JPS6190013A

JPS6190013A - 流体流量測定装置

Info

Publication number: JPS6190013A
Application number: JP59213016A
Authority: JP
Inventors: Norihito Tokura; 規仁戸倉; Kenji Kanehara; 賢治金原; Takeo Miyoshi; 三好　健雄; Takeshi Tagami; 健田上
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1984-10-10
Filing date: 1984-10-10
Publication date: 1986-05-08

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、特に自動車用のＬＰＧの流量の測定に好適に
用いられる流体流体流量測定装置に関するものである。

Ｃ従来の技術〕従来の気体、特にＬＰＧ等の気体の流量を計測する装置
としては、湿式ガスメータ等に代表される機械式のもの
と、熱線を用いた電気式のものがある。従来の熱線式気
体流量装置は、被測定気体が流れる流量測定管の外部の
中央部にヒータコイルが巻いてあり、その前後に感温セ
ンサコイルが巻いである。ヒータコイルで発生した熱量
が気体の流れに伴い、ヒータコイルの前後で温度差が生
じ、その温度差を前記感温センサコイルが検出する。こ
の温度差が質量法皇に対応する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この従来の方法では流量測定管の外部にヒータコイル、
感温セン号コイルが巻いてあり、流量が変化した場合の
応答が約３　ｓ　ｅ　ｃと遅い。

また、この方式は流量測定管に流れる流量に限度があり
数ｍ　（１／　ｍ　ｉ　ｎである。従って、それ以上の
流量を測定するにはバイパス通路を設けて分流させてい
る。この場合、流量測定管の内径は約０．７ｆｉφであ
りゴミ、汚染等に弱い。特にＬＰＧ等のガス流量を測定
する場合にＬＰＧの中に混入しているタールが付着して
流量測定管がつまり、測定不能となることがしばしばあ
る。また、ＬＰＧ等の比熱が温度により変わるが、その
補正は行っていない。

本発明の目的は、前述の従来例における問題点に鑑み、
正確で、応答速度が速く、気体の温度に無関係に、汚染
にも強い気体流量測定を行うことのできる流体流量測定
装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明においては、被測定
流体が流れる流量測定管と、この流量測定管内に設けら
れた電熱ヒータと、該流量測定管内てこの電熱ヒータの
下流側に設けられた第１温度依存抵抗と、該流量測定管
内で前記電熱ヒータの上流側に設けた第２温度依存抵抗
と、第１および第２温度依存抵抗の間以外の流量測定管
内に設けられた第３の温度依存抵抗と該電熱ヒータを支
持する支持体に接触して設けられた第４温度依存抵抗と
、該電熱ヒータおよび第１、第２温度依存抵抗の出力信
号から被測定気体の流量を測定する築１の測定回路と、
第３温度依存抵抗の出力信号で被測定気体の温度を測定
する第２の測定回路と、第４温度依存抵抗の出力信号で
該電熱ヒータの支持体の温度を測定する第３の測定回路
と、第１の測定回路の出力信号をリニアライズし、第１
の測定回路の出力信号と第３の測定回路の出力信号との
差の信号により得られる該電熱ヒータの支持体　　　　
７の温度特性に応じて該リニアライズした値を補正し、
第２の測定回路の出力信号により被測定気体の温度補正
した変換定数を該リニアライズした値の補正した値に乗
算する計算装置とを備えた流体流量測定装置としている
。

