JPS5918423A - 流量計測方法及び装置 - 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】 本発明は、熱交換による流体流の正確な監視の改良に関
し、応答遅れを抑制するため独特に調整され且つ質量流
量（ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ）の表示に好都合に
適合するものであり、特に流体を多段で一連に加熱調整
することにより自動的に応答速度を非常に高めるとども
に多段中の１つの段階に供給されるエネルギについての
測定の正確性及び安定性を高めるようにした新規に改良
され且つ比較的簡単に構成された熱による質量流量の計
量に関する。

流体流の計量は種々の方法で行われるが、どの方法を選
ぶかは遭遇すべき流体の組成、体積及び流量等の要素、
並びに、出力計測値の表示及び／又は所要条件での制御
において所望の信頼性及び正確性を与えるための装置の
嵩、費用及び能力についての要件によって通例決まる。

流量の大まかな表示（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏ
ｎ）だけで十分である場合には、比較的簡単なボール又
はロータ素子が流体によって運動する様を視察等により
感知することによって所望の゛情報が得られる。体積が
重要なパラメータである時は、ある種のベーン形ロータ
装置のような容積形ポンプ装置を使用することができ、
温度と粘性の問題が解決されるならば密度補正により質
量が割算できる。ベンチコリー管、ノズル、オリフィス
及びピトー管型の圧力応動装置は丈夫且つ安価であり広
く使用されている。質量流量及びこれを全質量の流れ（
ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　）に積分した値は、化学反応工程
又はエネルギー依存工程又はその他の流体供給又は分配
に関する事柄に対１３− し特に重要な関係のあるデータであり、このデータを直
接得る試みとしてよく知られているのが羽根車と反応タ
ービン要素との共働等のような角運動量装置である。

ガス状流体測定用として一般的な装置とし′Ｃは、特に
、いわゆる゛熱ワイヤ″流量計がある。

この流量計は、高温の塊（ｍａｓｓ）に遭遇する流体は
少くとも部分的に流量に応じた程度にその塊を冷却する
という原理を利用している。このような熱流量計の一例
として、流れの中に電気ヒータを入れ、それへの電力供
給を一定に保って、流榊測定として上流温度と下流温度
との差を読み取るものがある。しかし、流体流内に配置
されたヒータ及び温度感知器は層流状態を乱すことがあ
るので、このような測定値は強度の非線形をなしがちで
ある。又、温度感知加熱コイル間の温度差を測定するこ
とにより質量の流れを計量することも知られており、こ
の場合コイルは流体に対して上流と下流の関係にあって
測定と加熱の三日的に役立つ電気的ブリッジ回１４− 路素子であり、流体は巻線チューブを絶縁被覆した層流
バイパス管内を通る（米国特許第３．９３９，３８４号
及び第３，８５１，５２６号）。熱流量計に関する最近
の特γ［としては米国特許第４．２９７，３８１号があ
り、その中で低温型と低温度差型とが区別され、対応す
る電気ブリッジ回路が記載されている。又、米国特許第
４，３００，３９１号では熱ワイＡ７Ｉ！Ｉ速計とこれ
に通例伴う問題が考察されている。質量の流れ測定用の
プローブ取イ］ワイＡ７型抵抗器が例えば米国特許第４
．３０４，１２８号に見られ、珪素抵抗器及び薄膜金属
抵抗器が例えば米国特許第４，３１９，４８３号及び第
４，３２０，６５５号の流量計に含まれている。

本発明の教示によれば、８１測流路を形成する材料によ
り課される比較的長い熱的時定数に依存することを効果
的に除去するよう温度分配制御することにより、特に応
答速度に関連する要素について熱流量計の操作及び熱流
量計の制御するシステムの操作が著しく改良される。本
発明の好適実施例は主流体管路と連通したバイパス計測
通路内に熱流量バ１を含み、熱流量計測定値に応答して
作動する弁の制御下で気体が主管路を通る。この計測通
路は細長い流体管で形成され、その周りに高温度係数抵
抗ワイＶで作られた３個の巻線が、バイパスされた層流
の流れ方向に順次３部分に相隣接して分配配置される。

最上流の巻線は、流体が雰囲気温度の予想最高値以上の
第１温度に上げられるよう通電される。

そのすぐ下流にある第２の巻線は、それに供給される電
気エネルギーのパワー、電圧降下又は電流パラメータを
有する主要計測素子として機能し、この巻線は流体を更
に高温の第２温度まで加熱し、生じている流れの特性表
示 （ｃｈａｒａｃｔｅｒｔｎｚａｔ；ｏｎ　）を読取る。

