专利名称：流量传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及对在流道中流动的流体的流量进行测定的流量传感器。
背景技术：
作为测定流体的流量的流量传感器，公知有如下的热式流量传感器，即，该热式流量传感器对通过流体吸收加热器的热量而引起的功率的变化或电阻的变化进行检测，从而检测流体的流量。例如，将外径为0.5mm左右的毛细管的外周用聚酰亚胺树脂等包覆而使其绝缘，然后在其上，在上游侧和下游侧缠绕设置同样用聚酰亚胺树脂等包覆而绝缘的几十微米左右的线材，来作为加热器兼温度传感器。进而，气体在毛细管内部流动，由此，上游侧的加热器兼温度传感器被气流吸收热量，下游侧的加热器兼温度传感器借助于由气流传送的热量而升温。可以利用该热平衡的偏差来检测流量。此外，专利文献1中记载的流量传感器是将加热器设置于气体在内部流动的管道的表面，并且，在该加热器的上游侧管道表面粘贴由热敏电阻构成的上游侧温度传感器，在下游侧管道表面也粘贴由热敏电阻构成的下游侧温度传感器。并且，加热器、上游侧温度传感器、下游侧温度传感器通过金线与配置在管道附近的陶瓷基板引线接合。此外，在陶瓷基板上设置有多个导线取出用销，通过该销将温度传感器的输出信号取出到外部。
此外，专利文献2中所记载的流量传感器具有传感器管和供该传感器管插入的发热电阻体。并且，该发热电阻体是按照如下的方式形成的，即，将以通常的陶瓷管为基体材料、外周蒸镀有铂的部件通过激光加工或修整(trimming)而切削成螺旋状，从而形成螺纹状的铂图形。并且，在陶瓷管的两端嵌入导电性环。另外，该导电性环起到连接导线的基部的作用。
并且，也公知有如下技术，即，与上述专利文献中所记载的流量传感器不同，利用红外线照相机拍摄发热的金属丝由于气流而导致的冷却状态，由此在视觉上把握发热体附近的气流(例如，参照专利文献3至专利文献6)。
专利文献1日本特许第3424974号公报(第2页，图1)专利文献2日本特开平4-366727号公报(第2-3页，图1)专利文献3日本特开平11-264769号公报(第3-4页，图1)专利文献4日本特开2000-35438号公报(第2-3页，图1)专利文献5日本特开平2-31168号公报(第2-3页，图1)专利文献6日本特开昭63-27766号公报(第1-2页，图1)如上所述，具有将由线圈或薄膜电阻体等构成的加热部和温度检测部紧密结合地形成在构成流道的配管外壁面的情况，但通常都是伴随困难的作业，不易脱离手工阶段，从而批量生产率和产品的均一性差。而且，构成流道的配管通常大多是不锈钢等金属(导电体)，为了将由线圈或金属薄膜电阻体等构成的温度检测部紧密结合地形成在该配管的外壁面，必须在它们之间安装绝缘膜。这种绝缘膜与金属相比，基本上热传导率低的较多，因此，当加厚该绝缘膜的厚度时，热传导变差，温度检测部的灵敏度和响应性降低。另一方面，当减小绝缘膜的厚度时，会产生耐电压变低的问题。并且，温度检测部的内部应力随着绝缘膜自身的时效变化而变化，成为误差的主要原因，或者因情况不同，绝缘膜自身劣化而从配管外壁面剥离，从而也存在不能进行正确的温度测定的情况。
并且，在将热敏电阻等离散型温度传感器用于温度检测部的情况下，也考虑到如下结构，即，将高热传导性的油脂等代替粘接剂介装在温度传感器和管道外周面之间，从而将温度传感器机械地压紧而紧密结合在管道外周面上，但是，油脂自身有可能发生时效变化，或者，因压紧时产生的应力或伴随配管连接部之间的紧固的应力以及配管自身的扭曲，温度传感器的特性也有可能变化，从而难以进行正确的温度测定。
另一方面，由于在树脂制的配管的情况下热传导率差，所以，即使在配管的外壁面紧密结合地形成加热部和温度检测部，也不能进行高精度的温度检测，从而不能进行正确的流量测定。
另外，利用形成在构成流道的外径为0.5mm左右的毛细配管外壁面上的外径为几十微米左右的线圈或图形宽度为几～几十微米左右的薄膜电阻体等进行的电极取出作业在制造上是大的课题，必须要细心注意，以便不会对线圈或薄膜电阻体等造成损伤或施加应力，不会破坏电阻值的平衡，不会使毛细管的热容量增加和破坏热平衡等。
并且，如专利文献1中所记载的流量传感器那样，在将热敏电阻直接粘贴在管道外周面的结构中，必须通过引线接合取出来自热敏电阻的信号，在这种信号取出结构中存在与上述相同的问题和制造上的困难性。
另一方面，为了简化电极取出结构，而形成为专利文献2中所记载的那种特殊的导电性环的结构，即使将由铂箔构成的导线电阻焊接在上述环上，也存在与上述相同的问题和制造上的困难性。
