JPH09329478A - 整流カバーを有する熱式流量計 - Google Patents
整流カバーを有する熱式流量計Info
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- JPH09329478A JPH09329478A JP8146044A JP14604496A JPH09329478A JP H09329478 A JPH09329478 A JP H09329478A JP 8146044 A JP8146044 A JP 8146044A JP 14604496 A JP14604496 A JP 14604496A JP H09329478 A JPH09329478 A JP H09329478A
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- thermal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 乱流状態で正確に流量を計測できる小型で安
価な、かつ圧力損失の少ない流量計を提供する。 【構成】 熱式流量検出素子４を基板２上に複数個配列
した流速検出器１と、該流速検出器に電力を供給する電
源と該供給電力から流量を演算する流量演算手段８から
なる熱式流量計において、基板２に対向して整流カバー
５を設け、基板２および整流カバー５の形状を背面がふ
くらんだ形状とし、それぞれの平面を対向させて流体の
通路を形成し、基板２の平面上に熱式流速検出素子４を
配置した。
価な、かつ圧力損失の少ない流量計を提供する。 【構成】 熱式流量検出素子４を基板２上に複数個配列
した流速検出器１と、該流速検出器に電力を供給する電
源と該供給電力から流量を演算する流量演算手段８から
なる熱式流量計において、基板２に対向して整流カバー
５を設け、基板２および整流カバー５の形状を背面がふ
くらんだ形状とし、それぞれの平面を対向させて流体の
通路を形成し、基板２の平面上に熱式流速検出素子４を
配置した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、管路中を流れる流体の
流量を計測する流量計に関する。さらに詳細には、乱流
が発生する個所においても正確な流量を計測することが
できるようにした流量計に関する。
流量を計測する流量計に関する。さらに詳細には、乱流
が発生する個所においても正確な流量を計測することが
できるようにした流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】管内を流れる流体の流量を計測する場
合、流速分布が既知のパターンになるよう流れを層流状
態または発達した乱流状態にし、ある一点の流速を測定
し、その値および流速分布パターンならびに断面積に基
づいて、流量値を算出している。管内の流体の流れを層
流状態または発達した乱流状態にするためには、通常、
流量計を挿入する部分の形状が管の直径の１０倍以上の
長さを持つ直管部であることが必要となる。しかし、空
気やガスの導管または冷媒や冷却水の導管など機器の付
属管内を流れる流体の流量を計測する場合、管が直径の
１０倍以上の長さを持つ直管部を持つことはほとんどな
く、層流状態または発達した乱流状態を得ることは困難
であり、上記のような方法によって正確な流量を検出す
ることは困難であった。
合、流速分布が既知のパターンになるよう流れを層流状
態または発達した乱流状態にし、ある一点の流速を測定
し、その値および流速分布パターンならびに断面積に基
づいて、流量値を算出している。管内の流体の流れを層
流状態または発達した乱流状態にするためには、通常、
流量計を挿入する部分の形状が管の直径の１０倍以上の
長さを持つ直管部であることが必要となる。しかし、空
気やガスの導管または冷媒や冷却水の導管など機器の付
属管内を流れる流体の流量を計測する場合、管が直径の
１０倍以上の長さを持つ直管部を持つことはほとんどな
く、層流状態または発達した乱流状態を得ることは困難
であり、上記のような方法によって正確な流量を検出す
ることは困難であった。
【０００３】このように、十分な長さの直管部を得られ
ない場合の流量の計測には、流速分布に依存せずに流量
を検出することが可能な湿式流量計や膜式メータなどの
体積式流量計を用いるか、または、複数の流量計を組み
合わせることによって流速分布の変化による出力の変動
を抑える相関式流量計を用いて行うことが多かった。
ない場合の流量の計測には、流速分布に依存せずに流量
を検出することが可能な湿式流量計や膜式メータなどの
体積式流量計を用いるか、または、複数の流量計を組み
合わせることによって流速分布の変化による出力の変動
を抑える相関式流量計を用いて行うことが多かった。
【０００４】しかしながら、体積式流量計は直管部を必
要としないが、その構造上の特徴から、１）応答速度が
遅く、２）圧力損失が大きく、３）既存の管に組み込む
ことが難しい、という欠点を持ち使用範囲が限られる。
また、一般の相関式流量計の場合、出力の平均化処理や
相関信号の算出などのための複雑な信号処理装置が必要
となる。
要としないが、その構造上の特徴から、１）応答速度が
遅く、２）圧力損失が大きく、３）既存の管に組み込む
ことが難しい、という欠点を持ち使用範囲が限られる。
また、一般の相関式流量計の場合、出力の平均化処理や
