WO2007102475A1 - 熱信号書込装置 - Google Patents

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thermal
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Hiroshi Imai
Keiichi Matsushima
Yoshihiro Ushigusa
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Surpass Industry Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a thermal signal writing applied to, for example, a thermal flow velocity detection device (flow meter) that measures a moving speed of a fluid by detecting a thermal signal (temperature change) written on a medium. Relates to the device.
  • a thermal flow velocity detection device flow meter
  • the heat utilization in this case is to detect a temperature change, a temperature difference between two points, or a time difference of temperature change.
  • a heat transfer type fluid detection device measures the angular velocity acting on the flow path and the flow velocity of the fluid from the change in the heat transfer time using the fluid as a medium.
  • the fluid flowing in the flow path is heated by a heat generating element driven by alternating current, and the heat transmitted by the fluid is detected by a heat sensor provided on the downstream side, whereby the driving signal of the heat generating element and the heat sensor are detected.
  • the phase difference force with the detection signal can also detect the angular velocity, or the phase difference force between the detection waveform by the heat sensor and the heating AC waveform can determine the heat transfer time and determine the flow velocity.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-264567
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a thermal signal writing device in which a thermal signal writing pattern becomes clear.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • a thermal signal writing device is a thermal signal writing device that is fixedly installed at a proper position of a flow path through which a medium flows and writes a thermal signal to a medium that moves in the flow path.
  • a heat source element for writing a thermal signal whose temperature has been changed in a desired pattern by heating or cooling, and heat conduction in which the bottom side is brought into close contact with one surface of the heat source element a heat source element for writing a thermal signal whose temperature has been changed in a desired pattern by heating or cooling, and heat conduction in which the bottom side is brought into close contact with one surface of the heat source element.
  • the heat-resistant coating part covers the periphery of the heat source element and the flow path support member with the heat insulating material except for the flow path contact surface at the tip, the writing position of the heat signal is limited to the flow path contact surface. The influence of the ambient temperature on the thermal signal writing can be minimized.
  • the tip end portion of the flow path support member has a two-part structure in which the flow path is sandwiched from both sides and the thermal signal is written.
  • the heat signal is written so as to cover the entire circumference of the flow path, so that a substantially uniform heat signal can be written to the medium flowing in the flow path as a whole.
  • the heat source element is preferably a Peltier element.
  • a heat source element for writing a thermal signal whose temperature is changed in a desired pattern by heating or cooling, and a bottom surface side are adhered to one surface of the heat source element.
  • a heat source element excluding a flow path support member in which the tip of a cone made of a heat conductive material is in direct contact with the flow path, a heat radiating member in close contact with the other surface side of the heat source element, and a flow path contact surface of the tip And a heat-resistant coating that covers the periphery of the flow path support member with a heat insulating material, so that the area of the flow path contact surface that directly contacts the flow path and writes the heat signal is minimized, and the heat signal
  • the desired temperature change can be clarified.
  • the writing pattern of the heat signal written to the medium flowing through the flow path is clearer Remarkable effect of the is obtained. Therefore, the detection accuracy of the thermal flow meter using the thermal signal writing device can be further improved.
  • FIG. 1A is a diagram showing a configuration example of a thermal signal writing device as an embodiment according to the present invention, and is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2A.
  • FIG. 1B is a perspective view showing the flow path support member of FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a plan view of a configuration diagram showing an embodiment of a flow velocity detection device using a thermal signal writing device according to the present invention.
  • FIG. 2B is an explanatory diagram of the measurement distance L.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the flow velocity detection device shown in FIG. 2A.
  • the flow velocity detection device F shown in FIG. 2A is provided at a proper position in the flow path 1 and detects a thermal signal writing device 10 that writes a thermal signal, and a thermal signal written at a position away from the thermal signal writing device 10. And a control unit 30 that is electrically connected to the temperature sensor 20 and wiring.
  • the thermal signal writing device 10 is fixedly installed at an appropriate position in the flow path 1 where the medium flows at a flow velocity V, and serves as a thermal signal writing means for writing a thermal signal to the medium moving in the flow path 1.
