特開2019-86381(P2019-86381A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(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2019-86381(P2019-86381A)
(43)【公開日】2019年6月6日
(54)【発明の名称】熱式流量計
(51)【国際特許分類】
   G01F 1/684 20060101AFI20190517BHJP
【FI】
   G01F1/684 A
   G01F1/684 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2017-214380(P2017-214380)
(22)【出願日】2017年11月7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】池 信一
【テーマコード(参考)】
2F035
【Fターム(参考)】
2F035EA01
2F035EA04
2F035EA08
(57)【要約】
【課題】センサやヒータのリードとの干渉を避けながら、薄く形成されることにより強度が低くなる測定部を補強部材によって補強でき、検出性能と耐圧性とが両立する熱式流量計を提供する。
【解決手段】被測定用の流体が流れる測定管3と、測定管3の外面に固定された第1および第2のセンサ11,12とを備える。第1のセンサ11と第2のセンサ12を個別に覆う補強部材21を備える。測定管3は、外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなる測定部24を有している。第1および第2のセンサ11,12は、測定部24にそれぞれ固定されている。補強部材21は、測定管3の測定部24および第1、第2のセンサに固定されている。
【選択図】 図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被測定用の流体が流れる測定管と、
前記測定管の外面に固定された、発熱体を含む流量検出用のセンサと、
前記センサを覆う補強部材とを備え、
前記測定管は、外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなる測定部を有し、
前記センサは、前記測定部に固定され、
前記補強部材は、前記測定管の前記測定部および前記センサに固定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記載の熱式流量計において、
前記補強部材は、断熱部となる空間を有していることを特徴とする熱式流量計。
【請求項3】
請求項1または請求項2記載の熱式流量計において、
前記測定部の厚みと、前記センサの厚みと、前記補強部材における前記測定部との間に前記センサを挟む部分の厚みとの総和は、前記測定管における前記測定部以外の部分の厚み以上であることを特徴とする熱式流量計。
【請求項4】
請求項1ないし請求項3のうちいずれか一つに記載の熱式流量計において、
前記測定管は、耐食性が高い合成樹脂材料によって形成されてい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、測定管の薄い測定部を補強する補強部材を備えた熱式流量計に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、液体の流量を測定可能な熱式流量計としては、例えば特許文献1に記載されているものがある。この特許文献1に開示された熱式流量計は、被測定流体が流れる測定管と、この測定管に取付けられたヒータおよび温度センサとを備えている。この熱式流量計は、測定管内を被測定流体が流れている状態で生じるヒータ周りの温度分布の変化を被測定流体の流速に換算する装置である。
【0003】
特許文献1に示す熱式流量計の測定管は、フッ素樹脂によって形成されている。ヒータと温度センサは、この測定管の長手方向の中央部に設けられた薄肉部に取付けられている。ヒータと温度センサのリードは、測定管の径方向の外側に向けて延びている。薄肉部は、測定管の長手方向の両端部に較べて外径が小さくなるように形成されている。
【0004】
フッ素樹脂は、熱伝導率が低い材料である。このため、センサで測定管内の液体の温度を精度良く検出するためには、薄肉部の厚みが可及的に薄いことが望ましい。しかし、フッ素樹脂は、比較的柔らかい材料であるために、このようにセンサの感度を確保できるように薄肉部を薄く形成すると、耐圧性が低くなってしまうという別の不具合が生じる。特許文献1に示す熱式流量計においては、このような不具合を解消するために、薄肉部をチューブ状の補強部材で覆って補強している。
この補強部材は、熱収縮チューブによって形成されており、センサやヒータとともに薄肉部に被せられた状態で加熱されて収縮し、薄肉部に密着する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2012−202971号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
