JP2017129470A - 流量測定装置、流量の測定方法及び流量測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】熱拡散率が異なる測定対象流体について、流量の測定の精度を向上させる。【解決手段】流量測定装置は、主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部と、測定対象流体を加熱する加熱部および測定対象流体の温度を検出する温度検出部を有し、測定対象流体の特性値を取得するための特性値取得部と、前記特性値取得部によって取得された測定対象流体の特性値を用いて、前記流量検出部から出力された検出信号に基づいて算出された測定対象流体の流量を補正する流量補正部とを備え、前記加熱部および前記温度検出部は、測定対象流体の流れ方向と直交する方向に並んで配置されており、前記特性値取得部は、前記加熱部の温度を変化させた前後における、前記温度検出部により検出された前記測定対象流体の温度の差により、前記特性値を取得する。【選択図】図８

Description

本発明は、流量測定装置、流量の測定方法及び流量測定プログラムに関する。

従来、加熱部および温度検出部を備え、測定対象流体の流量を測定する流量測定装置が提案されている。例えば、測定対象流体の物性変化による出力特性の変化を低減させるため、測定対象流体の物性値を検出するための物性値検出部を備える流量測定装置も提案されている（特許文献１）。具体的には、マイクロヒータとサーモパイルとの温度差を検出することにより熱伝導率（熱拡散定数）を求め、センサによって測定された流量を熱伝導率に基づいて補正する。

特開２０１２−２３３７７６号公報

従来、マイクロヒータとサーモパイルとの温度差に基づいて熱伝導率を求め、熱伝導率を用いて測定対象流体の流量を補正するという技術が提案されていた。ここで、いわゆる熱式のフローセンサを用いる場合、測定対象流体の熱拡散率もセンサの出力に影響する。すなわち、従来技術では、気体によって流量を適切に補正できない場合があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、熱拡散率が異なる測定対象流体について、流量の測定の精度を向上させることを目的とする。

本発明に係る流量測定装置は、主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部と、測定対象流体を加熱する加熱部および測定対象流体の温度を検出する温度検出部を有し、測定対象流体の特性値を取得するための特性値取得部と、前記特性値取得部によって取得された測定対象流体の特性値を用いて、前記流量検出部から出力された検出信号に基づいて算出された測定対象流体の流量を補正する流量補正部とを備え、前記加熱部および前記温度検出部は、測定対象流体の流れ方向と直交する方向に並んで配置されており、前記特性値取得部は、前記加熱部の温度を変化させた前後における、前記温度検出部により検出された前記測定対象流体の温度の差により、前記特性値を取得する。

加熱部の温度を変化させた前後における、温度検出部により検出された測定対象流体の温度の差により取得した特性値を用いれば、測定対象流体の熱伝導率や比熱、粘度によって変わる熱拡散率に応じた補正を行うことができる。したがって、熱拡散率が異なる測定対象流体について、流量の測定の精度を向上させることができる。

また、特性値は、加熱部の温度を変化させた前後における、温度検出部により検出された測定対象流体の温度の差に、所定の係数を乗じた値であり、流量補正部は、流量検出部から出力された検出信号に、特性値を乗じることで、測定対象流体の流量を補正するようにしてもよい。具体的には、このような値を特性値として用いることができる。

また、一端が主流路内に開口した第１流入口に連通し、且つ、他端が主流路内に開口した第１流出口に連通することで主流路から分流されるとともに、特性値取得部の前記温度
検出部が配置された特性値検出流路を有する副流路部をさらに備え、流量検出部は、特性値検出流路とは異なる位置に配置されるようにしてもよい。副流路部を設けることで、主流路の大きさや流量にかかわらず、流量を測定できる装置を提供することができる。また、流量検出部や特性値取得部の前記温度検出部へのダストの侵入を抑制できる。

また、特性値取得部の前記温度検出部および流量検出部は、主流路または、副流路部を構成する部材に脱着可能に設けられた流量検出部材に設けられるようにしてもよい。このようにすれば、様々な流量や形状の主流路部２に対して取り付け可能な部品を提供することができ、コストを低減できる。

また、副流路部は、流量検出部が配置された流量検出流路と、一端が主流路内に開口した第１流入口に連通し、且つ、他端が主流路内に開口した第１流出口に連通することで副流路部から分流された第一副流路部と、一端が第一副流路部に開口した第２流入口に連通し、且つ、他端が第一副流路部内に開口した第２流出口に連通することで第一副流路部から分流された第二副流路部とを有し、流量検出流路及び特性値検出流路はともに、一端が第二副流路部に開口した第３流入口に連通し、且つ、他端が第二副流路部内に開口した第３流出口に連通することで第二副流路部からさらに分流されることで形成されるようにしてもよい。このように３段階の分流構造を採用すれば、流量検出部や特性値取得部の前記温度検出部へのダストの侵入量をさらに低減することができる。

また、副流路部は、流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、流量検出流路は、一端が第１流入口に連通し、且つ、他端が第１流出口に連通しており、第１流入口から流入した測定対象流体を、特性値検出流路および流量検出流路に分流させるようにしてもよい。具体的な分流構造としては、このような構成を採用することもできる。

また、副流路部は、流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、特性値検出流路は、流量検出流路内に設けられており、流量検出流路内を流れる測定対象流体の一部を特性値検出流路に流入させるようにしてもよい。具体的な分流構造としては、このような構成を採用することもできる。

また、副流路部は、流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、流量検出流路は、一端が主流路内に開口した第４流入口に連通し、且つ、他端が主流路内に開口した第４流出口に連通するようにしてもよい。具体的な分流構造としては、このような構成を採用することもできる。

また、流量検出部は、主流路に配置されるようにしてもよい。このように、流量検出部が主流路の流体を測定対象とする構成にしてもよい。

また、加熱部は、当該加熱部の長手方向が測定対象流体の流れ方向に沿って配置されるようにしてもよい。このようにすれば、加熱部は、測定対象流体の流れ方向に亘って広範囲に測定対象流体を加熱することが可能となる。

