JP2000131106A - 流量計測装置 - Google Patents

流量計測装置

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JP2000131106A
JP2000131106A JP10303583A JP30358398A JP2000131106A JP 2000131106 A JP2000131106 A JP 2000131106A JP 10303583 A JP10303583 A JP 10303583A JP 30358398 A JP30358398 A JP 30358398A JP 2000131106 A JP2000131106 A JP 2000131106A
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JP
Japan
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measurement
flow rate
cycle
pressure
fluctuation
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JP10303583A
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English (en)
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Yukio Nagaoka
行夫 長岡
Yasuhiro Umekage
康裕 梅景
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量が変動する場合にも短時間で正確な計測
を行う。 【解決手段】 流量を検出する流量検出手段8と、流体
の変動波形の周期を設定する変動周期設定手段と、第1
回計測と第2回計測との時間を変動波形の位相の180
度付近とする計測制御手段と、第1回計測と第2回計測
の計測値を演算する流量演算手段とを備えている。これ
によって変動波形の位相の異なる2回の計測値から流量
を計測し、短時間に正確な平均流量を求めることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスなどの流量を
計測する流量計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の流量計測装置を、図7及
び図8に基づいて説明する。図において、流体管路1の
一部に熱式のフローセンサのような流量検出手段2を備
え、流量検出手段2の出力信号を信号処理手段3で増幅
あるいはデジタル化する。流れに周期的な変動がある場
合には、計測のタイミングによって流量測定値にバラツ
キが生じる。例えば家庭用ガス消費量を計量するガスメ
ータでは、近くでガスエンジンが運転されると圧力変動
が発生する。このため、圧力変動を緩衝する装置を設け
るばかりでなく、流量に変動がある場合にはその信号を
平均化手段4で平均して流量演算手段5で平均流量を算
出する。図6はこのときの流量の波形を示した図で、実
際にはAで示す流量が流れている。デジタル式計測では
間欠的にサンプリングするので、時間t1(流量Q
1),時間t2(流量Q2),時間t3(流量Q3)の
ような値が得られマイコンで平均して流量を算出してい
た。またアナログ式の場合時間t0からt4まで連続し
た信号を積分器を介して平均していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の流
量計測装置では、次のような課題があった。すなわちデ
ジタル式では間欠的なサンプリングであり、正確な流量
を求めるには測定回数を増やして測定値を平均する必要
があるため長い時間が必要であり、アナログ式では連続
して測定しなければならず、消費電力が大きくなってい
た。また、変動する周期を求めてその周期の整数倍に等
しく測定時間を設定することも考えられるが、周期の変
動する脈動流では測定の都度周期を求める必要があり計
測時間が長くなっていた。このため、ガスメータのよう
な異常使用時の遮断などの保安機能を兼ねた流量計測装
置では、電池駆動でかつ安全性のために短時間で正確な
流量の計測を行うことが課題となっていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、流体の流量を検出する流量検出手段と、流
体の変動波形の周期を設定する変動周期設定手段と、第
1回計測と第2回計測との計測開始の時間を変動波形に
おける位相差の180度付近とする計測制御手段と、第
