JP3887366B2 - Flow measuring device and flow measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、ガスメータ、フローメータ等の分野で用いられる流量測定装置であって、特に、流体の流れによる発熱抵抗体の抵抗値の温度変化を利用して流速を測定する感熱式の流量測定装置及び流量測定方法に関する。 The present invention is a flow rate measuring device used in the field of gas meters, flow meters, and the like, and in particular, a thermal type flow rate measuring device that measures a flow velocity using a temperature change of a resistance value of a heating resistor due to a fluid flow. And a flow rate measuring method.
近年、フルイディック流体素子を用いた流量計が従来の積分型の膜式メータに代わる次世代のガスメータとして盛んに研究されている。しかしながら、フルイディック流体素子は、150〔L/H〕(“L”はリットルを示す;以下同じ)以下の低流量は測定できないので、低流量域の流量測定装置としてマイクロブリッジ上に流体に晒される発熱抵抗体を配した感熱式のフローセンサなる流量測定装置が用いられている。 In recent years, a flow meter using a fluidic fluid element has been actively studied as a next-generation gas meter that replaces a conventional integral membrane meter. However, since the fluidic fluid element cannot measure a low flow rate of 150 [L / H] ("L" indicates liter; the same applies hereinafter) or less, it is exposed to the fluid on the microbridge as a flow measurement device in a low flow range. A flow rate measuring device which is a heat-sensitive flow sensor provided with a heating resistor is used.
このような流量測定装置(フローセンサ)として、従来より種々の方式が提案されている。 Conventionally, various methods have been proposed as such a flow rate measuring device (flow sensor).
第1の方式として、平衡ブリッジ回路を利用して発熱抵抗体を定温度駆動させる方式の流量測定装置が、実公平7−51618号公報、実公平7−117436号公報、特開平5−312616号公報等に記載されている。このような流量測定装置の一従来例を図34に基づいて説明する。ここで例示する流量測定装置1は、平衡ブリッジ回路2を有しており、この平衡ブリッジ回路2は、測温抵抗体3と発熱抵抗体4とを有している。これらの抵抗体3,4は、抵抗温度係数が同一であり、その抵抗温度係数は大きい。前記測温抵抗体3には、抵抗温度係数が小さい温度設定抵抗体5が接続されており、これらの抵抗体3,5により測温抵抗体部6が形成されている。この測温抵抗体部6には第3の抵抗体7が接続されており、前記発熱抵抗体4には第4の抵抗体8が接続されている。これらの抵抗体7,8は、抵抗温度係数が同一であり、その抵抗温度係数は小さい。これらの抵抗体7,8が接続されることにより、前記平衡ブリッジ回路2が形成されている。
As a first method, a flow rate measuring device using a balanced bridge circuit to drive a heating resistor at a constant temperature is disclosed in Japanese Utility Model Publication Nos. 7-51618, 7-117436, and Japanese Patent Laid-Open No. 5-31616. It is described in gazettes. A conventional example of such a flow rate measuring apparatus will be described with reference to FIG. The flow
前記抵抗体3,4の接続点9は接地されており、前記抵抗体7,8の接続点10には、制御トランジスタ11を介して直流電源12が接続されている。また、前記抵抗体6,7の接続点13と、前記抵抗体4,8の接続点14とには、差動増幅器15が接続されており、この差動増幅器15が前記制御トランジスタ11にフィードバック接続されている。
A
このような構成の流量測定装置1では、測温抵抗体3と発熱抵抗体4とが流体の流路に配置され、平衡ブリッジ回路2のバランスが維持されるようフィードバック制御が実行される。平衡ブリッジ回路2がバランスした状態では、発熱抵抗体4が消費している電力が流体の流量に対応しているので、この状態で差動増幅器15の出力や接続点14の電圧を測定すれば流体の流量を測定することができる。このような流量測定装置1によれば、流体の流動に対応して変動する平衡ブリッジ回路2のバランスをフィードバック制御することにより、流体の流量を測定することができる。しかし、このような流量測定装置1では、流体の温度が変化すると流量の測定結果に誤差が発生するので、流体の温度に対応して流量の測定結果を補正する必要がある。
In the flow
このため、例えば、特開平4−204119号公報に記載された流量測定装置では、測温抵抗体を平衡ブリッジ回路に対して着脱自在とし、平衡ブリッジ回路から離脱させた測温抵抗体を定電流駆動して電圧降下を測定し、この測定結果から流体の温度を算出するようにしている。また、特開平5−164583号公報に記載された流量測定装置では、定電圧駆動する発熱抵抗体とは別個に定電流駆動する測温抵抗体を設け、この測温抵抗体から得る流体の温度データを発熱抵抗体から得る流量データに乗算することにより、流体の温度による流量の測定誤差を補正するようにしている。さらに、特開平2−120621号公報に記載された流量測定装置では、1個の発熱抵抗体の上流と下流とに一対の測温抵抗体を1個ずつ配置し、これらの測温抵抗体を含む平衡ブリッジ回路を形成している。一対の測温抵抗体の温度差に対応したデータを平衡ブリッジ回路のバランス変動から検出し、一対の測温抵抗体の抵抗値から発熱抵抗体の発熱温度に対応したデータを検出する。温度差のデータを発熱温度のデータで除算することにより、流体の流量に対応したデータを得るようにしている。 For this reason, for example, in the flow rate measuring device described in JP-A-4-204119, the resistance temperature detector is made detachable from the balanced bridge circuit, and the resistance temperature detector removed from the balanced bridge circuit is a constant current. The voltage drop is measured by driving, and the temperature of the fluid is calculated from the measurement result. In addition, in the flow rate measuring apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-164583, a temperature measuring resistor driven by a constant current is provided separately from a heating resistor driven by a constant voltage, and the temperature of the fluid obtained from the temperature measuring resistor is provided. By multiplying the data by the flow rate data obtained from the heating resistor, the measurement error of the flow rate due to the temperature of the fluid is corrected. Further, in the flow rate measuring device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-120621, a pair of temperature measuring resistors is arranged upstream and downstream of one heating resistor, and these temperature measuring resistors are arranged. A balanced bridge circuit is formed. Data corresponding to the temperature difference between the pair of temperature measuring resistors is detected from the balance fluctuation of the balanced bridge circuit, and data corresponding to the heating temperature of the heating resistor is detected from the resistance value of the pair of temperature measuring resistors. Data corresponding to the flow rate of the fluid is obtained by dividing the temperature difference data by the heat generation temperature data.
第2の方式として、流路の上流と下流とに発熱抵抗体を配置して各々を定電流駆動により発熱させ、これらの発熱抵抗体の抵抗値の変化に基づき流体の流量を測定する定電流駆動型のものがある。 As a second method, a constant current is provided in which heating resistors are arranged upstream and downstream of the flow path, each generates heat by constant current driving, and the flow rate of the fluid is measured based on a change in the resistance value of these heating resistors. There is a drive type.
このような流量測定装置の一従来例として例えば特公平3−52028号公報中に示される例を図35を参照して説明する。ここで例示する流量測定装置21は、抵抗温度係数が各々大きい第1の発熱抵抗体22と第2の発熱抵抗体23とを有しており、これらの第1,2の発熱抵抗体22,23は、例えば、プリント配線により配線基板(図示せず)の表面に形成されている。前記第1,2の発熱抵抗体22,23には、第1,2の測定手段となる第1,2の演算増幅器24,25が個々に接続されており、ここにフィードバックループ26,27が形成されている。
As a conventional example of such a flow rate measuring apparatus, an example shown in Japanese Patent Publication No. 3-52028 will be described with reference to FIG. The flow
一対の入力端子28にはポテンショメータ29が接続されており、このポテンショメータ29には抵抗体30,31を介して前記フィードバックループ26,27が接続されている。このため、前記入力端子28から前記フィードバックループ26,27の部分が、前記第1,2の発熱抵抗体22,23に電圧可変で電流一定の電力を供給する第1,2の給電手段として機能する。これらのフィードバックループ26,27には抵抗体32〜35及び第3の演算増幅器36が接続されており、この第3の演算増幅器36とアース端子37とが一対の出力端子38に個々に接続されている。
A
このような構成の流量測定装置21は、ガス等の流体の流量を測定することができる。その場合、配線基板を流体の流路に適切に配置することにより、第1,2の発熱抵抗体22,23を流体の流動方向に従って順番に位置させる。この状態で入力端子28からフィードバックループ26,27に電力が供給されると、その第1の発熱抵抗体22と第2の発熱抵抗体23とは、電圧可変で電流一定の電力が供給されて発熱する。
The flow
この状態で流体が流動すると、上流の第1の発熱抵抗体22から下流の第2の発熱抵抗体23に熱量が移動するので、抵抗温度係数が大きい第1の発熱抵抗体22は抵抗値が低下し、やはり抵抗温度係数が大きい第2の発熱抵抗体23は抵抗値が増加する。しかし、フィードバックループ26,27の電流量は一定に維持されるので、フィードバックループ26の出力電圧は増加し、フィードバックループ27の出力電圧は低下し、この電位差が第3の演算増幅器36により検出される。このように検出される電位差は流体の流量に対応しているので、出力端子38の出力電圧から流体の流量を検出することができる。
When the fluid flows in this state, the amount of heat moves from the upstream
また、このような定電流駆動型の流量測定装置に関する信号処理系の構成例としては、例えば、特公平6−64080号公報に示されるようなものがある。図36にその電気的な構成を書換えて示す。この流量測定装置41では、まず、流体の流路中に配設される2つの感温抵抗(発熱抵抗体)42,43が直列接続されて設けられている。また、センサ周囲の温度を測定するために用いられる感温抵抗44も設けられ、この感温抵抗44には電流源45が接続されている。感温抵抗44と電流源45との接続点P11に+入力端子が接続されたオペアンプ46が設けられ、このオペアンプ46の出力端子が、直列接続された抵抗体列の一端(感温抵抗42の一端)に接続されている。また、感温抵抗42,43の接続点P12から出力端子が引き出されている。
Moreover, as a configuration example of a signal processing system related to such a constant current drive type flow rate measuring apparatus, there is one as disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-64080, for example. FIG. 36 shows the electrical configuration rewritten. In the flow rate measuring device 41, first, two temperature sensitive resistors (heating resistors) 42, 43 arranged in a fluid flow path are connected in series. A temperature sensitive resistor 44 used for measuring the temperature around the sensor is also provided, and a
このような構成において、抵抗体列にオペアンプ46の出力電圧を供給し、接続点P12の電圧変化により流量を測定するものである。ここに、感温抵抗44は周囲温度を測定するために用いられており、接続点P11の電圧は周囲温度に対応して変化する。よって、オペアンプ46の出力電圧も周囲温度に対応して変化することになる。これにより、接続点P12に得られる出力電圧の周囲温度による影響が除かれる。 In such a configuration, by supplying the output voltage of the operational amplifier 46 to the resistor string, and measures the flow rate by the voltage change of the connection point P 12. Here, the temperature-sensitive resistor 44 is used to measure the ambient temperature, and the voltage at the connection point P 11 changes corresponding to the ambient temperature. Therefore, the output voltage of the operational amplifier 46 also changes corresponding to the ambient temperature. Thus, the influence of the ambient temperature of the output voltage obtained at the connection point P 12 is removed.
また、他例として、例えば、特表平8−509066号公報に示されるようなものがある。図37にその電気的な構成を書換えて示す。この流量測定装置51の例では、平衡ブリッジ回路52を形成する4つの抵抗体53,54,55,56が用いられている。この内、抵抗体55,56には実質的に等しい特性を持つ通常の抵抗体が用いられている。一方、抵抗体53,54は流体の流路57中に配設されるものであり、電力供給を受けて発熱する実質的に等しい特性を持つ発熱抵抗体が用いられている。ここでは、抵抗体53側が上流側に設定されている。平衡ブリッジ回路52の抵抗体54,56の接続点には電流源58が接続され、抵抗体53,55の接続点にはトランジスタ62が接続されている。また、抵抗体53,54の接続点Aはオペアンプ59の−入力端子に接続されている。このオペアンプ59の+入力端子は接地され、−入力端子と出力端子との間には帰還抵抗60が接続されている。これにより、接続点Aはオペアンプ59により仮想接地されている。一方、抵抗体55,56の接続点Bはオペアンプ61の−入力端子に接続されている。このオペアンプ61の+入力端子は接地され、−入力端子と出力端子との間に抵抗体55とトランジスタ62とが接続された形となっている。
Further, as another example, for example, there is the one shown in JP-T-8-509066. FIG. 37 shows the electrical configuration rewritten. In the example of the flow
このような構成において、流路57中の流体の流れによって平衡ブリッジ回路52の平衡状態が崩れるが、接続点Aを仮想接地に保つためにこの接続点Aへ流れる電流量が変化する。この接続点Aの電流の変化はオペアンプ59の出力として得られる。よって、このオペアンプ59の出力を監視することにより流体の流量を測定できるというものである。
In such a configuration, the balanced state of the
この種の感熱式の流量測定装置では、前述したように流体の温度(環境温度)が変化すると流量の測定結果に誤差が発生するので、流体の温度に対応して流量の測定結果を補正する必要がある。同時に、感熱式の流量測定装置は、低流量域の流量測定を受け持つものであり、流体が流れていない流量“0”状態の測定も正確に行えることが重要であるが、この流量“0”なる出力を出す状態も環境温度によって変動してしまうので、測定の精度を上げるには、流量“0”状態をも考慮した温度安定性を図る必要がある。 In this type of thermal flow measuring device, as described above, if the fluid temperature (environmental temperature) changes, an error occurs in the flow measurement result, so the flow measurement result is corrected according to the fluid temperature. There is a need. At the same time, the heat-sensitive flow rate measuring device is responsible for measuring the flow rate in the low flow rate range, and it is important that the flow rate “0” state in which no fluid is flowing can be accurately measured. Since the output state of the output fluctuates depending on the environmental temperature, it is necessary to achieve temperature stability considering the flow rate “0” state in order to improve the measurement accuracy.
ところが、特開平4−204119号公報方式の流量測定装置では、流体の流量と温度とを測定するが、流量の測定結果を温度に基づいて補正する機能はない。また、特開平5−164583号公報方式の流量測定装置では、発熱抵抗体が経時劣化して流量データが変化した場合、これを補正して正確な流量を測定することはできない。この点、特開平2−120621号公報方式の流量測定装置によれば、発熱抵抗体が経時劣化しても、これに関係なく流体の流量を測定することができるものの、測温抵抗体がヒータにより加熱されている必要があり、長期間の使用では劣化により測定に誤差を生ずるとともに、平衡ブリッジ回路への電力供給により測温抵抗体も発熱してしまい、その発熱温度が環境温度や流量により変動するため、測温抵抗体の抵抗値に基づいた流量の測定結果に誤差が発生する。 However, the flow rate measuring device of Japanese Patent Laid-Open No. 4-204119 measures the flow rate and temperature of the fluid, but does not have a function of correcting the measurement result of the flow rate based on the temperature. Further, in the flow rate measuring apparatus of Japanese Patent Laid-Open No. 5-164583, when the heating resistor deteriorates with time and the flow rate data changes, it is not possible to correct this and measure the accurate flow rate. In this regard, according to the flow rate measuring apparatus of Japanese Patent Laid-Open No. 2-120621, although the flow rate of the fluid can be measured regardless of the deterioration of the heating resistor over time, the resistance temperature detector is the heater. In the case of long-term use, measurement errors will occur due to deterioration, and the resistance thermometer also generates heat due to power supply to the balanced bridge circuit, and the heat generation temperature depends on the environmental temperature and flow rate. Since it fluctuates, an error occurs in the flow rate measurement result based on the resistance value of the resistance temperature detector.
結局、これらの流量測定装置は、何れも平衡ブリッジ回路を利用して流体の流量を測定するが、これは平衡ブリッジ回路のバランスが維持される必要がある。しかし、平衡ブリッジ回路を形成する複数の抵抗体には経時劣化が発生し、特に発熱抵抗体は劣化の度合が発熱温度や使用環境により相違するので、平衡ブリッジ回路のバランスを長期に保証することは困難である。また、平衡ブリッジ回路を利用する場合、平衡ブリッジ回路自体にかかる電圧に比べて発熱抵抗体にかかる電圧は低くならざるを得ず、例えば、電池駆動の流量計を構成しようとする場合には、使用できる電圧範囲が狭くなってしまい、発熱抵抗体にかけられる電圧が著しく低くなってしまう。この結果、発熱抵抗体の抵抗値の選択範囲が狭まってしまったり、製造法によっては実現が難しい抵抗値を選定しなくてはならなくなってしまう。 Eventually, all of these flow rate measuring devices use a balanced bridge circuit to measure fluid flow, which requires that the balanced bridge circuit be balanced. However, multiple resistors that form a balanced bridge circuit will deteriorate over time, and in particular, the resistance of heating resistors will vary depending on the heat generation temperature and usage environment. It is difficult. Also, when using a balanced bridge circuit, the voltage applied to the heating resistor must be lower than the voltage applied to the balanced bridge circuit itself. For example, when a battery-driven flow meter is to be configured, The usable voltage range is narrowed, and the voltage applied to the heating resistor is significantly reduced. As a result, the selection range of the resistance value of the heating resistor is narrowed, or a resistance value that is difficult to realize depending on the manufacturing method must be selected.
