JP2000310551A - 脈動解析方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の脈動を精度良く計測し、その出力をア
ナログ値及びデジタル値により脈動波形を正確に再現し
て脈動を解析する。 【解決手段】 マイクロフローセンサ３は、流路１７を
流れる流体を加熱するヒータエレメント３４及びヒータ
エレメント３４を挟んで流体の上流側と下流側とに各々
配置され且つ流体の温度を検出して流体の温度に応じた
電気信号を出力する測温エレメント３２，３３を有し、
データ変換手段１９Ａは、各測温エレメント３２，３３
から各々出力される電気信号の差値を一定時間毎にサン
プリングしてデジタル変換する。脈動有無判別手段１９
Ｂは、データ変換手段１９Ａで変換されたデジタルデー
タに基づき流体における脈動の有無を判別し、脈動解析
手段１９Ｃは、流体に脈動があると判別されたとき、デ
ジタルデータに含まれる脈動による脈動波形を再現して
脈動を解析する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流路を流れる流体
中に発生する脈動を計測し、その出力をアナログ値及び
高速Ａ／Ｄ変換したデジタル値により脈動波形を正確に
再現して脈動を解析する脈動解析方法及びその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ガスの流量を測定するガス漏洩検出装置
やガスメータ等の装置の分野においては、負荷変動やガ
スヒートポンプ（ＧＨＰ）等によりガス配管中のガスに
脈動が発生することがある。このような場合には、この
脈動により消費とは無関係な流量変動がガス配管中のガ
スに生じ、この流量変動がガスの流量測定に反映されて
測定値に誤差が生じる。

【０００３】この脈動による流動測定値の誤差は、旧来
から広く普及していた膜式の流量計測装置では、もとも
と構造的に測定精度が低かったため、あまり問題となら
なかった。

【０００４】また、熱線式センサを使用して流量を測定
するマスフローメータは、図１２に示すように示すよう
に、サブ流路１０２と、このサブ流路１０２に巻回され
たヒータ１０３とを備え、流体Ｑが層流素子バイパス１
０１への流体Ｑ_Bとサブ流路１０２への流体Ｑ_Sとに分流
されるように構成されている。このマスフローメータ
は、加熱されたヒータ１０３がサブ流路１０２を流れる
流体Ｑ_Sにより冷やされてヒータ抵抗が変化し、このヒ
ータ抵抗の変化量に基づき流体の流量を計測するもので
ある。

【０００５】また、マスフローメータを使用して流量を
設定された流量値に制御するマスフローコントローラ
は、図１３に示すように、層流素子バイパス１０１、熱
線式センサである流量センサ１０５、この流量センサ１
０５に接続されるブリッジ回路１０６、このブリッジ回
路１０６に接続される増幅回路１０７、この増幅回路１
０７に接続される補正回路１０８、この補正回路１０８
に接続される比較制御回路１０９、この比較制御回路１
０９に接続されるバルブ駆動回路１１０、流量制御バル
ブ１１２、流量制御バルブ１１２内に設けられたピエゾ
アクチュエータ１１１、流量制御バルブ１１２の基台と
して設けられたメタルダイアフラム１１３を備えて構成
されている。

【０００６】このように構成されたマスフローコントロ
ーラによれば、流入口から入った流体は、流量センサ１
０５と層流素子バイパス１０１に分流され、流量センサ
１０５で質量流量に比例した温度変化をとらえてブリッ
ジ回路１０６で電気信号に変換する。この電気信号は、
増幅回路１０７、及び補正回路１０８を介して流量出力
信号として出力されるとともに、比較制御回路１０９に
も送られる。

【０００７】比較制御回路１０９では、外部からの流量
設定信号と流量センサ１０５からの流量信号との差信号
をバルブ駆動回路１１０に出力し、流量制御バルブ１１
２は、バルブ駆動回路１１０からの差信号が零になる方
向に作動するため、常に設定された流量に制御すること
ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マスフローメータにあっては、熱線式センサを利用して
いるため、センサ応答性が悪く、センサ応答性は、最短
のものでも約１秒であった。このため、１Ｈｚ程度の脈
動しか計測することができなかった。従って、例えば、
５Ｈｚ〜５０Ｈｚ程度（２００ｍｓ〜２０ｍｓ）の脈動
が発生しても、この脈動を正確に計測して解析すること
ができなかった。

