JPH05508923A - 流量測定方法及び装置 - 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】 流量測定方法及び装置 発明の技術分野及び従来技術 本発明は、流量を測定するだめの方法と装置に関する。流量測定の対象とすべき 媒体は、液体だけでなく気体の場合もある。特定の例は風量の測定である。流量 を測定すべき媒体内に位置する測定体が、この方法及び装置で使用される。この 測定体の物理量、特に抵抗などの電気量は、温度によって変化するものである。

一般的なタイプのホットボディ型流量計は、抵抗が温度によって変化する測定体 が、フィードバックカップリングを有するブリッジの一部であるという原則に基 づいて構成されている。測定体と同じ温度係数を有する加熱されていない抵抗器 が、測定すべき媒体の流れの中での温度変化を補正するために、ブリッジの「コ ールドブランチ」に配置されている。この補正用抵抗器は、媒体の流れの中で、 例えばワイヤで構成される場合がある測定体に近接して配置される。読み取られ る値は、高温の測定体とその周囲との間のエネルギーの交換を無視すれば、ワイ ヤの公称抵抗と、ワイヤと補正用抵抗器との間の温度係数に関する平衡とに依存 している。この平衡が欠如すると測定エラーが発生する。また、この公知技術で は、測定体と基準用トランスミッタとからなるセンサを、プリフジのキャリブレ ーションを再度行わなければ元の位置に戻せないということが別の欠点となって いる。さらに、適用する電子回路が、目的に応じて特に構成したものでなければ ならず、したがって、他の目的には使用できないという欠点もある。

加熱可能な測定体を用いる他の公知の流量計で、測定シーケンス中に、測定体を 加熱した後に媒体の流れの作用により冷却させるということを基本としたものが ある。加熱と冷却は連続して行なわれ、測定体の温度は、流量を測定すべき媒体 の温度よりもかなり高い２つの温度レベルの間で変化する。代表的な例では上側 の温度レベルが１４６℃で下側が９６°Ｃであり、流量を測定すべき媒体が室温 の空気である。低い方から高い方の温度レベルへ測定体を加熱する時間と、高い 方から低い方の温度レベルへ冷却する時間は、流量算出の基準となる測定値とし で田いらねふｍ−の公＠Ｊ坊警では一正確に？められた温度レベルの間で加熱を 一定の力で行わなければならないので、構成がかなり複雑となってしまう。加熱 力が変動するとかなりの測定エラーが発生し、温度レベルが不正確な場合にも同 じ結果となる。この公知の技術では、媒体の流れの中に非加熱の測定体をもうひ とつ配置し、この測定体でその時点の空気流の温度を示さなければならない。し たがって、この場合にも、加熱された測定体と加熱されていない測定体との間の 不平衡により、測定エラーが引き起こされる。

発明の要旨 本発明の目的は、上述した公知技術の第２の例を定めた、請求項１及び８のそれ ぞれの序文に係る方法と装置をさらに改良して、この方法と装置を簡素化する一 方で、潜在的なエラーの発生源に対する依存度を小さくすることにより、測定を より高精度に行えるようにすることである。

本発明によれば、この目的は、請求項１及び８の特徴記載部分に詳細に記載され た特徴により達成される。つまり、本発明は、測定体と媒体の流れとの間の熱交 換が流量に対して指数関数的に推移するという事実に基づいている。このため、 本発明の中心となる考え方は、本明細書の導入部で説明した従来技術とは正反対 であり、温度によって変化する測定体の物理量の測定を、データを得ることので きる既知もしくは一定の時間に行い、指数関数的な推移を明確にめられるように している。そして、それ自体は公知の数学的／物理的な法則を用いて、流量を測 定値と時間データに基づいて算出する。測定する物理量は、抵抗などの電気的な 量であることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。

