JP3719802B2

JP3719802B2 - 多点計測型流量計

Info

Publication number: JP3719802B2
Application number: JP35027196A
Authority: JP
Inventors: 徳大根田; 健一中村; 俊彦丹村
Original assignee: Omron Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Omron Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JPH10185642A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の熱式フローセンサで複数位置の流速値を測定する多点計測型流量計であって、流体の温度、圧力、濃度が変化する環境においても高精度な測定が可能な多点計測型流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
管路や溝などを流れる流体の流量を測定する計器は流量計と呼ばれており、その測定方式により、流体を定容積に区分して測る直接測定方式と、管路の平均流速を求めこれに管路断面積を乗じて流量を求める間接測定方式とに大別される。熱式フローセンサは、間接測定方式で用いられる測定器の１つであり、加熱体を流体の流れの中に挿入し、その冷却を利用して流速や流量を測定するものである。精度を要求されるときは、複数の場所にセンサを取付けて使用されている。直管部の長さが管の直径の数倍以下の長さしかない場所で流量を測定する場合には、位置や時間による流速の違いを考慮に入れた多点計測を行うことで測定精度を向上させる必要があり、熱式フローセンサを複数個組合せた多点計測型流量計等が用いられている。
【０００３】
従来の多点計測型流量計を図３及び４を用いて説明する。
図３において、多点計測型流量計１´は、基板１１´の片面に複数の熱式フローセンサ１２´を取付け、基板１１´の裏面に温度センサ１３´を取付けていた。そして、使用するときは、図４に示すように管路の流れの方向にほぼ直角に挿入していた。
【０００４】
この流量計は、２桁以上にわたる広い流量計測範囲をもち、ｍｓオーダーの短い時間で応答し、圧力損失が少なく、管への挿入が容易であるなどの利点を有している。しかし、熱式フローセンサの測定値が流体の温度、圧力、濃度の変化の影響を受けやすいため、特にこれらのパラメータが大きく変化する環境では流量計の計測精度が低下するという欠点を持っていた。そのため、従来、温度変化に対しては、温度センサによる補正を行っていたが、圧力や濃度の変化に対しては考慮されていなかった。又、熱式フローセンサの性能が、ヒータの性質の経時変化や塵埃の付着等により、使用していくうちに変化することが知られている。長期的に使用する場合にはこの経時変化に対して補正を行うことが必要であるが、無人で補正することは困難で、メンテナンスを行う必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多点計測型流量計は、流体の圧力や濃度の変化がある場合には精度が悪くなるので単体では使用することができず、流量計とは別に圧力計、濃度計を設置してそれらの出力値を基に流量計出力値の補正計算を行う必要があった。このために、圧力計、濃度計を設置する場所が必要であり、手間のかかる補正計算を行うためのコンピュータ等も必要であった。特に多点計測型流量計の取付場所が狭い場合には、離れた所に圧力計及び濃度計を設置せざるを得ないので、正しい補正ができず、流量計の精度を十分向上させることは困難であった。
さらに、メンテナンスなしで熱式フローセンサの経時変化に対する補正を行う機能が望まれていた。
【０００６】