【０００９】本発明の目的は、流体の脈動を精度良く計
測し、その出力をアナログ値及びデジタル値により脈動
波形を正確に再現して脈動を解析することができる脈動
解析方法及びその装置とを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成とした。請求項１の発明の脈動
解析方法は、流路上に設置されたマイクロフローセンサ
のヒータエレメントにより前記流路を流れる流体を加熱
し、前記ヒータエレメントを挟んで前記流体の上流側と
下流側とに各々配置された測温エレメントにより前記流
体の温度を検出して前記流体の温度に応じた電気信号を
出力する出力ステップと、前記各測温エレメントから各
々出力される前記電気信号の差値を一定時間毎にサンプ
リングしてデジタル変換するデータ変換ステップと、変
換されたデジタルデータに基づき前記流体における脈動
の有無を判別する脈動有無判別ステップと、前記流体に
脈動があると判別されたとき、前記デジタルデータに含
まれる前記脈動による脈動波形を再現して前記脈動を解
析する脈動解析ステップと、を含むことを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明の脈動解析装置は、図１の
基本構成図に示すように、流路１７上に設置され、該流
路１７を流れる流体を加熱するヒータエレメント３４及
びこのヒータエレメント３４を挟んで前記流体の上流側
と下流側とに各々配置され且つ流体の温度を検出して流
体の温度に応じた電気信号を出力する測温エレメント３
２，３３を有するマイクロフローセンサ３と、前記各測
温エレメント３２，３３から各々出力される前記電気信
号の差値を一定時間毎にサンプリングしてデジタル変換
するデータ変換手段１９Ａと、このデータ変換手段１９
Ａで変換されたデジタルデータに基づき前記流体におけ
る脈動の有無を判別する脈動有無判別手段１９Ｂと、こ
の脈動有無判別手段１９Ｂにより前記流体に脈動がある
と判別されたとき、前記デジタルデータに含まれる前記
脈動による脈動波形を再現して前記脈動を解析する脈動
解析手段１９Ｃとを備えることを特徴とする。

【００１２】請求項１の発明の脈動解析方法、請求項２
の発明の脈動解析装置によれば、流路１７上に設置され
たマイクロフローセンサ３のヒータエレメント３４によ
り流路１７を流れる流体を加熱し、ヒータエレメント３
４を挟んで流体の上流側と下流側とに各々配置された測
温エレメント３２，３３により流体の温度を検出して流
体の温度に応じた電気信号を出力し、各測温エレメント
３２，３３から各々出力される電気信号の差値を一定時
間毎にサンプリングしてデジタル変換し、変換されたデ
ジタルデータに基づき流体における脈動の有無を判別
し、流体に脈動があると判別されたとき、デジタルデー
タに含まれる脈動による脈動波形を再現して脈動を解析
するため、流体の脈動を精度良く計測し、その出力をデ
ジタル値により脈動波形を正確に再現して脈動を解析す
ることができる。

【００１３】請求項３の発明の前記脈動有無判別手段１
９Ｂは、前記デジタルデータの変化に周期性があるか否
かによって前記流体における脈動の有無を判別すること
を特徴とする。

【００１４】請求項３の発明によれば、脈動有無判別手
段１９Ｂは、デジタルデータの変化に周期性があるか否
かによって流体における脈動の有無を判別するため、デ
ジタルデータの変化に周期性があれば、脈動が有りと容
易に判別できる。

【００１５】請求項４の発明の前記データ変換手段１９
Ａは、前記流路を流れる流体に起こり得る前記脈動の最
小周期よりも短い周期を持つクロック信号により前記電
気信号の差値をデジタル変換することを特徴とする。

【００１６】請求項４の発明によれば、データ変換手段
１９Ａは、流路を流れる流体に起こり得る脈動の最小周
期よりも短い周期を持つクロック信号により電気信号の
差値をデジタル変換するため、脈動の最小周期程度の脈
動波形を正確に計測することができる。

【００１７】請求項５の発明の前記脈動解析手段１９Ｃ
は、前記脈動波形により脈動の振幅及び周期を解析する
ことを特徴とする。

【００１８】請求項５の発明によれば、脈動解析手段１
９Ｃは、脈動波形により脈動の振幅及び周期を解析する
ため、脈動がどの程度かを容易に把握することができ、
これによって脈動分だけ補正すれば、正確な流量値を得
ることができる。

【００１９】請求項６の発明は、前記デジタルデータを
それぞれ流量値に補正したデジタルデータとすることに
より、正確に流量脈動を計測することができる。

【００２０】請求項７の発明は、前記デジタルデータに
基づき前記流体の流量を計測する流量計測手段と、所望
の流量値を設定する設定値入力手段と、前記流量計測手
段で計測された流量値と前記設定値入力手段で設定され
た流量値とを比較する比較制御手段と、この比較制御手
段の比較結果に基づき前記設定された流量値に制御する
流量制御手段とを備えることを特徴とする。

