JP2020008338A - Thermal flow meter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体における熱拡散の作用を利用して配管を流れる流体の流量を測定する熱式流量計に関する。 The present invention relates to a thermal flow meter that measures the flow rate of a fluid flowing through a pipe by utilizing the action of heat diffusion in the fluid.
従来より、流路を流れる流体の流量や流速を測定する技術が工業・医療分野などで幅広く利用されている。流量や流速を測定する装置としては、電磁流量計、渦流量計、コリオリ式流量計、熱式流量計など様々な種類があり、用途に応じて使い分けられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, techniques for measuring the flow rate and flow velocity of a fluid flowing through a flow channel have been widely used in the industrial and medical fields and the like. There are various types of devices for measuring a flow rate and a flow velocity, such as an electromagnetic flow meter, a vortex flow meter, a Coriolis flow meter, and a thermal flow meter, and they are used properly according to applications.
熱式流量計は、気体の検出が可能であり、圧力損失が基本的にはなく、質量流量が測定できるなどの利点がある。また、流路をガラス管から構成することで、腐食性の液体の流量を測定可能とした熱式流量計も用いられている(特許文献1,2参照)。このような液体の流量を測定する熱式流量計は、微量な流量の測定に適している。 The thermal flow meter has an advantage that it can detect gas, has essentially no pressure loss, and can measure a mass flow rate. In addition, a thermal flow meter capable of measuring the flow rate of a corrosive liquid by forming a flow path from a glass tube is also used (see Patent Documents 1 and 2). Such a thermal flow meter for measuring the flow rate of a liquid is suitable for measuring a very small flow rate.
熱式流量計には、ヒータへの供給電力をセンサ出力とする方式(方式1)と、ヒータの上下流の温度差をセンサ出力とする方式(方式2)とがある。例えば、流体を水とし、この水の流量を測定する場合、ヒータ温度を水温に対し、プラス10℃など一定温度となるようにヒータへの供給する電力を制御し、この時のヒータへの供給電力またはヒータの上下流の温度差をセンサ出力(流体における熱拡散の状態に対応する値)とし、このセンサ出力から水の流量を求める。 The thermal flow meters include a method in which the power supplied to the heater is used as a sensor output (method 1) and a method in which the temperature difference between the upstream and downstream of the heater is used as the sensor output (method 2). For example, in a case where the fluid is water and the flow rate of the water is measured, the electric power supplied to the heater is controlled so that the heater temperature becomes a constant temperature such as + 10 ° C. with respect to the water temperature. The power or the temperature difference between the upstream and downstream of the heater is used as a sensor output (a value corresponding to the state of thermal diffusion in the fluid), and the flow rate of water is determined from the sensor output.
〔方式1〕
図3は、ヒータへの供給電力から流体の流量を測定する熱式流量計の原理(方式1)を説明する図である。この方式1では、測定対象の流体が流れる配管100に水温センサ(測温素子)101とヒータ(発熱・測温素子)102とを設置し、ヒータ102の抵抗値変化から検出される温度(発熱温度)TRhと水温センサ101が検出する温度(水温)TRrとの温度差が一定値(TRh−TRr=Const)になるようにヒータ102へ供給する電力Pを制御する。このとき、流体の流量Qとヒータ102への供給電力Pとは、Q∝Pの関係となるため、ヒータ102への供給電力Pから流量Qを算出することができる。
[Method 1]
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle (method 1) of a thermal flow meter that measures the flow rate of a fluid from the power supplied to a heater. In this method 1, a water temperature sensor (temperature measuring element) 101 and a heater (heat generation / temperature measurement element) 102 are installed in a pipe 100 through which a fluid to be measured flows, and a temperature (heat generation) detected from a change in the resistance value of the heater 102 is measured. The power P supplied to the heater 102 is controlled such that the temperature difference between the temperature (TRh) TRh and the temperature (water temperature) TRr detected by the water temperature sensor 101 becomes a constant value (TRh-TRr = Const). At this time, since the flow rate Q of the fluid and the power P supplied to the heater 102 have a relationship of Q∝P, the flow rate Q can be calculated from the power P supplied to the heater 102.
