JP3995098B2 - 熱式質量流量計 - Google Patents

Description

本発明は、感温センサと加熱感温センサを備えるとともに加熱感温センサの加熱に係る電流値から質量流量を算出する熱式質量流量計に関する。

熱式質量流量計は、温度センサと加熱センサの機能を有する加熱感温センサ（流速センサ（ヒータ））の温度が感温センサで計測される温度に対して一定の温度差になるように制御されている。これは、被測定流体を流した時にヒータから奪われる熱量が質量流量と相関があるからであって、ヒータに対する加熱電力量から質量流量が算出されるようになっている。

従来の熱式質量流量計としては、下記特許文献１に開示されたものが知られている。下記特許文献１に開示された熱式質量流量計は、感温センサと加熱感温センサとがセンサホルダの中心軸上に配置されている。センサホルダは、流量計本体の一構成部品であって、そのセンサホルダの前記中心軸は、被測定流体が流れる流管の軸に平行に配置されている。すなわち、感温センサと加熱感温センサは、流管の軸に沿って並んで配置されている。感温センサは上流側で加熱感温センサは下流側に配置されている。

下記特許文献１の熱式質量流量計は、水平軸方向に伸びる流管に取り付けられており、その流管の流路を流れる被測定流体の質量流量を算出するようになっている。下記特許文献１の熱式質量流量計は、水平軸方向に伸びる流管のみならず、鉛直方向やその他の方向に伸びる流管に対しても取り付けることができるように構成されている。
特開２００４−１２２２０号公報 （第６頁、第４図）

ところで、上記従来の熱式質量流量計にあっては、鉛直方向に伸びる流管に取り付けた場合を考えると次のような問題点を有している。すなわち、感温センサと加熱感温センサの配置が流管の軸に沿って並んで配置されていることから、加熱感温センサに生じる自然対流（対流熱）が感温センサに伝わってしまい、その結果、ゼロ点が移動したりする。自然対流による影響は、低流量時に起こり易く、計測精度の誤差となって表れる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、ゼロ点を安定させるとともに計測精度を高めることが可能な熱式質量流量計を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の熱式質量流量計は、被測定流体が流れる流管を、該流管の流路の流管軸が鉛直方向と略一致するように配管してなり，
棒状に形成され、先端側が感温部分、後端側が固定部分とによって構成され前記被測定流体の温度を検出する感温センサと、棒状に形成され、先端側が感温部分、後端側が固定部分とによって構成され前記感温センサの検出温度との温度差が一定になるように電流を流して加熱する加熱感温センサのそれぞれの固定部分を、前記流管の外周面に前記流管軸に平行となるように取り付けられる矩形状のセンサホルダに差し込んだ状態で固定し，
前記感温センサと加熱感温センサのそれぞれの感温部分を、前記流管の壁に形成した貫通孔を介して前記流管の流路内に、前記棒状の感温センサと加熱感温センサのそれぞれの軸が前記流管軸に対して略直交する方向に突出するように取り付け，
前記感温センサは、前記加熱感温センサよりも上方の上流側に前記加熱感温センサと間隔を空けて、前記感温センサと加熱感温センサを固定する前記センサホルダの対角線方向に合わせて配置し、かつ、前記感温センサと前記加熱感温センサを結ぶ仮想線が前記加熱感温センサによって生じる自然対流の方向と不一致となるように配置するとともに、前記感温センサ及び前記加熱感温センサの各先端が、前記流管の中央又は中央周辺部分にくるように配置し，
前記感温センサによって検出される前記被測定流体の温度と前記加熱感温センサによって加熱される温度との温度差が一定になるように該加熱感温センサに電流を供給し、該加熱に要する電力値から質量流量を算出することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、加熱感温センサに生じる自然対流の方向に対して感温センサがずれた位置に配置される。すなわち、加熱感温センサによって生じる対流熱が感温センサに伝わり難くなる。これによりゼロ点の移動がなくなる。また、計測精度の向上が図られる。