また、温度検出部は、当該温度検出部の長手方向が測定対象流体の流れ方向に沿って配置されるようにしてもよい。このようにすれば、温度検出部は、測定対象流体の流れ方向に亘って広範囲に温度を検出することが可能となる。

また、副流路部は、流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、流量検出流路と特性値検出流路は、副流路部または該副流路部から分流された流路に、回路基板を測定対象流体の流れ方向に平行に配置して副流路部または該副流路部を分流することで形成され、流量検出部及び特性値取得部の前記温度検出部は、それぞれ、回路基板上の一
面と、反対面に設けられるようにしてもよい。具体的な分流構造としては、このような構成を採用することもできる。

なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。また、課題を解決するための手段に示した流量測定装置の内容は、方法又はプロセッサやマイクロコントローラ等に実行させるプログラムとして提供することができる。

熱拡散率が異なる測定対象流体について、流量の測定の精度を向上させることができる。

流量測定装置の装置構成を示す斜視図である。 流量測定装置の縦断面図である。 流量測定装置の横断面図である。 流量検出部及び物性値取得部に用いられるセンサ素子の一例を示す斜視図である。 センサ素子の仕組みを説明するための断面図である。 流量検出部の概略構成を示す上面図である。 物性値取得部の概略構成を示す上面図である。 流量測定装置の機能構成を示すブロック図である。 流量測定処理の一例を示す処理フロー図である。 特性値取得処理の一例を示す処理フロー図である。 縦軸にセンサ感度比、横軸に熱伝導率を示すグラフである。 縦軸にセンサ感度比、横軸にΔＴを示すグラフである。 流量測定装置を示す図である。 副流路部を示す斜視図である。 物性値検出部および流量検出部の概略構成を示す図である。 物性値検出用流路および流量検出用流路に分流する測定対象流体の流量を説明するための模式図である。 副流路部の上面に形成された、物性値検出用流路および流量検出用流路の変形例を示す上面図である。 物性値検出部の変形例の概略構成を示す上面図である。 流量測定装置を示す斜視図である。 流量測定装置の他の例を示す図である。 流量測定装置の他の例を示す図である。 他の変形例に係る多段分流型の一例を示す図である。 他の変形例を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る流量測定装置について、図面を用いて説明する。なお、以下に示す実施形態は、流量測定装置の一例であり、本発明に係る流量測定装置は、以下の構成には限定されない。

＜装置構成＞
図１は、本実施形態に係る流量測定装置の装置構成を示す斜視図である。図２は、流量測定装置の縦断面図である。図３は、流量測定装置の横断面図である。流量測定装置は、例えばガスメータや燃焼機器、自動車等の内燃機関、燃料電池に組み込まれ、流路を通過する気体の量を測定する。なお、図１の破線の矢印は、流体の流れる方向を例示している
。図１〜図３に示すように、本実施形態では、流量測定装置１は主流路部２の内部に設けられる。また、流量測定装置１は、流量検出部１１と、物性値検出部（「温度検出部」とも呼ぶ）１２と、制御部１３とを備える。流量検出部１１及び物性値検出部１２は、マイクロヒータが形成する加熱部とサーモパイルが形成する温度検出部とを含む、いわゆる熱式のフローセンサである。

図４は、流量検出部及び物性値取得部に用いられるセンサ素子の一例を示す斜視図である。また、図５は、センサ素子の仕組みを説明するための断面図である。センサ素子１００は、マイクロヒータ（加熱部）１０１と、マイクロヒータ１０１を挟んで両側に設けられたサーモパイル（温度検出部）１０２とを備える。これらの上下には絶縁薄膜が形成され、シリコン基台上に設けられている。また、マイクロヒータ１０１及びサーモパイル１０２の下方のシリコン基台には、キャビティ（空洞）が設けられている。マイクロヒータ１０１は、例えばポリシリコンで形成された抵抗体である。図５は、破線の楕円によって、マイクロヒータ１０１が発熱した場合の温度分布を模式的に示している。なお、破線が太いほど温度が高いものとする。空気の流れがない場合、図５の上段（１）に示すようにマイクロヒータ１０１の両側の温度分布はほぼ均等になる。一方、例えば図５の下段（２）において破線の矢印で示す方向に空気が流れた場合、周囲の空気が移動するため、マイクロヒータ１０１の風上側よりも風下側の方が、温度は高くなる。センサ素子は、このようなヒータ熱の分布の偏りを利用して、流量を示す値を出力する。

また、図１の制御部１３は、マイクロコントローラ等の演算装置によって形成され、流量検出部１１の出力に基づいて流量を算出したり、物性値検出部１２の出力に基づいて所定の特性値を算出したり、特性値を用いて流量を補正したりする。

＜流量検出部及び物性値取得部＞

図６は、図１に示した流量検出部１１の概略構成を示す上面図であり、図７は、図１に示した物性値検出部１２の概略構成を示す上面図である。

図６に示すように、流量検出部１１は、測定対象流体の温度を検出する第１サーモパイル（流量検出部内第１温度検出部）１１１および第２サーモパイル（流量検出部内第２温度検出部）１１２と、測定対象流体を加熱するマイクロヒータ１１３とを備えている。マイクロヒータ１１３と、流量検出部内第１温度検出部１１１および流量検出部内第２温度検出部１１２とは、流量検出部１１内において、測定対象流体の流れ方向Ｐに沿って並んで配置されている。また、マイクロヒータ１１３、流量検出部内第１温度検出部１１１、および流量検出部内第２温度検出部１１２の形状は、平面視においてそれぞれ略矩形であり、各々の長手方向は測定対象流体の流れ方向Ｐと直交する。

