KR20070049188A

KR20070049188A - 유량 센서

Info

Publication number: KR20070049188A
Application number: KR1020077004915A
Authority: KR
Inventors: 쇼지 가미운텐; 세이시 나카노
Original assignee: 가부시키가이샤 야마다케
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-05-10
Also published as: US7752909B2; US20080210002A1; WO2006027974A1; CN100437042C; CN101014834A; JP2006078218A; JP4502256B2

Abstract

유로를 구성하는 배관의 외벽면의 일부 영역을 가열하거나 배관 내부의 특정 영역을 가열하는 가열 수단 (11) 과, 피가열 영역에 대하여 배관의 상류측 및 하류측으로서, 피가열 영역으로부터의 온도 영향을 열 에너지 (적외선) 로서 외부로 방사하는 영역의 온도를 측정하는 온도 검출 수단을 구비하고, 온도 검출 수단은 배관 외벽면 근방에 있어서 외벽면과 비접촉으로 배치된 상류측 비접촉 온도 검출 수단 (12) 과 하류측 비접촉 온도 검출 수단 (13) 으로 이루어지고, 각 온도 검출 수단은 상류측 열 에너지 방사 영역의 온도와 하류측 열 에너지 방사 영역의 온도를 배관의 외벽면과 비접촉으로 각각 측정 가능하고, 비접촉 온도 검출 수단으로 측정한 상류측 열 에너지 방사 영역의 온도와 하류측 열 에너지 방사 영역의 온도의 온도차 또는 온도차에 기인하여 발생하는 출력으로부터 유로를 흐르는 피측정 유체의 유량을 측정한다.

유량 센서

Description

유량 센서{FLOW SENSOR}

본 발명은 유로 내를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 센서에 관한 것이다.

유체의 유량을 측정하는 유량 센서로서, 유체에 의해 히터의 열이 빼앗김으로써 생기는 전력의 변화나 저항의 변화를 검출하여 유체의 유량을 검출하는 열식 유량 센서가 공지되어 있다. 예를 들어, 외경이 0.5㎜ 정도인 캐피러리 (capillary) 의 외부 둘레를 폴리이미드 수지 등으로 피복 절연하고, 그 위에 동일하게 폴리이미드 수지 등으로 피복 절연한 수 10㎛ 정도의 선재를 상류측 및 하류측에 히터겸 온도 센서로서 감아 형성하고 있다. 그리고, 캐피러리 내부에 가스가 흐름으로써, 상류측의 히터겸 온도 센서는 가스류에 의해 열을 빼앗기고, 하류측의 히터겸 온도 센서는 가스류에 의해 운반되는 열로 인해 가열된다. 이 열 밸런스의 차이에 의해 유량을 검지할 수 있다. 또한, 특허문헌 1 에 기재된 유량 센서는 내부에 가스가 흐르는 관로의 표면에 히터를 형성함과 함께, 이 히터의 상류측 관로 표면에 서미스터로 이루어지는 상류측 온도 센서를 부착하고, 하류측 관로 표면에도 서미스터로 이루어지는 하류측 온도 센서를 부착하고 있다. 그리고, 히터, 상류측 온도 센서, 하류측 온도 센서는 관로의 근방에 배치된 세라 믹스 기판에 금선를 통하여 와이어 본딩되어 있다. 또, 세라믹스 기판에는 복수의 리드 취출용 핀이 설치되고, 당해 핀을 통하여 온도 센서의 출력 신호를 외부로 빼내게 되어 있다.

또, 특허문헌 2 에 기재된 유량 센서는 센서관과 이 센서관이 삽입되는 발열 저항체를 가지고 있다. 그리고, 이 발열 저항체는 통상의 세라믹 파이프를 기재로 하여 외부 둘레에 백금이 증착된 것을 레이저 가공이나 트리밍에 의해 나선 형상으로 삭제하고, 나사 형상의 백금 패턴을 이룸으로써 형성되어 있다. 또한, 세라믹스 파이프의 양단에는 도전성 링이 끼워져 있다. 또한, 이 도전성 링은 리드선이 접속되는 기부(基部)로서의 역할을 다하고 있다.

또, 상기 기술한 특허문헌에 기재된 유량 센서와는 달리, 발열된 금속선의 기류에 의한 냉각 상태를 적외선 카메라에 의해 촬상함으로써, 발열체 근방의 기류를 시각적으로 파악하는 기술도 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 3 내지 특허문헌 6 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 제3424974호 (2 페이지, 도 1)

[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 평4-366727호 (2-3 페이지, 도 1)

[특허문헌 3] 일본 공개특허공보 평11-264769호 (3-4 페이지, 도 1)

[특허문헌 4] 일본 공개특허공보 2000-35438호 (2-3 페이지, 도 1)

[특허문헌 5] 일본 공개특허공보 평2-31168호 (2-3 페이지, 도 1)

[특허문헌 6] 일본 공개특허공보 소63-27766호 (1-2 페이지, 도 1)

발명의 개시

발명이 해결하고자하는 과제

상기 기술한 바와 같이, 유로를 구성하는 배관 외벽면에 권선이나 박막 저항체 등으로 이루어지는 가열부 및 온도 검출부를 밀착 형성하는 경우가 있지만, 일반적으로 곤란을 수반하는 작업이며, 좀처럼 수작업의 영역을 벗어날 수 없고, 양산성이나 제품의 균일성이 나쁘다. 또한, 유로를 구성하는 배관은 통상 스테인리스 등의 금속 (도전체) 인 경우가 많고, 그 외벽면에 권선이나 금속 박막 저항체 등으로 이루어지는 온도 검출부를 밀착 형성하기 위해서는 이들 사이에 절연막을 개재시킬 필요가 있다. 이러한 절연막은 금속에 비해 기본적으로 열 전도율이 낮은 것이 많기 때문에, 이 절연막의 두께를 두껍게 하면 열 전도가 나빠져 온도 검출부의 감도나 응답성이 저하된다. 한편, 절연막의 두께를 얇게 하면 내전압이 낮아져 버리는 문제가 생긴다. 또한, 절연막 자체의 경시 변화에 의해 온도 검출부의 내부 응력이 변화되어 오차 요인이 되거나, 경우에 따라서는 절연막 자체가 열화되어 배관 외벽면으로부터 벗겨져, 정확한 온도 측정이 불가능해지는 경우도 있다.

또한, 온도 검출부에 서미스터 등의 디스크리트형의 온도 센서를 이용하는 경우, 온도 센서와 관로 외주면 사이에 접착제 대신에 고열 전도성의 그리스 등을 개재시켜 관로 외주면에 기계적으로 클램프하여 밀착시키는 구조도 생각할 수 있지만, 그리스 자체가 경시 변화하거나 클램프시에 발생하는 응력 또는 배관 접속부끼리의 조임 접속에 수반되는 응력, 배관 자체의 비틀림으로 온도 센서의 특성도 바뀔 우려가 있어 정확한 온도 측정을 실시하는 것은 어렵다.