另外，专利文献3至专利文献6中所记载的流量传感器只是通过红外线照相机拍摄发热的金属丝由于气流而导致的放热状态和冷却状态从而在视觉上把握发热体附近的热量变化，不是对用特定的管道形成的流道内的被测定流体的流量定量地进行测定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以非接触的方式对在流道中流动的流体的流量正确地进行测定的流量传感器。
为了解决上述课题，本发明的流量传感器具有加热单元，其将构成流道的配管的外壁面的一部分区域加热或将配管内部的特定区域加热；和温度检测单元，其分别对相对于所述被加热区域为配管的上游侧和下游侧的区域、即将来自所述被加热区域的温度影响作为热能(红外线)而向外部放射的热能放射区域的温度进行测定，并且所述流量传感器对在所述流道中流动的被测定流体的流量进行检测，其特征在于，所述温度检测单元由在所述配管的外壁面附近以与该外壁面非接触的方式配置的上游侧非接触温度检测单元和下游侧非接触温度检测单元构成，各非接触温度检测单元可以以与所述配管的外壁面非接触的方式分别对所述上游侧热能放射区域的温度和下游侧热能放射区域的温度进行测定，根据由所述非接触温度检测单元测定的上游侧热能放射区域的温度和下游侧热能放射区域的温度的温度差或因温度差而产生的输出，对在所述流道中流动的被测定流体的流量进行测定。
由于以非接触的方式对管道内的被测定流体的温度进行测定，所以不会像以往那样，使在将温度传感器直接安装于管道外周面时介装于温度传感器与管道外周面之间的绝缘物劣化，或者使温度传感器受到管道或绝缘物产生的应力的影响，从而可以长时间地进行正确的流量测定。并且，也不需要对安装在管道外周面上的温度传感器进行具有制造上的困难性的电极取出作业。
并且，本发明第二方面所述的流量传感器在第一方面所述的流量传感器中，其特征在于，所述非接触温度检测单元由红外线传感器构成。
例如，热电堆、测辐射热计、热电元件等红外线传感器中存在小型、高性能且廉价的部件，最优选用于流量传感器的温度检测单元中。
并且，本发明第三方面所述的流量传感器在本发明第一或第二方面所述的流量传感器中，其特征在于，吸收从所述被加热区域传来的热量并向外部放射的热能放射单元在形成所述流道的配管的壁面或内部，分别设置在所述上游侧热能放射区域和下游侧热能放射区域。
热能放射单元在配管自身的基础上或代替配管自身将从被加热区域传来的热能向温度检测单元有效地放射，因此，即使在例如管道由树脂材料形成的情况下，也可以正确地测定流量。
并且，本发明第四方面所述的流量传感器在第三方面所述的流量传感器中，其特征在于，所述热能放射单元由配置在构成所述流道的配管的壁面或内部的热传导率高的材质形成。
由于热传导率高，所以容易吸收被加热区域的热量，并可以进行响应性良好的流量测定。
并且，本发明第五方面所述的流量传感器在本发明第一至第四方面的任一方面所述的流量传感器中，其特征在于，被所述非接触温度检测单元以非接触的方式进行温度测定的热能放射区域的至少一部分或热能放射单元的至少一部分为黑色。
黑色部分的放射率大致为1，因此，可提高热量的吸收和放射效率，可进行能量放射区域和放射单元的有效的温度测定，从而实现高精度的流量测定。
并且，本发明第六方面所述的流量传感器在本发明第一至第五方面的任一方面所述的流量传感器中，其特征在于，在所述加热单元和所述非接触温度检测单元之间设置有能量遮蔽单元，该能量遮蔽单元阻止从所述加热单元放射的热能直接向所述非接触温度检测单元传递。
由于从加热单元放射的能量不会直接传递给非接触温度检测单元，所以可以正确地对管道或管道内部的流体的上游侧热能放射区域和下游侧热能放射区域进行正确的温度测定，从而实现高精度的流量测定。
并且，本发明第七方面所述的流量传感器在本发明第一至第六方面的任一方面所述的流量传感器中，其特征在于，所述上游侧非接触温度检测单元和下游侧非接触温度检测单元配置在将各温度检测单元自身的温度维持成两者大致均等的共用部件中。
若各温度检测单元本身的温度产生偏差，则成为流量测定上的误差，但通过将各温度检测单元配置在这种共用部件中，就不会产生这种流量测定上的误差。
并且，本发明第八方面所述的流量传感器在本发明第一至第七方面的任一方面所述的流量传感器中，其特征在于，所述加热单元和非接触温度检测单元都配置在一部分被插入到所述配管的流道中的管座内。
例如在对大口径配管内的被测定流体的流量进行测定的情况下，由于配管的壁厚较厚且热容量大，所以不能给予流量测定所需的热能，或者不能使上游侧热能放射区域和下游侧热能放射区域根据流量而产生温度变化，但通过将加热单元和非接触温度检测单元配置在这种管座内的薄壁部附近，将管座的一部分插入到配管中使其薄壁部分与流体接触，从而能够可靠地进行流量测定。
并且，本发明第九方面所述的流量传感器在本发明第一至第八方面的任一方面所述的流量传感器中，其特征在于，该流量传感器具有壳体，所述壳体将所述被加热区域以及上游侧热能放射区域和下游侧热能放射区域保持为真空或减压状态。
