JP2001165735A - Thermal flow meter having fluid temperature compensating function - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、流体流量検知技術
に属するものであり、特に流体温度補償機能を有する熱
式流量計に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid flow sensing technology, and more particularly to a thermal flow meter having a fluid temperature compensating function.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
各種流体特に液体の流量(あるいは流速)を測定する流
量計[流量センサー](あるいは流速計[流速センサ
ー])としては、種々の形式のものが使用されている
が、低価格化が容易であるという理由で、いわゆる熱式
(特に傍熱型)の流量計が利用されている。2. Description of the Related Art
Various types of flow meters [flow rate sensors] (or flow rate sensors [flow rate sensors]) for measuring the flow rate (or flow rate) of various fluids, especially liquids, are used, but it is easy to reduce the cost. For this reason, a so-called thermal (particularly indirectly heated) flow meter is used.
【0003】この傍熱型流量計としては、基板上に薄膜
技術を利用して薄膜発熱体と薄膜感温体とを絶縁層を介
して積層してなるセンサーチップを配管内の流体との間
で熱伝達可能なように配置したものが使用されている。
発熱体に通電することにより感温体を加熱し、該感温体
の電気的特性例えば電気抵抗の値を変化させる。この電
気抵抗値の変化(感温体の温度上昇に基づく)は、配管
内を流れる流体の流量(流速)に応じて変化する。これ
は、発熱体の発熱量のうちの一部が流体中へと伝達さ
れ、この流体中へ拡散する熱量は流体の流量(流速)に
応じて変化し、これに応じて感温体へと供給される熱量
が変化して、該感温体の電気抵抗値が変化するからであ
る。この感温体の電気抵抗値の変化は、流体の温度によ
っても異なり、このため、上記感温体の電気抵抗値の変
化を測定する電気回路中に温度補償用の感温素子を組み
込んでおき、流体の温度による流量測定値の変化をでき
るだけ少なくすることも行われている。[0003] In this indirectly heated flow meter, a sensor chip formed by laminating a thin-film heating element and a thin-film temperature sensing element on a substrate by using a thin-film technology via an insulating layer is interposed between the sensor chip and a fluid in a pipe. What is arrange | positioned so that heat transfer is possible is used.
By energizing the heating element, the temperature sensing element is heated to change the electrical characteristics of the temperature sensing element, for example, the value of electrical resistance. This change in the electric resistance value (based on the temperature rise of the temperature sensing element) changes according to the flow rate (flow velocity) of the fluid flowing in the pipe. This is because a part of the calorific value of the heating element is transmitted into the fluid, and the amount of heat diffused into the fluid changes according to the flow rate (flow velocity) of the fluid. This is because the amount of heat supplied changes and the electrical resistance value of the thermosensitive body changes. The change in the electric resistance value of the temperature sensing element also differs depending on the temperature of the fluid. Therefore, a temperature sensing element for temperature compensation is incorporated in an electric circuit for measuring the change in the electric resistance value of the temperature sensing element. It has also been practiced to minimize the change in the flow measurement value due to the temperature of the fluid.
【0004】このような、薄膜素子を用いた傍熱型流量
計に関しては、例えば、特開平11−118566号公
報に記載がある。この流量計においては、流体の流量に
対応する電気的出力を得るためにブリッジ回路を含む電
気回路(検知回路)を使用している。[0004] Such an indirectly heated flow meter using a thin film element is described in, for example, JP-A-11-118566. In this flow meter, an electric circuit (detection circuit) including a bridge circuit is used to obtain an electric output corresponding to the flow rate of the fluid.
【0005】以上のような熱式の流量計での流量検知に
際しては、流量検知される流体の温度の変化に伴い次の
ような問題が発生する。[0005] In the flow rate detection by the thermal type flow meter as described above, the following problem occurs with a change in the temperature of the fluid whose flow rate is detected.
【0006】例えば、屋外に配置された灯油タンクから
配管により屋内に設置された灯油燃焼機器へと灯油流通
がなされ、配管の屋内部分において流量計が設置されて
いる場合において、屋外の気温が屋内の温度と大きく異
なる(例えば冬期には20℃程度異なる場合もある)時
には、灯油燃焼機器の使用開始の際に、最初は配管屋内
部分に残留せる灯油が流量計を通過するが、ある程度の
灯油流通の後に、使用開始時に配管屋外部分に存在して
いた灯油が流量計に到達して流量検知がなされる。For example, when kerosene is circulated from a kerosene tank placed outdoors to a kerosene-burning device installed indoors by piping, and a flowmeter is installed in the indoor part of the piping, the outdoor air temperature becomes lower than the indoor temperature. When the temperature is significantly different from the temperature (for example, it may differ by about 20 ° C. in winter), kerosene remaining in the pipe indoors first passes through the flow meter when the use of kerosene-burning equipment is started. After the circulation, the kerosene existing in the outdoor portion of the pipe at the start of use reaches the flow meter, and the flow rate is detected.
【0007】しかるに、流体流量検知回路に組み込まれ
ている温度補償用の感温素子を内蔵する流体温度検知の
ためのユニットは流体流量検知のためのユニットとは異
なる位置に配置されることが多く、また近接して配置さ
れていたとしても、実際に流体流量検知ユニットでの流
体流量測定のための熱交換がなされる部分と流体温度検
知ユニットでの流体温度測定のための熱交換がなされる
部分とは隔てられているのであり、その場合に、上記の
ように流量計に急激に異なる温度の流体が流入すると、
流体温度検知ユニットとの熱交換の際の流体温度が流体
流量検知ユニットとの熱交換の際の流体温度と一時的に
異なる状態が出現し、正確な温度補償が行われなくな
り、流量検知の精度が低下する。However, a unit for detecting a fluid temperature, which incorporates a temperature compensation element for temperature compensation incorporated in a fluid flow detecting circuit, is often arranged at a position different from a unit for detecting a fluid flow. Also, even if they are arranged close to each other, the heat exchange for the fluid flow measurement in the fluid flow sensing unit and the heat exchange for the fluid temperature measurement in the fluid temperature sensing unit are actually performed. It is separated from the part, in which case, as described above, when a fluid of a different temperature suddenly flows into the flow meter,
A state in which the fluid temperature at the time of heat exchange with the fluid temperature detection unit temporarily differs from the fluid temperature at the time of heat exchange with the fluid flow detection unit appears, and accurate temperature compensation is no longer performed. Decrease.
