JP4790999B2 - アンプ部分離型流量センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量センサを有するヘッド部と処理装置及び流量表示器を有するアンプ部とが分離し、かつ、互いに信号の授受を行い、処理装置は、ヘッド部から受信した流量検出信号から得られた検出流量レベルを流量表示器に表示させると共に、検出流量レベルを基準流量レベルと比較して判定信号を出力するように構成されているアンプ部分離型流量センサ装置に関する。

この種の流量センサ装置に使用される流量センサとして例えば、気体の流量を測定するための熱式流量センサと呼称されているものがある。これは、白金線のような検出用電線を気体の流れに晒し、検出用電線に電流を流したときに生ずる発熱が気体の流れによって冷却される度合いを検出することによって気体の流量を測定するものである。

このような流量センサは個体ごとの検出特性のばらつきが大きいので、それを補償するために可変（半固定）抵抗のような調整素子を用いてブリッジ回路を構成することが一般的である。更に、マイクロプロセッサ（処理装置）を用いてソフトウェアで検出流量レベルの補正を行うこともある。このような補正（補償）調整方法の従来例が特許文献１に開示されている。

また、流量測定の対象となる装置又は設備における気体の配管の途中に挿入されるようにして使用される流量センサ装置も実用化されている（例えば特許文献２参照）。これは、配管の途中に挿入される短い管路と管路内に配置された流量センサとその検出回路、処理装置、表示回路等を一体化した装置である。このような流量センサ装置の一タイプとして、ヘッド部とアンプ部とが分離したアンプ部分離型流量センサ装置がある。

アンプ部分離型流量センサ装置は、配管の途中に挿入されるヘッド部をできるだけ小形化して設置しやすくするために、ヘッド部には流量センサとその検出回路を含む必要最小限の電子回路のみを搭載する。そして、処理装置、流量レベルの表示器、入出力インターフェイス等をアンプ部に搭載し、ヘッド部とアンプ部とを電気ケーブルで接続する。
特開２０００−２５７５号公報 特開平９−８９６１８号公報

アンプ部分離型流量センサ装置において、アンプ部に設ける流量表示器とは別に、ヘッド部に簡単な表示器を設ける場合がある。例えば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を一列に並べ、各ＬＥＤを順番に点灯させることを繰り返す表示（以下、流れ表示という）を行う。点灯するＬＥＤが移動する速度（以下、流れ表示速度という）を検出流量に応じて変化させることにより、流量の概略を視覚的に把握することができる。

このような流れ表示を行うための表示制御回路は、流量センサからの検出信号（電圧信号）を周波数信号に変換するＶ−Ｆ変換回路やカウンタ等を用いた簡単な回路で構成することができる。したがって、上記のようなＬＥＤを用いた表示器や表示制御回路をヘッド部に設けてもヘッド部の外形がさほど大きくなることはなく、ユーザにとって配管部分で流量の概略を視覚的に把握することができるメリットが大きい。

しかしながら、上記のような構成の場合に、流量が実質的にゼロであるにもかかわらず、ノイズの影響等に起因して表示制御回路から信号が出力され、ヘッド部の表示（流れ表示）がわずかに動くことがある。ヘッド部での表示（流れ表示）はあくまで流量の概略を把握できるようにするためのものであるが、流量が実質的にゼロのときにはそのような流れ表示が停止し、流量ゼロを表示していることが望ましい。アンプ部の処理装置が、所定の補正処理（例えばディジタルフィルタリング処理）を行った後の検出流量レベルに基づいてヘッド部の表示器を制御すれば上記のような問題はなくなるが、アンプ部の処理装置の処理負荷が増加するデメリットが生ずる。また、ヘッド部とアンプ部とを接続する電線の本数が増加する場合もある。

本発明は、上記のような課題に鑑み、ヘッド部にも表示器が備えられたアンプ分離型流量センサ装置において、表示器の制御をヘッド部で直接行いながら、流量ゼロ付近での不安定な表示を回避することを目的とする。

本発明によるアンプ部分離型流量センサ装置の第１の構成は、流量センサを有するヘッド部と処理装置及び流量表示器を有するアンプ部とが分離し、かつ、互いに信号の授受を行い、処理装置は、ヘッド部から受信した流量検出信号から得られた検出流量レベルを流量表示器に表示させると共に、検出流量レベルを基準流量レベルと比較して判定信号を出力するように構成されているアンプ部分離型流量センサ装置であって、ヘッド部は、流量センサからの検出信号を処理して表示用の信号を出力する表示制御回路と、この表示制御回路の出力信号に従って所定の表示を行う第１表示器とを備え、アンプ部の処理装置は、検出流量レベルがしきい値より低い場合は、ヘッド部に対して表示抑制信号を送出し、ヘッド部の表示制御回路は表示抑制信号を受信したときは流量センサからの検出信号に関わらず第１表示器の表示を停止し、又は流量ゼロに相当する表示を行うことを特徴とする。

このような構成によれば、検出流量レベルがしきい値より低い（実質的に流量ゼロである）ことをアンプ部の処理装置が判断すると、ヘッド部に対して表示抑制信号が送出され、ヘッド部の表示制御回路が第１表示器の表示を停止し、又は流量ゼロに相当する表示を行うので、例えば流れ表示が動くといった現象が回避される。したがって、ヘッド部に処理装置を備えさせることなく、簡単な構成で流量ゼロの表示又は表示停止（消灯）を確実に行うことができる。

本発明によるアンプ部分離型流量センサ装置の第２の構成は、上記第１の構成において、アンプ部の処理装置は、ヘッド部から受信した流量検出信号に所定の補正（リニアリティ補正等）を施して検出流量レベルを得ることを特徴とする。このような構成によれば、検出流量レベルとしきい値との比較により、実質的に流量がゼロであることを正確に判定してヘッド部の第１表示器の表示を停止し、又は流量ゼロに相当する表示を行うことができる。

