JP3765534B2 - Thermal flow meter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の計測精度の低下を招来することなしにその消費電力を抑えることのできる熱式流量計に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
熱式流量計を構成するマイクロフローセンサは、例えば図4に示すようにシリコン基台B上に設けた発熱抵抗体からなるヒータ素子Rhを間にして、流体の通流方向Fに測温抵抗体からなる一対の温度センサRu,Rdを設けた素子構造を有する。そして熱式流量計は、上記ヒータ素子Rhから発せられる熱の拡散度合い(温度分布)が前記流体の通流によって変化することを利用し、前記温度センサRu,Rdの熱による抵抗値変化から前記流体の流量Qを検出する如く構成される。
【0003】
具体的にはヒータ素子Rhから発せられた熱が流体の流量Qに応じて下流側の温度センサRdに加わることで、該温度センサRdの熱による抵抗値の変化が上流側の温度センサRuよりも大きいこと利用して上記流量Qを計測するものとなっている。尚、図中Rrは、前記ヒータ素子Rhから離れた位置に設けられた測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度の計測に用いられる。
【0004】
図5は上述したマイクロフローセンサを用いた熱式流量計の概略構成を示している。即ち、ヒータ素子Rhの駆動回路は、該ヒータ素子Rhと周囲温度計測用の温度センサRr、および一対の固定抵抗R1,R2を用いてブリッジ回路1を形成し、所定の電源から供給される電圧VccをトランジスタQを介して前記ブリッジ回路1に印加すると共に、該ブリッジ回路1のブリッジ出力電圧を差動増幅器2にて求め、そのブリッジ出力電圧がゼロ(0)となるように前記トランジスタQを帰還制御して前記ブリッジ回路1に加えるヒータ駆動電圧を調整するように構成される。このように構成されたヒータ駆動回路により、前記ヒータ素子Rhの発熱温度が、その周囲温度よりも常に一定温度差ΔTだけ高くなるように制御される。
【0005】
一方、前記一対の温度センサRu,Rdの熱による抵抗値変化から前記マイクロフローセンサに沿って通流する流体の流量Qを検出する流量検出回路は、上記一対の温度センサRu,Rdと一対の固定抵抗Rx,Ryを用いて流量計測用のブリッジ回路3を形成し、温度センサRu,Rdの抵抗値の変化に応じたブリッジ出力電圧(温度差に相当する出力)を差動増幅器4を介して検出するように構成される。そして前記ヒータ駆動回路によりヒータ素子Rhの発熱量を一定化した条件下において、差動増幅器4を介して検出されるブリッジ出力電圧から前記マイクロフローセンサに沿って通流する流体の流量Qを求めるものとなっている。
【0006】
この流量Qの算出は、例えば上記ブリッジ出力電圧(センサ出力)を演算処理装置(CPU)に取り込むことによって行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの種の熱式流量計を家庭用ガスメータとして用いた場合、その省電力化を図ることが重要な課題となる。特にその駆動源として電池を用いるような場合、長時間に亘る安定した流量計測を保証する上で、その消費電力が大きな問題となる。しかしながら従来の熱式流量計(ガスメータ)においては、専ら、前記ヒータ素子Rhをその周囲温度よりも常に一定温度ΔTだけ高い温度で発熱駆動しているだけなので、ヒータ素子Rhでの消費電力が大きくなることが否めない。
【0008】
そこでヒータ素子Rhに供給する電流を小さくしてその駆動電力(消費電力)を低減することが考えられる。しかしながらヒータ素子Rhに供給する電流を小さくした場合、これに伴って該ヒータ素子Rhの発熱温度が低くなるので、前記温度センサRu,Rd間に流体の流量に応じた温度分布を形成することができなくなり、その流量計測精度が劣化すると言う問題が生じる。
【0009】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、流量計測の精度に悪影響を与えることなしに、ヒータ素子Rhでの消費電力を大幅に低減してその省電力化を図ることのできる熱式流量計を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る熱式流量計は、ヒータ素子と、このヒータ素子を間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた第1および第2の温度センサとを備えたものであって、
前記ヒータ素子を発熱駆動するヒータ駆動回路と、前記ヒータ素子の発熱時に前記第1および第2の温度センサによりそれぞれ検出される温度の差から前記流体の流量を求める流量算出手段とを備え、
更にこの流量算出手段の出力から流量変動の有無を判断する流量変動判断手段と、前記ヒータ駆動回路により発熱駆動される前記ヒータ素子の発熱温度を、通常動作時にはその周囲温度よりも一定温度だけ高い第1の温度に設定すると共に、前記流量変動判断手段により流量変動がないと判断されたとき、上記第1の温度よりも低く設定された第2の温度に切り替えて省電力モードを設定する発熱温度切替手段を備えたことを特徴としている。
【0011】
本発明の好ましい態様は、前記発熱温度切替手段は、前記ヒータ素子に直列に介挿される抵抗を切り替えて該ヒータ素子の発熱温度を可変設定するように構成される。即ち、本発明は流体の流量変動がないとき、前記ヒータ素子に直列に介挿される抵抗を切り替えることで該ヒータ素子に流す電流を少なくしてその消費電力の低減を図ることを特徴としている。
【0012】
ちなみに流量変動判断手段は、通常動作時に前記流量算出手段にて求められる流量が一定時間に亘って所定の変動幅の範囲内に維持されるとき、流量の変動がないと判断する流量変動判断手段を備えたものとして実現される。また前記発熱温度切替手段は、前記省電力モードを設定したとき、所定の時間毎に一時的に該省電力モードを解除して通常動作モードに復帰させる一時復帰手段を備えることを特徴としている。
【0013】
また本発明の好ましい態様は、前記一時復帰手段により省電力モードが一時的に解除されたとき、前記流量算出手段は、前記流体の流量を求め直すことを特徴とし、また前記発熱温度切替手段は、省電力モードの一時的な解除に伴って前記流量算出手段にて求め直された流体の流量と、上記省電力モードの設定直前に計測された流量とからその変動の有無を検出し、流量変動が検出されたときに前記省電力モードを解除する省電力モード解除手段を備えることを特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る熱式流量計について、家庭用ガスメータとして用いる場合を例に説明する。