【００２１】請求項６の発明によれば、流量計測手段が
デジタルデータに基づき流体の流量を計測し、設定値入
力手段が所望の流量値を設定すると、比較制御手段は、
流量計測手段で計測された流量値と設定値入力手段で設
定された流量値とを比較し、流量制御手段は、比較制御
手段の比較結果に基づき設定された流量値に制御するた
め、流路に流れる流体の流量値を常に設定された流量値
に制御することができるようになる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の脈動解析方法及び
その装置の実施形態を図面を参照して説明する。

【００２３】＜第１実施形態＞図２は本発明の第１実施
形態に係る脈動解析装置の概略構成を示すブロック図で
ある。この脈動解析装置は、マスフローメータに設けら
れており、流体における脈動がどの程度かを解析するも
のであり、特に脈動試験に用いられる。この脈動解析装
置は、マイクロフローセンサ３，電源５，アンプ９，オ
シロスコープ１５を備えている。

【００２４】マイクロフローセンサ３は、図３の断面図
に示すように、ガス流路１７の内壁に配設されており、
図４の側面図に示すように、半導体基台３１，３１間に
形成された薄肉のダイヤフラム部３１ａを有している。
また、図５の平面図に示すように、ダイヤフラム部３１
ａ上には、測温用のサーモパイル３２，３３（測温エレ
メントに相当）と加熱用のヒータエレメント３４とが形
成されている。

【００２５】また、マイクロフローセンサ３は、図３に
示すように、ガス流路１７内を流れるガスの流れ方向Ｘ
の上流側からサーモパイル３２，ヒータエレメント３
４，サーモパイル３３の順に、流れ方向Ｘに沿って等間
隔で配列されている。

【００２６】サーモパイル３２，３３は、感温部とセン
サ基板温度との温度差に応じた起電力を生ずる測温エレ
メントであり、図６の駆動回路図に示すように、上流側
サーモパイル３２と下流側サーモパイル３３との起電力
と差をアンプ９によって増幅して、マイクロフローセン
サ３の出力端子３９から、ガス流路１７内を流れるガス
の流速に対応する信号として出力するように構成されて
いる。

【００２７】電源５は、バッテリ５１及び定電圧回路５
３を有しており、バッテリ５１からの電力の電圧をデジ
タル回路用ＩＣ電圧回路５３により所定の定電圧として
出力するように構成されている。定電圧回路５３は、バ
ッテリ５１からの電力の電圧を所定の定電圧とするもの
であり、この定電圧をヒータエレメント３４に供給して
いる。

【００２８】アンプ９は、マイクロフローセンサ３の出
力端子３９から出力される測温出力信号を増幅するもの
で、その増幅信号は、図２に示すように、オシロスコー
プ１５に出力される。

【００２９】オシロスコープ１５は、マイクロフローセ
ンサ３からの測温出力信号を増幅したアンプ９が出力す
る増幅信号を、ガス流路１７を流れるガスに起こり得る
脈動の最小周期よりも十分短い周期により高速サンプリ
ングし、そのサンプリング結果に基づき、増幅信号のア
ナログ波形を表示する。なお、オシロスコープ１５に代
えて、ペンレコーダを用いても良い。

【００３０】次に、第１実施形態の脈動解析装置の動作
を説明する。まず、マイクロフローセンサ３において
は、バッテリ１５からの電力の電圧を定電圧回路５３に
より所定の定電圧とした電源５からの電力が、ヒータエ
レメント３４に供給される。そして、ガス流路１７内を
流れるガスに脈動が発生していない状態では、ガス流路
１７内を流れるガスの流量が一定である限り、マイクロ
フローセンサ３の出力端子３９から出力される測温出力
信号の波形は、図７のグラフで示すように、所定周期毎
にゼロ流量電位とガス流量に応じた電位とを繰り返す矩
形波状を呈する。そして、アンプ９により測温出力信号
を増幅して得られオシロスコープ１５に表示される増幅
信号の波形も、図７に示す測温出力信号の波形と同様の
波形となる。

【００３１】これに対し、ガス流路１７内を流れるガス
に脈動が発生している状態では、ガス流路１７内を流れ
るガスの流量が一定であるとすると、マイクロフローセ
ンサ３の出力端子３９から出力される測温出力信号の波
形が、図８に示す波形のうちガス流量に応じた電位の部
分に、ガスの脈動によりガス流路１７内に生じるガスの
流速変動の周波数に応じた交流信号成分が重畳された、
図８にグラフで示すような波形となる。