〔方式2〕
図4は、ヒータの上下流の温度差から流体の流量を測定する熱式流量計の原理(方式2)を説明する図である。この方式2では、測定対象の流体が流れる配管100に水温センサ(測温素子)101と、ヒータ(発熱・測温素子)102と、上流温度センサ(測温素子)103と、下流温度センサ(測温素子)104とを設置し、ヒータ102の抵抗値変化から検出される温度(発熱温度)TRhと水温センサ101が検出する温度(水温)TRrとの温度差が一定値(TRh−TRr=Const)になるようにヒータ102へ供給する電力Pを制御する。このとき、上流温度センサ103が検出する流体の温度TRuと下流温度センサ104が検出する流体の温度TRdとの温度差(TRu−TRd)とは、Q∝(TRu−TRd)の関係となるため、ヒータ102の上下流の温度差(TRu−TRd)から流量Qを算出することができる。
[Method 2]
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle (method 2) of a thermal flow meter that measures the flow rate of a fluid from the temperature difference between the upstream and downstream of the heater. According to this method 2, a water temperature sensor (temperature measuring element) 101, a heater (heat generation / temperature measuring element) 102, an upstream temperature sensor (temperature measuring element) 103, and a downstream temperature sensor ( The temperature difference between the temperature (heat generation temperature) TRh detected from the change in the resistance value of the heater 102 and the temperature (water temperature) TRr detected by the water temperature sensor 101 is a fixed value (TRh-TRr = (Const) is controlled. At this time, the temperature difference (TRu−TRd) between the temperature TRu of the fluid detected by the upstream temperature sensor 103 and the temperature TRd of the fluid detected by the downstream temperature sensor 104 has a relationship of Q∝ (TRu−TRd). The flow rate Q can be calculated from the temperature difference (TRu-TRd) between the upstream and downstream of the heater 102.
なお、上述した方式1では、ヒータ102への供給電力Pがセンサ出力とされ、上述した方式2では、ヒータ102の上下流の温度差(TRu−TRd)がセンサ出力とされる。ここで、センサ出力をSとした場合、このセンサ出力Sは、簡易的には下記の(1)式で表されることが知られている。 In the above-described method 1, the electric power P supplied to the heater 102 is used as a sensor output, and in the above-described method 2, the temperature difference (TRu-TRd) between the upstream and downstream of the heater 102 is used as the sensor output. Here, when the sensor output is S, it is known that the sensor output S is simply represented by the following equation (1).
S=(A+B・μ1/2)・ΔT ・・・・(1) S = (A + B · μ 1/2 ) · ΔT (1)
この(1)式において、A,Bは水温センサ101やヒータ102などの面積、流体の熱伝導率、流体の密度、流体の粘度、熱容量等から決まる定数、μは流速、ΔTはヒータ102の加熱温度(水温からの加熱温度)である。 In the equation (1), A and B are constants determined by the area of the water temperature sensor 101 and the heater 102, the thermal conductivity of the fluid, the density of the fluid, the viscosity of the fluid, the heat capacity, etc., μ is the flow rate, and ΔT is the The heating temperature (heating temperature from water temperature).
しかしながら、配管100を流れる水の温度と周囲温度(水温センサ101の近傍の周囲温度)とに差異がある場合、水温センサ101は周囲温度からの熱影響により、配管100を流れる水の温度を正確に検出することができなくなる。 However, when there is a difference between the temperature of the water flowing through the pipe 100 and the ambient temperature (the ambient temperature near the water temperature sensor 101), the water temperature sensor 101 can accurately determine the temperature of the water flowing through the pipe 100 due to the influence of the ambient temperature. Cannot be detected.
このため、ヒータ102の抵抗値変化から検出される発熱温度TRhと水温センサ101が検出する温度TRrとの温度差を一定値となるようにヒータ102へ供給する電力を制御しても、実際の水温からの加熱温度ΔTは一定値に保てなくなり、センサ出力Sに影響を与え、正確な流量の測定が行えなくなる。 Therefore, even if the power supplied to the heater 102 is controlled so that the temperature difference between the heat generation temperature TRh detected from the change in the resistance value of the heater 102 and the temperature TRr detected by the water temperature sensor 101 becomes a constant value, the actual power is controlled. The heating temperature ΔT from the water temperature cannot be kept at a constant value, which affects the sensor output S and makes it impossible to measure the flow rate accurately.
すなわち、配管100を流れる水の実際の水温(真の水温)をTrとした場合、周囲温度からの熱影響により水温センサ101が検出する温度TRrは実際の水温Trよりも低い値となったり、高い値となったりする。水温センサ101が検出する温度TRrが実際の水温Trよりも低い値となった場合、実際の水温からの加熱温度ΔTは小さくなる。 水温センサ101が検出する温度TRrが実際の水温Trよりも高い値となった場合、実際の水温からの加熱温度ΔTは大きくなる。 That is, when the actual water temperature (true water temperature) of the water flowing through the pipe 100 is Tr, the temperature TRr detected by the water temperature sensor 101 due to the influence of the ambient temperature becomes lower than the actual water temperature Tr, Or high values. When the temperature TRr detected by the water temperature sensor 101 becomes lower than the actual water temperature Tr, the heating temperature ΔT from the actual water temperature becomes smaller. When the temperature TRr detected by the water temperature sensor 101 becomes higher than the actual water temperature Tr, the heating temperature ΔT from the actual water temperature becomes large.
