特開2019-219178(P2019-219178A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ アズビル株式会社の特許一覧
<>
  • 特開2019219178-熱式流量計 図000003
  • 特開2019219178-熱式流量計 図000004
  • 特開2019219178-熱式流量計 図000005
  • 特開2019219178-熱式流量計 図000006
  • 特開2019219178-熱式流量計 図000007
  • 特開2019219178-熱式流量計 図000008
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-219178(P2019-219178A)
(43)【公開日】2019年12月26日
(54)【発明の名称】熱式流量計
(51)【国際特許分類】
   G01F 1/684 20060101AFI20191129BHJP
   G01F 1/696 20060101ALI20191129BHJP
【FI】
   G01F1/684 A
   G01F1/696 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2018-114350(P2018-114350)
(22)【出願日】2018年6月15日
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(74)【代理人】
【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
(72)【発明者】
【氏名】山崎 吉夫
【テーマコード(参考)】
2F035
【Fターム(参考)】
2F035EA01
2F035EA05
2F035EA09
(57)【要約】
【課題】ヒータへの供給電力をセンサ出力とする方式であっても逆流の発生を検知できるようにする。
【解決手段】配管2を流れる流体の逆流時にヒータ3の熱影響を受ける位置に水温センサ4を設置する。逆流検知部8を設け、ヒータ3への供給電力を一時的に停止し、水温センサ4によって検出されるヒータ3への供給電力の停止後の温度TRrAFと停止前の温度TRrBFとを比較し、停止後の温度TRrAFが停止前の温度TRrBFに対して低下する場合、配管2を流れる流体に逆流が発生していると判断する。
【選択図】 図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象の流体が流れるように構成された配管と、
前記配管に設置され、電力の供給を受けて発熱するように構成されたヒータと、
前記ヒータよりも上流側に設置され、前記流体の温度を検出するように構成された温度センサと、
前記ヒータの抵抗値変化から検出される前記ヒータの発熱温度と前記温度センサによって検出される流体の温度との温度差を求め、この温度差が一定値となるように前記ヒータへ供給する電力を制御するように構成された制御部と、
前記制御部によって前記温度差が一定値となるように制御されている時の前記流体における熱拡散の状態に対応する値をセンサ出力として出力するように構成されたセンサ出力部と、
前記センサ出力部からのセンサ出力に基づいて前記配管を流れる流体の流量を求めるように構成された流量算出部と、
前記ヒータへの供給電力を一時的に停止し、前記ヒータへの供給電力停止後の前記温度センサによって検出される温度と前記ヒータへの供給電力停止前の前記温度センサによって検出されていた温度とを比較し、停止後の温度が停止前の温度に対して低下する場合に前記配管を流れる流体に逆流が発生していると判断するように構成された逆流検知部とを備え、
前記温度センサは前記配管を流れる流体の逆流時に前記ヒータの熱影響を受ける位置に設置されている
ことを特徴とする熱式流量計。
【請求項2】
請求項1に記載された熱式流量計において、
前記逆流検知部は、
使用者からの指示を受けて前記ヒータへの供給電力を一時的に停止する
ことを特徴とする熱式流量計。
【請求項3】
請求項1に記載された熱式流量計において、
前記逆流検知部は、
定期的に前記ヒータへの供給電力を一時的に停止する
ことを特徴とする熱式流量計。
【請求項4】
請求項1〜3の何れか1項に記載された熱式流量計において、
前記センサ出力部は、