【００３２】また、ガス流路１７内を流れるガスに脈動
が発生している状態では、アンプ９により測温出力信号
を増幅して得られオシロスコープ１５に表示される増幅
信号の波形も、当然、図８に示す測温出力信号の波形と
同様の波形となる。

【００３３】このように第１実施形態の脈動解析装置に
よれば、マイクロフローセンサ３を用い且つＤＣ駆動と
したので、センサ応答性が良好となり、１０Ｈｚ〜２１
Ｈｚの脈動流速変化を忠実に捕らえることができるた
め、１０Ｈｚ〜２１Ｈｚの脈動を容易に計測することが
できる。

【００３４】例えば、パルス駆動では、ヒータが充分に
暖められ、かつ、冷やされるまでの時間としては、短く
ても２０ｍｓ（ミリ秒）程度の時間を要するが、第１実
施形態のように、ＤＣ駆動を採用したことで、流量変動
に対する応答時間は、僅かに２ｍｓ程度であるため、脈
動測定における高応答性を十分に確保できる。

【００３５】また、マイクロフローセンサ３の出力端子
３９から出力される測温出力信号をアンプ９により増幅
して得られる増幅信号の波形を、オシロスコープ１５に
表示させるようにした。このため、オシロスコープ１５
に表示される波形のうち交流信号成分の波形パターン、
即ち、交流信号成分の振幅及び周期に基づき、ガス流路
１７内を流れるガスに発生した脈動の振幅及び周期を計
測することができる。また、脈動を再現して脈動の振
幅、周期、脈動の最大値、最小値等を解析することがで
きる。

【００３６】また、この計測結果に基づきガス流路１７
内を流れるガスの流量を補正して、ガス流路１７内を流
れるガスの脈動による流速変動に起因する積算流量の誤
差をなくすこともできる。

【００３７】＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施
形態の脈動解析装置を以下に説明する。図９は本発明の
第２実施形態に係る脈動解析装置の概略構成を示すブロ
ック図である。第２実施形態の脈動解析装置は、オシロ
スコープ１５に代えて、アンプ９の出力端子に接続され
るＡ／Ｄ変換器１１と、このＡ／Ｄ変換器１１の出力に
信号線１２を介して接続されるマイクロコンピュータ１
９、信号線１２を介してマイクロコンピュータ１９とデ
ータ通信可能なパーソナルコンピュータ２０と、ディス
プレイ２１、プリンタ２３、マイクロコンピュータ１９
に接続されたマスフローコントローラ２５を備えたこと
を特徴とするものである。

【００３８】Ａ／Ｄ変換器１１は、ガス流路１７内を流
れるガスの流速に対応するマイクロフローセンサ３から
の測温出力信号をアンプ９で増幅したアナログの増幅信
号を、所定のサンプリング周期毎にデジタル信号に変換
するもので、脈動の最大周波数よりも高い周波数を持つ
クロック信号により増幅信号をサンプリングする。Ａ／
Ｄ変換器１１は、マイクロフローセンサ３の出力端子３
９から出力される測温出力信号中に現れるガスの流速変
動の周波数に応じた交流信号成分の周期及び振幅を正し
く十分にトレースできるだけの高速サンプリング機能を
有している。信号線１２は、例えば、ＲＳ−２３２Ｃケ
ーブル等である。

【００３９】マイクロコンピュータ１９は、Ａ／Ｄ変換
器１１から取り込んだ増幅信号のデジタル値に基づき、
ガス流路１７内を流れるガスに発生する脈動の振幅及び
周期を計測、解析を行ったり、瞬時流量、通過流量及び
積算値等を算出する。

【００４０】マイクロコンピュータ１９は、ＣＰＵ１９
ａ、ＲＡＭ１９ｂ、ＲＯＭ１９ｃ、書き換え及び読み出
し可能で電源がオフでも記憶可能なＥＥＲＯＭ１９ｄを
有しており、ＣＰＵ１９ａには、ＲＡＭ１９ｂ、ＲＯＭ
１９ｃ、ＥＥＲＯＭ１９ｄの他、Ａ／Ｄ変換器１１が接
続されている。ＥＥＲＯＭ１９ｄは、流量状態、瞬間流
量、積算値、脈動波形の脈動値を記憶するようになって
いる。