  • This thermal signal writing device 10 is a device for writing a thermal signal accompanied by a specific temperature change to a medium flowing through the flow path 1, and is heated by a heat source element 11 such as a Peltier element as shown in FIG. 1A, for example.
  • a heat source element 11 such as a Peltier element as shown in FIG. 1A, for example.
  • a Peltier element suitable as the heat source element 11 has a configuration in which a p-type and an n-type thermoelectric semiconductor are joined by a copper electrode.
  • a direct current flows from the n-type thermal semiconductor side to absorb heat from one joint surface. It has a function to carry the heat to the other joint surface and dissipate it! This endothermic phenomenon is called the Peltier effect. If the direction of direct current flow is reversed (on the p-type thermal semiconductor side), the direction of heat transfer can be completely reversed. Therefore, by controlling the energization and selectively switching between heating by heat dissipation and cooling by heat absorption, heating and cooling can be reversed and highly accurate temperature control becomes possible.
  • the heat source element 11 is described as a Berch element, but for example, heat generated by a metal resistor (such as nichrome wire), a high-frequency electromagnetic induction heater, a Seebeck effect element, a laser, a light source, and a microwave can be used. .
  • a metal resistor such as nichrome wire
  • a Seebeck effect element such as a laser, a light source, and a microwave
  • a thermal signal writing device 10 shown in FIG. 1A includes a pair of Peltier elements 11.
  • the bellows element 11 is sandwiched between a copper channel support member 12 and a heat sink 13 provided as a heat dissipating member.
  • the pair of Peltier elements 11 and the flow path support member 12 form a heat-resistant covering portion except for the flow path contact surface 12a of the flow path support member 12 that is sandwiched in direct contact with the flow path 1.
  • It is a two-part structure covered with heat-resistant resin 14.
  • the heat-resistant resin 14 in this case is, for example, Fluorine resin such as polytetrafluoroethylene is preferred.
  • the flow channel support member 12 is a pyramid having a quadrangular pyramid shape, for example, as shown in FIG. 1B, and is in contact with the flow channel 1 at its tip (vertex portion).
  • a flow path contact surface 12a for writing a heat signal is formed.
  • the pair of Peltier elements 11 are fixed by appropriate fixing means in a state where the entire circumference of the flow path 1 is sandwiched between the flow path contact surfaces 12a. Therefore, the position where the flow path contact surface 12a and the flow path 1 are in contact is the thermal signal writing position by the thermal signal writing device 10.
  • the temperature sensor 20 is installed at a predetermined detection position away from the writing position of the heat signal written by the heat signal writing device 10, and reads the heat signal for detecting the temperature of the medium passing through the detection position. Means.
  • the temperature sensor 20 is installed on the downstream side by the measurement distance L in the flow direction of the medium flowing through the flow path 1 as the detection position.
  • a thermocouple thermocouple
  • a semiconductor temperature sensor for example, a thermocouple
  • an infrared sensor can be used as the temperature sensor 20.
  • the control unit 30 is a control unit of the flow velocity detection device F, and is connected to the thermal signal writing device 10 and the temperature sensor 20 described above via wiring.
  • the movement amount and movement speed of the medium are calculated and processed based on the movement distance (that is, the measurement distance L) of the thermal signal to the writing position force detection position and the time difference at which the thermal signal is detected. Has a function to calculate.
  • Fig. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the control unit 30.
  • the power supply circuit 31 receives an external power supply used by the flow velocity detector F and receives input signals such as various settings from the outside.
  • CPU 32 that performs various arithmetic processing and control
  • drive circuit 33 that controls energization to Peltier element 11 for thermal signal writing device 10 to write the thermal signal
  • sensor that amplifies the detection value of temperature sensor 20
  • the amplifier 34 includes an output circuit 35 that outputs the calculated moving amount and moving speed (that is, measured value) of the medium to the outside.
  • the outside may be an operation switch for various settings provided in the control unit 30, a display unit, or the like, or a control unit of a device that is secondarily used by using measured values. ,.
  • the flow velocity detection device F configured as described above has an amount of movement of the medium flowing through the flow path 1 at a flow velocity V and And the moving speed is measured by the flow velocity detection method described below.
