JPH10148554A

JPH10148554A - 流量計

Info

Publication number: JPH10148554A
Application number: JP9149659A
Authority: JP
Inventors: Doncho Ha Don; ドン・ドンチョ・ハ; F Blair Richard; リチャード・エフ・ブレア; Jiro Yamazaki; 治郎山崎
Original assignee: Tylan General Inc
Current assignee: Entegris Inc
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1998-06-02
Anticipated expiration: 2017-06-06
Also published as: US5763774A; JP4034379B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製造が簡単で、効果的な方法で熱サイホン効果
を減じた流量計を提供する。【課題を解決する手段】上流部３８と下流部３９とを有
し、測定されるガスが中を流される感知導管３２と、上
流部と下流部との間で、感知導管の外に前記流体の流路
に沿って配設され、流体の温度を感知する第１並びに第
２の温度感知コイル４４，４６と、前記感知導管の上流
部内に前記流路に沿って配置され、感知導管内の流体流
れ空間を狭くするワイヤー３４と、前記両コイルの温度
差を検出するブリッジ回路とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体の流量を感
知並びに測定する分野に一般的に関連している。

【０００２】

【従来の技術】ガスのための質量流量計は、ガスの温度
や圧力とは無関係に理想的に、ガスの質量流量を測定す
る。熱伝達の原理で動作する形態のこのような装置は、
広く使用されるようになっている。実際に広く使用され
ているものは、互いに近接するようにして２つのワイヤ
ーコイルが外側に巻回された小径のチューブを備えてい
る。これらコイルは、温度に感応する抵抗を有する金属
材により形成されている。

【０００３】ブリッジ形式の電気回路において、これら
コイルは、電流により加熱され、ガス流がないときに
は、同じ抵抗となり、ブリッジ形式の回路のための均衡
の状態、例えば、ゼロ（ｎｕｌｌ）出力信号を与える。

【０００４】そして、チューブ内をガスが流れていると
きには、装置の適切な測定範囲内で、上流側のコイルの
温度がガスの冷却効果により下がり、また、下流側のコ
イルの温度はガスにより伝達される上流側のコイルから
の熱により上がる。この温度差は、チューブを流れる単
位時間当りの分子の数に比例する。かくして、温度に伴
なうコイルの抵抗の変化に基づいて、ブリッジ回路の出
力信号はガスの質量流量の測定結果を与える。

【０００５】種々の環境のもとで、熱伝達現象の形態
は、これら質量流量計の測定に実質的なエラーを誘発す
る。同一譲受人による１９７６年２月１７日に特許にな
った米国特許Ｎｏ．３，９３８，３８４号、１９７７年
１１月８日に特許になった米国特許Ｎｏ．４，０５６，
９７５号、並びに１９９３年３月９日に特許になった米
国特許Ｎｏ．５，１９１，７９３号には、幾つかの問題
が示されている。

【０００６】１つの特別な問題は、質量流量計のセンサ
ーの装着方向の変化、及び、変化する入口圧力の影響に
よるセンサーの目盛りの変位である。特に、図１に示す
ように、質量流量センサー１０が所定の向きで、特に、
垂直に向けられて、設置されると、センサーチューブ１
２内で生じる温度勾配により生じる、熱サイフォンとし
て通常知られている現象が生じる。最初に、ガスが入口
通路１２内を流れ始めると、上流側のコイル１４の温度
は、ガスの冷却効果により下がり、また、下流側のコイ
ル１６の温度は、ガスにより伝達される上流側のコイル
１４からの熱により上昇する。センサーチューブ１２内
のガスの温度が上昇するのに従って、バイパス部材１８
からの冷却ガスがセンサーチューブ１２に流され、暖か
い温度上昇したガスと代わり、強制的な対流２０を生じ
させる。この強制的な対流２０は、いかなる垂直方向の
向きがなくて、センサーチューブ１２内で生じた自然の
対流パターンと重なる。この結果、ゼロ（質量流量計を
通る実際の流量での変更がないゼロ出力での変化、非ゼ
ロへの出力の変位）とスパン（最大の意図して流量まで
の流量計の実際の測定範囲によりカバーされる流量）と
での変位が生じる。この結果、実際の流量測定は、入口
圧力とプロセスガスの性質の関数となる。ゼロとスパン
との熱サイホン効果は、入口圧力並びにガス密度が上が
るのに従って、増す。

【０００７】センサーチューブの周りでの自由な対流に
よる熱伝達を表すグラスホフ数（Ｇｒ）は、熱サイホン
問題の感度を測定するために一般的に使用されている。
ディメンションのないグラスホフ数Ｇｒは以下の（１）
式により表される。