熱収縮チューブからなる補強部材では、測定管に被せるときにセンサおよびヒータのリードが邪魔になるから、熱収縮チューブにリードを通す切れ目を形成したり、リードを測定管に沿うように曲げなければならない。熱収縮チューブに切れ目が形成されると、切れ目の部分の剛性が低くなり、補強の性能が損なわれてしまう。また、リードは細く脆弱であるから、折り曲げると切断し易く、導通の信頼性が低くなる。
【0007】
本発明の目的は、センサやヒータのリードとの干渉を避けながら、薄く形成されることにより強度が低くなる測定部を補強部材によって補強でき、検出性能と耐圧性とが両立する熱式流量計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この目的を達成するために、本発明に係る熱式流量計は、被測定用の流体が流れる測定管と、前記測定管の外面に固定された、発熱体を含む流量検出用のセンサと、前記センサを覆う補強部材とを備え、前記測定管は、外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなる測定部を有し、前記センサは、前記測定部に固定され、前記補強部材は、前記測定管の前記測定部および前記センサに固定されているものである。
【0009】
本発明は前記熱式流量計において、前記補強部材は、断熱部となる空間を有していてもよい。
【0010】
本発明は、前記熱式流量計において、前記測定部の厚みと、前記センサの厚みと、前記補強部材における前記測定部との間に前記センサを挟む部分の厚みとの総和は、前記測定管における前記測定部以外の部分の厚み以上であってもよい。
【0011】
本発明は、前記熱式流量計において、前記測定管は、耐食性が高い合成樹脂材料によって形成されていてもよい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、測定管の測定部は、補強部材によって補強される。このため、センサによって被測定流体の温度を精度よく検出できるように、測定部を薄く形成することができる。また、センサのリードは、補強部材と測定管との間を通して補強部材の外に導出することができる。このため、補強部材とリードとの干渉を避けるために耐圧性が損なわれたり、導通の信頼性が低くなることはない。
したがって、本発明によれば、センサのリードとの干渉を避けながら、薄く形成されることにより強度が低くなる測定部を補強部材によって補強でき、検出性能と耐圧性とが両立する熱式流量計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明に係る熱式流量計の構成を示す正面図である。
図2】測定管と第1および第2のセンサを拡大して示す正面図である。
図3図2におけるIII-III線断面図である。
図4】測定管と補強部材の斜視図である。
図5】第1および第2のセンサと補強部材の斜視図である。
図6】補強部材の他の実施の形態を示す断面図である。
図7】他の実施の形態による補強部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
(第1の実施の形態)
以下、本発明に係る熱式流量計の一実施の形態を図1図5を参照して詳細に説明する。
図1に示す熱式流量計1は、筐体2と、この筐体2の中に収容された測定管3とプリント基板4などを備えている。測定管3には、被測定流体としての液体(図示せず)が図1において左側の上流端から右側の下流端へ流される。
【0015】
筐体2は、測定管3の両端部を保持する一対の継手部材5を備えている。測定管3の長手方向の中央部の外面には、第1および第2のセンサ11,12が固定されている。これらの第1および第2のセンサ11,12は、例えば、温度を検出する機能を有するセラミックヒーターによって構成することができる。
第1および第2のセンサ11,12のうち、被測定流体が流れる方向の上流側に位置する第1のセンサ11は、発熱する機能を使用することなく、専ら温度を検出するセンサとして使用されている。第2のセンサ12においては、発熱する機能と、温度を検出する機能との両方の機能が使用される。この実施の形態においては、第1および第2のセンサ11,12が本発明でいう「発熱体を含む流量検出用のセンサ」に相当する。
【0016】
この実施の形態による第1および第2のセンサ11,12は、図5に示すように、四角形の板状に形成された検出部13と、検出部13の側面から突出する2本のリード14からなるリード部15とをそれぞれ有している。第1のセンサ11の検出部13と、第2のセンサ12の検出部13とは、同等の大きさである。
これらの第1および第2のセンサ11,12は、検出部13が測定管3に接触する状態で測定管3に接着剤16(図3参照)によって接着されており、測定管3を介して被測定流体の温度を間接的に検出する。この第1および第2のセンサ11,12は、図3に示すように、後述する補強部材21にそれぞれ組み込まれ、この補強部材21とともに測定管3にそれぞれ取付けられている。補強部材21の構成の説明は後述する。第1および第2のセンサ11,12のリード部15の先端部分は、上述したプリント基板4に接続されている。
【0017】
筐体2の継手部材5は、測定管3の外周面に全周にわたって密着し、測定管3との接続部分が液密にシールされる状態で測定管3を保持している。二つの継手部材5のうち、図1において左側に位置する上流側の継手部材5には、測定管3に被測定流体を送るための流体用チューブ22が接続される。他方の下流側の継手部材5には、測定管3内を通った流体を下流側に流すための流体用チューブ23が接続される。
