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発明の名称 高速応答マスフローメーター電気回路
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−165738(P2001−165738A)
公開日 平成13年6月22日(2001.6.22)
出願番号 特願平11−376462
出願日 平成11年12月8日(1999.12.8)
代理人
発明者 小川 修
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 固定抵抗器R1、R2、R3、センサー巻線抵抗L1で構成されているブリッジ回路B1、固定抵抗器R5、R6、R7、センサー巻線抵抗L2で構成されているブリッジ回路B2、固定抵抗器R4、コンデンサーC1、オペレーショナルアンプIC1で構成されている積分器、固定抵抗器R8、コンデンサーC2、オペレーショナルアンプIC2で構成されている積分器、それぞれの積分器でブリッジB1、B2を平衡制御することにより、各センサー巻線抵抗L1、L2の温度を一定制御している。ブリッジ電圧E2、E3をインスツルメンテーションアンプで演算信号出力していることを特徴とする高速応答マスフローメーター回路。
【請求項2】 請求項1の回路で、ダイオードD1、D2を通じて電源E1を各ブリッジB1、B2へ接続することにより、オペレーショナルアンプIC1、IC2のオフセット電圧に関係なく確実に制御することを特徴とした高速マスフローメーター回路。条件としてブリッジ電源E2、E3よりE1の電圧は常に小さいこと。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速応答熱線式質量流量計の電気回路に関する。
【0002】
【従来の技術】熱線ブリッジが不平衡式タイプがほとんどで、その出力信号を微分し、その微分信号を出力信号へ重ねて出力信号の遅れを補償している回路もあるが、制御信号として採用すると不安定である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の熱線式質量流量計の応答時間は、98%応答で速いもので約1秒であった。本発明によって応答時間は98%応答で0.1秒以内になる。
【0004】応答時間が速いことは、制御には絶対不可欠の要素であり、速いほど制御が良くなる。又、センサー温度が一定制御のため周囲温度変化によるゼロ・ドリフトがなくなり、ガス流量に対してセンサー電気信号出力の直線性の幅が広く、感度が高くなることが要求されている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の熱線式質量流量計においては、センサー巻線抵抗L1、L2の温度を一定制御するため各ブリッジB1、B2の偏差電位を積分器で検出して、偏差電位をゼロ、即ちブリッジが常に平衡するよう制御している。
【0006】オペレーショナルアンプIC1、IC2のオフセット電位が逆のときでも安定制御される様に、ダイオードD1、D2を通じて別電源E1を供給している。E1はブリッジ電位E2、E3より常に小さい範囲で設定しなければならない。センサー巻線抵抗L1、L2の温度を一定制御しているブリッジの電圧E2、E3の差をインスツルメンテーションにより出力することにより、ガス流量を遅延することなく測定することが可能となる。
【0007】センサー巻線抵抗の温度が一定制御のため、その周辺の断熱材、ハウジング材との熱量移動がない測定方式であるので、高速応答で、ゼロ・ドリフトがなく、ガス流量に対しての電気信号の直線範囲も広く、感度もよくなる。センサー巻線はグラスウールで巻いて、通気性の無い断熱材でないと通気対流がハウジングと熱線との間に生じて不安定となる。
【0008】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図1、図2により説明する。
【0009】
【数1】L1、L2=R25℃{1+α(t−25)}
25℃:センサー巻線抵抗25℃時の抵抗値(Ω)
α:センサー巻線抵抗25℃時の温度係数 +4500(ppm/℃)
t:センサー巻線抵抗の温度(℃)
【0010】図1において、ブリッジB1、B2の固定抵抗器R1、R2、R5、R6は等しい抵抗値である。固定抵抗器R3、R7は上記数式でtを150℃、R25℃を150Ωにすると、L1、L2は234.4Ωとなり、この値へ設定する。固定抵抗器R4、コンデンサーC1、オペレーショナルアンプIC1で構成される積分器、固定抵抗器R8、コンデンサーC2、オペレーショナルアンプIC2で構成される積分器、各々の積分器の出力電圧E2、E3でブリッジB1、B2を平衡制御する。センサー巻線抵抗L1、L2の抵抗値は234.4Ω、温度は150℃へ制御される。
【0011】ガスが流れると、上流側センサー巻線抵抗L1の熱量が奪われ、下流側センサー巻線抵抗L2へ熱量が加えられる。ブリッジは平衡制御されているのでブリッジ電圧E2はガス流量に応じて大きくなり、ブリッジ電圧E3は流量に応じて小さくなる。
【0012】インスツルメンテーショナルアンプIC3で、ブリッジ電圧E2とブリッジ電圧E3の差を増幅して出力信号としてガス流量に応じて、0〜5VDCを出力する。
【0013】電源E1はオペレーションアンプIC1、IC2のオフセット電位にかかわらず安定制御させるために、ブリッジ電圧E2、E3より常に小さく設定されており、制御されている時は、ダイオードD1、D2でカットオフされています。立ちあがり動作用の電源である。
【0014】図2は熱線式質量流量計のセンサー部の内部簡略ブロックダイヤグラムです。センサー側のガス流量とバイパス側のガス流量は、一定比率で流れますので、センサー側のガス流量と計測をすることにより、全体のガス流量が計測可能となる。
【0015】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されているような効果がある。
【0016】98%応答時間が0.1秒以内である。
【0017】センサー巻線は一定温度150℃であるので、周囲温度0〜60℃の範囲の変化に対して、起動ゼロ・ドリフト及び経時ゼロ・ドリフトはほとんどない。
【0018】センサー部のガス流量に対しての電気信号の直線性は10倍程度広がっている。
【0019】ガス流量に対しての検出感度は8倍程度高くなっている。




 

 


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