專(zhuān)利名稱：流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)在流道中流動(dòng)的流體的流量進(jìn)行測(cè)定的流量傳感器。
背景技術(shù)：
作為測(cè)定流體的流量的流量傳感器，公知有如下的熱式流量傳感器，即，該熱式流量傳感器對(duì)通過(guò)流體吸收加熱器的熱量而引起的功率的變化或電阻的變化進(jìn)行檢測(cè)，從而檢測(cè)流體的流量。例如，將外徑為0.5mm左右的毛細(xì)管的外周用聚酰亞胺樹(shù)脂等包覆而使其絕緣，然后在其上，在上游側(cè)和下游側(cè)纏繞設(shè)置同樣用聚酰亞胺樹(shù)脂等包覆而絕緣的幾十微米左右的線材，來(lái)作為加熱器兼溫度傳感器。進(jìn)而，氣體在毛細(xì)管內(nèi)部流動(dòng)，由此，上游側(cè)的加熱器兼溫度傳感器被氣流吸收熱量，下游側(cè)的加熱器兼溫度傳感器借助于由氣流傳送的熱量而升溫。可以利用該熱平衡的偏差來(lái)檢測(cè)流量。此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載的流量傳感器是將加熱器設(shè)置于氣體在內(nèi)部流動(dòng)的管道的表面，并且，在該加熱器的上游側(cè)管道表面粘貼由熱敏電阻構(gòu)成的上游側(cè)溫度傳感器，在下游側(cè)管道表面也粘貼由熱敏電阻構(gòu)成的下游側(cè)溫度傳感器。并且，加熱器、上游側(cè)溫度傳感器、下游側(cè)溫度傳感器通過(guò)金線與配置在管道附近的陶瓷基板引線接合。此外，在陶瓷基板上設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)線取出用銷(xiāo)，通過(guò)該銷(xiāo)將溫度傳感器的輸出信號(hào)取出到外部。
此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中所記載的流量傳感器具有傳感器管和供該傳感器管插入的發(fā)熱電阻體。并且，該發(fā)熱電阻體是按照如下的方式形成的，即，將以通常的陶瓷管為基體材料、外周蒸鍍有鉑的部件通過(guò)激光加工或修整(trimming)而切削成螺旋狀，從而形成螺紋狀的鉑圖形。并且，在陶瓷管的兩端嵌入導(dǎo)電性環(huán)。另外，該導(dǎo)電性環(huán)起到連接導(dǎo)線的基部的作用。
并且，也公知有如下技術(shù)，即，與上述專(zhuān)利文獻(xiàn)中所記載的流量傳感器不同，利用紅外線照相機(jī)拍攝發(fā)熱的金屬絲由于氣流而導(dǎo)致的冷卻狀態(tài)，由此在視覺(jué)上把握發(fā)熱體附近的氣流(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3至專(zhuān)利文獻(xiàn)6)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本特許第3424974號(hào)公報(bào)(第2頁(yè)，圖1)專(zhuān)利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)平4-366727號(hào)公報(bào)(第2-3頁(yè)，圖1)專(zhuān)利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)平11-264769號(hào)公報(bào)(第3-4頁(yè)，圖1)專(zhuān)利文獻(xiàn)4日本特開(kāi)2000-35438號(hào)公報(bào)(第2-3頁(yè)，圖1)專(zhuān)利文獻(xiàn)5日本特開(kāi)平2-31168號(hào)公報(bào)(第2-3頁(yè)，圖1)專(zhuān)利文獻(xiàn)6日本特開(kāi)昭63-27766號(hào)公報(bào)(第1-2頁(yè)，圖1)如上所述，具有將由線圈或薄膜電阻體等構(gòu)成的加熱部和溫度檢測(cè)部緊密結(jié)合地形成在構(gòu)成流道的配管外壁面的情況，但通常都是伴隨困難的作業(yè)，不易脫離手工階段，從而批量生產(chǎn)率和產(chǎn)品的均一性差。而且，構(gòu)成流道的配管通常大多是不銹鋼等金屬(導(dǎo)電體)，為了將由線圈或金屬薄膜電阻體等構(gòu)成的溫度檢測(cè)部緊密結(jié)合地形成在該配管的外壁面，必須在它們之間安裝絕緣膜。這種絕緣膜與金屬相比，基本上熱傳導(dǎo)率低的較多，因此，當(dāng)加厚該絕緣膜的厚度時(shí)，熱傳導(dǎo)變差，溫度檢測(cè)部的靈敏度和響應(yīng)性降低。另一方面，當(dāng)減小絕緣膜的厚度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生耐電壓變低的問(wèn)題。并且，溫度檢測(cè)部的內(nèi)部應(yīng)力隨著絕緣膜自身的時(shí)效變化而變化，成為誤差的主要原因，或者因情況不同，絕緣膜自身劣化而從配管外壁面剝離，從而也存在不能進(jìn)行正確的溫度測(cè)定的情況。
并且，在將熱敏電阻等離散型溫度傳感器用于溫度檢測(cè)部的情況下，也考慮到如下結(jié)構(gòu)，即，將高熱傳導(dǎo)性的油脂等代替粘接劑介裝在溫度傳感器和管道外周面之間，從而將溫度傳感器機(jī)械地壓緊而緊密結(jié)合在管道外周面上，但是，油脂自身有可能發(fā)生時(shí)效變化，或者，因壓緊時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力或伴隨配管連接部之間的緊固的應(yīng)力以及配管自身的扭曲，溫度傳感器的特性也有可能變化，從而難以進(jìn)行正確的溫度測(cè)定。
另一方面，由于在樹(shù)脂制的配管的情況下熱傳導(dǎo)率差，所以，即使在配管的外壁面緊密結(jié)合地形成加熱部和溫度檢測(cè)部，也不能進(jìn)行高精度的溫度檢測(cè)，從而不能進(jìn)行正確的流量測(cè)定。
另外，利用形成在構(gòu)成流道的外徑為0.5mm左右的毛細(xì)配管外壁面上的外徑為幾十微米左右的線圈或圖形寬度為幾～幾十微米左右的薄膜電阻體等進(jìn)行的電極取出作業(yè)在制造上是大的課題，必須要細(xì)心注意，以便不會(huì)對(duì)線圈或薄膜電阻體等造成損傷或施加應(yīng)力，不會(huì)破壞電阻值的平衡，不會(huì)使毛細(xì)管的熱容量增加和破壞熱平衡等。
并且，如專(zhuān)利文獻(xiàn)1中所記載的流量傳感器那樣，在將熱敏電阻直接粘貼在管道外周面的結(jié)構(gòu)中，必須通過(guò)引線接合取出來(lái)自熱敏電阻的信號(hào)，在這種信號(hào)取出結(jié)構(gòu)中存在與上述相同的問(wèn)題和制造上的困難性。
另一方面，為了簡(jiǎn)化電極取出結(jié)構(gòu)，而形成為專(zhuān)利文獻(xiàn)2中所記載的那種特殊的導(dǎo)電性環(huán)的結(jié)構(gòu)，即使將由鉑箔構(gòu)成的導(dǎo)線電阻焊接在上述環(huán)上，也存在與上述相同的問(wèn)題和制造上的困難性。
