JP2000337934A

JP2000337934A - 流量計測方法及び装置並びに電子式ガスメータ

Info

Publication number: JP2000337934A
Application number: JP11146062A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Kawana; 弘悦川名
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: JP3666725B2

Abstract

(57)【要約】【課題】脈動を有する流体の流量を消費電力を増大す
ることなく精度良く計測できる流量計測方法及び装置並
びにガス使用量を正確に積算表示できる電子式ガスメー
タを提供すること。【解決手段】脈動周期推定手段１４ａ−１は、流量計
測手段１４ａ−３により第１のサンプリング周期Ｔ１で
所定期間の間流量をサンプリング計測し、流量の脈動周
期Ｔ２を推定する。サンプリング周期決定手段１４ａ−
２は、脈動周期Ｔ２から流量計測手段１４ａ−３におけ
る第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、
ｎ≧２）を求める。流量計測手段１４ａ−３は、第２の
サンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流
量をサンプリング計測し、平均流量を求め、流量積算手
段１４ａ−４は、流量計測手段１４ａ−３からの平均流
量を積算して積算流量を求める。表示手段１５は、流量
積算手段１４ａ−４からの積算流量値を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスのような流体
の流量を計測する流量計測方法及び装置、並びに、流体
としてのガスの流量を計測して積算し積算流量を表示す
る電子式ガスメータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置として、例えば特公
平７−１１９６３８号公報において提案されている超音
波式流量計測装置が知られている。提案の装置は、ガス
流路内に一定距離だけ離れて配置された超音波周波数で
作動する例えば圧電式振動子からなる２つの音響トラン
スジューサを有し、一方のトランスジューサの発生する
超音波信号を他方のトランスジューサに受信させる動作
を交互に行って、超音波信号がトランスジューサ間でガ
ス流方向とガス流方向と逆方向に伝搬される時間をそれ
ぞれ計測し、この計測した２つの伝搬時間に基づいてガ
ス流路内を流れているガスの流速を間欠的に求め、この
流速にガス流路の断面積を乗じて瞬時流量を求める演算
処理を行うようになっている。この瞬時流量に間欠的な
計測時間、すなわちサンプリング周期を乗じて通過流量
を求め、更にこの通過流量を積算して求めた積算流量を
表示することによって、電子式ガスメータを構成するこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の流量計測では、サンプリング周期は、ガス流路内の
ガス流の有無に関係なく予め定められた一定の関数にて
決定されていた。このため、ガス流路内にガス流があっ
てそれに変動が生じているときと、夜間などのようにガ
ス流が存在しないときを区別せず、同じサンプリング周
期で計測を行うことが行われていた。なお、ガス流の変
動は、例えばＧＨＰ（ガスヒートポンプ）の場合に生
じ、その使用によってガス圧に約１５ｍｍＨ₂Ｏの変動
を１０〜２０Ｈｚの周波数で生じさせてガス流に脈流が
重畳するようになり、脈動となる。

【０００４】このため、ガス流路内にガス流があってそ
れに脈動が生じているときには、サンプリング周期が長
すぎて変動した流量を十分に捕捉することができず、計
測精度が上がらないという問題がある。

【０００５】このような問題を解決するには、サンプリ
ング周期を常に小さくすればよいが、このようにすると
消費電力が多くなってしまい、電池を電源とした電子式
ガスメータの場合には、電池を交換しなければならなく
なる期間が短くなるという新たな問題を生じるようにな
る。また、夜間などのようにガス流が存在しないときに
も、一定のサンプリング周期にてガス流量の計測を行う
ようになっているが、実際にガス流量を計測しなくても
よいときにガス流のあるときと同じ多くの電力が消費さ
れるが、このことも電池寿命の観点から好ましくない。

【０００６】一方、脈動が発生した場合でも計測に影響
の少ない流量測定を行うことができる従来技術の１つと
して、たとえば、特開平９−１５００６号がある。

【０００７】特開平９−１５００６号においては、ガス
流量計のアナログフローセンサが、取り付けられている
ガス配管を流れるガスの流量を計測する。また、ガス流
量読出手段は、アナログフローセンサから所定の第１サ
ンプリング時間（たとえば、６秒）毎に計測値を読み取
りデジタル変換する。また、ガス消費量算出手段は、ガ
ス流量読出手段が読み出したデジタル値から所定期間に
おけるガスの消費量を算出する。ここで、ガス流量読出
手段の平均値演算手段は、第１サンプリング時間に、所
定計測時間（たとえば、５０ｍｓｅｃ）内で第２のサン
プリング時間（たとえば、５０μｓｅｃ）毎にアナログ
フローセンサの計測値を読み出しデジタル変換して、そ
の平均値を演算しており、ガス消費量算出手段が、平均
値演算手段が演算した平均値を用いてガス消費量を算出
しているので、ガス配管で脈動が発生した場合でも、ガ
ス消費量を正確に算出することができる。