【０００８】Ｇｒ＝ｇρ²β（Ｔ₁−Ｔ₀）Ｄ³／μ³ （１）ここで、ｇは重力定数 ρはガス密度 βは体積膨張の熱係数Ｔ₁はセンサーチューブの壁温Ｔ₀は周囲温度Ｄはセンサーチューブの内径 μはガスの粘度

【０００９】一般的に、グラスホフ数Ｇｒが、種々のフ
ァクターにより決定される所定の臨界値を越えると、熱
サイホンが生じる。通常は、対流は自然の対流のパター
ンに重なり、この結果、ゼロとスパンとで変位が生じ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】熱サイホン効果を最小
にする１つの方法は、センサーチューブの内径を実際に
減じることである。この方法は、熱サイホンの影響をほ
ぼ減じるけれども、このような小径のチューブを製造す
ることは難しく、実用的ではない。

【００１１】熱サイホン効果を最小にする他の方法は、
センサーチューブの全長に渡って単一のワイヤーを挿入
することである。この試みはチューブの内径を減じるけ
れども、厳しい実際の問題が生じている。

【００１２】本発明は、製造が簡単で、特に効果的な方
法で熱サイホンに注目したものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１並びに第
２の流体流れポートを備えた感知導管の中を流れる流体
の流量を測定するための流量計を提供する。この流量計
は、前記第１の流体流れポートに近接して、前記感知導
管の外に前記流体の流路に沿って配設された第１の感知
部材と、前記第２の流体流れポートに近接して、前記感
知導管の外に前記流体の流路に沿って配設された第２の
感知部材と、前記第１並びに第２の感知部材から離間し
て感知導管内に前記流路に沿って配置され、感知導管内
の流体流れ空間を狭くする細長い部材と、前記両感知部
材を加熱する手段と、前記両感知部間の温度差を検出す
る手段とを具備する他の態様に係われば、流量計は、流体の流れにより変更
されるような第１の感知部材の温度を測定するように、
前記１対の流体流れポートの一方に近接して、前記感知
導管の外に前記流体の流路に沿って配設された第１の感
知部材と、流体の流れにより変更されるような第２の感
知部材の温度を測定するように、前記１対の流体流れポ
ートの他方に近接して、前記感知導管の外に前記流体の
流路に沿って配設された第２の感知部材と、前記第１感
知部材に近接して終端し、感知導管内に前記流路に沿っ
て配置され、感知導管内の流体流れ空間を狭くする細長
い部材と、前記両感知部材を加熱する手段と、前記両感
知部間の温度差を検出する手段とを具備する。

【００１４】さらに他の態様においては、本発明は、測
定される流体が中を流される感知導管と、この感知導管
に装着された感知部材と、前記感知部材に近接して終端
し、感知導管内に前記流路に沿って配置され、感知導管
内の流体流れ空間を狭くする細長い部材とを具備する流
量計を提供する。

【００１５】

【実施の形態】以下に説明する実施の形態並びに図面に
おいて、同様の部材には同じ参照符号が付されている。

【００１６】図２に示すように、質量流量計（流量セン
サー）３０は、本発明に従って構成され、中にワイヤー
３４が配置された感知導管３２を有し、この感知導管３
２の内部３６を流れる流体の流量を測定する。後で詳述
するように、感知導管３２の上流部３８に挿入された単
一のワイヤー３４は、この部分の有効内流れ径を減じ、
かくして、式（１）で示したグラスホフ数Ｇｒを小さく
している。本発明に従った装置は、また、下流部３９に
挿入されたワイヤーを含んでも良い。質量流量計３０が
上流側のコイルが上になるようにして、垂直に向けて指
向されていると、下流部と対向するようにして上流部３
８内に設けられたワイヤーにより、一般的により有効で
ある。しかし、本発明に係る装置は、感知導管３２の熱
感応領域４２とワイヤーが接触しないようにして、感知
導管３２の上流部３８と下流部３９との両方にワイヤー
を設けるように構成され得る。

【００１７】本発明の効果に関して、熱サイホン効果
は、減じられ、かくして、ガス流量測定のための改良さ
れた感知が可能となる。ハウジング４０内で感知導管３
２は、熱感知領域４２を有する。この領域４２には、ほ
ぼ同じの上流側コイル４４と下流側コイル４６とが配置
されている・これらコイルは、感知導管３２の外側に巻
回された温度感知抵抗材により形成されている。本発明
の効果に係われば、ワイヤーは、挿入される前に図２に
示すように予め曲げられているか、図６に示すように真
っ直ぐである。このワイヤーは、感知導管３２内の所定
位置に挿入されたときに、感知導管３２内の熱感応領域
４２に接触しないような長さになっている。この結果、
流れ導管の壁を伝わる均衡が保たれかつ対称的な熱の逆
転の可能性をなくしている。ワイヤーが熱感応領域４２
に接触することにより生じるであろう問題はかくして最
小にされる。

