JP6566062B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量測定装置に関する。

流路内を流れる流体の流量を測定する需要がある。流量を測定する装置の１つとして、例えば特許文献１のような熱式のフローセンサが挙げられる。また、熱式のフローセンサを用いて、例えば特許文献２−３のような流体の流量を測定する方法が挙げられる。

特許第３６５８３２１号公報 欧州特許第１１４４９５８Ｂ１号明細書 特許第５６４４６７４号公報

熱式のフローセンサを用いて流体の流量を測定する場合、流体を加熱するための電力が必要である。すなわち、測定に要するエネルギーコストが嵩む虞がある。そこで、エネルギーコストを節減するために、特許文献２では、通常の測定モードに加えて、加熱時間が短く、熱の拡散が低下され、正確度が減少した測定モードの２つの測定モードを備える流量測定装置が開示されている。このような流量測定装置であれば、測定モードを使い分けることによって測定に要するエネルギーコストを節減することができる。

また、特許文献３では、ヒータ制御手段によって、流速を認識可能な最低限の検知信号をセンサ回路から出力させるのに必要な最低限の熱量をヒータが放出できる流量測定装置が開示されている。このような流量測定装置であれば、エネルギーコストを節減することができる。

しかしながら、特許文献２に開示の流量測定装置は、装置の測定モードが２つに限られている。よって、流量測定装置の動作を細かく調節することができなく、利便性は低い。

また、特許文献３に開示の流量測定装置は、ヒータ抵抗値を使用してフィードバック制御を行っているため、計算領域や記憶領域が必要である。すなわち、特許文献３に開示の流量測定装置は、ハードウエア費用が嵩む虞がある。

すなわち、本件発明者は、従来の流量測定装置は、エネルギーコストを節減しているが、ハードウエア費用が嵩み、測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができない利便性の低い装置であることを見出した。

本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、ハードウエア費用が嵩まず、かつ測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することのできる利便性の高い流量測定装置を提供することである。

本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。

すなわち本発明の一側面に係る流量測定装置は、流体の流量に対して間欠的な測定を行
う流量測定装置であって、流体を加熱する加熱部と、前記加熱部を駆動させる駆動電圧、又は前記駆動電圧を印加する間隔を任意の値に制御する制御部と、加熱された流体の温度情報を検出する温度検出部と、前記温度検出部から出力された検出信号に基づいて、流体の流量を測定する流量測定部と、を備え、前記制御部は、前記流量を間欠的に測定する際に、前記駆動電圧を印加する間隔を変更することで、各々の測定における前記加熱部の加熱量を変更する。

当該構成によれば、流体の流れによって生じた熱の分布を検出し、流体の流量を間欠的に測定することができる。

また、当該構成によれば、駆動電圧を任意の値に制御するため、流体の加熱の度合を細かく調節することができる。すなわち、流量の測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができる。

また、当該構成によれば、駆動電圧を印加する間隔も任意の値に制御することができる。そして、流量を間欠的に測定する際に、駆動電圧を印加する間隔を変更することができる。すなわち、当該構成によれば、流量を間欠的に測定する際に、駆動電圧を印加する間隔を狭め、流体の加熱の度合を高めて流量の測定精度を向上させることができる。また、逆に、駆動電圧を印加する間隔を広げ、流体の加熱の度合を低下させて流量の測定精度を低下させ、エネルギーコストを節減することもできる。すなわち、当該構成は、加熱部を駆動させる駆動電圧の制御だけではなく、駆動電圧を印加する間隔の制御によっても流量の測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができる。

また、当該構成によれば、加熱部の駆動電圧と、駆動電圧を印加する間隔を様々な値に制御し、多様な間欠的な測定を実現することができる。

また、当該構成によれば、流量測定を行う際にフィードバック制御を行っていない。よって、計算領域や記憶領域が増加する虞は無く、ハードウエア費用は嵩まない。

上記一側面に係る流量測定装置において、前記間欠的な測定において、前記駆動電圧を印加する間隔は一定とし、特定の測定においては短くしてもよい。

当該構成によれば、流量を間欠的に測定する際に、特定の測定において流体の加熱の度合を高めることができる。すなわち、当該構成は、流量を間欠的に測定している間に、特定の測定において流量の測定精度を高めることができる。また、駆動電圧を増大させずに測定精度を高めることができる。

上記一側面に係る流量測定装置において、前記間欠的な測定における、各々の測定の前記駆動電圧は、１つの矩形波状の電圧からなり、特定の測定においては、前記駆動電圧は、複数の矩形波状の電圧からなってもよい。

当該構成によれば、駆動電圧を容易に制御することができる。また、流量を間欠的に測定する際に、特定の測定において流体の加熱の度合を高めることができる。すなわち、当該構成は、流量を間欠的に測定している間に、特定の測定において流量の測定精度を高めることができる。また、駆動電圧を増大させずに測定精度を高めることができる。

上記一側面に係る流量測定装置において、前記制御部は、前記流量を間欠的に測定する際に、前記駆動電圧を変更することで、各々の測定における前記加熱部の加熱量を変更してもよい。

当該構成によれば、流量を間欠的に測定する際に、駆動電圧自体を上げ、流体の加熱の度合を高めて流量の測定精度を向上させることができる。また、逆に、駆動電圧を下げ、流体の加熱の度合を低下させてエネルギーコストを節減することもできる。