한편, 수지제 배관의 경우 열 전도율이 나쁘기 때문에, 그 외벽면에 가열부와 온도 검출부를 밀착 형성해도 정밀도가 좋은 온도 검출이 불가능하고, 정확한 유량을 측정할 수 없다.

또한, 유로를 구성하는 외경이 0.5㎜ 정도인 캐피러리 배관 외벽면에 형성된 외경이 수 10㎛ 정도인 권선이나, 패턴폭이 수 ∼ 수 10㎛ 정도인 박막 저항체 등으로부터의 전극 취출 작업은 제조상의 큰 과제이며, 권선이나 박막 저항체 등에 데미지 또는 응력을 주거나, 저항치의 밸런스를 무너뜨리거나, 캐피러리의 열 용량 증가 또는 열 밸런스의 붕괴 등이 없도록 세심한 주의가 필요해진다.

또한, 특허문헌 1 에 기재된 유량 센서와 같이, 서미스터를 관로 외주면에 직접 부착하는 구성에 있어서, 와이어 본딩을 통하여 서미스터로부터의 신호를 취출해야만 하고, 이러한 신호 취출 구조에는 상기 기술한 것과 동일한 문제나 제조상의 곤란성을 갖는다.

한편, 전극 취출 구조의 간소화를 도모하기 위해 특허문헌 2 에 기재된 바와 같은 특수한 도전성 링을 이용한 구조로 하고, 백금박으로 이루어지는 리드선을 상기 링에 저항 용접했다고 해도 상기 기술한 것과 동일한 문제나 제조상의 곤란성은 남는다.

또한, 특허문헌 3 내지 특허문헌 6 에 기재된 유량 센서는 발열된 금속선의 기류에 의한 방열 상태나 냉각 상태를 적외선 카메라에 의해 촬상함으로써 발열체 근방의 열적 변화를 시각적으로 파악하는 것일 뿐, 특정 관로에서 형성되는 유로 내에서의 피측정 유체의 유량을 정량적으로 측정하는 것은 아니다.

본 발명의 목적은 유로 내를 흐르는 유체의 유량을 비접촉으로 정확하게 측정하는 유량 센서를 제공함에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 기술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 유량 센서는 유로를 구성하는 배관의 외벽면의 일부 영역을 가열하거나 또는 배관 내부의 특정 영역을 가열하는 가열 수단과, 상기 피가열 영역에 대하여 배관의 상류측 및 하류측의 영역으로서 상기 피가열 영역으로부터의 온도 영향을 열 에너지 (적외선) 로서 외부로 방사하는 열 에너지 방사 영역의 온도를 각각 측정하는 온도 검출 수단을 구비하고, 상기 유로를 흐르는 피측정 유체의 유량을 검출하는 유량 센서에 있어서, 상기 온도 검출 수단은 상기 배관의 외벽면 근방에 있어서 당해 외벽면과 비접촉으로 배치된 상류측 비접촉 온도 검출 수단과 하류측 비접촉 온도 검출 수단으로 이루어지고, 각 비접촉 온도 검출 수단이 상기 상류측 열 에너지 방사 영역의 온도와 하류측 열 에너지 방사 영역의 온도를 상기 배관의 외벽면과 비접촉으로 각각 측정 가능하게 되어 있고, 상기 비접촉 온도 검출 수단으로 측정한 상류측 열 에너지 방사 영역의 온도와 하류측 열 에너지 방사 영역 온도의 온도차 또는 온도차에 기인하여 발생하는 출력으로부터 상기 유로를 흐르는 피측정 유체의 유량을 측정하는 것을 특징으로 하고 있다.

관로 내의 피측정 유체의 온도를 비접촉으로 검출할 수 있기 때문에, 종래와 같이 온도 센서를 관로 외주면에 직접 부착한 경우에 온도 센서와 관로 외주면 사이에 개재한 절연물이 열화되거나, 관로나 절연물에 생기는 응력의 영향을 온도 센서가 받는 경우가 없고, 장기간에 걸쳐 정확한 유량 측정이 가능해진다. 또한, 관로 외주면에 부착한 온도 센서에 대하여 제조상의 곤란성을 갖는 전극 취출 작업을 실시할 필요도 없다.

또한, 본 발명의 청구항 2 에 기재된 유량 센서는 청구항 1 에 기재된 유량 센서에 있어서, 상기 비접촉 온도 검출 수단은 적외선 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

예를 들어, 서모파일, 볼로미터, 초전 소자 등의 적외선 센서 중에는 소형, 고성능으로 염가인 것이 있고, 유량 센서의 온도 검출 수단에 이용하기에 가장 바람직하다.

또한, 본 발명의 청구항 3 에 기재된 유량 센서는 청구항 1 또는 청구항 2 에 기재된 유량 센서에 있어서, 상기 피가열 영역으로부터의 전열을 흡수하여 외부로 방사하는 열 에너지 방사 수단이 상기 유로를 형성하는 배관의 벽면 또는 내부로서 상기 상류측 열 에너지 방사 영역과 하류측 열 에너지 방사 영역에 각각 구비되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

열 에너지 방사 수단이 배관 자체에 추가로 또는 배관 자체 대신에 피가열 영역으로부터 전열된 열 에너지를 온도 검출 수단을 향하여 효율적으로 방사하므로, 예를 들어 관로가 수지재로 되어 있는 경우라도 정확한 유량을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 4 에 기재된 유량 센서는 청구항 3 에 기재된 유량 센서에 있어서, 상기 열 에너지 방사 수단은 상기 유로를 구성하는 배관의 벽면 또는 내부에 배치된 열 전도율이 높은 재질로 된 것을 특징으로 하고 있다.

열 전달 비율이 높음으로써 피가열 영역의 열을 흡열하기 쉽고, 응답성이 좋은 유량 측정이 가능해진다.

또한, 본 발명의 청구항 5 에 기재된 유량 센서는 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 유량 센서에 있어서, 상기 비접촉 온도 검출 수단에 의해 온도가 비접촉으로 측정되는 열 에너지 방사 영역의 적어도 일부 또는 열 에너지 방사 수단의 적어도 일부가 흑색인 것을 특징으로 하고 있다.

흑색의 부분은 방사율이 거의 1 이므로, 열의 흡수 및 방사 효율을 향상시켜, 에너지 방사 영역 및 방사 수단의 효과적인 온도 측정을 가능하게 하고, 정밀도가 좋은 유량 측정을 실현한다.

또한, 본 발명의 청구항 6 에 기재된 유량 센서는 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 유량 센서에 있어서, 상기 가열 수단과 상기 비접촉 온도 검출 수단 사이에는 상기 가열 수단으로부터 방사되는 열 에너지가 상기 비접촉 온도 검출 수단에 직접적으로 전달되는 것을 저지하는 에너지 차폐 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

가열 수단으로부터 방사되는 에너지가 비접촉 온도 검출 수단에 직접적으로 전달되지 않게 함으로써 관로 또는 관로 내부 유체의 상류측 열 에너지 방사 영역과 하류측 열 에너지 방사 영역의 정확한 온도 측정을 가능하게 하고, 정밀도가 좋은 유량 측정을 실현한다.

