JPS58214814A - 感熱形流量検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は液体あるいは気体の流量を、発熱体と流体間
の熱伝達を利用して検出する感熱形流量検出器に関する
ものである。

従来この種の装置として第１図に示すものがあった。図
において、（１）はシリコンからなるバμり状発熱体、
（２）はこの発熱体（１）Ｋ給電し、発熱体（１）のイ
ンピーダンスを測定するための電極リード線、（３）は
電極リード線（２）を支持する支持体、（４）は取出し
リード線、（５）はステンレス製の配管、（６）は配管
（５）中を通過する流体、（７）は増幅器を含む検出回
路、（８）は増幅器よシの流量出力信号である。

上記支持体（３）はＴｏ−４６トツンジスタ・バッグ−
ジを使用しておシ、一方、上記ステンレス・パイプから
なる配管（５）は０．７６７ａ１１（直径）ｘ３Ｑｃ１
１（長さ）の形状、上記発熱体（１）は配管（５）の流
体（６）の流入側の先端から２５．３ａ１の所に配置さ
れている。

上記検出回路（７）は感温素子を含んだブリッジと差動
増巾器により構成されている。

つぎに動作について説明する。発熱体（１）への給電電
力をＭｎ　、発熱体（１）と流体（６）との間の熱伝達
量を電力に換算した値をＰｏｕｔとすると、熱平衡状態
においてＰｉｎ＝Ｐｏｕｔ　＝ｈ　−Ａｓ　−ＡＴが成
立する。ここでｈは発熱体（１）と流体（６）との間の
熱伝達率、ＡＳは発熱体（１）の表面積、△Ｔは発熱体
（１）と流体（６）との間の温度差である。レイノルズ
数が１＜Ｒｅ＜２０００の層流条件下において、熱伝達
率りはａ、ｂを定数とすると、実験公式ｈ＝ａ＋ｂ−ｕ
６１で近似できる。

ここでＵは流体（６）の平均流速を意味している。

したがって、発熱体（１）と流体（６）の間の温度差△
Ｔを一定に保てば、発熱体（１）の表面積Ａｓが定数で
あるので、発熱体（１）への給電電力を検出回路（７）
で計測することによシ流速Ｕを知ることができ、それに
比例した流量出力（８）が得られる。

従来の感熱形流量検出器は以上のように構成されている
ので、１＜Ｒｅ＜２０００となるよう層流状態に保持し
て、渦の発生を押さえ、かつ、流れが乱れる状態となる
発達区間を避けるために、長さ３０１の配管（６）のう
ち２５１　もの助走区間を要していたから、パイプ形状
が長大化するという欠点があった。また、一定の断面を
維持し、曲部や角部のないストレートな金属パイプを必
要とするため、手狭なところには取付は困難なヌペーメ
ファクタの悪いものとなっていた。さらに、レイノルズ
数が２０００〜３０００の範囲は流れが層流から乱流に
移行する領域で不安定なため、結果的にダイナミックレ
ンジがレイノルズ数で２０００以下に押さえられるもの
となっていた。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、配管内の断面積を減少させて、流
体のレイノルズ数が３０００以上の範囲に入るように流
速を増大させる流速増大手段を発熱体の上流側に設置す
ることによシ、小型、かつ、軽量で、広いダイナミック
レンジと優れた応答性が得られる感熱形流量検出器を提
供することを目的とする。

以下、この発明の一実施例を図にしたがって説明する。

第２図において、（１）はたとえばタングステン線や白
金からなるホットワイヤで形成された発熱体であり、（
２）は発熱体（１）を結線支持する電極リード線、（３
）は電極リード線（２）を絶縁支持するガフス製の支持
体、（４）は取シ出しリード線であシ、このリード線（
４）は発熱体（１）Ｋ電力を給電しインピーダンスを測
定するために検出回路（７）へ接続されている。（５）
はホース叫とノズＡ／　（９）をつなぐ配管としてのニ
ップμ、（６）はミネラル・スピリッツなどの絶縁油で
ある。

上記ノズＡ／（９）はニップル（５）の断面積を狭め、
流体（６）の流速を増大させる流速増大手段で、発熱体
（１）に対して上流側に配設され、かつ、その開口（９
ａ）は発熱体（１）に対向して設けられている。

つぎに、動作について説明する。絶縁油（６）はホース
（６）を通ってニップＡ／　（５）へ流入する。この流
れはノズＡ／　（９）で大幅に絞られ、噴流となって発
熱体（１）をよぎる。このとき、レイノルズ数範囲は最
小測定流量において、３０００以上の乱流領域となり、
流れは安定している。このような乱流状態で、発熱体（
１）への給電電力を検出回路（７）で検出して測定する
ことによシ、流体（６）の流速を知り、これに比例した
流量が得られる。さらに、絶縁油（６）はニップ１ｖ（
５）を通ってホースａｑへ流出する。