図1はこの実施形態に係る熱式流量計の要部概略構成を示している。この熱式流量計は、図4に示した素子構造のマイクロフローセンサを用い、基本的にはヒータ駆動回路および流量検出回路を図5に示すように構成して実現される。
【0015】
即ち、ヒータ素子Rhの駆動回路は、該ヒータ素子Rhと周囲温度計測用の温度センサRr、および4つの固定抵抗R1,R2,R3,R4を選択的に用いてブリッジ回路1を形成し、所定の電源電圧VccをトランジスタQを介して前記ブリッジ回路1に印加すると共に、該ブリッジ回路1のブリッジ出力電圧を差動増幅器2にて求め、そのブリッジ出力電圧が零となるように前記トランジスタQを帰還制御するように構成される。
【0016】
特に固定抵抗R1,R3は直列に接続されて前記ブリッジ回路1の1つの辺をなして設けられ、前記ヒータ素子Rhに対して直列に介挿されている。そして固定抵抗R3の両端間には固定抵抗R4を直列に介して第1のスイッチ素子としてのトランジスタSW1が並列に接続されている。そしてこのトランジスタSW1の導通により前記固定抵抗R4が前記固定抵抗R3に対して並列に接続されるようになっている。また上記固定抵抗R3の両端間には、第2のスイッチ素子としてのトランジスタSW2が並列に接続されており、このトランジスタSW2の導通により前記固定抵抗R3が選択的に短絡されるものとなっている。
【0017】
換言すれば前記固定抵抗R4は、第1のトランジスタSW1の導通(オン)/遮断(オフ)により前記固定抵抗R3に対して選択的に並列接続されるように設けられており、また固定抵抗R3,R4は、第2のトランジスタSW2の導通(オン)/遮断(オフ)により前記ブリッジ回路1に対して選択的に介挿されるように設けられている。尚、これらのトランジスタSW1,SW2は、後述する発熱温度切替手段によって選択的に導通(オン)駆動されるものである。
【0018】
ちなみにブリッジ回路1は、前記トランジスタSW1,SW2が共に遮断(オフ)状態にあるとき、ヒータ素子Rhに対して前記固定抵抗R1,R3が直列に介挿されることから、その駆動回路は
Rh/(R1+R3)=Rr/R2
なるブリッジ平衡条件を満たすように動作する。そしてこの状態にて前記ヒータ素子Rhが、その周囲温度より一定温度だけ高い第1の温度T1にて発熱駆動されるようになっている[通常動作モード]。
【0019】
これに対して第2のトランジスタSW2が遮断(オフ)状態にあって、第1のトランジスタSW1だけが導通(オン)すると、これによって前記固定抵抗R4が前記固定抵抗R3に並列に接続される。従ってヒータ素子Rhには並列接続された固定抵抗R3,R4と固定抵抗R1とが直列に介挿される。従ってヒータ駆動回路は、
Rh/{R1+R3・R4/(R3+R4)}=Rr/R2
なるブリッジ平衡条件を満たすように動作する。この場合、固定抵抗R3に対する固定抵抗R4の並列接続によってヒータ素子Rhに直列に介挿される抵抗値が低くなることから、前記ブリッジ駆動回路の上記ブリッジ平衡条件を満たす動作によってヒータ素子Rhへの通電電流が抑えられる。この結果、その発熱温度は前述した通常動作モード時よりも低い発熱温度T2に抑えられる[第1の省電力モード]。
【0020】
一方、前記第2のトランジスタSW2が導通すると、第1のトランジスタSW1の導通/遮断状態に拘わることなく固定抵抗R3が短絡され、前記ヒータ素子Rhには固定抵抗R1だけが直列に介挿される。従ってヒータ駆動回路は、
Rh/R1=Rr/R2
なるブリッジ平衡条件を満たすように動作する。この場合、上述した第1の省電力モードよりも前記ヒータ素子Rhに直列に介挿される抵抗値が低くなることから、前記ブリッジ駆動回路の上記ブリッジ平衡条件を満たす動作によってヒータ素子Rhへの通電電流が更に抑えられる。この結果、ヒータ素子Rhの発熱温度が、前述した第1の省電力モード時よりも更に低い温度T3に抑えられる[第2の省電力モード]。
【0021】
尚、第1のトランジスタSW1は、後述するように前記ヒータ素子Rhを温度T1に発熱させて流量計測を行っている際、流体の流量に変動がないときに導通(オン)駆動されて前記ヒータ素子Rhの発熱温度を[T2]に低下させて省電力化を図るものである。また第2のトランジスタSWは、流量がゼロのときに導通(オン)駆動されて前記前記ヒータ素子Rhの発熱温度を更に[T3]まで低下させて、更にその省電力化を図るものである。
【0022】
ところで前記一対の温度センサRu,Rdによりそれぞれ検出される温度の差から、これらの温度センサRu,Rdを介して流れる流体の流量を検出する流量検出回路は、一対の温度センサRu,Rdと一対の固定抵抗Rx,Ryを用いて流量計測用のブリッジ回路3を形成し、温度センサRu,Rdの抵抗値の変化に応じたブリッジ出力電圧を、前記温度センサRu,Rdによりそれぞれ検出される温度の差に相当するセンサ出力Voutとして検出するように構成される。
【0023】
このようなセンサ出力Voutを入力するCPU(演算処理回路)5は、概略的には上記センサ出力Voutに相当する流量Qを求める流量算出手段6と、この流量算出手段6にて求められた流量に応じて前述した第1および第2のトランジスタSW1,SW2を選択的に導通(オン)駆動して前記ヒータ素子Rhの発熱温度を切り替える発熱温度切替手段7とを備える。
【0024】
尚、前記CPU5は、例えばEEPROMからなるメモリ8と、表示器9とを備えている。メモリ8は、前記流量算出手段6における流量Qの算出に用いる為の前記流体(ガス)の流量Qとセンサ出力Voutとの関係を示す流量変換テーブル(図示せず)を記憶したり、検出した流量Qの積算値(ガス使用量)を記憶する等の役割を担う。また前記表示器9は、前記流量算出手段6にて求められる流量Qや上記ガス使用量等を表示する役割を担う。
【0025】
ここでこの熱式流量計が特徴とするところは、前記流量算出手段6が流量の変動の有無を判定する流量変動判定手段6aを備えている点にある。この流量変動判定手段6aは、該流量算出手段6にて逐次求められる流量Qを監視し、その流量Qが一定時間に亘って所定の変動幅の範囲内に維持されるとき、流量Qの変動がないと判断する機能を備えたものである。
【0026】
一方、前記発熱温度切替手段7は、基本的には前記流量算出手段6が備える流量変動判定手段6aにより流量変動がないと判断されたとき、前記第1のトランジスタSW1を導通(オン)駆動して前記ヒータ素子Rhの発熱温度を[T1]から[T2]に切り替えて第1の省電力モードを設定する機能を備える。また発熱温度切替手段7は前記流量算出手段6により検出される流量Qがゼロであるとき、前記第2のトランジスタSW2を導通(オン)駆動して前記ヒータ素子Rhの発熱温度を[T1]または[T2]から[T3]に切り替えて第2の省電力モードを設定する機能を備える。同時に発熱温度切替手段7は、第1または第2の省電力モードが設定されている状態において前記流量変動判定手段6aによって流量の変動が検出されたとき、上記省電力モードを解除する省電力モード解除手段7aを備える。この省電力モード解除手段7aは、前述したトランジスタSW1,SW2の導通(オン)駆動を停止させ、換言すればトランジスタSW1,SW2を共に遮断(オフ)動作させてヒータ素子Rhの駆動形態を通常動作モードに復帰させる役割を担う。
