JP2018179743A - Flow sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配管を流れる液体の温度差で流量を測定可能なフローセンサに関する。 The present invention relates to a flow sensor capable of measuring a flow rate by a temperature difference of a liquid flowing through a pipe.
従来、発熱体を挟む２つの温度センサの温度差によって流体の流量を測定するフローセンサが知られている。例えば、特許文献１では、流体を通す管に取り付けた発熱体と、管の発熱体の上流側及び下流側にそれぞれ設けた上流側及び下流側温度検出手段と、両温度検出手段の検出温度差に基づいて管を通過する流体の流量を求める演算手段とを有した熱式流量計が記載されている。
Conventionally, a flow sensor is known that measures the flow rate of fluid by the temperature difference between two temperature sensors sandwiching a heating element. For example, in
また、特許文献２では、流体が流通するＵ字形流管と、Ｕ字形流管に巻き付けられた抵抗線の加熱手段と、加熱手段の前後でＵ字形流管に巻き付けられ温度を測定する一対の感熱抵抗線とを備えた熱式流量センサが記載されている。
さらに、特許文献３では、２つの感熱抵抗素子を支持している２つの基板にガスが流れる通路を形成する筒体が設けられ、その外表面上に抵抗線のヒータが巻きつけられているフローセンサが記載されている。
これらフローセンサは、温度を検出する一対のセンサだけでなく、一対のセンサの間に発熱体を設けることで、流量だけでなく流れの方向も検知することが可能であると共に、流れの方向にかかわらず、流量測定が可能である。
Further, in
Furthermore, in patent document 3, a cylinder which forms a passage through which gas flows is provided on two substrates supporting two thermal resistance elements, and a flow in which a heater of a resistance wire is wound on the outer surface thereof Sensors are described.
These flow sensors can detect not only the flow rate but also the flow direction by providing a heating element between the pair of sensors in addition to the pair of sensors that detect temperature, and in the flow direction Regardless, flow measurement is possible.
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上記従来のフローセンサでは、配管に流れる流体が液体である場合、配管内の液体の液面高さが変化してしまうと、正確に流量を測定することができないという不都合があった。特に、配管に流れる液体が少量で液面が低いほど、流量測定の精度が低下してしまう問題があった。
The following problems remain in the above-mentioned prior art.
In the above-mentioned conventional flow sensor, when the fluid flowing in the pipe is a liquid, there is a disadvantage that the flow rate can not be measured accurately if the liquid level in the liquid in the pipe changes. In particular, there has been a problem that as the amount of liquid flowing into the pipe is small and the liquid level is low, the accuracy of flow rate measurement is lowered.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、配管に流れる液体の液面高さが変化しても高精度に流量を測定可能なフローセンサを提供することを目的とする。 The present invention is made in view of the above-mentioned subject, and an object of the present invention is to provide a flow sensor which can measure a flow rate with high precision, even if liquid level height of a fluid which flows into piping changes.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るフローセンサは、液体が流れる配管のうち水平に延在した部分の外周面に設置されるフローセンサであって、前記配管の外周面に貼り付けられる又は巻き付けられる絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの表面又は裏面に前記配管の軸線方向に互いに間隔を空けて形成された一対の温度センサ部と、前記絶縁性フィルムの表面又は裏面に一対の前記温度センサ部の間で一対の前記温度センサ部と間隔を空けて形成された電気抵抗により発熱する発熱体とを備え、前記発熱体が、前記配管の外周面の少なくとも下端部に配され、前記温度センサ部が、前記配管の周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部を備えていることを特徴とする。 The present invention adopts the following configuration in order to solve the problems. That is, the flow sensor according to the first aspect of the present invention is a flow sensor installed on the outer peripheral surface of a horizontally extending portion of the pipe through which liquid flows, and is insulated or stuck to the outer peripheral surface of the pipe Film, a pair of temperature sensor portions formed on the surface or the back surface of the insulating film at intervals in the axial direction of the pipe, and a pair of the temperature sensor portions on the surface or the back surface of the insulating film A pair of temperature sensors and a heating element generating heat due to an electrical resistance formed at an interval therebetween, the heating element is disposed at least at the lower end of the outer peripheral surface of the pipe, and the temperature sensor is A plurality of unit sensor portions are provided which are arranged from the lower end to the upper end in the circumferential direction of the pipe.
このフローセンサでは、温度センサ部が、配管の周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部を備えているので、配管の周方向において液体が接触している部分に対向した単位センサ部の検出温度と、液体が接触していない部分に対向した単位センサ部の検出温度とから液体の液面高さが検出でき、液面高さに応じた液体の流量を算出することが可能になる。
すなわち、配管の周方向において液体が接触していない部分に対向していると共に同じ高さに並んだ上流側と下流側との一対の単位センサ部による検出温度差は、液体が接触している部分に対向していると共に同じ高さに並んだ上流側と下流側との一対の単位センサ部による検出温度差より小さく検出される。このように各高さの上流側と下流側とで対になる単位センサ部の検出温度差から液面高さを求めることができ、液面高さに応じた液体の流量を算出することができる。なお、単位センサ部は、少なくとも配管の下部と上部との２カ所に設置することが好ましいが、液面高さの検出精度を上げるためには、より多くの単位センサ部を配管の周方向に沿って並べることが望ましい。
なお、配管の外側に取り付けられるため、腐食性の液体等でも影響を受けずに、流量測定が可能である。
In this flow sensor, since the temperature sensor unit includes a plurality of unit sensor units arranged from the lower end to the upper end in the circumferential direction of the pipe, the unit facing the liquid contact portion in the circumferential direction of the pipe The liquid level height of the liquid can be detected from the detected temperature of the sensor unit and the detected temperature of the unit sensor unit facing the portion not in contact with the liquid, and the flow rate of the liquid according to the liquid level height can be calculated It will be possible.
