JPH05157601A - Thermal mass flowmeter sensor - Google Patents
Thermal mass flowmeter sensorInfo
- Publication number
- JPH05157601A JPH05157601A JP3324184A JP32418491A JPH05157601A JP H05157601 A JPH05157601 A JP H05157601A JP 3324184 A JP3324184 A JP 3324184A JP 32418491 A JP32418491 A JP 32418491A JP H05157601 A JPH05157601 A JP H05157601A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pipe
- sensor
- flow rate
- heat
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、被測定流体が流れるセ
ンサーパイプにヒータを巻設し、ヒータ自体又はヒータ
前後の温度あるいは与えられるエネルギーに基づいてセ
ンサーパイプ内を流れる流体の流量を測定する熱式質量
流量計センサーの改良に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a heater wound around a sensor pipe through which a fluid to be measured flows, and the flow rate of the fluid flowing inside the sensor pipe is measured based on the temperature of the heater itself or before and after the heater or the energy applied. The present invention relates to an improvement of a thermal mass flowmeter sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】小流量の計測装置としては例えば特開平
1-107114号公報に開示されたごとく、流体が流れるセン
サーパイプを冷却する例も見られるが、一般には冷却す
るよりも加熱する方が簡単であるから、加熱式の質量流
量計が用いられる。加熱式流量計の一般的な構成は、被
測定流体が流れるセンサーパイプの上流側と下流側に感
熱抵抗線を巻回して、センサーパイプを加熱すると同時
に感熱線の抵抗値の変化から上流側と下流側との温度差
を検出し、その温度差から被測定流体の流量を測定する
もの(定電流型)、あるいは上流側と下流側の感熱抵抗
線の温度を一定に保ち、この感熱線に与えられるエネル
ギーの差を検出し、そのエネルギー差から被測定流体の
流量を測定するもの(定温度型)がある。センサーパイ
プは耐食性を持たせるため従来よりステンレス鋼が用い
られ、内径は、流体をパイプの全横断面に渡って加熱す
る必要があることから、φ0.2〜φ1.0mm程度の細管が用
いられている。またセンサパイプの肉厚は、センサの応
答性及び出力感度を上げるため著しく薄くする傾向があ
り、0.05〜0.1mm程度のものが使用されている。2. Description of the Related Art A small flow rate measuring device is disclosed in
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-107114, there is an example in which a sensor pipe through which a fluid flows is cooled, but since heating is generally easier than cooling, a heating type mass flow meter is used. The general structure of a heating type flow meter is to wind a heat-sensitive resistance wire around the upstream and downstream sides of the sensor pipe through which the fluid to be measured flows, heat the sensor pipe, and at the same time change the resistance value of the heat-sensitive wire to the upstream side. One that detects the temperature difference from the downstream side and measures the flow rate of the fluid to be measured from the temperature difference (constant current type), or keeps the temperature of the upstream and downstream heat-sensitive resistance wires constant and There is one (constant temperature type) that detects the difference in applied energy and measures the flow rate of the fluid to be measured from the energy difference. Conventionally, stainless steel has been used for the sensor pipe to provide corrosion resistance, and the inner diameter used is a thin tube of φ0.2 to φ1.0 mm because it is necessary to heat the fluid over the entire cross section of the pipe. ing. Further, the wall thickness of the sensor pipe tends to be remarkably thin in order to improve the responsiveness and output sensitivity of the sensor, and a thickness of about 0.05 to 0.1 mm is used.
