KR100466911B1 - 유량센서 및 스트레이너 일체형 유량계 - Google Patents

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미쓰이 긴조꾸 고교 가부시키가이샤
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Abstract

유통로 (207) 를 형성한 하우징 (202), 여과부재 (209) 및 여과부재 삽입 통체 (筒體) (210) 를 구비한 스트레이너부 (203) 와, 유통로 (208) 를 형성한 하우징 (202), 유량센서 (226) 를 구비한 유량계부 (204) 로부터 스트레이너 일체형 유량계 (201) 를 구성한다. 스트레이너부 (203) 와 유량계부 (204) 의 하우징 (202) 을 공유시켜 일체화함과 동시에, 유체의 유동방향 하류에 유량계부 (204) 를 배치한다. 하우징 (202) 의 유통로 (207) 에 접속하여 배기공 (215) 을 배치한다. 이에 의해, 유량계 내에 이물이 침입하기 어렵게 하고, 유통 간내 (間內) 에 공기거품을 잔존시키지 않도록 하여, 배관을 유통하는 유체의 유량을 장기간에 걸쳐 정확하게 측정하도록 하고 있다.

Description

유량센서 및 스트레이너 일체형 유량계{FLOW SENSOR AND STRAINER INTEGRATED FLOWMETER}
종래, 각종 유체 특히 액체의 유량 (또는 유속) 을 측정하는 유량센서 (또는 유속센서) 로서는, 여러 형식의 것이 사용되고 있지만, 저가격화가 용이하다는 이유로, 소위 열식 (특히 방열형 (傍熱型)) 의 유량센서가 이용되고 있다.
이 방열형 유량센서로서는, 기판상에 박막기술을 이용하여 박막발열체와 박막감온체를 절연층을 통하여 적층하고, 기판과 배관내의 유체를 열적으로 접속시키도록 배치한 것이 사용되고 있다. 발열체에 통전함으로써, 감온체를 가열하여, 상기 감온체의 전기적 특성 예컨대 전기저항의 값을 변화시킨다. 이 전기저항치의 변화 (감온체의 온도상승에 근거한다) 는, 배관내를 흐르는 유체의 유량 (유속) 에 따라서 변화한다. 이것은, 발열체의 발열량 중의 일부가 기판을 거쳐 유체중으로 전달되고, 이 유체중으로 확산하는 열량은 유체의 유량 (유속) 에 따라서 변화하고, 이에 따라 감온체로 공급되는 열량이 변화하고, 이 감온체의 전기저항치가 변화하기 때문이다. 이 감온체의 전기저항치의 변화는, 유체의 온도에 의해서도 다르고, 이 때문에, 상기 감온체의 전기저항치의 변화를 측정하는 전기회로 중에 온도보상용의 감온소자를 짜 넣어 두어, 유체의 온도에 의한 유량측정치의 변화를 될 수 있는 한 적게 하는 것도 행하여지고 있다.
이러한, 박막소자를 이용한 방열형 유량센서에 관해서는, 예컨대, 일본 공개특허공보 평8-146026호에 기재가 있다.
그런데, 종래의 방열형의 유량센서는, 유량검지부의 기판 또는 상기 기판에 대하여 열적으로 접속된 케이싱을 배관의 벽면으로부터 유체중에 노출시키도록 하여 배관에 부착되어 있다.
그리고, 유체가 점성유체 특히 액체인 경우에는, 배관내의 유체의 흐름과 직교하는 단면에 있어서의 유속분포가 불균일하게 된다 (단면내의 중앙부와 외주부에서 유속이 크게 다르다) . 상기 종래의 관벽에 단지 기판 또는 그것에 접속된 케이싱부분을 노출시킨 것인 경우에는, 상기 유속분포가, 유량측정의 정밀도에 큰 영향을 준다. 이것은, 유량검지에 있어서, 배관의 단면중앙부분을 흐르는 유체의 유속이 고려되지 않고, 배관의 관벽 근방에 있어서의 유체의 유속만이 고려되기 때문이다. 이와 같이, 종래의 유량센서로서는, 점성유체의 경우에는, 정확한 유량측정이곤란하다는 문제점이 있었다. 또한, 상온에 있어서 점도가 낮은 유체이더라도, 온도가 저하함에 따라서 점도가 상승하기 때문에, 이상과 같은 유체의 점성에 관련되는 문제가 발생한다.
유량센서가 사용되는 온도환경은, 지리적조건 및 옥내외별 등에 의해 매우 넓은 범위이고, 또한 이것에 계절적 조건 및 밤낮별 등이 부가되어, 온도환경의 변화도 매우 크고, 이러한 폭넓은 환경온도조건 하에 있어서 정확히 유량을 검지하는 유량센서가 소망되고 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 측정회로 중에 온도보상용 감온소자를 조합하여, 유체온도에 의한 유량측정치의 변화를 될 수 있는 한 적게 하는 것도 행하여지고 있지만, 아직 충분하다고는 말할 수 없고, 유량측정치의 온도의존성을 한층 적게 하여 더욱 측정정밀도를 향상시키는 것이 요구되고 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 점성유체이더라도, 배관내를 흐르는 상기 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있는 유량센서를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 유량측정치의 온도의존성을 적게 하여, 폭넓은 환경온도조건 하에 있어서, 배관내를 흐르는 점성유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있는 유량센서를 제공하는 것에 있다.또한, 스토브, 보일러 등의 등유연소장치는, 등유를 연소시키는 것에 의해 발생하는 열에 의해서, 공기를 가온 (加溫) 하여 실내를 난방하거나, 물을 가열하여 대량의 물을 끓이거나, 동력원으로 되는 고압증기를 발생시키기도 하는 것이다.
도 27, 도 28A 및 도 28B 에 나타내는 보일러 (401) 에서는, 탱크 (402) 로부터 배관 (403) 을 통하여 등유를 공급하고, 버너 (404) 에 의해 등유를 안개형상으로 분출시키면서 연소시켜, 이 때에 발생하는 열에 의해서, 대량의 물을 끓이거나, 고압증기를 발생시켜, 연소가스를 연돌 (405) 로부터 배출하도록 되어 있다.
그리고, 탱크 (402) 와 펌프 (406) 와의 사이에는 티끌, 먼지 등의 이물을 제거하는 스트레이너 (407) 를 형성하고, 펌프 (406) 와 버너 (404) 와의 사이에는 등유의 유량을 측정하는 유량계 (408) 를 설치하여 둔다.
그러나, 스트레이너 (407) 를 통과한 미소한 이물이 점차로 축적하거나, 스트레이너 (407) 와 버너 (404) 와의 사이로 이물이 침입하거나 하면, 이들 이물을 제거할 수 없고, 버너 (404) 의 노즐 (409) 내에 이물이 침입하여, 배출구 (409a) 를 일부 폐색하여 버리는 일이 있다.
이러한 경우에는, 노즐 (409) 내를 유통하는 등유량이 감소하기 때문에, 버너 (404) 의 성능이 충분히 발휘되지 않아, 보일러 (401) 에서 발생하는 열량이 감소한다. 또한, 등유가 불완전 연소하여, 등유의 보유에너지가 헛되이 낭비됨과 동시에, 일산화탄소 등의 불완전 연소가스가 발생하여, 대기오염의 원인으로 되었다.
이러한 문제를 해결하는 방법으로서, 배관로내에 형성한 유량계 (408) 에 의해 배관 (403) 을 유통하는 등유의 유량을 측정하고, 이 측정치에 대응한 적량의 공기를 공급하여 등유를 연소시키는 공연비 제어방법이 제안되어 있다.
이에 의하면, 노즐 (409) 의 배출구 (409a) 가 일부 폐색한 경우에도, 불완전 연소하는 일은 없고, 등유의 보유에너지의 낭비, 불완전 연소가스에 의한 대기오염을 방지할 수 있다. 그리고, 등유의 분출압력 등에 의해 노즐 (409) 내의 이물이 토출구 (409a) 로부터 토출되면, 버너 (404) 본래의 성능이 발휘되어, 보일러 (401) 의 발열량은 정상시로 복귀한다.
공연비 제어방법을 실시하는 데 있어서는, 배관로내에 형성한 유량계 (408) 에 의해 배관 (403) 을 유통하는 등유의 유량을 정확하게 측정할 필요가 있다. 그러나, 종래의 유량계 (408) 는 스트레이너 (407) 보다 상당히 하류에 형성되어 있기 때문에, 스트레이너 (407) 를 통과한 미소한 이물이 점차로 축적되거나, 스트레이너 (407) 와 유량계 (408) 와의 사이로 이물이 침입하기도 한다. 그리고, 이들 이물이 유량계 (408) 내에 침입하여, 예컨대, 센서장착부의 O 링에 부착, 축적되면, 간극을 형성하여 등유가 누설되거나, 센서의 핀플레이트에 부착, 축적되면, 전열면적이 감소하거나, 유동상태가 변화하거나 하여, 유량계 (408) 의 측정정밀도가 대폭 저하하였다.
이러한 경우에는, 유량계 (408) 를 배관로 내에서 일단 떼어, 유량계 (408) 를 청소하거나, 불량부품을 교환하거나 한 후, 유량계 (408) 를 배관로 내에 재차 장착시킬 필요가 있다. 그러나, 유량계 (408) 를 재차 장착시킬 때, 유통관내에는 공기가 잔존하고 있어, 그대로 유통관내에 등유를 유통시키면, 유통관내의 상부에 공기거품으로서 체류하여, 이 공기거품이 센서의 전열부재에 부착, 체류하면, 전열상태가 변화하여, 유량계 (408) 의 측정정밀도가 대폭 저하하였다.
또한, 공연비 제어방법에 의하면, 불완전 연소를 방지할 수 있지만, 보일러 (401) 에 있어서 발생하는 열량의 감소를 저지하는 것은 할 수 없고, 노즐 (409) 내의 이물이 토출구 (409a) 로부터 토출되지 않는 경우에는, 결국, 인위적으로 이물을 제거하지 않으면 안 된다. 그러나, 종래의 유량계 (408) 는, 작업자가 등유의 유량을 즉시 인식할 수 없고, 노즐 (409) 내로부터 이물을 제거하는 작업을 즉시 할 수 있는 것은 아니었다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 유량계내에 이물이 침입하기 어렵고, 유통관내에 공기를 잔존시키지 않고, 배관을 유통하는 등유 등의 유체의 유량을 장기간에 걸쳐 정확히 측정할 수 있음과 동시에, 등유 등의 유체의 유량을 즉시 인식할 수 있는, 스트레이너 일체형 유량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 개시
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 유통로를 형성한 하우징, 여과부재 및 여과부재 삽입통체를 구비한 스트레이너부와, 유통로를 형성한 하우징 및 유량센서를 구비한 유량계부로 이루어지고, 상기 스트레이너부의 하우징과 상기 유량계부의 하우징을 일체화함과 동시에, 상기 스트레이너부보다 유체의 유동방향 하류에 상기 유량계부를 배치하여 스트레이너 일체형 유량계를 구성한 것이다.
