專利名稱：具有流體判別功能的熱式流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于流體流量檢測技術(shù)，并涉及一種具有流體判別功能的熱式流量計(jì)。
作為該傍式型流量計(jì)，在基板上利用薄膜技術(shù)，使薄膜發(fā)熱體和薄膜感溫體通過絕緣層層疊形成傳感器片，將傳感器片以與管道內(nèi)流體之間可傳熱的方式而配置使用。利用在發(fā)熱體中通電加熱感溫體，從而使該感溫體的電氣特性、例如電阻值產(chǎn)生變化。該電阻值的變化(根據(jù)感溫體的溫度上升)根據(jù)流入管道的流體流量(流速)而變化。也就是發(fā)熱體的發(fā)熱量中的一部分被傳導(dǎo)到流體中，擴(kuò)散到該流體中的熱量根據(jù)流體的流量(流速)而變化，與此相應(yīng)，提供給感溫體的熱量也要變化，因此該感溫體的電阻值進(jìn)行變化。該感溫體的電阻值的變化根據(jù)流體溫度也有所不同，為此，在測定上述感溫體的電阻值變化的電氣電路中裝入溫度補(bǔ)償用元件，以盡量減少由流體溫度帶來的流量測定值的變化。
有關(guān)這樣的使用薄膜元件的旁熱式流量計(jì)，例如在特開平11-118566號(hào)公報(bào)中有記載。在該流量計(jì)中，為了得到與流體流量相對應(yīng)的電氣輸出而使用了包括電橋電路的電路(檢測電路)。
在上述的流量計(jì)中，一旦流體的熱性質(zhì)不同，那么即使實(shí)際流量相同，檢測電路的輸出也不一樣，所以一般來說，被測定流量的流體種類作為已知條件，使用與其流體有關(guān)的檢量線把檢測電路的輸出換算成流體的流量值。
然而近年來，作為被測定流量的流體的供給源，使用把流體分成小部分的小份供給源，對于同種類的流體，是對多個(gè)小份供給源依次更換進(jìn)行流量測定。
例如，在高純度試劑合成或醫(yī)藥合成或化學(xué)分析中，經(jīng)常把收容原材料流體或試劑流體的小型可移動(dòng)式容器和反映裝置或分析裝置用流體流路連接，并在該流體流路中一邊進(jìn)行流量測定，一邊向反應(yīng)裝置內(nèi)供給原材料流體或試劑流體。在補(bǔ)充原材料流體或試劑流體時(shí)，換下空的可移動(dòng)式容器，把已充填了原材料流體或試劑流體的新的可移動(dòng)式容器與反應(yīng)裝置及分析裝置進(jìn)行連接。
另外，即使在對醫(yī)療用藥液注入活體內(nèi)的情況下，也要把醫(yī)療用藥液細(xì)分成便于攜帶量的小份并裝入容器內(nèi)，把該藥液容器和活體的如血管用流體流路連接，在該流體中一邊進(jìn)行流量測定，一邊把藥液注入到活體內(nèi)。在補(bǔ)充藥液時(shí)換下空容器，使已充填了藥液的新的容器與活體相連接。
如上述那樣使用小部分的供給源雖然實(shí)際上具有很大的優(yōu)點(diǎn)，但是，從反面來看，在更換流體供給源時(shí)，很可能與收容了所需要的流體以外的流體供給源相連接。在這種情況下，如察覺不到這點(diǎn)而進(jìn)行流體供給，不僅會(huì)由于所需要的流體和實(shí)際供給的流體其熱性質(zhì)不同而不能做出正確的流量測定，而且由于錯(cuò)誤供給流體，會(huì)成為引起制造和分析的不良事故或引起醫(yī)療事故的原因。
因此，本發(fā)明的目的是要提供一種避免以上所述的錯(cuò)誤流體的流通，以簡單的結(jié)構(gòu)來判別流體是否是所需要的流體的具有判別功能的熱式流量計(jì)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述流體的判別是這樣進(jìn)行的在所述流量檢測用熱傳導(dǎo)部件與所述流體溫度檢測用熱傳導(dǎo)部件之間通過的電流，對于測定對象流體而言，當(dāng)是在預(yù)先設(shè)定范圍內(nèi)的值時(shí)，所述流體被判定為是所述測定對象流體，而且當(dāng)是在所述預(yù)先設(shè)定范圍以外的值時(shí)，所述流體被判定為不是所述測定對象流體。