另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)3至專(zhuān)利文獻(xiàn)6中所記載的流量傳感器只是通過(guò)紅外線照相機(jī)拍攝發(fā)熱的金屬絲由于氣流而導(dǎo)致的放熱狀態(tài)和冷卻狀態(tài)從而在視覺(jué)上把握發(fā)熱體附近的熱量變化，不是對(duì)用特定的管道形成的流道內(nèi)的被測(cè)定流體的流量定量地進(jìn)行測(cè)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以非接觸的方式對(duì)在流道中流動(dòng)的流體的流量正確地進(jìn)行測(cè)定的流量傳感器。
為了解決上述課題，本發(fā)明的流量傳感器具有加熱單元，其將構(gòu)成流道的配管的外壁面的一部分區(qū)域加熱或?qū)⑴涔軆?nèi)部的特定區(qū)域加熱；和溫度檢測(cè)單元，其分別對(duì)相對(duì)于所述被加熱區(qū)域?yàn)榕涔艿纳嫌蝹?cè)和下游側(cè)的區(qū)域、即將來(lái)自所述被加熱區(qū)域的溫度影響作為熱能(紅外線)而向外部放射的熱能放射區(qū)域的溫度進(jìn)行測(cè)定，并且所述流量傳感器對(duì)在所述流道中流動(dòng)的被測(cè)定流體的流量進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于，所述溫度檢測(cè)單元由在所述配管的外壁面附近以與該外壁面非接觸的方式配置的上游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元和下游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元構(gòu)成，各非接觸溫度檢測(cè)單元可以以與所述配管的外壁面非接觸的方式分別對(duì)所述上游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度和下游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)由所述非接觸溫度檢測(cè)單元測(cè)定的上游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度和下游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度的溫度差或因溫度差而產(chǎn)生的輸出，對(duì)在所述流道中流動(dòng)的被測(cè)定流體的流量進(jìn)行測(cè)定。
由于以非接觸的方式對(duì)管道內(nèi)的被測(cè)定流體的溫度進(jìn)行測(cè)定，所以不會(huì)像以往那樣，使在將溫度傳感器直接安裝于管道外周面時(shí)介裝于溫度傳感器與管道外周面之間的絕緣物劣化，或者使溫度傳感器受到管道或絕緣物產(chǎn)生的應(yīng)力的影響，從而可以長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行正確的流量測(cè)定。并且，也不需要對(duì)安裝在管道外周面上的溫度傳感器進(jìn)行具有制造上的困難性的電極取出作業(yè)。
并且，本發(fā)明第二方面所述的流量傳感器在第一方面所述的流量傳感器中，其特征在于，所述非接觸溫度檢測(cè)單元由紅外線傳感器構(gòu)成。
例如，熱電堆、測(cè)輻射熱計(jì)、熱電元件等紅外線傳感器中存在小型、高性能且廉價(jià)的部件，最優(yōu)選用于流量傳感器的溫度檢測(cè)單元中。
并且，本發(fā)明第三方面所述的流量傳感器在本發(fā)明第一或第二方面所述的流量傳感器中，其特征在于，吸收從所述被加熱區(qū)域傳來(lái)的熱量并向外部放射的熱能放射單元在形成所述流道的配管的壁面或內(nèi)部，分別設(shè)置在所述上游側(cè)熱能放射區(qū)域和下游側(cè)熱能放射區(qū)域。
熱能放射單元在配管自身的基礎(chǔ)上或代替配管自身將從被加熱區(qū)域傳來(lái)的熱能向溫度檢測(cè)單元有效地放射，因此，即使在例如管道由樹(shù)脂材料形成的情況下，也可以正確地測(cè)定流量。
并且，本發(fā)明第四方面所述的流量傳感器在第三方面所述的流量傳感器中，其特征在于，所述熱能放射單元由配置在構(gòu)成所述流道的配管的壁面或內(nèi)部的熱傳導(dǎo)率高的材質(zhì)形成。
由于熱傳導(dǎo)率高，所以容易吸收被加熱區(qū)域的熱量，并可以進(jìn)行響應(yīng)性良好的流量測(cè)定。
并且，本發(fā)明第五方面所述的流量傳感器在本發(fā)明第一至第四方面的任一方面所述的流量傳感器中，其特征在于，被所述非接觸溫度檢測(cè)單元以非接觸的方式進(jìn)行溫度測(cè)定的熱能放射區(qū)域的至少一部分或熱能放射單元的至少一部分為黑色。
黑色部分的放射率大致為1，因此，可提高熱量的吸收和放射效率，可進(jìn)行能量放射區(qū)域和放射單元的有效的溫度測(cè)定，從而實(shí)現(xiàn)高精度的流量測(cè)定。
并且，本發(fā)明第六方面所述的流量傳感器在本發(fā)明第一至第五方面的任一方面所述的流量傳感器中，其特征在于，在所述加熱單元和所述非接觸溫度檢測(cè)單元之間設(shè)置有能量遮蔽單元，該能量遮蔽單元阻止從所述加熱單元放射的熱能直接向所述非接觸溫度檢測(cè)單元傳遞。
由于從加熱單元放射的能量不會(huì)直接傳遞給非接觸溫度檢測(cè)單元，所以可以正確地對(duì)管道或管道內(nèi)部的流體的上游側(cè)熱能放射區(qū)域和下游側(cè)熱能放射區(qū)域進(jìn)行正確的溫度測(cè)定，從而實(shí)現(xiàn)高精度的流量測(cè)定。
并且，本發(fā)明第七方面所述的流量傳感器在本發(fā)明第一至第六方面的任一方面所述的流量傳感器中，其特征在于，所述上游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元和下游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元配置在將各溫度檢測(cè)單元自身的溫度維持成兩者大致均等的共用部件中。
若各溫度檢測(cè)單元本身的溫度產(chǎn)生偏差，則成為流量測(cè)定上的誤差，但通過(guò)將各溫度檢測(cè)單元配置在這種共用部件中，就不會(huì)產(chǎn)生這種流量測(cè)定上的誤差。
并且，本發(fā)明第八方面所述的流量傳感器在本發(fā)明第一至第七方面的任一方面所述的流量傳感器中，其特征在于，所述加熱單元和非接觸溫度檢測(cè)單元都配置在一部分被插入到所述配管的流道中的管座內(nèi)。
例如在對(duì)大口徑配管內(nèi)的被測(cè)定流體的流量進(jìn)行測(cè)定的情況下，由于配管的壁厚較厚且熱容量大，所以不能給予流量測(cè)定所需的熱能，或者不能使上游側(cè)熱能放射區(qū)域和下游側(cè)熱能放射區(qū)域根據(jù)流量而產(chǎn)生溫度變化，但通過(guò)將加熱單元和非接觸溫度檢測(cè)單元配置在這種管座內(nèi)的薄壁部附近，將管座的一部分插入到配管中使其薄壁部分與流體接觸，從而能夠可靠地進(jìn)行流量測(cè)定。