That is, the liquid is in contact with the temperature difference detected by the pair of unit sensor portions on the upstream side and the downstream side which are opposed to the portion where the liquid does not contact in the circumferential direction of the pipe and arranged at the same height. It is detected smaller than the temperature difference detected by the pair of unit sensor parts on the upstream side and the downstream side which are opposite to each other and arranged at the same height. As described above, the liquid level height can be obtained from the detection temperature difference of the unit sensor unit which is paired on the upstream side and the downstream side of each height, and the flow rate of the liquid according to the liquid level height can be calculated. it can. Although it is preferable to install the unit sensor sections at least at two places, the lower part and the upper part of the pipe, in order to improve the detection accuracy of the liquid level, more unit sensor parts in the circumferential direction of the pipe It is desirable to arrange along.
In addition, since it is attached to the outer side of the piping, it is possible to measure the flow rate without being affected by a corrosive liquid or the like.
第２の発明に係るフローセンサは、第１の発明において、前記単位センサ部が、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部と、前記薄膜サーミスタ部に形成された一対の対向電極とを備えていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、単位センサ部が、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部と、薄膜サーミスタ部に形成された一対の対向電極とを備えているので、配管の外周面に貼り付け又は巻き付ける際に薄い薄膜サーミスタ部が絶縁性フィルムと共に曲げ易いと共に、膜状の薄膜サーミスタ部が面接触していることで、線状の抵抗体を用いた温度センサに比べて、より高精度な温度測定が可能になる。
In the flow sensor according to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the unit sensor portion includes a thin film thermistor portion formed of a thermistor material, and a pair of opposing electrodes formed on the thin film thermistor portion. It is characterized by
That is, in this flow sensor, since the unit sensor unit includes the thin film thermistor unit formed of the thermistor material and the pair of opposing electrodes formed on the thin film thermistor unit, the unit sensor unit is attached or wound around the outer peripheral surface of the pipe. When the thin film thermistor unit is easily bent together with the insulating film, and the film type thin film thermistor unit is in surface contact, a more accurate temperature measurement can be performed compared to a temperature sensor using a linear resistor. Becomes possible.
第３の発明に係るフローセンサは、第２の発明において、前記発熱体と前記薄膜サーミスタ部とが、同じ材料で形成されていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、発熱体と薄膜サーミスタ部とが、同じ材料で形成されているので、同一プロセスで両者を同時に形成することができると共に、互いに異なる材料を用意する必要が無く、製造工程の削減及び材料コストの低減を図ることができる。
The flow sensor according to the third invention is characterized in that in the second invention, the heat generating body and the thin film thermistor portion are formed of the same material.
That is, in this flow sensor, since the heating element and the thin film thermistor portion are formed of the same material, both can be formed simultaneously in the same process, and it is not necessary to prepare different materials. And material costs can be reduced.
第４の発明に係るフローセンサは、第１から第３のいずれかの発明において、前記配管に接続され前記配管の一部となって液体が内部を流通する筒部材を備え、前記絶縁性フィルムが、前記筒部材の外周面に貼り付け又は巻き付けされていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、絶縁性フィルムが、筒部材の外周面に貼り付け又は巻き付けされているので、筒部材を配管に接続するだけで、容易にフローセンサを設置することができる。
The flow sensor according to a fourth aspect of the present invention is the flow sensor according to any one of the first to third aspects, further comprising: a tubular member connected to the pipe to become a part of the pipe and a liquid flows therethrough; Is stuck or wound around the outer peripheral surface of the cylindrical member.
That is, in this flow sensor, since the insulating film is stuck or wound around the outer peripheral surface of the cylindrical member, the flow sensor can be easily installed only by connecting the cylindrical member to the pipe.
第５の発明に係るフローセンサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性フィルムが、前記配管の全周にわたって巻回され、前記発熱体が、前記配管の略全周にわたって延在していることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、発熱体が、配管の略全周にわたって延在しているので、発熱体が配管の全周を加熱することができ、液面が高い場合も発熱体から液体に熱を効率的に加えることができる。
In the flow sensor according to the fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the insulating film is wound around the entire circumference of the pipe, and the heating element is substantially over the entire circumference of the pipe It is characterized by extending.
That is, in this flow sensor, since the heating element extends over substantially the entire circumference of the pipe, the heating element can heat the entire circumference of the pipe, and even if the liquid level is high, the heat from the heating element to the liquid Can be added efficiently.
