JP7248455B2

JP7248455B2 - 熱式流量計および流量補正方法

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Publication number: JP7248455B2
Application number: JP2019038315A
Authority: JP
Inventors: 吉夫山崎
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Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
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Description

本発明は、配管の上流と下流の２点で流体の温度を測定して、２点間の温度差が所定の値になるようにヒータを制御して、ヒータに印加する電力から流体の流量を算出する熱式流量計に関するものである。

熱式流量計は、ヒータ温度を水温に対し、プラス１０℃など一定温度に加温駆動で動作させ、上下流の温度差又はヒータの電力から、流量を算出する方式が一般的である。センサ出力は、流体の熱伝導率、比熱、密度、粘度等の物性値により変化することが知られている（特許文献１参照）。

図２１は、ヒータの消費電力から流体の流量を測定する熱式流量計の原理を説明する図である。図２１に示す熱式流量計の方式では、測定対象の流体を流通させる配管１００に水温センサ１０１とヒータ１０２とを配設し、ヒータ１０２の温度ＴＲｈと水温センサ１０１の温度ＴＲｒとの差（ＴＲｈ－ＴＲｒ）が一定になるようにヒータ１０２を発熱させる。このとき、流体の流量Ｑはヒータ１０２の消費電力Ｐと再現性のある相関があるため、消費電力Ｐから流量Ｑを算出することができる。
ヒータ消費電力Ｐ（ｍＷ）は、簡易的には以下の式で表されることが知られている。

式（１）において、Ａ，Ｂは配管の形状、流体の熱伝導率、流体の密度、流体の粘度、流体の比熱等から決まる定数、μ（ｍＬ／ｍｉｎ）は流量、ΔＴ（℃）はヒータ１０２の加熱温度である。ヒータ消費電力Ｐと流量Ｑとの関係の１例を図２２に示す。
式（１）における定数Ａ，Ｂは流体の熱伝導率等により変化するため、図２３に示すように流体の種類によってヒータ消費電力Ｐと流体の流量Ｑとの関係が変化する。図２３の例では、流体の種類を、水、過酸化水素(１０％）、硫酸（１０％）、過酸化水素(３０％）、硫酸（３０％）、アンモニア(１００％）、硫酸（６０％）、過酸化水素(５０％）、硫酸（９８％）、イソプロピルアルコールとした。このように、流体の種類によってヒータ消費電力Ｐと流体の流量Ｑとの関係が変化するため、流量計使用者は、事前に測定する流体の種類を流量計に設定する必要があった。

しかしながら、設定後に流体の種類が変化してしまったり、流体の種類が不明であったりする場合、ヒータ消費電力Ｐを流量Ｑに精度良く変換することができなくなり、流量測定に誤差が生じるという問題点があった。

図２４は、測定する流体の種類を水（Ｈ₂Ｏ）とする設定後に各種の流体を配管に流通させた場合の熱式流量計の流量出力と真の流量との関係を示す図である。図２４によれば、設定後に流体の種類が変化すると、熱式流量計の流量出力に誤差が生じることが分かる。

特開平１１－１３２８１２号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、配管を流通する流体の種類が変わった場合でも精度良く流量測定することができる熱式流量計および流量補正方法を提供することを目的とする。