并且，本發(fā)明第九方面所述的流量傳感器在本發(fā)明第一至第八方面的任一方面所述的流量傳感器中，其特征在于，該流量傳感器具有殼體，所述殼體將所述被加熱區(qū)域以及上游側(cè)熱能放射區(qū)域和下游側(cè)熱能放射區(qū)域保持為真空或減壓狀態(tài)。
通過(guò)將流量測(cè)定區(qū)域從周?chē)h(huán)境氣體隔離，從而可以不受周?chē)h(huán)境氣體干擾來(lái)進(jìn)行正確的溫度測(cè)定，并可實(shí)現(xiàn)高精度的流量測(cè)定。
并且，本發(fā)明第十方面所述的流量傳感器在本發(fā)明第一至第九方面的任一方面所述的流量傳感器中，其特征在于，該流量傳感器具有控制單元，所述控制單元對(duì)加熱單元進(jìn)行控制，以使得所述上游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元與下游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元的溫度之和或平均值比周?chē)鷾囟仁冀K高出某個(gè)值。
由于通過(guò)由溫度檢測(cè)單元檢測(cè)出的溫度對(duì)加熱器自身的溫度適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行控制，所以不需要加熱器自身具有溫度傳感器的功能，也不需要設(shè)置外置的溫度傳感器，從而設(shè)計(jì)的自由度變高。
并且，本發(fā)明第十一方面所述的流量傳感器在本發(fā)明第一至第十方面的任一方面所述的流量傳感器中，其特征在于，該流量傳感器還具有補(bǔ)償單元，所述補(bǔ)償單元通過(guò)從由所述加熱單元加熱時(shí)的所述非接觸溫度檢測(cè)單元得到的輸出中減去由停止了所述加熱單元加熱的狀態(tài)下的所述非接觸溫度檢測(cè)單元得到的輸出，來(lái)進(jìn)行代用零點(diǎn)補(bǔ)償。
即使在停止被測(cè)定流體的流動(dòng)而不能進(jìn)行零點(diǎn)(流量為零時(shí)的輸出)校正的情況下，也可以通過(guò)該代用零點(diǎn)補(bǔ)償對(duì)由非接觸溫度檢測(cè)單元的時(shí)效變化等引起的零點(diǎn)的偏差進(jìn)行補(bǔ)償，從而可以維持檢測(cè)精度。


圖1是示意地表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的流量傳感器的俯視圖。
圖2是示意地表示圖1所示的流量傳感器的第一變形例的側(cè)視圖，是沿著流道以剖面表示基座和基片的圖。
圖3是示意地表示圖1所示的流量傳感器的第二變形例的俯視圖。
圖4是表示圖1所示的流量傳感器的第三變形例的示意結(jié)構(gòu)圖，是將配管、熱能吸收部件以及熱能放射部件以沿著管道長(zhǎng)度方向的剖面狀態(tài)進(jìn)行表示的圖(圖4(a))、以及與圖4(a)對(duì)應(yīng)地將配管沿著管道端面方向以剖面狀態(tài)進(jìn)行表示的圖(圖4(b))。
圖5是表示圖1所示的流量傳感器的第四變形例的示意結(jié)構(gòu)圖，是將配管、熱能吸收部件以及熱能放射部件以沿著管道長(zhǎng)度方向的剖面狀態(tài)進(jìn)行表示的圖(圖5(a))、以及與圖5(a)對(duì)應(yīng)地將配管沿著管道端面方向以剖面狀態(tài)進(jìn)行表示的圖(圖5(b))。
圖6是示意地表示圖1所示的流量傳感器的第五變形例的俯視圖。
圖7是表示圖1所示的流量傳感器的第六變形例的示意結(jié)構(gòu)圖，是在從管道上方將基座部件剖開(kāi)的狀態(tài)下表示的俯視圖(圖7(a))、以及與圖7(a)對(duì)應(yīng)地從管道側(cè)方表示的側(cè)視圖(圖7(b))。
圖8是表示圖1所示的流量傳感器的第七變形例的示意結(jié)構(gòu)圖，是沿著管道長(zhǎng)度方向以剖面狀態(tài)表示各結(jié)構(gòu)要素的俯視圖。
圖9是表示圖1所示的流量傳感器的第八變形例的示意結(jié)構(gòu)圖，是以剖面狀態(tài)僅表示加熱器和紅外線檢測(cè)傳感器的支撐部件的俯視圖。
圖10是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的流量傳感器的控制運(yùn)算部的輸出電路的示意結(jié)構(gòu)圖(圖10(a))、關(guān)于圖10(a)的變形例的控制運(yùn)算部的輸出電路的示意結(jié)構(gòu)圖(圖10(b))、以及關(guān)于圖10(a)的另一變形例的控制運(yùn)算部的輸出電路的示意結(jié)構(gòu)圖(圖10(c))。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)附圖，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的流量傳感器進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的流量傳感器1具有加熱器(加熱單元)11，其安裝在構(gòu)成流道的配管100的一部分上，對(duì)配管外壁面的一部分進(jìn)行加熱；紅外線檢測(cè)傳感器(非接觸溫度傳感器)12、13，它們以非接觸的方式分別對(duì)配管100的被加熱器1 1加熱的部分的上游側(cè)配管101和下游側(cè)配管102的外壁面部分的溫度進(jìn)行測(cè)定；以及控制運(yùn)算部15，其控制加熱器11的發(fā)熱量，并且根據(jù)紅外線檢測(cè)傳感器12、13的上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器12和下游側(cè)紅外線傳感器13的溫度差求出在配管100中流動(dòng)的流體的流量。
另外，供被測(cè)定流體流動(dòng)的配管100例如由金屬的管道構(gòu)成，加熱器11由用絕緣材料包覆的線圈或薄膜電阻體等的電阻體構(gòu)成。另外，加熱器11在為線圈的情況下，纏繞在管道外壁面的預(yù)定位置，在為薄膜電阻體的情況下，隔著絕緣體層形成在管道外壁面的預(yù)定位置。
紅外線檢測(cè)傳感器12、13由使用了熱電堆、測(cè)輻射熱計(jì)、熱電元件等的非接觸溫度傳感器構(gòu)成，對(duì)相對(duì)于由加熱器11加熱的區(qū)域?yàn)榕涔艿纳嫌蝹?cè)和下游側(cè)的區(qū)域、即將來(lái)自被加熱部的溫度影響作為熱能而向外部放射的熱能放射區(qū)域的溫度進(jìn)行測(cè)定。即，利用上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器12檢測(cè)從加熱器11在配管100和流體中傳遞并從配管的上游側(cè)熱能放射區(qū)域100U向外部作為紅外線而放射的熱能，利用下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器13檢測(cè)從加熱器11在配管100和流體中傳遞并從配管的下游側(cè)熱能放射區(qū)域100D向外部作為紅外線而放射的熱能。