例えば、Tr=23℃、周囲温度=23℃で温度差がない場合、水温センサ101が検出する温度TRrは23℃で、実際の水温Trと等しい。この場合、ヒータ102へ供給する電力を制御する際の一定値(Const)を10℃とすると、加熱温度ΔTは10℃となる(図5参照)。 For example, when there is no temperature difference between Tr = 23 ° C. and ambient temperature = 23 ° C., the temperature TRr detected by the water temperature sensor 101 is 23 ° C., which is equal to the actual water temperature Tr. In this case, assuming that a constant value (Const) for controlling the power supplied to the heater 102 is 10 ° C., the heating temperature ΔT is 10 ° C. (see FIG. 5).
これに対し、例えば、Tr=23℃、周囲温度=5℃で、実際の水温Trよりも周囲温度が低い場合、水温センサ101が検出する温度TRrは22.9℃など、実際の水温Trよりも低い温度になる。このため、発熱温度TRhをTRrよりも10℃アップするように制御しても、実際には加熱温度ΔTは9.9℃になってしまい(図6参照)、センサ出力Sが小さくなってしまう。 On the other hand, for example, when Tr = 23 ° C., ambient temperature = 5 ° C., and the ambient temperature is lower than the actual water temperature Tr, the temperature TRr detected by the water temperature sensor 101 is lower than the actual water temperature Tr such as 22.9 ° C. Even lower temperatures. Therefore, even if the heating temperature TRh is controlled to be higher by 10 ° C. than TRr, the heating temperature ΔT actually becomes 9.9 ° C. (see FIG. 6), and the sensor output S decreases. .
また、例えば、Tr=23℃、周囲温度=45℃で、実際の水温Trよりも周囲温度が高い場合、水温センサ101が検出する温度TRrは23.1℃など、実際の水温Trよりも高い温度になる。このため、発熱温度TRhをTRrよりも10℃アップするように制御しても、実際には加熱温度ΔTは10.1℃になってしまい(図7参照)、センサ出力Sが大きくなってしまう。 Further, for example, when Tr = 23 ° C. and ambient temperature = 45 ° C. and the ambient temperature is higher than the actual water temperature Tr, the temperature TRr detected by the water temperature sensor 101 is higher than the actual water temperature Tr, such as 23.1 ° C. Temperature. Therefore, even if the heating temperature TRh is controlled to be higher by 10 ° C. than TRr, the heating temperature ΔT actually becomes 10.1 ° C. (see FIG. 7), and the sensor output S increases. .
図8に、センサ出力Sと流量Qとの関係を示す。同図において、特性Iは実際の水温と周囲温度との温度差がない場合(ΔT=10℃)、特性IIは実際の水温よりも周囲温度が低い場合(ΔT=9.9℃)、特性IIIは実際の水温よりも周囲温度が高い場合(ΔT=10.1℃)を示している。このように、周囲温度の変化によってセンサ出力Sと流量Qとの関係が変化することから、センサ出力Sから得られる流量Qも変化し、正確な流量の測定が行えなくなる。 FIG. 8 shows the relationship between the sensor output S and the flow rate Q. In the figure, a characteristic I is obtained when there is no temperature difference between the actual water temperature and the ambient temperature (ΔT = 10 ° C.), and a characteristic II is obtained when the ambient temperature is lower than the actual water temperature (ΔT = 9.9 ° C.). III shows the case where the ambient temperature is higher than the actual water temperature (ΔT = 10.1 ° C.). As described above, since the relationship between the sensor output S and the flow rate Q changes due to the change in the ambient temperature, the flow rate Q obtained from the sensor output S also changes, and accurate flow rate measurement cannot be performed.
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、配管を流れる流体の温度と周囲温度に温度差ある環境でも、正確な流量の測定を行うことが可能な熱式流量計を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to accurately measure a flow rate even in an environment where there is a temperature difference between a temperature of a fluid flowing through a pipe and an ambient temperature. It is to provide a possible thermal flow meter.