本発明によるアンプ部分離型流量センサ装置の第３の構成は、上記第１又は第２の構成において、アンプ部の流量表示器は検出流量レベルの数値表示を行い、ヘッド部の第１表示器は、流量センサからの検出信号に基づく検出流量に応じたパターン表示を行うことを特徴とする。このような構成において、アンプ部の流量表示器による検出流量レベルの数値表示がゼロであるときは、ヘッド部の第１表示器によるパターン表示も流量ゼロに相当する表示となっているか消灯していることが望ましいが、上記第１又は第２の構成により、そのことが確実に実現する。

本発明によるアンプ部分離型流量センサ装置の第４の構成は、上記第３の構成において、ヘッド部の表示制御回路は流量センサの検出流量に相当する電圧信号を周波数信号に変換するＶ−Ｆ変換回路を含み、ヘッド部の第１表示器は検出流量に応じた速度で変化するパターン表示を行うことを特徴とする。例えば、前述のように一列に並んだ複数のＬＥＤを順番に点灯させることを繰り返す流れ表示がこのようなパターン表示に相当する。Ｖ−Ｆ変換回路やカウンタ等を含む簡単な表示制御回路によって流れ表示を実現することができるが、検出流量が実質的にゼロであるときに流れ表示が停止していなければ目立ちやすい。上記第１又は第２の構成によれば、検出流量が実質的にゼロであるときに流れ表示を確実に停止（流量ゼロに相当する表示）させることができる。

本発明によるアンプ部分離型流量センサ装置の第５の構成は、上記いずれかの構成において、ヘッド部はアンプ部からの制御によって点灯又は消灯する第２表示器を更に備え、表示抑制信号と第２表示器の制御信号とが組み合わされた複数のレベルをとり得る制御電圧信号がアンプ部からヘッド部に送出され、ヘッド部に備えられた電圧検出回路がアンプ部からの制御電圧信号を受けて表示抑制信号と第２表示器の制御信号とを出力するように構成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、第１表示器のための表示抑制信号と第２表示器のための制御信号とを一本の信号線でアンプ部からヘッド部に送出することができるので、ヘッド部とアンプ部とを接続する電気ケーブルに含まれる電線の数を減らし、構成の簡素化ひいてはコスト低減を図ることができる。なお、第２表示器による表示として、例えばアンプ部の処理装置が検出流量レベルを基準流量レベルと比較して得られる判定結果（判定信号）に応じて点灯又は消灯するＬＥＤをヘッド部にも設ける場合がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例に係る分流式流量センサ装置の全体構成を示す外観図である。本実施例の分流式流量センサ装置は、ヘッド部３１とアンプ部３２が電気ケーブル２７で接続された構成を有する。アンプ部３２は更に電気ケーブル１０を介して外部機器（図示せず）に接続することができる。

図２は、本発明の実施例に係る分流式流量センサ装置のヘッド部の外観を示す斜視図である。また、図３は分流式流量センサ装置のヘッド部の分解図であり、図４は分流式流量センサ装置のヘッド部の主要部断面図である。この分流式流量センサ装置は、金属製の略円筒状の主流路部材（主流路モジュール）１１と、その側面（図３等では上面）に形成された開口部に挿入されるバイパス流路モジュールを備えている。バイパス流路モジュールは、樹脂製のバイパス流路部材１２と流量センサ基板２１で構成されている。主流路部材１１の側面開口部とバイパス流路部材１２との間には、バイパスパッキン１３が介装されている。また、詳しくは後述するが、基板パッキン２２によって主流路部材１１（主流路モジュール）の側面開口部とバイパス流路モジュールとの封止（気密性の確保）が成されている。

この分流式流量センサ装置は、略円筒状の主流路部材１１の両端部を流量測定対象の装置や設備における気体の管路に挿入して使用される。主流路部材（主流路モジュール）１１は気体の主流路を構成し、バイパス流路モジュール（バイパス流路部材１２及び流量センサ基板２１）は主流路から分流して流れる気体のバイパス流路を構成する。図４において、主流路を気体が流れる様子を太い矢印線で示し、バイパス流路を気体が流れる様子を細い矢印線で示している。

主流路部材１１の上流側部分（バイパス流路モジュールの入口よりも上流側）には、複数のメッシュ板１４１とスペーサ１４２を交互に重ねた構造の整流手段１４が装着されている。図示の例では、６枚のメッシュ板１４１と５枚のスペーサ１４２が交互に重ねられて整流手段１４が構成されている。一例として、各メッシュ板１４１は厚み０．１ｍｍの円板状の金属板に直径約０．２ｍｍの小孔が多数形成されたものであり、各スペーサ１４２は厚み１．０ｍｍの金属製の円環状部材である。

整流手段１４は、図４に示すように、主流路部材１１の上流側内壁面に設けられた段部１１１に押し当てられ、メッシュロック１５を用いて固定されている。メッシュロック１５は、円環状部材の外周に雄螺子が形成されたものであり、主流路部材１１の段部１１１より上流側の内壁面に形成された雌螺子と螺合するようにねじ込まれる。整流手段１４は、分流前の主流路における径方向の流量分布、つまり流路断面内の流量分布を均一にする働きを有する。

主流路部材１１の下流側部分には、測定レンジ調整部材１６及びメッシュフィルタ１７が装着されている。測定レンジ調整部材１６は、略円筒形の部材であり、一端側に鍔部１６１を有する。図４に示すように、主流路部材１１の下流側内壁面に形成された段部１１２に、Ｏリング（オーリング）１８を挟むようにして測定レンジ調整部材１６の鍔部が押し当てられ、測定レンジ調整部材１６の円筒形部分が主流路部材１１の下流側円筒形部分に挿入される。測定レンジ調整部材１６の円筒形部分の外径と、主流路部材１１の下流側円筒形部分の内径はほぼ等しく、両者の隙間ができるだけ小さいことが望ましい。

測定レンジ調整部材１６の鍔部１６１の外側端面にメッシュフィルタ１７の外周部を挟むようにしてメッシュロック１９がねじ込まれ、これによって測定レンジ調整部材１６及びメッシュフィルタ１７が固定されている。メッシュロック１９は、上述のメッシュロック１５と同様に、円環状部材の外周に雄螺子が形成されたものであり、主流路部材１１の段部１１２より下流側の内壁面に形成された雌螺子と螺合するようにねじ込まれる。

