JPH07260531A - 流体センサ - Google Patents
流体センサInfo
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- JPH07260531A JPH07260531A JP7062176A JP6217695A JPH07260531A JP H07260531 A JPH07260531 A JP H07260531A JP 7062176 A JP7062176 A JP 7062176A JP 6217695 A JP6217695 A JP 6217695A JP H07260531 A JPH07260531 A JP H07260531A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
- G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
- G01F1/40—Details of construction of the flow constriction devices
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
- G01F1/50—Correcting or compensating means
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
- G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
- G01F15/028—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature for low flow rates
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
- G01N11/02—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
- G01N11/04—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
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Abstract
(57)【要約】
【目的】被測定流体にほぼ依存しない流体センサおよび
被測定流体の特性や流量を決定する装置および方法。 【構成】本発明は線形の抵抗と流れ抵抗と並列に接続す
る圧力差信号を生成する圧力差センサと流れ抵抗および
圧力差センサと並列に設けられた脈流を測定する流体流
に重畳するポンプ手段より構成される。さらに、流体の
特性にほぼ依存せずに、流体の流量を決定し、被測定流
体を線形の流れ抵抗を通過させ、脈流を生成し、被測定
流体の流れに脈流を重畳させ、流れ抵抗の圧力降下を検
出し、圧力降下の定常成分と交番成分を求め、交番成分
より被測定流体の特性を表す数値を決定し、定常成分と
該流体特性値より流量を決定する。
被測定流体の特性や流量を決定する装置および方法。 【構成】本発明は線形の抵抗と流れ抵抗と並列に接続す
る圧力差信号を生成する圧力差センサと流れ抵抗および
圧力差センサと並列に設けられた脈流を測定する流体流
に重畳するポンプ手段より構成される。さらに、流体の
特性にほぼ依存せずに、流体の流量を決定し、被測定流
体を線形の流れ抵抗を通過させ、脈流を生成し、被測定
流体の流れに脈流を重畳させ、流れ抵抗の圧力降下を検
出し、圧力降下の定常成分と交番成分を求め、交番成分
より被測定流体の特性を表す数値を決定し、定常成分と
該流体特性値より流量を決定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体センサ、流体の粘
性率を決定する装置、流体の体積流量を決定する装置、
流体の粘度を決定する方法および流体の体積流量を決定
する方法に関するものである。
性率を決定する装置、流体の体積流量を決定する装置、
流体の粘度を決定する方法および流体の体積流量を決定
する方法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】本発明は、特に、圧力測定方法に従って
動作し、粘性率等の被測定流体の特性にわずかしか依存
しない、センサ、測定装置および測定方法に関する。体
積流量を検出する流体センサは、クロマトグラフィーの
分野で長い期間にわたって用いられている。体積流量を
測定する種々の圧力測定方法が知られている。
動作し、粘性率等の被測定流体の特性にわずかしか依存
しない、センサ、測定装置および測定方法に関する。体
積流量を検出する流体センサは、クロマトグラフィーの
分野で長い期間にわたって用いられている。体積流量を
測定する種々の圧力測定方法が知られている。
【０００３】一つの方法では、体積流量を測定する目的
でラグ(lug)にかかる衝撃圧力を利用している。流体の
流れの中に突出しているラグは、ここでは、ラグを通る
ように流れている流体の衝撃圧力でたわむ。たわみは、
測定対象の流れの尺度である。しかし、この方法は、流
体依存性であり、そのダイナミックレンジは制限があ
り、その最低測定制限値は非常に高い。さらに、測定は
システムの位置に依存し、振動に敏感である。
でラグ(lug)にかかる衝撃圧力を利用している。流体の
流れの中に突出しているラグは、ここでは、ラグを通る
ように流れている流体の衝撃圧力でたわむ。たわみは、
測定対象の流れの尺度である。しかし、この方法は、流
体依存性であり、そのダイナミックレンジは制限があ
り、その最低測定制限値は非常に高い。さらに、測定は
システムの位置に依存し、振動に敏感である。
【０００４】他の既知の圧力測定方法では、体積流量を
