KR20210106359A - 유량계 및 유량계의 제조방법 - Google Patents

유량계 및 유량계의 제조방법 Download PDF

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사파스고교 가부시키가이샤
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Abstract

액체가 유입되는 유입구와 액체를 유출시키는 유출구를 갖는 동시에 축선(X)을 따라 연장되는 내부유로가 형성된 도전성을 갖는 측정관과, 축선(X)을 따라 가열용 저항선(12a)과 온도 검출용 저항선(12b)이 검출면(12A)에 형성된 센서기판(12)을 구비하고, 검출면(12A)에는 가열용 저항체(12a) 및 온도 검출용 저항체(12b)를 박막상의 절연재료에 의해 피막한 절연영역(12B)이 형성되어 있고, 절연영역(12B)이 축선(X)을 따라 측정관에 접합되어 있는 열식 유량계를 제공한다.

Description

유량계 및 유량계의 제조방법{FLOW METER AND METHOD OF MANUFACTURING FLOW METER}
본 발명은 유량계 및 유량계의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 유로를 흐르는 액체의 온도를 제어하고, 온도 제어 부분의 상류측 및 하류측의 액체의 온도차에 기초하여 유량을 측정하는 열식 유량계가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.). 특허문헌 1에는 유리기판에 직사각형의 홈을 형성하고, 홈이 형성된 측의 유리기판에 전열 수단과 온도 검출 수단이 형성된 다른 유리기판을 서로 붙이는 것에 의해, 접액부분이 모두 유리로 구성된 유로를 형성한 열식 유량계가 개시되어 있다.
특허문헌 1에 개시된 열식 유량계는 전열수단으로부터 유리기판을 통해서 피측정 액체에 열을 전달하고, 전열수단의 상류측과 하류측에 배치된 온도 검출 수단에 의해 피측정 액체의 온도를 검출하여 피측정 액체의 유량을 구한다.
일본 공개특허공보 2006-10322호
접액부분이 모두 유리로 구성된 유로는 유리의 주성분인 이산화규소와 알카리성 액체가 중화 반응하므로 알카리성 액체에 대한 내부식성이 낮다고 하는 결점이 있다. 따라서, 알카리성 액체의 유량을 계측하기 위해서는 알카리성 액체에 대한 내부식성이 높은 수지재료에 의해 형성된 관 형상의 유로를 이용하는 것이 바람직하다.
그러나, 수지재료는 유리에 비해 열전도율이 낮으므로, 수지재료에 의해 형성된 유로의 두께를 유리로 구성된 유로와 동일한 정도의 두께로 하면, 피측정 액체를 적절히 가열할 수 없게 된다. 이 경우, 온도 검출 수단에 의해 검출되는 피측정체의 온도차가 작아져, 피측정체의 유량을 적절하게 구하지 못할 가능성이 있다.
본 발명은 이와 같은 사정에 비추어 이루어진 것이며, 알카리성 액체에 대한 내부식성을 높이면서 저항체가 검출면에 형성된 온도 검출용 기판을 이용하여 유량을 계측하는 것이 가능한 유량계 및 유량계의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 하기의 수단을 채용하였다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계는 액체가 유입되는 유입구와 상기 유입구로부터 유입된 액체를 유출시키는 유출구를 갖는 동시에 축선을 따라 연장되는 내부유로가 형성된 도전성을 갖는 측정관과, 상기 축선을 따라 가열용 저항체와 온도 검출용 저항체가 검출면에 형성된 온도 검출 기판을 구비하고, 상기 검출면에는 상기 가열용 저항체 및 상기 온도 검출용 저항체를 박막상의 절연재료에 의해 피막한 절연영역이 형성되어 있고, 상기 절연영역이 상기 축선을 따라 상기 측정관에 접합되어 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계에 의하면, 액체를 유통시키는 내부유로가 형성된 측정관이 금속제이므로, 알카리성 액체에 대한 내부식성을 높일 수 있다. 또한, 온도 검출용 기판의 검출면에는 가열용 저항체 및 온도 검출용 저항체를 절연재료에 의해 피막한 절연영역이 형성되고, 절연영역이 측정관에 접착제로 접착되어 있다. 이로 인해, 도전성을 갖는 측정관과, 검출면에 형성된 가열용 저항체 및 온도 검출용 저항체가, 박막상의 절연재료에 의해 전기적으로 차단된다. 따라서, 저항체가 검출면에 형성된 온도 검출용 기판을 이용하여 내부유로를 유통하는 액체의 유량을 계측할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계에 있어서, 상기 검출면은 평탄한 형상으로 형성된 면이며, 상기 측정관의 외주면에는 상기 온도 검출 기판의 상기 검출면이 대향하여 배치되는 평탄면이 형성되어 있고, 상기 평탄면과 상기 절연영역이 접착제에 의해 접착되어 있는 구성이 바람직하다.
본 구성의 유량계에 의하면, 측정관의 외주면에 형성된 평탄면과 평탄한 형상으로 형성된 검출면상의 절연영역이, 접착제에 의해 접착된다. 평탄면끼리가 접착제에 의해 접착되므로, 넓은 접촉영역을 확보하여 접착성을 높이는 동시에 접착에 필요한 접착제의 양을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계에 있어서, 상기 검출면에는 상기 가열용 저항체 및 상기 온도 검출용 저항체와 외부 접속 단자를 전기적으로 접속하기 위한 배선패턴이 형성되어 있고, 상기 절연영역은 상기 배선패턴의 일부를 노출시키도록 형성되어 있는 구성이 바람직하다.
본 구성의 유량계에 의하면, 가열용 저항체 및 온도 검출용 저항체와 외부 접속 단자를 전기적으로 접속하기 위한 배선패턴이 절연영역에서 노출되어 있으므로, 검출면에 절연영역을 형성한 후에, 외부 접속 단자를 용이하게 접합할 수 있다. 또한, 외부 접속 단자를 접합하기 전에, 배선패턴을 통해서 가열용 저항체 및 온도 검출용 저항체의 저항값이 적절한지 여부를 포함하는 온도 검출 기판의 동작 확인을 할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계에 있어서, 상기 온도 검출 기판의 상기 검출면에서 상기 내부유로의 내주면까지의 제1 거리가 상기 측정관의 정부(頂部)에서 상기 내부유로의 내주면까지의 제2 거리보다도 짧은 구성이 바람직하다.
본 구성의 유량계에 의하면, 제1 거리가 제2 거리보다도 짧으므로 이들 거리가 동일한 경우에 비해, 가열용 저항체에 의한 내부유로 내의 액체의 가열 특성과 온도 검출용 저항체에 의한 액체의 온도 검출 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계에 있어서는 상기 온도 검출 기판이 유리제인 구성이 바람직하다.
본 구성의 유량계에 의하면, 가열에 의한 변형이 적은 유리제의 온도 검출 기판을 이용하므로, 측정관에 온도 검출 기판을 접착할 때 또는 사용시에 발생하는 휨을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계에 있어서는 상기 측정관이 유리상 탄소에 의해 형성되어 있는 구성이 바람직하다.
