JPH10185642A - 流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度、圧力又は濃度が変化する環境において
も高精度な測定が可能であり、広い取付け場所を必要と
しない、複数の熱式フローセンサを搭載した多点計測型
流量計を実現する。 【解決手段】 複数の熱式フローセンサ１２を搭載した
多点計測型流量計１に、温度センサ１３、圧力センサ１
４及び濃度センサ１５とを内蔵させ、温度、圧力及び濃
度の測定値によって補正する機能を具備させる。熱式フ
ローセンサの抵抗部分１６の抵抗値を自己発熱させない
状態で測定して温度センサとして利用し、流れが直接当
たらない位置に設置した熱式フローセンサの出力値から
濃度情報を得ることで、温度センサ、濃度センサの設置
が不要になる。さらに、ゼロ点出力を用いて経時変化に
対する補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の熱式フロー
センサで複数位置の流速値を測定する多点計測型流量計
であって、流体の温度、圧力、濃度が変化する環境にお
いても高精度な測定が可能な多点計測型流量計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】管路や溝などを流れる流体の流量を測定
する計器は流量計と呼ばれており、その測定方式によ
り、流体を定容積に区分して測る直接測定方式と、管路
の平均流速を求めこれに管路断面積を乗じて流量を求め
る間接測定方式とに大別される。熱式フローセンサは、
間接測定方式で用いられる測定器の１つであり、加熱体
を流体の流れの中に挿入し、その冷却を利用して流速や
流量を測定するものである。精度を要求されるときは、
複数の場所にセンサを取付けて使用されている。直管部
の長さが管の直径の数倍以下の長さしかない場所で流量
を測定する場合には、位置や時間による流速の違いを考
慮に入れた多点計測を行うことで測定精度を向上させる
必要があり、熱式フローセンサを複数個組合せた多点計
測型流量計等が用いられている。

【０００３】従来の多点計測型流量計を図３及び４を用
いて説明する。図３において、多点計測型流量計１´
は、基板１１´の片面に複数の熱式フローセンサ１２´
を取付け、基板１１´の裏面に温度センサ１３´を取付
けていた。そして、使用するときは、図４に示すように
管路の流れの方向にほぼ直角に挿入していた。

【０００４】この流量計は、２桁以上にわたる広い流量
計測範囲をもち、ｍｓオーダーの短い時間で応答し、圧
力損失が少なく、管への挿入が容易であるなどの利点を
有している。しかし、熱式フローセンサの測定値が流体
の温度、圧力、濃度の変化の影響を受けやすいため、特
にこれらのパラメータが大きく変化する環境では流量計
の計測精度が低下するという欠点を持っていた。そのた
め、従来、温度変化に対しては、温度センサによる補正
を行っていたが、圧力や濃度の変化に対しては考慮され
ていなかった。又、熱式フローセンサの性能が、ヒータ
の性質の経時変化や塵埃の付着等により、使用していく
うちに変化することが知られている。長期的に使用する
場合にはこの経時変化に対して補正を行うことが必要で
あるが、無人で補正することは困難で、メンテナンスを
行う必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の多点計測型流量
計は、流体の圧力や濃度の変化がある場合には精度が悪
くなるので単体では使用することができず、流量計とは
別に圧力計、濃度計を設置してそれらの出力値を基に流
量計出力値の補正計算を行う必要があった。このため
に、圧力計、濃度計を設置する場所が必要であり、手間
のかかる補正計算を行うためのコンピュータ等も必要で
あった。特に多点計測型流量計の取付場所が狭い場合に
は、離れた所に圧力計及び濃度計を設置せざるを得ない
ので、正しい補正ができず、流量計の精度を十分向上さ
せることは困難であった。さらに、メンテナンスなしで
熱式フローセンサの経時変化に対する補正を行う機能が
望まれていた。

【０００６】本発明の目的は、これらの問題点に鑑み、
流体の圧力や濃度の変化が生じる場所でも使用可能で、
圧力や濃度に関して換算した流量値を出力でき、圧力計
や濃度計や補正用計算機を必要とせず、さらに、メンテ
ナンスなしで経時変化に対する補正を行うことが可能
な、多点計測型流量計を実現することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、多点計測型
流量計に温度センサ、圧力センサ及び濃度センサを内蔵
し、その付属回路に熱式フローセンサの測定値を温度、
圧力及び濃度の測定値によって補正する機能を具備させ
た。

