JPH086268Y2 - 熱式流量計 - Google Patents
熱式流量計Info
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- JPH086268Y2 JPH086268Y2 JP1990063431U JP6343190U JPH086268Y2 JP H086268 Y2 JPH086268 Y2 JP H086268Y2 JP 1990063431 U JP1990063431 U JP 1990063431U JP 6343190 U JP6343190 U JP 6343190U JP H086268 Y2 JPH086268 Y2 JP H086268Y2
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 19
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/6847—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow where sensing or heating elements are not disturbing the fluid flow, e.g. elements mounted outside the flow duct
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案は、層流形の熱式流量計、より詳細には小流量
域において分解能がよく、逆流検知も可能な熱式流量計
に関する。
域において分解能がよく、逆流検知も可能な熱式流量計
に関する。
従来技術 被測流体が流管を流れる場合、層流または乱流の流れ
状態で流通して、この流管の管壁近傍に境界層が形成さ
れている。流管に感熱抵抗線を巻回して加熱する場合、
熱量は、流管壁からの熱伝導と、被測定流体の境界層内
での熱伝導のみにより流体中に運び去られる。流管の熱
伝達率は、流管材質と流管の熱伝導面積を変数として定
められ、境界層内の熱伝導率は被測流体の比熱に関連し
た値となる。以上において流管の熱伝達率は、材質、口
径等寸法諸元により算出される。一方、流体の熱伝達率
は流体の密度、流速の関数として与えられるもので、流
体の種類により決まる。これらのことから熱式流量計
は、被測流体が決められれば質量流量が求められ、しか
も流れを遮ることはないので簡易な質量流量計として使
用されている。
状態で流通して、この流管の管壁近傍に境界層が形成さ
れている。流管に感熱抵抗線を巻回して加熱する場合、
熱量は、流管壁からの熱伝導と、被測定流体の境界層内
での熱伝導のみにより流体中に運び去られる。流管の熱
伝達率は、流管材質と流管の熱伝導面積を変数として定
められ、境界層内の熱伝導率は被測流体の比熱に関連し
た値となる。以上において流管の熱伝達率は、材質、口
径等寸法諸元により算出される。一方、流体の熱伝達率
は流体の密度、流速の関数として与えられるもので、流
体の種類により決まる。これらのことから熱式流量計
は、被測流体が決められれば質量流量が求められ、しか
も流れを遮ることはないので簡易な質量流量計として使
用されている。
第４図は、従来の熱式流量計の構造図で、図において
11は熱伝導性の流管で、通常ステンレス製細管が用いら
れ、流体は矢印の方向に流れているものとする。21はニ
ッケル合金、白金等の感熱抵抗線を流管11に巻回した抵
抗S11の上流側感温素子、31は通電加熱した際、上流側
感温素子21に熱的干渉が起こらないように所定距離隔て
た下流側に前記感熱抵抗線を巻回した抵抗S12の下流側
感温素子である。上流側感温素子21の抵抗S11は、下流
側感温素子31の抵抗S12より一桁程大きい値をもってい
て下流側感温素子31に流体加熱電流が多く流れる。
11は熱伝導性の流管で、通常ステンレス製細管が用いら
れ、流体は矢印の方向に流れているものとする。21はニ
ッケル合金、白金等の感熱抵抗線を流管11に巻回した抵
抗S11の上流側感温素子、31は通電加熱した際、上流側
感温素子21に熱的干渉が起こらないように所定距離隔て
た下流側に前記感熱抵抗線を巻回した抵抗S12の下流側
感温素子である。上流側感温素子21の抵抗S11は、下流
側感温素子31の抵抗S12より一桁程大きい値をもってい
て下流側感温素子31に流体加熱電流が多く流れる。
第５図は、前記従来の熱式流量計の概略回路をしめす
図で、抵抗S11，S12は一端を接地172とし、接合部19,19