【0027】
即ち、発熱温度切替手段7は、通常動作モードにおいてはヒータ素子Rhを所定の第1の発熱温度T1で駆動する。そしてこのときに検出される流量に変動がないとき、第1の省電力モードを設定して前記ヒータ素子Rhを前記第1の発熱温度T1よりも低い温度T2で駆動してその省電力化を図り、更には流量がゼロのときには第2の省電力モードを設定して前記ヒータ素子Rhを更に低い温度T3で駆動して、更にその省電力化を図るものとなっている。そして省電力モードが設定されているときに流量の変動があるとき、或いは流量がゼロでなくなった場合には、解除手段7aにより速やかに上記省電力モードを解除して通常動作モードに復帰させるものとなっている。
【0028】
このような基本的な機能に加えて前記発熱温度切替手段7は、一時復帰手段7bを備えている。この一時復帰手段7bは、前述した第1の省電力モードが設定されているとき、図2にその概念を示すように所定の時間間隔毎に一時的に通常動作モードに復帰させ、前記ヒータ素子Rhの発熱温度を第1の温度T1に戻して前記流量算出手段6による流量計測を高精度に実行させる役割を担う。即ち、省電力モード時にはヒータ素子Rhの発熱温度が低いことから、高精度な流量計測を行うことが困難である。そこで一時復帰手段7bにおいては省電力モードを設定した場合であっても所定の時間毎に一時的に通常動作モードに設定することで、流量変動がないことを前提として設定される省電力モード時であっても定期的にその流量を高精度に計測するものとなっている。
【0029】
尚、このようにして流量変動がないことを判定して省電力モードを設定した場合、前記流量算出手段5aにおいては省電力モードの設定直前に求められている流量Qを該省電力モード時に計測される流量Qと看做して、その流量Qを積算するように構成することが望ましい。このようにして計測流量値を積算すれば、省電力モードの設定によってヒータ素子Rhを低い温度T2で駆動している状態において検出される信頼性の低い計測流量値を用いることがないので、その計測信頼性を十分に高く維持することが可能となる。
【0030】
また上述した如く所定の時間毎にヒータ素子Rhの駆動条件を通常動作モードに戻し、この状態で再度流量を計測し直すことにより、流量変動がないと看做し得る僅かな範囲で流量が変動した場合にであっても、その流量を正確に計測することが可能となる。従ってヒータ素子Rhの発熱温度を低い温度に設定してその省電力化を図っても、省電力モード時における計測精度を十分に高くすることができ、全体としてその計測精度を損なうことがない。
【0031】
図3は上述した処理機能を備えた熱式流量計における全体的な処理手順の一例を示している。この処理手順を簡単に説明すると、先ずヒータ素子Rhを正規の流量計測時よりも低い温度T2,T3で発熱駆動する省電力電力モードで動作中であるか否かを判定する[ステップS1]。そして省電力モードで動作していない場合には、つまりヒータ素子Rhを所定の温度T1で発熱駆動する通常動作モードで動作しているときには、そのときの前記検出回路によるセンサ出力Voutに従ってその流量Qを計測する[ステップS2]。そして計測した流量Qが所定の時間に亘ってゼロであるか否かを判定する[ステップS3]。そして流量Qがゼロである場合には、前述した第2の省電力モードを設定した後[ステップS5]、前述したステップS1からの処理に戻る。
【0032】
これに対して流量Qがゼロでない場合には、次にその流量Qが安定しているか否かを判定し[ステップS6]、流量Qが安定していない場合、つまり流量が変動している場合には、その動作モードを変更することなくステップS1からの処理に戻る。尚、流量Qが安定しているか否かは、前回計測された流量と今回計測した流量との差(変動量)が所定の判定閾値を越えるか否かを判定することによって行われる。
【0033】
そして流量Qが安定している場合には、その流量Qの変動が所定の時間に亘って所定の範囲内に収まっているか否かを調べることで流量変動があるか否かを判定し[ステップS4]、流量変動がゼロでない場合には、そのまま前述したステップS1からの処理に復帰する。これに対して流量変動がゼロである場合には、前述した第1の省電力モードを設定し[ステップS7]、この省電力モードの設定直前に検出されている流量を、省電力モード時の検出流量とする[ステップS8]。
【0034】
一方、省電力モードで動作中の場合には[ステップS1]、先ず流量Qの確認を行うか否かを判断する[ステップS9]。ちなみに省電力モード時の流量確認は、例えば流量計測を所定の周期でサンプリングして実行する場合には、2〜10サンプリングに1回の割合で実行すれば十分である。そして流量確認を実行しない場合には、前回検出されている流量Qを今回の検出流量として検出する[ステップS10]。しかし流量確認を行う場合には、現在設定されている省電力モードを一時的に解除し[ステップS11]、前述したように通常動作モードに戻して流量計測を実行する[ステップS12]。
【0035】
しかる後、その流量が安定しているか否かを調べ[ステップS13]、この時点においても流量が安定している場合には、再び省電力モードを継続して設定する[ステップS14]。しかし流量に変動がある場合には、前述した省電力モードを解除し、改めて通常動作モードを設定して流量の計測を行う[ステップS15,S16]。
【0036】
かくして上述した如く流量が変動するか否かを判定し、流量の変動がないときには省電力モードを設定してヒータ素子Rhの発熱温度を低く設定し、これによってその消費電力を抑えるようにした熱式流量計によれば、ヒータ素子Rhにて無駄に消費される電力を大幅に抑えることが可能となり、その全体的な省電力化を図り得る。しかも省電力モードを設定した場合であっても、ヒータ素子Rhを低い温度で発熱駆動しているので、流体の通流が始まったとき、つまりガスの使用が開始されたときや、流量の変動があったときには、該ヒータ素子Rhの発熱温度を速やかに正規の発熱温度に戻すことができるので、計測遅れを生じることがなく、また計測誤差が増大するような不具合を招来することがない。
【0037】