【０００８】特に、ガス流量計の近くにガスエンジンヒ
ートポンプが配設されている場合、ガス配管に１０〜２
１Ｈｚの周波数の大きな圧力変動が発生する。しかし、
平均値演算手段が、平均値を演算するための計測時間
が、ガスエンジンヒートポンプの振動周期の少なくとも
１周期分（２１Ｈｚに対応する場合約５０ｍｓｅｃ）を
含んでいるので、ガスエンジンヒートポンプにより発生
する圧力変動がガス流量計に与える影響を排除すること
ができ、ガス流量を正確に算出することができる。ここ
で、望ましくは、ガスエンジンヒートポンプの最長振動
周期である１０Ｈｚに対応できるように計測時間とし
て、１００ｍｓｅｃ以上あるとさらに良い。また、圧力
変動周期推定手段は、アナログフローセンサの出力から
圧力変動の周期を推定する、そして、所定計測時間が、
圧力変動周期推定手段が推定した圧力変動の周期の１周
期分、またはその倍数を採用すると良い。そうすると、
配管に実際に配設されているガスエンジンヒートポンプ
による振動の影響を排除することができる。

【０００９】しかし、特開平９−１５００６号に記載の
技術でも、まだ次のような問題点が残っている。すなわ
ち、脈動周期は常に一定とは限らないので、固定された
第１サンプリング時間と固定された第２サンプリング時
間では、異なる脈動周期に対して平均流量を常に正確に
求めることができない。

【００１０】よって本発明は、上述した状況に鑑み、脈
動などによって変化する流体の流量を間欠的な計測によ
っても消費電力を増大することなく精度良く計測できる
流量計測方法及び装置を提供することを課題としてい
る。

【００１１】また、本発明は、上述した状況に鑑み、間
欠的な計測によって推定計測したガスの通過流量を積算
して表示するようにした電子式ガスメータにおいて、脈
動などによって変化する流体の流量を間欠的に計測して
も消費電力を増大することなく精度良く計測し、通過流
量の誤差を低減してガス使用量を正確に積算表示できる
ようにした電子式ガスメータを提供することを課題とし
ている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
成された請求項１記載の発明は、流体の流量を間欠的に
計測する流量計測方法において、予め決められた第１の
サンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリン
グして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈
動周期Ｔ２を推定する第１のステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ
４，Ｓ５，Ｓ６）と、推定された脈動周期Ｔ２から第２
のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧
２）を求める第２のステップＳ７と、求められた第２の
サンプリング周期Ｔ３で上記脈動周期Ｔ２の整数倍の期
間の間流量をサンプリングして計測する第３のステップ
Ｓ８と、上記脈動周期Ｔ２の整数倍の期間の間計測され
た計測データから平均流量を求める第４のステップ（Ｓ
１１，Ｓ１２，Ｓ１３）とからなる、ことを特徴とする
流量計測方法に存する。

【００１３】請求項１記載の流量計測方法においては、
予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間
の間流量をサンプリングして計測し、得られた流量デー
タに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定し、推定された
脈動周期Ｔ２から第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２
／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求め、求められた第２のサン
プリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量を
サンプリングして計測し、脈動周期Ｔ２の整数倍の期間
の間計測された計測データから平均流量を求めている。

【００１４】上記課題を解決するため成された請求項２
記載の発明は、請求項１記載の流量計測方法において、
前記第１のステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）
は、予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で流量
をサンプリングして計測し、計測データＤ（ｎ）を得る
ステップＳ２と、計測データの変化量ΔＤ（ｎ）＝Ｄ
（ｎ−１）−Ｄ（ｎ）を求めるステップＳ３と、変化量
が、条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）
が成立する場合、周波数カウンタの周波数カウント値ｆ
ｃを１だけインクリメントするステップＳ４と、条件Δ
Ｄ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する
場合の繰り返し数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定
し、その答がノーならば、作業を測定データＤ（ｎ）を
得るステップＳ２に戻すステップＳ５と、繰り返し数が
所定数Ｒ１に達したか否かを判定するステップＳ５の答
がイエスならば、脈動周波数ｆ１（＝周波数カウント値
ｆｃ／（サンプリング周期Ｔ１×繰り返し数Ｒ１））を
求めるステップＳ６と、を含むことを特徴とする流量計
測方法に存する。

【００１５】請求項２記載の流量計測方法においては、
第１のステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）は、
予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で流量をサ
ンプリングして計測し、計測データＤ（ｎ）を得るステ
ップＳ２と、計測データの変化量ΔＤ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−
１）−Ｄ（ｎ）を求めるステップＳ３と、変化量が、条
件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立
する場合、周波数カウンタの周波数カウント値ｆｃを１
だけインクリメントするステップＳ４と、条件ΔＤ（ｎ
−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場合の
繰り返し数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定し、その
答がノーならば、作業を測定データＤ（ｎ）を得るステ
ップＳ２に戻すステップＳ５と、繰り返し数が所定数Ｒ
１に達したか否かを判定するステップＳ５の答がイエス
ならば、脈動周波数ｆ１（＝周波数カウント値ｆｃ／
（サンプリング周期Ｔ１×繰り返し数Ｒ１））を求める
ステップＳ６とを含んでいる。