또한, 본 발명의 청구항 7 에 기재된 유량 센서는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 유량 센서에 있어서, 상기 상류측 비접촉 온도 검출 수단과 하류측 비접촉 온도 검출 수단은 각 온도 검출 수단 자체의 온도를 양자 거의 균일하게 유지하는 공통 부재에 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

각 온도 검출 수단 자체의 온도가 어긋나면, 유량 측정상의 오차가 되지만, 각 온도 검출 수단을 이러한 공통 부재에 배치함으로써, 이같은 유량 측정상의 오차가 생기지 않도록 한다.

또한, 본 발명의 청구항 8 에 기재된 유량 센서는 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 유량 센서에 있어서, 상기 가열 수단과 비접촉 온도 검출 수단이 상기 배관의 유로에 일부가 삽입되는 헤더 내에 함께 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

예를 들어 대구경 배관 내의 피측정 유체의 유량을 측정하는 경우, 배관의 두께가 두껍고 열 용량이 크기 때문에, 유량 측정에 필요한 만큼의 열 에너지를 주거나 유량에 따른 상류측 열 에너지 방사 영역과 하류측 열 에너지 방사 영역의 온도 변화를 발생시킬 수 없게 되지만, 가열 수단 및 비접촉 온도 검출 수단을 이러한 헤더 내의 박육부 근방에 배치하여 헤더의 일부를 배관에 삽입하고, 그 박육 부분을 유체와 접촉시킴으로써 확실하게 유량 측정을 실시할 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 9 에 기재된 유량 센서는 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 유량 센서에 있어서, 상기 피가열 영역 및 상류측 열 에너지 방사 영역과 하류측 열 에너지 방사 영역을 진공 또는 감압 상태로 유지하는 하우징을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

유량 측정 영역을 주위 분위기로부터 격리시킴으로써, 주위 분위기로부터의 외란을 받지 않고 정확한 온도 측정이 가능해져, 정밀도가 좋은 유량 측정을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 10 에 기재된 유량 센서는 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나에 기재된 유량 센서에 있어서, 상기 상류측 비접촉 온도 검출 수단 및 하류측 비접촉 온도 검출 수단의 온도의 합 또는 평균치가 주위 온도보다 항상 어느 값만큼 높아지도록 가열 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

온도 검출 수단에 의해 검출한 온도를 통하여 히터 자체의 온도를 적정하게 제어하므로, 히터 자체에 온도 센서의 기능을 갖게 하거나 외부 부착 온도 센서를 설치할 필요가 없어지고, 설계의 자유도가 높아진다.

또한, 본 발명의 청구항 11 에 기재된 유량 센서는 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 유량 센서에 있어서, 상기 가열 수단에 의한 가열을 정지한 상태에서의 상기 비접촉 온도 검출 수단에 의해 얻어진 출력을 상기 가열 수단에 의한 가열시의 상기 비접촉 온도 검출 수단에 의해 얻어진 출력으로부터 뺌으로서 대용 제로점 보정을 실시하는 보정 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

피측정 유체의 흐름을 멈추어 제로점 (유량 제로시의 출력) 교정이 불가능한 경우라도, 이 대용 제로점 보정에 의해 비접촉 온도 검출 수단의 경시 변화 등에 의한 제로점의 차이를 보정하여, 검출 정밀도를 유지할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 유량 센서를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 2 는 도 1 에 나타낸 유량 센서의 제 1 변형예를 개략적으로 나타내는 측면도로서, 베이스와 칩을 유로를 따라서 단면으로 나타내는 도면이다.

도 3 은 도 1 에 나타낸 유량 센서의 제 2 변형예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 4 는 도 1 에 나타낸 유량 센서의 제 3 변형예를 나타내는 개략 구성도 로서, 배관, 열 에너지 흡수 부재, 및 열 에너지 방사 부재를 관로 길이 방향을 따른 단면 상태로 나타내는 도면 (도 4(a)), 및 도 4(a) 에 대응하여 배관을 관로 단면 방향을 따라 단면 상태로 나타내는 도면 (도 4(b)) 이다.

도 5 는 도 1 에 나타낸 유량 센서의 제 4 변형예를 나타내는 개략 구성도로서, 배관, 열 에너지 흡수 부재, 및 열 에너지 방사 부재를 관로 길이 방향을 따른 단면 상태로 나타내는 도면 (도 5(a)), 및 도 5(a) 에 대응하여 배관을 관로 단면 방향을 따라 단면 상태로 나타내는 도면 (도 5(b)) 이다.

도 6 은 도 1 에 나타낸 유량 센서의 제 5 변형예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 7 은 도 1 에 나타낸 유량 센서의 제 6 변형예를 나타내는 개략 구성도 로서, 관로 상방으로부터 베이스 부재를 단면으로 한 상태로 나타내는 평면도 (도 7(a)), 및 도 7(a) 에 대응하여 관로 측방으로부터 나타내는 측면도 (도 7(b)) 이다.

도 8 은 도 1 에 나타낸 유량 센서의 제 7 변형예를 나타내는 개략 구성도 로서, 관로 길이 방향을 따라 각 구성 요소를 단면 상태로 나타내는 평면도이다.

도 9 는 도 1 에 나타낸 유량 센서의 제 8 변형예를 나타내는 개략 구성도로서, 히터와 적외선 검출 센서의 지지 부재만을 단면 상태로 나타내는 평면도이다.

도 10 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 유량 센서에 있어서의 제어 연산부의 출력 회로의 개략 구성도 (도 10(a)) 이고, 도 10(a) 의 변형예에 관한 제어 연산부의 출력 회로의 개략 구성도 (도 10(b)) 이며, 도 10(a) 의 또 다른 변형예에 관한 제어 연산부의 출력 회로의 개략 구성도 (도 10(c)) 이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 유량 센서에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 유량 센서 (1) 는 도 1 에 나타내는 바와 같이, 유로를 구성하는 배관 (100) 의 일부에 부착되어 배관 외벽면의 일부를 가열하는 히터 (가열 수단; 11) 와, 배관 (100) 의 히터 (11) 에 의해 가열되는 부분의 상류측 배관 (101) 및 하류측 배관 (102) 의 외벽면 부분의 온도를 각각 비접촉으로 측정하는 적외선 검출 센서 (비접촉 온도 센서; 12, 13) 와, 히터 (11) 의 발열량을 제어함과 함께 적외선 검출 센서 (12, 13) 의 상류측 적외선 검출 센서 (12) 와 하류측 적외선 검출 센서 (13) 의 온도차로부터 배관 (100) 을 흐르는 유체의 유량을 구하는 제어 연산부 (15) 를 구비하고 있다.

또한, 피측정 유체가 흐르는 배관 (100) 은 예를 들어, 금속의 관로로 이루어지고, 히터 (11) 는 절연재로 피복된 권선이나 박막 저항체 등의 전기 저항체로 이루어진다. 또한, 히터 (11) 가 권선인 경우에는 관로 외벽면의 소정 위치에 감기고, 박막 저항체의 경우에는 절연체층을 통하여 관로 외벽면의 소정 위치에 형성된다.