본 구성의 유량계에 의하면, 유리상 탄소가 알카리성 액체에 대한 내부식성을 갖는 부재이므로, 알카리성 액체에 대한 내부식성을 높일 수 있다. 또한, 유리상 탄소의 열전도율이 금속재료의 열전도율에 비해 낮고, 측정관의 축선 방향으로 전달되는 열량이 적으므로, 내부유로를 유통하는 액체를 가열하는데 필요한 전력을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계에 있어서는 상기 가열용 저항체를 가열하기 위한 전압신호를 상기 온도 검출 기판으로 출력하는 제어기판을 구비하고, 상기 제어기판은 상기 가열용 저항체를 가열하는 가열기간과 상기 가열용 저항체를 가열하지 않는 비가열 기간을 주기적으로 반복하도록 상기 가열용 저항체에 상기 전압신호를 출력하고, 상기 가열기간은 상기 비가열 기간보다도 짧은 기간으로 설정되는 구성이 바람직하다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계에 의하면, 가열기간을 비가열 기간보다도 짧은 기간으로 설정하는 것에 의해, 인접하는 2개의 가열기간 사이의 비가열 기간을 충분히 확보하고, 온도 검출용 저항체에 의해 검출되는 액체의 온도차를 충분히 확보할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계의 제조방법은 액체가 유입되는 유입구와 상기 유입구로부터 유입된 액체를 유출시키는 유출구를 갖는 동시에 축선을 따라 연장되는 내부유로가 형성된 도전성을 갖는 측정관과, 상기 축선을 따라 가열용 저항체와 온도 검출용 저항체가 검출면에 형성된 온도 검출 기판을 구비하는 유량계의 제조방법이며, 상기 온도 검출 기판의 상기 검출면에 상기 가열용 저항체와 상기 온도 검출용 저항체를 형성하는 저항체 형성공정과, 상기 검출면의 적어도 일부에, 상기 가열용 저항체 및 상기 온도 검출용 저항체를 박막상의 절연재료에 의해 피막하여 절연영역을 형성하는 절연영역 형성공정과, 상기 축선을 따라 상기 절연영역을 상기 측정관에 접합하는 접합공정을 구비한다.
본 발명의 일 태양에 따른 유량계의 제조방법에 의하면, 액체를 유통시키는 내부유로가 형성된 측정관이 금속제이므로, 알카리성 액체에 대한 내부식성을 높인 유량계를 제조할 수 있다. 또한, 온도 검출용 기판의 검출면의 적어도 일부에, 가열용 저항체 및 온도 검출용 저항체가 절연재료에 의해 피막된 절연영역이 형성되고, 절연영역이 측정관에 접합된다. 이로 인해, 도전성을 갖는 측정관과, 검출면에 형성된 가열용 저항체 및 온도 검출용 저항체가, 박막상의 절연재료에 의해 전기적으로 차단된다. 따라서, 저항체가 검출면에 형성된 온도 검출용 기판을 이용하여 내부유로를 유통하는 액체의 유량을 계측하는 것이 가능한 유량계를 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 알카리성 액체에 대한 내부식성을 높이면서 저항체가 검출면에 형성된 온도 검출용 기판을 이용하여 유량을 계측하는 것이 가능한 유량계 및 유량계의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 열식 유량계의 종단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 열식 유량계의 분해 조립도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 센서부의 종단면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 센서부의 분해 조립도이다.
도 5a는 도 3에 나타낸 측정관 및 센서기판의 평면도이다.
도 5b는 도 3에 나타낸 측정관 및 센서기판의 종단면도이다.
도 5c는 도 3에 나타낸 측정관 및 센서기판의 저면도이다.
도 6은 도 3에 나타낸 센서부의 A-A 화살표 방향 단면도(端面圖)이다.
도 7은 도 5b에 나타낸 측정관 및 센서기판의 B-B 화살표 방향 단면도(端面圖)이다.
도 8은 도 6에 나타낸 측정관 및 센서기판의 C부분의 부분 확대도이다.
도 9는 도 5b에 나타낸 센서기판을 검출면측에서 본 평면도이며, 절연영역을 생략한 상태를 나타낸다.
도 10은 도 5b에 나타낸 센서기판을 검출면측에서 본 평면도이다.
도 11은 변형예에 따른 열식 유량계 종단면도이다.
도 12는 열식 유량계의 제조방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 13a는 제2 실시형태의 측정관 및 센서기판의 종단면도이다.
도 13b는 도 13a에 나타낸 측정관 및 센서기판의 D-D 화살표 방향 단면도(端面圖)이다.
도 13c는 도 13a에 나타낸 측정관 및 센서기판의 E-E 화살표 방향 단면도(端面圖)이다.
도 14a는 제3 실시형태의 측정관 및 센서기판의 종단면도이다.
도 14b는 도 14a에 나타낸 측정관 및 센서기판의 F-F 화살표 방향 단면도(端面圖)이다.
도 14c는 도 14a에 나타낸 측정관 및 센서기판의 G-G 화살표 방향 단면도(端面圖)이다.
〔제1 실시형태〕
이하, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 열식 유량계(100)에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 열식 유량계(100)는 내부유로를 유통하는 액체를 가열하고, 가열된 액체의 온도를 검출함으로써 액체의 유량을 측정하는 열식 유량계이다. 본 실시형태의 열식 유량계(100)는 예를 들면, 0.1cc/min ~ 30cc/min의 미소 유량을 측정하는 것에 적합하다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 열식 유량계(100)는 센서부(10)와, 제어기판(20)과, 중계기판(30)과, 상부 케이스(40)와, 하부 케이스(50)를 구비한다.
센서부(10)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 외부의 배관(미도시)에 접속되는 유입구(10a)로부터 유입되는 액체를 외부의 배관(미도시)에 접속되는 유출구(10b)에서 유출시키는 동시에 내부유로(10c)를 유통하는 액체의 유량을 측정하는 것이다. 센서부(10)는 액체의 유량을 직접적으로 산출하는 것이 아니라, 후술하는 가열용 저항선(12a, 가열용 저항체)에 의해 가열된 액체의 온도를 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e, 온도 검출용 저항체)에 의해 검출하고, 검출한 온도를 나타내는 온도 검출 신호를, 신호선(미도시)을 통해서 제어기판(20)으로 전달한다. 센서부(10)의 상세에 대해서는 후술한다.
제어기판(20)은 센서부(10)의 가열용 저항선(12a)에 전압신호를 전달하여 가열용 저항선(12a)을 가열시키는 동시에, 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)에서 전달되는 온도에 기초하여 액체의 유량을 산출하는 장치이다. 제어기판(20)은 가열용 저항선(12a)을 가열하기 위한 전압신호를, 플렉시블 기판(60, 도 10 참조)을 통해서 센서기판(12)으로 출력한다. 또한, 제어기판(20)은 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)의 저항값을 검출하기 위한 전압신호를, 플렉시블 기판(60)을 통해서 센서기판(12)으로 출력한다.
제어기판(20)은 가열용 저항선(12a)을 가열하는 가열기간과 가열용 저항선(12a)을 가열하지 않는 비가열 기간을 주기적으로 반복하도록 가열용 저항선(12a)에 전압신호를 출력한다. 가열기간이 비가열 기간보다도 짧아지게 설정된다. 즉, 가열기간은 가열기간과 비가열 기간을 합한 1주기에 대하여, 0.5 미만의 비율로 설정된다. 가열기간의 1주기에 대한 비율은 0.4 미만으로 설정할 수도 있다.
중계기판(30)은 제어기판(20)과 외부장치(미도시) 사이에서 각종 신호를 송수신하기 위한 중계를 수행하는 기판이다. 중계기판(30)에는 외부장치(미도시)와의 사이에서 각종 신호를 송수신하기 위한 케이블(200)이 접속되게 되어 있다.