本発明に係る方法と装置を用いれば、従来技術ではあったエラー発生源の幾つか をなくし、もしくは少なくすることができる。例えば、加熱された測定体と同じ 温度係数を有する非加熱の測定体は一切不要である。本発明の一態様（請求項３ ）によれば、加熱電流と時間への依存は完全になくなる。また、他の態様（請求 項２；加熱中の測定）によれば、従来技術でのように長時間安定しＩ；電流が必 要であることがなくなり、加熱電流の変動への依存度を少なくとも減少させ得る 。したがって、本発明に係る方法と装置は、加熱されていない基準センサすなわ ち測定休を別個に設ける必要がないこととは別に、測定がシーケンス中に行なわ れるという点で特徴付けられる。測定は（測定体の温度変化に関する限りでは） 積極的に開始されるが、平衡を保ったり、目的とする最終値を得たりするために 制御はされない。また、このように制御不要であるために、平衡を保ったり目的 とする最終値を得たりするためのフィードバックカップリングも一切不要である 。このことは、測定を簡単かつ正確に行うという本発明の目的を達成するキーポ イントである。

この方法の第１の態様によれば、ここでは抵抗として示した測定体のある物理量 ＲＯ（図１参照）を、測定体が媒体の流れと実質的に同じ温度を有しているとき の抵抗値として例示している。この場合、測定シーケンスの第１ステツプとして Ｒｏを測定するのが適している。その後、（Ａ点で）測定体に加熱電流を流す。

そうすると測定体の温度が上昇し、それに伴って抵抗値も大きくなる。この加熱 の後、加熱電流を（Ｂ点で）オフに切り替え、測定体の抵抗の測定値Ｒ１及びＲ ２を、短い時間間隔で少なくとも２回測定する。このとき、測定間の時間間隔が 、複数回の測定シーケンスを行う場合に既知もしくは一定であることが重要であ る（実行は容易である）。最も簡単な場合には常に一定の時間間隔を用いること ができるが、各測定シーケンスでそれらが既知であれば、時間間隔が異なってい てもよい。測定の間の時間間隔が常に一定であれば、実際にその時間間隔が分が っている必要はなく、その代わりに、キャリブレーションをこの測定の技術分野 で公知の方法で実行する。その結果、連続して使用されている常に一定の時間間 隔に基づいて、目標とする測定値を得ることができる。

測定体の加熱をＢ点で中止した後、測定体は冷却されて、最終的には媒体の流れ の温度、すなわちＲｏに達する。このことからすれば、Ｒｏを第１ステツプでは なく冷却が完了した後に測定することも可能であろうが、そうすると、時間を無 駄に浪費し、さらに、周囲の流れの状況がかなり代わってしまう虞がある。測定 体を有する幾つかのセンサを備えｌ；測定システムでは、Ｒｏを最初に測定した 場合には、Ｒ１での測定後すぐに、次のセンサをオンに切り替えることができる 。

抵抗値は、ワイヤの温度依存が使用する温度範囲内で一定であるとき、エネルギ ーレベルに直接変換できる。この場合、冷却中の測定体からの相対的なエネルギ ーの損失は、 実験結果は、この方法で計算された加熱後の測定体の相対的なエネルギー損失が 、ｄｔ１２、測定体の空気力学的特性、及びその時点での流量のみに左右される ことを示している。その結果、相対的なエネルギー損失は、・加熱電流 ・加熱時間 ・加熱後の遅延 ・測定体の長さ ・測定体の温度係数の公称値 には殆ど影響を受けない。（影響を受けないということは、測定器具のコストを 増やさずにそれを非常に小さくできるということよりも、依存度が大きくないこ とを意味している）。

これらの結果は、測定体と媒体の流れとの間の熱交換が上述したように指数関数 的に推移するということｊこより明らかである。この指数関数的推移は、特定の 直径を有するワイヤの形状に形成された測定体を用いた場合に見られる。指数関 数的推移ないしは移行は、端点と、既知の時間間隔を有する２つの点とが知られ ているときに明確に表される。

したがって、本発明のこの態様によれば、測定体と媒体の流れとの間の温度調節 （熱交換）に関する指数関数的推移についての全ての情報は、Ｒ８、Ｒ２、Ｒ， と、Ｒ１及びＲ７の間の時間間隔により得られる。したがって、流量は、これら の測定値と時間間隔とによって算出することができる。

