JPS63235825A

JPS63235825A - 流量計

Info

Publication number: JPS63235825A
Application number: JP62069159A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Machida; 博町田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-25
Filing date: 1987-03-25
Publication date: 1988-09-30
Also published as: JPH0516730B2

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）本発明は微少流量１直を流体に非接触で測定する流帛工
１に関する。

〔従来技術とその問題点〕

一般に、臨床医学の分野等に、１メいては極めて微少な
流量を正確に測定することが必要とさ枕る場合がある。

従来、このような微少流量の測定にあたっては、第５図
に示すような構成の検出器を用いている。

この従来例にＪ３いては、流体流路となる一ｆ−ユーブ
ａの上流側に白金線等の金属低抗線によって製Ｕられて
いる自己発熱抵抗体すを設Ｃブ、少し下流側に離して同
構成の自己発熱抵抗体Ｃを設（゛）、チューブａ以外の
場所に２個の抵抗器ｄ、ｃを設け、これらの４個の抵抗
す、ｃ、ｄ、ｅによりブリッジ回路が形成されている。

このブリッジ回路の抵抗’Ｔｉ　ｄ　＋　ｅの抵抗値は
、直流電源からブリッジ回路へ一定電流を通じた状態で
、そのブリッジ回路が平衡するようにあらかじめ選択さ
れている。この状態で流過流体りがチューブａを流過す
ると・自己発熱抵抗体すで発生した熱の一部が流過流体
りにより奪われ下流側の自己発熱抵抗体Ｃの部位に移動
さ氾られ、自己発熱抵抗体Ｃが温度上貸を生じる。これ
により一方の自己発熱抵抗体すの抵抗値は下がり、他方
の自己発熱抵抗体Ｃ（７）抵抗値は上がる。この抵抗値
の変化によりブリッジ回路の平均がくずれ、ブリッジ回
路より出力電圧が発生し、その出力電圧は増幅器ｑに入
力され、増幅されて流口の変化に比例した出力が発生さ
れる。

しかしながら前記従来例の検出；Ｃにおいては、構造上
箋述するように温度および姿勢の変化に対して流量値が
変ってしまうという問題があり、また、第６図す線に示
すように２通りの流ｆｆ１Ｉｉｒｉ　Ｆ　ａ　。

Ｆｂで同一の出力電圧値となり、ブリッジ回路の出力電
圧Ｖｏからはいずれが真正流ω値であるか判断できない
という不都合があった。

なぜなら第５図に示す溝成において、２個の自己発熱抵
抗体す、ｃで発生リーる熱は周囲空気およびチューブａ
ど熱交換することにＪ、り熱的平衡状態となる。ところ
が、空気による熱移動は対流によるものであるから、周
囲温度の影響を直接受は熱移＃Ｊ聞が変化し、チューブ
ａ内の流体の状態とは無関係に自己発熱抵抗体す、ｃに
温度変化を生じさゼてしまう。この自己発熱抵抗体す、
ｃの温度変化は流Φ検出の感度を外乱として変化させる
一ｂのであり、結局流化測定の精度を低１・させるもの
であった。

また、２個の自己発熱抵抗体す、ｃの設置位置が、水平
方向に隣接する場合と鉛直方向に隣接する場合とでは、
相互間における対流による熱移動量に差があり、両者の
設置位置に応じて流量検出の感度が異なるという問題点
があった。また、特に鉛直方向に２個の自己発熱抵抗体
す、ｃを配設した場合に、流目検出の感度の変化と同時
にＵ０点ドリフトを生じてしまうなど、姿勢敏感性が高
いという欠点があった。

更に、第６図の特性曲線が示すように、流♀の小さい範
囲ではブリッジ回路の出力電圧が流量とともに増加し、
流＄、の大きい範囲では逆にブリッジ回路の出力電圧が
流量とともに低下する。このような減少が生じるのは、
流ｍの大ぎい範囲では第５図における自己発熱抵抗体す
、ｃの部位の温度がチューブａ内を流過する流過流体り
により冷却低下されてしまい、自己発熱抵抗体す、ｃの
温度−し低下し、それぞれの抵抗値の差が小さくなり、
ブリッジ回路の出力電圧が流量の増加とともに低下する
からである。このことにより２通りの流Ｗ値ＶＯをとり
、出力電圧Ｖｏからは流量値Ｆａ。