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述流體的流量檢測，依據(jù)包括所述流量檢測用感溫體和所述流體溫度檢測用感溫體在內(nèi)而形成的檢測電路的輸出和檢量線來進(jìn)行。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述流量檢測單元中的所述流量檢測用熱傳導(dǎo)部件的一部分，構(gòu)成電極端子，在所述流體溫度檢測單元中的所述流體溫度檢測用熱傳導(dǎo)部件的一部分，構(gòu)成電極端子。
圖2是流量檢測單元的剖視圖。
圖3是流量檢測單元的剖視圖。
圖4是本發(fā)明的流量計(jì)一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖5是表示本發(fā)明的流量計(jì)中檢量線的一例的模式圖。
圖6是流體判別流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照


本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明的流量計(jì)—實(shí)施例的局部剖視圖。圖中，在殼體2內(nèi)形成有流體流路3。該殼體2，例如是由環(huán)氧樹脂或聚苯硫醚樹脂等合成樹脂制成，或由金屬制成。在由金屬制成的情況下，最好是在形成流體流路3的內(nèi)面附著絕緣膜。在殼體2中，面向流體流路3裝有流量檢測單元4及流體溫度檢測單元6。
流體在流路3內(nèi)沿箭頭方向進(jìn)行流動(dòng)。即，在殼體2上，圖1的左端形成有連接流體流路3的流體流入的開口(圖未示)，并在此連接有流體供給源一側(cè)的管道。另外，在殼體2上，圖1的右端形成有連接流體流路3的流體流出的開口(圖未示)，并在此連接有需要流體一側(cè)的管道。
圖2和圖3是流量檢測單元4的剖視圖。在流量檢測單元4中，流量檢測部42由熱傳導(dǎo)性良好的接合材料46接合在作為熱傳導(dǎo)部件的翅片板44的表面，流量檢測部42的電極墊片和電極端子48由接合線50連接，流量檢測部42和接合線50與翅片板44的一部分和電極端子48的一部分被收容在合成樹脂殼體52內(nèi)。流量檢測部42，例如是在由硅或氧化鋁等構(gòu)成的厚度為0.4mm左右、2mm方的矩形基板上，把薄膜感溫體與薄膜發(fā)熱體相互絕緣而形成芯片狀的部件。
翅片板44具有良好熱傳導(dǎo)性，同時(shí)還具有導(dǎo)電性，它是由例如銅、硬鋁、銅鎢合金等金屬構(gòu)成。
如圖3所示，在流量檢測單元4中，流量檢測用翅片板44的一部分延伸而構(gòu)成電極端子49。該電極端子49是連接構(gòu)成流體判別電路的連接線的部件。與此相反，所述電極端子48是連接構(gòu)成流量檢測電路的連接線的部件。另外，與構(gòu)成判別流體電路的連接線相連接的電極端子49，也可以不是使流量檢測用翅片板44一部分延續(xù)而形成，而是與電極端子48是一樣的結(jié)構(gòu)，用接合線與流量檢測用翅片板44連接(在這種情況下，能在翅片板44的一部分上突出形成接合線的連接區(qū)域)。
另外，對于流體溫度檢測單元6，相當(dāng)于把上述流量檢測單元4中的流量檢測部42改換成采用流體溫度檢測部的單元。在流體溫度檢測單元6中，與流量檢測單元4相對應(yīng)的部件在同一符號(hào)上添上“′”來表示。流體溫度檢測部具有和從流量檢測部42中除去薄膜發(fā)熱體的同樣結(jié)構(gòu)。