測定するために、シャッターまたはノズルにかかる衝撃
圧力を利用している。シャッターにかかる衝撃圧力は、
測定範囲内にある流体の密度に依存している。またこの
既知の方法は流体依存性で、そのダイナミックレンジは
低く、高い流量にしか適していない。
測定するために、シャッターまたはノズルにかかる衝撃
圧力を利用している。シャッターにかかる衝撃圧力は、
測定範囲内にある流体の密度に依存している。またこの
既知の方法は流体依存性で、そのダイナミックレンジは
低く、高い流量にしか適していない。
【０００５】さらに他の既知の圧力測定方法では、実質
的に線形の流れ抵抗における圧力差測定である。この圧
力測定では、図６に示す流体センサのタイプが使われて
いる。図６に示す流体センサ600は、実質的に線形の流
れ抵抗610(linear flow resistor)を備えており、これ
は流体の流れの中に設置される。圧力差センサ620は、
流れ抵抗610と並列に接続しており、圧力差センサは、
流れ抵抗610における圧力差を測定するために用いられ
ている。体積流量はこうしてこの圧力差測定値に基づい
て計算される。しかし、これは流体の特性が既知である
場合にだけ可能である。これに関してこの方法の欠点は
明らかで、この測定もまた流体依存するものである。
的に線形の流れ抵抗における圧力差測定である。この圧
力測定では、図６に示す流体センサのタイプが使われて
いる。図６に示す流体センサ600は、実質的に線形の流
れ抵抗610(linear flow resistor)を備えており、これ
は流体の流れの中に設置される。圧力差センサ620は、
流れ抵抗610と並列に接続しており、圧力差センサは、
流れ抵抗610における圧力差を測定するために用いられ
ている。体積流量はこうしてこの圧力差測定値に基づい
て計算される。しかし、これは流体の特性が既知である
場合にだけ可能である。これに関してこの方法の欠点は
明らかで、この測定もまた流体依存するものである。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、上述の問題点を解消し、被測
定流体にほぼ依存しない流体センサを提供することにあ
る。本発明の他の目的は、圧力測定方法にしたがって動
作し、測定が被測定流体の粘性率等の特性にぼほ依存せ
ずに流体の流量を測定するセンサ、測定装置および測定
方法を提供することにある。本発明のさらに別の目的
は、流体の粘性率等を決定する装置および方法を提供す
ることにある。
定流体にほぼ依存しない流体センサを提供することにあ
る。本発明の他の目的は、圧力測定方法にしたがって動
作し、測定が被測定流体の粘性率等の特性にぼほ依存せ
ずに流体の流量を測定するセンサ、測定装置および測定
方法を提供することにある。本発明のさらに別の目的
は、流体の粘性率等を決定する装置および方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【発明の概要】本発明の第１の目的は、被測定流体にほ
ぼ依存しない流体センサを提供することにある。本発明
の第１の局面によれば、本願の目的は、流体の流れの中
に設置された実質的に線形の流れ抵抗と、流れ抵抗と並
列に接続し、圧力差信号を生成する圧力差センサと、流
れ抵抗および圧力差センサと並列に接続し、測定対象の
流れに脈流(alternating flow)を重畳する (superimpos
e)ように設計されたポンプ手段より成る流体センサによ
り達成される。
ぼ依存しない流体センサを提供することにある。本発明
の第１の局面によれば、本願の目的は、流体の流れの中
に設置された実質的に線形の流れ抵抗と、流れ抵抗と並
列に接続し、圧力差信号を生成する圧力差センサと、流
れ抵抗および圧力差センサと並列に接続し、測定対象の
流れに脈流(alternating flow)を重畳する (superimpos
e)ように設計されたポンプ手段より成る流体センサによ
り達成される。
【０００８】本発明の好適な一実施例では、圧力差セン
サは、その主要面に対して垂直に設けられる第１のダイ
ヤフラムを貫通して延びる穴を有する第１のダイヤフラ
ムを備えており、第１のダイヤフラムは、ダイヤフラム
のたわみを測定する第１の素子を備えている。
サは、その主要面に対して垂直に設けられる第１のダイ
ヤフラムを貫通して延びる穴を有する第１のダイヤフラ
ムを備えており、第１のダイヤフラムは、ダイヤフラム
のたわみを測定する第１の素子を備えている。
【０００９】本発明の他の好適な一実施例によれば、ポ
ンプ手段は、第２および第３のダイヤフラム、および各
ダイヤフラムの一方の側に設置された第１および第２の
作動部材を備えており、作動部材は、第２および第３の
ダイヤフラムを積極的にたわめるために用いられ、第２
および第３のダイヤフラムには、ダイヤフラムのたわみ
を測定する第２および第３の素子が設けられている。本
発明の更に他の好適な一実施例では、ダイヤフラムのた
わみを測定する第１、第２、および第３の素子は１個ま
たは数個の歪みゲージを備えている。
ンプ手段は、第２および第３のダイヤフラム、および各
ダイヤフラムの一方の側に設置された第１および第２の
作動部材を備えており、作動部材は、第２および第３の
ダイヤフラムを積極的にたわめるために用いられ、第２
および第３のダイヤフラムには、ダイヤフラムのたわみ
を測定する第２および第３の素子が設けられている。本
発明の更に他の好適な一実施例では、ダイヤフラムのた
わみを測定する第１、第２、および第３の素子は１個ま
たは数個の歪みゲージを備えている。
【００１０】本発明の更に他の好適な一実施例では、第
１および第２の作動部材は180°の位相差で制御され、
第２および第３のダイヤフラムを逆方向に移動させる。
本発明の更に他の好適な一実施例では、第１のチャンバ
は、第１と第２のダイヤフラムおよびセンサ・ハウジン
