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流量計的制作方法

文檔序號:6101282閱讀:238來源:國知局
專利名稱:流量計的制作方法
技術領域
本發(fā)明屬于流體流量檢測技術,特別是涉及用于測量管道內流動的流體的流量或者累積計算流量的流量計。而且,本發(fā)明特別是涉及旁熱式等熱式流量計。并且,本發(fā)明涉及具有流體溫度補償功能的熱式流量計。
背景技術
以前,作為測定各種流體特別是液體的流量(或者流速)的流量計[流量傳感器](或者流速計[流速傳感器]),雖使用有各種各樣的形式的流量計,但是出于容易實現(xiàn)低價格化的理由,而使用所謂的熱式(特別是旁熱式)的流量計。
作為這種旁熱式流量計,使用的是利用薄膜技術把薄膜發(fā)熱體和薄膜感溫體通過絕緣層層壓在基板上而構成的傳感器芯片,以能夠與管道內的流體之間進行傳熱的方式進行設置的結構。通過在發(fā)熱體上通電而加熱感溫體,使該感溫體的電氣特性例如電阻的值發(fā)生變化。該電阻值的變化(基于感溫體的溫度上升),對應于在管道內流動的流體的流量(流速)而變化。這是由于發(fā)熱體的發(fā)熱量中的一部分被傳遞到流體中,向該流體中擴散的熱量對應于流體的流量(流速)而變化,隨之向感溫體供給的熱量發(fā)生變化,從而該感溫體的電阻值發(fā)生變化。該感溫體的電阻值的變化,也隨流體溫度而不同,因此,在測定上述感溫體電阻值變化的電路中裝入用于溫度補償?shù)臏孛粼?,以盡可能減少由于流體的溫度所產生的流量測定值的變化。
關于這樣的采用薄膜元件的旁熱式流量計,例如在特開平11-118566號公報上有記載。在該流量計中,使用包含電橋電路的電路(檢測電路),通過這種電路可得到與流體流量對應的電氣輸出。
但是,該流量計的電路的輸出一般和流量值沒有單純的比例關系,在流量值小的區(qū)域,相對于流量變化的電路輸出的變化較大,但是在流量值大的區(qū)域,相對于流量變化的電路輸出的變化較小。因此,具有即使在小流量區(qū)域,根據(jù)電路輸出的變化所測定的流量值幾乎沒有誤差,而在大流量區(qū)域誤差會變大(即,測定時能夠嚴格區(qū)分的流量差的比例變大)的問題。
以前,為了處理這樣的問題,準備多個流量范圍比較窄的流量計,在每個流量范圍區(qū)域內適當設定電路的特性值。因此,有就各個流量計來看,流量測定的動態(tài)范圍小,使旁熱式流量計的應用范圍受到限制這樣的問題。
所以,本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在較寬的流量范圍內以良好的精度進行流量測定的旁熱式流量計。
另外,在該特開平11-118566號公報上記載的流量計中,與流量變化相對應,通過改變施加在發(fā)熱體上的電壓來改變該發(fā)熱體的發(fā)熱狀態(tài),使感溫體維持規(guī)定的溫度(加熱狀態(tài)),根據(jù)這時施加在發(fā)熱體上的電壓得到流量值。
但是,使用流量計的環(huán)境溫度范圍很寬,例如在寒冷地區(qū)使用的情況下,有時流量計的溫度為5℃以下,在溫暖地區(qū)使用的情況下,有時流量計的溫度為35℃以上。而且,即使在同一地區(qū)使用的情況下,根據(jù)晝夜的差別等,流量計的環(huán)境溫度也不同。因此,有在如上述那樣根據(jù)施加在發(fā)熱體上的電壓獲得流量值時,由于流量計的電路特性隨著溫度變化而變化而引起的測定值隨著環(huán)境溫度變化的問題。
本發(fā)明改善對上述的旁熱式流量計中發(fā)熱體的施加電壓的控制,不使電路構造復雜化而實現(xiàn)高精度以及高控制響應性。
另外,本發(fā)明防止上述旁熱式流量計的測定值隨環(huán)境溫度而發(fā)生的變化,實現(xiàn)流量計進一步的高精度化。
另外,在用上述熱式流量計進行流量檢測時,隨著被檢測流量的流體的溫度的變化會產生下面的問題。
例如,在通過管道從設置在室外的煤油箱向設置在室內的煤油燃燒器具流入煤油,而流量計設置在管道的室內部的情況下,在室外的氣溫和室內的溫度差別很大(例如冬季有時甚至會有相差20℃左右的情況)時,在開始使用煤油燃燒器具時,雖然最初留在管道室內部的煤油通過流量計,但是在煤油流通一定量后,開始使用時存在于管道室外部的煤油就到達流量計、進行流量檢測。
然而,內裝有組裝在流體流量檢測電路中的溫度補償用溫敏元件的、用于流體溫度檢測的單元,與用于流體流量檢測的單元被設置在不同位置的情況很多,而且即使接近設置,但實際上流體流量檢測單元的用于流體流量測定而進行熱交換的部分和流體溫度檢測單元的用于流體溫度測定而進行熱交換的部分也被隔開,在這種情況下,如上所述的那樣,向流量計流入溫度急劇變化的流體,則就會出現(xiàn)與流體溫度檢測單元進行熱交換時的流體溫度和與流體流量檢測單元進熱交換時的流體溫度暫時不同的狀態(tài),就不能進行正確的溫度補償,流量檢測的精度降低。
因而,本發(fā)明的目的在于提供一種即使流入的流體的溫度急劇變化,也能夠進行正確的流體溫度補償,進行正確的流量檢測的流量計。發(fā)明內容根據(jù)本發(fā)明,作為實現(xiàn)上述目的流量計,為具有包含發(fā)熱體和流量檢測用感溫體的流量檢測部與流量檢測用傳熱部件接合的旁熱式流量傳感器單元,根據(jù)使用包含所述流量檢測用感溫體作為結構電阻體的電橋電路的檢測電路的輸出,利用檢量線得到流體流量值的流量計;其特征在于,所述電橋電路,具有使其電路特性值多級變化的電路特性值變化驅動手段;所述檢量線與所述電路特性值的等級相對應地設置多個,與通過所述電路特性值變化驅動手段選擇的電路特性值等級相對應地選擇所述多個檢量線中的任意一個;所述多個檢量線中的每個都設定有應測定的流量范圍,由這些多個流體流量范圍覆蓋全部測定流量范圍,對應于所得到的流體流量值來控制所述電路特性值變化驅動手段,使用與該流量值所屬的流量范圍對應的所述檢量線。
在本發(fā)明的一實施例中,在所述流量范圍中相鄰接的部分之間,有一部分重疊,從與這一部分重疊的2個流量范圍相對應的2個檢量線中的一個向另一個的選擇轉換,在所述的一個流量范圍的端部進行。
在本發(fā)明的一實施例中,所述流量傳感器單元,進而具有包含流體溫度檢測用感溫體的流體溫度檢測部和與該流體溫度檢測部接合的流體溫度檢測用傳熱部件,所述電橋電路包含所述流體溫度檢測用感溫體作為結構電阻體。
在本發(fā)明的一實施例中,所述電路特性值變化驅動手段,為對設置在所述電橋電路上的、串聯(lián)連接的多個電阻體的相鄰電阻之間的連接端子中的任意一個,與該電橋電路的輸出端子進行選擇性連接的多路轉換器。
在本發(fā)明的一實施例中,所述電路特性值變化驅動手段,為對設置在所述電橋電路上的、串聯(lián)連接的多個電阻體中的至少1個,與分別并聯(lián)連接的旁路的開關進行開閉的結構。在本發(fā)明的一實施例中,所述開關,利用的是場效應晶體管。
另外,根據(jù)本發(fā)明,作為實現(xiàn)上述目的流量計,為具有包含發(fā)熱體和被設置為可受該發(fā)熱體發(fā)熱的影響、且能夠與流體之間進行傳熱的流量檢測用感溫體的流量檢測電路,通過所述發(fā)熱體的施加電壓來控制該發(fā)熱體的發(fā)熱,根據(jù)所述流量檢測電路的輸出來控制對所述發(fā)熱體的施加電壓,根據(jù)該施加電壓來測定所述流體的流量的熱式流量計;其特征在于,對所述發(fā)熱體的施加電壓,由按每個規(guī)定期間設定、在該規(guī)定期間內值保持不變的基礎電壓和為一定值的施加時間可變的加法電壓的總合構成,具有將所述流量檢測電路的輸出與基準值相比較的比較器,從該比較器輸出由表示所述感溫體的加熱不足的第1電平和表示除此之外的第2電平構成的雙值信號,按照規(guī)定周期對所述比較器輸出的雙值信號取樣,對在每個所述規(guī)定期間得到的所述第1電平的次數(shù)進行計數(shù),從而獲得在該規(guī)定期間內的計數(shù)值,在該計數(shù)值為預先決定的規(guī)定范圍內的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內不進行所述基礎電壓的值的變更,而在所述計數(shù)值比所述規(guī)定范圍的上限大的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內僅使所述基礎電壓上升預先決定的階梯值,在所述計數(shù)值比所述規(guī)定范圍的下限小的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內僅使所述基礎電壓降低所述階梯值,僅在所述比較器的輸出雙值信號為所述第1電平期間,施加所述加法電壓。
在本發(fā)明的一實施例中,所述加法電壓為所述基礎電壓的階梯值的2~4倍。另外,在本發(fā)明的一實施例中,所述計數(shù)值的規(guī)定范圍,以比所述規(guī)定期間內的取樣次數(shù)的1/2小且比0大的值作為下限值,以比所述規(guī)定期間內的取樣次數(shù)的1/2大且比所述取樣次數(shù)小的值作為上限值。
另外,根據(jù)本發(fā)明,作為實現(xiàn)上述目的流量計,為具有包含發(fā)熱體和被設置為可受該發(fā)熱體發(fā)熱的影響、且能夠與流體之間進行傳熱的流量檢測用感溫體的流量檢測電路,通過所述發(fā)熱體的施加電壓來控制該發(fā)熱體的發(fā)熱,根據(jù)所述流量檢測電路的輸出來控制對所述發(fā)熱體的施加電壓,根據(jù)該施加電壓來測定所述流體的流量的熱式流量計;其特征在于,對所述發(fā)熱體的施加電壓,由按每個規(guī)定期間設定、在該規(guī)定期間內值保持不變的基礎電壓和為一定值的施加時間可變的加法電壓的總合構成,具有將所述流量檢測電路的輸出與基準值相比較的比較器,從該比較器輸出由表示所述感溫體的加熱不足的第1電平和表示除此之外的第2電平構成的雙值信號,按照規(guī)定周期對所述比較器輸出的雙值信號取樣,對在每個所述規(guī)定期間得到的所述第1電平的次數(shù)進行計數(shù),從而獲得在該規(guī)定期間內的計數(shù)值,在該計數(shù)值為預先決定的規(guī)定范圍內的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內不進行所述基礎電壓的值的變更,而在所述計數(shù)值比所述規(guī)定范圍的上限大的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內僅使所述基礎電壓上升預先決定的階梯值,在所述計數(shù)值比所述規(guī)定范圍的下限小的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內僅使所述基礎電壓降低所述階梯值,