從流量檢測單元4和流體溫度檢測單元6的殼體52、52′突出的翅片板44、44′的端部，延伸到殼體2的流體流路3內(nèi)。翅片板44、44′，在具有大致圓形的截面的流體流路3內(nèi)，延伸到其截面的中央部。翅片板44、44′，由于是沿著流體流路3內(nèi)的流體流通方向配置的，所以對流體流通不會(huì)有大的影響，在流量檢測部42及流體溫度檢測部42′與流體之間能使熱進(jìn)行良好的傳導(dǎo)。
圖4是如上述流量計(jì)的電路結(jié)構(gòu)圖。
從電源電路72提供的穩(wěn)定的直流，供給到電橋電路(檢測電路)73。電橋電路73，包括流量檢測用感溫體31、溫度補(bǔ)償用感溫體31′、電阻體74以及可變電阻體75。電橋電路73的a、b點(diǎn)的電位Va、Vb被輸入到放大率可變的差動(dòng)放大電路76。該差動(dòng)放大電路76的輸出被輸入到積分電路77中。
另一方面，電源電路72的輸出，通過用于控制向所述薄膜發(fā)熱體33提供的電流的場效應(yīng)型晶體管81供給薄膜發(fā)熱體33。即，在流量檢測部42中，根據(jù)薄膜發(fā)熱體33的發(fā)熱，通過翅片板44受到由被檢測流體的吸熱影響，由薄膜感溫體31實(shí)行感溫。而且作為該感溫結(jié)果可以得到如圖4所示的電橋電路73的a、b點(diǎn)的電位Va、Vb的差。
(Va-Vb)的值，對應(yīng)于流體的流量，由流量檢測用感溫體31的溫度變化而進(jìn)行變化。以預(yù)先適當(dāng)設(shè)定可變電阻體75的電阻值，把作為基準(zhǔn)所要求的流體流量的情況下(Va～Vb)的值設(shè)定為零。在該基準(zhǔn)流量中，差動(dòng)放大電路76的輸出為零，積分電路77的輸出成為一定(與基準(zhǔn)流量相對應(yīng)的值)。另外，積分電路77的輸出，以最小值為0V來進(jìn)行電平調(diào)整。
積分電路77的輸出，被輸入到V/F轉(zhuǎn)換電路78，在這里形成與電壓信號(hào)相對應(yīng)的頻率(例如最大5×10-5)脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)的脈沖寬度(時(shí)間寬度)是一定的(例如1～10微秒的要求值)。例如，當(dāng)積分電路77的輸出在1V時(shí)，輸出頻率為0.5KHz的脈沖信號(hào)，當(dāng)積分電路77的輸出在4V時(shí)，輸出頻率為2KHz的脈沖信號(hào)。
V/F轉(zhuǎn)換電路78的輸出，被提供給晶體管81的柵極。因此，通過向柵極輸入了脈沖信號(hào)的晶體管81，使電流流向薄膜發(fā)熱體33。于是，通過晶體管，電源電路72的輸出電壓的分壓，以與積分電路77的輸出值相對應(yīng)的頻率、以脈沖形式被施加在薄膜發(fā)熱體33上，從而在該薄膜發(fā)熱體33上間歇性地流過電流。這樣，薄膜發(fā)熱體33發(fā)熱。V/F轉(zhuǎn)換電路的78的頻率，依照根據(jù)由基準(zhǔn)頻率發(fā)生電路80使溫度補(bǔ)償型晶體振子79的振蕩、所設(shè)定的高精度時(shí)鐘脈沖而設(shè)定。
因此，從V/F轉(zhuǎn)換電路79輸出的脈沖信號(hào)，由脈沖計(jì)數(shù)器82進(jìn)行計(jì)數(shù)。微型計(jì)算機(jī)83，把由基準(zhǔn)頻率發(fā)生電路80發(fā)生的頻率作為基準(zhǔn)，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)的結(jié)果(脈沖頻率)，換算成所對應(yīng)的流量(瞬時(shí)流量)，并將該流量對時(shí)間進(jìn)行累計(jì)從而計(jì)算出累計(jì)流量。
