专利名称：流量测量方法及流量计的制作方法
技术领域：
本发明属于流体流量测量技术，特别涉及用于测定在配管内流动的流体的瞬时流量或累计流量的流量的测量方法及流量计。
作为旁热式流量传感器，使用的是把利用薄膜技术在印制板上通过绝缘层层叠了薄膜发热体和薄膜热敏体的传感器芯片配置成，使之在与配管(包含与外配管连通设在流量计内部的流体流通通路)内的流体之间能进行热传导(即热的相互作用)。通过对发热体进行通电，来加热热敏体，使该热敏体的电特性，例如电阻值发生变化。该电阻值的变化(基于热敏体的温升)将根据配管内流动的流体流量(流速)而发生变化。这是发热体的发热量中的一部分被传递到流体中，并向该流体中扩散后，被流体吸收的热量，根据流体流量(流速)而发生变化。针对此情况，提供给热敏体的热量将发生变化，这是由于该热敏体的电阻值发生变化的缘故。该热敏体的电阻值的变化，将因流体温度的不同而不同。为此，在测量上述热敏体电阻值变化的电路中，要事先装入一个温度补偿用的热敏元件，以此来尽量减少由于流体的温度变化而造成的流量测量值的变化。
关于这样的采用薄膜元件的旁热式流量传感器，例如，在特开平11-118566号公报上有记载。在此流量传感器中，为了得到对应于流体流量的电输出，使用了包括桥路在内的电路。
在上述流量计中，让用于传感器芯片和流体进行热交换的散热板向流体流通通路内突出，在流量传感器的外围部分配置有包括用于进行流量运算的电路印制板的电路部分、显示部分、通信线路连接部分及其它部分。包括上述部分在内的流量计的整个功能部分都装在一个机箱内。
可是，如上所述，采用了旁热式流量传感器的流量计，是使由发热体(加热器)产生的热量的一部分传递到流体里，该流体根据因流速而进行吸热的情况，使用测量线，由与该吸热量相对应的电路输出值换算成流量值。该测量线，是通过对被进行了流量测量的流体预先进行的实验等而得到的。从而，在流量测量时的流体及环境条件与制作测量线时条件一样的情况下，从本质上说，将不会发生流量测量误差。
但是，像煤油那样，由分子量互不相同的多种分子的混合物构成的流体，由于受温度影响体积将发生变化，因而在与制作测量线时不同的温度下进行检测时，由采用该测量线进行换算所得到的流量值将含有误差。
本发明的目的是，即使被测量流体因温度变化而引起体积变化，也可以进行测量误差极小的流量测量。特别是，本发明的目的是提供一种进行这样的流量测量的方法及流量计。
在本发明流量测量方法的一种方式中，上述个别测量线，分别制作出上述电路的电输出能获取值中的不连贯的值。进行插补运算后，得到了与上述测量时的温度相对应的流量值。
进而，采用本发明，作为实现以上目的的方法，提供一种热式流量计，配置使被测量流体流通的测量流通通路、安装在该测量流通通路上的热式流量传感器、包括由该热式流量传感器而构成的流量检测电路、温度测量装置、流量换算电路、和存储装置，在上述存储装置中，按每一个离散温度值表示上述流量检测电路的电输出与流量关系的多个个别测量线进行存储，作为测量线，作为流量，该个别测量线使用了被换算成基准温度中的流量的方法，上述流量换算电路，是基于用上述温度测量装置测量的温度和上述多个个别测量线，进行插补运算后，得到一个与测量时的温度相对应的校正流量值。
在本发明流量测量方法的一种方式中，上述热式流量传感器拥有一块向上述测量流通通路内突出的、与上述被测量流体进行热相互作用的散热板。
在本发明的流量测量方法或流量计的一种方式中，上述被测量流体是由分子量互不相同的多种分子的混合物，例如煤油构成的流体。
另外，在本发明的流量测量方法或流量计的一种方式中，上述基准温度是14～16℃范围内的温度。
下面说明采用上述本发明提高流量测量精度的理由。
对各种煤油，体积随温度的变化而变化进行研究的结果，可以看出下面几种情况。即，如