상부 케이스(40)는 열식 유량계(100)의 상부측의 케이스 몸체가 되는 부재이며, 내부에 제어기판(20)을 수용한다.
하부 케이스(50)는 열식 유량계(100)의 하부측의 케이스 몸체가 되는 부재이며, 내부에 센서부(10)를 수용한다. 하부 케이스(50)에 센서부(10)가 삽입된 상태에서, 센서부(10)의 유입구(10a) 측에서 스톱퍼(70)가 하부 케이스(50)와 센서부(10) 사이에 삽입된다.
마찬가지로, 하부 케이스(50)에 센서부(10)가 삽입된 상태에서, 센서부(10)의 유출구(10b) 측에서 스톱퍼(70)가 하부 케이스(50)와 센서부(10) 사이에 삽입된다. 스톱퍼(70)에 의해 센서부(10)가 하부 케이스(50)에 고정된 상태가 된다.
하부 케이스(50)의 저면에는 체결홀(50a)이 형성되어 있고, 설치면 (미도시)의 하방에서 삽입되는 체결볼트(미도시)에 의해 설치면에 고정된다.
다음으로, 도 3~도 9를 참조하여 센서부(10)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 센서부(10)는 측정관(11)과, 센서기판(12, 온도 검출 기판)과, 너트(15)와, 유입측 바디(16)와, 유출측 바디(17)와, 유입측 페룰(18)과, 유출측 페룰(19)을 포함한다.
측정관(11)은 액체가 유입되는 유입구(11a)와 유입구(11a)로부터 유입된 액체를 유출시키는 유출구(11b)를 갖는 관이다. 도 6(도 3의 A-A 화살표 방향 단면도(斷面圖))에 나타낸 바와 같이, 측정관(11)에는 축선(X)을 따라 연장되는 단면으로 보았을 때 원형인 내부유로(10c)가 형성되어 있다. 측정관(11)은 알카리성 액체에 대한 내부식성을 갖는 금속재료(예를 들면, SUS304, 316 등의 스테인리스 재료, 하스텔로이(등록상표) 등의 니켈 합금)에 의해 형성되어 있다.
또한, 측정관(11)은 알카리성 액체에 대한 내부식성을 가지면서 도전성을 갖는 도전성의 관체로 할 수 있다. 이러한 관체로는 예를 들면, 유리상 탄소(유리상 탄소)제의 관체를 이용할 수 있다.
도 9는 도 5b에 나타낸 센서기판(12)을 검출면(12A) 측에서 본 평면도이며, 절연영역(12B)를 생략한 상태를 나타낸다. 도 10은 도 5b에 나타낸 센서기판(12)을 검출면(12A) 측에서 본 평면도이다.
센서기판(12)은 도 9에 나타낸 바와 같이, 축선(X)을 따라 온도 검출용 저항선(온도 검출용 저항체, 12e)과, 온도 검출용 저항선(온도 검출용 저항체, 12c)과, 가열용 저항선(가열용 저항체, 12a)과, 온도 검출용 저항선(온도 검출용 저항체, 12b)과, 온도 검출용 저항선(온도 검출용 저항체, 12d)이, 검출면(12A)에 형성된 유리제(예를 들면, 이산화규소의 함유율이 높은 석영 유리제)의 기판이다.
검출면(12A)은 축선(X)을 따라 연장되는 동시에 평탄한 형상으로 형성된 면이다. 가열용 저항선(12a)과, 온도 검출용 저항선(12b)과, 온도 검출용 저항선(12c)은 각각 백금 등의 금속막을 유리제의 기판 상에 증착시켜 형성된다.
측정관(11)을 유통하는 액체는 도 9 및 도 10의 왼쪽에서 오른쪽을 향한 유통방향(FD)을 따라 축선(X)을 따라 흐른다. 이로 인해, 가열용 저항선(12a)을 순간적으로 가열하면, 가열된 액체가 축선(X)을 따라 흘러서 온도 검출용 저항선(12b)의 위치에 도달하고, 그 후에 온도 검출용 저항선(12d)의 위치에 도달한다. 제어기판(20)은 온도에 의해 변화하는 온도 검출용 저항선(12b) 및 온도 검출용 저항선(12d)의 전기 저항값을 검출하는 것에 의해 온도 검출용 저항선(12b) 및 온도 검출용 저항선(12d)의 온도를 측정한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 센서기판(12)의 축선(X) 방향의 중심위치는 측정관(11)의 유입구(11a)와 유출구(11b)의 쌍방으로부터 등거리가 되는 중간 위치보다도 유출구(11b) 측에 배치되어 있다. 또한, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 센서기판(12)에 있어서 가열용 저항선(12a)이 배치되는 위치는 센서기판(12)의 유입구(11a) 측의 단부와 유출구(11b) 측의 단부 쌍방으로부터 등거리가 되는 중간 위치보다도 유출구(11b) 측에 배치되어 있다.
측정관(11)의 유입구(11a)로부터 가열용 저항선(12a)까지의 축선(X) 상의 거리는 측정관(11)의 유출구(11b)로부터 가열용 저항선(12a)까지의 축선(X) 상의 거리보다도 길다. 이와 같이 함으로써, 측정관(11)의 유입구(11a)로부터 가열용 저항선(12a)에 이르기까지의 거리를 길게 확보하고, 측정관(11)의 유입구(11a)로 유입된 액체의 난류 등이 충분히 감소하고 나서 액체를 가열할 수 있다.
제어기판(20)은 가열용 저항선(12a)을 순간적으로 가열한 타이밍과, 그 후에 온도 검출용 저항선(12b)과 온도 검출용 저항선(12d)이 가열된 액체의 온도를 검출하는 타이밍으로부터, 측정관(11)을 유통하는 액체의 유통 속도를 산출할 수 있다. 또한, 제어기판(20)은 산출한 유통 속도와 측정관(11)의 단면적으로부터 액체의 유량을 산출할 수 있다.
가열용 저항선(12a)을 순간적으로 가열하면, 가열용 저항선(12a)으로부터 검출면(12A)에 전달된 열이 축선(X)을 따라 액체의 유통방향(FD)의 역방향에 전달되어, 온도 검출용 저항선(12c)의 위치에 도달하고, 그 후에 온도 검출용 저항선(12e)의 위치에 도달한다. 제어기판(20)은 온도에 의해 변화되는 온도 검출용 저항선(12c) 및 온도 검출용 저항선(12e)의 전기 저항값을 검출하는 것에 의해 온도 검출용 저항선(12c) 및 온도 검출용 저항선(12e)의 온도를 측정한다.
제어기판(20)은 온도 검출용 저항선(12c)의 온도를, 온도 검출용 저항선(12b)의 온도에서 감산한다. 가열용 저항선(12a)의 유통방향(FD)의 상류 측의 온도 검출용 저항선(12c)이 검출하는 온도는 가열용 저항선(12a)이 측정관(11)에 전달한 열 중 액체에 전달되지 않고 측정관(11)을 통해서 온도 검출용 저항선(12c)으로 전달된 열에 상당한다. 가열용 저항선(12a)에 대하여, 온도 검출용 저항선(12b)과 온도 검출용 저항선(12c)은 등거리로 배치되어 있다.