另外，熱電堆、測(cè)輻射熱計(jì)、熱電元件都是利用向感熱部射入紅外線而引起的溫度上升來(lái)檢測(cè)紅外線的熱型傳感器，熱電堆和測(cè)輻射熱計(jì)通常使用采用微細(xì)加工技術(shù)制作的薄膜型部件。熱電堆作為感熱部，是將利用由不同導(dǎo)體的接合部的溫度引起的接觸電位的變化、所謂塞貝克效應(yīng)的多個(gè)熱電偶串聯(lián)連接的紅外線傳感器，不需要偏壓，可以直接得到DC電壓輸出，傳感器的阻抗也低，因此與其他傳感器相比，結(jié)構(gòu)和信號(hào)處理簡(jiǎn)單。測(cè)輻射熱計(jì)是利用由金屬或半導(dǎo)體等感熱材料的阻抗成分的溫度引起的變化的紅外線傳感器。熱電元件作為感熱部，是利用強(qiáng)電介體材料所具有的自發(fā)極化的溫度依賴性的紅外線傳感器，與其他兩個(gè)不同，是僅在通過(guò)入射紅外線而產(chǎn)生溫度變化時(shí)輸出的微分型。因而，為了得到連續(xù)輸出，需要使紅外線間歇的遮光器或快門(mén)機(jī)構(gòu)。
并且，控制運(yùn)算部15對(duì)加熱器11進(jìn)行控制，以使得根據(jù)上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器12和下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器13的輸出所求出的溫度之和或平均值比周?chē)鷾囟仁冀K高出某個(gè)值。由此，加熱器自身不具有特別的溫度檢測(cè)功能，而是可以對(duì)加熱器11進(jìn)行控制，以使得被加熱的配管外壁面的一部分、即被加熱區(qū)域的溫度比周?chē)鷾囟仁冀K高出某個(gè)值，從而提高加熱器設(shè)計(jì)的自由度。在這里，周?chē)鷾囟扔闪硗庠O(shè)置的溫度傳感器測(cè)定，優(yōu)選測(cè)量被測(cè)定流體的溫度，但有時(shí)也可以用配管溫度或其周?chē)沫h(huán)境氣體溫度來(lái)代替。并且，在使用溫度范圍窄的情況和另外進(jìn)行溫度特性的補(bǔ)償?shù)那闆r下，對(duì)于加熱器的控制也可以不使用周?chē)鷾囟?，可以利用恒定電壓、恒定電流、恒定功率等使加熱器?dòng)作。另外，也可以使加熱器自身具有溫度檢測(cè)功能，由此對(duì)加熱器11進(jìn)行控制，以使得被加熱的配管外壁面的一部分、即被加熱區(qū)域的溫度比周?chē)鷾囟仁冀K高出某個(gè)值。并且，也可以使被加熱器加熱的部分的管壁附近另外具有由紅外線檢測(cè)傳感器構(gòu)成的非接觸溫度檢測(cè)功能。并且，在控制運(yùn)算部15中，利用上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器12和下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器13來(lái)構(gòu)成電橋電路等例如圖10(a)、(b)、(c)所示的電路。并且，因加熱器11的驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生的被加熱區(qū)域的熱量通過(guò)配管和流體傳遞給上游側(cè)熱能放射區(qū)域100U和下游側(cè)熱能放射區(qū)域100D，由于伴隨被測(cè)定流體的流動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)流(熱傳遞)，上游側(cè)熱能放射區(qū)域100U的溫度和下游側(cè)熱能放射區(qū)域100D的溫度變得不同(上游側(cè)的溫度低)，將這些溫度分別利用上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器12和下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器13檢測(cè)出來(lái)，將這種上游側(cè)熱能放射區(qū)域100U和下游側(cè)熱能放射區(qū)域100D的溫度差在具有上述電橋電路等的控制運(yùn)算部15中作為被測(cè)定流體的流量而檢測(cè)出來(lái)。圖10(b)是使用熱電堆12S、13S作為紅外線檢測(cè)傳感器12、13的電路的一例，兩個(gè)熱電堆12S、13S的輸出電壓的極性以相反的方式連接。因而，在沒(méi)有流量時(shí)，即由兩個(gè)熱電堆12S、13S檢測(cè)出的溫度相等時(shí)，輸出電壓相互抵消而成為零，在有流量時(shí)，即由兩個(gè)熱電堆12S、13S檢測(cè)出的溫度存在差異時(shí)，產(chǎn)生與此對(duì)應(yīng)的輸出電壓。另外，也可以代替構(gòu)成這種電路等，而用控制運(yùn)算部運(yùn)算上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器的輸出和下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器的輸出來(lái)求出流量。
另外，可通過(guò)預(yù)先檢驗(yàn)和測(cè)定流量與上述溫度差或以溫度差為起因而產(chǎn)生的輸出之間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行流量測(cè)定。
并且，圖10(c)是使用測(cè)輻射熱計(jì)12B、13B作為紅外線檢測(cè)傳感器12、13的電路的一例。即使使用測(cè)輻射熱計(jì)，也可以構(gòu)成具有與圖10(a)、(b)所示的電路同等功能的電路。
由于具有這樣的結(jié)構(gòu)，從而可以以非接觸的方式檢測(cè)管道內(nèi)的被測(cè)定流體的流量，因此，不會(huì)像以往那樣，使在將溫度傳感器安裝于管道外周面時(shí)介裝于溫度傳感器與管道外周面之間的絕緣物劣化，或者使溫度傳感器受到來(lái)自絕緣物或配管的應(yīng)力的影響。并且，也不需要為了從安裝在管道上的溫度傳感器取出輸出而進(jìn)行麻煩且伴隨制造上的困難性的電極取出作業(yè)。其結(jié)果是，安裝作業(yè)變得容易且可長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行正確的流量測(cè)定。
接著，根據(jù)附圖對(duì)上述實(shí)施方式所涉及的流量傳感器的各種變形例進(jìn)行說(shuō)明。另外，關(guān)于所涉及的變形例，對(duì)與上述實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)以對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)并省略詳細(xì)的說(shuō)明。此外，在圖7至圖9中，省略控制運(yùn)算部的圖示。
首先，對(duì)本實(shí)施方式的第一變形例進(jìn)行說(shuō)明。所涉及的第一變形例是與日本特開(kāi)2003-329697號(hào)公報(bào)中所記載的流量傳感器在結(jié)構(gòu)上相關(guān)聯(lián)的流量傳感器。