적외선 검출 센서 (12, 13) 는 서모파일, 볼로미터, 초전 소자 등을 이용한 비접촉 온도 센서로 이루어지고, 히터 (11) 에 의해 가열되는 영역에 대하여 배관의 상류측 및 하류측의 영역으로서, 피가열부로부터의 온도 영향을 열 에너지로서 외부에 방사하는 열 에너지 방사 영역의 온도를 측정하게 되어 있다. 즉, 히터 (11) 로부터 배관 (100) 이나 유체를 통하여 배관의 상류측 열 에너지 방사 영역 (100U) 으로부터 외부에 적외선으로서 방사되는 열 에너지를 상류측 적외선 검출 센서 (12) 에 의해 검출하고, 히터 (11) 로부터 배관 (100) 이나 유체를 통하여 배관의 하류측 열 에너지 방사 영역 (100D) 으로부터 외부에 적외선으로서 방사되는 열 에너지를 하류측 적외선 검출 센서 (13) 에 의해 검출하게 되어 있다.

또한, 서모파일, 볼로미터, 초전 소자는 모두 감열부로의 적외선 입사에 의한 온도 상승으로부터 적외선을 검출하는 열형의 센서이고, 서모파일과 볼로미터는 마이크로 머시닝 기술로 제작된 박막 타입인 것이 일반적으로 사용되고 있다. 서모파일은 감열부로서 이종 도체의 접합부 온도에 의한 접촉 전위의 변화, 이른바 제베크(Seebeck effect) 효과를 이용한 열전대를 다수개 직렬로 접속한 적외선 센 서이고, 바이어스 전압을 필요로 하지 않고 직접 DC 전압 출력이 얻어지며, 센서의 임피던스도 낮은 점에서 다른 센서에 비해 구조 및 신호 처리가 간단하다. 볼로미터는 금속이나 반도체 등의 감열 재료의 저항 성분의 온도에 의한 변화를 이용한 적외선 센서이다. 초전 소자는 감열부로서 강유전체 재료가 가지는 자발 분극의 온도 의존성을 이용한 적외선 센서로서, 다른 2 개와 다르며, 적외선의 입사에 의해 온도 변화가 생겼을 때만 출력하는 미분형이다. 따라서, 연속 출력을 얻기 위해서는 적외선을 단속하는 초퍼 또는 셔터 기구가 필요하다.

또한, 제어 연산부 (15) 는 상류측 적외선 검출 센서 (12) 와 하류측 적외선 검출 센서 (13) 의 출력으로부터 구해지는 온도의 합 또는 평균치가 주위 온도보다 항상 어느 값만큼 높아지도록 히터 (11) 를 제어하게 되어 있다. 이로써, 히터 자체에 특별한 온도 검출 기능을 갖게 하지 않고, 가열된 배관 외벽면의 일부인 피가열 영역의 온도가 주위 온도보다 항상 어느 값만큼 높아지도록 히터 (11) 를 제어할 수 있으며, 히터 설계의 자유도를 높이고 있다. 여기서, 주위 온도는 따로 설치한 온도 센서로 측정하고, 피측정 유체의 온도를 계측하는 것이 바람직하지만, 배관 온도나 그 주위의 분위기 온도에서 대용할 수 있는 경우도 있다. 또한, 사용 온도 범위가 좁은 경우나 온도 특성의 보정을 별도로 실시하는 경우에는, 히터의 제어에 주위 온도를 사용하지 않고, 정전압, 정전류, 정전력 등으로 히터를 동작시켜도 된다. 또한, 히터 자체에 온도 검출 기능을 갖게 함으로써, 가열된 배관 외벽면의 일부인 피가열 영역의 온도가 주위 온도보다 항상 어느 값만큼 높아지도록 히터 (11) 를 제어해도 된다. 또한, 히터로 가열하는 부분의 관벽 근방 에 별도 적외선 검출 센서로 이루어지는 비접촉 온도 검출 기능을 갖게 해도 된다. 또한, 제어 연산부 (15) 에 있어서는, 상류측 적외선 검출 센서 (12) 와 하류측 적외선 검출 센서 (13) 에서 브릿지 회로 등, 예를 들어 도 10(a), (b), (c) 로 나타내는 회로를 구성하고 있다. 그리고, 히터 (11) 의 구동에 의한 피가열 영역의 열이 배관이나 유체를 통하여 상류측 열 에너지 방사 영역 (100U) 과 하류측 열 에너지 방사 영역 (100D) 에 전달되고, 피측정 유체의 흐름에 수반되는 강제 대류 (열 전달) 에 의해 상류측 열 에너지 방사 영역 (100U) 의 온도와 하류측 열 에너지 방사 영역 (100D) 의 온도가 상이해지고 (상류측 쪽이 낮아지고), 이들의 온도를 상류측 적외선 검출 센서 (12) 와 하류측 적외선 검출 센서 (13) 에서 각각 검출하고, 이러한 상류측 열 에너지 방사 영역 (100U) 과 하류측 열 에너지 방사 영역 (100D) 의 온도차를 상기 기술한 브릿지 회로 등을 갖는 제어 연산부 (15) 에 있어서 피측정 유체의 유량으로서 검출하게 되어 있다. 도 10(b) 는 적외선 검출 센서 (12, 13) 로서 서모파일 (12S, 13S) 을 사용한 회로의 일례이며, 2 개의 서모파일 (12S, 13S) 의 출력 전압의 극성이 반대가 되도록 접속되어 있다. 따라서, 유량이 없을 때, 즉 2 개의 서모파일 (12S, 13S) 에서 검출된 온도가 동일할 때에는, 출력 전압은 상쇄하기 때문에 제로가 되고, 유량이 있을 때, 즉 2 개의 서모파일 (12S, 13S) 에서 검출된 온도에 차이가 있을 때에는 거기에 따른 출력 전압이 발생한다. 또한, 이러한 회로 등을 구성하는 대신에, 상류측 적외선 검출 센서의 출력과 하류측 적외선 검출 센서의 출력을 제어 연산부에서 연산하여 유량을 구해도 된다.

또한, 유량 측정은 유량과 상기 기술한 온도차 또는 온도차에 기인하여 발생하는 출력의 관계를 미리 조사하여 캐리브레이션해 둠으로써 가능해진다.

또한, 도 10(c) 는 적외선 검출 센서 (12, 13) 로서 볼로미터 (12B, 13B) 를 사용한 회로의 일례이다. 볼로미터를 이용함으로써도 도 10(a), (b) 에 나타내는 회로와 동등한 기능을 갖는 회로를 구성할 수 있다.