1回計測と第2回計測の計測値を演算する流量演算手段
とを備えたものである。上記発明によって変動する流れ
の変動波形の位相の180度異なる2回の計測値から流
量を算出し、短時間に正確な平均流量を求める。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明は、流体の流量を検出する
流量検出手段と、流体の変動波形の周期を設定する変動
周期設定手段と、第1回計測と第2回計測との計測開始
の時間を変動波形における位相差の180度付近とする
計測制御手段と、第1回計測と第2回計測の計測値を演
算する流量演算手段とを備えたものであり、位相が18
0度異なる2回の計測値を演算するので、短時間に正確
な平均流量を算出できる。
【0006】また、流体中に超音波を送受信する送受信
器と、流れの上流から下流への送信と下流から上流への
送信との超音波伝搬時間差により流量を算出する流量検
出手段と、流体の変動波形の周期を設定する変動周期設
定手段と、上流から下流への送信による計測と下流から
上流への送信による計測とのそれぞれの計測開始の時間
を前記変動波形における位相差の180度付近とする計
測制御手段とを備え、位相が180度異なる超音波伝搬
時間差から流量を算出するので、変動流の平均値を短時
間に算出することができる。
【0007】また、変動周期設定手段を外部より設定可
能な外部設定手段を備え、変動周期を任意に変更できる
ので変動周期が異なる場合にも容易に対応できる。
【0008】また、流体の圧力を検出する圧力検出手段
と、圧力検出手段の計測値によって周期を算出する周期
検出手段とを備え、周期検出手段によって変動周期設定
手段を変更するので、変動波形の変化に対し自動的に追
従して正確な平均流量を算出することができる。
【0009】また、変動波形の1周期以上の計測平均値
から流量を算出するので、非対称な変動波形でもより高
精度に流量を算出することができる。
【0010】また、超音波の受信後に再度送信する繰り
返し手段を備え、この繰り返し送受信の積算時間から流
量を算出するので、変動波形を連続して計測しより正確
な平均流量を算出することができる。
【0011】また、流体の流量を検出する流量検出手段
と、流体の圧力をを検出する圧力検出手段と、圧力検出
手段の供給電流を制御して高電流で流体の供給圧力を検
出し低電流で圧力の変動成分を検出する電流制御手段
と、圧力検出手段の信号によって流量検出手段の計測を
開始する計測制御手段とを備え、脈動計測時に圧力検出
手段を小電流で駆動するので低消費電力で計測できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。
【0013】(実施例1)図1は本発明の実施例1の流
量計測装置を示したブロック図である。図1において、
流体管路7の流れの中に、例えば発熱体の温度変化によ
って流量を検出する熱式フローセンサのような流量検出
手段8を配置する。計測制御手段9の計測開始信号によ
って流量検出手段8を加熱させ、流体に奪われる熱量を
電気信号に変換した流量検出手段8の出力信号を信号処
理手段10で増幅、フィルタ、あるいはA/Dコンバー
タでデジタル化する。この信号処理手段10の信号はマ
イクロプロセッサなどで構成される流量演算手段11で
流路の大きさや流量サンプリングの時間などを考慮して
流量値に変換される。変動周期設定手段9には変動周期
に基づく値が設定してある。
【0014】次に動作について述べる。流体管路7内の
流れが安定な場合、すなわち大きく変動しない状態で
は、低消費電力化をはかるため流量サンプリングは数秒
間に1回行われている。しかし流体管路7内の流れに周
期的な変動がある場合には、図21に示すように流量測
定値がQ1、Q2、Q3のように変動が生じるので判別
が可能である。Q1〜Q3までの変動値が所定レベルよ
り大きく流量変動があると判断したときは、その周期を
変動周期設定手段12で設定し、計測制御手段9で図2
に示すような変動周期に応じた計測サンプリングを行
う。図2は時間と変動流量の関係をしめしたもので、時
間t1で第1回のサンプリングを開始し時間t2まで流
量計測を行いその値Q12を流量演算11で記憶する。
そして計測制御手段11によってt1から変動波形の位
相が180異なる時間t3を計算し、第2回の計測を時
間t4まで計測する。その流量値Q34とQ12を平均
し、平均流量を算出する。図2からも明らかなようにQ
12とQ34の平均値は平均流量値とほぼ一致する。変
動波形に対して時間t1の位相は任意に設定してもよい
が、最小値や最大値あるいはゼロ点など特別な位相であ
ってもよい。変動周期設定手段12には例えば変動波形
の周期の0.5周期が設定してあり、時間t1から0.