前記制御部によって前記温度差が一定値となるように制御されている時の前記ヒータへの供給電力を前記センサ出力として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。
【請求項5】
請求項1〜3の何れか1項に記載された熱式流量計において、
前記センサ出力部は、
前記制御部によって前記温度差が一定値となるように制御されている時の前記ヒータの上下流の流体の温度差を前記センサ出力として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体における熱拡散の作用を利用して配管を流れる流体の流量を測定する熱式流量計に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、流路を流れる流体の流量や流速を測定する技術が工業・医療分野などで幅広く利用されている。流量や流速を測定する装置としては、電磁流量計、渦流量計、コリオリ式流量計、熱式流量計など様々な種類があり、用途に応じて使い分けられている。
【0003】
熱式流量計は、気体の検出が可能であり、圧力損失が基本的にはなく、質量流量が測定できるなどの利点がある。また、流路をガラス管から構成することで、腐食性の液体の流量を測定可能とした熱式流量計も用いられている(特許文献1,2参照)。このような液体の流量を測定する熱式流量計は、微量な流量の測定に適している。
【0004】
熱式流量計には、ヒータへの供給電力をセンサ出力とする方式(方式1)と、ヒータの上下流の温度差をセンサ出力とする方式(方式2)とがある。例えば、流体を水とし、この水の流量を測定する場合、ヒータ温度を水温に対し、プラス10℃など一定温度となるようにヒータへの供給する電力を制御し、この時のヒータへの供給電力またはヒータの上下流の温度差をセンサ出力(流体における熱拡散の状態に対応する値)とし、このセンサ出力から水の流量を求める。
【0005】
〔方式1〕
図5は、ヒータへの供給電力から流体の流量を測定する熱式流量計の原理(方式1)を説明する図である。この方式1では、測定対象の流体が流れる配管100に水温センサ(測温素子)101とヒータ(発熱・測温素子)102とを設置し、ヒータ102の抵抗値変化から検出される温度(発熱温度)TRhと水温センサ101が検出する温度(水温)TRrとの温度差が一定値(TRh−TRr=Const)になるようにヒータ102へ供給する電力Pを制御する。このとき、流体の流量Qとヒータ102への供給電力Pとは、Q∝Pの関係となるため、ヒータ102への供給電力Pから流量Qを算出することができる。
【0006】
〔方式2〕
図6は、ヒータの上下流の温度差から流体の流量を測定する熱式流量計の原理(方式2)を説明する図である。この方式2では、測定対象の流体が流れる配管100に水温センサ(測温素子)101と、ヒータ(発熱・測温素子)102と、上流温度センサ(測温素子)103と、下流温度センサ(測温素子)104とを設置し、ヒータ102の抵抗値変化から検出される温度(発熱温度)TRhと水温センサ101が検出する温度(水温)TRrとの温度差が一定値(TRh−TRr=Const)になるようにヒータ102へ供給する電力Pを制御する。このとき、上流温度センサ103が検出する流体の温度TRuと下流温度センサ104が検出する流体の温度TRdとの温度差(TRu−TRd)とは、Q∝(TRu−TRd)の関係となるため、ヒータ102の上下流の温度差(TRu−TRd)から流量Qを算出することができる。
【0007】
なお、上述した方式1では、ヒータ102への供給電力Pがセンサ出力とされ、上述した方式2では、ヒータ102の上下流の温度差(TRu−TRd)がセンサ出力とされる。ここで、センサ出力をSとした場合、このセンサ出力Sは、簡易的には下記の(1)式で表されることが知られている。
【0008】
S=(A+B・μ1/2)・ΔT ・・・・(1)
【0009】
この(1)式において、A,Bは水温センサ101やヒータ102などの面積、流体の熱伝導率、流体の密度、流体の粘度、熱容量等から決まる定数、μは流速、ΔTはヒータ102の加熱温度(水温からの加熱温度)である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2006−010322号公報
【特許文献2】特表2003−532099号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