如圖2所示，第一變形例所涉及的流量傳感器2具備基座210；和基片(chip)220，其覆蓋在基座上且具有形成流道的一部分的凹進(jìn)部220a。并且，與基片220的凹進(jìn)部220a一起形成被測(cè)定流體的流道的第一流道221和第二流道222相對(duì)于基片220的凹進(jìn)部底面垂直地形成在該流量傳感器2的基座210中。另外，基片220例如可以由板厚較薄的不銹鋼板形成，在該基片220的流道側(cè)的相反側(cè)面形成有電絕緣膜，在其上表面的大致中央部分形成有由鉑圖形構(gòu)成的加熱器(加熱單元)21。此外，在加熱器21上適當(dāng)形成有電極焊盤(pán)或配線用金屬薄膜。并且，在加熱器21的流道上游側(cè)和流道下游側(cè)，與基片上表面隔開(kāi)一定間隔配置有流體的流量測(cè)定用的上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器22和下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器23。另外，上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器(非接觸溫度檢測(cè)單元)22和下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器(非接觸溫度檢測(cè)單元)23與上述實(shí)施方式相同，由使用了熱電堆、測(cè)輻射熱計(jì)、熱電元件等的非接觸溫度傳感器構(gòu)成，以與基片的上表面非接觸的方式分別對(duì)基片220的上游側(cè)熱能放射區(qū)域220U的溫度和下游側(cè)熱能放射區(qū)域220D的溫度進(jìn)行測(cè)定。
并且，在這種流量傳感器2中，加熱器21的熱量在基片220的薄壁部和流體中傳遞，并大致均等地傳遞給基片220的上游側(cè)熱能放射區(qū)域220U和下游側(cè)熱能放射區(qū)域220D，但由于被測(cè)定流體在流道中流動(dòng)，從而對(duì)應(yīng)于流量而產(chǎn)生因強(qiáng)制對(duì)流進(jìn)行的熱傳遞，從而在上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器22的檢測(cè)溫度和下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器23的檢測(cè)溫度之間產(chǎn)生溫度差。并且，在控制運(yùn)算部25中運(yùn)算該溫度差，來(lái)對(duì)流量進(jìn)行測(cè)定。另外，通過(guò)這樣將厚度較薄的不銹鋼板用于基片220，并且將加熱器21和紅外線檢測(cè)傳感器22、23的配置側(cè)的相反側(cè)形成為流道，從而即使被測(cè)定流體是腐蝕性流體，也可以長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行流量測(cè)定。
即使是這樣的結(jié)構(gòu)，也可以以非接觸的方式檢測(cè)出表示與管道內(nèi)的被測(cè)定流體的溫度成比例的溫度的、基片220的薄壁部的壁面溫度，因此，不會(huì)像以往那樣，使在將溫度傳感器安裝于管道外周面時(shí)介裝于溫度傳感器與管道外周面之間的絕緣物劣化，或者使溫度傳感器受到來(lái)自在管道或絕緣物上產(chǎn)生的應(yīng)力的影響。并且，也不需要為了從安裝在管道上的溫度傳感器取出輸出而進(jìn)行麻煩且伴隨制造上的困難性的電極取出作業(yè)。其結(jié)果是，安裝作業(yè)變得容易且可長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行正確的流量測(cè)定。
接著，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的流量傳感器的第二變形例進(jìn)行說(shuō)明。如圖3所示，該第二變形例所涉及的流量傳感器3具備加熱器(加熱單元)31，其與配管外壁面離開(kāi)一定距離以非接觸方式配置，并且對(duì)配管外壁面的一部分進(jìn)行加熱；紅外線檢測(cè)傳感器(非接觸溫度檢測(cè)單元)32、33，它們以與該配管外壁面非接觸的方式配置在該被加熱的部分的上游側(cè)和下游側(cè)的配管外壁面部分附近，分別對(duì)這些部分的溫度進(jìn)行測(cè)定；以及控制運(yùn)算部35，其對(duì)加熱器31進(jìn)行控制，并且，根據(jù)紅外線檢測(cè)傳感器32、33的上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器32和下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器33的溫度差求出在配管中流動(dòng)的被測(cè)定流體的流量。
另外，加熱器31形成在配管外壁面附近，由能量發(fā)生體(放射體)構(gòu)成，并且能夠以非接觸方式向配管外壁面供給能量并將其一部分作為被加熱區(qū)域300H而加熱，具體而言，加熱器31可使用激光器、電磁線圈、紅外線發(fā)生器、微波發(fā)生器等。
并且，紅外線檢測(cè)傳感器32、33與上述實(shí)施方式及其變形例相同，由使用了熱電堆、測(cè)輻射熱計(jì)、熱電元件等的非接觸溫度傳感器構(gòu)成，位于配管外壁面附近，并以非接觸的方式配置在形成于由加熱器31加熱的配管300的被加熱區(qū)域300H的上游側(cè)的上游側(cè)熱能放射區(qū)域300U和形成于下游側(cè)的下游側(cè)熱能放射區(qū)域300D，能夠以非接觸的方式分別對(duì)這些部分的溫度進(jìn)行測(cè)定。
在該第二變形例所涉及的流量傳感器3中，不需要將加熱器31以與配管300接觸的狀態(tài)進(jìn)行配置，因此，可以將由加熱器31、上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器32、下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器33以及控制運(yùn)算部35構(gòu)成的流量傳感器自身以與配管300完全非接觸的方式進(jìn)行配置，從而可以實(shí)現(xiàn)可對(duì)應(yīng)于各種管徑的通用化的流量傳感器。此外，不僅紅外線檢測(cè)傳感器32、33，而且加熱器31也可以省略麻煩且具有制造上的困難性的電極取出作業(yè)。
接著，對(duì)本實(shí)施方式的第三變形例進(jìn)行說(shuō)明。如圖4所示，該第三變形例所涉及的流量傳感器4在圖3所示的第二變形例的基礎(chǔ)上，在配管400的壁面具有能量吸收部件401，該能量吸收部件401有效地吸收從加熱器41放射的能量并發(fā)熱。另外，在本變形例的情況下，該能量吸收部件401由金屬板構(gòu)成，其一部分緊密結(jié)合在配管400的壁面上。
并且，在配管400的由加熱器41加熱的被加熱區(qū)域的上游側(cè)和下游側(cè)，在上游側(cè)能量放射區(qū)域400U和下游側(cè)能量放射區(qū)域400D的壁面上，具有由金屬板構(gòu)成的溫度測(cè)定用的能量放射部件402、403。并且，能量吸收部件401吸收來(lái)自加熱器41的放射能量而發(fā)熱，能量放射部件402、403吸收從能量吸收部件401經(jīng)由配管和流體傳遞的熱量，并將該熱能朝向紅外線檢測(cè)傳感器42、43有效地放射。