對于該流量的換算，是使用預(yù)先儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器84內(nèi)的與流量檢測有關(guān)的所需要的流體檢量線來進(jìn)行。該檢量線的一例出示在圖5中。即，由對流體的每個(gè)流量測定從脈沖計(jì)數(shù)器82輸出的脈沖頻率，所得到的數(shù)據(jù)表作為檢量線被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器84內(nèi)。微型計(jì)算機(jī)83，在測定流量時(shí)把與從脈沖計(jì)數(shù)器82輸出的脈沖頻率相對應(yīng)的檢量線上的流量值作為測定值而指定。
如上述那樣所得到的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量的值，由顯示部25顯示，同時(shí)，通過由電話線路等其他網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的通訊線路向外部進(jìn)行傳送。另外，根據(jù)要求能夠把瞬時(shí)流量及累計(jì)流量的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器84中。
當(dāng)流體流量增加時(shí)，差動(dòng)放大電路76的輸出，對應(yīng)(Va-Vb)的值，極性(根據(jù)流量檢測用感溫體31的電阻～溫度特性的正負(fù)而不同)和大小發(fā)生變化，與此相應(yīng)積分電路77的輸出會(huì)發(fā)生變化。積分電路77的輸出變化速度，根據(jù)設(shè)定差動(dòng)放大電路76的放大率的設(shè)定能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)這些積分電路77和差動(dòng)放大電路76來設(shè)定控制系統(tǒng)的響應(yīng)特性。
在流體流量已增加的情況下，由于流量檢測用感溫體31的溫度下降，所以能得到如同使薄膜發(fā)熱體33的發(fā)熱量增加(即，使脈沖頻率)的積分電路77的輸出(更高的電壓值)，該積分電路的輸出，在成為與流體流量相對應(yīng)的電壓的時(shí)刻，電橋電路73處于平衡狀態(tài)。
另一方面，在流體流量已減少的情況下，由于流量檢測用感溫體31的溫度上升，所以能得到如同使薄膜發(fā)熱體33的發(fā)熱量減少(即，使脈沖頻率減少)的積分電路77的輸出(更低的電壓值)，該積分電路的輸出，在成為與流體流量相對應(yīng)的電壓時(shí)刻，電橋電路73處于平衡狀態(tài)。
即，在本實(shí)施例的控制系統(tǒng)中，為了使電橋電路73處于平衡狀態(tài)而設(shè)定向薄膜發(fā)熱體33提供的脈沖狀電流的頻率(與熱量相對應(yīng))，實(shí)現(xiàn)這樣的平衡狀態(tài)(控制系統(tǒng)的響應(yīng))例如可以定在0.1秒以內(nèi)。
在另一方面，電源電路72的輸出，是通過高電阻值(例如10kΩ)的電阻體62及所述電極端子49′提供給所述流體溫度檢測用翅片板44′，所述流量檢測用翅片板44，通過所述電極端子49接地。在電阻體62的兩端連接有電壓計(jì)64。由該電壓計(jì)64所測定的電壓，對應(yīng)于在流體被導(dǎo)入到流體流路3內(nèi)時(shí)在2個(gè)翅片板44、44′之間流體通過時(shí)流入電流的大小，而這些又與翅片板44、44′間的流體阻值相對應(yīng)。包括這些在內(nèi)構(gòu)成了用于流量檢測用翅片板44和流體溫度檢測翅片板44′之間導(dǎo)電性測定的電路。