通过将流量测定区域从周围环境气体隔离，从而可以不受周围环境气体干扰来进行正确的温度测定，并可实现高精度的流量测定。
并且，本发明第十方面所述的流量传感器在本发明第一至第九方面的任一方面所述的流量传感器中，其特征在于，该流量传感器具有控制单元，所述控制单元对加热单元进行控制，以使得所述上游侧非接触温度检测单元与下游侧非接触温度检测单元的温度之和或平均值比周围温度始终高出某个值。
由于通过由温度检测单元检测出的温度对加热器自身的温度适当地进行控制，所以不需要加热器自身具有温度传感器的功能，也不需要设置外置的温度传感器，从而设计的自由度变高。
并且，本发明第十一方面所述的流量传感器在本发明第一至第十方面的任一方面所述的流量传感器中，其特征在于，该流量传感器还具有补偿单元，所述补偿单元通过从由所述加热单元加热时的所述非接触温度检测单元得到的输出中减去由停止了所述加热单元加热的状态下的所述非接触温度检测单元得到的输出，来进行代用零点补偿。
即使在停止被测定流体的流动而不能进行零点(流量为零时的输出)校正的情况下，也可以通过该代用零点补偿对由非接触温度检测单元的时效变化等引起的零点的偏差进行补偿，从而可以维持检测精度。
图1是示意地表示本发明的一个实施方式所涉及的流量传感器的俯视图。
图2是示意地表示图1所示的流量传感器的第一变形例的侧视图，是沿着流道以剖面表示基座和基片的图。
图3是示意地表示图1所示的流量传感器的第二变形例的俯视图。
图4是表示图1所示的流量传感器的第三变形例的示意结构图，是将配管、热能吸收部件以及热能放射部件以沿着管道长度方向的剖面状态进行表示的图(图4(a))、以及与图4(a)对应地将配管沿着管道端面方向以剖面状态进行表示的图(图4(b))。
图5是表示图1所示的流量传感器的第四变形例的示意结构图，是将配管、热能吸收部件以及热能放射部件以沿着管道长度方向的剖面状态进行表示的图(图5(a))、以及与图5(a)对应地将配管沿着管道端面方向以剖面状态进行表示的图(图5(b))。
图6是示意地表示图1所示的流量传感器的第五变形例的俯视图。
图7是表示图1所示的流量传感器的第六变形例的示意结构图，是在从管道上方将基座部件剖开的状态下表示的俯视图(图7(a))、以及与图7(a)对应地从管道侧方表示的侧视图(图7(b))。
图8是表示图1所示的流量传感器的第七变形例的示意结构图，是沿着管道长度方向以剖面状态表示各结构要素的俯视图。
图9是表示图1所示的流量传感器的第八变形例的示意结构图，是以剖面状态仅表示加热器和红外线检测传感器的支撑部件的俯视图。
图10是本发明的一个实施方式所涉及的流量传感器的控制运算部的输出电路的示意结构图(图10(a))、关于图10(a)的变形例的控制运算部的输出电路的示意结构图(图10(b))、以及关于图10(a)的另一变形例的控制运算部的输出电路的示意结构图(图10(c))。
具体实施例方式
下面，根据附图，对本发明的一个实施方式所涉及的流量传感器进行说明。如图1所示，本发明的一个实施方式所涉及的流量传感器1具有加热器(加热单元)11，其安装在构成流道的配管100的一部分上，对配管外壁面的一部分进行加热；红外线检测传感器(非接触温度传感器)12、13，它们以非接触的方式分别对配管100的被加热器1 1加热的部分的上游侧配管101和下游侧配管102的外壁面部分的温度进行测定；以及控制运算部15，其控制加热器11的发热量，并且根据红外线检测传感器12、13的上游侧红外线检测传感器12和下游侧红外线传感器13的温度差求出在配管100中流动的流体的流量。
另外，供被测定流体流动的配管100例如由金属的管道构成，加热器11由用绝缘材料包覆的线圈或薄膜电阻体等的电阻体构成。另外，加热器11在为线圈的情况下，缠绕在管道外壁面的预定位置，在为薄膜电阻体的情况下，隔着绝缘体层形成在管道外壁面的预定位置。
红外线检测传感器12、13由使用了热电堆、测辐射热计、热电元件等的非接触温度传感器构成，对相对于由加热器11加热的区域为配管的上游侧和下游侧的区域、即将来自被加热部的温度影响作为热能而向外部放射的热能放射区域的温度进行测定。即，利用上游侧红外线检测传感器12检测从加热器11在配管100和流体中传递并从配管的上游侧热能放射区域100U向外部作为红外线而放射的热能，利用下游侧红外线检测传感器13检测从加热器11在配管100和流体中传递并从配管的下游侧热能放射区域100D向外部作为红外线而放射的热能。