유통로내의 상부에 공기거품을 체류시키지 않도록 하기 위해서, 상기 일체화된 하우징의 상기 유통로에 접속하여 배기구멍을 형성하는 것이 바람직하다.
작업자가 등유 등의 유체의 유량을 즉시 인식할 수 있도록, 상기 유량계부는, 유량치를 표시하는 표시부, 전원을 공급하여 유량을 측정하기 위한 조작부, 및 상기 유량센서에 의해 검출한 유량을 상기 표시부에 표시하기 위한 전기회로를 구비하는 것이 바람직하다.
고감도의 유량검출을 실시하기 위해서, 상기 유량센서는, 기판상에 발열체와 감온체를 형성한 유량검지부와, 피검지유체와의 사이에서 열전달을 행하는 핀플레이트와, 유량에 대응한 전압치를 출력하는 출력단자를 가지고, 상기 유량검지부, 상기 핀플레이트의 일부 및 상기 출력단자의 일부를 몰딩에 의해 피복한 것으로 하는 것이 바람직하다.
등유 등의 유체의 온도에 의한 유량측정치의 오차를 적게 하기 위해서, 상기 유량계부는, 유체의 온도를 검출하는 온도센서를 구비하는 것이 바람직하다.
그리고, 고감도의 온도검출을 행하기 위하여, 상기 온도센서는, 기판상에 감온체를 형성한 유량검지부와, 피검지유체와의 사이에서 열전달을 행하는 온도센서 핀플레이트와, 온도에 대응한 전압치를 출력하는 온도센서 출력단자를 갖고, 상기 온도검지부, 상기 온도센서 핀플레이트의 일부 및 상기 온도센서 출력단자의 일부를 몰딩에 의해 피복한 것으로 하는 것이 바람직하다.
상기 전기회로를, 상기 유량센서의 감온체, 상기 온도센서의 감온체를 포함하여, 유체의 유량에 대응한 전압차를 출력하는 브리지회로를 갖는 것으로 하고, 여기서, 유체의 유량에 대응한 전압차를 대응하는 주파수의 펄스신호로 변환하는 V/F 변환회로와, 이 펄스신호를 계수 (計數) 하는 카운터와, 주파수에 대응하는 유량으로 환산하는 마이크로 컴퓨터를 갖는 것으로 하면, 상기 표시부에 유량의 측정치를 디지털 표시할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 이상과 같은 목적을 달성하는 것으로서,
발열기능 및 감온기능을 갖는 유량검지부와, 피검지유체의 유통을 위한 유체유통관로와, 상기 유량검지부에 있어서의 발열의 영향을 받고 또한 상기 유체 유통관로 내에 연장돌출하도록 배치된 유량 검지용 열전달부재를 구비하고 있고, 상기 유량검지부에 있어서 발열에 근거하여 상기 유량검지용 열전달부재를 통하여 상기 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 상기 감온의 결과에 근거하여 상기 유체 유통관로 내의 피검지유체의 유량의 검지가 이루어지는 유량센서로서,
상기 유체 유통관로는 피검지유체의 유통방향에 따라 유체 유입측부분과 유체 유출측부분과 이들의 사이에 위치하는 중앙부분을 갖고 있고, 상기 유량검지용 열전달부재는 상기 중앙부분에 있어서 상기 유체 유통관로내로 연장돌출하고 있고, 상기 중앙부분의 내경은 상기 유체 유입측부분의 내경보다도 작은 것을 특징으로 하는 유량센서가 제공된다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 중앙부분의 내경은 상기 유체 유입측부분의 내경의 50∼80% 이다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유체 유출측부분의 내경은 상기 유체 유입측부분의 내경과 동등하다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 중앙부분과 상기 유체 유입측부분과의 사이에는, 상기 유체 유통관로의 내경이 연속적으로 변화하고 있는 경계부분이 존재하고 있고, 상기 경계부분의 피검지유체의 유통방향의 길이는 상기 유체 유입측부분의 내경과 상기 중앙부분의 내경과의 차의 1/2 이하이다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유량검지용 열전달부재는 상기 중앙부분의 유체 유입측단부로부터 상기 중앙부분의 내경의 4 배 이내의 거리에 배치되어 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유량검지부는 상기 유체 유통관로 외에서 상기 유량검지용 열전달부재의 위에 형성된 박막발열체 및 상기 박막발열체의 발열의 영향을 받도록 배치된 유량검지용 박막감온체를 포함하고 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유량검지용 열전달부재는, 평판형상을 하고 있고, 상기 유체 유통관로내에 있어서 상기 유체 유통방향으로 따르도록 배치되어 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유량검지시의 온도보상을 행하기 위한 유체온도 검지부를 포함하고 있고, 상기 유체온도 검지부와 상기 유체 유통관로내에 연장돌출하도록 배치된 온도검지용 열전달부재가 열적으로 접속되어 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 온도검지용 열전달부재는 상기 유체 유통관로의 중앙부분에 있어서 상기 유량검지용 열전달부재보다 유체 유출측에 위치하고 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 온도검지용 열전달부재는, 평판형상을 하고 있고, 상기 유체 유통관로내에서 상기 유체 유통방향으로 따르도록 배치되어 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 이상과 같은 목적을 달성하는 것으로서 발열기능 및 감온기능을 갖는 유량검지부와, 피검지유체의 유통을 위한 유체 유통관로와, 상기 유량검지부에 있어서의 발열의 영향을 받고, 또한 상기 유체 유통관로내에 연장돌출하도록 배치된 유량검지용 열전달부재를 구비하고 있고, 상기 유량검지부에 있어서 발열에 근거하여 상기 유량검지용 열전달부재를 통하여 상기 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 상기 감온의 결과에 근거하여 상기 유체 유통관로내의 피검지유체의 유량의 검지가 이루어지는 유량센서로서,
상기 유량검지용 열전달부재는 상기 유체 유통관로내에서 상기 유체 유통관로의 직경방향에 관해서 관로중심선으로부터 관로벽까지의 직경방향거리의 80% 이내의 중심영역에 있어서만 노출하고 있는 것을 특징으로 하는 유량센서가 제공된다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유량검지용 열전달부재는, 상기 유체 유통관로의 직경방향에 상기 유체 유통관로내로 연장돌출하고 있고, 상기 유체 유통관로내로의 연장돌출부분의 선단은 상기 중심영역내에 위치하고 있고, 상기 중심영역외에 위치하는 상기 연장돌출부분의 기부 (基部) 는 유량검지관련 열절연부재에 의해 피복되어 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유량검지부 및 상기 유량검지용 열전달부재의 상기 유량검지부와 열적으로 접속된 부분은 열절연성을 갖는 유량검지용 기체부내에 수용되어 있고, 상기 유량검지용 기체부의 일부에 의해 상기 유량검지 관련 열절연부재가 형성되어 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유량검지용 기체 (基體) 부 및 상기 유량검지 관련 열절연부재는 합성수지제이다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유량검지부는 상기 유체 유통관로외에있어서 상기 유량검지용 열전달부재의 위에 형성된 박막발열체 및 상기 박막발열체의 발열의 영향을 받도록 배치된 유량검지용 박막감온체를 포함하고 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유량검지용 열전달부재는 평판형상을 하고 있고, 상기 유체 유통관로내에 있어서 상기 관로의 방향에 따르도록 배치되어 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 유량검지 시의 온도보상을 행하기 위한 유체온도 검지부를 포함하고 있고, 상기 유체 온도검지부와 상기 유체 유통관로내에 연장돌출하도록 배치된 온도검지용 열전달부재가 열적으로 접속되어 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 온도검지용 열전달부재는 상기 유체 유통관로내에서 상기 중심영역에 있어서만 노출하고 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 온도검지용 열전달부재는, 상기 유체 유통관로의 직경방향에 상기 유체 유통관로내로 연장돌출하고 있고, 상기 유체 유통관로내로의 연장돌출부분의 선단은 상기 중심영역내에 위치하고 있고, 상기 중심영역외에 위치하는 상기 연장돌출부분의 기부는 온도검지 관련 열절연부재에 의해 피복되어 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 온도검지부 및 상기 온도검지용 열전달부재의 상기 온도검지부와 열적으로 접속된 부분은 열절연성을 갖는 온도검지용 기체부내에 수용되어 있고, 상기 온도검지용 기체부의 일부에 의해 상기 온도검지 관련 열절연부재가 형성되어 있다.
본 발명의 일태양에 있어서는, 상기 온도검지용 열전달부재는, 평판형상을하고 있고, 상기 유체 유통관로내에 있어서 상기 관로의 방향에 따르도록 배치되어 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은, 본 발명에 의한 스트레이너 일체형유량계의 실시형태를 나타내는 종단면도이다.
도 2 는, 본 발명에 의한 스트레이너 일체형 유량계의 실시형태를 나타내는 측면도이다.
도 3 은, 본 발명에 의한 스트레이너 일체형 유량계의 실시형태를 나타내는 분해종단면도이다.
도 4A 및 도 4B 는, 유량센서의 각각 정면단면도 및 측면단면도이다.
도 5 는, 유량센서의 유량검지부의 분해사시도이다.
도 6 은, 유량센서의 유량검지부의 종단면도이다.
도 7 은, 유량센서의 제조공정을 나타내는 설명도이다.
도 8 은, 본 발명에 의한 스트레이너 일체형 유량계의 실시형태를 나타내는 전기회로도이다.
도 9 는, 본 발명에 의한 스트레이너 일체형 유량계의 실시형태를 나타내는 종단면도이다.
도 10 은, 본 발명에 의한 스트레이너 일체형 유량계의 실시형태를 나타내는 평면도이다.
도 11 은, 본 발명에 의한 스트레이너 일체형 유량계의 실시형태를 나타내는분해종단면도이다.
도 12 는, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태를 나타내는 유체 유통관로에 따른 단면도이다.
도 13 은, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태를 나타내는 유체 유통관로와 직교하는 단면도이다.
도 14 는, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 유량검지유닛의 단면도이다.
도 15 는, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 유량검지부의 분해사시도이다.
도 16 은, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 회로구성도이다.
도 17 은, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태에 있어서 다른 유체온도에 있어서의 유량변화에 대한 유량출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18 은, 본 발명과의 비교를 위한 유량센서에 있어서 다른 유체온도에 있어서의 유량변화에 대한 유량출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 19 는, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 변형예를 나타내는 부분단면도이다.
도 20 은, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 변형예를 나타내는 부분단면도이다.
도 21 은, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태를 나타내는 유체 유통관로에 따른 단면도이다.
도 22 는, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태를 나타내는 유체 유통관로와 직교하는 단면도이다.