5周期の時間が経過し時間t3になると計測制御手段9
から第2回計測を開始する。変動周期設定手段12は位
相が180度変化する時間が設定されればよいので、
1.5周期や2.5周期でも同様の効果がある。また波
形を検出する電子回路により第1回の計測を変動波形の
最大値や最小値あるいはゼロ点から開始した場合には、
第2回の計測を最小値、最大値、ゼロ点から開始するこ
とができる。
【0015】流量演算手段は流量値Q12と流量値Q3
4をアナログ回路やデジタル演算で単純に算術平均する
ことで算出することができるが、フィルタを介してノイ
ズ成分を除去すれば精度がさらに高くなる。
【0016】(実施例2)図3は本発明の実施例2の流
量計測装置を示したブロック図である。図3において、
流体管路13の途中に流量検出手段14として超音波を
送信する第1送受信器14Aと受信する第2送受信器1
4Bが流れ方向に配置されている。15は流量検出手段
14の信号を処理し演算する流量演算手段で、16は送
信回路で、トリガ手段17によって第1送受信器14A
を駆動し、第2送受信器14Bに向け、すなわち上流か
ら下流に超音波を送信する。増幅回路18は第2送受信
器14Bで受信した信号を増幅し、この増幅された信号
は基準信号と比較回路19で比較され、基準信号以上の
信号が検出された後、繰り返し手段20で再度トリガ手
段17から送信が行われ、上記の送受信を所定の回数を
繰り返した後の時間をタイマカウンタのような計時手段
21で求める。
【0017】次に切換手段22で第1送受信器14Aと
第2送受信器14Bの送受信を切り換えて、第2送受信
器14Bから第1送受信器14Aすなわち下流から上流
に向かって超音波信号を送信し、この送信を前述のよう
に繰り返し、その時間を計時する。そして、その時間差
から管路の大きさや流れの状態を考慮して信号処理手段
23で流量値を求める。流体管路13には圧力検出手段
からなる変動検出手段24があってこの信号の周期を周
期検出手段25で検出し、変動周期設定手段26で信号
を処理し、計測制御手段27で計測サンプリングのタイ
ミングを調節する。28は変動周期を外部から設定する
外部設定手段である。
【0018】次に動作について述べる。第1送受信器1
4Aから第2送受信器14Bに向けて送信するように切
換手段21が設定され、計測制御手段26から第1回の
計測開始信号が送出されると、計時手段21をリセット
すると同時に送信回路16を介し第1送受信器14Aか
ら超音波信号が発信される。そして第2送受信器14B
で受信された後、増幅回路18、比較回路19で超音波
信号の到達を検出すると、繰り返し手段20で再度トリ
ガ手段17に信号を送出し2回目の超音波を送信する。
繰り返し手段20には繰り返し回数が設定してあり、所
定の繰り返し回数になると同時に計時手段21で時間を
測定する。
【0019】外部設定手段28は通信などの手段によっ
て外部から周期を設定することができ、その周期の値に
基づいて変動周期設定手段26の値を変更し計測制御手
段27で図1および図2で説明したときと同様に計測サ
ンプリングをコントロールして変動波形における流量計
測を行う。
【0020】変動検出手段24は流量変動を圧力で検出
し、圧力変動が所定値以上であるときその圧力信号から
周期検出手段25において、変動周期を算出する。この
変動周期の値に基づいて変動周期設定手段26の値を設
定し計測制御手段27で計測サンプリングをコントロー
ルする。変動検出手段24の変動値が所定値以下である
とき計測制御手段27は通常の計測サンプリングを行
う。
【0021】繰り返し手段20を適切に設定すれば計測
時間を変動周期の1周期以上に設定することができる。
図4に示すように時間t1で第1回計測を開始し、繰り
返し回数を調節し時間t2で第1回計測を終了するよう
にして1周期以上の計測時間を設定する。第2回計測は
時間t1のときの位相より180度位相を異なる時間t
3で計測を開始するようにする。特別な場合として計測
時間を整数倍の周期にすれば平均値の精度はさらに良好
なものとなる。
【0022】(実施例3)図5は本発明の実施例3の流
量計測装置を示したブロック図である。図5において、
圧力検出手段29の電流量を調節する電流制御手段30
を備えており電流量を調節することにより、精密な測定
を行う場合と消費電力を押さえて概略圧力を計測する場
合とを選択できる。図6のフローチャ−トに示すように
圧力計測開始31で圧力計測を開始し、圧力計測選択3
2で計測モードを選択し、精密な圧力検出をする場合に
は電流大計測33において圧力検出手段29の電流量を
比較的大きく設定し、変動圧力の変動分のみ検出すると
きには電流小計測34において電流量を比較的小に設定
して圧力を計測し、計測終了35で計測を終了する。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
流量計測装置によれば次の効果が得られる。
【0024】(1)流体の流量を検出する流量検出手段
と、流体の変動波形の周期を設定する変動周期設定手段
と、第1回計測と第2回計測との計測開始の時間を変動
波形における位相差の180度付近とする計測制御手段
と、第1回計測と第2回計測の計測値を演算する流量演
算手段とを備えたので、変動する流れの平均流量を短時
間で正確に計測できる。
【0025】(2)流体中に超音波を送受信する送受信
器と、流れの上流から下流への送信と下流から上流への
送信との超音波伝搬時間差により流量を算出する流量検
出手段と、流体の変動波形の周期を設定する変動周期設
定手段と、上流から下流への送信による計測と下流から
上流への送信による計測とのそれぞれの計測開始の時間