【００４１】ＲＡＭ１９ｂは、各種データ記憶用のデー
タエリア及び各種処理作業に用いてワークエリアを有し
ており、ＲＯＭ１９ｃには、ＣＰＵ１９ａに各種処理動
作を行わせるための制御プログラムが格納されている。
ディスプレイ２１は、脈動波形を表示し、プリンタ２３
は、脈動波形をプリントする。

【００４２】マスフローコントローラ２５は、所望の流
量値を設定する設定値入力部２７と、マイクロコンピュ
ータ１９からの流量信号と設定値入力部２７で入力され
た流量値との差を求める比較制御回路２８と、この比較
制御回路２８からの差信号が零になる方向に作動し、設
定された流量値に制御する流量制御バルブ２９とを備え
て構成される。

【００４３】なお、図９中、図２に示す第１実施形態の
脈動解析装置と同一の部分、箇所には、図２において付
したものと同一の引用符号を付して、重複する部分の説
明を省略する。

【００４４】次に、ＲＯＭ１９ｃに格納された制御プロ
グラムに従い、ＣＰＵ１９ａが行う脈動解析処理を、図
１１のフローチャートを参照して説明する。

【００４５】図示しない電源に接続されてマイクロコン
ピュータ１９が起動し、プログラムがスタートすると、
ＣＰＵ１９ａは、まず、図１０に示すように、図示しな
いキーボードやマウスからの脈動判定条件入力受付処理
を行う（ステップＳ１）。

【００４６】このステップＳ１の脈動判定条件入力受付
処理では、図示しないディスプレイに表示される入力要
求画面の内容に従って、マイクロコンピュータ１９の起
動から所定時間の間、キーボードやマウスから脈動の判
定条件のパラメータが入力設定されるのを待ち受け、そ
の所定時間の間に入力されれば、その入力値をＲＡＭ１
９ｂに条件データとして格納し、入力されなければ、Ｒ
ＯＭ１９ｃに格納されているデフォルト値をＲＡＭ１９
ｂに条件データとして格納するという処理を実行する。

【００４７】尚、上述した脈動の判定条件のパラメータ
とは、例えば、Ａ／Ｄ変換器１１から入力される増幅信
号を基に解析されるガス流路１７内のガスの瞬時流量が
周期的に変動した際に、その変動が何周期連続したなら
ばそれを脈動の発生と判定するか、といったものであ
る。

【００４８】ステップＳ１の脈動判定条件入力受付処理
が済んだならば、次に、Ａ／Ｄ変換器１１によりアンプ
９からの増幅信号をＡ／Ｄ変換するサンプリング周期が
到来したか否かを判定し（ステップＳ３）、到来してい
ない場合は（ステップＳ３でＮ）、到来するまでステッ
プＳ３を繰り返す。

【００４９】一方、サンプリング周期が到来した場合は
（ステップＳ３でＹ）、Ａ／Ｄ変換器１１からデジタル
データ化された増幅信号を取り込んで（ステップＳ
５）、その取り込んだデジタルデータをＲＡＭ１９ｂの
過去分バッファエリアに、Ａ／Ｄ変換器１１からの取り
込み順に保存した後（ステップＳ７）、この過去分バッ
ファエリアに格納されたデジタルデータの値の変化を基
に、１０〜２１Ｈｚという脈動固有の周波数によるデジ
タルデータの値の変化が見られるか否かを判定する（ス
テップＳ９）。このステップＳ９における処理は、脈動
有無判別手段を構成する。

【００５０】そのような変化が見られない場合は（ステ
ップＳ９でＮ）、後述するステップＳ２１に進み、その
ような変化が見られる場合は（ステップＳ９でＹ）、変
化が見られると判定された回数が、ＲＡＭ１９ｂに条件
データとして格納されている判定回数だけ連続したか否
かを確認し、連続していない場合は（ステップＳ１１で
Ｎ）、ステップＳ３にリターンする。連続した場合には
（ステップＳ１１でＹ）、脈動と判定し、デジタルデー
タに基づく脈動波形をディスプレイ２１やプリンタ２３
に再現し、この脈動波形から脈動の振幅及び周期、振幅
の最大値、最小値等を解析する（ステップＳ１３）。こ
のステップＳ１３における処理は、脈動解析手段を構成
する。

【００５１】そして、ステップＳ５においてＡ／Ｄ変換
器１１から取り込んだデジタルデータを基に、ガス流路
１７内のガスの瞬時流量を求めてこれをディスプレイ２
１に表示させる（ステップＳ１５）。

【００５２】次に、Ａ／Ｄ変換器１１から取り込まれて
ＲＡＭ１９ｂの過去分バッファエリアに格納された複数
のデジタルデータに基づき、サンプリング毎に平均値を
求める（ステップＳ１７）。そして、デジタルデータに
周期性が発生した時点からの積算値を算出して（ステッ
プＳ１９）、ステップＳ２７に進む。