【００１８】質量流量計３０は、上流側コイル４４と下
流側コイル４６とをブリッジ回路に接続して動作され
る。上流側コイル４４並びに下流側コイル４６が配置さ
れた回路４８の一例は図４に示されている。しかし、本
発明は、図４に示すようなブリッジ電気回路に限定され
るものではない。むしろ、本発明は、この分野では知ら
れている他の種々のブリッジ回路で動作されうる。この
分野の者には良く知られているように図４に示す回路
は、動作時には、感知導管（図４には示していない）を
ガスが流れていないときには、スイッチ５２閉じられる
と、ｄｃ電流源５０は、回路４８の２つの出力端子３
３，３５間にベース出力電圧を生じさせる。電流は、コ
イル４４，４６を流れてこれらコイルのワイヤーを等し
いレベルに加熱し、これらコイル４４，４６を同じ温度
にする。同じ抵抗値を有する２つのブリッジ抵抗５８，
６０により、ベース出力電圧は、もちろんゼロであり、
ブリッジ回路４８は均衡が保たれている。

【００１９】しかし、ガスが流れると、上流側コイル４
４はガス流により冷却され、熱はガスによって運ばれ、
このガスにより運ばれた熱により下流側コイル４６が加
熱される。かくして、温度差がコイル４４，４６間に生
じ、出力端子３３，３５間の電圧となる。この電圧は、
温度によるコイル４４，４６の抵抗値の変化による。

【００２０】これらコイル４４，４６間の温度差は、質
量流量計３０の範囲内で、ガス分子数、かくして、感知
導管３２を流れるガスの質量の計量となる。同様に、コ
イル４４，４６の抵抗値の差は、コイル４４，４６間の
温度差の計量となる。抵抗値の差により決定される出力
電圧に関しては、これがガスの質量流量の計量となる。

【００２１】前記コイル４４，４６の抵抗値間の差に比
例する出力電圧を与えるために、２つのブリッジ抵抗５
８，６０は、コイル４４，４６の抵抗値よりもかなり大
きい抵抗値を有する必要がある。さらに、ブリッジ回路
４８を広範囲の温度変化に対して正確に作動させるため
に、電流源５０とブリッジ抵抗５８，６０とは、温度変
化に対して独立した温度となる必要がある。

【００２２】説明したような、種々の周囲条件とは独立
して実施するように種々の変更を含むブリッジ回路は、
良く知られており、また良く理解されている。勿論、こ
こで、回路４８のコイルの材料は温度に比例する抵抗を
有しており、また、コイル４４，４６の材料は質量流量
に比例する温度差を与えるものである。この点に間し
て、代表的には、質量流量計の範囲外で、ガス流は、両
コイル４４，４６を冷却するように充分に早くなる。

【００２３】前記感知導管３２は、コイル４４，４６が
巻かれる前に、良電気絶縁性を与えるためにポリウレタ
ン材でコーティングされたステンレススチール材で形成
されることが好ましい。例えば、Ｐｙｒｅ−ｍｌ（Ａｍ
ａｘＭｅｔａｌと称されている）として知られた電気
絶縁エナメルの薄膜でコーテングされたＢａｌｃｏによ
り形成されたコイルは、便利かつ満足できるものであ
る。各コイルは、代表的には、２つの層、例えば、外か
ら中に巻かれた内層と、中から外へと内層の上部に巻か
れた外層とを含み、図４に示すようにブリッジ回路に接
続するようにコイルの外側から導かれた２つのリード線
を有する。

【００２４】図２に示すように、感知導管３２は、ハウ
ジング４０内に配置されている。このハウジングは、通
常の形式のものでも、また、ハウジング内で導管の外側
のと感度に影響する対流を規制するように、センサーに
沿って密接された壁構造を有するハウジングのような特
別な形式のものでも良い。代表的には、ハウジングは、
図２で断面で示された壁を備えたベースと、感知導管３
２のＵ字形状の部分を収容するベースのキャビティを閉
塞するように圧接適合するカバー（図示せず）とを有し
得る。この分野の者にとって、本発明は、例えば、ポリ
マー、ガラスもしくはカーボンのようなファイバーが満
たされたポリマー、金属、もしくは他の材料で形成さ
れ、この分野では知られた種々の構造のハウジングを使
用して操作され得ることは、認識され得よう。