メッシュフィルタ１７は、下流側の管路から気体が逆流したときに気体中の異物（ごみ）が分流式流量センサ装置の内部に入り込むのを防止するために設けられている。また、測定レンジ調整部材１６は、主流路の断面積を変えることによって測定レンジを変更することを容易にするために使用される。したがって、この測定レンジ調整部材１６が装着される場合と装着されない場合がある。

図５は、バイパス流路部材１２の斜視図である。また、図６はバイパス流路部材１２及び流量センサ基板２１で構成されるバイパス流路モジュールの断面図である。バイパス流路部材１２は、主流路部材１１の側面開口部を封止するように装着されたときに、主流路の断面の略中央部に位置するバイパス流路の入口１２１及び出口１２２を備え、入口１２１から出口１２２に至るバイパス流路がバイパス流路部材１２の内部に形成されている。図６において、バイパス流路を気体が流れる様子を矢印線で示している。

図５及び図６から分かるように、バイパス流路部材１２の上面には凹部１２３が形成され、この凹部１２３の前後が入口１２１及び出口１２２に連通している。図３及び図４に示すように、バイパス流路部材１２の上面には、流量センサ基板２１が被せられ、基板パッキン２２を挟んで流量センサ基板２１が主流路部材１１に固定される。つまり、バイパス流路部材１２の凹部１２３とその上側開口を塞ぐ流量センサ基板２１によってバイパス流路の一部が形成されている。

図７は、主流路部材１１及びバイパス流路部材１２の側面に取り付けられる流量センサ基板２１とそれに実装された熱式流量センサ２１１を示す斜視図である。また、図８は、主流路部材１１の側面にバイパス流路部材１２及び流量センサ基板２１が取り付けられた状態を示す断面図である。なお、図７では、流量センサ基板２１の下面（裏面）が見えるように流量センサ基板２１を傾けて描いている。流量センサ基板２１の下面には、半導体チップ部品である熱式流量センサ２１１が実装されている。つまり、バイパス流路の壁面の一部を構成する流量センサ基板２１の下面に熱式流量センサ２１１が配置されている。

熱式流量センサ２１１と流量センサ基板２１との電気接続は、ボンディングワイヤ（電線）２１１ａを用いたワイヤボンディングによって行われている。一実施例において、ボンディングワイヤ２１１ａを含む熱式流量センサ２１１と流量センサ基板２１との電気接続部は絶縁樹脂でモールドされている。図５にも示したように、バイパス流路の一部を形成する凹部１２３の側方に一段下がった凹部１２４が形成されている。これは流量センサ基板２１の下面に実装される熱式流量センサ２１１のボンディングワイヤ２１１ａ（又はそのモールド樹脂）を逃げるためのものである。

図９は、主流路部材１１の側面開口部にバイパス流路部材１２が装着され、その上に流量センサ基板２１が取り付けられる様子を示す斜視図である。図４の断面図に良く示されているように、基板パッキン２２は、主流路部材１１の側面（上面）開口部の周囲に設けられた段部とバイパス流路部材１２の上端部外周面とで形成される溝にはめ込まれる。４本の固定螺子２３と下基板ホルダ２８５によって流量センサ基板２１が主流路部材１１の上面に締め付けられると、基板パッキン２２が変形して主流路部材１１の側面開口部とバイパス流路部材１２の側面と流量センサ基板２１の下面とが同時に封止される。流量センサ基板２１等の取り付け構造については後で説明を加える。

前述のように、バイパス流路の入口１２１は主流路の断面の略中央部に位置する（図４参照）。これにより、気流の乱れが発生しやすい管路の壁面付近ではなく、比較的安定した気流となる中央部の気体をバイパス流路の入口１２１からバイパス流路へ導くことができる。その結果、バイパス流路を流れ込む気体の流量が安定しやすく、熱式流量センサ２１１による流量測定の安定性が向上する。

また、図４及び図６から分かるように、バイパス流路の入口１２１を構成するバイパス流路部材１２の先端部は上流側へ突出し、入口１２１の周辺部１２１ａが球面状に形成されている。つまり、主流路（の気体の流れ）に沿って流線形となるように形成されている。これにより、主流路中に配置されたバイパス流路の入口１２１の周辺部１２１ａに起因する主流路の気流の乱れが低減される。主流路の気流が乱れれば、熱式流量センサ２１１が配置されたバイパス流路の気流に影響が出るので、主流路の気流の乱れを抑えることが重要である。同様の理由により、バイパス流路の出口１２２を構成するバイパス流路部材１２の後端部は下流側へ突出し、出口１２２の周辺部１２２ａも球面状（流線形）に形成されている。

図３に示すように、分流式流量センサ装置のヘッド部とアンプ部との電気接続のための電気ケーブル２７が上下のケーブルブッシュ２７１，２７２と２本の固定螺子（図示を省略）を用いて主流路部材１１の上面に固定されている。分流式流量センサ装置のヘッド部及びアンプ部の電気回路の構成については後述する。また、流量センサ基板２１の上には、ヘッド部の電気回路を構成するプリント基板が内蔵された上ケースユニット２８が被せられている。

図１０は、上ケースユニット２８及び流量センサ基板２１の分解図である。また、図１１は、分流式流量センサ装置のヘッド部の上ケースユニットを含む内部構造を示す断面図である。上ケースユニット２８は、樹脂製の上ケース２８１と、その内部に収容される表示基板２８２、メイン基板２８３、上基板ホルダ２８４及び下基板ホルダ２８５を含んでいる。図３にも示されているように、上ケースユニット２８（上ケース２８１）の上面には、２種類の表示器２８ａ及び２８ｂが備えられている。第１表示器２８ｂは、一列に並んだ４個のＬＥＤ（発光ダイオード）を順番に点灯させることにより、気体が流れている様子を表す流れ表示を行う。流量に応じてＬＥＤを順番に点灯させる速度（周期）を変化させることにより、流量が視覚的に分かるような表示である。第２表示器２８ａは、アンプ部からの制御によってオン・オフされるＬＥＤ表示であり、現在の流量があらかじめ設定した流量より多いか少ないかを表示する。表示基板２８２には、第１表示器２８ｂに対応する４個のＬＥＤと第２表示器２８ａに対応する１個のＬＥＤが実装されている。