また流量の変動がないことを条件として省電力モードを設定した場合には、その直前の通常動作モード時に計測された流量を、当該省電力モード時に計測される流量としているので、省電力モードの設定に伴う計測誤差が生じる虞がない。しかも省電力モードを設定した際、所定の時間毎に一時的に通常動作モードに復帰させて流体の流量を高精度に計測し、省電力モード時に積算する計測流量を最新のデータに変更するので、この点でもその計測精度を十分に高く維持することができる。この結果、省電力モードを設定してヒータ素子Rhでの消費電力を抑えた場合であっても、流量計測を高精度に行うことができる。特に家庭用のガスメータにおいては、ガスの流量が一定時間に亘って殆ど変動しないことが多いので、上述した省電力モードの設定による省電力効果が大きい。更には深夜等においては一般的にガスが長時間に亘って使用されることがないので、この点でも大きな省電力効果を期待することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【0038】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば省電力モードを設定する際の判定条件である、前述した流体の流量変動の許容幅や、その計測時間については、その仕様に応じて定めればよいものである。またヒータ素子Rhの発熱駆動については、例えば1秒間隔等として設定される所定の時間毎に周期的に実行し、このヒータ素子Rhの発熱駆動タイミングに同期して流量計測をサンプリング的に実行することも可能である。このようにすれば、ヒータ素子Rhを連続して発熱駆動しない分だけ、更にその消費電力を抑えることが可能となる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、流量の変動がないとき、ヒータ素子の発熱温度を低くするので、該ヒータ素子の発熱駆動に要する電力を少なくすることができ、大幅にその省電力化を図り得る。しかも省電力モードを設定してヒータ素子を低い温度で発熱駆動している場合には、その直前の通常動作モード時に計測された流量を、該省電力モード時での計測値として求めるので、その計測精度を損なうことがない。また省電力モードが長く続くような場合には、所定の時間毎に一時的に通常動作モードを設定して流量を計測し直すので、この点でもその計測精度を十分に高く維持することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る熱式流量計の要部概略構成図。
【図2】図1に示す熱式流量計における省電力モードの設定時における一時的な通常動作モードの設定と、その流量計測の概念を示す図。
【図3】図1に示す熱式流量計における概略的な処理動作の一例を示す図。
【図4】マイクロフローセンサの概略構成図。
【図5】従来の一般的なヒータ駆動回路と流量検出回路の構成例を示す図。
【符号の説明】
Rh ヒータ素子
Ru 温度センサ(上流側)
Rd 温度センサ(下流側)
Rr 温度センサ(周囲温度計測用)
1 ブリッジ回路(ヒータ駆動用)
2 差動増幅器(ヒータ駆動回路)
3 ブリッジ回路(流量計測用)
4 差動増幅器
5 CPU
6 流量算出手段
6a 流量変動判定手段
7 発熱温度切替手段
7a 省電力モード解除手段
7b 一時復帰手段
8 メモリ
9 表示器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal flow meter capable of suppressing power consumption without causing a decrease in fluid measurement accuracy.
[0002]
[Related background]
For example, as shown in FIG. 4, a micro flow sensor constituting a thermal flow meter is a resistance temperature measuring resistor in a fluid flow direction F with a heater element Rh made of a heating resistor provided on a silicon base B interposed therebetween. It has an element structure provided with a pair of temperature sensors Ru and Rd made of a body. The thermal flow meter utilizes the fact that the degree of diffusion (temperature distribution) of the heat generated from the heater element Rh changes due to the flow of the fluid, and the resistance value changes due to the heat of the temperature sensors Ru and Rd. It is configured to detect the flow rate Q of the fluid.
[0003]
Specifically, the heat generated from the heater element Rh is applied to the downstream temperature sensor Rd according to the flow rate Q of the fluid, so that the change in the resistance value due to the heat of the temperature sensor Rd is greater than that of the upstream temperature sensor Ru. The flow rate Q is measured by utilizing the fact that it is large. In the figure, Rr is a temperature sensor made of a resistance temperature detector provided at a position away from the heater element Rh, and is used for measuring the ambient temperature.
[0004]
FIG. 5 shows a schematic configuration of a thermal flow meter using the above-described microflow sensor. That is, the drive circuit of the heater element Rh forms a
[0005]