【００５３】一方、ステップＳ９において過去分バッフ
ァエリアに格納されたデジタルデータの値に、１０〜２
１Ｈｚという脈動固有の周波数による変化が見られない
場合（Ｎ）には、定常流量と判定し（ステップＳ２
１）、Ａ／Ｄ変換器１１から取り込んだデジタルデータ
に基づき、ガス流路１７内のガスの瞬時流量を求めてこ
れをディスプレイ２１に表示させる（ステップＳ２
３）。

【００５４】さらに、求めた瞬時流量に基づきガスの通
過流量を求め、求めたガスの通過流量に基づきサンプリ
ング毎の通過流量の積算値を算出する（ステップＳ２
５）。そして、流量状態、瞬間流量、積算値、脈動の振
幅、周期、最大値、及び最小値等の脈動値等のデータを
ＥＥＲＯＭ１９ｄに保存する（ステップＳ２７）。

【００５５】このように、ヒータエレメント３４を常時
加熱駆動させたマイクロフローセンサ３の出力端子３９
から出力される測温出力信号を、アンプ９で増幅して増
幅信号とした後、１ｍｓ程度の高速サンプリング可能な
Ａ／Ｄ変換器１１によりこの増幅信号を高速でＡ／Ｄ変
換したデジタルデータの変動を基に、ガス流路１７内を
流れるガスに脈動が発生したか否かを判定し、デジタル
データの変動が生じた際には、脈動の振幅及び周期を正
確に計測し、脈動を再現して解析することができる。

【００５６】この場合、マイクロフローセンサ３を用い
るとともに、脈動の最小周期よりも短い周期を持つサン
プリング周期でデジタルデータをサンプリングするた
め、１０Ｈｚ〜２１Ｈｚの脈動流速変化を忠実に捕らえ
ることができるから、１０Ｈｚ〜２１Ｈｚの脈動を容易
に計測することができる。

【００５７】また、ＥＥＲＯＭ１９ｄに保存された脈動
のデータをパーソナルコンピュータ２０に伝送し、パー
ソナルコンピュータ２０で脈動のデータに基づきデータ
解析を行うこともできる。

【００５８】次に、図１１のフローチャートを参照して
マスフローコントローラ２５による流量制御について説
明する。まず、設定値入力部２７が所望の流量値として
設定値を入力すると（ステップＳ３１）、マイクロフロ
ーセンサ３からのセンサ出力は、Ａ／Ｄ変換器１１によ
りデジタル変換され（ステップＳ３３）、デジタルデー
タがマイクロコンピュータ１９から比較制御回路２８に
出力される。

【００５９】そして、比較制御回路２８は、マイクロコ
ンピュータ１９からのデジタルデータが設定値入力部２
７で入力された設定値よりも大きいか否かを判定し（ス
テップＳ３５）、デジタルデータが設定値よりも大きい
場合には、流量制御バルブ２９が閉じる（ステップＳ３
７）。また、デジタルデータが設定値よりも小さい場合
には、流量制御バルブ２９が開く（ステップＳ３９）。

【００６０】このように、マイクロコンピュータ１９か
らのデジタルデータと設定値とを用いて常に一定の流量
に制御することができる。

【００６１】次に、上述した第２実施形態の脈動解析装
置の動作を説明する。まず、マイクロフローセンサ３に
おいては、バッテリ５１からの電力の電圧を定電圧回路
５３により所定の定電圧とした電源５からの電力がヒー
タエレメント３４に供給される。

【００６２】ここで、ガス流路１７内を流れるガスに脈
動が発生している状態では、ガス流路１７内を流れるガ
スの流量が一定であるとすると、マイクロフローセンサ
３の出力端子３９から出力される測温出力信号の波形
が、図８に示す波形のうち、ガスの脈動によりガス流路
１７内に生じるガスの流速変動の周波数に応じた交流信
号成分が重畳された、ガス流量に応じた電位部分が連続
するような波形を呈することになり、アンプ９により測
温出力信号を増幅して得られる増幅信号の波形も、同様
の波形となる。

【００６３】そして、マイクロコンピュータ１９におい
ては、マイクロフローセンサ３の出力端子３９から出力
される測温出力信号をアンプ９により増幅して得られた
増幅信号が、Ａ／Ｄ変換器１１の高速サンプリングによ
りＡ／Ｄ変換されたデジタルデータとして取り込まれ、
その度に、ガス流路１７内を流れるガスの瞬時流量が算
出されてディスプレイ２１に更新表示される。