このような目的を達成するために本発明は、測定対象の流体が流れるように構成された配管(2)と、配管に設置され、電力の供給を受けて発熱するように構成されたヒータ(3)と、ヒータよりも上流側のヒータの熱影響を受けない位置に設置され、流体の温度(TRr)を検出するように構成された温度センサ(4)と、流体の温度の影響を受けない位置に設置され、温度センサの近傍の周囲温度(TRe)を検出するように構成された周囲温度センサ(5)と、温度センサが検出する流体の温度を周囲温度センサが検出する周囲温度に基づいて補正するように構成された流体温度補正部(6)と、ヒータの抵抗値変化から検出されるヒータの発熱温度(TRh)と流体温度補正部によって補正された流体の温度(Tw)との温度差(TRh−Tw)を求め、この温度差が一定値となるようにヒータへ供給する電力を制御するように構成された制御部(7)と、制御部によって温度差が一定値となるように制御されている時の流体における熱拡散の状態に対応する値をセンサ出力(S)として出力するように構成されたセンサ出力部(8)と、センサ出力部からのセンサ出力に基づいて配管を流れる流体の流量を求めるように構成された流量算出部(9)とを備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention provides a pipe (2) configured to allow a fluid to be measured to flow, and a heater (2) installed in the pipe and configured to generate heat when supplied with electric power. 3) a temperature sensor (4) installed at a position that is not affected by the heat of the heater upstream of the heater and configured to detect the temperature (TRr) of the fluid; An ambient temperature sensor (5) that is installed at a position that is not located and configured to detect an ambient temperature (TRe) near the temperature sensor; and an ambient temperature that detects the temperature of the fluid detected by the temperature sensor. A fluid temperature correction unit (6) configured to make correction based on the temperature of the heater (TRh) detected from a change in the resistance value of the heater, and a fluid temperature (Tw) corrected by the fluid temperature correction unit. Temperature difference (T h-Tw), and a control unit (7) configured to control electric power supplied to the heater so that the temperature difference becomes a constant value, and control is performed by the control unit so that the temperature difference becomes a constant value. A sensor output section (8) configured to output a value corresponding to a state of thermal diffusion in the fluid when the heat is output as a sensor output (S), and flows through the pipe based on the sensor output from the sensor output section. A flow rate calculator (9) configured to determine the flow rate of the fluid.
本発明では、流体の温度の影響を受けない位置に周囲温度センサを設置し、この周囲温度センサによって検出される温度センサの近傍の周囲温度に基づいて、温度センサが検出する流体の温度を補正する。例えば、温度センサが検出する流体の温度をTRr、周囲温度センサが検出する周囲温度をTRe、補正後の流体の温度をTw、補正係数をkとし、Tw=TRr+k(TRr−TRe)として、補正後の流体の温度Twを求める。 In the present invention, an ambient temperature sensor is installed at a position that is not affected by the temperature of the fluid, and the temperature of the fluid detected by the temperature sensor is corrected based on the ambient temperature near the temperature sensor detected by the ambient temperature sensor. I do. For example, the temperature of the fluid detected by the temperature sensor is TRr, the ambient temperature detected by the ambient temperature sensor is TRe, the temperature of the fluid after correction is Tw, the correction coefficient is k, and Tw = TRr + k (TRr-TRe). The temperature Tw of the subsequent fluid is determined.
そして、ヒータの発熱温度と補正された流体の温度との温度差を求め、この温度差が一定値となるようにヒータへ供給する電力を制御し、この時の流体における熱拡散の状態に対応する値(ヒータへの供給電力やヒータの上下流の流体の温度差)をセンサ出力とし、このセンサ出力に基づいて配管を流れる流体の流量を求める。 Then, a temperature difference between the heat generation temperature of the heater and the temperature of the corrected fluid is obtained, and the power supplied to the heater is controlled so that the temperature difference becomes a constant value, which corresponds to the state of heat diffusion in the fluid at this time. The measured value (power supplied to the heater or temperature difference between the fluid upstream and downstream of the heater) is used as a sensor output, and the flow rate of the fluid flowing through the pipe is determined based on the sensor output.
これにより、補正後の流体の温度(Tw)を実際の流体の温度(Tr)に近づけるようにして、配管を流れる流体の温度と周囲温度に温度差ある環境でも、正確な流量の測定を行うことが可能となる。 This allows the corrected fluid temperature (Tw) to approach the actual fluid temperature (Tr) so that accurate flow rate measurement can be performed even in an environment where there is a temperature difference between the temperature of the fluid flowing through the pipe and the ambient temperature. It becomes possible.
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。 In the above description, as an example, components on the drawings corresponding to the components of the invention are indicated by reference numerals with parentheses.