計測通路内の熱的時定数は、上記したような上流巻線部
分を含まない従来の流ＩＨ１内に流れの変化が生じた場
合に流体管が新平衡温度を成す際の本質的な遅れを構成
するものであるが、本発明では好都合にもほとんど無視
し得る位に減少され、単に伝達の遅れ（装置内の流体の
状態変化が主要計測素子７に到達するのに必要な通常極
めて短い時間）のみが計測応答速度に本質的に影響する
主要因となる。ついで第３巻線は第２巻線（主要計測素
子）に対し下流隣接関係にあり、上記第１温麿と第２温
度の中間温度へと流体の制御冷却が生じるように通電さ
れる。上記第３部分は装置の測定値に悪影響を及ぼし得
る熱的状態の乱れを減少するだけでなく、質量の流れの
流量と第１巻線の電圧降下との間に線形比例関係をもた
らすことにも役立つ。このような線形比例関係が得られ
るため、系の流れをモータ駆動弁で電気的に制御するこ
とが容易となる。

このような流聞轟１測に固有の高応答速度性能を充分に
利用するに当っては、各巻線による加熱調節及び主要計
測素子によって得られる計測は感知できる程の遅れを含
まないべきであり、その目的のため、各温度感知巻線は
対応する演算増幅器及びパワートランジスタ回路を介し
て自動的にほぼ即時平衡される電気的ブリッジ回路網の
一部を成すよう構成される。制御されない１７− 環境雰囲気温度の変化は流量計量を妨げ得るが、これを
防ぐためには流体管に温度の安定した人工環境を与えれ
ばよく、好ましくは、予想雰囲気温度よりも高い温度に
自動調節される電気加熱型包囲体を設けるのがよい。

従って本発明の１つの目的は、通過流体がまず正確に温
度調節され、その直後に所定程度だ【プ温度を変えられ
、行なわれた温度変化に伴うエネルギー変換で流れを表
示して成る新規且つ好都合な流量計測を提供することに
ある。

本発明の別の目的は、流体を一連且つ正確に加熱制御し
、質量流量が、流体温度を人工的に昇温された一定値か
ら更に所定程度上げるのに費されるエネルギーに関連す
る、高応答速度で正確に流体流の特性を示す新規且つ改
良された方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、基準温度条件を確立するため
の一連の電気抵抗ヒータを含み、所要の調度変化がほぼ
瞬時になされ、それに流れに関連したエネルギー消費が
伴うことから成る、１８− 非常に高速で流体流変化に応答できる、比較的簡単且つ
安価な構造の高感度且つ安定した流量計測装置を提供す
ることにある。

本発明の更に別の目的は、高温度係数材料で各々作られ
た３個の電気ヒータを自己平衡ブリッジ回路網内に配置
し、それらの迅速な作用により主目測地点の」−流と下
流で流体に所定の温度状態がもたらされ、昇温に費され
るエネルギーとの関係で流れをほぼ瞬時に示すことから
成る、特にガス状流体の質量流量の高応答速度制帥を必
要とする流れ調節システムの流量計として適用するのに
好適な、独特の熱流量計を提供することにある。

本発明は添付図面を参照した実施例に関する以下の説明
から更に明らかとなるであろう。図面において、同−又
は対応する構成要素及びユニットはすべて同一参照数字
で示す。

第１図は独特な熱交換式流量計測装置５の一実施例を示
ずもので、電気的な熱交換素子６，７゜８が流体の流れ
に対してこの順序に配置され、破線で示される境界線９
で限定される流路に沿い、上流矢印１０及び下流矢印１
１で示される層流が流れる。熱交換素子６，７．８はワ
イヤ等の電気抵抗器の形で簡便に表されており、通電に
より加熱される。熱交換素子６．７．８自体は高温度係
数材料く正の係数＋３５００ｐｐｍ　／　’Ｃを示ずワ
イＡ７等）で作られているので温度感知性が高い。これ
ら熱交換素子６，７．８は、流体との相互作用が流量が
大きい時でも完全に行われるよう分配配置されており、
端部と端部が近接して連続に分配配置されているので３
個の熱交換素子６，７．８の相互依存作用間の遅れが最
小限となる。第１分配配置部６Ａは流入する流体の重要
な条ｆ１づけを初期に与えねばならないので、同様に配
置された主要計測素子である熱交換素子７のすぐ上流の
流路部分に延びている。第１自動再平衡ブリッジ回路網
６Ｂの制御下でその一部である熱交換素子６は、流量計
測装置５に流体が流入する時の通常予期される温度より
も高い第ルベルに流体温度を調節するよう流体を加熱す
る。