【0008】そこで、本発明は、流入する流体の温度が
急激に変化しても、流体温度補償を的確に行って正確な
流量検知を行うことが可能な流量計を提供することを目
的とするものである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a flow meter capable of accurately performing fluid temperature compensation and performing accurate flow rate detection even if the temperature of the flowing fluid changes abruptly. Things.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の
如き目的を達成するものとして、流体流入開口から流体
流出開口まで延びた流体流通路が形成されているケーシ
ング部材、該ケーシング部材に取り付けられており前記
流体流通路内の流体との熱の授受により前記流体の前記
流体流通路内での流通に対応して電気的特性値が変化す
る流量検知ユニット、及び、前記ケーシング部材に取り
付けられており前記流体流通路内の流体との熱の授受に
より前記流体の温度に対応して電気的特性値が変化する
流体温度検知ユニットを備えており、前記流体の流量の
検知を前記流体温度検知ユニットの電気的特性値にも基
づいて行うようにしてなる熱式流量計であって、前記流
量検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われる位置
及び前記流体温度検知ユニットと前記流体との熱の授受
が行われる位置よりも前記流体の流通に関し上流におい
て、前記流体流通路には前記流量検知ユニットと前記流
体との熱の授受が行われる位置または前記流体温度検知
ユニットと前記流体との熱の授受が行われる位置におけ
る流通断面積の5倍以上好ましくは10倍以上の流通断
面積の流体滞留領域が形成されていることを特徴とす
る、流体温度補償機能を有する熱式流量計、が提供され
る。According to the present invention, a casing member having a fluid flow passage extending from a fluid inflow opening to a fluid outflow opening is provided. A flow rate detection unit that is attached and that changes an electrical characteristic value in response to the flow of the fluid in the fluid flow passage by transfer of heat with the fluid in the fluid flow passage; and A fluid temperature detecting unit that changes an electrical characteristic value in accordance with the temperature of the fluid by transferring heat with the fluid in the fluid flow passage, and detects a flow rate of the fluid by the fluid temperature. A thermal flow meter configured to perform based on an electrical characteristic value of a detection unit, wherein a position at which heat is exchanged between the flow detection unit and the fluid and a temperature of the fluid. Upstream with respect to the flow of the fluid from the position at which heat transfer between the sensing unit and the fluid is performed, the fluid flow passage has a position at which heat transfer between the flow rate detection unit and the fluid is performed or the fluid temperature. A fluid temperature compensation function, wherein a fluid retention area having a flow cross-sectional area of 5 times or more, preferably 10 times or more, of a flow cross-sectional area at a position where heat is exchanged between the detection unit and the fluid is formed. A thermal flow meter having the following formula:
【0010】更に、本発明によれば、以上の如き目的を
達成するものとして、流体流入開口から流体流出開口ま
で延びた流体流通路が形成されているケーシング部材、
該ケーシング部材に取り付けられており前記流体流通路
内の流体との熱の授受により前記流体の前記流体流通路
内での流通に対応して電気的特性値が変化する流量検知
ユニット、及び、前記ケーシング部材に取り付けられて
おり前記流体流通路内の流体との熱の授受により前記流
体の温度に対応して電気的特性値が変化する流体温度検
知ユニットを備えており、前記流量検知ユニットと前記
流体温度検知ユニットとを含む検知回路により流体温度
の補償された流量検知を行う熱式流量計であって、前記
流量検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われる位
置及び前記流体温度検知ユニットと前記流体との熱の授
受が行われる位置よりも前記流体の流通に関し上流にお
いて、前記流体流通路には流体流通速度が前記流量検知
ユニットと前記流体との熱の授受が行われる位置または
前記流体温度検知ユニットと前記流体との熱の授受が行
われる位置における流体流通の速度の1/5以下好まし
くは1/10以下となるような流体滞留領域が形成され
ていることを特徴とする、流体温度補償機能を有する熱
式流量計、が提供される。According to the present invention, a casing member having a fluid flow passage extending from a fluid inflow opening to a fluid outflow opening is provided.
A flow rate detecting unit attached to the casing member, the electrical characteristic value of which changes in response to the flow of the fluid in the fluid flow passage by transfer of heat with the fluid in the fluid flow passage; and A fluid temperature detection unit attached to the casing member and having an electrical characteristic value that changes in accordance with the temperature of the fluid by transfer of heat with the fluid in the fluid flow passage; and A thermal flowmeter for detecting a flow rate compensated for a fluid temperature by a detection circuit including a fluid temperature detection unit, wherein a position at which heat is exchanged between the flow rate detection unit and the fluid and the fluid temperature detection unit In the fluid flow passage, upstream of the position where heat is exchanged between the fluid and the fluid, the fluid flow speed in the fluid flow passage is greater than the flow rate detection unit and the flow rate. Fluid retention region where the flow rate of fluid at the position where heat is transferred between the fluid and the position where heat is transferred between the fluid temperature detection unit and the fluid is 1/5 or less, preferably 1/10 or less. Is formed, and a thermal flow meter having a fluid temperature compensation function is provided.