上記一側面に係る流量測定装置において、第二の加熱部と、流体の流れを遮る方向に前記第二の加熱部を跨いで並んで設けられる第二の温度検出部と、前記第二の温度検出部から出力された検出信号に基づいて、流体の特性を測定する特性測定部をさらに備え、前記制御部は、前記第二の加熱部を駆動させる第二の駆動電圧、又は前記第二の駆動電圧を印加する間隔を任意の値にさらに制御してもよい。

当該構成によれば、流体の特性に起因する熱の拡散を第二の温度検出部によって検出し、流体の特性を間欠的に測定することができる。

また、当該構成によれば、第二の温度検出部から出力された検出信号は、流体の流れによる熱の分布の変化の影響が低減された出力となる。すなわち、第二の温度検出部の出力を使用して測定される流体の特性は、精度の高い値である。

また、当該構成によれば、第二の加熱部を駆動させる第二の駆動電圧を任意の値に制御するため、第二の加熱部の近傍の流体の加熱の度合を細かく調節することができる。すなわち、流体の特性の測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができる。

また、当該構成によれば、第二の駆動電圧を印加する間隔も任意の値に制御する。すなわち、当該構成によれば、第二の駆動電圧を印加する間隔を狭め、第二の加熱部の近傍の流体の加熱の度合を高めて流体の特性の測定精度を向上させることができる。また、逆に、第二の駆動電圧を印加する間隔を広げ、第二の加熱部の近傍の流体の加熱の度合を低下させて流体の特性の測定精度を低下させ、エネルギーコストを節減することもできる。すなわち、当該構成は、第二の駆動電圧の制御だけではなく、第二の駆動電圧を印加する間隔の制御によっても流体の特性の測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができる。

また、当該構成によれば、第二の駆動電圧と、第二の駆動電圧を印加する間隔を様々な値に制御し、多様な間欠的な特性の測定を実現することができる。

また、当該構成によれば、流体の特性の測定を行う際にフィードバック制御を行っていない。よって、計算領域や記憶領域が増加する虞は無く、ハードウエア費用は嵩まない。

本発明によれば、ハードウエア費用が嵩まず、かつ測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することのできる利便性の高い流量測定装置を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る流量測定装置の一例を模式的に例示する。 図２は、流量測定装置による流量の測定精度及び流量測定に要するエネルギーコストの一例を模式的に例示する。（Ａ）は、従来技術の場合、（Ｂ）は流量測定装置の場合を例示する。 図３は、本実施形態に係る検出素子の拡大図の一例を模式的に例示する。 図４は、流量測定装置の断面の一例を模式的に例示する。 図５は、流量測定装置が流管部材に固定された際の概要図の一例を模式的に例示する。 図６はマイクロヒータの近傍の温度分布の一例を模式的に例示する。（Ａ）は、流管部材に流体が流れていない状態でマイクロヒータが起動している場合、（Ｂ）は、流管部材に流体が流れている状態でマイクロヒータを起動している場合を例示する。 図７は、流量測定装置の機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。 図８は、流量測定装置の処理手順を示すフローチャートの一例を模式的に例示する。 図９Ａは、従来の流量測定装置の間欠的な測定の一例を模式的に例示する。 図９Ｂは、駆動電圧の印加間隔を変更する場合の流量測定装置の間欠的な測定の一例を模式的に例示する。 図９Ｃは、駆動電圧及び駆動電圧の印加間隔を変更する場合の流量測定装置の間欠的な測定の一例を模式的に例示する。 図１０は、流量測定装置が実現することができる多様な測定モードの一例を模式的に例示する。（Ａ）は従来技術の場合、（Ｂ）は流量測定装置の場合を例示する。 図１１は、流量測定装置及び流管部材の斜視図の一例を模式的に例示する。 図１２は、検出素子とガスの気流の流れとの関係の一例を模式的に例示する。 図１３は、流量測定装置の機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。 図１４は、流量測定装置の特性を測定する処理手順を示すフローチャートの一例を模式的に例示する。 図１５は、主流路部と副流路部の２つの流路部を備える流管部材に流量測定装置を備える一例を模式的に例示する。 図１６は、副流路部の部分拡大図の一例を模式的に例示する。 図１７は、流管部材に流量測定装置が設けられた際の断面図の一例を模式的に例示する。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

§１ 適用例
図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る流量測定装置１００の一例を模式的に例示する。流量測定装置１００は、検出素子１と、制御部２と、検出素子１及び制御部２が実装される回路基板３と、を備える。流管部材４の中には、所定の流体が流れる。そして、流管部材４の上部には、流路部５が１つ形成される。そして、流量測定装置１００は、検出素子１が流路部５内に位置するように、流管部材４に固定される。また、検出素子１には、マイクロヒータ及びマイクロヒータを跨いで並んで設けられるサーモパイルを備える。サーモパイルの形状は、略長方形である。検出素子１は、いわゆる熱式のフローセンサである。

ここで、流体の流量は次のように測定される。流管部材４に流体が流れている際に、マイクロヒータが起動されると、マイクロヒータ近傍が加熱される。そして、サーモパイル
からは、マイクロヒータ近傍における温度に関する信号が出力される。流体が流れている際にマイクロヒータによって加熱を行うと、マイクロヒータからの熱は、流体の流れの影響を受けて偏って拡散される。この偏った熱拡散は、サーモパイルによって検出され、流体の流量は測定される。