流量検出部内第１温度検出部１１１および流量検出部内第２温度検出部１１２は、マイクロヒータ１１３の上流側に流量検出部内第１温度検出部１１１が配置され、下流側に流量検出部内第２温度検出部１１２が配置されて、マイクロヒータ１１３を挟んで対称な位置の温度を検出する。

流量測定装置１では、物性値検出部１２および流量検出部１１に、実質的に同一構造のセンサが用いられており、測定対象流体の流れ方向に対する配置角度を９０°異ならせて配置されている。これにより、同一構造のセンサを物性値検出部１２または流量検出部１１として機能させることが可能となるため、流量測定装置１の製造コストを低減することができる。

一方、図７に示すように、物性値検出部１２は、測定対象流体の温度を検出する第１サ
ーモパイル（物性値検出部内第１温度検出部）１２１および第２サーモパイル（物性値検出部内第２温度検出部）１２２と、測定対象流体を加熱するマイクロヒータ（物性値検出部内加熱部）１２３とを備えている。物性値検出部内加熱部１２３と、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２とは、物性値検出部１２内において、測定対象流体の流れ方向Ｑと直交する方向に並んで配置されている。また、物性値検出部内加熱部１２３、物性値検出部内第１温度検出部１２１、および物性値検出部内第２温度検出部１２２の形状は、平面視においてそれぞれ略矩形であり、各々の長手方向は測定対象流体の流れ方向Ｑに沿っている。また、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２は、物性値検出部内加熱部１２３を挟んで左右対称に配置されており、物性値検出部内加熱部１２３の両側の対称な位置の温度を検出する。

ここで、測定対象流体の流れによって温度分布は下流側に偏るため、流れ方向と直交する方向の温度分布の変化は、測定対象流体の流れ方向の温度分布の変化に比べて小さい。このため、物性値検出部内第１温度検出部１２１と、物性値検出部内加熱部１２３と、物性値検出部内第２温度検出部１２２とを、この順で測定対象流体の流れ方向と直交する方向に並べて配置することにより、温度分布の変化による物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２の出力特性の変化を低減することができる。したがって、測定対象流体の流れによる温度分布の変化の影響を低減して、物性値検出部１２による検出精度を向上させることができる。

また、物性値検出部内加熱部１２３の長手方向が測定対象流体の流れ方向に沿って配置されているため、物性値検出部内加熱部１２３は測定対象流体の流れ方向に亘って広範囲に測定対象流体を加熱することが可能となる。このため、測定対象流体の流れによって温度分布が下流側に偏った場合であっても、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２の出力特性の変化を低減することができる。したがって、測定対象流体の流れによる温度分布の変化の影響を低減して、測定対象流体の流れによる温度分布の変化の影響を低減して、物性値検出部１２による検出精度を向上させることができる。

さらに、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２の長手方向が測定対象流体の流れ方向に沿って配置されているため、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２は測定対象流体の流れ方向に亘って広範囲に温度を検出することが可能となる。このため、測定対象流体の流れによって温度分布が下流側に偏った場合であっても、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２の出力特性の変化を低減することができる。したがって、測定対象流体の流れによる温度分布の変化の影響を低減して、物性値検出部１２による検出精度を向上させることができる。

＜機能構成＞
図８は、流量測定装置の機能構成を示すブロック図である。流量測定装置１は、流量検出部１１と、物性値検出部１２と、制御部１３とを備えている。流量検出部１１は、流量検出部内第１温度検出部１１１と、流量検出部内第２温度検出部１１２とを備える。物性値検出部１２は、物性値検出部内第１温度検出部１２１と、物性値検出部内第２温度検出部１２２と、物性値検出部内加熱部１２３とを備える。

流量検出部１１は、流量検出部内第１温度検出部１１１および流量検出部内第２温度検出部１１２から出力された温度検出信号に基づいて、測定対象流体の流量を示す値を検出する。具体的には、流量検出部１１は、流量検出部内第１温度検出部１１１から出力された温度検出信号と流量検出部内第２温度検出部１１２から出力された温度検出信号との差
分を算出し、差分に基づいて測定対象流体の流量を示す値を求める。そして、流量検出部１１は、流量を示す値を制御部１３に出力する。

物性値検出部１２は、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２から出力された温度検出信号を流量算出部１３３に出力する。具体的には、物性値検出部１２は、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２から出力された温度検出信号の平均値を求める。また、物性値検出部内加熱部１２３は、例えば制御部１３による制御に応じて温度を変更する。これにより、物性値検出部内第１温度検出部１２１及び物性値検出部内第２温度検出部１２２は、物性値検出部内加熱部１２３の温度変化の前後における出力値を求めることができる。物性値検出部１２は、取得した出力値を制御部１３に出力する。

また、制御部１３は、補正処理部１３１と、特性値算出部１３２と、流量算出部１３３とを含む。流量算出部１３３は、流量検出部１１の検出値に基づいて測定対象流体の流量を算出する。特性値算出部１３２は、物性値検出部１２の検出値に基づいて特性値を算出する。具体的には、特性値算出部１３２は、物性値検出部１２のマイクロヒータの温度を変化させ、変化の前後においてサーモパイルが検出した測定対象流体の温度の差に所定の係数を乗じて特性値を算出する。補正処理部１３１は、特性値を用いて、流量算出部１３３が算出した流量を補正する。なお、物性値検出部１２と特性値算出部１３２とを総称して特性値取得部とも呼ぶ。

＜流量測定処理＞
図９は、流量測定処理の一例を示す処理フロー図である。図９に示すように、流量検出部１１は、流量検出部内第１温度検出部および流量検出部内第２温度検出部１１２から温度検出信号を出力し、流量算出部１３３は、２つの温度検出信号に基づいて測定対象流体の流量を算出する（図９：Ｓ１）。