  • the medium flowing through the flow path 1 may be any of liquid, gas, and solid (powder).
  • the gas and solid are limited to sealed ones such as pipes, but the liquid may be sealed, and a part of the liquid is opened, for example, a tub. Anything! / ...
  • the Peltier element 11 of the thermal signal writing device 10 receives heat from the drive circuit 33 of the control unit 30, performs heating or cooling, and writes a thermal signal.
  • This heat signal is transmitted to the flow path 1 through the flow path support member 12 that is in close contact with the Peltier element 11, and further transmitted from the wall surface of the flow path 1 to the medium flowing inside.
  • the flow path support member 12 is excellent in thermal conductivity, no great loss occurs in the thermal signal written by the thermal signal writing device 10.
  • the flow path contact surface 12a minimizes the area of the flow path contact surface in contact with the flow path 1, the writing pattern of the thermal signal can be clearly transmitted to the flow path 1 and the internal medium. . That is, the temperature change pattern peculiar to the heat signal written by the heat signal writing device 10 is clearly transmitted and written to the medium flowing in the flow path 1.
  • Thermal signal written by the thermal signal writing device 10 ie, a thermal signal that changes in temperature with a specific writing pattern, is a pulsed temperature change, a sine wave or similar temperature change, a triangular shape or similar The change in temperature is suitable.
  • a heat signal writing pattern can be changed to a specific heat signal by changing the frequency as appropriate, and for a triangular temperature change, the duty ratio can be changed as appropriate to obtain a specific heat signal. It is also possible.
  • thermal signal writing pattern can be used as a specific thermal signal by appropriately changing the offset level in addition to the frequency and duty ratio.
  • the thermal signal writing device 10 When the thermal signal writing device 10 writes a thermal signal with a specific temperature change, the CPU32 power Peltier element 11 outputs a write control signal for generating a timing for heating or cooling to the drive circuit 33.
  • the drive circuit 33 controls energization to the Peltier element 11 based on the write control signal, the flow direction and current value of the current energized to the Peltier element 11 can be appropriately changed.
  • the Peltier element 11 performs desired heating and cooling in response to energization, so that a thermal signal is generated with a writing pattern having a specific temperature change. Can be written to media.
  • the heat signal written to the medium in this manner moves in the flow path 1 along with the flow of the medium, and is thus detected by the temperature sensor 20 installed downstream in the flow direction.
  • This detection result is input as an electric signal to the sensor amplifier 34 of the control unit 30, and is input to the signal power SCPU 34 of the detected value amplified here.
  • the CPU 34 determines the medium difference depending on the time difference between the time when the thermal signal was written and the detected time. The amount and speed of movement are calculated and processed. That is, the time difference that is the travel time of the thermal signal traveling the measurement distance L is calculated, and this time difference is defined as the heat conduction time T of the measurement distance L.
  • the moving speed V of the medium can be calculated and calculated from the known measurement distance L and the heat conduction speed S that can be obtained in advance by experiments.
  • the cross-sectional area of the flow path 1 is known, so the product of the moving speed V, which means the flow speed, and the cross-sectional area of the flow path also calculates the moving amount of the medium.
  • This amount of movement is a volumetric flow rate independent of the mass of the medium.
  • the moving speed V and the moving amount of the medium calculated by the CPU 32 of the control unit 30 are output from the output circuit 35 to the outside as measured values obtained by measuring the flow velocity and volume flow rate of the medium.
  • the thermal signal writing device 10 of the present invention includes the Peltier element 11 for writing a thermal signal whose temperature is changed in a desired pattern by heating or cooling, and the Peltier element 11 on the bottom side.
  • the channel contact surface 12a which is the tip of a quadrangular pyramid made of a heat-conducting material in close contact with one surface, is in close contact with the channel support member 12 in direct contact with the channel 1 and the other surface side of the Peltier element 11. Except for the heat sink 13 and the flow path contact surface 12a at the tip, the Peltier element 11 and the heat-resistant coating portion that covers the periphery of the flow path support member 12 with a heat insulating resin 14 are configured.