【0003】ここで熱式流量計の作用を説明すると、流
量が0のとき、発熱抵抗体により加温されたセンサパイ
プの温度分布は、図4のb'に示すように両発熱抵抗体
の相接する中央部が最も高くなり、抵抗体の端部ではセ
ンサパイプを伝う放熱のため徐々に低温になり始め、さ
らに抵抗体巻回部の外側に至って周囲温度と同じ温度ま
で低下している。またこの温度分布は、両抵抗体の接続
点を中心として上流側、下流側対称である。従って両抵
抗体の平均温度及び電気抵抗値も等しくなり、センサの
出力値は0となる。次いで流体が流れた場合、発熱抵抗
体により高温に加温されたセンサパイプ内に流体が流れ
込むと、センサパイプから流体に熱移動が起り、センサ
パイプの温度は低下し流体の温度は徐々に上昇し始め
る。そして、流体が両抵抗体の接続部に達するまでに、
センサパイプと流体の温度が等しくなり平衡状態とな
る。次に流体が抵抗体下流側端部に達するとセンサパイ
プの温度が流体の温度より低くなり、流体からセンサパ
イプに熱移動が起こり、センサパイプの温度が上昇し、
流体の温度は徐々に下降し始める。さらに下流側で流体
とセンサパイプの温度が周囲温度と等しくなリ、平衡状
態となる。流体が流れた場合のセンサパイプの温度分布
を図4a'に示す。この温度分布を流量が0のときのセ
ンサパイプの温度分布と比べてみると、流体により、熱
が上流側から下流側に移動していることがわかる。ここ
で流体の運ぶ熱量は流体の質量流量に比例する。しかし
流体が流れたときの温度分布は、抵抗体巻回部の外には
みだしているため、上流側と下流側の抵抗体の温度差を
測定しても、正確には質量流量に比例した値とはならな
い。ここで質量流量Qs(cc/min)に対する、上流側、下流
側抵抗体のそれぞれの平均温度差、すなわちセンサの出
力電圧V(温度差に比例)の関係を図5のグラフ(Y)
に示す。図から出力電圧は小流量域では質量流量に比例
するが、流量が増加するに従い誤差が大きくなり、流量
センサとして使用できる流量域には限界があることがわ
かる。The operation of the thermal type flow meter will now be described. When the flow rate is 0, the temperature distribution of the sensor pipe heated by the heating resistors is as shown in b'of FIG. The center of contact is the highest, and at the end of the resistor, the temperature gradually begins to decrease due to the heat dissipated through the sensor pipe, and further to the outside of the resistor winding, the temperature drops to the same temperature as the ambient temperature. .. Further, this temperature distribution is symmetrical with respect to the upstream side and the downstream side about the connection point of both resistors. Therefore, the average temperature and the electric resistance value of both resistors become equal, and the output value of the sensor becomes zero. Next, when the fluid flows, when the fluid flows into the sensor pipe heated to a high temperature by the heating resistor, heat is transferred from the sensor pipe to the fluid, the temperature of the sensor pipe decreases and the temperature of the fluid gradually rises. Begin to. Then, by the time the fluid reaches the connection part of both resistors,
The temperature of the sensor pipe and the temperature of the fluid become equal and equilibrium occurs. Next, when the fluid reaches the downstream end of the resistor, the temperature of the sensor pipe becomes lower than the temperature of the fluid, heat is transferred from the fluid to the sensor pipe, and the temperature of the sensor pipe rises.
The temperature of the fluid gradually begins to drop. Further downstream, the temperature of the fluid and the sensor pipe becomes equal to the ambient temperature, and an equilibrium state is reached. The temperature distribution of the sensor pipe when the fluid flows is shown in Fig. 4a '. Comparing this temperature distribution with the temperature distribution of the sensor pipe when the flow rate is 0, it can be seen that heat is moving from the upstream side to the downstream side due to the fluid. Here, the amount of heat carried by the fluid is proportional to the mass flow rate of the fluid. However, the temperature distribution when the fluid flows is outside the resistor winding part, so even if the temperature difference between the upstream and downstream resistors is measured, it is a value proportional to the mass flow rate to be accurate. Does not mean Here, the relationship between the mass flow rate Qs (cc / min) and the average temperature difference between the upstream side resistor and the downstream side resistor, that is, the output voltage V of the sensor (proportional to the temperature difference) is shown in the graph (Y) of FIG.