도 23 은, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 유량검지유닛의 단면도이다.
도 24 는, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 관로 및 그곳으로 연장돌출시키는 핀플레이트 및 열절연부재를 나타내는 모식도이다.
도 25 는, 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태에 있어서의 출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 26 은, 본 발명과의 비교를 위한 유량센서에 있어서의 출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 27 은, 탱크로부터 등유를 공급하여, 버너에 의해 등유를 연소시켜, 연소가스를 연돌로 배출할 때까지를 나타내는 개략 구성도이다.
도 28A 는, 보일러의 일부 절단사시도이고, 도 28B 는, 버너의 일부 절단사시도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시의 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1 ∼ 도 3 은 본 발명에 의한 스트레이너 일체형 유량계의 일실시형태를 나타내는 도이다. 이들의 도에 나타내어져 있듯이, 스트레이너 일체형 유량계(201) 는, 하우징 (202) 을 공유시켜, 스트레이너부 (203) 와 유량계부 (204) 를 일체화한 것이다.
하우징 (202) 은, 알루미늄, 아연, 주석합금 등을 주조 (다이캐스트) 한 것이고, 그 양단부에는 외부배관과 접속하기 위한 접속부 (205, 206) 를 형성하고, 내부에는 유입측유통로 (207) , 유출측유통로 (208) 를 형성하고 있다.
스트레이너부 (203) 는, 상기 하우징 (202) 의 하반부, 여과부재 (209) 및 여과부재 삽입통체 (210) 로 이루어진다.
하우징 (202) 의 하반부에는, 하방으로 약간 팽창돌출시킨 통체 장착부 (211) 를 형성하고 있고, 그 통체 장착부 (211) 의 내쪽에 장착오목부 (212) 를 뚫어형성하고 있다. 그리고, 장착오목부 (212) 의 중앙부에 끼워맞춤돌출부 (213) 를 돌출형성함과 동시에, 내주부에 암나사 (214) 가 나사홈으로 파져 있다.
장착오목부 (212) 의 상벽면에는, 상기 유입측 유통로 (207) 의 수직부 (207b) 가 개구되고, 끼워맞춤돌출부 (213) 의 하단면에는 상기 유출측 유통로 (208) 의 수직부 (208a) 가 개구되어 있다. 또한, 유입측 유통로 (207) 의 수직부 (207b) 에는 상방으로 배기구멍 (215) 을 접속하고 있고, 이 배기구멍 (215) 에는 암나사부 (215a) 를 나사홈으로 파고, 암나사부 (215a) 에는 밀봉부재 (216) 가 조여 붙여져 있다.
여과부재 (209) 는, 유지체 (217) 와 여과재 (218) 로 이루어진다. 유지체 (217) 는, 알루미늄, 아연, 주석합금 등을 주조 (다이캐스트) 한 것이고, 양단의 악 (鍔) 형상부 (219, 219) 를 연결부 (220) 로 연결하고, 중앙부에 관통구멍 (221) 을 형성하고 있다. 또한, 연결부 (220) 에는 작은 직경의 연통구멍 (222) 을 다수 형성하고 있다. 여과재 (218) 는, 유리섬유, 플라스틱섬유 등으로 이루어지는 부직포로서, 유지체 (217) 의 연결부 (220) 의 외주면에 장착되어 있다.
여과부재 삽입통체 (210) 는 알루미늄, 아연, 주석합금 등을 주조 (다이캐스트) 한 것이고, 상단부의 외주부에 수나사부 (223) 가 나사홈으로 파져 있다. 그리고, 여과부재 삽입통체 (210) 의 저면 중앙부에 여과부재 (209) 를 얹어놓고, 여과부재 삽입통체 (210) 의 수나사부 (223) 를 상기 장착오목부 (212) 의 암나사부 (214) 에 나사결합시키고, 여과부재 삽입통체 (210) 의 상단면을 박판 원환형상의 밀봉재 (224) 를 통하여 장착오목부 (212) 의 상벽면에 맞닿게 하였을 때, 여과부재 (209) 의 관통구멍 (221) 의 상단 개구가 끼워맞춤 돌출부 (213) 에 의해서 폐쇄되도록 되어 있다.
여과부재 삽입통체 (210) 의 저면 중앙부에 여과부재 (209) 를 얹어놓고, 여과부재 삽입통체 (210) 의 수나사부 (223) 를 장착오목부 (212) 의 암나사부 (214) 에 나사결합시키고, 여과부재 (209) 를 장착한다. 그리고, 유통로내에 등유를 유동시켜, 유통로내에 공기가 잔존하지 않은 것을 확인한 후에, 배기구멍 (215) 에 밀봉부재 (216) 를 조여붙인다.
등유가 하우징 (202) 의 유입측 유통로 (207) 를 유동하여 수직부 (207b) 의 개구로부터 여과부재 삽입통체 (210) 내로 유입되면, 등유는 여과부재 (209) 의 외주에 따라서 하방으로 흐르고, 여과부재 삽입통체 (210) 의 저면상에 체류하여 간다.
그리고, 여과재 (218) 를 통과하는 사이에, 티끌, 먼지 등의 이물이 제거되고, 유지체 (217) 의 연속관통구멍 (222) 을 통과하여 관통구멍 (221) 에 유입되고, 유출측 유통로 (208) 의 수직부 (208a) 의 개구로부터 유출측 유통로 (208) 로 유동하여, 유량계부 (204) 로 유동하여 간다.
유량계부 (204) 는, 상기 하우징 (202) 의 상반부, 덮개체 (225), 유량센서 (226), 온도센서 (227), 표시부 (228), 조작부 (229), 회로기판 (230) 으로 이루어진다.
하우징 (202) 의 상반부에는 좌방에 융기시킨 센서장착부 (231) 가 형성되어 있고, 그 센서장착부 (231) 의 좌부에는 센서삽입공간 (232) 을 구획하여 이루고, 센서삽입공간 (232) 으로부터 상기 유출측 유통로 (208) 의 수직부 (208a) 에 향하여 센서삽입구멍 (233, 234) 을 뚫어 형성하고 있다. 또한, 유출측 유통로 (208) 의 수직부 (208a) 의 상기 센서삽입구멍 (233, 234) 에 대응하는 위치에 개구부 (235, 236) 가 형성되어 있다.
덮개체 (225) 는, 알루미늄, 아연, 주석합금 등을 주조 (다이캐스트) 한 것이고, 센서장착부 (231) 의 좌단부에 탈착이 자유롭게 되어있다.
유량센서 (226) 는, 도 4A, 4B 에 나타낸 바와 같이, 유량검지부 (237), 핀플레이트 (238), 출력단자 (239) 및 피복부재 (240) 로 이루어진다.
유량검지부 (237) 는, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 기판 (241) 상에 순차적으로, 절연층 (242), 박막발열체 (243), 전극층 (244, 245), 절연층 (246), 박막감온체 (247), 절연층 (248) 을 적층, 형성한 칩형상의 것이다.
기판 (241) 은, 실리콘, 알루미늄 등으로 이루어지는 두께 600㎛, 크기 2 x 3mm 정도의 직사각형판이고, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 발열체 (243), 감온체 (247) 를 적층한 것과 반대측의 면보다, 에칭 등에 의해, 깊이 550㎛ 의 오목부 (249) 를 형성하고 있다. 그리고, 기판 (241) 의 발열체 (243), 감온체 (247) 를 적층한 것과 반대측의 면에는, 유리로 이루어지는 막두께 50∼200㎛의 프레파라트 (Praparat) (250) 를 고착시켜, 상기 오목부 (249) 를 완전히 밀봉한다.
발열체 (243) 는, 막두께 1㎛ 정도로 소망 (所望) 형상으로 패터닝한 서멧으로 이루어지고, 전극층 (244, 245) 은, 막두께 0.5㎛ 정도의 니켈, 또는 이것에 막두께 0.5㎛ 정도의 금을 적층하여 이루어진다. 감온체 (247) 는, 막두께 0.5∼1㎛ 정도로 소망형상, 예컨대 갈짓자형상으로 패터닝한 백금, 니켈 등의 온도계수가 크고 안정인 금속저항막, 또는 산화망간계의 NTC 서미스터로 이루어진다. 절연층 (242, 246, 248) 은, 막두께 1 ㎛ 정도의 Sio2로 이루어진다.
핀플레이트 (238) 는, 구리, 듀랄루민, 구리-텅스텐합금 등의 열전도성이 양호한 재료로 이루어지고, 두께 200㎛, 폭 2mm 정도의 직사각형 박판이다.
유량검지부 (237) 는, 도 4A, 4B 에 나타낸 바와 같이, 핀플레이트 (238) 의 상단부의 면에, 발열체 (243) , 감온체 (247) 를 적층한 면을 대향시켜, 은 페이스트 등의 접합재 (251) 를 통하여 고착되어 있다. 그리고, 본딩와이어 (252) 에 의해 출력단자 (239) 와 접속하고, 유량검지부 (237), 핀플레이트 (238) 의 상반부 및 출력단자 (239) 의 하반부를 몰딩에 의한 피복부재 (240) 에 의해 피복되어 있다.
유량센서 (226) 의 제조방법으로서는, 여러 방법을 채용할 수 있지만, 상기 핀플레이트 (238) 와 출력단자 (239) 를 일체화하도록 하여도 된다.
예컨대, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 순차적으로, 플레이트소재 (253) 를 에칭하여 소정형상의 플레이트기재 (254) 를 형성하고 (S1) , 유량검지부 (237) 를 접합하는 부분을 은도금처리하고 (S2), 은페이스트를 도포하여 유량검지부 (237) 를 고착하고, 유량검지부 (237) 와 출력단자 (239) 를 본딩와이어 (252) 로 접속하고, 핀플레이트 (238) 에 상당하는 부분을 니켈도금 한다 (S3). 그리고, 유량검지부 (237), 핀플레이트 (238) 의 상반부 및 출력단자 (239) 의 하반부를 에폭시수지로 몰딩하여 피복부재 (240) 를 형성하고 (S4), 도 4A, 4B 에 나타내는 바와 같이 유량센서 (226) 를 제조하도록 하여도 된다.
온도센서 (227) 는, 유량센서 (226) 와 유사한 구성을 갖고 있고, 상기 유량센서 (226) 의 유량검지부 (237) 로부터 발열체 (243), 전극층 (244, 245), 절연층 (246) 을 제거함으로써 얻어지는 온도검지부와, 유량센서 (226) 와 동일한 핀플레이트 (256), 출력단자 및 피복부재로 이루어진다. 또, 온도센서 (227) 의 제조방법으로서도, 유량센서 (226) 와 같은 방법을 채용할 수 있다.