本発明の第２の態様によれば、測定体と媒体の流れとの間での、流量に対応する 温度調節の指数関数的推移に関する明確な表示が、例えば抵抗などの測定体の物 理量を、測定体の冷却中に少なくとも３回測定することによって得られる。この ３回はＲ１、Ｒ２及びＲ１であって、Ｒ２とＲ３との間だけでなく、Ｒ１とＲ， との間の時間間隔も既知もしくは常に一定である。したがって、これらの測定値 Ｒ１、Ｒ２及びＲ１と時間間隔とを知ることによって、それ自体はよく知られた 法則を利用して流量を算出することができる。Ｒｏ、すなわち、測定体が媒体の 流れと実質的に同じ温度であるときの物理量の値の測定は、この場合にはもはや 必要ではなく、少なくとも３つの測定値が冷却中に得られたときの指数関数的推 移により定められる。このことは、本発明のこの態様によれば、測定体を実質的 に媒体の流れの温度まで冷却する必要がもはやなく、その代わりに測定体を２つ の異なった温度レベルの間で比較的急速に変動させることができるから、少なく とも３回の測定ヲ、冷却中にこれらのレベルの間で短い時間に行なえることを意 味する。

本発明の第３の態様によれば、測定体の加熱中に３回、物理量、特に抵抗を測定 することにより流量測定を行なうことができる。この３回は、Ｒ，、Ｒ，及びＲ ６であり、Ｒ４とＲ５との間、及びＲ６とＲ６との間の時間間隔は、既知である か常に一定である。測定値Ｒ＝、Ｒｓ及びＲ，と、その間の時間間隔は、この場 合でも、加熱中の測定体と媒体の流れとの間の熱交換に関する指数関数的推移の 明確な表示となり、したがって、流量は、この測定値と時間間隔とに基づいて算 出することができる。物理量の測定、を、平衡も全く維持せずに、また、定めら れた温度レベルを観察せずに２行なえるので、長時間に亙って加熱状況（加熱電 流）が変動しても、得られる流量の値が不安定になるようには影響しない。加熱 中に測定を行なうこの例では、測定体の物理量（Ｒｏ）は、測定体が媒体の流れ と実質的に同じ温度である場合でも、測定体が温度に関して末端の値を有する場 合でも測定する必要はないが、測定体はこの場合でさえ、加熱と冷却を交互に行 なうことにより、媒体の流れの温度よりも高い、２つの異なった温度レベルの間 で急速に変動する。

したがって、本発明によれば、これらの温度レベルは、既知であったり、定めら れたものであったりしなくてよい。

加熱中に測定する場合、加熱を実質的に一定の力で行うか、そうでなければ、既 知の特性で行うことが適している。

本発明の第４の態様においても、測定シーケンス中に、まず第１に測定体を媒体 の温度よりも低い温度まで積極的に冷却した後に、測定体を媒体の流れの作用に より、その温度へ向かって、そしてその温度となるまで温度上昇させることによ り、流量の゛測定を、特に比較的温度の高い媒体の中で行うことが可能である。

温度によって変化する測定体の物理量の測定は、温度変化が逆ではあるけれども 、上で既述した冷却中の場合と実質的に同等の方法で、熱交換の指数関数的推移 の明確な表示を保証するのに十分な（Ｒｏ、Ｒ１−Ｒｘ及びＲ８、Ｒ４、Ｒｓの それぞれに相当する）測定値と時間値とを得るために、媒体の流れによって引き 起こされる温度上昇中に実行される。物理量は、第３の態様に関し、て上で既に 説明したのと同様に、温度上昇する場合にＲいＲ６及びＲ，によって示したのに 相当する測定値を得るために、温度低下が生じた際に少なくとも３回測定される 。

本発明に係る方法及び装置は、一般的なホットボディ型流量センサとして、気体 を測定する場合には大量の流れを発する。測定値と、１秒当たりのメートル数に 関する流量との間の関係は、媒体の温度と圧力が変化したときに、一般的な気体 の習性に従って変化する。

測定値と、測定間の時間間隔に基づいた流量に関して本明細書で使用している「 決定すなわち算出」とい、う表現は、上述の記載内容から明らかなように、その 最も広い意味に解釈すべきである。時間間隔が分かつている場合は、手動または コンピュータにより極めて正確な操作が行われる。しかし、実行された測定の間 の時間間隔が常に一定である場合は、測定の間の実際の時間間隔を全く認識する ことなく、得られた測定値が、流量を示す値を導く基準とするためにキャリブレ ーションが行われる。