Shown in. It can be seen from the figure that the output voltage is proportional to the mass flow rate in the small flow rate range, but the error increases as the flow rate increases, and there is a limit to the flow rate range that can be used as a flow rate sensor.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のセンサは、セン
サパイプの肉厚を著しく薄くすることで、流量に対する
センサパイプの温度変化を大きくし、出力感度、及び応
答性の向上を図っている。しかし一方では上述のように
センサパイプの温度変化が大きすぎるため、少ない流量
で流量の検出限界に至ってしまい、大流量を流す流量計
には適していないという問題点がある。以上より、本発
明は、流量に対する出力電圧のリニア領域を広げ、計測
できる最大流量レンジを大きく取れる熱式質量流量計セ
ンサーを提供することを目的とする。In the conventional sensor, the wall thickness of the sensor pipe is remarkably reduced to increase the temperature change of the sensor pipe with respect to the flow rate, thereby improving the output sensitivity and responsiveness. On the other hand, however, there is a problem that the temperature change of the sensor pipe is too large as described above, and the flow rate detection limit is reached with a small flow rate, which is not suitable for a flow meter that allows a large flow rate. In view of the above, it is an object of the present invention to provide a thermal mass flowmeter sensor capable of widening the linear range of the output voltage with respect to the flow rate and increasing the measurable maximum flow rate range.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、センサーパイ
プの外径寸法D0と内径寸法D1との比D0/D1を1.5以上と
し、比較的厚肉のセンサーパイプによって形成すること
により、上記目的を達成したものである。本発明は、セ
ンサーパイプの上流側と下流側との外周面にそれぞれ感
熱抵抗線によって形成した上流側コイルと下流側コイル
とを巻回し、これら上流側コイルと下流側コイルと他の
抵抗とによってブリッジ回路を構成し、前記上流側及び
下流側コイルに通じる電流を一定に保ち、前記ブリッジ
回路の不平衡電圧を検出することによって前記センサー
パイプ内を流れる流体の流量を測定する定電流型の熱式
質量流量センサー及び、上流側及び下流側コイルの温度
を一定に保つように制御しこの両コイルに供給するエネ
ルギーの差を検出することによって前記センサーパイプ
内を流れる流体の流量を測定する定温度型の熱式質量流
量センサーに適用することが出来る。Means for Solving the Problems The present invention is, that the ratio D 0 / D 1 of the outer diameter D 0 and the inner diameter D 1 of the sensor pipe is 1.5 or more, formed by a relatively thick sensor pipe Thus, the above object is achieved. The present invention winds an upstream coil and a downstream coil, which are formed by heat-sensitive resistance wires, on the outer peripheral surfaces of the upstream side and the downstream side of the sensor pipe, respectively, and these upstream side coil, downstream side coil, and other resistors are wound. A constant current type heat that constitutes a bridge circuit, keeps the current flowing to the upstream and downstream coils constant, and measures the flow rate of the fluid flowing in the sensor pipe by detecting the unbalanced voltage of the bridge circuit. Type mass flow sensor and a constant temperature for measuring the flow rate of fluid flowing in the sensor pipe by controlling the temperature of the upstream and downstream coils to be constant and detecting the difference in energy supplied to both coils. Type thermal mass flow sensor.
【0006】[0006]
【作用】本発明はセンサーパイプの肉厚を厚くすること
により流量に対するセンサパイプの温度変化をゆるやか
にし、感度は低くなるものの流量の計測範囲の広いセン
サを得るものである。これを以下に説明する。図6に発
熱抵抗体が一個のセンサモデル図を示す。図6で、11は
センサーパイプで、このセンサーパイプの直径をR、肉
厚をDとし、このパイプを流れるガスの流量をQ,ガス
の比熱をCgとする。なお、パイプの熱伝導率をα1とす
る。センサーコイル12に電流Iを流してP0の熱が毎秒加
えられるとする。センサーパイプ11を経て放熱される熱
をP1、センサーコイルから大気への放熱P2、流体ガスを
加熱して失われる熱をP3とすると、センサーを加熱する
熱は P0−(P1+P2+P3) である。これらP0、P1、P2、P3は次式のように表わ
せる。According to the present invention, the sensor pipe is made thicker so that the temperature change of the sensor pipe with respect to the flow rate is moderated and the sensitivity is lowered, but a sensor having a wide flow rate measuring range is obtained. This will be explained below. FIG. 6 shows a sensor model with one heating resistor. In FIG. 6, 11 is a sensor pipe, the diameter of this sensor pipe is R, the wall thickness is D, the flow rate of the gas flowing through this pipe is Q, and the specific heat of the gas is Cg. The thermal conductivity of the pipe is α 1 . It is assumed that a current I is passed through the sensor coil 12 and heat of P 0 is applied every second. Assuming that heat radiated through the sensor pipe 11 is P 1 , heat radiated from the sensor coil to the atmosphere P 2 and heat lost by heating the fluid gas is P 3 , the heat that heats the sensor is P 0 − (P 1 + P 2 + P 3 ). These P 0 , P 1 , P 2 and P 3 can be expressed by the following equation.