グにより画定され、第２のチャンバは、第１と第２のダ
イヤフラムおよびセンサ・ハウジングにより画定され、
第１および第２のチャンバは、流れ抵抗を介して相互に
接続しており、被測定流体を第１のチャンバに供給する
手段が設けられ、被測定流体を第２のチャンバから排出
させる手段が設けられている。
１および第２の作動部材は180°の位相差で制御され、
第２および第３のダイヤフラムを逆方向に移動させる。
本発明の更に他の好適な一実施例では、第１のチャンバ
は、第１と第２のダイヤフラムおよびセンサ・ハウジン
グにより画定され、第２のチャンバは、第１と第２のダ
イヤフラムおよびセンサ・ハウジングにより画定され、
第１および第２のチャンバは、流れ抵抗を介して相互に
接続しており、被測定流体を第１のチャンバに供給する
手段が設けられ、被測定流体を第２のチャンバから排出
させる手段が設けられている。
【００１１】本発明の更に他の好適な一実施例では、セ
ンサ・ハウジングは流れ抵抗を形成する流路を備えてお
り、流路は第１のチャンバから第１のダイヤフラムの一
方の主要面に沿って第１のダイヤフラムの穴を通り、第
１のダイヤフラムの他の主要面に沿って第２のチャンバ
まで延びている。本発明の更に他の好適な一実施例は、
センサ・ハウジングは第２および第３のダイヤフラムの
自由ダイヤフラム面が第１のダイヤフラムの自由ダイヤ
フラム面より大きくなるように構成されている。
ンサ・ハウジングは流れ抵抗を形成する流路を備えてお
り、流路は第１のチャンバから第１のダイヤフラムの一
方の主要面に沿って第１のダイヤフラムの穴を通り、第
１のダイヤフラムの他の主要面に沿って第２のチャンバ
まで延びている。本発明の更に他の好適な一実施例は、
センサ・ハウジングは第２および第３のダイヤフラムの
自由ダイヤフラム面が第１のダイヤフラムの自由ダイヤ
フラム面より大きくなるように構成されている。
【００１２】本発明の更に他の好適な一実施例では、供
給手段は、カバー部分とセンサ・ハウジングを通過して
第１のチャンバ内に導く入口キャピラリと、センサ・ハ
ウジングとカバー部分を通過して第２のチャンバの外へ
導く出口キャピラリを備えている。
給手段は、カバー部分とセンサ・ハウジングを通過して
第１のチャンバ内に導く入口キャピラリと、センサ・ハ
ウジングとカバー部分を通過して第２のチャンバの外へ
導く出口キャピラリを備えている。
【００１３】本発明の更に他の好適な一実施例では、ポ
ンプ手段の第１および第２の作動手段は、以下に示す特
徴を備えている。1)熱伝導材料からなり、センサ・ハウ
ジングの一方の側面に設けられ、複数のリブを有する第
１の後部壁、2)熱伝導材料からなり、センサ・ハウジン
グの他方の側面に設けられ、複数のリブを有する第２の
後部壁、3)第２のダイヤフラムと第１の後部壁とセンサ
・ハウジングによって画定され、その中に液体が収容さ
れている第３のチャンバ、4)第３のダイヤフラムと第２
の後部壁とセンサ・ハウジングによって画定され、その
中に液体が収容されている第４のチャンバ、5)第３およ
び第４のチャンバに入っている液体を循環的に加熱、冷
却する第１および第２のペルチエ要素。
ンプ手段の第１および第２の作動手段は、以下に示す特
徴を備えている。1)熱伝導材料からなり、センサ・ハウ
ジングの一方の側面に設けられ、複数のリブを有する第
１の後部壁、2)熱伝導材料からなり、センサ・ハウジン
グの他方の側面に設けられ、複数のリブを有する第２の
後部壁、3)第２のダイヤフラムと第１の後部壁とセンサ
・ハウジングによって画定され、その中に液体が収容さ
れている第３のチャンバ、4)第３のダイヤフラムと第２
の後部壁とセンサ・ハウジングによって画定され、その
中に液体が収容されている第４のチャンバ、5)第３およ
び第４のチャンバに入っている液体を循環的に加熱、冷
却する第１および第２のペルチエ要素。
【００１４】本発明の更に他の好適な一実施例では、ポ
ンプ手段の第１および第２の作動手段はそれぞれ圧電作
動素子を備えている。本発明の更に他の好適な一実施例
では、ポンプ手段の第１および第２の作動手段はそれぞ
れ磁界により移動するピストンを備えている。
ンプ手段の第１および第２の作動手段はそれぞれ圧電作
動素子を備えている。本発明の更に他の好適な一実施例
では、ポンプ手段の第１および第２の作動手段はそれぞ
れ磁界により移動するピストンを備えている。
【００１５】本発明の更に他の好適な一実施例では、ポ
ンプ手段の第１および第２の作動手段は圧力が作用する
チャンバを備えている。
ンプ手段の第１および第２の作動手段は圧力が作用する
チャンバを備えている。
【００１６】本発明の第２の目的は、圧力測定方法に従
って動作し、測定が被測定流体の、粘性率等の特性にほ
ぼ依存せずに流体の流量を測定するセンサ、測定装置お
よび測定方法を提供することである。本発明の第２の局
面によれば、本願の目的は、流体の流れの中に設置され
る実質的に線形の流れ抵抗と、流れ抵抗に並列に接続し
ている、圧力差信号を生成する圧力差センサと流れ抵抗
および圧力差センサと並列に設置され、測定対象の流れ
に脈流を重畳させるように構成されているポンプ手段よ
り成る流体センサを備え、さらに、圧力差センサにより
生成された脈流に実質的に比例する、交番圧力差信号か
ら流体の特性を表す数値を誘導し、圧力差センサにより
生成された圧力差信号の定常成分と流体の特性を表す数
値から体積流量を誘導する体積流量決定手段から構成さ
れる、流体の体積流量を決定する装置により達成され
る。
って動作し、測定が被測定流体の、粘性率等の特性にほ
ぼ依存せずに流体の流量を測定するセンサ、測定装置お
よび測定方法を提供することである。本発明の第２の局
面によれば、本願の目的は、流体の流れの中に設置され
る実質的に線形の流れ抵抗と、流れ抵抗に並列に接続し
ている、圧力差信号を生成する圧力差センサと流れ抵抗