また、制御部２は、マイクロヒータの駆動電圧を任意の値に制御する。ここで、駆動電圧が大きく、流体の加熱の度合が大きい場合、マイクロヒータ近傍の熱は良好に拡散され、流体の流量は精度高く検出されるが、エネルギーコストを要する。一方で、駆動電圧が小さく、流体の加熱の度合が小さい場合、マイクロヒータ近傍の熱の拡散は低下し、流体の流量の測定精度は低下するが、エネルギーコストは節減される。すなわち、流量測定装置１００は、駆動電圧の制御によって流量の測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができる。

また、制御部２は、駆動電圧を印加する間隔も任意の値に制御する。ここで、駆動電圧を印加する間隔を狭めた場合、流体の加熱の度合は高まり、マイクロヒータ近傍の熱は良好に拡散され、流体の流量は精度高く検出されるが、エネルギーコストを要する。また、逆に、駆動電圧を印加する間隔を広げた場合、マイクロヒータ近傍の熱の拡散は低下し、流体の流量の測定精度は低下するが、エネルギーコストは節減される。すなわち、流量測定装置１００は、マイクロヒータを駆動させる駆動電圧の制御だけではなく、駆動電圧を印加する間隔の制御によっても流量の測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができる。

また、流量測定装置１００は、マイクロヒータの駆動電圧、又は駆動電圧を印加する間隔を様々な値に制御し、多様な間欠的な測定を実現することができる。すなわち、流量測定装置１００は、利便性の高い装置である。

図２は、流量測定装置１００による流量の測定精度及び流量測定に要するエネルギーコストについて、特許文献２に開示の技術と比較した一例を模式的に例示する。図２に示すように、特許文献２に開示の技術では、２つの測定モードしか提供されていない。一方で、流量測定装置１００は、駆動電圧、又は駆動電圧を印加する間隔を様々な値に制御し、流量の測定精度及びエネルギーコストに関する多様な測定モードを提供することができる。すなわち、流量測定装置１００は、利便性の高い装置である。

また、流量測定装置１００は、流量測定を行う際にフィードバック制御を行っていない。よって、計算領域や記憶領域が増加する虞は無く、ハードウエア費用は嵩まない。

以上のように、流量測定装置１００は、ハードウエア費用が嵩まず、かつ測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することのできる利便性の高い装置である。

§２ 構成例
［ハードウエア構成］
次に、本実施形態に係る流量測定装置の一例について説明する。本実施形態に係る流量測定装置１００は、例えばガスメータの内部の流管内に設けられ、流管内を流れるガスの流量を測定することができる。流量測定装置１００は、図１に示すように、検出素子１と、制御部２と、検出素子１及び制御部２が実装される回路基板３と、を備える。ここで、制御部２は、本発明の「制御部」の一例である。

図３は、本実施形態に係る検出素子１の拡大図の一例を模式的に例示する。検出素子１は、マイクロヒータ６及びサーモパイル７Ａ、７Ｂを備える。ここで、マイクロヒータ６は、本発明の「加熱部」の一例である。また、サーモパイル７Ａ、７Ｂは、本発明の「温
度検出部」の一例である。マイクロヒータ６は、例えばポリシリコンで形成された抵抗体であり、検出素子１の中央部分に設けられる。また、サーモパイル７Ａ、７Ｂは、マイクロヒータ６を跨いで並んで設けられる。

また、図４は、流量測定装置１００の断面の一例を模式的に例示する。マイクロヒータ６及びサーモパイル７Ａ、７Ｂの上下には絶縁薄膜８が形成される。また、サーモパイル７Ａ、７Ｂの下方の回路基板３には、キャビティ９が設けられる。また、図５は、流量測定装置１００が流管部材４に固定された際の概要図の一例を模式的に例示する。検出素子１は、流路部５の中央部分に嵌まるように設置される。また、検出素子１は、サーモパイル７Ａがガスの流れる方向の上流側、サーモパイル７Ｂが下流側となるように設置される。

［流量検出原理］
次に、検出素子１を用いた流量検出の原理を説明する。図６（Ａ）は、流管部材４にガスが流れていない状態でマイクロヒータ６が起動している際の温度分布の一例を模式的に例示する。一方、図６（Ｂ）は、流管部材４にガスが流れている状態でマイクロヒータ６を起動している際の温度分布の一例を模式的に例示する。流管部材４にガスが流れていない場合、マイクロヒータ６からの熱は、マイクロヒータ６を中心として対称に拡散する。よって、サーモパイル７Ａと７Ｂの出力には差は生じない。一方、流管部材４にガスが流れている場合、マイクロヒータ６からの熱は、ガスの流れの影響を受け、マイクロヒータ６を中心として対称に広がらず、下流のサーモパイル７Ｂ側へ、より拡散していく。よって、サーモパイル７Ａと７Ｂの出力に差は生じる。また、ガスの流量が多いほど、上記の出力の差は大きくなる。上記のガスの流量とサーモパイル７Ａと７Ｂの出力の差との関係は、例えば下記の式（１）のように表される。
・・・（１）
ここで、ΔＶはガスの流量、Ｔ_Ａはサーモパイル７Ａの出力値、Ｔ_Ｂはサーモパイル７Ｂの出力値を表す。また、ｖ_ｆはガスの流速、Ａ及びｂは定数である。本実施形態では上記のような原理に従って流量を算出する。