图1所示，4种煤油(涉及到4家公司分别销售的煤油)，当温度一变化，体积也随之发生变化。可以看出其变化是，以15℃时的体积为基准(1.00)，几乎保持一条直线的关系进行变化。这表示，在由分子量互不相同的多种分子的混合物构成的煤油中，即使组成有差别，对于温度变化的体积变化也大致相等。
在本发明中是使用在基准温度时被换算的流量作为测量线，并事先准备一条被由此制作的每一个离散温度值的多个个别测量线，根据这些个别测量线和测量温度进行插补运算后，通过得到一个对应于测量时温度的被校正的流量值，就可提高流量测量的精度。
图2是表示应用本发明的流量计的实施方式的剖面图。
图3是表示应用本发明的流量计的实施方式的分解剖面图。
图4是表示应用本发明的流量计的实施方式的剖面图。
图5是表示应用本发明的流量计的实施方式的正面图。
图6是表示应用本发明的流量计的实施方式的平面图。
图7是表示流量传感器的剖面图。
图8是表示应用本发明的流量计的电路部分大致构成的方块图。
图9是表示煤油测量线的曲线图。
图10是制作测量线的说明图。
图11是用于说明应用本发明的、对流量计流量换算电路的动作的流程图。
图2～图6是表示应用本发明的流量计的一种实施方式的图。流量计的机箱包括本体构件2和外盖构件4。本体构件2是由铝和锌等的压铸件制作的构件，由铝和锌等的压铸件制作的外盖构件4，是通过螺钉向特定方向(朝向箭头A)进行紧固安装在该机箱本体构件2上。在本体构件2的一个侧面形成一个流体入口管21，在另一个侧面形成一个流体出口管22。在机箱本体构件2上，形成两个隔离室。一个隔离室是上侧的贮存部分用凹槽部23，另一个隔离室是下侧的电路构件用凹槽部24。贮存部分用的凹槽部23，是通过内壁26来限定的。
对于内壁26的端面，由铝和锌等的压铸件制作的中盖构件6的外圆面是通过螺钉朝向箭头A方向进行紧固来嵌合，以此来封堵贮存部分用凹槽部23。在进行此嵌合时，其中间加放橡胶密封(加入软木的橡胶密封等)，以防从嵌合部分有流体泄露。由此，在机箱本体构件2和中盖构件6之间形成流体的临时贮存和用于流通的流体贮存部分。在机箱本体构件2上，连通流体入口管21，并形成在贮存部分用的凹槽部23进行开口的开口21a，连通流体出口管22，并设置一个在贮存部分用的凹槽部23进行开口的连接开口22a。
在中盖构件6上，附设一个在流体贮存部内配置的流量测量部8。在该流量测量部6上，形成一个用于流体流量测量的测量流通通路81。测量流通通路81的入口，是从流量测量部6的下面向贮存空间进行开口的。另外，在测量流通通路81的出口上，安装了一个向箭头A方向突出的接头构件8a。把中盖构件6嵌合在机箱本体构件2上，因此接头构件8a将被嵌合在机箱本体构件2侧的连接开口22a上。由此，流量测量部8的测量流通通路81的出口和流体出口管22被连通。
在流量测量部8上形成的箭头A方向的传感器安装孔8b内，插入热式流量传感器10(关于热式流量传感器10，可参照图7，在后面加以叙述)。热式流量传感器10拥有作为进行热交换的热传递构件的散热板FP及外部电极端子ET，散热板FP向流体流通通路突出。
在中盖构件6上安装了流体流通路径限定构件9。此流体流通路径限定构件9，是将中盖构件6嵌合在机箱本体构件2上，因而在流体贮存部内限定了由开口21a流入的流体的流通路径的构件。将流入流体引向开口21a的下方，然后通过在流通路径限定构件9的下沿和流体贮存部的底面之间形成的开口，引向流量测量部8的配置区域。
在图2以外的图上，流量测量部8的测量流通通路81表示向纵横方向延伸的方式。在此测量流通通路81下端的开口被作为流体的入口，上端的开口由于是将中盖构件6嵌合在机箱本体构件2上，因而是通过该机箱本体构件2的内壁面进行关闭。在测量流通通路81的上端的正下方，在流量测量部8上形成朝向箭头A方向的水平孔，这被作为流体出口81a。此流体出口81a和机箱本体构件2端的连接开口22 a被配置在与箭头A方向对应的位置上。在它们之间插入O型环，配置一个流道接头8a。