Ｆｂの何れが真正値であるかを区別することができない
という欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、検出
部の環境条件に影響されることなく、また、検出部の姿
勢に影響されることなく、常に適正な感度をもって正確
に流通測定を行なうことができ、また、流体に熱的変化
を与えることなく流Ｅ３測定することができ、更に、出
力電圧と流量値が１対１に対応して常に真正な流量を測
定することができ、しかも微少流量を正確に測定するこ
とのできる流量計を捷供することを目的とする。

〔発明のＲ要〕

本発明の流量計は、流体が流通する流過流路となるチュ
ーブと、このチューブと熱交換自在にして設【ノられた
金属ベースブロックと、前記熱交換部より流体の下”流
側で前記チューブおよび金属ベースブロックの間にそれ
ぞれと熱交換自在にして介装された温度検出器と、前記
チューブに取付けられそのチューブへの入熱がそのチュ
ーブを通して前記温度検出器へ熱伝導される入熱体とを
もって形成される。

これにより、入熱体の熱はチューブ内を流体が流過しな
いときその大部分がチューブおよび熱抵抗の小さい号−
モモジュールを通じて金属ベースブロックに熱伝導され
て熱平衡状態になる。また、入熱体の周囲空気は対流に
より不安定な熱抵抗をもつが、前記サーモモジュールの
熱抵抗が対流による熱抵抗に比べ十分小さく、かつ、温
度変化に対して一定の熱抵抗値を保つため、周囲空気の
対流による検出感ＩＩｔ等に対する影響がなく、さらに
姿勢敏感性しない。しかも、入熱体が１Ｈであるからサ
ーモ［ジュールの出力電圧は甲謂な減少特性を示すこと
となり、常に真正な流量を測定することができろ。

〔発明の実施例〕

吹下、本発明の実施例を第１図から第４図について説明
りる。

第１図は本発明の一実施例の全体を示している。

第１図中、符号１は金属ベースブロックである。

この金属ベースブ［１ツク１の上部には、流体２が第１
図左から右り向へ流過する流過流路となる金属製のヂ」
−ブ３が上流側支承部１ａおよび下流側支承部１ｂを貫
通することにＪ、り水平に支承されている。そして、こ
の金属ベースブロック１のＪ：流側支承部１ａ部分にお
けるチｊ−ブ３の理設路離ｐを長＜シて、金属ベースブ
ロック１とチ１−７３との相互間で十分に熱交換でさる
ようにしている。また、金属ベースブロック１の下流側
支承部１ｂ部分はチューブ３の下流側に対する熱抵抗を
一定に保つために設けている。そして、金属ベースブロ
ック１の上流側支承部１ａと下流側支承部１ｂとの間の
凹入部ＩＣ部分においでは、温度検出器としての４ノー
モモジユール４が、凹入部１Ｃの底部上面とチューブ３
の下周面とにそれぞれ密るさＶてそれぞれと熱交換自在
にして介装されている。このサーモモジュール４は熱抵
抗が小いものであり、チューブ３と金属ベースブ【］ツ
ク１との間の温度差を電圧からなる勺−モモジュール出
力４ａどして検出する。また、凹入部１Ｃ部分において
、チューブ３の勺−モモジュール４と反対側の上面部分
に１．Ｌ、チューブ３へ所定の熱量を入熱する入熱体と
しての自己発熱抵抗体５が接着剤１２によって取付けら
れている。この自己発熱抵抗体５にｔよ定電圧電源６か
ら通電されるようになっている。また、サーモモジュー
ル４からの流ａに対応した（１−モモジュール出力４ａ
を処即してより適確な流ωを得るために、本実施例では
、サーモモジュール４のサーモモジュール出力４ａを増
幅器７で増幅し、その増幅器出力アａを減口器８へ入力
する。この減→器８にはポテンショメータ９からのボテ
ンシコメータ出力９ａも入力されており、減口器８は増
幅型出カフａからポテンショメータ出力９ａを減算して
減算器出力８ａを直線化回路１０へ出力する。この直線
化回路１０は減Ｃン器出力８ａを直線化して、ヂーユー
ブ３内の流体２の流量ど比例関係どなる直線化回路出力
１０ａを出力するようにされている。