および圧力差センサと並列に設置され、測定対象の流れ
に脈流を重畳させるように構成されているポンプ手段よ
り成る流体センサを備え、さらに、圧力差センサにより
生成された脈流に実質的に比例する、交番圧力差信号か
ら流体の特性を表す数値を誘導し、圧力差センサにより
生成された圧力差信号の定常成分と流体の特性を表す数
値から体積流量を誘導する体積流量決定手段から構成さ
れる、流体の体積流量を決定する装置により達成され
る。
【００１７】本発明の第３の局面によれば、本願の目的
は、測定対象の体積流体の流れを実質的に線形の流れ抵
抗を通るように導くステップと、脈流の流体の流れを生
成し、これを測定対象の体積流体の流れに重畳するステ
ップと、流れ抵抗の両端における圧力降下を検出するス
テップと、検出された圧力降下の定常成分および脈流成
分を決定するステップと、測定した脈流成分に基づい
て、流体の特性を表す数値を決定するステップと、決定
された定常成分と流体特性を表す数値にも基づいて体積
流量を求めるステップを含む流体の体積流量を決定する
方法により達成される。
は、測定対象の体積流体の流れを実質的に線形の流れ抵
抗を通るように導くステップと、脈流の流体の流れを生
成し、これを測定対象の体積流体の流れに重畳するステ
ップと、流れ抵抗の両端における圧力降下を検出するス
テップと、検出された圧力降下の定常成分および脈流成
分を決定するステップと、測定した脈流成分に基づい
て、流体の特性を表す数値を決定するステップと、決定
された定常成分と流体特性を表す数値にも基づいて体積
流量を求めるステップを含む流体の体積流量を決定する
方法により達成される。
【００１８】本発明のさらに別の目的は、流体の粘性率
を決定する測定装置および測定方法を提供することであ
る。本発明の第４の局面によれば、本願の目的は、流体
の流れの中に設置された実質的に線形の流れ抵抗と流れ
抵抗と並列に接続し、圧力差信号を生成する圧力差セン
サと流れ抵抗および圧力差センサに並列に設置されるポ
ンプ手段より構成される流体センサと、圧力差センサに
より生成された、脈流と実質的に比例する交番圧力差信
号に基づいて、粘性率を表す値を決定する信号解析手段
から構成されて流体の粘性率を決定する装置により達成
される。
を決定する測定装置および測定方法を提供することであ
る。本発明の第４の局面によれば、本願の目的は、流体
の流れの中に設置された実質的に線形の流れ抵抗と流れ
抵抗と並列に接続し、圧力差信号を生成する圧力差セン
サと流れ抵抗および圧力差センサに並列に設置されるポ
ンプ手段より構成される流体センサと、圧力差センサに
より生成された、脈流と実質的に比例する交番圧力差信
号に基づいて、粘性率を表す値を決定する信号解析手段
から構成されて流体の粘性率を決定する装置により達成
される。
【００１９】本発明の第５の局面によれば、本願の目的
は、実質的に線形の流れ抵抗を被測定流体の流れの中に
設けるステップと、流れ抵抗を通過するように脈流を生
成するステップと、流れ抵抗の両端における圧力降下の
交番成分を検出するステップと、検出された交番成分に
基づいて流体の粘性率を決定するステップを含む流体の
粘性率を決定する方法により達成される。
は、実質的に線形の流れ抵抗を被測定流体の流れの中に
設けるステップと、流れ抵抗を通過するように脈流を生
成するステップと、流れ抵抗の両端における圧力降下の
交番成分を検出するステップと、検出された交番成分に
基づいて流体の粘性率を決定するステップを含む流体の
粘性率を決定する方法により達成される。
【００２０】
【発明の実施例】本発明に係る流体センサの好適な実施
例を説明する前に、本発明の測定原理を図１ないし図３
を参照して詳細に説明する。
例を説明する前に、本発明の測定原理を図１ないし図３
を参照して詳細に説明する。
【００２１】図１には、参照番号100で全体を示す本発
明による流体センサが示されている。この流体センサ10
0は、測定対象の流体流の中に設置されている実質的に
線形の流れ抵抗110を備えている。圧力差センサ120は、
圧力差信号を生成し、流れ抵抗110と並列に接続してい
る。測定対象の流れに脈流を重畳するポンプ130は、流
れ抵抗110および圧力差センサ120と並列に設けられてい
る。この脈流は、センサの規則的な自己校正の可能性を
提供するために、既知のものでなければならない。
明による流体センサが示されている。この流体センサ10
0は、測定対象の流体流の中に設置されている実質的に
線形の流れ抵抗110を備えている。圧力差センサ120は、
圧力差信号を生成し、流れ抵抗110と並列に接続してい
る。測定対象の流れに脈流を重畳するポンプ130は、流
れ抵抗110および圧力差センサ120と並列に設けられてい
る。この脈流は、センサの規則的な自己校正の可能性を
提供するために、既知のものでなければならない。
【００２２】図２はある例に基づき、センサ信号の、イ
ソプロパノール、水、メタノールまたはヘキサン等の流
体の粘性率への依存性を示している。実際の動作では、
流体の任意の混合物も用いられており、図示した特性曲
線において勾配が大きくなることが可能である。図２に
示すものより高いかまたは低い粘性率も同様に可能であ
る。したがって、ユーザは使用する流体の粘性率を予測
することはできない。流体抵抗間の圧力差Δｐは、以下
に示す式に従って求めることができる。
ソプロパノール、水、メタノールまたはヘキサン等の流
体の粘性率への依存性を示している。実際の動作では、
流体の任意の混合物も用いられており、図示した特性曲
線において勾配が大きくなることが可能である。図２に
示すものより高いかまたは低い粘性率も同様に可能であ
る。したがって、ユーザは使用する流体の粘性率を予測
することはできない。流体抵抗間の圧力差Δｐは、以下
に示す式に従って求めることができる。