具体的には、流量検出部１１は、流量検出部内第１温度検出部１１１から出力された温度検出信号と流量検出部内第２温度検出部１１２から出力された温度検出信号とを出力する。また、流量算出部１３３は、２つの温度検出信号の差分を算出し、差分に基づいて測定対象流体の流量を示す値を算出する。

なお、流量検出部内第１温度検出部１１１および流量検出部内第２温度検出部１１２から出力された温度検出信号に基づいて定対象流体の流量を算出する手法は、公知のものを用いることができる。流量検出部１１は、算出した測定対象流体の流量を制御部１３に出力する。

また、物性値検出部１２は、特性値取得処理を実行する（Ｓ２）。特性値取得処理の詳細は、図１０を用いて説明する。

図１０は、特性値取得処理の一例を示す処理フロー図である。制御部１３の特性値算出部１３２は、物性値検出部１２の物性値検出部内加熱部１２３に、第１の温度で加熱させる（図１０：Ｓ１１）。その後、物性値検出部１２の物性値検出部内第１温度検出部１２１及び物性値検出部内第２温度検出部１２２は、第１の温度を検出する（Ｓ１２）。本ステップは、例えば制御部１３による制御に基づいて行うようにしてもよい。測定対象流体を伝わる熱の速度は、熱伝導率、熱拡散率、比熱などの物性値によって決定される。また、物性値検出部内加熱部１２３と、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２との温度差を検出することによって、熱伝導率を求めることができる。例えば、物性値検出部内加熱部１２３と、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２との温度差が大きいほど、熱伝導率は小さ
くなる。このような性質を利用して、本ステップでは、測定対象流体の流れ方向と直交する方向に配置された物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２によって測定対象流体の温度を検出する。

次に、制御部１３の特性値算出部１３２は、物性値検出部１２の物性値検出部内加熱部１２３に、第２の温度で加熱させる（Ｓ１３）。その後、物性値検出部１２の物性値検出部内第１温度検出部１２１及び物性値検出部内第２温度検出部１２２は、第２の温度を検出する（Ｓ１４）。本ステップも、例えば制御部１３による制御に基づいて行うようにしてもよい。このようにして、物性値検出部内加熱部１２３の温度変化の前後において物性値検出部内第１温度検出部１２１及び物性値検出部内第２温度検出部１２２により検出された温度を示す値が取得される。

また、特性値算出部１３２は、検出された温度を用いて特性値を算出する（Ｓ１５）。本ステップでは、センサ感度比を求める。センサ感度比とは、基準となる気体を流した場合のセンサ出力値に対する、所定の気体を流した場合のセンサ出力値の比であり、熱拡散率を表す特性値である。センサ感度比αは、下記の式（１）で求められる。
α ＝ β × ΔＴ ・・・（１）
βは所定の係数である。また、ΔＴは、物性値検出部内加熱部１２３の温度変化の前後において物性値検出部内第１温度検出部１２１及び物性値検出部内第２温度検出部１２２により出力された検出値の差分である。

その後、図９の処理に戻り、制御部１３は、特性値を用いて、流量算出部が算出した測定対象流体の流量を補正する（図９：Ｓ３）。具体的には、制御部１３は、下記の式（２）を用いて、補正後の流量を算出する。
補正後の出力 ＝ 流量算出部の出力 × α ・・・（２）

本実施形態では、ヒータの温度を変化させた際にヒートパイルで検出される温度の変化量（ΔＴ）を用いることで、測定対象流体の熱拡散率を検出することができるようになる。ここで、熱式のフローセンサが出力する流量は、熱拡散率と相関がある。したがって、本実施形態に係る流量の補正処理によれば、あらゆる気体について適切に補正できるようになる。すなわち、熱拡散率が異なる測定対象流体について、流量の測定の精度を向上させることができる。

図１１は、縦軸にセンサ感度比、横軸に熱伝導率を示すグラフである。ここで、図１１に示すように、例えば組成の異なる混合ガスのように熱伝導率以外の物性値が異なる複数のガス群が存在する場合、物性値としてある熱伝導率が求められただけではいずれのセンサ感度比を用いて補正すればよいのか定まらない。すなわち、マイクロヒータの加熱温度とサーモパイルの検知温度とを１組用いて補正を行う手法では、所定のガス群に属する２以上の基準ガスに基づいて補正を行っていたところ、複数のガス群について適切に補正を行うことはできなかった。

図１２は、縦軸にセンサ感度比、横軸にΔＴを示すグラフである。図１１に示した、センサ感度比と熱伝導率とが一直線に近似されないガスについても、センサ感度比とΔＴとは一直線に近似される。したがって、本実施形態では熱拡散率が未知のガス群についても補正を行うことができる。

＜変形例＞
上述した実施形態では、流量測定装置１のフローセンサが主流路部２内の流体を測定対象とする構成を示したが、このような例には限定されない。例えば、流量測定装置１のフローセンサは、主流路部２から分岐させた副流路内の流体を測定対象としてもよい。

図１３（ａ）は、本実施形態に係る流量測定装置１を示す分解斜視図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示される流量測定装置１を示す透視図である。図１３（ａ）（ｂ）に示すように、変形例に係る流量測定装置１は、主流路部２と、副流路部３と、シール４と、回路基板５と、カバー６とを備えている。

主流路部２は、長手方向に貫通した管状部材である。主流路部２の内周面には、測定対象流体の流れ方向Ｏに対して、上流側に流入口（第１流入口）３４が形成され、下流側に流出口（第１流出口）３５が形成されている。

なお、本実施形態では、主流路部２の軸方向の長さは約５０ｍｍであり、内周面の直径（主流路部２の内径）は約２０ｍｍであり、主流路部２の外径は約２４ｍｍである。

副流路部３は、主流路部２の上に設けられており、その内部および上面には、副流路が形成されている。副流路部３は、一端が流入口３４Ａに連通し、他端が流出口３５Ａに連通している。流量測定装置１では、副流路部３は、流入用流路３４と、物性値検出用流路３２と、流量検出用流路３３と、流出用流路３５とから構成されている。

