KR101741284B1 - 유량 센서 - Google Patents

Abstract

유량 센서의 출력에 대해 질량 유량의 변화의 영향을 방지하는 것과 동시에, 종래, 고려되어 있지 않았던 제로점 출력의 온도 보정을 실시하는 것에 의해 보다 직선성의 향상시키기 위해서, 상류측에 위치하는 저항체(2u)에 대응하는 정온도 제어 회로(3u)의 출력을 V_u, 하류측에 위치하는 저항체(2d)에 대응하는 정온도 제어 회로(3d)의 출력을 V_d, 유체의 유량을 Q로 할 시에, 적어도 임의 유량 Q의 범위에서 식(수학식 9)을 만족하는 X_d / X_u를 이용한 식(수학식 10)에 근거하여 유량 Q를 산출하는 유량 산출부(41)를 구비하고, 상기 유량 산출부(41)는, V_u+V_dX_d / X_u의 함수로서 정의된 제로 오프셋 함수 OFS에 의해 유량 Q가 제로 시의 출력인 제로점 출력을 보정하도록 하였다.

Description

유량 센서{FLOW RATE SENSOR}

본 발명은, 도관(conduit) 중에 흐르는 액체의 유량을 측정하는 유량 센서에 관한 것이다.

유량 센서의 종래 기술로서는, 특허 문헌 1에 개시되고 있는 것을 예시할 수 있다. 이것은, 유체가 흐르는 도관에, 유체의 온도에 따라 저항값이 변화하는 2개의 저항체를, 상류측, 하류측에 서로 독립하여 설치함과 동시에, 이러한 저항체를 각각 포함한 2개의 정온도 제어 회로를 서로 독립하여 설치하고, 이러한 정온도 제어 회로에 의해 상기 양저항체의 온도를 항상 서로 같고, 한편 일정하게 되도록 제어하도록 한 유량 센서에서, 상류측에 위치하는 저항체에 대응하는 정온도 제어 회로의 출력을 V_u, 하류측에 위치하는 저항체에 대응하는 정온도 제어 회로의 출력을 V_d, 로서 (V_u-V_d) / (V_u+V_d)가 되는 식에 근거하여 유량 Q를 산출하도록 구성되어 있다.

상술한 것 같은 식을 이용하는 것은, V_u+V_d는 주위의 온도에만 영향을 받는 양이고, V_u+V_d로 나누는 것에 의해 실제의 유량 Q의 변화에 대한 유량 센서의 출력의 증가율(기울기)을 주위의 온도와 무관하게 동일하게 할 수 있고, 유량 센서의 출력의 직선성(Linearity)을 향상시켜, 보다 오차를 작게 할 수 있다고 생각되기 때문이다.

하지만, 실제로는, 도 5에 도시한 바와 같이 각 정온도 제어 회로의 출력 V_u와 출력 V_d는, 각각 유량 Q에 대해서 각각 다른 기울기의 절대치를 가지고 있고, V_u+V_d는 유량 Q에 대해서 일정값을 취하지 않고, 유량 Q에 따라 변화하는 값이다.

이 때문에, 상술한 바와 같은 연산에서는 유량 센서의 출력에 대한 주위의 온도의 영향을 작게 할 수 있지만, V_u+V_d로 나누는 것에 의해, 이번은 유량 Q의 변화에 의한 영향으로 다른 비직선성이 부가되어 버리기 때문에, 유량 센서의 출력의 직선성이 좋게 되지 않고, 오차를 작게 하는 것이 가능하지 않게 된다.

이러한 문제에 대해서, 특허 문헌 2에서는, 앞의 식을 (V_u-V_d) / (αV_u+βV_d) (단, 0≤α, β≤1,　α≤β)으로 변경하는 것에 의해, 유량 Q의 변화에 의한 영향을 저감하고, 유량 센서의 출력의 직선성을 향상시키는 것이 제안되고 있다.

하지만, 특허 문헌 2에 기재된 유량 센서에서도, 실제의 유량 Q의 변화에 대한 유량 센서의 출력의 증가율(기울기)을 주위의 온도에 대해서 변화하기 어렵게 할 수 있지만, 유량 Q의 변화에 의한 영향을 받기 때문에 오차는 여전히 남아 있다.