〔実施例〕

本発明の一実施例としての流体流量測定装置が第１図に
示される。第１図装置はＬＰＧを燃料とする自動車に用
いられた場合が示される。１２はレギュレータでフュー
エルタンク１１からのＬＰＧ液体燃料を一次減圧室１２
１で減圧して気体にする。２１はジヨイントでレギュレ
ータ１２の一次減圧室１２１の出力とフィルタ１４とを
管路１３で接続する。１５は流量測定管で人力はジヨイ
ント２２でフィルタ１４と接続される。流量測定管１５
の内部には電熱ヒータ３、第１温度依存抵抗４１、第２
温度依存抵抗４２、第３温度依存抵抗４３、第４温度依
存抵抗４４が内蔵される。この流量測定管１５の第１の
出力は管路１６を通って前記レギュレータ１２の２次減
圧室１２２の入力に接続される。流量測定管１５の第２
の出力ば管路１７を通ってレギュレータ１２のスロー系
の入力に接続される。レギュレータ１２の二次減圧室１
２２はキャブレターのメイン系ＣＡＧ−Ｍに接続される
。レギュレータ１２のスロー系ノ出力はキャブレターの
スロー系ＣＡＢ−Ｓに接続される。５は信号処理回路で
第１測定回路（５ａ、５ｂ、５ｃ）および第２測定回路
（５ｄ、５ｅ）、第３測定回路（５ｆ、５ｇ）により構
成される。

６は計算回路である。

第１図装置の作動が以下に記述される。レギュレータ１
２の１次減圧室１２１で液体ＬＰＧを減圧して気体にす
る。その気体ＬＰＧをフィルタ１４により塵埃を除去し
て流量測定管１５に供給する。流量測定管１５に流れる
流量を電熱ヒータ３、第１、第２、第３、第４温度依存
抵抗４１．４２．４３．４４と電子回路５で測定し、計
算回路６でリニアライズと温度補正を行い、出力信号を
表示装置７へ供給する。流量測定管１５を通過したＬＰ
Ｇガスはレギュレータ１２のメイン系とスロー系に入力
される。レギュレータ１２のメイン系に入力されたＬＰ
Ｇガスは、ざらに二次減圧室Ｉ２２で減圧されてキャブ
レターのメイン系ＣΔＢ−Ｍに出力される。

流量測定管１５内の電熱ヒータ３、第１、第２、第３、
第４の温度依存抵抗４１．４２．４３．４４が以下に説
明される。流量測定管■５内に第２図においては模式的
に示されるが、白金抵抗線からなる電熱ヒータ３が設け
られており、この電熱ヒータ３の下流側で近接した位置
に白金抵抗線からなる第１温度依存抵抗４１が設けられ
ており、電熱ヒータ３の上流側でやや離れた位置に白金
抵抗線からなる第２温度依存抵抗４２が設けられており
、さらに第２温度依存抵抗４２の上流側でやや離れた位
置に白金抵抗線からなる第３の依存抵抗４３が設けられ
ている。

どれらの電熱ヒータ３および第１、第２、第３温度依存
抵抗４１．４２．４３は何れも第３図に示すような支持
体であるリング形状のセラミック板３１．４１１．４２
１．４３１に格子状に白金抵抗線３２．４１２．４２２
．４３２を設けた構造であり、特に第１、第２温度依存
抵抗４１．４２は同一の抵抗温度７］￥性を有する白金
抵抗を用いている。また、電熱ヒータ３と第１温度依存
抵抗４１は、正面（あるいは背面）から見た場合、第３
図に示すように互いの抵抗線が交差するように配置され
ており、これにより流量測定管１５内の微少な熱分布の
影響を第１温度依存抵抗４■が受けないようになってい
る。

電熱ヒータ３のリング状セラミック板３１の表面の白金
抵抗線３２の接触しない位置にはサーミスタからなる第
４温度依存抵抗４４がこのセラミック板３１の温度測定
可能な状態で熱的に接触するように設けられている。

電熱ヒータ３および第１、第２温度依存抵抗４１．４２
は何れも基／＄抵抗回路５ａに接続され、第１測定回路
５ａ、５ｂ、５Ｃはこれらの出力信号を用いて吸入空気
の流量を測定し、流量に応じた電気信号を出力する。