僅在所述比較器的輸出雙值信號為所述第1電平期間,施加所述加法電壓,采用由以離散的溫度值表示的發(fā)熱體的施加電壓和瞬時流量的關系的多個單獨檢量線構成的瞬時流量換算圖表,進行數(shù)據(jù)插補運算,從而獲得環(huán)境溫度下的瞬時流量值。
在本發(fā)明的一實施例中,各個所述單獨檢量線,按照向所述發(fā)熱體施加電壓所得到的值中的離散的值作成,在獲取所述瞬時流量值時進行數(shù)據(jù)插補運算,得到與對發(fā)熱體的施加電壓值相對應的瞬時流量值。在本發(fā)明的一實施例中,所述離散的值,為對所述發(fā)熱體的施加電壓所得到的數(shù)字值的2進制數(shù)值前位相同的值中的最小值,在進行所述數(shù)據(jù)插補運算時,對于對所述發(fā)熱體的施加電壓值與所述2進制數(shù)值前位相同的第1離散值,和所述2進制數(shù)值前位比對所述發(fā)熱體的施加電壓值僅大1的第2離散值,利用所述單獨檢量線得到與這些值對應的瞬時流量值。
在本發(fā)明的一實施例中,所述加法電壓為所述基礎電壓的階梯值的2~4倍。在本發(fā)明的一實施例中,所述計數(shù)值的規(guī)定范圍,以比所述規(guī)定期間內的取樣次數(shù)的1/2小且比0大的值作為下限值,以比所述規(guī)定期間內的取樣次數(shù)的1/2大且比所述取樣次數(shù)小的值作為上限值。
另外,根據(jù)本發(fā)明,作為實現(xiàn)上述目的流量計,為具有包含發(fā)熱體和流量檢測用感溫體的流量檢測部與流量檢測用傳熱部件接合的旁熱式流量傳感器單元,根據(jù)包含所述流量檢測用感溫體的檢測電路的輸出、利用檢量線得到流體流量值的流量計;其特征在于,所述檢量線,由與所述檢測電路的輸出值的3個區(qū)域相對應的3個部分構成,這3個部分別以所述檢測電路的輸出為變量,用相互之間僅系數(shù)不同的4次函數(shù)表示,利用與所述檢測電路的輸出值所屬的所述區(qū)域相對應的所述檢量線部分得到流體流量值。
在本發(fā)明的一實施例中,所述檢量線以流體流量為f,以所述檢測電路的輸出為v,以a1、b1、c1、d1、e1,a2、b2、c2、d2、e2,a3、b3、c3、d3、e3為系數(shù),用f=a1v4+b1v3+c1v2+d1v+e1(0≤v<v1)
f=a2v4+b2v3+c2v2+d2v+e2(v1≤v<v2)f=a3v4+b3v3+c3v2+d3v+e3(v2≤v)表示。
在本發(fā)明的一實施例中,所述檢測電路,是采用由電橋電路構成的電路。在本發(fā)明的一實施例中,所述流量傳感器單元,進而具有包含流體溫度檢測用感溫體的流體溫度檢測部和與該流體溫度檢測部接合的流體溫度檢測用傳熱部件,所述檢測電路也包含所述流體溫度檢測用感溫體。
另外,根據(jù)本發(fā)明,作為實現(xiàn)上述目的流量計,是一種具有流體溫度補償功能的熱式流量計,為包括形成有從流體流入口延伸到流體流出口的流體流通通道的殼體部件,和安裝在該殼體部件上的、通過與所述流體流通通道內的流體的熱量的授受、與所述流體在所述流體流通通道內的流通相對應地變化電氣特性值的流量檢測單元,以及安裝在所述殼體部件上的、通過與所述流體流通通道內的流體的熱量的授受、與所述流體的溫度相對應地變化電氣特性值的流體溫度檢測單元;所述流體流量的檢測也根據(jù)所述流體溫度檢測單元的電氣特性值來進行的熱式流量計;其特征在于,在比進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置以及進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處于所述流體流通的上游處,在所述流體流通通道上,形成有是進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置或者進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處的流通截面積的5倍以上、最好10倍以上的流通截面積的流體滯留區(qū)域。
并且,根據(jù)本發(fā)明,作為實現(xiàn)上述目的流量計,是一種具有流體溫度補償功能的熱式流量計,為包括形成有從流體流入口延伸到流體流出口的流體流通通道的殼體部件,和安裝在該殼體部件上的、通過與所述流體流通通道內的流體的熱量的授受、與所述流體在所述流體流通通道內的流通相對應地變化電氣特性值的流量檢測單元,以及安裝在所述殼體部件上的、通過與所述流體流通通道內的流體的熱量的授受、與所述流體的溫度相對應地變化電氣特性值的流體溫度檢測單元;通過包含所述流量檢測單元和所述流體溫度檢測單元的檢測電路進行補償了流體溫度的流量檢測的熱式流量計;其特征在于,在比進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置以及進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處于所述流體流通的上游處,在所述流體流通通道上,形成有流體流通速度為進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置或者進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處的流體流通速度的1/5以下、最好1/10以下的流體滯留區(qū)域。
在上述的本發(fā)明的一實施例中,所述流體滯留區(qū)域的容積,為進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置或者進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處的流體流通方向的單位長度的容積的50倍以上。
在本發(fā)明的一實施例中,所述流體流通通道,由與所述流體流入口相連的流通通道第1部分和與所述流體流出口相連、進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受并進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的流通通道第2部分構成,所述流體滯留區(qū)域,位于所述流通通道第1部分和所述流通通道第2部分之間,所述流通通道第1部分的流通截面積比所述流體滯留區(qū)域的流通截面積小。
在本發(fā)明的一實施例中,所述流通通道第2部分,在進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置以及進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處,具有與所述流體滯留區(qū)域平行延伸的部分。
在本發(fā)明的一實施例中,在所述流體滯留區(qū)域和所述流通通道第2部分的連通部夾入過濾器。在本發(fā)明的一實施例中,所述殼體部件為金屬制品。在本發(fā)明的一實施例中,所述流量檢測單元,為能夠使發(fā)熱體、流量檢測用感溫體和向所述流體流通通道內延伸的流量檢測用傳熱部件相互傳熱地配置而形成的單元,所述流體溫度檢測單元,為能夠使流體溫度檢測用感溫體和向所述流體流通通道內延伸的流體溫度檢測用傳熱部件相互傳熱地配置而形成的單元。


圖1為表示本發(fā)明流量計的一實施例的電路構成圖。
圖2為表示本發(fā)明流量計的一實施例的局部構成圖。
圖3A以及圖3B為表示本發(fā)明流量計的一實施例的流量傳感器單元的模式剖視圖。
圖4為本發(fā)明流量計的一實施例的流量傳感器單元的立體圖。
圖5A以及圖5B為表示圖3A以及圖3B所示的流量傳感器單元的變形例的模式剖視圖。
圖6為表示流量檢測部結構的分解立體圖。
圖7為表示流體溫度檢測部的構造的分解立體圖。
圖8為表示本發(fā)明流量計的檢量線的一例示圖。
圖9為表示本發(fā)明的流量計的其它實施例的電路部構成圖。
圖10為表示本發(fā)明的流量計的一實施例的電路圖。
圖11為圖10的電路圖的部詳圖。
圖12為圖10的電路圖的部詳圖。
圖13為流量計的流量檢測部的剖視圖。
圖14為流量檢測單元的剖視圖。
圖15為用于說明加熱器電壓控制的時間圖。
圖16為表示加熱器電壓的變化和流量值的計算的時間圖。
圖17為表示本發(fā)明流量計的一實施例的電路圖。
圖18為圖17的電路圖的部詳圖。
圖19為瞬時流量換算圖表的說明圖。
圖20為用于流量計的流量累積運算電路的動作說明流程圖。
圖21為表示流量計的誤差測定數(shù)據(jù)圖。
圖22為表示基于本發(fā)明流量計的流量檢測系統(tǒng)的模式圖。
圖23為基于本發(fā)明流量計的流量檢測單元的剖視圖。
圖24為表示本發(fā)明流量計的檢量線的一例示圖。
圖25為表示本發(fā)明流量計的一實施例的剖視圖。
圖26為本發(fā)明流量計的一實施例的局部剖視圖。
圖27為本發(fā)明流量計的一實施例的主視圖。
圖28為本發(fā)明流量計的一實施例的右視圖。
圖29為本發(fā)明流量計的一實施例的除去蓋部件后的仰視圖。
圖30為本發(fā)明流量計的一實施例的左視圖。
圖31為本發(fā)明流量計的一實施例的俯視圖。
圖32為表示本發(fā)明流量計的實施例的流量檢測系統(tǒng)的模式圖。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的實施例。
圖1為表示本發(fā)明流量計的一實施例的電路構成圖,圖2為其局部構成圖。圖3A以及圖3B為表示本實施例的流量傳感器單元模式剖視圖,圖3A表示的是安裝在具有流體流通通道的流通通道部件上的狀態(tài),圖3B表示的是圖3A的流量傳感器單元的X-X截面。圖4為本實施例流量傳感器單元的立體圖。圖5A以及圖5B為表示圖3A以及圖3B所示的流量傳感器單元的變形例的模式剖視圖,圖5B表示圖5A的X-X截面。圖6為表示流量檢測部結構的分解立體圖,圖7為表示流體溫度檢測部結構的分解立體圖。
首先,參照圖3A~圖7說明本實施例的流量傳感器單元的結構。如圖3A以及圖3B所示,流量檢測部5被接合在作為流量檢測用傳熱部件的散熱片6的表面上,流體溫度檢測部9被接合在作為流體溫度檢測用傳熱部件的散熱片10的表面上。這些流量檢測部5、流體溫度檢測部9以及散熱片6、10的一部分被收容在外殼2內。
流量檢測部5,如圖6所示,由在例如硅或者鋁等構成的厚度為0.4mm左右、2mm左右見方的矩形基板30上,順序層壓流量檢測用薄膜感溫體31、層間絕緣膜32、薄膜發(fā)熱體33以及用于該發(fā)熱體的電極34、35和保護膜36,并形成包覆流量檢測用薄膜感溫體31的結合部以及發(fā)熱體電極34、35的墊片層37的芯片狀的部件構成。