또, 이러한 특허 문헌 1 및 2에서는, 유량 센서는, 유량 Q가 제로 상태에서의 제로점 출력의 보정을 어떻게 실시하는지에 대해서도 특별히 고려되지 않는다. 이 때문에, 주위의 온도 변화 마다 센서 출력의 쉬프트량이 크게 변화해 버리기 때문에, 유량 센서의 출력에 오차가 발생하는 한 요인이 되고 있다고 생각된다.

특허 문헌 1 : 일본특허공고 평5-23605호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 평5-281007호 공보

본 발명은, 상술한 것 같은 문제를 고려하여 이루어진 것으로, 유량 센서의 출력에 대해 유량의 변화에 의한 영향을 억제하는 것과 동시에, 종래, 고려되어 있지 않았던 제로점 출력의 온도 보정을 실시하는 것에 의해, 보다 직선성이 향상된 오차가 작은 유량 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 유량 센서는 유체가 흐르는 도관에, 유체의 온도에 따라 저항값이 변화하는 2개의 저항체를, 상류측, 하류측에 설치함과 동시에, 이러한 저항체를 각각 포함한 2개의 정온도 제어 회로를 설치하고 이러한 정온도 제어 회로에 의해 상기 양저항체의 온도를 일정하게 되도록 제어하도록 한 유량 센서에서, 상류측에 위치하는 저항체에 대응하는 정온도 제어 회로의 출력을 V_u, 하류측에 위치하는 저항체에 대응하는 정온도 제어 회로의 출력을 V_d, 유체의 유량을 Q로 하는 경우에, 적어도 어느 유량 Q의 범위에서 식(수학식 1)을 만족하는 X_d / X_u를 이용한 식(수학식 2)에 근거하여 유량 Q를 산출하는 유량 산출부를 구비하고, 상기 유량 산출부는, V_u+V_dX_d / X_u의 함수로서 정의된 제로 오프셋 함수 OFS에 의해 유량 Q가 제로 시의 출력인 제로점 출력을 보정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, OFS는 제로 오프셋 함수, SENSx는 각 정온도 제어 회로의 출력의 연산치를 유량으로 변환하는 변환 함수.

이와 같이 하면, V_u와 V_d의 유량 Q에 대한 기울기는, 도 5에 도시한 바와 같이 정부(플러스, 마이너스)가 통상 상이하게 되고, 한편, 식(수학식 1)으로부터 V_u, V_dX_d / X_u는 각각 동일한 크기의 기울기를 가지고 있으므로, V_u+V_dX_d / X_u에서는, 유량 Q에 관한 항은 소거되게 된다. 즉, V_u+V_dX_d / X_u는, 유량 Q에 대해서 어떤 변화도 없고, 주위의 온도의 변화에 의해서만 크게 변화하는 값으로 할 수 있다. 따라서, 식(수학식 2)에서의 (V_u-V_d) / (V_u+V_dX_d / X_u)는 주위의 온도 변화에 대한 영향 만이 보정된 것으로 할 수 있고, 이 연산에 의해 유량 Q의 변화의 영향에 의한 다른 비직선성이 부가되어 버리는 것을 막을 수 있다. 바꾸어 말하면, 유량 Q에 변화량에 대한 유량 센서의 출력의 증가율(기울기)이 유량 마다 변화해 버리는 것을 막을 수 있다.

게다가, 주위의 온도 만의 영향을 받는 V_u+V_dX_d / X_u의 함수로서 정의된 제로 오프셋 함수 OFS에 의해 (V_u-V_d) / (V_u+V_dX_d / X_u)의 제로점 출력이 보정되므로, 주위의 온도 마다 변화하는 센서 출력의 쉬프트량을 보정할 수 있다.

이상과 같이, 유량 Q의 변화에 대해서 유량 센서의 출력, 특히 출력의 증가율이 변화해 버리는 것을 막을 수 있고, 한편 쉬프트량을 보정할 수 있으므로, 보다 센서 출력의 직선성을 향상시킬 수 있고, 오차가 작은 유량 센서로 할 수 있다.

또한, 상술한 식(수학식 2)은, V_u+V_dX_d / X_u 뿐만이 아니라, 예를 들면 V_uX_u / X_d+V_d와 같은 양태도 포함하는 것이다. 구체적으로는, 식(수학식 3)과 같은 등식 변형이 가능한 것으로부터 알 수 있다.

