィードバック信号がリミッタ回路３０と３１の補
助によりセンサの固定電極２１および２２のいずれかだ
けに印加される。リミッタ回路３０と３１は、例えば、
そのフィードバックループ上に平行に接続された抵抗と
ダイオードを備えたオペアンプから構成される。例え
ば、グランド電位にある、感知するダイヤフラム２３は
圧力下で下方に撓む傾向にあり、フィードバック回路は
上部電極に正の電圧を印加して感知するダイヤフラム２
３をダイヤフラム電極２３上の総電荷がゼロに制御され
る位置に引っ張り、これによりシステムの力バランスが
回復される。よって、積分器２３の出力は流れ速度の線
形の関数である電圧信号を提供する。必要な場合には、
電極２１と２２は図３に示したように２つまたはそれよ
り多くに分割される。
【０００９】図５を参照して、ここに記載された構成は
流れ速度測定のための主要デバイス５０（つまりピトー
管またはベンチュリ管）と流れ管６２内に配置された流
れ制限する制御板６１を有している。流れ速度を感知す
る主要デバイスの２つの出口ポート５５と５６からの圧
力は差圧センサ５１に接続され、センサの圧力を感知す
るダイヤフラムの位置信号５８は測定および制御回路ブ
ロック５２により検知され、図３と図４の記述に関連し
て先に説明したように感知するダイヤフラムの検出され
た撓みにより、感知するダイヤフラムの１側に引っ張り
力を印加することで、ダイヤフラム位置がフィードバッ
ク制御される。制御回路５２から、同様にフィードバッ
ク制御信号として機能する出力電圧信号６４がＡ／Ｄ変
換器５３に入力され、そのデジタル出力信号６３はさら
に流れ管内の流れ速度を制御するように適合されたマイ
クロプロセッサ５４に入力される。この目的で、マイク
ロプロセッサ５４は流れ管６２内の全体の流れ速度を制
限するために適合される制御板６１をさらに操舵する。
このようなシステムは例えば空調装置に適用される。流
れ制御をするマイクロプロセッサ５４への他の入力信号
は、例えば、空気温度、相対湿度あるいは所望のガス成
分の濃度である。
流れ速度測定のための主要デバイス５０（つまりピトー
管またはベンチュリ管）と流れ管６２内に配置された流
れ制限する制御板６１を有している。流れ速度を感知す
る主要デバイスの２つの出口ポート５５と５６からの圧
力は差圧センサ５１に接続され、センサの圧力を感知す
るダイヤフラムの位置信号５８は測定および制御回路ブ
ロック５２により検知され、図３と図４の記述に関連し
て先に説明したように感知するダイヤフラムの検出され
た撓みにより、感知するダイヤフラムの１側に引っ張り
力を印加することで、ダイヤフラム位置がフィードバッ
ク制御される。制御回路５２から、同様にフィードバッ
ク制御信号として機能する出力電圧信号６４がＡ／Ｄ変
換器５３に入力され、そのデジタル出力信号６３はさら
に流れ管内の流れ速度を制御するように適合されたマイ
クロプロセッサ５４に入力される。この目的で、マイク
ロプロセッサ５４は流れ管６２内の全体の流れ速度を制
限するために適合される制御板６１をさらに操舵する。
このようなシステムは例えば空調装置に適用される。流
れ制御をするマイクロプロセッサ５４への他の入力信号
は、例えば、空気温度、相対湿度あるいは所望のガス成
分の濃度である。
【００１０】上記したＤＣフィードバック構成に代え
て、本発明ではパルス化され振幅変調されたフィードバ
ック回路構成とすることもできる。本発明の好ましい実
施の形態において、システム内に使用される対称でない
圧力センサ６は固定電極７と８が少なくとも略等しい表
面積であるデザインを有している。さらに、同様に対称
な圧力センサ２０の固定電極２１と２２は略等しい表面
積の２つの副電極に分割される。図４から図１０は本発
明の実施の形態の性能を示したグラフである。図１１に
示したグラフにおいて、元のグラフの回りの悪く規定さ
れた挙動は無限におけるシステム伝達関数の特異点に関
連している。
て、本発明ではパルス化され振幅変調されたフィードバ
ック回路構成とすることもできる。本発明の好ましい実
施の形態において、システム内に使用される対称でない
圧力センサ６は固定電極７と８が少なくとも略等しい表
面積であるデザインを有している。さらに、同様に対称
な圧力センサ２０の固定電極２１と２２は略等しい表面
積の２つの副電極に分割される。図４から図１０は本発
明の実施の形態の性能を示したグラフである。図１１に
示したグラフにおいて、元のグラフの回りの悪く規定さ
れた挙動は無限におけるシステム伝達関数の特異点に関
連している。
【図１】従来のピトー管タイプの主要デバイスの長手方
向の断面図である。
向の断面図である。
【図２】従来のベンチュリ管タイプの主要デバイスの長
手方向の断面図である。
手方向の断面図である。
【図３】差圧センサを備えた単一方向の流れ測定に適し
た電子回路の実施の形態のブロックダイヤグラムであ
り、信号は回路出力において流れ速度の測定の線形の応
答に調節されている。
た電子回路の実施の形態のブロックダイヤグラムであ
り、信号は回路出力において流れ速度の測定の線形の応
答に調節されている。
【図４】本発明による差圧センサを備えた双方向の流れ
測定に適した電子回路の実施の形態のブロックダイヤグ
ラムであり、信号は回路出力において流れ速度の測定の
線形の応答に調節されている。
測定に適した電子回路の実施の形態のブロックダイヤグ
ラムであり、信号は回路出力において流れ速度の測定の
線形の応答に調節されている。
【図５】本発明による方法と装置の用途に適した完全な
システムのブロックダイヤグラムである。
システムのブロックダイヤグラムである。
【図６】差圧の関数としての本発明による単一方向の計
測のための電子回路の出力電圧を示したグラフであり、
センサ内の測定するキャパシタ開口の間隔は０．５μｍ
