JP2607815Y2 - 流体を同定し流量を測定する装置 - Google Patents
流体を同定し流量を測定する装置Info
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- JP2607815Y2 JP2607815Y2 JP2001003153U JP2001003153U JP2607815Y2 JP 2607815 Y2 JP2607815 Y2 JP 2607815Y2 JP 2001003153 U JP2001003153 U JP 2001003153U JP 2001003153 U JP2001003153 U JP 2001003153U JP 2607815 Y2 JP2607815 Y2 JP 2607815Y2
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- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
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- 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
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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Description
【０００１】
【考案の属する技術分野】本考案は、流体を同定し、流
体の流量を測定する方法および装置に関するものであ
り、更に詳細には、熱線風速計を使用して気体の流量を
測定する方法および装置に関する。
体の流量を測定する方法および装置に関するものであ
り、更に詳細には、熱線風速計を使用して気体の流量を
測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】調節された流体の流れに頼
る計測器は、試料精製、化学分析、臨床診断、および工
業処理のような広範多様な用途で普通に使用されてい
る。高圧液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）、ガスクロマ
トグラフ（ＧＣ）、臨床アナライザ、および流れ注入ア
ナライザのような多くの計測器には流れが精密に調節さ
れていることが必要である。
る計測器は、試料精製、化学分析、臨床診断、および工
業処理のような広範多様な用途で普通に使用されてい
る。高圧液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）、ガスクロマ
トグラフ（ＧＣ）、臨床アナライザ、および流れ注入ア
ナライザのような多くの計測器には流れが精密に調節さ
れていることが必要である。
【０００３】当業者には、熱線風速計を備える流量測定
装置によって気体の流量を測定することが知られてい
る。熱線風速計では、気体を１本の加熱ワイヤ上に通し
てワイヤの温度を下げるのが一般的である。加熱ワイヤ
の抵抗の変化を測定し、気体の流量と関係づける。更に
進んだ方法は、熱源から等距離に固定されて設置された
二つの感温素子を使用している。気体は装置を通過して
上流のセンサの温度を下げ、下流のセンサの温度を上げ
る。こうして温度差を出力信号として記録する。
装置によって気体の流量を測定することが知られてい
る。熱線風速計では、気体を１本の加熱ワイヤ上に通し
てワイヤの温度を下げるのが一般的である。加熱ワイヤ
の抵抗の変化を測定し、気体の流量と関係づける。更に
進んだ方法は、熱源から等距離に固定されて設置された
二つの感温素子を使用している。気体は装置を通過して
上流のセンサの温度を下げ、下流のセンサの温度を上げ
る。こうして温度差を出力信号として記録する。
【０００４】熱線風速計の大きな欠点の一つは、流体の
流れに対する応答が非線形で且つ流体によって変わるこ
とである。従って、出力信号がそれ自体で役に立つのは
稀であり、典型的には他のデータによって増強しなけれ
ばならない。複数の気体を使用する用途では、気体の型
の情報及び異なる気体の各々に対応する較正曲線とが共
に流量の測定に必要である。較正曲線から流量を直線化
しまたは計算するのにコンピュータを使用することがで
きる。しかし気体の型の情報は、そのようにするために
は最初にコンピュータに入れておかなければならない。
この方法によるデータ処理では最初に気体を同定し、時
間のかかるデータ入力段階を行う必要がある。
流れに対する応答が非線形で且つ流体によって変わるこ
とである。従って、出力信号がそれ自体で役に立つのは
稀であり、典型的には他のデータによって増強しなけれ
ばならない。複数の気体を使用する用途では、気体の型
の情報及び異なる気体の各々に対応する較正曲線とが共
に流量の測定に必要である。較正曲線から流量を直線化
しまたは計算するのにコンピュータを使用することがで
きる。しかし気体の型の情報は、そのようにするために
は最初にコンピュータに入れておかなければならない。
この方法によるデータ処理では最初に気体を同定し、時
間のかかるデータ入力段階を行う必要がある。
【０００５】装置を通過する流体の型を自動的に同定す
ることができる流れ装置を設けることは、従って流体の
流れを測定するに際して非常に有利である。また一つの
直線化した応答曲線から異なる流体の流量を測定するこ
とができる装置を設けることも非常に有利である。
ることができる流れ装置を設けることは、従って流体の
流れを測定するに際して非常に有利である。また一つの
直線化した応答曲線から異なる流体の流量を測定するこ
とができる装置を設けることも非常に有利である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本考案は、流体を同定す
る方法および装置、流体の流量を測定する方法および装
置、および流れ測定装置から供給される出力信号を直線
化する方法および装置を提供する。
る方法および装置、流体の流量を測定する方法および装
置、および流れ測定装置から供給される出力信号を直線
化する方法および装置を提供する。
【０００７】流体を同定する方法は、加熱手段および加
熱手段に結合されてこれに入力電圧を供給することがで
きる電圧源から成るコンジットを使用して好適に行われ
る。好適な同定方法は、試験流体をコンジットを通過さ
せ、加熱手段を試験流体が入っているコンジットの温度
より高い温度に維持し、加熱手段を該温度に維持するの
に必要な入力電圧を発生し、処理手段に試験入力電圧か
ら成るデータセットを供給し、試験入力電圧を少なくと
も一つの基準入力電圧と比較して試験流体の正体を同定
することから構成される。
熱手段に結合されてこれに入力電圧を供給することがで
きる電圧源から成るコンジットを使用して好適に行われ
る。好適な同定方法は、試験流体をコンジットを通過さ
せ、加熱手段を試験流体が入っているコンジットの温度
より高い温度に維持し、加熱手段を該温度に維持するの
に必要な入力電圧を発生し、処理手段に試験入力電圧か
ら成るデータセットを供給し、試験入力電圧を少なくと
も一つの基準入力電圧と比較して試験流体の正体を同定
することから構成される。
【０００８】流体の流量を測定する方法は、コンジッ
ト、出力手段および電圧源から成る装置を使用して好適
に行われる。コンジットは望ましくは、第１のセンサ、
第１のセンサから第１の所定距離にある第２のセンサ、
および第１および第２の両センサから第２の所定距離に
ある加熱手段から構成される。出力手段は好適に第１の
センサおよび第２のセンサに結合され、それらの間の温