［機能構成］
図７は、流量測定装置１００の機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。制御部２は、マイクロヒータ制御部１０を備える。マイクロヒータ制御部１０は、予め決められた駆動電圧を印加する間隔に基づいて、マイクロヒータ６へ駆動電圧を印加する。ただし、駆動電圧を印加する間隔は、変更可能であり、ユーザが選んだ任意の値とすることができる。また、マイクロヒータ制御部１０は、マイクロヒータ６へ印加する駆動電圧を制御することができる。ただし、駆動電圧は、変更可能であり、ユーザが選んだ任意の値に制御することができる。

また、制御部２は、サーモパイル７Ａ及び７Ｂから出力される信号を受信し、サーモパイル７Ａと７Ｂの出力の差分からガスの流量を算出する流量測定部１１を備える。流量測定部１１は、本発明の「流量測定部」の一例である。サーモパイル７Ａと７Ｂの出力の差分からガスの流量を算出する際には、式（１）が用いられる。

§３ 動作例
次に、図８を用いて、流量測定装置１００の動作例を説明する。図８は、流量測定装置１００の処理手順を示すフローチャートの一例を模式的に例示する。なお、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する
処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。

（ステップＳ１０１）
ステップＳ１０１では、マイクロヒータ制御部１０は、マイクロヒータ６に駆動電圧を印加する。駆動電圧は、例えば矩形波状である。そして、マイクロヒータ６によるガスの加熱が開始される。そして、マイクロヒータ制御部１０は、駆動電圧及びマイクロヒータに駆動電圧が印加される時間を制御する。ここで、駆動電圧及びマイクロヒータ６に駆動電圧が印加される時間は、所定の値であり、予め決定されておくものである。

（ステップＳ１０２）
ステップＳ１０２では、マイクロヒータ制御部１０は、予め定められたマイクロヒータ６に駆動電圧が印加される時間が経過したか判定を行う。

（ステップＳ１０３）
駆動電圧が印加される時間が経過した場合、マイクロヒータ制御部１０は、マイクロヒータ６への駆動電圧の印加を停止する。

（ステップＳ１０４）
ステップＳ１０４では、マイクロヒータ制御部１０は、所望の測定回数を実行したか判定を行う。所望の測定回数が実行されている場合、測定を終了する。

（ステップＳ１０５）
ステップＳ１０５では、マイクロヒータ制御部１０は、駆動電圧を印加する間隔時間が経過したか判定を行う。ここで、駆動電圧を印加する間隔は、予め決定されておくものである。駆動電圧を印加する間隔時間が経過した場合、マイクロヒータ制御部１０は、マイクロヒータ６へ駆動電圧の印加を再開する。

流量測定部１１によるガスの流量の測定は、ステップＳ１０１のマイクロヒータ６へ駆動電圧が印加されてからステップＳ１０２の加熱時間が経過するまでの間に行われる。ただし、流量測定装置１００は、上記の測定の途中で、駆動電圧及び駆動電圧を印加する間隔を変更することができる。そして、駆動電圧を印加する間隔が狭められている場合、流量測定部１１によるガスの流量の測定は、上記のステップＳ１０２の加熱時間が経過した後も、引き続き行われる。

図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、ステップＳ１０１−Ｓ１０５を実行し、測定の途中で駆動電圧及び駆動電圧を印加する間隔を変更した際の、マイクロヒータ６の駆動電圧とマイクロヒータ６の近傍の温度の概要を、特許文献２に開示の技術と比較した一例を模式的に例示する。

図９Ａに示すように、特許文献２に開示の技術では、駆動電圧の大きさ及び駆動電圧を印加する間隔は一定である。そして、ヒータに駆動電圧を印加する時間をｔ１あるいはｔ２の何れか一方から選択する。ただし、ｔ１あるいはｔ２は、任意に変更することができない。すなわち、特許文献２に開示の技術は、高精度測定モードと低精度測定モードの２つのモードを実行することができるが、２つのモード以外の測定は行うことができない。

一方、本実施形態の流量測定装置１００は、例えば図９Ｂに示すように、駆動電圧を印加する間隔がＴ１である低精度測定モードによる通常の測定を行っている途中で駆動電圧を印加する間隔が短くなるようにＴ１からＴ２へ変更することができる。駆動電圧を印加する間隔がＴ１よりも短いＴ２へ変更された場合、マイクロヒータ６は断続的に駆動され
、マイクロヒータ６の近傍のガスは、駆動電圧を印加する間隔がＴ１の場合よりも加熱される。すなわち、駆動電圧を印加する間隔がＴ２である場合、Ｔ１である場合と比較して、マイクロヒータ６の近傍の熱は良好に拡散される。そして、マイクロヒータ６を断続的に駆動している間、流体の流量を測定すれば、流量の測定精度が高い高精度測定モードでの測定となる。そして、高精度測定モードでの測定終了後、駆動電圧を印加する間隔を再度Ｔ１へ戻し、低精度測定モードでの測定を行うこともできる。