測定体と媒体の流れの間の熱交換に関する指数関数的推移すなわち曲線は、もち ろん、測定シーケンス中の媒体の温度と流量の変動に左右される。

本発明によれば、流れが完全に連続していなくてもよい。しη）シ、請求項２及 び９に詳細に定められた態様によれば、加熱及び冷却またはその逆に導く変動を かなり速い周期で行えるので、流量の変動にかなり良好に追随する。それ以外の ものは、平均流量の測定に関しているので、流量に連続して従うことは重要では ない。

図面の簡単な説明 以下に、添付図面を参考として、本発明に係る実施例を具体的に説明する。

図面中、 図１は、抵抗／時間の関係（エネルギー／時間あるいは温度／時間の関係につい てもほぼ同様である）を示すグラフ、図２は、本発明に係る装置の主要回路図、 図３は、図２とは異なる測定体を使用した他の実施例を示す概略図である。

実施例の詳細な説明 以下の実施例は、Ｒｏ、Ｒ１及びＲ８を測定する場合に関する。

流量を示す抵抗値Ｒ０、Ｒ□及びＲ７を測定する手段及びこれらの抵抗値に基づ いて当ｉ媒体の流量を算定する手段として、適当なコンピュータｌを使用する。

尚、このコンピュータｌは、プログラムによって制御可能なデータロガ−である ことが好ましい。このデータロガ−に、アメリカ合衆国ユタ州ローガンに住所を 有するキャンプベル・サイエンティフィック・インコーホレイテッド社（Ｃａｍ ｐｂｅＩＩ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｃ、）の、「シーアール１０メジヤー メント・アンド・コントロール°モジュール（ＣＲ１０Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ 　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｏｄｕｌｅ）Ｊという名称が付されているものを 使用すると、実験をうまく行なうことができた。実験では、このデータロガ−に 振幅変調４１６の１６チヤン不ル・リレー・マルチプレクサ−（ＡＭ４１６１６ −ｃｈａｎｎｅｌｓ　ｒｅｌａｙ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｏｒｓ）　２を２体備え 付けた。データロガ−１とリレー・マルチプレクサ−との間の制御用結線は、図 ２では符号３によって示されている。

各リレー・マルチプレクサ−２に、温度によって抵抗値が変化するようになって いる複数の測定体４を接続した。この測定体にはワイヤ形状のものを使用した。

より正確に言うと、ワイヤは白金製のもので、その直径はＯ−１ｍｍであった。

実際的見地からすると、好適な直径範囲は、この場合には、０　、５　ｍｍ未満 、好ましくは０．０１−０．２ｍｍである。

図２には、測定ワイヤ４を備えたセンサ５を２つしか示していない。図２には表 れていないが、実験ではリレー・マルチプレクサ−に数個のセンサを接続した。

測定ワイヤ４は、例えば、はんだ付けなどによって保持クランプの脚部の間に取 り付けることができる。各センサ５用の１セツトのスイッチ６はリレー・マルチ プレクサ−２によって制御されるようになっている。センサ５と各リレー・マル チプレクサ−２との間隔を実測すると、１０〜８０メートルの範囲内にあった。

長さ８０ｍの最長の４本のケーブルの抵抗値をケーブル抵抗値の基準とするため に、各ケーブルの長さに応じた抵抗値を有する複数個の抵抗器７を使用した。

導線ＩＯと電流制限用の抵抗器１１とを通じて、当該センサ５へ加熱電流を流し たり遮断したりするために、スイッチ９を有するリレー８をデータロガ−１に接 続した。

データロガ−１には励起している出力１２が設けられている。出力１２は、抵抗 値を測定する際に一定の電圧を供給するようになっており、当該リレー・マルチ プレクサ−２のスイッチを介して各センサ５の測定ワイヤ４に取り付けられた基 準抵抗器１３に通じている。

データロガ−１には、さらに、電圧を測定するための接続部１４．１５が設けら れている。これらの接続部は、導線と各スイッチ６を通じてそれぞれの測定ワイ ヤ４に接続されている。