薄膜感溫體31,可以采用例如以膜厚為0.5~1μm左右、以規(guī)定形狀例如為蛇爬行的形狀形成圖案的白金(Pt)或鎳(Ni)等溫度系數(shù)大且穩(wěn)定的金屬電阻膜。或者也可以采用由氧化錳類NTC熱敏電阻構成的部件。層間絕緣膜32以及保護膜36,可以采用例如膜厚為1μm左右的由SiO2構成的部件。薄膜發(fā)熱體33,可以采用例如以膜厚為1μm左右、以規(guī)定形狀形成圖案的電阻體,例如由Ni、Ni-Cr、Pt或者Ta-SiO2、Nb-SiO2等金屬陶瓷構成的部件。發(fā)熱體電極34、35,可以采用例如膜厚為1μm左右的由Ni構成的部件或者在此基礎上層壓膜厚為0.5μm左右的金(Au)薄膜的部件。墊片層37,可以采用例如由長寬為0.2mm*0.15mm、厚度為0.1μm左右的Au薄膜或者Pt薄膜構成的部件。
流體溫度檢測部9,如圖7所示,具有與從流量檢測部5去除薄膜發(fā)熱體33等后相同的結構,即,由在與上述基板30同樣的基板30′上,順序層壓與上述流體溫度檢測用薄膜感溫體31同樣的流體溫度檢測用薄膜感溫體31′以及與上述保護膜36同樣的保護膜36′,并形成包覆流體溫度檢測用薄膜感溫體31′的結合部的墊片層37′的芯片狀的部件構成。
散熱片6、10的一邊的端部的一個面和流量檢測部5、流體溫度檢測部9的基板30、30′一側的面,通過傳熱性良好的接合材料接合在一起。作為散熱片6、10,可以采用由例如銅、硬鋁、銅-鎢合金構成,厚度為0.2mm、寬度為2mm左右的矩形的材料,作為接合材料可以采用例如銀膠。
如圖3A以及圖3B所示,傳感器單元的外殼2被收容于在流通通道部件14上形成的傳感器單元配置部內,散熱片6、10的另一邊的端部一直伸出到在流通通道部件14內部形成的流體流通通道13中。該散熱片6、10在具有近似圓形截面的流體流通通道13內,穿過該截面內的中央部延伸設置。由于散熱片6、10沿著流體流通通道13內的流體的流通方向(圖1中用箭頭表示)配置,所以不會對流體流通造成很大的影響,能夠良好地進行流量檢測部5以及流體溫度檢測部9和流體之間的傳熱。
外殼2以及流通通道部件14可以用合成樹脂形成。流量檢測部5以及流體溫度檢測部9的各電極端子(墊片)分別通過Au絲8、12連接在各導線7、11的內導線部(外殼內的部分)上。各導線7、11向外殼2外伸出、部分露出到外殼外,形成外導線。
并且,雖然在圖3A以及圖3B中,外殼2通過樹脂充填封裝著流量檢測部5、流體溫度檢測部9、散熱片6、10的一部分以及內導線部,但是也可以如圖5A以及圖5B的變形例所示的那樣,在外殼22內形成空間23。
下面,參照圖1以及圖2說明具有上述傳感器單元的本實施例的流量計的電路構成。
如圖1所示,采用交流100V作為供電電源,通過直流轉換電路71,輸出+15V、-15V、+5V的直流。將從直流轉換電路71輸出的直流+15V輸入到電壓穩(wěn)定電路72。
從電壓穩(wěn)定電路72供給的穩(wěn)定直流,被供給到電橋電路73。電橋電路73,如圖2所示,包含流量檢測用感溫體31和電阻74、90的串聯(lián)連接,和溫度補償用感溫體31′和電阻體75、R1~R7的串聯(lián)連接。在電橋電路73內設有作為電路特性值變化驅動手段的多路轉換器731,通過它可以將連接端子b和電阻體75、R1~R7的相鄰電阻之間的連接端子c1~c8選擇性地連接。通過該連接端子c1~c8的選擇能夠使電橋電路73的特性值多級變化。電橋電路73的a、b點的電位Va、Vb被輸入到放大系數(shù)可變的差動放大電路76中。該差動放大電路76的輸出被輸入到積分電路77中。
另一方面,電壓穩(wěn)定電路72的輸出,通過控制向上述薄膜發(fā)熱體33供給的電流的場效應晶體管81,被供給到薄膜發(fā)熱體33。即,在流量檢測部5,根據(jù)薄膜發(fā)熱體33的發(fā)熱,通過散熱片6受到被檢測流體的吸熱的影響,利用薄膜感溫體31實行感溫。然后,作為該感溫的結果,得到圖2所示的電橋電路73的a、b點的電位Va、Vb的差。
由于流量檢測用感溫體31以及流體溫度檢測用薄膜感溫體31′的溫度隨著流體的流量而變化,所以(Va-Vb)的值發(fā)生變化。通過多路轉換器731與端子b連接,可以對應于端子c1~c8的任意一個,使在不同的流體流量下的(Va-Vb)的值為零。在這些流量下,差動放大電路76的輸出為零,而積分電路77的輸出為一定。
積分電路77的輸出被輸入到V/F轉換電路78,在這里形成與電壓信號對應的頻率(例如最大至5×10-5)的脈沖信號。該脈沖信號的脈沖寬度(時間寬度)為一定(例如1~10微秒的希望值)。例如,在積分電路77的輸出為1V的情況下,輸出頻率為0.5kHz的脈沖信號,積分電路77的輸出為4V的情況下,輸出頻率為2kHz的脈沖信號。包含上述的電橋電路73、差動放大電路76、積分電路77以及V/F轉換電路78,構成檢測電路。
V/F轉換電路77的輸出被供給到晶體管81的柵極。這樣,電流就通過向柵極輸入有脈沖信號的晶體管81,在薄膜發(fā)熱體33中流動。因此,電壓穩(wěn)定電路72的輸出電壓的分壓就通過晶體管81按照和積分電路77的輸出值相對應的頻率以脈沖形式施加在薄膜發(fā)熱體33上,電流間歇地在該薄膜發(fā)熱體33上流動。這樣使薄膜發(fā)熱體33發(fā)熱。V/F轉換電路77的頻率,基于利用基準頻率發(fā)生電路80根據(jù)溫度補償式水晶振子79的振蕩所設定的高精度時鐘脈沖而設定。
然后,從V/F轉換電路77輸出的脈沖信號,由脈沖計數(shù)器82計數(shù)。微型計算機83,以利用基準頻率發(fā)生電路80產生的頻率為基準,根據(jù)脈沖計數(shù)的結果(脈沖頻率),對應的流量(瞬時流量)進行換算,通過將該流量按時間累積算計算、算出積算流量。
另一方面,如圖2所示,通過多路轉換器731的連接端子b與連接端子c1~c8的連接的選擇,通過微型計算機83進行控制。利用該微型計算機83進行的連接端子c1~c8的選擇以及對上述流量的換算,按下述進行。
即,用于換算流量的檢量線被存儲在存儲器84中。圖8出示了該檢量線的一例。該檢量線由S1、S2、S3…構成,這些檢量線,對應于在分別選擇多路轉換器731的連接端子c1、c2、c3…時的電路特性值階段使用。這些檢量線S1、S2、S3…,為預先以連接端子b分別和連接端子c1、c2、c3…選擇性地連接的狀態(tài),通過測定在流體的各流量下脈沖計數(shù)器82的輸出(脈沖頻率)而得到的數(shù)據(jù)圖表。
圖8中,檢量線S1主要在為測定流量范圍0~F12而選擇多路轉換器731的連接端子c1時使用,S2主要在為測定流量范圍F11~F22而選擇多路轉換器731的連接端子c2時使用,S3主要在為測定流量范圍F21~F32而選擇多路轉換器731的連接端子c3時使用,以下同樣。這里,如圖所示,F(xiàn)11<F12<F21<F22<F31<F32,流量值F11和檢量線S1、S2的輸出值f111、f112分別對應,流量值F12和檢量線S1、S2的輸出值f121、f122分別對應,流量值F21和檢量線S2、S3的輸出值f211、f212分別對應,流量值F22和檢量線S2、S3的輸出值f221、f222分別對應,以下同樣。即,流量范圍中相鄰的范圍之間一部分相互重疊,整個測定流量范圍被這些流量范圍所覆蓋。
在微型計算機83中,在進行被檢測流體的流量測定時,首先對多路轉換器731發(fā)出進行測定某流量范圍的連接端子cn的選擇的指令[例如,發(fā)出進行測定流量范圍F11~F22的連接端子c2的選擇指令]。然后,根據(jù)從計數(shù)器82得到的脈沖頻率,利用檢量線Sn[例如檢量線S2]換算成流量。然后,在這樣得到的流量值處于與選擇的連接端子cn相對應的流量范圍[例如F11~F22]內的情況下,將利用多路轉換器731進行的連接端子cn[例如c2]的選擇保持不變。
另一方面,在得到的流量值處于與選擇的連接端子cn相對應的流量范圍[例如F11~F22]之外的情況下,對多路轉換器731發(fā)出進行測定所得到的流量值所屬的流量范圍[例如F21~F32]的連接端子cm[例如c3]的選擇的指令。然后,同樣根據(jù)從計數(shù)器82得到的脈沖頻率,這次利用檢量線Sm[例如S3]換算成流量。然后,這樣在得到的流量值處于與選擇的連接端子cm相對應的流量范圍[例如F21~F32]內的情況下,將利用多路轉換器731進行的連接端子cm的選擇保持不變,在得到的流量值處于與選擇的連接端子cm相對應的流量范圍[例如F21~F32]之外的情況下,與上述同樣地對多路轉換器731發(fā)出進行測定得到的流量值所屬的流量范圍的連接端子的選擇的指令。
以下同樣,微型計算機83一直根據(jù)得到的測定流量值,為能夠進行該流量值的測定、得到所決定的電路特性,對多路轉換器731(具體是進行連接端子的選擇)進行控制,該控制對實現(xiàn)利用規(guī)定的檢量線的流量值測定發(fā)揮作用。
在繼續(xù)流量測定過程中產生流量變化,從與選擇的檢量線相對應的流量范圍偏離的情況下,向與相鄰且一部分重疊的流量范圍相對應的檢量線進行檢量線選擇的切換(通過對多路轉換器731的控制進行的連接端子選擇的切換)。因此,用于相鄰的流量范圍的檢量線之間的選擇切換,如圖8中的箭頭所示,在各流量范圍的端部具有方向性地進行(例如,流量值F21僅進行從檢量線S3向檢量線S2的切換,流量值F22僅進行從檢量線S2向檢量線S3的切換)。通過這樣進行,在切換流量值附近產生流量變化的情況下,也不會頻繁地進行檢量線的選擇切換,能夠確保測定的穩(wěn)定性。
如圖8所示,各檢量線在主要利用的流量范圍內適度地傾斜(輸出脈沖頻率變化相對于流量變化的比例),實現(xiàn)了相對于輸出變化的適當?shù)牧髁孔兓?。因此,利用由各檢量線的各規(guī)定的流量范圍的部分構成的檢量線S(在圖8中用實線表示)來進行控制的上述實施例的流量計,能夠在較寬的流量范圍內以良好的精度進行流量測定。
當流體流量增減時,差動放大電路76的輸出就根據(jù)(Va-Vb)的值改變極性(隨著流量檢測用感溫體31的電阻-溫度特性的正負而有所不同)以及大小,根據(jù)其改變,積分電路77的輸出變化。積分電路77的輸出變化的速度,能夠根據(jù)差動放大電路76的放大率的設定而進行調節(jié)。通過這些積分電路77和差動放大電路76來設定控制系統(tǒng)的響應特性。
由于在流體流量增加的情況下,流量檢測用感溫體31的溫度降低,所以能夠得到使薄膜發(fā)熱體33的發(fā)熱量增加(即,脈沖頻率增加)的積分電路77的輸出(更高的電壓值),在該積分電路輸出成為與流體流量相對應的電壓時,電橋電路73成為平衡狀態(tài)。