【0011】以上のような本発明の一態様においては、
前記流体滞留領域の容積は前記流量検知ユニットと前記
流体との熱の授受が行われる位置または前記流体温度検
知ユニットと前記流体との熱の授受が行われる位置の流
体流通方向の単位長さあたりの容積の50倍以上であ
る。In one embodiment of the present invention as described above,
The volume of the fluid retention area is per unit length in the fluid flow direction at a position where heat is exchanged between the flow rate detection unit and the fluid or at a position where heat is exchanged between the fluid temperature detection unit and the fluid. Is at least 50 times the volume of
【0012】本発明の一態様においては、前記流体流通
路は前記流体流入開口に連なる流通路第1部分と前記流
体流出開口に連なり前記流量検知ユニットと前記流体と
の熱の授受が行われ前記流体温度検知ユニットと前記流
体との熱の授受が行われる流通路第2部分とからなり、
前記流体滞留領域は前記流通路第1部分と前記流通路第
2部分との間に位置しており、前記流通路第1部分の流
通断面積は前記流体滞留領域の流通断面積より小さい。In one aspect of the present invention, the fluid flow passage is connected to the first portion of the flow passage connected to the fluid inflow opening and the fluid outflow opening to exchange heat between the flow detection unit and the fluid. A fluid temperature detection unit and a flow passage second portion through which heat is exchanged with the fluid,
The fluid retention region is located between the first portion of the flow passage and the second portion of the flow passage, and the flow cross section of the first portion of the flow passage is smaller than the flow cross section of the fluid retention region.
【0013】本発明の一態様においては、前記流通路第
2部分は前記流量検知ユニットと前記流体との熱の授受
が行われる位置及び前記流体温度検知ユニットと前記流
体との熱の授受が行われる位置において前記流体滞留領
域と平行に延びている部分を有する。In one embodiment of the present invention, the second portion of the flow passage is provided at a position where heat is exchanged between the flow rate detection unit and the fluid and heat exchange between the fluid temperature detection unit and the fluid is performed. A portion extending in parallel with the fluid retention region at a position where the fluid is retained.
【0014】本発明の一態様においては、前記流体滞留
領域と前記流通路第2部分との連通部にはフィルターが
介在している。本発明の一態様においては、前記ケーシ
ング部材は金属製である。本発明の一態様においては、
前記流量検知ユニットは発熱体と流量検知用感温体と前
記流体流通路内へと延出せる流量検知用熱伝達部材とを
互いに熱伝達可能なように配置してなるものであり、前
記流体温度検知ユニットは流体温度検知用感温体と前記
流体流通路内へと延出せる流体温度検知用熱伝達部材と
を互いに熱伝達可能なように配置してなるものである。In one embodiment of the present invention, a filter is interposed in a communicating portion between the fluid retaining region and the second portion of the flow passage. In one aspect of the present invention, the casing member is made of metal. In one embodiment of the present invention,
The flow rate detection unit is configured such that a heating element, a flow rate detection temperature sensing element, and a flow rate detection heat transfer member that can be extended into the fluid flow passage are arranged so as to be able to transfer heat to each other. The detection unit is configured such that a fluid temperature detection temperature sensing element and a fluid temperature detection heat transfer member that can be extended into the fluid flow passage are arranged so as to be able to transfer heat to each other.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0016】図1は本発明の流量計の一実施形態を示す
断面図であり、図2はその部分断面図である。図3は正
面図を示し、図4は右側面図を示し、図5は一部部材を
除去した底面図を示し、図6は左側面図を示し、図7は
平面図を示す。尚、図1は図6のA−A’断面を示し、
図2は図3のB−B’部分断面を示す。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a flow meter according to the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional view thereof. 3 shows a front view, FIG. 4 shows a right side view, FIG. 5 shows a bottom view with some members removed, FIG. 6 shows a left side view, and FIG. 7 shows a plan view. FIG. 1 shows a cross section taken along the line AA ′ of FIG.
FIG. 2 shows a partial cross section taken along the line BB 'of FIG.
【0017】これらの図において、アルミニウムなどの
熱伝導性良好な材質からなるケーシング部材2には流体
流通路を構成する3つの部分4,6,8が形成されてい
る。流通路部分4は流体流入開口14に連なっており、
流通路部分8は流体流出開口16に連なっており、流体
流入開口14から流通路部分4に流入した流体は流通路
部分6を経て流通路部分8へと流通し流体流出開口16
から流出する(流通方向が矢印で示されている)。流通
路部分6は流体滞留領域を構成している。尚、ケーシン
グ部材2の下部には蓋部材3が着脱可能に取り付けられ
ており、該蓋部材3はケーシング部材2の一部を構成す
る。In these figures, a casing member 2 made of a material having good heat conductivity such as aluminum is formed with three portions 4, 6, 8 constituting a fluid flow passage. The flow passage portion 4 is continuous with the fluid inflow opening 14,
The flow passage portion 8 is connected to the fluid outflow opening 16, and the fluid flowing into the flow passage portion 4 from the fluid inflow opening 14 flows through the flow passage portion 6 to the flow passage portion 8, and flows out of the fluid outflow opening 16.
(Flow direction is indicated by an arrow). The flow passage portion 6 constitutes a fluid retaining area. Note that a lid member 3 is detachably attached to a lower portion of the casing member 2, and the lid member 3 forms a part of the casing member 2.
【0018】流通路部分4は水平方向に延びており、流
通路部分6は上下方向に延びており、流通路部分8は上
下方向に延びている垂直部8aと水平方向に延びている
水平部8bとからなる。流体流入開口14には流体供給
源側配管が接続され、流体流出開口16には流体需要側
配管が接続される。The flow passage portion 4 extends horizontally, the flow passage portion 6 extends vertically, and the flow passage portion 8 has a vertical portion 8a extending vertically and a horizontal portion extending horizontally. 8b. The fluid inflow opening 14 is connected to a fluid supply side pipe, and the fluid outflow opening 16 is connected to a fluid demand side pipe.