一方、特公平3−52028号公報中に示されるような図35の如き流量測定装置21では、流体の流動方向に従って配置した第1,2の発熱抵抗体22,23を一定電流で駆動し、その両端電圧の差分から流体の流量を測定するものの、この測定結果は流体の流量のみを反映しておらず、流体の温度が影響しているので、これでは流体の流量を正確に測定することはできない。
On the other hand, in the flow
この点について、以下に詳述する。まず、発熱抵抗体の抵抗値“R”は、所定温度で流量“0”の基準状態での発熱抵抗値“R0”、基準温度と発熱抵抗体の温度との差分“dT”、発熱抵抗体の抵抗温度係数“α”、により“R=R0 (1+α・dT)”として近似される。つまり、発熱抵抗体の抵抗値Rは、その温度により変化する。また、流体中の発熱抵抗体の温度は、この発熱抵抗体に通電される電流のジュール熱による発熱温度と流体の温度とを加算し、その熱量から流体に移動する熱量を減算した温度である。 This point will be described in detail below. First, the resistance value “R” of the heating resistor is the heating resistance value “R0” in the reference state of the flow rate “0” at a predetermined temperature, the difference “dT” between the reference temperature and the temperature of the heating resistor, the heating resistor Is approximated as “R = R0 (1 + α · dT)”. That is, the resistance value R of the heating resistor varies depending on the temperature. The temperature of the heating resistor in the fluid is a temperature obtained by adding the heating temperature due to Joule heat of the current passed through the heating resistor and the temperature of the fluid, and subtracting the amount of heat transferred to the fluid from the amount of heat. .
上述のような流量測定装置21の場合、上流側の第1の発熱抵抗体22と下流側の第2の発熱抵抗体23とは、流体の温度に対応して抵抗値が変化するので、一定電流が通電されているとジュール熱も変化して発熱温度も変化する。流体はジュール熱の一部を奪い取るので、ジュール熱が変化すると第1,2の発熱抵抗体22,23から流体に移動する熱量も変化する。
In the case of the flow
第1,2の演算増幅器24,25は、上述のような要因に関連した第1,2の発熱抵抗体22,23の発熱温度に対応した電圧を出力し、これらの電圧の差分を第3の演算増幅器36が流体の流量の測定結果として出力するので、この出力結果は、第1,2の発熱抵抗体22,23から流体に移動する熱量の差分を反映しており、これは流体の温度により変化することになる。しかも、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗温度係数や基準温度での抵抗値が相違する場合、流体が流動しなくとも温度が変化すると出力結果が発生することになり、流体の流動の有無(流量“0”)さえ判定することが困難である。
The first and second
さらに、特公平6−64080号公報中に示されるような図36の流量測定装置41の如き例による場合、感温抵抗42,43,44に関して周囲温度の影響を取り除くためにはこれらの抵抗値を特定の条件が成り立つように調整する必要があり、製作上、困難である。また、特表平8−509066号公報中に示されるような図37の流量測定装置51の如き例による場合、平衡ブリッジ回路52を構成する抵抗体中で抵抗体53,54は発熱を伴うため劣化しやすく、平衡ブリッジ回路52の平衡状態を長期に渡って保つことが難しく、ガスメータ等への適用に向かない。
Further, in the case of the example of the flow rate measuring device 41 of FIG. 36 as shown in Japanese Patent Publication No. 6-64080, in order to remove the influence of the ambient temperature on the temperature sensitive resistors 42, 43, 44, these resistance values are used. Must be adjusted so that specific conditions are satisfied, which is difficult in production. Further, in the case of the example of the flow
請求項1記載の発明は、流体の流路に配置される抵抗温度係数が大きい第1の発熱抵抗体と、
この第1の発熱抵抗体の下流に配置される抵抗温度係数が大きい第2の発熱抵抗体と、
前記第1の発熱抵抗体に電圧可変で電流一定の電力を供給する第1の給電手段と、
前記第2の発熱抵抗体に電圧可変で電流一定の電力を供給する第2の給電手段と、
前記第1の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第1の測定手段と、
前記第2の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第2の測定手段と、
前記第1の測定手段の測定電圧に所定の補正係数を乗算する係数乗算手段と、
その乗算結果を前記第2の測定手段の測定電圧から減算する減算処理手段と、
その減算結果を前記第1の測定手段の測定電圧で除算する除算処理手段と、
を備える。
The invention according to
A second heating resistor having a large resistance temperature coefficient disposed downstream of the first heating resistor;
First power supply means for supplying electric power with constant voltage and constant current to the first heating resistor;
A second power supply means for supplying a constant current with a variable voltage to the second heating resistor;
First measuring means for measuring a voltage across the first heating resistor;
Second measuring means for measuring a voltage across the second heating resistor;
Coefficient multiplication means for multiplying the measurement voltage of the first measurement means by a predetermined correction coefficient;
Subtraction processing means for subtracting the multiplication result from the measurement voltage of the second measurement means;
Division processing means for dividing the subtraction result by the measurement voltage of the first measurement means;
Is provided.
請求項2記載の発明は、請求項2記載の流量測定装置において、係数乗算手段は、所定温度で流量“0”の基準状態での第2の発熱抵抗体の抵抗値を第1の発熱抵抗体の抵抗値で除算した結果の数値が補正係数として設定されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the flow rate measuring device according to the second aspect, the coefficient multiplying means calculates the resistance value of the second heating resistor in the reference state of the flow rate “0” at a predetermined temperature as the first heating resistance. A numerical value obtained by dividing by the resistance value of the body is set as a correction coefficient.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の流量測定装置において、係数乗算手段は、所定温度で流量“0”の基準状態での第2の測定手段の測定電圧を第1の測定手段の測定電圧で除算した結果の数値が補正係数として設定されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the flow rate measuring device according to the second aspect, the coefficient multiplying unit determines the measurement voltage of the second measuring unit in the reference state of the flow rate “0” at the predetermined temperature. A numerical value obtained as a result of division by the measured voltage is set as a correction coefficient.
請求項1記載の発明によれば、流体の流路に配置される抵抗温度係数が大きい第1の発熱抵抗体と、この第1の発熱抵抗体の下流に配置される抵抗温度係数が大きい第2の発熱抵抗体と、第1の発熱抵抗体に電圧可変で電流一定の電力を供給する第1の給電手段と、第2の発熱抵抗体に電圧可変で電流一定の電力を供給する第2の給電手段と、第1の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第1の測定手段と、第2の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第2の測定手段と、第1の測定手段の測定電圧に所定の補正係数を乗算する係数乗算手段と、その乗算結果を第2の測定手段の測定電圧から減算する減算処理手段と、その減算結果を第1の測定手段の測定電圧で除算する除算処理手段とを備えたので、第1の測定手段の測定電圧に所定の補正係数が乗算され、この乗算結果が第2の測定手段の測定電圧から減算され、この減算結果が第1の測定手段の測定電圧で除算されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との抵抗値や電流量等の条件が相違しても、流量が“0”の場合には上述の計算結果を“0”とすることができるので、これに基づいて流体の流動の有無を正確に判定することができ、上述の計算結果は流体の流量に線形に対応するため、これに基づいて流体の流量を測定することもできる。 According to the first aspect of the present invention, the first heating resistor having a large resistance temperature coefficient disposed in the fluid flow path and the first resistance temperature coefficient disposed downstream of the first heating resistor. The second heating resistor, a first power supply means for supplying a variable voltage and constant current power to the first heating resistor, and a second voltage supplying a variable voltage and constant current power to the second heating resistor. Power supply means, first measurement means for measuring the voltage across the first heating resistor, second measurement means for measuring the voltage across the second heating resistor, and measurement by the first measurement means Coefficient multiplication means for multiplying the voltage by a predetermined correction coefficient, subtraction processing means for subtracting the multiplication result from the measurement voltage of the second measurement means, and division for dividing the subtraction result by the measurement voltage of the first measurement means And a processing means, so that a predetermined correction coefficient is added to the measurement voltage of the first measuring means. Since the multiplication result is subtracted from the measurement voltage of the second measurement means, and the subtraction result is divided by the measurement voltage of the first measurement means, the first heating resistor and the second heating resistor If the flow rate is “0” even if the conditions such as the resistance value and the amount of current are different from each other, the above calculation result can be set to “0”. Since it can be determined accurately and the above calculation result corresponds linearly to the flow rate of the fluid, the flow rate of the fluid can also be measured based on this.
請求項2記載の発明によれば、係数乗算手段は、所定温度で流量“0”の基準状態での第2の発熱抵抗体の抵抗値を第1の発熱抵抗体の抵抗値で除算した結果の数値が補正係数として設定されているので、この補正係数が第1の発熱抵抗体の両端電圧に乗算されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との抵抗値等が相違しても、流体の流量が“0”の場合には計算結果を“0”とすることができ、流体の流動の有無を正確に判定することができる。
According to the invention described in
請求項3記載の発明によれば、所定温度で流量“0”の基準状態での第2の測定手段の測定電圧を第1の測定手段の測定電圧で除算した結果の数値が補正係数として設定されているので、この補正係数が第1の発熱抵抗体の両端電圧に乗算されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との抵抗値や電流量が相違しても、流体の流量が“0”の場合には計算結果を“0”とすることができ、流体の流動の有無を正確に判定することができる。
また、参考例1では、流体の流路に配置される抵抗温度係数が大きい第1の発熱抵抗体と、この第1の発熱抵抗体と抵抗温度係数及び基準状態での抵抗値が同一で第1の発熱抵抗体の下流に配置される第2の発熱抵抗体と、第1の発熱抵抗体に電圧可変で電流一定の電力を供給する第1の給電手段と、この第1の給電手段と同一の電力を第2の発熱抵抗体に供給する第2の給電手段と、第1の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第1の測定手段と、第2の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第2の測定手段と、第1の測定手段の測定電圧を第2の測定手段の測定電圧から減算する減算処理手段と、その減算結果を第1の測定手段の測定電圧で除算する除算処理手段とを備えたので、第1の測定手段の測定電圧が第2の測定手段の測定電圧から減算され、この減算結果が第1の測定手段の測定電圧で除算されるため、この計算結果は流量が“0”の場合には“0”となるので、これに基づいて流体の流動の有無を正確に判定することができ、上述の計算結果は流体の流量に線形に対応するため、これに基づいて流体の流量を測定することもできる。 According to the third aspect of the present invention, the numerical value obtained as a result of dividing the measurement voltage of the second measurement means in the reference state of the flow rate “0” at the predetermined temperature by the measurement voltage of the first measurement means is set as the correction coefficient. Therefore, since this correction coefficient is multiplied by the voltage across the first heating resistor, even if the resistance value and current amount of the first heating resistor and the second heating resistor are different, When the flow rate of the fluid is “0”, the calculation result can be set to “0”, and the presence or absence of the fluid flow can be accurately determined.
Further, in Reference Example 1, the first heating resistor having a large resistance temperature coefficient arranged in the fluid flow path, the first heating resistor, the resistance temperature coefficient, and the resistance value in the reference state are the same. A second heating resistor disposed downstream of the first heating resistor, a first power feeding means for supplying a variable voltage and constant current power to the first heating resistor, and the first power feeding means, Second power supply means for supplying the same power to the second heating resistor, first measuring means for measuring the voltage across the first heating resistor, and voltage across the second heating resistor Second measuring means, subtracting means for subtracting the measurement voltage of the first measuring means from the measured voltage of the second measuring means, and division processing for dividing the subtraction result by the measured voltage of the first measuring means The measurement voltage of the first measurement means is subtracted from the measurement voltage of the second measurement means. Since this subtraction result is divided by the measurement voltage of the first measuring means, this calculation result is “0” when the flow rate is “0”. Based on this, the presence or absence of fluid flow is determined. Since it can be determined accurately and the above calculation result corresponds linearly to the flow rate of the fluid, the flow rate of the fluid can also be measured based on this.
参考例2では、第1の測定手段の測定電圧をm乗するm乗処理手段と、第2の測定手段の測定電圧をn乗するn乗処理手段と、除算処理手段の除算結果にm乗処理手段のm乗結果とn乗処理手段のn乗結果とを乗算する結果補正手段とを備えているので、流体の流量の測定結果である計算結果が、第1の発熱抵抗体の両端電圧のm乗結果と第2の発熱抵抗体の両端電圧のn乗結果との乗算により補正されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との温度補正の割合が乗数“m,n”により調節され、流体の流量の測定結果に対する温度の影響を軽減することができ、流体の流量を温度に関係なく正確に測定することができる。 In Reference Example 2, m-th power processing means for raising the measurement voltage of the first measurement means to the mth power, n-th power processing means for raising the measurement voltage of the second measurement means to the power of n, and the division result of the division processing means to the mth power Since the result correction means for multiplying the m-th power result of the processing means and the n-th power result of the n-th power processing means is provided, the calculation result that is the measurement result of the fluid flow rate is the voltage across the first heating resistor. Is corrected by multiplying the mth power result by the nth power result of the voltage across the second heating resistor, the temperature correction ratio between the first heating resistor and the second heating resistor is the multiplier “m”. , N ″, the influence of the temperature on the measurement result of the fluid flow rate can be reduced, and the fluid flow rate can be accurately measured regardless of the temperature.
参考例3では、“m=1,n=1”であるので、流体の流量の測定結果である計算結果に第1の発熱抵抗体の両端電圧のm乗結果と第2の発熱抵抗体の両端電圧のn乗結果とを乗算する演算処理を、累乗を必要としない単純な乗算として実行することができ、演算処理を単純化してハードウェアやソフトウェアの構造を簡略化することができる。 In Reference Example 3, since “m = 1, n = 1”, the calculation result, which is the measurement result of the fluid flow rate, includes the m-th power result of the voltage across the first heating resistor and the second heating resistor. The arithmetic processing for multiplying the n-th power result of the voltage between both ends can be executed as a simple multiplication that does not require a power, and the arithmetic processing can be simplified and the structure of hardware and software can be simplified.
参考例4では、“m+n=1.5”なる関係を満足するので、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との温度補正の割合を最適に調節できるため、流体の流量を温度に関係なく正確に測定することができる。 In Reference Example 4, since the relationship of “m + n = 1.5” is satisfied, the rate of temperature correction between the first heating resistor and the second heating resistor can be adjusted optimally, so that the fluid flow rate is the temperature. It is possible to measure accurately regardless of.
参考例5では、流体の流路に配置される抵抗温度係数が大きい第1の発熱抵抗体と、この第1の発熱抵抗体と抵抗温度係数及び基準状態での抵抗値が同一で第1の発熱抵抗体の下流に配置される第2の発熱抵抗体と、第1の発熱抵抗体に電圧可変で電流一定の電力を供給する第1の給電手段と、この第1の給電手段と同一の電力を第2の発熱抵抗体に供給する第2の給電手段と、第1の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第1の測定手段と、第2の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第2の測定手段と、この第2の測定手段の測定電圧から第1の測定手段の測定電圧を減算する減算処理手段と、この減算結果に第2の測定手段の測定電圧を乗算する乗算処理手段とを備えたので、第2の測定手段の測定電圧から第1の測定手段の測定電圧が減算され、この減算結果に第2の測定手段の測定電圧が乗算されるため、この計算結果は流量が“0”の場合には“0”となるので、これに基づいて流体の流動の有無を正確に判定することができ、上述の計算結果は流体の流量に線形に対応するため、これに基づいて流体の流量を測定することもできる。 In Reference Example 5, the first heating resistor having a large resistance temperature coefficient arranged in the fluid flow path, the first heating resistor, the resistance temperature coefficient, and the resistance value in the reference state are the same, and the first heating resistor is the first heating resistor. A second heating resistor disposed downstream of the heating resistor, a first power supply means for supplying a variable voltage and a constant current to the first heat generating resistor, and the same as the first power supply means A second feeding means for supplying power to the second heating resistor; a first measuring means for measuring a voltage across the first heating resistor; and a second measuring means for measuring the voltage across the second heating resistor. 2 measurement means, subtraction processing means for subtracting the measurement voltage of the first measurement means from the measurement voltage of the second measurement means, and multiplication processing means for multiplying the subtraction result by the measurement voltage of the second measurement means Therefore, the measurement voltage of the first measurement means is subtracted from the measurement voltage of the second measurement means. Since the subtraction result is multiplied by the measurement voltage of the second measuring means, the calculation result is “0” when the flow rate is “0”. Based on this, the presence or absence of fluid flow is accurately determined. Since the above calculation result corresponds linearly to the flow rate of the fluid, the flow rate of the fluid can also be measured based on this.
