JPH01150817A - 質量流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、導管中を流れる流体の質量流量を精密に測定
する質量流量計に関する。

（従来の技術とその問題点） 前記質量流量計として、たとえば導管の上流側と下流側
にそれぞれ温度係数の大なる感熱コイルを配し、各感熱
コイルに供給する電流値を一定に保持し、流体が流れる
事によって変化する感熱部分の温度分布を検出する事に
より、流量測定を行うもの（例えば、特公昭５Ｂ−２３
０９４号公報）や、流体温度を調節する事により通過流
体を条件付け、流体が通過する時の熱交換作用において
流体の温度を異なる温度値に変更し、これら温度調節と
温度変更段階のうちの少なくとも一方の段階で費やされ
たエネルギを表示するようにして流量測定を行うもの（
例えば特開昭５９−１８４２３号公報）がある。

しかしながら、前者は温度分布が変化する速さが導管や
その被覆物の熱容量の影響を受けるため応答性に欠ける
欠点がある。又、後者は応答速度は前者に比べると良好
であるが、動作原理が熱線流速計と同一であるため、周
囲温度の変化や流体の熱容量の違い等によってゼロ点が
変動しやすいと言う欠点があり、この欠点をなくすため
に温度調節回路を設けても回路構成が複雑になる割には
その実行が上がりにくいと言う問題点があった。

その他の従来例として、 式で表される補正回路（６５）（第２図）を持つ質量流
産計があるが、 ■（Ｖｕ十Ｖｄ）が厳密には温度変化だけでなく、流址
の変化に応じて変化するため、完全な温度補正が出来な
い。

■温度設定抵抗（６１）＜６１°）の温度係数がゼロに
近い抵抗でなければならないため、両感熱コイル（Ｒｕ
）（Ｒｄ）が一定温度（例えば８０〜９０℃程度）に設
定されてしまい、その結果周囲温度が設定された感熱コ
イル（Ｒｕ）　（Ｒｄ）の温度を越えた又は両者の差が
少ない場合ノイズが大きくて使用できない。

■同様に、周囲温度よりも感熱コイル（Ｒｕ）　（Ｒｄ
）の温度をかなり高く取らなければならないので、反応
性の高い被測定流体（Ｇ）の場合は測定不能と言う制約
がある。

そこで、感熱コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）と直列にこれらと
ほぼ等しい温度係数を持つ温度検出抵抗（１１）　（１
１’　）を挿入して感熱コイル（Ｒｕ）　（Ｒｄ）と温
度検出抵抗（１ｔ）（ｔｔ’）とをそれぞれ含む定温度
差回路（Ｔｕ）（Ｔｄ）を設けた方式が案出されたが、
（第３図）この方式では、上流側及び下流側コイル（Ｒ
ｕ）（Ｒｄ〉の温度特性を式で表せば、 Ｒｕ＝　Ｒｄ＝　Ｒｏ（１＋ａ　ｔ）−−−−−−（１
）ここで、Ｒｏ＝０℃での両コイル（Ｒ＋＋＞（Ｒｄ）
の抵抗値 を−両コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）のコイル温度α−両コイ
ル（Ｒｕ）（Ｒｄ）の温度係数又、その定温度差回路（
Ｔｕ）（Ｔｄ）は以下のく２）式が成立するように作動
するよう設計されていた。

Ｒｕ（Ｒｄ）　＝　（１１）　＝（１１’（１１’　）
＝＾Ｒｏ（１＋　ａ　Ｔ）−−（２）ここで、■＝周囲
温度 ＾〉１゛ （Ｒｕ＜（１１）及びＲｄ＜（１１°）でなければなら
ないため） 次に（２）に（１）を代入すると、 ｔ　＝（（Ａ−１）／α）＋へＴ・・・・旧・・（３）
となる６従って、周囲温度（Ｔ）の昇降に対してコイル
温度（１）は（＾）倍されて表される事になるので、定
温度差とはならず、正確な質量測定がなされないと言う
欠点が残った。

（本発明の目的） 本発明はかがる従来例の欠点に鑑みてなされたもので、
その目的とする処は、定温度差方式であるために応答速
度が速く、且つ、周囲温度による影響が少なく、更に、
感熱コイルが定温に制御される定温度タイプに比べて使
用可能温度範囲が広く、しかも感熱コイルの温度を高温
にする必要がないので被測定物質への影響が少ない普及
流量計を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成するために； ■流体（Ｇ）が流れる導管（１）の上流側と下流側に前
記流体（Ｇ）の温度に応じて抵抗値が変化する一対の感
熱コイル（Ｒｕ）（Ｒｃｌ）を設ける。