【００１６】上記課題を解決するため成された請求項３
記載の発明は、請求項１または２記載の流量計測方法に
おいて、前記第３のステップＳ８で計測された前の流量
に対する現在の流量の流量変化が、予め決められたしき
い値以上か否かを判定する第５のステップＳ１０を含
み、予め決められたしきい値以上であれば、前記第１の
ステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）に戻り、予
め決められたしきい値以上でなければ、前記第４のステ
ップ（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）に進む、ことを特徴と
する流量計測方法に存する。

【００１７】請求項３記載の流量計測方法においては、
第３のステップＳ８で計測された前の流量に対する現在
の流量の流量変化が、予め決められたしきい値以上か否
かを判定する第５のステップＳ１０を含み、予め決めら
れたしきい値以上であれば、前記第１のステップ（Ｓ
２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）に戻り、予め決められた
しきい値以上でなければ、前記第４のステップ（Ｓ１
１，Ｓ１２，Ｓ１３）に進む。

【００１８】上記課題を解決するため成された請求項４
記載の発明は、図１（ａ）の基本構成図に示すように、
流体の流量を間欠的に計測する流量計測装置において、
予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間
の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測デー
タに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する脈動周期推
定手段１４ａ−１と、推定された脈動周期Ｔ２から第２
のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧
２）を求めるサンプリング周期決定手段１４ａ−２と、
求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整
数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、得られ
た計測データから平均流量を求める流量計測手段１４ａ
−３とを備えたことを特徴とする流量計測装置に存す
る。

【００１９】請求項４記載の流量計測装置においては、
脈動周期推定手段１４ａ−１が、予め決められた第１の
サンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリン
グして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈
動周期Ｔ２を推定する。サンプリング周期決定手段１４
ａ−２は、推定された脈動周期Ｔ２から第２のサンプリ
ング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求め
る。流量計測手段１４ａ−３は、求められた第２のサン
プリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量を
サンプリングして計測し、計測データを平均化して平均
流量を求める。

【００２０】上記課題を解決するため成された請求項５
記載の発明は、図１（ｂ）の基本構成図に示すように、
ガスの流量を間欠的に計測する流量計測手段１４ａ−３
と、間欠的に計測した流量を積算して積算流量を求める
流量積算手段１４ａ−４と、求めた積算流量を表示する
表示手段１５とを有する電子式ガスメータであって、上
記流量計測手段１４ａ−３により予め決められた第１の
サンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリン
グして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈
動周期Ｔ２を推定する脈動周期推定手段１４ａ−１と、
推定された脈動周期Ｔ２から上記流量計測手段における
第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ
≧２）を求めるサンプリング周期決定手段１４ａ−２と
を備え、上記流量計測手段１４ａ−３は、求められた第
２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の
間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データ
から平均流量を求め、上記流量積算手段１４ａ−４は、
上記流量計測手段１４ａ−３からの平均流量を積算して
積算流量を求めることを特徴とする電子式ガスメータに
存する。

【００２１】請求項５記載の電子式ガスメータにおいて
は、脈動周期推定手段１４ａ−１は、流量計測手段１４
ａ−３により予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ
１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得ら
れた流量データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定す
る。サンプリング周期決定手段１４ａ−２は、推定され
た脈動周期Ｔ２から上記流量計測手段における第２のサ
ンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を
求める。流量計測手段１４ａ−３は、求められた第２の
サンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流
量をサンプリングして計測し、計測された流量から平均
流量を求め、流量積算手段１４ａ−４は、流量計測手段
１４ａ−３からの平均流量を積算して積算流量を求め
る。表示手段１５は、流量積算手段１４ａ−４からの積
算流量値を表示する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２３】図２は本発明の流量計測方法及び装置を適
用して構成した電子式ガスメータの一実施の形態を示し
ている。図示の電子式ガスメータは、超音波型として構
成されており、ガスを流すガスメータ中の流路としての
ガス流路１０内にガス流方向において距離Ｌだけ離され
互いに対向して配置された超音波周波数で作動する例え
ば圧電式振動子からなる２つの音響トランスジューサＴ
Ｄ１及びＴＤ２と、ガス流路１０に連通した空所１０ａ
内に距離ｌだけ離れた管壁１０ｂに対向して配置された
音響トランスジューサＴＤ３とを有する。ガス流路１０
には、両音響トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２の上流側
に弁閉によってガス流路１０を遮断する遮断弁１０ｃが
設けられている。

【００２４】各トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２、Ｔ
Ｄ３は、それぞれ、トランスジューサインターフェース
（Ｉ／Ｆ）回路１１ａ及び１１ｂを介して送信回路１２
及び受信回路１３に接続されている。送信回路１２は、
マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）１４の制御の下で、
トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２のうちの一方のトラン
スジューサを駆動して超音波信号を発生させる信号をパ
ルスバーストの形で送信し、このための発振回路（図示
せず）を内蔵している。受信回路１３は、ガス流路１０
を通過した超音波信号を受信した、トランスジューサＴ
Ｄ１、ＴＤ２のうちの他方のトランスジューサからの信
号を入力して超音波信号を処理する前置増幅器（図示せ
ず）を内蔵している。トランスジューサＴＤ３について
は、トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２に対するとは別
のタイミングでμＣＯＭ１４が送信回路１２と受信回路
１３を制御し、トランスジューサＴＤ３を駆動して超音
波信号を発生させるように送信回路１２を制御するとと
もに、同じトランスジューサＴＤ３が管壁１０ｂから反
射されてくる超音波信号を受信して発生する信号を入力
させるように受信回路１３を制御する。

