JP4962489B2 - 熱式質量流量計 - Google Patents

Description

本発明は、配管内を流れる流体の質量流量を、流体の流れ方向における温度分布に基づいて測定する熱式質量流量計に関するものである。

図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら従来の熱式質量流量計を説明する。図７Ａは従来の熱式質量流量計の一例を示す断面図であり、図７Ｂは図７Ａの配管表面の温度分布を示すグラフである。図７Ｂにおいて、縦軸は温度であり、横軸は配管の流れ方向における位置である。なお、破線で示された曲線は配管内を流体が流れていない状態での温度分布を示し、実線で示された曲線は配管内を流体が流れている状態での温度分布を示している。

図７Ａに示されているように、配管３０の周面の表面上に発熱素子３２が接触され、さらに配管３０の流れ方向における発熱素子３２の上流側と下流側の等距離の位置に配管の表面温度を測定する１対の温度センサ３４（３４ａ，３４ｂ）が配置されている。この例では、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術によって１つの基板に発熱素子３２と温度センサ対３４を作りこんで流量測定用チップ３６を用い、その流量測定用チップ３６を配管３０に取り付けて、配管３０内を流れる流量の測定を行なっている（例えば、特許文献１参照。）。

上記の熱式質量流量計は、配管内の流体の流れが静止しているとき、発熱素子３２によって配管内の流体を所定温度まで加熱し、発熱素子３２から一定距離だけ離れた温度センサ対３４にてそれぞれ配管３０の表面温度を測定する。発熱素子３０によって暖められた流体の温度分布がガウス分布に従うことを前提とすると、流体が静止しているときは２つの温度センサ３４ａと３４ｂで検出される温度は等しく、両者の測定温度差は０となる。図７Ｂに示されるように、配管３０内を流体が流れると温度分布が下流側に移動し、温度センサ３４ａと３４ｂで検出される温度に差が生じる。配管３０表面の温度分布は配管３０内を流れる流体の流量が増大するほど下流側に移動することから、配管３０表面の温度分布の頂点が温度センサ３４ａと３４ｂの間にあるときは、温度センサ対３４の測定温度差は配管３０内を流れる流体の流量が増大するほど大きい値となる。したがって、配管３０内を流れる流体の流量と温度センサ対３４の測定温度差には相関関係が成立しており、この相関関係から温度センサ対３４の測定温度差を利用して配管３０内を流れる流体の流量を算出することができる。

このような発熱素子３２と対をなす温度センサ３４ａと３４ｂが作りこまれた流量測定用チップ３６を用いた熱式質量流量計では、ＭＥＭＳ技術によって対をなす温度センサ対３４を発熱素子に近接して配置することができるので、温度分布の移動量が小さい場合でも、温度センサ温度分布を示す曲線（図７Ｂを参照）の傾斜が急な位置で温度センサ３４ａと３４ｂが温度を測定することができ、流量が微量である場合でも測定温度差として大きな値を得ることができ、流量測定を高感度で行なうことができる。
米国特許６８１３９４４号

しかし、ＭＥＭＳ技術を用いて１枚の基板に発熱素子３２と温度センサ対３４を作りこむことは、製造設備などの問題から安価に実現することはできない。
そこで本発明は、配管を流れる流体の流量を測定できる熱式質量流量計を安価に提供することを目的としている。

本発明にかかる熱式質量流量計は、配管の周面の表面上に固着され、配管内の流体を加熱するチップタイプの発熱素子と、配管の表面上で配管内の流体の流れ方向に沿って発熱素子の上流側と下流側の等距離の位置に固着され、発熱素子とは別体として構成されたチップタイプの温度センサ対と、温度センサ対の温度差からその配管中を流れる流体の流量を求める演算部と、を備えたものである。