On the other hand, the flow rate detection circuit for detecting the flow rate Q of the fluid flowing along the micro flow sensor from the resistance value change due to the heat of the pair of temperature sensors Ru and Rd includes the pair of temperature sensors Ru and Rd and the pair of temperature sensors Ru and Rd. The
[0006]
The flow rate Q is calculated, for example, by taking the bridge output voltage (sensor output) into an arithmetic processing unit (CPU).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when this type of thermal flow meter is used as a household gas meter, it is important to save power. In particular, when a battery is used as the drive source, the power consumption becomes a big problem in ensuring stable flow rate measurement over a long period of time. However, in the conventional thermal type flow meter (gas meter), the heater element Rh is exclusively driven to generate heat at a temperature always higher than the ambient temperature by a constant temperature ΔT, so that the power consumption of the heater element Rh is large. I can't deny it.
[0008]
Thus, it is conceivable to reduce the drive power (power consumption) by reducing the current supplied to the heater element Rh. However, when the current supplied to the heater element Rh is reduced, the heat generation temperature of the heater element Rh is lowered accordingly. Therefore, a temperature distribution corresponding to the flow rate of the fluid may be formed between the temperature sensors Ru and Rd. It becomes impossible and the problem that the flow measurement accuracy deteriorates arises.
[0009]
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to significantly reduce the power consumption of the heater element Rh without adversely affecting the accuracy of flow rate measurement, thereby reducing the power consumption. An object of the present invention is to provide a thermal flow meter that can be realized.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, a thermal flow meter according to the present invention includes a heater element and first and second temperature sensors respectively provided in the direction of fluid flow with the heater element interposed therebetween. And
A heater driving circuit for driving the heater element to generate heat; and a flow rate calculating means for determining a flow rate of the fluid from a difference between temperatures detected by the first and second temperature sensors when the heater element generates heat.
Furthermore, the flow rate variation judging means for judging the presence or absence of flow rate variation from the output of the flow rate calculating means, and the heat generation temperature of the heater element driven to generate heat by the heater drive circuit is higher than the ambient temperature by a constant temperature during normal operation. Heat generation that sets the first temperature and switches to the second temperature set lower than the first temperature to set the power saving mode when the flow rate change determining unit determines that there is no flow rate change. A temperature switching means is provided.