유량센서 (226) 로서는, 발열체 (243) 에 통전하는 것에 의해 감온체 (247) 를 가열하여, 감온체 (247) 의 전기저항치의 변화를 검출한다. 여기서, 유량센서 (226) 는 유출측 유통로 (208) 에 설치되어 있기 때문에, 발열체 (243) 의 발열량의 일부는 핀플레이트 (238) 를 통하여 유출측 유통로 (208) 내를 흐르는 등유중으로 방일 (放逸) 되고, 감온체 (247) 에 전달되는 열량은 이 방일열량을 뺀 것으로된다. 그리고, 이 방일열량은 등유의 유량에 대응하여 변화하므로, 공급되는 열량에 의해 변화하는 감온체 (247) 의 전기저항치의 변화를 검출함으로써, 유출측 유통로 (208) 내를 흐르는 등유의 유량을 측정할 수 있다는 것이 된다.
또, 상기 방일열량은 등유의 온도에 의해서도 변화하므로, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 유출측 유통로 (208) 의 적절한 위치에 온도센서 (227) 를 설치하고, 감온체 (247) 의 전기저항치의 변화를 검출하는 유량검출 회로중에 온도보상회로를 부가하여, 등유의 온도에 의한 유량측정치의 오차를 될 수 있는 한 적게 하고 있다.
유량센서 (226) 는, 유량검지부 (237) 의 기판 (241) 에 오목부 (249) 를 형성하고, 여기에 단열효과가 높은 공기층을 형성함과 동시에, 핀플레이트 (238) 의 상단부의 면에, 발열체 (243), 감온체 (247) 를 적층한 면을 대향시켜고, 유량검지부 (237) 를 고착하여, 피복부재 (240) 와 발열체 (243), 감온체 (247) 가 접촉하는 면적을 매우 적게 하였기 때문에, 감온체 (247) 의 보유하는 열량, 또는, 핀플레이트 (238) 를 전달하는 열량이 피복부재 (240) 로 유출 또는 유입하는 일이 극히 적어진다. 따라서, 유체의 비열이 작은 경우, 유량이 적은 경우 등에 있어서도, 유량센서 (226) 의 감도를 저하시키는 일이 없다.
또한, 유량센서 (226) 는, 유량검지부 (237) , 핀플레이트 (238) 의 상반부 및 출력단자 (239) 의 하반부를 몰딩에 의한 피복부재 (240) 에 의해 피복하였기 때문에, 하우징 (202) 의 센서삽입구멍 (233, 234) 에 확실하게 끼워삽입할 수 있고, 밀봉상태가 불완전하게 되어 핀플레이트 (238) 를 전달하는 열량이 하우징 (202) 으로 유출 또는 유입하는 일도 지극히 적어진다. 이 점으로부터도, 유체의 비열이 작은 경우, 유량이 적은 경우 등에 있어서도, 유량센서 (226) 의 감도를 저하시키는 일이 없다.
또한, 유량센서 (226) 는, 유량검지부 (237), 핀플레이트 (238) 의 상반부 및 출력단자 (239) 의 하반부를 몰딩에 의한 피복부재 (240) 에 의해 피복하여 일체화하고 있고, 하우징 (202) 에 형성한 센서삽입구멍 (233, 234) 에 끼워삽입하는 것뿐이므로, 하우징 (202) 으로의 조합은 지극히 간단하고, 더구나 고정상태도 안정이고 내구성이 높은 것이다.
표시부 (228) 및 조작부 (229) 는, 도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 덮개체 (225) 의 상면에 설치되어 있다. 표시부 (228) 는, 액정패널이고, 유량의 측정치가 디지털 표시되게 되어 있다. 조작부 (229) 는, 전원버튼 (259) 및 측정버튼 (260) 으로 되고, 전원버튼 (259) 을 누르는 것에 의해 전원이 공급되고, 측정버튼 (260) 을 누르는 것에 의해 측정이 가능해진다.
도 1 및 도 3 에 나타낸 바와 같이, 유량센서 (226), 온도센서 (227) 를 하우징 (202) 의 센서삽입공간 (232) 으로부터 센서삽입구멍 (233, 234) 에 끼워삽입시키고, 핀플레이트 (238, 256) 의 하반부를 유출측 유통로 (208) 의 개구부 (235, 236) 에 삽입통과시켜 유출측 유통로 (208) 내에 위치시키고, 핀플레이트 (238, 256) 의 선단을 유출측 유통로 (208) 의 축선보다 오른쪽까지 도달시키도록 하고 있다.
또한, 유량센서 (226), 온도센서 (227) 와 센서삽입구멍 (233, 234) 과의 사이에는 O 링 (261, 262) 을 개재시켜, 이들 간극으로 유체가 누설하는 것을 방지하고 있다.
유량센서 (226), 온도센서 (227) 를 끼워삽입한 후, 센서삽입공간 (232) 에 센서가압판 (263) 을 삽입하여 유량센서 (226), 온도센서 (227) 의 피복부재를 가압하고 있다. 또한, 센서삽입공간 (232) 에 회로기판 (230) 을 삽입, 배치하고, 센서장착부 (231) 에 덮개체 (225) 를 장착, 고정하여, 유량계부 (204) 를 구성하고 있다.
회로기판 (230) 은, 유량센서 (226), 온도센서 (227), 표시부 (228), 조작부 (229) 및 전원코드와 전기적으로 접속되어 있고 (도시생략), 전체로서, 도 8 에 나타내는 것 같은 전기회로가 구성되어 있다.
도 8 에 나타낸 바와 같이, 전원인 교류 100V 를 직류변환회로 (265) 에 의해 적정전압치의 직류로 변환한다. 얻어진 직류전압을 전압안정화회로 (266) 에 의해 안정화하여, 유량센서 (226) 의 발열체 (243) 및 브리지회로 (267) 에 전압을 공급한다.
브리지회로 (267) 는, 유량센서 (226) 의 감온체 (247), 온도센서 (227) 의 감온체 (268), 저항 (269) 및 가변저항 (270) 으로 이루어지고, 등유의 유량에 대응하여 감온체 (247) 의 전기저항치가 변화하기 때문에, 브리지회로 (267) 의 a, b 점에 있어서의 전압차 (전위차) Va-Vb 도 변화한다. 전압차 Va-Vb 는, 차동 (差動) 증폭회로 (271), 적분회로 (272) 를 통하여 V/F 변환회로 (273) 에 입력되고, V/F 변환회로 (273) 에 있어서, 입력되는 전압신호에 대응하는 주파수의 펄스신호가 형성된다. V/F 변환회로 (273) 의 주파수는, 온도보상형 수정진동자 (274) 의 발진에 근거하여 기준 주파수발생회로 (275) 에서 고정밀도 클락 (clock) 에 의해 설정되는 기준주파수에 근거하여 형성된다.
V/F 변환회로 (273) 로부터 출력되는 펄스신호가 트랜지스터 (276) 에 입력되면, 발열체 (243) 에 전류가 흘러 발열한다. 또, 이 펄스신호는 카운터 (277) 에 의해 계수 (計數) 되어, 마이크로 컴퓨터 (278) 에서 그 주파수에 대응하는 유량으로 환산된다. 그리고, 이 유량치는 표시부 (228) 에 디지털 표시됨과 동시에, 메모리 (279) 내에 기억된다.
한편, 도면부호 (280) 은 전지 등의 백업전원이다.
이와 같이, 본 발명의 스트레이너 일체형 유량계 (201) 는, 스트레이너와 유량계를 일체화하여, 하우징을 공유시킨 것이므로, 부품점수를 삭감할 수 있고, 제조비용, 조립비용을 저감할 수 있다.
다음에, 본 발명의 스트레이너 일체형 유량계 (201) 의 사용방법 및 그 작용효과에 관해서 설명한다.
스트레이너 일체형 유량계 (201) 는, 등유연소장치에 등유를 공급하는 배관로에 있어서, 탱크와 펌프와의 사이의 위치 (즉, 도 27 에 나타나있는 탱크 (402) 와 펌프 (406) 와의 사이의 스트레이너 (407) 를 설치하는 위치) 에 설치된다. 도 27 에 나타나있는 스트레이너 (407) 는, 등유에 함유되는 티끌, 먼지 등의 이물을 여과재에 흡착시켜 제거하는 것이고, 여과재의 흡착성능이 저하한 경우에는, 여과재를 세정하고, 또는, 교환할 필요가 있으므로, 스트레이너 (407) 와 이것을 설치하는 배관부분과는 용이하게 탈착할 수 있는 구조로 되어있다. 따라서, 본 발명의 스트레이너 일체형 유량계는, 도 27 에 나타내는 스트레이너 (407) 를 설치하는 배관부분에, 접속부 (205, 206) 를 연결하는 것에 의해, 종래와 대략 동일한 조작으로 용이하게 설치할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 스트레이너 일체형 유량계 (201) 는, 종래의 스트레이너 (407) 를 설치하는 배관부분에 대략 종래와 동일한 조작으로 설치할 수 있으므로, 종래의 스트레이너 (407) 와 유량계 (408) 를 각각 별도로 설치하는 경우에 비교하여, 일부의 배관류의 생략이 가능해져, 배관로를 단축할 수 있다.
스트레이너 일체형 유량계 (201) 를 등유연소장치에 등유를 공급하는 배관로에 설치한 후, 전원버튼 (259) 을 눌러, 전원을 공급하고, 이어서, 측정버튼 (260) 을 누르면, 도 8 에 나타내는 전기회로가 닫혀, 작동한다.
이에 의해, 등유의 유량에 대응하여 감온체 (247) 의 전기저항치가 변화하여, 브리지회로 (267) 의 a, b 점에 전압차 Va-Vb 가 나타나, V/F 변환회로 (273) 에 있어서 형성된 펄스신호가 카운터 (277) 에 의해 계수되고, 마이크로 컴퓨터 (278) 에 의해 유량으로 환산되어, 유량치가 표시부 (228) 에 디지털 표시된다.
스트레이너 일체형 유량계 (201) 는 스트레이너 (203) 의 직후에 유량계부 (204) 를 배치하고 있고, 스트레이너부 (203) 에 있어서, 등유에 함유되는 티끌, 먼지 등의 이물을 제거함에 있어서, 이 짧은 유통로의 사이에서는 미소한 이물도 거의 축적되지 않고, 이물이 침입되는 염려가 적다. 따라서, 티끌, 먼지 등의 이물이, 센서장착부의 O 링에 부착, 축적되어, 간극을 형성하여 등유가 누설되거나, 센서의 핀플레이트에 부착, 축적하여, 전열면적이 감소하거나, 유동상태가 변화하거나 하여, 유량의 측정정밀도가 저하되는 일은 없다.