次に、本実施例の作用を説明する。

流体２の流過流路であるチューブ３内へ、流体２が上流
側３ａより流入して流過すると、チューブ３が埋設され
ている金属ベースブロック１の上流側支承部１ａの部分
において、流体２は金属ベースブロック１と１分に熱交
換されてその流体２の湿度は金属ベースブロック１の温
度と同一の安定な温度となり、サーモモジ１−ル４が設
けられている下流側へ流下して行く。

サーモモジュール４が設けられている検出部においては
、自己発熱抵抗体５に通電されていない場合には、サー
モモジュール４を挟んでいる金属ベースブロック１とチ
ューブ３内の流体２どはｙ１述したように等温とされて
いる。

ここで、流（Ａ２の流量を検出するために定電圧電源６
より自己発熱抵抗体５へ所定電力を供給して、自己発熱
抵抗体５を発熱させ、送給されて来た所定電力に対応し
た所定熱ｆｆ１Ｑをチューブ３へ入熱する。この入熱さ
れた熱ｍＱは、チューブ３および１ノー′ｔｌ−モジ１
−ル４を順に経て金属ベースブロック１へ熱伝導される
熱量Ｑ１と、チューブ３内を流れる流体２に奪われて下
流へ待人られる熱量Ｑ２とに分けられる。そして、第１
図にＪ３いて、一方の熱ｆｆ１Ｑ１の熱流を１１ａ、他
方の熱量Ｑ２の熱流を１１ｂとする。これらの熱量Ｑ。

Ｑ　、Ｑ２の間には、Ｑ＝０１＋０２の関係が成立する
。そして、チューブ３内の流体２の流ｆｉｌに応じてＱ
　とＱ２との値が変化する。

一方、サーモモジュール４の勺−モモジュール出力４ａ
は、サーモモジュール４より上流側の流体２の温度と金
属ベースブロック１の渇１復どがｚ９しいので、熱量Ｑ
１のみに比例したちのとなる。

そして、このサーモモジュール出力４ａの電圧値と流体
２の流量との関係は第３図ａ線に示すようになり、微小
流用例えば０〜数μρ／ｍ１ｎＬＪｔシて極めて感度が
高いものとなり、流９が大きくなるに従って、最大値α
から双曲線状にして一定値βに漸近するように減少する
。

この点を更に説明すると、自己発熱抵抗体５で発生する
熱量Ｑが一定であることより、熱的等価回路を第４図の
ように示すことができる。ここで金属ベースブロック１
とりｍ−モモジュール４の熱流１１ａに対するコンダク
タンスを０１、流体２による熱流１１ｂにλ・ｊする」
ンダクタンスをｃ２、金属ベースブロック１と自己発熱
抵抗体５との間の）３度差を△Ｔとすると、 △Ｔ＝Ｑ／　（Ｃ＋Ｃ２）の関係が成立する。

イして、］ンダンスＣ２と流体２の流量には比例関係が
あり、更に、湿度差へＴは熱ＧＱ１と比例１■係がある
。従って、温度差６丁はサーモモジュール出力４ａに比
例し、このサーモモジュール出力４ａは流体２の流量に
反比例する関係がある。

このようにしてサーモモジュール４によって検出された
晋ナーモモジュール出力４ａは増幅器７によって増幅さ
れ、増幅器出力１１ａとして減算器８へ入力される。ま
た、この減免器８には、第３図に示す出力が漸減して行
く一定値βに相当する値の設定電圧からなるポテンショ
メータ出力９ａがポテンショメータ９から入力されてい
る。従って、減τ７器８においては、増幅器出力１１ａ
からポテンショメータ出力９ａを減免して、流体２の流
１？ｉ値と反比例関係を有する減免器出力８ａを出力す
る。この減算器出力８ａは次段の直線化回路１０におい
て、逆数化演粋されて、流体２の流ｈ１値に比例した直
線化回路出力１０ａとされる。