另外，热电堆、测辐射热计、热电元件都是利用向感热部射入红外线而引起的温度上升来检测红外线的热型传感器，热电堆和测辐射热计通常使用采用微细加工技术制作的薄膜型部件。热电堆作为感热部，是将利用由不同导体的接合部的温度引起的接触电位的变化、所谓塞贝克效应的多个热电偶串联连接的红外线传感器，不需要偏压，可以直接得到DC电压输出，传感器的阻抗也低，因此与其他传感器相比，结构和信号处理简单。测辐射热计是利用由金属或半导体等感热材料的阻抗成分的温度引起的变化的红外线传感器。热电元件作为感热部，是利用强电介体材料所具有的自发极化的温度依赖性的红外线传感器，与其他两个不同，是仅在通过入射红外线而产生温度变化时输出的微分型。因而，为了得到连续输出，需要使红外线间歇的遮光器或快门机构。
并且，控制运算部15对加热器11进行控制，以使得根据上游侧红外线检测传感器12和下游侧红外线检测传感器13的输出所求出的温度之和或平均值比周围温度始终高出某个值。由此，加热器自身不具有特别的温度检测功能，而是可以对加热器11进行控制，以使得被加热的配管外壁面的一部分、即被加热区域的温度比周围温度始终高出某个值，从而提高加热器设计的自由度。在这里，周围温度由另外设置的温度传感器测定，优选测量被测定流体的温度，但有时也可以用配管温度或其周围的环境气体温度来代替。并且，在使用温度范围窄的情况和另外进行温度特性的补偿的情况下，对于加热器的控制也可以不使用周围温度，可以利用恒定电压、恒定电流、恒定功率等使加热器动作。另外，也可以使加热器自身具有温度检测功能，由此对加热器11进行控制，以使得被加热的配管外壁面的一部分、即被加热区域的温度比周围温度始终高出某个值。并且，也可以使被加热器加热的部分的管壁附近另外具有由红外线检测传感器构成的非接触温度检测功能。并且，在控制运算部15中，利用上游侧红外线检测传感器12和下游侧红外线检测传感器13来构成电桥电路等例如图10(a)、(b)、(c)所示的电路。并且，因加热器11的驱动而产生的被加热区域的热量通过配管和流体传递给上游侧热能放射区域100U和下游侧热能放射区域100D，由于伴随被测定流体的流动的强制对流(热传递)，上游侧热能放射区域100U的温度和下游侧热能放射区域100D的温度变得不同(上游侧的温度低)，将这些温度分别利用上游侧红外线检测传感器12和下游侧红外线检测传感器13检测出来，将这种上游侧热能放射区域100U和下游侧热能放射区域100D的温度差在具有上述电桥电路等的控制运算部15中作为被测定流体的流量而检测出来。图10(b)是使用热电堆12S、13S作为红外线检测传感器12、13的电路的一例，两个热电堆12S、13S的输出电压的极性以相反的方式连接。因而，在没有流量时，即由两个热电堆12S、13S检测出的温度相等时，输出电压相互抵消而成为零，在有流量时，即由两个热电堆12S、13S检测出的温度存在差异时，产生与此对应的输出电压。另外，也可以代替构成这种电路等，而用控制运算部运算上游侧红外线检测传感器的输出和下游侧红外线检测传感器的输出来求出流量。
另外，可通过预先检验和测定流量与上述温度差或以温度差为起因而产生的输出之间的关系来进行流量测定。
并且，图10(c)是使用测辐射热计12B、13B作为红外线检测传感器12、13的电路的一例。即使使用测辐射热计，也可以构成具有与图10(a)、(b)所示的电路同等功能的电路。
由于具有这样的结构，从而可以以非接触的方式检测管道内的被测定流体的流量，因此，不会像以往那样，使在将温度传感器安装于管道外周面时介装于温度传感器与管道外周面之间的绝缘物劣化，或者使温度传感器受到来自绝缘物或配管的应力的影响。并且，也不需要为了从安装在管道上的温度传感器取出输出而进行麻烦且伴随制造上的困难性的电极取出作业。其结果是，安装作业变得容易且可长时间地进行正确的流量测定。
接着，根据附图对上述实施方式所涉及的流量传感器的各种变形例进行说明。另外，关于所涉及的变形例，对与上述实施方式相同的结构标以对应的标号并省略详细的说明。此外，在图7至图9中，省略控制运算部的图示。
首先，对本实施方式的第一变形例进行说明。所涉及的第一变形例是与日本特开2003-329697号公报中所记载的流量传感器在结构上相关联的流量传感器。
如图2所示，第一变形例所涉及的流量传感器2具备基座210；和基片(chip)220，其覆盖在基座上且具有形成流道的一部分的凹进部220a。并且，与基片220的凹进部220a一起形成被测定流体的流道的第一流道221和第二流道222相对于基片220的凹进部底面垂直地形成在该流量传感器2的基座210中。另外，基片220例如可以由板厚较薄的不锈钢板形成，在该基片220的流道侧的相反侧面形成有电绝缘膜，在其上表面的大致中央部分形成有由铂图形构成的加热器(加热单元)21。此外，在加热器21上适当形成有电极焊盘或配线用金属薄膜。并且，在加热器21的流道上游侧和流道下游侧，与基片上表面隔开一定间隔配置有流体的流量测定用的上游侧红外线检测传感器22和下游侧红外线检测传感器23。另外，上游侧红外线检测传感器(非接触温度检测单元)22和下游侧红外线检测传感器(非接触温度检测单元)23与上述实施方式相同，由使用了热电堆、测辐射热计、热电元件等的非接触温度传感器构成，以与基片的上表面非接触的方式分别对基片220的上游侧热能放射区域220U的温度和下游侧热能放射区域220D的温度进行测定。