另外，以非接觸方式被加熱的能量吸收部件401和以非接觸方式被進(jìn)行溫度測(cè)定的能量放射部件402、403的全部或一部分優(yōu)選為黑色。這樣，成為黑色的部分的放射率大致為1，因此，受熱性和放熱性優(yōu)異，從而能夠靈敏度和響應(yīng)性良好地測(cè)定流量。并且，能量吸收部件和能量放射部件只要是熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的材質(zhì)即可，也可以用陶瓷和藍(lán)寶石(sapphire)來(lái)代替金屬板。這樣，通過(guò)將能量吸收部件401和能量放射部件402、403設(shè)置在配管外周面，即使配管400是直徑較小的細(xì)管，也可以有效地吸收來(lái)自加熱器41的能量，并且，可以可靠地向紅外線檢測(cè)傳感器42、43放射熱能。
接著，對(duì)本實(shí)施方式的第四變形例進(jìn)行說(shuō)明。如圖5所示，該第四變形例所涉及的流量傳感器5在圖3所示的第二變形例的基礎(chǔ)上，在配管的內(nèi)部具有能量吸收部件501，該能量吸收部件501有效地吸收從加熱器51放射的能量并發(fā)熱。并且，能量放射部件502、503在配管內(nèi)部配置成，位于配管內(nèi)被加熱部的上游側(cè)和下游側(cè)，并且形成上游側(cè)能量放射區(qū)域500U和下游側(cè)能量放射區(qū)域500D。并且，該能量吸收部件501、能量放射部件502、503在本變形例的情況下，可以由不銹鋼等具有耐蝕性的金屬、陶瓷或藍(lán)寶石等板材形成。
該第四變形例所涉及的流量傳感器特別地應(yīng)用于被測(cè)定流體為液體的情況，并安裝于由容易使紅外線通過(guò)的樹(shù)脂形成的配管500上。對(duì)于這種樹(shù)脂制的配管500，配管自身的熱傳導(dǎo)性低，因此難以直接對(duì)配管自身進(jìn)行加熱，從而，來(lái)自加熱器51的熱量在配管500和流體中傳遞，難以形成上游側(cè)能量放射區(qū)域和下游側(cè)能量放射區(qū)域，但由于具備這種能量吸收部件501和能量放射部件502、503，從而通過(guò)能量吸收部件501直接對(duì)被測(cè)定流體進(jìn)行加熱，同時(shí)，熱量從被測(cè)定流體傳遞到配置于被加熱區(qū)域的配管上游側(cè)的能量放射部件502，該部分成為上游側(cè)熱能放射區(qū)域500U。同樣，配置在被加熱部的配管下游側(cè)的能量放射部件503成為下游側(cè)能量放射區(qū)域500D。由此，可以穿過(guò)配管500的管壁來(lái)測(cè)定配管內(nèi)部的被測(cè)定流體的溫度，即使是樹(shù)脂制的配管500，也可以正確地對(duì)被測(cè)定流體的流量進(jìn)行測(cè)定。并且，能量吸收部件501、能量放射部件502、503可以由不銹鋼等具有耐蝕性的金屬、陶瓷或藍(lán)寶石等形成，因此，即使被測(cè)定流體是酸或堿等腐蝕性液體，也可以長(zhǎng)時(shí)間地對(duì)流量進(jìn)行測(cè)定。
樹(shù)脂配管的紅外線透射性由材質(zhì)和厚度決定，材質(zhì)為聚乙烯、聚丙稀、聚酯等容易透射，厚度較薄容易透射。另外，在耐蝕性方面，優(yōu)選特氟龍(注冊(cè)商標(biāo))等。
另外，能量吸收部件501、能量放射部件502、503的全部或一部分與上述第三變形例相同，優(yōu)選為黑色。這樣，成為黑色的部分的放射率大致為1，因此，受熱性和放熱性優(yōu)異，從而能夠靈敏度和響應(yīng)性良好地對(duì)流量進(jìn)行測(cè)定。
接著，對(duì)本實(shí)施方式的第五變形例進(jìn)行說(shuō)明。如圖6所示，該第五變形例所涉及的流量傳感器6在圖3所示的第二變形例所涉及的流量傳感器3的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在加熱器61和紅外線檢測(cè)傳感器62、63之間具備能量遮蔽板68、69，以使得來(lái)自非接觸加熱單元即加熱器61的放射能量不會(huì)直接或反射后入射到紅外線檢測(cè)傳感器62、63上。由此，來(lái)自加熱器61的放射能量不會(huì)直接傳遞到紅外線檢測(cè)傳感器62、63上，從而可進(jìn)行配管600或配管600內(nèi)部的流體的上游側(cè)熱能放射區(qū)域600U和下游側(cè)熱能放射區(qū)域600D的正確的溫度測(cè)定，可以進(jìn)行配管內(nèi)的被測(cè)定流體的正確的流量測(cè)定。
接著，對(duì)本實(shí)施方式的第六變形例進(jìn)行說(shuō)明。如圖7所示，該第六變形例所涉及的流量傳感器7在圖3所示的第二變形例涉及的流量傳感器3的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，具有跨越配管長(zhǎng)度方向與配管700以非接觸的方式進(jìn)行配置的細(xì)長(zhǎng)的基座部件710。基座部件710由熱傳導(dǎo)良好的例如銅和鋁等金屬或陶瓷等構(gòu)成，并且該基座部件710的熱容量大，基座部件的整體大致保持在均等的溫度。另外，加熱器71與基座部件710隔開(kāi)一定間隔配置在形成于基座部件710的大致中央部的貫通孔內(nèi)，加熱器71的熱量不會(huì)直接傳遞給基座部件710。并且，各紅外線檢測(cè)傳感器72、73分別配置在基座部件710的兩端附近。
當(dāng)各紅外線檢測(cè)傳感器自身的溫度互相存在偏差時(shí)，成為流量測(cè)定上的誤差，但通過(guò)經(jīng)由基座部件710使紅外線檢測(cè)傳感器自身的溫度一致，從而不會(huì)產(chǎn)生這種不良情況，可以進(jìn)行正確的流量測(cè)定。
另外，即使與本變形例不同，將加熱器71配置在與基座部件710不同的地方來(lái)對(duì)配管700的一部分進(jìn)行加熱，也可以得到相同的效果。
接著，對(duì)本實(shí)施方式的第七變形例進(jìn)行說(shuō)明。如圖8所示，該第七變形例所涉及的流量傳感器8具有一部分與配管內(nèi)的被測(cè)定流體接觸的管座(header)810，加熱器81和紅外線檢測(cè)傳感器82、83接近與被測(cè)定流體接觸的管座的薄壁部而配置在管座內(nèi)。管座的薄壁部在配管內(nèi)部突出設(shè)置或者設(shè)置成與管壁處于相同高度，并與被測(cè)定流體接觸。上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器82、下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器83配置在管座內(nèi)部的基座部件811上，并與管座810的薄壁狀的流體接觸部隔開(kāi)一定空間。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器82和下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器83也可以以非接觸的方式對(duì)管座薄壁部的上游側(cè)能量放射區(qū)域800U和下游側(cè)能量放射區(qū)域800D的溫度進(jìn)行測(cè)定。在本變形例的情況下，例如可以將流量傳感器8作為一個(gè)單元簡(jiǎn)單地安裝到大口徑的配管上。由此，即使是管壁的熱容量大的大口徑的配管，在管座810的熱容量小的薄壁部，也可以靈敏度和響應(yīng)性較好地對(duì)為了進(jìn)行上述測(cè)量而在配管內(nèi)流動(dòng)的被測(cè)定流體的流量進(jìn)行測(cè)定。