【0018】
プリント基板4には、図示してはいないが流量検出回路や通信回路、電源回路などが設けられている。流量検出回路は、第1および第2のセンサ11,12に接続され、これらの第1および第2のセンサ11,12の検出値を用いて測定管3内の液体の流量を検出する。この実施の形態による流量検出回路は、第2のセンサ12によって被測定流体を所定の温度に加熱するために必要な電力量を求め、この電力量に基づいて被測定流体の流量を演算によって求める。所定の温度とは、第1のセンサ11によって検出された温度に予め定めた温度を加算した温度である。
【0019】
通信回路は、流量検出回路によって検出された流量のデータを外部の装置(図示せず)に信号として送る機能を有している。電源回路は、外部の電源(図示せず)に接続され、この熱式流量計1の各種の電子部品に給電する。
【0020】
測定管3は、耐食性を有する合成樹脂材料によって形成された断面円形の管である。耐食性を有する合成樹脂材料としては、フッ素樹脂、PVC(Polyvinyl chloride:ポリ塩化ビニル)、PEEK(Polyether ether ketone)材などがある。この測定管3は、図4に示すように、長手方向の2箇所に測定部24がそれぞれ設けられている。これらの測定部24は、測定管3の外面の一部が部分的に凹む形状で厚みが他の部位より薄くなるように形成されている。この実施の形態による測定部24は、図3に示すように、測定管3の外面の一部が平坦面24aになるように形成されている。この平坦面24aには、上述した第1および第2のセンサ11,12の検出部13が後述する補強部材21とともに接着剤16によって接着される。二つの測定部24は、測定管3の外周面の周方向において、同一の位置であって、測定管3の長手方向に所定の長さだけ離間した位置にそれぞれ形成されている。
【0021】
この測定部24の最も薄くなる部分の厚みt1(図3参照)は、測定管3内を流れる被測定流体の温度を第1および第2のセンサ11,12で精度よく検出できる厚みである。この厚みt1は、100μm以下にすることが望ましい。測定管3の測定部24以外の部位の厚みt2は、測定管3内を流れる被測定流体の圧力に応じて決められる。被測定流体の圧力が高い場合には厚みt2が相対的に大きくなる。
【0022】
補強部材21は、図3に示すように、第1および第2のセンサ11,12を個々に覆う形状に形成されている。この補強部材21は、図5に示すように、第1および第2のセンサ11,12が嵌合する凹陥部25を有する直方体状に形成されている。補強部材21は、熱伝導率が小さい材料によって形成されている。この実施の形態による補強部材21は、フッ素樹脂によって形成されている。
【0023】
凹陥部25は、第1および第2のセンサ11,12の検出部13が嵌合する角穴26と、第1および第2のセンサ11,12のリード14が挿入される二つの溝27とによって構成されている。角穴26は、補強部材21の一端面21aに開口している。第1および第2のセンサ11,12の検出部13は、図3に示すように、その厚み方向の一端面13aが角穴26の底面26aと対接する状態で角穴26に嵌合する。
【0024】
第1および第2のセンサ11,12は、補強部材21の凹陥部25内に挿入されて補強部材21に接着剤16によって接着されている。角穴26の深さは、第1および第2のセンサ11,12の検出部13が接着剤16によって角穴26の底面26aに接着された状態において、検出部13の厚み方向の他端面13bが補強部材21の一端面21aと同一平面上に位置するように設定されている。
【0025】
補強部材21は、第1および第2のセンサ11,12が組み込まれた状態で測定管3の測定部24に接着剤16によって接着される。この接着は、補強部材21の一端面21aが測定部24の平坦面24aと対接する状態で行われる。また、このときは、第1および第2のセンサ11,12の検出部13も接着剤16によって測定部24に接着される。このため、補強部材21は、測定管3の測定部24と第1および第2のセンサ11,12とに固定されることになる。
【0026】
測定部24の平坦面24aは、図3に示すように、補強部材21の一端面21aの全域が接着可能な大きさに形成されている。このため、補強部材21が測定部24に接着されることによって、第1および第2のセンサ11,12の検出部13と、リード部15の一部とが補強部材21の内部に封入されることになる。第1および第2のセンサ11,12のリード14は、補強部材21の溝27を通して、すなわち補強部材21と測定管3との間を通して補強部材21の外に導出される。
【0027】
補強部材21における角穴26の底となる底壁28(図3参照)の厚み、換言すれば、補強部材21における測定部24との間に第1および第2のセンサ11,12の検出部13を挟む部分の厚みt3は、測定管3の測定部24以外の部分の厚みt2に応じた厚みとなるように設定されている。この実施の形態において、測定部24の最も薄くなる部分の厚みt1と、第1または第2のセンサ11,12の検出部13の厚みt4と、補強部材21の上述した底壁28の厚みt3との総和は、測定管3の測定部24以外の部分の厚みt2以上になる。この実施の形態においては、測定部24の最も薄くなる部分の厚みt1が本発明でいう「測定部の厚み」に相当し、第1または第2のセンサ11,12の検出部13の厚みt4が本発明でいう「センサの厚み」に相当する。