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Abstract

　熱信号の書込パターンが明確になる熱信号書込装置を提供する。媒体が流れる流路１の適所に固定設置され、流路１内を移動する媒体に熱信号を書き込むための熱信号書込装置１０が、加熱及び／または冷却により所望のパターンで温度変化して熱信号を書き込むためのペルチェ素子１１と、底面側をペルチェ素子１１の一面に密着させた熱伝導製材料よりなる錐体の先端部が流路１と直接接触する流路支持部材１２と、ペルチェ素子１１の他面側に密着させたヒートシンク１３と、先端部の流路接触面１２ａを除いたペルチェ素子１１及び流路支持部材１２の周囲を断熱樹脂１４で被覆する耐熱被覆部とを具備して構成した。

Description

明 細 書
熱信号書込装置
技術分野
[0001] 本発明は、たとえば媒体に書き込まれた熱信号 (温度変化)を検出することにより、 流体の移動速度を測定する熱式流速検出装置 (流量計)等に適用される熱信号書 込装置に関する。
背景技術
[0002] 従来より、熱により液体の質量流量を測定する熱式流量計が提案されている。この 場合の熱利用は、温度変化の検出、二点間の温度差を検出、あるいは、温度変化の 時間差等を検出するものである。
また、流体を媒体とした熱の移動時間の変化から、流路に作用する角速度及び流 体の流速を計測する熱移動型流体検知装置が提案されている。この装置では、流路 内を流れる流体を交流駆動による発熱体で加熱し、この流体によって伝達される熱 を下流側に設けたヒートセンサにより検出することにより、発熱体の駆動信号とヒート センサの検知信号との位相差力も角速度を検出したり、あるいは、ヒートセンサによる 検知波形と加熱交流波形との位相差力 熱移動時間を求めて流速を割り出すことが できるとされる。（たとえば、特許文献 1参照）
特許文献 1：特開平 5 - 264567号公報
発明の開示
[0003] ところで、上述した熱式流量計においては、その検出精度をより一層向上させるた め、熱信号の書込パターンをより明確にすることが求められている。すなわち、熱信 号の書込パターンが曖昧かつ不明確なものであれば、下流側で検出される熱信号 のパターンはさらに不明確なものになるので、双方の波形等により検出される位相差 の誤差も大きくなる。従って、熱信号の書込パターンを明確にすることは、位相差等 力 算出される流速の検出精度を低向上させるために重要である。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱信 号の書込パターンが明確になる熱信号書込装置を提供することにある。 [0004] 本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る熱信号書込装置は、媒体が流れる流路の適所に固定設置され、流 路内を移動する媒体に熱信号を書き込むための熱信号書込装置であって、 加熱または冷却により所望のパターンで温度変化させた前記熱信号を書き込むた めの熱源素子と、底面側を前記熱源素子の一面に密着させた熱伝導製材料よりなる 錐体の先端部が前記流路と直接接触する流路支持部材と、前記熱源素子の他面側 に密着させた放熱部材と、前記先端部の流路接触面を除!、た前記熱源素子及び前 記流路支持部材の周囲を断熱材料で被覆する耐熱被覆部と、を具備して構成したこ とを特徴とするものである。
[0005] このような熱信号書込装置によれば、加熱または冷却により所望のパターンで温度 変化させた熱信号を書き込むための熱源素子と、底面側を熱源素子の一面に密着 させた熱伝導製材料よりなる錐体の先端部が流路と直接接触する流路支持部材と、 熱源素子の他面側に密着させた放熱部材と、先端部の流路接触面を除いた熱源素 子及び流路支持部材の周囲を断熱材料で被覆する耐熱被覆部とを具備して構成し たので、下記の作用が得られる。
1)錐体の先端部が流路と直接接触して熱信号を書き込むため、流路接触面の面積 を最小とすることができる。
2)耐熱被覆部が先端部の流路接触面を除!、た熱源素子及び流路支持部材の周囲 を断熱材料で被覆するため、熱信号の書込位置を流路接触面に限定するとともに、 熱信号書込に対する周囲温度の影響を最小とすることができる。
3)熱源素子に放熱部材を密着させて設けたことにより、熱源素子の放熱性が増して 所望の温度変化を明確にすることができる。