이러한 구성을 가짐으로써 관로 내의 피측정 유체의 유량을 비접촉으로 검출할 수 있으므로, 종래와 같이 온도 센서를 관로 외주면에 부착했을 때에 온도 센서와 관로 외주면 사이에 개재한 절연물이 열화되거나, 절연물이나 배관으로부터의 응력의 영향을 온도 센서가 받는 경우가 없다. 또한, 관로에 부착한 온도 센서로부터 출력을 취출하기 위해, 번거롭고 제조상의 곤란성을 수반하는 전극 취출 작업을 실시할 필요도 없다. 그 결과, 부착 작업이 용이하고, 장기간에 걸쳐 정확한 유량 측정을 가능하게 한다.

계속해서, 상기 기술한 실시형태에 관련된 유량 센서의 각종 변형예에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 이러한 변형예에 대하여 상기 기술한 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 대응하는 부호를 부여하여 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도 7 내지 도 9 에 있어서는 제어 연산부를 도시 생략한다.

우선, 본 실시형태의 제 1 변형예에 대하여 설명한다. 이러한 제 1 변형예는, 일본 공개특허공보 2003-329697호에 기재된 유량 센서와 구조상 관련된 유량 센서이다.

제 1 변형예에 관련된 유량 센서 (2) 는 도 2 에 나타내는 바와 같이 베이스 (210) 와, 베이스 상에 피착되고, 또한 유로의 일부를 이루는 오목부 (220a) 를 갖는 칩 (220) 을 구비하고 있다. 그리고, 이 유량 센서 (2) 의 베이스 (210) 에는 칩 (220) 의 오목부 (220a) 와 협동하여, 피측정 유체의 유로를 이루는 제 1 유로 (221) 와 제 2 유로 (222) 가 칩 (220) 의 오목부 기저면에 대하여 수직으로 형성되어 있다. 또한, 칩 (220) 은 예를 들어 판두께가 얇은 스테인리스판으로 되어 있고, 유로측과 반대측면에 전기 절연막을 형성하고, 그 상면 거의 중앙 부분에 백금의 패턴으로 이루어지는 히터 (가열 수단; 21) 가 형성되어 있다. 또한, 히터 (21) 에는 전극 패드나 배선용 금속 박막이 적소에 형성되어 있다. 또한, 히터 (21) 의 유로 상류측과 유로 하류측에는 유체의 유량 측정용 상류측 적외선 검출 센서 (22) 와 하류측 적외선 검출 센서 (23) 가 칩 상면과 일정 간격 떨어져서 배치되어 있다. 또한, 상류측 적외선 검출 센서 (비접촉 온도 검출 수단; 22) 및 하류측 적외선 검출 센서 (비접촉 온도 검출 수단; 23) 는 상기 기술한 실시형태와 동일하게, 서모파일, 볼로미터, 초전 소자 등을 이용한 비접촉 온도 센서로 이루어지고, 칩 상면과 비접촉으로 각각 칩 (220) 의 상류측 열 에너지 방사 영역 (220U) 의 온도와 하류측 열 에너지 방사 영역 (220D) 의 온도를 측정하게 되어 있다.

그리고, 이러한 유량 센서 (2) 에 있어서, 히터 (21) 의 열이 주로 칩 (220) 의 박육부나 유체를 통하여 칩 (220) 의 상류측 열 에너지 방사 영역 (220U) 과 하류측 열 에너지 방사 영역 (220D) 에 거의 균등하게 전달되지만, 피측정 유체가 유로를 흐름으로써 유량에 따라 강제 대류에 의한 열 전달이 생겨, 상류측 적외선 검 출 센서 (22) 의 검출 온도와 하류측 적외선 검출 센서 (23) 의 검출 온도 사이에 온도차가 생긴다. 그리고, 이 온도차를 제어 연산부 (25) 에서 연산하고, 유량을 측정하게 되어 있다. 또한, 이와 같이 칩 (220) 에 두께가 얇은 스테인리스판을 이용함과 함께 히터 (21) 나 적외선 검출 센서 (22, 23) 의 배치측과 반대측을 유로로 함으로써, 피측정 유체가 부식성 유체라도 장기간에 걸쳐 유량 측정을 가능하게 하고 있다.

이러한 구성이라도, 관로 내의 피측정 유체의 온도에 비례한 온도를 나타내는 칩 (220) 의 박육부의 벽면 온도를 비접촉으로 검출할 수 있으므로, 종래와 같이 온도 센서를 관로 외주면에 부착했을 때에 온도 센서와 관로 외주면 사이에 개재한 절연물이 열화되거나, 관로나 절연물에 생기는 응력의 영향을 온도 센서가 받는 경우가 없다. 또한, 관로에 부착한 온도 센서로부터 출력을 취출하기 위해, 번거롭고 제조상의 곤란성을 수반하는 전극 취출 작업을 실시할 필요도 없다. 그 결과, 부착 작업이 용이하고, 장기간에 걸쳐 정확한 유량 측정을 가능하게 한다.

계속해서, 본 실시형태에 관련된 유량 센서의 제 2 변형예에 대하여 설명한다. 이 제 2 변형예에 관련된 유량 센서 (3) 는 도 3 에 나타내는 바와 같이, 배관 외벽면으로부터 일정 거리 이간하여 비접촉으로 배치되고, 또한 배관 외벽면의 일부를 가열하는 히터 (가열 수단; 31) 와, 그 가열되는 부분의 상류측 및 하류측의 배관 외벽면 부분 근방에 당해 배관 외벽면과 비접촉으로 배치되고, 이들 부분의 온도를 각각 측정하는 적외선 검출 센서 (비접촉 온도 검출 수단; 32, 33) 와, 히터 (31) 를 제어함과 함께 적외선 검출 센서 (32, 33) 의 상류측 적외선 검출 센서 (32) 와 하류측 적외선 검출 센서 (33) 의 온도차로부터 배관을 흐르는 피측정 유체의 유량을 구하는 제어 연산부 (35) 를 구비하고 있다.

또한, 히터 (31) 는 배관 외벽면 근방에 형성되고, 배관 외벽면에 비접촉으로 에너지를 공급하여 그 일부를 피가열 영역 (300H) 으로 하여 가열할 수 있는 에너지 발생체 (방사체) 로 구성되고, 구체적으로는 레이저, 전자 코일, 적외선 발생기, 마이크로파 발생기 등이 이용되고 있다.

또한, 적외선 검출 센서 (32, 33) 는 상기 기술한 실시형태 및 그 변형예와 동일하게 서모파일, 볼로미터, 초전 소자 등을 이용한 비접촉 온도 센서로 이루어지고, 배관 외벽면 근방으로서 히터 (31) 에 의한 배관 (300) 의 피가열 영역 (300H) 의 상류측에 형성된 상류측 열 에너지 방사 영역 (300U) 과 하류측에 형성된 하류측 열 에너지 방사 영역 (300D) 에 비접촉으로 배치되고, 이들 부분의 온도를 각각 비접촉으로 측정할 수 있게 되어 있다.