メイン基板２８３には、熱式流量センサ２１１の出力信号の処理回路、上記の表示器２８ａ及び２８ｂの駆動回路、アンプ部との通信のための回路、電源回路等の回路部品が実装されている。メイン基板２８３は、基板間コネクタ２８３ａを介して表示基板２８２と上下一体に接続され、これらの基板２８２，２８３は樹脂製の上基板ホルダ２８４に固定される。上基板ホルダ２８４の下面の前後の端部には下方に突出した係合突起部２８４ａが設けられ、これらに係合する係合部２８５ａが下基板ホルダ２８５の前後の端部に形成されている。前後一対の係合突起部２８４ａと係合部２８５ａが係合することによって、上基板ホルダ２８４と下基板ホルダ２８５は一体に結合される。

樹脂製の下基板ホルダ２８５は、強度を高めるために、水平板部と両側の側板部２８５ｂからなる断面Ｈ形状の構造を有する。バイパス流路を流れる気体の圧力によって流量センサ基板２１が撓むのを防止するために、下基板ホルダ２８５の下面が流量センサ基板２１の上面に接触した状態で、図９に示したように下基板ホルダ２８５が主流路部材１１の側面開口部に螺子止めされる。下基板ホルダ２８５の強度を高めるための断面形状はＨ形状に限らず、例えば断面コ形状（Ｕ形状）としてもよい。十分な強度を確保できる金属で下基板ホルダ２８５を作る場合は側板部２８５ｂを省いた水平板部のみの形状としてもよい。

また、側板部２８５ｂは、上ケースユニット２８の両側壁の一部を兼ねている。すなわち、図１０に示すように、上ケース２８１の両側面の比較的広い面積に矩形の切欠き２８１ａが形成され、この切欠き２８１ａに下基板ホルダ２８５の側板部２８５ｂが嵌り込み、上ケース２８１の側面と下基板ホルダ２８５の側板部２８５ｂの表面が面一になるように構成されている。そして、下基板ホルダ２８５の側板部２８５ｂを含む上ケースユニット２８の側面全体に樹脂シート（図示を省略）が貼られる。このような構造により、各基板２８２，２８３の面積を最大限確保しながら上ケースユニット２８の幅を小さくすることができる。

図１１から分かるように、アンプ部との電気接続のための電気ケーブル２７は、メイン基板２８３に接続されている。そして、メイン基板２８３と流量センサ基板２１とが基板間コネクタ２１ａによって電気的に接続されている。図１０から分かるように、上基板ホルダ２８４及び下基板ホルダ２８５のそれぞれの中央部に、基板間コネクタ２１ａを挿通させる貫通孔２８４ｂ，２８５ｃが形成されている。

上ケース２８１の両側面の下端部には計４箇所の係合孔２８１ｂが形成されており、これらに対応する係合突起１１ａが主流路部材１１の上部側面に形成されている。４対の係合孔２８１ｂ及び係合突起１１ａを互いに係合させることにより、上ケース２８１が主流路部材１１の上部に固定される。

図１２は、ヘッド部の電気回路の構成を示すブロック図である。また、図１３はヘッド部に接続されるアンプ部の電気回路の構成を示すブロック図である。前述のヘッド部３１とアンプ部３２との電気接続のための電気ケーブル２７には、４本の電線、すなわちヘッド電源ライン、アナログ信号／通信線、ヘッド表示信号／通信線、及びグランド（ＧＮＤ）ラインが含まれている。アナログ信号／通信線は、ヘッド部３１で検出された流量に相当する電圧信号（アナログ信号）をアンプ部３２に送るための信号線路とディジタル通信線路とを兼ねている。また、ヘッド表示信号／通信線は、アンプ部３２からヘッド部３１のＬＥＤ表示を制御するための信号線路とディジタル通信線路とを兼ねている。

ヘッド部３１は、前述の熱式流量センサ２１１、その出力信号の処理回路である一対のブリッジ回路３１１と差動増幅回路３１２、Ｖ−Ｆ変換回路３１３、前述の第１表示器２８ｂ及び第２表示器２８ａに対応する複数のＬＥＤを含むＬＥＤ表示回路３１４、電気的にデータ書き換え可能なメモリ素子であるＥＥＰＲＯＭ３１５、２個のアナログスイッチ３１６Ａ，３１６Ｂ、電源回路３１７及び２個の電圧検出回路３１８Ａ，３１８Ｂを備えている。

熱式流量センサ２１１は、白金薄膜で構成されたヒータ抵抗３０１と温度補償抵抗３０２を二組備え、それぞれの組が上流側と下流側とに離間して配置されている。上流側及び下流側のヒータ抵抗３０１に一定の電流を流したときに、気流が無い場合は両者の発熱による温度に差が無いが、気体の流量が多くなるにつれて、上流側のヒータ抵抗３０１が下流側のヒータ抵抗３０１に比べて冷却されて温度が下がる度合いが大きくなる。

したがって、両者の温度差から気体の流量が検出できる。実際には、本実施例の熱式流量センサ２１１では、上流側及び下流側のヒータ抵抗３０１が共に設定温度（抵抗値）になるように、一対のブリッジ回路３１１によってそれぞれのヒータ抵抗３０１に電流が供給される。そして、上流側及び下流側のヒータ抵抗３０１の電流の差（電圧の差）が差動増幅回路３１２で増幅され、得られた出力電圧が気体の流量に相当する検出信号となる。なお、各ヒータ抵抗３０１と組になっている温度補償抵抗３０２は、周囲温度の変化を補償するための抵抗である。