이로 인해, 온도 검출용 저항선(12b)의 온도로부터 온도 검출용 저항선(12c)의 온도를 감산하는 것에 의해, 온도 검출용 저항선(12b)의 위치를 통과하는 액체의 온도를 측정할 수 있다. 마찬가지로, 제어기판(20)은 온도 검출용 저항선(12e)의 온도를, 온도 검출용 저항선(12d)의 온도로부터 감산하는 것에 의해 온도 검출용 저항선(12d)의 위치를 통과하는 액체의 온도를 측정할 수 있다.
도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 검출면(12A)에는 가열용 저항선(12a)의 일단에 접속되는 배선패턴(12f)과, 가열용 저항선(12a)의 타단에 접속되는 배선패턴(12g)이 형성되어 있다. 또한, 검출면(12A)에는 온도 검출용 저항선(12b)의 일단에 접속되는 배선패턴(12h)과, 온도 검출용 저항선(12b)의 타단에 접속되는 배선패턴(12i)과, 온도 검출용 저항선(12d)의 일단에 접속되는 배선패턴(12j)이 형성되어 있다. 온도 검출용 저항선(12d)의 타단은 배선패턴(12i)에 접속되어 있다.
또한, 검출면(12A)에는 온도 검출용 저항선(12c)의 일단에 접속되는 배선패턴(12k)과, 온도 검출용 저항선(12c)의 타단에 접속되는 배선패턴(12l)과, 온도 검출용 저항선(12e)의 일단에 접속되는 배선패턴(12m)이 형성되어 있다. 온도 검출용 저항선(12e)의 타단은 배선패턴(12l)에 접속되어 있다. 배선패턴(12f, 12g, 12h, 12i, 12j, 12k, 12l, 12m)은 각각 백금 등의 금속막을 유리제의 기판상에 증착시켜 형성된다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 배선패턴(12f, 12g, 12h, 12i, 12j, 12k, 12l, 12m)의 단부는 각각 필름상 수지에 의해 형성되는 플렉시블 기판(외부 접속 단자, 60)에 배치되는 금속제의 배선패턴(60f, 60g, 60h, 60i, 60j, 60k, 60l, 60m)에 접합되어 있다. 플렉시블 기판(60)의 배선패턴(60f, 60g, 60h, 60i, 60j, 60k, 60l, 60m)은 각각 제어기판(20)에 전기적으로 접속되어 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 검출면(12A)에는 가열용 저항선(12a) 및 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)을 박막상의 절연재료에 의해 피막한 절연영역(절연층, 12B)이 형성되어 있다. 절연영역(12B)은 예를 들면, 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 질화막(SiN, SiON 등)을 증착시키는 것에 의해 형성된다. 또한, 절연영역(12B)으로서 수지 필름을 검출면(12A)에 접합할 수도 있다. 또한, 절연영역(12B)으로서 절연성을 갖는 도료를 도포할 수도 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 절연영역(12B)은 센서기판(12)의 검출면(12A)에 형성된 가열용 저항선(12a)을 덮도록 가열용 저항선(12a)의 상방에 접촉한 상태에서 일정한 두께(T)를 갖는 절연층으로 형성된다. 절연영역(12B)은 접착제(80)에 의해 형성되는 접착층을 통하여 측정관(11)의 평탄면(11c)에 접착되어 있다. 도 8은 가열용 저항선(12a)의 상방에 절연영역(12B)을 형성한 예를 제시하나, 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)의 상방에도 절연영역(12B)이 형성된다. 절연영역(12B)은 예를 들면, 0.1㎛ 이상이면서 10㎛ 이하의 범위의 두께(T)로 형성된다.
접착제(80)로는 예를 들면, 에폭시 수지계 접착제, 자외선 경화성 수지계 접착제, 열경화성 수지 접착제, 저융점 유리 등을 이용할 수 있다. 접착제(80)는 절연성을 갖는 절연재료이므로, 금속재료에 의해 형성되는 측정관(11)과 가열용 저항선(12a), 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)의 도통을 방해하는 기능을 가진다.
단, 접착제(80)만으로는 센서기판(12)과 측정관(11)을 접합할 때에 이들 간에 걸리는 압력 등에 의해 각 위치에 형성되는 접착층(절연층)의 두께가 균일하게 되지는 않고, 장소에 따라서는 접착층이 형성되지 않을 가능성이 있다. 이로 인해, 측정관(11)과 가열용 저항선(12a), 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)의 도통을 방해하는 기능은 주로 절연영역(12B)이 담당하고, 접착제(80)는 절연영역(12B)에 의한 절연성을 더욱 높이는 것이다.
도 6(도 3의 A-A 화살표 방향 단면도(斷面圖))에 나타낸 바와 같이, 측정관(11)은 센서기판(12)이 접착되는 위치에 있어서, 축선(X)에 직교하는 평면에 따른 단면의 상방측이 대략 원형으로 되어 있다. 측정관(11)의 외주면 중 센서기판(12)의 검출면(12A)이 대향하여 배치되는 면은 평탄한 평탄면(11c)으로 되어 있다. 한편, 도 7(도 5b의 B-B 화살표 방향 단면도(斷面圖))에 나타낸 바와 같이, 측정관(11)은 센서기판(12)이 접착되지 않는 위치에 있어서, 축선(X)에 직교하는 평면에 따른 단면이 원형으로 되어 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 측정관(11)의 평탄면(11c)은 센서기판(12)의 검출면(12A)과 대향하게 배치되어 있다. 절연영역(12B)은 축선(X)을 따라, 측정관(11)의 평탄면(11c)에 접착제(80, 도 8 참조)에 의해 접착되어 있다. 절연영역(12B)은 배선패턴(60f, 60g, 60h, 60i, 60j, 60k, 60l, 60m)의 일부를 노출시키도록 형성되어 있다.
도 5b 및 도 5c에 나타낸 바와 같이, 센서기판(12)의 유입구(11a) 측의 단부와 평탄면(11c)의 유입구(11a) 측의 단부가 접착제(81)에 의해 접합되고, 센서기판(12)의 유출구(11b) 측의 단부와 평탄면(11c)의 유출구(11b) 측의 단부가 접착제(82)에 의해 접합되어 있다. 접착제(81) 및 접착제(82)로는 예를 들면, 에폭시 수지계 접착제를 이용할 수 있다.
평탄면(11c)의 유입구(11a) 측의 단부 및 평탄면(11c)의 유출구(11b) 측의 단부는 측정관(11)의 외경이 변화되는 장소이므로, 측정관(11)에 작용하는 응력이 집중하여 균열이 생길 가능성이 높은 개소이다. 평탄면(11c)의 유입구(11a) 측의 단부를 접착제(81)로 보강함으로써 측정관(11)에 균열이 생기는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 평탄면(11c)의 유출구(11b) 측의 단부를 접착제(82)로 보강함으로써 측정관(11)에 균열이 생기는 것을 방지할 수 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 센서기판(12)의 검출면(12A)으로부터 내부유로(10c)의 내주면(10d)까지의 거리(D1, 제1 거리)는 측정관(11)의 정부(11d)로부터 내부유로(10c)의 내주면(10d)까지의 거리(D2, 제2 거리)보다도 짧게 되어 있다. 이것은 센서기판(12)의 검출면(12A)으로부터 내부유로(10c)의 내주면(10d)까지의 거리(D1)을 거리(D2)보다도 짧게 하여 가열용 저항선(12a)으로부터 액체로의 열전도성을 향상시키는 동시에 온도 검출용 저항선(12b) 및 온도 검출용 저항선(12d)에 의한 온도 검출 특성을 향상시키기 위함이다. 거리(D1)는 0.2mm 이하로 하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 0.1mm이다.