リレー・マルチプレクサ−２によって、多数のセンサ５を単一のデータロガ−１ で操作できるようになっている。これらのセンサは、加熱電流と測定とのために 、データロガ−の連結部に連続して接続されている。

あるセンサ５によって測定シーケンスを実行しようとするときには、そのセンサ ５をリレー・マルチプレクサ−２によってデータロガ−１に接続する。まず、測 定ワイヤ４の抵抗値Ｒ０が、ワイヤを前もって加熱することなく、すなわち、測 定ワイヤ４の温度が媒体の流れの温度と等しいときに測定される。その後、スイ ッチ９をリレー８によって閉じ、加熱電流を測定ワイヤ４に流してワイヤを加熱 する。図１のＢ点（この点をそれほど明確に決めておく必要はない）で加熱電流 を遮断した後、データロガ−■は、測定ワイヤ４の冷却中における、図１の２つ の抵抗値Ｒ，１Ｒ，を、常に一定の時間間隔で自動的に測定する。タイムスケー ル上、すなわち、ワイヤと媒体の流れとの間の指数関数的な熱交換のシーケンス 中での測定点Ｒ３及びＲ１の位置は重要ではないが、これら２つの測定値Ｒ，及 びＲ８は、指数関数曲線上のそれほど平らでない部分にあるのがよい。

その後、リレー・マルチプレクサ−２によってデータロガ−１に接続した別のセ ンサを用いて、測定シーケンスを同様の方法で進めていく。

直径０．１闘の白金製測定ワイヤを有する２２個の手製のセンサを使用した一連 の実験では、測定値間の相互不一致はごくわずかなものとなった。測定値のばら つきはプラスマイナス１％以内に収まっており、非常に良い結果を得ることがで きたのである。

本発明に係る方法と装置の利点として、極めて正確な測定結果が得られるという こと以外に、特に、センサを非常に簡易かつ安価なタイプで済ますことができる ということが挙げられる。使用するデータロガ−にセンサを適応させるための電 子部品は、抵抗値を測定するための基準抵抗器１３Ｊ加熱電流用のリレー８と電 流制限抵抗器１１、さらに、ケーブルの抵抗値を基準値に合わせるための複数個 の抵抗器７に限られている。

測定ワイヤすなわち測定体４を備えたセンサ５は、流量だけでなく温度を測定す るためにも使用することができる。その際には、センナを、温度に関して個々に キャリブレーションしなければならない。このように、流量以外に温度も測定で きるようになっていると、特に気象学環境を効果的に測定でき、エネルギー交換 の測定に使用することもできる。

図２を用いて説明した器具は、簡単なプログラミングを用いれば、Ｒｏの測定を 行わず、その代わりに、冷却中に少なくとも３つの抵抗値Ｒ，，Ｒ，及びＲ１を 測定するように変更することができる。

尚、加熱時の抵抗値Ｒａ、Ｒｓ及びＲ，を測定するのに測定器具を適応させる方 法は、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明に関する上 記記載を考慮することによって理解できるので、これ以上の説明は加えない。

図３ 図３には、測定体４の別実施例が示されている。この場合には、測定体は中空部 材１６からなっている。この中空部材１６は、一端１７が閉じたチューブである ことが好ましい。このチューブの、少なくとも密閉端１７に最も近い部分は、媒 体の流れ１８の中に入るようになっている。媒体の流れの境界を定めている流路 の壁部１９の穴によって、チューブを媒体の流れの中へ入れることができるよう になっている。チューブ１６と流路壁１９との間にはシール部材２０が適切に配 置されている。チューブ１６は、このように媒体の流れ方向に対して実質垂直に 向けられるようになっているのが好ましい。