また、本実施形態の流量測定装置１００は、例えば図９Ｃに示すように、駆動電圧を印加する間隔がＴ１である低精度測定モードによる測定を行っている途中で駆動電圧を印加する間隔をＴ１からＴ２へ変更することに加えて、マイクロヒータ６の駆動電圧を低下させることもできる。マイクロヒータ６の駆動電圧が低下された場合、マイクロヒータ６の近傍のガスの加熱の度合は低下するため、マイクロヒータ６の近傍の熱の拡散は低下し、低精度測定モードと比較してさらに測定精度が低下した超低精度測定モードとなる。その後、駆動電圧が元に戻され、駆動電圧を印加する間隔がＴ１よりも短いＴ２へ変更された場合、図９Ｂと同様に流量の測定精度が高い高精度測定モードでの測定となる。そして、高精度測定モードでの測定終了後、駆動電圧を印加する間隔を再度Ｔ１へ戻し、低精度測定モードでの測定を行うこともできる。

［作用・効果］
以上のように、本実施形態では、流量測定装置１００は、ガスの流れによって生じた熱の分布を、熱式のフローセンサである検出素子１によって検出し、ガスの流量を間欠的に測定することができる。

また、流量測定装置１００は、マイクロヒータ６を駆動させる駆動電圧を任意の値に制御するため、マイクロヒータ６の近傍のガスの加熱の度合を細かく調節することができる。よって例えば、図９Ｃに示すように、間欠的な流量測定をする際に、駆動電圧自体を下げ、流体の加熱の度合を低下させ、エネルギーコストが節減された超低精度モードでの測定を行うことができる。また、逆に、駆動電圧を上げ、流体の加熱の度合を増大させて流量の測定精度を高めることもできる。すなわち、流量測定装置１００は、流量の測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができる。

また、流量測定装置１００は、駆動電圧を印加する間隔も任意の値に制御する。すなわち、流量測定装置１００は、例えば図９Ｂ、図９Ｃに示すように、間欠的な流量測定をする際に、特定の測定において駆動電圧を印加する間隔を狭め、マイクロヒータ６を断続的に駆動させることができる。すなわち、流量測定装置１００は、駆動電圧を増大させずに、ガスの加熱の度合を高め、流量の測定精度を向上させることができる。また、逆に、間欠的な流量測定をする際に、特定の測定において、駆動電圧を減少させずに、駆動電圧を印加する間隔を広げ、ガスの加熱の度合を低下させ、エネルギーコストを節減することもできる。すなわち、当該構成は、マイクロヒータ６を駆動させる駆動電圧の制御だけではく、駆動電圧を印加する間隔の制御によっても流量の測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができる。

また、流量測定装置１００は、間欠的な駆動を行う際に、図９Ｂ、図９Ｃの例に限らず、駆動電圧の増減、及び駆動電圧を印加する間隔を様々な値に制御し、多様な測定モードを実現することができる。

図１０は、流量測定装置１００が実現することができる多様な測定モードの一例を模式的に例示する。図１０（Ａ）に示すように、特許文献２に開示の技術では、ヒータに駆動電圧が印加される時間を任意に変更することができないため、２つの測定モードを有するのみである。一方、流量測定装置１００は、図１０（Ｂ）に示すように駆動電圧の増減、
及び駆動電圧を印加する間隔を様々な値に制御し、多様な測定モードを実現することができる。

また、流量測定装置１００は、流量測定を行う際にフィードバック制御を行っていない。よって、計算領域や記憶領域が増加する虞は無い。

また、駆動電圧は、矩形波状の電圧であるため、制御が容易である。

すなわち、流量測定装置１００は、ハードウエア費用が嵩まず、かつ測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することのできる利便性の高い装置である。

§４ 変形例
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

＜４．１＞
図１１は、流量測定装置１００Ａ及び流管部材４Ａの斜視図の一例を模式的に例示する。図１１に示されるように、流量測定装置１００Ａは、検出素子１と制御部２に加え、検出素子１２を備える。また、流管部材４Ａは、図示しないが流管部材４の流路部５のようにガスの流れに沿って１つの流路を備えており、検出素子１と検出素子１２は、この１つの流路にガスの流れを遮る方向に並んで設けられる。検出素子１２は、検出素子１と同じタイプの熱式のフローセンサであり、検出素子１と同様にマイクロヒータ６Ａとサーモパイル７Ｃ、７Ｄを備える。ここで、マイクロヒータ６Ａは、本発明の「第二の加熱部」の一例である。また、サーモパイル７Ｃ、７Ｄは、本発明の「第二の温度検出部」の一例である。

図１２は、検出素子１２とガスの気流の流れとの関係の一例を模式的に例示する。検出素子１２は、マイクロヒータ６Ａとサーモパイル７Ｃ、７Ｄがガスの流れを遮る方向に並び、流管部材４Ａに備わる１つの流路に設けられる。

ここで、マイクロヒータ６Ａの近傍の熱の拡散は、流管部材４Ａ内を流れるガスの種類、温度といった特性に依存する。換言すれば、サーモパイル７Ｃ又は７Ｄによって検出される温度情報からガスの種類、温度といった特性を測定することが可能である。

また、検出素子１２の場合、ガスの流れによって温度分布は下流側に偏るため、流れを遮る方向の温度分布の変化は、ガスの流れ方向の温度分布の変化に比べて小さい。このため、温度分布の変化によるサーモパイル７Ｃ及び７Ｄの出力特性の変化を低減することができる。したがって、ガスの流れによる温度分布の変化の影響を低減して、検出素子１２による特性の測定が可能である。