また、図７Ａに示したような、発熱素子３２と温度センサ対３４が１枚の基板上に近接して作りこまれたチップを用いると、ヒータと温度センサが近接していることによって配管内を流れる流体の流量が、例えば高速液体クロマトグラフの場合にｎＬ／ｍｉｎオーダー程度の低流量域であれば高感度に測定できるが、配管内を流れる流体の流量が、例えばμＬ／ｍｉｎオーダー、ｍＬ／ｍｉｎオーダーといった高流量域である場合には、配管表面の温度分布の頂点が温度センサ対の間に存在しなくなり、温度センサ対の測定温度差と流体の流量との間の相関関係が成立しなくなって正確な流量測定を行なうことができないという問題が生じる。
そこで、本発明の熱式質量流量計の好ましい一形態では、温度センサ対は発熱素子からの距離の異なる位置に配置された２対以上を含み、演算部は流量の大きさに応じていずれかの温度センサ対からの温度測定信号を使用して流量を求めるものであるのが好ましい。そうすれば、配管を流れる流体の流量域に対応して測定に用いる温度センサ対を選択することができ、測定可能な流量範囲を広くすることができる。

上記の場合、演算部は、温度センサ対のうち、下流側の温度センサが配管中を流れる流体の温度分布の頂点位置よりも下流側にあってその頂点位置に最も近い位置にある温度センサ対を使用して流量を求めるものであることが好ましい。

発熱素子及び温度センサの配管への固着は熱伝導性接着剤による接着によりなされているのが好ましい。

本発明の熱式質量流量計は、配管が周面の表面の一部が露出するように基板の溝に埋め込まれ、その露出面に発熱素子及び温度センサが固着されているものであってもよいし、発熱素子及び温度センサが基板に支持されて固定されており、その発熱素子及び温度センサ上に配管が固着されているものであってもよい。

その場合の基板は配線パターンが形成された配線基板であって、発熱素子及び温度センサがその配線パターンに電気的に接続されているのが好ましい。
本発明の熱式質量流量計の好ましい用途の１つは、熱式質量流量計を取り付ける配管が高速液体クロマトグラフで移動相が流れる配管である。

本発明の熱式質量流量計は、発熱素子と温度センサ対が１つの基板に一体として作りこまれた流量測定用チップを用いるのではなく、それぞれ独立して製作された発熱素子と温度センサ対を用いるので、設備投資が高額なＭＥＭＳ技術を利用することなく、安価に配管内を流れる流体の流量を測定できる。

さらに、発熱素子の上流側と下流側に２対以上の温度センサ対を配置し、演算部は流量の大きさに応じていずれかの温度センサ対からの温度測定信号を使用して流量を求めるようにすれば、より広い範囲の流体流量を測定できるようになる。

発熱素子及び温度センサの配管への固着は熱伝導性接着剤による接着によりなされていれば、発熱素子によって発生した熱を効率よく配管に伝えることができるし、温度センサによって配管表面の温度を正確に測定できる。

本発明の熱式質量流量計において、配管が周面の表面の一部が露出するように基板の溝に埋め込まれ、その露出面に発熱素子及び温度センサが固着されているようにするか、又は発熱素子及び温度センサが基板に支持されて固定されており、その発熱素子及び温度センサ上に配管が固着されているようにすれば、発熱素子及び温度センサの取付けが容易になる。

さらに、上記基板が配線基板であれば、サイズの小さい発熱素子及び温度センサの端子の引出しを配線基板を利用して行なうことができるので、発熱素子及び温度センサの回路構成を簡略化することができる。

図１Ａは高速液体クロマトグラフの配管内を流れる移動相の流量を測定する熱式質量流量計の一実施例を示す断面図であり、図１Ｂは図１Ａの配管の温度分布を示すグラフである。図１Ｂにおいて、縦軸は温度を示しており、横軸は配管２の流れ方向における位置を示している。破線で示された曲線は配管内を移動相が流れていない状態でのヒータによって生じる配管表面の温度分布を示しており、実線で示された曲線は配管内を移動相が流れている状態でのヒータによって生じる配管表面の温度分布を示している。