另一方面,由于在流體流量減少的情況下,流量檢測用感溫體31的溫度上升,所以能夠得到使薄膜發(fā)熱體33的發(fā)熱量減少(即,脈沖頻率減少)的積分電路77的輸出(更低的電壓值),在該積分電路輸出成為與流體流量相對應的電壓時,電橋電路73成為平衡狀態(tài)。
即,在本實施例的控制系統(tǒng)中,設定向薄膜發(fā)熱體33供給的脈沖狀電流的頻率(與熱量相對應),以便使電橋電路73成為平衡狀態(tài),這樣的平衡狀態(tài)的實現(xiàn)(控制系統(tǒng)的響應)能夠在例如0.1秒內完成。
因此,本實施例的流量計,由于即使檢測的流量值在較寬的范圍內變化、超出各流量范圍,也能夠立即進行與檢測流量值所屬的流量范圍對應的適當?shù)碾姌螂娐诽匦缘脑O定,為此能夠高精度地進行流量測定。
如上進行所得到的瞬時流量以及積算流量的值,在利用顯示部25顯示的同時,還可通過由電話線路或其它網絡構成的通信線路向外部傳送。而且,根據(jù)要求能夠將瞬時流量和積算流量的數(shù)據(jù)儲存在存儲器84中。
85為后備電源(例如電池)。
根據(jù)上述的實施例,由于為測定流量而利用由V/F轉換電路78產生的脈沖信號,很容易地使該脈沖信號隨溫度變化的誤差非常小,所以能夠減小根據(jù)脈沖頻率得到的流量值以及累積計算流量值的誤差。另外,在本實施例中,由于向薄膜發(fā)熱體33的通電的控制,是通過基于V/F轉換電路78產生的脈沖信號的開—關進行,所以隨著溫度變化產生的控制誤差極小。
另外,在本實施例中,由于采用包含薄膜發(fā)熱體以及薄膜感溫體的微小芯片狀的部件作為流量檢測部,所以能夠使上述那樣的高速響應性得以實現(xiàn),使流量測定的精度良好。
圖9為表示本發(fā)明的流量計的其它實施例的電路的部分結構圖。在本圖中,對與上述圖1~8所示的具有相同功能的部件以及部分賦予相同的符號。本實施例和上述圖1~8的實施例相比,雖然包含電路特性值變化驅動手段的電橋電路73的構成不同,但是其它部分本質上與圖1~8的實施例相同。
在本實施例中,電橋電路73如圖9所示,包含流量檢測用感溫體31與電阻體74的串聯(lián)連接,和溫度補償用感溫體31′與電阻體75、r0~r3的串聯(lián)連接。電路特性值變化驅動手段,由對包含與設置在電橋電路中的串聯(lián)連接的電阻體r1~r3分別并聯(lián)連接的場效應型晶體管FET1~FET3(開關手段)的旁路開關進行開關的部分構成。即,在場效應型晶體管FET1~FET3的柵極上,從由微型計算機83控制的開關電路732的各開關端子SW1~SW3輸入開關信號。作為場效應型晶體管FET1~FET3,采用開關導通時的源-漏間電阻值與r1~r3相比都非常低(例如幾十mΩ)的、開關切斷時的源-漏間電阻值與r1~r3相比都非常高(例如幾MΩ)的部件。這樣,電橋電路73中的含旁路的電阻r0~r3的串聯(lián)連接的部分的合成電阻值,例如當r0=10Ω,r1=10Ω,r2=20Ω,r3=40Ω時,則根據(jù)從開關端子SW1~SW3輸出的開關信號為導通(例如4V)或者為切斷(例如0V),成為如下述的表1所示。


通過如上述那樣利用微型計算機83控制從開關電路732的各開關端子SW1~SW3輸出的開關信號的組合,能夠與上述圖1~8說明的實施例相同地使電橋電路的特性值多級變化,同樣地進行流量測定。
圖10為表示本發(fā)明流量計的一實施例的電路圖,圖11以及圖12為其部分詳圖。而且,圖13為本實施例流量計的流量檢測部分的剖視圖,圖14為流量檢測單元的剖視圖。
如圖13所示,在由鋁等傳熱性良好的材質構成的殼體部件20上形成有流體流通通道20a。流通通道20的下側部分與未圖示的流體流入口連接,上側部分與未圖示的流體流出口連接,從流體流入口流入的流體向上流過流通通道20a、從流體流出口流出(流通方向用箭頭表示)。
在殼體部件20上,緊靠著流通通道20a安裝著流量檢測單元24以及流體溫度檢測單元26。如圖14所示,在流量檢測單元24上,流量檢測部42,通過傳熱性良好的接合材料46被接合在作為傳熱部件的散熱片44的表面上,流量檢測部42的電極墊片和電極端子48通過接合線50連接,流量檢測部42以及接合線50和散熱片44的一部分以及電極端子48的一部分被收容在合成樹脂制的外殼52內。流量檢測部42,由在例如硅或者鋁等構成的厚度為0.4mm左右、2mm左右見方的矩形基板上,將薄膜感溫體以及薄膜發(fā)熱體相互絕緣形成的芯片狀的部件構成。
并且,流體溫度檢測單元26相當于取代在上述流量檢測單元24中的流量檢測部42而采用流體溫度檢測部的部分。在流體溫度檢測單元26中與流量檢測單元24相對應的部件,在相同的符號上附加“′”表示。流體溫度檢測部具有與從流量檢測部42去掉薄膜發(fā)熱體后的相同的結構。
如圖13所示,從流量檢測單元24以及流體溫度檢測單元26的外殼52、52′凸出的散熱片44、44′的端部,伸到殼體部件20的流通通道20a內。散熱片44、44′在具有近似圓形截面的流通通道部8內延伸至穿過該截面的中央部。由于散熱片44、44′沿著流通通道20a內的流體的流通方向配置,所以不會對流體流通造成很大的影響,能夠在流量檢測部42以及流體溫度檢測部42′與流體之間很好地傳遞熱量。
流量檢測單元24以及流體溫度檢測單元26的電極端子48、48′的前端部,穿過安裝在殼體部件20上的電路基板60,與在該電路基板60上形成的流量計電氣電路部連接。在殼體部件20上安裝著防護罩62,利用它保護電路基板60。
如圖10所示,從基準電源電路102向傳感器電路(檢測電路)104供給直流電壓。傳感器電路104如圖12所示,由電橋電路構成。該電橋電路104包括流量檢測單元24的流量檢測用薄膜感溫體104-1和流體溫度檢測單元26的流體溫度補償用薄膜感溫體104-2和電阻體104-3、104-4。電橋電路104的a、b點的電位Va、Vb被輸入到差動放大電路(放大器)106,該差動放大電路106的輸出被輸入到比較器108。從該比較器108將放大器106的輸出電壓信號和基準電壓(Vref)的比較結果作為雙值信號輸出,在放大器106的輸出電壓信號比基準電壓(Vref)低的情況下輸出低(L)電平[第1電平],在相同或者高的情況下,輸出高(H)電平[第2電平]。
另一方面,從基準電源電路102輸出的直流電壓,如圖10所示,通過用來控制向上述流量檢測單元24的薄膜發(fā)熱體112供給電流的晶體管110,被供給到薄膜發(fā)熱體112。即,在流量檢測部24中,根據(jù)薄膜發(fā)熱體112的發(fā)熱,通過散熱片44受到被檢測流體吸熱的影響,利用薄膜感溫體104-1實行感溫。然后,作為該感溫的結果,得到圖12所示的電橋電路104的a、b點的電位Va、Vb的差。
通過流量檢測用感溫體104-1的溫度對應流體的流量而發(fā)生的變化,(Va-Vb)的值會發(fā)生變化。通過預先適當設定電橋電路104的特性、適當設定比較器108的基準(Vref),薄膜感溫體104-1的加熱狀態(tài)為在所規(guī)定的情況(即,薄膜感溫體104-1的溫度為規(guī)定值的情況)下,放大器106的輸出電壓信號可以成為比較器基準電壓(Vref)。換言之,比較器基準電壓(Vref),以與在薄膜感溫體104-1處于規(guī)定的加熱狀態(tài)時從放大器106得到的輸出電壓的值相同的形態(tài)被設定。
當增減流體流量時,比較器108的輸出就發(fā)生變化。利用該比較器108的輸出,控制薄膜發(fā)熱體(傳感器用加熱器)112的發(fā)熱。為了控制該薄膜發(fā)熱體112的發(fā)熱并進行流量運算,而使用CPU120。如圖10所示,比較器108的輸出,通過PLD122被輸入到CPU120的加熱器控制電路124。該加熱器控制電路124的輸出通過D/A轉換器128變化為模擬信號,輸入到放大器130,該放大器130的輸出電壓信號被輸入到上述晶體管110的基極。另一方面,信號從加熱器控制電路124向CPU120內的流量積算運算電路132傳遞,運算結果等從該流量積算運算電路132輸出到顯示部134,在顯示部134進行必要的顯示。
如圖11所示,PLD122具有同步電路122a和邊緣檢測電路122b和125計數(shù)器122c。而且,加熱器控制電路124具有“L”電平計數(shù)器124a和比較電路124b和加熱器電壓電路124c。
從4MHZ時鐘電路136向CPU120輸入時鐘信號,該時鐘信號通過CPU120內的分頻電路138轉換成1MHZ時鐘,并輸入到PLD122內的125計數(shù)器122c以及加熱器控制電路124內的“L”電平計數(shù)器124a。
上述轉換器108的輸出,經過PLD122后被輸入到“L”電平計數(shù)器124a,在這里按每1μsec的周期(規(guī)定周期)取樣,對在利用125計數(shù)器122c設定的125μsec期間(規(guī)定期間)內出現(xiàn)多少次“L”電平進行計數(shù)。該計數(shù)所得到的計數(shù)值的數(shù)據(jù)(計數(shù)數(shù)據(jù)CD)被輸入到比較電路124b,在這里進行和預先決定的規(guī)定范圍的比較。該規(guī)定范圍,能夠以比125μsec的規(guī)定期間內的取樣次數(shù)的1/2(62.5)小且比0大的值(例如43)作為下限值,以比125μsec的規(guī)定期間內的取樣次數(shù)的1/2大且比取樣次數(shù)(125)小的值(例如82)作為上限值。
但是,在加熱器電壓電路124c中,為了進行向傳感器用加熱器112的施加電壓控制而輸入晶體管130的控制電壓(由于與向加熱器112的施加電壓相對應,所以在本說明書中有時和加熱器施加電壓用于相同意義),由基礎電壓(Eb)和加法電壓(Ec)的總合構成。基礎電壓,按照每個規(guī)定的階梯值從預先設定的離散值中選擇,在各規(guī)定期間內其值保持不變,通過這樣進行加熱器發(fā)熱的粗控制。加法電壓為固定值但施加的時間或者時期可變,通過這樣進行加熱器發(fā)熱的微控制。加法電壓為基礎電壓的階梯值的2~4倍比較適當。
在比較電路124b中,計數(shù)數(shù)據(jù)CD為下限值Nd以上、上限值Nu以下的情況下,指示加熱器電壓電路124c在后面的規(guī)定期間內原封不動地保持上一次的基礎電壓。另外,在計數(shù)數(shù)據(jù)CD沒有達到下限值Nd的情況下,指示加熱器電壓電路124c在后面的規(guī)定期間內將基礎電壓從上一次的基礎電壓值僅降低一個階梯值。另外,在計數(shù)數(shù)據(jù)CD超過上限值Nu的情況下,指示加熱器電壓電路124c在后面的規(guī)定期間內將基礎電壓從上一次的基礎電壓值僅上升一個階梯值。
另一方面,比較器108的輸出,經過PLD122后輸入到加熱器電壓電路124c。根據(jù)該輸入信號,在加熱器電壓電路124c中,在輸入信號保持為“L”電平期間施加加法電壓(Ec),在此以外的期間不施加加法電壓(Ec)。