度差を表す出力信号を発生することができる。電圧源は
好適に加熱手段と結合され、これに入力電圧を供給する
ことができる。
ト、出力手段および電圧源から成る装置を使用して好適
に行われる。コンジットは望ましくは、第１のセンサ、
第１のセンサから第１の所定距離にある第２のセンサ、
および第１および第２の両センサから第２の所定距離に
ある加熱手段から構成される。出力手段は好適に第１の
センサおよび第２のセンサに結合され、それらの間の温
度差を表す出力信号を発生することができる。電圧源は
好適に加熱手段と結合され、これに入力電圧を供給する
ことができる。
【０００９】流体の流量を測定する好適な方法は、流体
を同定し、流体をコンジットを通過させ、加熱手段をコ
ンジットの温度より高い温度に維持し、出力信号を発生
し、処理手段に出力信号から成るデータセットを供給す
ることから構成される。この方法は更に、処理手段を経
由して、流れ関数をデータセットに適用することを含ん
でいる。一好適実施例では、流れ関数は、 ｕ＝（ρＣpＬ／ｋ）-1＊〔Ｌｏｇe（Ψ）−Ｌｏｇe（Ψ−ΔＴ）〕 に従ってデータセットに適用される。ただしｕは流量で
あり、ρは流体の密度であり、Ｃpは流体の熱容量であ
り、Ｌは第２の所定距離であり、ｋは流体の熱伝導度で
あり、ψはコンジットの幾何学により決まる定数であ
り、ΔＴは第１のセンサと第２のセンサとの間の温度差
である。
を同定し、流体をコンジットを通過させ、加熱手段をコ
ンジットの温度より高い温度に維持し、出力信号を発生
し、処理手段に出力信号から成るデータセットを供給す
ることから構成される。この方法は更に、処理手段を経
由して、流れ関数をデータセットに適用することを含ん
でいる。一好適実施例では、流れ関数は、 ｕ＝（ρＣpＬ／ｋ）-1＊〔Ｌｏｇe（Ψ）−Ｌｏｇe（Ψ−ΔＴ）〕 に従ってデータセットに適用される。ただしｕは流量で
あり、ρは流体の密度であり、Ｃpは流体の熱容量であ
り、Ｌは第２の所定距離であり、ｋは流体の熱伝導度で
あり、ψはコンジットの幾何学により決まる定数であ
り、ΔＴは第１のセンサと第２のセンサとの間の温度差
である。
【００１０】出力信号を直線化する方法は、本考案の流
れ測定装置により好適に行われ、試験流体を複数の流量
でコンジットを通過させること、加熱手段をコンジット
の温度より高い温度に維持すること、複数の流量の各々
で複数の試験出力信号を発生すること、処理手段に複数
の試験出力信号から成るデータセットを供給すること、
および処理手段を経由して、直線化関数をデータセット
に適用することから構成される。好適には、直線化関数
は、 ｆ＝＋βtest＊〔Ｌｏｇe（αtest）−Ｌｏｇe（αtest−Ｖo）〕 に従ってデータセットに適用される。但しｆは直線化出
力信号であり、αtestおよびβtestはコンジットおよび
試験流体によって決まる実験的に得られた定数であり、
Ｖoは試験出力信号である。
れ測定装置により好適に行われ、試験流体を複数の流量
でコンジットを通過させること、加熱手段をコンジット
の温度より高い温度に維持すること、複数の流量の各々
で複数の試験出力信号を発生すること、処理手段に複数
の試験出力信号から成るデータセットを供給すること、
および処理手段を経由して、直線化関数をデータセット
に適用することから構成される。好適には、直線化関数
は、 ｆ＝＋βtest＊〔Ｌｏｇe（αtest）−Ｌｏｇe（αtest−Ｖo）〕 に従ってデータセットに適用される。但しｆは直線化出
力信号であり、αtestおよびβtestはコンジットおよび
試験流体によって決まる実験的に得られた定数であり、
Ｖoは試験出力信号である。
【００１１】
【考案の実施の形態】本考案の方法および装置は、広く
多様な流体を同定し、流量を測定するのに使用すること
ができる。流体には気体類、液体類、超臨界液体類、塑
性固体類、多成分気体および液体、および流動すること
ができる固体と液体との混合物が含まれる。気体は本考
案による好ましい流体である。
多様な流体を同定し、流量を測定するのに使用すること
ができる。流体には気体類、液体類、超臨界液体類、塑
性固体類、多成分気体および液体、および流動すること
ができる固体と液体との混合物が含まれる。気体は本考
案による好ましい流体である。
【００１２】流体同定法は、コンジットから構成される
広範多様な装置で実施することができる。コンジットと
いう用語には管、パイプ、または他の、それを通過する
流体の流れを実質的に含み、これを導く能力を有する容
器を包含すると認められる。好適なコンジットは、少な
くとも最小限の熱伝導率を有する広範多様な材料から作
られる。本考案によるコンジットは、実質上コンジット
に入っている加熱手段を備えている。加熱手段は、当業
者に既知のどんなものでもよい。好適な加熱手段は、電
気的な抵抗材料から構成される。
広範多様な装置で実施することができる。コンジットと
いう用語には管、パイプ、または他の、それを通過する
流体の流れを実質的に含み、これを導く能力を有する容
器を包含すると認められる。好適なコンジットは、少な
くとも最小限の熱伝導率を有する広範多様な材料から作
られる。本考案によるコンジットは、実質上コンジット
に入っている加熱手段を備えている。加熱手段は、当業
者に既知のどんなものでもよい。好適な加熱手段は、電
気的な抵抗材料から構成される。
【００１３】電圧源は加熱手段と好適に結合している。
当業者に既知の広範多様な電圧源のどれでも加熱手段を
所定温度に維持するために加熱手段に入力電圧を供給す
ることができる限り、本考案に利用するのに適してい
る。所定の温度は、コンジットの温度より高いことが望
ましく、更に望ましくはコンジットの内壁の温度より高
い。好ましい電圧源は、可変電圧を加熱手段に供給して
所定温度を維持する。
当業者に既知の広範多様な電圧源のどれでも加熱手段を
所定温度に維持するために加熱手段に入力電圧を供給す
ることができる限り、本考案に利用するのに適してい
る。所定の温度は、コンジットの温度より高いことが望
ましく、更に望ましくはコンジットの内壁の温度より高
い。好ましい電圧源は、可変電圧を加熱手段に供給して
所定温度を維持する。
【００１４】好適な流体同定装置は更に、電圧源と出力
手段との両者に結合された処理手段を備えている。本考
案の実施に伴う処理手段は、マイクロプロセッサ、マイ
クロコントローラ、コンデンサ、スイッチ、論理ゲー
ト、または他の同等な、指令をコンパイルし実行するこ
とができる論理装置のような計算装置から構成されてい
る。処理手段は好適に、キーボードのようなデータ入力
手段およびビデオ表示装置またはプリンタのようなデー
タ出力手段に結合されている。好適な処理手段は更に、
磁気ディスクまたはテープのような、データを格納する
装置を一つ以上備えている。処理手段はまた、原始コー
ドを適切なプログラム言語で発生する動作装置またはプ
ログラム環境を、このような原始コードを実行プログラ
ムに変換するコンパイラまたは他の手段と共に備えてい
る。
手段との両者に結合された処理手段を備えている。本考
案の実施に伴う処理手段は、マイクロプロセッサ、マイ
クロコントローラ、コンデンサ、スイッチ、論理ゲー
ト、または他の同等な、指令をコンパイルし実行するこ
とができる論理装置のような計算装置から構成されてい
る。処理手段は好適に、キーボードのようなデータ入力
手段およびビデオ表示装置またはプリンタのようなデー
タ出力手段に結合されている。好適な処理手段は更に、
磁気ディスクまたはテープのような、データを格納する
装置を一つ以上備えている。処理手段はまた、原始コー
ドを適切なプログラム言語で発生する動作装置またはプ
ログラム環境を、このような原始コードを実行プログラ
ムに変換するコンパイラまたは他の手段と共に備えてい