在流量测量部8上，形成与测量流通通路81相连的两个传感器插入孔8b。通过O型环，在其中一个上插入流量传感器10和在另一个上插入流体温度检测传感器10′。如图7所示，流量传感器10采用热传递性能良好的粘接材料AD将散热板FP和流量检测部FS粘接起来，用焊接线BW将流量检测部FS的电极焊盘和外部电极端子ET连接起来，并可用模压树脂MR进行封装。流体温度检测传感器10′，在流量传感器10中可代替流量检测部FS，使用流体温度检测部，且可拥有与此相对应的外部电极端子ET。作为这些流量检测部和流体温度检测部，可使用如上述特开平11-118566号公报中记载的内容。
另外，如图3所示，在流量测量部8上安装了用于检测测量流通通路81内的流体温度的温度传感器12。由于流量测量部8的热传递性能良好，因而其温度与测量流通通路81内的流体温度大致相同。从而，在测量流通通路81的附近，由于是通过温度传感器12对流量测量部8的温度进行测量，因而可进行流体温度的测量。
这些传感器10，10′，12是通过压紧构件42进行位置固定，在其上面配置了模拟电路印制版44。模拟电路印制版44与流量传感器10及流体温度检测传感器10′的外部电极端子ET进行电连接。
在外盖构件4上，与模拟电路印制版44一起，安装了构成流量检测电路的数字电路印制版34和构成电源电路部分变压器36以及作为对流量计的输入输出部分的电源印制版46，48。在电源印制版48上，装有电源电缆安装端子50。特别是，变压器36以及输入输出部分被配置在电路构件用的凹槽部24内。在数字电路印制版34上，装有液晶显示元件LCD，通过盖板52，从外部就可观察数字显示的瞬时流量值或累积流量值。
图5及图6，主要是分别表示正面外观及平面外观的图。在机箱本体构件2上面部分，装有用于流体贮存部内的通气孔的装卸方便的螺钉53。通过拆除此螺钉53，就可排除残留在贮存部内的不需要空气。在机箱本体构件2的内部，除了电源电缆安装端子50外，还配置通信电缆连接器56。在机箱本体构件2下面部分，安装电源电缆用绝缘管58。另外，在在机箱本体构件2正面部分，配置采用液晶显示元件LCD的显示部分60。
在上述实施方式中，从未图示的流体供给源通过配管提供的流体，从流体入口管21，通过开口21a，提供给流体贮存部内。被提供的流体，首先沿着由流通路径限定构件9限定的向下的流通路径，向流体贮存部的底部前进，并到达流量测量部8的配置区域。这样进行以后，被贮存的流体的液面，在贮存部分内慢慢上升，不久就完全浸透流量测量部8。这时，流体也将浸入到测量流通通路81内。浸入到测量流通通路81内的流体，通过连接开口22a，由流体出口管22排出，被送到未图示的需要流体的设备里去。其后，当需要流体的设备端，需要流体时，则经由流量计的贮存部内，特别是测量流通通路81，由流体供给源向需要流体的设备提供流体。在图2中，用箭头X表示这样的流量计内的流体的主要流通路径。除此以外，在流体贮存部内的流通路径上，例如，在流通路径限定构件9的下部，可以预先设置一个用于滤除流体中异物的过滤器。
采用包括流量传感器10和流体温度检测传感器10′在内的图8所示的流量检测电路，对测量流通管道81内的流体流量进行测量。图8的流量检测电路，包含有流量传感器10和流体温度检测传感器10′。在流量传感器10中，形成通过绝缘膜层叠加热器和热敏电阻Tw的流量检测部分。加热器发热的一部分，通过上述散热板FP，传递给在测量流通管道81内流通的流体。受到与该流体的热相互作用影响的热敏度是通过热敏电阻Tw来实现的。通过热敏电阻Tw和流体温度检测传感器10′的流体温度检测部的热敏电阻To及两个电阻，形成一个桥路。该桥路的输出，经由放大电路进行放大，用比较器对所规定的值进行比较，该比较器的输出被输入到加热器的控制部分。加热器的控制部分，根据输入信号，通过缓冲器来控制流量传感器10的加热器的发热。该控制是为了让流量传感器10的热敏电阻Tw，维持所规定的热敏状态，即把输入到加热器控制部分的输入信号维持在规定的值。该控制状态对应于瞬时的流量，其数据(测量流量数据)被输入到流量换算电路中。