利用圖15的時間圖更加具體地說明上述的加熱器電壓控制。
圖15中表示與電橋電路104連接的放大器106的輸出信號(向比較器108的輸入信號)和比較器108的基準電壓(Vref)的關系的時間變化,并表示與此相對應的比較器108的輸出信號的變化。另外,還表示了與此相對應,每125μsec利用“L”電平計數(shù)器124a得到的、被輸入到比較電路124b的計數(shù)數(shù)據(jù)CD的變化。另外,還表示了與此相對應,加熱器施加電壓(Eh)的時間變化。另外,模式地表示了與此相對應,實際流量的時間變化。
由比較電路124b設定的下限值Nd以及上限值Nu,Nd=43,Nu=82。在43≤CD≤82的情況下,根據(jù)來自比較電路124b的指示,在加熱器電壓電路124c中,在得到計數(shù)數(shù)據(jù)CD的規(guī)定期間內繼續(xù)隨后的125μsec規(guī)定期間,將基礎電壓Eb保持為在此之前的規(guī)定期間的值而不變更。在CD<43的情況下,根據(jù)來自比較電路124b的指示,在加熱器電壓電路124c中,在得到計數(shù)數(shù)據(jù)CD的規(guī)定期間內繼續(xù)隨后的125μsec規(guī)定期間,將基礎電壓Eb從在此之前的規(guī)定期間的值僅降低一個階梯電壓值(這里為10mV)。在CD>82的情況下,根據(jù)來自比較電路124b的指示,在加熱器電壓電路124c中,在得到計數(shù)數(shù)據(jù)CD的規(guī)定期間內繼續(xù)隨后的125μsec規(guī)定期間,將基礎電壓Eb從在此之前的規(guī)定期間的值僅上升一個階梯電壓值(這里為10mV)。
另一方面,在加熱器電壓電路124c中,在比較器108的輸出信號為“L”電平期間,施加規(guī)定的加法電壓(Ec這里為30mV),在比較器108的輸出信號為“H”電平期間,不施加加法電壓。
如上所述,在本實施例中,根據(jù)在規(guī)定期間內得到的計數(shù)數(shù)據(jù)CD,適當設定在其隨后的規(guī)定期間內的基礎電壓,以及對應比較器的輸出適當設定加法電壓的施加期間,通過將這2種控制進行組合,能夠以簡單的裝置構成來提高控制的響應性,提高流量測定的精度,減小熱滯后現(xiàn)象。
并且,上述的規(guī)定期間、規(guī)定周期、基礎電壓階梯值以及加法電壓值等,在考慮所預想的最大的流量變化后,就能夠進行適應于這種條件的適當設定。
如上所述,無論流體流量怎樣變化,都能夠一直使流量檢測用感溫體104-1的溫度保持規(guī)定值(即,流量檢測用感溫體104-1的加熱狀態(tài)為規(guī)定狀態(tài)),這樣來控制薄膜發(fā)熱體112的發(fā)熱。而且,由于這時施加在薄膜發(fā)熱體112上的電壓(加熱器施加電壓)與流體流量相對應,所以將其作為在圖10以及圖11中所示的流量積算運算電路132中流量輸出提取。例如每隔0.5sec輸出瞬時流量,通過累積計算該瞬時流量得到積算流量。
即,如圖11所示,根據(jù)從“L”電平計數(shù)器124a得到的各規(guī)定期間的計數(shù)數(shù)據(jù)CD的值,得到在0.5秒期間施加的加法電壓Ec的積算值(∑Ec),另外根據(jù)從加熱器電壓電路124c得到的基礎電壓值Eb,得到在0.5秒期間施加的基礎電壓Eb的積算值(∑Eb),得到其總合值(∑Ec+∑Eb=∑Eh)(參照圖16)。將該值利用預先測定并存儲的檢量線(瞬時流量換算圖表)換算成瞬時流量值。該瞬時流量換算圖表,為表示加熱器施加電壓在0.5秒內的積算值和流量的關系的數(shù)據(jù)圖表,具體地說,是離散地表示加熱器施加電壓積算值和流量值的關系的圖表,在從實際得到的加熱器施加電壓積算值獲得流量值時進行數(shù)據(jù)插補。另外,積算流量值能夠通過積算瞬時流量值得到。
該流量輸出通過顯示部134顯示。并且,根據(jù)來自CPU120的指令,能夠將瞬時流量以及積算流量適當?shù)貎Υ嬖诖鎯ζ髦?,并且,能夠通過由電話線及其它網絡構成的通信線路傳送到外部。
圖17為表示本發(fā)明的流量計的一實施例的電路圖。圖18為其局部詳圖。
在本實施例中,除去追加有圖17以及圖18所示的環(huán)境溫度測定電路140以及A/D轉換器142以外,具有與上述圖10~16說明的實施例相同的構成。該環(huán)境溫度測定電路140被設置在圖13中所示的電路基板60上的流量計電氣電路部(未圖示)上,對該位置的溫度(環(huán)境溫度)進行測定。環(huán)境溫度測定電路140,能夠利用例如白金電阻等感溫電阻體構成,輸出與環(huán)境溫度(主要由外部溫度和流體溫度的影響決定)對應的電氣信號。
而且,本實施例在環(huán)境溫度測定以及利用其測定結果進行的處理以外,進行與上述圖10~16說明的實施例同樣的動作。
在本實施例中,與上述圖10~16說明的實施例相同,根據(jù)從“L”電平計數(shù)器124a得到的各規(guī)定期間的計數(shù)數(shù)據(jù)CD的值,得到在0.5秒內施加的加法電壓Ec的積算值(∑Ec),另外根據(jù)從加熱器電壓電路124c得到的基礎電壓值Eb,得到在0.5秒內施加的基礎電壓Eb的積算值(∑Eb),得到其總合值(∑Ec+∑Eb=∑Eh)(參照圖16)。該總合值為分散(離散的)的值(在本實施例中用29彼特的數(shù)字值表示)中的任意一個。將該值利用預先測定并存儲的檢量線(瞬時流量換算圖表)換算成瞬時流量值。該瞬時流量換算圖表,為表示加熱器施加電壓在0.5秒內的積算值和流量的關系的數(shù)據(jù)圖表。
在本實施例中,瞬時流量換算圖表,由對每個離散的溫度作成的多個單獨檢量線構成。圖19表示了這樣的瞬時流量換算圖表的一例。圖19中,表示了4個離散的溫度t1~t4(5℃、15℃、25℃以及35℃)的單獨檢量線T1~T4。雖然圖19中各檢量線被作為連續(xù)的線描述,但是這是為了說明方便起見,實際上表示的是圖19所示的離散的加熱器施加電壓值(0.5秒內的積算值)…EARm-1、EARm、EARm+1、EARm+2…和瞬時流量的對應關系。在本實施例中,瞬時流量換算圖表并不是表示上述的可能的所有加熱器施加電壓積算值的關系,而是將該可能的加熱器施加電壓積算值按高低順序區(qū)分成多個組,將這些各個組的各自的最小值以…EARm-1、EARm、EARm+1、EARm+2…作為代表。這些離散的代表值,可以是按加熱器施加電壓得到的數(shù)字值的前8位2進制的值相同的值中的最小值。對這種情況設置有256個代表值。
另一方面,如圖17以及圖18所示,從環(huán)境溫度測定電路140,通過A/D轉換器142向流量積算運算電路132輸入環(huán)境溫度值(例如用10位2進制的數(shù)字值表示)t。
而且,在流量積算運算電路132中,利用上述的瞬時流量換算圖表,根據(jù)計數(shù)數(shù)據(jù)值CD、基礎電壓值Eb以及環(huán)境溫度值t,按照圖20所示的順序進行數(shù)據(jù)插補運算,得到瞬時流量值。
即,首先,通過運算得到0.5秒間的加法電壓Ec的積算值和基礎電壓Eb的積算值的總合值,即加熱器施加電壓值∑Eh(=∑Ec+∑Eb)(S1)。
然后,就測定的環(huán)境溫度值t(圖19的例中為22℃)選擇tn≤t<tn+1的單獨檢量線Tn、Tn+1(圖19的例中為n=2,即T2[t2=15℃],T3[t3=25℃])(S2)。
然后,得到EARm≤∑Eh<EARm+1的電壓值EARm、EARm+1。即,得到∑Eh的前8位2進制的值(圖19的例中為[10110100])的組的代表值EARm和在∑Eh的前8位2進制的值上加上“1”的值(圖19的例中為[10110101])的組的代表值EARm+1。然后,將電壓值EARm、EARm+1換算為單獨檢量線Tn、Tn+1上的瞬時流量值Fb、Fa;FB、FA(S3)。
然后,通過數(shù)據(jù)插補運算從Fb、Fa;FB、FA得到與∑Eh對應的Tn、Tn+1上的瞬時流量值Fab;FAB。這時,可利用下面的公式(1)、(2)(S4)。
Fab=(FaFb)(∑Eh-EARm)/(EARm+1-EARm)+Fb……(1)
FAB=(FA-FB)(∑Eh-EARm)/(EARm+1-EARm)+FB……(2)然后,通過數(shù)據(jù)插補運算從Fab、FAB得到與環(huán)境溫度值t情況下的∑Eh相對應的瞬時流量值Ft。這時可利用下面的公式(3)(S5)。
Ft=(Fab-FAB)(t-T3)/(T2-T3)+FAB……(3)通過如上述那樣進行數(shù)據(jù)插補運算,得到環(huán)境溫度下的瞬時流量值Ft,以此可減小瞬時流量換算圖表的數(shù)據(jù)容量,而且能夠利用環(huán)境溫度進行測定誤差極小的瞬時流量測定。圖21中表示了利用本實施例的流量計得到的、各流量下的測定誤差(表示誤差)的測定結果的一例。從圖21中可以看到,能夠得到誤差±1%以內的高精度。
并且,在流量積算運算電路132中,如上述的那樣,通過將得到的瞬時流量值積分,也可進行獲得積算流量值的運算。
如上述得到的瞬時流量值以及積算流量值等流量輸出,利用顯示部134顯示。并且,根據(jù)來自CPU120的指令,能夠將瞬時流量值以及積算流量值適當?shù)貎Υ嬖诖鎯ζ髦?,并且,能夠通過由電話線及其它網絡構成的通信線路傳送到外部。
圖22為表示本發(fā)明流量計的整體構成、特別是流量檢測系統(tǒng)的模式圖,圖23為其流量檢測單元的剖視圖。
首先,參照圖23說明本實施例的流量傳感器單元的結構。如圖23所示,在流量檢測單元204中,流量檢測部205通過傳熱性良好的接合材料226接合在作為傳熱部件散熱片224的表面上,流量檢測部205的電極墊片和電極端子228通過接合線220連接在一起,流量檢測部205以及接合線220和散熱片224的一部分以及電極端子228的一部分被收容在合成樹脂制的外殼212內。流量檢測部205具有如上述圖6所示的結構。
流體溫度檢測單元206,相當于取代上述流量檢測單元204中的流量檢測部205而采用流體溫度檢測部的單元。在流體溫度檢測單元206中,與流量檢測單元204的部件相對應的部件,在相同的符號上加上“′”表示。流體溫度檢測部具有如上述圖7所示的結構。
如圖22所示,從流量檢測單元204以及流體溫度檢測單元206的外殼212、212′凸出的散熱片224、224′的端部,延伸到流通通道部件202的流體流通通道203內。散熱片224、224′,在具有近似圓形截面的流體流通通道203內,延伸到穿過該截面的中央部。由于散熱片224、224′沿著流體流通通道203內的流體的流通方向配置,所以不會對流體流通造成很大的影響,能夠在流量檢測部205以及流體溫度檢測部和流體之間很好地傳遞熱量。