本発明の熱式流量計は、測定対象の流体を流通させるように構成された配管と、前記配管に配設され、前記流体の第１の温度を検出するように構成された測温素子と、前記測温素子よりも下流側の前記配管の箇所に配設され、前記流体の第２の温度を検出するように構成された発熱・測温素子と、前記第２の温度が前記第１の温度よりも一定値だけ高くなるように電力を供給して前記発熱・測温素子を発熱させるように構成された制御部と、前記発熱・測温素子の消費電力を測定するように構成された電力測定部と、この電力測定部によって測定された消費電力を前記測定対象の流体の流量の値に変換するように構成された流量導出部と、この流量導出部によって導出された流量の値を、予め設定された補正係数を用いて補正するように構成された流量補正部と、前記配管内が基準の流体で満たされ、この基準の流体の流れが停止しているときの前記消費電力の値を第１のゼロ点消費電力として予め記憶するように構成された記憶部と、前記配管内の測定対象の流体の流れが停止しているときに前記電力測定部によって測定された消費電力である第２のゼロ点消費電力と前記第１のゼロ点消費電力とに基づいてゼロ点電力比を算出するように構成されたゼロ点電力比算出部と、前記ゼロ点電力比に基づいて前記補正係数を算出して前記流量補正部に設定するように構成された設定部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の熱式流量計の１構成例において、前記流量導出部は、前記電力測定部によって測定された消費電力を、予め設定された流量変換式または流量変換テーブルを用いて前記測定対象の流体の流量の値に変換し、前記流量変換式または流量変換テーブルは、前記基準の流体用に予め調整されていることを特徴とするものである。
また、本発明の熱式流量計の１構成例において、前記ゼロ点電力比算出部は、前記測定対象の流体の流れが停止していることを示す停水状態信号が入力されたときに、前記記憶部に記憶された第１のゼロ点消費電力の値と前記電力測定部によって測定された第２のゼロ点消費電力の値とを取得し、この第１のゼロ点消費電力と第２のゼロ点消費電力とに基づいてゼロ点電力比を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の熱式流量計の１構成例において、前記ゼロ点電力比算出部は、前記第１のゼロ点消費電力をＺｅｒｏ＿Ｗ、前記第２のゼロ点消費電力をＺｅｒｏ＿Ｆとしたとき、（Ｚｅｒｏ＿Ｆ－Ｚｅｒｏ＿Ｗ）／Ｚｅｒｏ＿ＷまたはＺｅｒｏ＿Ｆ／Ｚｅｒｏ＿Ｗにより前記ゼロ点電力比を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の熱式流量計の１構成例において、前記設定部は、前記ゼロ点電力比から所定の３次式により前記補正係数を算出することを特徴とするものである。

また、本発明は、測定対象の流体を流通させる配管と、前記配管に配設され、前記測定対象の流体の第１の温度を検出する測温素子と、前記測温素子よりも下流側の前記配管の箇所に配設され、前記測定対象の流体の第２の温度を検出する発熱・測温素子とを備えた熱式流量計の流量補正方法において、前記第２の温度が前記第１の温度よりも一定値だけ高くなるように電力を供給して前記発熱・測温素子を発熱させる第１のステップと、前記発熱・測温素子の消費電力を測定する第２のステップと、この第２のステップで測定した消費電力を前記測定対象の流体の流量の値に変換する第３のステップと、この第３のステップで導出した流量の値を、予め設定された補正係数を用いて補正する第４のステップと、前記配管内が基準の流体で満たされ、この基準の流体の流れが停止しているときの前記消費電力である第１のゼロ点消費電力の値を記憶部から取得し、前記配管内の測定対象の流体の流れが停止しているときに前記第２のステップで測定した消費電力である第２のゼロ点消費電力と前記第１のゼロ点消費電力とに基づいてゼロ点電力比を算出する第５のステップと、前記ゼロ点電力比に基づいて前記補正係数を算出して、前記第４のステップで用いる補正係数として設定する第６のステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、ゼロ点電力比を算出し、このゼロ点電力比から補正係数を算出することにより、測定精度に対する熱式流量計毎のばらつきの影響を抑えることができ、配管を流通する流体の種類が変わった場合でも、精度良く流量測定することができる。また、本発明では、設定部が補正係数を自動的に設定するので、熱式流量計の使用者は、最初に流体を流す場合、流体の種類を変えた場合あるいは流体の種類が変わったと思われる場合に、流体の流れを停止させるだけで容易に熱式流量計の設定を行うことができる。