相関信号の算出などのための複雑な信号処理装置が必要
となる。
【０００５】この問題を解決するために本発明者等は、
半導体基板にヒータ線を形成した素子からなる熱式流速
検出素子を基板上に複数個並べた熱式流速検出器と、前
記熱式流速検出素子に電力を印加する電源と、供給され
る電力に基づいて流量を算出する演算手段からなる熱式
流量計の発明を平成６年特許願第３０７５６５号として
発明している。この熱式流量計に用いる熱式流速検出素
子は、特開平８− 号公報（特願平６−１９
０３１９号）に示されるもので、その構造を図４を用い
て説明する。図４（ａ）は熱式流速検出素子の上面を示
し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面を示
す。熱式流速検出素子４は、シリコンなどの半導体基板
４１の表面に設けた保護膜４２の上にポリシリコンから
なるヒータ線４３を熱絶縁構造４５を介して設けて構成
される。この熱式流速検出素子４は、ヒータ線４３を配
列することによって構成される平面を流れに平行に配置
し、熱を流体に伝達してヒータ線の抵抗値が低下する特
性を利用して流量を計測するものである。ヒータ線４３
の端部にはコンタクトパッド４４が設けられている。
半導体基板にヒータ線を形成した素子からなる熱式流速
検出素子を基板上に複数個並べた熱式流速検出器と、前
記熱式流速検出素子に電力を印加する電源と、供給され
る電力に基づいて流量を算出する演算手段からなる熱式
流量計の発明を平成６年特許願第３０７５６５号として
発明している。この熱式流量計に用いる熱式流速検出素
子は、特開平８− 号公報（特願平６−１９
０３１９号）に示されるもので、その構造を図４を用い
て説明する。図４（ａ）は熱式流速検出素子の上面を示
し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面を示
す。熱式流速検出素子４は、シリコンなどの半導体基板
４１の表面に設けた保護膜４２の上にポリシリコンから
なるヒータ線４３を熱絶縁構造４５を介して設けて構成
される。この熱式流速検出素子４は、ヒータ線４３を配
列することによって構成される平面を流れに平行に配置
し、熱を流体に伝達してヒータ線の抵抗値が低下する特
性を利用して流量を計測するものである。ヒータ線４３
の端部にはコンタクトパッド４４が設けられている。
【０００６】この半導体微細加工技術を用いて大量生産
される熱式流速検出素子４は、例えば、流速が０．００
５〜４０ｍ／ｓの範囲の３．５桁以上にわたる広い流量
計測範囲を持ち、ミリ秒（ｍｓ）オーダーの短い時間で
応答し、２ｍｍ×２ｍｍ×０．３ｍｍ程度の微小領域に
製作することが可能で、数ｍＷ程度の低消費電力で駆動
することができ、大量生産した場合数十円以下の低価格
で製造されるものである。本発明では、この熱式流速検
出素子を複数個組み合わせて、管の直径の数倍以下の長
さの直管部しかもたない場所でも流量を測定できる流量
計を提供することができる。
される熱式流速検出素子４は、例えば、流速が０．００
５〜４０ｍ／ｓの範囲の３．５桁以上にわたる広い流量
計測範囲を持ち、ミリ秒（ｍｓ）オーダーの短い時間で
応答し、２ｍｍ×２ｍｍ×０．３ｍｍ程度の微小領域に
製作することが可能で、数ｍＷ程度の低消費電力で駆動
することができ、大量生産した場合数十円以下の低価格
で製造されるものである。本発明では、この熱式流速検
出素子を複数個組み合わせて、管の直径の数倍以下の長
さの直管部しかもたない場所でも流量を測定できる流量
計を提供することができる。
【０００７】図１０は、前記出願に係る熱式流量計の構
成を模式的に示す斜視図である。この熱式流量計は、図
４に示される熱式流速検出素子４を直線上に複数個並べ
るとともにこれらの素子を並列接続して構成された熱式
流速検出器１と、電源および演算手段ならびに表示手段
からなる信号処理部８から構成されている。
成を模式的に示す斜視図である。この熱式流量計は、図
４に示される熱式流速検出素子４を直線上に複数個並べ
るとともにこれらの素子を並列接続して構成された熱式
流速検出器１と、電源および演算手段ならびに表示手段
からなる信号処理部８から構成されている。
【０００８】熱式流速検出器１は、鋼や不錆鋼などの硬
質材料からなる支持部材２と、該支持部材に支持された
ガラス基板３と、該ガラス基板に貼り付けられた複数個
の熱式流速検出素子４と、該検出器を設置するときに作
業者が検出素子の表面に触れることを防ぐための整流カ
バー５と、該検出素子と整流カバーの間に流体の通路を
形成するための間隔保持部材６と、前記ガラス基板の上
に設けられた流体の温度を検出するための温度検出素子
７とから構成される。ガラス基板３の表面には、例え
ば、蒸着によって形成された金薄膜をフォトリソグラフ
ィおよびエッチングによってエッチングして形成した配
線パターン３１および配線パターン側接続パッド３２な
らびに接続端子用パッド３３が設けられている。各熱式
流速検出素子４のコンタクトパッド４６と前記配線パタ
ーン側接続パッド３２とは例えば金線を用いたボンディ
ングワイヤ４６で接続されている。さらに、ガラス基板
３の表面には、温度検出素子用のパッド３４が設けられ
ている。前記ガラス基板３はガラス以外の他の不導体物
質から構成することもできる。
質材料からなる支持部材２と、該支持部材に支持された
ガラス基板３と、該ガラス基板に貼り付けられた複数個