【数1】 [Equation 1]
【数2】 [Equation 2]
【数3】 [Equation 3]
【数4】 ここで、上に述べた記号以外の記号は各々次の意味をも
つ。 T:ヒータ部の平均温度 T0:周囲の温度 α2:大気の熱伝導率 L:ヒータ部の長さ R0:室温T0での抵抗値 α:抵抗の温度係数 C:ヒータ部の熱容量でC=πR・D・Lと表わせる。
ヒータ部の温度上昇速度は次式で示される。[Equation 4] Here, symbols other than the symbols described above have the following meanings. T: Average temperature of heater part T 0 : Ambient temperature α 2 : Thermal conductivity of air L: Length of heater part R 0 : Resistance value at room temperature T 0 α: Temperature coefficient of resistance C: Heat capacity of heater part Can be expressed as C = πR · D · L.
The rate of temperature rise of the heater part is expressed by the following equation.
【数5】 この微分方程式を解くと次のようになる。[Equation 5] Solving this differential equation gives:
【数6】 この微分方程式の解から時定数は次のようになる。[Equation 6] From the solution of this differential equation, the time constant is as follows.
【数7】 以上から、流量Qの時に、温度Tが安定になるまでおい
ておいたときの温度変化△Tは、△T=−I2R0/(A+C
gQ)と示すことが出来る。このときの電圧変化は、[Equation 7] From the above, the temperature change ΔT when the temperature T is kept stable at the flow rate Q is ΔT = −I 2 R 0 / (A + C
gQ). The voltage change at this time is
【数8】 となる。一方流量Qがゼロの時の温度変化△Tは−I2R
0/Aなのでこのときの電圧変化△VはB/Aである。こ
れによりセンサーの電圧変化は、[Equation 8] Becomes On the other hand, the temperature change ΔT when the flow rate Q is zero is -I 2 R
Since 0 / A, the voltage change ΔV at this time is B / A. This changes the sensor voltage
【数9】 で示される。図6及び上の説明からセンサの出力電圧△
Vを小さくし、流量に対する抵抗体の温度変化を小さく
するには、肉厚Dを大きくすること、センサパイプ内径
Rを大きくすること、及び巻線長さLを長くすること
で、大気への放熱及びパイプを伝う放熱を大きくするこ
とが有効であることがわかる。つまり加える熱量Poに対
して、流体への伝熱P3の比を小さくし、流体が流れた時
の流量に対するセンサパイプの温度変化を小さくするも
のである。前述のR,D,Lのうち、Lは大気への放熱
とセンサーパイプの熱容量を大きくする効果のみであ
り、R,Dと比べると効果は小さい。また、Rは大きく
しすぎると、パイプ内を流れる流体がパイプの全横断面
に渡って均一に熱せられなくなり、精度が低下する問題
がある。従ってパイプ肉厚Dを大きくすることが有効な
手段となる。肉厚を厚くするとパイプを伝う放熱が大き
くなり、その結果パイプ温度Tが低くなり最大流量での
感度が低下することが考えられるが、Tは発熱抵抗体に
通ずる電流Iで調整することができ、所望の温度に設定
することができる。ただし単位流量当たりの出力電圧、
センサの応答時定数については、肉厚を厚くすることで
低下する。以上は、発熱抵抗体が1個のモデルの作用で
あるが本モデルは実際のセンサでは、上流側抵抗体巻回
部に相当する。下流側についてはセンサパイプと流体の
熱移動の方向が逆になるものの同様のモデルが適用でき
る。以上をまとめると流体が上流側抵抗体部でセンサパ
イプから奪う熱量、及び下流側抵抗体部でセンサパイプ
に与える熱量は、センサパイプの肉厚によらず、センサ
パイプ加温温度と質量流量によって決まるが、それに伴
うセンサパイプの温度変化は、肉厚の厚いパイプほど小
さくなり、センサパイプの温度分布の上流側から下流側
への移動も、肉厚の厚いパイプほど小さくなる。流量の
検出限界は、このセンサパイプの温度分布が、抵抗体巻
回部をはみだし、流体による熱移動量を正確に検出でき
なくなることから生じる。従って流量に対するセンサパ
イプ温度分布の移動が小さい厚肉パイプセンサでは、薄
肉パイプセンサと比べて、大流量の検出が可能となる。
しかしながら一方では肉厚を増すことは応答速度を鈍ら
せることになる。従って、流体の種類、所望する流量レ
ンジ及び応答速度とのかね合いをみて、概ね1.5≦D0/D1
≦4.0の範囲から選定することが好ましい。[Equation 9] Indicated by. From FIG. 6 and the above description, the sensor output voltage Δ
In order to reduce V and reduce the temperature change of the resistor with respect to the flow rate, the wall thickness D is increased, the sensor pipe inner diameter R is increased, and the winding length L is increased. It can be seen that it is effective to increase the heat radiation and the heat radiation transmitted through the pipe. In other words, the ratio of the heat transfer P3 to the fluid is reduced with respect to the amount of heat Po to be applied, and the temperature change of the sensor pipe with respect to the flow rate when the fluid flows is reduced. Of the above R, D, and L, L has only the effect of radiating heat to the atmosphere and increasing the heat capacity of the sensor pipe, and is less effective than R and D. On the other hand, if R is too large, the fluid flowing in the pipe cannot be heated uniformly over the entire cross section of the pipe, resulting in a decrease in accuracy. Therefore, increasing the pipe wall thickness D is an effective means. If the wall thickness is increased, the heat radiation through the pipe will be increased, and as a result, the pipe temperature T will be lowered and the sensitivity at the maximum flow rate will be reduced, but T can be adjusted by the current I passing through the heating resistor. , Can be set to a desired temperature. However, the output voltage per unit flow rate,