本発明の目的は、これらの問題点に鑑み、流体の圧力や濃度の変化が生じる場所でも使用可能で、圧力や濃度に関して換算した流量値を出力でき、圧力計や濃度計や補正用計算機を必要とせず、さらに、メンテナンスなしで経時変化に対する補正を行うことが可能な、多点計測型流量計を実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の熱式フローセンサで複数位置の流速値を測定する多点計測型流量計において、流体の温度、圧力又は濃度を測定する手段を設け、熱式フローセンサの測定値を温度、圧力又は濃度の測定値によって補正する補正手段を有し、熱式フローセンサの抵抗部分の抵抗値を自己発熱させない状態で測定することによって流体の温度情報を得るとともに、流れは当らないが周囲の流体が拡散によって出入りするような位置に設置した熱式フローセンサのヒータの消費電力値又は抵抗値を測定することによって流体の濃度情報を得る多点計測型流量計である。
【０００８】
本発明では、温度センサを設けることなしに、熱式フローセンサの抵抗部分の抵抗値を自己発熱させない状態で測定することによって温度情報を得ることができる。
【０００９】
また、本発明では、濃度センサを設けることなしに流れが直接当らない位置に設置した熱式フローセンサのヒータの消費電力値又は抵抗値を測定することによって濃度情報を得ることができる。
さらに、本発明では、流れが直接当たらない位置に少なくとも１つの熱式フローセンサを設置して流れがない状態での基準出力を得ることにより、各熱式フローセンサのゼロ点出力の経時変化に対する補正を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明の一実施例について、図１及び２を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の多点計測型流量計１の一実施例の説明図である。
多点計測型流量計１は、直方体である基板１１の一面に取付けられた複数の熱式フローセンサ１２と、基板１１の他の面に取付けられた温度センサ１３、圧力センサ１４及び濃度センサ１５と、リード線１７、付属回路１８等とからなる。基板１１は、例えば金属やセラミック等の材質で作製される。熱式フローセンサ１２、温度センサ１３、圧力センサ１４、濃度センサ１５としては、従来のものを用いればよい。熱式フローセンサ１２としては、加熱体を流体の流れの中に挿入し、加熱体が流体によって奪われる熱量が流速に依存して変わることを利用して測定するもの等を用いる。温度センサ１３としては、熱電対や抵抗温度計等を用いる。圧力センサ１４としては、ピエゾ抵抗効果を利用するか容量変化を利用した半導体圧力センサ等が使用される。濃度センサ１５としては、ガス分子の表面吸着による電気抵抗の変化を測定するガスセンサ等が使用される。
熱式フローセンサの抵抗部分１６の抵抗値を自己発熱させない状態で測定することによって温度情報を得ることも可能である。この方法を用いれば、温度センサ１３を設ける必要がなくなる。又、熱式フローセンサに流れが当たらないようにしてヒータ部分の消費電力値又は抵抗値から濃度情報を得ることができる。この方法を用いれば、熱式フローセンサを利用して濃度情報を得ることができるので、部品としても熱式フローセンサに防風壁を付けたものを用いることができ、付属回路も熱式フローセンサと共通で良い等のメリットがある。
【００１２】
温度センサ１３は熱式フローセンサ１２の付近の流体の温度を測定し、圧力センサ１４は付近の流体の圧力を測定し、濃度センサ１５は付近の流体の濃度を測定する。
よって、これらのセンサを流量計と別に設けた場合と比較して、流量値の温度、圧力及び濃度による補正に関する誤差を小さく抑えることができ、環境の変化への応答速度が速くなる。
【００１３】
また、少なくとも１つの熱式フローセンサを図１の濃度センサ１５のように、流れは当たらないが周囲の流体が拡散によって出入りするような位置に設置することにより、流れがない状態での出力（ゼロ点出力）を得ることができる。この値をマイコンに記憶させた出荷時のゼロ点出力と比較することで、経時変化によるゼロ点出力のドリフト量を知ることができ、各熱式フローセンサの出力値からこのドリフト量を減ずることで経時変化に関する補正を行うことができる。
【００１４】
図２に、多点計測型流量計１に取り付けられる各種センサの測定値により流量値を計算する回路ブロック図を示す。
