JP5288692B2 - 熱式流量計および流量制御装置 - Google Patents
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Description
また、検知対象ガスの種類によっては、例えば500mL/min以下の低流量(低流速)での測定が必要とされるが、このような条件での測定には適さない。
しかしながら、このような熱式流量計においても、低流量での測定を行うことが困難であり、高い精度で流量制御を行うことができない、という問題がある。
また、本発明の他の目的は、ガス流量の制御を高い精度で行うことができ、適正に制御された流量を安定的に供給することのできる流量制御装置を提供することにある。
一定の内径を有するガス流路内において、ガスの流れ方向上流側の位置に補償用温度センサーが配設されると共に下流側の位置に測定用発熱型温度センサーが配設されてなり、補償用温度センサーによる検知温度と測定用発熱型温度センサーによる検知温度との差を一定の大きさに維持するために測定用発熱型温度センサーに供給される電流の大きさに基づいて流量を測定する熱式流量計であって、
ガス流路内における補償用温度センサーと測定用発熱型温度センサーとの間には、絞り孔が形成された障壁板が配設されており、
補償用温度センサーがその温度検知部がガス流と並行方向に延びる姿勢とされていると共に測定用発熱型温度センサーがその温度検知部がガス流と直交方向に延びる姿勢とされており、
前記設定ガス流量について、測定用発熱型温度センサーの温度検知部における流速が2〜5m/secの範囲内となるよう、障壁板における絞り孔の径D2の、ガス流路の径D1に対する比である絞り比(D2/D1)の大きさ、および、障壁板と測定用発熱型温度センサーとの離間距離の大きさが設定されていることを特徴とする。
この熱式流量計10は、内部に均一な径D1のガス流路12が形成された、細長い管状のハウジング11を備えてなり、このハウジング11のガス流路12内には、ガスの流れ方向上流側の位置に補償用温度センサー20が配設されていると共に、補償用温度センサー20とガスの流れ方向に離間した下流側の位置に測定用発熱型温度センサー30が配設されている。図1において、符号28および38は、信号処理回路等を含む基板であり、40はOリングである。
この実施例においては、例えば500mL/min以下の流量範囲での流量測定を行うに際して、測定用発熱型温度センサー30の温度検知部30Aに供給される流速vが2〜5m/secとなるよう、障壁板15における絞り孔16の径D2の、ガス流路12の径D1に対する比である絞り比(D2/D1)の大きさ、および、障壁板15と測定用発熱型温度センサー30との離間距離の大きさLが設定されている。
例えば吸引式ガス検知器に導入されるガス流量の制御を行うために用いられる場合においては、検知対象ガスの種類またはガスセンサーの特性に応じて適正な流量の大きさは異なるが、目的とする流量の大きさに関わらず、測定用発熱型温度センサー30の温度検知部30Aに供給される流速vが2〜5m/secとなるよう、絞り比(D2/D1)の大きさ、および、離間距離の大きさLが調整される。
しかも、補償用温度センサー20および測定用発熱型温度センサー30が温度検知部20A,30Aの姿勢がガスの流れに対して調整された状態で設けられていることにより、障壁板15が設置されていることによる圧力変動等による影響の程度を小さく抑制することができ、流量測定を高い精度で行うことができる。
本発明の流量制御装置は、例えば吸引式ガス検知器に用いられるものであって、上記熱式流量計を備えてなり、この熱式流量計による検出信号に基づいて例えばフィードバック制御することによりガス検知部に供給されるガス流量を検知対象ガスの種類またはガスセンサーの特性に応じた適正な流量に調整するものである。
上述したように、上記熱式流量計は、低流量の測定範囲であっても、高い精度で流量を検出することができるものであり、しかも、例えば500mL/min以下の流量範囲での流量測定を行うに際して、測定用発熱型温度センサー30の温度検知部30Aに供給されるガスの流速vが2〜5m/secとなるよう、障壁板15における絞り孔16の径D2の、ガス流路12の径D1に対する比である絞り比(D2/D1)の大きさ、および、障壁板15と測定用発熱型温度センサー30との離間距離の大きさLが設定されていることにより、目的とする流量に対する実際の流量の調整量の設定を容易にかつ高い精度で行うことができる。すなわち、測定用発熱型温度センサー30の温度検知部30Aに供給される流速vが2〜5m/secの範囲内においては、熱式流量計10からの出力信号は、流速の増加に伴って出力が一方向に変化(増加)する傾向となる出力特性が得られる状態とされるので、目的とする流量に対する実際の流量の調整量の設定を容易にかつ高い精度で行うことができ、従って、当該調整量に応じて例えばフローコントロールバルブの動作状態を調整することなどによって、流量制御を高い精度で行うことができる結果、例えば検知対象ガスの種類に応じた適正な流量のガスを安定的に供給することができる。