の熱式流速検出素子４と、該検出器を設置するときに作
業者が検出素子の表面に触れることを防ぐための整流カ
バー５と、該検出素子と整流カバーの間に流体の通路を
形成するための間隔保持部材６と、前記ガラス基板の上
に設けられた流体の温度を検出するための温度検出素子
７とから構成される。ガラス基板３の表面には、例え
ば、蒸着によって形成された金薄膜をフォトリソグラフ
ィおよびエッチングによってエッチングして形成した配
線パターン３１および配線パターン側接続パッド３２な
らびに接続端子用パッド３３が設けられている。各熱式
流速検出素子４のコンタクトパッド４６と前記配線パタ
ーン側接続パッド３２とは例えば金線を用いたボンディ
ングワイヤ４６で接続されている。さらに、ガラス基板
３の表面には、温度検出素子用のパッド３４が設けられ
ている。前記ガラス基板３はガラス以外の他の不導体物
質から構成することもできる。
【０００９】接続端子用パッド３３および温度検出用パ
ッド３４は、図示を省略した既知のコネクタを有する接
続線９を介して信号処理部８へ接続されている。
ッド３４は、図示を省略した既知のコネクタを有する接
続線９を介して信号処理部８へ接続されている。
【００１０】上記構成の熱式流量計は、２桁以上にわた
る広い流量計測範囲を持つことができるとともに、ｍｓ
オーダーの短い時間で応答することができ、各検出素子
４を超小型に形成することができるので熱式流速検出器
１の流体に対する断面積を極めて小さくすることがで
き、圧力損失が少なく管への挿入も容易な流量計を提供
することができる。さらに、熱式流速検出器１の出力電
圧自体が既に平均値であることから、流量に変換する回
路を簡略化かつ小型化することができ消費電力を極めて
小さくすることができるとともに、複雑な信号処理回路
を不要とすることができ、各流速検出素子４は大量生産
が容易であり、全体の構成も単純なので、流速検出器１
自体の価格も安価とすることができる。また、出力を電
気信号として得ることができるので、他の制御機器への
接続も容易に行なうことができ、各流速検出素子４を並
列接続した場合、センサの一部が事故により断線しても
流量を測定し続けることが可能であるなどの極めて顕著
な効果を得ることができる。
る広い流量計測範囲を持つことができるとともに、ｍｓ
オーダーの短い時間で応答することができ、各検出素子
４を超小型に形成することができるので熱式流速検出器
１の流体に対する断面積を極めて小さくすることがで
き、圧力損失が少なく管への挿入も容易な流量計を提供
することができる。さらに、熱式流速検出器１の出力電
圧自体が既に平均値であることから、流量に変換する回
路を簡略化かつ小型化することができ消費電力を極めて
小さくすることができるとともに、複雑な信号処理回路
を不要とすることができ、各流速検出素子４は大量生産
が容易であり、全体の構成も単純なので、流速検出器１
自体の価格も安価とすることができる。また、出力を電
気信号として得ることができるので、他の制御機器への
接続も容易に行なうことができ、各流速検出素子４を並
列接続した場合、センサの一部が事故により断線しても
流量を測定し続けることが可能であるなどの極めて顕著
な効果を得ることができる。
【００１１】しかしながら、この熱式流速検出器１は、
支持部材２と整流カバー５の断面形状が矩形であること
から、管路中に挿入すると前端面の働きによって熱式流
速検出素子４の表面を流れる流体に乱れを生じ、測定誤
差の原因となるとともに、管路中の流体に圧力損失を生
じさせる虞が残った。
支持部材２と整流カバー５の断面形状が矩形であること
から、管路中に挿入すると前端面の働きによって熱式流
速検出素子４の表面を流れる流体に乱れを生じ、測定誤
差の原因となるとともに、管路中の流体に圧力損失を生
じさせる虞が残った。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みなされたもので、乱流が発生するような既存の管
路に組み込むことができ、流量計測精度が高く、安価で
あり、かつ、流体の圧力損失が小さい流量計を提供する
ことを目的とする。
に鑑みなされたもので、乱流が発生するような既存の管
路に組み込むことができ、流量計測精度が高く、安価で
あり、かつ、流体の圧力損失が小さい流量計を提供する
ことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の整流カバーを有する熱式流量計は、半導体
基板にヒータ線を形成した素子からなる熱式流速検出素
子を基板上に複数個並べた熱式流速検出器と、前記熱式
流速検出素子に電力を印加する電源と、供給される電力
に基づいて流量を算出する演算手段から構成するととも
に、基板を支持する支持部材と整流カバーの断面形状
を、一面が平面で他面がふくらんだ形状にし、流れに対
する前端部および後端部を曲面形状とし、支持部材の平
面部と整流カバーの平面部を対向させて流体の通路を形
成するとともに、支持部材の平面上に前記半導体基板を
配置した。
に、本発明の整流カバーを有する熱式流量計は、半導体
基板にヒータ線を形成した素子からなる熱式流速検出素
子を基板上に複数個並べた熱式流速検出器と、前記熱式
流速検出素子に電力を印加する電源と、供給される電力
に基づいて流量を算出する演算手段から構成するととも
に、基板を支持する支持部材と整流カバーの断面形状