流入用流路３４は、主流路部２を流れる測定対象流体を流入させて、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流させるための流路である。流入用流路３４は、主流路部２と垂直な方向に、副流路部３を貫通して形成されており、一端が流入口３４Ａに連通し、他端は主流路部２の上面で開口して、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に連通している。これにより、主流路部２を流れる測定対象流体の一部を、流入用流路３４を介して、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流させることができる。

物性値検出用流路３２は、副流路部３の上面に形成された、主流路部２と平行な方向に延在する、縦断面が略コの字型の流路である。物性値検出用流路３２は、長手方向（主流路部２と平行な方向）に延在する部分に、測定対象流体の物性値を検出するための物性値検出部１２が配置されている。物性値検出用流路３２の一端は、流入用流路３４を介して流入口３４Ａに連通しており、他端は、流出用流路３５を介して流出口３５Ａに連通している。

流量検出用流路３３は、副流路部３の上面に形成された、主流路部２と平行な方向に延在する、縦断面が略コの字型の流路である。流量検出用流路３３は、長手方向（主流路部２と平行な方向）に延在する部分に、測定対象流体の流量を検出するための流量検出部１１が配置された流量検出用流路３３を有している。流量検出用流路３３の一端は、流入用流路３４を介して流入口３４Ａに連通しており、他端は、流出用流路３５を介して流出口３５Ａに連通している。

なお、図面では、説明の便宜上、物性値検出部１２および流量検出部１１と、回路基板５とが分離された状態で図示しているが、物性値検出部１２および流量検出部１１は、回路基板５に実装された状態で物性値検出用流路３２または流量検出用流路３３に配置されている。

流出用流路３５は、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を通過した測定対象流体を、主流路部２に流出させるための流路である。流出用流路３５は、主流路部２と垂直な方向に、副流路部３を貫通して形成されており、一端が流出口３５Ａに連通し、他端は主流路部２の上面で開口して、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に連通している。これにより、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を通過した測
定対象流体を、流出用流路３５を介して、主流路部２に流出させることができる。

このように、同じ流入口３４Ａから流入させた測定対象流体を、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流させることで、物性値検出部１２および流量検出部１１は、温度、濃度などの条件が等しい測定対象流体に基づいて物性値または流量を検出することができる。したがって、流量測定装置１の測定精度を向上させることができる。

なお、流量測定装置１では、副流路部３にシール４を嵌め込んだ後、回路基板５が配置され、さらにカバー６によって回路基板５を副流路部３に固定することで、副流路部３の内部の気密性を確保している。

図１４は、図１３（ａ）に示される副流路部３を示す斜視図である。図１４に示されるように、物性値検出用流路３２は、略コの字型の一端が流入用流路３４に連通し、他端が流出用流路３５に連通している。同様に、流量検出用流路３３は、略コの字型の一端が流入用流路３４に連通し、他端が流出用流路３５に連通している。

また、物性値検出用流路３２と流量検出用流路３３との両端部も互いに連通しており、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３は、副流路部３の上面において矩形状の流路を構成している。

流量測定装置１では、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３は、何れも副流路部３の上面と垂直な方向から見たときの形状が正方形であり、流入用流路３４と流出用流路３５とを結ぶ直線に対して対象となる位置にそれぞれ形成されている。

なお、本実施形態では、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の一辺の長さは、何れも約４ｍｍである。

また、本実施形態では、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の形状を正方形としているが、本発明はこれに限定されない。物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の形状は、物性値検出部１２または流量検出部１１が配置可能であればよく、配置される物性値検出部１２および流量検出部１１の形状に応じて決定される。

したがって、例えば、物性値検出用流路３２の幅よりも、物性値検出部１２のサイズが小さい場合には、物性値検出用流路３２の幅を物性値検出用流路３２の幅に一致させてもよい。この場合、物性値検出用流路３２の長手方向に延在する部分は、直線形状に形成されることとなる。なお、流量検出用流路３３についても同様である。

図１５（ａ）は、図１３に示される物性値検出部１２の概略構成を示す上面図であり、図１５（ｂ）は、図１３に示される流量検出部１１の概略構成を示す上面図である。図１５に示す流量測定装置１では、物性値検出用流路３２と流量検出用流路３３とは、長手方向に延在する流路の幅がそれぞれ異なっており、物性値検出用流路３２の物性値検出部１２が配置された流路の幅は、流量検出用流路３３の流量検出部１１が配置された流路の幅よりも狭くなっている。これにより、流量測定装置１では、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流される測定対象流体の流量を、それぞれ個別に制御されている。

図１６は、図１３に示される物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流する測定対象流体の流量を説明するための模式図である。図１６に示されるように、本実施形態では、物性値検出用流路３２には流量Ｐの測定対象流体が分流され、流量検出用流路３３には流量Ｑの測定対象流体が流れるように、物性値検出用流路３２および流量検出用
流路３３の幅が設定されている。

この流量Ｐおよび流量Ｑの値は、主流路部２を流れる測定対象流体の流量によって変動するものであるが、通常の使用態様において、流量Ｐは物性値検出部１２の検出レンジ内の値となり、流量Ｑは流量検出部１１の検出レンジ内の値となるように、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の幅がそれぞれ設定されている。

なお、本実施形態では、物性値検出用流路３２の幅は約０．４ｍｍであり、流量検出用流路３３の幅は約０．８ｍｍである。

このように、流量測定装置１では、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流する測定対象流体の流量を、それぞれの幅を調整することで個別に制御することが可能である。このため、物性値検出部１２の検出レンジに応じて物性値検出用流路３２を流れる測定対象流体の流量を制御し、流量検出部１１の検出レンジに応じて流量検出用流路３３を流れる測定対象流体の流量を制御することができる。

したがって、物性値検出部１２は、固有の検出レンジに応じた最適な流量で、測定対象流体の物性値を検出することができるので、物性値検出部１２の検出精度を高めることができる。