【００２３】Δｐ ＝ Ｖ×ｋ ここでは、ｋは比例常数、Ｖは測定対象の流れを表す。
【００２４】実際、上記の式に記した比例常数ｋは、未
知であることが明らかである。
知であることが明らかである。
【００２５】図３は、脈流300が測定対象の流れＶに重
畳されたときの図２に示した特性曲線を示す。重畳され
た脈流300の大きさが既知であるという事実に鑑み、上
記式の中の流体に対するそれぞれの比例常数ｋを圧力差
信号ｐの脈流310a〜310dに基づいて決定することができ
る。これは流体の流体特性に関するこれまでの知識なし
に行なわれる。
畳されたときの図２に示した特性曲線を示す。重畳され
た脈流300の大きさが既知であるという事実に鑑み、上
記式の中の流体に対するそれぞれの比例常数ｋを圧力差
信号ｐの脈流310a〜310dに基づいて決定することができ
る。これは流体の流体特性に関するこれまでの知識なし
に行なわれる。
【００２６】高精度な測定を保証するためには、流体セ
ンサおよびシステムを十分な程度離しておかなければな
らない。この分離(decoupling)は、たとえば、流れ方向
において、流体センサの前またはうしろに流れ抵抗を設
置させることによって行なうことができる。更に、流体
センサが受けるシステムの影響を確認して補償しなけれ
ばならない。
ンサおよびシステムを十分な程度離しておかなければな
らない。この分離(decoupling)は、たとえば、流れ方向
において、流体センサの前またはうしろに流れ抵抗を設
置させることによって行なうことができる。更に、流体
センサが受けるシステムの影響を確認して補償しなけれ
ばならない。
【００２７】大きなシステム容量との組合せにおいて結
合抵抗が不十分であると、重畳された脈流300は流れ抵
抗110を通って流れず、システム内で完全にまたは部分
的に消失することが起きる。
合抵抗が不十分であると、重畳された脈流300は流れ抵
抗110を通って流れず、システム内で完全にまたは部分
的に消失することが起きる。
【００２８】本発明の好適な一実施例を図４を参照しな
がら以下に詳細に説明する。図１を参照して説明したよ
うに、本発明による流体センサ100は、流れ抵抗110と、
流れ抵抗110と並列に接続する圧力差センサ120とそれに
並列に接続するポンプ130を備えている。
がら以下に詳細に説明する。図１を参照して説明したよ
うに、本発明による流体センサ100は、流れ抵抗110と、
流れ抵抗110と並列に接続する圧力差センサ120とそれに
並列に接続するポンプ130を備えている。
【００２９】更に、圧力差センサ120は、第１のダイヤ
フラム410を含み、第１のダイヤフラム410は、その中を
貫通する、その主要表面に対して垂直に延びる第１の穴
410aを有している。加えて、第１のダイヤフラム410に
はダイヤフラムのたわみを測定する機能を有する第１の
素子が設けられている。
フラム410を含み、第１のダイヤフラム410は、その中を
貫通する、その主要表面に対して垂直に延びる第１の穴
410aを有している。加えて、第１のダイヤフラム410に
はダイヤフラムのたわみを測定する機能を有する第１の
素子が設けられている。
【００３０】ポンプ130は、第２と第３のダイヤフラム4
12、414と、第１および第２の作動部材を備えている。
第１および第２の作動部材は、ダイヤフラム412、414の
一方の面に設置され、第２および第３のダイヤフラム41
2、414のたわみを積極的に誘導するために使用される。
第１のダイヤフラム410と同様に、第２および第３のダ
イヤフラム412、414はダイヤフラム412、414のたわみを
測定する第２および第３の素子を備えている。
12、414と、第１および第２の作動部材を備えている。
第１および第２の作動部材は、ダイヤフラム412、414の
一方の面に設置され、第２および第３のダイヤフラム41
2、414のたわみを積極的に誘導するために使用される。
第１のダイヤフラム410と同様に、第２および第３のダ
イヤフラム412、414はダイヤフラム412、414のたわみを
測定する第２および第３の素子を備えている。
【００３１】ダイヤフラムのたわみを測定するこれら第
１、第２、第３の素子に、１個または数個の歪みゲージ
が設けられていることは当業者には明らかなことであ
る。重畳しようとする脈流300を生成するため、第１お
よび第２の作動部材は、180°の位相差で制御され、そ
れにより第２および第３のダイヤフラム412、414が逆方
向に移動する。
１、第２、第３の素子に、１個または数個の歪みゲージ
が設けられていることは当業者には明らかなことであ
る。重畳しようとする脈流300を生成するため、第１お
よび第２の作動部材は、180°の位相差で制御され、そ
れにより第２および第３のダイヤフラム412、414が逆方
向に移動する。
【００３２】図４に示されるように、流体センサ100
は、第１および第２のダイヤフラム410、412およびセン
サ・ハウジング418により形成される第１のチャンバ416
を備えている。第２のチャンバ420は第１および第３の
ダイヤフラム410、414およびセンサ・ハウジング418に
より形成されている。第１および第２のチャンバ416、4
20は、流れ抵抗を介して相互に連結している。流体セン
サ100は、さらに、被測定流体を第１のチャンバ416に供
給する手段422と、被測定流体を第２のチャンバ420から
排出させる手段424も備えている。
は、第１および第２のダイヤフラム410、412およびセン
サ・ハウジング418により形成される第１のチャンバ416
を備えている。第２のチャンバ420は第１および第３の
ダイヤフラム410、414およびセンサ・ハウジング418に
より形成されている。第１および第２のチャンバ416、4
20は、流れ抵抗を介して相互に連結している。流体セン