【００２５】ガスとコイル４４，４６との相互作用は、
同一譲受人による１９７６年２月１７日に特許になった
米国特許Ｎｏ．３，９３８，３８４号、１９７７年１１
月８日に特許になった米国特許Ｎｏ．４，０５６，９７
５号、並びに１９９３年３月９日に特許になった米国特
許Ｎｏ．５，１９１，７９３号により開示されているの
で、理解できよう。最後の特許は、上記関連した特別の
形式のハウジングの例を提供する。

【００２６】概略的に図５に示す、導入された背景の方
法により、質量流量計３０の入口ポート６２と出口ポー
ト６４とは、中に圧力降下装置６８を有する主導管６６
と連通して示されている。代表的な実際の（概略ではな
い）の装置（図示せず）において、質量流量計３０は、
導管の入口ポート６２近くの感知導管３２の端部が主導
管６６を流れる流体に対して横方向上流側の開口内に位
置するように、設けられている。同様に、導管の出口ポ
ート６４近くの感知導管３２の端部は、主導管６６を流
れる流体に対して横方向下流側の開口内に位置する。ガ
ス流システム（ガス流を調節するように１もしくは複数
の圧力降下装置６８を有する）に挿入された主導管６６
において、図５に少し概略的に示すように、質量流量計
３０は、キャリブレーション（計量）、即ち、これを通
る流体の質量流量と主導管６６並びにシステムを通る質
量流量との間の比、の変化が与えられ得る。上述した特
許に夫々記載されたこの種の技術は、良く知られてお
り、かつ理解されている。良く理解されたガス流の原理
に従えば、圧力降下装置６８は、入口ポート６２並びに
出口ポート６４の近くの種導管６６内の流体流特性と、
感知導管３２内の流体流特性とが比例するように、して
いる。おおよそにおいて、これは、層流が圧力降下装置
近くの主導管６６内と感知導管３２内とで維持されるよ
うに（筒状流とは反対に）圧力降下装置を選定すること
を意味する。

【００２７】この挿入並びに背景において、本発明の意
図のための主概念である図２ないし図６の装置の態様と
詳細は、この説明において集約されかつ理解されるであ
ろう。熱感応領域４２の外で、感知導管３２の上流部３
８並びに内部３６に配置されワイヤーは、導管の上流部
内の流体流領域を減じて、熱サイホン効果を最小にする
こと、及びこれの変形態様を以下に説明する。

【００２８】特に、図２並びに図３において、実施の形
態では円形断面を有するワイヤー３４は、さらに詳細に
示されている。さらに、理解でき、下により詳細に説明
するように、この場合、感知導管３２に挿入されたワイ
ヤー３４は、有効内流れ径を減じて、グラスホフ数Ｇｒ
を小さくしている。この有効内径は、妨害のない開口を
有し、ガス流のための同じ断面領域を与える円筒チュー
ブの内径として考えられる。この結果、熱サイホン効果
は減じられ、ガス流の測定に対して高感度となる。

【００２９】図２に示す実施の形態において、ワイヤー
３４は、上流部３８内、即ち、感知導管３２の内部３６
に挿入される前に、既知の製造技術により２カ所で曲げ
られている。このように、ワイヤー３４は、外方に付勢
された捩じりばねとなるように予め曲げられており、こ
の結果、ワイヤー３４が感知導管３２中に挿入されたと
きに、曲げ部分がワイヤー３４をその位置に保持させて
おくたに充分な力を付与する。ワイヤー３４の一端は、
熱感応領域４２の外で、感知導管３２の上流部３８の上
領域７０内に位置している。ワイヤー３４の他端、即
ち、露出端は、感知導管３２の外に延びており、感知導
管３２の外縁７２の一部と係合するように折り返えさ
れ、この結果、図２並びに図３に示すような位置でのワ
イヤー３４のさらなる支持が果たされている。このよう
なワイヤーの支持により、感知導管３２内で生じる圧力
差の影響に対してワイヤーの位置付けをより安定にして
いる。本発明において、ワイヤー３４は、ワイヤー３４
が挿入されたときに、感知導管３２の内周面と係合する
凸の接触点を形成するように、挿入される前に、１もし
くは複数の箇所で折曲され得る。

【００３０】感知導管３２内に挿入されて、位置付けら
れる前の図２のワイヤー３４を特に示す図３において、
ワイヤー３４は、２つの箇所で約１２０°に折曲されて
いる。この分野の者にとって、本発明は図２並びに図３
に示すような２箇所もしくは角度に限定されないこと
は、認識されよう。さらに、非常に小さい径の感知導管
のためのような所定の状態においては、１箇所で折曲さ
れたワイヤーが好ましい。一方、非常に大きい径の感知
導管のためのような他の状態においては、複数箇所で折
曲されたワイヤーが望ましい。後者の場合、ワイヤーは
長手方向に沿ってジグザグ形状に、例えば、挿入される
前に、４つ以上の真っ直ぐな部分と３つ以上の折曲され
た部分とが交互になるように、折曲され得る。