を、一面が平面で他面がふくらんだ形状にし、流れに対
する前端部および後端部を曲面形状とし、支持部材の平
面部と整流カバーの平面部を対向させて流体の通路を形
成するとともに、支持部材の平面上に前記半導体基板を
配置した。
【００１４】さらに、本発明は、支持部材と整流カバー
を流体の通路に対して対象な形状とした。
を流体の通路に対して対象な形状とした。
【００１５】また、本発明は、上記整流カバーを有する
熱式流量計の熱式流速検出素子を並列に接続するととも
に、電源を定電圧源とし、流量を検出する手段を、熱式
流速検出手段に直列に接続された抵抗の電圧降下に基づ
いて流量を演算する手段とした。
熱式流量計の熱式流速検出素子を並列に接続するととも
に、電源を定電圧源とし、流量を検出する手段を、熱式
流速検出手段に直列に接続された抵抗の電圧降下に基づ
いて流量を演算する手段とした。
【００１６】さらに、本発明は、上記整流カバーを有す
る熱式流量計の熱式流速検出素子を直列に接続するとと
もに、電源を定電流源とし、流量を検出する手段を、直
列に接続された熱式流速検出手段の電圧降下に基づいて
流量を演算する手段とした。
る熱式流量計の熱式流速検出素子を直列に接続するとと
もに、電源を定電流源とし、流量を検出する手段を、直
列に接続された熱式流速検出手段の電圧降下に基づいて
流量を演算する手段とした。
【００１７】本発明は、複数個の流速検出手段の出力に
基づいて流量を演算するようにしたので、乱流状態の流
体の流量を検出することができる。
基づいて流量を演算するようにしたので、乱流状態の流
体の流量を検出することができる。
【００１８】
【実施例】図１および図２は、本願発明に係る整流カバ
ーを有する熱式流量計の構成を模式的に示しており、図
１は一部分解斜視図を、図２はＡ−Ａ線の断面の一部
を、図３は、Ｂ−Ｂ線の断面図を示している。本発明に
用いる整流カバーを有する熱式流量計は、図４に示され
る熱式流速検出素子４を直線上に複数個並べるとともに
これらの素子を並列接続して構成された熱式流速検出器
１と、電源および演算手段ならびに表示手段からなる信
号処理部８から構成されている。
ーを有する熱式流量計の構成を模式的に示しており、図
１は一部分解斜視図を、図２はＡ−Ａ線の断面の一部
を、図３は、Ｂ−Ｂ線の断面図を示している。本発明に
用いる整流カバーを有する熱式流量計は、図４に示され
る熱式流速検出素子４を直線上に複数個並べるとともに
これらの素子を並列接続して構成された熱式流速検出器
１と、電源および演算手段ならびに表示手段からなる信
号処理部８から構成されている。
【００１９】熱式流速検出器１は、鋼や不錆鋼などの硬
質材料からなる支持部材２と、該支持部材に支持された
ガラス基板３と、該ガラス基板に貼り付けられた複数個
の熱式流速検出素子４と、該検出器の表面を流れる流体
の流れを整える整流カバー５と、該検出素子と整流カバ
ーの間に流体の通路を形成するための間隔保持部材６
と、前記ガラス基板の上に設けられた流体の温度を検出
するための温度検出素子７とから構成される。ガラス基
板３の表面には、例えば、蒸着によって形成された金薄
膜をフォトリソグラフィおよびエッチングによってエッ
チングして形成した配線パターン３１および配線パター
ン側接続パッド３２ならびに接続端子用パッド３３が設
けられている。各熱式流速検出素子４のコンタクトパッ
ド４６と前記配線パターン側接続パッド３２とは金線４
６で接続されている。さらに、ガラス基板３の表面に
は、温度検出素子用のパッド３４が設けられている。前
記ガラス基板３はガラス以外の他の不導体物質から構成
することもできる。
質材料からなる支持部材２と、該支持部材に支持された
ガラス基板３と、該ガラス基板に貼り付けられた複数個
の熱式流速検出素子４と、該検出器の表面を流れる流体
の流れを整える整流カバー５と、該検出素子と整流カバ
ーの間に流体の通路を形成するための間隔保持部材６
と、前記ガラス基板の上に設けられた流体の温度を検出
するための温度検出素子７とから構成される。ガラス基
板３の表面には、例えば、蒸着によって形成された金薄
膜をフォトリソグラフィおよびエッチングによってエッ
チングして形成した配線パターン３１および配線パター
ン側接続パッド３２ならびに接続端子用パッド３３が設
けられている。各熱式流速検出素子４のコンタクトパッ
ド４６と前記配線パターン側接続パッド３２とは金線４
６で接続されている。さらに、ガラス基板３の表面に
は、温度検出素子用のパッド３４が設けられている。前
記ガラス基板３はガラス以外の他の不導体物質から構成
することもできる。
【００２０】接続端子用パッド３３および温度検出用パ
ッド３４は、図示を省略した既知のコネクタを有する接
続線９を介して信号処理部８へ接続されている。
ッド３４は、図示を省略した既知のコネクタを有する接
続線９を介して信号処理部８へ接続されている。
【００２１】ところで、流速検出器１を挿入したことに
よる管路中の流体の圧力損失を抑えるためには図３に示
すように、支持部材２の外部形状を略流線型にすること
が望ましい。すなわち、図３は、熱式流量検出器１を管
路の軸線に沿った断面図で示している。支持部材２の外
部形状をこのような形状とすることによって、圧力損失
を大幅に抑えることができるが、支持部材２に浮力を受
ける問題を生じる。この浮力を打ち消すためには、整流
カバー５の形状を略対称な流線型状として熱式流速検出