또한, 스트레이너 일체형 유량계 (201) 는, 유통로에 배기구멍 (215) 이 접속되어 있고, 스트레이너 일체형 유량계 (201) 를 설치할 때에, 유통로내에 공기가 잔존하고 있어도, 이 배기구멍 (215) 으로 배출할 수 있으므로, 유통로내의 상부에 공기거품으로서 체류하는 일은 없다. 따라서, 공기거품이 센서의 핀플레이트에 부착, 체류하여, 전열상태가 변화하고, 유량의 측정정밀도가 저하하는 일이 없다.
또한, 스트레이너 일체형 유량계 (201) 는, 유량치가 표시부 (228) 에 디지털 표시되므로, 작업자는 등유의 유량을 즉시 인식할 수 있고, 작업자가 이 유량치를 보고, 소정치 이하인 경우에는 버너의 노즐내에 이물이 침입하여, 배출구가 일부 폐색하고 있다라고 판단하여, 즉시, 노즐내에서 이물을 제거하는 작업을 행할 수 있다.
한편, 등유의 유동상태를 보면, 등유는 유입측 유통로 (207) 로부터 여과부재 삽입통체 (210) 내에 유입하여, 여과부재 (209) 의 여과재 (218), 연통구멍 (222) 을 통과하여, 관통구멍 (221) 을 상승하여 유출측 유통로 (208) 의 수직부 (208a) 내로 유입된다. 그리고, 이 과정에서, 난류상태이던 등유의 흐름이 정류되어 유출측 유통로 (208) 의 수직부 (208a) 에 유입되는 때에는 대략 층류상태로 된다. 따라서, 유량센서 (226) 의 핀플레이트 (238) 의 근방을 등유가 대략 균일하게 유동하는 것으로 되므로 고정밀도인 유량측정이 가능해진다.
또한, 유체가 관로내에서 굴곡부를 통과하는 때에는, 굴곡부에 있어서 흐름이 내벽면으로부터 박리하여, 소용돌이가 발생하는 현상이 보인다. 그러나, 스트레이너 일체형 유량계 (201) 에서는, 유량센서 (226) 는, 유출측 유통로 (208) 의 수직부 (208a) 에 배치되어 있기 때문에, 흐름이 내벽면으로부터 박리하여, 소용돌이가 발생하기 이전에 유량을 측정하는 것으로 되어, 이 점으로부터도 고정밀도인 유량측정이 가능해진다.
도 9∼11은 본 발명에 의한 스트레이너 일체형 유량계의 다른 실시형태를 나타내는 도이다.
이 스트레이너 일체형 유량계 (301) 도, 하우징 (302) 을 공유시켜, 스트레이너부 (303) 와 유량계부 (304) 를 일체화한 것이지만, 유량계부 (304) 를 하우징 (302) 의 좌반부에 형성하고 있는 점이 상기 도 1∼도 8 의 실시형태와 다르다.
하우징 (302) 의 좌반부에는, 상방으로 융기시킨 센서장착부 (331) 가 형성되어 있고, 그 센서장착부 (331) 의 상부에는 센서삽입공간 (332) 을 구획하여, 센서삽입공간 (332) 으로부터 유출측 유통로 (308) 의 수평부 (308b) 에 향하여 센서삽입구멍 (333, 334) 을 뚫어 형성한다. 또한, 유출측 유통로 (308) 의 수평부 (308b) 의 상기 센서삽입구멍 (333, 334) 에 대응하는 위치에 개구부 (335, 336) 를 형성한다. 또한, 덮개체 (325) 는 센서장착부 (331) 의 상단부에 탈착이 자유롭게 되어있다.
스트레이터 일체형 유량계 (301) 의 다른 구성은, 스트레이너 일체형 유량계 (201) 의 구성과 동일하며, 동일요소는 동일부호로 나타낸다. 따라서, 그 이루는 작용효과도 스트레이너 일체형 유량계 (201) 와 거의 동일하다. 단지, 스트레이너일체형 유량계 (301) 에서는, 유출측 유통로 (308) 의 수직부 (308a) 내에 유입할 때에는 대략 층류상태이던 등유의 흐름이, 수직부 (308a) 로부터 수평부 (308b) 로 변향하는 굴곡부에서 내벽면으로부터 박리되어, 거기서 소용돌이가 발생한다. 그리고, 스트레이너 일체형 유량계 (301) 로서는, 유량센서 (226) 는 유출측 유통로 (308) 의 수평부 (308b) 에 배치되어 있으므로, 흐름이 내벽면으로부터 박리하여, 소용돌이가 발생한 이후에 유량을 측정하는 것으로 되어, 이 점에서 상기 스트레이너 일체형 유량계 (201) 보다는 약간 정밀도가 뒤떨어지는 일이 있다.
도 12 및 도 13 은 본 발명에 의한 유량센서 (유량계) 의 일실시형태를 나타내는 단면도이고, 도 12 는 피검지유체가 유통하는 유체 유통관로에 따른 단면을 나타내고, 도 13 은 유체 유통관로와 직교하는 단면을 나타낸다.
이들의 도에 있어서, 도면부호 2 는 케이싱본체부이고, 상기 케이싱본체부를 관통하여 피검지유체의 유통을 위한 유체 유통관로 (4) 가 형성되어 있다. 상기 관로 (4) 는 케이싱본체부 (2) 의 양단까지 연장되어 있다. 관로 (4) 는, 피검지유체의 유통방향에 따라 중앙에 위치하는 중앙부분 (4a) 과, 그 양측에 위치하는 유체 유입측부분 (4b) 및 유체 유출측부분 (4c) 으로 이루어져 있다. 케이싱본체부 (2) 의 양단에 있어서, 외부배관과 접속하기 위한 접속부 (예컨대 상세하게는 도시되어 있지 않은 퀵커플링 (quick-coupling) 구조) (6a, 6b) 가 형성되어 있다. 케이싱본체부 (2) 는 합성 수지제 예컨대 염화비닐수지나 내약품성및 내유성이 큰 유리섬유강화의 폴리페닐렌 황화물 (PPS) 나 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT) 등으로 이루어진다. 이 케이싱본체부 (2) 에는, 관로 (4) 의 상방에 소자수용부 (5) 가 형성되어 있고, 상기 소자수용부 (5) 에는 케이싱 덮개체부 (8) 가 나사 또는 끼워맞춤 등에 의해 고정되어 있다. 상기 케이싱 덮개체부 (8) 와 상기 케이싱 본체부 (2) 로 케이싱이 구성되어 있다.
본 실시형태로서는, 케이싱 본체부 (2) 의 소자수용부 (5) 의 내측 (즉 관로 (4) 측) 에, 관로 (4) 에 인접하여 2 개의 소자유닛 유지부 (50, 60) 가 형성되어 있다. 이들 소자유닛 유지부 (50, 60) 는 모두 관로 (4) 의 직경방향을 중심으로 하는 2 단 원통형내면을 갖는다. 제 1 소자유닛 유지부 (50) 에 의해 유량검지유닛 (51) 이 유지되어 있고, 제 2 소자유닛 유지부 (60) 에 의해 유체 온도검지유닛 (61) 이 유지되어 있다.
도 14 에, 유량검지유닛 (51) 의 단면도를 나타낸다. 도 14 에 나타내는 바와 같이, 유량검지유닛 (51) 은, 유량검지부 (12) 와, 상기 유량검지부 (12) 에 열전도성이 양호한 접합재 (16) 에 의해 접합된 열전달용 부재로서의 핀플레이트 (14) 와, 전극단자 (52) 와, 유량검지부 (12) 의 전극을 대응하는 전극단자 (52) 와 전기적으로 접속하는 본딩와이어 (28) 와, 합성수지제의 기체부 (53) 를 갖는다. 상기 기체부 (53) 는, 열전달성이 낮고 (즉 열절연성을 갖는다) 내약품성이나 내유성이 크고, 예컨대 PPS 나 PBT 등으로 이루어진다. 기체부 (53) 는 소자유닛 유지부 (50) 의 내주면에 대응한 2 단 원통형상 외주면을 갖는다. 기체부 (53) 로부터, 핀플레이트 (14) 의 일부가 관로 (4) 측으로 연장돌출되어 있고, 전극단자 (52) 의 일부가 관로 (4) 와 반대의 측 (외측) 으로 연장돌출 되어 있다. 즉, 유량검지부 (12) 와, 접합재 (16) 와 핀플레이트 (14) 의 일부와, 전극단자 (52) 의 일부와 본딩와이어 (28) 가 기체부 (53) 에 의해 밀봉되어 있다.
유량검지부 (12) 는, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 기판 (12-1) 의 상면 (제 1 면) 상에 절연층 (12-2) 을 형성하고, 그 위에 박막발열체 (12-3) 를 형성하고, 그 위에 상기 박막발열체를 위한 1 대의 전극층 (12-4, 12-5) 을 형성하고, 그 위에 절연층 (12-6) 을 형성하고, 그 위에 유량검지용 박막감온체 (12-7) 를 형성하여, 그 위에 절연층 (12-8) 을 형성한 칩형상의 것으로 이루어진다. 기판 (12-1) 으로서는 예컨대 두께 0.5mm 정도이고 크기 2∼3mm 정도의 실리콘이나 알루미늄 등으로 이루어지는 것을 이용할 수 있고 (알루미늄 등의 절연기판을 이용하는 경우에는, 절연층 (12-2) 을 생략할 수 있다), 박막발열체 (12-3) 로서는 막두께 1㎛ 정도로 소망형상으로 패터닝한 서멧으로 이루어지는 것을 이용할 수 있고, 전극층 (12-4, 12-5) 으로서는 막두께 0.5㎛ 정도의 니켈로 이루어지는 것 또는 이것에 막두께 0.1㎛ 정도의 금을 적층한 것을 이용하는 수 있고, 절연층 (12-2, 12-6, 12-8) 으로서는 막두께 1㎛ 정도의 Sio2로 이루어지는 것을 이용할 수 있고, 박막감온체 (12-7) 로서는 막두께 0.5∼1㎛ 정도로 소망형상 예컨대 갈지자형상에 패터닝한 백금이나 니켈 등의 온도계수가 크게 안정인 금속저항막을 이용할 수 있다 (또는 산화망간계의 NTC 서미스터로 이루어지는 것을 이용하는 것도 가능하다). 이와 같이, 박막발열체 (12-3) 와 박막감온체 (12-7) 가 박막절연층 (12-6) 을 통하여 매우 근접하게 배치되어 있는 것에 의해, 박막감온체 (12-7) 는 박막발열체 (12-3) 의 발열의 영향을 즉시 받게 된다.
도 14 에 나타내는 바와 같이, 유량검지부 (12) 의 일방의 면 즉 기판 (12-1) 의 제 2 면에, 열전달용 부재로서의 평판형상 핀플레이트 (14) 가 접합재 (16) 에 의해 접합되어 있다. 핀플레이트 (14) 로서는 예컨대 구리, 듀랄루민, 구리-텅스텐합금으로 이루어지는 평판형상의 것을 이용하는 수 있고, 접합재 (16) 로서는 예컨대 은페이스트를 이용할 수 있다.