从包括温度传感器12的温度传感器电路向流量换算电路输入表示流体温度的信号。
在流量换算电路中，根据从上述流量检测电路所输入的流量数据和从上述温度传感器电路所输入的流体温度数据，进行运算和换算后，得到被测量流体的流量。
在包括上述那样的流量换算电路的CPU中，连接了显示部分、通信电路、EEPROM及基准时钟。在存储器的EEPROM中，存储了运算所需要的数据。
下面说明有关在流量运算电路中进行的运算及换算成流量的方法。
图9示出预先存储在存储装置的存储器上的煤油的测量线。该测量线(瞬时流量换算表)是表示与对加热器外加0.5秒电压的累计值相对应的流量检测电路输出和瞬时流量之间关系的数据表。是由不连贯的各种温度制作的多个个别测量线构成的。图9示出了四个离散的温度T1～T4(5℃、15℃、25℃及35℃)的个别测量线T1～T4。在图9中，各测量线是作为连续的线被画出来的，这是为了说明的方便。实际上，图9示出的不连贯的流量检测电路输出电压值...EARM-1，EARMEARM+1，EARM+2...和瞬时流量的对应关系。
下面参照图10，说明上述那样的个别测量线的制作方法。
由煤油槽经由配管提供煤油。在配管上，在前端开口部的附近装有一个旋塞，打开该旋塞，从前端开口部向配置在天平上的计量容器内提供煤油。通过天平，测量提供给计量容器内的煤油的重量。配管通过恒温槽内，该恒温槽内的配管部分呈螺旋状。在恒温槽内，在接在螺旋状配管部分后面的配管部上装有一个流量计。恒温槽内的温度被维持在温度T，由于通过螺旋状配管部分，达到温度T的煤油通过流量计。
通过调节旋塞的开度来调节配管内煤油的流量。在测量时间内，通过天平测量提供给计量容器的煤油的重量。作为瞬时流量F的值，将得到F＝(被测量的煤油)/(基准温度[例如15℃]下的煤油的比重)/(测量时间)。从而，该瞬时流量F是被换算成基准温度的流量的值。另一方面，对此时流量计的检测电路输出V进行测量。通过改变各种旋塞的开度并进行同样的测量，就可以得到温度T中的个别测量线。
通过对恒温槽内温度T的几个离散值(图9中是5℃、15℃、25℃及35℃)进行这样的测量，就可以得到图9所示的多个个别测量线。
在进行流量测量时，由温度传感电路向流量换算电路输入温度值T，在流量换算电路中，采用图9那样的多个个别测量线，根据检测电路输出V及温度值T，按照图11所示的顺序进行数据插补运算后，得到一个瞬时流量值F。
即，首先输入检测电路输出的值Eh(S1)。
其次，关于被测量的温度值T(图9例中是22℃)，对Tn≤T＜Tn＋1的个别测量线Tn，Tn＋1((图9例中是n＝2，及T2[＝15℃]，T3[＝25℃])进行选择(S2)。
再其次，得到一个EARM≤Eh＜EARM＋1的电压值EARM，EARM＋1。
而且，把电压值EARM，EARM＋1换算成个别测量线Tn，Tn＋1上的瞬时电流值Fb，Fa；FB，FA(S3)。
再其次，通过数据插补运算，从Fb，Fa；FB，FA得到一个与Eh对应的Tn，Tn＋1上的瞬时流量值Fab，FAB。这时。采用下式(1)，(2)(S4)。
Fab＝(Fa-Fb).(Eh-EARM)/(EARM＋1-EARM)＋Fb......(1)FAB＝(FA-FB).(Eh-EARM)/(EARM＋1-EARM)＋FB......(2)最后，通过数据插补运算，从Fab，FAB得到一个与温度T时的Eh对应的瞬时流量值Ft。这时。采用下式(3)(S5)。
Ft＝(Fab-FAB).(t-T3)/(T2-T3)＋FAB......(3)如上所述，通过数据插补运算，得到一个测量时的温度T的瞬时流量值Ft，就可以减少个别测量线的数据容量。而且，由于该流量已经被换算成基准温度(校正值)，因而可以进行测量误差极小的瞬时流量测量。