上記構成において、ノイズ（９）の開口（９ａ）は発熱
体に対向して設けられ、発熱体（１）に対して安定した
乱流状態での計測を可能としたので、第１図の従来例に
示すものよシも、短いパイプでよく、かつ、小型軽量と
することができる。

また、上記発熱体（１）のホットワイヤは、タングステ
ン線から形成されているから、温度が増大するにしたが
って抵抗値が増大する性質があり、また絶縁油（６）の
流量が増大する程熱伝達率が大きくなるので、レイノル
ズ数が高い分だけ、大きな熱伝達率が得られ、熱的な応
答時間が短縮され、検出器としての応答性は高精度に改
良される。

以下に、この発明の第２の実施例を図示する。

第３図において、（ホ）はＮ形シリコンチップ上ＶｃＰ
形拡散層を形成した半導体で、この上記拡散層の部分が
発熱体（１）となっている。（２）は拡散層両端の電極
部とベースとなる支持体（３）の電極間に結線されたボ
ンディング線、（５）は出口側のニップルで、入口側の
ニップ＊（Ｓ）に対して９０’に曲げられている。（６
）は燃料油などの流体、（７）は発熱体（１）に電力を
供給し、かつ、インピーダンスの測定を行なう検出回路
、（８）は流量出力信号、（９）は流速増大手段である
テーバ付ノズルで、その開口（９ａ）は発熱体（１）に
対向して設けられている。αＱはホー７である。

つぎに動作について説明する。流体（６）はホース（ト
）を通って、ニップμ（５）へ流入する。この流れはノ
ズＡ／　（９）で大幅ｉられて流速が増大し、噴流とな
ってシリコンチップ（１）　Ｋ衝突する。衝突した流れ
は回シに拡散して出口側のニップ／ｖ（５）を通ってホ
ースｏｎへ排出される。

ところで、シリコンの拡散層は常温付近においては、正
の抵抗温度係数を有しておシ、がっ、流量が増大するに
つれ熱伝達率が上昇する効果を有しているので、半導体
内の拡散層のインピーダンス変化に対応した信号がブリ
ッジと増幅よシ構成された検出回路（７）から流量出力
信号（８）として取シ出される。

なお、レイ７μχ数範囲は最小測定流量においても３０
００以上となるようノズＡ／　（９）の開口（９ａ）が
設定してあシ、流れが層流領域を含まず、乱流領域に限
られるので、安定した流量出力信号が得られる。

第２の実施例の感熱混流量検出器は上記のように配管が
直角に曲げられた状態で構成されているので、従来例の
ようなパイプ長を必要とせず、極めて限られ九スペース
に設置可能で小形・軽量な検出器とすることができる。

加えて、発熱体の熱容量を下げ、熱伝達率を大きくとる
ことができるので、熱的な応答時間が短縮され、応答性
の特に優れた流量検出器となっている。レイノルズ数の
上限としては特に制限を加える要素もなく、従来の層流
を利用したものに比べて広いダイナミックレンジを得る
ことが可能となっている。

なお、上記発熱体として、上記実施例のようなタングス
テンや白金などのホットワイヤ、シリコン半導体のほか
、薄形サーミスタなどの感温半導体も用いることができ
る。

以上のように、この発明によれば、配管内の断面積を減
少させて、流体のレイ７μχ数が３０００凧上の範囲に
入るように流速を増大させる流速増大手段を発熱体の上
流側に設置することにょル、小型、かつ、軽量で、広い
ダイナミックレンジと優れた応答性が得られる感熱混流
量検出器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の感熱混流量検出器の一部切欠した状態を
示す斜視図、第２図はこの発明の一実施例による感熱混
流量検出器を示す側断面図、第３図はこの発明の他の実
施例による感熱混流量検出器を示す側断面図である。 （１）・・・発熱体、（５）・・・配管にツブＩＶ）　
、（６）・・・流体、（７）・・・検出回路、（９）・
・・流速増大手段。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　葛野信−（外１名） 第１図 ７ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）流体を通過させる配管と、この配管内に設置され
   、かつ、管内の断面積を減少させて、上記流体における
   レイ７μχ数が３０００以上の範囲に入るように流速を
   増大させる流速増大手段と、この手段の下流側に上記流
   体に対向して配置された発熱体と、この発熱体への給電
   に伴なう電気的変化量から上記流体の流量を検出する検
   出回路とを具備してなる感熱形流量検出器。 Ｃ）上記流速増大手段は絞り形状のノズルによυ構成さ
   れてなる特許請求の範囲第１項記載の感熱形流量検出器
   。 （３）上記発熱体はタングヌテンあるいは白金などから
   なるホットワイヤから構成されてなる特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の感熱形流量検出器。 （４）上記発熱体はシリコンあるいはサーミスタなどの
   感温半導体から構成されてなる特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の感熱形流量検出器。 （５）上記発熱体は上記半導体の拡散層である特許請求
   の範囲第４項記載の感熱形流量検出器。 （６）上記サーミスタは薄膜サーミスタから構成されて
   なる特許請求の範囲第４項記載の感熱形流量検出器。