〔作製例1〕
図1に示す構成に従って、本発明に係る熱式流量計を作製した。この熱式流量計(以下、「流量計1」という。)においては、ハウジングにおけるガス流路の径がφ7.0mm、障壁板の絞り孔の径がφ1.8mm(絞り比が0.26)、障壁板と測定用発熱型温度センサーとの離間距離(L)が3mmであり、補償用温度センサーがその温度検知部がガスの流れ方向に並行に延びる姿勢で設けられていると共に測定用発熱型温度センサーがその温度検知部がガスの流れ方向に対して直交方向に延びる姿勢で設けられている。補償用温度センサーおよび測定用発熱型温度センサーは、図3および図4に示す構成を有するものであって、同図3および図4における左右方向の寸法が3mm、これと直交する方向の寸法が0.8mmである。
上記流量計1において、障壁板の絞り孔の径(絞り比)および障壁板と測定用発熱型温度センサーとの離間距離の一方または両方を下記表1に従って変更したことの他は流量計1と同一の構成を有する熱式流量計(以下、「流量計2」〜「流量計7」という。)を作製した。
上記流量計1において、障壁板の絞り孔の径(絞り比)を下記表1に従って変更したことの他は流量計1と同一の構成を有する熱式流量計(以下、「流量計8」という。)を作製した。
上記流量計1において、測定用発熱型温度センサーとの離間距離を下記表1に従って変更したことの他は流量計1と同一の構成を有する熱式流量計(以下、「流量計9」〜「流量計10」という。)を作製した。
上記流量計1において、測定用発熱型温度センサーをその検知部がガスの流れ方向に並行に延びるよう設けたことの他は流量計1と同一の構成を有する熱式流量計(以下、「流量計11」という。)を作製した。
作製した流量計1〜10および比較用の流量計11の各々について、測定用発熱型温度センサーに対する供給電流を50mAとし、補償用温度センサーとの温度差Tが30℃となる状態(初期状態)において、ガス流路内に500mL/minの流量(設定値)で空気(N2 )を供給し、実測流量値と設定流量値との誤差を調べたところ、流量計1〜10によれば、低流量の測定を行う場合であっても、流速測定を5%以下の高い精度で行うことができることが確認された。これに対して、比較用の流量計11においては、実測流量値と設定流量値との誤差が5%以上であり、十分な測定精度を得ることができないことが確認された。この原因は、障壁板が設けられていることによる圧力変動による影響を受けたためであると考えられる。
また、測定用発熱型温度センサーの検知部における流速測定を行ったところ、流量計1〜7は、いずれのものも、流速が2〜5m/secの範囲内にあることが確認された。これに対して、流量計8〜11は、いずれのものも、流速が2〜5m/secの範囲外、特に流量計8については、10m/sec以上であることが確認された。
図1に示す構成に従って、ハウジングにおけるガス流路の径がφ7.0mm、障壁板の絞り孔の径がφ0.8mm(絞り比が0.11)、障壁板と測定用発熱型温度センサーとの離間距離(L)が3mmであり、補償用温度センサーがその検知部がガスの流れ方向に並行に延びる姿勢で設けられていると共に測定用発熱型温度センサーがその検知部がガスの流れ方向に対して直交方向に延びる姿勢で設けられた、熱式流量計を作製し、この熱式流量計について、測定用発熱型温度センサーに対する供給電流を50mAとし、補償用温度センサーとの温度差Tが30℃となる状態(初期状態)において、ガス流路内に150mL/minの流量(設定値)で空気(N2 )を供給し、測定用発熱型温度センサーの検知部における流速を測定したところ、流速が2〜5m/secの範囲内であり、実測流量値と設定流量値との誤差が5%以下であり、高い測定精度が得られることが確認された。 この熱式流量計における出力特性について調べたところ、流速が2〜5m/secの範囲では流速の増加に伴って出力が増加する(減少することのない)傾向となることが確認された。
