WO2002054021A1

WO2002054021A1 - Debitmetre

Info

Publication number: WO2002054021A1
Application number: PCT/JP2001/011372
Authority: WO
Inventors: Toshimi Nakamura; Kenichi Hiraizumi; Atsushi Koike; Kiyoshi Yamagishi
Original assignee: Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2002-07-11
Also published as: JP2002202166A; CN1207539C; US20040055373A1; CN1483137A; KR20030061015A; CA2432413A1; EP1376070A1; US6851310B2

Description

明細書流量計技術分野

本発明は、流体流量検知技術に属するものであり、特に、配管内を流れる流体の瞬時流量あるいは積算流量を計測するための流量計に関する。背景技術

流量計は、家庭や企業において消費される灯油、水、ガスなどの流体の流量を検知するのに利用されている。この流量計として、低価格化が容易な熱式（特に傍熱型）の流量センサ一を用いたものが利用されている。傍熱型流量センサーとしては、基板上に薄膜技術を利用して薄膜発熱体と薄膜感温体とを絶縁層を介して積層してなるセンサ一チップを配管（外部配管と連通して流量計内部に設けられた流体流通路を含む）の流体との間で熱伝達可能なように配置したものが使用されている。発熱体に通電することにより感温体を加熱し、該感温体の電気的特性例えば電気抵抗の値を変化させる。この電気抵抗値の変化（感温体の温度上昇に基づく）は、配管内を流れる流体の流量（流速）に応じて変化する。これは、発熱体の発熱量のうちの一部が流体中へと伝達され、この流体中へ拡散する熱量は流体の流量（流速）に応じて変化し、これに応じて感温体へと供給される熱量が変化して、該感温体の電気抵抗値が変化するからである。この感温体の電気抵抗値の変化は、流体の温度によっても異なり、このため、上記感温体の電気抵抗値の変化を測定する電気回路中に温度補償用の感温素子を組み込んでおき、流体の温度による流量測定値の変化をできるだけ少なくすることも行われている。

このような、薄膜素子を用いた傍熱型流量センサーに関しては、例えば、特開平 1 1一 1 1 8 5 6 6号公報に記載がある。この流量センサーにおいては、流体の流量に対応する電気的出力を得るためにプリッジ回路を含む電気回路を使用している。以上のような流量計では、センサーチップと流体との熱交換のためのフィンプレートを流体流通路内へと突出させており、流量センサーの周辺部には、流量演算のための回路基板を含む電気回路部、表示部、通信回線接続部その他が配置されており、これらを含む流量計の機能部の全体は筐体内に収容されている。

従来の流量計では、筐体内の流体流通の経路は単純な直線状ではなく屈曲した形状にされることが多い。これは、流通経路に流体内の異物を除去するためのフィルターを介在させたり、流入する流体の急激な温度変化の影響を緩和して流量センサーの温度変化を比較的穏やかにする流通経路となしたりする等のためである。一方で、筐体内の温度は外気温や直射日光などの影響を受けやすい。このため、流通流体を含めた筐体内部の温度分布の場所による不均一が顕著となり、流量検知の精度が低下しやすいという問題点がある。発明の開示

そこで、本発明は、流通流体を含めた筐体内部の温度分布の場所による不均一が少なく、流量検知の精度低下が少ない熱式流量計を提供することを目的とするものである。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、

筐体内に流体貯留部が形成されており、該流体貯留部は前記筐体に形成された流体入口管と連通しており、

前記流体貯留部内には流量計測部が配置されており、該流量計測部には流体流通路が形成されており、前記流体流通路の出口は前記筐体に形成された流体出口管と連通しており、前記流量計測部には前記流体流通路へと突出したフィンプレートを有する熱式流量センサーが配置されており、前記流量計測部には、前記流体貯留部内の流体を前記流体流通路の入口の方へと導く補助流通路が形成されており、該補助流通路は複数の流体導入口と該流体導入口に連通し且つ該流体導入口より前記流体流通路入口の近くに位置する流体導出口とを有していることを特徴とする流量計、が提供される。本発明の一態様においては、前記補助流通路の複数の流体導入口のうちの 1つは一方の端部開口により構成され他は側部開口により構成されており、前記流体導出口は他方の端部開口により構成されている。本発明の一態様においては、前記流体流通路は鉛直方向に延在しており、前記補助流通路は前記流体流通路と平行に延在しており、前記流体流通路入口は前記流体流通路の下端部に位置する。

本発明の一態様においては、前記流体貯留部は前記筐体の本体部材に形成された貯留部用凹部に対して中蓋部材を適合することにより形成されており、前記流量計測部は前記中蓋部材に付設されている。図面の簡単な説明