[0006] 上記の熱信号書込装置にお!、て、前記流路支持部材の先端部は前記流路を両側 から挟持して熱信号を書き込むように構成した二分割構造であることが好ましぐこれ により、流路の全周を覆うようにして熱信号を書き込むので、流路内を流れる媒体に 対し全体的に略均等な熱信号を書き込むことができる。
また、上記の熱信号書込装置において、前記熱源素子はペルチェ素子であること が好ましい。 [0007] 上述した本発明の熱信号書込装置は、加熱または冷却により所望のパターンで温 度変化させた熱信号を書き込むための熱源素子と、底面側を熱源素子の一面に密 着させた熱伝導製材料よりなる錐体の先端部が流路と直接接触する流路支持部材と 、熱源素子の他面側に密着させた放熱部材と、先端部の流路接触面を除いた熱源 素子及び流路支持部材の周囲を断熱材料で被覆する耐熱被覆部とを具備して構成 したので、流路と直接接触して熱信号を書き込む流路接触面の面積を最小にすると ともに、熱信号の書込位置を流路接触面に限定して熱信号書込に対する周囲温度 の影響を最小とし、さらに、熱源素子の放熱性を増して所望の温度変化を明確にす ることができるので、流路を流れる媒体に書き込む熱信号の書込パターンをより明確 にするという顕著な効果が得られる。従って、この熱信号書込装置を用いた熱式流量 計にぉ 、ては、その検出精度をより一層向上させることができる。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1A]本発明に係る一実施形態として熱信号書込装置の構成例を示す図で、図 2A の A— A断面図である。
[図 1B]図 1 Aの流路支持部材を示す斜視図である。
[図 2A]本発明に係る熱信号書込装置を利用した流速検出装置の一実施形態を示す 構成図の平面図である。
[図 2B]測定距離 Lの説明図である。
[図 3]図 2Aに示した流速検出装置の構成例を示すブロック図である。
符号の説明
[0009] 1 流路
10 熱信号書込装置
11 ペルチ 素子 (熱源素子）
12 流路支持部材
12a 流路接触面
13 ヒートシンク (放熱部材）
14 耐熱榭脂 (耐熱被覆部）
20 温度センサ 30 制御部
発明を実施するための最良の形態
[0010] 以下、本発明に係る熱信号書込装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図 2Aに示す流速検出装置 Fは、流路 1の適所に設けられて熱信号を書き込む熱 信号書込装置 10と、この熱信号書込装置 10から離れた位置で書き込まれた熱信号 を検出する温度センサ 20と、熱信号書込装置 10及び温度センサ 20と配線により電 気的に接続された制御部 30とを備えている。
[0011] 熱信号書込装置 10は、媒体が流速 Vで流れる流路 1の適所に固定設置され、流路 1内を移動する媒体に熱信号を書き込むための熱信号書込手段となる。この熱信号 書込装置 10は、流路 1を流れる媒体に特定の温度変化を伴う熱信号を書き込むた めの装置であり、たとえば図 1Aに示すように、ペルチェ素子等の熱源素子 11により 加熱または冷却して所望のパターンで温度変化する熱信号を書き込むことができる。 熱源素子 11として好適なペルチェ素子は、 p形と n形の熱電半導体を銅電極で接 合した構成とされ、たとえば n形の熱半導体側から直流電流を流すことにより、一方の 接合面から吸熱した熱を他方の接合面へ運んで放熱する機能を有して!/、る。このよう な吸熱現象はペルチェ効果と呼ばれており、直流電流が流れる方向を逆 (p形の熱 半導体側）にすれば熱の移動方向も完全に逆転させることができる。従って、通電を 制御して放熱による加熱と吸熱による冷却とを選択切換することにより、加熱及び冷 却を逆転させて高精度の温度制御が可能になる。以下では、熱源素子 11をベルチ ヱ素子として説明するが、たとえば金属抵抗 (ニクロム線等）による発熱、高周波電磁 誘導加熱器、ゼーベック効果素子、レーザー、光源及びマイクロ波を使用することも 可能である。
[0012] 図 1Aに示す熱信号書込装置 10は、一対のペルチヱ素子 11を備えている。このべ ルチヱ素子 11は、それぞれの上下両面が熱伝導性に優れている銅製の流路支持部 材 12及び放熱部材として設けたヒートシンク 13により挟持されている。さらに、一対の ペルチェ素子 11及び流路支持部材 12は、それぞれの周囲が流路 1と直接接触して 挟持する流路支持部材 12の流路接触面 12aを除いて、耐熱被覆部を形成する耐熱 榭脂 14により被覆された二分割構造とされる。この場合の耐熱榭脂 14は、たとえば ポリテトラフルォロエチレン等のフッ素榭脂が好適である。