第６の発明に係るフローセンサは、第１から第５の発明のいずれかにおいて、複数の前記単位センサ部が、前記絶縁性フィルムの表面に互いに離間して形成され、前記絶縁性フィルムの裏面であって複数の前記単位センサ部に対向した部分に前記絶縁性フィルムより熱伝導性が高い複数のセンサ用熱伝導体膜が、互いに離間してパターン形成されていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、絶縁性フィルムの裏面であって複数の単位センサ部に対向した部分に絶縁性フィルムより熱伝導性が高い複数のセンサ用熱伝導体膜が、互いに離間してパターン形成されているので、センサ用熱伝導体膜によって各単位センサ部に高い熱伝導性で熱を伝えることができる。また、各センサ用熱伝導体膜は、互いに離間して接触していないため、熱伝導体膜間での直接の熱伝導がなく、隣接する他の単位センサ部への影響を抑制することができる。
A flow sensor according to a sixth aspect of the invention is the flow sensor according to any of the first to fifth aspects, wherein the plurality of unit sensor portions are formed apart from each other on the surface of the insulating film, and the back surface of the insulating film And a plurality of sensor thermal conductor films having a thermal conductivity higher than that of the insulating film are patterned to be spaced apart from each other at portions facing the plurality of unit sensor portions.
That is, in this flow sensor, a plurality of sensor thermal conductor films having a thermal conductivity higher than that of the insulating film are separated from each other on the back surface of the insulating film and in a portion facing the plurality of unit sensor portions Because of this, heat can be transferred to each unit sensor portion with high thermal conductivity by the thermal conductor film for the sensor. In addition, since the thermal conductive films for each sensor are not separated and in contact with each other, there is no direct thermal conduction between the thermal conductive films, and the influence on the other adjacent unit sensor parts can be suppressed. it can.
第７の発明に係るフローセンサは、第１から第６の発明のいずれかにおいて、前記発熱体が、前記絶縁性フィルムの表面に形成され、前記絶縁性フィルムの裏面であって前記発熱体に対向した部分に前記絶縁性フィルムより熱伝導性が高い発熱体用熱伝導体膜がパターン形成されていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、絶縁性フィルムの裏面であって発熱体に対向した部分に絶縁性フィルムより熱伝導性が高い発熱体用熱伝導体膜がパターン形成されているので、発熱体用熱伝導体膜によって発熱体の熱を高い熱伝導性で直下の液体に伝えることができる。
In the flow sensor according to the seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the heat generating body is formed on the surface of the insulating film, and the heat generating body is a back surface of the insulating film. It is characterized in that a heat conductor film for a heating element having a thermal conductivity higher than that of the insulating film is formed in a pattern on the facing portion.
That is, in this flow sensor, a heat conductor film for heat generating body having a thermal conductivity higher than that of the insulating film is pattern formed on the back surface of the insulating film and in a portion facing the heat generating body. The conductor film can transfer the heat of the heating element to the liquid immediately below with high thermal conductivity.
第８の発明に係るフローセンサは、第１から第６の発明のいずれかにおいて、一対の前記温度センサ部が、前記絶縁性フィルムの表面に形成され、前記発熱体が、前記絶縁性フィルムの裏面に形成されていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、一対の温度センサ部が、絶縁性フィルムの表面に形成され、発熱体が、絶縁性フィルムの裏面に形成されているので、発熱体の熱がより液体に伝わりやすくなると共に、温度センサ部は発熱体の反対面に設けられているため、同一面に設けられている場合よりも、発熱体からの熱の影響がさらに抑制される。
A flow sensor according to an eighth invention is the flow sensor according to any one of the first to sixth inventions, wherein the pair of temperature sensor portions are formed on the surface of the insulating film, and the heating element is the insulating film. It is characterized in that it is formed on the back side.
That is, in this flow sensor, since the pair of temperature sensor portions are formed on the surface of the insulating film and the heating element is formed on the back surface of the insulating film, the heat of the heating element is more easily transmitted to the liquid In addition, since the temperature sensor unit is provided on the opposite surface of the heat generating element, the influence of heat from the heat generating element is further suppressed as compared with the case where the temperature sensor section is provided on the same surface.
第９の発明に係るフローセンサは、第１から第８の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性フィルム、一対の前記温度センサ部及び前記発熱体を覆うケース部を備えていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、絶縁性フィルム、一対の温度センサ部及び発熱体を覆うケース部を備えているので、ケース部により外界の影響を遮断することができる。
A flow sensor according to a ninth invention is characterized in that, in any one of the first to the eighth inventions, the insulating film, the pair of the temperature sensor parts, and the case part covering the heating element. .
That is, in this flow sensor, since the case part which covers an insulating film, a pair of temperature sensor part, and a heat generating body is provided, the influence of the external world can be interrupted by a case part.
第１０の発明に係るフローセンサは、第１から第８の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性フィルム、一対の前記温度センサ部及び前記発熱体を封止する絶縁性の被覆体を備えていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、絶縁性フィルム、一対の温度センサ部及び発熱体を封止する絶縁性の被覆体を備えているので、被覆体により外界の影響を遮断することができる。
The flow sensor according to a tenth aspect of the present invention is the flow sensor according to any of the first to eighth aspects, further including an insulating covering that seals the insulating film, the pair of temperature sensors and the heating element. It is characterized by
That is, in this flow sensor, since the insulating film, the pair of temperature sensor portions, and the insulating covering that seals the heating element are provided, the influence of the outside can be blocked by the covering.