図 1は、本発明による流量計の全体構成を示す模式的分解斜視図である。

図 2は、流量計測部の断面図である。

図 3は、流量計測部の側面図である。

図 4は、流量センサーの取り付け部分を示す図である。

図 5は、流量センサ一の断面図である。

図 6は、本発明による流量計における流体流通を説明するための分解斜視図である。

図 7は、本発明による流量計の電気回路部の概略構成を示すプロック図である。

図 8 Aは、本発明による流量計の流体貯留部内の流速分布及び温度分布の測定範囲を示す図である。

図 8 Bは、従来の流量計の流体貯留部内の流速分布及び温度分布の測定範囲を示す図である。

図 9は、流体貯留部内の流速分布を示すグラフである。

図 1 0は、流体貯留部内の流速分布を示すグラフである。

図 1 1は、流体貯留部内の温度分布を示すグラフである。

' 図 1 2は、流体貯留部内の温度分布を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図 1は本発明による流量計の一実施形態の構成の一部を示す模式的分解斜視図である。流量計の筐体本体部材 2はアルミニウムや亜鉛などのダイカスト製のものであり、該筐体本体部材 2にはアルミニウムや亜鉛などのダイカスト製の外蓋部材（図示されていない）が特定方向（矢印 Aの向き）にネジ止めにより適合されている。筐体本体部材 2の背面部上部の一方側には流体出口管 2 2が形成されており他方側には流体入口管（図にはあらわれていない）が形成されている。

筐体本体部材 2の上半部には、貯留部用凹部 2 3が形成されている。貯留部用凹部 2 3を塞ぐように貯留部用凹部内壁 2 6の端面に対して矢印 A の向きにアルミユウムゃ亜鉛などのダイカスト製の中蓋部材 6の外周面がネジ止めにより適合されている。この適合に際しては、ゴムシール（コルク入りゴムシール等）が介在せしめられ、適合部からの流体の漏れを防止している。これにより、筐体本体部材 2と中蓋部材 6との間に流体の一時貯留及び流通のための流体貯留部が形成されている。筐体本体部材 2には、流体入口管と連通し且つ貯留部用凹部 2 3にて開口せる開口が形成されており、流体出口管 2 2と連通し且つ貯留部用凹部 2 3にて開口せる接続開ロ2 2 aが設けられている。

中蓋部材 6には、流体貯留部内に配置される流量計測部 8が付設されている。図 2に流量計測部 8の断面図を示し、図 3にその側面図を示す。流量計測部 8には、上下方向（鉛直方向）に延在する流体流通路 8 1が形成されている。流体流通路 8 1の入口 8 1 1は流量計測部 8の下部に位置する。また、流体流通路 8 1の上部に位置する出口 8 1 2には矢印 Aの向きに突出せる突出部 8 aが取り付けられており、中蓋部材 6を筐体本体部材 2に適合することで突出部 8 aが継手部材 2 7を介して筐体本体部材 2側の接続開ロ2 2 aと接続され、これにより流量計測部 8の流体流通路出口 8 1 2と流体出口管 2 2とが連通せしめられている。

流量計測部 8に形成された矢印 Aの方向のセンサ一装着孔 8 b， 8 c内には、それぞれ、熱交換のための熱伝達部材としてのフィンプレートを有する熱式流量センサー（流体温度検知センサー付き） 1 0が挿入されている（図 1には一方の熱式流量センサーのみ示されている）。図 4に流量センサ一 1 0の取り付け部分を示し、図 5に流量センサ一 1 0の断面図を示す。センサー装着孔 8 bに 0リングを介在させて挿入された流量センサ一 1 0は流体流通路 8 1へと突出せしめられている。また、センサ一装着孔 8 cに 0リングを介在させて挿入された流量センサー 1 0は流体貯留空間へと突出せしめられている。

流量センサ一 1 0は、流量センサ一部 1 0 1と流体温度検知センサ一部 1 0 2とを含む。流量センサ一部 1 0 1では、図 5に示すように、フィンプレート F Pと流量検知部 F Sとを熱伝導性良好な接合材 A Dにより接合し、流量検知部 F Sの電極パッドと外部電極端子 E Tとをボンディングヮィャ一 B Wで接続している。流体温度検知センサ一部 1 0 2は、流量センサ一部 1 0 1において流量検知部 F Sの代わりに流体温度検知部を用い且つこれに対応した外部電極端子 E Tを持つものとすることができる。これら流量検知部や流体温度検知部としては、上記特開平 1 1— 1 1 8 5 6 6 号公報に記載の如きものを使用することができる。流量センサ一部 1 0 1 及び流体温度検知センサ一部 1 0 2は、共通のモールド樹脂 M Rで封止され一体化されている。