請求項２記載の本発明の熱式質量流量計は、被測定流体が流れる流管を、該流管の流路の流管軸が水平方向と略一致するように配管してなり，
棒状に形成され、先端側が感温部分、後端側が固定部分とによって構成される前記被測定流体の温度を検出する感温センサと、棒状に形成され、先端側が感温部分、後端側が固定部分とによって構成される前記感温センサの検出温度との温度差が一定になるように電流を流して加熱する加熱感温センサのそれぞれの固定部分を、前記流管の外周面に前記流管軸に平行となるように取り付けられる矩形状のセンサホルダに差し込んだ状態で固定し，
前記感温センサと加熱感温センサのそれぞれの感温部分を、前記流管の壁に形成した貫通孔を介して前記流管の流路内に、前記棒状の感温センサと加熱感温センサのそれぞれの軸が前記流管軸に対して略直交する方向に突出するように取り付け，
前記感温センサは、前記加熱感温センサよりも上流側に前記加熱感温センサと間隔を空けて、該感温センサが前記加熱感温センサよりも上方になるように配置し、前記感温センサと加熱感温センサを固定する前記センサホルダの対角線方向に合わせて配置し、かつ、前記感温センサと前記加熱感温センサを結ぶ仮想線が前記加熱感温センサによって生じる自然対流の方向と不一致となるように配置するとともに、前記感温センサ及び前記加熱感温センサの各先端が、前記流管の中央又は中央周辺部分にくるように配置し，
前記感温センサによって検出される前記被測定流体の温度と前記加熱感温センサによって加熱される温度との温度差が一定になるように該加熱感温センサに電流を供給し、該加熱に要する電力値から質量流量を算出することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、感温センサ及び加熱感温センサをセンサホルダの対角線方向に合わせて配置していることから、流管の向きを水平方向に配置することができ、従来よりも汎用性を持たせることができる。

請求項１に記載された本発明によれば、ゼロ点を安定させるとともに計測精度を高めることができるという効果を奏する。また、請求項２に記載された本発明によれば、汎用性のある熱式質量流量計を提供することができるという効果を奏する。また、請求項３に記載された本発明によれば、より一層、計測精度を高めることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の熱式質量流量計の一実施の形態を示す図であり、（ａ）は流管が鉛直方向に伸びる場合においての上流側から見た概略図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）は感温センサ及び加熱感温センサの配置と自然対流の方向の説明図である。

本発明の熱式質量流量計１は、流管２の流路３に突出する感温センサ４と加熱感温センサ５とを備えて構成されている。図１における流管２は、その流管軸６が鉛直方向（図示省略）に略一致するように配管されている。流管２には、被測定流体（図示省略）が矢印で示される流体方向７に流れるように、すなわち図１（ｂ）、（ｃ）を見た場合には上から下へ流れるようになっている。尚、流管２の流管軸６が水平方向に略一致する場合等については、図２を参照しながら後述する。

感温センサ４及び加熱感温センサ５は、共に既知のものが用いられている。ここでは、具体的な構成について、その説明を省略する。本形態の感温センサ４は、棒状の温度センサであり、同じく棒状の加熱感温センサ５は、温度センサと加熱センサの機能を有する流速センサ（ヒータ）である。

感温センサ４及び加熱感温センサ５は、その先端側が感温部分８、後端側が固定部分９として構成されている。感温センサ４及び加熱感温センサ５は、各固定部分９をセンサホルダ１０に差し込むような状態にした上で固定されている。感温センサ４及び加熱感温センサ５は、共に同じセンサホルダ１０に固定されている（これに限らないものとする。すなわち、感温センサ４及び加熱感温センサ５の配置の仕方によっては別々のセンサホルダに固定してもよいものとする）。

感温センサ４及び加熱感温センサ５は、流管２の外周面にセンサホルダ１０を取り付けると、流管２の壁に形成した貫通孔を介して各感温部分８が流路３に突出するようになっている。各感温部分８は、流管軸６に対して略直交する方向に突出するようになっている。感温センサ４及び加熱感温センサ５の各先端は、流管２の中央又は中央周辺部分に配置されている。感温センサ４及び加熱感温センサ５の各感温部分８には、仮に外部から流管２の壁に熱が伝わったとしてもその熱が作用しないように配慮されている。

本発明の要旨となる感温センサ４及び加熱感温センサ５の配置について説明すると、感温センサ４及び加熱感温センサ５は、これらを結ぶ直線（仮想線１１）が加熱感温センサ５に生じる自然対流の方向１２に対して不一致となるように配置されている。言い換えれば、感温センサ４は、加熱感温センサ５に生じる自然対流の方向１２に対してずれた位置に配置されている。