【００３１】前記ワイヤー３４は、１もしくは複数の箇
所での曲げがそのままで維持され、かつ感知導管３２に
損傷を与えたり変形したりしないで感知導管３２から取
り出せるのに充分な可撓性を有する材料で製造されるこ
とが好ましい。ステンレス材や、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙか
らＭｏｎｅｌの名称で販売されているような合金がワイ
ヤー材として代表的に使用され得る。

【００３２】時間の経過と共に感知導管３２の内径に影
響を及ぼすであろう腐食物質が蓄積されない非腐食ガス
に特に適した代表的な形態において、感知導管３２は、
約１４ミルの外径（壁厚は約２ミル）を有する。また、
ワイヤー３４は、感知導管３２内に挿入され、支持され
たときに、感知導管３２の熱感応領域４２にまで達しな
いような、長さである。このような形態において、ワイ
ヤーは約７ないし８ミルの径を有することが便利で効果
的である。入口ポートから上流側のコイルまでが約１．
１インチの導管に対して、ワイヤーは、全長が約０．７
５インチで、そのうち約０．７インチが感知導管３２の
中に位置し、また、２箇所で約１２０°に折曲されてい
ることが好ましく、効果的である。しかし、これは、仕
様の要求及び考慮に応じて、容易に変更され得る。

【００３３】腐食ガスに特に適した他の代表的な形態に
おいて、感知導管３２は、約３０ミルの外径（壁厚は約
２．５ミル）を有する。また、ワイヤー３４は、感知導
管３２内に挿入され、支持されたときに、感知導管３２
の熱感応領域４２にまで達しないような、長さである。
このような形態において、ワイヤーは約１６ないし１９
ミルの径を有することが便利で効果的である。入口ポー
トから上流側のコイルまでが約１．１インチの導管に対
して、ワイヤーは、全長が約０．７５インチで、そのう
ち約０．７インチが感知導管３２の中に位置し、また、
２箇所で約１２０°に折曲されていることが好ましく、
効果的である。しかし、これは、仕様の要求及び考慮に
応じて、容易に変更され得る。

【００３４】一例として、長さが約０．１２５インチの
コイル４４，４６は、コイルのワイヤーの径が約０．６
ミルで、上記形態の夫々に有効に適用可能である。示し
たように、この分野の者にとって、本発明は、上述した
ようなディメンションもしくは幾何学的形状に限定され
ることがないことは、認識されよう。さらに、感知導管
３２中へのワイヤーの部分的な挿入は、異なる直径並び
に長さの感知導管、及び異なる長さのコイルもしくは他
のセンサーに適用可能である。

【００３５】他の実施の形態に係る図６において、最初
はほぼ曲げられていないワイヤー７８は、感知導管３２
の上流部３８中に挿入されたときに、ワイヤー７８の一
端が感知導管３２の湾曲部８０と当接し、これに沿って
曲げられる。この結果、湾曲部８０に沿う曲げ力はばね
部材として機能し、感知導管３２の内部３６の所定位置
にワイヤー７８を維持するのに充分な力を付与する。感
知導管３２の上流部３８の上領域内に配置されたとき
に、ワイヤー７８は熱感応領域４２と接触しないように
設定されている。ワイヤー７８の他端は、下方に延び、
感知導管３２の外縁７２の一部と係合するように外方に
折り返えされる。この結果、ワイヤー７８は、図６に示
すように所定位置に支持される。かくして、ワイヤー７
８は感知導管３２の上流部３８に沿って配置され、感知
導管３２の湾曲部８０と係合するように湾曲されてい
る。

【００３６】本発明に係われば、図６に示す予曲げられ
ていないワイヤー７８は、一般的に準備並びに設置が容
易であるけれど、図２に示す予め曲げられたワイヤー３
４のように、感知導管３２内で強固に装着はされない。
ある環境のもとでは、感知導管３２内でのワイヤーの緩
みは、勿論、感知精度に変化を生じさせる。

【００３７】時間の経過と共に感知導管３２の内径に影
響を及ぼすであろう腐食物質が蓄積されない非腐食ガス
に特に適した図６に示す実施の形態の代表的な形態にお
いて、感知導管３２は、約１４ミルの外径（壁厚は約２
ミル）を有する。また、ワイヤー７８は、感知導管３２
内に挿入され、支持されたときに、感知導管３２の熱感
応領域４２にまで達しないような、長さである。このよ
うな形態において、ワイヤーは約７ないし８ミルの径を
有することが便利で効果的である。入口ポートから上流
側のコイルまでが約１．１インチの導管に対して、ワイ
ヤーは、全長が約１．１インチで、そのうち約１．０５
インチが感知導管３２の中に位置していることが好まし
く、効果的である。

