JP4081639B2 - Thermal mass flow meter for liquids - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体用熱式質量流量計に関するものであり、詳しくは、被測定液体を通過させる配管を合成樹脂部材で形成し、腐食等に耐えることができる構造にして幅広い液体の測定に適応できる液体用熱式質量流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術における代表的な液体用熱式質量流量計には、気体用と同じく配管の外側に設けた測定用のセンサーチューブにヒータと複数個の測温センサを取り付け、ヒータ近傍の液体の温度分布の変化を検出して流量を測定するものが周知である。
【0003】
ここで、加熱又は冷却を行う素子を伝熱素子とよぶ。又、測温センサのうちで、液体が気化しない加熱温度を保つために初期の液温をモニタする測温センサを特に液温センサとよぶ。
【0004】
具体的な構成は、図2に示すように、細管(毛細管)であるセンサーチューブ1の上流側に設置した第1の測温センサ2と、センサーチューブ1内の被測定液体を加熱するヒータ3と、センサーチューブ1の下流側に設置した第2の測温センサ4とから構成され、第1及び第2測温センサ2、4からの温度により、被測定流体の流量を測定する演算部とから構成されている。
【0005】
図示しない演算部は、ヒータ3を挟んだ第1及び第2の測温センサ2、4で測定した温度の差(ΔT=T2−T1)に基づいて被測定液体の流量を算出する。
【0006】
ここで、ヒータ3の温度が高すぎると気化する場合があるため、加熱する素子ではなくペルチェ素子等で冷却しているものもあるが、これらの原理も同様である。
【0007】
この方式以外に、ヒータ3の上流側、若しくは下流側のみの温度変化を検出する手法、流速に応じて異なるヒータで消費される熱量を検出する手法がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術における液体用熱式質量流量計の場合、伝熱素子と測温センサは、液体へ伝わる熱量が信号であるため、配管へ伝わる熱量の信号は誤差となってしまうため液体に伝導する熱量を正確に測定することができないという問題がある。
【0009】
又、金属の細管であるセンサーチューブを用いて熱伝導率を高くすることができると共に、被測定流体を流すセンサーチューブ自体の熱容量を極めて小さくすることができるため、センサーチューブに伝わる熱量が小さくなり伝熱の誤差を軽減することが可能である。反面、使用している金属を腐食するような薬液や、金属イオンの溶出を嫌う液体の流量測定には利用できないという問題もある。
【0010】
従って、金属を腐食するような薬液等にも広く使用できるような液体用熱式質量流量計の構造に解決しなければならない課題を有する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る液体用熱式質量流量計は、次に示す構成にすることである。
【0012】
(1)合成樹脂部材で形成された配管内を流れる被測定液体の温度を計測する温度計測手段と、該温度計測手段により計測された温度のうち初期温度を基準にして一定温度になるように被測定液体に熱を伝導する伝熱手段と、該伝熱手段の近傍位置に配置され、伝熱手段により伝導された熱のうち配管に伝導する熱を測定する配管測温手段と、前記伝熱手段により被測定液体に伝導された熱量を、前記配管測温手段で測定された配管への熱量により補正し、前記被測定液体に伝導する熱量から被測定液体の流量を計測する流量計測手段と、を有することを特徴とする液体用熱式質量流量計。
(2)前記温度測定手段の液温センサ及び前記伝熱手段の伝熱素子は被測定液体に接液状態で配置し、前記配管測温手段の配管温度測温センサは前記伝熱素子の近傍位置であって被測定液体に非接液状態で配置したことを特徴とする(1)記載の液体用熱式質量流量計。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る液体用熱式質量流量計の実施形態について、図面を参照して説明する。
【0014】
液体用熱式質量流量計は、伝熱素子を用い、その消費熱量から流量を測定するものであり、従来型と異なり、金属の細管であるセンサーチューブを使用するものではなく、ライン上の他の配管と同様の径を持つ合成樹脂部材の測定配管を用いる。
【0015】
その構成は、図1に示すように、図示しない配管の間に設置され合成樹脂部材で形成されている測定配管5と、測定配管5の上流側であって流入する被測定液体に接液状態で設置され、被測定液体の温度を検出する液温センサ6と、測定配管5の下流側であって被測定液体に接液状態で設置され、被測定液体に熱を伝導する伝熱素子7と、前記液温センサ6で測定した被測定液体の初期温度(液温)を基準にして数℃上昇した一定温度になるように被測定液体に熱を伝導するように伝熱素子7をコントロールする第1の演算部9と、この伝熱素子7近傍であって非接液状態で設置され測定配管5の温度を測定する配管温度測温センサ8と、配管温度測温センサ8により測定された測定配管5の温度から伝熱素子7により測定配管5に加えられた熱量を算出し、この熱量を補正に使用して伝熱素子7で消費される熱量を算出して被測定液体の流量を算出する第2の演算部10とから構成されている。
ここで、液温センサ6と第1の演算部9とで温度計測手段を、伝熱素子7と第1の演算部9とで伝熱手段を、伝熱素子7と配管温度測温センサ8と第2の演算部10とで流量計測手段を構成する。
【0016】
このような構成において、信号として検出される伝熱素子7の消費熱量は被測定液体へ伝達する熱量と、測定配管5へ伝導する熱量とがある。従来の如く金属の細管(毛細管)からなるセンサーチューブを用いた場合と異なり、配管と同径の合成樹脂部材を用いた場合、熱伝導率が小さく、又、耐圧のため測定配管5の肉厚が厚いため熱容量が大きくなるため、測定配管5に伝達される熱量は無視できない。
【0017】
そこで、上記の伝熱素子7の近傍に配設した配管温度測温センサ8で測定した温度を用いて測定配管5に伝導した熱量を算出し、この測定配管5に伝導した熱量により補正して被測定液体に伝導された熱量を算出すれば、正確に被測定液体に伝導される熱量が測定でき、高精度な流量を測定することができるのである。
【0018】
理論的に、測定配管5へ伝導する熱量は、伝熱素子7の温度と測定配管5の温度との差に比例するため、配管温度測温センサ8から求まる温度で補正することによって、測定配管5への熱量の影響を除去できる。
【0019】
その結果、信号は被測定液体へ伝達する熱量となり、液温と伝熱素子7との温度差を一定にコントロールしている場合、信号は被測定液体の流速にのみ依存することとなる。層流の場合には、信号は流速の平方根に比例する。
【0020】
尚、上記の実施例においては定温度制御としたが、定電流でも同等の測定が行える。又、伝熱素子として加熱ではなく冷却するものを用いてもよい。
【0021】