図１は、各種の流体を配管に流通させた場合のヒータ消費電力－流量特性のゼロ点付近を拡大した図である。図２は、測定する流体が水の場合の流量変換式または流量変換テーブルを設定した後に各種の流体を配管に流通させた場合の熱式流量計の流量出力と真の流量との関係を示す図である。図３は、先願の熱式流量計の流量出力と真の流量との関係を示す図である。図４は、本発明の熱式流量計の原理を説明する図である。図５は、第１の流体を３台の熱式流量計の配管に流通させた場合のヒータ消費電力と流体の流量との関係を示す図である。図６は、図５のヒータ消費電力－流量特性のゼロ点付近を拡大した図である。図７は、第２の流体を３台の熱式流量計の配管に流通させた場合のヒータ消費電力と流体の流量との関係を示す図である。図８は、図７のヒータ消費電力－流量特性のゼロ点付近を拡大した図である。図９は、第３の流体を３台の熱式流量計の配管に流通させた場合のヒータ消費電力と流体の流量との関係を示す図である。図１０は、図９のヒータ消費電力－流量特性のゼロ点付近を拡大した図である。図１１は、第４の流体を３台の熱式流量計の配管に流通させた場合のヒータ消費電力と流体の流量との関係を示す図である。図１２は、図１１のヒータ消費電力－流量特性のゼロ点付近を拡大した図である。図１３は、第１の流体用に調整された流量変換式または流量変換テーブルを設定した後に第１～第４の流体を配管に流通させた場合の熱式流量計の流量出力と真の流量との関係を示す図である。図１４は、補正係数とゼロ点のヒータ消費電力との関係を示す図である。図１５は、ゼロ点電力比と補正係数との関係を示す図である。図１６は、本発明の実施例に係る熱式流量計の構成を示すブロック図である。図１７は、本発明の実施例に係る熱式流量計の温度取得部と制御演算部と電力調整器の動作を説明するフローチャートである。図１８は、本発明の実施例に係る熱式流量計の電力測定部と流量導出部と流量補正部の動作を説明するフローチャートである。図１９は、本発明の実施例に係る熱式流量計のゼロ点電力比算出部と設定部の動作を説明するフローチャートである。図２０は、本発明の実施例に係る熱式流量計を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。図２１は、熱式流量計の原理を説明する図である。図２２は、熱式流量計におけるヒータ消費電力と流体の流量との関係の１例を示す図である。図２３は、各種の流体を配管に流通させた場合のヒータ消費電力と流体の流量との関係を示す図である。図２４は、流体の種類を水とする設定後に各種の流体を配管に流通させた場合の熱式流量計の流量出力と真の流量との関係を示す図である。

［先願の説明］
ここで、本発明について説明する前に、発明者が特願２０１８－０６７０９０において提案した方法について説明する。
図２３で説明したとおり、配管内の流体の種類によって消費電力－流量特性が変化するが、この特性の違いは配管内の流体の流れが停止している場合にも現れる。

図１は、図２３のゼロ点（停水時）付近を拡大した図である。図１から明らかなように、配管内の流体の流れが停止している場合であっても、流体の種類によってヒータ消費電力Ｐが変化し、その変化量は流れがある場合の変化量と相関がある。ゼロ点でのヒータ消費電力Ｐは、熱式流量計が設置されている現場で流体の流れを停水させることで容易に測定することが可能である。具体的には、熱式流量計の使用者は、流体の種類を変えた場合、あるいは流体の種類が変わったと思われる場合に、熱式流量計の配管の上下流のバルブを閉にすることで、流体の流れを停止させる。

熱式流量計は、流体の流れが停止したときに、ヒータ消費電力Ｐの値を取得し、この消費電力Ｐの値に対応する流量変換式または流量変換テーブルを選択する。こうして、流体の種類に応じた流量変換式または流量変換テーブルを設定することができる。この流量変換式または流量変換テーブルを使用すれば、流体が流れているときのヒータ消費電力Ｐを流量Ｑの値に変換することができる。

図２は、測定する流体が水（Ｈ₂Ｏ）の場合の流量変換式または流量変換テーブルを設定した後に各種の流体を熱式流量計の配管に流通させた場合の熱式流量計の流量出力と真の流量との関係を示す図である。
一方、図３は、配管内の流体の種類が変わる度に特願２０１８－０６７０９０の方法で流量変換式または流量変換テーブルを設定変更した場合の熱式流量計の流量出力と真の流量との関係を示す図である。図２、図３の例では、流体の種類を、水、過酸化水素(１０％）、アンモニア、硫酸（６０％）、過酸化水素(５０％）、硫酸（９８％）、イソプロピルアルコール、フロリナート（登録商標）とした。

以上のように、特願２０１８－０６７０９０で提案した方法によれば、流体の種類に応じた流量変換式または流量変換テーブルを設定することができる。
ただし、熱式流量計の個々のばらつきにより、ゼロ点のヒータ消費電力にもばらつきが生じる。具体的には、センサ周辺の熱特性（例えばガラス製の配管の厚さなど）が製品毎に異なることで、同じ種類の流体であってもゼロ点のヒータ消費電力に差異が発生する。このため、特願２０１８－０６７０９０で提案した方法では、ゼロ点のヒータ消費電力に対応する流量変換式または流量変換テーブルを選択する際に、選択に誤りが発生する可能性があり、正確な流量測定ができない可能性があった。