この測定回路５ａ、５ｂ、５ｃは、第５図に示すように
基準抵抗回路５ａ、電圧制御回路５ｂ、および出力演算
回路５ｃから構成されており、このうち基準抵抗回路５
ａは、第１、第２温度依存抵抗４１．４２と共にブリッ
ジＢＲＧを構成する。

また、電圧制御回路５ｂはブリ・ノジの対角点ｂｒ１、
ｂｒ２の電圧にも応じてブリッジＢＲＧおよび電熱ヒー
タ３に印加する電圧を制御する。出力演算回路５ｃの出
力は計算回路６に接続される。

電熱ヒータ３と第１、第２．温度依存抵抗４１．４２と
第１測定回路５ａ、５ｂ、５ｃによる流量測定原理の説
明図が第４図に示される。第４図において、９１は増幅
器であり９２はトランジスタであり、９３は蓄電池であ
る。ブリッジの分岐点ｂｒｌとｂｒ２の電位差ΔＶを一
定になるように増幅器９１とトランジスタ９２で電熱ヒ
ータ３とブリッジの一方の端子に印加する電圧を制御す
ると、電熱ヒータ３に流れる電流Ｉと重量流量Ｇとの関
係は下式となる。

Ｇ＝（Ｋ／Ｃｐ・ΔＶ）・ＴＯ・・・・・・　（１）ｎ
＝２〜４　　　　　　　　　　　　・・・・・・　（２
）ここに、Ｋは回路の比例定数、Ｃｐは気体〈ＬＰＧ）
の定圧比熱、ΔＶばブリッジの分岐点の電位差である。

（１）式において、Ｋ１ΔＶは一定であり、Ｃｐは空気
の場合には温度に対しては変化しないが、ＬＰＧの場合
には温度により大きく変化する。電流Ｉの指数ｎが２〜
４であるのは流量測定管１５と電熱ヒータ３、第１、第
２温度依存抵抗４１．４２の構造により、多少異なるた
めである。

第３温度依存抵抗４３は基準抵抗回路５ｄに接続され、
第２測定回路５ｄ、５ｅは、この出力信号を用いて気体
の温度を測定し、温度に応じた電気信号を計算回路６へ
出力する。第２測定回路５ｄ、５ｅは第５図に示される
ように、基準抵抗回路５ｄ、増幅回路５ｃから構成され
、このうち基準抵抗回路５ｄは、前記第３温度依存抵抗
４３と共にブリッジを構成する。

第４温度依存抵抗４４は基準抵抗回路５ｆに接続され、
第３測定回路５ｒ、５ｇは、この出力信号を用いて電熱
ヒータ３のセラミック板３１の温度を測定し、温度に応
じた電気信号を計算回路６へ出力する。第３測定回路５
ｆ、５ｇは第５図に示されるように、基４！；抵抗回路
５ｆ、増幅回路５ｇから構成され、このうち基準抵抗回
路５ｆは、前記第４温度依存抵抗４４と共にブリッジを
構成する。

計算回路６は第１測定回路５ａ、５ｂ、５ｃと第２測定
回路５ｄ、５ｅと第３測定回路５ｒ、５ｇの信号に基づ
いて主にリニアライスを行い、気体温度の補正、電熱ヒ
ータ３のセラミック板３１の温度補正を行って瞬時流量
、および、設定された時間の積算流量をあられすアナロ
グ信号を表示装置７に供給する。

第６図により、測定回路５ａ、５ｂ、５ｃの構成が説明
される。基準抵抗回路５ａは、互いに直列接続され、第
１、第２温度依存抵抗４１．４２と共にブリッジＢＲＧ
を構成する第１基準抵抗５０１、および、第２基準抵抗
５０２から構成されている。

電圧制御回路５ｂは、概略的には第１差動増幅回路５ｂ
ｌ、第２差動増幅回路５ｂ２、電力増幅回路５ｂ３およ
び出力抵抗５１６から構成されている。

このうち、第１差動増幅回路５ｂ１、入力抵抗５０３．
５０４、接地抵抗５０５、負帰還抵抗５０６および演算
増幅器（以下ＯＰアンプという）５０７から構成されて
おり、ブリッジＢＲＧの対角点ｂｒｌ、ｂｒ２の電圧を
差動増幅してｏｐアンプ５０７の出力端子から出力する
。