【0019】ケーシング部材2には、流通路部分6の上
部に連なる開口を塞ぐようにしてオネジ10がネジ込み
により着脱可能に取り付けられている。流通路部分6と
流通路部分8との連通部には、ガラス繊維やプラスチッ
ク繊維などからなる不織布を適宜の保持体により保持し
てなるフィルター12を介在させてもよい。A male screw 10 is detachably attached to the casing member 2 by screwing so as to close an opening connected to an upper part of the flow passage portion 6. A filter 12 in which a non-woven fabric made of glass fiber, plastic fiber, or the like is held by an appropriate holder may be interposed between the communication portion between the flow passage portion 6 and the flow passage portion 8.
【0020】ケーシング部材2には、流通路部分8の垂
直部8aに臨むようにして流量検知ユニット24及び流
体温度検知ユニット26が取り付けられている。図8は
流量検知ユニット24の断面図である。流量検知ユニッ
ト24において、流量検知部42が熱伝達部材たるフィ
ンプレート44の表面に熱伝導性良好な接合材46によ
り接合され、流量検知部42の電極パッドと電極端子4
8とがボンディングワイヤ50により接続されており、
流量検知部42及びボンディングワイヤ50並びにフィ
ンプレート44の一部及び電極端子48の一部が合成樹
脂製ハウジング52内に収容されている。流量検知部4
2は、例えばシリコンやアルミナなどからなる厚さ0.
4mm程度で2mm角程度の矩形基板上に、薄膜感温体
及び薄膜発熱体を互いに絶縁して形成したチップ状のも
のからなる。The flow rate detecting unit 24 and the fluid temperature detecting unit 26 are attached to the casing member 2 so as to face the vertical portion 8a of the flow passage portion 8. FIG. 8 is a sectional view of the flow rate detection unit 24. In the flow rate detection unit 24, the flow rate detection section 42 is joined to the surface of the fin plate 44 as a heat transfer member by a bonding material 46 having good heat conductivity, and the electrode pad of the flow rate detection section 42 and the electrode terminal 4
8 are connected by a bonding wire 50,
The flow rate detector 42, the bonding wire 50, a part of the fin plate 44, and a part of the electrode terminal 48 are accommodated in a synthetic resin housing 52. Flow detector 4
2 has a thickness of, for example, 0.1 mm made of silicon or alumina.
The thin-film thermosensitive element and the thin-film heating element are formed on a rectangular substrate of about 4 mm and about 2 mm square, insulated from each other.
【0021】尚、流体温度検知ユニット26は、上記流
量検知ユニット24における流量検知部42の代わりに
流体温度検知部を用いたものに相当する。流体温度検知
ユニット26において、流量検知ユニット24のものと
対応する部材は、同一の符号に「’」を付して示す。流
体温度検知部は、流量検知部42から薄膜発熱体を除去
したと同様な構成を持つ。The fluid temperature detecting unit 26 is equivalent to a device using a fluid temperature detecting unit instead of the flow detecting unit 42 in the flow detecting unit 24. In the fluid temperature detecting unit 26, members corresponding to those of the flow rate detecting unit 24 are denoted by the same reference numerals with “′” added thereto. The fluid temperature detecting section has the same configuration as that in which the thin film heating element is removed from the flow rate detecting section 42.
【0022】流量検知ユニット24及び流体温度検知ユ
ニット26のハウジング52,52’から突出せるフィ
ンプレート44,44’の端部は、ケーシング部材2の
流通路部分8の垂直部8a内に延出している。フィンプ
レート44,44’は、ほぼ円形の断面を持つ流通路部
分8内において、その断面内の中央を通って延在してい
る。フィンプレート44,44’は、流通路部分8内に
おける流体の流通方向に沿って配置されているので、流
体流通に大きな影響を与えることなしに、流量検知部4
2及び流体温度検知部42’と流体との間で良好に熱を
伝達することが可能である。The ends of the fin plates 44, 44 'protruding from the housings 52, 52' of the flow rate detecting unit 24 and the fluid temperature detecting unit 26 extend into the vertical portion 8a of the flow passage portion 8 of the casing member 2. I have. The fin plates 44, 44 ′ extend through the center in the cross section in the flow passage section 8 having a substantially circular cross section. Since the fin plates 44, 44 'are arranged along the flow direction of the fluid in the flow passage portion 8, the fin plates 44, 44' do not greatly affect the flow of the fluid, and the flow rate detecting section 4 is not affected.
2 and the fluid can be satisfactorily transmitted between the fluid temperature detecting section 42 'and the fluid.
【0023】図5は上記蓋部材3を除去した底面図であ
り、流通路部分6及び流通路部分8の垂直部8aが示さ
れている。図5及び図1に示されているように、本実施
形態では、流通路部分(流体滞留領域)6は、その断面
積が流通路部分8の断面積より十分に大きく形成されて
いる。流通路部分6の断面積は、流通路部分8の断面積
の5倍以上好ましくは10倍以上である。また、流通路
部分6の容積は流量検知ユニット24及び流体温度検知
ユニット26の位置する流通路部分8の垂直部8aの単
位長さあたりの容積より大きく、好ましくは50倍以上
更に好ましくは100倍以上である。FIG. 5 is a bottom view with the cover member 3 removed, showing the flow passage portion 6 and the vertical portion 8a of the flow passage portion 8. As shown in FIGS. 5 and 1, in the present embodiment, the cross-sectional area of the flow passage portion (fluid retention region) 6 is formed sufficiently larger than the cross-sectional area of the flow passage portion 8. The cross-sectional area of the flow passage portion 6 is at least 5 times, preferably at least 10 times the cross-sectional area of the flow passage portion 8. The volume of the flow passage portion 6 is larger than the volume per unit length of the vertical portion 8a of the flow passage portion 8 where the flow rate detection unit 24 and the fluid temperature detection unit 26 are located, preferably 50 times or more, and more preferably 100 times. That is all.