【００２５】なお、μＣＯＭ１４は、図３に示すよう
に、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニ
ット（ＣＰＵ）１４ａ、ＣＰＵ１４ａが行う処理のプロ
グラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯ
Ｍ１４ｂ、ＣＰＵ１４ａでの各種の処理過程で利用する
ワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリア
などを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡ
Ｍ１４ｃなどを内蔵し、これらがバスライン１４ｄによ
って相互接続されている。

【００２６】μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、送信回
路１２から信号を供給するトランスジューサと受信回路
１３で超音波信号を受信するトランスジューサとを交互
に切り替える制御を行うと共に、２つのトランスジュー
サ間で交互に送受信した超音波信号の伝搬時間を測って
ガス流路１０内を流れているガスの流速を間欠的に求め
るための流速演算処理の他に、この演算した流速とガス
流路１０の断面積とに基づいて瞬時流量を求める流量演
算処理、演算した瞬間流量に間欠時間を乗じて通過流量
を演算する通過流量演算処理、通過流量を積算して積算
流量を求める流量積算処理、この流量積算処理によって
求めた流量積算値を表示器１５に表示させる表示処理を
行う。これらはガスメータとしての本来の機能にかかわ
るものである。

【００２７】上述した構成の電子式ガスメータにおける
流量計測の原理を以下に説明する。μＣＯＭ１４の内蔵
するＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力
してパルスバースト信号を発生させ、これをトランスジ
ューサＴＤ１、ＴＤ２のうちの一方のトランスジューサ
に供給させて、この一方のトランスジューサに超音波信
号を発生させる。また、一方のトランスジューサから送
信された超音波信号を受信する他方のトランスジューサ
からの信号を受信回路１３に受信させ、これに応じて受
信回路１３が発生する信号を取り込む。その後、μＣＯ
Ｍ１４の内蔵するＣＰＵ１４ａは、超音波信号を発生す
るトランスジューサと超音波信号を受信するトランスジ
ューサを逆にして同じ動作をもう一度繰り返す制御を行
う。そして、μＣＯＭ１４のＣＰＵ１４ａは、送信回路
１２にトリガ信号を出力して一方のトランスジューサに
超音波信号を発生させて、この超音波信号を受信する他
方のトランスジューサが発生する信号を受信回路１３を
介して取り込むまでの時間Ｔ１、Ｔ２をそれぞれ測り、
この測った時間Ｔ１、Ｔ２からガス流の流速を後述のよ
うにして求める。

【００２８】また、μＣＯＭ１４のＣＰＵ１４ａは、ト
ランスジューサＴＤ１、ＴＤ２についての制御とは別の
タイミングで、トランスジューサＴＤ３についての制御
を行い、送信回路１２にトリガ信号を出力してパルスバ
ースト信号を発生させ、これをトランスジューサＴＤ３
に印加させて、このトランスジューサＴＤ３に超音波信
号を発生させる。また、ＣＰＵ１４ａは、トランスジュ
ーサＴＤ３から送信され管壁１０ｂで反射された超音波
信号を受信する同じトランスジューサＴＤ３からの信号
を受信回路１３に受信させ、これに応じて受信回路１３
が発生する信号を取り込む。そして、ＣＰＵ１４ａは、
送信回路１２にトリガ信号を出力してトランスジューサ
ＴＤ３に超音波信号を発生させて、この超音波信号の反
射の第１波と第２波を受信する同じトランスジューサＴ
Ｄ３が発生する信号を受信回路１３を介して取り込むま
での時間Ｔｒ１、Ｔｒ２をそれぞれ測り、この測った時
間Ｔｒ１、Ｔｒ２からガス流路１０内と同じ温度、圧
力、ガス種であるが、ガス流のない雰囲気における音速
を後述のようにして求める。

【００２９】今、静止ガス中での音の伝搬速度（音速）
をｃ、ガス流の流速をｖとすると、ガス流の順方向の超
音波信号の伝搬速度は（ｃ＋ｖ）となる。トランスジュ
ーサＴＤ１及びＴＤ２間の距離をＬとすると、トランス
ジューサＴＤ１からの超音波信号がガス流と同じ方向に
進んでトランスジューサＴＤ２に到達する時間Ｔ１と、
トランスジューサＴＤ２からの超音波信号がガス流と逆
方向に進んでトランスジューサＴＤ１に到達する時間Ｔ
２とは、Ｔ１=Ｌ／（ｃ＋ｖ）（１）Ｔ２=Ｌ／（ｃ−ｖ）（２）となる。（１）、（２）式よりｖ=（Ｌ／２）・（１／Ｔ１−１／Ｔ２） =（Ｌ／２）・（（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｔ２・Ｔ１））（３）となり、Ｌが既知であるときには、Ｔ１及びＴ２を計測
することによって流速ｖを求めることができる。