器１全体として上下対称な断面を持たせ、一方向の浮力
の発生を相殺することができる。図３に示すように、本
発明の支持部材２の断面形状は、平面２０１と、ふくら
みを有する背面２０２と、前端部２０３と後端部２０４
に平面２０１と背面２０２に連続する曲面を有する形状
とされ、整流カバー５の断面形状も、平面５０１と、ふ
くらみを有する背面５０２と、前端部５０３と後端部５
０４に平面５０１と背面５０２に連続する曲面を有する
形状とされる。また、ガラス基板３および熱式流速検出
素子４は、流れを乱さないように支持部材２に埋め込み
面一とすることが好ましい。このようにガラス基板３お
よび検出素子４を支持部材２に埋め込んだ構成例が図３
に示されている。
よる管路中の流体の圧力損失を抑えるためには図３に示
すように、支持部材２の外部形状を略流線型にすること
が望ましい。すなわち、図３は、熱式流量検出器１を管
路の軸線に沿った断面図で示している。支持部材２の外
部形状をこのような形状とすることによって、圧力損失
を大幅に抑えることができるが、支持部材２に浮力を受
ける問題を生じる。この浮力を打ち消すためには、整流
カバー５の形状を略対称な流線型状として熱式流速検出
器１全体として上下対称な断面を持たせ、一方向の浮力
の発生を相殺することができる。図３に示すように、本
発明の支持部材２の断面形状は、平面２０１と、ふくら
みを有する背面２０２と、前端部２０３と後端部２０４
に平面２０１と背面２０２に連続する曲面を有する形状
とされ、整流カバー５の断面形状も、平面５０１と、ふ
くらみを有する背面５０２と、前端部５０３と後端部５
０４に平面５０１と背面５０２に連続する曲面を有する
形状とされる。また、ガラス基板３および熱式流速検出
素子４は、流れを乱さないように支持部材２に埋め込み
面一とすることが好ましい。このようにガラス基板３お
よび検出素子４を支持部材２に埋め込んだ構成例が図３
に示されている。
【００２２】熱式流速検出器１の設置例を、図５に示
す。熱式流速検出器１が設置されるガス配管路は、７Ｋ
ｇ／ｃｍ2ゲージのガスが供給される高圧導管５１と、
この入り側ガス圧を２３０ｍｍ水柱ゲージに減圧する整
圧器５２と、整圧器５２の出側に接続された１００ｍｍ
径で７５０ｍｍ長の導管５３と、一方が導管５３に接続
された２００ｍｍ径で２７５０ｍｍ長の導管５４と、一
方が導管５４に接続された３００ｍｍ径の導管５５から
構成される。熱式流速検出器１は、導管５３の１００ｍ
ｍ径から２００ｍｍ径に拡大された点から３００ｍｍの
点にあけた小孔から導管５４の管路中に径方向に渡って
挿入されて設置される。熱式流速検出器１は、各検出素
子４の表面が流体の流れ方向と平行になるように挿入配
置される。この設置点では、ガス流は複雑な乱流を形成
している。
す。熱式流速検出器１が設置されるガス配管路は、７Ｋ
ｇ／ｃｍ2ゲージのガスが供給される高圧導管５１と、
この入り側ガス圧を２３０ｍｍ水柱ゲージに減圧する整
圧器５２と、整圧器５２の出側に接続された１００ｍｍ
径で７５０ｍｍ長の導管５３と、一方が導管５３に接続
された２００ｍｍ径で２７５０ｍｍ長の導管５４と、一
方が導管５４に接続された３００ｍｍ径の導管５５から
構成される。熱式流速検出器１は、導管５３の１００ｍ
ｍ径から２００ｍｍ径に拡大された点から３００ｍｍの
点にあけた小孔から導管５４の管路中に径方向に渡って
挿入されて設置される。熱式流速検出器１は、各検出素
子４の表面が流体の流れ方向と平行になるように挿入配
置される。この設置点では、ガス流は複雑な乱流を形成
している。
【００２３】図６に、回路構成の例を示す。この例は、
熱式流速検出素子４−１〜４−ｎを並列に接続した場合
の回路構成を示している。信号処理部８は、定電圧源８
１と、演算回路８２と、表示部８３と、電圧検出用抵抗
８４とを有している。各素子４のヒータ線４３には、定
電圧源８１の出力電圧Ｖｃが電圧検出用抵抗８４を介し
て印加される。電圧検出用抵抗８４に流れる電流Ｉは、
次式（１）で示され、ヒータ線４３−１〜４３−ｎの合
成抵抗をｒ´で示すと、該抵抗８４の両端に現われる電
圧Ｖｓは、次式（２）で示される。
熱式流速検出素子４−１〜４−ｎを並列に接続した場合
の回路構成を示している。信号処理部８は、定電圧源８
１と、演算回路８２と、表示部８３と、電圧検出用抵抗
８４とを有している。各素子４のヒータ線４３には、定
電圧源８１の出力電圧Ｖｃが電圧検出用抵抗８４を介し
て印加される。電圧検出用抵抗８４に流れる電流Ｉは、
次式（１）で示され、ヒータ線４３−１〜４３−ｎの合
成抵抗をｒ´で示すと、該抵抗８４の両端に現われる電
圧Ｖｓは、次式（２）で示される。
【００２４】
【数１】
【００２５】すなわち、抵抗８４の両端に現われる電圧
Ｖｓは、ヒータ線４３−１〜４３−ｎの合成抵抗ｒ´の
変化に依存した出力が得られる。この回路構成によれ
ば、各流速検出素子４−１〜４−ｎのヒータ線４３−１
〜４３−ｎのいずれかが断線した場合でも、合成抵抗値
を補正することによって、測定を継続することができ
る。
Ｖｓは、ヒータ線４３−１〜４３−ｎの合成抵抗ｒ´の
変化に依存した出力が得られる。この回路構成によれ
ば、各流速検出素子４−１〜４−ｎのヒータ線４３−１
〜４３−ｎのいずれかが断線した場合でも、合成抵抗値
を補正することによって、測定を継続することができ
る。
【００２６】各熱式流速検出素子４−１〜４−ｎのヒー