参考例6では、流体の流路に配置される抵抗温度係数が大きい第1の発熱抵抗体と、この第1の発熱抵抗体の下流に配置される抵抗温度係数が大きい第2の発熱抵抗体と、第1の発熱抵抗体に電圧可変で電流一定の電力を供給する第1の給電手段と、第2の発熱抵抗体に電圧可変で電流一定の電力を供給する第2の給電手段と、第1の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第1の測定手段と、第2の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第2の測定手段と、この第2の測定手段の測定電圧から第1の測定手段の測定電圧を減算する減算処理手段と、第1の測定手段の測定電圧に所定の補正係数を乗算する係数乗算手段と、その乗算結果を減算処理手段の減算結果に加算する加算処理手段と、その加算結果に第2の測定手段の測定電圧を乗算する乗算処理手段とを備えたので、第2の測定手段の測定電圧から第1の測定手段の測定電圧が減算され、第1の測定手段の測定電圧に所定の補正係数が乗算され、この乗算結果が上述の減算結果に加算され、この加算結果に第2の測定手段の測定電圧が乗算されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との抵抗値や電流量等の条件が相違しても、流量が“0”の場合に上述の計算結果を“0”とすることができるため、これに基づいて流体の流動の有無を正確に判定することができ、上述の計算結果は流体の流量に線形に対応するので、これに基づいて流体の流量を測定することもできる。 In Reference Example 6, the first heating resistor having a large resistance temperature coefficient disposed in the fluid flow path and the second heating resistor having a large resistance temperature coefficient disposed downstream of the first heating resistor. And a first power supply means for supplying a constant current with variable voltage to the first heating resistor, a second power supply means for supplying constant power with a variable voltage to the second heat generation resistor, The first measuring means for measuring the voltage across the first heating resistor, the second measuring means for measuring the voltage across the second heating resistor, and the first measured voltage from the second measuring means. Subtraction processing means for subtracting the measurement voltage of the measurement means, coefficient multiplication means for multiplying the measurement voltage of the first measurement means by a predetermined correction coefficient, and addition processing for adding the multiplication result to the subtraction result of the subtraction processing means And a multiplication process for multiplying the addition result by the measurement voltage of the second measurement means. The measurement voltage of the first measurement unit is subtracted from the measurement voltage of the second measurement unit, the measurement voltage of the first measurement unit is multiplied by a predetermined correction coefficient, and the result of the multiplication is described above. Since the addition result is multiplied by the measurement voltage of the second measuring means, the first heating resistor and the second heating resistor have different conditions such as resistance value and current amount. Even if the flow rate is “0”, the above calculation result can be set to “0”, and based on this, the presence or absence of fluid flow can be accurately determined. Since it corresponds linearly to the flow rate of the fluid, the flow rate of the fluid can also be measured based on this.
参考例7では、係数乗算手段が、所定温度で流量“0”の基準状態での第2の発熱抵抗体の抵抗値を第1の発熱抵抗体の抵抗値で除算した結果を“1”から減算した結果の数値が補正係数として設定されているので、この補正係数が第1の発熱抵抗体の両端電圧に乗算されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との抵抗値等が相違しても、流体の流量が“0”の場合には計算結果を“0”とすることができ、流体の流動の有無を正確に判定することができる。 In Reference Example 7, the coefficient multiplication means divides the resistance value of the second heating resistor in the reference state of the flow rate “0” at a predetermined temperature by the resistance value of the first heating resistor from “1”. Since the numerical value resulting from the subtraction is set as a correction coefficient, the correction coefficient is multiplied by the voltage across the first heating resistor, and therefore the resistance between the first heating resistor and the second heating resistor. Even if the values are different, the calculation result can be set to “0” when the fluid flow rate is “0”, and the presence or absence of fluid flow can be accurately determined.
参考例8では、係数乗算手段が、所定温度で流量“0”の基準状態での第2の測定手段の測定電圧を第1の測定手段の測定電圧で除算した結果を“1”から減算した結果の数値が補正係数として設定されているので、この補正係数が第1の発熱抵抗体の両端電圧に乗算されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との抵抗値等が相違しても、流体の流量が“0”の場合には計算結果を“0”とすることができ、流体の流動の有無を正確に判定することができる。 In Reference Example 8, the coefficient multiplication unit subtracts the result obtained by dividing the measurement voltage of the second measurement unit by the measurement voltage of the first measurement unit in the reference state of the flow rate “0” at the predetermined temperature from “1”. Since the numerical value of the result is set as a correction coefficient, the correction coefficient is multiplied by the voltage across the first heating resistor, so that the resistance value between the first heating resistor and the second heating resistor, etc. If the flow rate of the fluid is “0”, the calculation result can be “0”, and the presence or absence of fluid flow can be accurately determined.
参考例9では、係数乗算手段が、所定温度で流量“0”の基準状態での減算処理手段の減算結果を第1の測定手段の測定電圧で除算して正負の符号を反転させた結果の数値が補正係数として設定されているので、この補正係数が第1の発熱抵抗体の両端電圧に乗算されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との抵抗値等が相違しても、流体の流量が“0”の場合には計算結果を“0”とすることができ、特に、補正係数の算出に第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との差分電圧を利用することができるので、より正確に流体の流動の有無を判定することができる。 In the reference example 9, the coefficient multiplication means divides the subtraction result of the subtraction processing means in the reference state of the flow rate “0” at the predetermined temperature by the measurement voltage of the first measurement means and inverts the positive / negative sign. Since the numerical value is set as the correction coefficient, the correction coefficient is multiplied by the voltage across the first heating resistor, so that the resistance values of the first heating resistor and the second heating resistor are different. Even when the flow rate of the fluid is “0”, the calculation result can be “0”. In particular, the difference between the first heating resistor and the second heating resistor is used for calculating the correction coefficient. Since the voltage can be used, the presence or absence of fluid flow can be determined more accurately.
参考例10では、第1の測定手段の測定電圧を(m−1)乗するm乗処理手段と、第2の測定手段の測定電圧をn乗するn乗処理手段とを備え、乗算処理手段は、加算処理手段の加算結果にm乗処理手段の(m−1)乗結果とn乗処理手段のn乗結果とを乗算するようにしたので、流体の流量の測定結果である計算結果が、第1の発熱抵抗体の両端電圧の(m−1)乗結果と第2の発熱抵抗体の両端電圧のn乗結果との乗算により補正されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との温度補正の割合が乗数“m,n”により調節され、流体の流量の測定結果に対する温度の影響を軽減することができるので、流体の流量を温度に関係なく正確に測定することができる。 The reference example 10 includes m-th power processing means for raising the measurement voltage of the first measurement means to the (m−1) th power and n-th power processing means for raising the measurement voltage of the second measurement means to the nth power. Since the addition result of the addition processing means is multiplied by the (m−1) th power result of the m-th power processing means and the n-th power result of the n-th power processing means, the calculation result which is the measurement result of the fluid flow rate is obtained. Since the correction is made by multiplying the (m−1) th power result of the voltage across the first heating resistor by the nth power result of the voltage across the second heating resistor, the first heating resistor and the second The ratio of the temperature correction with the heating resistor is adjusted by the multiplier “m, n”, and the influence of temperature on the fluid flow rate measurement result can be reduced, so the fluid flow rate can be accurately measured regardless of the temperature. can do.
参考例11では、第1の測定手段と第2の測定手段との少なくとも一方の測定電圧と減算処理手段の減算結果とをアナログ値からデジタル値に変換するA/D変換器と、そのデジタル変換された減算結果と測定電圧とを加算するデジタル加算手段と、その加算結果を第1の測定手段と第2の測定手段との他方の測定電圧として置換する置換処理手段とを備えたので、流量の測定結果の算出に第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との両方の両端電圧が同時に利用されず、その一方と差分電圧とが利用されるため、2つの両端電圧と差分電圧とを同時に利用することによる演算処理の不整合を防止することができ、演算処理の整合性を確保して流体の流量を正確に測定することができる。 In Reference Example 11, an A / D converter that converts an analog value into a digital value from at least one measurement voltage of the first measurement means and the second measurement means and a subtraction result of the subtraction processing means, and its digital conversion Digital addition means for adding the subtraction result and the measured voltage, and replacement processing means for replacing the addition result as the other measurement voltage of the first measurement means and the second measurement means. Since the voltage between both ends of the first heat generating resistor and the second heat generating resistor is not used at the same time for calculating the measurement result, and one of them is used as a differential voltage, the two voltages at both ends and the differential voltage are used. Can be prevented from occurring simultaneously, and the consistency of the arithmetic processing can be ensured and the fluid flow rate can be accurately measured.
参考例12では、係数乗算手段は、所定温度で流量“0”の基準状態での第2の測定手段の測定電圧に対応させた数値から減算処理手段の減算結果に対応させた数値を減算した結果で、減算処理手段の減算結果に対応した数値の符号を反転させた数値を除算した結果の数値が補正係数として設定されているので、この補正係数の算出にも第2の発熱抵抗体の両端電圧のみ利用されて第1の発熱抵抗体の両端電圧は利用されないため、2つの両端電圧と差分電圧とを同時に利用することによる演算処理の不整合を防止することができ、演算処理の整合性を確保して流体の流量を正確に測定することができる。 In Reference Example 12, the coefficient multiplying unit subtracts a numerical value corresponding to the subtraction result of the subtracting processing unit from a numerical value corresponding to the measurement voltage of the second measuring unit in the reference state of the flow rate “0” at the predetermined temperature. Since the numerical value obtained by dividing the numerical value obtained by inverting the sign of the numerical value corresponding to the subtraction result of the subtraction processing means is set as the correction coefficient, the correction coefficient is also calculated by the second heating resistor. Since only the voltage between both ends is used and the voltage between both ends of the first heating resistor is not used, it is possible to prevent inconsistency in calculation processing by using the two end voltages and the differential voltage at the same time. It is possible to accurately measure the flow rate of the fluid while ensuring the property.
参考例13では、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との両端電圧を各々測定し、第1の発熱抵抗体の両端電圧に所定の補正係数を乗算し、この乗算結果を第2の発熱抵抗体の両端電圧から減算し、この減算結果を第1の発熱抵抗体の両端電圧で除算するようにしたので、第1の発熱抵抗体の両端電圧に所定の補正係数が乗算され、この乗算結果が第2の発熱抵抗体の両端電圧から減算され、この減算結果が第1の発熱抵抗体の両端電圧で除算されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との抵抗値や電流量等の条件が相違しても、流量が“0”の場合に上述の計算結果を“0”とすることができ、これに基づいて流体の流動の有無を正確に判定することができ、上述の計算結果は流体の流量に線形に対応するため、これに基づいて流体の流量を測定することもできる。 In Reference Example 13, the voltages at both ends of the first heating resistor and the second heating resistor are respectively measured, the voltages at both ends of the first heating resistor are multiplied by a predetermined correction coefficient, and this multiplication result is obtained as the first result. 2 is subtracted from the voltage across the two heating resistors, and the subtraction result is divided by the voltage across the first heating resistor, so that the voltage across the first heating resistor is multiplied by a predetermined correction coefficient. The multiplication result is subtracted from the voltage across the second heating resistor, and the subtraction result is divided by the voltage across the first heating resistor, so that the first heating resistor and the second heating resistor If the flow rate is “0”, the above calculation result can be set to “0” even if the resistance value, current amount, and other conditions are different from each other. And the above calculation results correspond linearly to the fluid flow rate, It is also possible to measure the flow rate of the body.
参考例14では、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との両端電圧を各々測定し、この第2の発熱抵抗体の両端電圧から第1の発熱抵抗体の両端電圧を減算し、第1の発熱抵抗体の両端電圧に所定の補正係数を乗算し、この乗算結果を両端電圧の減算結果に加算し、この加算結果に第2の発熱抵抗体の両端電圧を乗算するようにしたので、第2の発熱抵抗体の両端電圧から第1の発熱抵抗体の両端電圧が減算され、第1の発熱抵抗体の両端電圧に所定の補正係数が乗算され、この乗算結果が上述の減算結果に加算され、この加算結果に第2の発熱抵抗体の両端電圧が乗算されるため、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との抵抗値や電流量等の条件が相違しても、流量が“0”の場合に上述の計算結果を“0”とすることができ、これに基づいて流体の流動の有無を正確に判定することができ、上述の計算結果は流体の流量に線形に対応するので、これに基づいて流体の流量を測定することもできる。 In Reference Example 14, the voltages at both ends of the first heating resistor and the second heating resistor are respectively measured, and the voltages at both ends of the first heating resistor are subtracted from the voltages at both ends of the second heating resistor. The voltage at both ends of the first heating resistor is multiplied by a predetermined correction coefficient, the multiplication result is added to the subtraction result of the voltages at both ends, and the addition result is multiplied by the voltage at both ends of the second heating resistor. Therefore, the voltage across the first heating resistor is subtracted from the voltage across the second heating resistor, and the voltage across the first heating resistor is multiplied by a predetermined correction coefficient. Since the result is added to the subtraction result, and the addition result is multiplied by the voltage across the second heating resistor, the conditions such as the resistance value and current amount of the first heating resistor and the second heating resistor are different. Even if the flow rate is “0”, the above calculation result can be set to “0”. Zui presence or absence of flow of fluid can be accurately determined, the calculation results of the above it corresponds to a linear flow rate of the fluid, it is also possible to measure the flow rate of the fluid based on this.
参考例15では、流体の流路に配置される第1の発熱抵抗体と、この第1の発熱抵抗体の下流に配置されて第1の発熱抵抗体と電流的に直列に接続された第2の発熱抵抗体と、これらの第1,2の発熱抵抗体の抵抗体列に対して定電流を流す定電流源と、第1の発熱抵抗体の端子電圧を測定する第1の電圧測定手段と、第2の発熱抵抗体の端子電圧を測定する第2の電圧測定手段とを備えたので、第1,2の発熱抵抗体に対して1つの定電流源により常に等しい電流を流すことができ、よって、流量測定に及ぼす電流値の影響を小さくすることができる。 In Reference Example 15, a first heating resistor disposed in the fluid flow path, and a first heating resistor disposed downstream of the first heating resistor and connected in series with the first heating resistor. Two heating resistors, a constant current source for supplying a constant current to the resistor rows of the first and second heating resistors, and a first voltage measurement for measuring a terminal voltage of the first heating resistor. And a second voltage measuring means for measuring the terminal voltage of the second heating resistor, the same current is always supplied to the first and second heating resistors by one constant current source. Therefore, the influence of the current value on the flow rate measurement can be reduced.
参考例16では、第1の電圧測定手段の出力電圧と第2の電圧測定手段の出力電圧との差を演算する減算手段を備えたので、第1,2の発熱抵抗体の抵抗値の差の測定精度を向上させることができる。 Since the reference example 16 includes subtracting means for calculating the difference between the output voltage of the first voltage measuring means and the output voltage of the second voltage measuring means, the difference between the resistance values of the first and second heating resistors is provided. Measurement accuracy can be improved.
参考例17では、流体の流路に配置される第1の発熱抵抗体と、この第1の発熱抵抗体の下流に配置されてその接続経路内にゼロ電位点を持たせて第1の発熱抵抗体と電流的に直列に接続された第2の発熱抵抗体と、これらの第1,2の発熱抵抗体の抵抗体列に対して定電流を流す定電流源とを備えたので、第1,2の発熱抵抗体に対して1つの定電流源により常に等しい電流を流すことができ、よって、流量測定に及ぼす電流値の影響を小さくすることができ、特に、一方の発熱抵抗体の一端の電圧を正に、他方の発熱抵抗体の一端の電圧を負に設定することにより、これらの発熱抵抗体をつなぐ接続経路内にゼロ電位点を持たせることができるので、これらの発熱抵抗体の端子電圧の測定に必要な電圧値を低く抑えることができ、よって、回路の動作電圧を低く設定することができ、例えば、電池駆動する上で有利となる。 In Reference Example 17, the first heat generating resistor disposed in the fluid flow path and the first heat generating resistor disposed downstream of the first heat generating resistor and having a zero potential point in the connection path. Since the second heating resistor connected in series with the resistor in series and the constant current source for supplying a constant current to the resistor rows of the first and second heating resistors are provided. An equal current can always be supplied to one or two heating resistors by one constant current source, so that the influence of the current value on the flow rate measurement can be reduced. By setting the voltage at one end positive and the voltage at the other end of the other heating resistor negative, it is possible to have a zero potential point in the connection path connecting these heating resistors. The voltage required to measure the body terminal voltage can be kept low, so It can be set lower operating voltage of the circuit, for example, which is advantageous in battery-powered.
参考例18では、第1の発熱抵抗体の両端の端子電圧の内で絶対値の大きい方の端子電圧と第2の発熱抵抗体の両端の端子電圧の内で絶対値の大きい方の端子電圧とを加算する加算手段を備えたので、第1,2の発熱抵抗体の抵抗値の差の測定精度を向上させることができる。 In Reference Example 18, the terminal voltage having the larger absolute value among the terminal voltages at both ends of the first heating resistor and the terminal voltage having the larger absolute value among the terminal voltages at both ends of the second heating resistor. Therefore, the measurement accuracy of the difference between the resistance values of the first and second heating resistors can be improved.
参考例19では、流体の流路に配置される抵抗温度係数が大きい第1の発熱抵抗体と、この第1の発熱抵抗体と抵抗温度係数及び基準状態での抵抗値が同一で第1の発熱抵抗体の下流に配置されて電流的に直列に接続された第2の発熱抵抗体と、直列に接続された第1,2の発熱抵抗体の抵抗体列に対して定電流を流す定電流源と、第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体との接続点を仮想接地により定電圧に保つオペアンプとを備えたので、請求項27記載の発明のようにゼロ電位点を持たせるための抵抗等を要せず、さらに低い電圧で回路を動作させることができる。
In Reference Example 19, the first heating resistor having a large resistance temperature coefficient arranged in the fluid flow path, the first heating resistor, the resistance temperature coefficient, and the resistance value in the reference state are the same, and the first heating resistor is the first heating resistor. A constant current is supplied to the second heating resistor disposed downstream of the heating resistor and connected in series in current, and to the resistor rows of the first and second heating resistors connected in series. Since it has a current source and an operational amplifier that keeps the connection point between the first heating resistor and the second heating resistor at a constant voltage by virtual grounding, it has a zero potential point as in the invention of
参考例20では、直列に接続された抵抗体列の両端間の電圧を加算する加算手段を備えたので、第1,2の発熱抵抗体の抵抗値の差の測定精度を向上させることができる。 Since the reference example 20 is provided with the adding means for adding the voltages across the resistor rows connected in series, the measurement accuracy of the difference between the resistance values of the first and second heating resistors can be improved. .