【００６４】また、Ａ／Ｄ変換器１１を介して取り込ま
れるデジタルデータに、１０〜２０Ｈｚというガス流路
１７内を流れるガスに生じる脈動に固有の周波数による
周期的な変動が発生すると、そのようなデジタルデータ
の変動が始まってからその変動がなくなるまでの間につ
いて、各デジタルデータのサンプリング周期毎に算出さ
れた瞬時流量の平均値を基にして、ガス流路１７内を流
れるガスの通過流量が算出され、この瞬時流量の平均値
を基にしたガスの通過流量を、デジタルデータの連続し
た変動が始まる前までに積算された通過流量に積算され
る。

【００６５】さらに、Ａ／Ｄ変換器１１を介して取り込
まれるデジタルデータの周期的な変動が、図示しないキ
ーボードやマウスから入力設定された、或は、あらかじ
めＲＯＭ１９ｃにデフォルト値として格納されている、
脈動の判定条件のパラメータ中の判定回数に達するほど
連続すると、ガス流路１７内を流れるガスに脈動が発生
したものと判定され、その旨がＥＥＲＯＭ１９ｄにデー
タとして格納される。

【００６６】一方、Ａ／Ｄ変換器１１を介して取り込ま
れるデジタルデータに周期的な変動が発生していない間
は、各デジタルデータのサンプリング周期毎に算出され
た瞬時流量を基にして、ガス流路１７内を流れるガスの
通過流量が、各デジタルデータのサンプリング周期毎に
算出され、算出されたガスの通過流量が、前回のデジタ
ルデータの取り込みの際までに積算された通過流量に積
算される。

【００６７】このように第２実施形態の脈動解析装置に
よっても、第１実施形態の脈動解析装置と同様の効果が
得られる。

【００６８】

【発明の効果】請求項１の発明の脈動解析方法、請求項
２の発明の脈動解析装置によれば、流路上に設置された
マイクロフローセンサのヒータエレメントにより流路を
流れる流体を加熱し、ヒータエレメントを挟んで流体の
上流側と下流側とに各々配置された測温エレメントによ
り流体の温度を検出して流体の温度に応じた電気信号を
出力し、各測温エレメントから各々出力される電気信号
の差値を一定時間毎にサンプリングしてデジタル変換
し、変換されたデジタルデータに基づき流体における脈
動の有無を判別し、流体に脈動があると判別されたと
き、デジタルデータに含まれる脈動による脈動波形を再
現して脈動を解析するため、流体の脈動を精度良く計測
し、その出力をデジタル値により脈動波形を正確に再現
して脈動を解析することができる。

【００６９】請求項３の発明によれば、脈動有無判別手
段は、デジタルデータの変化に周期性があるか否かによ
って流体における脈動の有無を判別するため、デジタル
データの変化に周期性があれば、脈動が有りと容易に判
別できる。

【００７０】請求項４の発明によれば、データ変換手段
は、流路を流れる流体に起こり得る脈動の最小周期より
も短い周期を持つクロック信号により電気信号の差値を
デジタル変換するため、脈動の最小周期程度の脈動波形
を正確に計測することができる。

【００７１】請求項５の発明によれば、脈動解析手段
は、脈動波形により脈動の振幅及び周期を解析するた
め、脈動がどの程度かを容易に把握することができ、こ
れによって脈動分だけ補正すれば、正確な流量値を得る
ことができる。

【００７２】請求項６の発明によれば、前記デジタルデ
ータをそれぞれ流量値に補正したデジタルデータとする
ことにより、正確に流量脈動を計測することができる。

【００７３】請求項７の発明によれば、流量計測手段が
デジタルデータに基づき流体の流量を計測し、設定値入
力手段が所望の流量値を設定すると、比較制御手段は、
流量計測手段で計測された流量値と設定値入力手段で設
定された流量値とを比較し、流量制御手段は、比較制御
手段の比較結果に基づき設定された流量値に制御するた
め、流路に流れる流体の流量値を常に設定された流量値
に制御することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脈動解析装置の基本構成図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る脈動解析装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図３】図２のマイクロフローセンサの配置を示す説明
図である。

【図４】図３のマイクロフローセンサの概略構成を示す
側面図である。

【図５】図３のマイクロフローセンサの概略構成を示す
平面図である。

【図６】図２のマイクロフローセンサの駆動回路図であ
る。

【図７】図２のガス流路内を流れるガスに脈動が発生し
ていない状態における、図３の出力端子から出力される
マイクロフローセンサの測温出力信号の波形を示すグラ
フである。