以上説明したように、本発明によれば、流体の温度の影響を受けない位置に周囲温度センサを設置し、この周囲温度センサによって検出される温度センサの近傍の周囲温度に基づいて温度センサが検出する流体の温度を補正するようにしたので、補正後の流体の温度を実際の流体の温度に近づけるようにして、配管を流れる流体の温度と周囲温度に温度差ある環境でも、正確な流量の測定を行うことが可能となる。 As described above, according to the present invention, the ambient temperature sensor is installed at a position not affected by the temperature of the fluid, and the temperature sensor is set based on the ambient temperature near the temperature sensor detected by the ambient temperature sensor. Since the temperature of the fluid to be detected is corrected, the temperature of the corrected fluid is made closer to the actual temperature of the fluid, so that even if the temperature of the fluid flowing through the piping differs from the ambient temperature, accurate flow rate can be obtained. Can be measured.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔実施の形態1〕
図1は、本発明の実施の形態1に係る熱式流量計1(1A)の要部の構成を示すブロック図である。この熱式流量計1Aは、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、配管2と、ヒータ(発熱・測温素子)3と、水温センサ(測温素子)4と、周囲温度センサ(測温素子)5と、水温補正部6と、制御部7と、電力計測部(センサ出力部)8と、流量算出部9とを備えている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a thermal flow meter 1 (1A) according to Embodiment 1 of the present invention. The thermal flow meter 1A is realized by hardware including a processor and a storage device, and a program for realizing various functions in cooperation with the hardware, and includes a pipe 2 and a heater (heat generation / temperature measuring element). 3, a water temperature sensor (temperature measuring element) 4, an ambient temperature sensor (temperature measuring element) 5, a water temperature correcting section 6, a control section 7, a power measuring section (sensor output section) 8, and a flow rate calculating section 9. And
配管2は、例えばガラスからなり、測定対象の流体(この例では、水)が流れる。ヒータ3は、配管2の外壁に設置され、制御部7からの電力の供給を受けて発熱する。 The pipe 2 is made of, for example, glass, and flows a fluid to be measured (in this example, water). The heater 3 is installed on the outer wall of the pipe 2, and receives heat from the control unit 7 to generate heat.
水温センサ4は、ヒータ3よりも上流側の配管2の外壁に設置されており、配管2を流れる流体の温度をTRrとして検出する。この水温センサ4は、ヒータ3との距離をある程度離すことにより、ヒータ3の熱影響を受けない位置に設置されている。 The water temperature sensor 4 is installed on the outer wall of the pipe 2 on the upstream side of the heater 3 and detects the temperature of the fluid flowing through the pipe 2 as TRr. The water temperature sensor 4 is installed at a position where the water temperature sensor 4 is not affected by the heat of the heater 3 by keeping a certain distance from the heater 3.
周囲温度センサ5は、配管2の外側の流体の温度の影響を受けない位置に設置されており、水温センサ4の近傍の周囲温度をTReとして検出する。 The ambient temperature sensor 5 is installed at a position that is not affected by the temperature of the fluid outside the pipe 2, and detects the ambient temperature near the water temperature sensor 4 as TRe.
水温補正部6は、水温センサ4が検出する流体の温度TRrを周囲温度センサ5が検出する周囲温度TReに基づいて補正し、その補正された流体の温度TRrをTwとして制御部7へ送る。 The water temperature correction unit 6 corrects the fluid temperature TRr detected by the water temperature sensor 4 based on the ambient temperature TRe detected by the ambient temperature sensor 5, and sends the corrected fluid temperature TRr to the control unit 7 as Tw.
本実施の形態において、水温補正部6は、補正係数をkとする下記の(2)式より、補正された流体の温度Twを求める。
Tw=TRr+k(TRr−TRe) ・・・・(2)
In the present embodiment, the water temperature correction unit 6 obtains the corrected fluid temperature Tw from the following equation (2) where the correction coefficient is k.
Tw = TRr + k (TRr-TRe) (2)
なお、この(2)式において、補正係数kは、補正後の流体の温度Twが実際の流体温度(真の温度)Trとなるような値として定められた定数であり、水温センサ4や周囲温度センサ5などの熱的位置関係によって定まる。例えば、Tr=23℃、TRe=45℃の時に水温センサ4によって検出された流体の温度TRrが23.1℃であるとする。この場合、補正後の流体の温度TwがTw=23.1+k(23.1−45)=23℃となるように、補正係数kが定まっていればよい。 In the equation (2), the correction coefficient k is a constant determined as a value such that the temperature Tw of the fluid after the correction becomes the actual fluid temperature (true temperature) Tr. It is determined by the thermal positional relationship of the temperature sensor 5 and the like. For example, assume that the temperature TRr of the fluid detected by the water temperature sensor 4 when Tr = 23 ° C. and TRe = 45 ° C. is 23.1 ° C. In this case, the correction coefficient k may be determined so that the temperature Tw of the fluid after the correction is Tw = 23.1 + k (23.1-45) = 23 ° C.