이 제 2 변형예에 관련된 유량 센서 (3) 에 있어서, 히터 (31) 를 배관 (300) 에 접촉시킨 상태에서 배치할 필요가 없기 때문에, 히터 (31), 상류측 적외선 검출 센서 (32), 하류측 적외선 검출 센서 (33), 및 제어 연산부 (35) 로 이루어지는 유량 센서 자체를 배관 (300) 과 완전하게 비접촉으로 배치할 수 있고, 다양한 관 직경에 대응 가능한 범용화된 유량 센서를 실현할 수 있다. 또한, 적외선 검출 센서 (32, 33) 뿐만 아니라, 히터 (31) 에 대해서도 번거롭고 제조상의 곤란성을 갖는 전극 취출 작업을 생략할 수 있다.

계속해서, 본 실시형태의 제 3 변형예에 대하여 설명한다. 이 제 3 변형예에 관련된 유량 센서 (4) 는 도 3 에 나타낸 제 2 변형예에 추가로 도 4 에 나타내는 바와 같이, 히터 (41) 로부터 방사된 에너지를 효율적으로 흡수하여 발열하는 에너지 흡수 부재 (401) 를 배관 (400) 의 벽면에 구비하고 있다. 또한, 본 변형예의 경우, 이 에너지 흡수 부재 (401) 는 금속판으로 이루어지고, 배관 (400) 의 벽면에 일부가 밀착하게 되어 있다.

또한, 배관 (400) 의 히터 (41) 에 의한 피가열 영역의 상류측 및 하류측으로서, 상류측 에너지 방사 영역 (400U) 및 하류측 에너지 방사 영역 (400D) 의 벽면에는 금속판으로 이루어지는 온도 측정용의 에너지 방사 부재 (402, 403) 가 구비되어 있다. 그리고, 히터 (41) 로부터의 방사 에너지를 흡수하여 발열된 에너지 흡수재 (401) 로부터 배관이나 유체를 통하여 전달되는 열을 에너지 방사 부재 (402, 403) 가 흡열하고, 이 열 에너지를 적외선 검출 센서 (42, 43) 를 향하여 효율적으로 방사한다.

또한, 비접촉으로 가열되는 에너지 흡수 부재 (401) 나 비접촉으로 온도 측정되는 에너지 방사 부재 (402, 403) 의 전부 또는 일부는 흑색인 것이 바람직하다. 이와 같이 흑색이 된 부분은 방사율이 거의 1 이므로, 수열성이나 방열성이 우수하고, 유량을 감도나 응답성이 좋게 측정할 수 있게 된다. 또한, 에너지 흡수 부재나 에너지 방사 부재는 열 전도성이 우수한 재질이면 되고, 금속판 대신에 세라믹스나 사파이어라도 상관없다. 이와 같이, 에너지 흡수 부재 (401) 나 에너지 방사 부재 (402, 403) 를 배관 외주면에 형성함으로써, 배관 (400) 이 직경이 작은 세관이라도 히터 (41) 로부터의 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있고, 또한, 적외선 검출 센서 (42, 43) 에 열 에너지를 확실하게 방사할 수 있다.

계속해서, 본 실시형태의 제 4 변형예에 대하여 설명한다. 이 제 4 변형예에 관련된 유량 센서 (5) 는 도 3 에 나타낸 제 2 변형예에 추가로 도 5 에 나타내는 바와 같이, 히터 (51) 로부터 방사된 에너지를 효율적으로 흡수하여 발열하는 에너지 흡수 부재 (501) 를 배관 내부에 구비하고 있다. 또한, 에너지 방사 부재 (502, 503) 가 배관내 피가열부의 상류측 및 하류측으로서, 상류측 에너지 방사 영역 (500U) 및 하류측 에너지 방사 영역 (500D) 을 형성하도록 배관 내부에 구비되어 있다. 그리고, 이 에너지 흡수 부재 (501), 에너지 방사 부재 (502, 503) 는 본 변형예의 경우, 스테인리스 등의 내식성이 있는 금속, 세라믹스 또는 사파이어 등의 판재로 되어 있다.

이 제 4 변형예에 관련된 유량 센서는 특히 피측정 유체가 액체인 경우에 이용되도록 되어 있고, 적외선을 통하기 쉬운 수지로 되어 있던 배관 (500) 에 부착된다. 이러한 수지제의 배관 (500) 은 배관 자체의 열 전도성이 낮기 때문에, 배관 자체를 직접 가열하기 어렵고, 따라서, 히터 (51) 로부터의 열이 배관 (500) 이나 유체를 통하여 상류측 에너지 방사 영역과 하류측 에너지 방사 영역을 형성하기 어렵지만, 이러한 에너지 흡수 부재 (501) 나 에너지 방사 부재 (502, 503) 를 구비함으로써, 에너지 흡수 부재 (501) 를 통하여 피측정 유체를 직접 가열함과 함께, 피가열 영역의 배관 상류측에 배치된 에너지 방사 부재 (502) 에 피측정 유체로부터 열이 전달되고, 이 부분이 상류측 열 에너지 방사 영역 (500U) 이 된다. 마찬가지로, 피가열부의 배관 하류측에 배치된 에너지 방사 부재 (503) 가 하류측 열 에너지 방사 영역 (500D) 이 된다. 그에 따라서, 배관 (500) 의 관벽을 통하여 배관 내부의 피측정 유체의 온도를 측정할 수 있고, 수지제의 배관 (500) 이라도 피측정 유체의 유량을 정확하게 측정하는 것이 가능하다. 또한, 에너지 흡수 부재 (501), 에너지 방사 부재 (502, 503) 는 스테인리스 등의 내식성이 있는 금속, 세라믹스 또는 사파이어 등으로 되어 있으므로, 피측정 유체가 산이나 알칼리 등의 부식성 액체라고 해도 장기에 걸쳐 유량을 측정하는 것이 가능하다.

수지 배관의 적외선 투과성은 재질과 두께로 결정되고, 재질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 등이, 두께는 얇은 것이 투과하기 쉽다. 또한, 내식성의 점에서는 테플론 (등록 상표) 등이 바람직하다.

또한, 에너지 흡수 부재 (501), 에너지 방사 부재 (502, 503) 의 전부 또는 일부는 상기 기술한 제 3 변형예와 동일하게 흑색인 것이 바람직하다. 이와 같이 흑색이 된 부분은 방사율이 거의 1 이므로, 수열성이나 방열성이 우수하고, 유량을 감도나 응답성 좋게 측정할 수 있다.

계속해서, 본 실시형태의 제 5 변형예에 대하여 설명한다. 이 제 5 변형예에 관련된 유량 센서 (6) 는 도 6 에 나타내는 바와 같이, 도 3 에 나타낸 제 2 변형예에 관련된 유량 센서 (3) 의 구성에 추가로, 비접촉 가열 수단인 히터 (61) 로부터의 방사 에너지가 직접 또는 반사하여 적외선 검출 센서 (62, 63) 에 입사하지 않도록, 히터 (61) 와 적외선 검출 센서 (62, 63) 사이에 에너지 차폐판 (68, 69) 을 구비하고 있다. 이로써, 히터 (61) 로부터의 방사 에너지가 적외선 검 출 센서 (62, 63) 에 직접 전달되지 않게 되고, 배관 (600) 또는 배관 (600) 내부의 유체의 상류측 열 에너지 방사 영역 (600U) 과 하류측 열 에너지 방사 영역 (600D) 의 정확한 온도 측정을 실시하고, 배관 내의 피측정 유체의 정확한 유량 측정이 가능하다.