図 2に示されているように、流量計測部 8には、センサー装着孔 8 cに挿入される流量センサ一 1 0のフィンプレート F Pを覆うための金網力バ一 M Mが付設されている。該金網カバ一 M Mは、流量センサ一 1 0のフィンプレート F Pが自然対流に基づく流体流通の影響を受けてもよいが流体供給に係る流体流通の影響を受けないようにするために、設けられる。この流量センサ一は、センサー装着孔 8 bに挿入される流量センサ一 1 0を含む測定流量検知回路から得られる出力値を流量値に換算するのに用いる検量線を作成する際に用いられた基準流体に対する被測定流体の熱的性質の差を検知するための参照流量検知回路を構成している。

図 1に示されているように、貯留 ¾ ^用凹部 2 3には、流体流通経路規定部材 9が形成されている。この流通経路規定部材 9は、流体貯留部内において開口から流入する流体の流通経路を規定するものであり、中蓋部材 6 との間に形成される鉛直方向に細長い開口を通じて均一に流量計測部 8の配置された領域へと流体を導くようにするものである。

中蓋部材 6の前面側には、図示はされていないが、流量センサ一 1 0の外部電極端子 E Tと電気的に接続されたアナ口グ回路基板が取り付けられている。また、図示されていないが、上記外蓋部材には、アナログ回路基板とともに流量検知回路を構成するデジタル回路基板、電源回路部を構成するトランス、及び流量計に対する入出力端子部などの回路部材が取り付けられている。特に、トランス及び入出力端子部は、筐体本体部材 2の下半部に形成された回路部材用凹部 2 4内に配置されている。

図 1〜図 3に示されているように、流量計測部 8の流体流通路 8 1は上下方向（鉛直方向）に延びている。流量計測部 8には、流体流通路 8 1と平行な補助流通路 8 2が形成されている。補助流通路 8 2は、下端部開口が流体導出口 8 2 1 とされており、上端部開口が第 1の流体導入口 8 2 2 とされており、互いに異なる高さに位置する 2つの側部開口がそれぞれ第 2及び第 3の流体導入口 8 2 3， 8 2 4とされている。

補助流通路 8 2は、流量測定の際の入□ 8 1 1から流体流通路 8 1内への流体吸引力に基づき、流体貯留部内の流体を流体導入口 8 2 2， 8 2 3， 8 2 4から導入し流体導出口 8 2 1から導出し、底板 8 dを含んで構成される連通路を経て流体流通路入口 8 1 1の方へと導く作用をなす。流体導入口 8 2 2 , 8 2 3 , 8 2 4の内径は、互いに異なっており、流体導出口 8 2 1からの距離の小さいものほど小さく設定されている。これにより、異なる高さから補助流通路 8 2内へと導入される流体の流量を平均化することができる。

図 6は本実施形態における流体流通を説明するための分解斜視図である。図 6において、流体の流通方向が矢印で示されている。不図示の流体供給源から配管を通じて供給される流体は、流体入口管から開口 2 1 aを通って流体貯留部内へと供給される。供給された流体は、先ず流通経路規定部材 9を越えて流量計測部 8の配置された領域に至る。そして、流体は補助流通路 8 2を介して流体流通路 8 1内に吸引され、流体流通路出口 8 1 2及び接続開口 2 2 aを通って流体出口管 2 2から排出され、不図示の流体需要機器へと供給される。以後、流体需要機器側で流体需要があると、流量計の貯留部内の補助流通路 8 2及び流体流通路 8 1を経由して、流体供給源から流体需要機器へと流体が供給される。

本実施形態では、開口 2 1 aからの距離が開口 2 2 aより大きな位置に補助流通路 8 2が配置されており、該補助流通路 8 2が流体貯留部内で右側め内壁 2 6に隣接しているので、流体貯留部内の流体に右側内壁 2 6の方へと上下位置に関して平均化された水平方向の流れが生ぜしめられる。このため、流量計測部 8を含めて流体貯留部内の温度分布が十分に均一化され、流量測定の精度が向上する。

流体流通管 8 1内の流体流量が、流量センサ一部 1 0 1及び流体温度検知センサ一部 1 0 2を含む図 7に示すような測定流量検知回路を用いて計測される。図 7において、流量センサ一部 1 0 1では、ヒータと感温抵抗体 T wとが絶縁膜を介して積層された流量検知部が形成されており、ヒー夕の発熱の一部は上記フィンプレート F Pを介して流体流通路 8 1内を流通する流体へと伝達される。この流体との熱的相互作用の影響を受けた感温が、感温抵抗体 T wにより実行される。感温抵抗体 T wと流体温度検知センサ一部 1 0 2の流体温度検知部の感温抵抗体 T oと 2つの抵抗体とによりプリッジ回路が形成されており、このプリッジ回路の出力が増幅回路で増幅され、コンパレータで所定値との比較がなされ、該コンパレータの出力がヒータ制御部に入力される。ヒータ制御部は、入力信号に従い、バッファを介して流量センサー部 1 0 1のヒ一夕の発熱を制御する。この制御は、流量センサー部 1 0 1の感温抵抗体 T wが所定の感温状態を維持するように、即ちヒータ制御部への入力信号が所定値を維持するように為される。この制御状態は瞬時流量に対応しており、そのデータは流量換算回路へと入力される。