■感熱コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）に直列に感熱コイル（Ｒ
ｕ）（Ｒｄ）と特性のほぼ等しく、周囲温度の検出が出
来るように熱伝導を良くし、放熱を十分に行えるように
した周囲温度検出抵抗（Ｒｔｕ）　（Ｒｔｄ）と、温度
係数の非常に小さい温度差設定抵抗（Ｒｓｕ）（Ｒｓｄ
）とをそれぞれ直列に挿入する。

■これら感熱コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）、周囲温度検出抵
抗（ｎｔｕ）　（Ｒｔ（）及び温度差設定抵抗（Ｒｓｕ
）　（Ｒｓｄ）とをそれぞれ含む周囲温度との定温度差
回路（Ｔｕ）（Ｔｄ）を上流側と下流側とにそれぞれ独
立して設ける。

■鎮定温度差回路（７，）（Ｔｃｌ）よって両感熱コイ
ル（１＜ｕ）　（Ｒｃｌ）の温度と周囲温度との温度差
を温度差設定抵抗（Ｒｓｕ）（Ｒｓｄ）で定まる値にほ
ぼ等しくなるように制御する制御装置を設ける。

０両感熱コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）に与えられるエネルギ
の差を検出する事により、前記導管（１）中の流体（Ｇ
）の質量流量を測定する。

；と言う技術的手段を採用している。

（作　　用） 上述のＭ成においては、導管（１）内に流体（Ｇ）が流
れていない時には、上流側と下流側の感熱コイル（Ｒｕ
）（Ｒｄ）と周囲温度の温度差を同一に保持するための
エネルギはほぼ相等しいから周囲温度の変化や導管（１
）内の流体（Ｇ）の相違によるゼロ点の影響は相殺され
る。又、導管〈１）内に流体（Ｇ）が流れている時は上
流側の感熱コイル（Ｒｕ）は流体（Ｇ）に熱を奪われる
。この結果、流体（Ｇ）は加熱され温度上昇するが、前
記周囲温度と感熱コイル（Ｒｕ）とを所定温度差に保持
するには流体（Ｇ）が流れていない時に比べて大なるエ
ネルギが必要となる。−方、下流側の感熱コイル（Ｒｄ
＞は前記加熱された流体（Ｇ）から熱を受ける事により
周囲温度と該感熱コイル（Ｒｄ）との温度差を所定に保
持するには流体（Ｇ）が流れていない状態に比べて小な
るエネルギで良い事になる。この時生ずる前記両コイル
（Ｒｕ）（Ｒｄ）に供給されるエネルギの差はその時の
流体（Ｇ）の質蓋流址に比例しているから曲記エネルギ
の差を検出する事により、質坦流鈑を測定出来るのであ
るが、本発明においては、感熱コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）
に及び感熱コイル（Ｒｕ）　（ｌｌｄ）と特性のほぼ等
しく、周囲温度の検出が出来るように熱伝導を良くし、
放熱を十分に行えるようにした周囲温度検出抵抗（Ｒｔ
ｕ）（Ｒｔｄ）に直列に挿入された温度係数の非常に小
さい温度差設定抵抗（Ｒｓｕ）（Ｒｓｄ）が存在するた
めＧこ周囲温度の変化に拘わらず、周囲温度（Ｔ）とコ
イル温度（１）の温度差は常に一定に保たれる事になっ
て正確な質址流址測定が可能となる。

（実施例） 以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。

第１図は質景流旦計の１構成例を示し、（１）は導管で
、矢印方向に流体（Ｇ）が流れる。　（Ｒｕ）（Ｒｄ）
は導管（１）上の適当に離れた２点にそれぞれ設けられ
る感熱コイル（以Ｆ、上流側コイル（Ｒｕ）、下流側コ
イル（Ｒｄ）と言う、）で、鉄・ニッケル合金又は白金
など温度係数の大なる温度感応抵抗線よりなる。これは
導管（１）中を流れる流体（Ｇ）の流景が約５ｃｃ／ｗ
ｉｎであり、そのわずかな変位をも検知するためである
。