계속해서, 본 실시형태의 제 6 변형예에 대하여 설명한다. 이 제 6 변형예에 관련된 유량 센서 (7) 는 도 7 에 나타내는 바와 같이, 도 3 에 나타낸 제 2 변형예에 관련된 유량 센서 (3) 의 구성에 추가로, 배관 길이 방향에 걸쳐 배관 (700) 과 비접촉으로 배치된 가늘고 긴 베이스 부재 (710) 를 구비하고 있다. 베이스 부재 (710) 는 열 전도가 양호한, 예를 들어 구리나 알루미늄 등의 금속 또는 세라믹스 등으로 이루어지고, 또한 열 용량이 크고 베이스 부재 전체에 걸쳐 거의 균일한 온도로 유지되게 되어 있다. 또한, 히터 (71) 는 베이스 부재 (710) 의 거의 중앙부에 형성된 관통공 내에 베이스 부재 (710) 와 일정한 간격을 두고 배치되며, 히터 (71) 의 열이 베이스 부재 (710) 에 직접 전달되지 않게 되어 있다. 또한, 각 적외선 검출 센서 (72, 73) 는 베이스 부재 (710) 의 양단 근방에 각각 배치되어 있다.

각 적외선 검출 센서 자체의 온도가 서로 어긋나면, 유량 측정상의 오차가 되지만, 베이스 부재 (710) 를 통하여 적외선 검출 센서 자체의 온도를 일치시킴으로써, 이러한 문제가 생기지 않도록 하여 정확한 유량 측정을 가능하게 한다.

또한, 본 변형예와는 달리 히터 (71) 를 베이스 부재 (710) 와는 상이한 장소에 배치하여 배관 (700) 의 일부를 가열하도록 해도 동일한 효과를 얻는 것은 가 능하다.

계속해서, 본 실시형태의 제 7 변형예에 대하여 설명한다. 이 제 7 변형예에 관련된 유량 센서 (8) 는 도 8 에 나타내는 바와 같이, 일부가 배관 내의 피측정 유체에 접하게 된 헤더 (810) 를 구비하고, 히터 (81) 와 적외선 검출 센서 (82, 83) 가 피측정 유체에 접하는 헤더의 박육부에 근접하여 헤더 내에 배치되어 있다. 헤더의 박육부는 배관 내부에 돌출 혹은 관벽과 동일한 높이가 되도록 설치되어 피측정 유체와 접하고 있다. 상류측 적외선 검출 센서 (82), 하류측 적외선 검출 센서 (83) 는 헤더 내부의 베이스 부재 (811) 에 배치되고, 헤더 (810) 의 박육 형상의 유체 접촉부와 일정한 공간을 두도록 되어 있다. 이러한 구조에 의해서도, 상류측 적외선 검출 센서 (82) 와 하류측 적외선 검출 센서 (83) 가 헤더 박육부의 상류측 에너지 방사 영역 (800U) 과 하류측 에너지 방사 영역 (800D) 의 온도를 비접촉으로 측정하고 있다. 본 변형예의 경우, 예를 들어 대구경의 배관에 유량 센서 (8) 를 1 개의 유닛으로 하여 간단하게 부착할 수 있게 된다. 이로써, 관벽의 열 용량이 큰 대구경의 배관이라도, 헤더 (810) 의 열 용량이 작은 박육부에 있어서 상기 기술한 계측을 실시하기 때문에 배관 내를 흐르는 피측정 유체의 유량을 감도 및 응답성 좋게 측정할 수 있다.

계속해서, 본 실시형태의 제 8 변형예에 대하여 설명한다. 이 제 8 변형예에 관련된 유량 센서 (9) 는 도 9 에 나타내는 바와 같이, 히터 (91), 상류측 적외선 검출 센서 (92), 하류측 적외선 검출 센서 (93), 및 배관 (900) 의 피가열 영역, 상류측 열 에너지 방사 영역 (900U) 과 하류측 열 에너지 방사 영역 (900D) 을 진공 또는 감압 상태로 유지하는 캐비티 (911) 를 구비한 하우징 (910) 을 갖고 있다. 이러한 구성에 의해, 이들 구성 요소를 포함하는 측정 영역을 주위 분위기와 격리시킴으로써, 주위 분위기에 의한 대류나 적외선 흡수 등의 외란을 받지 않고 정확한 온도 측정이 가능해진다. 또한, 측정부가 단열되기 때문에 감도 및 응답성이 좋은 유량 측정이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관련된 유량 센서는 통상 실시되는 배관 외주면에 폴리이미드 등의 절연막을 형성하여 선재를 감는 수작업이 불필요하다. 이로써, 배관 외주면에 형성한 절연막의 경시 변화에 의해 생기는 응력 변화나 배관에 가해지는 응력의 영향 등을 권선이 받는 경우가 없고, 장기간에 걸쳐 정확한 유량 측정이 가능해진다. 또한, 종래의 박막 저항체를 배관 외주면에 형성하는 경우와 같이 제조상의 곤란성도 없으며, 박막 저항체 자체가 배관에 가해지는 응력에 의한 변형의 영향을 받는 경우도 없다.

또한, 종래와 같이 배관 외주면에 서미스터를 부착한 경우, 서미스터 자체는 크기가 크고 열 용량이 크기 때문에 가는 배관의 경우에는 유량 측정이 곤란하지만, 본 발명의 유량 센서의 경우에는 이러한 가는 배관이라도 유량 측정이 가능하다.

또한, 박막 저항체 등을 배관 외주면에 부착한 후에, 제조상의 곤란성을 수반하는 관벽면으로부터의 전극 취출을 실시할 필요도 없다.

또한, 관이 수지로 되어 있는 경우에도 유량 측정이 가능해진다.

그리고, 본 발명에 관련된 유량 센서에 의하면, 다양한 관로를 흐르는 피측 정 유체의 유량을 정확하게 측정하는 것이 가능해진다.

또한, 배관에 테플론 (등록 상표) 등을 이용하여 산이나 알칼리 등의 부식성 액체를 흐르게 하는 경우, 배관 내부의 열 에너지 흡수 부재나 에너지 방사 부재에는 금속이 아니라 세라믹, 사파이어 등을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 관련된 유량 센서는 어느 특정 지점의 피측정 유체를 가열하는 가열 수단을 갖고 있으면 되고, 가열 수단은 관로에 대해서 접촉해도 되고 비접촉해도 된다. 비접촉으로 관로를 가열하는 방법으로서는, 배관에 반도체 레이저 등의 레이저광이나 적외선 또는 마이크로파 등을 조사하거나 전자 코일에 의한 전자 유도로 그 금속 배관이나 수지관 내에 설치된 금속판을 가열하는 것이 가능하다. 또한, 레이저광, 적외선 등이 조사되는 배관 벽면 부분, 배관 외벽 혹은 수지관 내에 설치되는 에너지 흡수판의 수광면은 흑색인 것이 바람직하다.

