JPH1123335A - 流量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度が高く、かつ、安価な流量検出装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 鉛直方向の上方から下方に流れる鉛直
流路部１に、流体温度を検出する流体温度検出素子３ａ
が下流に、通電されて発熱する発熱素子２ａが上流側に
設けられる。また、発熱素子２ａに一定電流Ｉを通電す
る定電流通電部２ｂと、各素子２ａ、３ａに接続されて
その温度Ｔｗ、Ｔａを検出する検出部２ｃ、３ｂとが設
けられ、検出された流体温度Ｔａと発熱素子２ａの温度
Ｔｗの温度差から流体の流量Ｑを算出する演算部Ｃが設
けられ、演算部Ｃには、各素子２ａ、３ａについて個々
の抵抗特性を入力する入力部Ｃ１と、この抵抗特性と実
際の検出抵抗値とに基づいて各素子温度Ｔｗ、Ｔａを補
正する補正部とが設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流量検出装置に関
し、詳しくは熱式流速計を使用して流量を測定する流量
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、発熱素子をガス流路中に設け
て、発熱素子から奪われる熱量がガスの流速に応じて変
化することを利用してガス等の流体の流量を測定する流
量検出装置が知られている。流量検出装置は、図２に示
すように、流体流量Ｑに応じて出力が変化する発熱セン
サと２と、流体の温度Ｔａを検出する温度センサ３と、
これらの温度から燃料ガス流量Ｑを算出する演算部Ｃと
から構成される。この発熱センサ２は、定電流Ｉが通電
されて発熱すると共に流体により冷却される発熱素子２
ａと、この定電流Ｉを発熱素子２ａに通電する定電流通
電部２ｂと、発熱素子２の電気抵抗値Ｒｗからその温度
Ｔｗを検出する検出部２ｃとからなる。また、温度セン
サ３は、流体の温度Ｔａに応じて電気抵抗値を変える流
体温度検出素子３ａと、流体温度検出素子３ａの電気抵
抗値Ｒａからその温度Ｔａを検出する検出部３ｂからな
る。また、発熱素子２ａと流体温度検出素子３ａとは離
間してガス流路１０内に設けられる。発熱素子２ａは、
流体の流量Ｑを精度良く測定するために、局所的に熱を
奪う層流、乱流を避けて、均一な流体の流れの中に設け
る必要があり、流体温度検出素子３ａより上流に設けら
れる。一方、流体温度検出素子３ａは、発熱素子２ａを
通過する流体の雰囲気温度Ｔａを正確に測定するため
に、発熱素子２ａの放熱による直接的な影響を受けない
範囲でその近傍に設けられる。

【０００３】発熱素子２ａは定電流通電部２ｂにより定
電流を流されると、燃料ガス温度Ｔａより高い温度Ｔｗ
に自己発熱する。この自己発熱した発熱素子２ａに流体
である燃料ガスが当たると、燃料ガスの流速Ｖに応じた
熱量が発熱素子２ａから奪われる。その際に、通電によ
って発熱素子２ａに与えられた熱量Ｈと燃料ガスの流速
Ｖとの間には、次のキングの関係式（式）が成立する
ことが知られている。また、発熱素子２ａに与えられた
熱量Ｈは後述するように既知であるので、燃料ガスの流
速Ｖは、発熱素子２ａの温度Ｔｗと燃料ガスの温度Ｔａ
との温度差（Ｔｗ−Ｔａ）を検出することにより求めら
れる。（但し、Ａ、Ｂは定数を示す。）そして、流速Ｖ
と流路１０の断面積から流量Ｑが算出される。

【数１】 発熱素子２ａの検出部２ｃは、電気抵抗値Ｒｗから発熱
素子２ａの温度Ｔｗを検出する。また、燃料ガスの温度
Ｔａは、流体温度検出素子３ａにより感知され、同様
に、その検出部３ｂによって検出される。

【０００４】一方、発熱素子２ａに与えられる熱量Ｈ
は、定電流通電部２ｂによる一定電流Ｉが通電され、定
電流Ｉおよび発熱素子２ａの電気抵抗値Ｒｗから次式
（式）により求められる。