The response time constant of the sensor decreases as the wall thickness increases. The above is the operation of the model having one heating resistor, but this model corresponds to the upstream resistor winding portion in the actual sensor. On the downstream side, a similar model can be applied although the heat transfer directions of the sensor pipe and the fluid are opposite. To summarize the above, the amount of heat taken by the fluid from the sensor pipe in the upstream resistor part and the amount of heat given to the sensor pipe in the downstream resistor part depends on the sensor pipe heating temperature and mass flow rate, not on the sensor pipe wall thickness. Although the temperature change of the sensor pipe is smaller, the thicker the pipe, the smaller the change in temperature distribution of the sensor pipe from the upstream side to the downstream side. The flow rate detection limit arises from the fact that the temperature distribution of the sensor pipe extends beyond the resistor winding portion and the amount of heat transfer by the fluid cannot be accurately detected. Therefore, the thick-walled pipe sensor in which the movement of the sensor pipe temperature distribution with respect to the flow rate is small can detect a large flow rate as compared with the thin-walled pipe sensor.
On the other hand, however, increasing the wall thickness slows down the response speed. Therefore, considering the kind of fluid, the desired flow rate range, and the response speed, approximately 1.5 ≦ D 0 / D 1
It is preferable to select from the range of ≦ 4.0.
【0007】[0007]
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図1は本発明の一実施例の熱式流量計センサーの正
図面である。ケース4は半割状態でこの合せ面3に形成
した溝5内には、セラミック繊維をペーパ状に成形した
セラミックペーパから成る断熱材6を装置して、センサ
ーパイプ1を抱くように組立てられている。センサーパ
イプ1は略U字状に折れ曲がった細管で、両端1a,1bが
基板2を貫通するように固定されている。このセンサー
パイプの両端1a,1bは図示しないメインパイプに接続さ
れており、このメインパイプにはセンサーパイプ1と並
列にバイパス流路が形成されており、センサパイプ1の
流量QSとバイパス流路の流量との比が一定になるよう
に設定されている。こうしてセンサーパイプ1の流量Q
Sからメインパイプの全流量が求められる様になってい
る。 センサーパイプ1の外周には一対のコイル7、8
が巻回されており、ケース4内の溝5に収納されてい
る。コイル7、8は白金、鉄−ニッケルなどを芯線とす
る極細のエナメル被覆金属線によって形成されている。
センサーパイプ1の外面には、ポリイミド樹脂をトルエ
ンで希釈した絶縁材が薄く塗布され、その上から上記ヒ
ータ兼センサーコイル7、8をセンサパイプ1の長さ方
向に100〜200回程巻回し、更に上記絶縁材を塗布して絶
縁被覆を形成して、コイル間及びコイルとセンサーパイ
プとの間の絶縁を図っている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a thermal type flow meter sensor according to an embodiment of the present invention. The case 4 is assembled in a groove 5 formed in the mating surface 3 in a half-divided state so that a heat insulating material 6 made of ceramic paper in which a ceramic fiber is formed into a paper shape is installed to hold the sensor pipe 1. There is. The sensor pipe 1 is a thin tube bent in a substantially U shape, and is fixed so that both ends 1a and 1b penetrate the substrate 2. Both ends 1a, 1b of this sensor pipe are connected to a main pipe (not shown), and a bypass flow passage is formed in parallel with the sensor pipe 1, and the flow rate QS of the sensor pipe 1 and the bypass flow passage are formed. The ratio with the flow rate is set to be constant. Thus, the flow rate Q of the sensor pipe 1
The total flow rate of the main pipe is required from S. On the outer circumference of the sensor pipe 1, a pair of coils 7 and 8
Is wound and stored in the groove 5 in the case 4. The coils 7 and 8 are formed of an extremely fine enamel-coated metal wire having a core wire of platinum, iron-nickel, or the like.