当該媒体は、以下の記述では、かなり高い温度を有している。このような場合に は、例えば、内部冷却路などの冷却手段を流路壁１９に設けてもよい。

本実施例では、測定体４の温度を媒体の流れの温度からそらす手段によって、測 定体を冷却するようになっている。この冷却手段は、より正確に言えば、適当な 冷却流体源２１を有してＪ／する。冷却流体！２１は、チューブ１６として形成 された測定体４の中へ進入している導管２２に冷却流体を供給するものであり、 これによって、チューブ１６の内部に冷却流体が送り込まれ、チューブ１６の内 面が冷却されるようになっている。例えば、導管２２は、冷却流体をチューブ１ ６の密閉端の内面の方へ供給するように配置できる。この場合には、チューブ１ ６の内面が冷却されると、冷却流体は方向を変え、チューブ１６の密閉端１７か ら離れてその内部を逆戻りし、最終的にはチューブから流出することになる。図 ３に示すように、導管２２は、流路壁１９よりも外側の位置からチューブ１６に 進入し、チューブ１６の密閉端１７の内面に対して、かなり接近して向かい合っ た位置までチューブ１６の内部に沿って延びていることが適当である。

温度につれて変化する測定体の物理量を測定する測定手段は、ここでは、赤外線 メータであり、図では符号２４によって示されている。赤外線メータ２４は、測 定体４、より正確にはチューブ１６の密閉端の内面、からの赤外線放射を検知す る赤外線センサ２５を有している。赤外線メータ２４は、図３に示すように、チ ューブ１６の、密閉端１７と反対側の端部に接続されている。赤外線センサ２５ は、密閉端１７の内面からの赤外線放射を検知することができるように、チュー ブに沿う方向に向けられている。この位置関係と冷却流体とが相まって、赤外線 メータと、そのセンサの温度の過度の上昇に対して、かなり高い安全性が保証さ れている。

図３に係る実施例によって流量を測定する場合、第１の例では、チューブ１６が 冷却手段２１．２２によって媒体の温度よりも低い温度まで冷却される。冷却し 終えると、チューブ１６の温度は媒体の流れの温度に適合するように上昇し始め る。この適合中に、チューブの密閉端の内面における赤外線放射値（温度に対応 する）が赤外線メータ２４．２５によって測定される。図１を用いて第１に説明 した方法で、測定は少なくとも２回実施される。これらの測定から得られる２つ の値と、測定チューブ１６が媒体の流れと実質等しい温度を有しているときに測 定される値と、上記２つの値の時間間隔に関する必要な情報とによって、指数関 数的推移を明確に割り出すことができる。この指数関数的推移に従って、測定チ ューブ１６と媒体の流れの間での温度の均等化が生じるので、この指数関数的推 移に基づいて媒体の流量を決定すなわち算出することができるようになるのであ る。また、測定チューブ１６の温度が媒体の流れの温度に近付こうとしている際 に、赤外線放射値の測定を少なくとも３回実施するようにしてもよい。この場合 には、温度の平衡状態の測定は不必要である。

第２の例では、冷却中に、既知の、あるいは一定の時間間隔で、少なくとも３回 、赤外線放射値が測定される。そして、得られた結果を基に、流量に対応する熱 交換の指数関数的推移を明確に割り出すことができるのである。冷却は、一定の 条件下で、そうでなければ、特性が既知の条件下で行われるべきである。

もちろん、必要であれば、図３に係る装置に変更を加え、冷却手段２１．２２の 代わりに、測定体を媒体の流れの温度より高く加熱する流体を供給する加熱手段 を設けてもよい。

変形例 本発明に係る方法及び装置は、もちろん、発明思想の範囲内において幾通りかの 方法で変形することも可能である。測定体は、加熱する場合には、いろいろなタ イプの複合をセンサの一部とすることもできる。そうすれば、例えば電気的な加 熱部材を別に設けて、測定体を熱伝導により加熱することができる。尚、この場 合、測定体を加熱部材とともにセンサのシェルすなわちボデーの中に入れること ができる。このような変形例は、液体の流量測定に特に適しており、測定体ど媒 体間の熱交換は、何らかの容器を通じて間接的に行われることになる。また、上 記のようなワイヤ形状の測定体の代わりに、より一般的なサーミスターを使用す ることもできる。さらに、例えば熱電対のような、電気量が温度に依存する他種 の測定体を使用してもよい。本発明の思想によれば、図３から明らかなように、 電気量以外の物理量を測定してもよい。随意に選んだ温度計や、いわゆる光学温 度計などの一般的な温度計を構成する測定体を使用すれば、温度だけを測定する ことができるということも一例として挙げられる。