유입측 바디(16)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 측정관(11)의 유입구(11a)가 삽입되는 동시에 단면으로 보았을 때 원형의 접속유로(16a, 제1 접속유로)가 내부에 형성된 부재이다. 유입측 바디(16)의 유출구(10b) 측 단부의 외주면에는 수나사(16b)가 형성되어 있다.
유출측 바디(17)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 측정관(11)의 유출구(11b)가 삽입되는 동시에 단면으로 보았을 때 원형의 접속유로(17a, 제2 접속유로)가 내부에 형성된 부재이다. 유출측 바디(17)의 유입구(10a) 측의 단부 외주면에는 수나사(17b)가 형성되어 있다. 유입측 바디(16) 및 유출측 바디(17)는 내부식성이 높은 수지재료(예를 들면, PTFE:폴리테트라플루오르에틸렌)에 의해 형성되어 있다.
너트(15)는 유입측 바디(16)에 장착되는 유입측 너트(15a)와 유출측 바디(17)에 장착되는 유출측 너트(15b)로 이루어진다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 유입측 너트(15a)는 측정관(11)의 외주면을 따라 유입측 바디(16)보다도 유출구(11b) 측에 삽입되는 원통 형상의 부재이다.
유입측 너트(15a)의 유입구(10a) 측의 단부 내주면에는 암나사(15g)가 형성되어 있다. 또한, 유출측 너트(15b)는 측정관(11)의 외주면을 따라 유출측 바디(17)보다도 유입구(11a) 측에 삽입되는 원통 형상의 부재이다. 유출측 너트(15b)의 유출구(10b) 측의 단부의 내주면에는 암나사(15h)가 형성되어 있다.
유입측 너트(15a)의 암나사(15g)와 유입측 바디(16)의 수나사(16b)가 체결되는 것에 의해, 유입측 너트(15a)가 유입측 바디(16)에 장착된다. 마찬가지로, 유출측 너트(15b)의 암나사(15h)와 유출측 바디(17)의 수나사(17b)가 체결되는 것에 의해 유출측 너트(15b)가 유출측 바디(17)에 장착된다.
유입측 너트(15a)의 유출구(10b)측의 단부에는 유입구(10a)를 향해서 움푹 패인 요부(15e, 제1 요부)가 형성되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 요부(15e)에는 접착제(81)를 포함하는 센서기판(12)의 유입구(11a) 측의 단부가 삽입되어 있다. 요부(15e)에는 충전재(15i)가 충전되어 있다. 충전재(15i)에 의해 센서기판(12)의 유입구(11a) 측의 단부가 유입측 너트(15a)에 고정되어 있다.
유출측 너트(15b)의 유입구(10a) 측의 단부에는 유출구(10b)를 향해서 움푹 패인 요부(15f, 제2 요부)가 형성되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 요부(15f) 에는 접착제(82)를 포함하는 센서기판(12)의 유출구(11b) 측의 단부가 삽입되어 있다. 또한, 요부(15f)에는 충전재(15j)가 충전되어 있다. 충전재(15j)에 의해, 센서기판(12)의 유출구(11b) 측의 단부가 유출측 너트(15b)에 고정되어 있다.
한편, 이상에 있어서는 충전재를 너트(15)의 요부(15e) 및 요부(15f)에만 충전하는 것으로 하였으나, 다른 태양일 수도 있다. 예를 들면, 도 11에 나타낸 변형예에 따른 열식 유량계(100A)와 같이, 요부(15e) 및 요부(15f) 를 포함하는 하부 케이스(50)의 내부공간(S1)의 전체를 채우도록 충전재(15k)를 충전하도록 할 수도 있다. 이 경우, 센서기판(12)의 전체가 충전재(15k)로 고정됨과 함께, 충전재(15k)에 의해 유입측 너트(15a)와 유출측 너트(15b)가 고정된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 유입측 페룰(18)은 측정관(11)의 외주면과 유입측 바디(16)의 유출구(10b) 측의 단부의 내주면 사이에 삽입되는 원통 형상으로 형성된 수지제(예를 들면, PTFE)의 부재이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 유입측 페룰(18)의 유입구(10a) 측의 단부에는 유입구(10a)를 향해 서서히 내주면과 외주면의 거리가 짧아지는 선단부(18a)가 형성되어 있다. 선단부(18a)는 유입측 바디(16)에 삽입되면, 유입측 바디(16)의 내부에 형성된 홈부(16c)에 삽입된다.
유출측 페룰(19)은 측정관(11)의 외주면과 유출측 바디(17)의 유입구(10a) 측의 단부 내주면 사이에 삽입되는 원통 형상으로 형성된 수지제(예를 들면, PTFE)의 부재이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 유출측 페룰(19)의 유출구(10b) 측의 단부에는 유출구(10b)를 향해 서서히 내주면과 외주면의 거리가 짧아지는 선단부(19a)가 형성되어 있다. 선단부(19a)는 유출측 바디(17)에 삽입되면, 유출측 바디(17)의 내부에 형성된 홈부(17c)에 삽입된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 유입측 바디(16)의 홈부(16c)와 유출측 바디(17)의 홈부(17c)는 홈의 입구에서 저부를 향해서 서서히 홈 폭이 좁아지는 형상으로 되어 있다. 홈부(16c)와 선단부(18a)의 축선(X) 방향의 길이는 동일하나, 선단부(18a)보다도 홈부(16c) 쪽이 보다 예리한 형상으로 되어 있다. 따라서, 홈부(16c)에 선단부(18a)를 틈 없이 수용하기 위해서는 선단부(18a)를 홈부(16c)의 형상에 맞추어 변형시킬 필요가 있다.
마찬가지로, 홈부(17c)와 선단부(19a)의 축선(X) 방향의 길이는 동일하나, 선단부(19a)보다도 홈부(17c) 쪽이 보다 예리한 형상으로 되어 있다. 따라서, 홈부(17c)에 선단부(19a)를 틈 없이 수용하기 위해서는 선단부(19a)를 홈부(17c)의 형상에 맞추어 변형시킬 필요가 있다.
본 실시형태의 열식 유량계(100)의 센서부(10)는 유입측 바디(16)의 유출구(10b) 측의 단부에 측정관(11)의 유입구(11a)와 유입측 페룰(18)을 삽입한 상태에서 유입측 너트(15a)의 암나사(15g)를 유입측 바디(16)의 수나사(16b)에 체결하고, 유출측 바디(17)의 유입구(10a) 측의 단부에 측정관(11)의 유출구(11b)와 유출측 페룰(19)을 삽입한 상태에서 유출측 너트(15b)의 암나사(15h)를 유출측 바디(17)의 수나사(17b)에 체결하는 것에 의해 조립된다.
유입측 페룰(18)의 선단부(18a)는 유입측 너트(15a)의 암나사(15g)를 유입측 바디(16)의 수나사(16b)에 체결함에 따라, 유입측 바디(16)의 홈부(16c)에 밀려들어간다. 선단부(18a)보다도 홈부(16c) 쪽이 보다 예리한 형상으로 되어 있으므로, 선단부(18a)는 홈부(16c)에 밀려들어감에 따라 점차 변형되고, 최종적으로는 홈부(16c)에 틈 없이 수용되도록 변형된다.