また、マイクロヒータ６Ａの長手方向がガスの流れ方向に沿って配置されているため、マイクロヒータ６Ａはガスの流れ方向に亘って広範囲にガスを加熱することが可能となる。このため、ガスの流れによって温度分布が下流側に偏った場合であっても、サーモパイル７Ｃ及び７Ｄの出力特性の変化を低減することができる。したがって、ガスの流れによる温度分布の変化の影響を低減して、検出素子１２による特性の測定が可能である。

さらに、サーモパイル７Ｃ及び７Ｄの長手方向がガスの流れ方向に沿って配置されてい
るため、サーモパイル７Ｃ及び７Ｄはガスの流れ方向に亘って広範囲に温度を検出することが可能となる。このため、ガスの流れによって温度分布が下流側に偏った場合であっても、サーモパイル７Ｃ及び７Ｄの出力特性の変化を低減することができる。したがって、ガスの流れによる温度分布の変化の影響を低減して、特性の測定ができる。

図１３は、流量測定装置１００Ａの機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。制御部２は、流量測定部１１及びマイクロヒータ制御部１０に加えて、特性測定部１３を備える。ここで、特性測定部１３は、本発明の「特性測定部」の一例である。特性測定部１３は、サーモパイル７Ｃ及び７Ｄから出力される信号を受信し、ガスの特性を算出する。

また、マイクロヒータ制御部１０は、予め決められた駆動電圧を印加する間隔に基づいて、マイクロヒータ６及び６Ａへ駆動電圧を印加する。ここで、マイクロヒータ６Ａへ印加される駆動電圧は、本発明の「第二の駆動電圧」の一例である。マイクロヒータ制御部１０は、マイクロヒータ６を駆動させる駆動電圧を印加する間隔とマイクロヒータ６Ａを駆動させる駆動電圧を印加する間隔を任意の値に制御することができる。また、マイクロヒータ制御部１０は、マイクロヒータ６及び６Ａへ印加する駆動電圧を任意の値に制御することができる。

図１４は、流量測定装置１００Ａの特性を測定する処理手順を示すフローチャートの一例を模式的に例示する。流量測定装置１００Ａは、図８に示すような流量測定に加えて、図１４のような特性測定手順に従って、ガスの特性を測定する。なお、処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてよい。また、処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。

（ステップＳ２０１）
ステップＳ２０１では、マイクロヒータ制御部１０は、マイクロヒータ６Ａに駆動電圧を印加する。駆動電圧は、例えば矩形波状である。そして、マイクロヒータ６Ａによるガスの加熱が開始される。そして、マイクロヒータ制御部１０は、駆動電圧及びマイクロヒータ６Ａに駆動電圧が印加される時間を制御する。ここで、駆動電圧及びマイクロヒータ６Ａに駆動電圧が印加される時間は、所定の値であり、予め決定されておくものである。

（ステップＳ２０２）
ステップＳ２０２では、マイクロヒータ制御部１０は、予め定められたマイクロヒータ６Ａに駆動電圧が印加される時間が経過したか判定を行う。

（ステップＳ２０３）
ステップＳ２０３では、マイクロヒータ制御部１０は、マイクロヒータ６Ａへの駆動電圧の印加を停止する。

（ステップＳ２０４）
ステップＳ２０４では、マイクロヒータ制御部１０は、所望の特性測定回数を実行したか判定を行う。所望の特性測定回数が実行されている場合、測定を終了する。

（ステップＳ２０５）
ステップＳ２０５では、マイクロヒータ制御部１０は、マイクロヒータ６Ａへの駆動電圧を印加する間隔時間が経過したか判定を行う。ここで、マイクロヒータ６Ａへの駆動電圧を印加する間隔は、予め決定されておくものである。マイクロヒータ６Ａへの駆動電圧を印加する間隔時間が経過した場合、マイクロヒータ制御部１０は、マイクロヒータ６Ａへ駆動電圧の印加を再開する。

特性測定部１３によるガスの特性の測定は、ステップＳ２０１のマイクロヒータ６Ａへ駆動電圧が印加されてからステップＳ２０２の加熱時間が経過するまでの間に行われる。ただし、流量測定装置１００Ａは、上記の測定の途中で、マイクロヒータ６Ａへ印加する駆動電圧及びマイクロヒータ６Ａへの駆動電圧を印加する間隔を変更することができる。そして、マイクロヒータ６Ａへ駆動電圧を印加する間隔が狭められている場合、特性測定部１３によるガスの特性の測定は、上記のＳ２０２の加熱時間が経過した後も、引き続き行われる。

［作用・効果］
流量測定装置１００Ａは、流量測定装置１００の作用・効果に加えて、下記の作用・効果を奏する。

流量測定装置１００Ａは、ガスの特性に起因する熱の拡散を、熱式のフローセンサである検出素子１２によって検出し、ガスの特性を間欠的に測定することもできる。

また、サーモパイル７Ｃ及び７Ｄから出力された検出信号は、ガスの流れによる熱の分布の変化の影響が低減された出力である。すなわち、流量測定装置１００Ａは、ガスの特性を精度高く測定することができる。