その直後の、流路に沿い第２分配配置部７Ａを有する熱
交換素子１は、熱交換素子７がその一部を構成する第２
自動再平衡ブリッジ回路網７Ｂの制御下で通過流体に熱
を加える。加熱のこの第２ｇｌは測定上重要である。何
故ならば費されるエネルギーは生じている流れに関連す
るからである。即ち、全流体が熱交換素子７によって所
定レベルから所定程度加熱されると、費されたエネルギ
ーは質量流量を表わすものとして読み取ることができる
。この目的のため第１図の流量計測装置５は、熱交換素
子７に接続されその電圧時下に応答する目測ユニット７
Ｃを含み１、第２自動再平衡ブリッジ回路網７Ｂは場合
・場合で相異なる流れ状態が必要とする相異なる程度に
加熱電流を熱交換素子７に送る。第２分配配置部７Ａに
流体が流入する前に流体温度を正確に調節することには
、流量計の応答速度を大幅に高めるという大きな利点が
ある。流量計構造部品の比較的鈍い熱的時定数は、従来
装置では名流れの変化につれ新平衡温度に調節２１− されるべきものであったが、本発明の装置では重要でな
い因子として無視することができ、本発明の流量計測装
置が極めて速い反応速度を有するか否かは主としていわ
ゆる゛′伝達の遅れ″（流体内での乱れが熱交換索子７
に到達するのに必要な時間）次第である。次いで、関連
する加熱及び測定ならびに制御回路網も高速応答性を示
すならば、操作はほぼ瞬間的に行うことができ、重大な
欠陥の源となりうる生来的な遅れから解放される。

熱交換素子７のすぐ下流の第３番目の熱交換素子８は、
同様に第３分配配置部８Ａにわたってその効果を有する
ヒータである。ここでの流体温度は通常、上流の第１分
配配置部６Ａの温度と中流の第２分配配置部７Ａの温度
との中間レベルに調節され、又、熱交換素子８がその一
部をなす自動再平衡ブリッジ回路網８Ｂがその調節をす
る構成部分である。即ち、通過流体は第２分配配置部７
Δで精密に加熱された後に成る程度冷却し、下流の第３
分配配置部８Ａに流２２− れて熱交換索子８によってにり低温レベルに加熱される
。このように行われた冷却制御は、測定に所望の影響を
及ぼして熱交換素子７両端間の電圧降下を質量流量にほ
ぼ線形比例させるという明かに有利な効果をもたらす。

従来装置ではこの関係がほぼ双曲線形なので対応する表
示装置又は制御装置で非線形固有の欠点を処理しな（プ
ればならなかった。上記の相互作用する分配配置部によ
り流路に沿って生じる温度グラフ（ｐｒｏｆｉｌｅ　）
では、流体は第２分配配置部７Ａに流入時に第１温度に
設定され、第２分配配置部７Ａ内でより高いレベルに昇
温された後に状態制御のちとに冷却が許されて、第２分
配配置部７Ａを出るときまでにはより低い第２温度にな
る。しかし第２分配配置部７Δでの平均温度は流体の変
化に関係なく常にほぼ一定に保たれるのであり、流体が
調節低温値に達するよう一度別個に条件づけされれば、
質量流量の特性を示すのは所定平均温度を作るのに要す
る電力である。この電力又はそれに関連する電流の測定
をすることにより有効な情報が得られるが、前述したよ
うに熱交換素子７の電圧降下は質量流量に対し線形比例
関係を生じるので測定の好適パラメータである。

３個の自動再平衡ブリッジ回路網６Ｂ、　　７Ｂ。

８Ｂはほぼ同一であり、各々別々に従来型の全ブリッジ
の一アームを成す高い温度係数の熱交換素子６，７．８
を有し、残る３アーム６ａ〜６ｃ、　７ａ〜７ｃ、　８
ａ〜８Ｇは比較的低温度係数のほぼ一定インピーダンス
から各々構成されているので、異なる熱量の放出を必要
とする変化状態のもどで熱交換素子が異なって通電され
る時に各ブリッジ平衡が電力の変化により実質的に影響
を受けることがない。各電源６ｄ、７ｄ、８ｄ　　は、
ブリッジ出力端子にあられれるブリッジ不平衡状態に応
答する制御ユニツ１−６ｅ〜８ｅの命令に従い入力点で
ブリッジに通電する。計測ユニット７Ｃが主要計測素子
である熱交換素子７に示すインピーダンスは極めて高く
、従ってブリッジ平衡又は熱交換素子の加熱とは本質的
に絶縁され、又実質的に影響を及ぼさない。各組のブリ
ッジ回路網では、流体流が所期温度以下に熱交換素子を
冷却し始めるにつれ、その抵抗は低下し当該ブリッジが
不平衡となり、この不平衡が対応する制御ユニットで即
時検出され、そのブリッジの電源は直ちに大電力を供給
し始めて熱交換素子を加熱する。所期温度以上に熱交換
素子が加熱されると、これと反対の操作が自動的且つほ
ぼ瞬時に行われる。