[0011]
In a preferred aspect of the present invention, the heating temperature switching means is configured to variably set the heating temperature of the heater element by switching a resistance inserted in series with the heater element. That is, the present invention is characterized in that when there is no fluctuation in the flow rate of fluid, the current flowing through the heater element is reduced by switching the resistance inserted in series with the heater element to reduce the power consumption.
[0012]
Incidentally, the flow rate fluctuation determining means determines that there is no flow rate fluctuation when the flow rate obtained by the flow rate calculating means during normal operation is maintained within a predetermined fluctuation range for a certain time. It is realized as having. The heating temperature switching means includes temporary return means for temporarily canceling the power saving mode and returning to the normal operation mode every predetermined time when the power saving mode is set.
[0013]
In a preferred aspect of the present invention, when the power saving mode is temporarily canceled by the temporary return means, the flow rate calculation means recalculates the flow rate of the fluid, and the heating temperature switching means is , Detecting the presence or absence of the fluctuation from the flow rate of the fluid recalculated by the flow rate calculation means with the temporary release of the power saving mode and the flow rate measured immediately before setting the power saving mode, It is characterized by comprising a power saving mode canceling means for canceling the power saving mode when a change is detected .
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a thermal flow meter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a case of using as a household gas meter.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of a thermal type flow meter according to this embodiment. This thermal flow meter is realized by using the microflow sensor having the element structure shown in FIG. 4 and basically configuring the heater drive circuit and the flow rate detection circuit as shown in FIG.
[0015]
In other words, the drive circuit for the heater element Rh forms the
[0016]
In particular, the fixed resistors R1 and R3 are connected in series to form one side of the
[0017]
In other words, the fixed resistor R4 is provided so as to be selectively connected in parallel to the fixed resistor R3 by the conduction (on) / cutoff (off) of the first transistor SW1. , R4 are provided so as to be selectively inserted into the
[0018]
Incidentally, in the
It operates to satisfy the bridge equilibrium condition. In this state, the heater element Rh is driven to generate heat at a first temperature T1 higher than the ambient temperature by a certain temperature [normal operation mode].
[0019]
On the other hand, when the second transistor SW2 is in the cut-off (off) state and only the first transistor SW1 is turned on (on), the fixed resistor R4 is connected in parallel to the fixed resistor R3. Accordingly, fixed resistors R3 and R4 and a fixed resistor R1 connected in parallel are inserted in series with the heater element Rh. Therefore, the heater drive circuit
Rh / {R1 + R3 · R4 / (R3 + R4)} = Rr / R2
It operates to satisfy the bridge equilibrium condition. In this case, since the resistance value inserted in series with the heater element Rh is reduced by the parallel connection of the fixed resistor R4 to the fixed resistor R3, the energization to the heater element Rh is performed by the operation satisfying the bridge equilibrium condition of the bridge drive circuit. Current can be suppressed. As a result, the heat generation temperature is suppressed to a heat generation temperature T2 lower than that in the normal operation mode described above [first power saving mode].
[0020]
On the other hand, when the second transistor SW2 is turned on, the fixed resistor R3 is short-circuited regardless of whether the first transistor SW1 is turned on or off, and only the fixed resistor R1 is inserted in series with the heater element Rh. Therefore, the heater drive circuit
Rh / R1 = Rr / R2
It operates to satisfy the bridge equilibrium condition. In this case, since the resistance value inserted in series with the heater element Rh is lower than that in the first power saving mode described above, the heater element Rh is energized by the operation satisfying the bridge equilibrium condition of the bridge drive circuit. The current is further suppressed. As a result, the heat generation temperature of the heater element Rh can be suppressed to a temperature T3 that is lower than that in the first power saving mode described above [second power saving mode].
[0021]
As will be described later, when the flow rate measurement is performed by causing the heater element Rh to generate heat at the temperature T1, the first transistor SW1 is driven (turned on) when there is no change in the flow rate of the fluid, and the heater SW The heat generation temperature of the element Rh is lowered to [T2] to save power. The second transistor SW is turned on when the flow rate is zero, and further reduces the heat generation temperature of the heater element Rh to [T3], thereby further reducing power consumption.
[0022]
By the way, the flow rate detection circuit for detecting the flow rate of the fluid flowing through the temperature sensors Ru and Rd from the difference between the temperatures detected by the pair of temperature sensors Ru and Rd is a pair of the temperature sensors Ru and Rd. The fixed resistances Rx and Ry are used to form a
[0023]
A CPU (arithmetic processing circuit) 5 that inputs such a sensor output Vout generally includes a flow rate calculation means 6 for obtaining a flow rate Q corresponding to the sensor output Vout, and a flow rate obtained by the flow rate calculation means 6. The first and second transistors SW1 and SW2 are selectively turned on in response to the heat generation temperature switching means 7 for switching the heat generation temperature of the heater element Rh.