【数２】 従って、それぞれの検出部２ｃ、３ｂは検出された温度
値Ｔｗ、Ｔａを演算部Ｃへ送り、演算部Ｃは、発熱素子
２ａの電気抵抗値Ｒｗとその温度Ｔｗ、流体温度検出素
子３ａの温度Ｔａ、発熱素子２ａに流れる定電流Ｉによ
り、式により流速Ｖを算出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、流体温
度検出素子３ａは、発熱素子２ａの放熱による直接的な
影響を受けない範囲に設けられるものの、流れが停止中
の場合に、発熱素子２ａによって加熱された流体が流体
温度検出素子３ａ周囲に漂って、実際の流体温度Ｔａに
対して、検出温度が高めになる場合があった。そのた
め、流体が流れ始める最初の時点、特に小流量の際に
は、流量測定が正確に行われない（流量Ｑが実際より多
めに検出される）場合があった。特に、間欠的に流体を
流したり止めたりする使い方で流量Ｑを積算する場合に
は、積算流量に誤差を生じることとなっていた。

【０００６】また、流量Ｑを算出する基となる各素子の
温度は、各素子２ａ、３ａの電気抵抗値Ｒｗ、Ｒａによ
り検出されるが、この電気抵抗値Ｒｗ、Ｒａは、個々の
素子によってばらつきがあり、流量検出精度を高めるた
めには電気抵抗値のばらつきの少ない精度の高い検出素
子を組込む必要があり、流量検出装置が高価なものとな
ってしまう問題があった。そこで、本発明の流量検出装
置は上記課題を解決し、流量検出精度が高く、かつ、安
価な流量検出装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１記載の流量検出装置は、通電されて発熱す
る発熱素子と、流体温度を検出する流体温度検出素子と
を流路中に設け、上記発熱素子の温度を検出する発熱素
子温度検出手段と、流体流量に応じて変化する上記発熱
素子温度と、流体温度検出素子により検出した流体温度
とに基づいて、流体の流量を算出する流量演算手段とを
備えた流量検出装置において、上記発熱素子は、上記流
体温度検出素子に対して、上流側で、かつ、上方に設け
られることを要旨とする。

【０００８】また、本発明の請求項２記載の流量検出装
置は、請求項１記載の流量検出装置において、鉛直方向
の上方から下方に流れる鉛直流路部を形成し、上記発熱
素子は、上記流体温度検出素子に対して、上記鉛直流路
部の上流側に設けられることを要旨とする。

【０００９】また、本発明の請求項３記載の流量検出装
置は、請求項１または請求項２記載の流量検出装置にお
いて、上記発熱素子および上記流体温度検出素子を温度
に応じて電気抵抗値が変化する抵抗体で構成し、上記流
量演算手段は、所定環境における個々の抵抗特性を予め
入力する入力手段を備え、上記抵抗特性を加味して流体
の流量を算出することを要旨とする。

【００１０】上記構成を有する本発明の請求項１記載の
流量検出装置は、発熱素子が流体温度検出素子に対し
て、上流側で、かつ、上方に設けられる。従って、流れ
が停止中の場合に、発熱素子によって加熱された流体は
比重が軽くなって発熱素子の上方に滞留するため、その
下方に設けられる流体温度検出素子は加熱された流体に
包まれない。その結果、流体温度が実際より高めに検知
されることはなくなり、正確な流量が測定される。更
に、発熱素子は流路内の上流側に設けられて、乱流のな
い均一な流れの中で流量が測定されるため、測定精度が
向上する。

【００１１】また、上記構成を有する本発明の請求項２
記載の流量検出装置は、鉛直方向の上方から下方に流れ
る鉛直流路部に、発熱素子が流体温度検出素子に対し
て、上流側に設けられる。従って、発熱素子と流体温度
検出素子との離間距離がそのまま上下間隔として、上下
の距離を最大限大きく設けることができる。また、発熱
素子によって加熱された流体は、鉛直流路部の最上部ま
で上昇して、流体温度検出素子から更に離れるため、流
体温度検出素子はより正確な流体温度を検出することが
できる。その結果、流れが停止中の場合から流体温度が
実際より高めに検知されることは無くなり、より正確な
流量が測定される。