る。
【００１５】一つの好適な流体同定装置を図１に示す。
この装置は、流体の流量を増減する計量手段(12)を備え
た流体源(10)を備えている。計量手段は、弁、ノズル、
および針のような、当業者に既知のどんなものでもよ
い。好適な流体源は、加圧気体を含む缶状小容器であ
る。流体源は、流体をコンジットに輸送する管系、配
管、または他のある適切な手段(14)にコンジット(20)と
流通して設置されている。本考案による好適なコンジッ
トを図２および図３に示す。図３のコンジットは、イリ
ノイ州フリーポートのマイクロスイッチ社から市販され
ている。流体同定に有用なコンジットは、加熱手段(24
a,24b)を備えている。好適な流体同定装置は 更に、加
熱手段、およびデータ出力手段(44)とデータ入力手段(4
6)とに結合されている処理手段(40)に結合された電圧源
(32)を備えている。
この装置は、流体の流量を増減する計量手段(12)を備え
た流体源(10)を備えている。計量手段は、弁、ノズル、
および針のような、当業者に既知のどんなものでもよ
い。好適な流体源は、加圧気体を含む缶状小容器であ
る。流体源は、流体をコンジットに輸送する管系、配
管、または他のある適切な手段(14)にコンジット(20)と
流通して設置されている。本考案による好適なコンジッ
トを図２および図３に示す。図３のコンジットは、イリ
ノイ州フリーポートのマイクロスイッチ社から市販され
ている。流体同定に有用なコンジットは、加熱手段(24
a,24b)を備えている。好適な流体同定装置は 更に、加
熱手段、およびデータ出力手段(44)とデータ入力手段(4
6)とに結合されている処理手段(40)に結合された電圧源
(32)を備えている。
【００１６】上述のような装置で試験流体を同定する方
法は、試験流体をコンジットを通過させることから構成
される。これはコンジットに接続された気体ボンベの弁
を開くことにより一般的に行われる。次に、加熱手段を
試験流体の存在下でコンジットの温度より高い温度に維
持するために試験入力電圧が加熱手段に加えられる。
法は、試験流体をコンジットを通過させることから構成
される。これはコンジットに接続された気体ボンベの弁
を開くことにより一般的に行われる。次に、加熱手段を
試験流体の存在下でコンジットの温度より高い温度に維
持するために試験入力電圧が加熱手段に加えられる。
【００１７】次に試験入力電圧から成るデータセットを
処理手段に供給する。望ましくは、処理手段は、少なく
とも一つの基準入力電圧を備えている。基準入力電圧
は、加熱手段を流速０の基準流体の存在下でコンジット
の温度より高い温度に維持するのに必要な入力電圧であ
る。基準入力電圧は、基準流体をコンジットを通過さ
せ、基準流体の通路を終端し、基準入力電圧を加熱手段
に加え、基準入力電圧を記録することにより好適にコン
パイルされる。
処理手段に供給する。望ましくは、処理手段は、少なく
とも一つの基準入力電圧を備えている。基準入力電圧
は、加熱手段を流速０の基準流体の存在下でコンジット
の温度より高い温度に維持するのに必要な入力電圧であ
る。基準入力電圧は、基準流体をコンジットを通過さ
せ、基準流体の通路を終端し、基準入力電圧を加熱手段
に加え、基準入力電圧を記録することにより好適にコン
パイルされる。
【００１８】次に試験入力電圧は処理手段を介して少な
くとも一つの基準入力電圧と比較され、試験流体が同定
される。流体の存在下で加熱手段の温度を維持するに必
要な入力電圧は、流体の独特な特性であると考えられ
る。従って、処理手段に供給される基準入力電圧が水
素、窒素、および酸素ガスに対応し、試験入力電圧が水
素ガスに対する基準入力電圧と同一であるときは、基準
流体は水素ガスから成ると合理的に結論することができ
る。
くとも一つの基準入力電圧と比較され、試験流体が同定
される。流体の存在下で加熱手段の温度を維持するに必
要な入力電圧は、流体の独特な特性であると考えられ
る。従って、処理手段に供給される基準入力電圧が水
素、窒素、および酸素ガスに対応し、試験入力電圧が水
素ガスに対する基準入力電圧と同一であるときは、基準
流体は水素ガスから成ると合理的に結論することができ
る。
【００１９】しかし、流体に対する入力電圧はある程度
流体の流量に依存する。従って、未知気体はその流量が
既知であるかまたは少なくとも近似されている場合には
一層大きな確度で同定することができる。異なる出力信
号の種々の既知気体に対する入力電圧のリストを処理手
段に格納することができる。未知気体に対する入力電圧
および流量をリストと比較して未知気体を同定すること
ができる。
流体の流量に依存する。従って、未知気体はその流量が
既知であるかまたは少なくとも近似されている場合には
一層大きな確度で同定することができる。異なる出力信
号の種々の既知気体に対する入力電圧のリストを処理手
段に格納することができる。未知気体に対する入力電圧
および流量をリストと比較して未知気体を同定すること
ができる。
【００２０】本考案は、流体の流量を測定する方法をも
提供する。この方法は広範多様な装置で実用することが
できる。望ましくは、装置は流体を同定する手段を備え
ている。好適な流れ測定装置は更にコンジットおよび計
量手段を備えていて流体を一定の速さでコンジットを通
過させる。コンジットは、第１のセンサと、第１のセン
サから第１の所定距離にある第２のセンサとを備えてい
る。センサは、当業者に既知の温度センサのいずれかか
ら選択するのが望ましい。好適な温度センサは、温度依
存性の抵抗器、ダイオード、またはトランジスタであ
る。コンジットは更に、第１および第２の両センサから
第２の所定距離に設置された加熱手段を備えている。
提供する。この方法は広範多様な装置で実用することが
できる。望ましくは、装置は流体を同定する手段を備え
ている。好適な流れ測定装置は更にコンジットおよび計
量手段を備えていて流体を一定の速さでコンジットを通
過させる。コンジットは、第１のセンサと、第１のセン
サから第１の所定距離にある第２のセンサとを備えてい
る。センサは、当業者に既知の温度センサのいずれかか
ら選択するのが望ましい。好適な温度センサは、温度依
存性の抵抗器、ダイオード、またはトランジスタであ
る。コンジットは更に、第１および第２の両センサから
第２の所定距離に設置された加熱手段を備えている。
【００２１】流れ測定装置は更に、第１および第２のセ
ンサと結合して第１のセンサと第２のセンサとの間の温
度差を表す出力信号を発生することができる出力手段を
備えている。流れ測定装置は好ましくは更に、加熱手段
に結合されてこれに入力電圧を供給する電圧源を備えて
いることが望ましい。
ンサと結合して第１のセンサと第２のセンサとの間の温
度差を表す出力信号を発生することができる出力手段を
備えている。流れ測定装置は好ましくは更に、加熱手段
に結合されてこれに入力電圧を供給する電圧源を備えて
いることが望ましい。
【００２２】好適な流れ測定装置を図４に示す。この装
置は、流体の流量を増減する計量手段(12)を有する流体
源(10)を備えている。好ましい流体源は、加圧気体が入
っている缶状小容器である。流体源は、流体をコンジッ
トに輸送する管系、配管、またはある適切な手段(14)に
よりコンジット(20)に流通するように配置されている。
流体決定に好適なコンジットを図２および図３に示して
あるが、これは加熱手段（24ａまたは24ｂ）、第１のセ
ンサ（26ａまたは26ｂ）、および第２のセンサ（28ａお
よび28ｂ）から構成されている。
置は、流体の流量を増減する計量手段(12)を有する流体
源(10)を備えている。好ましい流体源は、加圧気体が入
っている缶状小容器である。流体源は、流体をコンジッ