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るフローセンサによれば、温度センサ部が、配管の周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部を備えているので、配管の周方向において液体が接触している部分に対向した単位センサ部の検出温度と、液体が接触していない部分に対向した単位センサ部の検出温度とから液体の液面高さが検出でき、液面高さに応じた液体の流量を算出することが可能になる。
According to the present invention, the following effects are achieved.
That is, according to the flow sensor of the present invention, since the temperature sensor unit includes a plurality of unit sensor units arranged from the lower end to the upper end in the circumferential direction of the pipe, the liquid contacts in the circumferential direction of the pipe The liquid level height of the liquid can be detected from the detection temperature of the unit sensor part facing the part and the detection temperature of the unit sensor part facing the part not in contact with the liquid, and the liquid according to the liquid level height It is possible to calculate the flow rate of
以下、本発明に係るフローセンサにおける第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面の一部では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, a first embodiment of a flow sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. In addition, in a part of the drawings used in the following description, the scale is appropriately changed as necessary in order to make each part have a recognizable or easily recognizable size.
本実施形態のフローセンサ１は、図１から図３に示すように、液体Ｌが流れる配管Ｐのうち水平に延在した部分の外周面に設置されるフローセンサであって、配管Ｐの外周面に貼り付けられる又は巻き付けられる絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２の表面又は裏面に配管Ｐの軸線方向に互いに間隔を空けて形成された一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂと、絶縁性フィルム２の表面又は裏面に一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂの間で一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂと間隔を空けて形成された電気抵抗により発熱する発熱体４とを備えている。なお、本実施形態では、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂと発熱体４とが絶縁性フィルム２の表面に設けられている。
The
また、本実施形態のフローセンサ１は、配管Ｐに接続され配管Ｐの一部となって液体Ｌが内部を流通する筒部材７を備えている。本実施形態では、配管Ｐと同じ内径とされた円筒状の筒部材７を配管Ｐの途中に接続している。
上記発熱体４は、配管Ｐの外周面の少なくとも下端部に配されている。本実施形態では、配管Ｐの外周面の下端部に発熱体４を配している。
Further, the
The heating element 4 is disposed at least at the lower end of the outer peripheral surface of the pipe P. In the present embodiment, the heating element 4 is disposed at the lower end portion of the outer peripheral surface of the pipe P.
上記温度センサ部３Ａ，３Ｂは、配管Ｐの周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部３ａを備えている。
上記単位センサ部３ａは、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部５と、薄膜サーミスタ部５の上又は下に互いに対向して形成された一対の対向電極６とを備えている。なお、本実施形態では、一対の対向電極６は、薄膜サーミスタ部５の上に形成されている。
The
The
また、絶縁性フィルム２は、配管Ｐの全周にわたって巻回されている。なお、本実施形態では、配管Ｐに接続されて配管Ｐの一部を構成している筒部材７に絶縁性フィルム２を巻回してフローセンサ１を取り付けているが、筒部材７を使用せず、配管Ｐに絶縁性フィルム２を直接巻回してフローセンサ１を取り付けても構わない。
The insulating
さらに、複数の単位センサ部３ａは、配管Ｐの周方向に互いに等間隔に離間して全周にわたって並んでいる。本実施形態では、図２及び図４に示すように、６つの単位センサ部３ａが周方向に設置されており、そのうちの２つは下端部と上端部とに配されている。
なお、単位センサ部３ａは、少なくとも配管Ｐの下部と上部との２カ所に設置することが好ましいが、液面高さの検出精度を上げるためには、より多くの単位センサ部３ａを配管Ｐの周方向に沿って並べることが望ましい。
Furthermore, the plurality of
Although it is preferable to install the
上記絶縁性フィルム２は、図２に示すように、長方形状又は帯状に形成されており、複数の単位センサ部３ａは、絶縁性フィルム２の長手方向に並んで設けられている。
したがって、本実施形態では、絶縁性フィルム２が、長手方向を筒部材７の周方向に沿わせて筒部材７の外周面に裏面側を向けて巻き付けた状態で取り付けられている。なお、絶縁性フィルム２を筒部材７に固定するため、接着剤で筒部材７の外周面に接着しても構わない。
上記絶縁性フィルム２は、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで形成されている。なお、絶縁性フィルム２は、他にＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート，ＰＥＮ：ポリエチレンナフタレート，ＬＣＰ：液晶ポリマー等でも作製できる。
As shown in FIG. 2, the insulating