（Ｔｕ）（Ｔｄ＞は上流側又は下流測定温度差回路で、
上流側においては上流側コイル（Ｒｕ）、温度検出抵抗
（１＜ｔｕ）、温度差設定抵抗（Ｒｓｕ）、制御波！（
２１）ｒ誤差増幅器である。」及びブリッジ抵抗（１２
）　（１３）とで構成され、下流側においては下流側コ
イル（Ｒｄ）、温度検出抵抗（Ｒｔｄ）、温度差設定抵
抗（Ｉｌｓｄ）、制御装置（２１″）−°誤差増幅器で
ある。Ｊ及びブリッジ抵抗（１２°）（１３’）とで構
成される０両定温度差回路（Ｔｕ）（Ｔｄ）はほぼ同一
・の部品で構成され°Ｃいるが、これは上流側：ｌイル
（Ｒｕ）　、下流側コイル（Ｒｄ）が常にほぼ等しく且
つ周囲温度に対して一定温度差になるＪうにするためで
ある。（尚、図では下流測定温度差回ｉ／８（Ｔｄ）の
同一機能の構成部材の数字にはダツシコを叶ず、）ここ
では、上ｆＩｌ測定温度差回路（Ｔｕ）の構成に付いて
のみ説明する。即ち、上流測定温度差回路（Ｔｕ）はブ
リッジ回路（１０）と制御回路〈２１）ｒ即ち、誤差増
幅器」とから構成されており、ブリッジ回路（１０）は
上流側コイル（Ｒｕ）と上流側周囲温度検出抵抗（Ｂｔ
ｕ）と、温度差設定抵抗（Ｒｓｕ）、ブリッジ抵抗（１
２）　（１３）及び必要ならばゼロバランス抵抗（Ｒ１
１）とよりなる、前記ブリッジ抵抗（１２）（１３）は
上流側コイル（Ｒｕ）に比べて温度係数が十分率さいも
のが用いられる。ここで、周囲温度検出抵抗（Ｒｔｕ）
（Ｒｔｄ）は周囲の温度の変化によって抵抗値が変化し
、感熱コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）の温度を温度差設定抵抗
（Ｒｓｕ）（Ｒｓｄ）によって定まる値に変化させる。

即ち、上流側及び下流側コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）の温度
特性を式で表せば、 Ｒｕ＝Ｒｄ＝Ｒｏ（１＋αｔ）−−（１０）ここで、Ｒ
Ｏ＝θ℃での両コイル（Ｒｕ）　（Ｒｄ）の抵抗値 ｔ−両コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）のコイル温度α−両コイ
ル（Ｒｕ）（Ｒｄ）の温度係数又、その定温度差回路（
１°ｕ）（’ｒｄ）は以下の（１１）式が成立するよつ
に作動するよう設計されている。

Ｒｕ＝　Ｒｓｕ＋Ｒｔｕ・・・・・・・・・・・・・・
・（１１）Ｒｄ＝Ｒｓｄ＋にｔｄ・・・・・・・・・・
・・・・・（１２）温度検出抵抗（Ｒｔｕ）　（Ｒｔｄ
）が上流側及び下流側コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）とほとん
ど同じ特性であり、周囲温度と温度検出抵抗（Ｒｔｕ）
（Ｒｔｄ）の温度がほぼ同一である場合、 Ｒｏ（１＋ａ　ｔ、）＝Ｒｓｕ＋　Ｒｏ（１ｌαＴ＞・
・・（１，３）が成立する。ここで、Ｔ＝周囲温度 ｔ＝コイル温度 従って、ｔ　＝（Ｒｓｕ／α・１１　ｏ　）−１Ｔ・・
・・・・・・・・・・・・・（１４）と言う事になる。

（１４）式は、周囲温度（Ｔ）に従来例のような係数値
（＾）がかからないので、コイル温度（１）が、周囲温
度（°「）と（Ｒｓｕ／α・Ｒｏ）の差を常に保つよう
に動作する事を示している。温度差設定抵抗（Ｒｓｕ）
は温度係数が非常に小さなものを使用するために（Ｒｓ
ｕ／α・Ｒｏ）は温度に関係なく常に一定の値となる。

これにより、周囲温度（Ｔ）と感熱コイル（Ｒｕｂ（Ｒ
ｄ）の温度差が一定に保たれる。

（Ａｕ）は上流側コイル（Ｒｕ　）と上流側周囲温度検
出抵抗（Ｒｔｕ）との接続点で、下流測定温度差回路（
Ｔｄ）では（Ａｃｔ’）が接続点となる。（Ｂ）点はブ
リッジ抵抗（１２）と（１３）の接続点で、可変抵抗で
あるゼロバランス抵抗（ＲＢ）が挿入されており、上流
側と下流側のブリッジ回路（１０）　（１０’　）の構
成部品の微小なバラツキを補正して出力回路（５０）の
出力を零にするための働きをなす、ここで、接続点（＾
Ｕ）と接続点（ロ）ノミ位（Ｖｕ　）　（Ｖｂ　）　ｊ
、を制御装！（２１）に入力されル、コの制御装！　（
２１）は前記電位（Ｖｕ）と（ｖｂ）とを比粒して両者
に差がある場合は（Ｖｕ）と（ｖｂ）とが等しくなるよ
うに一ヒ流側コイル（Ｒｕ）を制御する出力信号を出す
、この点は下流側においても同様である。