サ100は、さらに、被測定流体を第１のチャンバ416に供
給する手段422と、被測定流体を第２のチャンバ420から
排出させる手段424も備えている。
【００３３】図４に示す流体センサ100の実施例では、
センサ・ハウジング418に流れ抵抗110を画定する流路42
6が設けられている。この流路426は、第１のチャンバ41
6から第１のダイヤフラム410の一方の主要面に沿って第
１のダイヤフラム410の穴410aを通り、第１のダイヤフ
ラム410の他方の主要面に沿って第２のチャンバ420まで
延びている。
センサ・ハウジング418に流れ抵抗110を画定する流路42
6が設けられている。この流路426は、第１のチャンバ41
6から第１のダイヤフラム410の一方の主要面に沿って第
１のダイヤフラム410の穴410aを通り、第１のダイヤフ
ラム410の他方の主要面に沿って第２のチャンバ420まで
延びている。
【００３４】センサ・ハウジング418は、第２および第
３のダイヤフラム412、414の自由ダイヤフラム表面が第
１のダイヤフラム410の自由ダイヤフラム表面より大き
いという構造で設計されている。本発明に係る流体セン
サ100の好適な一実施例では、供給手段422はセンサ・ハ
ウジング418のカバー部分428を通して第１のチャンバ41
6に導く入り口キャピラリ管を備えている。更に、排出
手段424はセンサ・ハウジング418およびカバー部分428
を通して第２のチャンバ420に導く出口キャピラリを備
えている。
３のダイヤフラム412、414の自由ダイヤフラム表面が第
１のダイヤフラム410の自由ダイヤフラム表面より大き
いという構造で設計されている。本発明に係る流体セン
サ100の好適な一実施例では、供給手段422はセンサ・ハ
ウジング418のカバー部分428を通して第１のチャンバ41
6に導く入り口キャピラリ管を備えている。更に、排出
手段424はセンサ・ハウジング418およびカバー部分428
を通して第２のチャンバ420に導く出口キャピラリを備
えている。
【００３５】本発明による流体センサ100の好適な一実
施例では、ポンプ130の第１の作動部材は、熱伝導材料
から成る第１の後部壁430を備えており、第１の後部壁
は、センサ・ハウジング418の一方の側面に設けられて
おり、複数のリブ430aを有する。更に、第２の作動部材
は、熱伝導材料から成る第２の後部壁432を備えてお
り、第２の後部壁は、センサ・ハウジング418の他方の
側面に設けられており、複数のリブ432aを有する。第２
のダイヤフラム412と第１の後部壁430とセンサ・ハウジ
ング418は、第３のチャンバ434を画定する。更に、第４
のチャンバが第３のダイヤフラム414と第２の後部壁432
とセンサ・ハウジング418により画定される。第３およ
び第４のチャンバ434、436にはそれぞれ液体が満たされ
ている。ポンプ130の所望の吐出効果を達成するため
に、第１および第２の作動部材はそれぞれ第３および第
４のチャンバ434、436に入っている液体を循環的に加
熱、冷却するペルチエ素子438、440を備えている。
施例では、ポンプ130の第１の作動部材は、熱伝導材料
から成る第１の後部壁430を備えており、第１の後部壁
は、センサ・ハウジング418の一方の側面に設けられて
おり、複数のリブ430aを有する。更に、第２の作動部材
は、熱伝導材料から成る第２の後部壁432を備えてお
り、第２の後部壁は、センサ・ハウジング418の他方の
側面に設けられており、複数のリブ432aを有する。第２
のダイヤフラム412と第１の後部壁430とセンサ・ハウジ
ング418は、第３のチャンバ434を画定する。更に、第４
のチャンバが第３のダイヤフラム414と第２の後部壁432
とセンサ・ハウジング418により画定される。第３およ
び第４のチャンバ434、436にはそれぞれ液体が満たされ
ている。ポンプ130の所望の吐出効果を達成するため
に、第１および第２の作動部材はそれぞれ第３および第
４のチャンバ434、436に入っている液体を循環的に加
熱、冷却するペルチエ素子438、440を備えている。
【００３６】ポンプ130の第１および第２の作動部材
は、別の構成のものを採用できることは当業者にとって
は明らかなことである。第２の作動部材は、例えば、夫
々圧電作動素子または磁界によって作動するピストンで
構成することも可能である。更に、第１および第２の作
動部材は、圧力が作用するチャンバを画定することもで
きる。
は、別の構成のものを採用できることは当業者にとって
は明らかなことである。第２の作動部材は、例えば、夫
々圧電作動素子または磁界によって作動するピストンで
構成することも可能である。更に、第１および第２の作
動部材は、圧力が作用するチャンバを画定することもで
きる。
【００３７】本発明に係る流体センサ100の構成および
動作の態様を図４を参照してこれまで説明してきたが、
本発明によるセンサを活用する各種装置を図５を参照し
て下に説明することにする。
動作の態様を図４を参照してこれまで説明してきたが、
本発明によるセンサを活用する各種装置を図５を参照し
て下に説明することにする。
【００３８】図５は、流体センサ100を備える流体特性
を決定する流体特性測定回路510および体積流量を決定
する体積流量測定回路512のブロック図を示すものであ
る。流体センサ100は、流体の流れ514の中に設置されて
おり、流体はその一方の側514aから流体センサ100に流
入し、その他方の側514bから流出している。センサ100
の出力信号は、信号線516を経由して回路510と結合し、
ノードＫ１および第２の信号線518を経由して回路512の
第１の入力端子512aと結合している。
を決定する流体特性測定回路510および体積流量を決定
する体積流量測定回路512のブロック図を示すものであ
る。流体センサ100は、流体の流れ514の中に設置されて