このように、伝熱素子7近傍の測定配管5の温度を測定することで、測定配管5への熱伝導の影響を除くことができ、合成樹脂部材の測定配管5を用いても高精度な流量測定を行うことが可能になるのである。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液体用熱式質量流量計は、被測定液体に熱を伝導する伝熱素子の近傍に配管の温度を測定する測温センサを備え、配管に伝導する熱量を除去した形で被測定液体に伝導される熱量により流量を算出するようにしたことにより、配管が合成樹脂部材等の肉厚が厚く熱容量が大きくても正確に液体に伝導される熱量を測定することができ、そのため、高精度に流量を測定することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係る液体用熱式質量流量計の略示的な断面図である。
【図2】従来技術におけるバイパスしたセンサーチューブ(細管)を用いた液体の流量測定の原理を示す説明図である。
【符号の説明】
5 測定配管
6 液温センサ
7 伝熱素子
8 配管温度測温センサ
9 第1の演算部
10 第2の演算部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal mass flow meter for liquids, and more specifically, a pipe that allows the liquid to be measured to pass through is formed of a synthetic resin member, and has a structure that can withstand corrosion, etc., and is suitable for measuring a wide range of liquids. The present invention relates to a thermal mass flow meter for liquid.
[0002]
[Prior art]
In a typical thermal mass flowmeter for liquids in the prior art, a heater and a plurality of temperature sensors are attached to a sensor tube for measurement provided outside the pipe as in the case of gas, and the temperature distribution of the liquid in the vicinity of the heater It is well known that the flow rate is measured by detecting the change in.
[0003]
Here, an element that performs heating or cooling is referred to as a heat transfer element. Of the temperature sensors, a temperature sensor that monitors the initial liquid temperature in order to maintain a heating temperature at which the liquid does not vaporize is particularly called a liquid temperature sensor.
[0004]
As shown in FIG. 2, the specific configuration includes a first temperature sensor 2 installed on the upstream side of the sensor tube 1 that is a capillary (capillary tube), and a
[0005]
A calculation unit (not shown) calculates the flow rate of the liquid to be measured based on the temperature difference (ΔT = T2−T1) measured by the first and second temperature measuring sensors 2 and 4 with the
[0006]
Here, if the temperature of the
[0007]
In addition to this method, there are a method for detecting a temperature change only on the upstream side or the downstream side of the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the above-described prior art thermal mass flow meter for liquids, the heat transfer element and the temperature sensor have a signal indicating the amount of heat transmitted to the liquid, and therefore the signal of the amount of heat transmitted to the pipe becomes an error. There is a problem that it is impossible to accurately measure the amount of heat conducted.
[0009]
In addition, the thermal conductivity can be increased by using a sensor tube, which is a thin metal tube, and the heat capacity of the sensor tube itself for flowing the fluid to be measured can be extremely reduced, so the amount of heat transferred to the sensor tube is reduced. It is possible to reduce heat transfer errors. On the other hand, there is also a problem that it cannot be used for measuring the flow rate of a chemical solution that corrodes the metal used or a liquid that dislikes elution of metal ions.