トに輸送する管系、配管、またはある適切な手段(14)に
よりコンジット(20)に流通するように配置されている。
流体決定に好適なコンジットを図２および図３に示して
あるが、これは加熱手段（24ａまたは24ｂ）、第１のセ
ンサ（26ａまたは26ｂ）、および第２のセンサ（28ａお
よび28ｂ）から構成されている。
【００２３】流れ測定装置は更に、第１のセンサおよび
第２のセンサに結合された出力手段(34)を備えている。
好適な出力手段を図５に示すが、これでは第１のセンサ
(26b) および第２のセンサ(28b) が抵抗器素子と共にホ
ィートストーンブリッジ構成に配列されて差動増幅器(3
5)を経由して出力信号（Ｖo）を発生する。好適な出力
手段は更に、信号加算手段(36)およびオフセット電圧発
生手段(37)を備えている。第１のセンサおよび第２のセ
ンサは、二つの定電流源に交互に結合することができて
温度の変化によるセンサ抵抗の変化が出力信号の変化を
もたらし、出力手段が電圧出力を増幅するようになって
いる。
第２のセンサに結合された出力手段(34)を備えている。
好適な出力手段を図５に示すが、これでは第１のセンサ
(26b) および第２のセンサ(28b) が抵抗器素子と共にホ
ィートストーンブリッジ構成に配列されて差動増幅器(3
5)を経由して出力信号（Ｖo）を発生する。好適な出力
手段は更に、信号加算手段(36)およびオフセット電圧発
生手段(37)を備えている。第１のセンサおよび第２のセ
ンサは、二つの定電流源に交互に結合することができて
温度の変化によるセンサ抵抗の変化が出力信号の変化を
もたらし、出力手段が電圧出力を増幅するようになって
いる。
【００２４】図４に示す流れ測定装置は更に、加熱手段
におよび処理手段(40)に結合された電圧源(32)を備えて
いる。処理手段はデータ出力手段(44)およびデータ入力
手段(46)に好適に結合されている。
におよび処理手段(40)に結合された電圧源(32)を備えて
いる。処理手段はデータ出力手段(44)およびデータ入力
手段(46)に好適に結合されている。
【００２５】前述の装置で流体の流量を測定する好適な
方法は、流体を同定することを含んでいる。流体の同定
は、本考案の方法によりまたは幾つかの代わりの手段に
より行うことができる。好適な流れ測定方法は更に、試
験流体を一定流量でコンジットを通過させ、加熱手段を
試験流体の存在下でコンジットの温度より高い温度に維
持し、第１のセンサと第２のセンサとの間の温度差を表
す出力信号を発生することを含んでいる。次に出力信号
から成るデータセットを処理手段に供給し、流れ関数を
処理手段を介してデータセットに適用して流量を計算す
る。所定の流量を維持することにより流体の流れを制御
したい場合には、計算した（実際の）流量を所定の流量
と比較する。流量の計算値が所定の流量より大きけれ
ば、流量を、例えばタンクの弁を段階的に閉めることに
よって小さくする。流量の計算値が所定の流量より小さ
ければ、タンクの弁を段階的に開くことにより、流量を
増やす。
方法は、流体を同定することを含んでいる。流体の同定
は、本考案の方法によりまたは幾つかの代わりの手段に
より行うことができる。好適な流れ測定方法は更に、試
験流体を一定流量でコンジットを通過させ、加熱手段を
試験流体の存在下でコンジットの温度より高い温度に維
持し、第１のセンサと第２のセンサとの間の温度差を表
す出力信号を発生することを含んでいる。次に出力信号
から成るデータセットを処理手段に供給し、流れ関数を
処理手段を介してデータセットに適用して流量を計算す
る。所定の流量を維持することにより流体の流れを制御
したい場合には、計算した（実際の）流量を所定の流量
と比較する。流量の計算値が所定の流量より大きけれ
ば、流量を、例えばタンクの弁を段階的に閉めることに
よって小さくする。流量の計算値が所定の流量より小さ
ければ、タンクの弁を段階的に開くことにより、流量を
増やす。
【００２６】多数の流れ関数は、本考案に利用可能であ
り、図２に示すようなコンジットを分析することにより
得られる。当業者は、図２に示すようなコンジットに対
する気体の流れのエネルギ方程式の簡略形を
り、図２に示すようなコンジットを分析することにより
得られる。当業者は、図２に示すようなコンジットに対
する気体の流れのエネルギ方程式の簡略形を
【００２７】
【数１】
【００２８】と表すことができることを認めるであろ
う。ここで、ρ、ｋ、Ｃp およびｕは、気体の、密度、
熱伝導度、熱容量、およびｘ方向の流れの速度である。
粘度、圧力変動、およびｙおよびｚ方向の流速を無視で
きれば、式(1)を並べ替えることにより
う。ここで、ρ、ｋ、Ｃp およびｕは、気体の、密度、
熱伝導度、熱容量、およびｘ方向の流れの速度である。
粘度、圧力変動、およびｙおよびｚ方向の流速を無視で
きれば、式(1)を並べ替えることにより
【００２９】
【数２】
【００３０】が得られる。恒等式Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｇ(x)
Ｆ(y)を式(2)に代入すると式(3)および式(4)が得られ
る。
Ｆ(y)を式(2)に代入すると式(3)および式(4)が得られ
る。
【００３１】
【数３】
【００３２】方程式(3)の解は固有関数の和により与え
られる。
られる。
【００３３】
【数４】
【００３４】ここで、λn は２（ｎ＋１）π／４Ｈで与
えられる固有値であり、ＡnおよびＢnは境界条件で決ま
る係数である。方程式(4)はλnに関して解くことができ
る。方式式(4)の各λnに対する特性根は ｍ1,2 ＝（ρＣpｕ／２ｋ）±〔（ρＣpｕ／２ｋ）2＋λn2〕0.5 (6) である。従って、Ｇ(x) は式(7) に従って展開すること
ができる。
えられる固有値であり、ＡnおよびＢnは境界条件で決ま
る係数である。方程式(4)はλnに関して解くことができ
る。方式式(4)の各λnに対する特性根は ｍ1,2 ＝（ρＣpｕ／２ｋ）±〔（ρＣpｕ／２ｋ）2＋λn2〕0.5 (6) である。従って、Ｇ(x) は式(7) に従って展開すること
ができる。
【００３５】
Ｇ(x)＝ＣnＥＸＰ−｛(ρＣpｕ／2k)＋〔(ρＣpｕ／2k)2＋λn2〕0.5｝ｘ
＋ＤnＥＸＰ−｛(ρＣpｕ／2k)−〔(ρＣpｕ／2k)2＋λn2〕0.5｝ｘ (7)
ｘ＞０に対して、第２の指数関数は無限大になる傾向に
あり、受け入れられない。すなわち、Ｄn＝０。同様
に、ｘ＜０の場合の解に対してＣn＝０。従って、方程
式(8)及び(9)が得られる。
あり、受け入れられない。すなわち、Ｄn＝０。同様
に、ｘ＜０の場合の解に対してＣn＝０。従って、方程
式(8)及び(9)が得られる。
【００３６】
Ｇ(x?0)＝ＣnＥＸＰ
−｛(ρＣpｕ／2k)＋〔(ρＣpｕ／2k)2＋λn2〕0.5 ｝ｘ (8)
Ｇ(x?0)＝ＤnＥＸＰ
−｛(ρＣpｕ／2k)−〔(ρＣpｕ／2k)2＋λn2〕0.5｝ｘ (9)
この二つの方程式はｘ＝０のとき等しい。従って、Ｃn
＝Ｄn。Ｆ(y)とＧ(x)とを組み合わせ、且つｘ＝Ｌおよ
びｘ＝−Ｌのときの温度差を取れば、方程式(10)を得
る。
＝Ｄn。Ｆ(y)とＧ(x)とを組み合わせ、且つｘ＝Ｌおよ
びｘ＝−Ｌのときの温度差を取れば、方程式(10)を得
る。
【００３７】
【数５】
【００３８】このようにして、加熱手段から等距離にあ
る２点間の温度差が流れの速度ｕと熱拡散度との関数に
なる。λn《ρＣpｕ／２ｋを仮定すれば方程式(11)に更
に簡単にすることができる。
る２点間の温度差が流れの速度ｕと熱拡散度との関数に
なる。λn《ρＣpｕ／２ｋを仮定すれば方程式(11)に更
に簡単にすることができる。
【００３９】
ΔＴ＝Ψ（１−ＥＸＰ〔−ρＣpｕＬ／ｋ〕） (11)