同様に、流量検出部１１は、固有の検出レンジに応じた最適な流量で、測定対象流体の流量を検出することができるので、流量検出部１１の検出精度を高めることができる。

上述の変形例では、図１６に示されるように、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３が、何れも略コの字型に形成された構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３は、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を通過する測定対象流体の流量が制御可能な幅に設定されていれば、その形状は特に限定されない。

図１７（ａ）〜（ｄ）は、図１６に示される副流路部３の上面に形成された、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の変形例を示す上面図である。

図１７（ａ）に示されるように、例えば、物性値検出用流路３２を直線状に形成し、流量検出用流路３３を略コの字型に形成してもよい。

また、図１７（ｂ）〜図１７（ｄ）に示されるように、流量検出用流路３３に対して測定対象流体を流入させる方向と直行する方向から物性値検出用流路３２に対して測定対象流体を流入させるように、物性値検出用流路３２を形成してもよい。

この場合、物性値検出部１２と流量検出部１１との配置角度を一致させることができるため、流量測定装置１の製造過程において、回路基板５に物性値検出部１２および流量検出部１１を実装する工程を簡略化することができる。

上述の変形例では、図１５（ａ）に示されるように、物性値検出部１２は、測定対象流体を加熱する物性値検出部内加熱部１２３と、測定対象流体の温度を検出する物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２とを備え、物性値検出部内第１温度検出部１２１および物性値検出部内第２温度検出部１２２が、物性値検出部内加熱部１２３を挟んで左右対称に配置された構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。

図１８は、図１５（ａ）に示される物性値検出部１２の変形例の概略構成を示す上面図である。図１８に示されるように、物性値検出部内第２温度検出部１２２を省略して、物性値検出部内加熱部１２３と、物性値検出部内第１温度検出部１２１とで、物性値検出部１２ａを構成してもよい。

このように、物性値検出部内加熱部と物性値検出部内第１温度検出部を、測定対象流体の流れ方向と直交する方向に並べて配置することで、物性値検出部１２ａを実現してもよい。

＜変形例２＞
本発明に係る流量測定装置の他の変形例について、図１９に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と対応する部材に関しては、対応する符号を付し、その説明を省略する。本変形例に係る流量測定装置は、流量検出部が主流路に配置される。

図１９（ａ）は、本変形例に係る流量測定装置１ａを示す斜視図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示される流量測定装置１ａを示す断面図であり、図１９（ｃ）は、図１９（ａ）に示される副流路部３ａを示す上面図である。

図１９（ａ）〜図１９（ｃ）に示されるように、流量測定装置１ａでは、主流路部２ａの内周面の流入口３４Ａと流出口３５Ａとの間に、開口部３７Ａが形成されている。

副流路部３ａの内部には、流量検出部１１が配置されたセル状の流量検出用流路３７ａが形成されており、流量検出用流路３７ａは開口部３７Ａに連通している。このため、流量検出用流路３７ａには、開口部３７Ａを介して主流路部２ａを流れる測定対象流体が流入し、流量検出部１１によってその流量が検出される。

なお、開口部３７Ａの大きさを制御調整することによって、主流路部２ａから流量検出用流路３７ａに流入する測定対象流体の流量を制御することができる。

副流路部３ａは、流入用流路３４と、物性値検出用流路３２と、流出用流路３５とから構成されており、物性値検出用流路３２は、長手方向に延在する流路に、測定対象流体の物性値を検出するための物性値検出部１２が配置された物性値検出用流路３２を有している。

このように、流量測定装置１ａでは、物性値検出部１２が副流路部３ａに配置され、流量検出部１１が主流路部２ａに配置されている。このため、流量測定装置１ａでは、物性値検出部１２の検出レンジに応じた流量を制御することが可能である。

それゆえ、本実施形態によれば、測定対象流体の物性変化による出力特性の変化を低減して、高精度に測定対象流体の流量を測定することができる流量測定装置１ａを実現することができる。

＜変形例３＞
本発明に係る流量測定装置の他の変形例について、図２０に基づいて説明する。なお、実施形態と対応する部材に関しては、対応する符号を付し、その説明を省略する。

本変形例に係る流量測定装置は、独立した２つの副流路を有する点で、上述の流量測定装置と異なっている。

図２０（ａ）は、本実施形態に係る流量測定装置１ｂを示す斜視図であり、図２０（ｂ
）は、図２０（ａ）に示される副流路部３を示す上面図である。

図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示されるように、流量測定装置１ｂでは、副流路部３ｂは、その内部および上面に２つの副流路部が形成されている。

第１の副流路部は、流入用流路３４ｂと、物性値検出用流路３２ｂと、流出用流路３５ｂとから構成されており、物性値検出用流路３２ｂには、長手方向に延在する流路に、測定対象流体の物性値を検出するための物性値検出部１２が配置されている。

第２の副流路部は、流入用流路３４Ｂと、流量検出用流路３３Ｂと、流出用流路３５Ｂとから構成されており、流量検出用流路３３Ｂには、長手方向に延在する流路に、測定対象流体の流量を検出するための流量検出部１１が配置されている。

このように、流量測定装置１ｂでは、副流路部３ｂが独立した２つの副流路を有しており、物性値検出部１２が第１の副流路部に配置され、流量検出部１１が第２の副流路部に配置されている。このため、流量測定装置１ｂによれば、物性値検出部１２および流量検出部１１の検出レンジに応じた流量を、個別に制御することが可能である。

それゆえ、本実施形態によれば、測定対象流体の物性変化による出力特性の変化を低減して、高精度に測定対象流体の流量を測定することができる流量測定装置１ｂを実現することができる。

＜変形例４＞
本発明に係る流量測定装置の他の変形例について、図２１に基づいて説明する。なお、実施形態と対応する部材に関しては、対応する符号を付し、その説明を省略する。