である。
測のための電子回路の出力電圧を示したグラフであり、
センサ内の測定するキャパシタ開口の間隔は０．５μｍ
である。
【図７】差圧の関数としての本発明による双方向の計測
のための電子回路の出力電圧を示したグラフであり、セ
ンサ内の測定するキャパシタ開口の間隔は０．５μｍで
ある。
のための電子回路の出力電圧を示したグラフであり、セ
ンサ内の測定するキャパシタ開口の間隔は０．５μｍで
ある。
【図８】流れ速度の関数としての本発明による装置の出
力電圧を示したグラフである。
力電圧を示したグラフである。
【図９】本発明による装置の出力電圧および時間の関数
としての対応する流れ速度を示したグラフである。
としての対応する流れ速度を示したグラフである。
【図１０】本発明による装置の出力電圧および時間の関
数としての正弦波の差圧入力信号を示したグラフであ
る。
数としての正弦波の差圧入力信号を示したグラフであ
る。
【図１１】１Ｈｚにおいて発振する大きな振幅の正弦波
の差圧入力信号の関数としての本発明による装置の出力
電圧を示したグラフである。
の差圧入力信号の関数としての本発明による装置の出力
電圧を示したグラフである。
【図１２】従来の装置の本発明による装置との出力電圧
−流れ速度の関係の比較を示したグラフである。
−流れ速度の関係の比較を示したグラフである。
１ ピトー管 ４、５ 出口ポート ４０ 入口開口 ４１ 出口開口 ４２、４３ 圧力出口
Claims (12)
- 【請求項１】 流れ速度の平方に比例するような２つの
圧力信号（４、５）の差を測定下で流れから発生し、お
よび前記２つの圧力信号（４、５）の差をミクロ機械的
に製造された対称的な容量性の差圧センサ（２０）を使
用して力バランス原理に基づいて測定し、センサ内では
前記差圧センサ（２０）の圧力を検知するダイヤグラム
（２３）上に作用する力バランスを回復する静電気圧を
付与することにより圧力バランスからの圧力付与された
撓みが補償されて、圧力を検知するダイヤフラム（２
３）が力バランスを回復する静電気力を受け、これによ
りシステムの出力信号としても作用する、力バランスを
回復する電気フィードバック制御信号の振幅が、前記２
つの圧力信号の前記差の平方根に、またよって、流れ速
度の線形関数に直接的に比例する圧力差の測定に基づい
て流れ速度センサを線形化する方法において、 圧力差の方向に依存して、検知するダイヤグラムに対し
て同じ側上に配置された固定電極（２１または２２）の
いずれかにだけ前記フィードバック制御電圧が印加され
て、測定下で圧力差による付与される力と逆に作用する
吸引の静電気力が付与され、これによりシステム出力電
圧信号の極性が流れの方向に依存する、ことを特徴とす
る方法。 - 【請求項２】 圧力測定センサ（２０）にＡＣ測定信号
を供給し、検知するダイヤフラム（２３）上の電荷の圧
力付与された変化を計測しまた検知するダイヤフラム
（２３）を前記検知するダイヤフラム（２３）上のＡＣ
測定信号により付与された電荷の前記変化が最小化され
る位置に吸引の静電気力を印加することによってフィー
ドバック制御することで、力バランス原理が実施され
る、ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記フィードバック制御が、前記検知す
ることを行うダイヤフラム（２３）と少なくとも１つの
固定電極（７、８）の間に印加されるＤＣ信号の補助に
より実施される、ことを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項４】 前記フィードバック制御が、前記検知す
るダイヤフラム（２３）と少なくとも１つの固定電極
（２１または２２）の間に印加される振幅変調されパル
ス化された信号の補助により実施される、ことを特徴と
する請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 圧力を検知するダイヤフラム（９）の同
じ側上で少なくとも２つの固定電極（７、８）が使用さ
れ、また前記電極に反対の極性のパルス化された信号が
供給される、ことを特徴とする請求項１または４記載の
方法。 - 【請求項６】 測定下にある流れ内に配置された流れ速
度センサ（１）であり、前記センサはそれらの圧力差が
流れ速度の平方に比例するような２つの圧力出口ポート
（４、５）を有し、並びに力バランス原理に基づいてミ
クロ機械的に製造された対称的な容量性の差圧センサ
（６）であり、センサ内では印加されたフィードバック
制御信号が前記２つの圧力出口ポート（４、５）の間の
前記圧力差の平方根に比例しており、前記センサは前記
圧力出口ポート（４、５）の間の前記圧力差を電気的な
変数に変換することができる、線形化された流れ速度測
定装置において、 フィードバック制御電圧発生回路は検知するダイヤグラ
ムに対して同じ側上に配置された固定電極（２１、２
２）にフィードバック制御電圧を印加するためのリミッ
タ回路（３０、３１）からなり、信号が一度に１つの電
極だけに印加される、ことを特徴とする装置。 - 【請求項７】 前記装置が圧力測定センサ（６）にＡＣ
測定信号を供給するための手段（１４、１５）、検知す
るダイヤグラム（９）上の電荷の圧力付与された変化を
計測するための手段（１２、１３）および検知するダイ
ヤグラム（９）を安定した位置にフィードバック制御す
るためのフィードバック制御手段（１７）からなり、前
記検知するダイヤフラム上の前記計測信号により付与さ
れた電荷の前記変化が最小化される、ことを特徴とする
請求項６記載の装置。 - 【請求項８】 前記フィードバック制御回路が前記検知
するダイヤフラム（９）と前記固定電極の間にＤＣ制御
電圧を印加することができる、ことを特徴とする請求項