タ線４３−１〜４３−ｎ部分が例えば１００℃程度に昇
温されるよう、各流速検出素子４−１〜４−ｎには一定
電圧Ｖｃが印加される。流体の流れに接したヒータ線４
３−１〜４３−ｎから熱が奪われてヒータ線の温度が低
下すると、ヒータ線の合成抵抗値が低下し、各検出素子
を流れる電流値が増加する。各検出素子を並列接続して
いるので、定電圧電源を流れる電流値は各検出素子４を
流れる電流値の総和に等しい。よって、定電圧電源を流
れる電流値を流量計の出力とすることによって、各流体
検出素子４の出力の平均値が構造的に求められる。
タ線４３−１〜４３−ｎ部分が例えば１００℃程度に昇
温されるよう、各流速検出素子４−１〜４−ｎには一定
電圧Ｖｃが印加される。流体の流れに接したヒータ線４
３−１〜４３−ｎから熱が奪われてヒータ線の温度が低
下すると、ヒータ線の合成抵抗値が低下し、各検出素子
を流れる電流値が増加する。各検出素子を並列接続して
いるので、定電圧電源を流れる電流値は各検出素子４を
流れる電流値の総和に等しい。よって、定電圧電源を流
れる電流値を流量計の出力とすることによって、各流体
検出素子４の出力の平均値が構造的に求められる。
【００２７】図７は、熱式流速検出素子４−１〜４−ｎ
を直列に接続した場合の回路構成を示している。信号処
理部８は、定電流源８１´と、演算回路８２と、表示部
８３とを有している。各素子４のヒータ線４３には、定
電流電源８１´の出力電流Ｉｃが供給される。ヒータ線
４３−１〜４３−ｎの両端の電圧Ｖｓは、次式（３）で
示される。
を直列に接続した場合の回路構成を示している。信号処
理部８は、定電流源８１´と、演算回路８２と、表示部
８３とを有している。各素子４のヒータ線４３には、定
電流電源８１´の出力電流Ｉｃが供給される。ヒータ線
４３−１〜４３−ｎの両端の電圧Ｖｓは、次式（３）で
示される。
【００２８】
【数２】
【００２９】すなわち、ヒータ線４３−１〜４３−ｎ両
端に現われる電圧Ｖｓは、ヒータ線４３−１〜４３−ｎ
の合成抵抗の変化に依存した変化分の大きな出力が得ら
れる。
端に現われる電圧Ｖｓは、ヒータ線４３−１〜４３−ｎ
の合成抵抗の変化に依存した変化分の大きな出力が得ら
れる。
【００３０】図８に、本発明に係る熱式流量検出器１を
管路への配置する例を示す。図８は、いずれも管路５４
の軸線に垂直な断面で示している。図８（ａ）は、熱式
流量検出器１を管路５４の断面に１方向、例えばＹ軸方
向に配置するもので、流速分布の偏り方向が１方向であ
る場合に有効である。図８（ｂ）は、熱式流量検出器１
を管路５４の断面の直交する２方向に配置するもので、
流速分布の偏り方向が全方向である場合に有効である。
管路への配置する例を示す。図８は、いずれも管路５４
の軸線に垂直な断面で示している。図８（ａ）は、熱式
流量検出器１を管路５４の断面に１方向、例えばＹ軸方
向に配置するもので、流速分布の偏り方向が１方向であ
る場合に有効である。図８（ｂ）は、熱式流量検出器１
を管路５４の断面の直交する２方向に配置するもので、
流速分布の偏り方向が全方向である場合に有効である。
【００３１】図９に、熱式流量検出器１の他の構成例を
示す。この例は、小口径管用に適した構造である。この
例では、複数の熱式流量検出素子４−１〜４−ｎが同一
の半導体基板４１上に設けられている。このような構成
にすることによって、図１および図２に示した実施例に
比べて、各素子の貼り付け作業と、金線４６による素子
４と配線３１の接続パッド３２の接続作業を著しく減少
させ、信頼性を向上させることができる。
示す。この例は、小口径管用に適した構造である。この
例では、複数の熱式流量検出素子４−１〜４−ｎが同一
の半導体基板４１上に設けられている。このような構成
にすることによって、図１および図２に示した実施例に
比べて、各素子の貼り付け作業と、金線４６による素子
４と配線３１の接続パッド３２の接続作業を著しく減少
させ、信頼性を向上させることができる。
【００３２】以上の説明では、熱式流量検出素子４を基
板２上に等間隔に配置した例を示したが、該検出素子の
配置はこの例に限定されるものではなく、熱式流速検出
素子４を予想され得る流速分布にあわせて最適な位置に
配置すれば、さらに正確な流量を測定することが可能と
なる。
板２上に等間隔に配置した例を示したが、該検出素子の
配置はこの例に限定されるものではなく、熱式流速検出
素子４を予想され得る流速分布にあわせて最適な位置に
配置すれば、さらに正確な流量を測定することが可能と
なる。
【００３３】上述の実施例では、温度検出素子７を熱式
流速検出素子４と別に一つだけ設けた例を示したが、温
度検出素子７を各熱式流速検出素子４と同一の基板上
（同一チップ上）にそれぞれ同時に作り込むことができ
る。このことによって、管内の温度が一様でない場合で
あっても、複数個所の温度を検知でき正確な管内平均温
度を算出することが可能となり、より正確な温度補正を
行なうことが可能となる。
流速検出素子４と別に一つだけ設けた例を示したが、温
度検出素子７を各熱式流速検出素子４と同一の基板上
（同一チップ上）にそれぞれ同時に作り込むことができ
る。このことによって、管内の温度が一様でない場合で
あっても、複数個所の温度を検知でき正確な管内平均温
度を算出することが可能となり、より正確な温度補正を