参考例21では、加算手段の入力前段にインピーダンス変換手段を備えたので、第1,2の発熱抵抗体に流れる電流に加算手段が与える影響を入力インピーダンスの大きいインピーダンス変換手段によって低減させることができる。 In Reference Example 21, since the impedance conversion means is provided in the previous stage of the addition means, the influence of the addition means on the current flowing through the first and second heating resistors can be reduced by the impedance conversion means having a large input impedance. .
参考例22では、加算手段、インピーダンス変換手段に各々オペアンプを用い、仮想接地により接続点を定電圧に保つためのオペアンプを含むこれらの3つのオペアンプとして、同一のシリコンウエハ上に形成されて同一のパッケージに封入されたオペアンプを用いるようにしたので、全てのオペアンプのオフセット電圧を同じ程度にすることができ、第1,2の発熱抵抗体の抵抗値差の測定精度を向上させることができる。 In Reference Example 22, operational amplifiers are used for the adding means and the impedance converting means, and these three operational amplifiers including the operational amplifier for keeping the connection point at a constant voltage by virtual grounding are formed on the same silicon wafer and are identical. Since the operational amplifier enclosed in the package is used, the offset voltage of all the operational amplifiers can be made the same level, and the measurement accuracy of the resistance value difference between the first and second heating resistors can be improved.
参考例23では、抵抗体列に対して流す電流値を任意の時点でゼロにするスイッチ手段を備えたので、流量測定を行う必要がない時には電流値をゼロにすることで無駄に消費する電力を低減させることができ、よって、特に電池駆動の場合において、電池交換なしで測定動作を行わせ得る期間を長くすることができる。 In the reference example 23, the switch means for zeroing the current value flowing through the resistor array at any time is provided, so that when the flow rate measurement is not necessary, the power value is wasted by making the current value zero. Therefore, particularly in the case of battery driving, the period during which the measurement operation can be performed without battery replacement can be extended.
本発明の第一の実施の形態を図1ないし図3に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置121は、図1に示すように、第1,2の発熱抵抗体122,123を有しており、これらの発熱抵抗体122,123には、給電手段としての第1,2の定電流源124,125が個々に接続されている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the flow rate measuring device 121 of the present embodiment has first and
前記第1,2の発熱抵抗体122,123は、例えば、抵抗温度係数が3000〔ppm/℃〕 程度の白金の薄膜として、1個の基板(図示せず)の表面に並設されており、流体の流動方向に従って順番に配置される。前記定電流源124,125は、定電流の電力を前記発熱抵抗体122,123に供給するので、これらの発熱抵抗体122,123は、供給される電力のジュール熱に対応して一定の熱量で発熱する。
The first and
前記第1,2の発熱抵抗体122,123の一端は接地されており、他端には温度測定手段である温度測定装置126,127が個々に接続されている。これらの温度測定装置126,127には、1個の温度計128も接続されており、前記発熱抵抗体122,123の発熱温度を各々測定する。
One ends of the first and
つまり、これらの温度測定装置126,127は、電圧測定器129,130と温度算出器131,132とを各々有しており、前記電圧測定器129,130は、前記第1,2の発熱抵抗体122,123の端子電圧を各々測定する。前記温度計128は、流体の流路に配置され、流動に関係なく流体の温度を測定する。前記温度算出器131,132は、前記発熱抵抗体122,123の温度係数が予め設定されており、これらの発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL を端子電圧と流体温度とに基づいて各々算出する。
That is, these
前記温度測定装置126,127には、除算処理手段として流量算出装置133が接続されている。この流量算出装置133は2つの発熱温度ΔTU ,ΔTL の差分“ΔTU −ΔTL ”を、ここでは上流側の第1の発熱抵抗体122の発熱温度ΔTU で除算する。この計算結果
f(u)=(ΔTU −ΔTL )/ΔTU
は、流体の流量の測定結果として出力端子134から信号出力される。
A flow
Is output from the
このような構成において、本実施の形態の流量測定装置121により流体の流量を測定する場合は、その流体の流路に第1,2の発熱抵抗体122,123を流動方向に従って順番に配置するとともに、流路の内部で流動の影響を受けない位置に温度計128を配置する。
In such a configuration, when the flow rate of the fluid is measured by the flow rate measuring device 121 of the present embodiment, the first and
そこで、前述のように流路に順番に配置した第1,2の発熱抵抗体122,123に定電流源124,125から定電流を通電すると、これらの発熱抵抗体122,123は、定電流に対応した一定熱量で発熱する。この発熱により第1,2の発熱抵抗体122,123の抵抗値は温度係数に対応して変化するが、この抵抗値に対応した端子電圧が電圧測定器129,130により各々測定される。この電圧値と温度計128により測定される流体の温度とに対応して、発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL が温度算出器131,132により各々算出される。
Therefore, when a constant current is supplied from the constant current sources 124 and 125 to the first and
つまり、ここでは第1,2の発熱抵抗体122,123が定電流Iで駆動されるので、その端子電圧Vが測定されれば、抵抗値Rは“R=V/I”として算出される。そして、発熱抵抗体122,123の基準温度T0 での抵抗値をR0 、温度係数をαとすると、この発熱抵抗体122,123が基準温度T0 より発熱温度△Tだけ高温に発熱したときの抵抗値Rは“R=R0 (1+α△T)”となるので、発熱抵抗体122,123の基準時の抵抗値R0 と温度係数αとが設定されていれば、発熱時の抵抗値Rから発熱温度△Tが算出される。
That is, here, since the first and
発熱する第1,2の発熱抵抗体122,123は、流体の流量に対応して冷却されるが、流体の流動方向に対応して順番に配置されているので、上流側の第1の発熱抵抗体122からの熱量は流体により下流側の第2の発熱抵抗体123に伝達される。このため、図2に示すように、第1,2の発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL には、流体の流量に対応して温度差が発生する。
The first and second
このように上流側の第1の発熱抵抗体122から下流側の第2の発熱抵抗体123に伝達される熱量は、流体の流量とこれらの発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL とに対応している。そこで、流量算出装置133により、2つの発熱温度ΔTU ,ΔTL の差分“ΔTU −ΔTL ”を上流側の第1の発熱抵抗体122の発熱温度ΔTU で除算すれば、図3に示すように、この計算結果f(u)は流体の流量に正確に対応したものとなる。
Thus, the amount of heat transferred from the upstream
なお、流体の流動方向が反転した場合、前述のように測定する流量f(u)の正負も反転するので、本実施の形態の流量測定装置121は、流体の流量を測定するとともに流動方向も判定することができ、反転した流体の流量も正確に測定することができる。 When the flow direction of the fluid is reversed, the flow rate f (u) measured as described above is also reversed, so that the flow rate measuring device 121 of the present embodiment measures the flow rate of the fluid and also the flow direction. Can be determined, and the flow rate of the inverted fluid can also be accurately measured.
本実施の形態の流量測定装置121は、前述のように流体の流量を正確に測定することができ、この測定を流体の流動により伝達される熱量に基づいて算出しているので、発熱抵抗体122,123の抵抗値が経時変化したり、流体の温度が変化しても、流体の流量を正確に測定することができる。しかも、平衡ブリッジ回路を形成することなく発熱抵抗体122,123に電力を直接に供給しているので、消費電力が少なく電源を電池としても長期間の動作が可能である。さらに、発熱抵抗体122,123を所望の温度に発熱させることが容易なので、発熱抵抗体122,123の形成の自由度も良好である。
Since the flow rate measuring device 121 of the present embodiment can accurately measure the flow rate of the fluid as described above and calculates this measurement based on the amount of heat transmitted by the flow of the fluid, the heating resistor Even if the resistance values of 122 and 123 change with time or the temperature of the fluid changes, the flow rate of the fluid can be accurately measured. In addition, since the power is directly supplied to the
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、各種の変形を許容する。例えば、本実施の形態では、温度測定装置126,127や流量算出装置133を専用のアナログ回路により形成することを想定したが、これをA/D変換器(Analog/Digital Convertor)を入力端子に備えたマイクロコンピュータにより形成することも可能である。また、本実施の形態では、発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL の差分を一方の発熱温度ΔTU で除算した計算結果f(u)を、実際に“(ΔTU −ΔTL )/ΔTU ”として算出することを例示したが、これを変形して“1−ΔTL /ΔTU ”として算出することも可能である。
The present invention is not limited to this embodiment, and various modifications are allowed. For example, in the present embodiment, it is assumed that the
さらに、図4に示すように、演算処理手段(除算処理手段)である流量算出装置142が、差分を算出する2つの発熱温度ΔTU ,ΔTL の少なくとも一方に定数Aを乗算することも可能である。このようにした流量測定装置141は、流体が停止した状態の第1,2の発熱抵抗体122,123の発熱温度が製造誤差等のために相違するような場合でも、これが定数Aの乗算により計算上は同一となるよう補正することができるので、流体の流量を正確に測定することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 4, the flow
例えば、流量測定装置141がマイクロコンピュータの場合、定数Aはメモリにパラメータとして設定すればよく、発熱抵抗体122,123の微妙な製造誤差を容易に補正できることになる。この計算の数式“(ΔTU −A・ΔTL )/ΔTU ”も、当然ながら“1−A・ΔTL /ΔTU ”として算出することが可能である。
For example, when the flow rate measuring device 141 is a microcomputer, the constant A may be set as a parameter in the memory, and a delicate manufacturing error of the
つぎに、本発明の第二の実施の形態を図5に基づいて説明する。なお、本実施の形態の流量測定装置151に関し、前述した流量測定装置121と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する(以下の実施の形態でも、順次同様とする)。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, regarding the
まず、本実施の形態の流量測定装置151は、前述した流量測定装置121と同様に、第1,2の発熱抵抗体122,123を有しているが、これらの発熱抵抗体122,123が直列に接続されており、ここに給電手段である駆動電源として1個の定電流源152も直列に接続されている。このため、温度測定装置126は、第1の発熱抵抗体122の両端に接続されており、温度測定装置127は、第2の発熱抵抗体123の両端に接続されている。
First, the flow
このような構成において、本実施の形態の流量測定装置151は、前述した流量測定装置121と同様に流体の流量を測定する。その場合、本実施の形態の流量測定装置151では、1個の定電流源152が第1,2の発熱抵抗体122,123の両方に定電流を供給するので、第1,2の発熱抵抗体122,123に正確に同一の電流を通電することができ、より正確に流体の流量を測定することができる。また、装置の構造が単純であり、省電力化、小型軽量化、生産性向上等を図ることができる。
In such a configuration, the
さらに、本発明の第三の実施の形態を図6に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置161は、第1,2の発熱抵抗体122,123と1個の定電流源152とが直列に接続されているが、この定電流源152と第1の発熱抵抗体122との中間に補助抵抗体162も直列に接続されている。この補助抵抗体162の両端には電流検出手段である電流測定装置163も接続されており、この電流測定装置163は、温度測定手段である第1,2の温度測定装置164,165の温度算出器166,167に接続されている。
Furthermore, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the
前記補助抵抗体162は、第1,2の発熱抵抗体122,123とは相違して極端に温度係数が低く、定電流源152から供給される電力により発熱しない。前記電流測定装置163は、前記補助抵抗体162の両端の電圧を測定し、この電圧と前記補助抵抗体162の抵抗値から電流量を算出する。前記温度測定装置164,165の温度算出器166,167は、前記補助抵抗体162の電流量の測定結果と第1,2の発熱抵抗体122,123の各々の端子電圧から第1,2の発熱抵抗体122,123の各々の抵抗値を算出し、これらの抵抗値に基づいて発熱抵抗体122,123の発熱温度を各々算出する。
Unlike the first and
このような構成において、本実施の形態の流量測定装置161により流体の流量を測定する場合、流路に順番に配置された第1,2の発熱抵抗体122,123に定電流源152から定電流を通電されるが、この定電流は補助抵抗体162にも同様に通電されるので、この電流量が電流測定装置163により測定されて温度測定装置164,165の温度算出器166,167に出力される。これらの温度算出器166,167は、入力された補助抵抗体162の電流量と第1,2の発熱抵抗体122,123の各々の端子電圧から、これらの発熱抵抗体122,123の抵抗値を算出し、これらの抵抗値と発熱抵抗体122,123の温度係数と温度計128により測定される流体温度とから、発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL を各々算出する。流量算出装置142は、2つの発熱温度ΔTU ,ΔTL の差分“ΔTU −A・ΔTL ”を上流側の第1の発熱抵抗体122の発熱温度ΔTU により除算し、この計算結果f(u)を流体の流量に正確に対応した信号として出力する。
In such a configuration, when the flow rate of the fluid is measured by the flow
本実施の形態の流量測定装置161は、前述のように第1,2の発熱抵抗体122,123の抵抗値を、これに直列に接続された補助抵抗体162の電流量に基づいて算出するので、より正確に流体の流量を測定することができる。このように第1,2の発熱抵抗体122,123の電流量を実測するので、駆動電源は定電流源152である必要がなく電圧源でもよい。
As described above, the
本発明の第四の実施形態を図7に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置171では、第1,2の発熱抵抗体122,123や補助抵抗体162とは別個に第3の抵抗体172が設けられており、この第3の抵抗体172には第3の給電手段として専用の定電流源173が接続されている。前記第3の抵抗体172には、第3の測定手段として専用の温度測定装置174の電圧測定器175が接続されており、この温度測定装置174の温度算出器176が、発熱抵抗体122,123の温度測定装置164,165の温度算出器166,167に接続されているので、これらの温度算出器166,167に温度計128は接続されていない。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the
前記第3の抵抗体172は、発熱抵抗体122,123と同一の構造に形成されているが、前記定電流源173は、前記第3の抵抗体172を発熱させない出力で定電流を供給する。前記第3の抵抗体172は、例えば、流体の流動方向において発熱抵抗体122,123より上流に配置されることにより、これらの発熱抵抗体122,123に対して熱的に絶縁された位置に配置される。
The
前記温度測定装置174は、前記第3の抵抗体172の発熱温度を測定し、温度測定装置164,165の温度算出器166,167は、前記第3の抵抗体172の発熱温度に基づいて発熱抵抗体122,123の発熱温度を算出する。つまり、前記第3の抵抗体172は電力の供給により発熱しないので、その温度は流体の温度と同一であり、これに基づいて発熱抵抗体122,123の発熱温度が算出される。
The
このような構成において、本実施の形態の流量測定装置171により流体の流量を測定する場合、第1,2の発熱抵抗体122,123とともに第3の抵抗体172も流体の流路に配置するが、この第3の抵抗体172は発熱抵抗体122,123に対して熱的に絶縁された位置に配置する。このような状態で、発熱抵抗体122,123は定電流源152から供給される定電流により発熱するが、第3の抵抗体172は定電流源173から供給される定電流により発熱することはない。
In such a configuration, when the flow rate of the fluid is measured by the flow
このような第3の抵抗体172の温度を、温度測定装置174が第3の抵抗体172の端子電圧と温度係数と定電流源173の電流量から算出するので、この温度に基づいて温度測定装置164,165が発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL を各々算出する。前述のように発熱しない第3の抵抗体172の温度は流体の温度と同一なので、これに基づいて発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL は正確に算出され、これらの発熱温度から流量算出装置142により流体の流量が正確に算出される。
Since the
本実施の形態の流量測定装置171は、前述のように第3の抵抗体172により流体の温度を実測するので、これに基づいて流体の流量を正確に測定することができ、専用の温度計128を設ける必要がない。
Since the flow
つぎに、本発明の第五の実施の形態を図8に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置181では、第1,2の発熱抵抗体122,123に給電手段である駆動電源として接続された定電流源182は、第1,2の発熱抵抗体122,123を発熱させる大電流と発熱させない小電流とを切換自在に出力する。ここでは温度測定装置164,165が、第1,2の発熱抵抗体122,123の抵抗値を測定する抵抗測定手段として機能し、ここに抵抗記憶手段である記憶装置183が接続されている。この記憶装置183には前記定電流源182が接続されており、この定電流源182が小電流を出力するタイミングで前記記憶装置183は温度算出器176の温度出力に基づき基準状態の抵抗値に換算した第1,2の発熱抵抗体122,123の抵抗値R0 を記憶する。このように記憶された抵抗値R0 は、前記定電流源182が大電流を出力するタイミングで前記記憶装置183から温度測定装置164,165に出力されるので、これらの温度測定装置164,165は、入力される基準状態の抵抗値R0 に基づいて第1,2の発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL を算出する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the
このような構成において、本実施の形態の流量測定装置181では、例えば、流量測定の開始以前の初期設定の時点で、定電流源182が第1,2の発熱抵抗体122,123に小電流を出力し、これらの第1,2の発熱抵抗体122,123が発熱しない基準状態の抵抗値R0 が記憶装置183に各々記憶される。
In such a configuration, in the
このような初期設定を完了して流量測定を開始する時点では、定電流源182が第1,2の発熱抵抗体122,123に大電流を出力するので、これらの第1,2の発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL が温度測定装置164,165により測定される。この時、記憶装置183から温度測定装置164,165に、第1,2の発熱抵抗体122,123の発熱しない基準状態の抵抗値R0 が出力されるので、これに基づいて第1,2の発熱抵抗体122,123の発熱温度ΔTU ,ΔTL が正確に算出され、これらの発熱温度から流量算出装置142により流体の流量が正確に算出される。
Since the constant
本実施の形態の流量測定装置181は、前述のように第1,2の発熱抵抗体122,123の基準状態の抵抗値R0 を実測するので、これに基づいて流体の流量を正確に測定することができ、例えば、第1,2の発熱抵抗体122,123に経時劣化が発生しても流量の測定精度が低下しない。
Since the flow
なお、ここでは第1,2の発熱抵抗体122,123の基準状態の抵抗値R0 に基づいて発熱温度ΔTU ,ΔTL を算出することを例示したが、第1,2の発熱抵抗体122,123の基準状態の抵抗値に基づいて流量算出の数式を補正することも可能である。例えば、抵抗値R0 の経時変化の度合が第1,2の発熱抵抗体122,123で相違する場合には、これが計算上で同一となるよう流量算出の数式の定数Aを設定することが好ましい。
Here, the calculation of the heat generation temperatures ΔTU and ΔTL based on the resistance value R0 of the reference state of the first and second
また、前述した流量測定装置181では、第1,2の発熱抵抗体122,123に1個の定電流源182から同一の電力を供給することを想定したが、図9に例示する流量測定装置191のように、第1,2の発熱抵抗体122,123に給電手段である第1,2の定電流源192,193を個々に接続し、第2の発熱抵抗体123に供給する電力を第1の発熱抵抗体122より低く設定することも可能である。このような構造の流量測定装置191では、定電流源192,193と第1,2の発熱抵抗体122,123との中間に一対の補助抵抗194,195を個々に設け、これらの補助抵抗194,195に第1,2の電流測定装置196,197を個々に接続する。
Further, in the flow
つまり、下流側の第2の発熱抵抗体123は、上流側の第1の発熱抵抗体122から熱量が伝達されるので、その発熱温度を低下させても流量の測定精度が阻害されない。このため、前述した流量測定装置191では、第2の発熱抵抗体123に供給する電力を低減することにより、全体の消費電力を低減し、発熱抵抗体123の経時劣化も軽減している。
That is, since the amount of heat is transmitted from the upstream side
さらに、前述した流量測定装置191では、5個の抵抗体122,123,172,194,195に5個の測定装置164,165,174,196,197を個々に接続することを例示したが、図10に例示する流量測定装置201のように、抵抗体122,123,172,194,195に入力切り替え装置202を介して1個の電圧測定装置203を接続し、この電圧測定装置203に出力切り替え装置204を介して温度測定装置205〜207や電流測定装置208,209を接続することも可能である。
Further, in the flow
この場合、切り替え装置202,204により各部を時分割に機能させる必要はあるが、電圧測定装置203が1個なので5個の抵抗体122,…の端子電圧を同一の特性で測定することができ、より正確に流体の流量を測定することができる。
In this case, although it is necessary to make each part function in a time-sharing manner by the switching devices 202 and 204, since the voltage measuring device 203 is one, the terminal voltages of the five
本発明の第六の実施の形態を図11ないし図13に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置221では、第1の発熱抵抗体22と第2の発熱抵抗体23との抵抗温度係数及び基準状態での抵抗値が同一であり、第1,2の測定手段となる第1,2の演算増幅器24,25が個々に接続されてフィードバックループ26,27が形成されている。これらのフィードバックループ26,27の入力端子でもある第1,2の演算増幅器24,25の負側の入力端子には、抵抗体222,223を個々に介して基準電圧“Vref ”の入力端子224が接続されており、第1,2の演算増幅器24,25の正側の入力端子には、抵抗体225,226を介してアース端子227に接続されているので、これらの部分が第1,2の給電手段として機能する。
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the flow rate measuring device 221 of the present embodiment, the first
そして、本実施の形態の流量測定装置221では、フィードバックループ26,27の出力端子にA/D変換器228が接続されており、このA/D変換器228にマイクロプロセッサ229の通信I/F(Interface…図示せず)が接続されている。このマイクロプロセッサ229は、その主体としてハードウェアであるCPU(Central Processing Unit…図示せず) を有しており、このC
PUには、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、前記通信I/F等のハードウェア(何れも図示せず)が接続されている。
In the flow rate measuring device 221 of this embodiment, the A / D converter 228 is connected to the output terminals of the
The PU is connected to hardware (none of which is shown) such as a ROM (Lead Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the communication I / F.