【0024】以上のように、流通路部分6は、流量検知
のための熱交換がなされる流通路部分8の垂直部8aの
流体流通方向に関する上流に位置しており、該流通路部
分8へと流通する流体が一時貯留される領域を構成して
いる。この流通路部分6での流体流通の速度は流通路部
分8の垂直部8aでの流体流通の速度より小さく、好ま
しくは1/5以下更に好ましくは1/10以下である。As described above, the flow passage portion 6 is located upstream of the vertical portion 8a of the flow passage portion 8 where heat exchange for flow rate detection is performed in the fluid flow direction. And a region for temporarily storing fluid flowing therethrough. The speed of fluid flow in the flow passage portion 6 is lower than the speed of fluid flow in the vertical portion 8a of the flow passage portion 8, preferably 1/5 or less, more preferably 1/10 or less.
【0025】また、該流通路部分8の垂直部8aは、流
通路部分6に近接して平行に延びており、特に流通路部
分6内の流体による熱的影響を受けやすい配置とされて
いる。The vertical portion 8a of the flow passage portion 8 extends parallel to and close to the flow passage portion 6, and is particularly arranged so as to be easily affected by the fluid in the flow passage portion 6. .
【0026】流通路部分4の断面積は、流通路部分6の
断面積より小さく、流通路部分8の断面積と同程度であ
る。従って、流通路部分4内の流体流通速度は、流通路
部分8内の流体流通速度と同程度である。The cross-sectional area of the flow passage portion 4 is smaller than the cross-sectional area of the flow passage portion 6 and is substantially the same as the cross-sectional area of the flow passage portion 8. Therefore, the flow rate of the fluid in the flow passage portion 4 is substantially equal to the flow speed of the fluid in the flow passage portion 8.
【0027】図9は本実施形態の熱式流量計の流量検出
系を示す模式図である。定電圧回路102からブリッジ
回路(検知回路)104に直流電圧が供給される。ブリ
ッジ回路104は、流量検知ユニット24の流量検知用
薄膜感温体104−1と流体温度検知ユニット26の温
度補償用薄膜感温体104−2と可変抵抗体104−
3,104−4とを含んでなる。ブリッジ回路104の
a,b点の電位Va,Vbが差動増幅回路106へと入
力され、該差動増幅回路106の出力が積分回路108
に入力される。FIG. 9 is a schematic diagram showing a flow rate detection system of the thermal type flow meter of this embodiment. A DC voltage is supplied from the constant voltage circuit 102 to a bridge circuit (detection circuit) 104. The bridge circuit 104 includes a thin film temperature sensing element 104-1 for flow rate detection of the flow rate detection unit 24, a thin film temperature sensing element 104-2 for temperature compensation of the fluid temperature detection unit 26, and a variable resistor 104-.
3, 104-4. The potentials Va and Vb at points a and b of the bridge circuit 104 are input to the differential amplifier 106, and the output of the differential amplifier 106 is
Is input to
【0028】一方、供給電源からの直流電圧は、上記流
量検知ユニット4の薄膜発熱体112へ供給される電流
を制御するためのトランジスタ110を介して、薄膜発
熱体112へと供給される。即ち、流量検知部42にお
いて、薄膜発熱体112の発熱に基づき、フィンプレー
ト44を介して被検知流体による吸熱の影響を受けて、
薄膜感温体104−1による感温が実行される。そし
て、該感温の結果として、図4に示すブリッジ回路10
4のa,b点の電位Va,Vbの差が得られる。On the other hand, a DC voltage from the power supply is supplied to the thin-film heating element 112 via a transistor 110 for controlling a current supplied to the thin-film heating element 112 of the flow rate detection unit 4. That is, in the flow rate detection unit 42, based on the heat generated by the thin film heating element 112, the heat is absorbed by the fluid to be detected via the fin plate 44,
Temperature sensing by the thin-film sensing element 104-1 is performed. Then, as a result of the temperature sensing, the bridge circuit 10 shown in FIG.
4, a difference between the potentials Va and Vb at the points a and b is obtained.
【0029】(Va−Vb)の値は、流体の流量に応じ
て流量検知用感温体104−1の温度が変化すること
で、変化する。予めブリッジ回路104の可変抵抗体1
04−3,104−4の抵抗値を適宜設定することで、
基準となる所望の流体流量の場合において(Va−V
b)の値を零とすることができる。この基準流量では、
積分回路108の出力が一定(基準流量に対応する値)
となり、トランジスタ110の抵抗値も一定となる。そ
の場合には、薄膜発熱体112に印加される分圧も一定
となり、この時のP点の電圧が上記基準流量を示すもの
となる。The value of (Va-Vb) changes when the temperature of the flow sensing temperature sensing element 104-1 changes according to the flow rate of the fluid. Variable resistor 1 of bridge circuit 104 in advance
By appropriately setting the resistance values of 04-3 and 104-4,
In the case of a desired fluid flow rate as a reference, (Va−V
The value of b) can be set to zero. At this reference flow rate,
Output of integrating circuit 108 is constant (value corresponding to reference flow rate)
And the resistance value of the transistor 110 is also constant. In this case, the partial pressure applied to the thin-film heating element 112 also becomes constant, and the voltage at the point P at this time indicates the reference flow rate.
【0030】流体流量が増減すると、積分回路46の出
力は(Va−Vb)の値に応じて極性(流量検知用感温
体104−1の抵抗−温度特性の正負により異なる)及
び大きさが変化し、これに応じて積分回路108の出力
が変化する。When the fluid flow rate increases or decreases, the output of the integrating circuit 46 has a polarity (depending on the positive or negative of the resistance-temperature characteristic of the flow rate detecting temperature sensing element 104-1) and magnitude according to the value of (Va-Vb). And the output of the integrating circuit 108 changes accordingly.
【0031】流体流量が増加した場合には、流量検知用
感温体104−1の温度が低下するので、薄膜発熱体1
12の発熱量を増加させる(即ち電力を増加させる)よ
う、積分回路108からはトランジスタ110のベース
に対して、トランジスタ110の抵抗値を減少させるよ
うな制御入力がなされる。When the flow rate of the fluid increases, the temperature of the temperature sensing element 104-1 decreases.