感温センサ４及び加熱感温センサ５は、所定の間隔をあけて配置されている。また、感温センサ４及び加熱感温センサ５は、センサホルダ１０の対角線方向に合わせて配置されている。本形態において、上記仮想線１１は、上記対角線方向（図示省略）に一致している。

感温センサ４及び加熱感温センサ５の配置は、上記仮想線１１が上記自然対流の方向１２に対して不一致となればよく、加熱感温センサ５が感温センサ４よりも上流側に配置されないことがより好ましいものとする。図１に示されるように、感温センサ４を上流側、加熱感温センサ５を下流側に配置する他には、感温センサ４及び加熱感温センサ５を流管軸６に対して直交方向に並べて配置することも挙げられる。

次に、熱式質量流量計１の図示していない部分について簡単に説明する（その図示していない部分は、基本的に、背景技術の欄で挙げた特許文献１、すなわち特開２００４−１２２２０号公報の第６頁、第４図に開示された構成と同じである）。

図示していない部分として、感温センサ４及び加熱感温センサ５の上流側には、被測定流体を安定した流れに整える整流器が取り付けられている。センサホルダ１０の上方には、感温センサ４及び加熱感温センサ５のリードが接続されるアンプボードが取り付けられている。感温センサ４及び加熱感温センサ５とアンプボードは、流量計測部及び流量演算部としての機能を有する。センサホルダ１０及びアンプボードの周囲には、変換器ケースが取り付けられている。変換器ケースは、流管２に取り付けられている。変換器ケースの開口部分には、スイッチボードやディスプレイボードを有する本体カバーがパッキンを挟んだ状態で取り付けられている。変換器ケースの一側壁には、伝送ケーブルが接続されている。

上記構成において、加熱感温センサ５は、感温センサ４で検出された温度に基づいて流量計測を行う。すなわち、本発明の熱式質量流量計１の流量計測部及び流量演算部では、感温センサ４と加熱感温センサ５との温度差が一定（例えば＋３０℃）になるように、加熱感温センサ５を加熱する（電流を流す）とともに、その加熱に係る電力値から質量流量を算出する。算出された質量流量は、表示装置（図示省略）に表示される。

質量流量の算出について補足説明すると、被測定流体（図示省略）を流体方向７に流したときに、加熱感温センサ５は被測定流体によって冷やされる。感温センサ４との温度差を一定に制御するためには、さらに加熱感温センサ５に電流を流す必要がある。この時、加熱感温センサ５に流れる電流は、質量流量に比例することが知られており、これを利用して質量流量が算出される。

以上、図１（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明してきたように、本発明の熱式質量流量計１は、加熱感温センサ５に生じる自然対流の方向１２に対して感温センサ４がずれた位置に配置されることから、加熱感温センサ５によって生じる対流熱が感温センサ４に伝わり難くなる。従って、従来に比べてゼロ点を安定させることができるという効果を奏する。また、従来に比べて計測精度を高めることができるという効果を奏する。

続いて、図２を参照しながら本発明の熱式質量流量計１の他の取り付け例を説明する。図２は流管２が水平方向に伸びる場合においての熱式質量流量計１の取り付け状態を示す断面図である。

図２において、流管２は、その流管軸６が水平方向に略一致するように配管されている。熱式質量流量計１の取り付けは、流管２の向きが変わっただけで上述と同じになっている。感温センサ４及び加熱感温センサ５は、センサホルダ１０の対角線方向に合わせて配置されている。センサホルダ１０は、その軸が流管軸６に平行となるように流管２に取り付けられている。センサホルダ１０の対角線方向に合わせて配置された感温センサ４及び加熱感温センサ５は、これらを結ぶ直線（上記仮想線１１と同じ）が図２の状態において右下がりとなるように配置されている。感温センサ４は上流側、加熱感温センサ５は下流側に配置されている。また、加熱感温センサ５は、感温センサ４よりも上方に配置されている。加熱感温センサ５によって生じる対流熱は、感温センサ４に伝わらないようになっている。

本発明の熱式質量流量計１は、感温センサ４及び加熱感温センサ５をセンサホルダ１０の対角線方向に合わせて配置していることから、流管２の向きに左右されない取り付けが実現されている。本発明の熱式質量流量計１は、流管２の向きが水平方向、鉛直方向のいずれであっても適用可能なもので、従来よりも汎用性を有している。