도 12 및 도 13 에 나타내는 바와 같이, 유량검지유닛 (51) (기체부 (53)) 의 외주면과 소자유닛 유지부 (50) 의 내주면과의 사이에는, 관로 (4) 에 대한 실부재로서의 O 링 (54) 이 개재되어 있다.
핀플레이트 (14) 는, 상부분이 유량검지부 (12) 에 접합되어 있고, 하부분이 관로 (4) 의 중앙부분 (4a) 내로 연장되어 있다. 상기 핀플레이트 (14) 는, 거의 원형의 단면을 가지는 관로중앙부분 (4a) 에서, 그 단면내의 중앙을 통하여 상부로부터 하부로 상기 관로 (4) 를 가로질러 연장되어 있다. 다만, 관로 (4) 는 반드시 단면이 원형일 필요는 없고, 적절한 단면형상이 가능하다. 관로 (4) 내에서, 상기 핀플레이트 (14) 의 폭 (관로방향의 치수) 은 상기 핀플레이트 (14) 의 두께보다 충분히 크다. 이 때문에, 핀플레이트 (14) 는, 관로중앙부분 (4a) 내에서의 유체의 유통에 큰 영향을 주는 일없이, 유량검지부 (12) 와 유체와의 사이의 열전달을 양호하게 할 수 있다.
상기 케이싱 본체부 (2) 에는, 소자유닛 유지부 (50) 로부터 관로 (4) 에 따라 벽사이에 둔 위치에 있어서, 소자유닛 유지부 (60) 가 배치되어 있다. 소자유닛유지부 (60) 에 의해 유체온도검지유닛 (61) 이 유지되어 있다.
유체온도 검지유닛 (61) 은, 기본적으로는, 유량검지부 (12) 의 대신에 유체온도 검지부를 이용한 것이, 유량검지유닛 (51) 과 다르다. 즉, 유체온도 검지유닛 (61) 은, 유체온도 검지부에 열전도성이 양호한 접합재에 의해 접합된 열전달용 부재로서의 핀플레이트 (14,) 와, 전극단자 (62) 와, 유체온도 검지부의 전극을 대응하는 전극단자 (62) 와 전기적으로 접속하는 본딩와이어와, 합성수지제의 기체부를 갖는다. 기체부로부터, 핀플레이트 (14') 의 일부가 관로 (4) 의 측으로 연장돌출되어 있고, 전극단자 (62) 의 일부가 관로 (4) 와 반대의 측 (외측) 으로 연장돌출되어 있다.
온도검지부는, 상기 유량검지부 (12) 와 동일한 기판상에, 동일한 박막감온체 (유체온도보상용 박막감온체) 를 형성한 칩형상의 것으로 이루어진다. 즉, 온도검지부는, 도 15 에 있어서의 박막발열체 (12-3), 1 대의 전극층 (12-4, 12-5) 및 절연층 (12-6) 을 제거한 것과 동일하게 하여 구성할 수 있다. 또한, 온도검지부에는, 유량검지부 (12) 와 동일하게 접합재에 의해 핀플레이트 (14,) 가 접합되어 있다.
도 12 에 나타내는 바와 같이, 유체온도검지유닛 (61) 의 외주면과 소자유닛 유지부 (60) 의 내주면과의 사이에는, 관로 (4) 에 대한 실부재로서의 O 링 (64) 을 개재하고 있다.
유체온도검지유닛 (61) 은, 관로중앙부분 (4a) 내의 유체 유통방향에 관련하여 유량검지유닛 (51) 의 하류측에 배치하는 것이 바람직하다.
상기 케이싱본체부 (2) 의 소자수용부 (5) 내에는, 유량검지유닛 (51) 및 유체온도검지유닛 (61) 을 위한 누름판 (32) 이 배치되어 있고, 그 위에 배선기판 (26) 이 고정배치되어 있다. 상기배선기판 (26) 의 전극중의 몇인가는, 상기 유량검지유닛 (51) 의 전극단자 (52) 와 와이어본딩 등에 의해 전기적으로 접속되어 있고 (도시생략), 동일하게 상기 유체온도검지유닛 (61) 의 전극단자 (62) 와 와이어본딩 등에 의해 전기적으로 접속되어 있다 (도시생략). 배선기판 (26) 의 전극중의 다른 몇인가는 외부리드선 (30) 과 접속되어 있고, 상기 외부리드선 (30) 은 케이싱밖으로 연장되어 있다. 이 외부리드선 (30) 은 미리 케이싱본체부 (2) 의 소정의 개소에 일체적으로 배치하여 두고, 케이싱본체부 (2) 로의 배선기판 (26) 의 장착 시에 상기 배선기판 (26) 의 전극과의 전기적접속을 하도록 할 수 있다.
도 16 은 본 실시형태의 유량센서의 회로구성도이다. 공급전원은, 예컨대 +15V (±10%) 이고, 정전압회로 (102) 에 공급된다. 이 정전압회로 (102) 는, 예컨대 +6V (±3%) 이고 출력 0.1W 이며, 그 출력은 브리지회로 (104) 에 공급된다. 브리지회로 (104) 는 유량검지용 박막감온체 (104-1) (상기 (12-7)) 와 온도보상용 박막감온체 (104-2) 와 가변저항 (104-3, 104-4) 을 포함하여 이루어진다.
브리지회로 (104) 의 a, b 점의 전압이 차동증폭회로 (106) 에 입력된다. 상기 차동증폭회로 (106) 는 가변저항 (106a) 에 의해 증폭율가변으로 되어 있다. 차동증폭회로 (106) 의 출력은 적분회로 (108) 에 입력된다. 이들 증폭율가변의 차동증폭회로 (106) 와 적분회로 (108) 가, 후술하는 바와 같이 응답성설정수단으로서 기능한다.
한편, 상기 공급전원은, NPN 트랜지스터 (110) 의 콜렉터에 접속되어 있고, 상기 트랜지스터 (110) 의 이미터는 발열체 (112) 에 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터 (110) 의 베이스에는, 상기 적분회로 (108) 의 출력이 입력된다. 즉, 공급전원은 트랜지스터 (110) 를 지나서 박막발열체 (112) (상기(12-3)) 로 전류를 공급하고, 상기 발열체 (112) 에 이러한 전압은 트랜지스터 (110) 의 분압에 의해 제어된다. 그리고, 트랜지스터 (110) 의 분압은, 저항을 통하여 베이스로 입력되는 적분회로 (108) 의 출력의 전류에 의해 제어되고, 트랜지스터 (110) 는 가변저항체로서 기능하여, 발열체 (112) 의 발열을 제어하는 발열제어수단으로서 기능 한다.
즉, 유량검지부 (12) 에 있어서, 박막발열체 (12-3) 의 발열에 근거하여, 플레이트 (14) 를 통하여 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받아, 박막감온체 (12-7) 에 의한 감온이 실행된다. 그리고, 상기 감온의 결과로서, 도 16 에 나타내는 브리지회로 (104) 의 a, b 점의 전압 (전위) Va, Vb의 차가 얻어진다.
(Va-Vb) 의 값은, 유체의 유량에 따라서 유량검지용 박막감온체 (104-1) 의 온도가 변화함으로써, 변화한다. 미리 가변저항 (104-3, 104-4) 의 저항치를 적정설정 하는 것으로, 기준이 되는 소망의 유체유량의 경우에 있어서 (Va-Vb) 의 값을 영으로 할 수 있다. 이 기준유량으로서는, 차동증폭회로 (106) 의 출력은 영이고, 적분회로 (108) 의 출력이 일정하게 되어, 트랜지스터 (110) 의 저항치도 일정하게 된다. 그 경우에는, 발열체 (112) 에 인가되는 분압도 일정하게 되고, 이 때의 유량출력이 상기 기준유량을 나타내는 것으로 된다.
유체유량이 기준유량으로부터 증감하면, 차동증폭회로 (106) 의 출력은 (Va-Vb) 의 값에 따라서 극성 (유량검지용 감온체 (104-1) 의 저항-온도특성의 정부 (正負) 에 따라 다르다) 및 크기가 변화하고, 이에 따라 적분회로 (108) 의 출력이 변화한다. 적분회로 (108) 의 출력의 변화의 속도는 차동증폭회로 (106) 의 가변저항 (106a) 에 의한 증폭율설정에 의해 조절할 수 있다. 이들 적분회로 (108) 와 차동증폭회로 (106) 에 의해, 제어계의 응답특성이 설정된다.
유체유량이 증가한 경우에는 유량검지용 감온체 (104-1) 의 온도가 저하하기 때문에, 발열체 (112) 의 발열량을 증가시키도록 (즉 전류량을 증가시킨다) , 적분회로 (108) 로부터는 트랜지스터 (110) 의 베이스에 대하여, 트랜지스터 (110) 의 저항을 저하시키는 바와 같은 제어입력이 이루어진다.
다른 한편, 유체유량이 감소한 경우에는 유량검지용 감온체 (104-1) 의 온도가 상승하기 때문에, 발열체 (112) 의 발열량을 감소시키도록 (즉 전류량을 감소시킨다), 적분회로 (108) 로부터는 트랜지스터 (110) 의 베이스에 대하여, 트랜지스터 (110) 의 저항을 증가시키는 바와 같은 제어입력이 이루어진다.
이상과 같이 하여, 유체유량의 변화에 의하지 않고, 항상 유량검지용 감온체 (104-1) 에 의해 검지되는 온도가 목표치로 되도록, 발열체 (112) 의 발열이 피드백제어 된다 (유량검지용 감온체 (104-1) 의 저항-온도특성의 정부에 따라서, 필요한 경우에는 차동증폭회로 (106) 의 출력의 극성을 적절하게 반전시킨다). 그리고, 그 때에 발열체 (112) 에 인가되는 전압은 유체유량에 대응하고 있기 때문에, 이것을 유량출력으로서 취출한다.
이에 의하면, 피검지유체의 유량의 여하에 관계없이, 발열체 (112) 주위의 유량검지용감온체 (104-1) 의 온도가 거의 일정하게 유지되기 때문에, 유량센서가경시열화가 적고, 또한 가연성의 피검지유체의 착화폭발의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 발열체 (112) 에는 정전압회로가 불필요하기 때문에, 브리지회로 (104) 를 위한 저출력의 정전압회로 (102) 를 이용하면 좋다는 이점이 있다. 이 때문에, 정전압회로의 발열량을 적게 할 수 있고, 유량센서를 소형화하여도 유량검지정밀도를 양호하게 유지할 수 있다.