このような熱式流量計において、配管100を流れる流体の方向は定まっており、この定まった方向を正方向として流体が流れる。以下、この正方向への流体の流れを正流と呼ぶ。図5図6の配管100内の矢印は正流時の流体の流れを示している。
【0012】
しかしながら、熱式流量計を用いる環境下では、配管100内の流体が逆方向に流れる(逆流)ことがある。逆流が生じた場合、方式2の熱式流量計(図6)では、ヒータ102の上下流の温度差(TRu−TRd)のプラス・マイナスが逆転する。このため、方式2の熱式流量計では、センサ出力から、配管100内を流れる流体の逆流を判別することが可能である。
【0013】
これに対し、方式1の熱式流量計(図5)では、逆流が生じても、ヒータ102への供給電力Pのプラス・マイナスは逆転せず、正方向の流量と同様にプラスとなる。このため、センサ出力から、配管100内を流れる流体の逆流を判別することはできない。
【0014】
なお、真の水温に対し、水温センサ101が検出する温度TRrが高い場合は、逆流していると判別することが可能であるが、図5に示した構成において真の水温は不明であり、水温センサ101が検出する温度TRrを逆流しているか否かの判断に用いることはできない。
【0015】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ヒータへの供給電力をセンサ出力とする方式であっても、逆流の発生を検知することが可能な熱式流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
このような目的を達成するために本発明は、測定対象の流体が流れるように構成された配管(2)と、配管に設置され、電力の供給を受けて発熱するように構成されたヒータ(3)と、ヒータよりも上流側に設置され、流体の温度を検出するように構成された温度センサ(4)と、ヒータの抵抗値変化から検出されるヒータの発熱温度と温度センサによって検出される流体の温度との温度差を求め、この温度差が一定値となるようにヒータへ供給する電力を制御するように構成された制御部(5)と、制御部によって温度差が一定値となるように制御されている時の流体における熱拡散の状態に対応する値をセンサ出力として出力するように構成されたセンサ出力部(6)と、センサ出力部からのセンサ出力に基づいて配管を流れる流体の流量を求めるように構成された流量算出部(7)と、ヒータへの供給電力を一時的に停止し、ヒータへの供給電力停止後の温度センサによって検出される温度とヒータへの供給電力停止前の温度センサによって検出されていた温度とを比較し、停止後の温度が停止前の温度に対して低下する場合に配管を流れる流体に逆流が発生していると判断するように構成された逆流検知部(8)とを備え、温度センサは配管を流れる流体の逆流時にヒータの熱影響を受ける位置に設置されていることを特徴とする。
【0017】
本発明では、配管を流れる流体の逆流時にヒータの熱影響を受ける位置に温度センサを設置する。すなわち、ヒータと温度センサの距離をある程度近いものとし、配管を流れる流体の逆流時に温度センサがヒータの熱影響を受けるようにする。そして、ヒータへの供給電力を一時的に停止し、温度センサによって検出されるヒータへの供給電力の停止後の温度と停止前の温度とを比較し、停止後の温度が停止前の温度に対して低下する場合、配管を流れる流体に逆流が発生していると判断する。これにより、ヒータへの供給電力をセンサ出力とする方式であっても、逆流の発生を検知することが可能となる。
【0018】
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。
【発明の効果】
【0019】
以上説明したように、本発明によれば、配管を流れる流体の逆流時にヒータの熱影響を受ける位置に温度センサを設置し、逆流検知部を設け、ヒータへの供給電力を一時的に停止し、温度センサによって検出されるヒータへの供給電力の停止後の温度と停止前の温度とを比較し、停止後の温度が停止前の温度に対して低下する場合に配管を流れる流体に逆流が発生していると判断するようにしたので、ヒータへの供給電力をセンサ出力とする方式であっても、逆流の発生を検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1図1は、本発明の実施の形態に係る熱式流量計の要部の構成を示すブロック図である。