【００３８】腐食ガスに特に適した他の代表的な形態に
おいて、感知導管３２は、約３０ミルの外径（壁厚は
２．５ミル）を有する。また、ワイヤー７８は、感知導
管３２内に挿入され、支持されたときに、感知導管３２
の熱感応領域４２にまで達しないような、長さである。
このような形態において、ワイヤーは約１６ないし１９
ミルの径を有することが便利で効果的である。入口ポー
トから上流側のコイルまでが約１．１インチの導管に対
して、ワイヤーは、全長が約１．１インチで、そのうち
約１．０５インチが感知導管３２の中に位置し、また、
２箇所で約１２０°に折曲されていることが好ましく、
効果的である。しかし、これは、容易に変更され得る。

【００３９】前述したように、約０．１２５インチの長
さのコイル４４，４６は、コイルのワイヤーの径が約
０．６ミルで、上記形態の夫々に有効に適用可能であ
る。

【００４０】本発明に係われば、図２もしくは図６に示
すワイヤーは、感知導管３２の内部の流路に沿って、コ
イル４４，４６から離れて配置されており、感知導管３
２内の流体が流れるスペースを狭くしている。このワイ
ヤーは、コイル４４，４６の外端から、コイル４４，４
６の長さの約１／４以上離れた所で代表的には終端して
いる。しかし、コイル４４，４６の長さの約１／４以上
離れた所での終端は、他の都合が良く効果的な変更が可
能である。

【００４１】本発明に係われば、図２もしくは６に示す
ワイヤーが感知導管３２内に挿入されたときに、感知導
管３２の内径は、ワイヤーが配置されている部分に沿っ
て効果的に減じられ、かくして、グラスホフ数Ｇｒが小
さくされ得る。この結果、熱サイホンが押さえられ得
る。ワイヤーが質量流量計３０内に挿入されていないと
きには、非水平方向からの強制的な対流は、非水平向き
がなく、感知導管内で他の原因で発生される自然の対流
パターンに重ねられる重要なファクターとなり、ゼロと
スパンでの変位が生じる。従って、測定された実際の流
量は、入口圧力と処理ガスの性質の関数となる。しか
し、ワイヤーが本発明の質量流量計３０内に挿入され
て、ワイヤーが存在している部分に沿う内流れ領域を有
効に小さくすることができ、このために、グラスホフ数
Ｇｒは、約２．７のファクターに容易に減じられる。か
くして、熱サイホンにより生じる問題は実質的に軽減さ
れる。

【００４２】他の実施の形態に係る図７において、図２
並びに図６に示すようなワイヤーとは異なり、チューブ
８４が、熱感応領域４２の外で、感知導管３２の上流部
３８の内部３６に配置されている。この結果、感知導管
３２の上流部３８内の流体流れ領域を小さくして、熱サ
イホン効果を減じている。このチューブ８４は、感知導
管３２の下端部８６の所で径が大きくなった段部（図示
せず）を有し、この結果、チューブが挿入されたとき
に、感知導管３２の内部３６中に互いに干渉もしくは押
圧される。中空の中心部を有するチューブ８４は、感知
導管３２に挿入される前に、通常の製造技術を利用し
て、下端部８６で大径部を有するように整形される。こ
のように、チューブ８４の下端部の径を大きくすること
により、チューブ８４を所定位置に維持させるのに充分
な力が付与される。図面を簡単にするために、大径にす
るための段部は、チューブに沿う段部位置８７の所で生
じ、チューブの下端に連続していることが省略されてい
る。チューブ８４は、感知導管３２の曲率部並びに熱感
応領域４２の外側の前の、感知導管３２の上流部３８の
上領域７０の所で終端している。チューブ８４の他端、
即ち、上端８８は、大径部を持ってはおらず、下方に延
出し、感知導管３２と干渉して適合してはいない。一端
での干渉した適合は、感知導管３２内で生じる圧力差の
影響による抵抗に対してチューブ８４の位置の良い安定
性を確保する。当業者にとって、チューブは、チューブ
の下端部を導管に機械的な係合させる等の他の手段によ
り感知導管内に維持され得ることは認識されよう。

【００４３】図７に示す構成は、比較的大きい径の感知
導管にとって、特に有用である。本発明に係る構成は、
下流部３９中に挿入されたチューブをも含み得る。質量
流量が垂直に向けられ、上流側コイルが上に位置される
場合、下流側とは異なり、上流部３８に装着されたチュ
ーブにより、より好ましい状態と一般的になる。さら
に、本発明に係る構造は、感知導管３２の上流部３８と
下流部３９との両方に配置されたチューブを含み得る。
この場合には、両チューブとも、感知導管３２の熱感応
領域４２と接触しないように配置される。