［発明の原理］
次に、本発明の原理について説明する。図４の断面図で示すように、測温素子２ａ（水温センサ）および発熱・測温素子２ｂ（ヒータセンサ）と流体との間には、例えばガラス製の配管１と接着剤３ａ，３ｂとが存在する。これら配管１と接着剤３ａ，３ｂとを介して、測温素子２ａおよび発熱・測温素子２ｂと流体との間で熱の授受が行われる。

熱式流量計の個々の製品毎に、配管１と接着剤３ａ，３ｂの厚さは若干のばらつきを持つ。さらに、測温素子２ａおよび発熱・測温素子２ｂの熱特性もばらつきを持つ。このため、上記のとおり、同じ種類の流体であってもゼロ点のヒータ消費電力は、製品毎に違う値を示す。

４種類の流体（液体）について３台の熱式流量計でヒータ消費電力を実際に測定した結果を図５～図１２に示す。図５は、第１の流体を３台の熱式流量計の配管に流通させた場合のヒータ消費電力と第１の流体の流量との関係を示す図、図６は、図５のヒータ消費電力－流量特性のゼロ点付近を拡大した図である。図７は、第２の流体を３台の熱式流量計の配管に流通させた場合のヒータ消費電力と第１の流体の流量との関係を示す図、図８は、図７のヒータ消費電力－流量特性のゼロ点付近を拡大した図である。

図９は、第３の流体を３台の熱式流量計の配管に流通させた場合のヒータ消費電力と第１の流体の流量との関係を示す図、図１０は、図９のヒータ消費電力－流量特性のゼロ点付近を拡大した図である。図１１は、第４の流体を３台の熱式流量計の配管に流通させた場合のヒータ消費電力と第１の流体の流量との関係を示す図、図１２は、図１１のヒータ消費電力－流量特性のゼロ点付近を拡大した図である。

図５～図１２において、＃１は第１の熱式流量計のヒータ消費電力－流量特性を示し、＃２は第２の熱式流量計のヒータ消費電力－流量特性を示し、＃３は第３の熱式流量計のヒータ消費電力－流量特性を示している。
このように、同じ種類の流体であっても熱式流量計の違いによりヒータ消費電力が異なることが分かる。その違いはゼロ点のヒータ消費電力においても同様である。

第１の流体用に調整された流量変換式または流量変換テーブルを設定した後に第１～第４の流体を配管１に流通させた場合の熱式流量計の流量出力と真の流量（実流量）との関係を図１３に示す。図１３において、＃Ｆ１は第１の流体を配管１に流通させた場合の流量出力、＃Ｆ２は第２の流体を配管１に流通させた場合の流量出力、＃Ｆ３は第３の流体を配管１に流通させた場合の流量出力、＃Ｆ４は第４の流体を配管１に流通させた場合の流量出力である。

図１３によれば、流量変換の調整が行われる第１の流体については熱式流量計の流量出力が正しい値となるが、第１の流体以外の第２～第４の流体については流量出力が正しい値にならないことが分かる。
以下、本発明では、熱式流量計の流量出力を正しい値にする処理を補正と呼び、この補正で使用する係数を補正係数と呼ぶ。

補正係数とゼロ点のヒータ消費電力（停水時のセンサ出力）との関係を図１４に示す。第１の流体の場合の補正係数Ｃ（図１４のＣ１）を１とした場合、第２の流体の場合の補正係数Ｃ（図１４のＣ２）は約１．５、第３の流体の場合の補正係数Ｃ（図１４のＣ３）は約３．２、第４の流体の場合の補正係数Ｃ（図１４のＣ４）は約７．５である。図１４から明らかなように、個々の熱式流量計のばらつきにより、ゼロ点のヒータ消費電力だけでは補正係数を求められないことが分かる。

そこで、本発明では、熱式流量計の出荷時に、流量変換の調整の対象となる基準の流体の場合のゼロ点のヒータ消費電力Ｚｅｒｏ＿Ｗを測定して製品内に記憶させておく。
そして、他の流体を配管１に流通させる場合には、他の流体でのゼロ点のヒータ消費電力Ｚｅｒｏ＿Ｆを実際の使用時に測定する。