An insulating material prepared by diluting polyimide resin with toluene is thinly applied to the outer surface of the sensor pipe 1, and the heater / sensor coils 7 and 8 are wound 100 to 200 times in the length direction of the sensor pipe 1 on the insulating material. The above insulating material is applied to form an insulating coating to insulate the coils and the coils from the sensor pipe.
【0008】図2は、センサーパイプ1の上流側と大流
側との温度差を検出する手段を示し、ヒータ兼センサー
コイル7、8の電気抵抗値をR7、R8とすると、この抵
抗は他の一対の固定抵抗R1、R2とでブリッジ回路を構
成している。ブリッジ回路には定電流源10からの定電流
Ibが流れ、コイル7、8のジュール熱によってセンサー
パイプ,1は室温ないしは流体の温度よりも50〜100°C
温度が上昇した状態となる。センサー流量QSがQS=0
の場合には、ブリッジがバランスして不平衡電圧△Vは
△V=0である。センサーパイプ1に流量QSが流れる
と、熱がコイル7からコイル8側へ運ばれて、コイル7
の平均温度が下がりコイル8の平均温度が上昇する。こ
の温度変化によってコイル7、8の抵抗値R7R8が変化
し、ブリッジ回路に不平衡電圧△Vをもたらし、△Vは
差動増幅器11の出力として取り出され、この出力はセン
サー流量QSに比例するから、メインパイプの質量流量
が求められる。FIG. 2 shows a means for detecting the temperature difference between the upstream side and the large flow side of the sensor pipe 1, and assuming that the electric resistance values of the heater / sensor coils 7 and 8 are R 7 and R 8 , this resistance Forms a bridge circuit with another pair of fixed resistors R 1 and R 2 . Constant current from constant current source 10 in the bridge circuit
Ib flows and the Joule heat of the coils 7 and 8 causes the sensor pipe 1 to reach 50 to 100 ° C above room temperature or fluid temperature.
The temperature rises. Sensor flow rate QS is QS = 0
, The bridge is balanced and the unbalanced voltage ΔV is ΔV = 0. When the flow rate QS flows through the sensor pipe 1, heat is transferred from the coil 7 to the coil 8 side, and the coil 7
Average temperature of the coil 8 decreases and the average temperature of the coil 8 increases. Due to this temperature change, the resistance values R 7 R 8 of the coils 7 and 8 change and bring an unbalanced voltage ΔV to the bridge circuit, and ΔV is taken out as the output of the differential amplifier 11, and this output is sent to the sensor flow rate QS. Since it is proportional, the mass flow rate of the main pipe can be obtained.
【0009】本実施例におけるセンサーパイプ1は、外
径が1.1mm、内径が0.52mmのステンレス鋼(SUS316L)を
使用した。図3はこのセンサーパイプに上述の通りヒー
タ兼センサコイル7、8(外径0.05mm)を巻回し、これ
の温度分布を測定したものである。センサーパイプ1内
を流れる流量QSがQS=0の時の温度分布はb線に示
し、QS=10cc/分(N2ガス)の時の温度分布は、a線で
表わしている。一方図4に示した温度分布は、センサー
パイプの外径を0.6mm、内径を0.52mmとした以外は上記
と同じ条件で測定したものである。ところが、この温度
分布は流体を流した場合のa'線の温度変化が大きく、
かつ全体的に右側に温度分布が移動してセンサコイルの
位置からずれる傾向にある。ところが、図3の場合温度
変化は小さく、センサコイルの設置範囲内で変化が抑え
られている。従って流せる流量限界を大きくとることが
できる。The sensor pipe 1 in this embodiment is made of stainless steel (SUS316L) having an outer diameter of 1.1 mm and an inner diameter of 0.52 mm. FIG. 3 shows the temperature distribution of the heater / sensor coils 7 and 8 (outer diameter 0.05 mm) wound around the sensor pipe as described above. The temperature distribution when the flow rate QS flowing in the sensor pipe 1 is QS = 0 is shown by the line b, and the temperature distribution when QS = 10 cc / min (N 2 gas) is shown by the line a. On the other hand, the temperature distribution shown in FIG. 4 was measured under the same conditions as above except that the outer diameter of the sensor pipe was 0.6 mm and the inner diameter was 0.52 mm. However, this temperature distribution has a large temperature change of the a'line when a fluid is flown,
In addition, the temperature distribution generally moves to the right and tends to shift from the position of the sensor coil. However, in the case of FIG. 3, the temperature change is small, and the change is suppressed within the installation range of the sensor coil. Therefore, it is possible to set a large flow rate limit.