図１Ａにおいて、２は高速液体クロマトグラフの配管である。移動相は配管２内を図において左側から右側に流れる。配管２の周面の表面上に発熱素子であるヒータチップ４が固着されている。さらに配管２の周面の表面上に、配管２を流れる移動相の流れ方向に沿って１対の温度センサチップ対６が配置されている。そのうち、一方の温度センサチップ６ａはヒータチップ４の上流側に配置され、他方の温度センサチップ６ｂはヒータチップ４の下流側に配置されている。
ヒータチップ４として例えばチップダイオードＩＳＳ３８７（株式会社東芝の製品）やチップ抵抗ＲＫ７３Ｈ１ＪＴ（コーア株式会社の製品）を用いることができる。また、温度センサチップ６ａ，６ｂとして、熱電対やダイオードがチップ型に形成されたものを用いる。

対をなす温度センサチップ６ａと６ｂはそれぞれヒータチップ４から等しい距離に配置されている。
ヒータチップ４及び温度センサチップ６ａ，６ｂは、例えば熱伝導性シリコーンシーラントＫＥ３４６７（信越化学工業株式会社の製品）などの熱伝導性接着剤により配管２の周面の表面上に固着されている。

図１Ｂに示されるように、配管２内を移動相が流れていない状態（破線）では、ヒータチップ４が固着されている位置を温度分布の頂点として、その位置を中心に左右対称に温度が分布する。したがって、この状態では温度センサチップ６ａと６ｂの検出温度は等しい。
配管２内を移動相が流れると（実線）、温度分布の頂点は下流側（図において右側）に移動して温度センサチップ６ａと６ｂの検出温度に差が生じる。配管２内を流れる移動相の流量が大きいほど温度分布の頂点は下流側に移動し、温度分布の頂点が温度センサチップ６ａと６ｂの間にある場合、温度分布の頂点が下流側に移動するほど温度センサチップ６ａと６ｂの検出温度差が大きくなる。したがって、温度センサチップ６ａと６ｂからなる温度センサチップ対６の検出温度差と移動相の流量との間に相関関係が成立し、この相関関係を予め測定して検量線データとして用意しておくことで、温度センサチップ対６の検出温度差から検量線に基づいて配管２内を流れる移動相の流量を算出することができる。

図示は省略されているが、温度センサチップ６ａと６ｂはそれぞれ演算部に接続されており、演算部は温度センサチップ６ａと６ｂの測定温度を信号として読み取り、その温度差によって配管２内を流れる移動相の流量を予め求めて保存している検量線に基づいて算出するようになっている。すなわち、演算部には予め測定された温度センサチップ対６の検出温度差と流体の流量との相関関係が検量線として記憶されており、温度センサチップ対６の検出温度差から配管２内を流れる流体の流量が自動的に算出されるようになっている。演算部はＣＰＵやパーソナルコンピュータにより実現される。
ただし、上記の相関関係が成立するのは温度分布の頂点が温度センサチップ対６の間に存在している場合のみである。配管２内を流れる流体の流量が温度分布の頂点が温度センサチップ６ｂよりも下流側に移動して温度センサチップ対６の間に存在しない状態では、配管２内を流れる流体の流量が増大して温度分布がさらに下流側に移動しても、温度センサチップ対６での測定温度差は減少し、流量と測定温度差の間に相関関係が成立しなくなるので、温度センサチップ対６間の測定温度差から予め測定した相関関係を利用して流量を算出することができない。本明細書中において、温度分布の頂点が対象となる温度センサ対を超えて相関関係が成立しなくなった状態を「飽和状態」と呼ぶこととする。

「飽和状態」を回避するために、温度センサチップ対６の間隔を広くする必要がある。温度センサチップ対６の間隔を広くすることにより、温度分布の移動量が大きい高流量域にも対応することができる。しかし、温度センサチップ対６の間隔が広い状態で低流量域の測定を行なうと、温度センサチップ対６間の測定温度差が小さくなるため、測定感度が低下する。配管２内を流れる流体の流量を高感度に測定するためには、温度センサチップ対６が測定する流量範囲に対して適当な間隔で配置されているのが好ましい。