ただし
【００４０】
【数６】
【００４１】温度として表される項Ψは、使用するコン
ジットの幾何学的形状寸法およびその中のセンサおよび
加熱手段の位置によって決まる。当業者はΨの計算が極
めて正確であり得ることを認めるであろう。Ψに対する
実験的代入値は、例えば、既知の気体を複数の既知の流
量でコンジットを通過させることにより一層容易に求め
ることができる。次にセンサ間の温度差（ΔＴ）を各流
量に対して求め、適切な回路により出力信号（Ｖo）に
変換する。次に出力信号を既知流量と比較する。典型的
には、出力信号は、その対応する既知の流量とは同じ電
圧量Ｇs だけ異なる。Ψと同様、Ｇsはコンジットによ
り変わる。従って、ＧsおよびΨは、一定の用途では、
本考案による流れ関数を適用する際に、ΔＴおよびＶo
の場合のように互いに変換することができる。
ジットの幾何学的形状寸法およびその中のセンサおよび
加熱手段の位置によって決まる。当業者はΨの計算が極
めて正確であり得ることを認めるであろう。Ψに対する
実験的代入値は、例えば、既知の気体を複数の既知の流
量でコンジットを通過させることにより一層容易に求め
ることができる。次にセンサ間の温度差（ΔＴ）を各流
量に対して求め、適切な回路により出力信号（Ｖo）に
変換する。次に出力信号を既知流量と比較する。典型的
には、出力信号は、その対応する既知の流量とは同じ電
圧量Ｇs だけ異なる。Ψと同様、Ｇsはコンジットによ
り変わる。従って、ＧsおよびΨは、一定の用途では、
本考案による流れ関数を適用する際に、ΔＴおよびＶo
の場合のように互いに変換することができる。
【００４２】方程式(11)は、流れ速度を第１のセンサと
第２のセンサとの間の温度差の関数として得るのに方程
式(13)に示すように逆関数として得ることができる。
第２のセンサとの間の温度差の関数として得るのに方程
式(13)に示すように逆関数として得ることができる。
【００４３】
ｕ＝（ρＣpＬ／ｋ)-1＊〔Ｌｏｇe(Ψ)−Ｌｏｇe(Ψ−ΔＴ)〕 (13)
ｕが体積流れまたは質量流れに比例すると仮定すること
により、流量と検知素子間の温度差との関係が得られ
る。従って、体積流れまたは質量流れは第１のセンサと
第２のセンサとの間の温度差を測定することにより求め
ることができる。
により、流量と検知素子間の温度差との関係が得られ
る。従って、体積流れまたは質量流れは第１のセンサと
第２のセンサとの間の温度差を測定することにより求め
ることができる。
【００４４】本考案について今度はその以下の例を参照
することにより更に説明することにする。これは限定し
ようとするつもりはない。
することにより更に説明することにする。これは限定し
ようとするつもりはない。
【００４５】
【実施例】〔実施例１〕
図４、図３および図５に示すものと同様の装置を設置し
た。但しカリフォルニア州カーメル・バリー所在のシエ
ラ・インストルメント社（Sierra InstrumentCo.）製の
８２１型「Top＝Trak（登録商標）」流れモニタを気体
用容器(10)とコンジット(20)との間に設置して流体の流
量を正確に測定した。第１のセンサ(26b)および第２の
センサ(28b)は、温度依存抵抗器である。処理手段(40)
は、ヒューレット・パッカード社製の「Vectra（登録商
標）」コンピュータである。
た。但しカリフォルニア州カーメル・バリー所在のシエ
ラ・インストルメント社（Sierra InstrumentCo.）製の
８２１型「Top＝Trak（登録商標）」流れモニタを気体
用容器(10)とコンジット(20)との間に設置して流体の流
量を正確に測定した。第１のセンサ(26b)および第２の
センサ(28b)は、温度依存抵抗器である。処理手段(40)
は、ヒューレット・パッカード社製の「Vectra（登録商
標）」コンピュータである。
【００４６】缶状小容器に入っている、空気、水素ガ
ス、およびヘリウムガスを個々にコンジットを通過させ
た。缶状小容器の弁(12)を調節することにより種々の体
積流量を与えた。これら流量を流れモニタで測定し、記
録した。加熱手段をコンジットの温度より高い 160℃に
維持するのに十分な入力電圧を供給した。これら基準入
力電圧を、種々の流量に対応する出力信号と共に記録し
た。
ス、およびヘリウムガスを個々にコンジットを通過させ
た。缶状小容器の弁(12)を調節することにより種々の体
積流量を与えた。これら流量を流れモニタで測定し、記
録した。加熱手段をコンジットの温度より高い 160℃に
維持するのに十分な入力電圧を供給した。これら基準入
力電圧を、種々の流量に対応する出力信号と共に記録し
た。
【００４７】図６は、信号出力レベルを変えるとき必要
な入力電圧を示す。わかるとおり、入力電圧は、ガスの
型に強く依存する関数であり、ガスの流量によっては僅
かに変わるだけである。
な入力電圧を示す。わかるとおり、入力電圧は、ガスの
型に強く依存する関数であり、ガスの流量によっては僅
かに変わるだけである。
【００４８】図７は、出力信号対体積流量の関係を示
す。データの同じ組み合わせを体積流量を基準流体、こ
の場合には空気、と方程式(14)に従って比較することに
より正規化して図８に示した。ここで気体の性質はすべ
て20℃で取ってある。どんな気体をも基準流体として選
定することができる。同様に、どんな流体も試験流体が
液体の場合基準流体として使用することができる。
す。データの同じ組み合わせを体積流量を基準流体、こ
の場合には空気、と方程式(14)に従って比較することに
より正規化して図８に示した。ここで気体の性質はすべ
て20℃で取ってある。どんな気体をも基準流体として選
定することができる。同様に、どんな流体も試験流体が
液体の場合基準流体として使用することができる。
【００４９】
【数７】
【００５０】図８の応答曲線間の僅かな食い違いは、水
素、ヘリウム、二酸化炭素、およびアルゴンに対して0.
8から1.1までの範囲にあることがわかっている実験的に
決まる係数を正規化流量に掛けることにより除去するこ
とができる。
素、ヘリウム、二酸化炭素、およびアルゴンに対して0.
8から1.1までの範囲にあることがわかっている実験的に
決まる係数を正規化流量に掛けることにより除去するこ
とができる。
【００５１】実験的データも、処理手段を経由して、
ｆ＝β＊〔Ｌｏｇe(α)−Ｌｏｇe(α−｛Ｖo−Ｖoffset｝)〕 (15)
の形の方程式に適用された。ここでｆは体積流量であ
り、αおよびβは実験曲線に合う最小二乗平均誤差で決
まる定数であり、Ｖoは出力信号であり、Ｖoffsetはゼ
ロ流量での出力信号であって現在の例では 1.0ボルトで
ある。当業者は、αは気体の性質とコンジットの幾何学
的形状寸法に関係しているがβは気体の性質とコンジッ
トの断面積に関係していることを認めるであろう。当業
者は、最小二乗平均誤差を気体に対する応答曲線のよう
なデータに合わせるのに数学的プログラムが市販されて
いることも認めるであろう。好適なプログラムは、イリ
ノイ州シャンペン所在のウルフラン・リサーチ社（Wolf
ran Research Inc.）から出されている「Mathematica
（登録商標）」である。
り、αおよびβは実験曲線に合う最小二乗平均誤差で決
まる定数であり、Ｖoは出力信号であり、Ｖoffsetはゼ
ロ流量での出力信号であって現在の例では 1.0ボルトで
ある。当業者は、αは気体の性質とコンジットの幾何学
的形状寸法に関係しているがβは気体の性質とコンジッ
トの断面積に関係していることを認めるであろう。当業
者は、最小二乗平均誤差を気体に対する応答曲線のよう
なデータに合わせるのに数学的プログラムが市販されて
いることも認めるであろう。好適なプログラムは、イリ