여기서, (X_d / X_u) OFS=OFS', (X_u / X_d) SENSx=SENSx'. 또, 동일하게 제로 오프셋 함수의 변수에 대해서도 V_u+V_dX_d / X_u 뿐만이 아니라, V_uX_u / X_d+V_d와 같은 양태를 포함하는 것이다.

보다 정확하게 유량 Q를 산출할 수 있도록 하는 데에는, 상기 유량 산출부는, V_u+V_dX_d / X_u의 함수로서 정의된 변환 함수 SENSx에 의해, 유량 Q를 산출하는 것이라면 무방하다.

(V_u-V_d) / (V_u+V_dX_d / X_u)에 남아 있는 주위의 온도에 대한 온도 의존성을 보정하고, 보다 정확한 유량 Q를 산출할 수 있도록 하는 데에는, 상기 유량 산출부는, 상기 식(수학식 2)에 대해서 더 온도 보정항을 추가한 식(수학식 4)에 근거하여 유량 Q를 산출하는 것이라면 무방하다.

여기서, V_ut는 상류측에 위치하는 저항체에 대응하는 정온도 제어 회로의 미리 측정한 소정 온도에서의 출력, V_dt는 하류측에 위치하는 저항체에 대응하는 정온도 제어 회로의 미리 측정한 소정 온도에서의 출력, X_dt / X_ut는 V_ut, V_dt에 대해 상기 식 수학식 1을 만족하는 것이다.

구체적인 실시의 양태로서는, 상기 변환 함수 SENSx가 가치부여 곡선이면 무방하다.

V_u+V_dX_d / X_u는 유량 Q에 대해서 거의 영향을 받지 않는 값이며, 온도에 대해 크게 의존하는 값이기 때문에, 온도계로서 이용하는 것도 고려할 수 있다. 즉, 질량류 센서가, V_u+V_dX_d / X_u에 근거하여 주위의 온도를 산출하는 온도 산출부를 더 구비하면, 부가적인 온도 센서 등을 설치하지 않아도, 정온도 제어 회로의 출력만으로부터, 주위의 온도를 측정할 수 있고, 다양한 보정이나 제어에 이용하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 본 발명의 유량 센서에 의하면, 유량에 대해서는 거의 변화하지 않고, 주위의 온도 변화에 대해서는 크게 변화하는 V_u+V_dX_d / X_u에 의해, 유량 센서의 출력이 주위의 온도 변화에 대해서, 그 증가율(기울기)이 변화해 버리는 것을 보정하면서, 유량 센서의 출력에 대해서 유량 Q의 변화에 기인하는 비직선성이 부가되어 버리는 것도 방지할 수 있다. 게다가 제로점 출력도 V_u+V_dX_d / X_u의 함수인 제로 오프셋 함수 OFS에 의해 보정되고, 온도에 의해 쉬프트량이 다른 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유량 센서의 주위의 온도 변화 및 유량의 변화 중 어느 것이라도 영향을 받기 어려워, 정밀도가 높은 유량 센서로 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 질량 유량 센서의 모식도.
도 2는 동실시 형태에서의 온도 변화와 각 정온도 제어 회로의 출력과의 사이의 관계를 나타내는 모식적 그래프.
도 3은 동실시 형태에서의 질량 유량의 변화에 대한 온도 지표의 변화를 나타내는 그래프.
도 4는 동실시 형태에서의 질량 유량 센서의 온도 변화 및 질량 유량의 변화에 대한 측정 정밀도를 나타내는 그래프.
도 5는 일반적인 유량 센서의 각 정온도 제어 회로의 출력 특성을 나타내는 그래프.

실시예

이하, 본 발명의 일실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 실시 형태의 유량 센서의 일종인 질량 유량 센서(100)는, 가스 등의 유체가 흐르는 도관(1)의 상류측과 하류측에 서로 독립한 저항체(2u, 2d)를 설치해 두고, 이들 저항체(2u, 2d)에 전압을 인가하고 일정 온도로 유지하는 상기 저항체(2u, 2d)를 포함한 서로 독립한 정온도 제어 회로(3u, 3d)와, 그 때의 각 저항체(2u, 2d)에 인가되는 전압에 근거하여 각종 연산을 실시하는 연산부(4)를 구비하고, 상기 연산부(4)는, 적어도 질량 유량을 산출하는 질량 유량 산출부(41)와, 질량 유량 센서(100)의 주위의 온도를 산출하는 온도 산출부(42)를 구비한 것이다.