1を有するブリッジ回路の２辺をなすアクテブ抵抗で、
ブリッジ回路は他に抵抗R11，R12，R13で構成される。
ここで抵抗値R13は下流側感温素子31を上流側感温素子2
1に対して一定の温度差を与える抵抗である。該ブリッ
ジ回路は抵抗R11，R13，S11および抵抗R12，S12が直列
接続された合成抵抗とで構成され接合部19,191は各々増
幅器15の反転，非反転回路に接続される。16はコレクタ
を電源端子17に、エミッタをブリッジ回路の電源側接続
点171に、ベースを増幅器15の出力側に接続したNPNトラ
ンジスタで、193は抵抗S12の接続点19における電圧値か
ら質量流量に比例したセンサ信号を出力する端子であ
る。叙上の回路によれば、接続部19、191間の電位差が
略々零となるように増幅器15、トランジスタ16に帰還さ
れ、この帰還動作により上流側感温素子21,下流側感温
素子31間の温度差が抵抗R13に相当する温度で一定とな
るように制御されている。抵抗S12両端の電圧値は、温
度差一定となるように被測流体を加熱したときの加熱電
力に比例する値であるから、端子193におけるセンサ出
力は、質量流量に応じた信号となる。
図で、抵抗S11，S12は一端を接地172とし、接合部19,19
1を有するブリッジ回路の２辺をなすアクテブ抵抗で、
ブリッジ回路は他に抵抗R11，R12，R13で構成される。
ここで抵抗値R13は下流側感温素子31を上流側感温素子2
1に対して一定の温度差を与える抵抗である。該ブリッ
ジ回路は抵抗R11，R13，S11および抵抗R12，S12が直列
接続された合成抵抗とで構成され接合部19,191は各々増
幅器15の反転，非反転回路に接続される。16はコレクタ
を電源端子17に、エミッタをブリッジ回路の電源側接続
点171に、ベースを増幅器15の出力側に接続したNPNトラ
ンジスタで、193は抵抗S12の接続点19における電圧値か
ら質量流量に比例したセンサ信号を出力する端子であ
る。叙上の回路によれば、接続部19、191間の電位差が
略々零となるように増幅器15、トランジスタ16に帰還さ
れ、この帰還動作により上流側感温素子21,下流側感温
素子31間の温度差が抵抗R13に相当する温度で一定とな
るように制御されている。抵抗S12両端の電圧値は、温
度差一定となるように被測流体を加熱したときの加熱電
力に比例する値であるから、端子193におけるセンサ出
力は、質量流量に応じた信号となる。
第６図は、上述の従来の熱式流量計における流量とセ
ンサ出力との関係をしめす特性図で、非線形な関係にあ
る。
ンサ出力との関係をしめす特性図で、非線形な関係にあ
る。
従来技術の問題点 第６図の流量とセンサ出力との関係をしめす特性図に
よれば、流量が零に近ずく小流域で傾斜が小さくなって
変極点を持っており、小流域での感度が低下しているこ
とをしめす。これは、下流側感温素子31には上流側感温
素子21との間の温度差を一定とするための電力が供給さ
れているが、小流になると流出する熱量が減少するため
下流側の温度が上昇し、抵抗S12には大きい加熱電流が
流れる。この結果、下流側感温素子31部の温度上昇に伴
う熱伝導により流管11の前記下流側感温素子31の上流部
温度も上昇する。この結果、下流側感温素子31部に流入
する流体には熱が移動しており、下流側感温素子31の加
熱電力が小さくなり、下流側感温素子31の流体の流れに
よる温度変化は少なくなる、という理由によるものであ
る。
よれば、流量が零に近ずく小流域で傾斜が小さくなって
変極点を持っており、小流域での感度が低下しているこ
とをしめす。これは、下流側感温素子31には上流側感温
素子21との間の温度差を一定とするための電力が供給さ
れているが、小流になると流出する熱量が減少するため
下流側の温度が上昇し、抵抗S12には大きい加熱電流が
流れる。この結果、下流側感温素子31部の温度上昇に伴
う熱伝導により流管11の前記下流側感温素子31の上流部
温度も上昇する。この結果、下流側感温素子31部に流入
する流体には熱が移動しており、下流側感温素子31の加
熱電力が小さくなり、下流側感温素子31の流体の流れに
よる温度変化は少なくなる、という理由によるものであ
る。
問題点解決の手段 本考案は、叙上のごとき実状に鑑みてなされたもの
で、少流域でも流量に応答して感度よく全流量域に亘っ
て変極点がないセンサ出力が得られるようにすることを
目的とするもので、被測流体の流通する熱伝導性の流管
と、該流管の上流側、下流側に各々熱干渉しない距離を