【0010】次に図5のグラフ(X)は、本実施例におけ
るセンサーパイプ1内を流れる流量QSに対する不平衡
電圧△Vを測定した結果を示し、比較のため図4の場合
のグラフ(Y)についても示した。この図からわかる通
り本実施例では、流量QSと不平衡電圧△Vとがリニア
に変化する比例域はQS=35cc/mmまで大きくなり、その
ときの△Vは60mVであった。一方比較例ではリニアに
変化する比例域はQS=7cc/mmまでで、そのときの△V
=50mVであった。すなわち本実施例では単位流量当た
りの検出感度は低下するものの、最大流量における感度
は低下することなくリニアに変化する範囲の上限流量が
5倍に増加した。Next, a graph (X) in FIG. 5 shows the result of measuring the unbalanced voltage ΔV with respect to the flow rate QS flowing in the sensor pipe 1 in this embodiment. For comparison, the graph (Y) in the case of FIG. ) Is also shown. As can be seen from this figure, in this embodiment, the proportional range in which the flow rate QS and the unbalanced voltage ΔV change linearly increases to QS = 35 cc / mm, and ΔV at that time is 60 mV. On the other hand, in the comparative example, the proportional range that changes linearly is up to QS = 7 cc / mm, and ΔV at that time is
= 50 mV. That is, in this embodiment, although the detection sensitivity per unit flow rate decreased, the sensitivity at the maximum flow rate did not decrease, and the upper limit flow rate in the linearly changing range increased five times.
【0011】[0011]
【発明の効果】以上説明のごとく、本発明の熱式質量流
量センサーによれば、計測できる流量範囲を従来の約5
倍にすることができ、大流量用の流量センサーに好適で
ある。As described above, according to the thermal mass flow sensor of the present invention, the measurable flow rate range is about 5 times that of the conventional one.
It can be doubled and is suitable for a flow rate sensor for a large flow rate.
【図1】 本発明の一実施例を示す正面図FIG. 1 is a front view showing an embodiment of the present invention.
【図2】 ブリッジ回路の回路図[Fig. 2] Circuit diagram of bridge circuit
【図3】 本発明の実施例におけるセンサコイル部の温
度分布を示す図FIG. 3 is a diagram showing a temperature distribution of a sensor coil unit according to the embodiment of the invention.
【図4】 従来例におけるセンサコイル部の温度分布を
示す図FIG. 4 is a diagram showing a temperature distribution of a sensor coil portion in a conventional example.
【図5】 センサー流量QSに対する不平衡電圧△Vの
変化を示す特性図FIG. 5 is a characteristic diagram showing changes in the unbalanced voltage ΔV with respect to the sensor flow rate QS.
【図6】 センサの特性を説明する図FIG. 6 is a diagram illustrating characteristics of a sensor.
【符号の説明】 1…センサーパイプ 2…基板 3…合せ面 4…ケース 5…溝 6…断熱材 7…上流側コイル 8…下流側コイル[Explanation of Codes] 1 ... Sensor pipe 2 ... Substrate 3 ... Mating surface 4 ... Case 5 ... Groove 6 ... Heat insulating material 7 ... Upstream coil 8 ... Downstream coil
Claims (2)
該センサーパイプの上流側と下流側との外周面にそれぞ
れ感熱抵抗線によって形成した上流側コイルと下流側コ
イルとを巻回し、該上流側コイルと下流側コイルと他の
抵抗とによってブリッジ回路を構成し、前記上流側及び
下流側コイルに通じる電流を一定に保ち、前記ブリッジ
回路の不平衡電圧を検出することによって前記センサー
パイプ内を流れる流体の流量を測定する定電流型の熱式
質量流量計センサーにおいて、前記センサーパイプの外
形寸法D0と内径寸法D1との比D0/D1を1.5以上にしたこと
を特徴とする熱式質量流量計センサー。1. A sensor pipe through which a fluid to be measured flows,
An upstream side coil and a downstream side coil formed by heat-sensitive resistance wires are wound around the outer peripheral surfaces of the upstream side and the downstream side of the sensor pipe, respectively, and a bridge circuit is formed by the upstream side coil, the downstream side coil and other resistors. Constant current type thermal mass flow rate configured to measure the flow rate of the fluid flowing in the sensor pipe by detecting the unbalanced voltage of the bridge circuit by keeping the currents flowing through the upstream and downstream coils constant. In the meter sensor, the thermal mass flow meter sensor is characterized in that the ratio D 0 / D 1 of the outer dimension D 0 and the inner diameter dimension D 1 of the sensor pipe is set to 1.5 or more.