６記載の装置。 - 【請求項９】 前記フィードバック制御回路が前記検知
するダイヤフラム（２３）と前記固定電極（２１または
２２）の間にパルス化され振幅変調された制御電圧を印
加することができる、ことを特徴とする請求項６記載の
装置。 - 【請求項１０】 前記検知することを行うダイヤフラム
（２３）に対して反対側に２つの固定電極が配置され
た、対称的でない圧力センサ構造（２０）が使用され
る、ことを特徴とする請求項６記載の装置。 - 【請求項１１】 前記検知するダイヤフラム（９）に対
して同じ側に２つの固定電極が配置された、対称的な圧
力センサ構造（６）が使用される、ことを特徴とする請
求項６記載の装置。 - 【請求項１２】 前記固定電極（７、８）の表面積が少
なくとも必須的に等しい、ことを特徴とする請求項１０
または１１記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI946049A FI102783B1 (fi) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Menetelmä virtausnopeusanturin linearisoimiseksi sekä linearisoitu virtauksen nopeuden mittauslaitteisto |
| FI946049 | 1994-12-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08240501A true JPH08240501A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=8542043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7334766A Pending JPH08240501A (ja) | 1994-12-22 | 1995-12-22 | 流れ速度センサを線形化する方法および線形化された流れ速度測定装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5750903A (ja) |
| EP (1) | EP0718604A3 (ja) |
| JP (1) | JPH08240501A (ja) |
| CA (1) | CA2165616C (ja) |
| FI (1) | FI102783B1 (ja) |
| NO (1) | NO955218L (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009257807A (ja) * | 2008-04-14 | 2009-11-05 | Yokogawa Electric Corp | 物理量測定装置 |
| JP2010210371A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Yokogawa Electric Corp | 振動式センサ測定装置 |
| JP2017501405A (ja) * | 2013-12-18 | 2017-01-12 | ロッキード・マーチン・コーポレーション | エアデータシステム |
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|---|---|---|---|---|
| AU7434500A (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-30 | I.P.R. Co (21) Limited | Flow meter |
| US6347519B1 (en) | 2000-03-31 | 2002-02-19 | Detroit Diesel Corporation | System and method for measuring recirculated exhaust gas flow in a compression-ignition engine |
| GB2368398A (en) * | 2000-09-27 | 2002-05-01 | Blease Medical Equipment Ltd | Apparatus and method for measuring fluid flow |
| US6516672B2 (en) | 2001-05-21 | 2003-02-11 | Rosemount Inc. | Sigma-delta analog to digital converter for capacitive pressure sensor and process transmitter |
| US9415182B2 (en) * | 2004-08-27 | 2016-08-16 | The Johns Hopkins University | Disposable sleep and breathing monitor |
| CN100487460C (zh) * | 2005-04-13 | 2009-05-13 | 江苏三恒科技集团有限公司 | 风速测量装置及其检测矿井中风速的方法 |
| US20090084193A1 (en) * | 2007-09-27 | 2009-04-02 | Victor Cerabone | Apparatus for measuring an exhaust gas recirculation flow of an internal combustion engine |
| WO2013165413A2 (en) | 2012-05-02 | 2013-11-07 | Empire Technology Development, Llc | Wind energy harnessing wall |