并且，在这种流量传感器2中，加热器21的热量在基片220的薄壁部和流体中传递，并大致均等地传递给基片220的上游侧热能放射区域220U和下游侧热能放射区域220D，但由于被测定流体在流道中流动，从而对应于流量而产生因强制对流进行的热传递，从而在上游侧红外线检测传感器22的检测温度和下游侧红外线检测传感器23的检测温度之间产生温度差。并且，在控制运算部25中运算该温度差，来对流量进行测定。另外，通过这样将厚度较薄的不锈钢板用于基片220，并且将加热器21和红外线检测传感器22、23的配置侧的相反侧形成为流道，从而即使被测定流体是腐蚀性流体，也可以长时间地进行流量测定。
即使是这样的结构，也可以以非接触的方式检测出表示与管道内的被测定流体的温度成比例的温度的、基片220的薄壁部的壁面温度，因此，不会像以往那样，使在将温度传感器安装于管道外周面时介装于温度传感器与管道外周面之间的绝缘物劣化，或者使温度传感器受到来自在管道或绝缘物上产生的应力的影响。并且，也不需要为了从安装在管道上的温度传感器取出输出而进行麻烦且伴随制造上的困难性的电极取出作业。其结果是，安装作业变得容易且可长时间地进行正确的流量测定。
接着，对本实施方式所涉及的流量传感器的第二变形例进行说明。如图3所示，该第二变形例所涉及的流量传感器3具备加热器(加热单元)31，其与配管外壁面离开一定距离以非接触方式配置，并且对配管外壁面的一部分进行加热；红外线检测传感器(非接触温度检测单元)32、33，它们以与该配管外壁面非接触的方式配置在该被加热的部分的上游侧和下游侧的配管外壁面部分附近，分别对这些部分的温度进行测定；以及控制运算部35，其对加热器31进行控制，并且，根据红外线检测传感器32、33的上游侧红外线检测传感器32和下游侧红外线检测传感器33的温度差求出在配管中流动的被测定流体的流量。
另外，加热器31形成在配管外壁面附近，由能量发生体(放射体)构成，并且能够以非接触方式向配管外壁面供给能量并将其一部分作为被加热区域300H而加热，具体而言，加热器31可使用激光器、电磁线圈、红外线发生器、微波发生器等。
并且，红外线检测传感器32、33与上述实施方式及其变形例相同，由使用了热电堆、测辐射热计、热电元件等的非接触温度传感器构成，位于配管外壁面附近，并以非接触的方式配置在形成于由加热器31加热的配管300的被加热区域300H的上游侧的上游侧热能放射区域300U和形成于下游侧的下游侧热能放射区域300D，能够以非接触的方式分别对这些部分的温度进行测定。
在该第二变形例所涉及的流量传感器3中，不需要将加热器31以与配管300接触的状态进行配置，因此，可以将由加热器31、上游侧红外线检测传感器32、下游侧红外线检测传感器33以及控制运算部35构成的流量传感器自身以与配管300完全非接触的方式进行配置，从而可以实现可对应于各种管径的通用化的流量传感器。此外，不仅红外线检测传感器32、33，而且加热器31也可以省略麻烦且具有制造上的困难性的电极取出作业。
接着，对本实施方式的第三变形例进行说明。如图4所示，该第三变形例所涉及的流量传感器4在图3所示的第二变形例的基础上，在配管400的壁面具有能量吸收部件401，该能量吸收部件401有效地吸收从加热器41放射的能量并发热。另外，在本变形例的情况下，该能量吸收部件401由金属板构成，其一部分紧密结合在配管400的壁面上。
并且，在配管400的由加热器41加热的被加热区域的上游侧和下游侧，在上游侧能量放射区域400U和下游侧能量放射区域400D的壁面上，具有由金属板构成的温度测定用的能量放射部件402、403。并且，能量吸收部件401吸收来自加热器41的放射能量而发热，能量放射部件402、403吸收从能量吸收部件401经由配管和流体传递的热量，并将该热能朝向红外线检测传感器42、43有效地放射。