接著，對(duì)本實(shí)施方式的第八變形例進(jìn)行說(shuō)明。如圖9所示，該第八變形例所涉及的流量傳感器9具有加熱器91；上游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器92；下游側(cè)紅外線檢測(cè)傳感器93；以及殼體910，該殼體910具有將配管900的被加熱區(qū)域、上游側(cè)熱能放射區(qū)域900U和下游側(cè)熱能放射區(qū)域900D保持為真空或減壓狀態(tài)的空腔911。利用這種結(jié)構(gòu)，將包括這些構(gòu)成要素在內(nèi)的測(cè)定區(qū)域與周?chē)h(huán)境氣體隔離，由此，不會(huì)受到因周?chē)h(huán)境氣體引起的對(duì)流和紅外線吸收等的干擾，而可以進(jìn)行正確的溫度測(cè)定。并且，由于測(cè)定部絕熱，所以可以進(jìn)行靈敏度和響應(yīng)性良好的流量測(cè)定。
如以上說(shuō)明的那樣，本發(fā)明所涉及的流量傳感器不需要通常所進(jìn)行的那種在配管外周面形成聚酰亞胺等絕緣膜并卷繞線材的手工作業(yè)。由此，線圈不會(huì)受到因形成于配管外周面的絕緣膜的時(shí)效變化而產(chǎn)生的應(yīng)力變化和施加給配管的應(yīng)力的影響等，從而可以長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行正確的流量測(cè)定。并且，也不存在將以往的薄膜電阻體形成在配管外周面時(shí)那樣的制造上的大的困難，也不會(huì)受到由薄膜電阻體自身施加給配管的應(yīng)力引起的翹曲的影響。
并且，在像以往那樣將熱敏電阻安裝于配管外周面的情況下，由于熱敏電阻自身的尺寸較大且熱容量大，所以在細(xì)的配管的情況下進(jìn)行流量測(cè)定較困難，但在本發(fā)明所涉及的流量傳感器的情況下，即使是這種細(xì)的配管，也可以進(jìn)行流量測(cè)定。
并且，在將薄膜電阻體等安裝于配管外周面之后，不需要進(jìn)行伴隨制造上的困難性的從管壁面取出電極的電極取出作業(yè)。
并且，在管由樹(shù)脂形成的情況下也可以進(jìn)行流量測(cè)定。
并且，根據(jù)本發(fā)明所涉及的流量傳感器，可以正確地對(duì)在各種管道中流動(dòng)的被測(cè)定流體的流量進(jìn)行測(cè)定。
另外，當(dāng)配管使用特氟龍(注冊(cè)商標(biāo))等而使酸或堿等腐蝕性液體流過(guò)的情況下，優(yōu)選不是將金屬而是將陶瓷、藍(lán)寶石等用于配管內(nèi)部的熱能吸收部件和能量放射部件。
并且，本發(fā)明所涉及的流量傳感器只要具有對(duì)某特定部位的被測(cè)定流體進(jìn)行加熱的加熱單元即可，加熱單元既可以與管道接觸，也可以不與管道接觸。作為以非接觸方式對(duì)管道進(jìn)行加熱的方法，可以采用如下方法對(duì)配管照射半導(dǎo)體激光器等的激光和紅外線或微波等，或者利用電磁線圈產(chǎn)生的電磁感應(yīng)對(duì)設(shè)置于該金屬配管或樹(shù)脂管內(nèi)的金屬板進(jìn)行加熱。并且，設(shè)置于被照射激光、紅外線等的配管壁面部分、配管外壁或樹(shù)脂管內(nèi)的能量吸收板的受光面優(yōu)選為黑色。
并且，優(yōu)選上述流量傳感器的測(cè)定部整體、特別是能量放射區(qū)域或能量放射單元以及非接觸溫度檢測(cè)單元(紅外線檢測(cè)傳感器)的周?chē)粯?gòu)成為溫度與周?chē)鷾囟却笾孪嗟然虺蔀轭A(yù)定的均等溫度的部件包圍，以免給由非接觸溫度檢測(cè)單元(紅外線檢測(cè)傳感器)進(jìn)行的溫度測(cè)定帶來(lái)干擾。
另外，本發(fā)明所涉及的流量傳感器如上述實(shí)施方式中記載的那樣，不限于對(duì)被測(cè)定流體的流量進(jìn)行測(cè)定，當(dāng)然也可以測(cè)定流速。
并且，在上述實(shí)施方式及其各種變形例所涉及的流量傳感器中，優(yōu)選的是，還具有補(bǔ)償單元，該補(bǔ)償單元通過(guò)從由加熱器(加熱單元)加熱時(shí)的紅外線檢測(cè)傳感器(非接觸溫度檢測(cè)單元)得到的輸出減去由停止了加熱器加熱的狀態(tài)下的紅外線檢測(cè)傳感器得到的輸出，來(lái)進(jìn)行代用零點(diǎn)補(bǔ)償。
具體而言，從通常的對(duì)加熱器進(jìn)行加熱的狀態(tài)下的紅外線檢測(cè)傳感器所得到并暫時(shí)存儲(chǔ)的輸出中減去將作為加熱單元的加熱器關(guān)閉并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后上游側(cè)和下游側(cè)的紅外線檢測(cè)傳感器的輸出處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出(代用零點(diǎn)輸出)，由此進(jìn)行代用零點(diǎn)補(bǔ)償。并且，按預(yù)定的周期反復(fù)進(jìn)行該動(dòng)作，將由該動(dòng)作得到的輸出差作為流量輸出。由于具備這種代用零點(diǎn)補(bǔ)償單元，所以即使在為了特別地進(jìn)行零點(diǎn)補(bǔ)償而停止被測(cè)定流體的流動(dòng)導(dǎo)致不能進(jìn)行零點(diǎn)(流量為零時(shí)的輸出)校正的情況下，也可以通過(guò)該補(bǔ)償單元進(jìn)行的代用零點(diǎn)補(bǔ)償對(duì)由紅外線檢測(cè)傳感器等非接觸溫度檢測(cè)單元的時(shí)效變化等引起的零點(diǎn)偏差進(jìn)行補(bǔ)償，從而可以維持檢測(cè)精度。另外，在上述代用零點(diǎn)補(bǔ)償中，由于與加熱器開(kāi)啟、流量為零時(shí)的上游側(cè)和下游側(cè)的紅外線檢測(cè)傳感器正確地檢測(cè)出的溫度(輸出)不同，所以不能進(jìn)行完全的補(bǔ)償，但在非接觸溫度檢測(cè)單元的時(shí)效變化等較大的情況下可以得到顯著的效果。
并且，預(yù)先存儲(chǔ)初始的代用零點(diǎn)輸出(關(guān)閉加熱器的狀態(tài)下的上游側(cè)和下游側(cè)的紅外線檢測(cè)傳感器的輸出)，在使用的狀態(tài)下定期地關(guān)閉加熱器來(lái)求出該代用零點(diǎn)輸出，并將其與初始的值進(jìn)行比較，由此可以檢驗(yàn)非接觸溫度檢測(cè)單元的時(shí)效變化等，也可以根據(jù)該偏差量(通過(guò)運(yùn)算)對(duì)零點(diǎn)的偏差進(jìn)行補(bǔ)償?；谠摲椒ǖ拇昧泓c(diǎn)補(bǔ)償只要例如一年適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行一次或數(shù)次即可。
權(quán)利要求