【００３０】なお、Ｔ２・Ｔ１=Ｌ²／（ｃ＋ｖ）・
（ｃ−ｖ）=Ｌ²／（ｃ²−ｖ²）であり、流速ｖは音
速ｃに比べて極めて小さな数値であるので、式中のｖ²
はｃ²に比べて極めて小さく無視でき、Ｔ２・Ｔ１=Ｌ
²／ｃ²とすることができる。そして、上式（３）は最
終的には、ｖ=（（Ｔ２−Ｔ１）・ｃ²）／２Ｌ =（Ｔ２−Ｔ１）・（ｃ²）・（１／２Ｌ）と書き直すことができる。ここで、Ｔｄ=（Ｔ２−Ｔ
１）とすると、ｖ=Ｔｄ・（ｃ²／２Ｌ） =Ｔｄ・ｋ（４）ただし、ｋ=ｃ²／２Ｌとなる。

【００３１】流速ｖが求められたときには、瞬時流量Ｑ
ｉはガス流路１０の既知の断面積をＳ、物の構造その他
によって変化する補正係数をαとすると、Ｑｉ=Ｔｄ・α・Ｓ・ｋ =Ｋ・Ｔｄ（５）となり、瞬時流量Ｑｉが求められる。ただし、Ｋ=α・Ｓ・ｋ（６）とする。なお、Ｋは上述の説明から明らかなように、音
速、ガス温度、ガス圧力など多くの要素を含んだ補正の
ための係数である。

【００３２】なお、式（６）中の静止ガス中の音速ｃに
ついては、図２に示したように、ガス流路１０に連通し
ているが、ガス流路１０中のガス流に影響されない静止
ガスの空所１０ａ中において、第３の音響トランスジュ
ーサＴＤ３から発した超音波信号が管壁１０ｂで反射し
てトランスジューサに戻ってくるまでの時間を計測し、
この時間によってトランスジューサＴＤ３から管壁１０
ｂまでの往復距離２ｌを割ることによって求めることが
できるので、この計測を適宜行って求めた音速ｃを用い
るようにすればよい。

【００３３】従って、瞬時流量Ｑｉを求める毎に、すな
わち、サンプリングする毎に、この流量Ｑｉに前回求め
た（サンプリングした）時点からの経過時間（サンプリ
ング間隔時間）を乗じることによって通過流量Ｑｔが求
まり、これを積算することによって、積算したガス積算
流量Ｑｓ、すなわち、ガス供給量（ガス使用量）を求め
ることができるようになる。そして、この積算流量Ｑｓ
を表示器１５に表示させることによって電子式ガスメー
タを構成することができる。

【００３４】そこで、本発明は、上述した流量計測の原
理に基づいて動作する電子式ガスメータにおいて、計測
すべきガスの流量に脈動変化が生じている場合、その脈
動周期を推定し、推定された脈動周期に応じて適切なサ
ンプリング間隔を求め、脈動周期が変化しても、それに
応じて常に最適なサンプリング周期で計測して平均流量
を求めるように動作させるものである。

【００３５】上述の本発明の動作を行うために、μＣＯ
Ｍ１４内のＣＰＵ１４ａは、以下に説明するような処理
を行う。またＲＡＭ１４ｃには、この処理を行うため
に、推定される脈動周期を格納する脈動周期格納エリ
ア、決定したサンプリング周期Ｔ３を格納するサンプリ
ング周期格納エリアサンプリング計測した流量を格納す
るサンプリング流量格納エリア、平均流量を格納する平
均流量格納エリア、全流量すなわち積算流量を格納する
全流量格納エリア、などが形成されている。

【００３６】まず、計測すべきガス流量に図４（ａ）に
示すような脈動がある場合、ＣＰＵ１４ａは、ガス流に
おいて予想される脈動周期（たとえば、ガス流路中では
約１０〜２０Ｈｚ程度の周波数の圧力変動が発生するこ
とがあり、この圧力変動の周波数に対応する周期が脈動
周期となる）をカバーするように予め決められた第１の
サンプリング周期Ｔ１（たとえば、１０ｍｓ）で流量を
所定期間計測する。次いで、ＣＰＵ１４ａは、得られた
計測データに基づいて脈動周期Ｔ２を推定する。

【００３７】次いで、ＣＰＵ１４ａは、推定された脈動
周期Ｔ２の間隔に応じて変化する第２のサンプリング周
期Ｔ３を決定する。この第２のサンプリング期間Ｔ３
は、推定された脈動周期Ｔ２の１／２以下（すなわち、
Ｔ３＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）になるように決定さ
れる。たとえば、図４（ａ）では、第２のサンプリング
期間Ｔ３は、推定された脈動周期Ｔ２のちょうど１／２
に決定されている。

【００３８】次いで、ＣＰＵ１４ａは、決定された第２
のサンプリング周期Ｔ３によるサンプリング計測を脈動
周期Ｔ２の整数倍の期間、たとえば図４（ａ）では脈動
周期Ｔ２の２倍の計測期間、だけ実行する。次いで、Ｃ
ＰＵ１４ａは、この計測期間内に得られた計測データに
基づいて平均値計算を行い、得られた平均値を平均流量
値Ｑｍとする。次いで、ＣＰＵ１４ａは、平均流量値Ｑ
ｍを前回までの積算流量値に積算し、今回の積算流量値
を求め、その積算流量値を表示器１５に表示する。