本発明の熱式質量流量計１は、特に図示しないが、流管２の向きが斜め方向に伸びる場合であっても上記対流熱が感温センサ４に伝わり難くなっている。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

本発明の熱式質量流量計の一実施の形態を示す図であり、（ａ）は流管が鉛直方向に伸びる場合においての上流側から見た概略図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）は感温センサ及び加熱感温センサの配置と自然対流の方向の説明図である。 流管が水平方向に伸びる場合においての熱式質量流量計の取り付け状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 熱式質量流量計
２ 流管
３ 流路
４ 感温センサ
５ 加熱感温センサ
６ 流管軸
７ 流体方向
８ 感温部分
９ 固定部分
１０ センサホルダ
１１ 仮想線（感温センサ及び加熱感温センサを結ぶ直線）
１２ 自然対流の方向

Claims (2)

1. 被測定流体が流れる流管を、該流管の流路の流管軸が鉛直方向と略一致するように配管してなり，
   棒状に形成され、先端側が感温部分、後端側が固定部分とによって構成され前記被測定流体の温度を検出する感温センサと、棒状に形成され、先端側が感温部分、後端側が固定部分とによって構成され前記感温センサの検出温度との温度差が一定になるように電流を流して加熱する加熱感温センサのそれぞれの固定部分を、前記流管の外周面に前記流管軸に平行となるように取り付けられる矩形状のセンサホルダに差し込んだ状態で固定し，
   前記感温センサと加熱感温センサのそれぞれの感温部分を、前記流管の壁に形成した貫通孔を介して前記流管の流路内に、前記棒状の感温センサと加熱感温センサのそれぞれの軸が前記流管軸に対して略直交する方向に突出するように取り付け，
   前記感温センサは、前記加熱感温センサよりも上方の上流側に前記加熱感温センサと間隔を空けて、前記感温センサと加熱感温センサを固定する前記センサホルダの対角線方向に合わせて配置し、かつ、前記感温センサと前記加熱感温センサを結ぶ仮想線が前記加熱感温センサによって生じる自然対流の方向と不一致となるように配置するとともに、前記感温センサ及び前記加熱感温センサの各先端が、前記流管の中央又は中央周辺部分にくるように配置し，
   前記感温センサによって検出される前記被測定流体の温度と前記加熱感温センサによって加熱される温度との温度差が一定になるように該加熱感温センサに電流を供給し、該加熱に要する電力値から質量流量を算出する
   ことを特徴とする熱式質量流量計。
2. 被測定流体が流れる流管を、該流管の流路の流管軸が水平方向と略一致するように配管してなり，
   棒状に形成され、先端側が感温部分、後端側が固定部分とによって構成される前記被測定流体の温度を検出する感温センサと、棒状に形成され、先端側が感温部分、後端側が固定部分とによって構成される前記感温センサの検出温度との温度差が一定になるように電流を流して加熱する加熱感温センサのそれぞれの固定部分を、前記流管の外周面に前記流管軸に平行となるように取り付けられる矩形状のセンサホルダに差し込んだ状態で固定し，
   前記感温センサと加熱感温センサのそれぞれの感温部分を、前記流管の壁に形成した貫通孔を介して前記流管の流路内に、前記棒状の感温センサと加熱感温センサのそれぞれの軸が前記流管軸に対して略直交する方向に突出するように取り付け，
   前記感温センサは、前記加熱感温センサよりも上流側に前記加熱感温センサと間隔を空けて、該感温センサが前記加熱感温センサよりも上方になるように配置し、前記感温センサと加熱感温センサを固定する前記センサホルダの対角線方向に合わせて配置し、かつ、前記感温センサと前記加熱感温センサを結ぶ仮想線が前記加熱感温センサによって生じる自然対流の方向と不一致となるように配置するとともに、前記感温センサ及び前記加熱感温センサの各先端が、前記流管の中央又は中央周辺部分にくるように配置し，
   前記感温センサによって検出される前記被測定流体の温度と前記加熱感温センサによって加熱される温度との温度差が一定になるように該加熱感温センサに電流を供給し、該加熱に要する電力値から質量流量を算出する
   ことを特徴とする熱式質量流量計。

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