또한, 상기 기술한 유량 센서의 측정부 전체, 특히 에너지 방사 영역이나 에너지 방사 수단 및 비접촉 온도 검출 수단 (적외선 검출 센서) 의 주위는 비접촉 온도 검출 수단 (적외선 검출 센서) 에 의한 온도 측정에 외란을 주지 않도록 주위 온도와 거의 동일한 온도 또는 소정의 균일 온도가 되도록 구성된 부재로 둘러싸여 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 관련된 유량 센서는 상기 기술한 실시형태에 기재한 바와 같이, 피측정 유체의 유량을 측정하는 것에 한정되지 않고, 유속도 측정 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 상기 기술한 실시형태 및 그 각종 변형예에 관련된 유량 센서에 있어 서, 바람직하게는, 히터 (가열 수단) 에 의한 가열을 정지한 상태에서의 적외선 검출 센서 (비접촉 온도 검출 수단) 에 의해 얻어진 출력을 히터에 의한 가열시의 적외선 검출 센서에 의해 얻어진 출력으로부터 뺌으로써 대용 제로점 보정을 실시하는 보정 수단을 추가로 구비하고 있는 것이 좋다.

구체적으로는 가열 수단인 히터를 오프하여 잠시 시간을 둔 후에 상류측과 하류측의 적외선 검출 센서의 출력이 안정된 상태에서의 출력 (대용 제로 출력) 을 통상의 히터를 가열한 상태에서의 적외선 검출 센서로부터 얻을 수 있고, 일시적으로 기억된 출력으로부터 뺌으로써 제로점 보정을 실시한다. 그리고, 소정의 주기로 이 동작을 반복하고, 이 동작으로 얻어진 출력차를 유량 출력으로 한다. 이러한 대용 제로점 보정 수단을 구비함으로써, 제로점 보정을 특별히 실시하기 위해 피측정 유체의 흐름을 멈추어 제로점 (유량 제로일 때의 출력) 교정이 불가능한 경우라도, 이 보정 수단에 의한 대용 제로점 보정에 의해 적외선 검출 센서 등의 비접촉 온도 검출 수단의 경시 변화 등에 의한 제로점의 차이를 보정하여, 검출 정밀도를 유지할 수 있다. 또한, 상기 기술한 대용 제로점 보정에서는, 정확하게는 히터가 온이고 유량 제로일 때의 상류측과 하류측의 적외선 검출 센서가 검출하는 온도 (출력) 와는 상이하기 때문에 완전한 보정은 불가능하지만, 비접촉 온도 검출 수단의 경시 변화 등이 큰 경우에는 큰 효과가 얻어진다.

또한, 초기의 대용 제로 출력 (히터를 오프한 상태에서의 상류측과 하류측의 적외선 검출 센서의 출력) 을 기억해 두고, 사용하고 있는 상태에서 정기적으로 히터를 오프하여 이 대용 제로 출력을 구하고, 초기의 값과 비교함으로써 비접촉 온 도 검출 수단의 경시 변화 등을 체크할 수 있으며, 그 편차량에 기초하여 (연산함으로써) 제로점의 차이를 보정할 수도 있다. 이 방법에 의한 대용 제로점 보정은 예를 들어 1 년에 1 회 또는 몇 차례, 적절하게 실시하면 된다.

Claims

유로를 구성하는 배관 외벽면의 일부 영역을 가열하거나 또는 배관 내부의 특정 영역을 가열하는 가열 수단과,

상기 피가열 영역에 대하여 배관의 상류측 및 하류측의 영역으로서 상기 피가열 영역으로부터의 온도 영향을 열 에너지로서 외부에 방사하는 열 에너지 방사 영역의 온도를 각각 측정하는 온도 검출 수단을 구비하고, 상기 유로를 흐르는 피측정 유체의 유량을 검출하는 유량 센서에 있어서,

상기 온도 검출 수단은 상기 배관의 외벽면 근방에 있어서 당해 외벽면과 비접촉으로 배치된 상류측 비접촉 온도 검출 수단과 하류측 비접촉 온도 검출 수단으로 이루어지고, 각 비접촉 온도 검출 수단이 상기 상류측 열 에너지 방사 영역의 온도와 하류측 열 에너지 방사 영역의 온도를 상기 배관의 외벽면과 비접촉으로 각각 측정 가능하게 되어 있고,

상기 비접촉 온도 검출 수단으로 측정한 상류측 열 에너지 방사 영역의 온도와 하류측 열 에너지 방사 영역의 온도의 온도차 또는 온도차에 기인하여 발생하는 출력으로부터 상기 유로를 흐르는 피측정 유체의 유량을 측정하는 것을 특징하는 유량 센서.
제 1 항에 있어서,

상기 비접촉 온도 검출 수단은 적외선 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하 는 유량 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 피가열 영역으로부터의 전열을 흡수하여 외부로 방사하는 열 에너지 방사 수단이 상기 유로를 형성하는 배관의 벽면 또는 내부로서, 상기 상류측 열 에너지 방사 영역과 하류측 열 에너지 방사 영역에 각각 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 3 항에 있어서,

상기 열 에너지 방사 수단은 상기 유로를 구성하는 배관의 벽면 또는 내부에 배치된 열 전도율이 높은 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비접촉 온도 검출 수단에 의해 온도가 비접촉으로 측정되는 열 에너지 방사 영역의 적어도 일부 또는 열 에너지 방사 수단의 적어도 일부가 흑색인 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가열 수단과 상기 비접촉 온도 검출 수단 사이에는 상기 가열 수단으로부터 방사되는 열 에너지가 상기 비접촉 온도 검출 수단에 직접적으로 전달되는 것 을 저지하는 에너지 차폐 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상류측 비접촉 온도 검출 수단과 하류측 비접촉 온도 검출 수단은 각 온도 검출 수단 자체의 온도를 양자 균일하게 유지하는 공통 부재에 배치되어 있 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가열 수단과 비접촉 온도 검출 수단이 상기 배관의 유로에 일부가 삽입되는 헤더 내에 함께 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 피가열 영역 및 상류측 열 에너지 방사 영역과 하류측 열 에너지 방사 영역을 진공 또는 감압 상태로 유지하는 하우징을 구비한 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상류측 비접촉 온도 검출 수단 및 하류측 비접촉 온도 검출 수단의 온도의 합 또는 평균치가 주위 온도보다 항상 어느 값만큼 높아지도록 가열 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가열 수단에 의한 가열을 정지한 상태에서의 상기 비접촉 온도 검출 수단에 의해 얻어진 출력을 상기 가열 수단에 의한 가열시의 상기 비접촉 온도 검출 수단에 의해 얻어진 출력으로부터 뺌으로써 대용 제로점 보정을 실시하는 보정 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 유량 센서.