Ｚｅｒｏ＿ＷとＺｅｒｏ＿Ｆとの比（Ｚｅｒｏ＿Ｆ－Ｚｅｒｏ＿Ｗ）／Ｚｅｒｏ＿Ｗをゼロ点電力比ｘとする。ゼロ点電力比ｘと補正係数Ｃとの関係を図１５に示す。
図１５によれば、ゼロ点電力比ｘは、熱式流量計のばらつきの影響を受けず、補正係数Ｃと相関があることが分かる。

したがって、ゼロ点電力比ｘから補正係数Ｃを求め、流体を配管１に流通させたときのヒータ消費電力Ｐを、流量変換式または流量変換テーブルを用いて流量Ｑの値に変換し、この流量Ｑを補正係数Ｃを用いて補正することで、熱式流量計毎のばらつきの影響を受けない補正が可能である。

実際には、補正係数Ｃは、ゼロ点電力比ｘから以下の３次式により求めることができる。ａ，ｂ，ｃ，ｄは既知の定数である。
Ｃ＝ａｘ³＋ｂｘ²＋ｃｘ＋ｄ・・・（２）
定数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、複数台の熱式流量計を用いた試験により、図１５に示したようなゼロ点電力比ｘと補正係数Ｃとの関係を求めることにより、事前に決定することができる。

［実施例］
以下、本発明の実施例について説明する。図１６は、本発明の実施例に係る熱式流量計の構成を示すブロック図である。熱式流量計は、測定対象の流体を流通させる例えばガラスからなる配管１と、配管１に配設された例えば白金等の測温素子２ａと、測温素子２ａよりも下流側の配管１の箇所に配設された例えば白金等の発熱・測温素子２ｂと、測温素子２ａおよび発熱・測温素子２ｂを配管１に固定する接着剤３ａ，３ｂと、測温素子２ａによって検出される流体の温度ＴＲｒを取得する温度取得部４ａと、発熱・測温素子２ｂによって検出される流体の温度ＴＲｈを取得する温度取得部４ｂと、温度差（ＴＲｈ－ＴＲｒ）が一定値になるように操作量を算出する制御演算部５と、操作量に応じた電力を発熱・測温素子２ｂに供給して発熱させる電力調整器６と、発熱・測温素子２ｂの消費電力を測定する電力測定部７と、電力測定部７によって測定された消費電力を流量の値に変換する流量導出部８と、流量導出部８によって導出された流量の値を、予め設定された補正係数を用いて補正する流量補正部９と、配管１内が基準の流体で満たされ、この基準の流体の流れが停止しているときの消費電力の値を第１のゼロ点消費電力として予め記憶する記憶部１０と、配管１内の測定対象の流体の流れが停止しているときに電力測定部７によって測定された消費電力である第２のゼロ点消費電力と前記第１のゼロ点消費電力とに基づいてゼロ点電力比を算出するゼロ点電力比算出部１１と、ゼロ点電力比に基づいて補正係数を算出して流量補正部９に設定する設定部１２とを備えている。制御演算部５と電力調整器６とは、制御部１３を構成している。

測温素子２ａおよび発熱・測温素子２ｂは、それぞれシリコンウエハ上に形成されている。測温素子２ａが形成されたシリコンウエハの面が配管１の外壁と向かい合うように配管１に接着されることにより、測温素子２ａが配管１に固定されるようになっている。発熱・測温素子２ｂの固定方法も測温素子２ａの固定方法と同じである。

次に、本実施例の熱式流量計の動作について説明する。図１７は、温度取得部４ａ，４ｂと制御演算部５と電力調整器６の動作を説明するフローチャートである。
温度取得部４ａ，４ｂは、配管１を流れる流体の温度ＴＲｒ，ＴＲｈを取得する（図１７ステップＳ１００）。具体的には、温度取得部４ａ，４ｂは、それぞれ測温素子２ａ、発熱・測温素子２ｂの抵抗値を検出し、抵抗値と温度との関係から、流体の温度ＴＲｒ，ＴＲｈを取得する。