該センサーパイプの上流側と下流側との外周面にそれぞ
れ感熱抵抗線によって形成した上流側コイルと下流側コ
イルとを巻回し、前記上流側及び下流側コイルの温度を
同一一定に保つように制御し、この時両コイルに与えら
れるエネルギーの差を検出することによって前記センサ
ーパイプ内を流れる流体の流量を測定する定温度型の熱
式質量流量計センサーにおいて、前記センサーパイプの
外径寸法D0と内径寸法D1との比D0/D1を1.5以上にしたこ
とを特徴とする熱式質量流量計センサー。2. A sensor pipe through which a fluid to be measured flows,
The upstream side coil and the downstream side coil, which are formed by heat-sensitive resistance wires, are wound on the outer peripheral surfaces of the upstream side and the downstream side of the sensor pipe, respectively, and the temperature of the upstream side coil and the downstream side coil is controlled to be kept constant. However, at this time, in the constant temperature type thermal mass flowmeter sensor for measuring the flow rate of the fluid flowing in the sensor pipe by detecting the difference in energy applied to both coils, the outer diameter dimension D 0 of the sensor pipe The thermal mass flowmeter sensor is characterized in that the ratio D 0 / D 1 of the inner diameter dimension D 1 to 1.5 or more.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3324184A JPH05157601A (en) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | Thermal mass flowmeter sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3324184A JPH05157601A (en) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | Thermal mass flowmeter sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157601A true JPH05157601A (en) | 1993-06-25 |
Family
ID=18163023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3324184A Pending JPH05157601A (en) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | Thermal mass flowmeter sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05157601A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013134231A (en) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Horiba Stec Co Ltd | Thermal flow sensor |
-
1991
- 1991-12-09 JP JP3324184A patent/JPH05157601A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013134231A (en) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Horiba Stec Co Ltd | Thermal flow sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1139073B1 (en) | Mass flowmeter | |
| US6487904B1 (en) | Method and sensor for mass flow measurement using probe heat conduction | |
| US4787251A (en) | Directional low differential pressure transducer | |
| US7000464B2 (en) | Measuring and control of low fluid flow rates with heated conduit walls | |
| KR100326479B1 (en) | Differential current thermal mass flow transducer | |
| US6354150B1 (en) | Sensor for a capillary tube of a mass flow meter | |
| US5222395A (en) | Thermal type flowmeter | |
| JPS5918423A (en) | Method and device for measuring flow rate | |
| JPH045945B2 (en) | ||
| US6446504B1 (en) | Constant temperature gradient differential thermal mass flow sensor | |
| US5763774A (en) | Fluid flow meter with reduced orientation sensitivity | |
| US5398549A (en) | Flowmeter sensor | |
| US5094105A (en) | Optimized convection based mass airflow sensor | |
| US7469583B2 (en) | Flow sensor | |
| EP0904525A1 (en) | Heater with tapered heater density function for use with mass flowmeter | |
| US4425792A (en) | Apparatus for measuring a fluid flow rate | |
| JPH05157601A (en) | Thermal mass flowmeter sensor | |
| US20020121136A1 (en) | Micro-thermocouple for a mass flow meter | |
| US5315871A (en) | Thermal flowmeter with detecting element supported by supports having engaging portions | |
| JPH0140013Y2 (en) | ||
| JPH0668452B2 (en) | Mass flow meter | |
| JPH0557624U (en) | Flowmeter | |
| JPH03295418A (en) | Thermal type mass flowmeter sensor | |
| KR100244902B1 (en) | Air flow speed sensor element and its measurement circuit | |
| Kessie | The Design and Construction of Thermal Flowmeters |