從未圖示的電源電路向電橋電路240供給直流電壓V1。電橋電路240,包括流量檢測單元204的流量檢測用薄膜感溫體231和流體溫度檢測單元206的溫度補償用感溫體231′和電阻體243、244。電橋電路240的a、b點的電位Va、Vb被輸入到差動放大·積分電路246。
另一方面,從電源電路輸出的直流電壓V2,通過用來控制向上述的流量檢測單元204的薄膜發(fā)熱體233供給的電流的晶體管250,被供給到薄膜發(fā)熱體233。即,在流量檢測部205中,根據(jù)薄膜發(fā)熱體233的發(fā)熱,通過散熱片224受到被檢測流體吸熱的影響,利用薄膜感溫體231實行感溫。然后,作為該感溫的結果,得到圖22所示的電橋電路240的a、b點的電位Va、Vb的差。
對應流體的流量,流量檢測用感溫體231的溫度變化,因而(Va-Vb)的值發(fā)生變化。以預先適當設定電橋電路240的電阻體243、244的電阻值,能夠在構成基準的所希望的流體流量的情況下,使(Va-Vb)的值為零。在該基準流量下,差動放大·積分電路246的輸出為一定(與基準流量相對應的值),晶體管250的電阻值也為一定。在這種情況下,施加在薄膜發(fā)熱體233上的分壓也為一定,這時P點的電壓表示上述基準流量。
當流體流量增減時,則差動放大·積分電路246的輸出就根據(jù)(Va-Vb)的值改變極性(隨流量檢測用感溫體231的電阻-溫度特性的正負而不同)以及大小,這樣差動放大·積分電路246的輸出就發(fā)生變化。
在流體流量增加的情況下,由于流量檢測用感溫體231的溫度降低,所以就從差動放大·積分電路246向晶體管250的柵極進行使晶體管250的電阻值減小的控制輸入,以便使薄膜發(fā)熱體233的發(fā)熱量增加(即增加電功率)。
另一方面,在流體流量減小的情況下,由于流量檢測用感溫體231的溫度上升,所以就從差動放大·積分電路246向晶體管250的柵極進行晶體管250的電阻值增加的控制輸入,以使薄膜發(fā)熱體233的發(fā)熱量減小(即減小電功率)。
如上述那樣,無論流體流量怎樣變化,都能夠一直使由流量檢測用感溫體231檢測的溫度為目標值地反饋控制薄膜發(fā)熱體233的發(fā)熱。而且,由于這時施加在薄膜發(fā)熱體233上的電壓(P點電壓)與流體流量相對應,所以將其作為流量輸出提取。
該檢測電路的流量輸出,利用A/D轉換器252進行A/D轉換,通過CPU254換算成所對應的流量(瞬時流量)。通過將該流量以時間積算能夠計算出積算流量。得到的瞬時流量以及積算流量的值,能夠通過積算流量顯示部256顯示,并能夠儲存到存儲器284中,并且也能夠通過由電話線和其它網絡構成的通信線路向外部傳送。
在CPU254進行的從檢測電路輸出向流量的換算按下述進行。預先將用于換算流量的檢量線儲存在存儲器284中。圖24表示了該檢量線的一例。該檢量線把流體流量設為f(升/h),把檢測電路輸出設為v(v),把a1、b1、c1、d1、e1;a2、b2、c2、d2、e2;a3、b3、c3、d3、e3設為系數(shù),用f=a1V4+b1v3+c1V2+d1V+e1(0≤v<v1)f=a2v4+b2v3+c2v2+d2v+e2(v1≤v<v2)f=a3v4+b3v3+c3v2+d3v+e3(v2≤v)表示。在圖24所示的例中,為v1=7.0(V)v2=8.0(V)a1=+1.99933E-1b1=-4.84409E+0c1=+4.44365E+1d1=-1.82380E+2e1=+2.81911E+2a2=+3.45600E-1b2=-8.77327E+0
c2=+8.40224E+1d2=-3.58917E+2e2=+5.75936E+2a3=+6.55492E+0b3=-2.13636E+2c3=+2.61702E+3d3=-1.42694E+4e3=+2.92043E+4因此,作為儲存在存儲器284中的檢量線的內容,僅為f=av4+bv3+cv2+dv+e的函數(shù)形態(tài),構成檢測電路輸出值的3個區(qū)域(0≤v<v1的第1區(qū)域、v1≤v<v2的第2區(qū)域、和v2≤v的第3區(qū)域)的邊界的2個閾值v1、v2的值,和各區(qū)域的a~e的值(a1~e1、a2~e2、a3~e3)即可,存儲器284為小容量即可。
圖24中描繪了流量的實測值。該實測值表示了使流體在上述實施例的流量計中流通、這時的流量計的檢測電路輸出值和實際測量流過的流體的體積而得到的流量值的關系,并且表示了與檢量線的良好吻合。
下面,對得到這樣良好的吻合的技術背景進行說明。雖然在檢測電路輸出值的全體區(qū)域上,采用以1個函數(shù)表示的檢量線也能夠進行精度良好的流量測量,但是在這種情況下為6次冪以上的高次函數(shù)形態(tài),數(shù)值運算極為復雜。因而,在本發(fā)明中,將檢測電路輸出值的區(qū)域分割成3個部分,通過在這所有3個部分中采用僅系數(shù)不同而相同的函數(shù)形態(tài)的檢量線,能夠使用4次函數(shù)作為函數(shù)形態(tài),而且能夠進行存儲器容量不增加很多,而精度良好的流量檢測。這樣,可以在設定多個環(huán)境溫度的檢量線的情況下的存儲器使用容量的增加不大,因此也能夠很容易地實現(xiàn)測定環(huán)境溫度并對應其測定采用適當?shù)臋z量線(根據(jù)要求采用2個檢量線進行外插)進行更高精度的流量測量。
上述的檢量線,能夠通過根據(jù)如圖24所示的實測值、采用最小自乘法等決定各區(qū)域的上述函數(shù)形態(tài)的5個系數(shù)來作成。并且,閾值v1能夠在流量值為例如0.5~2.0的范圍內設定,閾值v2能夠在流量值為例如4.0~12.0的范圍內設定,這樣能夠得到如圖24表示的那樣與實測值具有良好吻合的檢量線。
在CPU254中判定檢測電路輸出v屬于上述3個區(qū)域的哪一個,采用與之相對應的系數(shù)進行函數(shù)的運算,得到流量值f。
如上述的在本實施例的流量計中,即使檢測到的流量值在很寬的范圍內變化,也能夠高精度地進行流量測定。
另外,在本實施例中,由于使用包含薄膜發(fā)熱體以及薄膜感溫體的微小芯片狀的部件作為流量檢測部,所以能夠實現(xiàn)上述的高速響應性,使流量測定的精度良好。
圖25為表示本發(fā)明流量計的一實施例的剖視圖,圖26為其局部剖視圖。圖27表示主視圖,圖28表示右側視圖,圖29表示除去一部分部件后的仰視圖,圖30表示左側視圖,圖31為表示俯視圖。并且,圖25表示圖30的A-A′截面,圖26表示圖27的B-B′截面。
在這些圖中,在由鋁等傳熱性良好的材質構成的殼體部件302上形成有構成流體流通通道的3個部分304、306、308。流通通道部分304和流體流入口314相連,流通通道部分308和流體流出口316連接,從流體流入口314向流通通道部分304流入的流體經過流通通道部分306向流通通道部分308流通并從流體流出口316流出(流通方向如箭頭所示)。流通通道部分306構成流體滯留區(qū)域。并且,在殼體部件302的下部可裝卸地安裝著蓋部件303,該蓋部件303構成殼體部件302的一部分。
流通通道部分304沿水平方向延伸,流通通道部分306沿上下方向延伸,流通通道部分308由沿上下方向延伸的垂直部308a和沿水平方向延伸的水平部308b構成。在流體流入口314上連接著流體供給源一方的管道,在流體流出口316上連接著流體需要一方的管道。
在殼體部件302上,以堵塞與流通通道部分306的上部相連的開口的形態(tài),通過螺旋連接可裝卸地安裝著螺釘310。在流通通道部分306和流通通道部分308的連通部,也可以夾入將由玻璃纖維或塑料纖維等構成的無紡布用適當?shù)谋3煮w保持構成的過濾器312。
在殼體部件302上,緊靠著流通通道部分308的垂直部308a,安裝著流量檢測單元324以及流體溫度檢測單元326。流量檢測單元324具有如上述圖23所示的結構。并且,流體溫度檢測單元326相當于取代流量檢測單元324中的流量檢測部而采用流體溫度檢測部。流體溫度檢測部具有與從流量檢測部去掉薄膜發(fā)熱體后的相同的結構。
從流量檢測單元324以及流體溫度檢測單元326的外殼352、352′凸出的散熱片344、344′的端部,延伸到殼體部件302的流通通道部分308的垂直部308a內。散熱片344、344′在具有近似圓形的截面的流通通道部分308內并延伸穿過該截面的中央部。由于散熱片344、344′沿著流通通道部分308內的流體的流通方向配置,所以不會對流體流通造成很大的影響,能夠在流量檢測部342以及流體溫度檢測部342′和流體之間很好地傳遞熱量。
圖29是去掉上述蓋部件303后的仰視圖,表示了流通通道部分306以及流通通道部分308的垂直部308a。如圖29以及圖25所示,在本實施例中,把流通通道部分(流體滯留區(qū)域)306的截面積形成為遠遠大于流通通道部分308的截面積。流通通道部分306的截面積為流通通道部分308的截面積的5倍以上、最好為10倍以上。另外,流通通道部分306的容積大于流量檢測單元324以及流體溫度檢測單元326所處的流通通道部分308的垂直部308a的單位長度的容積,最好為50倍以上,并且最好為100倍以上。
如上述那樣,流通通道部分306,處于用于流量檢測的熱交換的流通通道部分308的垂直部308a的流體流通方向的上游,構成暫時貯存向該流通通道部分308流通的流體的貯存區(qū)域。在該流通通道部分306處的流體流通的速度,比流通通道部分308的垂直部308a處的流體流通的速度小,最好為1/5以下、并且最好為1/10以下。
另外,該流通通道部分308的垂直部308a,接近流通通道部分306并平行延伸,特別是為了容易受到流通通道部分306內的流體的熱影響而進行的配置。
流通通道部分304的截面積比流通通道部分306的截面積小,和流通通道部分308的截面積基本相同。因此,流通通道部分304內的流體流通速度和流通通道部分308內的流體流通速度基本相同。
圖32為表示本實施例的熱式流量計的流量檢測系統(tǒng)的模式圖。從恒壓電路402向電橋電路(檢測電路)404供給直流電壓。電橋電路404包括流量檢測單元324的流量檢測用薄膜感溫體404-1和流體溫度檢測單元326的溫度補償用薄膜感溫體404-2和可變電阻體404-3、404-4。電橋電路404的a、b點的電位Va、Vb被輸入到差動放大電路406,該差動放大電路406的輸出被輸入到積分電路408。
另一方面,從供電電源輸出的直流電壓,經由用來控制向上述流量檢測單元324的薄膜發(fā)熱體412供給電流的晶體管410,被供給到薄膜發(fā)熱體412。即、在流量檢測單元324內的流量檢測部中,根據(jù)薄膜發(fā)熱體412的發(fā)熱,通過散熱片344受到被檢測流體吸熱的影響,利用薄膜感溫體404-1實行感溫。然后,作為該感溫的結果,得到圖32所示的電橋電路404的a、b點的電位Va、Vb的差。