流路支持部材 12は、流路 1との接触面積を最小とするため、たとえば図 1Bに示す ような四角錐形状等の錐体とされ、その先端部 (頂点部分）に流路 1と接触させて熱 信号を書き込む流路接触面 12aが形成されている。
また、一対のペルチェ素子 11は、流路 1の略全周を流路接触面 12aで囲むよう〖こ 挟持した状態で、適当な固定手段により固定される。従って、流路接触面 12aと流路 1とが接触する位置が、熱信号書込装置 10による熱信号の書込位置となる。
[0013] 温度センサ 20は、熱信号書込装置 10で書き込んだ熱信号の書込位置から離れた 所定の検出位置に設置され、検出位置を通過する媒体の温度を検出するための熱 信号読取手段である。図 2Aに示す流速検出装置 Fの構成例では、流路 1を流れる 媒体の流れ方向において、書込位置力も測定距離 Lだけ下流側に温度センサ 20を 設置して検出位置とする。この温度センサ 20としては、たとえばサーモカップル (熱 電対）、半導体温度センサ、赤外線センサまたはポジスタを含むサーミスタ等を使用 することができる。
[0014] 制御部 30は、流速検出装置 Fの制御手段であり、上述した熱信号書込装置 10及 び温度センサ 20と配線を介して接続されている。この制御装置 30では、たとえば熱 信号の書込位置力 検出位置までの移動距離 (すなわち、測定距離 L)と、熱信号を 検出した時間差とにより、媒体の移動量及び移動速度を演算処理して算出する機能 を有している。
図 3は、制御部 30の構成例を示すブロック図であり、流速検出装置 Fで使用する外 部電源の供給を受ける電源回路 31と、外部から各種設定等の入力信号を受けるとと もに、各種の演算処理及び制御等を行う CPU32と、熱信号書込装置 10が熱信号を 書き込むためにペルチェ素子 11への通電を制御するドライブ回路 33と、温度センサ 20の検出値を増幅するセンサアンプ 34と、算出した媒体の移動量及び移動速度（ すなわち、測定値)を外部へ出力する出力回路 35とを具備して構成される。なお、こ の場合の外部は、制御部 30に設けられた各種設定用の操作スィッチ類や表示部等 でもよ 、し、測定値を利用して二次的に利用する装置の制御部でもよ 、。
[0015] このように構成された流速検出装置 Fは、流路 1を流速 Vで流れる媒体の移動量及 び移動速度を以下に説明する流速検出方法で測定する。この場合、流路 1を流れる 媒体は、液体、気体及び固体 (粉体)のいずれでもよい。また、流路 1についても、気 体や固体は配管等の密閉されたものに限定されるが、液体については密閉されたも のでもよ 、し、たとえば樋のように一部が開放されたものでもよ!/、。
[0016] 熱信号書込装置 10のペルチェ素子 11は、制御部 30のドライブ回路 33から通電を 受けて加熱または冷却を行って熱信号を書き込む。この熱信号は、ペルチェ素子 11 と密着した流路支持部材 12を介して流路 1に伝達され、さらに、流路 1の壁面から内 部を流れる媒体に伝達される。このとき、流路支持部材 12は熱伝導性に優れている ので、熱信号書込装置 10で書き込んだ熱信号に大きな損失が発生することはない。 また、流路接触面 12aが流路 1と接触する流路接触面の面積を最小としたので、流 路 1及び内部の媒体に対して熱信号の書込パターンを明確に伝達することができる 。すなわち、熱信号書込装置 10が書き込んだ熱信号特有の温度変化のパターンは 、流路 1内を流れる媒体に対して明確に伝達されて書き込まれる。
[0017] 熱信号書込装置 10で書き込む熱信号、すなわち特有の書込パターンで温度変化 する熱信号は、パルス状の温度変化、正弦波またはこれに類似の温度変化、三角形 状またはこれに類似の温度変化等が好適である。このような熱信号の書込パターン は、周波数を適宜変更して特有の熱信号とすることができ、さらに、三角形状の温度 変化については、デューティー比を適宜変更して特有の熱信号とすることも可能であ る。
また、上述した熱信号の書込パターンについては、周波数やデューティー比に加え て、オフセットレベルを適宜変更することにより特有の熱信号として使用することも可 能である。