図２Ａは低流量域から高流量域までの広い流量範囲を高感度で測定できる熱式質量流量計の一例を示す断面図であり、図２Ｂ及び図２Ｃは図２Ａの配管の温度分布を示すグラフである。図２Ｂ及び図２Ｃにおいて、縦軸は温度を示しており、横軸は配管２の流れ方向における位置を示している。破線で示された曲線は配管２内を流体が流れていない状態でのヒータチップ４が与える配管２表面の温度分布を示しており、実線で示された曲線は配管２内を流体が流れている状態でのヒータチップ４が与える配管２表面の温度分布を示している。

図２Ａにおいて、高速液体クロマトグラフを構成する配管２の周面の表面にヒータチップ４が固着されている。この実施例において、移動相は配管２内を図において左側から右側に流れる。配管２内を流れる移動相の流れ方向に沿ってヒータチップ４の上流側と下流側に対をなす２つの温度センサチップ６ａと６ｂからなる温度センサチップ対６がヒータチップ４に近接して配置されている。温度センサチップ６ａはヒータチップ４の上流側に配置されており、温度センサチップ６ｂはヒータチップ４の下流側に配置されている。

温度センサチップ６ａのさらに上流に温度センサチップ８ａが配置されており、温度センサチップ６ｂのさらに下流に温度センサチップ８ｂが配置されている。温度センサチップ８ａと温度センサチップ８ｂで一対の温度センサチップ対８を構成している。
温度センサチップ８ａのさらに上流に温度センサチップ１０ａが配置されており、温度センサチップ８ｂのさらに下流に温度センサチップ１０ｂが配置されている。温度センサチップ１０ａと温度センサチップ１０ｂで一対の温度センサチップ対１０を構成している。

この実施例において、温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂはダイオードがチップ型に形成されたものを用いる。

対をなす２つの温度センサチップ６ａと６ｂ，８ａと８ｂ及び１０ａと１０ｂはそれぞれヒータチップ４から等しい距離に配置されている。
ヒータチップ４，温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂは、例えば熱伝導性シリコーンシーラントＫＥ３４６７（信越化学工業株式会社の製品）などの熱伝導性接着剤により配管２の周面の表面上に固着されている。

図示は省略されているが、温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂはそれぞれＣＰＵやパーソナルコンピュータからなる演算部に接続されている。演算部は、温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂで検出された温度を信号として読み取り、温度センサ対として対をなしている温度センサチップ６ａと６ｂ，８ａと８ｂ，１０ａと１０ｂの測定温度差に基づいて配管２内を流れる移動相の流量を算出するようになっている。すなわち、演算部には予め測定された配管２内を流れる移動相の流量とそれぞれの温度センサチップ対６，８及び１０の測定温度差との相関関係が検量線として保存されており、温度センサチップ対６，８及び１０の測定温度差からその検量線に基づいて流量を算出することができるようになっている。

図２Ｂ及び図２Ｃについて説明する。ここでは、温度センサチップ対６間の測定温度差をΔＴ１、温度センサチップ対８間の測定温度差をΔＴ２、温度センサチップ対１０間の測定温度差をΔＴ３とする。

配管２内を流れる移動相の流量が例えばｎＬ／ｍｉｎオーダー程度の低流量域である場合、配管２表面の温度分布の下流側への移動は小さく、図２Ｂに示されるように、温度分布の頂点は温度センサチップ対６の間に存在する。このような場合、対をなすそれぞれの温度センサチップ対６，８及び１０の間に温度分布の頂点が存在しているので、それぞれの温度センサ対における測定温度差ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３からそれぞれの相関関係に基づいて配管２内を流れる流体の流量を求めることができる。そして、このように温度分布の移動量が少ない場合、ヒータチップ４に近接して配置されている温度センサチップ対６は温度分布曲線の勾配が急な場所で温度を測定することになるため、流量が小さくても測定温度差ΔＴ１として比較的大きな値を検出することができる。それに対し温度センサチップ対８及び１０では、温度分布曲線の勾配が温度センサチップ対６のそれよりも緩やかな場所で温度測定を行なうことになるので、測定温度差ΔＴ２，ΔＴ３はΔＴ１よりも小さな値しか得ることはできない。したがって、配管２内を流れる移動相の流量が低流量域である場合には、配置間隔が最も狭い温度センサチップ対６を用いて測定を行なうことで、高感度で流量測定を行なうことができる。一般的には、演算部は、温度センサチップ対６，８，１０のうち、下流側の温度センが配管中を流れる流体の温度分布の頂点位置よりも下流側にあってその頂点位置に最も近い位置にある温度センサ対を使用して流量を求める。