另外，以非接触方式被加热的能量吸收部件401和以非接触方式被进行温度测定的能量放射部件402、403的全部或一部分优选为黑色。这样，成为黑色的部分的放射率大致为1，因此，受热性和放热性优异，从而能够灵敏度和响应性良好地测定流量。并且，能量吸收部件和能量放射部件只要是热传导性优异的材质即可，也可以用陶瓷和蓝宝石(sapphire)来代替金属板。这样，通过将能量吸收部件401和能量放射部件402、403设置在配管外周面，即使配管400是直径较小的细管，也可以有效地吸收来自加热器41的能量，并且，可以可靠地向红外线检测传感器42、43放射热能。
接着，对本实施方式的第四变形例进行说明。如图5所示，该第四变形例所涉及的流量传感器5在图3所示的第二变形例的基础上，在配管的内部具有能量吸收部件501，该能量吸收部件501有效地吸收从加热器51放射的能量并发热。并且，能量放射部件502、503在配管内部配置成，位于配管内被加热部的上游侧和下游侧，并且形成上游侧能量放射区域500U和下游侧能量放射区域500D。并且，该能量吸收部件501、能量放射部件502、503在本变形例的情况下，可以由不锈钢等具有耐蚀性的金属、陶瓷或蓝宝石等板材形成。
该第四变形例所涉及的流量传感器特别地应用于被测定流体为液体的情况，并安装于由容易使红外线通过的树脂形成的配管500上。对于这种树脂制的配管500，配管自身的热传导性低，因此难以直接对配管自身进行加热，从而，来自加热器51的热量在配管500和流体中传递，难以形成上游侧能量放射区域和下游侧能量放射区域，但由于具备这种能量吸收部件501和能量放射部件502、503，从而通过能量吸收部件501直接对被测定流体进行加热，同时，热量从被测定流体传递到配置于被加热区域的配管上游侧的能量放射部件502，该部分成为上游侧热能放射区域500U。同样，配置在被加热部的配管下游侧的能量放射部件503成为下游侧能量放射区域500D。由此，可以穿过配管500的管壁来测定配管内部的被测定流体的温度，即使是树脂制的配管500，也可以正确地对被测定流体的流量进行测定。并且，能量吸收部件501、能量放射部件502、503可以由不锈钢等具有耐蚀性的金属、陶瓷或蓝宝石等形成，因此，即使被测定流体是酸或碱等腐蚀性液体，也可以长时间地对流量进行测定。
树脂配管的红外线透射性由材质和厚度决定，材质为聚乙烯、聚丙稀、聚酯等容易透射，厚度较薄容易透射。另外，在耐蚀性方面，优选特氟龙(注册商标)等。
另外，能量吸收部件501、能量放射部件502、503的全部或一部分与上述第三变形例相同，优选为黑色。这样，成为黑色的部分的放射率大致为1，因此，受热性和放热性优异，从而能够灵敏度和响应性良好地对流量进行测定。
接着，对本实施方式的第五变形例进行说明。如图6所示，该第五变形例所涉及的流量传感器6在图3所示的第二变形例所涉及的流量传感器3的结构的基础上，在加热器61和红外线检测传感器62、63之间具备能量遮蔽板68、69，以使得来自非接触加热单元即加热器61的放射能量不会直接或反射后入射到红外线检测传感器62、63上。由此，来自加热器61的放射能量不会直接传递到红外线检测传感器62、63上，从而可进行配管600或配管600内部的流体的上游侧热能放射区域600U和下游侧热能放射区域600D的正确的温度测定，可以进行配管内的被测定流体的正确的流量测定。
接着，对本实施方式的第六变形例进行说明。如图7所示，该第六变形例所涉及的流量传感器7在图3所示的第二变形例涉及的流量传感器3的结构的基础上，具有跨越配管长度方向与配管700以非接触的方式进行配置的细长的基座部件710。基座部件710由热传导良好的例如铜和铝等金属或陶瓷等构成，并且该基座部件710的热容量大，基座部件的整体大致保持在均等的温度。另外，加热器71与基座部件710隔开一定间隔配置在形成于基座部件710的大致中央部的贯通孔内，加热器71的热量不会直接传递给基座部件710。并且，各红外线检测传感器72、73分别配置在基座部件710的两端附近。
当各红外线检测传感器自身的温度互相存在偏差时，成为流量测定上的误差，但通过经由基座部件710使红外线检测传感器自身的温度一致，从而不会产生这种不良情况，可以进行正确的流量测定。
另外，即使与本变形例不同，将加热器71配置在与基座部件710不同的地方来对配管700的一部分进行加热，也可以得到相同的效果。
接着，对本实施方式的第七变形例进行说明。如图8所示，该第七变形例所涉及的流量传感器8具有一部分与配管内的被测定流体接触的管座(header)810，加热器81和红外线检测传感器82、83接近与被测定流体接触的管座的薄壁部而配置在管座内。管座的薄壁部在配管内部突出设置或者设置成与管壁处于相同高度，并与被测定流体接触。上游侧红外线检测传感器82、下游侧红外线检测传感器83配置在管座内部的基座部件811上，并与管座810的薄壁状的流体接触部隔开一定空间。通过这种结构，上游侧红外线检测传感器82和下游侧红外线检测传感器83也可以以非接触的方式对管座薄壁部的上游侧能量放射区域800U和下游侧能量放射区域800D的温度进行测定。在本变形例的情况下，例如可以将流量传感器8作为一个单元简单地安装到大口径的配管上。由此，即使是管壁的热容量大的大口径的配管，在管座810的热容量小的薄壁部，也可以灵敏度和响应性较好地对为了进行上述测量而在配管内流动的被测定流体的流量进行测定。