本変形例に係る流量測定装置は、物性値検出用流路が、流量検出用流路内に形成されている点で、上述の流量測定装置と異なっている。

図２１（ａ）は、本実施形態に係る流量測定装置１ｃを示す斜視図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）に示される副流路部３ｃを示す斜視図であり、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）に示される副流路部３ｃを示す上面図である。

図２１（ａ）〜図２１（ｃ）に示されるように、流量測定装置１ｃでは、副流路部３ｃは、流入用流路３４と、物性値検出用流路３２ｃと、流量検出用流路３３ｃと、流出用流路３５とから構成されている。

副流路部３ｃでは、物性値検出用流路３２ｃが、流量検出用流路３３ｃ内に形成されており、測定対象流体の流れ方向に対して上流側に流量検出部１１が配置され、下流側に物性値検出部１２が配置されている。

ここで、物性値検出用流路３２ｃは、測定対象流体の流量を制御するための流量制御部材４０によって、流量検出用流路３３ｃと仕切られており、物性値検出部１２は流量制御部材４０の内部に配置されている。

流量制御部材４０は、物性値検出用流路３２ｃを通過する測定対象流体の流量を制御するためのものであり、第１側壁部４０ａと第２側壁部４０ｂとから構成されている。第１側壁部４０ａおよび第２側壁部４０ｂは何れも略コの字型の板状部材であり、それぞれの端部を対向させた状態で、所定の間隔をおいて配置されている。

したがって、第１側壁部４０ａと第２側壁部４０ｂとの間隔を制御することによって、流量制御部材４０の内部、すなわち、物性値検出用流路３２ｃを通過する測定対象流体の流量を調整することができる。

このように、流量測定装置１ｃでは、副流路部３ｃが流量制御部材４０を備え、流量制御部材４０の内部に物性値検出用流路３２ｃが設けられているため、副流路部３ｃ内の任意の位置に物性値検出用流路３２ｃを設けることが可能となる。また、流量制御部材４０を備えることで、物性値検出用流路３２ｃを通過する測定対象流体の流量を容易に制御することができる。

このように、物性値検出用流路３２ｃが、流量検出用流路３３ｃ内に形成されて構成であっても、物性値検出部１２および流量検出部１１の検出レンジに応じた流量を個別に制御することが可能である。

それゆえ、本実施形態によれば、測定対象流体の物性変化による出力特性の変化を低減して、高精度に測定対象流体の流量を測定することができる流量測定装置１ｃを実現することができる。

＜変形例５＞
図２２（ａ）〜図２２（ｃ）は、他の変形例に係る多段分流型の一例を示す図である。図２２（ｃ）は、主流路部２ｄ及び流量測定装置１ｄの接続箇所を示す。図２２（ｂ）は、図２２（ｃ）において破線の長方形で示した箇所を拡大した図である。また、図２２（ａ）は、図２２（ｃ）におけるユニット１０００のＡ−Ａ断面図である。図２２（ｂ）に拡大して示すように、本変形例では、主流路部２の流れ方向に沿って、主流路部２ｄよりも細い（断面積の小さい）副流路部３ｄが設けられている。また、副流路部３ｄは、主流路部２ｄに沿って貫通する主流路２ｅと、副流路部３ｄに対しほぼ垂直に接続される副流路部３ｅとに分岐する。そして、図２２（ａ）に示すように、副流路部３ｅは、流量検出部１１が設けられた副流路部３ｆと、物性値検出部１２が設けられた副流路部３ｇとに分岐する。

上述した副流路を有する変形例によれば、主流路部２ｄの流量（すなわち、主流路部２ｄの太さ（断面積））にかかわらず、小型の流量測定装置１ｄで流量を測定できる。また、上述した副流路を有する変形例によれば、センサチップへのダストの侵入を抑制し、測定精度を向上させることができるところ、図２２に示す変形例のように３段階の分流構造を採用すれば、ダストの侵入量をさらに低減することができる。

また、図２２に示したユニット１０００のように、例えば流量検出部１１が設けられた副流路部３ｆと、物性値検出部１２が設けられた副流路部３ｇとを有する部品を着脱自在な部品として形成するようにしてもよい。このようにすれば、様々な流量や形状の主流路部２に対して取り付け可能な部品を提供することができ、コストを低減できる。

図２３は、他の変形例を説明するための断面図である。図２３の例では、回路基板の表裏にそれぞれ流量検出部１１と物性値検出部１２とが配置されている。そして、回路基板を貫通して副流路が設けられている。管状の副流路を設ける態様に限らず、図２３に示すような分流構造を採用してもよい。

１ ：流量測定装置
２ ：主流路部
３ ：副流路部
５ ：回路基板
１１ ：流量検出部
１１１ ：流量検出部内第１温度検出部
１１２ ：流量検出部内第２温度検出部
１１３ ：マイクロヒータ
１２ ：物性値検出部
１２１ ：物性値検出部内第１温度検出部
１２２ ：物性値検出部内第２温度検出部
１２３ ：物性値検出部内加熱部
１３ ：制御部
１３１ ：補正処理部
１３２ ：特性値算出部
３２ ：物性値検出用流路
３３ ：流量検出用流路
３４ ：流入用流路
１００ ：センサ素子
１０１ ：ヒータ
１０２ ：サーモパイル
１０００ ：ユニット

Claims (14)