図2図2は、配管を流れる流体が正流である場合を示す図である。
図3図3は、配管を流れる流体に逆流が生じている場合を示す図である。
図4図4は、ヒータの上下流の流体の温度差をセンサ出力とする方式(方式2)への本発明の適用例を示す図である。
図5図5は、ヒータへの供給電力から流体の流量を測定する熱式流量計の原理(方式1)を説明する図である。
図6図6は、ヒータの上下流の温度差から流体の流量を測定する熱式流量計の原理(方式2)を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0022】
図1は、本発明の実施の形態に係る熱式流量計1(1A)の要部の構成を示すブロック図である。この熱式流量計1Aは、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、配管2と、ヒータ(発熱・測温素子)3と、水温センサ(測温素子)4と、制御部5と、電力計測部(センサ出力部)6と、流量算出部7と、逆流検知部8とを備えている。
【0023】
配管2は、例えばガラスからなり、測定対象の流体(この例では、水)が流れる。ヒータ3は、配管2の外壁に設置され、制御部5からの電力の供給を受けて発熱する。
【0024】
水温センサ4は、ヒータ3よりも上流側の配管2の外壁に設置されており、配管2を流れる流体の温度をTRrとして検出する。この水温センサ4は、ヒータ3と水温センサ4の距離をある程度近いものとすることにより、配管2を流れる流体の正流時にはヒータ3の熱影響を受けないが、配管2を流れる流体の逆流時にはヒータ3の熱影響を受ける位置に設置されている。水温センサ4が検出する流体の温度TRrは制御部5へ送られる。
【0025】
制御部5は、ヒータ3の抵抗値変化から検出されるヒータ3の発熱温度TRhと、水温センサ4からの流体の温度TRrとを入力とし、発熱温度TRhと流体の温度TRrとの温度差(TRh−TRr)を求め、この温度差が一定値(例えば、10℃)となるようにヒータ3へ供給する電力を制御する。
【0026】
電力計測部6は、制御部5によって温度差(TRh−TRr)が一定値となるように制御されている時のヒータ3への供給電力Pを計測し、この計測した供給電力Pをセンサ出力(流体における熱拡散の状態に対応する値)Sとして流量算出部7へ送る。
【0027】
流量算出部7は、電力計測部6からのセンサ出力S(供給電力P)を、予め設定されている流量変換式を用いて流量の値に変換することにより、配管2を流れる流体の流量Qを求める。
【0028】
逆流検知部8は、使用者からの指示を受けて、ヒータ3への供給電力Pを一時的に停止する指令を制御部5へ送り、供給電力Pの停止後の水温センサ4によって検出される温度TRr(TRrAF)と供給電力Pの停止前の水温センサ4によって検出されていた温度TRr(TRrBF)とを比較し、停止後の温度TRrAFが停止前の温度TRrBFに対して低下する場合、配管2を流れる流体に逆流が発生していると判断する。
【0029】
図2は、配管2を流れる流体が正流である場合、すなわち配管2を流れる流体に逆流が生じていない場合を示している。配管2を流れる流体が正流である場合、ヒータ3で発生した熱は下流方向へ熱伝導する。この場合、水温センサ4は、ヒータ3の熱影響を受けずに、正しい水温を検出する。
【0030】
図3は、配管2を流れる流体に逆流が生じている場合を示している。配管2を流れる流体が逆流である場合、ヒータ3で発生した熱は上流方向へ熱伝導する。この場合、水温センサ4は、ヒータ3の熱影響を受け、本来の水温よりも高い温度を検出する。
【0031】
この熱式流量計1Aにおいて、配管2を流れる流体に逆流が生じているか否かを確認する場合、使用者はスイッチを操作する等して逆流検知部8へ逆流が発生しているか否かの確認指令を送る。この使用者からの確認指令を受けて、逆流検知部8は、ヒータ3への供給電力を一時的に停止する指令を制御部5へ送る。これにより、ヒータ3が一時的に発熱を停止する。
【0032】
そして、逆流検知部8は、ヒータ3への供給電力の停止後の水温センサ4によって検出される温度TRrAFを取り込み、この温度TRrAFと供給電力Pの停止前の水温センサ4によって検出されていた温度TRrBFとを比較する。
【0033】
逆流が生じていた場合、ヒータ3で発生していた熱の上流方向への熱伝導がなくなるため、水温センサ4が検出する温度TRrは低くなる。すなわち、ヒータ3への供給電力の停止後の温度TRrAFは停止前の温度TRrBFに対して低下する。