また、流量測定装置１００Ａは、マイクロヒータ６Ａを駆動させる駆動電圧を任意の値に制御するため、マイクロヒータ６Ａの近傍のガスの加熱の度合を細かく調節することができる。すなわち、流量測定装置１００Ａは、ガスの特性の測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができる。

また、流量測定装置１００Ａは、マイクロヒータ６Ａへの駆動電圧を印加する間隔も任意の値に制御する。すなわち、流量測定装置１００Ａは、マイクロヒータ６Ａへの駆動電圧を印加する間隔を狭め、マイクロヒータ６Ａを断続的に駆動させることができる。すなわち、流量測定装置１００Ａは、マイクロヒータ６Ａの駆動電圧を増大させずに、ガスの加熱の度合を高め、ガスの特性の測定精度を向上させることができる。また、逆に、マイクロヒータ６Ａの駆動電圧を減少させずに、マイクロヒータ６Ａへの駆動電圧を印加する間隔を広げ、ガスの加熱の度合を低下させ、エネルギーコストを節減することもできる。すなわち、当該構成は、マイクロヒータ６Ａを駆動させる駆動電圧の制御だけではなく、マイクロヒータ６Ａへの駆動電圧を印加する間隔の制御によってもガスの特性の測定精度及びエネルギーコストの節減度合を細かく調節することができる。

また、流量測定装置１００Ａは、間欠的な駆動を行う際に、マイクロヒータ６Ａの駆動電圧の増減、及びマイクロヒータ６Ａへの駆動電圧を印加する間隔を様々な値に制御し、多様なガスの特性の測定モードを実現することができる。

また、流量測定装置１００Ａは、ガスの特性の測定を行う際にフィードバック制御を行っていない。よって、計算領域や記憶領域が増加する虞は無い。

＜４．２＞
＜４．１＞の変形例では、検出素子１と検出素子１２は、流管部材４Ａの１つの流路に設けられたが、検出素子１と検出素子１２は、別々の流路に設けられてもよい。図１５は、主流路部１４と副流路部１５の２つの流路部を備える流管部材４Ｂに流量測定装置１００Ｂを備える一例を模式的に例示する。

ここで、流量測定装置１００Ｂは、円盤状の回路基板１６と、回路基板１６の外表面を
覆うカバー１７と、回路基板１６と流管部材４Ｂとを粘着させるシール１８を備える。また、流管部材４Ｂには、主流路部１４と副流路部１５の２つの流路部が備わる。主流路部１４は、管状部材である。副流路部１５は、主流路部１４の側方向に位置しており、その内部には、副流路が形成されている。図１６は、副流路部１５の部分拡大図の一例を模式的に例示する。主流路部１４と副流路部１５は、流入用流路１９及び流出用流路２０を介して通ずる。副流路部１５は、流入用流路１９から分岐し、検出素子１が設けられる第一流路２１と、同じく流入用流路１９から分岐し、検出素子１２が設けられる第二流路２２を備える。また、流入用流路１９から分岐した第一流路２１と第二流路２２は、合流して流出用流路２０となる。

第一流路２１は、略コの字型の流路である。第一流路２１は、長手方向（主流路部１４と平行な方向）の途中に、ガスの流量検出に用いられる検出素子１が設けられる検出素子配置部分２３Ａを有している。

第二流路２２も、第一流路２１と同様に、略コの字型の流路である。第二流路２２は、長手方向（主流路部１４と平行な方向）の途中に、ガスの特性を測定する検出素子１２が設けられる検出素子配置部分２３Ｂを有している。ここで、検出素子１２のマイクロヒータ６Ａ及びサーモパイル７Ｃ，７Ｄは、図示しないが、ガスの流れを遮る方向に並んで設けられる。

流量測定装置１００Ｂの流管部材４Ｂへの固定方法は以下の通りである。まず、副流路部１５と回路基板１６とをシール１８によって粘着させる。その後、回路基板１６の表面をカバー１７によって覆う。このような固定方法によって、副流路部１５の内部の気密性は確保される。よって、流管部材４Ｂの外部の空気が、副流路部１５に侵入し、流量や特性の検出に影響を及ぼすことはない。

図１７は、流管部材４Ｂに流量測定装置１００Ｂが設けられた際の断面図の一例を模式的に例示する。流管部材４Ｂは、副流路部１５の近傍に抵抗体２４を備える。主流路部１４にガスが流れると、ガスの一部は、抵抗体２４によって流れを妨げられ、流入用流路１９を通って、副流路部１５へ流れ込む。そして、副流路部１５から分岐する第一流路２１と第二流路２２には、温度、圧力などの特性が等しいガスが流れ込む。

［作用・効果］
流量測定装置１００Ｂは、流量測定装置１００Ａの作用・効果に加えて、下記の作用・効果を奏する。

流量測定装置１００Ｂでは、第一流路２１及び第二流路２２に分流するガスの流量を、それぞれの流路の幅を調整することで個別に制御することが可能である。このため、検出素子１の検出レンジに応じて第一流路２１を流れるガスの流量を制御し、検出素子１２の検出レンジに応じて第二流路２２を流れるガスの流量を制御することができる。

したがって、流量測定装置１００Ｂは、それぞれの検出素子の固有の検出レンジに応じた最適な流量で、流量及びガスの特性を検出することができる。よって、検出素子１、１２は、ガスの流量及び特性を精度高く測定することができる。