熱式流量センサ２１１は初期特性や温度特性のばらつきがあるので、それを補償するための調整素子であるディジタルトリマー３１１ａがブリッジ回路３１１に備えられている。ディジタルトリマーは、その抵抗値を電気信号によってディジタル的に設定することができる。本実施例で使用されているディジタルトリマー３１１ａは、電源供給が無くなればその設定値が消滅する揮発性ディジタル補正素子である。したがって、電源投入時等に所定の設定値をディジタルトリマー３１１ａに書き込む必要があり、その設定情報は電源供給が無くなっても記憶情報を保持する不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ３１５に保存されている。２個のディジタルトリマー３１１ａの設定（調整）によって、熱式流量センサ２１１の上流側及び下流側のヒータ抵抗３０１の温度と抵抗値とのオフセットが調整される。

また、差動増幅回路３１２にもディジタルトリマー３１２ａが備えられている。これは、差動増幅回路３１２のゲインを調整するためのものであり、最大流量のときに最大振幅の出力が得られるように、その抵抗値が調整（設定）される。この設定情報もＥＥＰＲＯＭ３１５に保存されている。ＥＥＰＲＯＭ３１５から設定情報を読み出してディジタルトリマー３１１ａ及び３１２ａの設定を行う処理については後述する。

なお、通常のアナログ式可変抵抗（半固定抵抗）ではなくディジタルトリマーを用いて流量検出回路の調整を行うことにより、以下のようなメリットが得られる。第１に、通常の可変抵抗では正確な（精細な）調整が難しく、調整後に振動等によって値が変化する可能性があるが、ディジタルトリマーは正確な調整が容易であり、振動に強い。第２に、ディジタルトリマーは、出荷検査工程における自動調整（機械化）に対応しやすい。その後に校正（再調整）を行う場合も、外部から通信によって行うことが容易である。

差動増幅回路３１２の出力電圧（流量に相当する検出信号）は、アナログスイッチ３１６Ａを通ってアナログ信号／通信線でアンプ部３２へ送られると共に、Ｖ−Ｆ変換回路３１３に与えられる。Ｖ−Ｆ変換回路３１３は、入力された流量に相当する電圧信号を周波数（周期）信号に変換し、変換後の信号をＬＥＤ表示回路３１４に与える。この信号に基づいて、ＬＥＤ表示回路３１４は前述の第１表示器２８ｂを構成する４個のＬＥＤを与えられた周期で順番に点灯させる流れ表示を行う。流量が多いほど短い周期で（速い速度で）、４個のＬＥＤが順番に繰り返し点灯する。

また、ＬＥＤ表示回路３１４に含まれる第２表示器２８ａを構成するＬＥＤは、アンプ部３２からの制御信号によって点灯又は消灯される。すなわち、アンプ部３２からのヘッド表示信号（制御電圧信号）がヘッド表示信号／通信線を通してヘッド部３１に送出され、このヘッド表示信号はアナログスイッチ３１６Ｂを通って電圧検出回路３１８Ｂに与えられる。そして、電圧検出回路３１８Ｂの出力信号がＬＥＤ表示回路３１４に与えられている。

ヘッド表示信号は、前述の第１表示器２８ｂの表示抑制信号と第２表示器２８ａの制御信号とが組み合わされた４つのレベルをとり得る制御電圧信号である。そして、電圧検出回路３１８Ｂはヘッド表示信号の電圧を４段階に識別し、第１表示器２８ｂの表示抑制信号と第２表示器２８ａの制御信号とを出力する。第１表示器２８ｂの表示抑制信号に関する詳細は後述するが、この信号によって、流れ表示を行う第１表示器２８ｂが強制的にオフ（流れ表示の停止）になる。

アナログスイッチ３１６Ａは、アナログ信号／通信線の用途を切り換える働き、具体的にはヘッド部３１側の接続先をＥＥＰＲＯＭ３１５等（データライン）と差動増幅回路３１２との間で切り換える働きを有する。他方のアナログスイッチ３１６Ｂは、ヘッド表示信号／通信線の用途を切り換える働き、具体的にはヘッド部３１側の接続先をＥＥＰＲＯＭ３１５等（クロックライン）と電圧検出回路３１８Ｂとの間で切り換える働きを有する。アナログスイッチ３１６Ａ及び３１６Ｂの上記の切り換えは共に電圧検出回路３１８Ａの出力によって行われ、その入力は電源回路３１７の入力側、すなわちアンプ部３２から供給される電源電圧（ヘッド電源ライン）に接続されている。電源回路３１７は、アンプ部３２から供給される電源電圧からヘッド部の動作用の安定化電圧を生成する定電圧回路である。

図１３に示すように、アンプ部３２は、ＬＥＤ表示回路３２１、キースイッチ３２２、電源回路３２３、Ａ／Ｄ変換回路３２４、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）３２５、ヘッド表示コントロール回路３２６、ＥＥＰＲＯＭ３２７、入力回路３２８、アナログ出力回路３２９及び制御出力回路３３０を備えている。マイクロプロセッサ３２５は、アンプ部３２及びヘッド部３１の両方の制御を司る。ヘッド部３１からアナログ信号／通信線を通して送られる差動増幅回路３１２の出力電圧（検出流量信号）は、Ａ／Ｄ変換回路３２４でディジタル値に変換された後、マイクロプロセッサ３２５に入力される。

マイクロプロセッサ３２５は、ヘッド部３１から受信した流量検出信号にリニアリティ補正を施して検出流量レベルを得る。つまり、前述のヘッド部３１でのディジタルトリマー３１１ａ及び３１２ａによる補正（調整）のみでは、十分なリニアリティ（特性の直線性）を得ることが困難なために、マイクロプロセッサ３２５の内部でソフトウェアによるリニアリティ補正が行われる。リニアリティ補正のためのパラメータ（アンプ部補正情報）は、最大流量及び流量ゼロのポイントだけでなく、中間段階のポイントを含む複数のポイントにおける実際の流量と検出流量との関係を表すテーブルである。あらかじめヘッド部３１ごとに測定して得られたアンプ部補正情報が、そのヘッド部３１のＥＥＰＲＯＭ３１５に記憶（保存）される。