図２Ｃに示されるように、図２Ｂの場合よりも流量が増大し、温度分布がさらに下流側に移動して温度分布の頂点が温度センサチップ対６及び８の間には存在しなくなった場合、温度センサチップ対６及び８については「飽和状態」となっているため、温度センサチップ対６，８の測定温度差から検量線に基づいて流量を算出することはできない。この場合、温度分布の頂点が温度センサチップ対１０の間には存在しているため、温度センサチップ対１０の測定温度差から検量線に基づいて流量を算出することができる。

また、図には示されていないが、温度分布の頂点が温度センサチップ対６の間に存在せず、温度センサチップ対８及び１０の間に存在する場合には、温度センサチップ対８，１０のいずれの測定温度差からも流量を算出することができるが、温度センサチップ対８のほうが大きい測定温度差を検出でき、高感度で流量測定を行なうことができるので、温度センサチップ対８を用いて測定を行なうようにするのが好ましい。

なお、この実施例では、３対の温度センサチップ対６，８及び１０が配管２の周面の表面上に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、２対又は４対以上の温度センサ対が設けられていてもよい。

この実施例に示されるように、ヒータチップ４に近接した位置からヒータチップ４から離れた位置までの間に複数対の温度センサチップ対を設けるようにすれば、低流量域から高流量域までの広い流量範囲において任意の測定可能な温度センサチップ対を用いて流量測定を行なうことができる。このような熱式質量流量計では、測定する流量域において飽和状態となっていない温度センサチップ対のうち、対をなす温度センサチップが最も狭い間隔で配置されている温度センサチップ対を用いて流量測定を行なうのが好ましい。そうすれば、温度センサチップ対間の測定温度差を大きな値で検出することができ、流量測定を高感度で行なうことができる。

図２Ａ，図２Ｂ及び図２Ｃを用いて説明した実施例における温度分布の頂点位置の判定方法の一例を、例えば図３のフローチャート図を用いて説明する。図３において、ｉは図２の熱式質量流量計で得た温度データのサンプリング数であり、一定間隔ごとにサンプリングする。サンプリング数がｉであるときの各温度センサチップ対６，８，１０における検出温度差をΔＴ１[ｉ]、ΔＴ２[ｉ]、ΔＴ３[ｉ]と表わす。また、流体が流れていない状態のときをｉ＝０、ΔＴ１[０]＝Ａ、ΔＴ２[０]＝Ｂ、ΔＴ３[０]＝Ｃとし、Ａ，Ｂ，Ｃは定数とする。Ａ，Ｂ，Ｃは演算部に予め記憶されているものとする。

なお、図３中のステップＳ３の[条件１]、ステップＳ５の[条件２]及びステップＳ７の[条件３]は以下に示すとおりである。
[条件１]
ΔＴ１[ｉ-１]＜ΔＴ１[ｉ]かつ、
ΔＴ２[ｉ-１]＜ΔＴ２[ｉ]かつ、
ΔＴ３[ｉ-１]＜ΔＴ３[ｉ]
又は、
ΔＴ１[ｉ-１]＞ΔＴ１[ｉ]かつ、
ΔＴ２[ｉ-１]＞ΔＴ２[ｉ]かつ、
ΔＴ３[ｉ-１]＞ΔＴ３[ｉ]
[条件２]
ΔＴ１[ｉ-１]＞ΔＴ１[ｉ]かつ、
ΔＴ２[ｉ-１]＜ΔＴ２[ｉ]かつ、
ΔＴ３[ｉ-１]＜ΔＴ３[ｉ]
又は、
ΔＴ１[ｉ-１]＜ΔＴ１[ｉ]かつ、
ΔＴ２[ｉ-１]＞ΔＴ２[ｉ]かつ、
ΔＴ３[ｉ-１]＞ΔＴ３[ｉ]
[条件３]
ΔＴ１[ｉ-１]＞ΔＴ１[ｉ]かつ、
ΔＴ２[ｉ-１]＞ΔＴ２[ｉ]かつ、
ΔＴ３[ｉ-１]＜ΔＴ３[ｉ]
又は、
ΔＴ１[ｉ-１]＜ΔＴ１[ｉ]かつ、
ΔＴ２[ｉ-１]＜ΔＴ２[ｉ]かつ、
ΔＴ３[ｉ-１]＞ΔＴ３[ｉ]