[0024]
The
[0025]
Here, this thermal type flow meter is characterized in that the flow rate calculation means 6 is provided with a flow rate fluctuation determination means 6a for determining the presence or absence of fluctuations in the flow rate. The flow rate
[0026]
On the other hand, the exothermic temperature switching means 7 basically conducts (turns on) the first transistor SW1 when the flow rate fluctuation judging means 6a included in the flow rate calculating means 6 determines that there is no flow rate fluctuation. The heater element Rh has a function of setting the first power saving mode by switching the heat generation temperature of the heater element Rh from [T1] to [T2]. Further, when the flow rate Q detected by the flow
[0027]
That is, the heat generation temperature switching means 7 drives the heater element Rh at the predetermined first heat generation temperature T1 in the normal operation mode. When there is no fluctuation in the flow rate detected at this time, the first power saving mode is set and the heater element Rh is driven at a temperature T2 lower than the first heat generation temperature T1 to reduce the power consumption. Further, when the flow rate is zero, the second power saving mode is set, and the heater element Rh is driven at a lower temperature T3 to further save power. When the power saving mode is set and the flow rate fluctuates or the flow rate is not zero, the canceling means 7a quickly cancels the power saving mode and returns to the normal operation mode. It has become.
[0028]
In addition to such basic functions, the exothermic temperature switching means 7 includes a temporary return means 7b. When the first power saving mode described above is set, the temporary return means 7b temporarily returns to the normal operation mode at predetermined time intervals as shown in FIG. The heat generation temperature of Rh is returned to the first temperature T1, and the flow rate measurement by the flow rate calculation means 6 is performed with high accuracy. That is, since the heat generation temperature of the heater element Rh is low in the power saving mode, it is difficult to perform highly accurate flow rate measurement. Therefore, even if the power saving mode is set in the temporary return means 7b, it is set in the power saving mode that is set on the premise that there is no flow rate fluctuation by temporarily setting the normal operation mode every predetermined time. Even so, the flow rate is regularly measured with high accuracy.
[0029]
When it is determined that there is no flow rate variation and the power saving mode is set in this way, the flow rate calculation means 5a measures the flow rate Q obtained immediately before setting the power saving mode in the power saving mode. It is desirable that the flow rate Q is considered to be integrated and the flow rate Q is integrated. If the measured flow rate values are integrated in this way, the measurement flow rate value with low reliability detected in the state where the heater element Rh is driven at the low temperature T2 by the setting of the power saving mode is not used. Measurement reliability can be maintained sufficiently high.
[0030]
In addition, as described above, by returning the driving condition of the heater element Rh to the normal operation mode every predetermined time and measuring the flow rate again in this state, the flow rate fluctuates within a slight range that can be considered that there is no flow rate fluctuation. Even in this case, the flow rate can be accurately measured. Therefore, even if the heat generation temperature of the heater element Rh is set to a low temperature to save power, the measurement accuracy in the power saving mode can be sufficiently increased, and the measurement accuracy is not impaired as a whole.
[0031]
FIG. 3 shows an example of an overall processing procedure in the thermal type flow meter having the processing function described above. This processing procedure will be briefly described. First, it is determined whether or not the heater element Rh is operating in the power saving power mode in which the heater element Rh is driven to generate heat at temperatures T2 and T3 lower than those at the time of normal flow measurement (step S1). When not operating in the power saving mode, that is, when operating in the normal operation mode in which the heater element Rh is driven to generate heat at a predetermined temperature T1, the flow rate Q is determined according to the sensor output Vout by the detection circuit at that time. [Step S2]. Then, it is determined whether or not the measured flow rate Q is zero for a predetermined time [step S3]. If the flow rate Q is zero, after setting the second power saving mode described above [step S5], the process returns to the processing from step S1 described above.
[0032]
On the other hand, if the flow rate Q is not zero, it is next determined whether or not the flow rate Q is stable [step S6]. If the flow rate Q is not stable, that is, the flow rate is fluctuating. Return to the processing from step S1 without changing the operation mode. Whether or not the flow rate Q is stable is determined by determining whether or not the difference (variation amount) between the flow rate measured last time and the flow rate measured this time exceeds a predetermined determination threshold value.
[0033]
When the flow rate Q is stable, it is determined whether or not there is a flow rate variation by checking whether or not the variation in the flow rate Q is within a predetermined range for a predetermined time [step] S4] If the flow rate fluctuation is not zero, the process returns to the process from step S1 described above. On the other hand, when the flow rate fluctuation is zero, the first power saving mode described above is set [step S7], and the flow rate detected immediately before the setting of the power saving mode is set in the power saving mode. The detected flow rate is set [Step S8].
[0034]
On the other hand, when operating in the power saving mode [step S1], it is first determined whether or not to check the flow rate Q [step S9]. By the way, for the flow rate confirmation in the power saving mode, for example, when the flow rate measurement is sampled and executed at a predetermined cycle, it is sufficient to execute the flow rate once every 2 to 10 samplings. If the flow rate check is not executed, the previously detected flow rate Q is detected as the current detected flow rate [step S10]. However, when confirming the flow rate, the currently set power saving mode is temporarily canceled [step S11], and the flow rate measurement is performed by returning to the normal operation mode as described above [step S12].
[0035]
Thereafter, it is checked whether or not the flow rate is stable [step S13]. If the flow rate is stable even at this time, the power saving mode is continuously set again [step S14]. However, if the flow rate varies, the power saving mode described above is canceled, the normal operation mode is set again, and the flow rate is measured [steps S15 and S16].