電壓計(jì)64的輸出，通過A/D轉(zhuǎn)換器66輸入到所述微型計(jì)算機(jī)83內(nèi)。對于所需要測定的對象流體，通過所述導(dǎo)電性測定電路應(yīng)被測定的電壓計(jì)64的輸出值范圍(以下稱該范圍)的數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)器84內(nèi)。該范圍，是預(yù)先把所需要測定的對象流體導(dǎo)入到流體流路3內(nèi)，并實(shí)測導(dǎo)電性測定電路的電壓計(jì)64的輸出值，考慮到必要的檢測誤差的范圍，可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)置。舉例來說，在所需要的測定的對象流體是生理鹽水的情況下，設(shè)定3.2～3.6V作為該范圍，在導(dǎo)電性測定電路中，對于民用水的電壓計(jì)64的輸出值是0.8～1.2V，而對于酒精或丙酮的電壓計(jì)64的輸出值是0.05V以下，在不是這些需要測定的對象流體的流體被錯(cuò)誤地導(dǎo)入的情況下，能夠判別需要測定的對象流體。
在本實(shí)施例中，在檢測流體流量前，首先，在把流體導(dǎo)入流量計(jì)的流體流路3內(nèi)的基礎(chǔ)上，在停止流體流通的狀態(tài)下來測定流體流路3內(nèi)的流體導(dǎo)電性的程度(具體的講就是電壓計(jì)64的輸出電壓值)。而且，由微型計(jì)算機(jī)83，對從A/D轉(zhuǎn)換器66輸入的、表示流體導(dǎo)電性程度的電壓值是否屬于被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器84內(nèi)的該范圍(即，是在該范圍內(nèi)還是在該范圍外)進(jìn)行判定。當(dāng)使用該判定判定了電壓計(jì)64的輸出電壓值是在該范圍內(nèi)的情況下，可把導(dǎo)入到流體流路3內(nèi)的流體看作是規(guī)定的測定對象流體，接下來把流體供給源中的流體提供到流體流路3內(nèi)，一邊進(jìn)行所述的流量檢測一邊使流體進(jìn)行流通。相反，當(dāng)使用所述判定判定了電壓計(jì)64的輸出電壓值在該范圍外的情況下，就不把流體供給源中的流體提供到流體流路3內(nèi)，并警告已導(dǎo)入到流體流路3內(nèi)的流體不是規(guī)定的測定對象流體。這個(gè)警告，例如是在顯示部25上顯示的警告，并通過圖中未示的警報(bào)裝置來發(fā)出警報(bào)聲來實(shí)行。上述的流體判別流程圖表示在圖6中。
因此，在本實(shí)施例中，通過每當(dāng)變換流體供給源時(shí)所進(jìn)行的流體判別，能夠有效地防止使與所需要的測定對象流體有明顯不同的導(dǎo)電性的流體(明顯地不是所需要的測定對象流體)錯(cuò)誤地流通。
另外，根據(jù)以上所述實(shí)施例，由于為了測定流量而使用由V/F轉(zhuǎn)換電路78做成的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)能夠容易地使根據(jù)溫度變化而產(chǎn)生的誤差變得足夠小，所以就能夠使根據(jù)脈沖頻率所得到的流量值和累計(jì)流量值的誤差足夠小。另外，在本實(shí)施例中，由于對薄膜發(fā)熱體33的通電控制是通過由V/F轉(zhuǎn)換電路78作成的脈沖信號(hào)的開-關(guān)(ON-OFF)而構(gòu)成，所以根據(jù)溫度變化所產(chǎn)生的控制誤差是非常小的。
另外，在本實(shí)施例中，作為流量檢測部使用了包括薄膜發(fā)熱體及薄膜感溫體在內(nèi)的微小芯片狀的部件，所以能夠?qū)崿F(xiàn)上述那樣的高速響應(yīng)性并成為能精確測定流量的量好工具。
另外，在本實(shí)施例中，不管被檢測流體的流量如何，由于薄膜發(fā)熱體33周圍的流量檢測用感溫體31的溫度大體上維持一定，所以流量傳感器單元的老化很少，另外還能夠防止發(fā)生具有可燃性的被檢測流體的著火爆炸。
如上述說明，根據(jù)本發(fā)明的流量計(jì)，由于是通過對用于流量檢測的流量檢測用熱傳導(dǎo)部件和流體溫度檢測用熱傳導(dǎo)部件之間的流體導(dǎo)電性進(jìn)行測定來進(jìn)行流體的判別，所以用簡單的結(jié)構(gòu)能防止使與所需要的測定對象流體有明顯不同的導(dǎo)電性流體錯(cuò)誤地通過。