行なうことが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】以上のように、上記構成を備えた本発明
によれば、前記熱式流量計の持つ、 １）２桁以上にわたる広い流量計測範囲を持つことがで
きる。 ２）ｍｓオーダーの短い時間で応答することができる。 ３）各検出素子４を超小型に形成することができるので
熱式流速検出器１の流体に体する断面積を極めて小さく
することができ、圧力損失が少なく管への挿入も容易な
流量計を提供することができる。 ４）熱式流速検出器１の出力電圧自体が既に平均値であ
ることから、流量に変換する回路を簡略化かつ小型化す
ることができ消費電力を極めて小さくすることができる
とともに、複雑な信号処理回路を不要とすることができ
る。 ５）各流速検出素子４は大量生産が容易であり、全体の
構成も単純なので、流速検出器１自体の価格も安価とす
ることができる。 ６）出力を電気信号として得ることができるので、他の
制御機器への接続も容易行なうことができる。 ７）各流速検出素子４を並列接続した場合、センサの一
部が事故により断線しても流量を測定し続けることが可
能である。などの効果に加えて、 ８）熱式流体検出素子の表面を流れる流体の流れの乱れ
を少なくすることができ、測定精度を挙げることができ
る。 ９）熱式流速検出器１による管路中の流体の圧力損失を
より少なくすることができる。 途いう極めて顕著な効果を得ることができる。
によれば、前記熱式流量計の持つ、 １）２桁以上にわたる広い流量計測範囲を持つことがで
きる。 ２）ｍｓオーダーの短い時間で応答することができる。 ３）各検出素子４を超小型に形成することができるので
熱式流速検出器１の流体に体する断面積を極めて小さく
することができ、圧力損失が少なく管への挿入も容易な
流量計を提供することができる。 ４）熱式流速検出器１の出力電圧自体が既に平均値であ
ることから、流量に変換する回路を簡略化かつ小型化す
ることができ消費電力を極めて小さくすることができる
とともに、複雑な信号処理回路を不要とすることができ
る。 ５）各流速検出素子４は大量生産が容易であり、全体の
構成も単純なので、流速検出器１自体の価格も安価とす
ることができる。 ６）出力を電気信号として得ることができるので、他の
制御機器への接続も容易行なうことができる。 ７）各流速検出素子４を並列接続した場合、センサの一
部が事故により断線しても流量を測定し続けることが可
能である。などの効果に加えて、 ８）熱式流体検出素子の表面を流れる流体の流れの乱れ
を少なくすることができ、測定精度を挙げることができ
る。 ９）熱式流速検出器１による管路中の流体の圧力損失を
より少なくすることができる。 途いう極めて顕著な効果を得ることができる。
【図１】本発明に係る整流カバーを有する熱式流量計の
構成を示す一部分解斜視図。
構成を示す一部分解斜視図。
【図２】本発明に係る整流カバーを有する熱式流量計の
構成を示す図１のＡ−Ａ線の一部断面図。
構成を示す図１のＡ−Ａ線の一部断面図。
【図３】本発明に係る整流カバーを有する熱式流量計の
構成を示す図１のＢ−Ｂ線の一部断面図。
構成を示す図１のＢ−Ｂ線の一部断面図。
【図４】本発明に係る整流カバーを有する熱式流量計に
用いられる熱式流速検出素子の構造を示す図。
用いられる熱式流速検出素子の構造を示す図。
【図５】本発明に係る整流カバーを有する熱式流量計の
設置状態を示す概念図。
設置状態を示す概念図。
【図６】本発明に係る整流カバーを有する熱式流量計の
検出素子の接続状態を示す回路図。
検出素子の接続状態を示す回路図。
【図７】本発明に係る整流カバーを有する熱式流量計の
検出素子の他の接続状態を示す回路図。
検出素子の他の接続状態を示す回路図。
【図８】本発明に係る整流カバーを有する熱式流量計の
検出器の配置状態を示す断面図。
検出器の配置状態を示す断面図。
【図９】本発明に係る整流カバーを有する熱式流量計の
流量検出器の他の構成例を示す断面図。
流量検出器の他の構成例を示す断面図。
【図１０】従来の熱式流量計の構成を示す一部分解斜視
図。
図。
１：熱式流量検出器 ２：支持部材 ３：ガラス基板 ４：熱式流量検出素子 ５：整流カバー ６：間隔保持部材 ７：温度検出素子 ８：信号処理部 ９：接続線 ３１：配線パターン ３２：配線パターン側接続パッド ３３：接続端子用パッド ３４：温度検出用パッド ４１：シリコン基板 ４２：保護膜 ４３：ヒータ線 ４４：コンタクトパッド ４５：凹部 ４６：金線 ２０１，５０１：平面 ２０２，５０２：背面 ２０３，５０３：前端部 ２０４，５０４：後端部
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板にヒータ線を形成した素子か
らなる熱式流速検出素子を基板上に複数個並べた熱式流
速検出器と、前記熱式流速検出素子に電力を印加する電
源と、供給される電力に基づいて流量を算出する演算手
段からなる整流カバーを有する熱式流量計において、前
記基板を支持する支持部材に対向して整流カバーを設
け、前記支持部材と整流カバーの断面形状を、一面が平
面で他面がふくらんだ形状とし、流れに対する前端部お
よび後端部を曲面形状とし、前記支持部材の平面部と前
記整流カバーの平面部を対向させて流体の通路を形成す
るとともに、支持部材の平面上に前記半導体基板を配置
したことを特徴とする整流カバーを有する熱式流量計。 - 【請求項２】 支持部材と整流カバーを流体の通路に対