由于流量檢測用感溫體404-1的溫度根據(jù)流體的流量發(fā)生變化,因而(Va-Vb)的值發(fā)生變化。通過預先適當設定電橋電路404的可變電阻404-3、404-4的電阻值,能夠在構成基準的所要求的流體流量的情況下使(Va-Vb)的值為零。在該基準流量下,積分電路408的輸出為一定(與基準流量相對應的值),晶體管410的電阻值也為一定。在這種情況下,施加在薄膜發(fā)熱體412上的分壓也為一定,這時P點的電壓表示上述基準流量。
當流體流量增減時,則差動放大電路406的輸出就對應(Va-Vb)的值改變極性(隨流量檢測用感溫體404-1的電阻-溫度特性的正負而不同)以及大小,這樣積分電路408的輸出就發(fā)生變化。
在流體流量增加的情況下,由于流量檢測用感溫體404-1的溫度降低,所以就進行使從積分電路408向晶體管410的基極進行晶體管410的電阻值減小的控制輸入,以便使薄膜發(fā)熱體412的發(fā)熱量增加(即增加電功率)。
另一方面,在流體流量減小的情況下,由于流量檢測用感溫體404-1的溫度上升,所以就進行使從積分電路408向晶體管410的基極進行晶體管410的電阻值增加的控制輸入,以便使薄膜發(fā)熱體412的發(fā)熱量減小(即減小電功率)。
如上述的無論流體流量怎樣變化,都能夠一直使流量檢測用感溫體404-1檢測的溫度為目標值地反饋控制薄膜發(fā)熱體412的發(fā)熱。而且,由于這時施加在薄膜發(fā)熱體412上的電壓(P點電壓)與流體流量相對應,所以將其作為流量輸出提取。
該流量輸出,與上述實施例同樣地利用A/D轉換器適當進行A/D轉換后,通過CPU進行累積運算等運算處理,通過顯示部進行關于流量的顯示。并且能夠根據(jù)來自CPU的指令,將瞬時流量以及積算流量適當?shù)貎Υ娴酱鎯ζ髦校⑶乙材軌蛲ㄟ^由電話線和其它網絡構成的通信線路向外部傳送。
在本實施例中,由于流通通道部分306構成流體貯存區(qū)域,所以流通通道部分306處的流體流通速度小,即使從流通通道部分304流入流通通道部分306的流體的溫度急劇變化,該流體在流通通道部分306內和已經存在的溫度變化前的流體混合、進行流體溫度的平均化的時間也很充裕,使向流通通道部分308供給的流體的溫度變化平緩。而且,由于殼體部件302由傳熱性良好的金屬構成,所以即使流入殼體部件302的流體流通通道的流體的溫度急劇變化,也可通過殼體部件302的傳熱促進流通通道內的流體溫度的平均化,緩和流入的流體溫度的急劇變化的影響。
如上所述,在本實施例中,由于流量檢測單元324以及流體溫度檢測單元326所處的流通通道部分308的垂直部308a內的流體的溫度變化平緩,所以,即使流入的流體的溫度急劇變化,用流體溫度檢測單元326檢測的流體溫度,也和用流量檢測單元324進行流量檢測的流體的溫度幾乎相同,能夠準確地進行流體溫度補償,提高流量檢測的精度。而且,由于流量檢測單元324以及流體溫度檢測單元326所處的流通通道部分308的垂直部308a內的流體的溫度變化平緩,所以能夠使控制系統(tǒng)的動作穩(wěn)定,由這一點也能夠提高流量檢測精度。
如上所說明的那樣,根據(jù)本發(fā)明的流量計,能夠在很寬的流量范圍內以良好的精度進行流量測定。
另外,根據(jù)本發(fā)明,根據(jù)在規(guī)定期間內得到的計數(shù)值,適當設定隨后的規(guī)定期間內的基礎電壓,并適當設定對應于比較器的輸出的加法電壓施加期間這2種控制,通過對這2種控制進行組合,能夠不使電路構成復雜化而提高加熱器控制的響應性,提高流量測定的精度,減小熱滯后現(xiàn)象。
并且,根據(jù)本發(fā)明,通過進行數(shù)據(jù)插補運算而得到環(huán)境溫度下的瞬時流量值,能夠減小瞬時流量換算圖表的數(shù)據(jù)容量,能夠防止由環(huán)境溫度引起的測定值的變化,進行極高的精度的流量測定。
另外,根據(jù)本發(fā)明的流量計,能夠不太增加儲存檢量線的存儲器的容量,而在很寬的流量范圍內以良好的精度進行流量測定。
另外,根據(jù)本發(fā)明,通過在較流量檢測單元以及流體溫度檢測單元處于上游的流體流通通道上形成流體滯留區(qū)域,即使流入的流體的溫度急劇變化,也能夠準確地進行流體溫度補償,提高流量檢測的精度。
權利要求
1.一種流量計,具有包含發(fā)熱體和流量檢測用感溫體的流量檢測部與流量檢測用傳熱部件接合的旁熱式流量傳感器單元,根據(jù)使用包含所述流量檢測用感溫體作為結構電阻體的電橋電路的檢測電路的輸出,利用檢量線得到流體流量值;其特征在于,所述電橋電路,具有使其電路特性值多級變化的電路特性值變化驅動手段;所述檢量線與所述電路特性值的等級相對應地設置多個,與通過所述電路特性值變化驅動手段選擇的電路特性值等級相對應地選擇所述多個檢量線中的任意一個;所述多個檢量線中的每個都設定有應測定的流量范圍,由這些多個流體流量范圍覆蓋全部測定流量范圍,對應于所得到的流體流量值來控制所述電路特性值變化驅動手段,使用與該流量值所屬的流量范圍對應的所述檢量線。
2.根據(jù)權利要求1所述的流量計,其特征在于,在所述流量范圍中相鄰接的部分之間,有一部分重疊,從與這一部分重疊的2個流量范圍相對應的2個檢量線中的一個向另一個的選擇轉換,在所述的一個流量范圍的端部進行。
3.根據(jù)權利要求1所述的流量計,其特征在于,所述流量傳感器單元,進而具有包含流體溫度檢測用感溫體的流體溫度檢測部和與該流體溫度檢測部接合的流體溫度檢測用傳熱部件,所述電橋電路包含所述流體溫度檢測用感溫體作為結構電阻體。
4.根據(jù)權利要求1所述的流量計,其特征在于,所述電路特性值變化驅動手段,為對設置在所述電橋電路上的、串聯(lián)連接的多個電阻體的相鄰電阻之間的連接端子中的任意一個,與該電橋電路的輸出端子進行選擇性連接的多路轉換器。
5.根據(jù)權利要求1所述的流量計,其特征在于,所述電路特性值變化驅動手段,為對設置在所述電橋電路上的、串聯(lián)連接的多個電阻體中的至少一個,與分別并聯(lián)連接的旁路的開關進行開閉的結構。
6.根據(jù)權利要求5所述的流量計,其特征在于,所述開關,利用的是場效應晶體管。
7.一種熱式流量計,具有包含發(fā)熱體和被設置為可受該發(fā)熱體發(fā)熱的影響、且能夠與流體之間進行傳熱的流量檢測用感溫體的流量檢測電路;通過所述發(fā)熱體的施加電壓來控制該發(fā)熱體的發(fā)熱,根據(jù)所述流量檢測電路的輸出來控制對所述發(fā)熱體的施加電壓,根據(jù)該施加電壓來測定所述流體的流量;其特征在于,對所述發(fā)熱體的施加電壓,由按每個規(guī)定期間設定、在該規(guī)定期間內值保持不變的基礎電壓和為一定值的施加時間可變的加法電壓的總合構成,具有將所述流量檢測電路的輸出與基準值相比較的比較器,從該比較器輸出由表示所述感溫體的加熱不足的第1電平和表示除此之外的第2電平構成的雙值信號,按照規(guī)定周期對所述比較器輸出的雙值信號取樣,對在每個所述規(guī)定期間得到的所述第1電平的次數(shù)進行計數(shù),從而獲得在該規(guī)定期間內的計數(shù)值,在該計數(shù)值為預先決定的規(guī)定范圍內的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內不進行所述基礎電壓的值的變更,而在所述計數(shù)值比所述規(guī)定范圍的上限大的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內僅使所述基礎電壓上升預先決定的階梯值,在所述計數(shù)值比所述規(guī)定范圍的下限小的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內僅使所述基礎電壓降低所述階梯值,僅在所述比較器的輸出雙值信號為所述第1電平期間,施加所述加法電壓。
8.根據(jù)權利要求7所述的熱式流量計,其特征在于,所述加法電壓為所述基礎電壓的階梯值的2~4倍。
9.根據(jù)權利要求7所述的熱式流量計,其特征在于,所述計數(shù)值的規(guī)定范圍,以比所述規(guī)定期間內的取樣次數(shù)的1/2小且比0大的值作為下限值,以比所述規(guī)定期間內的取樣次數(shù)的1/2大且比所述取樣次數(shù)小的值作為上限值。
10.一種熱式流量計,具有包含發(fā)熱體和被設置為可受該發(fā)熱體發(fā)熱的影響、且能夠與流體之間進行傳熱的流量檢測用感溫體的流量檢測電路;通過所述發(fā)熱體的施加電壓來控制該發(fā)熱體的發(fā)熱,根據(jù)所述流量檢測電路的輸出來控制對所述發(fā)熱體的施加電壓,根據(jù)該施加電壓來測定所述流體的流量;其特征在于,對所述發(fā)熱體的施加電壓,由按每個規(guī)定期間設定、在該規(guī)定期間內值保持不變的基礎電壓和為一定值的施加時間可變的加法電壓的總合構成,具有將所述流量檢測電路的輸出與基準值相比較的比較器,從該比較器輸出由表示所述感溫體的加熱不足的第1電平和表示除此之外的第2電平構成的雙值信號,按照規(guī)定周期對所述比較器輸出的雙值信號取樣,對在每個所述規(guī)定期間得到的所述第1電平的次數(shù)進行計數(shù),從而獲得在該規(guī)定期間內的計數(shù)值,在該計數(shù)值為預先決定的規(guī)定范圍內的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內不進行所述基礎電壓的值的變更,而在所述計數(shù)值比所述規(guī)定范圍的上限大的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內僅使所述基礎電壓上升預先決定的階梯值,在所述計數(shù)值比所述規(guī)定范圍的下限小的情況下,在持續(xù)的規(guī)定期間內僅使所述基礎電壓降低所述階梯值,僅在所述比較器的輸出雙值信號為所述第1電平期間,施加所述加法電壓,采用由以離散的溫度值表示的發(fā)熱體的施加電壓和瞬時流量的關系的多個單獨檢量線構成的瞬時流量換算圖表,進行數(shù)據(jù)插補運算,從而獲得環(huán)境溫度下的瞬時流量值。
11.根據(jù)權利要求10所述的熱式流量計,其特征在于,各個所述單獨檢量線,按照向所述發(fā)熱體施加電壓所得到的值中的離散的值作成,在獲取所述瞬時流量值時進行數(shù)據(jù)插補運算,得到與對發(fā)熱體的施加電壓值相對應的瞬時流量值。