最後に、測定体を電気的方法によって加熱する場合には、測定電流と加熱電流と を同じにしてもよいということに言及しておくべきであろう。この場合であると 、電流を測定体に連続的に流すことができるが、測定体の温度が、分離した温度 レベル間で変動するように、強さを変えなければならない。尚、その温度が、定 められていたり、既知であったりする必要はない。と言うのは、本発明では、測 定体の抵抗値が温度に伴って変化すると、測定電流（とともに加熱電流）がばら つき、温度とともに変化する目的の物理量となるからである。この物理量を測定 することによって、熱交換の指数関数的推移をめるのに十分な、複数の測定値と 時間データとを得ることができ、そして、それらを基に流量を決定することがで きるのである。これらの目標ラインに従った実施例であれば、測定を速い周期で 行なうことが可能となり、従って、流量が急速に変化してもそれに追随すること ができる。

乏 要約書 この流量測定方法及び装置が基礎とするところは、流量を測定すべき媒体内に位 置する測定体を利用する点にある。測定体の、例えば抵抗のような物理量は、温 度とともに変化する。測定体の物理量（Ｒ＋、Ｒｚ）は、測定シーケンス中、測 定体を冷却もしくは加熱する間に少なくとも２回測定される。これらの測定間の 時間間隔は、既知もしくは一定である。さらに、測定体の物理量（Ｒｏ）が、そ の加熱前または冷却後、すなわち、測定体が媒体の流れと実質等しい温度を有し ているとき、に測定される。そして、これらの測定値（Ｒ６、Ｒ□、Ｒ１）と時 間間隔（Ｒ，〜Ｒ８間）とを基に流量が算定される。また、他の実施例では、測 定体の加熱あるいは冷却中に、既知もしくは一定の時間間隔で測定を少なくとも ３回実施し、その結果を基に流量を算定する。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．流量を測定すべき媒体内に位置する測定体（４）を使用し、測定シーケンス 中に、上記測定体の温度を、上記媒体の流れの温度からそらした後、上記媒体の 流れの作用によって上記媒体の流れの温度へ向かって、またはその温度まで変化 させて、上記測定体を、加熱して冷却、あるいは、冷却して加熱し、 さらに、流量を示す複数の値を測定し、該複数の値に基づいて上記流量を決定す なわち算出する流量測定方法において、上記測定体と上記媒体の流れとの間の熱 交換が行われる基となる指数関数的推移を明確に割り出すのに十分な複数の測定 値と時間データとを得るために、上記測定体の加熱及び／または冷却の際に、温 度とともに変化する上記測定体の物理量を測定し、 上記複数の測定値と時間データとに基づいて流量を決定すなわち算出することを 特徴とする流量測定方法。
2. ２．測定シーケンス中、 ａ）上記測定体の加熱及び／または冷却の間に、該測定体の物理量（Ｒ１，Ｒ２ ，Ｒ３及びＲ４，Ｒ５，Ｒ６）を少なくとも３回測定し、該測定の時間間隔は複 数回の測定シーケンスにおいて既知もしくは一定であり、ｂ）上記測定値（Ｒ１ ，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４，Ｒ５，Ｒ６）と上記時間間隔とに基づいて、上記流量を 決定すなわち算出することを特徴とする請求項１記載の流量測定法。
3. ３．測定シーケンス中、 ａ）上記測定体の温度が上記媒体の流れの温度に適応しつつあるときに、上記測 定体の物理量（Ｒ１，Ｒ２）を少なくとも２回測定し、該測定の時間間隔が複数 回の測定シーケンスにおいて既知もしくは一定であり、ｂ）ステップａ）におけ る上記測定の前あるいは後の上記測定体の物理量（Ｒｏ）を、該測定体が上記媒 体の流れと実質等しい温度を有しているときに測定し、ｃ）上記物理量の測定値 （Ｒｏ，Ｒ１，Ｒ２）と上記時間間隔とに基づいて、上記流量を決定すなわち算 出することを特徴とする請求項１記載の流量測定方法。
4. ４．測定される上記物理量は、抵抗などの電気量であることを特徴とする請求項 １〜３のいずれか１項に記載の流量測定方法。
5. ５．上記測定体としてワイヤを使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれ か１項に記載の流量測定方法。
6. ６．上記ワイヤとして白金製ワイヤを使用することを特徴とする請求項５記載の 流量測定方法。