前記CPUは、例えば、前記通信I/Fに各種データが入力されると、これを利用した各種のデータ処理を各種プログラムに対応して実行し、この処理結果を前記通信I/Fからデータ出力する。前記ROMには、このようなデータ処理を前記CPUに実行させるためのプログラムが記録されており、前記RAMには、前記CPUがデータ処理に利用する各種のワークエリアが確保されている。 For example, when various data is input to the communication I / F, the CPU executes various data processing using the data corresponding to various programs, and outputs the processing result from the communication I / F. To do. A program for causing the CPU to execute such data processing is recorded in the ROM, and various work areas used by the CPU for data processing are secured in the RAM.
このように前記CPUがプログラムを読み取って各種の処理動作を実行することにより、各種機能が各種手段として実現されている。このような各種手段として、本実施の形態の流量測定装置221は、係数乗算手段230、減算処理手段231、除算処理手段232、結果出力手段233等を有している。つまり、これらの手段230〜233として前記CPUを機能させるためのプログラムが、前記ROMにソフトウェアとして記録されている。
As described above, the CPU reads the program and executes various processing operations, thereby realizing various functions as various means. As such various means, the flow rate measuring device 221 according to the present embodiment includes a coefficient multiplication unit 230, a subtraction processing unit 231, a division processing unit 232, a
前記A/D変換器228は、前記第1,2の演算増幅器24,25の測定電圧“Vu ,Vd ”をアナログ値からデジタル値に各々変換し、前記係数乗算手段230は、デジタル化された前記第1の演算増幅器24の測定電圧“Vu ”に所定の補正係数を乗算する。この補正係数は、ここでは所定温度で流量“0”の基準状態での前記第2の発熱抵抗体23の抵抗値“Rd ”を前記第1の発熱抵抗体22の抵抗値“Ru ”で除算した結果の数値として設定されており、例えば、前記CPUが読取自在なパラメータとして前記ROMに記録されている。ただし、ここでは前記第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗温度係数及び基準状態での抵抗値が同一であり、これら第1,2の発熱抵抗体22,23に通電される電流量も同一なので、補正係数は“1”として設定されている。
The A / D converter 228 converts the measured voltages “Vu, Vd” of the first and second
前記減算処理手段231は、前記係数乗算手段230の乗算結果を第2の演算増幅器25の測定電圧“Vd ”から減算し、前記除算処理手段232は、前記減算処理手段231の減算結果を第1の演算増幅器24の測定電圧“Vu ”で除算し、前記結果出力手段233は、前記除算処理手段232の除算結果を、流体の流量に対応したデジタルデータとして前記通信I/Fにより外部出力する。つまり、前記マイクロプロセッサ229の前記ROMには、前記CPUを前記手段230〜33として機能させるためのプログラムが記録されている。
The subtraction processing unit 231 subtracts the multiplication result of the coefficient multiplication unit 230 from the measured voltage “Vd” of the second
このような構成において、本実施の形態の流量測定装置221も、ガス等の流体の流量を測定し、この測定結果をデジタルデータとして外部出力する。その場合、やはり配線基板の配置により第1,2の発熱抵抗体22,23を流体の流動方向に従って順番に位置させ、この状態で第1の発熱抵抗体22と第2の発熱抵抗体23とを電圧可変で電流一定の電力の供給により発熱させる。この状態で流体が流動すると、上流側の第1の発熱抵抗体22から下流側の第2の発熱抵抗体23に熱量が移動するので各々の抵抗値が変化するが、フィードバックループ26,27の電流量は一定に維持されて出力電圧が各々変化する。
In such a configuration, the flow rate measuring device 221 of the present embodiment also measures the flow rate of a fluid such as gas and outputs the measurement result as digital data to the outside. In that case, the first and
例えば、フィードバックループ26の場合、第1の演算増幅器24の出力端子が負側の入力端子に第1の発熱抵抗体22を介してフィードバック接続されているので、第1の演算増幅器24の正負の入力端子の電圧は同一となる。ここで第1の演算増幅器24の正側の入力端子は抵抗体225を介してアース端子227,に接続されているので、その正負の入力端子の電圧は“0”である。
For example, in the case of the
この第1の演算増幅器24の電圧“0”の入力端子と基準電圧“Vref ”の入力端子224との間には、抵抗値“R1”の抵抗体222が介在しているので、この抵抗体222には“I1=Vref/R1 ”の定電流が通電され、この定電流が第1の発熱抵抗体22にも通電される。同様に、抵抗体223にも“I2=Vref/R2 ”の定電流が通電され、この定電流が第2の発熱抵抗体23にも通電される。
Since the resistor 222 having the resistance value “R1” is interposed between the input terminal 224 of the voltage “0” and the input terminal 224 of the reference voltage “Vref” of the first
つまり、第1,2の発熱抵抗体22,23は抵抗値“Ru ,Rd ”が変化しても一定の電流“I1,I2”が通電されるので、流体の流量が変化して第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値“Ru ,Rd ”が変化すると、その両端電圧である第1,2の演算増幅器24,25の測定電圧“Vu =I1・Ru ,Vd =I2・Rd ”が変化する。これらの測定電圧“Vu ,Vd ”は、A/D変換器228によりA/D変換されてからマイクロプロセッサ229に入力されるので、このマイクロプロセッサ229では、入力データに対して所定のデータ処理を実行する。
In other words, the first and
つまり、第1の演算増幅器24の測定電圧“Vu ”に補正係数“A”が乗算され、この乗算結果“A・Vu ”が第2の演算増幅器25の測定電圧“Vd ”から減算される。この減算結果“Vd −A・Vu ”が第1の演算増幅器24の測定電圧“Vu ”で除算され、この除算結果“(Vd −A・Vu )/Vu ”が流体の流量に対応したデジタルデータとして外部出力される。
That is, the measurement voltage “Vu” of the first
例えば、このデジタルデータを実際の流量に換算してディスプレイ(図示せず)に表示出力すれば、流体の流量をユーザに報知するようなことができ、デジタルデータに基づいて流量の調整弁(図示せず)をフィードバック制御すれば、流体の流量を一定に維持するようなことができる。 For example, if this digital data is converted into an actual flow rate and displayed on a display (not shown), the flow rate of the fluid can be notified to the user, and a flow rate adjusting valve (see FIG. If the feedback control is performed, the fluid flow rate can be maintained constant.
本実施の形態の流量測定装置221は、第1,2の演算増幅器24,25の測定電圧“Vu ,Vd ”の差分を流量の測定結果とせず、これらの測定電圧“Vu ,Vd ”に基づいて所定の演算処理を実行することにより、流体の流量を良好に測定することができ、流動の有無を正確に判定することもできる。このことを以下に順次詳述する。
The flow rate measuring device 221 of the present embodiment does not use the difference between the measured voltages “Vu, Vd” of the first and second
まず、前述のように発熱する第1,2の発熱抵抗体22,23が流体の流動方向に従って順番に配置されているので、第1の発熱抵抗体22から熱量が移動した流体が第2の発熱抵抗体23の表面を流動することになり、第1の発熱抵抗体22は流体の流動により第2の発熱抵抗体23よりも良好に冷却される。従って、これらの第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”には、
Vd =A・Vu +f(u)・Vu
なる関係が成立する。この場合、“f(u)”は流体の流量“u”により変化する関数であり、“A”は所定の係数である。なお、この係数“A”は、第1,2の発熱抵抗体22,23の条件の相違を補正するものなので、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値“Ru ,Rd ”が同一で、通電される電流量“I1,I2”も同一の場合には“1”である。
First, since the first and second
Vd = A.Vu + f (u) .Vu
This relationship is established. In this case, “f (u)” is a function that varies depending on the flow rate “u” of the fluid, and “A” is a predetermined coefficient. Since the coefficient “A” is used to correct a difference in the conditions of the first and
そして、流体の流量が“0”の場合、第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”には“Vd =A・Vu ”の関係が成立し、この関係は流体の流量に対応して変化する。この流量による変化は、上流側の第1の発熱抵抗体22の熱量を下流側の第2の発熱抵抗体23に流体が移動させることに起因すると想定され、これは“f(u)・Vu ”と表現される。
When the flow rate of the fluid is “0”, the relationship “Vd = A · Vu” is established between the voltages “Vu, Vd” across the first and
換言すると、この関数“f(u)”は流体の流量を示す信号となり、これは上記数式から
f(u)=(Vd −A・Vu )/Vu
となる。つまり、本実施の形態の流量測定装置221のように、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”に補正係数“A”を乗算し、この乗算結果を第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”から減算し、この減算結果を第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”で除算すれば、この除算結果“f(u)”が流体の流量に対応したデジタルデータとなる。
In other words, the function “f (u)” becomes a signal indicating the flow rate of the fluid, and this is obtained from the above formula. F (u) = (Vd−A · Vu) / Vu
It becomes. That is, like the flow rate measuring device 221 of the present embodiment, the voltage “Vu” across the
つまり、図12に示すように、流体の流量が変化すると、第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”は非線形に変化するが、図13に示すように、計算結果“f(u)”は線形に略変化するので、このデジタルデータから流体の流量を測定することができる。このように流体の流量を測定すれば、流量が“0”の場合には測定結果も“0”となるので、流体の流動の有無を正確に判定することもできる。
That is, as shown in FIG. 12, when the flow rate of the fluid changes, the voltages “Vu, Vd” across the first and
特に、本実施の形態の流量測定装置221では、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”に補正係数“A”を乗算しているので、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値や通電量が相違する場合でも、流動の有無を正確に判定することができる。しかし、前述のように第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値や通電量が同一の場合には、補正係数“A”は“1”となるので係数乗算手段230を省略することができる。この場合、マイクロプロセッサ229のプログラム構造を簡略化することができ、処理負担を軽減して処理速度を向上させることができる。
In particular, in the flow rate measuring device 221 of the present embodiment, the voltage “Vu” across the
ただし、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値や通電量が相違する場合には、補正係数“A”を適切に設定する必要があり、これは流体の流量が“0”の場合には“f(u)”が“0”となるよう設定することが好ましい。例えば、流量測定装置221に高度な精度が要求される場合、補正係数“A”の乗算を省略するためには第1,2の発熱抵抗体22,23を精密に同一に形成する必要があるが、これは製造上の理由から困難である。
However, when the resistance values and energization amounts of the first and
その場合、流体の流量を“0”として第1,2の発熱抵抗体22,23に同一の電流“I”を通電して各々の抵抗値“Ru ,Rd ”を測定し、その比率“Rd /Ru ”を補正係数“A”として係数乗算手段230に設定すれば、流量測定装置221は第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値等が相違しても、流量が“0”の場合には測定結果“f(u)”が“0”となる。
In this case, the flow rate of the fluid is set to “0”, the same current “I” is applied to the first and
なお、前述のような補正係数“A”を実際に設定する作業としては、第1,2の発熱抵抗体22,23を配線基板上に形成してから、所定温度で流量“0”の基準状態での各々の抵抗値“Ru ,Rd ”を測定し、その比率“Rd /Ru ”の数値を係数乗算手段230のプログラムの補正係数“A”のパラメータとしてマイクロプロセッサ229のROMに記録すればよく、単純な作業で補正係数“A”を適切に設定することができる。
As an operation for actually setting the correction coefficient “A” as described above, after the first and
ただし、前述のように第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値“Ru ,Rd ”に基づいて補正係数“A”を設定すると、その電流量が同一の場合には問題ないが、電流量の相違には対応することができない。このような場合には、実際に電源や通電の部分の回路まで形成してから、基準状態での第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”を第1,2の演算増幅器24,25により測定し、“Vd /Vu =A”として補正係数を設定することが好ましい。
However, as described above, when the correction coefficient “A” is set based on the resistance values “Ru, Rd” of the first and
この場合、流量測定装置221は第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値や電流量が相違しても、流量が“0”の場合には測定結果“f(u)”が“0”となり、流動の有無を良好に判定することができる。なお、このような補正係数も必要なハードウェアの製作後にソフトウェアとしてマイクロプロセッサ229のROMに記録すればよく、単純な作業で補正係数“A”を適切に設定することができる。
In this case, even if the resistance values and current amounts of the first and
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、各種の変形を許容する。例えば、本実施の形態では、ROM等にソフトウェアとして記録されているプログラムに従ってCPUがデータ処理を実行することにより、流量測定装置221の各種手段が実現されることを例示した。しかし、このような各種手段の各々を固有のハードウェアとして製作することも可能であり、一部をソフトウェアとしてRAM等に記録するとともに一部をハードウェアとして製作することも可能である。また、所定のソフトウェアが記録されたRAM等や各部のハードウェアを、例えば、ファームウェアとして製作することも可能である。 The present invention is not limited to this embodiment, and various modifications are allowed. For example, in the present embodiment, the various means of the flow measurement device 221 are realized by the CPU executing data processing according to a program recorded as software in a ROM or the like. However, each of these various means can be manufactured as unique hardware, and a part of the various means can be recorded as a software in a RAM or the like and a part can be manufactured as hardware. In addition, a RAM or the like in which predetermined software is recorded and hardware of each unit can be manufactured as firmware, for example.