制御演算部５は、流体の下流側の温度ＴＲｈから上流側の温度ＴＲｒを減算した温度差（ＴＲｈ－ＴＲｒ）が一定値（制御の目標値であり、例えば１０℃）になるように操作量を算出する（図１７ステップＳ１０１）。操作量を算出する制御演算アルゴリズムとしては、例えばＰＩＤがある。
電力調整器６は、制御演算部５によって算出された操作量に応じた電力を発熱・測温素子２ｂに供給して発熱させる（図１７ステップＳ１０２）。

こうして、熱式流量計の動作が終了するまで（図１７ステップＳ１０３においてＹＥＳ）、ステップＳ１００～Ｓ１０２の処理が制御周期毎に実行され、流体の下流側の温度ＴＲｈが上流側の温度ＴＲｒよりも所定の値だけ高くなるように制御される。

図１８は、電力測定部７と流量導出部８と流量補正部９の動作を説明するフローチャートである。電力測定部７は、発熱・測温素子２ｂの消費電力Ｐを測定する（図１８ステップＳ２００）。電力測定部７は、例えば電力調整器６から発熱・測温素子２ｂに印加される電圧Ｖと発熱・測温素子２ｂの抵抗値Ｒｈとに基づいて次式により発熱・測温素子２ｂの消費電力Ｐを算出する。
Ｐ＝Ｖ²／Ｒｈ・・・（３）

こうして、流体の下流側の温度ＴＲｈを上流側の温度ＴＲｒより所定の値だけ高くするために必要な消費電力Ｐを求めることができる。

次に、流量導出部８は、電力測定部７によって測定された消費電力Ｐを、予め設定された流量変換式を用いて流量の値に変換することにより、測定対象の流体の流量Ｑを導出する（図１８ステップＳ２０１）。なお、消費電力Ｐを流量Ｑに変換するための流量変換式の代わりに、消費電力Ｐに対応する流量Ｑの値が登録された流量変換テーブルが設定されている場合、流量導出部８は、消費電力Ｐに対応する流量Ｑの値を流量変換テーブルから取得すればよい。これら流量変換式または流量変換テーブルは、基準の流体（例えばＨ₂Ｏ）用に調整されている。すなわち、流量変換式または流量変換テーブルは、基準の流体を配管１に流通させたときに、流量導出部８によって得られる流量Ｑの値が正しい値となるように調整されている。

流量補正部９は、流量導出部８によって導出された流量Ｑの値に、予め設定された補正係数Ｃを掛けることにより、流量Ｑを補正する（図１８ステップＳ２０２）。なお、初期状態の補正係数Ｃは１であり、基準の流体用に設定された値となっている。

電力測定部７と流量導出部８と流量補正部９とは、熱式流量計の動作が終了するまで（図１８ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、ステップＳ２００～Ｓ２０２の処理を一定時間毎に実行する。

図１９は、ゼロ点電力比算出部１１と設定部１２の動作を説明するフローチャートである。ゼロ点電力比算出部１１は、配管１内の測定対象の流体の流れが停止しているときの発熱・測温素子２ｂの消費電力（ゼロ点のヒータ消費電力Ｚｅｒｏ＿Ｆ）に基づいてゼロ点電力比ｘを算出する。設定部１２は、ゼロ点電力比ｘから補正係数Ｃを算出する。

熱式流量計の使用者は、最初に流体を流す場合、流体の種類を変えた場合、あるいは流体の種類が変わったと思われる場合に、熱式流量計の配管１の上下流のバルブ（不図示）を閉にすることで、流体の流れを停止させる。そして、使用者は、熱式流量計に対して、流体の流れが停止していることを示す停水状態信号を入力する。

記憶部１０には、基準の流体を配管１内に満たした場合のゼロ点のヒータ消費電力Ｚｅｒｏ＿Ｗ（第１のゼロ点消費電力）が予め登録されている。
ゼロ点電力比算出部１１は、外部から停水状態信号が入力された場合（図１９ステップＳ３００においてＹＥＳ）、電力測定部７によって測定されたヒータ消費電力Ｚｅｒｏ＿Ｆ（第２のゼロ点消費電力）の値を取得し（図１９ステップＳ３０１）、このゼロ点のヒータ消費電力Ｚｅｒｏ＿Ｆと記憶部１０に予め記憶されているゼロ点のヒータ消費電力Ｚｅｒｏ＿Ｗとからゼロ点電力比ｘ＝（Ｚｅｒｏ＿Ｆ－Ｚｅｒｏ＿Ｗ）／Ｚｅｒｏ＿Ｗを算出する（図１９ステップＳ３０２）。