して対称な形状とした請求項１記載の整流カバーを有す
る熱式流量計。 - 【請求項３】 熱式流速検出素子が並列に接続されると
ともに、電源が定電圧源である請求項１または請求項２
記載の整流カバーを有する熱式流量計。 - 【請求項４】 流量を検出する手段が、熱式流速検出素
子に直列に接続された抵抗の電圧降下に基づいて流量を
演算する手段である請求項１ないし請求項３のいずれか
記載の整流カバーを有する熱式流量計。 - 【請求項５】 熱式流速検出素子が直列に接続されると
ともに、電源が定電流源である請求項１または請求項２
のいずれか記載の整流カバーを有する熱式流量計。 - 【請求項６】 流量を検出する手段が、直列に接続され
た熱式流速検出手段の電圧降下に基づいて流量を演算す
る手段である請求項１または請求項２もしくは請求項５
のいずれか記載の整流カバーを有する熱式流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8146044A JPH09329478A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 整流カバーを有する熱式流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8146044A JPH09329478A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 整流カバーを有する熱式流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09329478A true JPH09329478A (ja) | 1997-12-22 |
Family
ID=15398841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8146044A Pending JPH09329478A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 整流カバーを有する熱式流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09329478A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11287686A (ja) * | 1998-04-02 | 1999-10-19 | Mitsubishi Electric Corp | 流量測定装置 |
| WO2001088486A1 (en) * | 2000-05-19 | 2001-11-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heat-sensitive type flow rate detecting element and holder therefor |
| JP2006291293A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Nippon Steel Corp | 熱風炉送風システム |
| CN115112186A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-27 | 丹东耐能仪表电器有限公司 | 一种隙式流量计 |
-
1996
- 1996-06-07 JP JP8146044A patent/JPH09329478A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11287686A (ja) * | 1998-04-02 | 1999-10-19 | Mitsubishi Electric Corp | 流量測定装置 |
| WO2001088486A1 (en) * | 2000-05-19 | 2001-11-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heat-sensitive type flow rate detecting element and holder therefor |
| EP1291621A4 (en) * | 2000-05-19 | 2007-02-21 | Mitsubishi Electric Corp | HIGHLY DELICATE FLOW DETECTING ELEMENT WITH ASSEMBLY HOLDER |
| JP2006291293A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Nippon Steel Corp | 熱風炉送風システム |
| CN115112186A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-27 | 丹东耐能仪表电器有限公司 | 一种隙式流量计 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040316 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040330 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040831 |