を前記変動波形における位相差の180度付近とする計
測制御手段とを備えたので、超音波流量計測において変
動する流れの平均流量を短時間で正確に計測できる。
【0026】(3)変動周期設定手段を外部より設定可
能な外部設定手段を備えたので変動する流れの周期変化
に対して容易が可能であり平均流量の精度が高い。
【0027】(4)流体の圧力を検出する圧力検出手段
と、前記圧力検出手段の計測値によって周期を算出する
周期検出手段とを備えたので、変動する周期に対しても
自動的に対応可能であり平均流量の精度が高く、また流
体圧力の監視の目的で設けられる圧力検出手段と共用で
きる。
【0028】(5)変動波形の1周期以上の計測平均値
から流量を算出するので、平均流量の精度がさらに高く
なる。
【0029】(6)超音波の受信後に再度送信する繰り
返し手段を備え、この繰り返し送受信の積算時間から流
量を算出するので、変動波形の周期に応じて計測時間を
調節することができるので、平均流量の精度が高い。
【0030】(7)流体の流量を検出する流量検出手段
と、流体の圧力をを検出する圧力検出手段と、圧力検出
手段の供給電流を制御して高電流で流体の供給圧力を検
出し低電流で圧力の変動成分を検出する電流制御手段
と、圧力検出手段の信号によって流量検出手段の計測を
開始する計測制御手段とを備えたので、脈動周期を低電
流で検出することができ電池で長期の使用ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の流量計測装置のブロック図
【図2】同装置における流量変動時の流量波形図
【図3】本発明の実施例2の流量計測装置のブロック図
【図4】同装置における流量変動時の流量波形図
【図5】本発明の実施例3の流量計測装置のブロック図
【図6】同装置の制御を示すフローチャート
【図7】従来の流量計測装置のブロック図
【図8】同装置の流量波形図
【符号の説明】
8 流量検出手段 9 計測制御手段 11 流量演算手段 12 変動周期設定手段 14 送受信器 15 流量検出手段 20 繰り返し手段 25 周期検出手段 26 変動周期設定手段 27 計測制御手段 28 外部設定手段 29 圧力検出手段 30 電流制御手段

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流体の流量を検出する流量検出手段と、流
    体の変動波形の周期を設定する変動周期設定手段と、第
    1回計測と第2回計測との計測開始の時間を前記変動波
    形における位相差の180度付近とする計測制御手段
    と、前記第1回計測と前記第2回計測の計測値を演算す
    る流量演算手段とを備えた流量計側装置。
  2. 【請求項2】流体中に超音波を送受信する送受信器と、
    流れの上流から下流への送信と下流から上流への送信と
    の超音波伝搬時間差により流量を算出する流量検出手段
    と、流体の変動波形の周期を設定する変動周期設定手段
    と、上流から下流への送信による計測と下流から上流へ
    の送信による計測とのそれぞれの計測開始の時間を前記
    変動波形における位相差の180度付近とする計測制御
    手段とを備えた流量計側装置。
  3. 【請求項3】変動周期設定手段を外部より設定可能な外
    部設定手段を備えた請求項1または請求項2記載の流量
    計測装置。
  4. 【請求項4】流体の圧力を検出する圧力検出手段と、前
    記圧力検出手段の計測値によって周期を算出する周期検
    出手段とを備え、前記周期検出手段によって変動周期設
    定手段を変更する請求項1または請求項2記載の流量計
    測装置。
  5. 【請求項5】変動波形の1周期以上の計測平均値から流
    量を算出する請求項1または請求項2記載の流量計側装
    置。
  6. 【請求項6】超音波の受信後に再度送信する繰り返し手
    段を備え、この繰り返し送受信の積算時間から流量を算
    出する請求項2記載の流量計側装置。
  7. 【請求項7】流体の流量を検出する流量検出手段と、流
    体の圧力をを検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手
    段の供給電流を制御して高電流で流体の供給圧力を検出
    し低電流で圧力の変動成分を検出する電流制御手段と、
    前記圧力検出手段の信号によって前記流量検出手段の計
    測を開始する計測制御手段とを備えた流量計測装置。
JP10303583A 1998-10-26 1998-10-26 流量計測装置 Pending JP2000131106A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002323362A (ja) * 2001-04-25 2002-11-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流量計測装置
JP2011080876A (ja) * 2009-10-07 2011-04-21 Yazaki Corp 圧力検出ユニット及びガスメータ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002323362A (ja) * 2001-04-25 2002-11-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流量計測装置
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