なお、前記においては流ｎ測定時に自己発熱抵抗体５へ
通電して発熱させたが、この自己発熱抵抗体５に予め通
電して発熱させ、その熱量をチューブ３、サーモモジュ
ール４を通して金属ベースブロック１へ熱伝導させて熱
的平衡状態を形成しておき、そこへ流体２を流通させて
流量を測定するようにしてもよく、また、自己発熱抵抗
体５へは継続的に通電して流体２の流ω変化を継続的に
測定するようにしてもよい。

このように本発明は第２図の少流量範囲に着目−すれば
１゛μｊ）／ｍｉｎ以下の極微少流槍値を感度良く、か
つ、正確に測定することができ、また、直線化回路１０
等を用いることにより同一検出器を使って、流か零から
ｌｄ／ｌ１ｌｉｎ以上までに口る広範囲の流孕測定がで
きる。

また、チューブ３への入熱は１個の自己発熱抵抗体５だ
けで行なうため、空気中の熱の自然対流によっても検出
感度は影響を受けず、また、金属ベースブロック１の姿
勢を変更させることにより自己発熱抵抗体５とサーモモ
ジュール４との相対位置が変更しても、検出温度を高く
維持したまま流♀を測定することができる。更に、サー
モモジュール４のサーモモジ１−ル出力４ａと、流体２
の流量とが１体１に対応するので、常に真正な流量を検
出することができる。

また、本発明は流過流路となるチューブ３が自己発熱抵
抗体５により加熱されるものではあるが、その温度上昇
が金属ベースブロック１に対し１℃〜２℃位の極低温度
」ニ賛にて充分な検出感度をもら、流体２に熱的変化を
与えないで測定することができる。

更に、チューブ３の素材としては、前記実施例の金属を
含めてプラスチック、ゴム等の種々のものを使用できる
ため、流体２の性質に合せ最適なチューブ素材を用いた
流ｆｆｌ　ｉｆを製作できると同時に、流過流路の上流
側から下流側に至る全ての流過流路を同一のチューブ３
によって構成することができ、構造ら簡単となる。

なお、温度検出器としてはサーモモジュール４に代えて
サーモパイル等を用いてｂよく、また入熱体としては自
己発熱抵抗体５の他にチューブ３に入熱できるものを必
要に応じて使用してもよい。

また、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
必要に応じて変更することができる。

〔発明の効果〕

このように本発明は構成され作用するものであるから、
検出部の環境条件に１２　”ＩＩされることなく、また
、検出部の姿勢に影響されることなく、常に適正な感度
をもっで正確に流ω測定を行なうことができ、また、流
体に熱的変化を与えることなく流量測定Ｊ−ることがで
き、更に、出力電圧と流ｎ値が１対１に対応して常に真
正な流出を測定することができ、しかも微少流量を正確
に測定することができる等の効果をｉする。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の流量計の一実施例を示し、
第１図は全体の概略構成図、第２図は第１図のＩＩ−Ｉ
Ｉ線に沿った拡大図、第３図は流体の流出ど勺−モモジ
ュール出力電圧どの関係を示す特性図、第４図は本実施
例の流量検出部の熱的等価回路図、第５図は従来例の概
略構成図、第６図は従来例の流は対出力電圧の特性図で
ある。１・・・金属ベースブロック、１ａ・・・上流側支承部
、１Ｃ・・・凹入部、２・・・流体、３・・・チューブ
、４・・・サーモしジュール、４ａ・・・サーモモジュ
ール出力、５・・・自己発熱抵抗体、７・・・増幅器、
８・・・減算器、９・・・ポテンショメータ、１０・・
・直線化回路。出願人代理人　　中　　尾　　俊　　輔第３図第４図第５ＦＩＪ第６図；Ｌｔ

Claims

【特許請求の範囲】１）流体が流通する流過流路となるチューブと、このチ
ューブと熱交換自在にして設けられた金属ベースブロッ
クと、前記熱交換部より流体の下流側で前記チューブお
よび金属ベースブロックの間にそれぞれと熱伝導自在に
して介装された温度検出器と、前記チューブに取付けら
れそのチューブへの入熱がそのチューブを通して前記温
度検出器へ熱伝導される入熱体とを有する流量計。２）温度検出器はサーモモジュールからなり、入熱体は
自己発熱抵抗体からなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の流量計。