7. ７．上記ワイヤの直径は、０．５ｍｍ未満、好ましくは０．０１〜０．２ｍｍ、 であることを特徴する請求項５または６記載の流量測定方法。
8. ８．流量を測定すべき媒体内に位置する測定体（４）と、上記測定体の温度を、 上記媒体の流れの温度からそらした後、上記媒体の流れの作用によって上記媒体 の流れの温度へ向かって、またはその温度まで変化させて、上記測定体を、加熱 して冷却、あるいは、冷却して加熱する手段と、流量を示す複数の値を測定する ための手段と、上記複数の値に基づいて上記流量を決定すなわち算出するための 手段とを有する流量測定装置において、 上記測定手段は、上記測定体と上記媒体の流れとの間の熱交換が行われる基とな る指数関数的推移を明確に割り出すのに十分な複数の測定値と時間データとを得 るために、上記測定体の加熱及び／または冷却の際に、温度とともに変化する上 記測定体の物理量を測定するように構成され、上記決定すなわち算出手段は、上 記複数の測定値と時間データとに基づいて上記流量を決定すなわち算出するよう に構成されていることを特徴とする流量測定装置。
9. ９．上記測定手段は、上記測定体の加熱及び／または冷却の間に、該測定体の物 理量（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４，Ｒ５，Ｒ６）を、複数回の測定シーケンスに おいて既知もしくは一定の時間間隔で少なくとも３回測定するように構成され、 上記決定すなわち算出手段は、上記物理量の測定値（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４ ，Ｒ５，Ｒ６）と上記時間間隔とに基づいて、流量を決定すなわち算出するよう に構成されていることを特徴とする請求項８記載の流量測定装置。
10. １０．上記測定手段は、上記測定体の温度が上記媒体の流れの温度に適応しつつ あるときに、上記測定体の物理量（ＲＩ，Ｒ２）を、複数回の測定シーケンスに おいて既知もしくは一定の時間間隔で少なくとも２回測定し、さらに、上記測定 体が上記媒体の流れと実質等しい温度を有しているときに、上記測定体の物理量 （Ｒｏ）を測定するように構成され、 上記決定すなわち算出手段は、上記物理量の測定値（Ｒｏ，Ｒ１．Ｒ２）と上記 時間間隔とに基づいて、上記流量を決定すなわち算出するように構成されている ことを特徴とする請求項８記際載流量測定装置。
11. １１．上記測定手段は、上記測定体の、抵抗などの電気量を測定するように構成 されていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の流量測定装 置。
12. １２．上記測定体はワイヤであることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１ 項に記載の流量測定装置。
13. １３．上記ワイヤは白金製であることを特徴とする請求項１２記載の流量測定装 置。
14. １４．上記ワイヤの直径は、０．５ｍｍ未満、好ましくは０．０１〜０．２ｍｍ 、であることを特徴する請求項１２または１３記載の流量測定装置。
15. １５．上記測定体の温度を上記媒体の流れの温度からそらす上記手段は、上記測 定体を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項８〜１４のいずれ か１項に記載の流量測定装置。
16. １６．上記測定体の温度を上記媒体の流れの温度からそらす上記手段は、上記測 定体を冷却するように構成されていることを特徴とする請求項８〜１４のいずれ か１項に記載の流量測定装置。
17. １７．上記測定体は、少なくとも一部が上記媒体の流れの中に位置している中空 部材を有し、 上記流量測定装置は、上記中空部材を冷却または加熱するための手段を有し、上 記測定手段は、上記中空部材の壁部の内面の一部からの赤外線放射を検知する赤 外線センサを備えた赤外線メータであることを特徴とする請求項１５または１６ 記載の流量測定装置。
18. １８．上記赤外線センサは、上記中空部材の一部に設けられており、上記媒体の 流れの境界を定めている流路の壁部の外側に位置決めされていることを特徴とす る請求項１７記載の流量測定装置。