流量計量を行なう周囲環境の温度変化は計測を劣化させ
得るので、第１図の点線１２で示された包囲体又は第２
図の管状包囲体１２′で隔離されるのが最良である。流
路及び分配配置された熱交換素子の周りに簡単な熱絶縁
包囲体を設けるだけでも利点はあるが、装置の使用で予
期される雰囲気温度を越えたほぼ一定値に近接周囲温度
を調節する方がより好ましい隔離とそれに伴う流量計測
作業の改良とが得られる。この目的のため、流管９′（
第２図）は中空の円筒管１２′で包囲され、この円筒管
１２′　は流管９′の入２５− 口部６八′、計測部７Ａ’及び出口部８Ａ’及び分配配
置された部分巻線（Ｓｅｃｔｉｏｎ　ｗｉｎｄｉｎｏ　
）６’　、７’、　８’にわたっている。適宜の耐熱・
熱絶縁材からなるこの円筒管１２′　は両端部が封止さ
れ、ステンレス鋼製の薄壁・細長の流管９′から半径方
向に適宜に離間される。円筒管１２はプリント回路ボー
ドのインサート１３の担持部として好都合に役立つ。密
に熱交換するが電気的には絶縁関係で流管９′の外側に
沿って分配配置された部分巻線６’　、　７’、　８’
の両端がこのインサート１３に接続される。電気抵抗ヒ
ータ巻線１４は包囲体である円筒管１２′の外面に沿っ
て分配配置され、好適には高温度係数線で作られるから
、部分巻線６’　、　７’、　８’と同様に、電気抵抗
ヒータ巻線１４は温度を感知し又必要な時に熱も供給す
る動的な自動調節回路網の一部分を有効に形成する。流
管９′は流量計測に好適である層流状態を促進するよう
に設計されており、実際には非常に小さく造られ（例：
内径ｏ、ｏｅｃｍ及び長さ約７．５ｃａｎ　）、上記流
体状態を促進するための内径と長さとの２６− 所望比は約１＋１００である。第２図の一部として示さ
れた温度−１ｍグラフから明らかなように、第１図に関
し既述したのと同様に、入口部６Ａ’を通る流体は一定
温度レベル１５に達し、更に測定部７Ａ’を通る間に平
均温度がにり高いレベル１６となるよう調節され、出口
部８Δ′内ではレベル１７へ降下すべく温度調節される
。

流体が継続的にこれらの区域を横切る時の実際の温度遷
移は、勿論漸次変化であり、又流体状態により様々であ
る。例えば例えば、入口部６Ａ’　て゛の流入流体温度
はレベル１５に近い場合もあるし又はるかに低い場合も
あるしで、温度は一定長さのこの区域内で少し上昇させ
ればよい場合もあれば大幅に上昇させねばならない場合
もあり、又、流体密度及び流体速度は流体が区域内を流
れる間に供給されるべき熱の量に影響を及ぼ１−０加う
るに、加熱された部分巻線７′の加熱上流端部に接して
いてそれにより影響される部分巻線６′下流端部のパ端
部″効果は、通過流体が異なる程度の暖かさ又は冷たさ
を持つている上流端部のそれとは異なることが予想され
得る。このような゛端部″効果は部分巻線７′の場合も
同様にあるが、その上流端部は化較的安定したレベル１
５の温度を示すべきであり、その下流端部では、隣接し
た変動加熱される（Ｊれども比較的冷たい部分巻線８′
によって許される冷却に依存する温度の可変降下を示す
。部分巻線７′とすぐその下流の部分巻線８′との間の
冷却相互作用は、質量流量に対し前記した線形比例をも
たらすので重要である。このような部分巻線８′がなく
とも計測区域に生じる流れとの間には有益な感知及び／
又は計測関係があるが、下流にそのような相対冷却制御
がある方が好ましい。計測区域での温度変化の″グラフ
″（ｐｒｏｆｉｌｅ　）は流れと共に変化し、最初はあ
る程度上向きに増加し次いで区域の残りの部分では下向
きに減少するが、平均温度は装置の設計流れ範囲内での
どのような流れ状態でもほぼ同一となっている。平均温
度の維持には加熱エネルギーの消費が伴い、これが流れ
とともに変化して流れを非常に忠実に特性表示する。

流量泪測装置の実際の構造の一例が第３図に示される。

流管９′はステンレス鋼製のベース１９内の流れ管路１
８にバイパス接続され、上記ベース１９の両端部には例
えば上流側取付具２０との接続用の内ねじボー１〜があ
る。流れ管路１８から流管９′へと流体をバイパスする
溝２１．２２は、一部はベース１９を介し一部は取付・
接続ブラケッｉ・２３．２４を各々介して形成される。

接続タブ１３と電気抵抗ヒータ巻線１４用の同様のタブ
はプリント回路ボード２５の相応する縁部コネクタに係
合するように配置され、上記プリント回路ボード２５は
関連する電気ブリッジ等の感知装置と共に用いる回路及
び構成素子を支持する。