【０００８】本発明では、温度センサを設けることなし
に、熱式フローセンサの抵抗部分の抵抗値を自己発熱さ
せない状態で測定することによって温度情報を得ること
ができる。

【０００９】また、本発明では、濃度センサを設けるこ
となしに流れが直接当らない位置に設置した熱式フロー
センサのヒータの消費電力値又は抵抗値を測定すること
によって濃度情報を得ることができる。さらに、本発明
では、流れが直接当たらない位置に少なくとも１つの熱
式フローセンサを設置して流れがない状態での基準出力
を得ることにより、各熱式フローセンサのゼロ点出力の
経時変化に対する補正を行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する。
本発明の一実施例について、図１及び２を用いて説明す
る。

【００１１】図１は、本発明の多点計測型流量計１の一
実施例の説明図である。多点計測型流量計１は、直方体
である基板１１の一面に取付けられた複数の熱式フロー
センサ１２と、基板１１の他の面に取付けられた温度セ
ンサ１３、圧力センサ１４及び濃度センサ１５と、リー
ド線１７、付属回路１８等とからなる。基板１１は、例
えば金属やセラミック等の材質で作製される。熱式フロ
ーセンサ１２、温度センサ１３、圧力センサ１４、濃度
センサ１５としては、従来のものを用いればよい。熱式
フローセンサ１２としては、加熱体を流体の流れの中に
挿入し、加熱体が流体によって奪われる熱量が流速に依
存して変わることを利用して測定するもの等を用いる。
温度センサ１３としては、熱電対や抵抗温度計等を用い
る。圧力センサ１４としては、ピエゾ抵抗効果を利用す
るか容量変化を利用した半導体圧力センサ等が使用され
る。濃度センサ１５としては、ガス分子の表面吸着によ
る電気抵抗の変化を測定するガスセンサ等が使用され
る。熱式フローセンサの抵抗部分１６の抵抗値を自己発
熱させない状態で測定することによって温度情報を得る
ことも可能である。この方法を用いれば、温度センサ１
３を設ける必要がなくなる。又、熱式フローセンサに流
れが当たらないようにしてヒータ部分の消費電力値又は
抵抗値から濃度情報を得ることができる。この方法を用
いれば、熱式フローセンサを利用して濃度情報を得るこ
とができるので、部品としても熱式フローセンサに防風
壁を付けたものを用いることができ、付属回路も熱式フ
ローセンサと共通で良い等のメリットがある。

【００１２】温度センサ１３は熱式フローセンサ１２の
付近の流体の温度を測定し、圧力センサ１４は付近の流
体の圧力を測定し、濃度センサ１５は付近の流体の濃度
を測定する。よって、これらのセンサを流量計と別に設
けた場合と比較して、流量値の温度、圧力及び濃度によ
る補正に関する誤差を小さく抑えることができ、環境の
変化への応答速度が速くなる。

【００１３】また、少なくとも１つの熱式フローセンサ
を図１の濃度センサ１５のように、流れは当たらないが
周囲の流体が拡散によって出入りするような位置に設置
することにより、流れがない状態での出力（ゼロ点出
力）を得ることができる。この値をマイコンに記憶させ
た出荷時のゼロ点出力と比較することで、経時変化によ
るゼロ点出力のドリフト量を知ることができ、各熱式フ
ローセンサの出力値からこのドリフト量を減ずることで
経時変化に関する補正を行うことができる。

【００１４】図２に、多点計測型流量計１に取り付けら
れる各種センサの測定値により流量値を計算する回路ブ
ロック図を示す。熱式フローセンサ１２、温度センサ１
３（又は非発熱状態での抵抗部分１６）、圧力センサ１
４及び濃度センサ１５（熱式フローセンサを利用したタ
イプも含む）の出力及び基準ゼロ点出力は、各々制御回
路２１で制御され、制御回路２１、演算回路２２を経由
して、Ａ／Ｄコンバータ２３に入力され、一括してマイ
コン２４に入力される。マイコン２４では、温度セン
サ、圧力センサ及び濃度センサの各測定値を用いて補正
を行う。濃度センサの測定値は、温度センサ及び圧力セ
ンサの測定値等により補正され、また、熱式フローセン
サの測定値は、温度、圧力、濃度等について補正され
る。これらの得られたデータは、複数の熱式フローセン
サについて、あるいは過去のデータ等とで平均化される
ことにより、流量値、例えば瞬時流量、積算流量、局所
流量、平均流量等や、温度、圧力、濃度等の各種データ
が計算される。そして、これらの各種データは、出力又
は表示手段２５で出力又は表示される。