【００３９】一方、計測すべきガス流量に図４（ｂ）に
示すような脈動があると仮定すると、この脈動周期は、
図４（ａ）の脈動周期に比べて長くなっている（換言す
ると、図４（ｂ）の脈動周波数は、図４（ａ）の脈動周
波数よりも低い周波数になっている）。この場合も、Ｃ
ＰＵ１４ａは、同様に、まず第１のサンプリング周期Ｔ
１で所定期間計測した計測データに基づいて脈動周期Ｔ
２′を推定し、次いで、推定された脈動周期Ｔ２′の間
隔に応じた第２のサンプリング周期Ｔ３′を決定する。
この第２のサンプリング期間Ｔ３′は、推定された脈動
周期Ｔ２′の１／２以下、たとえば脈動周期Ｔ２のちょ
うど１／２に決定されるが、図４（ａ）に示す第２のサ
ンプリング期間Ｔ３より長くなっている。

【００４０】次いで、ＣＰＵ１４ａは、決定された第２
のサンプリング周期Ｔ３′によるサンプリング計測を脈
動周期Ｔ２′の整数倍の期間、たとえば脈動周期Ｔ２′
の２倍の計測期間、の間だけ実行する。次いで、ＣＰＵ
１４ａは、この計測期間内に得られた計測データに基づ
いて平均値計算を行い、得られた平均値を平均流量値Ｑ
ｍとする。次いで、ＣＰＵ１４ａは、平均流量値Ｑｍを
前回までの積算流量値に積算し、今回の積算流量値を求
め、その積算流量値を表示器１５に表示する。

【００４１】このように、本発明では、計測すべきガス
の流量に脈動変化が生じている場合、その脈動周期を推
定し、それに応じて適切に可変されるサンプリング間隔
を求め、常に最適なサンプリング周期で脈動周期の整数
倍の期間の間計測して平均流量を求めるように動作す
る。したがって、異なる脈動周期を有する脈動が発生し
ているどのような計測環境に対しても、異なる脈動周期
に対応して適切に間隔が変わる第２のサンプリング周期
Ｔ３で平均流量計測を行うことができ、脈動の影響が低
減されかつ計測精度が向上する。また、第２のサンプリ
ング期間Ｔ３は、推定された脈動周期Ｔ２の１／２以下
（すなわち、Ｔ３＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）になる
ように決定されるので、サンプリング回数を低減するこ
とができ、従って、計測時の消費電力を低減することが
できる。

【００４２】また、流体の流れがない場合や流れていて
も一定流量で変化のない場合には、サンプリング周期が
長くなってサンプリング回数が低減するので消費電力が
抑えられる。これは、流体の流量を積算する場合、流体
が流れていないときには、サンプリング周期が長くても
誤差の影響が殆どなく、また流体が流れていても一定流
量であれば、サンプリング周期が長くても誤差が少ない
からであり、計測精度を損なうことなく、消費電力の削
減を図ることができる。

【００４３】以上、流量計測方法及びこの方法を実施す
る装置、並びに電子式ガスメータの概略動作を説明した
が、ＣＰＵ１４ａが行う処理の一例を示す図５のフロー
チャートを参照して、以下その詳細を説明する。

【００４４】ＣＰＵ１４ａは、例えば電源投入によって
動作を開始し、初期設定される（ステップＳ１）。次い
で、適当な等間隔の第１のサンプリング周期（ガス流に
おいて予想される脈動の周期を考慮して設定される）、
たとえば１０ｍｓ以下のサンプリング周期Ｔ１で流量Ｄ
（ｎ）を測る（ステップＳ２）。次いで、計測したデー
タの変化量ΔＤ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）−Ｄ（ｎ）を求め
る（ステップＳ３）。次いで、流量の変化が、条件ΔＤ
（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場
合、ＣＰＵ１４ａに内蔵の周波数カウンタ（図示しな
い）の周波数カウント値ｆｃを１だけインクリメント
（＋１）する（ステップＳ４）。

【００４５】次いで、ＣＰＵ１４ａは、条件ΔＤ（ｎ−
２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場合の繰
り返しの数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定する（ス
テップＳ５）。この繰り返し数Ｒ１は、１脈動周期に対
応する２、またはそれ以上の数字が設定される。繰り返
し数Ｒ１を２以上にすると、１脈動周期以上の期間にわ
たって計測データが得られるので、脈動周期の推定の精
度が上がるが、推定に要する時間がかかりかつ消費電力
が増す。

【００４６】ステップＳ５の答がノーならば、ステップ
Ｓ２に戻り、イエスならば、ステップＳ６に進む。

【００４７】ステップＳ６で、脈動周波数ｆ１（＝周波
数カウント値ｆｃ／（サンプリング周期Ｔ１×繰り返し
数Ｒ１））を求める。次いで、第２のサンプリング周期
Ｔ２（＝１／脈動周波数ｆ１×繰り返し数Ｒ２＝脈動周
期Ｔ２／繰り返し数Ｒ２）を求める（ステップＳ７）。
次いで、求められた第２のサンプリング周期で繰り返し
数Ｒ２だけ流量のサンプリング計測を行う（ステップＳ
８）。次いで、遅延を行う（ランダムに遅延時間を決め
る）（ステップＳ９）。次いで、流量変化、すなわち、
計測したデータの変化量ΔＤ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）−Ｄ
（ｎ）がしきい値（流量の変化量がある範囲内に入って
いるかどうかを示す基準値として予め設定されるもので
あり、流量の変化量がこの値以上に大きく変化した場合
は異常とみなす）以上であるか否かを判定する（ステッ
プＳ１０）。