制御部7は、ヒータ3の抵抗値変化から検出されるヒータ3の発熱温度TRhと、水温補正部6からの補正された流体の温度Twとを入力とし、発熱温度TRhと補正された流体の温度Twとの温度差(TRh−Tw)を求め、この温度差が一定値(例えば、10℃)となるようにヒータ3へ供給する電力を制御する。 The control unit 7 receives the heat generation temperature TRh of the heater 3 detected from the change in the resistance value of the heater 3 and the corrected fluid temperature Tw from the water temperature correction unit 6 as inputs, and generates the heat generation temperature TRh and the corrected fluid A temperature difference (TRh-Tw) from the temperature Tw is obtained, and the power supplied to the heater 3 is controlled so that the temperature difference becomes a constant value (for example, 10 ° C.).
電力計測部8は、制御部7によって温度差(TRh−Tw)が一定値となるように制御されている時のヒータ3への供給電力Pを計測し、この計測した供給電力Pをセンサ出力(流体における熱拡散の状態に対応する値)Sとして流量算出部9へ送る。 The power measurement unit 8 measures the supply power P to the heater 3 when the control unit 7 controls the temperature difference (TRh−Tw) to be a constant value, and outputs the measured supply power P to a sensor output. (Value corresponding to the state of heat diffusion in the fluid) S is sent to the flow rate calculation unit 9.
流量算出部9は、電力計測部8からのセンサ出力S(供給電力P)を、予め設定されている流量変換式を用いて流量の値に変換することにより、配管2を流れる流体の流量Qを求める。 The flow rate calculating section 9 converts the sensor output S (supply power P) from the power measuring section 8 into a flow rate value using a preset flow rate conversion formula, thereby obtaining a flow rate Q of the fluid flowing through the pipe 2. Ask for.
このようにして、実施の形態1の熱式流量計1Aでは、流体の温度の影響を受けない位置に周囲温度センサ5を設置し、この周囲温度センサ5によって検出される水温センサ4の近傍の周囲温度TReに基づいて、水温センサ4が検出する流体の温度TRrを補正することによって、補正後の流体の温度Twを実際の流体の温度Trに近づけるようにして、配管2を流れる流体の温度と周囲温度に温度差ある環境でも、正確な流量の測定を行うことができる。 As described above, in the thermal type flow meter 1A of the first embodiment, the ambient temperature sensor 5 is installed at a position not affected by the temperature of the fluid, and the vicinity of the water temperature sensor 4 detected by the ambient temperature sensor 5 is provided. The temperature TRr of the fluid detected by the water temperature sensor 4 is corrected based on the ambient temperature TRe, so that the corrected temperature Tw of the fluid approaches the actual temperature Tr of the fluid, and thus the temperature of the fluid flowing through the pipe 2 is corrected. Even in an environment where there is a temperature difference between the ambient temperature and the ambient temperature, accurate flow rate measurement can be performed.
〔実施の形態2〕
図2は本発明の実施の形態2に係る熱式流量計1(1B)の要部の構成を示すブロック図である。同図において、図1と同一符号は図1を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a main part of a thermal flow meter 1 (1B) according to Embodiment 2 of the present invention. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or equivalent components as those described with reference to FIG. 1, and a description thereof will be omitted.
実施の形態2の熱式流量計1Bでは、ヒータ3の上流側の流体の温度TRuを検出する上流温度センサ(測温素子)10と、ヒータ3の下流側の流体の温度TRdを検出する下流温度センサ(測温素子)11とを、ヒータ3を挾んで配管2の外壁に設けている。また、上流温度センサ10および下流温度センサ11に対して、温度差算出部(センサ出力部)12を設けている。 In the thermal type flow meter 1B of the second embodiment, an upstream temperature sensor (temperature measuring element) 10 for detecting the temperature TRu of the fluid on the upstream side of the heater 3 and a downstream for detecting the temperature TRd of the fluid on the downstream side of the heater 3. A temperature sensor (temperature measuring element) 11 is provided on the outer wall of the pipe 2 with the heater 3 interposed therebetween. Further, a temperature difference calculation unit (sensor output unit) 12 is provided for the upstream temperature sensor 10 and the downstream temperature sensor 11.