상기 저항체(2u, 2d)는, 도 1(a)에 도시한 바와 같이 상기 도관(1)의 상류와 하류에 각각 감아 되는 자기 가열형의 감열 코일이다. 이하의 설명에서는 상류측에 구비하고 있는 저항체(2u)를 상류측 코일(2u), 하류측에도 구비하고 있는 저항체(2d)를 하류측 코일(2d)라고 부른다. 상기 상류측 코일(2u) 및 상기 하류측 코일(2d)은, 철 니켈 합금 등의 온도 계수가 큰 저항선으로 이루어진 것이고, 도관(1) 내를 흐르는 유체의 질량 유량이 조금 변화하여도 그 변화를 검출할 수 있도록 구성하고 있다.

또, 상기 상류측 코일(2u), 상기 하류측 코일(2d)은 각각 독립한 2개의 정온도 제어 회로(3u, 3d)의 일부를 구성하는 것이다. 이하에서는, 상류측 코일(2u)이 포함되는 것을 상류측 정온도 제어 회로(3u), 하류측 코일(2d)이 포함되는 것을 하류측 정온도 제어 회로(3d)라고도 부른다.

각 정온도 제어 회로(3u, 3d)는 도 1(b)에 도시한 바와 같은 브릿지 회로를 이루는 것이고, 각 코일(2u, 2d)을 미리 정한 소정의 온도로 각각 동일하고 한편 일정하게 되도록 온도 제어하는 것이다. 구체적으로는, 각 코일(2u, 2d)에 인가되는 전압을 그 소정 온도를 유지하도록 브릿지 회로에 의해 제어하도록 구성되어 있다. 즉, 도 1(b)에 도시한 바와 같은 브릿지 회로에서 코일(2u, 2d)이 기준 저항 R의 값과 동일하게 되도록 일정한 온도로 제어되어 있고, 이 때에 필요하게 되는 전압 V_u, V_d를 측정한다. 가스가 흐르지 않을 때는 Vu=Vd이고, 센서 출력은 제로가 된다. 가스가 흐르고 있을 때는, 상류측 코일(2u)은 유체에 의해 열이 빼앗기므로 Vu가 커지게 되고, 하류측 코일(2d)은 가스에 의해 상류측에서 옮겨진 열이 주어지기 때문에 Vd는 작아진다. 따라서 이들 Vu, Vd의 값으로부터 유량을 측정할 수 있다. 또한, 각 코일(2u, 2d)은 같은 온도로 일정하게 유지하도록 구성하는 편이, 유량의 산출의 정밀도가 향상하지만, 각 코일이 다른 온도로 일정으로 유지되도록 구성하여도 무관하다.

상기 연산부(4)는, CPU, 메모리, I/O 채널, AD 컨버터 등을 갖는 이른바 컴퓨터이며, 적어도 상기 질량 유량 산출부(41) 및 상기 온도 산출부(42)로서의 기능을 발휘하는 것이다. 상기 질량 유량 산출부(41)는, 청구항에서의 유량 산출부에 상당하는 것이고, 각 정온도 제어 회로(3u, 3d)로부터의 출력에 근거하여 도관(1)을 흐르는 유체의 질량 유량을 산출하는 것이다. 보다 구체적으로는, 상기 상류측 코일(2u)에 인가되는 전압 V_u, 상기 하류측 코일(2d)에 인가되는 전압 V_d를 이용하여 식(수학식 5)에 근거하여 질량 유량 Q의 산출을 실시하는 것이다.

게다가 X_d / X_u는, 이하의 식(수학식 6)을 만족하는 것이다.