【0034】
逆流検知部8は、ヒータ3への供給電力の停止後の温度TRrAFが停止前の温度TRrBFに対して低下したことを確認した場合、配管2を流れる流体に逆流が発生していると判断する。
【0035】
このように、本実施の形態によれば、配管2を流れる流体の逆流時にヒータ3の熱影響を受ける位置に水温センサ4を設置し、逆流検知部8を設け、ヒータ3への供給電力を一時的に停止し、水温センサ4によって検出されるヒータ3への供給電力の停止後の温度TRrAFと停止前の温度TRrBFとを比較し、停止後の温度TRrAFが停止前の温度TRrBFに対して低下する場合に配管2を流れる流体に逆流が発生していると判断するようにしているので、ヒータ3への供給電力Pをセンサ出力Sとする方式であっても、逆流の発生を検知することができる。
【0036】
なお、上述した実施の形態では、逆流検知部8において、使用者からの指示を受けてヒータ3への供給電力を一時的に停止させて逆流の検知を行わせるようにしているが、定期的にヒータ3への供給電力を一時的に停止させて逆流の検知を行わせるようにしてもよい。
【0037】
また、上述した実施の形態では、ヒータ3への供給電力Pをセンサ出力Sとする方式(方式1)へ本発明を適用した場合について示したが、ヒータ3の上下流の流体の温度差(TRu−TRd)をセンサ出力Sとする方式(方式2)に本発明を適用しても構わない。図4に、方式2に本発明を適用した例を示す。
【0038】
図4に示した熱式流量計1(1B)では、ヒータ3の上流側の流体の温度TRuを検出する上流温度センサ(測温素子)9と、ヒータ3の下流側の流体の温度TRdを検出する下流温度センサ(測温素子)10とを、ヒータ3を挾んで配管2の外壁に設けている。また、上流温度センサ9および下流温度センサ10に対して、温度差算出部(センサ出力部)11を設けている。
【0039】
温度差算出部11は、制御部5が発熱温度TRhと液体の温度TRrとの温度差(TRh−TRr)が一定値となるようにヒータ3への供給電力を制御している時の、ヒータ3の上流側の流体の温度TRuと下流側の流体の温度TRdとの温度差(ヒータ3の上下流の温度差(TRu−TRd))を算出し、この算出したヒータ3の上下流の温度差(TRu−TRd)をセンサ出力(流体における熱拡散の状態に対応する値)Sとして流量算出部7へ送る。
【0040】
流量算出部7は、温度差算出部11からのセンサ出力S(ヒータ3の上下流の温度差(TRu−TRd))を、予め設定されている流量変換式を用いて流量の値に変換することにより、配管2を流れる流体の流量Qを求める。
【0041】
逆流検知部8は、使用者からの指示を受けて、ヒータ3への供給電力Pを一時的に停止する指令を制御部5へ送り、供給電力Pの停止後の温度TRrAFと供給電力Pの停止前の温度TRrBFとを比較し、停止後の温度TRrAFが停止前の温度TRrBFに対して低下する場合、配管2を流れる流体に逆流が発生していると判断する。
【0042】
また、上述した実施の形態では、逆流検知部8から制御部5へヒータ3への供給電力を一時的に停止させる指令を送るようにしたが、制御部5の後段にスイッチを設けるようにして、このスイッチをオフとすることによってヒータ3への供給電力を一時的に停止させるなどしてもよい。
【0043】
また、上述した実施の形態では、流量算出部7において、センサ出力Sを流量変換式を用いて流量の値に変換するようにしたが、センサ出力Sに対応する流量Qの値が登録されている流量変換テーブルを用い、この流量変換テーブルからセンサ出力Sに対応する流量Qの値を求めるようにしてもよい。
【0044】
また、上述した実施の形態では、水温センサ4を配管2の外壁に設置するようにしたが、配管2の内壁に設置するようにしてもよい。また、上述した実施の形態では、配管2を流れる流体を水(液体)としたが、配管2を流れる流体は液体に限られるものではなく、気体であってもよい。
【0045】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【0046】
1(1A,1B)…熱式流量計、2…配管、3…ヒータ、4…水温センサ、5…制御部、6…電力計測部、7…流量算出部、8…逆流検知部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6