[0018] 熱信号書込装置 10が特有の温度変化を伴う熱信号を書き込む際には、 CPU32 力 ペルチェ素子 11により加熱または冷却を行うタイミング発生の書込制御信号がド ライブ回路 33に出力される。ドライブ回路 33は、書込制御信号に基づいてペルチェ 素子 11への通電を制御するので、ペルチェ素子 11へ通電する電流の流れ方向や 電流値等を適宜変化させることができる。この結果、通電に応じてペルチヱ素子 11が 所望の加熱や冷却を行うので、特有の温度変化を有する書込パターンで熱信号を 媒体に書き込むことができる。
[0019] このようにして媒体に書き込まれた熱信号は、媒体の流れとともに流路 1内を移動 するので、流れ方向の下流に設置された温度センサ 20により検出される。この検出 結果は、電気信号として制御部 30のセンサアンプ 34に入力され、ここで増幅した検 出値の信号力 SCPU34に入力される。 CPU34は、熱信号を書き込んだ書込位置か ら検出位置までの移動距離に相当する測定距離 Lが分力つているので、熱信号を書 き込んだ時間と検出した時間との時間差により、媒体の移動量及び移動速度を演算 処理して算出する。すなわち、測定距離 Lを移動する熱信号の移動時間となる時間 差を算出し、この時間差を測定距離 Lの熱伝導時間 Tとする。
上述した熱伝導時間 Tが分かると、既知の測定距離 Lと、実験により事前に得ること ができる熱伝導速度 Sとにより、媒体の移動速度 Vを演算して算出することができる。
[0020] こうして媒体の移動速度 Vが算出されると、流路 1の断面積が分かっているので、流 速を意味する移動速度 Vと流路断面積との積力も媒体の移動量を算出することがで き、この移動量は、媒体の質量に依存しない体積流量となる。そして、制御部 30の C PU32で算出された媒体の移動速度 V及び移動量は、媒体の流速及び体積流量を 測定した測定値として出力回路 35から外部へ出力される。
また、上述した流速検出方法では、測定距離 Lを大きく設定すれば測定の感度は 上昇する反面、書き込んだ熱信号は熱伝導等により拡散して消滅することが懸念さ れる。このため、測定距離 Lの設定が重要になり、測定条件や設定感度等に応じて 最適値を選択することが望まし 、。
[0021] 上述したように、本発明の熱信号書込装置 10は、加熱または冷却により所望のパ ターンで温度変化させた熱信号を書き込むためのペルチェ素子 11と、底面側をペル チェ素子 11の一面に密着させた熱伝導製材料よりなる四角錐の先端部である流路 接触面 12aが流路 1と直接接触する流路支持部材 12と、ペルチェ素子 11の他面側 に密着させたヒートシンク 13と、先端部の流路接触面 12aを除 、たペルチェ素子 11 及び流路支持部材 12の周囲を断熱榭脂 14で被覆する耐熱被覆部とを具備して構 成したので、流路 1と直接接触して熱信号を書き込む流路接触面 12aの面積を最小 にするとともに、熱信号の書込位置を流路接触面 12aに限定して熱信号書込に対す る周囲温度の影響を最小とし、さらに、ペルチヱ素子 11の放熱性を増して所望の温 度変化を明確にすることができる。このため、流路 1を流れる媒体に書き込む熱信号 の書込パターンをより明確にすることができ、従って、この熱信号書込装置 10を用い た熱式流量計は、その検出精度がより一層向上する。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸 脱しな 、範囲内にお 、て適宜変更することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 媒体が流れる流路の適所に固定設置され、流路内を移動する媒体に熱信号を書き 込むための熱信号書込装置であって、
加熱または冷却により所望のパターンで温度変化させた前記熱信号を書き込むた めの熱源素子と、
底面側を前記熱源素子の一面に密着させた熱伝導製材料よりなる錐体の先端部 が前記流路と直接接触する流路支持部材と、
前記熱源素子の他面側に密着させた放熱部材と、
前記先端部の流路接触面を除!、た前記熱源素子及び前記流路支持部材の周囲 を断熱材料で被覆する耐熱被覆部と、
を具備して構成したことを特徴とする熱信号書込装置。
[2] 前記流路支持部材の先端部が前記流路を両側から挟持して熱信号を書き込むよう に構成した二分割構造であることを特徴とする請求項 1に記載の熱信号書込装置。
