JPH09304148A - 流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流電源に接続されたホイートストンブリッ
ジのバランスを差動増幅器により検出して通電制御素子
により制御する構造で、発熱抵抗体の発熱温度を確保し
ながら直流電源の出力電圧と差動増幅器の信号電圧とを
低下させる。 【解決手段】 測温抵抗体部６と発熱抵抗体４との接続
中点９に直流電源１２を接続し、第三抵抗体７と第四抵
抗体８との接続中点１０を接地した。直流電源１２の出
力電圧を低下させながら発熱抵抗体４の発熱温度を確保
するため、この発熱抵抗体４に対して第四抵抗体８を低
抵抗としても差動増幅器１５の信号電圧が低下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホイートストンブ
リッジを利用した流量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ホイートストンブリッジを利用し
た流量測定装置が、実公平7-51618 号公報、実公平7-11
7436号公報、特開平5-312616号公報、等に記載されてい
る。このような流量測定装置の一従来例を図２に基づい
て以下に説明する。

【０００３】ここで例示する流量測定装置１は、ホイー
トストンブリッジ２を有しており、このホイートストン
ブリッジ２は、測温抵抗体３と発熱抵抗体４とを有して
おり、これらの抵抗体３，４は接続されている。これら
の抵抗体３，４は、抵抗温度係数が同一であり、この抵
抗温度係数は大きい。

【０００４】前記測温抵抗体３には、抵抗温度係数が小
さい温度設定抵抗体５が接続されており、これらの抵抗
体３，５により測温抵抗体部６が形成されている。この
測温抵抗体部６には第三抵抗体７が直列に接続されてお
り、前記発熱抵抗体４には第四抵抗体８が接続されてい
る。これらの抵抗体７，８は、抵抗温度係数が同一であ
り、この抵抗温度係数は小さい。これらの抵抗体７，８
が接続されることにより、前記ホイートストンブリッジ
２が形成されている。

【０００５】前記測温抵抗体３と前記発熱抵抗体４との
接続中点９は接地されており、前記第三抵抗体７と前記
第四抵抗体８との接続中点１０には、制御トランジスタ
１１を介して直流電源１２が接続されている。また、前
記測温抵抗体部６と前記第三抵抗体７との接続中点１３
と、前記発熱抵抗体４と前記第四抵抗体８との接続中点
１４とには、オペアンプからなる差動増幅器１５が接続
されており、この差動増幅器１５が前記制御トランジス
タ１１にフィードバック接続されている。

【０００６】なお、ここで例示する流量測定装置１の場
合、前記抵抗体７，８の中間に可変抵抗器１６が設けら
れているが、これは前記ホイートストンブリッジ２のバ
ランスを微調整するもので、前記抵抗体７，８の一部と
考えることができる。また、前記差動増幅器１５は、信
号検出とは別個に駆動用の電力が必要なので、その駆動
用の入力端子にも前記直流電源１２が接続されている。

【０００７】このような構造の流量測定装置１では、測
温抵抗体３と発熱抵抗体４とが流体の流路に配置される
ので、流体の流量が“０”であると、流体の温度が測温
抵抗体３と発熱抵抗体４とに同様に影響する。この状態
で温度設定抵抗体５を短絡したとき、ホイートストンブ
リッジ２がバランスするように流量測定装置１は形成さ
れている。また、第三抵抗体７と第四抵抗体８とによ
り、発熱抵抗体４には測温抵抗体３よりも多量の電流が
流れる。発熱抵抗体４は測温抵抗体３より高い温度に発
熱し、この発熱抵抗体４の発熱量は温度設定抵抗体５に
より設定されている。

【０００８】上述のように、流体の流量が“０”の場
合、温度設定抵抗体５が短絡された状態でホイートスト
ンブリッジ２がバランスするので、温度設定抵抗体５が
短絡されていない状態では、その端子電圧のために接続
中点１３の電位は接続中点１４の電位より高くなる。こ
の差分を差動増幅器１５が増幅して制御トランジスタ１
１に出力するので、この制御トランジスタ１１は直流電
源１２からホイートストンブリッジ２に流れる電流量を
増加させる。すると、抵抗体７，８のために発熱抵抗体
４には測温抵抗体３より多量の電流が流れるので、発熱
抵抗体４は、より高い温度に発熱して抵抗値が増加し、
ホイートストンブリッジ２のバランスが回復する。