これらの回路及び構成素子に関して、第４図は流量訓測
装置の好適実施例の詳細について示す。これは第１図の
自動的再平衡ブリッジ回路網６Ｂ　、７Ｂ　、８Ｂと同
様の３個の電気制御ユニット　６Ｂ’、７Ｂ’、８Ｂ’
　を有し、更には又、上流調節用の部分巻線６′、中流
主要計測用の部分巻２９− 線７′及び下流調節用の部分巻線８′を囲む雰囲気周囲
温度を調節する電気抵抗ヒータ巻線１４′用の同様な電
気制御ユニット１４Ｂ′　も含む。上記巻線６’　、　
７’、　８’は、層流導管即ち流管９を通る流体に対し
熱交換するよう分配配置され、感知器の上流、中流及び
下流部分に沿ってほぼ連続して分配配置される。例えば
電気制御ユニット６Ｂ’　に関しては、比較的高温度係
数材料の上流調節用の部分巻線６′が全ブリッジの１７
−１１で、残る３アームは比較的低温度係数の抵抗器６
ａ’、　６ｂ’、　６ｃ’　だけを含み、ブリッジ出力
は演算増幅器２６で感知される。演算増幅器２６はほぼ
瞬時にパワーブースタトランジスタ２７を駆動し、流体
温度を調節するため必要に応じ部分巻線６′を流れる電
流を変化させる。下流の部分巻線８′に関連する電気制
御ユニット８Ｂ’の場合は、同様な演算増幅器２８がパ
ワーブースタトランジスタ２９を駆動する。同様に、電
気制御ユニット１４Ｂ′は、全ブリッジの１本の高温度
係数アームとして電気抵抗ヒータ巻線１４′　を含み、
残余３０− のアーム１４８′〜１４０′　は無視できる程度の低温
度係数を有し、ブリッジに応答する演算増幅器３０がパ
ワーブースタ１ヘランジスタ３１を駆動して、感知した
雰囲気温度状態が変化するにつれて加熱電流を変える。

演算増幅器３２及びパワーブースタトランジスタ３３は
主要目測素子である部分巻線７′を含む電気制御ユニツ
１〜７Ｂ’の作動に関して同様の機能を有するが、この
部分巻線７′で生じる電圧降下は流量測定の見地から特
に重要であり、前記のように質量流量にほぼ線形比例す
る。従って、これらの電圧は、部分巻線７′で行われる
加熱や湿度感知に影響されることなく、孤立した高イン
ピーダンスホロワ増幅器３４により連続的に探知される
。その次に増幅が増幅器３５．３６で行われ、電位差計
３７でゲイン調整が与えられ、ツェナー装置３９によっ
て作られた基準に関し電位差計３８を介し補償（ｓｅｔ
−ｏｆｆ　）が導入される。この補償は、例えば、ノー
・フロー即ち゛ゼロ゛′状態下の測定で現われがちな装
置効果を補正することを目的とする。出力カップリング
４０で送られる感知及び処理した質量流量信号は、公知
の型の指示器、記録器又は制御器等の適宜な端末装置４
１に１儲人される。弁４３を介し主管路４２の流体供給
を制御する装置の一部とり、て流体センサが使用される
時には、制御器である端末装置４１がモータ等の弁作動
器４４を適宜に作動させる。

場合によっては、質量流量を積分して全質量の流れを得
るようにしてもよい。又、追加のバイパス装置を用いて
、１つの設計の流量計で行なわれ得る測定範囲を拡大す
ることもできる。

全電気ブリッジの形式としては上記で記載したものの他
に、１対の巻線の一方で温度測定しつつ１対の巻線の他
方で加熱する等のように別の形式により同等の結果を得
てもよい。゛巻線部は螺旋状でなくても良く、導電性薄
膜等の、ワイヤの同等物が勿論使用できる。本明ｌｌ１
ｌ書で論じたガス状流体流量計には直線状層流導管が好
ましいが、非線形及び／又は非均−断面を有するセンサ
も本発明の教示を用いて液体、スラリその他の混合物の
流れを取扱うことができる。