1. 主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部と、
   測定対象流体を加熱する加熱部および測定対象流体の温度を検出する温度検出部を有し、測定対象流体の特性値を取得するための特性値取得部と、
   前記特性値取得部によって取得された測定対象流体の特性値を用いて、前記流量検出部から出力された検出信号に基づいて算出された測定対象流体の流量を補正する流量補正部と、
   を備え、
   前記加熱部および前記温度検出部は、測定対象流体の流れ方向と直交する方向に並んで配置されており、
   前記特性値取得部は、前記加熱部の温度を変化させた前後における、前記温度検出部により検出された前記測定対象流体の温度の差により、前記特性値を取得することを特徴とする流量測定装置。
2. 前記特性値は、前記加熱部の温度を変化させた前後における、前記温度検出部により検出された前記測定対象流体の温度の差に、所定の係数を乗じた値であり、
   前記流量補正部は、前記流量検出部から出力された検出信号に、前記特性値を乗じることで、前記測定対象流体の流量を補正することを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
3. 一端が前記主流路内に開口した第１流入口に連通し、且つ、他端が前記主流路内に開口した第１流出口に連通することで前記主流路から分流されるとともに、前記特性値取得部の前記温度検出部が配置された特性値検出流路を有する副流路部をさらに備え、
   前記流量検出部は、前記特性値検出流路とは異なる位置に配置される
   請求項１または２に記載の流量測定装置。
4. 前記特性値取得部の前記温度検出部および前記流量検出部は、前記主流路または、前記副流路部を構成する部材に脱着可能に設けられた流量検出部材に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の流量測定装置。
5. 前記副流路部は、前記流量検出部が配置された流量検出流路と、
   一端が前記主流路内に開口した第１流入口に連通し、且つ、他端が前記主流路内に開口した第１流出口に連通することで前記副流路部から分流された第一副流路部と、
   一端が前記第一副流路部に開口した第２流入口に連通し、且つ、他端が前記第一副流路部内に開口した第２流出口に連通することで前記第一副流路部から分流された第二副流路部と、
   を有し、
   前記流量検出流路及び前記特性値検出流路はともに、一端が前記第二副流路部に開口した第３流入口に連通し、且つ、他端が前記第二副流路部内に開口した第３流出口に連通することで前記第二副流路部からさらに分流されることで形成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の流量測定装置。
6. 前記副流路部は、前記流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、
   前記流量検出流路は、一端が前記第１流入口に連通し、且つ、他端が前記第１流出口に連通しており、
   前記第１流入口から流入した測定対象流体を、前記特性値検出流路および前記流量検出流路に分流させることを特徴とする請求項３または４に記載の流量測定装置。
7. 前記副流路部は、前記流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、
   前記特性値検出流路は、前記流量検出流路内に設けられており、
   前記流量検出流路内を流れる測定対象流体の一部を前記特性値検出流路に流入させることを特徴とする請求項３または４に記載の流量測定装置。
8. 前記副流路部は、前記流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、
   前記流量検出流路は、一端が前記主流路内に開口した第４流入口に連通し、且つ、他端が前記主流路内に開口した第４流出口に連通していることを特徴とする請求項３または４に記載の流量測定装置。
9. 前記流量検出部は、前記主流路に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の流量測定装置。
10. 前記加熱部は、当該加熱部の長手方向が測定対象流体の流れ方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の流量測定装置。
11. 前記温度検出部は、当該温度検出部の長手方向が測定対象流体の流れ方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の流量測定装置。
12. 前記副流路部は、前記流量検出部が配置された流量検出流路をさらに有しており、
    前記流量検出流路と前記特性値検出流路は、前記副流路部または該副流路部から分流された流路に、回路基板を前記測定対象流体の流れ方向に平行に配置して前記副流路部または該副流路部を分流することで形成され、
    前記流量検出部及び前記特性値取得部の前記温度検出部は、それぞれ、前記回路基板上の一面と、反対面に設けられたことを特徴とする請求項３又は４に記載の流量測定装置。
13. 測定対象流体の流れ方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する加熱部および測定対象流体の温度を検出する温度検出部を有し、主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部と、
    測定対象流体の流れと直交する方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する第二加熱部および測定対象流体の温度を検出する第二温度検出部を有し、測定対象流体の特性値を取得するための特性値取得部と、
    を備えた流量測定装置を用いた前記測定対象流体の流量の測定方法であって、
    前記流量検出部によって前記主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量検出工程と、
    前記第二温度検出部により前記測定対象流体の温度を測定する第一温度測定工程と、
    前記第二加熱部の温度を変化させる温度変化工程と、
    前記温度変化工程の後に、前記第二温度検出部により前記測定対象流体の温度を測定する第二温度測定工程と、
    前記第一温度測定工程で測定された前記測定対象流体の温度と、前記第二温度測定工程で測定された前記測定対象流体の温度との差によって、前記特性値を取得する特性値取得工程と、
    前記流量検出工程において検出された測定対象流体の流量に、前記特性値を乗じることで、前記測定対象流体の流量を補正する補正工程と、
    を有することを特徴とする流量の測定方法。
14. 測定対象流体の流れ方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する加熱部および測定対象流体の温度を検出する温度検出部を有し、主流路を流れる測定対象流体の流量を検出するための流量検出部と、
    測定対象流体の流れと直交する方向に並んで配置された、測定対象流体を加熱する第二加熱部および測定対象流体の温度を検出する第二温度検出部を有し、測定対象流体の特性
    値を取得するための特性値取得部と、
    を備えた流量測定装置に、前記測定対象流体の流量の測定させる流量測定プログラムであって、
    情報処理装置に、
    前記流量検出部によって前記主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量検出ステップと、
    前記第二温度検出部により前記測定対象流体の温度を測定する第一温度測定ステップと、
    前記第二加熱部の温度を変化させる温度変化ステップと、
    前記温度変化ステップの後に、前記第二温度検出部により前記測定対象流体の温度を測定する第二温度測定ステップと、
    前記第一温度測定ステップで測定された前記測定対象流体の温度と、前記第二温度測定ステップで測定された前記測定対象流体の温度との差によって、前記特性値を取得する特性値取得ステップと、
    前記流量検出ステップにおいて検出された測定対象流体の流量に、前記特性値を乗じることで、前記測定対象流体の流量を補正する補正ステップと、
    を実行させるための流量測定プログラム。

Images