さらに、本実施の形態では、流体の流量に線形に対応して流量が“0”の場合に“0”となる測定結果“f(u)”を算出しているが、この測定結果“f(u)”には流体の温度の情報が含まれており、図14に示すように、流体の温度が変化すると測定結果“f(u)”の傾斜も変化するので流量を正確に測定することは困難である。 Further, in the present embodiment, the measurement result “f (u)” that is “0” when the flow rate is “0” corresponding to the fluid flow rate is calculated. (u) ”includes information on the temperature of the fluid, and as shown in FIG. 14, when the temperature of the fluid changes, the slope of the measurement result“ f (u) ”also changes, so the flow rate is accurately measured. It is difficult.
これが問題となる場合には、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”をm乗するm乗処理手段、第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”をn乗するn乗処理手段、除算処理手段232の除算結果“f(u)”にm乗処理手段のm乗結果とn乗処理手段のn乗結果とを乗算する結果補正手段、を新規に付加することが好ましい。つまり、これらの手段としてCPUを機能させるためのプログラムが、ROMにソフトウェアとして記録されている。
If this becomes a problem, the m-th power processing means for raising the voltage “Vu” across the
この場合、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”のm乗結果と、第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”のn乗結果とが、流体の流量に対応したデジタルデータ“f(u)”に乗算されるので、この乗算結果“f2(u)”は、流体の流量に良好に対応して温度の影響が少ないものとなる。このことを以下に詳述する。なお、以下の数式では、例えば、“Vu ”のm乗を“Vu [m乗]”のように表現する。
In this case, the digital data corresponding to the fluid flow rate is obtained by calculating the m-th power of the voltage “Vu” at both ends of the
まず、第1の発熱抵抗体22の抵抗値“Ru ”は、基準温度での抵抗値“Ru0”、基準温度との温度差“dT”、抵抗温度係数“αu ”により“Ru =Ru0(1+αu ・dT)”となる。温度が変化しても抵抗体の電流量Iが一定ならば、“I・Ru =I・Ru0(1+αu ・dT)”となり、基準温度での両端電圧を“Vu0”とすると、両端電圧は
Vu =Vu0(1+αu ・dT)
となる。この場合、“Vu0”は定数であるので第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”は流体の温度により変化することになり、これは第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”でも同一である。
First, the resistance value “Ru” of the
It becomes. In this case, since “Vu0” is a constant, the voltage “Vu” across the
そこで、ここでは流体の流量に対応したデジタルデータ“f(u)”に第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”を所定回数ずつ乗算することにより、流量測定装置221に必要な温度領域で流量の測定結果に対する温度の影響を最小とする。前述した演算は
f2(u)=f(u)・Vu [m乗]・Vd [n乗]
であるので、これは
f2(u)={(Vd −A・Vu )/Vu }f(u)・Vu [m乗]・Vd [n乗]
となる。
Therefore, here, the flow rate measuring device is obtained by multiplying the digital data “f (u)” corresponding to the flow rate of the fluid by the voltages “Vu, Vd” across the first and
Therefore, this is f2 (u) = {(Vd-A.Vu) / Vu} f (u) .Vu [mth power] .Vd [nth power]
It becomes.
例えば、“m=n=0”とした場合、当然ながら流量の測定結果は補正されず、図14に示すように、流体の温度に影響されたものとなる。“m=n=0.5”とすると、図15に示すように、流量の測定結果に対する温度の影響が軽減されることが確認され、“m=n=0.75”とすると、図16に示すように、流量の測定結果に温度が影響する割合が最小となり、“m=n=1”とすると、図17に示すように、また温度の影響が増加することが確認された。 For example, when “m = n = 0”, the measurement result of the flow rate is naturally not corrected, and is influenced by the temperature of the fluid as shown in FIG. When “m = n = 0.5”, as shown in FIG. 15, it is confirmed that the influence of temperature on the flow rate measurement result is reduced, and when “m = n = 0.75”, FIG. As shown in FIG. 17, it was confirmed that the influence of temperature on the flow rate measurement result is minimized, and when “m = n = 1”, the influence of temperature increases as shown in FIG.
従って、前述した乗数“m,n”は、実際には各種条件に従って最適に設定されるが、その最適な一例は“m=n=0.75”である。このように設定した乗数“m,n”まで第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”を乗算し、これを流量の測定結果“f(u)”に乗算して補正された測定結果“f2(u)”を算出すれば、流体の流量を温度に関係なく正確に測定することができる。
Therefore, the multiplier “m, n” described above is actually optimally set according to various conditions, and an optimal example is “m = n = 0.75”. The voltage “Vu, Vd” across the first and
なお、ここでは演算処理を簡略化するため、“m=n”とすることを例示したが、第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”が略同一ならば、“m+n=1.5”であればよく、図18に示すように、“m=0,n=1.5”としても温度の影響を最小として流量を良好に測定することができる。
Here, in order to simplify the arithmetic processing, it is exemplified that “m = n”. However, if the both-end voltages “Vu, Vd” of the first and
また、前述のように乗数“m,n”が整数でないと、その演算処理が煩雑なので、“m=n=1”として処理の負担を軽減して速度を向上させることも実用的である。さらに、ここでは第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”のm乗値と第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”のn乗値とを除算処理手段232の除算結果“(Vd −A・Vu )/Vu ”に乗算しているが、この除算結果の分母には“Vu ”が存在している。つまり、減算処理手段231の減算結果“Vd −A・Vu ”に第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”の(m−1)乗値と第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”のn乗値とを乗算してもよく、その場合は除算処理手段232を省略することができる。
Further, as described above, if the multiplier “m, n” is not an integer, the calculation process is complicated. Therefore, it is also practical to reduce the processing load and improve the speed by setting “m = n = 1”. Further, here, the division result “(2) of the m-th power value of the both-end voltage“ Vu ”of the
さらに、ここではm乗処理手段とn乗処理手段とを個々に設けることを想定したが、これを1個の累乗処理手段として設け、これにパラメータとして乗数“m,n”を適宜提供する乗数提供手段を組み合わせてもよい。 Further, although it is assumed here that the m-th power processing means and the n-th power processing means are individually provided, this is provided as one power processing means, and a multiplier that appropriately provides a multiplier “m, n” as a parameter thereto. Providing means may be combined.
つぎに、本発明の第七の実施の形態を図19に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置241では、第1,2の演算増幅器24,25が抵抗体32〜35とともに減算処理手段である第3の演算増幅器36に接続されており、抵抗体32,33の抵抗値が同一であるとともに抵抗体34,35の抵抗値が同一なので、これらの抵抗体32〜35とともに第3の演算増幅器36は差動増幅器として機能する。この第3の演算増幅器36もA/D変換器228を介してマイクロプロセッサ229に接続されており、このマイクロプロセッサ229には、係数乗算手段242、加算処理手段243、乗算処理手段244等が設けられている。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the flow
前記第3の演算増幅器36は、第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”から第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”を減算し、前記係数乗算手段242は、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”に所定の補正係数“e”を乗算する。この補正係数“e”は、各種条件に従って適切に設定されるが、ここでは所定温度で流量“0”の基準状態での第2の発熱抵抗体23の抵抗値“Rd ”を第1の発熱抵抗体22の抵抗値“Ru ”で除算した結果“A”を“1”から減算した結果の数値“e=1−A”として設定されている。
The third
前記加算処理手段243は、前記第3の演算増幅器36が差動増幅した出力電圧“Vdu”を増幅率で除算して差分電圧“V′du”に換算し、これを前記係数乗算手段242の乗算結果“e・Vu ”に加算する。前記乗算処理手段244は、前記加算処理手段243の加算結果“V′du+e・Vu ”に前記第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”を乗算し、この乗算結果“(V′du+e・Vu )・Vd ”を結果出力手段233は流量の測定結果“f2(u)”としてデータ出力する。
The addition processing means 243 divides the output voltage “Vdu” differentially amplified by the third
このような構成において、本実施の形態の流量測定装置241も、前述した流量測定装置21と同様に、ガス等の流体の流量を測定し、この測定結果をデジタルデータとして外部出力する。その場合、第1,2の演算増幅器24,25により測定された第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”は、第3の演算増幅器36により抵抗体32,34の抵抗値の比率で差動増幅され、この差分電圧“Vdu”もマイクロプロセッサ229に入力される。
In such a configuration, the flow
このマイクロプロセッサ229では、第3の演算増幅器36で差動増幅された差分電圧“Vdu”が、その増幅率で除算されて差分電圧“V′du”に換算される。さらに、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”に所定の補正係数“e”が乗算され、この乗算結果“e・Vu ”と差分電圧“V′du”とが加算され、この加算結果“V′du+e・Vu ”に第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”が乗算される。すると、この乗算結果
f2(u)=(V′du+e・Vu )Vd
は、第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”に比較して、流体の流量に線形に近似したものとなる。
In the
Is linearly approximated to the flow rate of the fluid as compared to the voltage “Vu, Vd” across the first and
なお、上記数式
f2(u)=(V′du+e・Vu )Vd
を変形すると、
f2(u)=(Vd −Vu +e・Vu )Vd
={(Vd −A・Vu )/Vu }・Vu ・Vd
となり、これは前述した“m=n=1”の場合の“f2(u)”と同一である。つまり、本実施の形態の流量測定装置241は、流体の温度の影響を最小として流量を正確に測定することができる。
The above formula f2 (u) = (V'du + e.Vu) Vd
Transforming
f2 (u) = (Vd-Vu + e.Vu) Vd
= {(Vd-A.Vu) / Vu} .Vu.Vd
This is the same as “f2 (u)” in the case of “m = n = 1” described above. That is, the flow
しかも、第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”の差分電圧の検出をマイクロプロセッサ229のソフトウェアによるデジタル演算で行わず、ハードウェアである第3の演算増幅器36のアナログ演算で実行し、これを増幅してからマイクロプロセッサ229に入力しているので、A/D変換器228の分解能が低くとも流量を緻密に測定することができる。
In addition, the detection of the differential voltage between the voltages “Vu and Vd” across the first and
特に、本実施の形態の流量測定装置241では、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”に補正係数“e”を乗算しているので、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値や通電量が相違する場合でも、流動の有無を正確に判定することができる。しかし、前述のように第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値や通電量が同一の場合には、補正係数“e”は“0”となるので係数乗算手段242と加算処理手段243とを省略することができる。この場合、マイクロプロセッサ229のプログラム構造を簡略化することができ、処理負担を軽減して処理速度を向上させることができる。
In particular, in the flow
ただし、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値や通電量が相違する場合には、補正係数“e”を適切に設定する必要があり、これは流体の流量が“0”の場合に“f(u)”が“0”となるよう設定することが好ましい。その場合、基準状態で第1,2の発熱抵抗体22,23に同一の電流“I”を通電して各々の抵抗値“Ru ,Rd ”を測定し、その比率“Rd /Ru ”を“1”から減算して補正係数“e=1−(Rd /Ru )”を算出し、これを係数乗算手段242に設定すればよい。
However, when the resistance values and the energization amounts of the first and
ただし、上述のように第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値“Ru ,Rd ”に基づいて補正係数“e”を設定すると、その電流量の相違には対応できないので、より好ましくは、実際に電源や通電の部分の回路まで形成してから、基準状態での第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”を第1,2の演算増幅器24,25により測定し、“1−(Vd /Vu )”を補正係数“e”として設定することが好ましい。
However, if the correction coefficient “e” is set based on the resistance values “Ru, Rd” of the first and
さらに好ましくは、基準状態での差分電圧“V′du”を第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”で除算し、その正負の符号を反転させた結果の数値“−V′du/Vu ”を補正係数“e”として設定することも可能である。つまり、第3の演算増幅器36が出力する差分電圧“Vdu”は、差動増幅やオフセット電圧の影響が大きいので、これをマイクロプロセッサ229が増幅率で乗算して差分電圧“V′du”を算出しても、これらの差分電圧“V′du”“Vdu”の整合性は低い。
More preferably, the difference voltage “V′du” in the reference state is divided by the voltage “Vu” across the
このような状態で補正係数“e”を上述のように第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”に基づいて設定しても、これと差分電圧“V′du”との整合性は低いので流量の測定結果の精度も低い。しかし、この補正係数“e”は、第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”の微妙な相違を示すパラメータであり、この微妙な相違をアナログ演算で検出して増幅してからマイクロプロセッサ229に入力して復元した数値が差分電圧“V′du”なので、これを利用すれば補正係数“e”の精度を向上させることができる。
Even if the correction coefficient “e” is set based on the voltages “Vu and Vd” across the first and
なお、このように差分電圧“V′du”に基づいて補正係数“e”を算出すると、ここに第3の演算増幅器36のオフセット電圧等の誤差が含まれる懸念はあるが、これは差動増幅した差分電圧“Vdu”をマイクロプロセッサ229により増幅率で除算して差分電圧“V′du”に換算することにより圧縮されるので、補正係数“e”を高精度に設定することができる。
If the correction coefficient “e” is calculated based on the differential voltage “V′du” in this way, there is a concern that an error such as an offset voltage of the third
つぎに、本発明の第八の実施の形態を図20に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置251では、前述した流量測定装置241等に対して回路構造が等価的に簡略化されており、第1,2の発熱抵抗体22,23の各々に第1,2の給電手段である第1,2の定電流源252,253が個々に直結されている。第1,2の発熱抵抗体22,23の各々には第1,2の測定手段である第1,2の測定回路254,255が個々に接続されており、これらの第1,2の測定回路254,255がA/D変換器228を介してマイクロプロセッサ229に各々接続されている。前記第1,2の測定回路254,255は減算処理手段である差動増幅回路256にも接続されており、この差動増幅回路256もA/D変換器228を介してマイクロプロセッサ229に接続されている。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the flow
このマイクロプロセッサ229には、新規にm乗処理手段257とn乗処理手段258とが付加されており、これに対応して乗算処理手段259の設定内容が変更されている。前記m乗処理手段257は、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”を(m−1)乗し、前記n乗処理手段258は、第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”をn乗する。前記乗算処理手段259は、加算処理手段243の加算結果である“V′du+e・Vu ”に(m−1)乗結果である“Vu [(
m−1)乗]”とn乗結果である“Vd [n乗]”とを乗算し、この乗算結果
(V′du+e・Vu )・Vu [(m−1)乗]・Vd [n乗]
を結果出力手段233は流量の測定結果“f3(u)”としてデータ出力する。
The
m-1)]] is multiplied by the nth power result "Vd [nth power]", and the multiplication result (V'du + e.Vu) .Vu [(m-1) th power] .Vd [nth power] ]
The result output means 233 outputs the data as the flow rate measurement result “f3 (u)”.