【０００９】このようなバランス状態から流体が流動す
ると、高温の発熱抵抗体４は測温抵抗体３より大幅に冷
却されるので、発熱抵抗体４の抵抗値は低下するが測温
抵抗体３の抵抗値の変化はわずかなので、接続中点１４
の電位は接続中点１３の電位より低くなる。この差分を
差動増幅器１５が増幅して制御トランジスタ１１に出力
するので、この制御トランジスタ１１は直流電源１２か
らホイートストンブリッジ２に流れる電流量を増加させ
る。すると、抵抗体７，８のために発熱抵抗体４には測
温抵抗体３より多量の電流が流れるので、発熱抵抗体４
は、より高い温度に発熱して抵抗値が増加し、ホイート
ストンブリッジ２のバランスが回復する。

【００１０】反対に、発熱抵抗体４が過剰に発熱した場
合は、接続中点１４の電位は接続中点１３の電位より高
くなり、この差分を差動増幅器１５が増幅して制御トラ
ンジスタ１１に出力するので、この制御トランジスタ１
１は直流電源１２からホイートストンブリッジ２に流れ
る電流量を減少させる。すると、抵抗体７，８のために
発熱抵抗体４に流れる電流は測温抵抗体３より大幅に減
少するので、発熱抵抗体４は、発熱温度が低下して抵抗
値が減少し、ホイートストンブリッジ２のバランスが回
復する。

【００１１】つまり、測温抵抗体３と発熱抵抗体４とは
流体の内部で発熱するが、測温抵抗体３の発熱は小さい
ため測温抵抗体３の温度は流体の温度に略等しい。一
方、発熱抵抗体４は、測温抵抗体３の温度である流体の
温度に対し、温度設定抵抗体５の抵抗値に対応した分だ
け高い温度に発熱する。つまり、ホイートストンブリッ
ジ２がバランスした状態では発熱抵抗体４が消費してい
る電力が流体の流量に対応しているので、この状態で差
動増幅器１５の出力や接続中点１４の電圧を測定すれば
流体の流量を測定することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のような流量測定
装置１では、流体による冷却の度合が相違する抵抗体
３，４のバランスの変動を差動増幅器１５により検出
し、これに対応してホイートストンブリッジ２のバラン
スをフィードバック制御することにより、流体の流量を
測定することができる。

【００１３】しかし、上述のような流量測定装置１で
は、直流電源１２として低電圧の電源を利用することが
困難であり、差動増幅器１５の使用条件やホイートスト
ンブリッジ２の構成条件も厳しい。

【００１４】つまり、差動増幅器１５は、直流電源１２
から入力される電力により作動するので、その電圧に対
応して差動増幅できる信号の電圧も制限される。例え
ば、直流電源１２が出力する電圧が12(Ｖ)の場合、差動
増幅器１５が入力信号として受け付ける電圧は約11(Ｖ)
以下となる。これらの電圧は比例せず差分が略一定とな
るので、例えば、直流電源１２の出力電圧が 2.5(Ｖ)の
場合、差動増幅器１５の信号電圧は約 1.7(Ｖ)以下とな
る。 2.5(Ｖ)の駆動電圧の入力に対して 1.7(Ｖ)以下の
信号電圧を受け付ける差動増幅器１５が製品化されてお
り、これを利用すれば直流電源１２として 2.5(Ｖ)の低
電圧のバッテリを採用することができる。

【００１５】一方、ホイートストンブリッジ２から差動
増幅器１５に入力される電圧は、直流電源１２が出力す
る電圧を抵抗体４，８（抵抗体６，７でも同様）の抵抗
比で分圧したものとなる。例えば、直流電源１２の出力
電圧が12(Ｖ)の場合、測温抵抗体３を５(kΩ)、発熱抵
抗体４を 448(Ω)、温度設定抵抗体５を 570(Ω)、第三
抵抗体７を 31(kΩ)、第四抵抗体８を 2.77(kΩ)、とす
れば差動増幅器１５の信号電圧は約 1.7(Ｖ)となり、上
述した既存のオペアンプを利用することができる。しか
し、信号電圧 1.7(Ｖ)ではオペアンプの入力電圧の上限
に近すぎるため、オペアンプの動作が困難となる場合が
ある。