熱式フローセンサ１２、温度センサ１３（又は非発熱状態での抵抗部分１６）、圧力センサ１４及び濃度センサ１５（熱式フローセンサを利用したタイプも含む）の出力及び基準ゼロ点出力は、各々制御回路２１で制御され、制御回路２１、演算回路２２を経由して、Ａ／Ｄコンバータ２３に入力され、一括してマイコン２４に入力される。マイコン２４では、温度センサ、圧力センサ及び濃度センサの各測定値を用いて補正を行う。濃度センサの測定値は、温度センサ及び圧力センサの測定値等により補正され、また、熱式フローセンサの測定値は、温度、圧力、濃度等について補正される。これらの得られたデータは、複数の熱式フローセンサについて、あるいは過去のデータ等とで平均化されることにより、流量値、例えば瞬時流量、積算流量、局所流量、平均流量等や、温度、圧力、濃度等の各種データが計算される。そして、これらの各種データは、出力又は表示手段２５で出力又は表示される。
【００１５】
なお、マイコン２４では、温度センサ１３、圧力センサ１４、濃度センサ１５の各測定値等により行う各種補正の代わりに、パラメータとしての温度、圧力及び濃度について、別の条件を入力して処理すれば、流量値として、所望の温度、圧力及び濃度条件での値として計算して出力することもできる。また、マイコン２４では基準ゼロ点出力を用いた故障診断などを実施することも可能である。
【００１６】
このように、複数の熱式フローセンサ１を搭載した多点計測型流量計に温度センサ、圧力センサと、濃度センサとを内蔵させるので、温度計、圧力計、濃度計を兼ねることができ、更に、熱式フローセンサ測定値について、温度、圧力及び濃度に関する正確な補正をすることが可能であり、温度、圧力又は濃度が変化する環境においても高精度な測定が可能である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、温度、圧力又は濃度が変化する環境においても高精度な測定が可能である。また、多点計測型流量計に温度センサ、圧力センサと、濃度センサとを内蔵するので、設置スペースの削減が可能になる。熱式フローセンサの抵抗部分を温度センサとして用い、流れが当たらない場所に設置した熱式フローセンサのヒータを濃度センサとして用いることにより、部品や付属回路の流用が可能になり、製造コストを下げることができる。
更に、基準ゼロ点出力を用いて熱式フローセンサの経時変化に対する補正を自動で行うことができるので、長期間メンテナンスなしで使用することができる。パラメータとしての温度、圧力及び濃度について、得られるセンサ測定値の代わりに別の条件を入力することが可能であるので、流量値として、所望の温度、圧力及び濃度条件を想定した換算値（例えば標準状態０℃、１気圧での値）を出力することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多点計測型流量計の説明図。
【図２】本発明の回路ブロック図。
【図３】従来例の多点計測型流量計の説明図。
【図４】多点計測型流量計の使用説明図。
【符号の説明】
１多点計測型流量計
１１基板
１２熱式フローセンサ
１３温度センサ
１４圧力センサ
１５濃度センサ
１６抵抗部分
１７リード線
１８付属回路
２１制御回路
２２演算回路
２３Ａ／Ｄコンバータ
２４マイコン
２５出力又は表示手段

Claims

複数の熱式フローセンサで複数位置の流速値を測定する多点計測型流量計において、
流体の温度、圧力又は濃度を測定する手段を設け、熱式フローセンサの測定値を温度、圧力又は濃度の測定値によって補正する補正手段を有し、熱式フローセンサの抵抗部分の抵抗値を自己発熱させない状態で測定することによって流体の温度情報を得るとともに、流れは当らないが周囲の流体が拡散によって出入りするような位置に設置した熱式フローセンサのヒータの消費電力値又は抵抗値を測定することによって流体の濃度情報を得ることを特徴とする多点計測型流量計。
流れは当たらないが周囲の流体が拡散によって出入りするような位置に設置した熱式フローセンサの流れがない状態で測定したゼロ点出力を、マイコンに記憶させた出荷時のゼロ点出力と比較して経時変化によるゼロ点出力のドラフト量を得、流れが当たる位置に設置した熱式フローセンサの出力値から前記ゼロ点出力のドラフト量を減じて経時変化に関して補正することを特徴とする請求項１記載の多点計測型流量計。
直方体の一面に複数の熱式フローセンサを設け、他の面に温度センサと圧力センサと濃度センサとを設けたことを特徴とする請求項１記載の多点計測型流量計。