ノイ州シャンペン所在のウルフラン・リサーチ社（Wolf
ran Research Inc.）から出されている「Mathematica
（登録商標）」である。
【００５２】図９には、種々の気体について既知の体積
流量を近非線形的にｆがプロットされている。従って、
方程式(15)を適用することにより試験気体に対する出力
信号を線形化する方法が得られる。各気体に対するαお
よびβの値が図９のグラフの凡例に示してある。実験的
に得られたものおよびコンパイルされたもののようなこ
のような値は本考案による基準定数の一例を示すことが
認められよう。基準入力電圧および基準出力信号は、同
様に基準定数である。
流量を近非線形的にｆがプロットされている。従って、
方程式(15)を適用することにより試験気体に対する出力
信号を線形化する方法が得られる。各気体に対するαお
よびβの値が図９のグラフの凡例に示してある。実験的
に得られたものおよびコンパイルされたもののようなこ
のような値は本考案による基準定数の一例を示すことが
認められよう。基準入力電圧および基準出力信号は、同
様に基準定数である。
【００５３】〔実施例２〕
未知の試験気体を、一体ではあるがやはり未知の流量
で、図４に示す装置を通過させた。試験気体を500sccm
の流量で装置を通過させたい。加熱手段を周囲大気より
高い 160℃に維持するのに必要な入力電力が6.3ボルト
と記録される。出力信号をも記録する。
で、図４に示す装置を通過させた。試験気体を500sccm
の流量で装置を通過させたい。加熱手段を周囲大気より
高い 160℃に維持するのに必要な入力電力が6.3ボルト
と記録される。出力信号をも記録する。
【００５４】入力電圧および出力信号をデータセットと
して処理手段に供給する。入力電圧が例１で発生した基
準入力電圧と比較されて試験気体がヘリウムであると同
定される。
して処理手段に供給する。入力電圧が例１で発生した基
準入力電圧と比較されて試験気体がヘリウムであると同
定される。
【００５５】次に流れ関数が処理手段を介して
ｆ＝βtest＊〔Ｌｏｇe(Ｇs)−Ｌｏｇe(Ｇs−Ｖo)〕 (16)
に従ってデータセットに適用される。ここでｆは一定流
量であり、βtestはヘリウムに対して例１で決定された
定数であり、Ｇsはコンジットにより変わる実験的に得
られる定電圧であり、Ｖoは出力信号である。
量であり、βtestはヘリウムに対して例１で決定された
定数であり、Ｇsはコンジットにより変わる実験的に得
られる定電圧であり、Ｖoは出力信号である。
【００５６】流れ関数をｆ、流量、について解き、400s
ccmであることが判明する。この値は500sccmより低いか
ら、一定流量を大きくする。流量を再計算し、流量計算
値が500sccmに等しくなるまで一定流量を調節する。
ccmであることが判明する。この値は500sccmより低いか
ら、一定流量を大きくする。流量を再計算し、流量計算
値が500sccmに等しくなるまで一定流量を調節する。
【００５７】〔実施例３〕
実施例２の手順を繰り返す。ただし処理手段は、電圧Ｇ
sを供給する手段(92)、信号加算手段（93または94）、
対数関数を適用する手段（95または96）、およびβtest
の利得を有する増幅手段(97)を備えている、図１０に示
すような回路である。
sを供給する手段(92)、信号加算手段（93または94）、
対数関数を適用する手段（95または96）、およびβtest
の利得を有する増幅手段(97)を備えている、図１０に示
すような回路である。
【００５８】〔実施例４〕
未知の試験気体を、一定ではあるがやはり未知の流量で
図４に示す装置を通過させた。試験気体を500sccmの流
量で装置を通過させたい。
図４に示す装置を通過させた。試験気体を500sccmの流
量で装置を通過させたい。
【００５９】短時間の後、流体の通過を停止する。加熱
手段を周囲温度より高い 160℃に維持するのに必要な入
力電圧が6.3ボルトと記録される。出力信号が1.0ボルト
と記録される。こうして流体の通過を再開する。
手段を周囲温度より高い 160℃に維持するのに必要な入
力電圧が6.3ボルトと記録される。出力信号が1.0ボルト
と記録される。こうして流体の通過を再開する。
【００６０】入力電圧および出力信号をデータセットと
して処理手段に供給する。入力電圧が例１で発生した基
準入力電圧と比較され、試験気体がヘリウムであると同
定される。
して処理手段に供給する。入力電圧が例１で発生した基
準入力電圧と比較され、試験気体がヘリウムであると同
定される。
【００６１】次に流れ関数を処理手段を介して
ｆ＝βtest＊〔Ｌｏｇe(Ｇs)−Ｌｏｇe(Ｇs−｛Ｖo−Ｖoffset｝)〕 (17)
に従ってデータセットに適用する。ただしｆは一定流量
であり、βtestはヘリウムに対して例１で求めた定数で
あり、Ｇs はコンジットによって決まる実験的に得られ
る定電圧であり、Ｖo は出力信号であり、Ｖoffsetはゼ
ロ流量での出力信号であって現在の場合1.0ボルトであ
る。
であり、βtestはヘリウムに対して例１で求めた定数で
あり、Ｇs はコンジットによって決まる実験的に得られ
る定電圧であり、Ｖo は出力信号であり、Ｖoffsetはゼ
ロ流量での出力信号であって現在の場合1.0ボルトであ
る。
【００６２】流れ関数をｆ、流量、について解き、400s
ccmであることを見出す。この値は500sccmより低いか
ら、一定流量を大きくする。流量を再計算し、流量の計
算値が500sccmに等しくなるまで一定流量を調節する。
ccmであることを見出す。この値は500sccmより低いか
ら、一定流量を大きくする。流量を再計算し、流量の計
算値が500sccmに等しくなるまで一定流量を調節する。
【００６３】〔実施例５〕
未知の試験気体を、一定ではあるがやはり未知の流量で
図４に示す装置を通過させる。試験気体を500sccmの流
量で装置を通過させたい。
図４に示す装置を通過させる。試験気体を500sccmの流
量で装置を通過させたい。
【００６４】加熱手段を周囲温度より高い 160℃に維持
するのに必要な入力電圧が6.6ボルトと記録される。出
力信号が0.2ボルトと記録される。入力電圧および出力
信号をデータセットとして処理手段に供給する。
するのに必要な入力電圧が6.6ボルトと記録される。出
力信号が0.2ボルトと記録される。入力電圧および出力
信号をデータセットとして処理手段に供給する。
【００６５】入力電圧を例１で発生した基準入力信号と
比較する。試験気体の正体は、その入力電圧がヘリウム
に対する基準入力電圧（6.3ボルト）と水素に対する基
準入力電圧（6.9ボルト）との間にあるので、このよう
な比較では決定的に同定することはできない。それ故、
出力信号が 0.2ボルトのときの試験気体の入力電圧を出
力信号が 0.2ボルトのときのヘリウムおよび水素に対す
る入力電圧と比較し、試験気体をヘリウムであると同定
する。試験気体と比較する基準流体として空気を選択す
る。
比較する。試験気体の正体は、その入力電圧がヘリウム
に対する基準入力電圧（6.3ボルト）と水素に対する基
準入力電圧（6.9ボルト）との間にあるので、このよう
な比較では決定的に同定することはできない。それ故、
出力信号が 0.2ボルトのときの試験気体の入力電圧を出
力信号が 0.2ボルトのときのヘリウムおよび水素に対す
る入力電圧と比較し、試験気体をヘリウムであると同定
する。試験気体と比較する基準流体として空気を選択す
る。
【００６６】次に流れ関数を処理手段を介して
ｆ＝βtest｛〔（ρＣp／ｋ)ref〕／〔（ρＣp／ｋ)test〕｝＊
〔Ｌｏｇe(Ｇs) −Ｌｏｇe(Ｇs−Ｖo)〕 (18)