隔てて前記流管に巻回した感熱抵抗源からなる上流側お
よび下流側感温素子と、該上流および下流側感温素子の
一端を接地点、他端を接続点としたブリッジ回路を前記
上流および下流側感温素子間の温度差を一定に制御する
制御手段とからなり、下流側感温素子接続点における電
圧の読みから被測流体の質量流量を求める熱式流量計に
おいて、前記流管の下流側感温素子に近接した下流側に
補助加熱ヒータを温度調整可能に配設した熱式流量計を
提供する。
で、少流域でも流量に応答して感度よく全流量域に亘っ
て変極点がないセンサ出力が得られるようにすることを
目的とするもので、被測流体の流通する熱伝導性の流管
と、該流管の上流側、下流側に各々熱干渉しない距離を
隔てて前記流管に巻回した感熱抵抗源からなる上流側お
よび下流側感温素子と、該上流および下流側感温素子の
一端を接地点、他端を接続点としたブリッジ回路を前記
上流および下流側感温素子間の温度差を一定に制御する
制御手段とからなり、下流側感温素子接続点における電
圧の読みから被測流体の質量流量を求める熱式流量計に
おいて、前記流管の下流側感温素子に近接した下流側に
補助加熱ヒータを温度調整可能に配設した熱式流量計を
提供する。
実施例 第１図は、本考案の熱式流量計の構造図で、図におい
て１は熱伝導性の流管で、通常、ステンレス細管等から
なっている。２はニッケル合金、白金等からなる感熱細
線を前記流管１の上流側に巻回した上流側感温素子で、
抵抗値S1をもっている。３は前記、上流側感温素子２の
流管１下流側に感熱細線を回巻した抵抗S2の下流側感温
素子で、加熱により上流側感温素子２に熱干渉が及ぼさ
ない程度に隔てられて配設されている。４は下流側感温
素子３に近接した流管１下流側に感熱細線を巻回した抵
抗値Ｈの補助加熱ヒータである。なお、上流側感温素子
2,下流側感温素子３の抵抗値は抵抗値S1を抵抗値S2に対
し一桁程度大きくしてあり下流側感温素子３に殆どの流
体加熱電流が流れるようになっている。
て１は熱伝導性の流管で、通常、ステンレス細管等から
なっている。２はニッケル合金、白金等からなる感熱細
線を前記流管１の上流側に巻回した上流側感温素子で、
抵抗値S1をもっている。３は前記、上流側感温素子２の
流管１下流側に感熱細線を回巻した抵抗S2の下流側感温
素子で、加熱により上流側感温素子２に熱干渉が及ぼさ
ない程度に隔てられて配設されている。４は下流側感温
素子３に近接した流管１下流側に感熱細線を巻回した抵
抗値Ｈの補助加熱ヒータである。なお、上流側感温素子
2,下流側感温素子３の抵抗値は抵抗値S1を抵抗値S2に対
し一桁程度大きくしてあり下流側感温素子３に殆どの流
体加熱電流が流れるようになっている。
第２図は、本考案の熱式流量計における概略回路図
で、図において抵値S1，S2の一端は接地72され、抵抗値
S1側の他端には抵抗R3，R1が直列接続し、抵抗値S2側の
他端には抵抗R2を接続し、抵抗R1，R3＋S1，R2およびS2
が各々の辺を構成し、抵抗S1，S2をアクテブ抵抗とする
ブリッジ回路を構成する。ここで抵抗値は下流側感温素
子３を上流側感温素子２に対して一定の温度差を与える
抵抗である。５は該ブリッジ回路の接続部9,91を反転、
非反転入力とする増幅器、６はコレクタを要源端子7,エ
ミッタをブリッジ回路の電源との接続点71、ベースを増
幅器５の出力側に各々接続するNPNトランジスタであ
る。VRは、補助加熱ヒータ４を加熱する電流を調整する
ボリュームで、加熱電源端子８に接続している。10は接
続部９において、下流側感温素子３を加熱した電力に比
例する質量流量を検知するセンサ出力端子である。叙上
の回路図は、ブリッジ回路における接続部9,91の増幅器
５の入力電圧が略々等しくなるようにトランジスタ６を
制御することにより上流側感温素子２と下流側感温素子
３との温度差を抵抗R3に相当する温度で一定にしている
が、流量が殆ど流れない低流量域でボリュームVRを加減
し、補助加熱ヒータ４をセンサ出力が最小となるように
加熱する。下流側感温素子３で加熱する熱量を該補助加
熱ヒータ４で加熱することにより、下流側感温素子３に
供給する加熱電力は小さくなる。すなわち、流管１の下
流側感温素子３上流部は加熱されず、低流量時において
の、該上流部からの熱移動がないから下流側感温素子３
が熱移動のために温度上昇することはなくなり、逆に流
れによる熱吸収のため温度は低下する。この状態におい
て、ブリッジ回路の平衡動作がなされ供給電力が上昇す
るので、センサ出力は大きくなる。