おり、流体はその一方の側514aから流体センサ100に流
入し、その他方の側514bから流出している。センサ100
の出力信号は、信号線516を経由して回路510と結合し、
ノードＫ１および第２の信号線518を経由して回路512の
第１の入力端子512aと結合している。
【００３９】流体特性測定回路510では、粘性率を表す
値が圧力差センサ120により生成され、脈流300に実質的
に比例する交番圧力差信号に基づいて信号解析手段によ
り決定される。回路510の出力端子510aを通って、この
値は第３の信号線520を経由して体積流量測定回路512の
第２の入力端子512bに供給され、供給されるとすぐにノ
ードＫ２を経由して出力信号ＦＶとして取り出される。
値が圧力差センサ120により生成され、脈流300に実質的
に比例する交番圧力差信号に基づいて信号解析手段によ
り決定される。回路510の出力端子510aを通って、この
値は第３の信号線520を経由して体積流量測定回路512の
第２の入力端子512bに供給され、供給されるとすぐにノ
ードＫ２を経由して出力信号ＦＶとして取り出される。
【００４０】体積流量測定回路512は、圧力差センサ120
により生成され、脈流に実質的に比例する交番圧力差信
号から流体特性を表す数値を誘導し、圧力差センサ120
により生成された圧力差信号の定常成分と流体特性を表
す量ＦＶから体積流量Ｖを誘導する。体積流量Ｖを示す
値は回路512の出力端子512cを経由して出力される。
により生成され、脈流に実質的に比例する交番圧力差信
号から流体特性を表す数値を誘導し、圧力差センサ120
により生成された圧力差信号の定常成分と流体特性を表
す量ＦＶから体積流量Ｖを誘導する。体積流量Ｖを示す
値は回路512の出力端子512cを経由して出力される。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、既
知の脈流を被測定流体の流れに重ね、被測定流体の特性
にほほ依存せずに粘性率等の特性値や体積流量を決定す
ることができる。
知の脈流を被測定流体の流れに重ね、被測定流体の特性
にほほ依存せずに粘性率等の特性値や体積流量を決定す
ることができる。
【図１】本発明の一実施例である圧力センサの概略図。
【図２】センサ信号の流体粘性率への依存性を示すグラ
フ。
フ。
【図３】図２に導入された脈流を示すグラフ。
【図４】本発明の一実施例である流体センサの断面図。
【図５】本発明の一実施例である流体センサを用いた流
体の粘性率と流体の体積流量を決定する装置のブロック
図。
体の粘性率と流体の体積流量を決定する装置のブロック
図。
【図６】従来の流体センサの概略図。
100： 流体センサ 110： 流れ抵抗 120： 圧力差センサ 130： ポンプ 300： 脈流 410、412、414： ダイヤフラム 416、420、434、436： チャンバ 418： センサハウジング 422： 流体供給手段 424： 流体排出手段 426： 流路 430、432： 後部壁 430a、432a： リブ 438、440： ペルチエ要素 510： 流体特性測定回路 512： 体積流量測定回路
Claims (17)
- 【請求項１】流体の流れの中に設置された実質的に線形
の流れ抵抗と、前記流れ抵抗と並列に接続し、圧力差信
号を生成する圧力差センサと、前記流れ抵抗と前記圧力
差センサと並列に設けられ、脈流を測定対象の流れに重
畳するように構成されるポンプ手段とから構成される流
体センサ。 - 【請求項２】前記圧力差センサは、その主要面に対して
垂直に設けられる第１のダイヤフラムを備えるものであ
り、前記第１のダイヤフラムにはその中を貫通して延び
る穴が設けられ、前記第１のダイヤフラムのたわみを測
定する第１の素子を備えることを特徴とする請求項１記
載の流体センサ。 - 【請求項３】前記ポンプ手段は、第２および第３のダイ
ヤフラムを備え、さらに、前記各ダイヤフラムの一方の
側に設置された第１および第２の作動部材を備えてお
り、前記作動部材は、第２および第３のダイヤフラムを
積極的にたわめるために用いられ、前記第２および第３
のダイヤフラムには、ダイヤフラムのたわみを測定する
第２および第３の素子が設けらていることを特徴とする
請求項１記載の流体センサ。 - 【請求項４】ダイヤフラムのたわみを測定する前記第
１、第２、第３の素子は１または複数の歪みゲージから
成ることを特徴とする請求項２または３記載の流体セン
サ。 - 【請求項５】前記第１および第２の作動部材は180°の
位相差で制御され、前記第２および第３のダイヤフラム
を逆方向に動かすことを特徴とする請求項３または４記
載の流体センサ。 - 【請求項６】請求項１記載の流体センサは、第１と第２
のダイヤフラムおよびセンサ・ハウジングにより画定さ
れる第１のチャンバと、第１と第２のダイヤフラムおよ
びセンサ・ハウジングにより画定される第２のチャンバ
を備えており、前記第１および第２のチャンバは、前記
流れ抵抗を介して相互に連結しており、被測定流体を前
記第１のチャンバに供給する手段と、被測定流体を前記
第２のチャンバから排出させる手段を具備することを特
徴とする流体サンサ。 - 【請求項７】前記センサ・ハウジングは、前記流れ抵抗
を画定する流路を備え、前記流路は、前記第１のチャン
バから前記第１のダイヤフラムの一方の主要面に沿って
前記第１のダイヤフラムの穴を通り、前記第１のダイヤ
フラムの他の主要面に沿って第２のチャンバまで伸長し
ていることを特徴とする請求項６記載の流体センサ。 - 【請求項８】前記センサ・ハウジングは、前記第２およ
び第３のダイヤフラムの自由ダイヤフラム面が前記第１
のダイヤフラムの自由ダイヤフラム面より大きいことを
特徴とする請求項６記載の流体センサ。 - 【請求項９】前記供給手段は、前記カバー部分と前記セ