선단부(18a)가 변형되어 측정관(11)의 외주면과 유입측 바디(16)의 내주면 사이에 씰 영역을 형성하는 것에 의해, 접속유로(16a)와 내부유로(10c)의 접속 위치에서 유출되는 액체가 외부로 새지 않도록 확실히 차단할 수 있다. 또한, 유입측 페룰(18)의 선단부(18a)가 접속유로(16a)와 내부유로(10c)의 접속 위치의 근방에 위치하고 있으므로, 접속 위치에서 유출되어 체류하는 액체의 양(데드볼륨)을 적게 할 수 있다.
유입측 너트(15a)의 유입구(10a) 측의 선단이 유입측 바디(16)의 돌기부(16d)와 접촉하는 것에 의해, 유입측 너트(15a)의 암나사(15g)와 유입측 바디(16)의 수나사(16b)의 체결이 완료된다. 돌기부(16d)의 위치를 적절하게 배치하는 것에 의해, 홈부(16c)에 밀려들어가는 선단부(18a)의 변형량을 적절하게 유지할 수 있다.
유출측 페룰(19)의 선단부(19a)는 유출측 너트(15b)의 암나사(15h)를 유출측 바디(17)의 수나사(17b)에 체결함에 따라, 유출측 바디(17)의 홈부(17c)에 밀려들어간다. 선단부(19a)보다도 홈부(17c) 쪽이 보다 예리한 형상으로 되어 있으므로, 선단부(19a)는 홈부(17c)에 밀려들어감에 따라 서서히 변형되고, 최종적으로는 홈부(17c)에 틈 없이 수용되도록 변형된다.
선단부(19a)가 변형되어 측정관(11)의 외주면과 유출측 바디(17)의 내주면 사이에 씰 영역을 형성하는 것에 의해, 접속유로(17a, 제2 접속유로)와 내부유로(10c)의 접속 위치에서 유출되는 액체가 외부로 새지 않도록 확실히 차단할 수 있다. 또한, 유출측 페룰(19)의 선단부(19a)가 접속유로(17a)와 내부유로(10c)의 접속 위치의 근방에 위치하고 있으므로, 접속 위치에서 유출되어 체류하는 액체의 양(데드볼륨)을 적게 할 수 있다.
유출측 너트(15b)의 유출구(10b) 측의 선단이 유출측 바디(17)의 돌기부(17d)와 접촉하는 것에 의해, 유출측 너트(15b)의 암나사(15h)와 유출측 바디(17)의 수나사(17b)의 체결이 완료된다. 돌기부(17d)의 위치를 적절하게 배치하는 것에 의해, 홈부(17c)에 밀려들어가는 선단부(19a)의 변형량을 적절하게 유지할 수 있다.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 측정관(11)의 유입구(11a)로부터 센서기판(12)의 축선(X) 방향의 가열용 저항선(12a)이 배치되는 위치까지의 거리(L1)는 측정관(11)의 유출구(11b)로부터 센서기판(12)의 축선(X) 방향의 가열용 저항선(12a)이 배치되는 위치까지의 거리(L2)보다도 길게 되어 있다. 이와 같이 되어 있는 것은 접속유로(16a)와 측정관(11)의 유입구(11a)의 접속 위치에서 가열용 저항선(12a)까지의 거리(L1)를 길게 확보하기 위함이다. 거리(L1)를 길게 확보하는 것에 의해, 접속유로(16a)와 측정관(11)의 유입구(11a)에서 액체의 흐름에 혼란이 생기더라도, 센서기판(12)의 가열용 저항선(12a)이 배치되는 위치에 도달할 때까지 액체의 흐름을 안정시킬 수 있다.
다음으로, 본 실시형태의 열식 유량계(100)의 제조방법에 대해서 설명한다. 도 12는 열식 유량계(100)의 제조방법을 나타낸 플로우차트이다.
스텝 S101에 있어서, 센서기판(12)의 검출면(12A)에 백금 등의 금속막을 증착시키는 것에 의해, 가열용 저항선(12a)과 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)을 형성한다(저항체 형성공정).
스텝 S102에 있어서, 검출면(12A)에, 가열용 저항선(12a) 및 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)을 박막상의 절연재료에 의해 피막하여 절연영역(12B)를 형성한다(절연영역 형성공정).
스텝 S103에 있어서, 센서기판(12)의 절연영역(12B)과 측정관(11)의 평탄면(11c) 중 어느 하나 혹은 쌍방에 접착제를 도포하고, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 검출면(12A)과 평탄면(11c)이 접착제를 통해서 접하도록 배치한다(접착공정;접합공정).
스텝 S104에 있어서, 센서기판(12) 및 측정관(11)을 지그(미도시)에 장착하여 접착제를 고화시킨다. 예를 들면, 접착제로서 자외선 경화성 수지계 접착제를 이용할 경우에는 자외선을 조사하여 접착제를 경화시킨다(경화공정). 접착제가 경화하는 것에 의해, 센서기판(12)이 측정관(11)에 고정된 상태가 된다.
스텝 S105에 있어서, 센서기판(12)의 유입구(11a) 측의 단부와 평탄면(11c)의 유입구(11a) 측의 단부를 접착제(81)에 의해 접합하고, 센서기판(12)의 유출구(11b) 측의 단부와 평탄면(11c)의 유출구(11b) 측의 단부를 접착제(82)에 의해 접합한다(보강공정). 이 공정에 의해, 측정관(11)의 평탄면(11c)의 유입구(11a) 측의 단부와, 측정관(11)의 평탄면(11c)의 유출구(11b) 측의 단부가 보강된다.
스텝 S106에 있어서, 측정관(11)의 유입구(11a)를, 유입측 너트(15a), 유입측 페룰(18), 유입측 바디(16)의 순서대로 삽입한다. 또한, 측정관(11)의 유출구(11b)를, 유출측 너트(15b), 유출측 페룰(19), 유출측 바디(17)의 순서대로 삽입한다(삽입공정).
스텝 S107에 있어서, 유입측 너트(15a)의 암나사(15g)를 유입측 바디(16)의 수나사(16b)에 삽입하고, 유입측 너트(15a)의 유입구(10a) 측의 단부가 돌기부(16d)에 접촉할 때까지 체결시킨다. 또한, 유출측 너트(15b)의 암나사(15h)를 유출측 바디(17)의 수나사(17b)에 삽입하고, 유출측 너트(15b)의 유출구(10b) 측의 단부가 돌기부(17d)에 접촉할 때까지 체결시킨다. 이 때, 유입측 페룰(18)의 선단부(18a)와 유출측 페룰(19)의 선단부(19a)가 각각 변형되어 씰 영역이 형성된다 (씰공정).
스텝 S108에 있어서, 유입측 너트(15a)의 유출구(10b) 측의 단부에 마련된 요부(15e)에 충전재(15i)를 충전하고, 충전재(15i)를 경화시킨다. 마찬가지로, 유출측 너트(15b)의 유입구(10a) 측의 단부에 마련된 요부(15f)에 충전재(15j)를 충전하고, 충전재(15j)를 경화시킨다(충전공정). 이와 같이 하여 도 3에 나타낸 센서부(10)가 제조된다.