【００４４】前記チューブ８４は、感知導管３２に損傷
を与えたり変形したりしないで感知導管３２から取り出
せるのに充分な可撓性を有する材料で製造されることが
好ましい。ステンレス材がチューブ材として代表的に使
用され得る。

【００４５】腐食ガスもしくは非腐食ガスに特に適用さ
れる代表的な形状において、感知導管３２は、約４０．
０ミルの外径（壁厚は約２．５ミル）を有する。また、
チューブは、感知導管３２内に挿入され、支持されたと
きに、感知導管３２の熱感応領域４２にまで達しないよ
うな、長さである。実際は、感知導管３２の曲率部に達
しないような長さである。このような形態において、外
径が約３４ミルで、下端部８６の外径が約３６ミルのチ
ューブ８４が便利で効果的である。しかし、これは、仕
様の要求及び考慮に応じて、容易に変更され得る。

【００４６】一例として、長さが約０．１２５で、コイ
ルワイヤーの径が約０．６ミルのコイル４４，４６が上
記形態のものに効果的に設けられ得る。説明してきたよ
うに、本発明は、上述したようなディメンションもしく
は幾何学的形状に限定されることがないことは、認識さ
れよう。さらに、感知導管３２中へのチューブの部分的
な挿入は、異なる直径並びに長さの感知導管、及び異な
る長さのコイルもしくは他のセンサーに適用可能であ
る。

【００４７】勿論、多くの変形並びに変更は、本発明の
精神もしくは範囲から逸脱しないで、説明されたことか
らなされることは、この分野の者にとってされよう。一
例として、適用可能な考慮が、導管の周りのヒータコイ
ルにより加熱される上流側並びに下流側感知コイルを使
用する流量計（流量センサー）を構成するように同様に
なされ得る。他の例として、適用可能な考慮が、電流に
より内部から加熱される導管に沿う温度差を測定するた
めに、上流側並びに下流側センサーとして熱電対（サー
モカップル）を有する流量計の形態になされ得る。これ
らは、単に例示に過ぎない。従って、本発明の範囲は、
開示された実施の形態に対してのみではなく、請求の範
囲に従って決定されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】垂直方向に設置された従来の質量流量計を示す
概略的断面図である。