【００１２】発熱素子および流体温度検出素子が温度に
応じて電気抵抗値が変化する抵抗体で構成されており、
流量演算手段は、所定環境における個々の抵抗特性を予
め入力する入力手段を備え、抵抗特性を加味して流体の
流量を算出する。従って、流量演算手段は発熱素子およ
び流体温度検出素子おける抵抗特性と実際の検出抵抗値
とに基づいて流量を算出することができるので、測定流
量の精度を高めることができる。また、抵抗特性にばら
つきの少ない精度の高い高価な検出素子を組込む必要が
なくなり、流量検出装置を安価にすることができる。

【００１３】

【発明の実施形態】以上説明した本発明の構成・作用を
一層明らかにするために、以下、本発明の流量検出装置
の好適な実施例について説明する。流量検出装置は、ガ
ス流路１内に白金薄膜素子の抵抗体を設けたいわゆる熱
式流速計である。抵抗体は自身の温度によって電気抵抗
値が変化し、流体に奪われる熱量は流体の流速により変
化するため、電流を流して発熱した抵抗体を流体の流れ
の中におくと、流体の流速により電気抵抗値が変化す
る。この電気抵抗値の変化を利用して流体の流量を測定
するものである。

【００１４】実施例の流量検出装置は、図１に示すよう
に、ガス流路の一部を鉛直方向に形成し、上方から下方
に向けて燃料ガスが流れる鉛直流路部１と、その鉛直流
路部１内の上流側に設けられ、流体流量Ｑに応じて熱が
奪われる素子の温度Ｔｗを検出する発熱センサ２と、流
体の温度Ｔａを検出する温度センサ３と、これらの温度
から燃料ガス流量Ｑを算出する演算部Ｃとから構成され
る。

【００１５】この発熱センサ２は、定電流Ｉが通電され
て発熱すると共に流体により冷却される発熱素子２ａ
と、この定電流Ｉを発熱素子２ａに通電する定電流通電
部２ｂと、発熱素子２の電気抵抗値Ｒｗからその温度Ｔ
ｗを検出する検出部２ｃとからなる。また、温度センサ
３は、流体の温度Ｔａに応じて電気抵抗値Ｒａを変える
流体温度検出素子３ａと、流体温度検出素子３ａの電気
抵抗値Ｒａからその温度Ｔａを検出する検出部３ｂから
なる。発熱素子２ａと流体温度検出素子３ａとは離間し
て鉛直流路部１内に設けられる。また、流路１内に設け
られる各素子２ａ、３ａは白金薄膜素子で形成される。
この白金薄膜素子は、白金薄膜を感温膜とする素子部を
雰囲気に直接さらされないようにモールドされている。
そして、流量検出装置は、２個の素子２ａ、３ａを離間
したまま絶縁体で一体化したユニットを形成し、燃料ガ
スの鉛直流路部１に脱着可能に設けられる。また、それ
らの検出部２ｃ、３ｂおよび演算部Ｃは組込まれる機器
の制御部と一体に設けられる。また、この演算部Ｃに
は、各素子の温度を補正する補正部Ｃ２が設けられ、こ
の補正部Ｃ２に各素子２ａ、３ａ固有の抵抗特性を入力
する入力部Ｃ１が設けられる。

【００１６】この場合に、演算部Ｃにおける補正部Ｃ２
は、実際の検出抵抗値と入力部Ｃ１から入力された各素
子２ａ、３ａ固有の抵抗特性とに基づいて、発熱素子２
ａと流体温度検出素子３ａの温度Ｔｗ、Ｔａを補正す
る。これは、検出の基となる各素子２ａ、３ａの電気抵
抗値Ｒｗ、Ｒａが、温度Ｔｗ、Ｔａの測定誤差に大きな
影響を与えるためである。

【００１７】素子温度Ｔとその電気抵抗値Ｒとの関係
は、０℃における電気抵抗値をＲｏ、Ｔ℃における電気
抵抗値をＲｔとすると、次の関係式（式）が知られて
いる。

【数３】 尚、Ａ、Ｂは、各素子２ａ、３ａにおける個々の定数で
ある。また、素子温度Ｔとその電気抵抗値Ｒとは、ほぼ
比例関係にあって、Ａは素子温度Ｔに対する抵抗特性の
傾きをいう。また、Ｂは非直線性定数といわれる定数で
ある。（ＢはＲｏおよびＡに比べてはるかに小さいので
補正対象とはしない。）