第２差動増幅回路５ｂ２は、入力抵抗５０８．５０９、
コンデンサ５１０、基準電圧源５１１および○Ｐアンプ
５１２から構成されており、ＯＰアンプ５０７の出力電
圧■１と基準電圧源５１１の一定基準電圧Ｖｒｅｆとを
差動増幅してＯＰアンプ５１２の出力端子から出力する
。なお、コンデンサ５１０は、本装置の発振防止用に設
けである。電力増幅回路５ｂ３は、抵抗５１３およびパ
ワートランジスタ５１４から構成されており、パワート
ランジスタ５１４はバッテリ５１５から電力が供給され
ていて、第２増幅回路５ｂ２の出力電圧を電力増幅し、
その出力をブリッジＢＲＧおよび電熱ヒータ３に付与す
る。出力抵抗５１６は、吸入空気の流量に関係した電圧
を出力するためのもので、電熱ヒータ３に直列接続され
ている。

出力演算回路５Ｃは、概略的には差動増幅回路５Ｃ１、
および加算増幅回路５ｃ２から構成されている。このう
ち、差動増幅回路５Ｃ１は入力抵抗５１７．５１８、接
地抵抗５１９、負帰還抵抗５２０およびＯＰアンプ５２
１から構成されており、出力抵抗５１６の両端電圧Ｖｏ
を差動増幅する。加算増幅器５ｃ２は、抵抗５２２．５
２３、接地抵抗５２４、負帰還抵抗５２５、およびＯＰ
アンプ５２６から構成されており、抵抗５２２、抵抗５
２３の入力端子にそれぞれ印加される電圧を加算して増
幅し、ＯＰアンプ５２６の出力端子から電圧Ｖｓを出力
する。

第２測定回路５ｄ、５ｅの回路の構成が第７図に示され
る。基準抵抗回路５ｄは、第１、第２および第３基準抵
抗５３１．５３２．５３３は第３温度依存単抗４３と共
にブソリジを構成し、このブリッジを作動させるために
電源５３０から一定電圧を供給する。増幅回路５ｅは、
概略的には第１差動増幅回路５ｅｌと第２差動増幅回路
５ｅ２から構成されている。このうち、第１差動増幅回
路５ｅｌは、ＯＰアンプ５３４．５３５および抵抗５３
６．５３７．５３８で構成されており、ブリッジ（４３
，５３１，５３２，５３３）の対角点の電圧を差動増幅
してＯＰアンプ５３４．５３５の出力端子から出力する
。第２差動増幅回路５ｅ２は、ｏｐアンプ５３９、抵抗
５４０．５４１、接地抵抗５４２および負帰還抵抗５３
４で構成されており、抵抗５４０、抵抗５４１の入力端
子にそれぞれ印加される電圧を差動増幅して、ＯＰアン
プ５３９の出力端子から電圧ＶＴＩを出力する。

第３測定回路５〔，５ｇの基準抵抗回路５ｆは、第２測
定回路５ｄ、５ｅの基準抵抗回路５ｄと全く同一の構成
であり、第４温度依存抵抗４４と共にブリッジを構成し
、また増幅回路５ｇも第２測定回路５ｄ、５ｅの増幅回
路５ｅと同一の構成をなし、その出力端子からは電圧Ｖ
Ｔ２が出力される。

第１図装置における計算回路６の演算内容のフローチャ
ートが第８図に示される。図示しない制御スイッチをオ
ンすると、ステップＳ１で演算をスタートする。ステッ
プＳ２は、第１測定回路（５ａ、５ｂ、５Ｃ）の気体流
量に関係したアナログ出力信号Ｖ、と、気体温度に関係
したアナログ出力信号ＶＴＩと電熱ヒータ３のセラミッ
ク板３１の温度に関係したアナログ出力信号ＶＴ２を取
り込み、デジタル値に変換する。