In order to increase the calorific value of the transistor 12 (that is, increase the power), a control input to the base of the transistor 110 is made to decrease the resistance value of the transistor 110 from the integrating circuit 108.
【0032】他方、流体流量が減少した場合には、流量
検知用感温体104−1の温度が上昇するので、薄膜発
熱体112の発熱量を減少させる(即ち電力を減少させ
る)よう、積分回路108からはトランジスタ110の
ベースに対して、トランジスタ110の抵抗値を増加さ
せるような制御入力がなされる。On the other hand, when the flow rate of the fluid decreases, the temperature of the temperature sensing element 104-1 increases, so that the amount of heat generated by the thin-film heating element 112 is reduced (ie, the power is reduced). From the circuit 108, a control input to the base of the transistor 110 is provided so as to increase the resistance value of the transistor 110.
【0033】以上のようにして、流体流量の変化に関わ
らず、常に流量検知用感温体104−1により検知され
る温度が目標値となるように、薄膜発熱体112の発熱
がフィードバック制御される。そして、その際に薄膜発
熱体112に印加される電圧(P点の電圧)は流体流量
に対応しているので、それを流量出力として取り出す。As described above, the heat generation of the thin film heating element 112 is feedback-controlled so that the temperature detected by the flow rate detecting temperature sensing element 104-1 always becomes the target value regardless of the change in the fluid flow rate. You. Since the voltage applied to the thin-film heating element 112 (the voltage at point P) at that time corresponds to the fluid flow rate, it is taken out as a flow rate output.
【0034】この流量出力は、適宜、A/Dコンバータ
によりA/D変換された上で、図5に示されているよう
に、CPU120により積算などの演算処理がなされ、
表示部122により流量に関する表示がなされる。尚、
CPU120からの指令により、瞬時流量及び積算流量
を適宜メモリに記憶させるようにすることができ、更
に、電話回線その他のネットワークからなる通信回線を
介して外部へと伝送させるようにすることができる。The flow rate output is appropriately A / D converted by an A / D converter, and then subjected to arithmetic processing such as integration by the CPU 120 as shown in FIG.
A display related to the flow rate is displayed on the display unit 122. still,
In response to a command from the CPU 120, the instantaneous flow rate and the integrated flow rate can be stored in a memory as appropriate, and can be transmitted to the outside via a telephone line or other communication line including a network.
【0035】本実施形態においては、流通路部分6が流
体貯留領域を構成しているので流通路部分6での流体流
通速度は小さく、流通路部分4から流通路部分6に流入
する流体の温度が急激に変化しても、該流体は流通路部
分6内で既に存在する温度変化前の流体と混合されて流
体温度の平均化がなされる時間的余裕が存在し、流通路
部分8へと供給される流体の温度変化は緩やかなものと
なる。しかも、ケーシング部材2は熱伝導性良好な金属
からなるので、ケーシング部材2の流体流通路に流入す
る流体の温度が急激に変化しても、ケーシング部材2の
熱伝導により流通路内の流体の温度の平均化が促進さ
れ、流入流体温度の急激な変化の影響は緩和される。In the present embodiment, since the flow passage portion 6 constitutes a fluid storage region, the fluid circulation speed in the flow passage portion 6 is low, and the temperature of the fluid flowing from the flow passage portion 4 into the flow passage portion 6 is low. Changes rapidly, the fluid is mixed with the fluid before the temperature change already existing in the flow passage portion 6, and there is a time allowance for the fluid temperature to be averaged. The temperature change of the supplied fluid becomes gentle. In addition, since the casing member 2 is made of a metal having good heat conductivity, even if the temperature of the fluid flowing into the fluid flow passage of the casing member 2 changes rapidly, the heat conduction of the casing member 2 causes the fluid in the flow passage to flow. Temperature averaging is promoted and the effects of sudden changes in the incoming fluid temperature are mitigated.
【0036】以上のように、本実施形態においては、流
量検知ユニット24及び流体温度検知ユニット26の位
置する流通路部分8の垂直部8a内での流体の温度変化
が緩やかなものとなることから、流入する流体の温度が
急激に変化したとしても、流体温度検知ユニット26で
検知される流体温度は流量検知ユニット24で流量検知
される流体の温度と殆ど同一となり、流体温度補償を的
確に行って流量検知の精度を向上させることができる。
そして、流量検知ユニット24及び流体温度検知ユニッ
ト26の位置する流通路部分8の垂直部8a内での流体
温度変化が緩やかなものとなることから、制御系の動作
を安定化することができ、この点からも流量検知精度を
向上させることができる。As described above, in the present embodiment, the temperature of the fluid in the vertical portion 8a of the flow passage portion 8 where the flow rate detecting unit 24 and the fluid temperature detecting unit 26 are located becomes gentle. Even if the temperature of the fluid flowing in suddenly changes, the fluid temperature detected by the fluid temperature detection unit 26 becomes almost the same as the temperature of the fluid detected by the flow rate detection unit 24, and the fluid temperature compensation is accurately performed. Thus, the accuracy of the flow rate detection can be improved.
Then, since the fluid temperature change in the vertical portion 8a of the flow passage portion 8 where the flow rate detection unit 24 and the fluid temperature detection unit 26 are located becomes gentle, the operation of the control system can be stabilized, From this point, the flow rate detection accuracy can be improved.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流量検知ユニット及び流体温度検知ユニットよりも上流
において流体流通路に流体滞留領域を形成したことによ
り、流入する流体の温度が急激に変化したとしても流体
温度補償を的確に行って流量検知の精度を向上させるこ
とが可能となる。As described above, according to the present invention,
By forming a fluid stagnation area in the fluid flow passage upstream of the flow rate detection unit and the fluid temperature detection unit, even if the temperature of the inflowing fluid changes suddenly, the fluid temperature compensation is performed accurately to improve the accuracy of the flow rate detection. It can be improved.