次に、（５０）は出力回路で、上流測定温度差回路（Ｔ
ｕ）の接続点（＾Ｕ）の電位（Ｖｕ）と下流測定温度差
回路（Ｔｄ）の接続点（＾ｄ）の電位（Ｖｄ）をそれぞ
れ入力とし、両者の差を出力している。この出力回路（
５０）の出力信号（Ｋ）は上流側コイル（Ｒｕ）、下流
側コイル（Ｒｄ）を同−温度且つ周囲温度との差を一定
温度にするため電源（図示せず、）から前記両コイル（
Ｒｕ）（Ｒｄ）にそれぞれ供給されるエネルギの差を表
すと共にこの出力信号（Ｋ）の大きさは導管り１）中を
流れる流体（Ｇ）の質量流量に比例している。

上述のように構成した質量流量計において、導管（１）
内に流体（Ｃ〉が流れていない時は上流側コイル（Ｒｕ
）、下流側コイル（Ｒｄ）にはブリッジ回路（１０）を
介して電源からのエネルギが与えられるだけであり、両
コイル（Ｒｕ）　（Ｒｄ）の温度は、温度差設定抵抗（
Ｒｓｕ）（Ｒ８ｄ）によってそれぞれ定められる温度差
と周囲温度（Ｔ）との相に保持される。そして、上流側
及び下流測定温度差回路（Ｔｏ）（Ｔｄ）の周囲温度検
出抵抗（Ｒｔｕ）　（Ｒｔｄ）の特性は等しいから前記
両コイル（Ｒｕ）（Ｒｄ）の周囲温度（Ｔ）との温度差
はほぼ等しくなる。このため、点（＾Ｕ）の電位（Ｖｕ
）と点（＾ｄ）の電位（Ｖｄ）とはほぼ等しく、出力回
路（５０）からの出力信号（Ｋ）はゼロとなり、流体（
Ｇ）が流れていない事を示す、ところが前述のように各
構成部品の条件にばらつきがあるために正確に零となら
ず、それ故、ゼロバランス抵抗（ＲＢ）の比を変えてゼ
ロバランスをとるようにしているのである。

次に、導管（１）内に流体（Ｇ）が流れている時には上
流側コイル（Ｒｕ）は流体（Ｃ）によって熱を奪われ、
加熱された流体（Ｇ）が下流側にやってくるが、下流側
コイル（Ｒｄ）と流体（Ｃ）の温度差が小さいために奪
われる熱地が上流側より小さくなる。このため、奪われ
たｆ！Ａｌを補完して上流側コイル（Ｒｕ＞の温度と周
囲温度との温度差を例えば１０℃程度の−・定温度差に
保持する為、電源からのエネルギ供給が大となり、その
結果、点（＾Ｕ）の電位が」１昇する。

他方、下流側コイル（Ｒｄ）においても周囲温度と所定
温度差に保持するものであるが、流体（Ｇ）が奪う熱量
がそれだけ少なくく上流側で奪った熱量分たり少なくな
る。）なるから電源からの供給エネルギが少なくて済み
、その結果、点（＾ｄ）の電位は下がる。このため出力
回路（５０）に入力される電圧（Ｖｕ）（Ｖｄ）に差が
生ず、出力信号（Ｋ）として（Ｖｕ）−（Ｖｄ）が得ら
れる。そし、て、Ｈ記（Ｖｕ）　−（Ｖｄ）ハ導管（１
）内を流れる流体（Ｇ）の質珪流吐に比例したものであ
るから、これに定数を乗する事に、」：す、流体（Ｇ）
のｌｔｑ量流量が得られる。

（６０）は温度検出抵抗（Ｒｔｕ）の電圧（Ｖｔ）を検
出・増幅する温度検出用増幅器であり、（７０）は温度
差設定抵抗（Ｒ１＋ｕ）の電圧（Ｖｉ）を検出・増幅す
る温度差設定用増幅器で、検出・増幅される電圧（Ｖｉ
）は、温度差設定抵抗（Ｒｓｕ）を通過するブリッジ電
流（ｉ）とこの抵抗値の積で表される事になる。