に従ってデータセットに適用する。ここでｆは一定流量
であり、βtestはヘリウムに対して例１で決まった定数
であり、（ρＣp／ｋ）refは空気に関係しており、（ρ
Ｃp／ｋ）testは試験気体に関係しており、ρは気体の
密度であり、Ｃpは気体の熱容量であり、ｋは気体の熱
伝導度であり、Ｇsはコンジットによって決まる実験的
に得られた一定電圧であり、Ｖoは出力信号である。
であり、βtestはヘリウムに対して例１で決まった定数
であり、（ρＣp／ｋ）refは空気に関係しており、（ρ
Ｃp／ｋ）testは試験気体に関係しており、ρは気体の
密度であり、Ｃpは気体の熱容量であり、ｋは気体の熱
伝導度であり、Ｇsはコンジットによって決まる実験的
に得られた一定電圧であり、Ｖoは出力信号である。
【００６７】流れ関数をｆ、流量について解き、400scc
mであることが判明する。この値は500sccmより低いの
で、一定流量を大きくする。流量を再計算し、流量の計
算値が500sccmに等しくなるまで一定流量を調節する。
mであることが判明する。この値は500sccmより低いの
で、一定流量を大きくする。流量を再計算し、流量の計
算値が500sccmに等しくなるまで一定流量を調節する。
【００６８】〔実施例６〕
実施例５の手順を繰り返す。ただし流れ関数は処理手段
を介して ｆ＝＋βtest＊｛〔（ρＣp／ｋ）ref〕／〔（ρＣp／ｋ）test〕｝＊ 〔Ｌｏｇe（αtestＧs)−Ｌｏｇe(αtestＧs−Ｖo)〕 (19) に従ってデータセットに適用する。ここでｆは一定流量
であり、αtestおよびβtestはヘリウムに対して例１で
求められた定数であり、（ρＣp／ｋ）refは空気に関係
しており、（ρＣp／ｋ）testは試験気体に関係してお
り、ρは気体の密度であり、Ｃpは気体の熱容量であ
り、ｋは気体の熱伝導度であり、Ｇsはコンジットによ
って変わる実験的に得られた一定電圧であり、Ｖoは出
力信号である。
を介して ｆ＝＋βtest＊｛〔（ρＣp／ｋ）ref〕／〔（ρＣp／ｋ）test〕｝＊ 〔Ｌｏｇe（αtestＧs)−Ｌｏｇe(αtestＧs−Ｖo)〕 (19) に従ってデータセットに適用する。ここでｆは一定流量
であり、αtestおよびβtestはヘリウムに対して例１で
求められた定数であり、（ρＣp／ｋ）refは空気に関係
しており、（ρＣp／ｋ）testは試験気体に関係してお
り、ρは気体の密度であり、Ｃpは気体の熱容量であ
り、ｋは気体の熱伝導度であり、Ｇsはコンジットによ
って変わる実験的に得られた一定電圧であり、Ｖoは出
力信号である。
【００６９】当業者は、本考案の好適実施例に対して多
数の変更および修正を行うことができることおよびこの
ような変更および修正は本考案の精神から逸脱すること
なく行うことができることを認めるであろう。それ故、
「実用新案登録請求の範囲」にこのような同等の変型案
をすべて本考案の真の精神および範囲に入るものとして
包含させるつもりである。
数の変更および修正を行うことができることおよびこの
ような変更および修正は本考案の精神から逸脱すること
なく行うことができることを認めるであろう。それ故、
「実用新案登録請求の範囲」にこのような同等の変型案
をすべて本考案の真の精神および範囲に入るものとして
包含させるつもりである。
【００７０】
【考案の効果】以上のように本考案によれば、装置を通
過する流体の形式を自動的に同定することが可能な方法
及び装置が提供される。さらに、本考案によれば、一つ
の直線化した応答曲線から異なる流体の流量を測定する
ことが可能な方法及び装置が提供される。
過する流体の形式を自動的に同定することが可能な方法
及び装置が提供される。さらに、本考案によれば、一つ
の直線化した応答曲線から異なる流体の流量を測定する
ことが可能な方法及び装置が提供される。
【図１】本考案に基づく流体同定システムである。
【図２】正面部分を取り去った場合の本考案に基づくコ
ンジットの斜視図である。
ンジットの斜視図である。
【図３】本考案に基づくコンジットの断面図である。
【図４】本考案に基づく流量決定システムを示してい
る。
る。
【図５】本考案に基づく流量決定システムに用いられる
回路図である。
回路図である。
【図６】３種類の気体に関する入力電圧と出力信号の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図７】３種類の気体に関する体積流量と出力信号の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図８】３種類の気体に関する正規化体積流量と出力信
号の関係を示すグラフである。
号の関係を示すグラフである。
【図９】３種類の気体に関する流量と出力信号から計算
された流量との関係を示すグラフである。
された流量との関係を示すグラフである。
【図１０】本考案に基づく処理手段である。
１０ 流体源
１２ 計量手段
１４ 管路
２０ コンジット
３２ 電圧源
４０ 処理手段
４４ データ出力手段
─────────────────────────────────────────────────────
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特開 昭61−217749（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01F 1/68 - 1/699
G01N 30/32
Claims (7)
- 【請求項１】試験流体の流量を測定する装置であって： 試験流体を同定する手段； 試験流体を、第１のセンサ及び該第１のセンサから第１
の所定距離にある第２のセンサ、加熱手段から構成され
るコンジットを通過させる手段； 前記加熱手段に入力電圧を供給して、前記コンジットの
温度よりも高い温度に前記加熱手段を維持する手段； 前記第１のセンサ及び前記第２のセンサ間の温度差を表
す出力信号を発生する手段； 前記出力信号からなるデータセットを処理手段に供給す
る手段； 前記処理手段を介して、次式の流れ関数を前記データセ
ットに適用し、 ｕ＝（ρＣpＬ／ｋ）-1＊〔Ｌｏｇe（Ψ）−Ｌｏｇe（Ψ−ΔＴ）〕 （ただしρは同定された試験流体の密度であり、Ｃpは
同定された試験流体の熱容量であり、Ｌは所定距離であ
り、ｋは同定された試験流体の熱伝導度であり、Ψはコ
ンジットの幾何学により決まる定数であり、ΔＴは第１
のセンサと第２のセンサとの間の温度差であり）試験流
体の流量ｕを決定する手段； からなることを特徴とする装置。 - 【請求項２】試験流体の流量を測定する装置であって： 基準流体を同定する手段； 試験流体を、第１のセンサ及び該第１のセンサから第１
の所定距離にある第２のセンサ、加熱手段から構成され
るコンジットを通過させる手段； 前記加熱手段に入力電圧を供給して、前記コンジットの
温度よりも高い温度に前記加熱手段を維持する手段； 前記第１のセンサ及び前記第２のセンサ間の温度差を表
す試験出力信号を発生する手段； データセット及び流れ関数に基づいて試験流体の流量を
決定する手段、該データセットが前記試験出力信号を含
み、前記流れ関数が少なくとも前記試験出力信号の関数
として流量を同定すること； からなり、 前記流れ関数は次式で示され、前記流れ関数が前記デー
タセットに適用され、 ｆ＝βtest＊〔Ｌｏｇe(Ｇs)−Ｌｏｇe(Ｇs−Ｖo)〕 （ここでβtestはコンジット及び同定された試験流体に
より変わる実験的に得られる定数であり、Ｇsはコンジ
ットにより変わる実験的に得られる定電圧であり、Ｖo
は出力信号であり）同定された試験流体の流量ｆを決定
することを特徴とする装置。 - 【請求項３】試験流体の流量を測定する装置であって： 試験流体を同定する手段； 試験流体を、第１のセンサ及び該第１のセンサから第１