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| US8829924B2 (en) * | 2012-08-20 | 2014-09-09 | Smart Autonomous Solutions, Inc. | Method and apparatus for monitoring physical properties |
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| US11067607B2 (en) | 2016-08-17 | 2021-07-20 | KSR IP Holdings, LLC | Sensing systems using current steering bridges |
| US10466090B2 (en) | 2016-08-17 | 2019-11-05 | KSR IP Holdings, LLC | Capacitive fluid level sensor for rapid response |
| CN112129328A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-25 | 江苏大学 | 一种微型风压风速集成传感器及制作和检测方法 |
| CN112432675B (zh) * | 2020-11-04 | 2023-10-24 | 合肥科迈捷智能传感技术有限公司 | 一种基于位置传感器的差压流量计零点偏置自动修正方法 |
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| EP0118359B1 (en) * | 1983-02-28 | 1987-05-20 | Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (O.N.E.R.A.) | Electrostatic accelerometer |
| US5083091A (en) * | 1986-04-23 | 1992-01-21 | Rosemount, Inc. | Charged balanced feedback measurement circuit |
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| US5194819A (en) * | 1990-08-10 | 1993-03-16 | Setra Systems, Inc. | Linearized capacitance sensor system |
| DE4025883A1 (de) * | 1990-08-16 | 1991-04-11 | Peter Dr Ing Nenning | Radizierendes elektronisches manometer, insbesondere differenzdruckmanometer und waermezaehler |
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-
1994
- 1994-12-22 FI FI946049A patent/FI102783B1/fi not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-12-19 CA CA002165616A patent/CA2165616C/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-12-20 EP EP95309266A patent/EP0718604A3/en not_active Withdrawn
- 1995-12-21 US US08/576,313 patent/US5750903A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-21 NO NO955218A patent/NO955218L/no not_active Application Discontinuation
- 1995-12-22 JP JP7334766A patent/JPH08240501A/ja active Pending
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Also Published As
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|---|---|
| NO955218D0 (no) | 1995-12-21 |
| EP0718604A3 (en) | 1998-05-20 |
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| FI102783B (fi) | 1999-02-15 |
| NO955218L (no) | 1996-06-24 |
| FI102783B1 (fi) | 1999-02-15 |
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| US5750903A (en) | 1998-05-12 |
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| FI946049A0 (fi) | 1994-12-22 |
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