스텝 S109에 있어서, 센서부(10)를 하부 케이스(50)에 삽입하고, 스톱퍼(70)를 하부 케이스(50)와 센서부(10) 사이에 삽입한다. 이것에 의해, 센서부(10)가 하부 케이스(50)에 고정된다. 제어기판(20)과 중계기판(30)을 상부 케이스(40)에 장착한다. 상부 케이스(40)를 하부 케이스(50)에 장착한다(장착공정). 또한, 센서기판(12)의 배선패턴(12f~12m)과, 제어기판(20)의 배선패턴(미도시)을, 플렉시블 기판(60)을 통해서 전기적으로 접속한다. 이상의 공정에 의해 본 실시형태의 열식 유량계(100)가 제조된다.
이상 설명한 본 실시형태의 열식 유량계(100)가 나타내는 작용 및 효과에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 열식 유량계(100)에 의하면, 액체를 유통시키는 내부유로(10c)가 형성된 측정관(11)이 금속제 등의 알카리성 액체에 대한 내부식성을 갖는 도전성의 관체이므로, 알카리성 액체에 대한 내부식성을 높일 수 있다. 또한, 센서기판(12)의 검출면(12A)에는 가열용 저항선(12a) 및 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)을 절연재료에 의해 피막한 절연영역(12B)이 형성되고, 절연영역(12B)이 측정관(11)에 접착제로 접착되어 있다. 이로 인해, 도전성을 갖는 측정관(11)과, 검출면(12A)에 형성된 가열용 저항선(12a) 및 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)이, 박막상의 절연재료에 의해 전기적으로 차단된다. 따라서, 저항체가 검출면(12A)에 형성된 센서기판(12)을 이용하여 내부유로(10c)를 유통하는 액체의 유량을 계측할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 열식 유량계(100)에 의하면, 측정관(11)의 외주면에 형성된 평탄면(11c)과 평탄한 형상으로 형성된 검출면(12A) 상의 절연영역(12B)이 접착제(80)에 의해 접착된다. 평탄면끼리가 접착제(80)에 의해 접착되므로, 넓은 접촉영역을 확보하여 접착성을 높이는 동시에 접착에 필요한 접착제의 양을 저감할 수 있다.
본 실시형태의 열식 유량계(100)에 의하면, 가열용 저항선(12a) 및 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)과 플렉시블 기판(60)을 전기적으로 접속하기 위한 배선패턴(12f, 12g, 12h, 12i, 12j, 12k, 12l, 12m)이 절연영역(12B)에서 노출되어 있다. 이로 인해, 검출면(12A)에 절연영역(12B)을 형성한 후에, 플렉시블 기판(60)을 용이하게 접합할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 열식 유량계(100)에 의하면, 센서기판(12)의 검출면(12A)으로부터 내부유로(10c)의 내주면(10d)까지의 거리(D1)가, 측정관(11)의 정부(11d)로부터 내주면(10d)까지의 거리(D2)보다도 짧다. 이로 인해, 이들 거리가 동일한 경우에 비해 가열용 저항선(12a)에 의한 내부유로(10c) 내의 액체의 가열 특성과 온도 검출용 저항선(12b, 12c, 12d, 12e)에 의한 액체의 온도 검출 특성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태의 열식 유량계(100)에 의하면, 가열에 의한 변형이 적은 유리제의 센서기판(12)을 이용하므로, 측정관(11)에 센서기판(12)을 접착할 때 또는 사용시에 생기는 휨을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 열식 유량계(100)에 의하면, 측정관(11)을 유리상 탄소로 형성할 경우, 유리상 탄소가 알카리성 액체에 대한 내부식성을 갖는 부재이므로, 알카리성 액체에 대한 내부식성을 높일 수 있다. 또한, 유리상 탄소의 열전도율이 금속재료의 열전도율에 비해 낮고, 측정관(11)의 축선(X) 방향으로 전달되는 열량이 적기 때문에, 내부유로(10c)를 유통하는 액체를 가열하는데 필요한 전력을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 열식 유량계(100)에 의하면, 제어기판(20)에서 가열용 저항선(12a)으로 출력되는 전압신호의 가열기간을 비가열 기간보다도 짧은 기간으로 설정하는 것에 의해, 인접하는 2개의 가열기간 사이의 비가열 기간을 충분히 확보하고, 온도 검출용 저항선(12b)에 의해 검출되는 액체의 온도차를 충분히 확보할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 열식 유량계(100)에 의하면, 측정관(11)의 유입구(11a)가 유입측 바디(16)에 삽입되어 유입측 바디(16)의 내부에 형성된 접속유로(16a)에 접속된다. 마찬가지로, 측정관(11)의 유출구(11b)가 유출측 바디(17)에 삽입되어 유출측 바디(17)의 내부에 형성된 접속유로(17a)에 접속된다.
유입측 바디(16)의 외주면에 형성된 수나사(16b)와 유입측 너트(15a)의 내주면에 형성된 암나사(15g)를 체결시키면, 측정관(11)의 외주면에 삽입되는 원통 형상의 유입측 페룰(18)이 변형되어 씰 영역이 형성된다. 마찬가지로, 유출측 바디(17)의 외주면에 형성된 수나사(17b)와 유출측 너트(15b)의 내주면에 형성된 암나사(15h)를 체결시키면, 측정관(11)의 외주면에 삽입되는 원통 형상의 유출측 페룰(19)이 변형되어 씰 영역이 형성된다.
이와 같이 측정관(11)의 유입구(11a) 측에 씰 영역이 형성되는 것에 의해, 측정관(11)의 내부유로(10c)와 유입측 바디(16)의 접속유로(16a)의 접속 위치에 있어서의 액체의 유출이 방지된다. 마찬가지로, 측정관(11)의 유출구 측에 씰 영역이 형성되는 것에 의해, 측정관(11)의 내부유로(10c)와 유출측 바디(17)의 접속유로(17a)의 접속 위치에 있어서의 액체의 유출이 방지된다.
또한, 본 실시형태의 열식 유량계(100)에 의하면, 센서기판(12)의 유입구(11a) 측의 단부가 충전재(15i)에 의해 유입측 너트(15a)에 마련되는 요부(15e)에 고정되고, 센서기판(12)의 유출구(11b) 측의 단부가 충전재(15j)에 의해 유출측 너트(15b)에 마련되는 요부(15f)에 고정된다. 이것에 의해, 측정관(11)을 유입측 너트(15a) 및 유출측 너트(15b)의 각각에 고정하는 동시에, 센서기판(12)을 측정관(11)에 대하여 확실하게 고정할 수 있다.
〔제2 실시형태〕
다음으로, 본 발명의 제2 실시형태의 열식 유량계(100)에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.
제2 실시형태는 제1 실시형태의 변형예이며, 이하에서 특별히 설명하는 경우를 제외하고, 제1 실시형태와 동일한 것으로 한다.
제1 실시형태의 센서부(10)가 갖는 측정관(11)은 센서기판(12)이 접착되는 위치에 있어서, 축선(X)에 직교하는 평면에 따른 단면의 상방측이 대략 원형이며, 센서기판(12)의 검출면(12A)이 대향하여 배치되는 면이 평탄한 평탄면(11c)으로 되어 있는 것이었다. 그에 반해, 본 실시형태 센서부(10A)가 갖는 측정관(11A)은 센서기판(12)이 접착되는 위치에 있어서, 장축이 검출면(12A)을 따라 연장되는 대략 타원형으로 되어 있다.