Therefore, in the present embodiment, the insulating
The insulating
複数の単位センサ部３ａは、絶縁性フィルム２の表面に互いに離間して形成され、図３に示すように、絶縁性フィルム２の裏面であって複数の単位センサ部３ａに対向した部分に絶縁性フィルム２より熱伝導性が高い複数のセンサ用熱伝導体膜８が、互いに離間してパターン形成されている。
また、絶縁性フィルム２の裏面であって発熱体４に対向した部分には、絶縁性フィルム２より熱伝導性が高い発熱体用熱伝導体膜９がパターン形成されている。
上記センサ用熱伝導体膜８及び発熱体用熱伝導体膜９は、例えば銅箔等の金属膜で単位センサ部３ａ又は発熱体４の形状に応じて矩形状等に形成されている。
The plurality of
Further, a heat conductor
The sensor
上記薄膜サーミスタ部５は、フレキシブル性を有したサーミスタ膜であって、例えばスパッタリングで成膜されたＭ−Ａｌ−Ｎ膜（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示す）である。
すなわち、薄膜サーミスタ部５は、一般式：ＭｘＡｌｙＮｚ（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示す。０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９８、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。なお、これらの膜については、フレキシブル性と良好なサーミスタ特性とが確認されている。また、薄膜サーミスタ部５には、サーミスタ特性を大きく変えない範囲内において、酸素が含まれていてもよい。
The thin
That is, the thin
なお、本実施形態では、特にＴｉ−Ａｌ−Ｎのサーミスタ材料で矩形状に形成された薄膜サーミスタ部５を採用している。すなわち、この薄膜サーミスタ部５は、一般式：ＴｉｘＡｌｙＮｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。
In the present embodiment, the thin
上記発熱体４は、短くジグザグに屈曲した線状にパターン形成され、例えば通電により加熱する抵抗加熱が可能なニッケル膜やサーミスタ膜等でパターン形成されている。特に、発熱体４と薄膜サーミスタ部５とを同じ材料で形成することが好ましい。本実施形態では、上記Ｔｉ−Ａｌ−Ｎで発熱体４も形成している。この場合、薄膜サーミスタ部５をスパッタリング等で形成する際に、同時に発熱体４も成膜し、パターニングも両者を同時に行う。
The heating element 4 is pattern-formed in a linear pattern bent in a short zigzag, and for example, is formed by a nickel film, a thermistor film or the like which can be resistively heated by heating. In particular, the heating element 4 and the thin
上記一対の対向電極６は、互いに対向して櫛型状にパターン形成された櫛型電極であり、交互に配された複数の櫛部６ａを有している。
これら一対の対向電極６は、例えば膜厚５〜１００ｎｍのＣｒ又はＮｉＣｒの接合層と、該接合層上にＡｕ等の貴金属で膜厚５０〜１０００ｎｍ形成された電極層とを有している。
The pair of
The pair of
一対の対向電極６の基端部には、一対のセンサ用パッド部６ｂが設けられており、外部の回路と接続可能とされている。
また、発熱体４の両端部には、センサ用パッド部６ｂと並んで配された一対の発熱体用パッド部４ａが設けられている。
A pair of
Further, at both end portions of the heat generating body 4, a pair of heat generating
なお、ポリイミド樹脂等で形成された薄い絶縁性保護膜を、センサ用パッド部６ｂ及び発熱体用パッド部４ａを除き、一対の対向電極６を含む薄膜サーミスタ部５上や発熱体４上に、スクリーン印刷等で部分的にパターン形成しても構わない。
図１及び図３中、液体Ｌの流れる方向は、二点鎖線の矢印で示している。また、図２中、一対の対向電極６、薄膜サーミスタ部５及び発熱体４には、ハッチングを施している。
A thin insulating protective film formed of polyimide resin or the like is formed on the
In FIGS. 1 and 3, the flow direction of the liquid L is indicated by a double-dotted arrow. Further, in FIG. 2, the pair of
各単位センサ部３ａのセンサ用パッド部６ｂには、それぞれ単位センサ部３ａの出力に基づいて液体Ｌの温度を算出する一対の温度演算部１１が接続されている。一対の温度演算部１１は、それぞれ対応する上流側の温度センサ部３Ａと下流側の温度センサ部３Ｂとの各単位センサ部３ａに接続されている。
また、発熱体４の発熱体用パッド部４ａには、発熱体４の温度を所定の温度に制御する発熱体制御部１２が接続されている。
さらに、一対の温度演算部１１と発熱体制御部１２とには、算出した一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂの各単位センサ部３ａにおける各検出温度及び検出温度差と、発熱体４による液体Ｌへの加熱量と、液体Ｌの物性値とに基づいて液体Ｌの液面レベルと液体Ｌの流量とを算出する流量演算装置１３が接続されている。
A pair of
Further, a heating
Furthermore, in the pair of
本実施形態のフローセンサ１において、液体Ｌの液面高さを検出するには、例えば、図４の（ａ）に示すように、液体Ｌの液面が低い場合、上端部に位置する単位センサ部３ａと、上端から一段下に位置する単位センサ部３ａは、対向する筒部材７の内周面に液体Ｌが接触していないため、同じ高さの上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａによる検出温度差が小さくなる。また、下端部に位置する単位センサ部３ａと、下端から１段上に位置する単位センサ部３ａは、対向する筒部材７の内周面に液体Ｌが接触しているため、同じ高さの上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａによる検出温度差が大きくなる。これらから液面が下端から１段上の単位センサ部３ａと２段上の単位センサ部３ａとの間にあることが検出される。したがって、この液面の高さに基づいて液体Ｌの流量を算出することができる。
In the
また、図４の（ｂ）に示すように、液体Ｌの液面が高い場合、上端部に位置する単位センサ部３ａは、対向する筒部材７の内周面に液体Ｌが接触していないため、同じ高さの上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａによる検出温度差が小さくなる。また、下端部に位置する単位センサ部３ａと、下端から１段上及び２段上に位置する単位センサ部３ａは、対向する筒部材７の内周面に液体Ｌが接触しているため、同じ高さの上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａによる検出温度差が大きくなる。これらから液面が上端の単位センサ部３ａと上端から１段下の単位センサ部３ａとの間にあることが検出される。したがって、この液面の高さに基づいて液体Ｌの流量を算出することができる。