また、流量測定装置１００Ａ及び１００Ｂでは、マイクロヒータ６Ａとサーモパイル７Ｃ、７Ｄがガスの流れを遮る方向に並んでいるが、マイクロヒータ６Ａとサーモパイル７Ｃ、７Ｄがガスの流れに沿って並んでいてもよい。そして、サーモパイル７Ｃ又は７Ｄの出力に基づいて、ガスの特性が測定されてもよい。

また、流量測定装置１００Ａ及び１００Ｂは、測定したガスの特性に基づいて、測定した流量の補正を行ってもよい。

また、上記の流量測定装置１００、１００Ａ、１００Ｂでは、サーモパイル７Ａ又は７Ｂの出力に基づいて、ガスの特性が測定されてもよい。

以上で開示した実施形態や変形例はそれぞれ組み合わせる事ができる。

なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。

＜発明１＞
流体の流量に対して間欠的な測定を行う流量測定装置（１００）であって、
流体を加熱する加熱部（６）と、
前記加熱部（６）を駆動させる駆動電圧、又は前記駆動電圧を印加する間隔を任意の値に制御する制御部（２）と、
加熱された流体の温度情報を検出する温度検出部（７Ａ、７Ｂ）と、
前記温度検出部から出力された検出信号に基づいて、流体の流量を測定する流量測定部（１１）と、を備え、
前記制御部（２）は、前記流量を間欠的に測定する際に、前記駆動電圧を印加する間隔を変更することで、各々の測定における前記加熱部（６）の加熱量を変更する、
流量測定装置（１００）。
＜発明２＞
前記間欠的な測定において、前記駆動電圧を印加する間隔は一定とし、特定の測定においては短くする、
発明１に記載の流量測定装置（１００）。
＜発明３＞
前記間欠的な測定における、各々の測定の前記駆動電圧は、１つの矩形波状の電圧からなり、特定の測定においては、前記駆動電圧は、複数の矩形波状の電圧からなる、
発明１又は２に記載の流量測定装置（１００）。
＜発明４＞
前記制御部（２）は、前記流量を間欠的に測定する際に、前記駆動電圧を変更することで、各々の測定における前記加熱部（６）の加熱量を変更する、
発明１から３のうち何れか１項に記載の流量測定装置（１００）。
＜発明５＞
第二の加熱部（６Ａ）と、
流体の流れを遮る方向に前記第二の加熱部（６Ａ）を跨いで並んで設けられる第二の温度検出部（７Ｃ、７Ｄ）と、
前記第二の温度検出部（７Ｃ、７Ｄ）から出力された検出信号に基づいて、流体の特性を測定する特性測定部（１３）をさらに備え、
前記制御部（２）は、前記第二の加熱部（７Ｃ、７Ｄ）を駆動させる第二の駆動電圧、又は前記第二の駆動電圧を印加する間隔を任意の値にさらに制御する、
発明１から４のうち何れか１項に記載の流量測定装置（１００Ａ、１００Ｂ）。

１、１２・・・検出素子
２・・・制御部
３、１６・・・回路基板
４、４Ａ、４Ｂ・・・流管部材
５・・・流路部
６、６Ａ・・・マイクロヒータ
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ・・・サーモパイル
８・・・絶縁薄膜
９・・・キャビティ
１０・・・マイクロヒータ制御部
１１・・・流量測定部
１３・・・特性測定部
１４・・・主流路部
１５・・・副流路部
１７・・・カバー
１８・・・シール
１９・・・流入用流路
２０・・・流出用流路
２１・・・第一流路
２２・・・第二流路
２３Ａ・・・検出素子配置部分
２３Ｂ・・・検出素子配置部分
２４・・・抵抗体
１００、１００Ａ、１００Ｂ・・・流量測定装置

Claims (5)

1. 流体の流量に対して間欠的な測定を行う流量測定装置であって、
   流体を加熱する加熱部と、
   前記加熱部を駆動させる駆動電圧、又は前記駆動電圧を印加する間隔を任意の値に制御する制御部と、
   加熱された流体の温度情報を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部から出力された検出信号に基づいて、流体の流量を測定する流量測定部と、を備え、
   前記制御部は、前記流量を間欠的に測定する際に、前記駆動電圧を印加する間隔を変更することで、各々の測定における前記加熱部の加熱量を変更する、
   流量測定装置。
2. 前記間欠的な測定において、前記駆動電圧を印加する間隔は一定とし、特定の測定においては短くする、
   請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記間欠的な測定における、各々の測定の前記駆動電圧は、１つの矩形波状の電圧からなり、特定の測定においては、前記駆動電圧は、複数の矩形波状の電圧からなる、
   請求項１又は２に記載の流量測定装置。
4. 前記制御部は、前記流量を間欠的に測定する際に、前記駆動電圧を変更することで、各々の測定における前記加熱部の加熱量を変更する、
   請求項１から３のうち何れか１項に記載の流量測定装置。
5. 第二の加熱部と、
   流体の流れを遮る方向に前記第二の加熱部を跨いで並んで設けられる第二の温度検出部と、
   前記第二の温度検出部から出力された検出信号に基づいて、流体の特性を測定する特性測定部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第二の加熱部を駆動させる第二の駆動電圧、又は前記第二の駆動電圧を印加する間隔を任意の値にさらに制御する、
   請求項１から４のうち何れか１項に記載の流量測定装置。