權(quán)利要求
1.一種熱式流量計(jì)，具有流量檢測單元和流體溫度檢測單元；所述流量檢測單元，把發(fā)熱體、流量檢測用感溫體、向流體流路內(nèi)延伸出的導(dǎo)電性的流量檢測用熱傳導(dǎo)部件，以互相間能進(jìn)行熱傳導(dǎo)的方式設(shè)置，通過由所述流量檢測用熱傳導(dǎo)部件的與所述流體流路內(nèi)流體的熱交換，對應(yīng)所述流體在所述流體流路內(nèi)的流動(dòng)，所述流量檢測用感溫體的電氣特性值發(fā)生變化；所述流體溫度檢測單元，把流體溫度檢測用感溫體和向所述流體流路內(nèi)延伸出的導(dǎo)電性的流體溫度檢測用熱傳導(dǎo)部件，以互相間能進(jìn)行熱傳導(dǎo)的方式設(shè)置，通過與所述流體流路內(nèi)流體的熱交換，對應(yīng)所述流體溫度，所述流體溫度檢測用感溫體的電氣特性值發(fā)生變化；其特征在于依據(jù)所述流量檢測用感溫體的電氣特性值以及所述流體溫度檢測用感溫體的電氣特性值進(jìn)行所述流體的流量檢測，并以測定所述流量檢測用熱傳導(dǎo)部件與所述流體溫度檢測用熱傳導(dǎo)部件之間的導(dǎo)電性來進(jìn)行對所述流體的判別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱式流量計(jì)，其特征在于所述流體的判別按下述方式進(jìn)行在所述流量檢測用熱傳導(dǎo)部件與所述流體溫度檢測用熱傳導(dǎo)部件之間通過的電流，對于測定對象流體而言，當(dāng)是在預(yù)先設(shè)定范圍內(nèi)的值時(shí)，所述流體被判定為是所述測定對象流體，而且當(dāng)是在所述預(yù)先設(shè)定范圍以外的值時(shí)，所述流體被判定為不是所述測定對象流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱式流量計(jì)，其特征在于所述流體的流量檢測，依據(jù)包括所述流量檢測用感溫體和所述流體溫度檢測用感溫體在內(nèi)而形成的檢測電路的輸出和檢量線來進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱式流量計(jì)，其特征在于在所述流量檢測單元中的所述流量檢測用熱傳導(dǎo)部件的一部分，構(gòu)成電極端子，在所述流體溫度檢測單元中的所述流體溫度檢測用熱傳導(dǎo)部件的一部分，構(gòu)成電極端子。
全文摘要
一種熱式流量計(jì)，具有將發(fā)熱體、流量檢測用感溫體和向流體流路(3)內(nèi)延伸的流量檢測用導(dǎo)電性翅片板(44)以相互間能進(jìn)行熱傳導(dǎo)的方式配置、對應(yīng)流體在流體流路內(nèi)的流動(dòng)、流量檢測用感溫體的電氣特性值發(fā)生變化的流量檢測單元(4)；和將流體溫度檢測用感溫體和向流體流路內(nèi)延伸的流體溫度檢測用導(dǎo)電性翅片板(44′)以相互向能進(jìn)行熱傳導(dǎo)的方式配置、對應(yīng)流體溫度、流體溫度檢測用感溫體的電氣特性值發(fā)生變化的流體溫度檢測單元(6)。根據(jù)流量檢測用和流體溫度檢測用的感溫體的電氣特性值來檢測流體流量，并以測定翅片板(44)(44′)之間的導(dǎo)電性來進(jìn)行流體判別。以簡單的結(jié)構(gòu)來判別流體是否是所需要的流體以避免錯(cuò)誤的流體流通。
文檔編號(hào)G01N27/14GK1409817SQ00817165
公開日2003年4月9日 申請日期2000年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月15日
發(fā)明者古木慎也, 山岸喜代志 申請人:三井金屬礦業(yè)株式會(huì)社