前記した好適実施例は３個の巻線部を含み、そのうち最
下流の巻線は上流調節温度と中流温度平均値との間の温
度に流体が冷却するのを許ずヒータであるが、ある程度
の反応の鈍さと非直線性が許容及び／又は補償される場
合には、下流温度は上流調節温度と中流温度平均値との
間に在る必要はない。又、好適実施例では、通過流体の
雰囲気温度よりも高く又は低く調節された第１分配配置
部のすぐ下流の測定部に」：り流れの特性を示すことが
行なわれるが、多数の部分のうちの任意の１つ又は２つ
以上から流れに関係する情報を利用することも可能であ
る。これに関し、例えば、上流の巻線６及び／又は下流
の巻線８及び／又は巻線７と巻線６及び８のどちらか又
は両方に供給されたエネルギーの効果又はエネルギーに
関する効果により流れを感知し、測定又は制御を与える
ように特性を表示することができる。このように、本発
明はここに記載した実施例にのみ限定されるものではな
３３− く、本発明の要旨を逸脱しない限り種々変更を加え得る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流量目測を説明する一部略示、一
部ブロック線図、第２図は本発明による流量計測装置の
要部説明図並びに領域と温度との関係を示すグラフ、第
３図は第２図に示した部分を流体導管にバイパス接続し
た状態を示す図、第４図は本発明の流量計測装置を電気
弁調節器に適用した例を示す一部略示、一部ブロック線
詳細図である。 ５・・・流量計測装置、６，７．８・・・熱交換素子、
６’　、７’、　８’・・・部分巻線、６Ａ　、７Ａ　
、８Ａ・・・分配配置部、６Ａ’　・・・入口部、７Ａ
’・・・計測部、８Ａ’・・・出口部、６Ｂ　、７Ｂ　
、ｇｓ・・・自動再平衡ブリッジ回路網、６ｄ、７ｄ、
８ｄ・・・電源、６ｅ、　７ｅ、　８ｅ・・・制御コニ
ット、９．９′・・・流管、１２．１２’・・・包囲体
、１４・・・電気抵抗ヒータ巻線、２６．２８，３０．
３２・・・演算増幅器、２７．２９，３１．３３・・・
パワーブースタトランジスタ、３４・・・高インピーダ
ンスホロワ増幅器、３５．’３６・・・３４− 増幅器、３７．３８・・・電位差計、３９・・・ツェナ
ー装置、４０・・・出力カップリング、４１・・・端末
装置、４２・・・主管路、４３・・・弁。 特　　許　　出　　願　　人 エムケイニス　インストラメンツ インコーホレイテッド 特許出願人代理人 特許出願人代理人 ３５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　流体温度を調節することにより通過流体を条件づ
   け、流体が通過する時の熱交換作用において流体の温度
   を異なる温度値に変更し、これら温度調節と温度変更段
   階のうちの少なくとも一方の段階で責されたエネルギー
   を表示することを特徴とする流量計測方法。 ２）　温度調節段階が、襟度調節前の流体の予期温度以
   上の第１温度に流体温度を調節するよう流体を加熱する
   ことを含み、２ａ峡変更段階は流体を異なる温度値に加
   熱することを含む特許請求の範囲第１項記載の流量計測
   方法。 ３）　温度調節段階が、上流のほぼＩＭ較源流路沿い流
   体を加熱することを含み、温度調節段階が前記上流流路
   のすぐ下流のほぼ連続流路に沿い流体を更に加熱するこ
   とを含み、消費エネルギー表示段階が流体加熱に必要な
   エネルギーを供給すること及び”ＥニターＪることを含
   む特許請求の範囲第２項記載の流量計測方法。 ４）　温度変更後の流体を再び温度調節でることにより
   条件づける段階を含み、消費エネルギー表示段階が温度
   調節、温度変更及び温度再調節の少なくとも１段階中で
   費されたエネルギーを示すことを含む特許請求の範囲第
   １項記載の流量計測方法。 ５）　流体の前記下流流路のすぐ下流で前記第１温度と
   前記界なる温度の平均値との間の温度に流体が冷却する
   ような熱だけを流体に供給することによって温度変更後
   の流体を条例づけすることを含み、消費エネルギー表示
   段階がそのエネルギーにほぼ線形比例する流体の質量流
   量特性を示す特許請求の範囲第３項記載の流量計測方法
   。 ６）　温度１ｇ１１段階、温度変更段階及び予期される
   自然雰囲気温度以上のほぼ一定温度環境に再調節する段
   階を維持し且つ実行する特許請求の範囲第５項記載の流
   ｆＭｆｆ＋測方法。 ハ　流体の層流を維持すると同時に連続的に温度調節段
   階、温度変更段階、温度再調節段階を実行する特許請求
   の範囲第５項記載の流ωｋ（測方法。 ８）　温度調節段階、温度変更段階及び温度再調節段階
   の各々が、比較的高温度抵抗係数を有Ｊ゛る温度感知材