【００１５】なお、マイコン２４では、温度センサ１
３、圧力センサ１４、濃度センサ１５の各測定値等によ
り行う各種補正の代わりに、パラメータとしての温度、
圧力及び濃度について、別の条件を入力して処理すれ
ば、流量値として、所望の温度、圧力及び濃度条件での
値として計算して出力することもできる。また、マイコ
ン２４では基準ゼロ点出力を用いた故障診断などを実施
することも可能である。

【００１６】このように、複数の熱式フローセンサ１を
搭載した多点計測型流量計に温度センサ、圧力センサ
と、濃度センサとを内蔵させるので、温度計、圧力計、
濃度計を兼ねることができ、更に、熱式フローセンサ測
定値について、温度、圧力及び濃度に関する正確な補正
をすることが可能であり、温度、圧力又は濃度が変化す
る環境においても高精度な測定が可能である。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、温度、圧力又は濃度が
変化する環境においても高精度な測定が可能である。ま
た、多点計測型流量計に温度センサ、圧力センサと、濃
度センサとを内蔵するので、設置スペースの削減が可能
になる。熱式フローセンサの抵抗部分を温度センサとし
て用い、流れが当たらない場所に設置した熱式フローセ
ンサのヒータを濃度センサとして用いることにより、部
品や付属回路の流用が可能になり、製造コストを下げる
ことができる。更に、基準ゼロ点出力を用いて熱式フロ
ーセンサの経時変化に対する補正を自動で行うことがで
きるので、長期間メンテナンスなしで使用することがで
きる。パラメータとしての温度、圧力及び濃度につい
て、得られるセンサ測定値の代わりに別の条件を入力す
ることが可能であるので、流量値として、所望の温度、
圧力及び濃度条件を想定した換算値（例えば標準状態０
℃、１気圧での値）を出力することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多点計測型流量計の説明図。

【図２】本発明の回路ブロック図。

【図３】従来例の多点計測型流量計の説明図。

【図４】多点計測型流量計の使用説明図。

【符号の説明】

１ 多点計測型流量計 １１ 基板 １２ 熱式フローセンサ １３ 温度センサ １４ 圧力センサ １５ 濃度センサ １６ 抵抗部分 １７ リード線 １８ 付属回路 ２１ 制御回路 ２２ 演算回路 ２３ Ａ／Ｄコンバータ ２４ マイコン ２５ 出力又は表示手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹村 俊彦 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の熱式フローセンサで複数位置の流
   速値を測定する多点計測型流量計において、 流体の温度、又は濃度を測定する手段を設け、熱式フロ
   ーセンサの測定値を温度、圧力又は濃度の測定値によっ
   て補正する補正手段を有することを特徴とする多点計測
   型流量計。
2. 【請求項２】 熱式フローセンサの抵抗部分の抵抗値を
   測定することによって流体の温度情報を得ることを特徴
   とする請求項１記載の多点計測型流量計。
3. 【請求項３】 流れは当らないが周囲の流体が拡散によ
   って出入りするような位置に設置した熱式フローセンサ
   のヒータの消費電力値又は抵抗値を測定することによっ
   て流体の圧力情報又は濃度情報を得ることを特徴とする
   請求項１記載の多点計測型流量計。
4. 【請求項４】 流れは当たらないが周囲の流体が拡散に
   よって出入りするような位置に設置した熱式フローセン
   サの流れがない状態での出力基準値を測定することによ
   って、流れが当たる位置に設置した熱式フローセンサの
   出力値を、経時変化に関して補正することを特徴とす
   る、複数の熱式フローセンサで複数位置の流速値を測定
   する多点計測型流量計。
5. 【請求項５】 直方体の一面に複数の熱式フローセンサ
   を設け、他の面に温度センサと圧力センサと濃度センサ
   とを設けたことを特徴とする請求項１記載の多点計測型
   流量計。