여기서, OFS는 제로 오프셋 함수이며, OFS=f(V_u+V_dX_d / X_u)로 나타내는 V_u+V_dX_d / X_u의 함수이다. 이 제로 오프셋 함수는 도관에 가스를 흘리지 않는 상태에서의 센서 출력과 V_u+V_dX_d / X_u의 그래프를 하여 두고, 그 그래프에 근거하여, 가스가 흐르지 않은 상태에서의 센서 출력이 제로가 되도록 구성되어 있다. 또, SENSx는 질소 가스를 흘렸을 때의 가치부여 곡선이며, SENSx=f(V_u+V_dX_d / X_u)로 나타내는 함수이다. 가치부여 곡선은, 적어도 센서로 측정하는 상한의 값인 스팬(span)에 근거하여, 센서 출력 그 자체가 질량 유량 Q를 도시한 바와 같이 설정하고 있다. V_ut는 상류측 정온도 제어 회로(3u)에서 미리 측정한 소정 온도(25 ℃)에서의 출력, V_dt는 하류측 정온도 제어 회로(3d)에서 미리 측정한 소정 온도(25 ℃)에서의 출력, X_dt / X_ut는 V_ut, V_dt에 대해 상기 식 수학식 6을 만족하는 것이다. 부가하여, a는 가스 종류에 따라 변화하는 비례 정수(고정치)이며, 질량 유량 센서(100)의 고체 차이와 무관하게 동일 값을 이용하도록 하고 있다.

식(수학식 5)에 대해 각 항의 정성적인 설명을 하면, (V_u-V_d) / (V_u+V_dX_d / X_u)는, 각 정온도 제어 회로(3u, 3d)로부터의 출력을 주위의 온도 변화에 대해서 거의 변화하지 않게 정규화한 출력이며, 질량 유량 Q에 대해서 대략 비례하는 것 같은 값이다. 또, (1+a(V_u+V_dX_d / X_u) / (V_ut+V_dtX_dt / X_ut))의 항은, (V_u+V_dX_d / X_u) / (V_ut+V_dtX_dt / X_ut)가 주위 온도의 증감량을 나타내는 것이고, 그 증감량에 따라, 더 주위 온도의 변화에 대한 센서 출력의 변화를 보정하기 위한 것이다.

다음으로, 식(수학식 6)을 만족하는 X_d / X_u의 설정 방법에 대해 설명한다. 도 2는, 종축을 전압 V, 횡축에 도관(1)을 흐르는 유체의 질량 유량 Q로서, 각 정온도 제어 회로의 출력이고, 각 코일(2u, 2d)에 인가되는 전압 V_u, V_d와 질량 유량 Q와의 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 이러한 전압 V_u, V_d의 그래프를 외부 삽입하고, 전압이 0V가 되는 점(횡축과의 교점)에서의 질량 유량 Q의 절대치를 각각 X_u, X_d로 한다. 본 실시 형태에서는 이 X_u, X_d를 미리 임의 온도로 측정된 인가 전압 V_u, V_d로부터 상술한 방법으로 실험적으로 구해 두고, 상기 메모리에 기억시킨다. 또한 도 2에 도시한 바와 같이, 주위의 온도가 차이가 났다 하더라도, 예를 들면 도 2에서의 25 ℃와 45 ℃에서의 각 그래프의 관계와 같이, X_u, X_d는 대략 동일한 값을 취하는 것이 실험적으로 확인되고 있으므로, 임의 하나의 온도에서, X_u, X_d를 구해 두면, 다른 온도에서도 적용할 수 있다.

상기 온도 산출부(42)는, V_u+V_dX_d / X_u를 온도 지표로서 온도를 출력하는 것이다. 구체적으로는, V_u+V_dX_d / X_u는 질량 유량 Q의 변화에 대해서 거의 변화하지 않고, 도 2에서의 종축과의 교점(절편)의 값의 대략 2배의 값을 취하는 것이다. 도 2에 도시한 바와 같이 이 절편의 값은 주위의 온도에 대해서 변화하는 것이고, 이 절편의 값과, 주위의 온도와의 사이에는 비례 관계가 있는 것이 실험적으로 확인되고 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 그 비례 관계에 근거하여 V_u+V_dX_d / X_u와 주위의 온도를 미리 가치부여하고 있고, 상기 메모리에 그 가치부여 곡선을 기억시키고 있다.

이와 같이 구성한 본 실시 형태의 질량 유량 센서(100)의 측정 정밀도에 대해, 종래와 같이 (V_u-V_d) / (V_u+V_d)의 값에 근거하여 질량 유량 Q를 산출하는 질량 유량 센서(100)의 측정 정밀도와 비교하는 것에 의해 설명한다.