도 13a에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 측정관(11A)은 검출면(12A)에 직교하는 방향의 내경 및 외경이, 유입구(11a) 측 및 유출구(11b) 측에서 크고, 유입구(11a)와 유출구(11b) 사이의 중앙부분에서 작은 형상으로 되어 있다. 도 13b에 나타낸 바와 같이, 측정관(11A)은 축선(X)에 직교하는 단면에 있어서의 형상이, 장축이 검출면(12A)을 따라 연장되는 대략 타원형으로 되어 있다.
본 실시형태의 측정관(11A)은 검출면(12A)의 절연영역(12B)과 접촉하는 부분에, 검출면(12A)을 따라 평탄한 형상으로 연장되는 평탄면(11Ac)을 가진다. 절연영역(12B)은 접착제(미도시)에 의해 평탄면(11Ac)에 접착되어 있다.
도 13c에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 측정관(11A)은 검출면(12A)의 절연영역(12B)과 접촉하지 않는 부분은 축선(X)을 중심으로 연장되는 원통 형상으로 되어 있다. 측정관(11A)은 알카리성 액체에 대한 내부식성을 갖는 금속제(예를 들면, SUS304, 316 등의 스테인리스 재료, 하스텔로이(등록상표) 등의 니켈 합금)이며, 예를 들면, 축선(X)을 중심으로 연장되는 원통 형상을 부분적으로 변형시키는 것에 의해, 평탄면(11Ac)을 갖는 대략 타원 형상의 부분이 형성된다.
본 실시형태에 의하면, 금속제의 원통 형상의 배관을 부분적으로 변형시키는 비교적 간이한 가공에 의해, 알카리성 액체에 대한 내부식성을 높이면서 절연영역(12B)에서 절연성을 확보하고, 저항체가 검출면(12A)에 형성된 센서기판(12)을 이용하여 유량을 계측하는 것이 가능한 측정관(11A) 및 이를 구비한 열식 유량계를 제공할 수 있다.
한편, 측정관(11A)으로는 알카리성 액체에 대한 내부식성을 가지면서 도전성을 갖는 도전성의 관체로 할 수 있다. 이러한 관체로는 예를 들면, 유리상 탄소(유리상 탄소)제의 관체를 이용할 수 있다. 유리상 탄소를 이용할 경우에는 도 13a, 도 13b, 도 13c에 나타낸 형상이 되도록, 측정관(11)을 가공하여 제조한다.
〔제3 실시형태〕
다음으로, 본 발명의 제3 실시형태의 열식 유량계(100)에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.
제3 실시형태는 제1 실시형태의 변형예이며, 이하에서 특별히 설명하는 경우를 제외하고, 제1 실시형태와 동일한 것으로 한다.
제1 실시형태의 센서부(10)가 갖는 측정관(11)은 센서기판(12)이 접착되는 위치에 있어서, 축선(X)에 직교하는 평면에 따른 단면의 상방측이 대략 원형이며, 센서기판(12)의 검출면(12A)이 대향하여 배치되는 면이 평탄한 평탄면(11c)으로 되어 있는 것이었다. 그에 반해, 본 실시형태의 센서부(10B)가 갖는 측정관(11B)은 센서기판(12)이 접착되는 위치에 있어서, 축선(X)을 중심으로 연장되는 원통 형상으로 되어 있다.
도 14a에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 측정관(11B)은 검출면(12A)에 직교하는 방향의 내경 및 외경이, 유입구(11a) 측 및 유출구(11b) 측과, 유입구(11a)와 유출구(11b) 사이의 중앙 부분에서 동일하게 되어 있다. 도 14b에 나타낸 바와 같이, 측정관(11B)은 축선(X)에 직교하는 단면에 있어서의 형상이, 축선(X)을 중심으로 연장되는 원통 형상으로 되어 있다. 절연영역(12B)은 접착제(80B)에 의해 측정관(11B)의 외주면에 접착되어 있다. 도 14c에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 측정관(11B)은 검출면(12A)의 절연영역(12B)과 접촉하지 않는 부분도, 축선(X)을 중심으로 연장되는 원통 형상으로 되어 있다.
본 실시형태에 의하면, 금속제의 원통 형상의 배관을 가공하지 않고 그대로 이용하고, 알카리성 액체에 대한 내부식성을 높이면서 절연영역(12B)으로 절연성을 확보하고, 저항체가 검출면(12A)에 형성된 센서기판(12)을 이용하여 유량을 계측하는 것이 가능한 측정관(11B) 및 이를 구비한 열식 유량계를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 액체가 유입되는 유입구와 상기 유입구로부터 유입된 액체를 유출시키는 유출구를 갖는 동시에 축선을 따라 연장되는 내부유로가 형성된 도전성을 갖는 측정관과,
    상기 축선을 따라 가열용 저항체와 온도 검출용 저항체가 검출면에 형성된 온도 검출 기판을 구비하고,
    상기 검출면에는 상기 가열용 저항체 및 상기 온도 검출용 저항체를 박막상의 절연재료에 의해 피막한 절연영역이 형성되어 있고,
    상기 절연영역이 상기 축선을 따라 상기 측정관에 접합되어 있는 유량계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출면은 평탄한 형상으로 형성된 면이며,
    상기 측정관의 외주면에는 상기 온도 검출 기판의 상기 검출면이 대향하여 배치되는 평탄면이 형성되어 있고,
    상기 평탄면과 상기 절연영역이 접착제에 의해 접착된 유량계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출면에는 상기 가열용 저항체 및 상기 온도 검출용 저항체와 외부 접속 단자를 전기적으로 접속하기 위한 배선패턴이 형성되어 있고,
    상기 절연영역은 상기 배선패턴의 일부를 노출시키도록 형성되어 있는 유량계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 검출 기판의 상기 검출면에서 상기 내부유로의 내주면까지의 제1 거리가 상기 측정관의 정부에서 상기 내부유로의 내주면까지의 제2 거리보다도 짧은 유량계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 검출 기판이 유리제인 유량계.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정관이 유리상 탄소에 의해 형성되어 있는 유량계.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열용 저항체를 가열하기 위한 전압신호를 상기 온도 검출 기판으로 출력하는 제어기판을 구비하고,
    상기 제어기판은 상기 가열용 저항체를 가열하는 가열기간과 상기 가열용 저항체를 가열하지 않는 비가열 기간을 주기적으로 반복하도록 상기 가열용 저항체에 상기 전압신호를 출력하고, 상기 가열기간은 상기 비가열 기간보다도 짧은 기간으로 설정되는 유량계.
  8. 액체가 유입되는 유입구와 상기 유입구로부터 유입된 액체를 유출시키는 유출구를 갖는 동시에 축선을 따라 연장되는 내부유로가 형성된 도전성을 갖는 측정관과, 상기 축선을 따라 가열용 저항체와 온도 검출용 저항체가 검출면에 형성된 온도 검출 기판을 구비하는 유량계의 제조방법이며,
    상기 온도 검출 기판의 상기 검출면에 상기 가열용 저항체와 상기 온도 검출용 저항체를 형성하는 저항체 형성공정과,
    상기 검출면에, 상기 가열용 저항체 및 상기 온도 검출용 저항체를 박막상의 절연재료에 의해 피막하여 절연영역을 형성하는 절연영역 형성공정과,
    상기 축선을 따라 상기 절연영역을 상기 측정관에 접합하는 접합공정을 구비하는 유량계의 제조방법.
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