続いて、設定部１２は、ゼロ点電力比ｘから式（２）により補正係数Ｃを算出する（図１９ステップＳ３０３）。そして、設定部１２は、算出した補正係数Ｃを流量補正部９に設定する（図１９ステップＳ３０４）。
こうして、補正係数Ｃを設定することで、熱式流量計毎のばらつきの影響を受けない流量補正が可能である。使用者は、設定完了後、配管１の上下流のバルブを開いて流体の流通を再開させるようにすればよい。

熱式流量計毎のばらつきによる影響は、どの液種でも同じ比率で発生する。そこで、本実施例では、ゼロ点電力比ｘを算出し、このゼロ点電力比ｘから補正係数Ｃを算出することにより、測定精度に対する熱式流量計毎のばらつきの影響を抑えることができ、配管１を流通する流体の種類が変わった場合でも、精度良く流量測定することができる。また、本実施例では、設定部１２が補正係数Ｃを自動的に設定するので、熱式流量計の使用者は、最初に流体を流す場合、流体の種類を変えた場合あるいは流体の種類が変わったと思われる場合に、流体の流れを停止させるだけで容易に熱式流量計の設定を行うことができる。

なお、本実施例では、ゼロ点電力比ｘ＝（Ｚｅｒｏ＿Ｆ－Ｚｅｒｏ＿Ｗ）／Ｚｅｒｏ＿Ｗとしているが、ゼロ点電力比ｘ＝Ｚｅｒｏ＿Ｆ／Ｚｅｒｏ＿Ｗとしてもよい。

本実施例の熱式流量計のうち少なくとも制御演算部５と流量導出部８と流量補正部９と記憶部１０とゼロ点電力比算出部１１と設定部１２とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図２０に示す。コンピュータは、ＣＰＵ２００と、記憶装置２０１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）２０２とを備えている。Ｉ／Ｆ２０２には、温度取得部４ａ，４ｂと電力調整器６と電力測定部７とが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の流量補正方法を実現させるためのプログラムは記憶装置２０１に格納される。ＣＰＵ２００は、記憶装置２０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。

本発明は、熱式流量計に適用することができる。

１…配管、２ａ…測温素子、２ｂ…発熱・測温素子、３ａ，３ｂ…接着剤、４ａ，４ｂ…温度取得部、５…制御演算部、６…電力調整器、７…電力測定部、８…流量導出部、９…流量補正部、１０…記憶部、１１…ゼロ点電力比算出部、１２…設定部、１３…制御部。