【００４８】ステップＳ１０の答がイエスならば、流量
変化が異常であることを表しているので、ステップＳ２
に戻り、脈動周期の推定から作業をやり直す。ステップ
Ｓ１０の答がノーならば、ステップＳ１１に進む。

【００４９】ステップＳ１１で、計測された流量の積算
を行う。次いで、繰り返し数Ｒ２に達したか否かを判定
し（ステップＳ１２）、ノーならばステップＳ８に戻
り、イエスならばステップＳ１３に進む。ステップＳ１
３で、平均流量（＝積算流量／繰り返し数Ｒ２）を求
め、次いで作業を終了する。

【００５０】以上、フローチャートを参照して行った動
作の説明から明らかなように、予め定めたプログラムに
従って動作するμＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、予め
決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間
流量をサンプリングして計測し、得られた流量データに
基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する脈動周期推定手
段１４ａ−１と、推定された脈動周期Ｔ２から第２のサ
ンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を
求めるサンプリング周期決定手段１４ａ−２としてそれ
ぞれ働いている。

【００５１】また、μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、
流体の流量をサンプリング周期によって間欠的に計測す
る流量計測手段１４ａ−３と、間欠的に計測した流量を
積算して積算流量を求める流量積算手段１４ａ−４とし
てもそれぞれ働いている。

【００５２】また、上述した実施の形態による電子式ガ
スメータでは、脈動周期推定手段１４ａ−１として働い
ているＣＰＵ１４ａが、予め決められた第１のサンプリ
ング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計
測し、得られた流量データに基づいて流量の脈動周期Ｔ
２を推定し、サンプリング周期決定手段１４ａ−２とし
て働いているＣＰＵ１４ａが、推定された脈動周期Ｔ２
から上記流量計測手段における第２のサンプリング周期
Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求め、流量計測
手段１４ａ−３として働いているＣＰＵ１４ａは、求め
られた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍
の期間の間流量をサンプリングして計測し、計測された
流量から平均流量を求め、流量積算手段１４ａ−４とし
て働いているＣＰＵ１４ａは、平均流量を積算して積算
流量を求め、その積算流量値を表示手段に表示させ、脈
動周期の短い脈動を有する流量計測時には短いサンプリ
ング周期とし、脈動周期の長い脈動を有する流量計測時
には長いサンプリング周期とするので、積算流量を求め
るための各サンプリング毎の流量を精度よく求めつつ、
平均流量を求めることによって脈動の影響をなくし、精
度の良い積算流量値を表示することができる。

【００５３】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこれに限らず、種々変形、応用が可能で
ある。

【００５４】たとえば、第２のサンプリング周期Ｔ３
は、Ｔ３＝推定された脈動周期Ｔ２／ｎで求められ、実
施の形態では図４に示すようにｎ＝２の例を示している
が、これに限らず、２以上の数字にすることができる。
なお、ｎを２以上の数字にすると、サンプリング回数が
多くなり計測精度が上がるが消費電力が増すので、計測
精度と消費電力の兼ね合いを考慮して設定すると良い。

【００５５】また、実施の形態では、図４では、第２の
サンプリング周期Ｔ３で脈動周期Ｔ２の２倍の期間の間
サンプリング計測が行われて平均流量を求める例が説明
され、図５のフローチャートでは、１回の脈動周期Ｔ２
の間サンプリング計測が行われて平均流量を求める例が
説明されているが、これらに限らず、脈動周期Ｔ２の３
倍以上の期間の間、サンプリング計測を行っても良い。
なお、このサンプリング計測を行う期間が短いほど上述
のｎの値を大きくし、サンプリング計測を行う期間が長
いほど上述のｎの値を小さくするように設定しても良
い。

【００５６】また、上述した実施の形態においては、流
量測定手段１４ａ−３が超音波式として構成されている
が、これはガス流路１０中のガスの流速に応じて変化す
る物理量を間欠的に測定することのできるものであれ
ば、フルイディック式流量計など他の形式のものであっ
ても良い。

【００５７】また、実施の形態では、ガスの流量を計測
するようにしているが、本発明の流量計測方法及び装置
は、ガス以外の流体の流量を計測するものにも同等に適
用することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、異なる脈動周期を有する脈動が発生してい
る計測環境に対して、異なる脈動周期に対応して間隔が
変わるサンプリング周期で平均流量計測を行うことがで
き、脈動の影響が低減され、計測精度が向上する。ま
た、第２のサンプリング期間が脈動周期に応じて適宜に
可変設定されるので、サンプリング回数を低減すること
ができ、従って、計測時の消費電力を低減することがで
きる。