【００１６】例えば、直流電源１２を 2.5(Ｖ)の低電圧
とし、抵抗体３，４を同一に形成した場合、その発熱温
度を維持するためには、温度設定抵抗体５を 570(Ω)、
第三抵抗体７を1.6(kΩ)、第四抵抗体８を 144(Ω)、程
度に形成する必要がある。しかし、これでは差動増幅器
１５の信号電圧が約 1.9(Ｖ)程度となり、前述した既存
のオペアンプを利用することが困難となる。

【００１７】つまり、上述のような流量測定装置１で
は、直流電源１２の出力電圧を低下させながら発熱抵抗
体４の発熱温度を確保するためには、この発熱抵抗体４
の抵抗値を第四抵抗体８に対して大きくする必要がある
が、これでは差動増幅器１５の信号電圧も増加してしま
うので動作が困難となる。

【００１８】

【課題を解決するための手段】抵抗温度係数が共に大き
い測温抵抗体と発熱抵抗体とを接続して流体の流路に配
置し、前記発熱抵抗体の発熱温度を設定する温度設定抵
抗体を前記測温抵抗体に直列に接続して測温抵抗体部を
形成し、この測温抵抗体部に接続した第三抵抗体と前記
発熱抵抗体に接続した第四抵抗体とを接続してホイート
ストンブリッジを形成した流量測定装置において、前記
測温抵抗体部と前記第三抵抗体との接続中点と前記発熱
抵抗体と前記第四抵抗体との接続中点とに差動増幅器を
介して通電制御素子を接続し、この通電制御素子を介し
て前記測温抵抗体部と前記発熱抵抗体との接続中点に直
流電源を接続し、前記第三抵抗体と前記第四抵抗体との
接続中点を接地した。従って、直流電源から通電制御素
子を介してホイートストンブリッジに電流が流れると、
温度設定抵抗体のために発熱抵抗体は測温抵抗体より高
い温度に発熱する。これらの抵抗体が位置する流路の流
体が停止しているとホイートストンブリッジがバランス
し、通電制御素子は直流電源が出力する電流を一定に維
持する。この状態から流体が流動すると、高温に発熱す
る発熱抵抗体は冷却されて抵抗値が低下するので、差動
増幅器の入力信号に電位差が発生して制御トランジスタ
は直流電源からホイートストンブリッジに流れる電流を
増加させ、この電流増加により発熱抵抗体の発熱量が増
してホイートストンブリッジのバランスが回復する。こ
のとき、発熱抵抗体が設定温度より高い温度に発熱して
抵抗値が上昇すると、差動増幅器の入力信号に差分が発
生して通電制御素子によりホイートストンブリッジに流
れる電流が制限され、発熱抵抗体の発熱量が低下してホ
イートストンブリッジのバランスが回復する。このホイ
ートストンブリッジでは、測温抵抗体部と発熱抵抗体と
の接続中点に直流電源が接続されており、第三抵抗体と
第四抵抗体との接続中点が接地されているので、直流電
源を低電圧とした状態で発熱抵抗体の発熱温度を確保す
るため、発熱抵抗体より第四抵抗体を低抵抗としても、
この第四抵抗体の抵抗値に対応して差動増幅器に入力さ
れる信号電圧が充分に低電圧となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１に基
づいて以下に説明する。なお、本実施の形態で示す流量
測定装置２１に関し、一従来例として前述した流量測定
装置１と同一の部分は、同一の名称および符号を利用し
て詳細な説明は省略する。

【００２０】まず、本実施の形態の流量測定装置２１
も、ホイートストンブリッジ２に差動増幅器１５と直流
電源１２とが接続されているが、この直流電源１２の接
続形態が前述した流量測定装置１と相違している。つま
り、測温抵抗体３と発熱抵抗体４との接続中点９に通電
制御素子である制御トランジスタ１１を介して直流電源
１２が接続されており、第三抵抗体７と第四抵抗体８と
の接続中点１０は接地されている。

【００２１】このような構成において、本実施の形態の
流量測定装置２１は、前述した流量測定装置１と同様
に、ホイートストンブリッジ２のバランスを差動増幅器
１５と制御トランジスタ１１とによりフィードバック制
御する。