[3] 前記熱源素子がペルチェ素子であることを特徴とする請求項 1または 2に記載の熱 信号書込装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007248118A (ja) * 2006-03-14 2007-09-27 Surpass Kogyo Kk 熱信号を用いた流速検出方法及び流速検出装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05264567A (ja) 1992-01-24 1993-10-12 Honda Motor Co Ltd 熱移動型流体検知装置
JPH08338746A (ja) 1995-06-14 1996-12-24 Nippon M K S Kk 流量検出装置および流量検出方法
JP2002333357A (ja) * 2001-05-09 2002-11-22 Yokogawa Electric Corp 液体用熱式質量流量計
JP2003202256A (ja) * 2001-12-28 2003-07-18 Inax Corp 流量計及び流水装置
JP2004184177A (ja) * 2002-12-02 2004-07-02 Nikkiso Co Ltd 流量計
JP2005140756A (ja) * 2003-11-10 2005-06-02 Kanagawa Acad Of Sci & Technol 微細流路用流速計とマイクロチップ並びにマイクロ流体操作機器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4483200A (en) * 1981-01-19 1984-11-20 Anima Corporation Thermal pulse flowmeter
JPH07503537A (ja) * 1991-11-02 1995-04-13 ヨルダン　ケント　メーターリング　システムズ　リミテッド 流量測に関する改良
GB9305088D0 (en) * 1993-03-12 1993-04-28 Wrc Plc Improvements in and relating to measurement of fluid flow velocity
TW384392B (en) * 1998-05-25 2000-03-11 Ind Tech Res Inst Architecture of novel thermal pulsed micro flow meter
US7077002B2 (en) * 1999-12-17 2006-07-18 Per Sejrsen Method and an apparatus for measuring flow rates
US7470919B2 (en) * 2005-09-30 2008-12-30 Applied Materials, Inc. Substrate support assembly with thermal isolating plate
JP2007248118A (ja) * 2006-03-14 2007-09-27 Surpass Kogyo Kk 熱信号を用いた流速検出方法及び流速検出装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05264567A (ja) 1992-01-24 1993-10-12 Honda Motor Co Ltd 熱移動型流体検知装置
JPH08338746A (ja) 1995-06-14 1996-12-24 Nippon M K S Kk 流量検出装置および流量検出方法
JP2002333357A (ja) * 2001-05-09 2002-11-22 Yokogawa Electric Corp 液体用熱式質量流量計
JP2003202256A (ja) * 2001-12-28 2003-07-18 Inax Corp 流量計及び流水装置
JP2004184177A (ja) * 2002-12-02 2004-07-02 Nikkiso Co Ltd 流量計
JP2005140756A (ja) * 2003-11-10 2005-06-02 Kanagawa Acad Of Sci & Technol 微細流路用流速計とマイクロチップ並びにマイクロ流体操作機器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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