参照流量検知回路は、流量センサー部 1 0 1及び流体温度検知センサー部 1 0 2と同様な流量センサー部 1 1 1及び流体温度検知センサ一部 1 1 2を含むことを除いて、測定流量検知回路と同等な構成を有しており同様な流量検知を行う。これにより得られる参照流量は、被測定流体の動粘度に応じて変化するので、参照流量検知回路の出力に基づき測定流量検知回路で測定される流量を補正することができる。

不図示の温度センサーを含む温度センサ回路 12から流量換算回路にァナログ回路部の温度を示す信号が入力される。流量換算回路では、測定流量検知回路から得られる測定流量データと、参照流量検知回路から得られる参照流量デ一夕と、温度センサ回路 12から得られるアナログ回路部温度データとに基づき、アナログ回路部温度に応じた補正及び参照流量に応じた補正などの演算が行われ、検量線を用いた流量値への換算が行われる。

以上のようなヒータ制御部及び流量換算回路を含む C P Uには、表示部、通信回路、 EEP ROM及び基準クロックが接続されている。得られた流量値は、表示部に表示したり、通信回路に出力して外部との通信に利用されたりする。

次に、図 8 A及び図 9〜図 12を参照して、本発明の流量計における流量 1 0リツ卜ル hの時の流体貯留部内の流速分布及び温度分布の一例を示す。比較のために、図 8 B及び図 9〜図 1 2を参照して、従来の流量計における流量 10リットル Zhの時の流体貯留部内の流速分布及び温度分布をも示す。

図 8 A及び図 8 Bは流体貯留部内の測定範囲を示す。図 8 Aは本発明品を示し、図 8 Bは従来品を示す。本発明品は上記図 1〜7に関し説明した実施形態のものであり、従来品は本発明品の補助流通路 82を除去し且つ底板 8 dを除外して流体流通路入口 81 1が貯留部に直接開口しているものである。貯留部用凹部 23の深さ即ち流体貯留部の幅（図 8 A及び図 8 Bにおける Z方向寸法）は 18mmであり、各測定範囲 [1] 〜 [3] は貯留部用凹部 23の底から Z方向に 9 m mの位置にある。

図 9は測定範囲 [ 1〗〜 [2] における流速分布を示し、図 10は測定範囲 [3] における流速分布を示す。本発明品は、各測定範囲において広範囲で従来品より流速のばらつきが少なく、しかも全測定範囲にわたる流速の均一性が従来品より高いことがわかる。

図 1 1は測定範囲 [ 1] 〜 [2] における温度分布を示し、図 1 2は測定範囲 [3] における温度分布を示す。本発明品は、各測定範囲において広範囲従来品より温度のばらつきが少なく、しかも全測定範囲にわたる温度の均一性が従来品より高いことがわかる。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の流量計によれば、補助流通路を配置しているので、流体貯留部内で流体の平均化した流れが生ぜしめられ、これにより流量計測部を含めて流体貯留部内の温度分布が十分に均一化され、流量測定の精度が向上する。

Claims

請求の範囲

1 . 筐体内に流体貯留部が形成されており、該流体貯留部は前記筐体に形成された流体入口管と連通しており、

前記流体貯留部内には流量計測部が配置されており、該流量計測部には流体流通路が形成されており、前記流体流通路の出口は前記筐体に形成された流体出口管と連通しており、前記流量計測部には前記流体流通路へと突出したフィンプレートを有する熱式流量センサ一が配置されており、前記流量計測部には、前記流体貯留部内の流体を前記流体流通路の入口の方へと導く補助流通路が形成されており、該補助流通路は複数の流体導入口と該流体導入口に連通し且つ該流体導入口より前記流体流通路入口の近くに位置する流体導出口とを有していることを特徴とする流量計。

2 . 前記補助流通路の複数の流体導入口のうちの 1つは一方の端部開口により構成され他は側部開口により構成されており、前記流体導出口は他方の端部開口により構成されていることを特徴とする、請求項 1に記載の流量計。

3 . 前記流体流通路は鉛直方向に延在しており、前記補助流通路は前記流体流通路と平行に延在しており、前記流体流通路入口は前記流体流通路の下端部に位置することを特徴とする、請求項 2に記載の流量計。

4 . 前記流体貯留部は前記筐体の本体部材に形成された貯留部用凹部に対して中蓋部材を適合することにより形成されており、前記流量計測部は前記中蓋部材に付設されていることを特徴とする、請求項 1〜 3のいずれかに記載の流量計。