Further, as shown in (b) of FIG. 4, when the liquid level of the liquid L is high, the
このように本実施形態のフローセンサ１では、温度センサ部３Ａ，３Ｂが、配管Ｐの周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部３ａを備えているので、図４に示すように、配管Ｐの周方向において筒部材７の内周面で液体Ｌが接触している部分に対向した下部の単位センサ部３ａの検出温度と、液体Ｌが接触していない部分に対向した上部の単位センサ部３ａの検出温度とから液体Ｌの液面高さが検出でき、液面高さに応じた液体Ｌの流量を算出することが可能になる。
As described above, in the
すなわち、配管Ｐの周方向において液体Ｌが接触していない部分に対向していると共に同じ高さに並んだ上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａ（上部の単位センサ部３ａ）による検出温度差は、液体Ｌが接触している部分に対向していると共に同じ高さに並んだ上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａ（下部の単位センサ部３ａ）による検出温度差より小さく検出される。このように各高さの上流側と下流側とで対になる単位センサ部３ａの検出温度差から液面高さを求めることができ、液面高さに応じた液体Ｌの流量を算出することができる。なお、配管Ｐの外側に取り付けられるため、腐食性の液体等でも影響を受けずに、流量測定が可能である。
That is, by the pair of
また、単位センサ部３ａが、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部５と、薄膜サーミスタ部５に形成された一対の対向電極６とを備えているので、配管Ｐの外周面に貼り付け又は巻き付ける際に薄い薄膜サーミスタ部５が絶縁性フィルム２と共に曲げ易いと共に、膜状の薄膜サーミスタ部５が面接触していることで、線状の抵抗体を用いた温度センサに比べて、より高精度な温度測定が可能になる。
Further, since the
また、絶縁性フィルム２が、筒部材７の外周面に貼り付け又は巻き付けされているので、筒部材７を配管Ｐに接続するだけで、容易にフローセンサ１を設置することができる。
また、絶縁性フィルム２の裏面であって複数の単位センサ部３ａに対向した部分に絶縁性フィルム２より熱伝導性が高い複数のセンサ用熱伝導体膜８が、互いに離間してパターン形成されているので、センサ用熱伝導体膜８によって各単位センサ部３ａに高い熱伝導性で熱を伝えることができる。また、各センサ用熱伝導体膜８は、互いに離間して接触していないため、熱伝導体膜間での直接の熱伝導がなく、隣接する他の単位センサ部３ａへの影響を抑制することができる。
Moreover, since the insulating
In addition, a plurality of thermal conductor films for
さらに、絶縁性フィルム２の裏面であって発熱体４に対向した部分に絶縁性フィルム２より熱伝導性が高い発熱体用熱伝導体膜９がパターン形成されているので、発熱体用熱伝導体膜９によって発熱体４の熱を高い熱伝導性で直下の液体Ｌに伝えることができる。
さらに、薄膜サーミスタ部５が、上記ＭｘＡｌｙＮｚで示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相であるので、非焼成で成膜可能で柔軟性を有して高Ｂ定数の薄膜サーミスタ部５により、絶縁性フィルム２の曲げに追従して柔軟に薄膜サーミスタ部５が湾曲可能であると共に、高精度な温度測定が可能になる。
また、発熱体４と薄膜サーミスタ部５とを同じ材料で形成することで、同一プロセスで両者を同時に形成することができると共に、互いに異なる材料を用意する必要が無く、製造工程の削減及び材料コストの低減を図ることができる。
Furthermore, a heat conductor thermal
Furthermore, since the thin
In addition, by forming the heating element 4 and the thin
次に、本発明に係るフローセンサの第２から第５実施形態について、図４から図８を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。 Next, second to fifth embodiments of the flow sensor according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 4 to 8. In the following description of each embodiment, the same components as those described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４が、いずれも絶縁性フィルム２の表面に形成されているのに対し、第２実施形態のフローセンサ２１では、図５に示すように、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂが、絶縁性フィルム２の表面に形成され、発熱体４が、絶縁性フィルム２の裏面に形成されている点である。
The second embodiment differs from the first embodiment in that in the first embodiment, the pair of
また、第２実施形態では、発熱体用絶縁膜２９が発熱体４を覆ってパターン形成されている。特に、金属製の筒部材７を採用した場合、発熱体４と筒部材７との電気的絶縁を図るために、発熱体４を発熱体用絶縁膜２９で覆うことが好ましい。
このように第２実施形態のフローセンサ２１では、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂが、絶縁性フィルム２の表面に形成され、発熱体４が、絶縁性フィルム２の裏面に形成されているので、発熱体４の熱がより液体に伝わりやすくなると共に、温度センサ部３Ａ，３Ｂは発熱体４の反対面に設けられているため、同一面に設けられている場合よりも、発熱体４からの熱の影響がさらに抑制される。
In the second embodiment, the insulating
As described above, in the
次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、発熱体４が配管Ｐ（筒部材７）の下部にだけ対向して部分的に設けられているのに対し、第３実施形態のフローセンサでは、図６に示すように、発熱体３４が、配管Ｐ（筒部材７）の略全周にわたって延在している点である。
Next, the difference between the third embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the heating element 4 is partially provided to face only the lower part of the pipe P (cylindrical member 7). On the other hand, in the flow sensor of the third embodiment, as shown in FIG. 6, the