12.根據(jù)權利要求11所述的熱式流量計,其特征在于,所述離散的值,為對所述發(fā)熱體的施加電壓所得到的數(shù)字值的2進制數(shù)值前位相同的值中的最小值,在進行所述數(shù)據(jù)插補運算時,對于對所述發(fā)熱體的施加電壓值與所述2進制數(shù)值前位相同的第1離散值,和所述2進制數(shù)值前位比對所述發(fā)熱體的施加電壓值僅大1的第2離散值,利用所述單獨檢量線得到與這些值對應的瞬時流量值。
13.根據(jù)權利要求10所述的熱式流量計,其特征在于,所述加法電壓為所述基礎電壓的階梯值的2~4倍。
14.根據(jù)權利要求10所述的熱式流量計,其特征在于,所述計數(shù)值的規(guī)定范圍,以比所述規(guī)定期間內的取樣次數(shù)的1/2小且比0大的值作為下限值,以比所述規(guī)定期間內的取樣次數(shù)的1/2大且比所述取樣次數(shù)小的值作為上限值。
15.一種流量計,具有包含發(fā)熱體和流量檢測用感溫體的流量檢測部與流量檢測用傳熱部件接合的旁熱式流量傳感器單元,根據(jù)包含所述流量檢測用感溫體的檢測電路的輸出,利用檢量線得到流體流量值;其特征在于,所述檢量線,由與所述檢測電路的輸出值的3個區(qū)域相對應的3個部分構成,這3個部分別以所述檢測電路的輸出為變量,用相互之間僅系數(shù)不同的4次函數(shù)表示,利用與所述檢測電路的輸出值所屬的所述區(qū)域相對應的所述檢量線部分得到流體流量值。
16.根據(jù)權利要求15所述的流量計,其特征在于,所述檢量線以流體流量為f,以所述檢測電路的輸出為v,以a1、b1、c1、d1、e1、a2、b2、c2、d2、e2、a3、b3、c3、d3、e3為系數(shù),用f=a1v4+b1v3+c1v2+d1v+e1(0≤v<v1)f=a2v4+b2v3+c2v2+d2v+e2(v1≤v<v2)f=a3v4+b3v3+c3v2+d3v+e3(v2≤v)表示。
17.根據(jù)權利要求15所述的流量計,其特征在于,所述檢測電路,是采用由電橋電路構成的電路。
18.根據(jù)權利要求15所述的流量計,其特征在于,所述流量傳感器單元,進而具有包含流體溫度檢測用感溫體的流體溫度檢測部和與該流體溫度檢測部接合的流體溫度檢測用傳熱部件;所述檢測電路也包含所述流體溫度檢測用感溫體。
19.一種具有流體溫度補償功能的熱式流量計,包括形成有從流體流入口延伸到流體流出口的流體流通通道的殼體部件,和安裝在該殼體部件上的、通過與所述流體流通通道內的流體的熱量的授受、與所述流體在所述流體流通通道內的流通相對應地變化電氣特性值的流量檢測單元,以及安裝在所述殼體部件上的、通過與所述流體流通通道內的流體的熱量的授受、與所述流體的溫度相對應地變化電氣特性值的流體溫度檢測單元;所述流體流量的檢測也根據(jù)所述流體溫度檢測單元的電氣特性值來進行;其特征在于,在比進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置以及進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處于所述流體流通的上游處,在所述流體流通通道上,形成具有進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置或者進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處的流通截面積的5倍以上的流通截面積的流體滯留區(qū)域。
20.根據(jù)權利要求19所述的熱式流量計,其特征在于,所述流體滯留區(qū)域的流通截面積,為進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置或者進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處的流通截面積的10倍以上。
21.根據(jù)權利要求19所述的熱式流量計,其特征在于,所述流體滯留區(qū)域的容積,為進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置或者進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處的流體流通方向的單位長度的容積的50倍以上。
22.根據(jù)權利要求19所述的熱式流量計,其特征在于,所述流體流通通道,由與所述流體流入口相連的流通通道第1部分和與所述流體流出口相連、進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受并進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的流通通道第2部分構成,所述流體滯留區(qū)域,位于所述流通通道第1部分和所述流通通道第2部分之間,所述流通通道第1部分的流通截面積比所述流體滯留區(qū)域的流通截面積小。
23.根據(jù)權利要求22所述的熱式流量計,其特征在于,所述流通通道第2部分,在進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置以及進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處,具有與所述流體滯留區(qū)域平行延伸的部分。
24.根據(jù)權利要求22所述的熱式流量計,其特征在于,在所述流體滯留區(qū)域和所述流通通道第2部分的連通部夾入過濾器。
25.根據(jù)權利要求19所述的熱式流量計,其特征在于,所述殼體部件為金屬制品。
26.根據(jù)權利要求19所述的熱式流量計,其特征在于,所述流量檢測單元,為能夠使發(fā)熱體、流量檢測用感溫體和向所述流體流通通道內延伸的流量檢測用傳熱部件相互傳熱地配置而形成的單元,所述流體溫度檢測單元,為能夠使流體溫度檢測用感溫體和向所述流體流通通道內延伸的流體溫度檢測用傳熱部件相互傳熱地配置而形成的單元。
27.一種具有流體溫度補償功能的熱式流量計,包括形成有從流體流入口延伸到流體流出口的流體流通通道的殼體部件,和安裝在該殼體部件上、通過與所述流體流通通道內的流體的熱量的授受、與所述流體在所述流體流通通道內的流通相對應地變化電氣特性值的流量檢測單元,以及安裝在所述殼體部件上、通過與所述流體流通通道內的流體的熱量的授受、與所述流體的溫度相對應地變化電氣特性值的流體溫度檢測單元;通過包含所述流量檢測單元和所述流體溫度檢測單元的檢測電路進行補償了流體溫度的流量檢測;其特征在于,在比進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置以及進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處于所述流體流通的上游處,在所述流體流通通道上,形成有流體流通速度為進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置或者進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處的流體流通速度的1/5以下的流體滯留區(qū)域。
28.根據(jù)權利要求27所述的熱式流量計,其特征在于,所述流體滯留區(qū)域,以流體流通的速度為進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置或者進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處的流體流通速度的1/10以下的形態(tài)形成。
29.根據(jù)權利要求27所述的熱式流量計,其特征在于,所述流體滯留區(qū)域的容積,為進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置或者進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處的流體流通方向的單位長度的容積的50倍以上。
30.根據(jù)權利要求27所述的熱式流量計,其特征在于,所述流體流通通道,由與所述流體流入口相連的流通通道第1部分和與所述流體流出口相連的、進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受并進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的流通通道第2部分構成,所述流體滯留區(qū)域,位于所述流通通道第1部分和所述流通通道第2部分之間,所述流通通道第1部分的流通截面積比所述流體滯留區(qū)域的流通截面積小。
31.根據(jù)權利要求30所述的熱式流量計,其特征在于,所述流通通道第2部分,在進行所述流量檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置以及進行所述流體溫度檢測單元和所述流體的熱量的授受的位置處,具有與所述流體滯留區(qū)域平行延伸的部分。
32.根據(jù)權利要求30所述的熱式流量計,其特征在于,在所述流體滯留區(qū)域和所述流通通道第2部分的連通部夾入過濾器。
33.根據(jù)權利要求27所述的熱式流量計,其特征在于,所述殼體部件為金屬制品。
34.根據(jù)權利要求27所述的熱式流量計,其特征在于,所述流量檢測單元,為能夠使發(fā)熱體、流量檢測用感溫體和向所述流體流通通道內延伸的流量檢測用傳熱部件相互傳熱地配置而形成的單元,所述流體溫度檢測單元,為能夠使流體溫度檢測用感溫體和向所述流體流通通道內延伸的流體溫度檢測用傳熱部件相互傳熱地配置而形成的單元。
全文摘要
根據(jù)使用包含旁熱式流量傳感器單元的發(fā)熱體(33)的流量檢測部以及包含作為結構電阻體的流體溫度檢測部的各感溫體的電橋電路(73)的檢測電路的輸出,利用檢量線得到流體流量值的流量計。電橋電路,通過串聯(lián)連接的電阻體之間的連接端子中的任意一個與輸出端子進行選擇性連接的多路轉換器(731),使電路特性值多級變化。檢量線與電路特性值的等級相對應地被設置為多個,與通過多路轉換器選擇的電路特性值等級相對應選擇多個檢量線中的任意一個。多個檢量線中的每個都設定有測定的流量范圍,根據(jù)得到的流體流量值控制多路轉換器并使用與該流量值所屬的流量范圍對應的檢量線。利用該流量計,能夠在很寬的流量范圍內進行良好精度的流量測定。
文檔編號G01F1/699GK1387622SQ00815184
公開日2002年12月25日 申請日期2000年10月30日 優(yōu)先權日1999年10月29日
發(fā)明者山岸喜代志, 小池淳, 高畑孝行, 宮嶋浩光, 古木慎也 申請人:三井金屬礦業(yè)株式會社
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