우선, V_u+V_d와 V_u+V_dX_d / X_u의 값에 대해 질량 유량 Q의 변화에 대한 의존성에 대해 검토한다. 도 3은 종축에 (V_u+V_d) / 2 또는 (V_u+V_dX_d / X_u) / 2를 취하고, 횡축에 질량 유량 Q의 풀스케일(full-scale)에 대한 비율을 취한 그래프이다. 도 3의 상부에 도시한 바와 같이, 종래의 방식인 V_u+V_d에서는, 질량 유량 Q가 커지는 것에 따라 (V_u+V_d) / 2는 커져 버려, 약 0.1 V의 변동이 발생하고 있다. 그에 대해, 도 3의 하부에 도시한 바와 같이 (V_u+V_dX_d / X_u) / 2의 경우에는 질량 유량 Q에 대해서 거의 변화하지 않고, 약 0.03 V 정도의 변동 밖에 발생하지 않는다. 따라서, V_u+V_dX_d / X_u는 V_u+V_d에 비해, 질량 유량 Q에 대해서 영향을 받기 어렵고, 주위의 온도의 변화만 대해 크게 변화하는 값이라고 고려될 수 있다. 즉, V_u+V_dX_d / X_u는, 각 코일(2u, 2d)에 인가되는 전압 V_u, V_d의 주위 온도에 대한 변화를 보정하고, 센서 출력의 직선성을 향상시키는 데에 보다 바람직한 특성을 가지고 있다고 말할 수 있다.

다음으로, 도관(1)에 마스프로 컨트롤러에 의해 미리 정해진 질량 유량 Q를 흘리고, 그 때의 종래 방식의 센서 출력과 본 실시 형태의 센서 출력의 오차를 각각 도 4의 그래프로 도시한다. 도 4의 그래프는 종축에 도관(1)에 흐르고 있는 실제의 질량 유량 Q에 대한 질량 유량 센서(100)의 출력의 퍼센트 오차를 취하고, 횡축에 도관(1)에 흐르도록 설정되고 있는 질량 유량 Q를 취하고 있다. 도 4의 상부의 그래프에 도시한 바와 같이, 종래 방식의 질량 유량 센서(100)에서는 온도가 주위의 온도가 높아질수록, 오차가 매우 커지고, 주위의 온도가 45 ℃ 시에는 0.8 %~1.6 %의 오차가 발생하고 있고, 게다가 도관(1)을 흐르는 유체의 질량 유량 Q의 영향도 나타나고 있는 것을 알았다. 한편, 본 실시 형태의 방식에 의하면, 가장 나쁜 경우에서는 0.8 % 정도의 오차 밖에 발생하지 않고, 종래 방식에 비해 주위의 온도 영향을 받기 어렵고, 게다가, 도관(1)을 흐르는 질량 유량 Q의 변화에 그다지 영향을 받고 있지 않다. 즉, 종래에 비해, 본 실시 형태의 질량 유량 센서(100)는, 주위의 온도 변화 및 질량 유량 Q의 변화에 대해서 강하고, 그 정도가 큰 폭으로 향상하고 있는 것을 알았다.

이것은 전술한 바와 같이, 각 코일(2u, 2d)에 인가되는 전압을 V_u+V_dX_d / X_u 라고 하는 질량 유량 Q에 대해서는 그다지 변화하지 않고, 주위의 온도에 대해서 크게 변동하는 값을 온도 지표로서 출력의 보정에 이용하는 것과 동시에, 종래 그다지 고려되어 있지 않았던 제로점 출력의 보정도 온도 지표 V_u+V_dX_d / X_u를 이용한 함수로 보정을 실시하고 있기 때문이라고 생각된다.