測定開始時（初期状態、ｉ＝０）は、ΔＴ１[０]＝Ａ、ΔＴ２[０]＝Ｂ、ΔＴ３[０]＝Ｃである。ｉ＝１として（ステップＳ１）、各温度センサチップ対６，８，１０の検出温度差ΔＴ１[ｉ]、ΔＴ２[ｉ]、ΔＴ３[ｉ]を取り込む（ステップＳ２）。取り込んだΔＴ１[ｉ]、ΔＴ２[ｉ]、ΔＴ３[ｉ]が[条件１]に当てはまるかどうかを判定する（ステップＳ３）。[条件１]に当てはまる場合は温度分布の頂点がヒータチップ４と温度センサチップ６ａの間に存在していると判定し（ステップＳ４）、ｉ＝ｉ＋１としてステップＳ２に戻る。[条件１]に当てはまらない場合は、[条件２]に当てはまるかどうかを評価する（ステップＳ５）。[条件２]に当てはまる場合は温度分布の頂点が温度センサチップ６ａと温度センサチップ８ａの間に存在していると判定し（ステップＳ６）、ｉ＝ｉ＋１としてステップＳ２に戻る。[条件２]に当てはまらない場合は、[条件３]に当てはまるかどうかを評価する（ステップＳ７）。[条件３]に当てはまる場合は温度分布の頂点が温度センサチップ８ａと温度センサチップ１０ａの間に存在していると判定し（ステップＳ８）、ｉ＝ｉ＋１としてステップＳ２に戻る。[条件３]にも当てはまらない場合は温度分布の頂点が温度センサチップ１０ａよりもさらに下流側に存在していると判定し（ステップＳ９）、ｉ＝ｉ＋１としてステップＳ２に戻る。

上記手順により判定された温度分布の頂点位置に基づいて、その条件における流量測定に最も適している温度センサチップ対を選択することができる。すなわち、図３において、ステップＳ４に示されるように、温度分布の頂点がヒータチップ４と温度センサチップ６ａの間に存在していると判定された場合には、温度センサチップ対６が最も測定に適しており、ステップＳ６に示されるように、温度分布の頂点が温度センサチップ６ａと温度センサチップ８ａの間に存在していると判定された場合には、温度センサチップ対８が最も測定に適しており、温度分布の頂点が温度センサチップ８ａと温度センサチップ１０ａの間に存在していると判定された場合には、温度センサチップ対１０が測定に適している判定する。

図１Ａ及び図２Ａに示した熱式質量流量計において、配管２が外径の小さいキャピラリであり、ヒータチップ４や温度センサチップ６，８，１０を配管２に直接固着するのが困難である場合には、基板を利用してヒータチップ４や温度センサチップ６，８，１０の取付けを容易にすることができる。この場合の基板としては、シリコーン基板などの樹脂基板のほか、例えばプリント基板など配線パターンが形成された基板を利用することができる。図４はプリント基板を利用した熱式質量流量計の一実施例を説明するための形成工程を示した図であり、（１ａ），（２ａ），（３ａ）及び（４ａ）は各工程段階における平面図、（１ｂ），（２ｂ），（３ｂ）及び（４ｂ）はそれぞれ（１ａ），（２ａ），（３ａ），（４ａ）のＸ−Ｘ位置での拡大断面図である。