【００２２】本実施の形態の流量測定装置１では、測温
抵抗体部６と発熱抵抗体４との接続中点９に直流電源１
２が接続されており、第三抵抗体７と第四抵抗体８との
接続中点１０が接地されている。従って、直流電源１２
を低電圧とした状態で発熱抵抗体４の発熱温度を確保す
るため、この発熱抵抗体４より第四抵抗体８を低抵抗に
形成しても、この第四抵抗体８の抵抗値に対応して差動
増幅器１５に入力される信号電圧が充分に低電圧とな
る。

【００２３】例えば、直流電源１２の出力電圧が 2.5
(Ｖ)の場合、測温抵抗体３を５(kΩ)、発熱抵抗体４を
448(Ω)、温度設定抵抗体５を 570(Ω)、第三抵抗体７
を1.6(kΩ)、第四抵抗体８を 144(Ω)とすれば、発熱抵
抗体４は従来と同様に発熱することができ、それでいて
差動増幅器１５の信号電圧は約 0.7(Ｖ)となる。このた
め、この差動増幅器１５として、 2.5(Ｖ)の駆動電圧で
作動して 1.7(Ｖ)以下の信号電圧を受け付ける、既存の
オペアンプを採用することも可能である。

【００２４】つまり、本実施の形態の流量測定装置２１
では、直流電源１２の出力電圧を低下させながら発熱抵
抗体４の発熱温度を確保するため、この発熱抵抗体４に
対して第四抵抗体８を低抵抗としても、これに対応して
差動増幅器１５の信号電圧が低下する。

【００２５】このため、差動増幅器１５として低電圧で
動作する既存のオペアンプを使用することができ、この
差動増幅器１５の駆動電源として直流電源１２を直接に
利用することもできる。この直流電源１２として低電圧
を出力する既存のバッテリを使用することができるの
で、流量測定装置２１の省電力化も実現することができ
る。

【００２６】なお、本発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、各種の変形を許容する。例えば、ここでは通
電制御素子として一般的な制御トランジスタ１１を例示
したが、これをＦＥＴ(Field-Effect Transistor）等と
することも可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、測温抵抗体部と第三抵抗体と
の接続中点と発熱抵抗体と第四抵抗体との接続中点とに
差動増幅器を介して通電制御素子を接続し、この通電制
御素子を介して測温抵抗体部と発熱抵抗体との接続中点
に直流電源を接続し、第三抵抗体と第四抵抗体との接続
中点を接地したことにより、直流電源の出力電圧を低下
させながら発熱抵抗体の発熱温度を確保するため、この
発熱抵抗体に対して第四抵抗体の抵抗値を減少させても
差動増幅器の信号電圧が低下するので、発熱抵抗体の発
熱温度を確保しながら直流電源の出力電圧と差動増幅器
の信号電圧とを低下させることができ、差動増幅器とし
て低電圧で動作する既存のオペアンプを使用すること
や、直流電源として低電圧を出力する既存のバッテリを
使用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流量測定装置の実施の一形態を示す回
路図である。

【図２】一従来例の流量測定装置を示す回路図である。

【符号の説明】

２ ホイートストンブリッジ ３ 測温抵抗体 ４ 発熱抵抗体 ５ 温度設定抵抗体 ７ 第三抵抗体 ８ 第四抵抗体 ９，１０，１３，１４ 接続中点 １１ 通電制御素子 １２ 直流電源 １５ 差動増幅器 ２１ 流量測定装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 抵抗温度係数が共に大きい測温抵抗体と
   発熱抵抗体とを接続して流体の流路に配置し、前記発熱
   抵抗体の発熱温度を設定する温度設定抵抗体を前記測温
   抵抗体に直列に接続して測温抵抗体部を形成し、この測
   温抵抗体部に接続した第三抵抗体と前記発熱抵抗体に接
   続した第四抵抗体とを接続してホイートストンブリッジ
   を形成した流量測定装置において、前記測温抵抗体部と
   前記第三抵抗体との接続中点と前記発熱抵抗体と前記第
   四抵抗体との接続中点とに差動増幅器を介して通電制御
   素子を接続し、この通電制御素子を介して前記測温抵抗
   体部と前記発熱抵抗体との接続中点に直流電源を接続
   し、前記第三抵抗体と前記第四抵抗体との接続中点を接
   地したことを特徴とする流量測定装置。