【図８】図２のガス流路内を流れるガスに脈動が発生し
ている状態における、図３の出力端子から出力されるマ
イクロフローセンサの測温出力信号の波形を示すグラフ
である。

【図９】本発明の第２実施形態に係る脈動解析装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図１０】図９のマイクロのＲＯＭに格納された制御プ
ログラムに従いＣＰＵが行うガスの流量計測処理を示す
フローチャートである。

【図１１】図９のマイクロコンピュータのＲＯＭに格納
された制御プログラムに従いＣＰＵが行うガスの流量計
測処理を示すフローチャートである。

【図１２】従来の熱線式センサを使用したマスフローメ
ータを示す構成図である。

【図１３】図１２に示すマスフローセンサを含むマスフ
ローコントローラを示す構成図である。

【符号の説明】

３ マイクロフローセンサ ５ 電源 １１ Ａ／Ｄ変換器 １７ 流路 １９ マイクロコンピュータ １９ａ ＣＰＵ １９ｂ ＲＡＭ １９ｃ ＲＯＭ １９Ａ データ変換手段 １９Ｂ 脈動有無判別手段 １９Ｃ 脈動解析手段 ２１ ディスプレイ ２３ プリンタ ２５ マスフローコントローラ ３２，３３ サーモパイル（測温エレメント） ３４ ヒータエレメント

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路上に設置されたマイクロフローセン
   サのヒータエレメントにより前記流路を流れる流体を加
   熱し、前記ヒータエレメントを挟んで前記流体の上流側
   と下流側とに各々配置された測温エレメントにより前記
   流体の温度を検出して前記流体の温度に応じた電気信号
   を出力する出力ステップと、 前記各測温エレメントから各々出力される前記電気信号
   の差値を一定時間毎にサンプリングしてデジタル変換す
   るデータ変換ステップと、 変換されたデジタルデータに基づき前記流体における脈
   動の有無を判別する脈動有無判別ステップと、 前記流体に脈動があると判別されたとき、前記デジタル
   データに含まれる前記脈動による脈動波形を再現して前
   記脈動を解析する脈動解析ステップと、を含むことを特
   徴とする脈動解析方法。
2. 【請求項２】 流路上に設置され、該流路を流れる流体
   を加熱するヒータエレメント及びこのヒータエレメント
   を挟んで前記流体の上流側と下流側とに各々配置され且
   つ流体の温度を検出して流体の温度に応じた電気信号を
   出力する測温エレメントを有するマイクロフローセンサ
   と、 前記各測温エレメントから各々出力される前記電気信号
   の差値を一定時間毎にサンプリングしてデジタル変換す
   るデータ変換手段と、 このデータ変換手段で変換されたデジタルデータに基づ
   き前記流体における脈動の有無を判別する脈動有無判別
   手段と、 この脈動有無判別手段により前記流体に脈動があると判
   別されたとき、前記デジタルデータに含まれる前記脈動
   による脈動波形を再現して前記脈動を解析する脈動解析
   手段と、を備えることを特徴とする脈動解析装置。
3. 【請求項３】 前記脈動有無判別手段は、前記デジタル
   データの変化に周期性があるか否かによって前記流体に
   おける脈動の有無を判別することを特徴とする請求項２
   記載の脈動解析装置。
4. 【請求項４】 前記データ変換手段は、前記流路を流れ
   る流体に起こり得る前記脈動の最小周期よりも短い周期
   を持つクロック信号により前記電気信号の差値をデジタ
   ル変換することを特徴とする請求項２または請求項３記
   載の脈動解析装置。
5. 【請求項５】 前記脈動解析手段は、前記脈動波形によ
   り脈動の振幅及び周期を解析することを特徴とする請求
   項２乃至請求項４のいずれか１項記載の脈動解析装置。
6. 【請求項６】 前記デジタルデータをそれぞれ流量値に
   補正したデジタルデータとすることを特徴とする請求項
   ２乃至請求項５のいずれか１項記載の脈動解析装置。
7. 【請求項７】 前記デジタルデータに基づき前記流体の
   流量を計測する流量計測手段と、 所望の流量値を設定する設定値入力手段と、 前記流量計測手段で計測された流量値と前記設定値入力
   手段で設定された流量値とを比較する比較制御手段と、 この比較制御手段の比較結果に基づき前記設定された流
   量値に制御する流量制御手段と、を備えることを特徴と
   する請求項２乃至請求項６のいずれか１項記載の脈動解
   析装置。