【0028】
このように構成された熱式流量計1においては、測定管3の測定部24が補強部材21によって補強される。このため、第1および第2のセンサ11,12によって被測定流体の温度を精度よく検出できるように、測定部24を薄く形成することができる。また、第1および第2のセンサ11,12のリード14は、補強部材21と測定管3との間を通して補強部材21の外に導出することができる。このため、補強部材21とリード14との干渉を避けるために耐圧性が損なわれたり、導通の信頼性が低くなることはない。
したがって、この実施の形態によれば、第1および第2のセンサ11,12のリード14との干渉を避けながら、薄く形成されることにより強度が低くなる測定部24を補強部材21によって補強でき、検出性能と耐圧性とが両立する熱式流量計を提供することができる。
【0029】
この実施の形態による熱式流量計において、測定部24の厚みt1と、第1または第2のセンサ11,12の検出部13の厚みt4と、補強部材21における測定部24との間に第1または第2のセンサ11,12を挟む部分(底壁28)の厚みt3との総和は、測定管3における測定部24以外の部分の厚みt2以上である。
このため、測定部24の実質的な耐圧性が測定部以外の部位の耐圧性と同等以上になるから、耐圧性の信頼性が高い熱式流量計を提供することができる。
【0030】
この実施の形態による測定管3は、耐食性が高い合成樹脂材料によって形成されている。このため、この実施の形態によれば、腐食性流体の流量を測定することが可能な熱式流量計を提供することができる。
【0031】
(第2の実施の形態)
補強部材は、図6および図7に示すように構成することができる。これらの図において、図1図5によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図6および図7に示す補強部材21は、第1および第2のセンサ11,12の検出部13を覆う部分に断熱部31が設けられている。この実施の形態による断熱部31は、多数の空間32の中の空気を実質的な断熱材として構成されている。
【0032】
これらの空間32は、この実施の形態においては多数の小孔33によって形成されている。この実施の形態による小孔33は、板状の第1および第2のセンサ11,12の厚み方向に延びており、補強部材21の底壁28、すなわち補強部材21における、測定部24との間に第1および第2のセンサ11,12の検出部13を挟む部分を貫通している。
【0033】
このように補強部材21における第1および第2のセンサ11,12を覆う底壁28に断熱部31が設けられることにより、第1および第2のセンサ11,12の検出部13から底壁28内に拡がる熱伝達経路が断熱部31によって遮断される。第1のセンサ11は、専ら被測定流体の温度を検出するものである。このため、上述した熱伝達経路が遮断されることにより、第1のセンサ11に底壁28側から熱が伝達され難くなり、被測定流体の温度を検出するうえで第1のセンサ11の感度が高くなる。
【0034】
第2のセンサ12は、測定時に発熱するものである。このため、上述した熱伝達経路が遮断されることにより、第2のセンサ12の熱が底壁28内に拡がり難くなる。この結果、測定部24に加えられる熱を増やすことができ、第2のセンサ12で被測定流体の温度を検出する際の感度が高くなる。
したがって、この実施の形態によれば、第1および第2のセンサ11,12の感度を高くすることができるから、検出精度がより一層高くなる熱式流量計を提供することができる。
【0035】
なお、小孔33が延びる方向は、適宜変更することができる。例えば、小孔33は、測定管3の長手方向や、この長手方向および検出部13の厚み方向と直交する方向に延びるように形成することができる。
また、断熱部31の空間32は、小孔33によって形成する他に、図示してはいないが気泡によって形成したり、補強部材21の底壁28に立設された多数の針状あるいは柱状の突起などによって形成することができる。気泡は、例えば、補強部材21を成型するときに空気を混入させて形成したり、空気を含む粒状体を補強部材21の中に埋設して形成することができる。
【0036】
上述した第1および第2の実施の形態においては、第1および第2のセンサ11,12をセラミックヒーターによって構成する例を示した。しかし、第1および第2のセンサ11,12は、セラミックヒーターとは異なるセンサによって構成することが可能である。
【符号の説明】
【0037】
1…熱式流量計、3…測定管、11…第1のセンサ、12…第2のセンサ、21…補強部材、24…測定部、28…底壁、31…断熱部、32…空間、t1…測定部の厚み、t2…測定管における測定部以外の部位の厚み、t3…補強部材における測定部との間に第1または第2のセンサの検出部を挟む部分の厚み、t4…第1または第2のセンサ検出部の厚み。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7