이와 같이, 본 실시 형태의 질량 유량 센서(100)에 의하면, V_u+V_dX_d / X_u를 센서 출력의 보정에 이용하고 있으므로, 질량 유량 Q의 변화의 영향을 거의 받지 않고, 주위의 온도 변화에 대한 센서 출력의 변화율(기울기)을 보정할 수 있다. 더욱이, 종래이라면 주위의 온도 변화에 따라 변화하고 있던 제로점 출력(쉬프트량)의 보정도 V_u+V_dX_d / X_u의 함수인 제로 오프셋 함수 OFS에 의해 보정하고, 게다가 전술한 보정에서도 남아 있는 온도 의존성을(1+a(V_u+V_dX_d / X_u) / (V_ut+V_dtX_dt / X_ut))의 항에 의해 보정하도록 되어 있으므로, 보다 정밀도가 좋은 질량 유량 센서(100)로 할 수 있다.

또, 상기 온도 산출부(42)는, 질량 유량 Q의 변화를 거의 받지 않는 V_u+V_dX_d / X_u를 온도 지표로서 다른 온도 센서를 부가하지 않고, 각 코일(2u, 2d)에 인가되는 전압만으로, 정확한 온도를 출력할 수 있다. 따라서, 부가 센서를 이용할 필요가 없기 때문에, 코스트 업을 초래하지 않고 온도계측을 실시할 수도 있고, 이 계측된 온도를 다른 보정 등에 이용하는 것 등도 할 수 있다.

그 외의 실시 형태에 대해 설명한다.

상기 실시 형태에서는, 각 코일에 인가되는 전압과 질량 유량 Q와의 사이의 그래프를 외부 삽입하고, 전압이 제로가 되는 점의 질량 유량 Q로부터 X_d 및 X_u를 구하고 있었지만 다른 방법을 이용하여 산출하여도 무방하다. 예를 들면, 상류측 코일에 인가되는 전압 V_u, 하류측 코일에 인가되는 전압 V_d의 기울기 a_u, a_d를 각각 구해 두고, X_d=a_u, X_u=_ad로서 이용하여도 상관없다. 요컨대 전술한 식(수학식 6)을 대략 충족시키는 것 같은 값을 이용하면 무방하다. 또, 이와 같이 하여 X_u / X_d를 정하는 경우에는, 질량 유량 Q에 대해 전구간에 걸쳐 식(수학식 6)이 성립될 필요는 없고, 적어도 사용하고 싶은 구간에서 성립되고 있으면 무방하다.

상기 실시 형태에서는, 상기 질량 유량 산출부는 식(수학식 5)을 이용하여 질량 유량 Q를 산출하고 있었지만, 구해지는 정밀도에 따라서는, 아래 식(수학식 7)과 같은 식을 이용하여 질량 유량 Q를 산출하여도 상관없다.

또, 식(수학식 7)에서 제로 오프셋 함수 OFS와 가치부여 곡선 SENSx 중 적어도 하나가 V_u+V_dX_d / X_u의 함수이라면 무방하다. 상기 실시 형태에 있던 온도 산출부를 구비하지 않은 질량 유량 센서이라도 상관없다.

상기 실시 형태에서는 V_u+V_dX_d / X_u로 나누는 것에 의해 온도 영향이 적은 센서 출력으로 하고 있었지만, 이러한 것으로는, 종래의 V_u+V_d로 나누고 있는 질량 유량 센서와는 질량 유량 Q가 제로 시에서의 출력이 나오는 방식에 차이가 있기 때문에, 종래부터의 질량 유량 센서를 사용하고 있는 유저에게 혼란이 나올 우려가 있다. 이러한 혼란을 방지하고, 플로우가 없는 경우에서의 센서 출력이 종래의 것과 같이 출력되는 것과 동시에, 상기 실시 형태와 같이 주위의 온도 변화에 대한 영향을 없앨 수 있도록 하는 데에, V_u+V_dX_d / X_u의 교체에 아래식(수학식 8)으로 나누도록 하면 무방하다.

즉, 상기 실시 형태의 V_u+V_dX_d / X_u에 대해 계수 2 / (1+X_d / X_u)만 곱한 것으로 나누도록 하면 무방하다.

상기 실시 형태에서는, 가치부여 곡선 SENSx를 이용하고 있지만, 예를 들면, 각 정온도 제어 회로의 출력의 연산치를 질량 유량 Q로 변환하는 계수나 함수이라도 상관없다.

센서로부터 출력된 질량 유량 Q에 대해, 더욱 더 다른 보정식에 의해 보정하여도 상관없다. 예를 들면, 제로 유량과 측정할 수 있는 상한치와의 사이의 값에서, 센서 출력과 실제의 질량 유량 Q와의 사이에 선형성이 없는 경우 등에는 5차의 보정식에 의해 보정하여도 무방하다.