接着，对本实施方式的第八变形例进行说明。如图9所示，该第八变形例所涉及的流量传感器9具有加热器91；上游侧红外线检测传感器92；下游侧红外线检测传感器93；以及壳体910，该壳体910具有将配管900的被加热区域、上游侧热能放射区域900U和下游侧热能放射区域900D保持为真空或减压状态的空腔911。利用这种结构，将包括这些构成要素在内的测定区域与周围环境气体隔离，由此，不会受到因周围环境气体引起的对流和红外线吸收等的干扰，而可以进行正确的温度测定。并且，由于测定部绝热，所以可以进行灵敏度和响应性良好的流量测定。
如以上说明的那样，本发明所涉及的流量传感器不需要通常所进行的那种在配管外周面形成聚酰亚胺等绝缘膜并卷绕线材的手工作业。由此，线圈不会受到因形成于配管外周面的绝缘膜的时效变化而产生的应力变化和施加给配管的应力的影响等，从而可以长时间地进行正确的流量测定。并且，也不存在将以往的薄膜电阻体形成在配管外周面时那样的制造上的大的困难，也不会受到由薄膜电阻体自身施加给配管的应力引起的翘曲的影响。
并且，在像以往那样将热敏电阻安装于配管外周面的情况下，由于热敏电阻自身的尺寸较大且热容量大，所以在细的配管的情况下进行流量测定较困难，但在本发明所涉及的流量传感器的情况下，即使是这种细的配管，也可以进行流量测定。
并且，在将薄膜电阻体等安装于配管外周面之后，不需要进行伴随制造上的困难性的从管壁面取出电极的电极取出作业。
并且，在管由树脂形成的情况下也可以进行流量测定。
并且，根据本发明所涉及的流量传感器，可以正确地对在各种管道中流动的被测定流体的流量进行测定。
另外，当配管使用特氟龙(注册商标)等而使酸或碱等腐蚀性液体流过的情况下，优选不是将金属而是将陶瓷、蓝宝石等用于配管内部的热能吸收部件和能量放射部件。
并且，本发明所涉及的流量传感器只要具有对某特定部位的被测定流体进行加热的加热单元即可，加热单元既可以与管道接触，也可以不与管道接触。作为以非接触方式对管道进行加热的方法，可以采用如下方法对配管照射半导体激光器等的激光和红外线或微波等，或者利用电磁线圈产生的电磁感应对设置于该金属配管或树脂管内的金属板进行加热。并且，设置于被照射激光、红外线等的配管壁面部分、配管外壁或树脂管内的能量吸收板的受光面优选为黑色。
并且，优选上述流量传感器的测定部整体、特别是能量放射区域或能量放射单元以及非接触温度检测单元(红外线检测传感器)的周围被构成为温度与周围温度大致相等或成为预定的均等温度的部件包围，以免给由非接触温度检测单元(红外线检测传感器)进行的温度测定带来干扰。
另外，本发明所涉及的流量传感器如上述实施方式中记载的那样，不限于对被测定流体的流量进行测定，当然也可以测定流速。
并且，在上述实施方式及其各种变形例所涉及的流量传感器中，优选的是，还具有补偿单元，该补偿单元通过从由加热器(加热单元)加热时的红外线检测传感器(非接触温度检测单元)得到的输出减去由停止了加热器加热的状态下的红外线检测传感器得到的输出，来进行代用零点补偿。
具体而言，从通常的对加热器进行加热的状态下的红外线检测传感器所得到并暂时存储的输出中减去将作为加热单元的加热器关闭并经过一段时间之后上游侧和下游侧的红外线检测传感器的输出处于稳定状态下的输出(代用零点输出)，由此进行代用零点补偿。并且，按预定的周期反复进行该动作，将由该动作得到的输出差作为流量输出。由于具备这种代用零点补偿单元，所以即使在为了特别地进行零点补偿而停止被测定流体的流动导致不能进行零点(流量为零时的输出)校正的情况下，也可以通过该补偿单元进行的代用零点补偿对由红外线检测传感器等非接触温度检测单元的时效变化等引起的零点偏差进行补偿，从而可以维持检测精度。另外，在上述代用零点补偿中，由于与加热器开启、流量为零时的上游侧和下游侧的红外线检测传感器正确地检测出的温度(输出)不同，所以不能进行完全的补偿，但在非接触温度检测单元的时效变化等较大的情况下可以得到显著的效果。
并且，预先存储初始的代用零点输出(关闭加热器的状态下的上游侧和下游侧的红外线检测传感器的输出)，在使用的状态下定期地关闭加热器来求出该代用零点输出，并将其与初始的值进行比较，由此可以检验非接触温度检测单元的时效变化等，也可以根据该偏差量(通过运算)对零点的偏差进行补偿。基于该方法的代用零点补偿只要例如一年适当地进行一次或数次即可。