【図1】本発明の流量計の一実施形態を示す断面図であ
る。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a flow meter according to the present invention.
【図2】本発明の流量計の一実施形態の部分断面図であ
る。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of one embodiment of the flow meter of the present invention.
【図3】本発明の流量計の一実施形態の正面図である。FIG. 3 is a front view of one embodiment of the flow meter of the present invention.
【図4】本発明の流量計の一実施形態の右側面図であ
る。FIG. 4 is a right side view of one embodiment of the flow meter of the present invention.
【図5】本発明の流量計の一実施形態の蓋部材を除去し
た底面図である。FIG. 5 is a bottom view of the flow meter according to the embodiment of the present invention, in which a cover member is removed.
【図6】本発明の流量計の一実施形態の左側面図であ
る。FIG. 6 is a left side view of one embodiment of the flow meter of the present invention.
【図7】本発明の流量計の一実施形態の平面図である。FIG. 7 is a plan view of one embodiment of the flow meter of the present invention.
【図8】流量検知ユニットの断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the flow detection unit.
【図9】本発明の流量計の実施形態の流量検出系を示す
模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a flow rate detection system of an embodiment of the flow meter according to the present invention.
2 ケーシング部材 3 蓋部材 4,8 流体流通路部分 6 流体流通路部分(流体滞留領域) 8a 垂直部 8b 水平部 10 オネジ 12 フィルター 14 流体流入開口 16 流体流出開口 24 流量検知ユニット 26 流体温度検知ユニット 42 流量検知部 44,44’ フィンプレート 46 接合材 48,48’ 電極端子 50 ボンディングワイヤ 52,52’ ハウジング 102 定電圧回路 104 ブリッジ回路 104−1 流量検知用薄膜感温体 104−2 温度補償用薄膜感温体 104−3,104−4 可変抵抗体 106 差動増幅回路 108 積分回路 110 トランジスタ 112 薄膜発熱体 Reference Signs List 2 casing member 3 lid member 4, 8 fluid flow passage portion 6 fluid flow passage portion (fluid retention region) 8a vertical portion 8b horizontal portion 10 male screw 12 filter 14 fluid inflow opening 16 fluid outflow opening 24 flow rate detection unit 26 fluid temperature detection unit 42 Flow rate detecting section 44, 44 'Fin plate 46 Bonding material 48, 48' Electrode terminal 50 Bonding wire 52, 52 'Housing 102 Constant voltage circuit 104 Bridge circuit 104-1 Flow rate detecting thin film temperature sensing element 104-2 For temperature compensation Thin-film thermosensor 104-3, 104-4 Variable resistor 106 Differential amplifier circuit 108 Integrator circuit 110 Transistor 112 Thin-film heating element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古木 慎也 埼玉県上尾市原市1333−2 三井金属鉱業 株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 2F030 CA10 CD15 CE13 2F031 AC01 AD01 2F035 EA04 EA08 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Shinya Furuki 1333-2, Hara-shi, Ageo-shi, Saitama Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. F-term (reference) 2F030 CA10 CD15 CE13 2F031 AC01 AD01 2F035 EA04 EA08
Claims (10)
た流体流通路が形成されているケーシング部材、該ケー
シング部材に取り付けられており前記流体流通路内の流
体との熱の授受により前記流体の前記流体流通路内での
流通に対応して電気的特性値が変化する流量検知ユニッ
ト、及び、前記ケーシング部材に取り付けられており前
記流体流通路内の流体との熱の授受により前記流体の温
度に対応して電気的特性値が変化する流体温度検知ユニ
ットを備えており、前記流体の流量の検知を前記流体温
度検知ユニットの電気的特性値にも基づいて行うように
してなる熱式流量計であって、 前記流量検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われ
る位置及び前記流体温度検知ユニットと前記流体との熱
の授受が行われる位置よりも前記流体の流通に関し上流
において、前記流体流通路には前記流量検知ユニットと
前記流体との熱の授受が行われる位置または前記流体温
度検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われる位置
における流通断面積の5倍以上の流通断面積の流体滞留
領域が形成されていることを特徴とする、流体温度補償
機能を有する熱式流量計。1. A casing member having a fluid flow passage extending from a fluid inflow opening to a fluid outflow opening. The casing member is attached to the casing member and receives and exchanges heat with the fluid in the fluid flow passage. A flow rate detection unit whose electrical characteristic value changes in response to the flow in the fluid flow passage; and a temperature of the fluid, which is attached to the casing member and exchanges heat with the fluid in the fluid flow passage. A thermal flow meter that has a fluid temperature detection unit whose electrical characteristic value changes in response to the flow rate, and that detects the flow rate of the fluid based on the electrical characteristic value of the fluid temperature detection unit. Wherein the flow of the fluid is higher than the position where heat is exchanged between the flow rate detection unit and the fluid and the position where heat is exchanged between the fluid temperature detection unit and the fluid. Upstream, the fluid flow passage has a flow cross-sectional area of 5 at a position where heat is exchanged between the flow detection unit and the fluid or at a position where heat is exchanged between the fluid temperature detection unit and the fluid. A thermal flow meter having a fluid temperature compensating function, characterized in that a fluid stagnation region having a flow cross section of twice or more is formed.
量検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われる位置
または前記流体温度検知ユニットと前記流体との熱の授
受が行われる位置における流通断面積の10倍以上であ
ることを特徴とする、請求項1に記載の熱式流量計。2. A flow cross section of the fluid stagnation area at a position where heat is exchanged between the flow rate detection unit and the fluid or at a position where heat is exchanged between the fluid temperature detection unit and the fluid. The thermal flow meter according to claim 1, wherein the thermal flow meter has a cross-sectional area that is 10 times or more.