보다 유량 센서의 감도를 좋게 하고, 작은 유량에서도 측정할 수 있도록 하고 싶은 경우에는, 예를 들면, Vu-Vd의 값이 크게 출력되도록, Vu에 정수를 곱하여 사용하도록 구성하여도 상관없다. 그 경우, 가치부여 곡선 등의 값도 대응시켜 변경하면 무방하다.

그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에서, 다양한 변형이나 실시 형태의 조합을 실시하여도 상관없다.

산업상 이용가능성

본 발명의 유량 센서에 의하면, 유량에 대해서는 거의 변화하지 않고, 주위의 온도 변화에 대해서는 크게 변화하는 V_u+V_dX_d / X_u에 의해, 유량 센서의 출력이 주위의 온도 변화에 대해서, 그 증가율(기울기)이 변화해 버리는 것을 보정하면서, 유량 센서의 출력에 대해서 유량 Q의 변화에 기인하는 비직선성이 부가되어 버리는 것도 방지할 수 있다. 게다가 제로점 출력도 V_u+V_dX_d / X_u의 함수인 제로 오프셋 함수 OFS에 의해 보정되고, 온도에 의해 쉬프트량이 다른 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유량 센서의 주위의 온도 변화 및 유량의 변화 중 어느 것이라도 영향을 받기 어려운, 정밀도가 높은 유량 센서로 할 수 있다.

100 유량 센서
1 도관
2u, 2d 저항체(코일)
3u, 3d 정온도 제어 회로
41 유량 산출부
42 온도 산출부

Claims (5)

1. 유체가 흐르는 도관에, 유체의 온도에 따라 저항값이 변화하는 2개의 저항체를, 상류측, 하류측에 설치함과 함께, 상기 저항체를 각각 포함한 2개의 정온도 제어 회로를 설치하고, 상기 정온도 제어 회로에 의해 상기 양저항체의 온도를 일정하게 되도록 제어하도록 한 유량 센서에 있어서,
   상류측에 위치하는 저항체에 대응하는 정온도 제어 회로의 출력을 V_u, 하류측에 위치하는 저항체에 대응하는 정온도 제어 회로의 출력을 V_d, 유체의 유량을 Q로 할 때에, 적어도 어느 유량 Q의 범위에서 식(수학식 9)을 만족하는 X_d / X_u를 이용한 식(수학식 10)에 근거하여 유량 Q를 산출하는 유량 산출부를 구비하고,
   상기 유량 산출부는, V_u+V_dX_d / X_u의 함수로서 정의된 제로 오프셋 함수 OFS에 의해 유량 Q가 제로 시의 출력인 제로점 출력을 보정하는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
   (수학식 9)
   

   

   
   (수학식 10)
   

   

   
   여기서, OFS는 제로 오프셋 함수, SENSx는 각 정온도 제어 회로의 출력의 연산치를 유량으로 변환하는 변환 함수.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유량 산출부는, V_u+V_dX_d / X_u의 함수로서 정의된 변환 함수 SENSx에 의해, 유량 Q를 산출하는 유량 센서.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유량 산출부는, 상기 식(수학식 10)에 대해서 더 온도 보정항을 추가한 식(수학식 11)에 근거하여 유량 Q를 산출하는 것인 유량 센서.
   (수학식 11)
   

   

   
   여기서, V_ut는 상류측에 위치하는 저항체에 대응하는 정온도 제어 회로의 미리 측정한 소정 온도에서의 출력, V_dt는 하류측에 위치하는 저항체에 대응하는 정온도 제어 회로의 미리 측정한 소정 온도에서의 출력, X_dt / X_ut는 V_ut, V_dt에 대해 상기 식(수학식 9)을 만족하는 것이고,
   상기 a는 가스 종류에 따라 변화하는 비례 정수이다.
4. 제1항에 있어서,
   상기 변환 함수 SENSx가 가치부여 곡선인 유량 센서.
5. 제1항에 있어서,
   V_u+V_dX_d / X_u에 근거하여 주위의 온도를 산출하는 온도 산출부를 더 구비하는 유량 센서.

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