前述のディジタルトリマー３１１ａ及び３１２ａの設定情報と共にリニアリティ補正のためのアンプ部補正情報もヘッド部３１に固有の情報としてヘッド部３１のＥＥＰＲＯＭ３１５に保存されるので、ヘッド部３１とアンプ部３２との互換性が確保される。つまり、ヘッド部３１とアンプ部３２との組合せを工場出荷段階の組合せに固定する必要はなく、適宜変更することができる。また、ヘッド部３１にはマイクロプロセッサ（処理装置）を搭載する必要が無く、アンプ部３２のマイクロプロセッサ３２５が通信によってヘッド部３１のディジタルトリマー３１１ａ及び３１２ａの設定を行うので、コスト面での無駄が無くなると共に、ヘッド部３１の小形化が可能になる。

アンプ部３２のマイクロプロセッサ３２５は、リニアリティ補正後の検出流量レベルと、あらかじめ設定された基準流量レベルとを比較する。その比較結果は、判定信号として制御出力回路３３０から出力される。本実施例の流量センサ装置では２つの基準流量レベルを設定することができ、制御出力回路３３０から２つの判定信号が出力される（出力１及び出力２）。また、２つの判定信号はＬＥＤ表示回路３２１によって表示出力される。

検出流量レベルはＬＥＤ表示回路３２１に含まれる流量表示器に数値表示されると共に、アナログ出力回路３２９を介して外部機器へ出力することができる。これに使用されるアナログ出力／外部入力ポートは、外部機器（例えば上位コントローラ）からのデータ入力にも兼用され、その入力データは入力回路３２８を介してマイクロプロセッサ３２５に入力される。また、ＥＥＰＲＯＭ３２７は、各種設定値や制御用データの記憶に使用される。

ＬＥＤ表示回路３２１は、検出流量レベルの数値表示を行うための７セグメントＬＥＤ表示器（流量表示器）を有する。その他、設定流量（基準流量レベル）の表示用の７セグメントＬＥＤ表示器や基準流量レベルと検出流量レベルとの比較判定結果を表示するためのＬＥＤ等がＬＥＤ表示回路３２１に含まれている。また、キースイッチ３２２は、各種設定を行うために使用される複数の押釦スイッチを含んでいる。これらの表示器や押釦スイッチを含むアンプ部３２の上面パネルの例を図１４に示す。

図１４において、中央部上側に設けられた３桁の７セグメントＬＥＤ表示器が流量表示器３２１ａである。その下に設けられた少し小さい３桁の７セグメントＬＥＤ表示器が設定流量（基準流量レベル）の表示器３２１ｂである。その左側には、２つ設定可能な基準流量レベルのいずれの表示であるかを示す２個のＬＥＤ３２１ｃが設けられている。左上には、２つの基準流量レベルと検出流量レベルとの比較判定結果を表示するための２個のＬＥＤ３２１ｄが設けられている。また、右下のＬＥＤ３２１ｅ（ＡＤＤ）は、積算流量モードであることを示すＬＥＤである。その右に設けられている押釦スイッチ３２２ａは、表示動作モードを切り換えるためのスイッチであり、その上には、流量設定値（基準流量レベル）を増減するための押釦スイッチ３２２ｂが設けられている。また、左下には２つの基準流量レベルの設定を切り換えるための押釦スイッチ３２２ｃが設けられている。

図１３において、電源回路３２３は、ヘッド部３１にヘッドに供給する電源電圧（以下、ヘッド電源電圧という）をマイクロプロセッサ３２５からのヘッド電圧制御信号にしたがって切り換える。本実施例では、約６．５Ｖ（第１の電圧）と約９Ｖ（第２の電圧）との間で切り換えている。前述のようにヘッド部３１のアナログ信号／通信線とヘッド表示信号／通信線に挿入された２個のアナログスイッチ３１６Ａ，３１６Ｂのヘッド部３１側接続先は、ヘッド電源電圧によって切り換えられる。これにより、マイクロプロセッサ３２５は、ヘッド部３１のディジタルトリマー３１１ａ及び３１２ａ等の設定処理を実行する初期設定モードとヘッド部３１から流量検出信号を受信しながらヘッド部３１の表示制御を行う通常動作モードとを切り換えることができる。

図１５は、初期設定モードにおけるヘッド部３１のアナログスイッチ３１６Ａ，３１６Ｂの接続先を示すブロック図である。初期設定モードではヘッド電源電圧が第１の電圧（約６．５Ｖ）に制御され、その結果、アナログ信号／通信線のアナログスイッチ３１６Ａはヘッド部３１のＥＥＰＲＯＭ３１５及び３個のディジタルトリマー３１１ａ及び３１２ａのデータ端子に接続される。また、ヘッド表示信号／通信線のアナログスイッチ３１６ＢはＥＥＰＲＯＭ３１５及び３個のディジタルトリマー３１１ａ及び３１２ａのクロック端子に接続される。これにより、ヘッド部３１とアンプ部３２のマイクロプロセッサ３２５との間に通信ライン（データ線及びクロック線）が形成され、マイクロプロセッサ３２５がＥＥＰＲＯＭ３１５の記憶データ（設定情報）を読み出し、それに基づいて３個のディジタルトリマー３１１ａ及び３１２ａの値を書き込む（設定する）設定処理が可能となる。

図１６は、通常動作モードにおけるヘッド部３１のアナログスイッチ３１６Ａ，３１６Ｂの接続先を示すブロック図である。通常動作モードでは、ヘッド電源電圧が第２の電圧（約９Ｖ）に制御され、その結果、アナログ信号／通信線のアナログスイッチ３１６Ａはヘッド部３１の差動増幅回路３１２の出力端子に接続される。また、ヘッド表示信号／通信線のアナログスイッチ３１６Ｂは電圧検出回路３１８Ｂに接続される。これにより、アンプ部３２のマイクロプロセッサ３２５は、ヘッド部３１から流量検出信号を受信しながらヘッド部３１の表示制御を行う通常動作が可能となる。

図１７は、電源投入時にアンプ部３２のマイクロプロセッサ３２５が行う設定処理の例を示すフローチャートである。電源投入時に実行される初期処理ルーチンにおいて、マイクロプロセッサ３２５は、ヘッド電源電圧を第１の電圧（約６．５Ｖ）にするように電源回路３２３を制御する（ステップ＃１０１）。この結果、ヘッド部３１の電圧検出回路３１８Ａは、アナログスイッチ３１６Ａ，３１６Ｂの接続先を図１５に示した初期設定モードにするような制御信号を出力する。