図1に示す構成に従って、ハウジングにおけるガス流路の径がφ7.0mm、障壁板の絞り孔の径がφ1.8mm(絞り比が0.26)、障壁板と測定用発熱型温度センサーとの離間距離(L)が3mmであり、補償用温度センサーがその検知部がガスの流れ方向に並行に延びる姿勢で設けると共に測定用発熱型温度センサーがその検知部がガスの流れ方向に対して直交方向に延びる姿勢で設けた、熱式流量計を作製し、この熱式流量計について、測定用発熱型温度センサーに対する供給電流を50mAとし、補償用温度センサーとの温度差Tが30℃となる状態(初期状態)において、ガス流路内に250mL/minの流量(設定値)で空気(N2 )を供給し、測定用発熱型温度センサーの検知部における流速を測定したところ、流速が2〜5m/secの範囲内であり、実測流量値と設定流量値との誤差が5%以下であり、高い測定精度が得られることが確認された。
この熱式流量計における出力特性について調べたところ、流速が2〜5m/secの範囲では流速の増加に伴って出力が増加する(減少することのない)傾向となることが確認された。
図1に示す構成に従って、ハウジングにおけるガス流路の径がφ7.0mm、障壁板の絞り孔の径がφ2.2mm(絞り比が0.31)、障壁板と測定用発熱型温度センサーとの離間距離(L)が3mmであり、補償用温度センサーがその検知部がガスの流れ方向に並行に延びる姿勢で設けられていると共に測定用発熱型温度センサーがその検知部がガスの流れ方向に対して直交方向に延びる姿勢で設けられた、熱式流量計を作製し、この熱式流量計について、測定用発熱型温度センサーに対する供給電流を50mAとし、補償用温度センサーとの温度差Tが30℃となる状態(初期状態)において、ガス流路内に350mL/minの流量(設定値)で空気(N2 )を供給し、測定用発熱型温度センサーの検知部における流速を測定したところ、流速が2〜5m/secの範囲内であり、実測流量値と設定流量値との誤差が5%以下であり、高い測定精度が得られることが確認された。 この熱式流量計における出力特性について調べたところ、流速が2〜5m/secの範囲では流速の増加に伴って出力が増加する(減少することのない)傾向となることが確認された。
例えば、ハウジングにおけるガス流路の径、障壁板における絞り孔の径、障壁板と測定用発熱型温度センサーとの離間距離の大きさおよびその他の具体的な構成は、流量測定範囲など目的に応じて適宜に設定することができる。
補償用温度センサーおよび測定用発熱型温度センサーは、上記構成のものに限定されるものではない。
12 ガス流路
11 ハウジング
13,14 センサー装着用開口部
15 障壁板
16 絞り孔
20 補償用温度センサー
20A 温度検知部
21 絶縁性基板
22 白金薄膜パターン
23 保護膜
25 ホルダー
26 嵌合部
26A 嵌合部のセンサー保持側の面
27 リード
28 基板
30 測定用発熱型温度センサー
30A 温度検知部
31 絶縁性基板
32 白金薄膜パターン
33 保護膜
35 ホルダー
36 嵌合部
36A 嵌合部のセンサー保持側の面
37 リード
38 基板
40 Oリング
Claims (3)
- 吸引式ガス検知器において当該吸引式ガス検知器のガス検知部に供給されるガス流量を検知対象ガスの種類または前記ガス検知部を構成するガスセンサーの特性に応じて設定される設定ガス流量に調整するために用いられ、
一定の内径を有するガス流路内において、ガスの流れ方向上流側の位置に補償用温度センサーが配設されると共に下流側の位置に測定用発熱型温度センサーが配設されてなり、補償用温度センサーによる検知温度と測定用発熱型温度センサーによる検知温度との差を一定の大きさに維持するために測定用発熱型温度センサーに供給される電流の大きさに基づいて流量を測定する熱式流量計であって、
ガス流路内における補償用温度センサーと測定用発熱型温度センサーとの間には、絞り孔が形成された障壁板が配設されており、
補償用温度センサーがその温度検知部がガス流と並行方向に延びる姿勢とされていると共に測定用発熱型温度センサーがその温度検知部がガス流と直交方向に延びる姿勢とされており、
前記設定ガス流量について、測定用発熱型温度センサーの温度検知部における流速が2〜5m/secの範囲内となるよう、障壁板における絞り孔の径D2の、ガス流路の径D1に対する比である絞り比(D2/D1)の大きさ、および、障壁板と測定用発熱型温度センサーとの離間距離の大きさが設定されていることを特徴とする熱式流量計。 - 補償用温度センサーおよび測定用発熱型温度センサーは、内部にガス流路が形成されたハウジングに対して着脱自在に嵌合されるホルダーによって保持されてガス流路内に突設された状態で設けられていることを特徴とする請求項1に記載の熱式流量計。
- 請求項1または請求項2に記載の熱式流量計を備えてなり、当該熱式流量計による検出信号をフィードバック制御することによりガス検知部に供給されるガス流量を調整することを特徴とする流量制御装置。
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