JPH05157601A - 熱式質量流量計センサー - Google Patents
熱式質量流量計センサーInfo
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- 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
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- sensor
- flow rate
- heat
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大流量用の熱式質量流量計センサーを得るこ
と。 【構成】 被測定流体が流れるセンサーパイプと、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との内
径寸法D1との比D0/D1を1.5以上にした熱式質量流量計セ
ンサー。
と。 【構成】 被測定流体が流れるセンサーパイプと、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との内
径寸法D1との比D0/D1を1.5以上にした熱式質量流量計セ
ンサー。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【数１】
【数２】
【数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。
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。
【数５】 この微分方程式を解くと次のようになる。
【数６】 この微分方程式の解から時定数は次のようになる。
【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、
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、
【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、
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、
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【図１】 本発明の一実施例を示す正面図
【図２】 ブリッジ回路の回路図
【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
度分布を示す図
【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
示す図
【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
変化を示す特性図
【図６】 センサの特性を説明する図
【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
Claims (2)
- 【請求項１】 被測定流体が流れるセンサーパイプと、
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。 - 【請求項２】 被測定流体が流れるセンサーパイプと、
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3324184A JPH05157601A (ja) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | 熱式質量流量計センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3324184A JPH05157601A (ja) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | 熱式質量流量計センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157601A true JPH05157601A (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=18163023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3324184A Pending JPH05157601A (ja) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | 熱式質量流量計センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05157601A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013134231A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Horiba Stec Co Ltd | 熱式流量センサ |
-
1991
- 1991-12-09 JP JP3324184A patent/JPH05157601A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013134231A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Horiba Stec Co Ltd | 熱式流量センサ |
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