なお、前記m乗処理手段257は、上述のように第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”を(m−1)乗するので、正確には(m−1)乗処理手段と呼称するべきものであるが、ここでは本質的に相違ないので表現を簡略化するために“m乗処理手段”と呼称する。
Since the m-th power processing means 257 raises the voltage “Vu” across the
このような構成において、本実施の形態の流量測定装置251では、第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”と差分電圧“Vdu”とがマイクロプロセッサ229に入力され、このマイクロプロセッサ229では、差分電圧“Vdu”が差動増幅回路256の増幅率で除算されて差分電圧“V′du”に換算され、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”に所定の補正係数“e”が乗算される。さらに、この乗算結果“e・Vu ”と差分電圧“V′du”とが加算され、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”が(m−1)乗されるとともに、第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”がn乗される。そして、これらの(m−1)乗結果“Vu [(m−1)乗]”とn乗結果“Vd [n乗]”とが加算結果“V′du+e・Vu ”に乗算され、この乗算結果“(V′du+e・Vu )・Vu [(m−1)乗]・Vd [n乗]”が流量の測定結果“f3(u)”としてデータ出力される。
In such a configuration, in the flow
このように測定結果“f3(u)”を算出すると、これは第1の発熱抵抗体22と第2の発熱抵抗体23との温度補正の割合が“m,n”により調節されているので、流体の流量を温度に関係なく正確に測定することができる。また、このように算出した測定結果“f3(u)”では、その正負により流体の流動方向を判定することもできる。
When the measurement result “f3 (u)” is calculated in this manner, this is because the rate of temperature correction between the
さらに、本発明の第九の実施の形態を図21に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置261では、マイクロプロセッサ229に新規にデジタル加算手段262が付加されており、このデジタル加算手段262に対応してn乗処理手段263の設定内容が変更されている。また、第2の測定回路255は差動増幅回路256には接続されているがマイクロプロセッサ229には接続されておらず、前記n乗処理手段263には、前記デジタル加算手段262を介して第1の測定回路254と差動増幅回路256とが接続されている。なお、ここでいう接続は、必ずしも物理的な結線のみを意味しておらず、ソフトウェアによる論理的なリンクも含んでいる。
Furthermore, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the flow
前記デジタル加算手段262は、デジタル変換された差分電圧“Vdu”と第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”とを加算し、前記n乗処理手段263は、この加算結果“Vdu+Vu ”を第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”に換えてn乗する。つまり、これらの手段262,263の動作の連係が、ここでは測定電圧を置換する置換処理手段として機能している。
The digital adder 262 adds the digitally converted difference voltage “Vdu” and the voltage “Vu” across the
このような構成において、本実施の形態の流量測定装置261では、流量を測定する処理動作に第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”を利用せず、これを差分電圧“Vdu”と第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”との加算結果“Vdu+Vu ”で代用する。
In such a configuration, the flow
つまり、前述のように差分電圧“Vdu”は微弱な信号なので外乱の影響が大きく、これと第1,2の発熱抵抗体22,23の両端電圧“Vu ,Vd ”との計算上の整合性が取れないことがある。しかし、2つの両端電圧“Vu ,Vd ”の一方を、他方と差分電圧“Vdu”との加算結果で代用すれば、計算上の整合性を取ることができるので、流体の流量を正確に測定することができる。
That is, as described above, since the differential voltage “Vdu” is a weak signal, the influence of the disturbance is large, and the calculated consistency between this voltage and the both-end voltages “Vu, Vd” of the first and
なお、本実施の形態では、第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”と差分電圧“Vdu”との加算結果で第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”を代用しているが、当然ながら、この第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”と差分電圧“Vdu”との加算結果で第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”を代用することも可能である。
In the present embodiment, the both-ends voltage “Vd” of the
また、このように流量測定に第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”のみ利用して第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”を利用しない場合には、これに対応して係数乗算手段242の補正係数“e”を変更することが好ましい。つまり、基準状態での第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”に対応させた数値から差動増幅回路256の差分電圧“Vdu”に対応させた数値を減算し、差動増幅回路256の差分電圧“Vdu”に対応した数値の符号を反転させ、この数値“−Vdu”を上述の減算結果“Vd −Vdu”で除算し、この除算結果の数値“−Vdu/(Vd −Vdu)”を係数乗算手段242に補正係数“e”として設定する。
Further, when only the voltage “Vd” across the
この場合、係数乗算手段242の補正係数“e=−Vdu/(Vd −Vdu)”の算出に、第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”のみ利用されて第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”は利用されないので、前述のように流量測定にも第2の発熱抵抗体23の両端電圧“Vd ”のみ利用して第1の発熱抵抗体22の両端電圧“Vu ”を利用しないようにすれば、演算処理の全体的な整合性が向上する。
In this case, only the voltage “Vd” across the
本発明の第十の実施の形態を図21に基づいて説明する。なお、本実施の形態の説明に先立ち、前提となる流量測定装置241の構成を図23を参照して再検討する。これは、前述した第七の実施の形態に相当する構成を書換えて示すものである。図示の流量測定装置241においては、演算増幅器24の出力電圧Vu には第1の発熱抵抗体22の抵抗値に対応した出力が得られ、演算増幅器25の出力電圧Vd には第2の発熱抵抗体23の抵抗値に対応した出力が得られる。従って、演算増幅器36の差電圧Vduとしては、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値の差に対応した電圧値が得られる。ここに、第1,2の発熱抵抗体22,23は電流により発熱するが、その熱は流体と熱的な結合関係にあるため、流体によって冷されることになる。この奪われる熱の量は流体の速度に対応する。つまり、流体によって熱を奪われると第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値は奪われた熱量に対応して低下するので、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値から流体の流速を知ることができることになる。
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Prior to the description of the present embodiment, the configuration of the presumed flow
ところが、このような流量測定装置241でも、詳細に検討すると、まだ改良の余地がある。この点について、以下に詳細に説明する。まず、この流量測定装置241では、図23に例示するように、第1,2の発熱抵抗体22,23に対して別々の電流源から一定電流Iu ,Id を供給している。ここに、これらの第1,2の発熱抵抗体22,23へ供給される電流値が変化した場合に、どのような影響があるかの測定結果について説明する。
However, even with such a flow
この測定例では、第1,2の発熱抵抗体22,23として、ともに約500Ω程度の同じ抵抗値を有し、その抵抗温度係数が約3300ppm/℃ 程度で同じ値を持つものを用いた。これらの第1,2の発熱抵抗体22,23へ流す電流は同じ2mAとした。いま、流体の温度を25℃に保ち、流体の流速を変化させた。このとき、第1の発熱抵抗体22側の電流若しくは第2の発熱抵抗体23側の電流が変化した場合に差電圧Vduがどのような影響を受けるかを測定したものである。減算器として機能する演算増幅器36の増幅率は1とした。
In this measurement example, as the first and
図24は第1の発熱抵抗体22側の電流Iu を変化させたときの差電圧Vduの変化の様子を示す。この測定例によれば、電流Iu が0.002Aのときの流体の流れ0〔L/H〕,100〔L/H〕,200〔L/H〕相当による差電圧Vduの出力が、電流Iu の変化により変わることがわかる。電流Iu が0.00205Aに変化すると、100〔L/H〕相当のときの差電圧Vduの値は、電流Iu が0.002Aで0〔L/H〕相当時の差電圧Vduの値より小さくなっている。このように電流Iu の変化が差電圧Vduの値に大きく影響する。
FIG. 24 shows how the differential voltage Vdu changes when the current Iu on the
次に、電流Iu ,Id が等しく変化した場合の測定例を図25に示す。即ち、I=Iu =Id とし、Iが変化した場合の差電圧Vduの出力を示している。図24と図25との測定結果を比較すると、図25における差電圧Vduの変化の方が小さいことがわかる。つまり、図23に示したような構成で第1,2の発熱抵抗体22,23に対する電流源が別々であると、差電圧Vduが変化しやすいことがわかる。
Next, FIG. 25 shows a measurement example when the currents Iu and Id change equally. That is, the output of the differential voltage Vdu when I = Iu = Id and I changes is shown. Comparing the measurement results of FIG. 24 and FIG. 25, it can be seen that the change in the differential voltage Vdu in FIG. 25 is smaller. That is, when the current sources for the first and
そこで、本実施の形態の流量測定装置311では、流体中に晒される第1,2の発熱抵抗体の抵抗値の変化に基づき流体の流量を測定する場合に、測定結果に及ぼす電流値の影響を小さくして、測定精度を向上させ得るように構成されている。まず、電力の供給を受けて発熱する第1,2の発熱抵抗体22,23が設けられている。これらの発熱抵抗体22,23は大きな抵抗温度係数を有するものであって、ともに流体の流路中に配設される、即ち、流体の熱的な結合がある箇所に設置されるもので、例えば、第1の発熱抵抗体22が上流側とされる。これらの第1,2の発熱抵抗体22,23は定電流Iを流す定電流源312とともに直列に接続されている。これにより、第1,2の発熱抵抗体22,23が電流的に直列に接続された抵抗体列313が形成されている。また、第1の発熱抵抗体22のA,B点の電圧VA ,VB に基づき端子電圧V1 を測定する第1の電圧測定手段として電圧測定装置314が設けられている。即ち、電圧測定装置314は電圧VA ,VB の差を演算して第1の発熱抵抗体22のA,B点間の電圧に対応した端子電圧V1 を出力する。同様に、第2の発熱抵抗体23のB,C点の電圧VB ,VC に基づき端子電圧V2 を測定する第2の電圧測定手段として電圧測定装置315が設けられている。即ち、電圧測定装置315は電圧VB ,VC の差を演算して第2の発熱抵抗体23のB,C点間の電圧に対応した端子電圧V2 を出力する。ここに、これらの電圧測定装置314,315の入力インピーダンスは、第1,2の発熱抵抗体22,23のインピーダンスに比べて十分大きな値に設定されている。
Therefore, in the flow
このような構成において、定電流源312からの定電流IはA点から第1の発熱抵抗体22へ流れ、さらにB点から第2の発熱抵抗体23へ流れる。よって、第1,2の発熱抵抗体22,23には等しい定電流Iが流れる。よって、A,B,C点の電圧VA ,VB ,VC は、発熱抵抗体22,23の抵抗値をR1 ,R2 で表すものとすると、
VA =I×(R1 +R2 )
VB =I×R2
VC =0
となる。よって、電圧測定装置314はVA −VB を求めることにより、例えば、
V1 =I×R1
なる端子電圧V1 を出力する。同様に、電圧測定装置315はVB −VC を求めることにより、例えば、
V2 =I×R2
なる端子電圧V2 を出力する。つまり、端子電圧V1 は第1の発熱抵抗体22の抵抗値に対応した電圧値となり、端子電圧V2 は第2の発熱抵抗体23の抵抗値に対応した電圧値となる。
In such a configuration, the constant current I from the constant
V A = I × (R 1 + R 2 )
V B = I × R 2
V C = 0
It becomes. Therefore, the
V 1 = I × R 1
The terminal voltage V 1 is output. Similarly, the
V 2 = I × R 2
The terminal voltage V 2 is output. That is, the terminal voltage V 1 has a voltage value corresponding to the resistance value of the
従って、本実施の形態によれば、第1,2の発熱抵抗体22,23は定電流Iによって発熱するが、流体中に晒されているため、この熱は流体へ奪われる。このとき、奪われる熱は流体の流速に対応している。一方、第1,2の発熱抵抗体22,23はその温度により抵抗値が変化するため、これらの第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値に対応した端子電圧V1 ,V2 は流体の流速に対応した値となるので、流量を求めることができる。この際、第1,2の発熱抵抗体22,23は抵抗体列313として電流的に直列に接続されているので、これらの発熱抵抗体22,23に対して1つの定電流源312により常に等しい電流を流すことができ、よって、流量測定に及ぼす電流値の影響を小さくすることができ、測定精度を向上させることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the first and
本発明の第十一の実施の形態を図26に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置321では、電圧測定装置314,315の出力電圧である端子電圧V1 ,V2 の差電圧V3 を演算する減算手段として減算装置322が付加されている。この減算装置322も構成的には電圧測定装置314,315と同様である。
The eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the flow
従って、減算装置322は
V3 =V1 −V2 =I×(R1 −R2 )
なる差電圧V3 を出力する。よって、差電圧V3 も第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値の差に対応した値となる。従って、減算装置322を追加することにより、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値の差の測定精度が向上する。
Therefore, the subtracting device 322 has V 3 = V 1 −V 2 = I × (R 1 −R 2 ).
The difference voltage V 3 is output. Therefore, the difference voltage V 3 also has a value corresponding to the difference between the resistance values of the first and
本発明の第十二の実施の形態を図27に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置331では、第1,2の発熱抵抗体22,23間に抵抗体332を介在させて電流的に直列接続された抵抗体列333が形成されている。ここに、抵抗体332は発熱抵抗体22,23とは異なり小さな抵抗温度係数のものが用いられ、かつ、流体と熱的に関係しない箇所に配設されている。
A twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the flow
本実施の形態においては、第1,2の発熱抵抗体22,23は各々オペアンプ334,335の帰還ループ内に接続されて設けられている。即ち、第1の発熱抵抗体22の一端のD点はオペアンプ334の出力端子に接続され、他端のE点はオペアンプ334の−入力端子に接続されている。同様に、第2の発熱抵抗体23の一端のG点はオペアンプ335の出力端子に接続され、他端のF点はオペアンプ335の−入力端子に接続されている。発熱抵抗体22,23間に介在された抵抗体332は、一端のE点でオペアンプ334の−入力端子に接続され、他端のF点でオペアンプ335の−入力端子に接続されている。前記オペアンプ334,335の各々の+入力端子には電圧VH ,VI が入力されるように定電圧源336,337が接続されている。J点は回路の基準電圧のゼロ電圧点である。これにより、後述するように、3つの抵抗体22,23,332は経路D,E,F,Gにおいて電流的に直列に接続されていることになり、かつ、E〜F点間の何れかの箇所がゼロ電位点となる。
In the present embodiment, the first and
ここに、オペアンプの入力インピーダンスは大きく、その入力端子には電流が流れない。従って、オペアンプ334の出力からの電流はD点から第1の発熱抵抗体22へ流れる。この第1の発熱抵抗体22へ流れる電流はE点へ向い流れる。このとき、E点からオペアンプ334の−入力端子へは電流が流れない。よって、第1の発熱抵抗体22からE点へ流れた電流は抵抗体332を通りF点へ流れる。この場合も、F点からオペアンプ335の−入力端子へは電流が流れない。よって、抵抗体332からF点へ流れた電流は第2の発熱抵抗体23を通りG点、従って、オペアンプ335の出力端子側へ流れる。よって、3つの抵抗体22,23,332は、経路D,E,F,Gにおいて電流的に直列に接続されている。
Here, the input impedance of the operational amplifier is large, and no current flows through its input terminal. Therefore, the current from the output of the
このような構成において、オペアンプ334,335は各々発熱抵抗体22,23によりフィードバック制御されているため、+入力端子と−入力端子とは仮想接地され、等電位となる。つまり、オペアンプ334の−入力端子に接続されたE点の電圧は電圧VH と等しくなり、同様に、オペアンプ335の−入力端子に接続されたF点の電圧は電圧VI と等しくなる。
In such a configuration, since the
この結果、E点からF点へ向かって抵抗体332を流れる電流Iは、オームの法則に従い、
I=(VH −VI )/R3
となる。この際、抵抗体22,23,332は電流的に直列に接続されているため、この電流Iはオペアンプ334から流れ出し、D,E,F,G点の経路を経てオペアンプ335へ流れる。
As a result, the current I flowing through the
I = (V H −V I ) / R 3
It becomes. At this time, since the
いま、電圧VH ,VI を一定電圧とし、抵抗体332の抵抗値が変化しないものとすれば、電流Iは定電流となる。これにより、第1,2の発熱抵抗体22,23に対しても常に定電流を流すことができる。従って、本実施の形態の場合には、一定電圧VH ,VI を供給する定電圧源336,337とオペアンプ334,335との組み合わせにより定電流源338が形成されている。
If the voltages V H and V I are constant voltages and the resistance value of the
この時、D点の電圧VD とG点の電圧VG は、各々
VD =I×R1 +VH
VG =−I×R2 +VI
となる。ここで、例えば、VH =1V,VI =−1Vとしたとき、電流I=2mAとするには、
R3 =(1−(−1))/0.002=1000
となり、抵抗体332の抵抗値を1kΩとすればよいことになる。
At this time, the voltage V D at the point D and the voltage V G at the point G are respectively V D = I × R 1 + V H
V G = −I × R 2 + V I
It becomes. Here, for example, when V H = 1V and V I = −1V, in order to obtain a current I = 2 mA,
R 3 = (1-(-1)) / 0.002 = 1000
Thus, the resistance value of the
このような定電流Iが流れることにより、第1,2の発熱抵抗体22,23は発熱する。ここに、これらの発熱抵抗体22,23は大きな抵抗温度係数を持つため、環境温度や流体の温度や流体の流れにより抵抗値が変化する。この抵抗値の変化の範囲が各々約500〜750Ω程度の抵抗体を用いた場合、D点には2〜2.5Vの電圧が現われ、G点には−2〜−2.5Vの電圧が現われる。そこで、D点の電圧VD から定電圧VH を減算すると、第1の発熱抵抗体22の両端間の端子電圧に対応した電圧が求められる。同様に、G点の電圧VG から定電圧VI を減算すると、第2の発熱抵抗体23の両端間の端子電圧に対応した電圧が求められる。
When such a constant current I flows, the first and
ちなみに、本実施の形態では、VH =1V,VI =−1Vとしたが、VH =0.5V,VI =−0.5Vの如く低電圧化し、抵抗体332の抵抗値を500Ωとすると、D点の電圧VD の電圧の範囲は1.5〜5V、G点の電圧VG の電圧の範囲は−1.5〜−2Vとなる。また、VI =0Vとすれば、F点が0Vとなる。これにより、定電圧源337を省略することができる。このとき、VH =1Vとし、抵抗体332の抵抗値を500Ωとすれば、D点の電圧VD の電圧の範囲は2〜2.5V、G点の電圧VG の電圧の範囲は−1〜−1.5Vとなる。
Incidentally, in the present embodiment, V H = 1V and V I = −1V, but the voltage is lowered to V H = 0.5V and V I = −0.5V, and the resistance value of the
このように、E点の電圧を正にし、F点の電圧を負にすることにより、発熱抵抗体22,23をつなぐ経路EF間にゼロ電位点を持たせることができ、発熱抵抗体22,23の端子電圧の測定に必要な電圧の大きさを低く抑えることができる。この点は、例えば電池駆動等のガスメータ等においては大きなメリットとなる。
Thus, by making the voltage at the point E positive and the voltage at the point F negative, a zero potential point can be provided between the paths EF connecting the
なお、本実施の形態に関して、第1,2の発熱抵抗体22,23は何れが上流側であってもよく(以下の各実施の形態でも同様である)、VH ,VI の正・負に関しても逆にVH 側を負,VI 側を正としてもよい。
In the present embodiment, any of the first and
本発明の第十三の実施の形態を図28に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置341では、オペアンプ334,335の出力電圧であるVD ,VG を加算する加算手段である加算器342が付加されている。VD は第1の発熱抵抗体22の両端の端子電圧の内で絶対値の大きい方の端子電圧を意味し、VG は第2の発熱抵抗体23の両端の端子電圧の内で絶対値の大きい方の端子電圧を意味する。前記加算器342はオペアンプ343とこのオペアンプ343に対する入力、帰還用の複数の抵抗体344〜347とにより構成されている。
A thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the flow rate measuring device 341 of the present embodiment, an adder 342 is added as an adding means for adding V D and V G that are output voltages of the
このような構成において、抵抗体344,345の抵抗値を等しくし、電圧VH ,VI をVH =−VI なる関係とすると、D点の電圧VD とG点の電圧VG は前述した式より、
VD =I×R1 +VH
VG =−I×R2 −VH
となる。
In such a configuration, when the resistance values of the
V D = I × R 1 + V H
V G = −I × R 2 −V H
It becomes.