で、図において抵値S1，S2の一端は接地72され、抵抗値
S1側の他端には抵抗R3，R1が直列接続し、抵抗値S2側の
他端には抵抗R2を接続し、抵抗R1，R3＋S1，R2およびS2
が各々の辺を構成し、抵抗S1，S2をアクテブ抵抗とする
ブリッジ回路を構成する。ここで抵抗値は下流側感温素
子３を上流側感温素子２に対して一定の温度差を与える
抵抗である。５は該ブリッジ回路の接続部9,91を反転、
非反転入力とする増幅器、６はコレクタを要源端子7,エ
ミッタをブリッジ回路の電源との接続点71、ベースを増
幅器５の出力側に各々接続するNPNトランジスタであ
る。VRは、補助加熱ヒータ４を加熱する電流を調整する
ボリュームで、加熱電源端子８に接続している。10は接
続部９において、下流側感温素子３を加熱した電力に比
例する質量流量を検知するセンサ出力端子である。叙上
の回路図は、ブリッジ回路における接続部9,91の増幅器
５の入力電圧が略々等しくなるようにトランジスタ６を
制御することにより上流側感温素子２と下流側感温素子
３との温度差を抵抗R3に相当する温度で一定にしている
が、流量が殆ど流れない低流量域でボリュームVRを加減
し、補助加熱ヒータ４をセンサ出力が最小となるように
加熱する。下流側感温素子３で加熱する熱量を該補助加
熱ヒータ４で加熱することにより、下流側感温素子３に
供給する加熱電力は小さくなる。すなわち、流管１の下
流側感温素子３上流部は加熱されず、低流量時において
の、該上流部からの熱移動がないから下流側感温素子３
が熱移動のために温度上昇することはなくなり、逆に流
れによる熱吸収のため温度は低下する。この状態におい
て、ブリッジ回路の平衡動作がなされ供給電力が上昇す
るので、センサ出力は大きくなる。
第３図は本考案の流量とセンサ出力との関係をしめす
図で、図示のごとく流量増加に伴ない一様に上昇する出
力をもち変極点のない連続した出力特性が得られる。
図で、図示のごとく流量増加に伴ない一様に上昇する出
力をもち変極点のない連続した出力特性が得られる。
本考案の補助加熱ヒータ４を付加することにより、逆
流検知も可能となる。つまり、流体が逆流すると、第１
図における補助加熱ヒータ４で発生する熱が下流側感温
素子３側に移動し、該下流側感温素子３の温度が上昇す
る結果、ブリッジ回路の温度差一定とする制御動作によ
り、ブリッジ回路への供給電圧が低下し、センサ出力が
低下する。即ち、この変化を検知することにより逆流を
検出することができる。
流検知も可能となる。つまり、流体が逆流すると、第１
図における補助加熱ヒータ４で発生する熱が下流側感温
素子３側に移動し、該下流側感温素子３の温度が上昇す
る結果、ブリッジ回路の温度差一定とする制御動作によ
り、ブリッジ回路への供給電圧が低下し、センサ出力が
低下する。即ち、この変化を検知することにより逆流を
検出することができる。
効果 以上に述べた本考案の熱式流量計によれば小流量域か
ら大流量域まで連続して上昇する出力特性が得られ、特
に小流量域での直線性が改善された。この結果、流量レ
ンジ幅が大きくとれ、電気回路上、直線化補正も簡単と
なる。更にまた出力信号の変化から逆流を検知すること
も可能となり、補助加熱ヒータを流管に巻回するという
簡単な手段により、大きい効果を見出すことができる。
ら大流量域まで連続して上昇する出力特性が得られ、特
に小流量域での直線性が改善された。この結果、流量レ
ンジ幅が大きくとれ、電気回路上、直線化補正も簡単と
なる。更にまた出力信号の変化から逆流を検知すること
も可能となり、補助加熱ヒータを流管に巻回するという
簡単な手段により、大きい効果を見出すことができる。
第１図は、本考案の熱式流量計の構造図、第２図は、第
１図の概略回路図、第３図は、本考案の熱式流量計の流
量−出力特性図、第４図は、従来の熱式流量計の構造
図、第５図は、第４図の概略回路図、第６図は、従来の
熱式流量計の流量−出力特性図である。 1,11……流管、2,21……上流側感温素子、3,31……下流
側感温素子、４……補助加熱ヒータ、S1，S11……上流
側感温素子の抵抗値、S2，S12……下流側感温素子の抵
抗値、Ｈ……補助加熱ヒータの抵抗値。
１図の概略回路図、第３図は、本考案の熱式流量計の流
量−出力特性図、第４図は、従来の熱式流量計の構造
図、第５図は、第４図の概略回路図、第６図は、従来の
熱式流量計の流量−出力特性図である。 1,11……流管、2,21……上流側感温素子、3,31……下流
側感温素子、４……補助加熱ヒータ、S1，S11……上流