温度差算出部12は、制御部7が発熱温度TRhと補正後の流体の温度Twとの温度差(TRh−Tw)が一定値となるようにヒータ3への供給電力を制御している時の、ヒータ3の上流側の流体の温度TRuと下流側の流体の温度TRdとの温度差(ヒータ3の上下流の温度差(TRu−TRd))を算出し、この算出したヒータ3の上下流の温度差(TRu−TRd)をセンサ出力(流体における熱拡散の状態に対応する値)Sとして流量算出部9へ送る。 The temperature difference calculating unit 12 controls the power supplied to the heater 3 so that the temperature difference (TRh−Tw) between the heat generation temperature TRh and the corrected fluid temperature Tw becomes a constant value. The temperature difference between the temperature TRu of the fluid on the upstream side of the heater 3 and the temperature TRd of the fluid on the downstream side (temperature difference between the upstream and downstream of the heater 3 (TRu−TRd)) is calculated. The downstream temperature difference (TRu-TRd) is sent to the flow rate calculator 9 as a sensor output (a value corresponding to the state of heat diffusion in the fluid) S.
流量算出部9は、温度差算出部12からのセンサ出力S(ヒータ3の上下流の温度差(TRu−TRd))を、予め設定されている流量変換式を用いて流量の値に変換することにより、配管2を流れる流体の流量Qを求める。 The flow rate calculation unit 9 converts the sensor output S (temperature difference between upstream and downstream of the heater 3 (TRu−TRd)) from the temperature difference calculation unit 12 into a flow rate value using a preset flow rate conversion equation. Thus, the flow rate Q of the fluid flowing through the pipe 2 is obtained.
このようにして、実施の形態2の熱式流量計1Bでも、流体の温度の影響を受けない位置に周囲温度センサ5を設置し、この周囲温度センサ5によって検出される水温センサ4の近傍の周囲温度TReに基づいて、水温センサ4が検出する流体の温度TRrを補正することによって、補正後の流体の温度Twを実際の流体の温度Trに近づけるようにして、配管2を流れる流体の温度と周囲温度に温度差ある環境でも、正確な流量の測定を行うことができる。 In this manner, also in the thermal type flow meter 1B of the second embodiment, the ambient temperature sensor 5 is installed at a position which is not affected by the temperature of the fluid, and the vicinity of the water temperature sensor 4 detected by the ambient temperature sensor 5 The temperature TRr of the fluid detected by the water temperature sensor 4 is corrected based on the ambient temperature TRe, so that the corrected temperature Tw of the fluid approaches the actual temperature Tr of the fluid, and thus the temperature of the fluid flowing through the pipe 2 is corrected. Even in an environment where there is a temperature difference between the ambient temperature and the ambient temperature, accurate flow rate measurement can be performed.
なお、上述した実施の形態では、流量算出部9において、センサ出力Sを流量変換式を用いて流量の値に変換するようにしたが、センサ出力Sに対応する流量Qの値が登録されている流量変換テーブルを用い、この流量変換テーブルからセンサ出力Sに対応する流量Qの値を求めるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the flow rate calculation unit 9 converts the sensor output S into a flow rate value using a flow rate conversion formula. However, the value of the flow rate Q corresponding to the sensor output S is registered. The flow rate conversion table may be used, and the value of the flow rate Q corresponding to the sensor output S may be obtained from the flow rate conversion table.
また、上述した実施の形態では、水温センサ4を配管2の外壁に設置するようにしたが、配管2の内壁に設置するようにしてもよい。配管2の内壁に設置するようにしても、水温センサ4が設置されている部分の温度は周囲温度によって変化する。 Further, in the above-described embodiment, the water temperature sensor 4 is installed on the outer wall of the pipe 2, but may be installed on the inner wall of the pipe 2. Even when the water temperature sensor 4 is installed on the inner wall of the pipe 2, the temperature of the portion where the water temperature sensor 4 is installed changes depending on the ambient temperature.
また、上述した実施の形態では、配管2を流れる流体を水(液体)としたが、配管2を流れる流体は液体に限られるものではなく、気体であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the fluid flowing through the pipe 2 is water (liquid), but the fluid flowing through the pipe 2 is not limited to liquid, but may be gas.
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
[Expansion of Embodiment]
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the technical idea of the present invention.