1.一種流量傳感器，該流量傳感器具有加熱單元，其將構(gòu)成流道的配管的外壁面的一部分區(qū)域加熱或?qū)⑴涔軆?nèi)部的特定區(qū)域加熱；和溫度檢測(cè)單元，其分別對(duì)相對(duì)于所述被加熱區(qū)域?yàn)榕涔艿纳嫌蝹?cè)和下游側(cè)的區(qū)域、即將來(lái)自所述被加熱區(qū)域的溫度影響作為熱能而向外部放射的熱能放射區(qū)域的溫度進(jìn)行測(cè)定，所述流量傳感器對(duì)在所述流道中流動(dòng)的被測(cè)定流體的流量進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于，所述溫度檢測(cè)單元由在所述配管的外壁面附近以與該外壁面非接觸的方式配置的上游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元和下游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元構(gòu)成，各非接觸溫度檢測(cè)單元可以以與所述配管的外壁面非接觸的方式分別對(duì)所述上游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度和下游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)由所述非接觸溫度檢測(cè)單元測(cè)定的上游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度和下游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度的溫度差或因溫度差而產(chǎn)生的輸出，對(duì)在所述流道中流動(dòng)的被測(cè)定流體的流量進(jìn)行測(cè)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量傳感器，其特征在于，所述非接觸溫度檢測(cè)單元由紅外線傳感器構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流量傳感器，其特征在于，吸收從所述被加熱區(qū)域傳來(lái)的熱量并向外部放射的熱能放射單元在形成所述流道的配管的壁面或內(nèi)部，分別設(shè)置在所述上游側(cè)熱能放射區(qū)域和下游側(cè)熱能放射區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流量傳感器，其特征在于，所述熱能放射單元由配置在構(gòu)成所述流道的配管的壁面或內(nèi)部的熱傳導(dǎo)率高的材質(zhì)形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的流量傳感器，其特征在于，被所述非接觸溫度檢測(cè)單元以非接觸的方式進(jìn)行溫度測(cè)定的熱能放射區(qū)域的至少一部分或熱能放射單元的至少一部分為黑色。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的流量傳感器，其特征在于，在所述加熱單元和所述非接觸溫度檢測(cè)單元之間設(shè)置有能量遮蔽單元，該能量遮蔽單元阻止從所述加熱單元放射的熱能直接向所述非接觸溫度檢測(cè)單元傳遞。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的流量傳感器，其特征在于，所述上游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元和下游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元配置在將各溫度檢測(cè)單元自身的溫度維持成兩者大致均等的共用部件中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的流量傳感器，其特征在于，所述加熱單元和非接觸溫度檢測(cè)單元都配置在一部分被插入到所述配管的流道中的管座內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的流量傳感器，其特征在于，該流量傳感器具有殼體，所述殼體將所述被加熱區(qū)域以及上游側(cè)熱能放射區(qū)域和下游側(cè)熱能放射區(qū)域保持為真空或減壓狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的流量傳感器，其特征在于，該流量傳感器具有控制單元，所述控制單元對(duì)加熱單元進(jìn)行控制，以使得所述上游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元與下游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元的溫度之和或平均值比周?chē)鷾囟仁冀K高出某個(gè)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中任一項(xiàng)所述的流量傳感器，其特征在于，該流量傳感器還具有補(bǔ)償單元，所述補(bǔ)償單元通過(guò)從由所述加熱單元加熱時(shí)的所述非接觸溫度檢測(cè)單元得到的輸出中減去由停止了所述加熱單元加熱的狀態(tài)下的所述非接觸溫度檢測(cè)單元得到的輸出，來(lái)進(jìn)行代用零點(diǎn)補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流量傳感器，該流量傳感器具有加熱單元(11)，其將構(gòu)成流道的配管的外壁面的一部分區(qū)域加熱或?qū)⑴涔軆?nèi)部的特定區(qū)域加熱；和溫度檢測(cè)單元，其對(duì)相對(duì)于被加熱區(qū)域?yàn)榕涔艿纳嫌蝹?cè)和下游側(cè)的區(qū)域、即將來(lái)自被加熱區(qū)域的溫度影響作為熱能(紅外線)而向外部放射的區(qū)域的溫度進(jìn)行測(cè)定，溫度檢測(cè)單元由在配管的外壁面附近以與外壁面非接觸的方式配置的上游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元(12)和下游側(cè)非接觸溫度檢測(cè)單元(13)構(gòu)成，各溫度檢測(cè)單元可以以與配管的外壁面非接觸的方式分別對(duì)上游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度和下游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)由非接觸溫度檢測(cè)單元測(cè)定的上游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度和下游側(cè)熱能放射區(qū)域的溫度的溫度差或因溫度差而產(chǎn)生的輸出，對(duì)在流道中流動(dòng)的被測(cè)定流體的流量進(jìn)行測(cè)定。
文檔編號(hào)G01F1/68GK101014834SQ20058003001
公開(kāi)日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者上運(yùn)天昭司, 中野正志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武