１２は例えばガラスエポキシ基板やポリイミド基板などの表面に複数の配線パターン１４が形成されたプリント基板である。（１ａ）及び（１ｂ）に示されるように、プリント基板１２の表面側に配管２の外径よりも大きい溝１６を形成する。配線パターン１４は、溝１６を挟んで溝１６に対して垂直方向に外側に対称に配置されることになるように溝１６の形成位置を設定する。

（２ａ）及び（２ｂ）に示されるように、溝１６に配管２を埋め込み、例えば断熱性シリコーンシーラントＳＥ−９１２０（トーレダウコーニング株式会社の製品）などの断熱性接着剤１８によってプリント基板１２に固着する。プリント基板１２の表面側に配管２周面の表面が露出している。

（３ａ）及び（３ｂ）に示されるように、プリント基板１２の表面側に露出した配管２周面の表面上に、熱伝導性接着剤２０によってヒータチップ４と温度センサチップ対６を固着する。この実施例では、温度センサチップ対６を構成する温度センサチップ６ａ及び６ｂとして、例えばダイオードがチップ内に形成されたチップ型ダイオードなどチップ型の温度センサチップを用いる。このような温度センサチップは、外部にリード端子が設けられており、内部のセンサ部がそのリード端子に接続されている。温度センサチップ６ａ及び６ｂのリード端子は例えば半田接続によって配線パターン１４に電気的に接続する。

（４ａ）及び（４ｂ）に示されるように、プリント基板１２の表面側に露出した配管２周面の表面を含む溝１６部分を、例えばトーレペフ（登録商標、東レ株式会社の製品）からなる断熱材２２によって覆う。これにより、温度センサチップ６ａ及び６ｂの外気との接触が遮断され、外気の影響を受けることなく温度測定を行なうことができる。
図示は省略されているが、温度センサチップ６ａ及び６ｂが接続された配線パターン１４は、それぞれ温度センサチップ６ａ及び６ｂからの信号を読み取り、温度センサチップ対６の測定温度差に基づいて流量を算出する演算部に接続する。

この実施例では、１対の温度センサチップ対６が設けられているが、図５に示されているように、図２Ａに示した３対の温度センサチップ対６，８及び１０が設けられていてもよい。また、本発明の熱式質量流量計は、図４，図５に示されているものに限定されず、２対又は４対以上の温度センサ対が設けられたものであってもよい。なお、図５では断熱材２２が鎖線で描かれており、プリント基板１２の表面にヒータチップ４，温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂが見えているが、実際にはヒータチップ４，温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂは断熱材２２で覆われている。

このように、配管２を基板に固定した状態でヒータチップ４や温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂを配管２に取り付けるようにすれば、特に配管２が外径の小さいキャピラリなどである場合に、ヒータチップ４や温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂを取り付けやすくなる。そして、配管２を固定する基板としてプリント基板１２などの配線基板を用いることで、ヒータチップ４，温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂなどの素子の端子の引出しが容易になる。

なお、図４及び図５に示した熱式質量流量計は、配管２を固定するための基板としてプリント基板１２を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、配線パターンが形成されていない基板を用いてもよい。

また、他に基板を利用したものとしては、例えば図６Ａ及び図６Ｂに示されるようなものであってもよい。すなわち、図６Ａ及び図６Ｂに示されている熱式質量流量計は、基板として配線パターン２６が形成されたプリント基板２４が用いられており、プリント基板２４には、ヒータチップ４，温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂの本体部分の上面を下向きにした状態で嵌め込むための溝２５が形成されている。配線パターン２６は溝２５から外側に向かって引き出されており、溝２５の幅寸法は、ヒータチップ４，温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂが嵌め込まれた状態で、それらの本体部分とプリント基板２４との間に隙間ができるように形成されている。溝２５に嵌め込まれたヒータチップ４，温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂの端子は、溝２５側方の配線パターン２６に接した状態で、例えばはんだ接続により電気的に接続されている。ヒータチップ４，温度センサチップ６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂ上には、例えば熱伝導性シリコーンシーラントＫＥ３４６７（信越化学工業株式会社の製品）などの熱伝導性接着剤２８を介して配管２が固着されている。