【００１８】従って、各素子２ａ、３ａの個体差によ
り、流量Ｑを算出する上で影響の大きいＲｏおよびＡの
測定値が入力部Ｃ１から演算部Ｃの補正部Ｃ２に入力さ
れる。そして、演算部Ｃは、補正部Ｃ２によって補正さ
れた温度Ｔｗ、Ｔａから精度よく流量Ｑを算出すること
ができる。

【００１９】以上説明した本実施例の流量検出装置によ
れば、発熱素子２ａが鉛直方向に設けられた鉛直流路部
１の上方である上流側に設けられ、流体温度検出素子３
ａがその下方である下流に設けられるため、燃料ガスが
停止中の場合に、発熱素子２ａ周囲の加熱された燃料ガ
スは、比重が小さくなって上方に昇り、流体温度検出素
子３ａ周囲に滞留することがなくなり、流体温度検出素
子３ａはこの加熱された燃料ガスにより加熱されない。
従って、燃料ガスが間欠的に流れる場合であっても、燃
料ガス本来の温度Ｔａを的確に検出することができ、演
算部Ｃは精度良く流量Ｑを算出することができる。ま
た、抵抗値にばらつきの少ない精度の高いセンサ２ａ、
３ａを選別して組込む必要がなくなるため、安価なセン
サ２、３を使用することができ、流量検出装置を安価に
することができる。

【００２０】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこうした実施例に何等限定されるものでは
なく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。例えば、発熱素
子２ａと流体温度検出素子３ａとの電気抵抗値につい
て、発熱素子２ａは発熱し易いようにする必要があり、
逆に、流体温度検出素子３ａは発熱しにくいようにする
必要があるため、互いに異なる抵抗特性の検知素子が使
用されても差し支えない。また、実施例は、燃料ガス、
空気等の気体測定用のものであるが、水等の液体におけ
る流速測定用として使用することもできる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
記載の流量検出装置によれば、間欠的に流体の流れが停
止する場合であっても、流量測定精度が高められるとい
う優れた効果を奏する。特に、請求項２記載の流量検出
装置によれば、より正確な流体温度を検出することがで
きるので、更に流量測定精度を高めることができる。ま
た、請求項３記載の流量検出装置によれば、抵抗特性の
ばらつきによる影響が無くなって流量測定精度を更に高
めることができると共に、流量検出装置を安価にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例としての流量検出装置の概略構成図で
ある。

【図２】従来の流量検出装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 鉛直流路部 ２ 発熱素子 ３ 流体温度検出素子 １０ 流路 ２ｂ 定電流通電部 ２ｃ 検出部 Ｃ 演算部 Ｃ１ 入力部 ３ｂ 検出部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電されて発熱する発熱素子と、 流体温度を検出する流体温度検出素子とを流路中に設
   け、 上記発熱素子の温度を検出する発熱素子温度検出手段
   と、 流体流量に応じて変化する上記発熱素子温度と、流体温
   度検出素子により検出した流体温度とに基づいて、流体
   の流量を算出する流量演算手段とを備えた流量検出装置
   において、 上記発熱素子は、上記流体温度検出素子に対して、上流
   側で、かつ、上方に設けられることを特徴とする流量検
   出装置。
2. 【請求項２】 鉛直方向の上方から下方に流れる鉛直流
   路部を形成し、 上記発熱素子は、上記流体温度検出素子に対して、上記
   鉛直流路部の上流側に設けられることを特徴とする請求
   項１記載の流量検出装置。
3. 【請求項３】 上記発熱素子および上記流体温度検出素
   子を温度に応じて電気抵抗値が変化する抵抗体で構成
   し、 上記流量演算手段は、所定環境における個々の抵抗特性
   を予め入力する入力手段を備え、上記抵抗特性を加味し
   て流体の流量を算出することを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の流量検出装置。