权利要求
1.一种流量传感器，该流量传感器具有加热单元，其将构成流道的配管的外壁面的一部分区域加热或将配管内部的特定区域加热；和温度检测单元，其分别对相对于所述被加热区域为配管的上游侧和下游侧的区域、即将来自所述被加热区域的温度影响作为热能而向外部放射的热能放射区域的温度进行测定，所述流量传感器对在所述流道中流动的被测定流体的流量进行检测，其特征在于，所述温度检测单元由在所述配管的外壁面附近以与该外壁面非接触的方式配置的上游侧非接触温度检测单元和下游侧非接触温度检测单元构成，各非接触温度检测单元可以以与所述配管的外壁面非接触的方式分别对所述上游侧热能放射区域的温度和下游侧热能放射区域的温度进行测定，根据由所述非接触温度检测单元测定的上游侧热能放射区域的温度和下游侧热能放射区域的温度的温度差或因温度差而产生的输出，对在所述流道中流动的被测定流体的流量进行测定。
2.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，所述非接触温度检测单元由红外线传感器构成。
3.根据权利要求1或2所述的流量传感器，其特征在于，吸收从所述被加热区域传来的热量并向外部放射的热能放射单元在形成所述流道的配管的壁面或内部，分别设置在所述上游侧热能放射区域和下游侧热能放射区域。
4.根据权利要求3所述的流量传感器，其特征在于，所述热能放射单元由配置在构成所述流道的配管的壁面或内部的热传导率高的材质形成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的流量传感器，其特征在于，被所述非接触温度检测单元以非接触的方式进行温度测定的热能放射区域的至少一部分或热能放射单元的至少一部分为黑色。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的流量传感器，其特征在于，在所述加热单元和所述非接触温度检测单元之间设置有能量遮蔽单元，该能量遮蔽单元阻止从所述加热单元放射的热能直接向所述非接触温度检测单元传递。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的流量传感器，其特征在于，所述上游侧非接触温度检测单元和下游侧非接触温度检测单元配置在将各温度检测单元自身的温度维持成两者大致均等的共用部件中。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的流量传感器，其特征在于，所述加热单元和非接触温度检测单元都配置在一部分被插入到所述配管的流道中的管座内。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的流量传感器，其特征在于，该流量传感器具有壳体，所述壳体将所述被加热区域以及上游侧热能放射区域和下游侧热能放射区域保持为真空或减压状态。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的流量传感器，其特征在于，该流量传感器具有控制单元，所述控制单元对加热单元进行控制，以使得所述上游侧非接触温度检测单元与下游侧非接触温度检测单元的温度之和或平均值比周围温度始终高出某个值。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的流量传感器，其特征在于，该流量传感器还具有补偿单元，所述补偿单元通过从由所述加热单元加热时的所述非接触温度检测单元得到的输出中减去由停止了所述加热单元加热的状态下的所述非接触温度检测单元得到的输出，来进行代用零点补偿。
全文摘要
本发明提供一种流量传感器，该流量传感器具有加热单元(11)，其将构成流道的配管的外壁面的一部分区域加热或将配管内部的特定区域加热；和温度检测单元，其对相对于被加热区域为配管的上游侧和下游侧的区域、即将来自被加热区域的温度影响作为热能(红外线)而向外部放射的区域的温度进行测定，温度检测单元由在配管的外壁面附近以与外壁面非接触的方式配置的上游侧非接触温度检测单元(12)和下游侧非接触温度检测单元(13)构成，各温度检测单元可以以与配管的外壁面非接触的方式分别对上游侧热能放射区域的温度和下游侧热能放射区域的温度进行测定，根据由非接触温度检测单元测定的上游侧热能放射区域的温度和下游侧热能放射区域的温度的温度差或因温度差而产生的输出，对在流道中流动的被测定流体的流量进行测定。
文档编号G01F1/68GK101014834SQ20058003001
公开日2007年8月8日 申请日期2005年8月30日 优先权日2004年9月7日
发明者上运天昭司, 中野正志 申请人:株式会社山武