[0036]
Thus, as described above, it is determined whether or not the flow rate fluctuates. When there is no fluctuation in the flow rate, the power saving mode is set and the heat generation temperature of the heater element Rh is set low, thereby suppressing the power consumption. According to the type flow meter, it is possible to significantly reduce the power consumed in the heater element Rh, and the overall power saving can be achieved. Moreover, even when the power saving mode is set, since the heater element Rh is driven to generate heat at a low temperature, when the flow of fluid starts, that is, when the use of gas starts or when the flow rate changes When there is, the heat generation temperature of the heater element Rh can be quickly returned to the normal heat generation temperature, so that there is no measurement delay and there is no inconvenience that the measurement error increases.
[0037]
In addition, when the power saving mode is set on condition that there is no fluctuation in the flow rate, the flow rate measured in the normal operation mode immediately before is set as the flow rate measured in the power saving mode. There is no risk of measurement errors associated with the settings. Moreover, when the power saving mode is set, the flow rate of the fluid is measured with high accuracy by temporarily returning to the normal operation mode every predetermined time, and the measured flow rate accumulated in the power saving mode is changed to the latest data. In this respect, the measurement accuracy can be maintained sufficiently high. As a result, even when the power saving mode is set and the power consumption in the heater element Rh is suppressed, the flow rate can be measured with high accuracy. In particular, in a gas meter for home use, the gas flow rate hardly fluctuates over a certain period of time, so that the power saving effect by setting the power saving mode described above is great. Furthermore, since the gas is generally not used for a long time at midnight or the like, a great effect in practical use such as a great power saving effect can be expected also in this respect.
[0038]
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the above-described permissible width of the fluid flow rate fluctuation and the measurement time, which are determination conditions when setting the power saving mode, may be determined according to the specifications. Further, the heat generation drive of the heater element Rh is periodically executed at predetermined time intervals set as, for example, 1 second intervals, and the flow rate measurement is executed in a sampling manner in synchronization with the heat generation drive timing of the heater element Rh. It is also possible. In this way, it is possible to further reduce the power consumption by the amount that the heater element Rh is not continuously driven to generate heat. In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the flow rate does not fluctuate, the heat generation temperature of the heater element is lowered, so that the power required for the heat generation drive of the heater element can be reduced, and the power saving is greatly reduced. Can be planned. In addition, when the power saving mode is set and the heater element is driven to generate heat at a low temperature, the flow rate measured in the normal operation mode immediately before that is obtained as a measured value in the power saving mode. Measurement accuracy is not impaired. When the power saving mode continues for a long time, the normal operation mode is temporarily set every predetermined time and the flow rate is measured again, so that the measurement accuracy can be maintained sufficiently high in this respect as well. Such a great effect in practice can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of a thermal flow meter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a concept of temporary normal operation mode setting and flow rate measurement at the time of setting a power saving mode in the thermal flow meter shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing an example of a schematic processing operation in the thermal type flow meter shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a microflow sensor.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional general heater drive circuit and flow rate detection circuit.
[Explanation of symbols]
Rh Heater element Ru Temperature sensor (upstream side)
Rd Temperature sensor (downstream)
Rr temperature sensor (for ambient temperature measurement)
1 Bridge circuit (for heater drive)
2 Differential amplifier (heater drive circuit)
3 Bridge circuit (for flow measurement)
4
6 Flow rate calculation means 6a Flow rate fluctuation determination means 7 Heat generation temperature switching means 7a Power saving mode release means 7b Temporary return means 8
Claims (6)
前記ヒータ素子を発熱駆動するヒータ駆動回路と、
前記ヒータ素子の発熱時に前記第1および第2の温度センサによりそれぞれ検出される温度の差から前記流体の流量を求める流量算出手段と、
この流量算出手段の出力から流量変動の有無を判断する流量変動判断手段と、
前記ヒータ駆動回路により発熱駆動される前記ヒータ素子の発熱温度を、通常動作時にはその周囲温度よりも一定温度だけ高い第1の温度に設定すると共に、前記流量変動判断手段により流量変動がないと判断されたとき、上記第1の温度よりも低く設定された第2の温度に切り替えて省電力モードを設定する発熱温度切替手段と、
上記省電力モードの設定期間には該省電力モードの設定直前に計測された流量を省電力モード時に計測される流量と見なして出力する手段と
を具備したことを特徴とする熱式流量計。A thermal flow meter comprising a heater element and first and second temperature sensors provided in the direction of fluid flow with the heater element interposed therebetween,
A heater driving circuit for driving the heater element to generate heat;
A flow rate calculating means for obtaining a flow rate of the fluid from a difference between temperatures detected by the first and second temperature sensors when the heater element generates heat;
A flow rate fluctuation determining means for determining the presence or absence of a flow rate fluctuation from the output of the flow rate calculating means;
The heat generation temperature of the heater element driven to generate heat by the heater drive circuit is set to a first temperature that is higher than the ambient temperature by a constant temperature during normal operation, and it is determined that there is no flow rate variation by the flow rate variation determination means. when the heating temperature switching means for setting the power saving mode is switched to the second temperature is set lower than the first temperature,
Means for outputting the flow rate measured immediately before the power saving mode is set as the flow rate measured in the power saving mode during the power saving mode setting period. Type flow meter.
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