Claims

測定対象の流体を流通させるように構成された配管と、
前記配管に配設され、前記流体の第１の温度を検出するように構成された測温素子と、
前記測温素子よりも下流側の前記配管の箇所に配設され、前記流体の第２の温度を検出するように構成された発熱・測温素子と、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも一定値だけ高くなるように電力を供給して前記発熱・測温素子を発熱させるように構成された制御部と、
前記発熱・測温素子の消費電力を測定するように構成された電力測定部と、
この電力測定部によって測定された消費電力を前記測定対象の流体の流量の値に変換するように構成された流量導出部と、
この流量導出部によって導出された流量の値を、予め設定された補正係数を用いて補正するように構成された流量補正部と、
前記配管内が基準の流体で満たされ、この基準の流体の流れが停止しているときの前記消費電力の値を第１のゼロ点消費電力として予め記憶するように構成された記憶部と、
前記配管内の測定対象の流体の流れが停止しているときに前記電力測定部によって測定された消費電力である第２のゼロ点消費電力と前記第１のゼロ点消費電力とに基づいてゼロ点電力比を算出するように構成されたゼロ点電力比算出部と、
前記ゼロ点電力比に基づいて前記補正係数を算出して前記流量補正部に設定するように構成された設定部とを備えることを特徴とする熱式流量計。
請求項１記載の熱式流量計において、
前記流量導出部は、前記電力測定部によって測定された消費電力を、予め設定された流量変換式または流量変換テーブルを用いて前記測定対象の流体の流量の値に変換し、
前記流量変換式または流量変換テーブルは、前記基準の流体用に予め調整されていることを特徴とする熱式流量計。
請求項１または２記載の熱式流量計において、
前記ゼロ点電力比算出部は、前記測定対象の流体の流れが停止していることを示す停水状態信号が入力されたときに、前記記憶部に記憶された第１のゼロ点消費電力の値と前記電力測定部によって測定された第２のゼロ点消費電力の値とを取得し、この第１のゼロ点消費電力と第２のゼロ点消費電力とに基づいてゼロ点電力比を算出することを特徴とする熱式流量計。
請求項３記載の熱式流量計において、
前記ゼロ点電力比算出部は、前記第１のゼロ点消費電力をＺｅｒｏ＿Ｗ、前記第２のゼロ点消費電力をＺｅｒｏ＿Ｆとしたとき、（Ｚｅｒｏ＿Ｆ－Ｚｅｒｏ＿Ｗ）／Ｚｅｒｏ＿ＷまたはＺｅｒｏ＿Ｆ／Ｚｅｒｏ＿Ｗにより前記ゼロ点電力比を算出することを特徴とする熱式流量計。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱式流量計において、
前記設定部は、前記ゼロ点電力比から所定の３次式により前記補正係数を算出することを特徴とする熱式流量計。
測定対象の流体を流通させる配管と、前記配管に配設され、前記測定対象の流体の第１の温度を検出する測温素子と、前記測温素子よりも下流側の前記配管の箇所に配設され、前記測定対象の流体の第２の温度を検出する発熱・測温素子とを備えた熱式流量計の流量補正方法において、
前記第２の温度が前記第１の温度よりも一定値だけ高くなるように電力を供給して前記発熱・測温素子を発熱させる第１のステップと、
前記発熱・測温素子の消費電力を測定する第２のステップと、
この第２のステップで測定した消費電力を前記測定対象の流体の流量の値に変換する第３のステップと、
この第３のステップで導出した流量の値を、予め設定された補正係数を用いて補正する第４のステップと、
前記配管内が基準の流体で満たされ、この基準の流体の流れが停止しているときの前記消費電力である第１のゼロ点消費電力の値を記憶部から取得し、前記配管内の測定対象の流体の流れが停止しているときに前記第２のステップで測定した消費電力である第２のゼロ点消費電力と前記第１のゼロ点消費電力とに基づいてゼロ点電力比を算出する第５のステップと、
前記ゼロ点電力比に基づいて前記補正係数を算出して、前記第４のステップで用いる補正係数として設定する第６のステップとを含むことを特徴とする熱式流量計の流量補正方法。
請求項６記載の熱式流量計の流量補正方法において、
前記第３のステップは、前記第２のステップで測定した消費電力を、予め設定された流量変換式または流量変換テーブルを用いて前記測定対象の流体の流量の値に変換するステップを含み、
前記流量変換式または流量変換テーブルは、前記基準の流体用に予め調整されていることを特徴とする熱式流量計の流量補正方法。
請求項６または７記載の熱式流量計の流量補正方法において、
前記第５のステップは、前記測定対象の流体の流れが停止していることを示す停水状態信号が入力されたときに、前記記憶部に記憶された第１のゼロ点消費電力の値と前記第２のステップで測定した第２のゼロ点消費電力の値とを取得し、この第１のゼロ点消費電力と第２のゼロ点消費電力とに基づいてゼロ点電力比を算出するステップを含むことを特徴とする熱式流量計の流量補正方法。
請求項８記載の熱式流量計の流量補正方法において、
前記第５のステップは、前記第１のゼロ点消費電力をＺｅｒｏ＿Ｗ、前記第２のゼロ点消費電力をＺｅｒｏ＿Ｆとしたとき、（Ｚｅｒｏ＿Ｆ－Ｚｅｒｏ＿Ｗ）／Ｚｅｒｏ＿ＷまたはＺｅｒｏ＿Ｆ／Ｚｅｒｏ＿Ｗにより前記ゼロ点電力比を算出するステップを含むことを特徴とする熱式流量計の流量補正方法。
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の熱式流量計の流量補正方法において、
前記第６のステップは、前記ゼロ点電力比から所定の３次式により前記補正係数を算出するステップを含むことを特徴とする熱式流量計の流量補正方法。