次のステップ＃１０２において、マイクロプロセッサ３２５は、ヘッド部３１のＥＥＰＲＯＭ３１５からディジタルトリマー３１１ａ又は３１２ａの設定情報を読み出す。この際、通信時のノイズ等による誤データの読み出しを回避するために、同じデータを２回読み出して照合する処理を行う。読み出した設定情報が照合結果から正しいと判断された場合は、ステップ＃１０３で設定情報に基づいてディジタルトリマー３１１ａ又は３１２ａの書き込み（設定）を行い、続くステップ＃１０４で書き込んだ値の読み出しと照合を行い、正しく書き込めたか否かをチェックする。ステップ＃１０２からステップ＃１０４の処理は、各ディジタルトリマー３１１ａ又は３１２ａについて、最大３回ずつ繰り返される。

次に、ＥＥＰＲＯＭ３１５からアンプ部補正情報を読み出す（ステップ＃１０５）。アンプ部補正情報は、テーブルを構成する実際の流量と検出流量との関係が何箇所（ポイント）分記憶されているかを示すポイント数データと、各ポイントにおける実際の流量と検出流量との関係を示す補正データとからなる。先ず、ポイント数データが２回読み出されて照合される。照合結果が一致すれば、その数だけ補正データが読み込まれる。各補正データについても２回ずつ同じデータを読み出して照合する。照合の結果、正しい補正データが読み込まれたと判断される場合は、その補正データ（アンプ部補正情報）が所定のメモリ領域に保存される（ステップ＃１０６）。

このアンプ部補正情報は、前述のように、マイクロプロセッサ３２５がヘッド部３１から受信した流量検出信号にリニアリティ補正を施して検出流量レベルを得るために使用される。次のステップ＃１０７でマイクロプロセッサ３２５は、ヘッド電源電圧を第２の電圧（約９Ｖ）にするように電源回路３２３を制御する。この結果、ヘッド部３１の電圧検出回路３１８Ａは、アナログスイッチ３１６Ａ，３１６Ｂの接続先を図１６に示した通常動作モードにするような制御信号を出力する。この後、マイクロプロセッサ３２５は、ヘッド部３１から流量検出信号を受信しながらヘッド部３１の表示制御を行う通常動作に移行する。

図１８は、アンプ部３２からの制御電圧信号によってヘッド部３１の表示を制御するための回路構成を示すブロック図である。ヘッド部３１のＬＥＤ表示回路３１４には、前述の第１表示器２８ｂに対応する４個のＬＥＤが並べられた第１ＬＥＤ３４３と第２表示器２８ａに対応する１個の第２ＬＥＤ３４４とが含まれている。また、前述のＶ−Ｆ変換回路３１３とカウンタ３４１とデコーダ３４２とで第１表示器２８ｂの表示制御回路３４０が構成されている。

Ｖ−Ｆ変換回路３１３は前述のように、検出流量に応じた電圧信号（差動増幅回路３１２の出力電圧）を周波数信号に変換する。流量が多いほどＶ−Ｆ変換回路３１３の出力信号の周波数が高くなる。カウンタ３４１は、Ｖ−Ｆ変換回路３１３の出力信号（パルス）をカウントし、二進数の００から１１（十進数の０から３）の値を繰り返し出力する。デコーダ３４２は、カウンタ３４１の出力（２ビット）をデコードする。デコーダ３４２の４本の出力のうちの１本のみが順番に１になり、残り３本の出力は０となる。デコーダ３４２の４本の出力には第１ＬＥＤ３４３を構成する４個のＬＥＤがそれぞれ接続されている。このような構成により、第１ＬＥＤ３４３を構成する４個のＬＥＤが順番に点灯する流れ表示を実現している。検出流量が多いほど流れ表示の変化（点灯ＬＥＤの移動）が速くなる。

このような流れ表示は、流量がゼロのときは停止すべきものであるが、電源投入直後の過渡現象やノイズの影響により、流量がゼロであるにもかかわらず、点灯ＬＥＤが移動して流れ表示が生じてしまう場合がある。また、検出流量が実質的にゼロであっても、差動増幅回路３１２の出力電圧がゼロから僅かに上昇しただけで流れ表示が生じてしまうことがある。

上記のような現象を回避するために、本実施例の流量センサ装置では、アンプ部３２のマイクロプロセッサ３２５が所定の条件下で表示抑制信号をヘッド部３１に送出し、ヘッド部３１の表示制御回路３４０は、この表示抑制信号を受信したときは差動増幅回路３１２の出力電圧（流量検出信号）にかかわらず第１ＬＥＤ３４３（第１表示器２８ｂ）の流れ表示を停止する。具体的には、図１８に示すように、アンプ部３２からのヘッド表示信号がアナログスイッチ３１６Ｂを介して電圧検出回路３１８Ｂに与えられ、ヘッド表示信号が表示抑制信号を意味する電圧である場合は電圧検出回路３１８Ｂの出力によって表示制御回路３４０のＶ−Ｆ変換回路３１３の動作が停止するように構成されている。

マイクロプロセッサ３２５が表示抑制信号をヘッド部３１に送出する所定の条件とは、例えばリニアリティ補正後の検出流量レベルがしきい値より低い場合である。このしきい値は、検出流量レベルがそれ以下であれば実質的に流量ゼロと判断できるような値に設定される。あるいは、電源投入後の所定時間は表示抑制信号を送出し、流量センサの出力が安定するのを待って流れ表示を有効にするようにしてもよい。

このような構成により、ヘッド部３１で簡単な表示制御回路３４０を用いて流れ表示を実現しながら、流量ゼロ付近での表示の不安定さをコントローラ部からの制御信号によって確実に回避することができる。流れ表示のための第１ＬＥＤ３４３を構成するＬＥＤの数を５個以上に増やした場合も、同じ構成で表示抑制を実現することができる。