본 실시형태로서는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 관로 (4) 는, 중앙부분 (4a) 의 내경이 D1φ이고, 유체 유입측부분 (4b) 의 내경이 D2φ이고, 유체유출측부분 (4c) 의 내경이 D3φ이고, D1φ은 D2φ 및 D3φ 보다도 작다. 따라서, 본 실시형태의 유량센서로서는, 피검지유체가 유체 유입측부분 (4b) 에서 중앙부분 (4a) 으로 유입할 때에, 이들의 경계부에 존재하는 단차에 의해 특히 관로 단면내에서의 외주부에 있어서의 흐름이 교란된다. 이에 의해, 특히 중앙부분 (4a) 의 관로 외주부에까지 유체 유동성이 높여진 영역이 확대되어, 핀플레이트 (14) 와 접촉하는 피검지유체가 관로 단면내의 높은 면적비율의 영역에서 평균화된 유속을 갖게 되고, 핀플레이트 (14) 를 통하여 방열은 관로 (4) 내의 피검지유체의 유량을 보다 정확하게 반영한 것으로 된다.
또한, D2φ = D3φ 인 것이, 유량센서의 상류측 및 하류측에서의 피검지유체유량을 변화시키지 않는다는 점에서 바람직하다.
중앙부분의 내경 D1φ 은, 유체 유입측부분의 내경 D2φ 의 50∼80% 인 것이 바람직하다. 이것은, D1φ/D2φ 가 50% 미만으로 되어 작아짐에 따라서, 유체 유통에 있어서의 압력손실이 현저하게 커져 유체 유통자체를 저해하는 경향이 있기 때문이고, D1φ/D2φ가 80% 를 넘어 커짐에 따라서, 상기 유체교란에 의한 관로 단면내의 유속분포의 균일화향상의 효과가 저하하는 경향에 있기 때문이다.
도 12 에 나타내는 바와 같이, 핀플레이트 (14) 는, 중앙부분 (4a) 의 유체 유입측부분 (4b) 측의 단부 (즉, 유체 유입측부분 (4b) 과의 경계) 로부터 관로 (4) 의 방향으로 거리 L1 의 위치에 배치되어 있다. 이 거리 L1 은 중앙부분 (4a) ) 의 내경 D1φ 의 4 배 이내인 것이 바람직하고, 특히 2 배 이내인 것이 보다 바람직하다. 이것은, 이 거리 L1 이 지나치게 크면, 중앙부분 (4a) 과 유체 유입측부분 (4b) 과의 경계의 단차에 의한 교란을 받은 피검지유체가 핀플레이트 (14) 에 도달하기 전에 상기 유체의 교란상태가 감쇠하는 경향이 있기 때문이다.
도 17 은, 이상과 같은 본 실시형태의 유량센서를 이용하여 상이한 유체온도에 있어서의 유량변화에 대한 유량출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 여기서, 피검지유체로서 등유를 사용하여, D1φ 을 4mm 로 하고, D2φ 및 D3φ 를 6mm 로 하였다. 유체온도변화에 의한 유량출력전압의 변화는 거의 없는 것을 알았다. 한편, 도 18 은, D1φ 을 6mm 로 한 (즉, D1φ = D2φ = D3φ) 것 이외는 상기 도 17 과 동일한 유량센서를 이용하여, 동일한 유량측정을 행한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 18 의 경우에는, 유체온도 변화에 의한 유량출력전압의 변화가 확인된다.
이상의 실시형태에서는 관로 (4) 의 중앙부분 (4a) 과 유체 유입측부분 (4b) 과의 사이에 명확한 단차를 형성한 예를 나타내고 있지만, 본 발명은, 이러한 명확한 단차형태의 것에 한정되는 것이 아니고, 예컨대 관로 (4) 의 중앙부분 (4a) 과 유체 유입측부분 (4b) 과의 사이에 관로 (4) 의 내경이 연속적으로 변화하고 있는 경계부분이 존재하고 있어도 된다. 도 19 및 도 20 은 이러한 경계부분을 갖는 변형예를 나타내는 부분단면도이다. 도 19 의 예에서는, 경계부분 (4d) 은, 단면 원호형상의 모따기가 실시되어 있고, 관로방향의 길이가 L2 로 되어 있다. 모따기는 통상의 단면직선형상의 것 (관로방향에 대하여 45도의 각도를 이루는 것) 이어도 된다. 또한, 도 20 의 예로서는, 경계부분 (4d) 은, 유체 유입측부분 (4b) 으로부터 중앙부분 (4a) 으로 단면직선형상의 경사면으로 되어 있고, 관로방향의 길이가 L2 로 되어 있다. 상기의 경계부분 (4d) 의 길이 L2 는, 유체 유입측부분 (4b) 의 내경 D2φ 와 중앙부분 (4a) 의 내경 D1φ의 차의 1/2 보다 작은 것이 바람직하다. 이것은, 이 길이 L2 가 커짐에 따라서, 중앙부분 (4a) 과 유체 유입측부분 (4b) 과의 사이의 경계부분 (4d) 의 단차에 의한 유체교란의 효과가 저하하는 경향이 있기 때문이다.
이상의 실시형태에 있어서는, 핀플레이트 (14, 14,) 가 관로 단면의 중앙부를 통하여 상부로부터 하부로 가로지르고 있지만, 상기 핀플레이트 (14, 14,) 는 관로 단면의 상부로부터 중앙부의 근방에까지 연장되어 있는 것으로 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 유량센서에 의하면, 유체 유통관로의 중앙부분의 내경을 유체 유입측부분의 내경보다 작게 하고있으므로, 중앙부분과 유체 유입측부분과의 경계부에 존재하는 단차에 의해 특히 관로 단면내에서 외주부의 흐름을 교란하여 유량의 관로단면내분포의 평균화를 실시할 수 있다. 이에 의해, 유량검지용 열전달부재를 통하여 행하여지는 유량측정의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 특히 피검지유체의 온도가 변화하더라도 측정정밀도가 저하하지 않아, 폭넓은 환경온도조건하에서의 정확한 유량측정이 가능해진다.
도 21 및 도 22 는 본 발명에 의한 유량센서 (유량계) 의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이고, 도 21 은 피검지유체가 유통하는 유체 유통관로에 따른 단면을 나타내고, 도 22 는 유체 유통관로와 직교하는 단면을 나타낸다. 또한, 도 23 에, 이 실시형태에 있어서의 유량검지유닛 (51) 의 단면도를 나타낸다. 이들의 그림에 있어서, 상기의 도 12∼도 14 와 동일의 기능을 갖는 부재에는 동일의 부호가 붙여져 있다. 또한, 본 실시형태는, 상기 도 15 및 도 16 에 관하여 설명한 바와 같은 구성을 갖는다.
본 실시형태로서는, 도 21∼도 23 특히 도 23 에 나타내는 바와 같이, 유량검지유닛 (51) 의 기체부 (53) 의 하부는, 관로 (4) 내로 돌출하여 있고, 이 돌출부에 의해 열절연부재 (55) 가 형성되어 있다. 동일하게, 온도검지유닛 (61) 의 기체부의 하부는, 관로 (4) 내로 돌출되어 있고, 이 돌출부에 의해 열절연부재 (65) 가 형성되어 있다. 이들 열절연부재 (55, 65) 는, 관로 (4) 내로의 핀플레이트 (14, 14,) 의 연장돌출부분의 기부 (基部) 가 노출하는 것을 방지하고 있다.
도 24 는, 도 21 에 나타내는 관로 (2) 의 중심선 A 와 직교하는 단면내에 있어서의 관로 (4) 및 그곳으로 연장돌출시키는 핀플레이트 (14) 및 열절연부재 (55) 를 나타내는 모식도이다. 열절연부재 (55) 는 핀플레이트 (14) 의 연장돌출부분의 기부를 덮고 있다. 즉, 핀플레이트 (14) 는, 관로 (4) 내에 있어서, 관로중심선 A 로부터 기부측 (상방측) 으로 거리 r1 까지의 부분과 관로중심선 A 로부터 선단측 (하방측) 으로 거리 r2 까지 (선단까지) 의 부분이 노출되어 있다. 이 핀플레이트 (14) 의 노출부분은, 관로중심선 A 로부터 반경 Ra 까지의 중심영역 X 내에 위치하고 있고, 상기 중심영역 X 의 주위의 외주영역 Y 에서는 노출되지 않는다. 여기서, 관로 (4) 의 반경을 R 로 한 경우, Ra = 0.8R 로 되어 있다. r1 및 r2 는, 이들의 합 (r1+ r2) 이 0.7R 이상이 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 이것은, r1+r2 가 작게 됨에 따라서, 핀플레이트 (14) 와 유체와의 사이에서 전달되는 열량이 저감하여, 유량검지효율이 저하하는 경향에 있기 때문이다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 관로 (4) 내에 있어서의 피검지유체와 핀플레이트 (14) 와의 사이의 열전달은, 피검지유체의 유속이 작고 유량검지의 점에서는 저감도의 외주영역 Y 를 피하고, 실질상, 유속이 비교적 크고 효율적으로 유량을 검지할 수 있는 중심영역 X 내의 핀플레이트 노출부에서만 행하여진다.
또한, 피검지유체의 유통시의 관로벽과의 접촉마찰에 근거하여 피검지유체에 생기는 전단응력은 외주영역 Y 에서 크고, 또한 관로벽의 표면조도는 일반적으로는 영이 아니기 때문에 유체 유통시에 외주영역 Y 에서 랜덤하게 미소한 소용돌이가 발생한다. 이 때문에, 외주영역 Y 에서는, 피검지유체의 유통이 불안정하게 된다. 따라서, 이 외주영역 Y 를 피하여 중심영역 X 내에서만 유량검지를 위한 열전달을 하게 함으로써, 안정한 유량출력이 얻어진다.
이상, 핀플레이트 (14) 의 관로 (4) 내로의 연장돌출부분의 기부를 열절연부재 (55) 에 의해 덮여 이루어지는 유량검지관련의 구조에 관해서 설명하였지만, 핀플레이트 (14,) 의 관로 (4) 내로의 연장돌출부분의 기부를 열절연부재 (65) 에 의해 덮여 이루어지는 온도검지관련의 구조도 동일한 것으로 할 수 있다. 이에 의해, 피검지유체의 주요부분이 통과하는 중심영역 X 내의 유체온도를 정확하게 검지 할 수 있고, 상기한 바와 같이 하여 중심영역 X 내에서의 핀플레이트 (14) 와 피검지유체와의 사이의 열전달에 근거하여 행하여지는 유량검지를 위한 피검지유체의 온도보상을 정확하게 하는 것이 가능하게 된다.
도 25 는, 이상과 같이 본 실시형태의 유량센서를 이용하여, 20cc/min 로부터 80 cc/min 로 유량을 변화시킨 직후로부터 변화 후의 유량을 유지한 경우의, 출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 여기서, 피검지유체로서 등유를 사용하고, 관로직경 (2R) 을 4mm (φ) 로하고, r1=r2=0.5R 로 하였다. 한편, 도 26 은, 열절연부재 (55) 를 이용하지 않은 (즉, r1=R, r2=0.5R) 것 이외는 상기 도 25 에서 얻은 것과 동일한 유량센서를 이용하여, 동일한 유량측정을 한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 26 의 경우에 비교하여, 도 25 의 경우가 유량출력전압의 진폭이 작고 (약1/3), 측정오차가 작은 것을 알 수 있다.