なお、図６Ａ及び図６Ｂに示された熱式質量流量計は３対の温度センサチップ対６，８，１０がプリント基板２４に固着されているが、１対、２対又は４対以上の温度センサ対が固着されていてもよい。

配管内を流れる流体の流量を測定する熱式質量流量計の一実施例を示す断面図である。 図１Ａの配管の温度分布を示すグラフである。 低流量域から高流量域までの広い流量範囲を高感度で測定できる熱式質量流量計の一実施例を示す断面図である。 図２Ａの配管の低流量動作時の温度分布を示すグラフである。 図２Ａの配管の高流量動作時の温度分布を示すグラフである。 温度分布の頂点位置の判定方法を示すフローチャート図である。 プリント基板を利用した熱式質量流量計の一実施例を製造する工程を示した図であり、（１ａ），（２ａ），（３ａ）及び（４ａ）は各工程段階における平面図、（１ｂ），（２ｂ），（３ｂ）及び（４ｂ）はそれぞれ（１ａ），（２ａ），（３ａ），（４ａ）のＸ−Ｘ位置での拡大断面図である。 プリント基板を利用した熱式質量流量計のさらに他の実施例を示す平面図である。 プリント基板を利用した熱式質量流量計のさらに他の実施例を示す平面図である。 図６ＡのＹ−Ｙ位置での拡大断面図である。 従来の熱式質量流量計の一例を示す断面図である。 図７Ａの配管表面の温度分布を示すグラフである。

符号の説明

２ 配管
４ ヒータチップ
６,８,１０ 温度センサチップ対
６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂ 温度センサチップ
１２,２４ プリント基板
１４,２６ 配線パターン
１６ 溝
１８ 断熱性接着剤
２０,２８ 熱伝導性接着剤
２２ 断熱材

Claims (6)

1. 内部を流体が流れる配管の周面の表面上に固着され、配管内の流体を加熱するためのチップ型ダイオード又はチップ型抵抗からなるチップタイプの発熱素子と、
   前記配管の前記表面上で配管内の流体の流れ方向に沿って前記発熱素子の上流側と下流側の等距離の位置に固着され、前記発熱素子とは別体として構成されたチップ型ダイオード又はチップ型熱電対からなるチップタイプの温度センサ対と、
   前記温度センサ対の温度差からその配管中を流れる流体の流量を求める演算部と、
   を備えた熱式質量流量計において、
   前記温度センサ対は前記発熱素子からの距離の異なる位置に配置された２対以上を含み、
   前記演算部は流量の大きさに応じていずれかの温度センサ対からの温度測定信号を使用して流量を求め、前記２対以上の温度センサ対のうち、下流側の温度センサが配管中を流れる流体の温度分布の頂点位置よりも下流側にあってその頂点位置に最も近い位置にある温度センサ対を使用して流量を求めることを特徴とする熱式質量流量計。
2. 前記発熱素子及び温度センサの配管への固着は熱伝導性接着剤による接着によりなされている請求項１に記載の熱式質量流量計。
3. 前記配管は周面の表面の一部が露出するように基板の溝に埋め込まれ、その露出面に前記発熱素子及び温度センサが固着されている請求項１から２のいずれかに記載の熱式質量
   流量計。
4. 前記発熱素子及び温度センサが基板に支持されて固定されており、その発熱素子及び温度センサ上に前記配管が固着されている請求項１から３のいずれかに記載の熱式質量流量
   計。
5. 前記基板は配線パターンが形成された配線基板であって、
   前記発熱素子及び前記温度センサは前記配線パターンに電気的に接続されている請求項３又は４に記載の熱式質量流量計。
6. 前記配管は高速液体クロマトグラフで移動相が流れる配管である請求項１から５のいずれかに記載の熱式質量流量計。

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