   料の電気加熱に関した電気抵抗に応答して温度感知と流
   体加熱とを同時に行うことから成り、質石流吊特性表示
   段階は温度変更段階に用いられる温度感知材料の電圧降
   下測定を含む特許請求の範囲第５項記載の流量ｈ１測方
   法。 ９）　　Ｉネルギー供給に応答して熱交換することによ
   り流体の温度を調節する調節装置と、該調節装置により
   温度調節された流体と熱交換関係に配置され、流体と熱
   交換するとともに流体流にＪ：り生じた湿度変化を電気
   的に示す熱装置と、該Ｍ装置により特性を示された温度
   変化に応答して、調節温度レベルから異なる伯に流体の
   温度を変える上記熱′３Ａ訪にエネルギーを供給する制
   御装置と、上記調節装置と熱装置の少くとも１つに供給
   されたエネルギーの特性を示す流量測定装置どから成る
   ことを特徴とする流量６１測装冒。 １０）前記調節装置が流体が到達する予期温度以上の第
   １温度を実現するため必要に応じ流体を加熱することに
   より流体の温度を調節し、　□前記異なる温度値は前記
   第１温度を越えた値であり、前記熱装置が前記温度の異
   なるｌｉｌに流体を加熱する特許請求の範囲第９項記載
   の流量計測装置。 １１）流れ通路を有する導管装置を含み、１）ａ記熱装
   置が前記流れ通路の計測部に沿ってほぼ連続的分配配置
   で流体とは熱交換関係に配置され、前記流量測定装置が
   前記制御装置ににつで前記熱装置に供給されたエネルギ
   ーを示す特許請求の範囲第９項記載の流量ｈ１測装置。 １２）前記調節装置は流れ通路のに１温部の寸ぐ）層流
   で導管装置内流体の第１温度を実現するよう必要に応じ
   流体を加熱することにより流体温度を調節し、前記第１
   温度は流体が流れ通路に流入する時の予期温度を越えて
   いる特許請求の範囲第１１項記載の流量３１測装置。 １３）前記調節装置は流れ通路の４１温部のすぐ上流の
   調節部に沿いほぼ連続的分配配置で流体とは熱交換関係
   に配置され、前記調節装置は流体と熱交換するとともに
   流体により生じた温度変化を電気的に示ず特許請求の範
   囲第１２項記載のｔｌ　ｍ　ｉｆ側装置。 １４）前記調節装置により示された温度変化に応答して
   前記第１温度に流体を加熱するのに必要なエネルギーを
   調節装置に供給する上流制御装置を含み、前記流量測定
   装置は前記制御装置と前記上流制御装置の少くとも１つ
   によって供給されたエネルギーを示す特許請求の範囲第
   １３項記載の流量計測装置。 １５）前記熱装置は前記調節温度以上に流体温度を」二
   界さけることにより流体と熱交換し、前記制御装置は流
   れ通路の計測部に沿って平均５一 温度を維持するようなエネルギーを前記熱装置に供給す
   る特許請求の範囲第１１項記載の流量計測装置。 １６）前記熱装置は熱感知電気抵抗材料を含み、前記制
   御装置は前記電気抵抗材料をアームに有し前記温度変化
   を示すブリッジ出力を出す電気的ブリッジを含む特許請
   求の範囲第９項記載の流量■副装置。 １７）前記熱感知電気抵抗材料は比較的高い正の温度抵
   抗係数を有し、前記ブリッジ内には重要な温度係数を有
   する他のインピーダンスがなく、前記制御装置はブリッ
   ジに電流を流すことにより熱感知電気抵抗材料を加熱し
   て、ブリッジ出力が加熱を必要とする変化を示さなくな
   るまで前記調節温度以上に流体の温度を上げる特許請求
   の範囲第１６項記載の流量計測装置。 １８）前記熱感知電気抵抗材料はブリッジ内で唯一の可
   変抵抗であり、ブリッジ内の他の電流通路は比較的低い
   温度抵抗係数を有する抵抗６一 だ【フを含み、前記制御装置は前記ブリッジ出力に応答
   して電源からブリッジに流れる電流をｗ４節する電子装
   置を含む特許請求の範囲第１７項記載の流量計測装置。 １９）前記熱感知電気抵抗ＩＩＩは４ア一ムブリツジ回
   路網の１アーム内にあり、前記制御装置はブリッジ出力
   に応答する電子的増幅器及び該増幅器で制御されて電流
   を調節するパワー１−ランジスタを含む特ｉｉ′ｆ請求
   の範囲第１８項記載の流量計測装置。 ２０）前記調節装］ｍは比較的高い温度抵抗係数を有す
   る熱感知抵抗材料と、１アームに該抵抗材料を右し他の
   アームには比較的低い温度抵抗係数を有する抵抗のみを
   右する電気的ブリッジとを含み、前記上流制御装置は、
   ブリッジからの電気的出力に応答して電源から前記ブリ
   ッジへの電流を調節する電子装置を含み、前記抵抗材料
   を前記電流により加熱して流体の前記第１温度を実現す
   るよう温度を調節する特許請求の範囲第１４項記載の流