이렇게 하여, 본 실시형태에 있어서는, 관로 (4) 내의 피검지유체의 유량을 정확하고, 또한 안정하게 검지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 유량센서에 의하면, 유량검지용 열전달부재를 유체 유통관로내에 있어서 관로중심선으로부터 관로벽까지의 직경방향 거리의 80% 이내의 중심영역에서만 노출시키고 있기 때문에, 유속이 비교적 크고 효율적으로 유량을 검지할 수 있고, 또한 피검지유체의 유통이 비교적 안정인 관로중심영역에서 피검지유체와 유량검지용 열전달부재와의 사이의 열전달을 행할 수 있다. 이에 의해, 폭넓은 환경온도 조건하에서 관로내의 피검지유체의 유량을 정확하고, 또한 안정하게 검지할 수 있다.
산업상의 이용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 스트레이너 일체형 유량계에 의하면, 유량계내에 이물이 침입하기 어렵고 배관내를 유통하는 유체의 유량을 장기간에 걸쳐 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 유량센서에 의하면, 폭넓은 환경온도조건하에서 관로내의 피검지유체의 유량을 정확하고, 또한 안정하게 검지할 수 있다.
본 발명은, 유체유량 검지기술에 속하는 것이고, 특히, 배관내를 흐르는 유체의 유량을 검지하기 위한 유량센서에 관한 것이다. 본 발명은 특히 유량센서의 측정정밀도의 향상을 기도한 것이다.
또한, 본 발명은, 스토브, 보일러 등의 등유연소장치에 등유를 공급하는 배관에 설치하여, 티끌 (塵), 먼지 (埃) 등의 이물을 제거함과 동시에, 등유의 유량을 측정하는 것 등에 적용하는 것이 가능한, 스트레이너 일체형의 가반형 (可搬型) 유량계에 관한 것이다.

Claims (29)

  1. 유통로를 형성한 하우징, 여과부재 및 여과부재 삽입통체를 구비한 스트레이너부와, 유통로를 형성한 하우징 및 유량센서를 구비한 유량계부로 이루어지고, 상기 스트레이너부의 하우징과 상기 유량계부의 하우징을 일체화함과 동시에, 상기 스트레이너부보다 유체의 유동방향 하류에 상기 유량계부가 배치되고,
    상기 유량센서는, 기판상에 발열체와 감온체를 형성한 유량검지부와, 피검지유체와의 사이에서 열전달을 행하는 핀플레이트와, 유량에 대응한 전압치를 출력하는 출력단자를 가지고, 상기 유량검지부, 상기 핀플레이트의 일부 및 상기 출력단자의 일부를 몰딩에 의해 피복한 것을 특징으로 하는 스트레이너 일체형 유량계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 일체화된 하우징에 상기 유통로에 접속하여 배기구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 스트레이너 일체형 유량계.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유량계부는, 유량치를 표시하는 표시부, 전원을 공급하여 유량을 측정하기 위한 조작부, 및 상기 유량센서에 의해 검출한 유량을 상기 표시부에 표시하기 위한 전기회로를 구비한 것을 특징으로 하는 스트레이너 일체형 유량계.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유량계부는, 유체의 온도를 검출하는 온도센서를 구비한 것을 특징으로 하는 스트레이너 일체형 유량계.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 온도센서는, 기판상에 감온체를 형성한 유량검지부와, 피검지유체와의 사이에서 열전달을 행하는 온도센서 핀플레이트와, 온도에 대응한 전압치를 출력하는 온도센서 출력단자를 갖고, 상기 온도검지부, 상기 온도센서 핀플레이트의 일부 및 상기 온도센서 출력단자의 일부를 몰딩에 의해 피복한 것을 특징으로 하는 스트레이너 일체형 유량계.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 전기회로는, 상기 유량센서의 감온체, 상기 온도센서의 감온체를 포함하여, 유체의 유량에 대응한 전압차를 출력하는 브리지회로를 갖는 것을 특징으로 하는 스트레이너 일체형 유량계.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전기회로는, 유체의 유량에 대응한 전압차를 대응하는 주파수의 펄스신호로 변환하는 V/F 변환회로와, 이 펄스신호를 계수 (計數) 하는 카운터와, 주파수에 대응하는 유량으로 환산하는 마이크로 컴퓨터를 갖는 것을 특징으로 하는 스트레이너 일체형 유량계.
  9. 발열기능 및 감온기능을 갖는 유량검지부와, 피검지유체의 유통을 위한 유체 유통관로와, 상기 유량검지부에 있어서의 발열의 영향을 받고 또한 상기 유체 유통관로 내에 연장돌출하도록 배치된 유량 검지용 열전달부재를 구비하고 있고, 상기 유량검지부에 있어서 발열에 근거하여 상기 유량검지용 열전달부재를 통하여 상기 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 상기 감온의 결과에 근거하여 상기 유체 유통관로 내의 피검지유체의 유량의 검지가 이루어지는 유량센서로서,
    상기 유체 유통관로는 피검지유체의 유통방향에 따라 유체 유입측부분과 유체 유출측부분과 이들의 사이에 위치하는 중앙부분을 갖고 있고, 상기 유량검지용 열전달부재는 상기 중앙부분에 있어서 상기 유체 유통관로내로 연장돌출하고 있고, 상기 중앙부분의 내경은 상기 유체 유입측부분의 내경보다도 작은 것을 특징으로 하는 유량센서.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 중앙부분의 내경은 상기 유체 유입측부분의 내경의 50∼80% 인 것을 특징으로 하는 유량센서.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 유체 유출측부분의 내경은 상기 유체 유입측부분의 내경과 동등한 것을 특징으로 하는 유량센서.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 중앙부분과 상기 유체 유입측부분과의 사이에는, 상기 유체 유통관로의 내경이 연속적으로 변화하고 있는 경계부분이 존재하고 있고, 상기 경계부분의 피검지유체의 유통방향의 길이는 상기 유체 유입측부분의 내경과 상기 중앙부분의 내경과의 차의 1/2 인 것을 특징으로 하는 유량센서.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 유량검지용 열전달부재는 상기 중앙부분의 유체 유입측단부로부터 상기 중앙부분의 내경의 4 배 이내의 거리에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 유량검지부는 상기 유체 유통관로 외에 있어서 상기 유량검지용 열전달부재의 위에 형성된 박막발열체 및 상기 박막발열체의 발열의 영향을 받도록 배치된 유량검지용 박막감온체를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 유량검지용 열전달부재는, 평판형상을 하고 있고, 상기 유체 유통관로내에 있어서 상기 유체 유통방향에 따르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 유량검지시의 온도보상을 행하기 위한 유체온도 검지부를 포함하고 있고, 상기 유체온도 검지부와 상기 유체 유통관로내에 연장돌출하도록 배치된 온도검지용 열전달부재가 열적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 온도검지용 열전달부재는 상기 유체 유통관로의 중앙부분에 있어서 상기 유량검지용 열전달부재보다 유체 유출측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 온도검지용 열전달부재는, 평판형상을 하고 있고, 상기 유체 유통관로내에서 상기 유체 유통방향에 따르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  19. 발열기능 및 감온기능을 갖는 유량검지부와, 피검지유체의 유통을 위한 유체 유통관로와, 상기 유량검지부에 있어서의 발열의 영향을 받고, 또한 상기 유체 유통관로내에 연장돌출하도록 배치된 유량검지용 열전달부재를 구비하고 있고, 상기 유량검지부에 있어서 발열에 근거하여 상기 유량검지용 열전달부재를 통하여 상기 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 상기 감온의 결과에 근거하여 상기 유체 유통관로내의 피검지유체의 유량의 검지가 이루어지는 유량센서로서,
    상기 유량검지용 열전달부재는 상기 유체 유통관로내에서 상기 유체 유통관로의 직경방향에 관해서 관로중심선으로부터 관로벽까지의 직경방향거리의 80% 이내의 중심영역에 있어서만 노출하고 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 유량검지용 열전달부재는, 상기 유체 유통관로의 직경방향에 상기 유체 유통관로내로 연장돌출하고 있고, 상기 유체 유통관로내로의 연장돌출부분의 선단은 상기 중심영역내에 위치하고 있고, 상기 중심영역외에 위치하는 상기 연장돌출부분의 기부 (基部) 는 유량검지관련 열절연부재에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 유량검지부 및 상기 유량검지용 열전달부재의 상기 유량검지부와 열적으로 접속된 부분은 열절연성을 갖는 유량검지용 기체부내에 수용되어 있고, 상기 유량검지용 기체부의 일부에 의해 상기 유량검지 관련 열절연부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 유량검지용 기체 (基體) 부 및 상기 유량검지 관련 열절연부재는 합성수지제인 것을 특징으로 하는 유량센서.
  23. 제 19 항에 있어서, 상기 유량검지부는 상기 유체 유통관로외에 있어서 상기 유량검지용 열전달부재의 위에 형성된 박막발열체 및 상기 박막발열체의 발열의 영향을 받도록 배치된 유량검지용 박막감온체를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  24. 제 19 항에 있어서, 상기 유량검지용 열전달부재는 평판형상을 하고 있고, 상기 유체 유통관로내에 있어서 상기 관로의 방향에 따르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  25. 제 19 항에 있어서, 상기 유량검지 시의 온도보상을 행하기 위한 유체온도 검지부를 포함하고 있고, 상기 유체 온도검지부와 상기 유체 유통관로내에 연장돌출하도록 배치된 온도검지용 열전달부재가 열적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 온도검지용 열전달부재는 상기 유체 유통관로내에서 상기 중심영역에 있어서만 노출하고 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 온도검지용 열전달부재는, 상기 유체 유통관로의 직경방향에 상기 유체 유통관로내로 연장돌출하고 있고, 상기 유체 유통관로내로의 연장돌출부분의 선단은 상기 중심영역내에 위치하고 있고, 상기 중심영역외에 위치하는 상기 연장돌출부분의 기부는 온도검지 관련 열절연부재에 의해 덮여져 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 온도검지부 및 상기 온도검지용 열전달부재의 상기 온도검지부와 열적으로 접속된 부분은 열절연성을 갖는 온도검지용 기체부내에 수용되어 있고, 상기 온도검지용 기체부의 일부에 의해 상기 온도검지 관련 열절연부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
  29. 제 25 항에 있어서, 상기 온도검지용 열전달부재는, 평판형상을 하고 있고, 상기 유체 유통관로내에 있어서 상기 관로의 방향에 따르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
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