すなわち、第３実施形態では、発熱体３４が絶縁性フィルム２の長手方向に沿って一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂの間で延在している。この発熱体３４は、ミアンダ状に折り返しジグザグに屈曲した線状にパターン形成されている。すなわち、発熱体３４は、絶縁性フィルム２の一端近傍に配された一方の発熱体用パッド部４ａから絶縁性フィルム２の長手方向に直線状に延在し、絶縁性フィルム２の他端近傍で折り返した後、絶縁性フィルム２の一端近傍までミアンダ形状を有して他方の発熱体用パッド部４ａまで延在している。
That is, in the third embodiment, the
このように第３実施形態のフローセンサでは、発熱体３４が、配管Ｐの略全周にわたって延在しているので、発熱体３４が配管の全周を加熱することができ、液面が高い場合も発熱体３４から液体Ｌに熱を効率的に加えることができる。
As described above, in the flow sensor according to the third embodiment, since the
次に、第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４が外部に露出しているのに対し、第４実施形態のフローセンサ４１では、図７に示すように、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を覆うケース部４２を備えている点である。
すなわち、第４実施形態では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を囲んだ状態で内部を密封したケース部４２が筒部材７の外周面に取り付けられている。
Next, the difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, the insulating
That is, in the fourth embodiment, a
上記ケース部４２は、例えば内部に絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を密封状態で収納した内部空間を有する樹脂製等の円筒状部材である。
このように第４実施形態のフローセンサ４１では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を覆うケース部４２を備えているので、ケース部４２により外界の影響を遮断することができる。
The
As described above, the
次に、第５実施形態と第４実施形態との異なる点は、第４実施形態では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４をケース部４２で覆っているのに対し、第５実施形態のフローセンサ５１では、図８に示すように、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を封止する絶縁性の被覆体５２を備えている点である。
すなわち、第５実施形態では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を封止した樹脂等の被覆体５２が筒部材７の外周面に形成されている。この被覆体５２は、筒部材７の外周面に密着した状態で円筒状に樹脂等で成形されている。
Next, the difference between the fifth embodiment and the fourth embodiment is that in the fourth embodiment, the insulating
That is, in the fifth embodiment, a covering 52 made of resin or the like sealing the insulating
上記被覆体５２は、熱硬化性樹脂等の絶縁材料で形成され、特に、絶縁性フィルム２よりも熱伝導率が小さい材料を採用することが好ましい。
このように第５実施形態のフローセンサ５１では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を封止する絶縁性の被覆体５２を備えているので、被覆体５２により外界の影響を遮断することができる。
The covering 52 is formed of an insulating material such as a thermosetting resin, and in particular, it is preferable to use a material having a thermal conductivity smaller than that of the insulating
As described above, the
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上記各実施形態では、薄膜サーミスタ部の上に一対の対向電極が形成されているが、薄膜サーミスタ部の下、すなわち薄膜サーミスタ部と絶縁性フィルムとの間に一対の対向電極を形成しても構わない。
また、上記各実施形態のように、配管の全周にわたって絶縁性フィルムを巻回し、単位センサ部も全周にわたって等間隔に配列させることが好ましいが、配管の周方向の一部、例えば半周にわたって絶縁性フィルムを貼り付け、単位センサ部も前記半周にわたって配列させても構わない。
また、上記各実施形態では、一対の温度センサ部が絶縁性フィルムの表面に設けられているが、絶縁性フィルムの裏面に設けても構わない。
For example, in each of the above embodiments, a pair of counter electrodes are formed on the thin film thermistor portion, but a pair of counter electrodes is formed under the thin film thermistor portion, that is, between the thin film thermistor portion and the insulating film. It does not matter.
As in each of the above embodiments, it is preferable to wrap the insulating film around the entire circumference of the pipe and to arrange the unit sensor sections at equal intervals over the entire circumference, but a part of the pipe in the circumferential direction, for example, a half circumference An insulating film may be attached and the unit sensor portions may be arranged along the half circumference.
In each of the above embodiments, the pair of temperature sensor portions are provided on the surface of the insulating film, but may be provided on the back surface of the insulating film.