た流体流通路が形成されているケーシング部材、該ケー
シング部材に取り付けられており前記流体流通路内の流
体との熱の授受により前記流体の前記流体流通路内での
流通に対応して電気的特性値が変化する流量検知ユニッ
ト、及び、前記ケーシング部材に取り付けられており前
記流体流通路内の流体との熱の授受により前記流体の温
度に対応して電気的特性値が変化する流体温度検知ユニ
ットを備えており、前記流量検知ユニットと前記流体温
度検知ユニットとを含む検知回路により流体温度の補償
された流量検知を行う熱式流量計であって、 前記流量検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われ
る位置及び前記流体温度検知ユニットと前記流体との熱
の授受が行われる位置よりも前記流体の流通に関し上流
において、前記流体流通路には流体流通速度が前記流量
検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われる位置ま
たは前記流体温度検知ユニットと前記流体との熱の授受
が行われる位置における流体流通の速度の1/5以下と
なるような流体滞留領域が形成されていることを特徴と
する、流体温度補償機能を有する熱式流量計。3. A casing member having a fluid flow passage extending from a fluid inflow opening to a fluid outflow opening. The casing member is attached to the casing member and receives and exchanges heat with the fluid in the fluid flow passage. A flow rate detection unit whose electrical characteristic value changes in response to the flow in the fluid flow passage; and a temperature of the fluid, which is attached to the casing member and exchanges heat with the fluid in the fluid flow passage. A thermal flow meter that has a fluid temperature detection unit whose electrical characteristic value changes in response to the flow rate, and that detects a flow rate compensated for fluid temperature by a detection circuit including the flow rate detection unit and the fluid temperature detection unit. A position where heat is exchanged between the flow rate detection unit and the fluid and a position where heat exchange between the fluid temperature detection unit and the fluid is performed. In the upstream of the flow of the fluid, the flow rate of the fluid in the fluid flow passage is set at a position where heat exchange between the flow rate detection unit and the fluid is performed or heat exchange between the fluid temperature detection unit and the fluid is performed. A thermal flow meter having a fluid temperature compensating function, wherein a fluid stagnation region is formed so as to be 1/5 or less of a fluid flow speed at a position where the fluid flows.
記流量検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われる
位置または前記流体温度検知ユニットと前記流体との熱
の授受が行われる位置における流体流通の速度の1/1
0以下となるように形成されていることを特徴とする、
請求項3に記載の熱式流量計。4. The fluid stagnation area is located at a position where the flow rate of the fluid flows at a position where heat is exchanged between the flow rate detection unit and the fluid or at a position where heat exchange between the fluid temperature detection unit and the fluid is performed. 1/1 of fluid circulation speed
Characterized by being formed to be 0 or less,
The thermal flow meter according to claim 3.
ユニットと前記流体との熱の授受が行われる位置または
前記流体温度検知ユニットと前記流体との熱の授受が行
われる位置の流体流通方向の単位長さあたりの容積の5
0倍以上であることを特徴とする、請求項1〜4のいず
れかに記載の熱式流量計。5. The volume of the fluid stagnation area is a fluid flow direction at a position where heat is exchanged between the flow rate detection unit and the fluid or at a position where heat is exchanged between the fluid temperature detection unit and the fluid. Of volume per unit length of 5
The thermal flowmeter according to claim 1, wherein the thermal flowmeter is at least 0 times.
なる流通路第1部分と前記流体流出開口に連なり前記流
量検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われ前記流
体温度検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われる
流通路第2部分とからなり、前記流体滞留領域は前記流
通路第1部分と前記流通路第2部分との間に位置してお
り、前記流通路第1部分の流通断面積は前記流体滞留領
域の流通断面積より小さいことを特徴とする、請求項1
〜5のいずれかに記載の熱式流量計。6. The fluid flow passage, wherein a first portion of the flow passage that communicates with the fluid inflow opening and the fluid outflow opening communicate with the flow rate detection unit and heat of the fluid, and the fluid temperature detection unit and the fluid temperature detection unit communicate with each other. A fluid passage second portion for transferring heat to and from the fluid, wherein the fluid retention region is located between the fluid passage first portion and the fluid passage second portion; The flow cross section of the portion is smaller than the flow cross section of the fluid retention area.
6. The thermal flow meter according to any one of claims 1 to 5,
ットと前記流体との熱の授受が行われる位置及び前記流
体温度検知ユニットと前記流体との熱の授受が行われる
位置において前記流体滞留領域と平行に延びている部分
を有することを特徴とする、請求項6に記載の熱式流量
計。7. The fluid passage second portion is configured to hold the fluid at a position where heat is exchanged between the flow rate detection unit and the fluid and a position where heat exchange is performed between the fluid temperature detection unit and the fluid. 7. The thermal flow meter according to claim 6, comprising a part extending parallel to the region.
との連通部にはフィルターが介在していることを特徴と
する、請求項6〜7のいずれかに記載の熱式流量計。8. The thermal flow meter according to claim 6, wherein a filter is interposed in a communicating portion between the fluid retaining region and the second portion of the flow passage.
を特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の熱式流
量計。9. The thermal flow meter according to claim 1, wherein said casing member is made of metal.
検知用感温体と前記流体流通路内へと延出せる流量検知
用熱伝達部材とを互いに熱伝達可能なように配置してな
るものであり、前記流体温度検知ユニットは流体温度検
知用感温体と前記流体流通路内へと延出せる流体温度検
知用熱伝達部材とを互いに熱伝達可能なように配置して
なるものであることを特徴とする、請求項1〜9のいず
れかに記載の熱式流量計。10. The flow rate detection unit includes a heating element, a flow rate detection temperature sensing element, and a flow rate detection heat transfer member that can be extended into the fluid flow passage so as to be able to transfer heat to each other. The fluid temperature detection unit may be configured such that a fluid temperature detection temperature sensing element and a fluid temperature detection heat transfer member that can be extended into the fluid flow passage are arranged so as to be able to transfer heat to each other. The thermal flow meter according to any one of claims 1 to 9, characterized in that:
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-
1999
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019114342A (en) * | 2017-12-21 | 2019-07-11 | アイシン精機株式会社 | Fuel cell system |
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