在CPU中，通过对得到的瞬时流量进行积分，也可以进行获得累计流量值的运算。由显示部分来显示通过以上运算得到的瞬时流量值及累计流量值等的流量输出。还有，通过来自CPU的指令，可以将瞬时流量值及累计流量值存储到适当的存储器中。进而，可以通过由电话线和其它网络构成的通信线路传送到外部去。
在测量煤油的消费量时，从煤油的使用目的来看，希望其测量量尽量是与煤油产生的热量相对应的量。这就意味着，本发明实施方式的流量测量，测量消费量时不是对煤油的体积，而是对该煤油的重量进行更精确测量。
如上所述，如果采用本发明的测量方法及流量计的话，那么，即使被测量流体因温度变化而引起体积变化，也能进行测量误差极小的流量测量。
权利要求
1.一种流量测量方法，使被测量流体在测量流通通路中流通，利用安装在该测量流通通路上的热式流量传感器对上述被测量流体的吸热量与该被测量流体的上述测量流通通路内的流量相对应这一点，由包括上述热式流量传感器而构成的电路，得到与上述测量流通通路内的上述被测量流体的流量相对应的电输出，采用预先制作的测量线，通过换算为与上述流量对应的电输出相对应的流量值，对上述被测量流体的流量进行测量，其特征在于，作为测量线，采用按每一个离散的温度值表示上述电路的电输出和流量关系的多个个别测量线，制作该个别测量线时，作为流量，使用换算成基准温度的流量，在进行温度测量时，根据测量温度和上述多个个别测量线，进行插补运算，得到与测量时温度相对应的校正流量值。
2.根据权利要求1所记载的流量测量方法，其特征在于，上述各个别测量线对于上述电路的电输出的获取值中的不连贯值而作出，进行插补运算后，得到与上述测量时的温度相对应的流量值。
3.根据权利要求1或2所记载的流量测量方法，其特征在于，上述被测量流体是具有分子量互为不同的多种分子的混合物。
4.根据权利要求3所记载的流量测量方法，其特征在于，上述被测量流体是煤油。
5.根据权利要求1～4任意一项所记载的流量测量方法，其特征在于，上述基准温度是在14～16℃范围内的温度。
6.一种热式流量计，其特征在于，具有使被测流体流通的测量流通通路、在该测量流通通路上配置的热式流量传感器、包括该热式流量传感器而构成的流量检测电路、温度检测装置、流量换算电路、和存储装置，在上述存储手段中，对按每一个离散的温度值表示上述流量检测电路的电输出和流量的关系的多个个别测量线进行存储，作为测量线，该个别测量线使用换算成基准温度中的流量作为流量而制成，上述流量换算电路，根据通过上述温度测量手段所测量的温度和上述多个个别测量线，进行插补运算后，得到与测量时温度相对应的校正流量值。
7.根据权利要求6或7所记载的热式流量计，其特征在于，上述热式流量传感器，具有向上述测量流通通路上突出的与上述被测量流体进行热相互作用的散热板。
8.根据权利要求6或7所记载的热式流量计，其特征在于，上述被测量流体，是具有分子量互不相同的多种分子的混合物。
9.根据权利要求8所记载的热式流量计，其特征在于，上述被测量流体是煤油。
10.根据权利要求6～9任意一项所记载的热式流量计，其特征在于，上述基准温度是在14～16℃范围内的温度。
全文摘要
一种流量计，配置包括由安装在使被测量流体流通的测量流体通路上的热式流量传感器(10)构成的流量检测电路、温度传感器电路(12)、流量换算电路、和存储装置EEPROM。在存储装置中按照每一个离散温度值来存储表示流量检测电路的电输出与流量关系的的多个个别测量线，作为测量线。作为流量，该个别测量线使用换算成基准温度中的流量的方法来制作。流量换算电路是以通过温度传感器电路(12)进行测量的温度和多个个别测量线为基础，进行插补运算后，得到对应于测量时的温度的校正流量值。
文档编号G01F1/684GK1443301SQ01812960
公开日2003年9月17日 申请日期2001年8月10日 优先权日2000年8月10日
发明者平泉健一, 小池淳, 宫岛浩光, 山岸喜代志 申请人:三井金属矿业株式会社