１，２１，４１，５１…フローセンサ、２…絶縁性フィルム、３Ａ，３Ｂ…温度センサ部、３ａ…単位センサ部、４…発熱体、５…薄膜サーミスタ部、６…対向電極、７…筒部材、８…センサ用熱伝導体膜、９…発熱体用熱伝導体膜、４２…ケース部、５２…被覆体、Ｌ…液体、Ｐ…配管 1, 2, 41, 51: flow sensor, 2: insulating film, 3A, 3B: temperature sensor unit, 3a: unit sensor unit, 4: heating element, 5: thin film thermistor unit, 6: opposing electrode, 7. cylinder Members, 8: thermal conductive film for sensor, 9: thermal conductive film for heating element, 42: case portion, 52: covering, L: liquid, P: piping
Claims (10)
前記配管の外周面に貼り付けられる又は巻き付けられる絶縁性フィルムと、
前記絶縁性フィルムの表面又は裏面に前記配管の軸線方向に互いに間隔を空けて形成された一対の温度センサ部と、
前記絶縁性フィルムの表面又は裏面に一対の前記温度センサ部の間で一対の前記温度センサ部と間隔を空けて形成された電気抵抗により発熱する発熱体とを備え、
前記発熱体が、前記配管の外周面の少なくとも下端部に配され、
前記温度センサ部が、前記配管の周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部を備えていることを特徴とするフローセンサ。 A flow sensor installed on an outer peripheral surface of a horizontally extending portion of piping through which liquid flows,
An insulating film to be attached to or wound around the outer peripheral surface of the pipe;
A pair of temperature sensor portions formed on the front or back surface of the insulating film at intervals in the axial direction of the pipe;
And a heating element generating heat due to electrical resistance formed on the front or back surface of the insulating film at a distance from the pair of temperature sensor portions between the pair of temperature sensor portions,
The heat generating body is disposed at least at a lower end portion of an outer peripheral surface of the pipe,
A flow sensor characterized in that the temperature sensor unit includes a plurality of unit sensor units arranged from the lower end to the upper end in the circumferential direction of the pipe.
前記単位センサ部が、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部と、
前記薄膜サーミスタ部に形成された一対の対向電極とを備えていることを特徴とするフローセンサ。 In the flow sensor according to claim 1,
The unit sensor unit is a thin film thermistor unit formed of a thermistor material;
A flow sensor comprising: a pair of counter electrodes formed in the thin film thermistor portion.
前記発熱体と前記薄膜サーミスタ部とが、同じ材料で形成されていることを特徴とするフローセンサ。 In the flow sensor according to claim 2,
A flow sensor characterized in that the heating element and the thin film thermistor portion are formed of the same material.
前記配管に接続され前記配管の一部となって液体が内部を流通する筒部材を備え、
前記絶縁性フィルムが、前記筒部材の外周面に貼り付け又は巻き付けされていることを特徴とするフローセンサ。 In the flow sensor according to any one of claims 1 to 3,
It has a cylindrical member connected to the pipe, which becomes a part of the pipe and through which liquid flows.
A flow sensor characterized in that the insulating film is stuck or wound around the outer peripheral surface of the cylindrical member.
前記絶縁性フィルムが、前記配管の全周にわたって巻回され、
前記発熱体が、前記配管の略全周にわたって延在していることを特徴とするフローセンサ。 In the flow sensor according to any one of claims 1 to 4,
The insulating film is wound around the entire circumference of the pipe,
A flow sensor characterized in that the heating element extends over substantially the entire circumference of the pipe.
複数の前記単位センサ部が、前記絶縁性フィルムの表面に互いに離間して形成され、
前記絶縁性フィルムの裏面であって複数の前記単位センサ部に対向した部分に前記絶縁性フィルムより熱伝導性が高い複数のセンサ用熱伝導体膜が、互いに離間してパターン形成されていることを特徴とするフローセンサ。 In the flow sensor according to any one of claims 1 to 5,
A plurality of unit sensor parts are formed apart from each other on the surface of the insulating film;
A plurality of sensor thermal conductor films having a thermal conductivity higher than that of the insulating film are patterned to be separated from each other on the back surface of the insulating film and in a portion facing the plurality of unit sensor portions. Flow sensor characterized by
前記発熱体が、前記絶縁性フィルムの表面に形成され、
前記絶縁性フィルムの裏面であって前記発熱体に対向した部分に前記絶縁性フィルムより熱伝導性が高い発熱体用熱伝導体膜がパターン形成されていることを特徴とするフローセンサ。 In the flow sensor according to any one of claims 1 to 6,
The heating element is formed on the surface of the insulating film,
A flow sensor characterized in that a heat conductor thermal conductive film for heat generating body having a thermal conductivity higher than that of the insulating film is pattern formed on the back surface of the insulating film and in a portion facing the heat generating body.
一対の前記温度センサ部が、前記絶縁性フィルムの表面に形成され、
前記発熱体が、前記絶縁性フィルムの裏面に形成されていることを特徴とするフローセンサ。 In the flow sensor according to any one of claims 1 to 6,
A pair of the temperature sensor portions are formed on the surface of the insulating film;
A flow sensor characterized in that the heating element is formed on the back surface of the insulating film.
前記絶縁性フィルム、一対の前記温度センサ部及び前記発熱体を覆うケース部を備えていることを特徴とするフローセンサ。 The flow sensor according to any one of claims 1 to 8.
A flow sensor comprising: a case portion covering the insulating film, a pair of the temperature sensor portions, and the heating element.
前記絶縁性フィルム、一対の前記温度センサ部及び前記発熱体を封止する絶縁性の被覆体を備えていることを特徴とするフローセンサ。 The flow sensor according to any one of claims 1 to 8.
A flow sensor comprising: an insulating cover for sealing the insulating film, the pair of temperature sensors and the heating element.
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