[0010]
Therefore, there is a problem that must be solved in the structure of a thermal mass flow meter for liquid that can be widely used for chemicals that corrode metals.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the thermal mass flow meter for liquid according to the present invention is configured as follows.
[0012]
(1) Temperature measuring means for measuring the temperature of the liquid to be measured flowing in the pipe formed of the synthetic resin member, and the temperature measured by the temperature measuring means so as to be a constant temperature based on the initial temperature. A heat transfer means that conducts heat to the liquid to be measured; a pipe temperature measurement means that is disposed near the heat transfer means and that measures heat conducted to the pipe out of the heat conducted by the heat transfer means; and A flow rate measuring unit that corrects the amount of heat conducted to the liquid to be measured by the heat unit by the amount of heat to the pipe measured by the pipe temperature measuring unit and measures the flow rate of the liquid to be measured from the amount of heat conducted to the liquid to be measured. And a thermal mass flowmeter for liquids.
(2) The liquid temperature sensor of the temperature measuring means and the heat transfer element of the heat transfer means are arranged in contact with the liquid to be measured, and the pipe temperature measurement sensor of the pipe temperature measuring means is in the vicinity of the heat transfer element. The thermal mass flowmeter for liquid according to (1), wherein the thermal mass flowmeter for liquid according to (1) is disposed at a position and not in contact with the liquid to be measured.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of a thermal mass flow meter for liquid according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
A thermal mass flow meter for liquid uses a heat transfer element and measures the flow rate from the amount of heat consumed. Unlike conventional models, it does not use a sensor tube, which is a metal thin tube, A synthetic resin member measuring pipe having the same diameter as that of the pipe is used.
[0015]
As shown in FIG. 1, the configuration is in contact with the
Here, the liquid temperature sensor 6 and the
[0016]
In such a configuration, the amount of heat consumed by the heat transfer element 7 detected as a signal includes the amount of heat transferred to the liquid to be measured and the amount of heat transferred to the
[0017]
Therefore, the amount of heat conducted to the
[0018]
Theoretically, the amount of heat conducted to the
[0019]
As a result, the signal becomes the amount of heat transferred to the liquid to be measured, and when the temperature difference between the liquid temperature and the heat transfer element 7 is controlled to be constant, the signal depends only on the flow rate of the liquid to be measured. In the case of laminar flow, the signal is proportional to the square root of the flow velocity.
[0020]
Although the constant temperature control is used in the above embodiment, the same measurement can be performed even at a constant current. Moreover, you may use what cools instead of heating as a heat-transfer element.
[0021]
Thus, by measuring the temperature of the
[0022]
【The invention's effect】
As described above, the thermal mass flowmeter for liquid according to the present invention includes a temperature sensor that measures the temperature of the pipe in the vicinity of the heat transfer element that conducts heat to the liquid to be measured, and the amount of heat conducted to the pipe. Since the flow rate is calculated from the amount of heat conducted to the liquid under measurement in a form where the pipe is removed, the amount of heat conducted to the liquid is accurately measured even if the pipe is thick, such as a synthetic resin member, and has a large heat capacity. Therefore, there is an effect that the flow rate can be measured with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a thermal mass flow meter for liquid according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the principle of liquid flow rate measurement using a bypassed sensor tube (narrow tube) in the prior art.
[Explanation of symbols]
5 Measurement Piping 6 Liquid Temperature Sensor 7
Claims (2)
該温度計測手段により計測された温度のうち初期温度を基準にして一定温度になるように被測定液体に熱を伝導する伝熱手段と、
該伝熱手段の近傍位置に配置され、伝熱手段により伝導された熱のうち配管に伝導する熱を測定する配管測温手段と、
前記伝熱手段により被測定液体と配管に伝導された熱量を、前記配管測温手段で測定された配管への熱量により補正し、前記被測定液体に伝導する熱量から被測定液体の流量を計測する流量計測手段と、
を有することを特徴とする液体用熱式質量流量計。Temperature measuring means for measuring the temperature of the liquid to be measured flowing in the pipe formed of the synthetic resin member;
A heat transfer means for conducting heat to the liquid to be measured so as to be a constant temperature based on the initial temperature among the temperatures measured by the temperature measuring means;
A pipe temperature measuring means that is arranged in the vicinity of the heat transfer means and measures heat conducted to the pipe among heat conducted by the heat transfer means;
The amount of heat conducted to the liquid to be measured and the pipe by the heat transfer means is corrected by the amount of heat to the pipe measured by the pipe temperature measuring means, and the flow rate of the liquid to be measured is measured from the amount of heat conducted to the liquid to be measured. Flow rate measuring means,
A thermal mass flow meter for liquids, comprising:
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