ステップ＄３は、気体流量に関係した信号がブリッジＢ
ＲＧの特性に起因して第９図に点線で示す温度特性（Δ
）を持ち、誤差（ＥＲ＋）を生じるので、気体温度に関
係したアナログ出力信号ＶＴｌから求めた気体温度θｇ
にてこの誤差を第９図に実線で示すように温度補正（Ｂ
）し、気体流量のみに関係した値を求める。

ステップＳ４は、前記温度補正した値が直接気体流量に
比例するのではなく、第１０図に示す曲線によって換算
した値が気体流量に比例するので、第１０図に示す曲線
の特性に従って変換する。この変換演算をリニアライズ
（ＬＩＮ）と呼ぶ。ただし、第１０図に示す曲線は、２
５　”Ｃｌ気圧の空気を用いた場合のものである。第１
０図において、横軸はセンサ出力電圧（ＳＥＮ、Ｖ＞を
あられす。

ステップＳ５は、電熱ヒータ３のセラミック板３１の温
度θｈと気体温度θｇの温度差（θｈ−θｇ）に応じて
第１１図に点線で示す温度特性（Ｃ）を持ち、誤差（Ｅ
Ｒ２）を生じる。そこで、電熱ヒータ３のセラミック板
３１の温度に関係したアナログ出力信号ＶＴ２から求め
たセラミック板温度θｈと、気体温度に関係したアナロ
グ出力信号ＶＴＩから求めた気体温度θｇの温度差（θ
ｈ−θｇ）を求め、これにて前記誤差（ＥＲ２）第１１
図に実線で示すように温度差補正（Ｄ）し、温度差に起
因する誤差を除去する。

ステップＳ６は、前記空気による第１０図に示す曲線に
て、リニアライズし、さらに第１１図にて温度差補正し
た値を用いて空気の代わりにＬＰＧを流すと、ある一定
の値（変換定数Ｃｆと呼ぶ）を掛けることでＬＰＧの実
流量が得られる。しかして、この変換定数Ｃｆは第１２
図に示す如く温度により大きく変化するので、Ｌｐｃ１
度に関係した信号ＶＴＩから求めたＬＰＧ温度θｇに対
応した変換定数Ｃｆを前記温度差補正した値に掛けるこ
とにより、各温度変化による誤差を含まない真のＬＰＧ
流量ｃｒを求める。