接続経路D,E,F,Gにおいて、ゼロ電位点は点E〜F間に存在する。従って、第1の発熱抵抗体22の両端の点D,Eの電圧の絶対値は点Dの方が大きい。同様に、第2の発熱抵抗体23の両端の点F,Gの電圧の絶対値は点Gの方が大きい。そこで、加算器342は点Dの電圧VD と点Gの電圧VG とを加算し、加算電圧VK として出力する。この加算電圧VK は
VK =−R6 ×(VD /R4 +VG /R5 )
となる。従って、前式を代入すると、
VK =−R6 /R4 ×{I×R1 +VH +(I×R2 )−VH }
=−R6 /R4 ×I×(R1 −R2 )
となる。
In the connection paths D, E, F, and G, the zero potential point exists between the points E to F. Therefore, the absolute value of the voltage at points D and E at both ends of the
It becomes. Therefore, substituting the previous formula,
V K = −R 6 / R 4 × {I × R 1 + V H + (I × R 2 ) −V H }
= −R 6 / R 4 × I × (R 1 −R 2 )
It becomes.
この結果、電圧VH ,VI の値を一定とすると、電流Iは定電流となる。すると、この式から加算器342の加算電圧VK は第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値の差に比例した出力になることがわかる。よって、この加算器342の出力により発熱抵抗体22,23の抵抗値の差の成分のみを抽出することができ、測定精度が向上する。
As a result, the voltage V H, when a constant value of V I, the current I becomes a constant current. Then, it can be seen from this equation that the added voltage V K of the adder 342 becomes an output proportional to the difference between the resistance values of the first and
本発明の第十四の実施の形態を図29に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置351では、図22に示したような抵抗体列313中の第2の発熱抵抗体23がオペアンプ352の帰還ループに接続されて構成されている。即ち、発熱抵抗体22,23の接続点Bがオペアンプ352の−入力端子に接続され、発熱抵抗体23の他端側のC点がオペアンプ352の出力端子に接続されている。これにより、発熱抵抗体22,23の接続点Bはオペアンプ352により仮想接地されている。オペアンプ352の+入力端子には任意の一定電圧VL が与えられている。
A fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The flow
このような構成において、定電流源312からの定電流IはA点から第1の発熱抵抗体22へ流れ、さらにB点へ向かう。このB点へ流れる電流は、入力インピーダンスの大きなオペアンプ352の−入力端子へは流れず、第2の発熱抵抗体23へ流れ、C点へ向かう。ここに、第1,2の発熱抵抗体22,23は電流的に直列に接続されていることになる。
In such a configuration, the constant current I from the constant
このとき、オペアンプ352は第2の発熱抵抗体23によりフィードバック制御されるため、その−入力端子と+入力端子との間は仮想接地となり、等電位となる。つまり、B点の電圧はL点の一定電圧VL と等しくなる。よって、A点の電圧VA ,C点の電圧VC は、
VA =I×R1 +VL
VC =−I×R2 +VL
となる。これにより、電圧VA ,VC は各々の発熱抵抗体22,23の抵抗値に比例した値になることがわかる。
At this time, since the
V A = I × R 1 + V L
V C = −I × R 2 + V L
It becomes. Thus, it can be seen that the voltages V A and V C are proportional to the resistance values of the
よって、本実施の形態によれば、定電流Iを流すことにより、第1,2の発熱抵抗体22,23は発熱する。ここに、これらの発熱抵抗体22,23は大きな抵抗温度係数を持つため、環境温度や流体の温度や流体の流れにより抵抗値が変化する。この抵抗値の変化の範囲が各々約500〜750Ω程度の抵抗体を用い、一定電圧VL =0Vとし、定電流I=2mAとした場合、A点には1〜1.5Vの電圧が現われ、C点には−1〜−1.5Vの電圧が現われる。これらの電圧の変化から流体の流れを知ることができる。この結果、発熱抵抗体22,23を直列接続し、定電流を流す場合であっても、図27や図28の抵抗体332のようなゼロ電位点を持たせるための抵抗等を要せず、さらに低い電圧で回路を動作させることができる。
Therefore, according to the present embodiment, when the constant current I is supplied, the first and
本発明の第十五の実施の形態を図30に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置361では、抵抗体列313の両端間の電圧、即ち、A点の電圧VA とC点の電圧VC とを加算する加算手段である加算器362が付加されている。この加算器362は構成的には加算器342と同じであり、オペアンプ343とこのオペアンプ343に対する入力、帰還用の複数の抵抗体344〜347とにより構成されている。従って、加算器362から出力される加算電圧VK は、
VK =−R6 ×(VA /R4 +VC /R5 )
となる。いま、VL =0V、抵抗体344,345の抵抗値を等しくすると、上式は、
VK =−R6 /R4 ×{I×R1 +(−1)×R2 }
=−R6 /R4 ×I×(R1 −R2 )
となる。
A fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the flow
V K = −R 6 × (V A / R 4 + V C / R 5 )
It becomes. Now, if V L = 0V and the resistance values of the
V K = −R 6 / R 4 × {I × R 1 + (− 1) × R 2 }
= −R 6 / R 4 × I × (R 1 −R 2 )
It becomes.
従って、電流Iを一定とすると、加算器362の加算出力VK は第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値の差に比例した値となる。よって、この加算器362の出力により発熱抵抗体22,23の抵抗値の差の成分のみを抽出することができ、測定精度が向上する。
Therefore, if the current I is constant, the addition output V K of the
本発明の第十六の実施の形態を図31に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置371では、図30に示した構成に加えて、A点と加算器362の+入力側との間に電圧フォロワによりインピーダンス変換手段372として機能するオペアンプ373が介在されている。
A sixteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the
このような構成において、まず、オペアンプ373がない場合(図30の構成の場合)を考察する。この場合、定電流源312からの電流Iの一部はA点から加算器362側に向い流れる。この分岐電流は加算器362の入力インピーダンスに依存するよって、A点から第1,2の発熱抵抗体22,23側へ流れる電流は定電流Iとはならず減ってしまう。また、A点の電圧VA は第1の発熱抵抗体22の抵抗値により変化する。A点の電圧VA が変化すると、A点から加算器362へ流れる電流も変化する。ここに、流量を正確に測定するためには、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値の変化を精密に測定する必要があるが、A点から加算器362へ漏れる電流の変化は第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値の測定の誤差の一因となる。
In such a configuration, first, a case where there is no operational amplifier 373 (in the case of the configuration of FIG. 30) will be considered. In this case, a part of the current I from the constant
この点、本実施の形態のように、加算器362の入力段にオペアンプ373を介在させることにより、このような不都合が回避される。即ち、インピーダンス変換手段372の入力インピーダンスはオペアンプ373の入力インピーダンスにより規定されるが、このオペアンプ373の入力インピーダンスは理想的には無限大であり、実際の製品においても、106 〜109 Ω程度のものが存在している。従って、例えば、第1の発熱抵抗体22の抵抗値としては103 Ω程度のものを用い、オペアンプ373には入力インピーダンスの大きいものを用いれば、A点からオペアンプ373側に流れる電流を無視できる程度に少なく抑えることができる。従って、第1,2の発熱抵抗体22,23に流れる電流Iに加算器362が与える影響をオペアンプ373の大きな入力インピーダンスによって低減させることができる。
In this regard, such an inconvenience is avoided by interposing the
本発明の第十七の実施の形態を図32に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置381は、図示例からもわかるように、構成的には図31に示した流量測定装置371の場合と全く同様であるが、この構成に用いられている3つのオペアンプ343,352,373が同じシリコンウエハ上に形成されて同じパッケージに封入されたものが用いられている点を特徴としている。具体的には、BURR‐BROWN社製のOPA404や、LINEAR TECHNOLOGY社製のLT1179のような4回路入りオペアンプの内3回路分をオペアンプ343,352,373として用いることにより容易に実現できる。この場合、加算器362における抵抗体344,345,346の抵抗値は等しくする。
このような同一パッケージのオペアンプを用いるのはオペアンプに存在するオフセット電圧を考慮したためである。即ち、オペアンプにはオフセット電圧が存在し、仮想接地動作状態にあっても、現実には−入力端子と+入力端子との間を同一電圧にするのは難しい。そこで、オペアンプのオフセット電圧を考える。3つのオペアンプ343,352,373のオフセット電圧を各々VO1,VO2,VO3とすると、接続点であるB点の電圧VB は、
VB =−VO1
となる。ここに、定電流源312から電流Iが流れると、A点及びC点の電圧VA ,VC は、
VA =VB +I×R1 =I×R1 −VO1
VC =VB −I×R2 =−I×R2 −VO1
となる。オペアンプ373の出力電圧VA′ は、
VA′ =VA −VO2
=I×R1 −VO1−VO2
となる。
The seventeenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As can be seen from the illustrated example, the
The reason why such an operational amplifier of the same package is used is that an offset voltage existing in the operational amplifier is taken into consideration. That is, there is an offset voltage in the operational amplifier, and it is actually difficult to set the same voltage between the −input terminal and the + input terminal even in the virtual ground operation state. Therefore, consider the offset voltage of the operational amplifier. Assuming that the offset voltages of the three
V B = −V O1
It becomes. When the current I flows from the constant
V A = V B + I × R 1 = I × R 1 −V O1
V C = V B −I × R 2 = −I × R 2 −V O1
It becomes. The output voltage V A ′ of the
V A '= V A -V O2
= I × R 1 −V O1 −V O2
It becomes.
ここでは、抵抗体344,345,346の抵抗値は等しいので、R4 =R5 =R6 =Rとすると、加算器362から出力される加算電圧VK は、
VK =VO3−{(VA′ −VO3)/R+(VC −VO3)/R}×R
=−3×VO3−VA′ −VC
=−3×VO3+2×VO1+VO2−I×(R2 −R1 )
となる。つまり、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値の差成分の他にオペアンプ343,352,373のオフセット電圧VO1,VO2,VO3成分が加算電圧VK 中に残ってしまう。
Here, since the resistance values of the
V K = V O3 − {(V A ′ −V O3 ) / R + (V C −V O3 ) / R} × R
= -3 × V O3 −V A ′ −V C
= −3 × V O3 + 2 × V O1 + V O2 −I × (R 2 −R 1 )
It becomes. That is, the offset voltage V O1 , V O2 , V O3 components of the
例えば、LINEAR TECHNOLOGY社製のLT1179の場合、環境温度25℃において100μV程度のオフセット電圧を生ずることがある。さらに、オフセット電圧は環境温度や経時的な影響を受けても変化してしまう。 For example, in the case of LT1179 manufactured by LINEAR TECHNOLOGY, an offset voltage of about 100 μV may be generated at an environmental temperature of 25 ° C. Furthermore, the offset voltage changes even if it is affected by the environmental temperature and the time.
この点、3つのオペアンプ343,352,373のオフセット電圧が等しく、VO1=VO2=VO3=VO であるとすると、上式は、
VK =−I×(R2 −R1 )
となり、オフセット電圧の影響を受けなくなる。
In this regard, if the offset voltages of the three
V K = −I × (R 2 −R 1 )
Thus, it is not affected by the offset voltage.
ここに、完全に等しいオフセット電圧を持つオペアンプを作製するのは極めて困難であるが、同じシリコンウエハ上に形成されたものを用いればオフセット電圧が極めて近似したものを揃えることができる。例えば、前述したBURR‐BROWN社製のOPA404や、LINEAR TECHNOLOGY社製のLT1179のような4回路入りオペアンプの内3回路分をオペアンプ343,352,373として用いれば、オペアンプ間のオフセット電圧の違いを最小にすることができる。特に、同一パッケージに封入されたものを用いれば、3つのオペアンプ343,352,373を熱的にも同じ状態にすることができる。この結果、オフセット電圧の温度変化に対しても3つのオペアンプ343,352,373のオフセット電圧の変化を同じ傾向に揃えることができ、第1,2の発熱抵抗体22,23の抵抗値測定に与えるオフセット電圧の影響を最小にすることができる。
Here, it is very difficult to produce operational amplifiers having completely the same offset voltage, but if those formed on the same silicon wafer are used, it is possible to prepare the ones having very close offset voltages. For example, if three circuits of four operational amplifiers such as the above-mentioned BUPA-BROWN OPA404 or LINEAR TECHNOLOGY LT1179 are used as the
なお、実施する上では、例示した2つのIC商品例に限らず、かつ、オペアンプICにも限らず、図示の如く回路全体をシリコンウエハ上に作製して同一のパッケージに封入するようにしたものであってもよい。 In implementation, the circuit is not limited to the two illustrated IC product examples and is not limited to the operational amplifier IC, and the entire circuit is fabricated on a silicon wafer and enclosed in the same package as shown in the figure. It may be.
本発明の実施の第十八の形態を図33に基づいて説明する。本実施の形態の流量測定装置391は、例えば図32に示した構成の流量測定装置381に適用されており、この流量測定装置381の回路382を動作させるための電池等による電源392が設けられ、この電源392から前記回路382への電力供給を断続するスイッチ手段としてスイッチ393が設けられている。このスイッチ393は外部から制御回路によって自動的に任意の時点で任意に開閉し得るものである。
The eighteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The flow
このような構成において、流量を測定する場合には、スイッチ393を閉じて電源392から電力を回路382へ供給する。これにより、回路382は前述したような動作を行うことができ、第1,2の発熱抵抗体22,23へは電流が供給される。一方、流量を測定する必要がない時にはスイッチ393を開放させることにより電源392から回路382への電力の供給を止める。これにより、回路382は動作できなくなり、第1,2の発熱抵抗体22,23へも電流が流れなくなる。このように、流量測定を行う必要がない時には電流値をゼロにすることで無駄に消費する電力を低減させることができる。特に、電源392を電池とする場合においては、電池交換なしで測定動作を行わせ得る期間を長くすることができる。
In such a configuration, when measuring the flow rate, the
なお、測定を行う必要がない場合に第1,2の発熱抵抗体22,23へ流す電流をゼロとするために回路382への電力供給をスイッチ393で断つようにしたが、定電流源312から抵抗体列313への接続経路を断つことにより、この電流をゼロとするようにしてもよい。また、本実施の形態が適用される回路382としては、図32に示したような回路に限らず、前述した第十ないし第十六の何れの実施の形態であっても同様に適用し得る。
Note that the power supply to the circuit 382 is cut off by the
22 第1の発熱抵抗体
23 第2の発熱抵抗体
24 第1の測定手段
25 第2の測定手段
26 第1の給電手段
27 第2の給電手段
36 減算処理手段
122 第1の発熱抵抗体
123 第2の発熱抵抗体
124,125 給電手段
126,127 温度測定手段
133,142 除算処理手段(演算処理手段)
152 駆動電源(給電手段)
163 電流検出手段
164,165 温度測定手段,抵抗測定手段
172 第3の抵抗体
173 第3の給電手段
174 第3の測定手段
182 給電手段
183 抵抗記憶手段
192,193 給電手段
196,197 電流検出手段
205,206 温度測定手段
207 第3の測定手段
228 A/D変換器
230 係数乗算手段
231 減算処理手段
232 除算処理手段
242 係数乗算手段
243 加算処理手段
244 乗算処理手段
252 第1の給電手段
253 第2の給電手段
254 第1の測定手段
255 第2の測定手段
256 減算処理手段
257 m乗処理手段
258 n乗処理手段
259 乗算処理手段
262 デジタル加算手段
263 m乗処理手段
312 定電流源
313,333 抵抗体列
338 定電流源
342 加算手段
362 加算手段
393 スイッチ手段
314 第1の電圧測定手段
315 第2の電圧測定手段
322 減算手段
342 加算手段
343 オペアンプ
352 オペアンプ
362 加算手段
372 インピーダンス変換手段
373 オペアンプ
22
152 Drive power supply (power supply means)
163 Current detection means 164, 165 Temperature measurement means, resistance measurement means 172
Claims (3)
この第1の発熱抵抗体の下流に配置される抵抗温度係数が大きい第2の発熱抵抗体と、
前記第1の発熱抵抗体に電圧可変で電流一定の電力を供給する第1の給電手段と、
前記第2の発熱抵抗体に電圧可変で電流一定の電力を供給する第2の給電手段と、
前記第1の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第1の測定手段と、
前記第2の発熱抵抗体の両端電圧を測定する第2の測定手段と、
前記第1の測定手段の測定電圧に所定の補正係数を乗算する係数乗算手段と、
その乗算結果を前記第2の測定手段の測定電圧から減算する減算処理手段と、
その減算結果を前記第1の測定手段の測定電圧で除算する除算処理手段と、
を備えることを特徴とする流量測定装置。 A first heating resistor having a large resistance temperature coefficient disposed in the fluid flow path;
A second heating resistor having a large resistance temperature coefficient disposed downstream of the first heating resistor;
First power supply means for supplying electric power with constant voltage and constant current to the first heating resistor;
A second power supply means for supplying a constant current with a variable voltage to the second heating resistor;
First measuring means for measuring a voltage across the first heating resistor;
Second measuring means for measuring a voltage across the second heating resistor;
Coefficient multiplication means for multiplying the measurement voltage of the first measurement means by a predetermined correction coefficient;
Subtraction processing means for subtracting the multiplication result from the measurement voltage of the second measurement means;
Division processing means for dividing the subtraction result by the measurement voltage of the first measurement means;
A flow rate measuring device comprising:
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