の所定距離にある第２のセンサ、加熱手段から構成され
るコンジットを通過させる手段； 前記加熱手段に入力電圧を供給して、前記コンジットの
温度よりも高い温度に前記加熱手段を維持する手段； 前記第１のセンサ及び前記第２のセンサ間の温度差を表
す試験出力信号を発生する手段； データセット及び流れ関数に基づいて試験流体の流量を
決定する手段、該データセットが前記試験出力信号を含
み、前記流れ関数が少なくとも前記試験出力信号の関数
として流量を同定すること； からなり、 前記流れ関数は次式で示され、前記流れ関数が前記デー
タセットに適用され、 ｆ＝βtest＊〔Ｌｏｇe(Ｇs)−Ｌｏｇe(Ｇs−｛ＶO−Ｖoffset｝)〕 （ここでβtestはコンジット及び同定された試験流体に
より変わる実験的に得られる定数であり、Ｇsはコンジ
ットにより変わる実験的に得られる定電圧であり、Ｖo
は出力信号であり、Ｖoffsetはゼロ流量での出力信号で
あり）同定された試験流体の流量ｆを決定することを特
徴とする装置。 - 【請求項４】試験流体の流量を測定する装置であって： 試験流体を同定する手段； 試験流体を、第１のセンサ及び該第１のセンサから第１
の所定距離にある第２のセンサ、加熱手段から構成され
るコンジットを通過させる手段； 前記加熱手段に入力電圧を供給して、前記コンジットの
温度よりも高い温度に前記加熱手段を維持する手段； 前記第１のセンサ及び前記第２のセンサ間の温度差を表
す試験出力信号を発生する手段； データセット及び流れ関数に基づいて試験流体の流量を
決定する手段、該データセットが前記試験出力信号を含
み、前記流れ関数が少なくとも前記試験出力信号の関数
として流量を同定すること； からなり、 前記流れ関数は次式で示され、前記流れ関数が前記デー
タセットに適用され、 ｆ＝βtest｛〔（ρＣp／ｋ)ref〕／〔（ρＣp／ｋ)test〕｝＊ 〔Ｌｏｇe(Ｇs) −Ｌｏｇe(Ｇs−Ｖo)〕 （ここでβtestはコンジット及び同定された試験流体に
より変わる実験的に得られる定数であり、（ρＣp／
ｋ）refは基準流体に関係しており、（ρＣp／ｋ）test
は同定された試験流体に関係しており、ρは流体の密度
であり、ＣPは流体の熱容量であり、ｋは流体の熱伝導
度であり、Ｇsはコンジットにより変わる実験的に得ら
れる定電圧であり、ＶOは試験出力信号であり）同定さ
れた試験流体の流量ｆを決定することを特徴とする装
置。 - 【請求項５】試験流体の流量を測定する装置であって： 試験流体を同定する手段； 試験流体を、第１のセンサ及び該第１のセンサから第１
の所定距離にある第２のセンサ、加熱手段から構成され
るコンジットを通過させる手段； 前記加熱手段に入力電圧を供給して、前記コンジットの
温度よりも高い温度に前記加熱手段を維持する手段； 前記第１のセンサ及び前記第２のセンサ間の温度差を表
す試験出力信号を発生する手段； データセット及び流れ関数に基づいて試験流体の流量を
決定する手段、該データセットが前記試験出力信号を含
み、前記流れ関数が少なくとも前記試験出力信号の関数
として流量を同定すること； からなり、 前記流れ関数は次式で示され、前記流れ関数が前記デー
タセットに適用され、 ｆ＝βtest＊｛〔（ρＣp／ｋ）ref〕／〔（ρＣp／ｋ）test〕｝＊ 〔Ｌｏｇe（αtestＧs)−Ｌｏｇe(αtestＧs−Ｖo)〕 （ここでαtestおよびβtestはコンジット及び同定され
た試験流体により変わる実験的に得られる定数であり、
（ρＣp／ｋ）refは基準流体に関係しており、（ρＣp
／ｋ）testは同定された試験流体に関係しており、ρは
流体の密度であり、ＣPは流体の熱容量であり、ｋは流
体の熱伝導度であり、Ｇsはコンジットにより変わる実
験的に得られる定電圧であり、ＶOは試験出力信号であ
り）同定された試験流体の流量ｆを決定することを特徴
とする装置。 - 【請求項６】試験流体の流量を測定する装置であって： 試験流体を同定する手段； 試験流体を、コンジット、該コンジット内に配置され試
験流体の温度を測定する第１のセンサ、該コンジット内
に配置され試験流体の温度を測定する第２のセンサ、該
コンジット内に配置されている加熱手段を通過させる手
段と、該センサ及び該加熱手段が互いから所定距離にあ
ること； 前記加熱手段に入力電圧を供給して、前記コンジット内
の温度よりも高い温度に前記加熱手段を維持する手段； 前記第１のセンサ及び前記第２のセンサ間の温度差を表
す試験出力信号を発生する手段； データセット及び流れ関数に基づいて試験流体の流量を
決定する手段、該データセットが前記試験出力信号を含
み、前記流れ関数が少なくとも前記試験出力信号の関数
として流量を同定すること； からなり、 さらに、前記試験流体を同定する手段が少なくとも１つ
の基準流体を前記コンジットを通過させる手段と； 前記少なくとも１つの基準流体の存在下で前記コンジッ
ト内の温度より高い温度に前記加熱手段を維持する手段
と； 基準出力信号を発生する手段と； からなることを特徴とする装置。 - 【請求項７】試験流体を同定し流量を測定する装置であ
って： （ａ）第１のセンサ及び第２のセンサ及びヒータからな
るコンジットを介して試験流体を通過させる手段； （ｂ）前記ヒータにヒータ電圧を与えることにより、前
記コンジットの温度より高い温度に前記ヒータを維持す
る手段； （ｃ）前記ヒータ電圧に基づく第１のデータ値を発生
し、第１の基準と該第１のデータ値を比較して前記試験
流体を同定する手段； （ｄ）前記第１のセンサ及び前記第２のセンサの間の温
度差を表す試験出力信号を発生する手段； （ｅ）前記試験流体流量を表す第２のデータ値を発生す
る手段、該第２のデータ値が前記試験流体の性質と前記
試験出力信号の関数であること； からなり、 前記試験流体流量を表す第２のデータ値を発生する手段
が、流れ関数を前記第２のデータ値に適用し、前記試験
流体の流量を決定する手段からなり； 流れ関数を前記第２のデータ値に適用する前記手段が、
以下のグループから選択される流れ関数を適用する手段
からなることを特徴とする装置。 ｕ＝（ρＣpＬ／ｋ）-1＊〔Ｌｏｇe（Ψ）−Ｌｏｇe（Ψ−ΔＴ）〕 ・・・ （ここでρは同定された試験流体の密度であり、Ｃpは
同定された試験流体の熱容量であり、Ｌは所定距離であ
り、ｋは同定された試験流体の熱伝導度であり、Ψはヒ
ータの温度に少なくとも依存し、ΔＴは第１のセンサと
第２のセンサとの間の温度差であり、ｕは試験流体の流
量を表す）： ｆ＝βtest＊〔Ｌｏｇe(Ｇs)−Ｌｏｇe(Ｇs−Ｖo)〕 ・・ ・ （ここでβtestはコンジット及び同定された試験流体に
より変わる実験的に得られる定数であり、Ｇsはヒータ
の温度に依存する電圧であり、Ｖoは出力信号であり、
ｆは同定された試験流体の流量を表す）： ｆ＝βtest＊〔Ｌｏｇe(Ｇs)−Ｌｏｇe(Ｇs−｛ＶO−Ｖoffset｝)〕 ・・・ （ここでＶoffsetはゼロ流量での出力信号である）： ｆ＝βtest｛〔（ρＣp／ｋ)ref〕／〔（ρＣp／ｋ)test〕｝＊ 〔Ｌｏｇe(Ｇs) −Ｌｏｇe(Ｇs−Ｖo)〕 ・・・ （ここで（ρＣp／ｋ）refは基準流体に関係してお
り、（ρＣp／ｋ）testは同定された試験流体に関係し
ており、ρは流体の密度であり、ＣPは流体の熱容量で
あり、ｋは流体の熱伝導度である）： ｆ＝βtest＊｛〔（ρＣp／ｋ）ref〕／〔（ρＣp／ｋ）test〕｝＊ 〔Ｌｏｇe（αtestＧs)−Ｌｏｇe(αtestＧs−Ｖo)〕 ・・・ （ここでαtestはヒータの温度に依存する）
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