ステップＳ７は、各温度補正を行った後の只のＬＰＧ流
ｌＧｆを時間積分することにより、一定時間の間に流れ
た全ＬＰＧ量を求めるために、前記Ｇｆの値をメモリー
する。また、積算した値は表示する。ステップＳ８は、
前記制御スイッチがオンかオフかを判断し、オンのまま
であれば再び第２ステ・ノブＳ２に戻り、以上述べた各
ステップと同様の演算を行い、第７ステツプＳ７におい
ては積算する前の値に現在の値を加算して新しい積算値
とする。一方、前記制御スイッチがオフであれば、ステ
ップＳ９に進む。ただし、以上述べたステップＳ２から
ステップＳ８までの演算の周期は９ｍ５ｅｃである。ス
テップＳ９は、演算を終了し表示は最終の積算値を示す
。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、被測定流体が流れ
る流量測定管と、この流量測定管内に設けられた電熱ヒ
ータと、該流量測定管内でこの電熱ヒータの下流側に設
けられた第１温度依存抵抗と、該流仝測定管内で前記電
熱ヒータの上流側に設けられた第２温度依存抵抗と、第
１および第２温度依存抵抗の間以外の流量測定管内に設
けられた第３の温度依存抵抗と該電熱ヒータを支持する
支持体に接触して設けられた第４温度依存抵抗と、該電
熱ヒータおよび第１、第２温度依存抵抗の出力信号から
被測定気体の流量を測定する第１の測定回路と、第３温
度依存抵抗の出力信号で被測定気体の温度を測定する第
２の測定回路と、第４の温度依存抵抗の出力信号で該電
熱ヒータの支持体の温度を測定する第３の測定回路と、
第１の測定回路の出力信号をリニアライズし、第１の測
定回路の出力信号と第３の測定回路の出力信号との差の
信号により得られる該電熱ヒータの支持体の温度特性に
応して該リニアライズした値を補正し、第２の測定回路
の出力信号により被測定気体の温度補正した変換定数を
該リニアライズした値のγ１ｉｉ正した値に乗算する計
算装置とを備えた流体流量測定装置としていることから
、正確で応答速度が速く、気体の温度に無関係に、汚染
にも強い、流体流量の測定を行うことができるという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての流体流量測定装置を
示す図、第２図、および第３図は第１図装置における電熱ヒータ
、第１、第２、第３、第４温度依存抵抗の設置構造を示
す斜視図、および正面図、第４図は第１図装置の動作原
理を説明するための回路図、第５図は第１図装置における信号処理回路を示す回路図
、第６図は第５図回路における第１測定回路を示１　　　
　　　　す回路図、第７図は第５図回路における第２測定回路を示す回路図
、第８図は第１図装置における計算回路の演算流れを示す
流れ図、第９図は第１図装置の気体温度に対する補正特性を示す
特性図、第１０図は第１図装置における計算回路のりニアライズ
特性を示す特性図、第１１図は第１図装置の電熱ヒータのセラミック坂温度
と気体温度との温度差に対する補正特性を示す特性図、第１２図は第１図装置における気体温度に対する変換定
数特性を示す特性図である。１・・・燃料供給系統、１１・・・フューエルタンク。１２・・・レギュレータ、１２１・・・１次減圧室、１
２２・・・２次減圧室、１３・・・管路、１４・・・フ
ィルタ。１５・・・流量測定管、１６．１７・・・管路、２１，
２２．２３，２４，２５．２６・・・ジヨイント、３・
・・電熱ヒータ、４１・・・第１温度依存抵抗、４２・
・・第２温度依存抵抗、４３・・・第３温度依存抵抗、
４４・−・第４温度依存抵抗、５・・・信号処理回路、
６・・・計算回路、７・・・表示回路、ＣＡＢ−３・・
・キャブレタースローｑ、ＣＡＢ−Ｍ・・・キャブレタ
ーメイン系。

Claims

【特許請求の範囲】

被測定流体が流れる流量測定管と、この流量測定管内に
設けられた電熱ヒータと、該流量測定管内でこの電熱ヒ
ータの下流側に設けられた第１温度依存抵抗と、該流量
測定管内で前記電熱ヒータの上流側に設けられた第２温
度依存抵抗と、第１よび第２温度依存抵抗の間以外の流
量測定管内に設けられた第３温度依存抵抗と、該電熱ヒ
ータを支持する支持体に接触して設けられた第４温度依
存抵抗と、該電熱ヒータおよび第１、第２温度依存抵抗
の出力信号から被測定気体の流量を測定する第１の測定
回路と、第３の温度依存抵抗の出力信号で被測定気体の
温度を測定する第２の測定回路と、第４温度依存抵抗の
出力信号で該電熱ヒータの支持体の温度を測定する第３
の測定回路と、第１の測定回路の出力信号をリニアライ
ズし、第１の測定回路の出力信号と第３の測定回路の出
力信号との差の信号により得られる該電熱ヒータの支持
体の温度特性に応じて該リニアライズした値を補正し、
第２の測定回路の出力信号により被測定気体の温度補正
した変換定数を該リニアライズした値の補正した値に乗
算する計算装置とを備えることを特徴とする流体流量測
定装置。