アンプ部３２のマイクロプロセッサ３２５からヘッド表示コントロール回路３２６を経てヘッド部３１に送出されるヘッド表示信号は、上記の表示抑制信号と第２ＬＥＤ３４４（第２表示器２８ａ）の制御信号とが組み合わされた４つのレベルをとり得る制御電圧信号である。つまり、表示抑制信号のオン・オフと、第２ＬＥＤ３４４のオン・オフとの計４通りの組合せが４つの電圧レベルに対応付けられている。電圧検出回路３１８Ｂはヘッド表示信号の電圧を４段階に識別し、表示抑制信号（Ｖ−Ｆ変換回路３１３のオン・オフ）と第２表示器２８ａの制御信号（第２ＬＥＤ３４４のオン・オフ）とを個別に出力する。

このような構成により、１本の信号線で第１表示器２８ｂの表示抑制と第２表示器２８ａのオン・オフ制御を同時に行うことができる。なお、第２表示器２８ａ（第２ＬＥＤ３４４）は、アンプ部３２のマイクロプロセッサ３２５が任意にオン・オフさせることができるが、通常は、基準流量レベルと検出流量レベルとの比較判定結果の表示に使用される。

以上、本発明の実施例を説明し、その変形例についても適宜説明したが、本発明は上記の実施例や変形例に限らず、種々の形態で実施することができる。

本発明の実施例に係る分流式流量センサ装置の全体構成を示す外観図である。 本発明の実施例に係る分流式流量センサ装置のヘッド部の外観を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る分流式流量センサ装置のヘッド部の分解図である。 分流式流量センサ装置のヘッド部の主要部断面図である。 バイパス流路部材の斜視図である。 バイパス流路部材及び流量センサ基板で構成されるバイパス流路モジュールの断面図である。 主流路部材及びバイパス流路部材の側面に取り付けられる流量センサ基板とそれに実装された熱式流量センサを示す斜視図である。 主流路部材の側面にバイパス流路部材及び流量センサ基板が取り付けられた状態を示す断面図である。 主流路部材及びバイパス流路部材の側面に取り付けられる流量センサ基板の固定方法を示す斜視図である。 上ケースユニット及び流量センサ基板の分解図である。 分流式流量センサ装置のヘッド部の上ケースユニットを含む内部構造を示す断面図である。 分流式流量センサ装置のヘッド部の電気回路の構成を示すブロック図である。 ヘッド部に接続されるアンプ部の電気回路の構成を示すブロック図である。 各表示器や押釦スイッチを含むアンプ部の上面パネルの例を示す図である。 初期設定モードにおけるヘッド部のアナログスイッチの接続先を示すブロック図である。 通常動作モードにおけるヘッド部のアナログスイッチの接続先を示すブロック図である。 電源投入時にアンプ部のマイクロプロセッサが行う設定処理の例を示すフローチャートである。 アンプ部からの制御電圧信号によってヘッド部の表示を制御するための回路構成を示すブロック図である。

符号の説明

２８ｂ 第１表示器
２８ａ 第２表示器
３１ ヘッド部
３２ アンプ部
２１１ 流量センサ
３１３ Ｖ−Ｆ変換回路
３１８Ｂ 電圧検出回路
３２１ａ 流量表示器
３２５ 処理装置（マイクロプロセッサ）
３４０ 表示制御回路
３４３ 第１ＬＥＤ
３４４ 第２ＬＥＤ

Claims (5)

1. 流量センサを有するヘッド部と処理装置及び流量表示器を有するアンプ部とが分離し、かつ、電気ケーブルを介して互いに信号の授受を行い、前記処理装置は、前記ヘッド部から受信した流量検出信号から得られた検出流量レベルを前記流量表示器に表示させると共に、前記検出流量レベルを基準流量レベルと比較して判定信号を出力するように構成されているアンプ部分離型流量センサ装置であって、
   前記ヘッド部は、一列に並んだ複数個のＬＥＤを順番に点灯させる点灯状態を変化させ、当該点灯状態によって流量を表示する第１表示器と、前記流量センサからの検出信号を処理してＬＥＤ表示用の信号を前記第１表示器に対して出力するＬＥＤ表示制御回路と、を備え、
   前記アンプ部の処理装置は、前記検出流量レベルがしきい値より低い場合に、前記第１表示器の表示を停止し、又は流量ゼロに相当する表示を行うための特定の信号を、前記電気ケーブルを介して前記ヘッド部のＬＥＤ表示制御回路に送出可能であって、
   前記ヘッド部のＬＥＤ表示制御回路は、前記特定の信号を受信したときは、前記流量センサからの検出信号を受信しても、前記第１表示器の表示を停止し、又は流量ゼロに相当する表示を行うことを特徴とするアンプ部分離型流量センサ装置。
2. 前記アンプ部の処理装置は、前記ヘッド部から受信した流量検出信号に所定の補正を施して前記検出流量レベルを得ることを特徴とする請求項１記載のアンプ部分離型流量センサ装置。
3. 前記アンプ部の流量表示器は前記検出流量レベルの数値表示を行い、前記ヘッド部の第１表示器は、前記流量センサからの検出信号に基づく検出流量に応じたパターン表示を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のアンプ部分離型流量センサ装置。
4. 前記ヘッド部は、前記流量センサの検出流量に相当する電圧信号を周波数信号に変換するＶ−Ｆ変換回路を含み、前記ＬＥＤ表示制御回路は、前記Ｖ−Ｆ変換回路から受信した周波数信号に基づくＬＥＤ表示用の信号を前記第１表示器に対して出力し、前記ヘッド部の第１表示器は、前記検出流量に応じた速度で変化するパターン表示を行うことを特徴とする請求項３記載のアンプ部分離型流量センサ装置。
5. 前記ヘッド部は、前記アンプ部からの制御によって点灯又は消灯する第２表示器を更に備え、前記特定の信号と前記第２表示器の制御信号とが組み合わされた複数のレベルをとり得る制御電圧信号が前記アンプ部から前記ヘッド部に送出され、前記ヘッド部に備えられた電圧検出回路が前記アンプ部からの制御電圧信号を受けて前記特定の信号と前記第２表示器の制御信号とを出力するように構成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のアンプ部分離型流量センサ装置。

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