   毎泪１１１１１装置。 ２１）前記熱装置のすぐ下流の流体湿度を前記第１温度
   と前記異なる値の平均値との間の温度に調節する熱出力
   調節装置を含み、前記制御＋表装置前記異なる温度の平
   均値をほぼ一定に維持する前記熱装置にエネルギーを供
   給り゛る特許請求の範囲第９項記載の流量計測装置。 ２２）前記熱装置は温度感知電気抵抗材料を含み、前記
   制御装置は流体の温度を変えるため前記電気抵抗材料に
   電流を供給し、前記流量測定装置は前記抵抗材料の電圧
   降下を示し、この電圧降下が流体の質量流量にほぼ線形
   比例リ−る特許請求の範囲第２１項記載の流量計測装置
   。 ２３）前記流量測定装置は、前記抵抗材料に電気的に接
   続され、電流を著しく変えたり有効温度抵抗特性に著し
   く影響を及ぼしたつづることなく電圧降下に応答する比
   較的高インピーダンスの装置を含む特許請求の範囲２２
   項記載の流量計測装置。 ２４）エネルギーの供給に応答して前記熱装置のすぐ下
   流で流体の温度を調節する熱出力調節装置を含み、前記
   流量測定装置は前記調節装置、前記熱装置及び前記熱出
   力調節装置の少くとも１つに供給されたエネルギーを示
   す特許請求の範囲第９項記載の流量計測装置。 ２５）流れ通路の前記８１測部のすぐ下流で流体と熱交
   換関係に配置されて前記計測部下流の流体温度を調節す
   るとともに流体によって生じた温度変化を電気的に示ず
   熱出力調節装置と、前記第１瑞度にりは高いが前記平均
   温度よりは低い流体冷却湿度を実現するよう必要に応じ
   流体を加熱することにより前記計測部の下流で流体温度
   を調節する、前記出力調節装置によって示される温度変
   化に応答する下流制御装置とを含む特許請求の範囲第１
   ５項記載の流量計測装置。 ２６）前記出力装置は比較的低温度抵抗係数を有する熱
   感知電気抵抗材料と、１アーム内に前記抵抗材料を含み
   他のアームには比較的低温度抵抗係数を有する抵抗だ【
   ′Ｊを含む電気ブリッジとを含み、前記下流制御装置は
   、ブリツ９− ジからの電気的出力に応答して電源からブリッジへの電
   流を調節する電子装置を含み、それによって前記抵抗材
   料が電流で加熱され前記冷却温度を実現するため温度を
   調節する特許請求の範囲第２５項記載の流量計測装置。 ２１）前記調節装置及び前記熱装置に関する雰囲気温度
   を調節する環境調節装置を含み、該環境調節装置は流量
   ３１測装置が使用される自然環境の予期温度以上のレベ
   ルに周囲温度を人工的且つ自動的に保持するヒータを含
   む特許請求の範囲第９項記載の流量計測装置。 ２８）前記流れ通路、前記調節装置、前記熱装置及び前
   記熱出力調節装置層りの雰囲気温度を調節する環境調節
   装置を含み、該環境調節装置は、流量計測装置が使用さ
   れる自然環境の予期温度以上のレベルにハウジング内の
   前記雰囲気温度を人工的且つ自動的に保持する特許請求
   の範囲第２５項記載の流量計測装置。 ２９）前記導管装置は流れ通路を限定する小径の細長管
   を含み、前記調節装置、前記熱装置及１０− び前記出力調節装置の各々は前記細長管の周りを巻いた
   巻線路内に導電材料を含み、前記ハウジングは管状で前
   記細長管の周りに同軸に配置され、前記ヒータは前記細
   長管の周りに巻いた巻線路内に導電材料を含む特許請求
   の範囲第２８項記載の流■泪測装置。 ３０）前記細長管はそれを通る流体の層流を促進する寸
   法及び形状に作られ、更に、他の流管からの流体流の一
   部を前記細長管を介しバイパスする装置を含む特許請求
   の範囲第２９項記載の１１１測装置。 ３１）前記調節装置、前記熱装置及び面記出力調節装置
   の各々は比較的高温度抵抗係数を有する熱感知電気抵抗
   材料で作られた各別の素子を含み、該素子は流体に対し
   ては熱交換関係に配置されて各々流路の」−流部分、そ
   のすぐ下流の計測部並びに該計測部のすぐ下流の流れ通
   路用［］部分に沿いほぼ連続分配配置され、前記抵抗材
   料の素子は各々各別の電気的ブリッジの１本のアームに
   あり、該ブリッジの他のアームは比較的低温度抵抗係数
   を有する抵抗だけを含み、又更に、前記調節装置に関連
   する上流制御装置を含み、又、前記制御装置、上流制御
   装置及び下流制御装置は各ブリッジからの電気的出力に
   応答して各電源から各ブリッジへの電流を調節する電子
   装置を各々別個に含み、それにより前記電気抵抗材料で
   作られた前記素子を夫々加熱させる特許請求の範囲第２
   ５項記載の流量計測装置。