側感温素子の抵抗値、S2，S12……下流側感温素子の抵
抗値、Ｈ……補助加熱ヒータの抵抗値。
Claims (1)
- 【請求項１】被測流体の流通する熱伝導性の流管と、該
流管の上流側、下流側に各々熱干渉しない距離を隔てて
前記流管に巻回した感熱抵抗源からなる上流側および下
流側感温素子と、該上流および下流側感温素子の一端を
接地点、他端を接続点としたブリッジ回路を前記上流お
よび下流側感温素子間の温度差を一定に制御する制御手
段とからなり、下流側感温素子接続点における電圧の読
みから被測流体の質量流量を求める熱式流量計におい
て、前記流管の下流側感温素子に近接した下流側に補助
加熱ヒータを温度調整可能に配設したことを特徴とする
熱式流量計。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1990063431U JPH086268Y2 (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 熱式流量計 |
| US07/713,188 US5222395A (en) | 1990-06-15 | 1991-06-10 | Thermal type flowmeter |
| EP91201466A EP0467430B1 (en) | 1990-06-15 | 1991-06-12 | Thermal type flowmeter |
| DE69106961T DE69106961T2 (de) | 1990-06-15 | 1991-06-12 | Thermischer Durchflussmesser. |
| CA002044655A CA2044655C (en) | 1990-06-15 | 1991-06-14 | Thermal type flowmeter |
| KR1019910009855A KR0184673B1 (ko) | 1990-06-15 | 1991-06-14 | 열식 유량계(熱式流量計) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1990063431U JPH086268Y2 (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 熱式流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421917U JPH0421917U (ja) | 1992-02-24 |
| JPH086268Y2 true JPH086268Y2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=13229082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1990063431U Expired - Lifetime JPH086268Y2 (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 熱式流量計 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5222395A (ja) |
| EP (1) | EP0467430B1 (ja) |
| JP (1) | JPH086268Y2 (ja) |
| KR (1) | KR0184673B1 (ja) |
| CA (1) | CA2044655C (ja) |
| DE (1) | DE69106961T2 (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2682349B2 (ja) * | 1992-09-18 | 1997-11-26 | 株式会社日立製作所 | 空気流量計及び空気流量検出方法 |
| DE4335332A1 (de) * | 1993-10-18 | 1995-04-20 | Bitop Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur insbesondere nicht invasiven Ermittlung mindestens eines interessierenden Parameters eines Fluid-Rohr-Systems |
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