ンサ・ハウジングを通過して前記第１のチャンバ内に導
く入口キャピラリと、前記センサ・ハウジングと前記カ
バー部分を通過して前記第２のチャンバの外へ導く出口
キャピラリを備えることを特徴とする請求項６の流体セ
ンサ。 - 【請求項１０】前記ポンプ手段の前記第１および第２の
作動手段は、熱伝導材料からなり、前記センサ・ハウジ
ングの一方の側面に設けられ、複数のリブを有する第１
の後部壁と、熱伝導材料からなり、前記センサ・ハウジ
ングの他方の側面に設けられ、複数のリブを有する第２
の後部壁と、前記第２のダイヤフラムと前記第１の後部
壁と前記センサ・ハウジングによって画定され、その中
に液体が収容されている第３のチャンバと、前記第３の
ダイヤフラムと前記第２の後部壁と前記センサ・ハウジ
ングによって画定され、その中に液体が収容されている
第４のチャンバと、前記第３および第４のチャンバに入
っている液体を循環的に加熱、冷却する第１および第２
のペルチエ素子を含むことを特徴とする請求項３記載の
流体センサ。 - 【請求項１１】前記ポンプ手段の前記第１および第２の
作動手段は、それぞれ圧電作動素子を備えることを特徴
とする請求項３記載の流体センサ。 - 【請求項１２】前記ポンプ手段の前記第１および第２の
作動手段は、それぞれ磁界により作動するピストンを備
えることを特徴とする請求項３記載の流体センサ。 - 【請求項１３】前記ポンプ手段の前記第１および第２の
作動手段は、圧力が作用するチャンバを備えることを特
徴とする流体センサ。 - 【請求項１４】流体の流れの中に設置された実質的に線
形の流れ抵抗と前記流れ抵抗と並列に接続し、圧力差信
号を生成する圧力差センサと前記流れ抵抗および前記圧
力差センサと並列に設けられ、測定対象の流れに脈流を
重畳するポンプ手段を含む流体センサと、前記圧力差セ
ンサにより生成された、脈流と実質的に比例する交番圧
力差信号に基づいて粘性率を表す値を決定する信号解析
手段から構成されることを特徴とする流体粘性率を決定
する装置。 - 【請求項１５】流体の流れの中に設置される実質的に線
形の流れ抵抗と、前記流れ抵抗に並列に接続する、圧力
差信号を生成する圧力差センサと前記流れ抵抗および前
記圧力差センサと並列に設けられるポンプ手段とを含む
流体センサを備え、さらに、前記圧力差センサにより生
成された脈流に実質的に比例する、交番圧力差信号から
流体の特性を表す数値を誘導し、圧力差センサにより生
成された圧力差信号の定常成分と流体の特性を表す数値
から体積流量を誘導する体積流量決定手段とより構成さ
れることを特徴とする流体の体積流量を決定する装置。 - 【請求項１６】測定対象の体積流体の流れを実質的に線
形の流れ抵抗を通るように導くステップと、脈流の流体
の流れを生成し、これを測定対象の体積流体の流れに重
畳するステップと、前記流れ抵抗の両端における圧力降
下を検出するステップと、検出された圧力降下の定常成
分および脈流成分を決定するステップと、測定した脈流
成分に基づいて、流体の特性を表す数値を決定するステ
ップと、決定された定常成分と流体特性を表す数値にも
基づいて体積流量を求めるステップを含むことを特徴と
する流体の体積流量を決定する方法。 - 【請求項１７】実質的に線形の流れ抵抗を被測定流体の
流れの中に設けるステップと、前記流れ抵抗を通過する
ように脈流を生成するステップと、前記流れ抵抗の両端
における圧力降下の交番成分を検出するステップと、検
出された交番成分に基づいて流体の粘性率を決定するス
テップを含むことを特徴とする流体の粘性率を決定する
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP94102766A EP0670476B1 (en) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | A fluid sensor |
| DE94102766.6 | 1994-02-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260531A true JPH07260531A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=8215715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7062176A Pending JPH07260531A (ja) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | 流体センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5537860A (ja) |
| EP (1) | EP0670476B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07260531A (ja) |
| DE (1) | DE69409631T2 (ja) |
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| US6992590B1 (en) | 2001-04-27 | 2006-01-31 | Xsilogy, Inc. | Systems and methods for sensing a fluid supply status |
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| KR100582884B1 (ko) * | 2004-09-14 | 2006-05-25 | 삼성전자주식회사 | 써멀 액츄에이션 펌프 |
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