1(1A,1B)…熱式流量計、2…配管、3…ヒータ、4…水温センサ、5…周囲温度センサ、6…水温補正部、7…制御部、8…電力計測部、9…流量算出部、10…上流温度センサ、11…下流温度センサ、12…温度差算出部。 1 (1A, 1B): thermal flow meter, 2: pipe, 3: heater, 4: water temperature sensor, 5: ambient temperature sensor, 6: water temperature correction unit, 7: control unit, 8: power measurement unit, 9 ... Flow rate calculation unit, 10: upstream temperature sensor, 11: downstream temperature sensor, 12: temperature difference calculation unit.
Claims (5)
前記配管に設置され、電力の供給を受けて発熱するように構成されたヒータと、
前記ヒータよりも上流側の前記ヒータの熱影響を受けない位置に設置され、前記流体の温度を検出するように構成された温度センサと、
前記流体の温度の影響を受けない位置に設置され、前記温度センサの近傍の周囲温度を検出するように構成された周囲温度センサと、
前記温度センサが検出する前記流体の温度を前記周囲温度センサが検出する周囲温度に基づいて補正するように構成された流体温度補正部と、
前記ヒータの抵抗値変化から検出される前記ヒータの発熱温度と前記流体温度補正部によって補正された流体の温度との温度差を求め、この温度差が一定値となるように前記ヒータへ供給する電力を制御するように構成された制御部と、
前記制御部によって前記温度差が一定値となるように制御されている時の前記流体における熱拡散の状態に対応する値をセンサ出力として出力するように構成されたセンサ出力部と、
前記センサ出力部からのセンサ出力に基づいて前記配管を流れる流体の流量を求めるように構成された流量算出部と
を備えることを特徴とする熱式流量計。 A pipe configured to flow the fluid to be measured,
A heater installed on the pipe, configured to generate heat by receiving supply of electric power,
A temperature sensor installed at a position upstream of the heater that is not affected by the heat of the heater, and configured to detect a temperature of the fluid;
An ambient temperature sensor installed at a position that is not affected by the temperature of the fluid, and configured to detect an ambient temperature near the temperature sensor;
A fluid temperature correction unit configured to correct the temperature of the fluid detected by the temperature sensor based on the ambient temperature detected by the ambient temperature sensor,
A temperature difference between the heat generation temperature of the heater detected from the change in the resistance value of the heater and the temperature of the fluid corrected by the fluid temperature correction unit is obtained, and the temperature difference is supplied to the heater so as to be a constant value. A control unit configured to control the power;
A sensor output unit configured to output, as a sensor output, a value corresponding to a state of heat diffusion in the fluid when the temperature difference is controlled to be a constant value by the control unit;
A flow rate calculating unit configured to obtain a flow rate of the fluid flowing through the pipe based on a sensor output from the sensor output unit.
前記流体温度補正部は、
前記温度センサが検出する流体の温度をTRr、前記周囲温度センサが検出する周囲温度をTRe、前記補正後の流体の温度をTw、補正係数をkとして表される下記(A)式より、補正後の流体の温度Twを求める
ことを特徴とする熱式流量計。
Tw=TRr+k(TRr−TRe) ・・・・(A) The thermal flow meter according to claim 1,
The fluid temperature correction unit,
The temperature is detected by the temperature sensor TRr, the ambient temperature detected by the ambient temperature sensor is TRe, the temperature of the fluid after the correction is Tw, and the correction coefficient is k. A thermal type flow meter for determining a temperature Tw of a subsequent fluid.
Tw = TRr + k (TRr-TRe) (A)
前記補正係数kは、
前記(A)式より求められる補正後の流体の温度Twが実際の流体温度となるような値として定められている
ことを特徴とする熱式流量計。 The thermal flow meter according to claim 2,
The correction coefficient k is
A thermal flow meter, characterized in that the fluid temperature Tw after correction obtained from the equation (A) is set to a value that becomes the actual fluid temperature.
前記センサ出力部は、
前記制御部によって前記温度差が一定値となるように制御されている時の前記ヒータへの供給電力を前記センサ出力として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。 The thermal flowmeter according to any one of claims 1 to 3,
The sensor output unit,
The thermal flow meter according to claim 1, wherein the controller outputs the power supplied to the heater as the sensor output when the temperature difference is controlled to be a constant value.
前記センサ出力部は、
前記制御部によって前記温度差が一定値となるように制御されている時の前記ヒータの上下流の流体の温度差を前記センサ出力として出力する
ことを特徴とする熱式流量計。 The thermal flowmeter according to any one of claims 1 to 3,
The sensor output unit,
A thermal flow meter, wherein the temperature difference between the fluid upstream and downstream of the heater when the temperature difference is controlled to be a constant value by the control unit is output as the sensor output.
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