【００５９】また、請求項２記載の発明によれば、流量
の脈動周期Ｔ２を推定する第１のステップが、サンプリ
ング計測データの変化量を所定条件を満足する所定の繰
り返し数Ｒ１だけ観測することにより、流量の脈動周期
Ｔ２を推定するようにしているので、精度の良い推定が
行われる。また、消費電力の低減等の他の要件を斟酌し
ながら、繰り返し数Ｒ１を大きく設定することによっ
て、さらに精度の良い推定が行われる。

【００６０】また、請求項３記載の発明によれば、前の
流量に対する現在の流量の流量変化が、予め決められた
しきい値以上か否かを判定し、しきい値以上の場合は、
計測異常として作業を脈動周期の推定からやり直すの
で、精度の良い計測が可能となっている。

【００６１】また、請求項４記載の発明によれば、異な
る脈動周期を有する脈動が発生している計測環境に対し
て、異なる脈動周期に対応して間隔が変わるサンプリン
グ周期で平均流量計測を行うので、脈動などによって変
化する流体の流量を間欠的な計測によっても消費電力を
増大することなく精度良く計測できる流量計測装置が得
られる。

【００６２】さらに、請求項５記載の発明によれば、脈
動周期の短い脈動を有する流量計測時には短いサンプリ
ング周期とし、脈動周期の長い脈動を有する流量計測時
には長いサンプリング周期とするので、積算流量を求め
るための各サンプリング毎の流量を精度よく求めつつ、
平均流量を求めることによって脈動の影響をなくし、消
費電力を増大することなく精度良く計測し、通過流量の
誤差を低減してガス使用量を正確に積算表示できるよう
にした電子式ガスメータが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の流量計測装置、（ｂ）は流量
計測装置を組み込んだ本発明の電子式ガスメータの基本
構成をそれぞれ示す図である。

【図２】装置及び電子式ガスメータの一実施の形態を示
す図である。

【図３】図２中のμＣＯＭの構成を示す図である。

【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明の動作を説明するた
めのタイミング図である。

【図５】本発明による流量計測方法を実施する図２中の
μＣＯＭのＣＰＵが行う処理を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１４ａ−１脈動周期推定手段（ＣＰＵ）１４ａ−２サンプリング周期決定手段（ＣＰＵ）１４ａ−３流量計測手段（ＣＰＵ）１４ａ−４流量積算手段（ＣＰＵ）１５表示手段（表示器）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流量を間欠的に計測する流量計測
方法において、予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間
の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測デー
タに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する第１のステ
ップと、推定された脈動周期Ｔ２から第２のサンプリング周期Ｔ
３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求める第２のステ
ップと、求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で上記脈動周期
Ｔ２の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測す
る第３のステップと、上記脈動周期Ｔ２の整数倍の期間の間計測された計測デ
ータから平均流量を求める第４のステップとからなる、ことを特徴とする流量計測方法。
【請求項２】前記第１のステップは、予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で流量をサ
ンプリングして計測し、計測データＤ（ｎ）を得るステ
ップと、計測データの変化量ΔＤ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）−Ｄ
（ｎ）を求めるステップと、変化量が、条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ
（ｎ）が成立する場合、周波数カウンタの周波数カウン
ト値ｆｃを１だけインクリメントするステップと、条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成
立する場合の繰り返し数が所定数Ｒ１に達したか否かを
判定し、その答がノーならば、作業を測定データＤ
（ｎ）を得るステップに戻すステップと、繰り返し数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定するステ
ップの答がイエスならば、脈動周波数ｆ１（＝周波数カ
ウント値ｆｃ／（サンプリング周期Ｔ１×繰り返し数Ｒ
１））を求めるステップと、を含むことを特徴とする請求項１記載の流量計測方法。
【請求項３】前記第３のステップで計測された前の流
量に対する現在の流量の流量変化が、予め決められたし
きい値以上か否かを判定する第５のステップを含み、予
め決められたしきい値以上であれば、前記第１のステッ
プに戻り、予め決められたしきい値以上でなければ、前
記第４のステップに進む、ことを特徴とする請求項１または２記載の流量計測方
法。
【請求項４】流体の流量を間欠的に計測する流量計測
装置において、予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間
の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測デー
タに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する脈動周期推
定手段と、推定された脈動周期Ｔ２から第２のサンプリング周期Ｔ
３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求めるサンプリン
グ周期決定手段と、求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整
数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、得られ
た計測データから平均流量を求める流量計測手段とを備
えたことを特徴とする流量計測装置。
【請求項５】ガスの流量を間欠的に計測する流量計測
手段と、間欠的に計測した流量を積算して積算流量を求
める流量積算手段と、求めた積算流量を表示する表示手
段とを有する電子式ガスメータであって、上記流量計測手段により予め決められた第１のサンプリ
ング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計
測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期Ｔ
２を推定する脈動周期推定手段と、推定された脈動周期Ｔ２から上記流量計測手段における
第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ
≧２）を求めるサンプリング周期決定手段とを備え、上記流量計測手段は、求められた第２のサンプリング周
期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリン
グして計測し、得られた計測データから平均流量を求
め、上記流量積算手段は、上記流量計測手段からの平均流量
を積算して積算流量を求めることを特徴とする電子式ガ
スメータ。