尚、温度検出用増幅器（６０）及び温度差設定用増幅器
（７０）は上流側又は下流側のいずれか一方に設けられ
る。

この温度検出用増幅器（６０）及び温度差設定用増幅器
（７０）にて検出・増幅された温度検出抵抗電圧（Ｖｉ
）と温度差設定抵抗電圧（Ｖｆ）は補正回路（８０）に
入り、（Ｖｔ）／（Ｖｉ）□（Ｒｔｕ）／（Ｒｓｕ）と
言う演算がなされて（Ｒｓｕ）が周囲温度に左右されず
一定値をとるため、周囲温度につれて変化する（Ｒｔｕ
）がら周囲温度が算出されることになる。この周囲温度
信号により、より精密な温度補正演算が可能となる。

尚、補正回路（８０）は本実施例では、＾／Ｄ変換回路
（８１）、ＣＩ’Ｕ（８２）並びにＤ／＾変換回路〈８
３）にて構成されているが、勿論これに限られず、ロジ
ック回路による方式やアナログ方式で処理する事も可能
である。

（効　果） 本発明は叙上のように、流体が流れる導管の上流側と下
流側に萌記流体の温度に応じて抵抗値が変化する一対の
感熱コイルを設け、感熱コイルに直列に感熱コイルと特
性のほぼ相等しい周囲温度検出抵抗と温度係数がほぼ零
の温度差設定抵抗とをそれぞれ挿入して前記感熱コイル
、周囲温度検出抵抗及び温度差設定抵抗とをそれぞれ含
む周囲温度との定温度差回路を上流側と下流側とにそれ
ぞれ独立して設け、該定温度差回路よって両感熱コイル
の温度と周囲温度との温度差を温度差設定抵抗で定まる
値にほぼ等しくなるように制御する制御装置を設け、両
感熱コイルに与えられるエネルギの差を検出する事によ
り、前記導管中の流体の質菫流景を測定するようにした
ので、上流側及び下流側コイルの温度分布を変化させな
いために応答速度が速くなり、又、周囲温度に対して上
流側及び下流側コイルを一定の温度差に維持するために
周囲温度による影響が少なく、しかも上流側及び下流側
コイルが定温に制御される定温度タイプに比べて使用可
能温度範囲を広く取る事が出来る。加えて、上流側及び
下流側コイルの温度を高温にする必要がないので被測定
物質への影響を少なく出来ると言う諸利点がある。更に
、感熱コイルに直列に温度係数がほぼ零の温度差設定抵
抗をそれぞれ挿入しであるので、（１４〉式の周囲温度
に従来例のような係数値がかからず、コイル温度が周囲
温度と（Ｒｓｕ／α・Ｒｏ）の差を常に保つように動作
する結果、周囲温度と感熱コイルの温度差が正確に一定
に保たれる。

尚、周囲温度検出抵抗の端子電圧とその電流との商であ
る抵抗値を演算する事によって周囲温度を算出する温度
補正回路を設けると、周囲温度信号を得る事が出来、よ
り高精度な温度補正も行う事が出来ると言う利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明に一実施例の概略構成図第２図・・
・従来例の概略構成図 第３図・・・他の従来例の概略構成図 （１）・・・導管　　　　　　（Ｇ）・・・流体（Ｒｔ
ｕ）　（Ｒｔｄ）・・・周囲温度検出抵抗（Ｒｓｕ）　
（Ｒｓｄ）−−−温度差設定抵抗（１２）　（１３）・
・・ブリッジ抵抗（２１）・・・制御装置　　　（５０
）・・・出力回路特許出願人　株式会社リンチック 代理人　弁理士　森　説明　　　： じ−１゛ ＠３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体が流れる導管の上流側と下流側に前記流体の
   温度に応じて抵抗値が変化する一対の感熱コイルを設け
   、感熱コイルに直列に感熱コイルと特性のほぼ相等しい
   周囲温度検出抵抗と温度係数がほぼ零の温度差設定抵抗
   とをそれぞれ挿入して前記感熱コイル、周囲温度検出抵
   抗及び温度差設定抵抗とをそれぞれ含む周囲温度との定
   温度差回路を上流側と下流側とにそれぞれ独立して設け
   、該定温度差回路よって両感熱コイルの温度と周囲温度
   との温度差を温度差設定抵抗で定まる値にほぼ等しくな
   るように制御する制御装置を設け、両感熱コイルに与え
   られるエネルギの差を検出する事により、前記導管中の
   流体の質量流量を測定するようにした事を特徴とする質
   量流量計。
2. （２）周囲温度検出抵抗の端子電圧とその電流の商であ
   る抵抗値を演算する事によって周囲温度を算出する温度
   補正回路を設けた事を特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の質量流量計。