【図２】本発明に従って構成された、中にワイヤーが配
設された感知導管を有する質量流量計を一部切断して示
す正面図である。

【図３】感知導管に挿入されて配置される前の、図２の
質量流量計のワイヤーを示す拡大図である。

【図４】ブリッジ形式の回路において、図２の質量流量
計のセンサーコイルを示す回路図である。

【図５】主導管を備えた図２の質量流量計の使用状態を
示す図である。

【図６】本発明に従って構成された、中にワイヤーが配
設された感知導管を有する質量流量計の他の実施の形態
を一部切断して示す正面図である。

【図７】本発明に従って構成された、中にチューブが配
設された感知導管を有する質量流量計のさらに他の実施
の形態を一部切断して示す正面図である。

【符号の説明】

３０…質量流量計、３２…感知導管、３４…ワイヤー、
３８…上流部、３９…下流部、４２…熱感知領域、４４
…上流側コイル、４６…下流側コイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リチャード・エフ・ブレアアメリカ合衆国、コロラド州 80214、レイクウッド、ナンバー・ディー７、ダブリュ・シックスス・アベニュー 6305 (72)発明者山崎治郎東京都町田市南成瀬６−19−３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１並びに第２の流体流れポートを備え
た感知導管の中を流れる流体の流量を測定するための流
量計であり、前記第１の流体流れポートに近接して、前記感知導管の
外に前記流体の流路に沿って配設された第１の感知部材
と、前記第２の流体流れポートに近接して、前記感知導管の
外に前記流体の流路に沿って配設された第２の感知部材
と、前記第１並びに第２の感知部材から離間して感知導管内
に前記流路に沿って配置され、感知導管内の流体流れ空
間を狭くする細長い部材と、前記両感知部材を加熱する手段と、前記両感知部間の温度差を検出する手段とを具備する流
量計。
【請求項２】前記細長い部材は、前記第１の感知部材
から離れて終端し、流路に沿って配設された第１の端部
を有する請求項１の流量計。
【請求項３】前記細長い部材は、前記第１の流体流れ
ポートの所で前記感知導管と係合した第２の端部を有す
る請求項１の流量計。
【請求項４】前記細長い部材の第２の端部は、前記感
知導管の外端の一部に係合するように折返されている請
求項３の流量計。
【請求項５】前記細長い部材は、１もしくは複数の箇
所での曲げがそのままで維持され、かつ感知導管を変形
しないで感知導管から取り出せるのに充分な可撓性を有
する材料で製造されている請求項１の流量計。
【請求項６】前記細長い部材は、この細長い部材が感
知導管中に挿入されたときに、外方へ付勢されたばねと
なって細長い部材を所定位置に保持するように、第１の
端部と第２の端部との間で曲げられている請求項３の流
量計。
【請求項７】前記細長い部材は、感知導管中に挿入さ
れる前に、１もしくは複数の箇所で曲げられている請求
項１の流量計。
【請求項８】前記各感知部材は、加熱並びに温度感知
コイルを有する請求項１の流量計。
【請求項９】前記細長い部材の第１の端部は、前記第
１の感知部材の長さの役１／４以上の間隔で、第１の感
知部材から離れて終端している請求項３の流量計。
【請求項１０】前記細長い部材の第１の端部は、前記
第１の感知部材の長さ以上の間隔で、第１の感知部材か
ら離れて終端している請求項３の流量計。
【請求項１１】前記細長い部材はワイヤーを有する請
求項１の流量計。
【請求項１２】前記細長い部材はチューブを有する請
求項１の流量計。
【請求項１３】１対の流体流れポートを備えた感知導
管の中を流れる流体の流量を測定するための流量計であ
り、流体の流れにより変更されるような第１の感知部材の温
度を測定するように、前記１対の流体流れポートの一方
に近接して、前記感知導管の外に前記流体の流路に沿っ
て配設された第１の感知部材と、流体の流れにより変更されるような第２の感知部材の温
度を測定するように、前記１対の流体流れポートの他方
に近接して、前記感知導管の外に前記流体の流路に沿っ
て配設された第２の感知部材と、前記第１感知部材に近接して終端し、感知導管内に前記
流路に沿って配置され、感知導管内の流体流れ空間を狭
くする細長い部材と、前記両感知部材を加熱する手段と、前記両感知部間の温度差を検出する手段とを具備する流
量計。
【請求項１４】前記細長い部材は、感知導管の内面に
付勢されて感知導管内の所定位置にこの細長い部材が保
持されるように変形されている請求項１３の流量計。
【請求項１５】前記細長い部材は、感知導管に挿入さ
れる前に、少なくとも１箇所で変形されている請求項１
３の流量計。
【請求項１６】前記細長い部材は、１もしくは複数の
箇所での曲げがそのままで維持され、かつ感知導管を変
形しないで感知導管から取り出せるのに充分な可撓性を
有する材料で製造されている請求項１３の流量計。
【請求項１７】前記各感知部材は、加熱並びに温度感
知コイルを有する請求項１３の流量計。
【請求項１８】前記細長い部材は、前記第１の感知部
材の長さの役１／４以上の間隔で、第１の感知部材から
離れて終端している第１の端部を有する請求項１３の流
量計。
【請求項１９】前記細長い部材の第１の端部は、前記
第１の感知部材の長さ以上の間隔で、第１の感知部材か
ら離れて終端している請求項１８の流量計。
【請求項２０】前記細長い部材はワイヤーを有する請
求項１３の流量計。
【請求項２１】前記細長い部材はチューブを有する請
求項１３の流量計。
【請求項２２】測定される流体が中を流される感知導
管と、この感知導管に装着された感知部材と、前記感知部材に近接して終端し、感知導管内に前記流路
に沿って配置され、感知導管内の流体流れ空間を狭くす
る細長い部材とを具備する流量計。
【請求項２３】前記細長い部材は、感知導管の内面に
付勢されて感知導管内の所定位置にこの細長い部材が保
持されるように変形されている請求項２２の流量計。
【請求項２４】前記細長い部材は、感知導管に挿入さ
れる前に、少なくとも１箇所で変形されている請求項２
２の流量計。
【請求項２５】前記細長い部材は、１もしくは複数の
箇所での曲げがそのままで維持され、かつ感知導管を変
形しないで感知導管から取り出せるのに充分な可撓性を
有する材料で製造されている請求項２２の流量計。
【請求項２６】前記細長い部材は、ステンレスで形成
されている請求項２５の流量計。
【請求項２７】前記感知部材は、加熱並びに温度感知
コイルを有する請求項２５の流量計。
【請求項２８】前記細長い部材は、前記感知部材の長
さの役１／４以上の間隔で、感知部材から離れて終端し
ている第１の端部を有する請求項２７の流量計。
【請求項２９】前記細長い部材の第１の端部は、前記
感知部材の長さ以上の間隔で、感知部材から離れて終端
している請求項２８の流量計。
【請求項３０】前記細長い部材はワイヤーを有する請
求項２９の流量計。
【請求項３１】前記細長い部材はチューブを有する請
求項２９の流量計。