JP2001012981A

JP2001012981A - 流量計

Info

Publication number: JP2001012981A
Application number: JP11182995A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Umekage; 康裕梅景; Yukio Nagaoka; 行夫長岡; Osamu Eguchi; 修江口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】流量変動や圧力変動がある気体や液体などの
流量を計測する際、繰返し回数を逐次変更して流量を計
測することで、変動が発生した場合にも安定して精度よ
く流量値を計測する。【解決手段】流路に設けられ音波を送受信する、第１
振動子１７と第２振動子１８と、前記送受信手段の信号
伝搬を繰返し行う繰返手段１９と、繰返手段１９で繰り
返される間の音波の伝搬時間を計測する計時手段２０
と、計時手段２０の値に基づいて流量を検出する流量検
出手段２１と、所定の繰返し回数に逐次変更する回数変
更手段２２を備えている。これによって、流れの変動に
よる影響を抑制することができ安定した流量計測を実現
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、液体や気体の流量
を計測し、流量変動が発生した場合にも精度よく計測す
る流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の流量計は、特開平９−１
５００６号公報や特開平１０−１９７３０３号公報のよ
うなものが知られていた。以下、その構成について図１
２と図１３を参照しながら説明する。

【０００３】図１２に示すように、ガス流量を計測する
アナログフローセンサ1から所定の第1サンプリング時間
毎に計測値を読み取るサンプリングプログラム２と、所
定時間におけるガス消費流量を算出するガス消費量算出
プログラム３と、第1サンプリング時間に所定時間内で
第2サンプリング時間毎にアナログフローセンサの計測
値を読み出して、その平均値を演算する平均値演算プロ
グラム４と、フローセンサの出力から圧力変動の周期を
推定する圧力変動周期推定プログラム５と、メモリーと
してのＲＡＭ６で構成されていた。

【０００４】ここで、７は前記各プログラムを記憶して
おくメモリーのＲＯＭ、８はそのプログラムを実行する
ＣＰＵである。この構成により、所定計測時間がポンプ
の振動周期の１周期以上、またはその周期の倍数である
ように計測処理するものであり、平均化することで流量
に変動が発生しても計測流量が影響されにくい構成とし
ている。

【０００５】また、図１３に示すように、流量を検出す
る流量検出手段９と、流れの変動周期を検出する周期検
出手段１０と、流量検出の測定時間を前記周期のほぼ整
数倍に設定する測定時間変更手段１１を備えた構成であ
る。ここで、１２は流量演算手段、１３は計測開始手
段、１４は信号処理手段、１５は流路である。この構成
により、変動波形の周期に合せて流量を計測して短時間
に正確な流量計測を行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術では、第１の引例では、平均値を用いてガス流量を
計測するもので、安定した平均値を得るには長時間の計
測が必要で、瞬時の流量計測は困難という課題があっ
た。また、第２の引例では、周期が変動した場合に適応
できないという課題があった。

【０００７】

【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、流路に設けられて音波を送受信する送受信
手段と、前記送受信手段の信号伝搬を繰返し行う繰返手
段と、前記繰返手段で繰り返される間の音波の伝搬時間
を計測する計時手段と、前記計時手段の値に基づいて流
量を検出する流量検出手段と、所定の繰返し回数に逐次
変更する回数変更手段を備えた構成とした。

【０００８】上記発明によれば、繰返し回数を逐次変更
することで流れの変動による影響を抑制することができ
安定した流量計測を実現できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、流路に設けられて音波
を送受信する送受信手段と、前記送受信手段の信号伝搬
を繰返し行う繰返手段と、前記繰返手段で繰り返される
間の音波の伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手
段の値に基づいて流量を検出する流量検出手段と、所定
の繰返し回数に逐次変更する回数変更手段を備えた。そ
して、繰返し回数を逐次変更することで流れの変動によ
る影響を抑制することができ安定した流量計測を実現で
きる。

【００１０】また、繰返手段で繰返す伝搬時間の途中情
報を検出する経過時間検出手段と、前記経過時間検出手
段の情報から流量変動の周期を検出する周期検出手段
と、前記周期検出手段で検出された周期のほぼ整数倍の
測定時間に設定する回数変更手段とを備えた構成とし
た。そして、特定の検出手段を必要とせず、流量検出を
行う前に計時手段の途中情報から周期を検出して周期の
整数倍とすることができるので、流量計測は安定して精
度よく計測することができる。

【００１１】また、経過時間検出手段により得られた繰
返し行われる送受信の各伝搬時間を少なくとも1個以上
保持するデータ保持手段と、前記データ保持手段により
保持されたデータと計測された伝搬時間のデータを比較
することによって周期を検出する周期検出手段を備えた
構成とした。そして、データ保持手段によって瞬時瞬時
の計時情報を保持し比較することで周期を検出すること
ができる。

【００１２】また、回数変更手段は、流量計測の前に行
われる構成とした。そして、流量計測を行う前に繰返し
回数を所定の回数に設定するので、流量計測は安定して
精度よく行える。

【００１３】また、周期検出手段で得られた周期に合せ
た繰返し回数は、次回の流量計測時に使用される構成と
した。そして、次回の計測に使用することで、周期検出
のための繰返し計測が不要となり、低消費電力とするこ
とができる。

【００１４】また、流量検出手段で検出した流量の変動
の大小を判定する流量変動判別手段と、前記流量変動判
別手段により判別される流量変動が小さくなるように繰
返し回数を変更する回数変更手段とを備えた構成とし
た。そして、流量変動が小さくなるように、回数を変更
することで流れに変動があっても安定して精度よく流量
を計測することができる。

【００１５】また、流量変動判別手段は、流量の標準偏
差を用いて行う構成とした。そして、流量変動を標準偏
差を用いて行うことで的確に変動を検出することができ
る。

【００１６】また、回数変更手段は、所定流量計測のた
びに動作する構成とした。そして、所定流量計測のたび
に行うことで、激しく変動する流れにおいても安定して
流量を精度よく計測することができる。

【００１７】また、回数変更手段は、所定の処理の時に
のみ動作する構成とした。そして、所定の処理の時のみ
に行うことで、必要最低限の処理にすることができ消費
電力を大幅に低減することができる。

【００１８】また、所定処理は、計測流量から流量の異
常を判別する異常判別手段と、計測流量から流量の使用
状況を管理する流量管理手段とを行う構成とした。そし
て、異常判別や流量管理の処理の時のみとすることで、
回数変更を行う処理を最低限押さえられ低消費電力とす
ることができる。

【００１９】また、繰返し回数は、所定回数から増加す
る方向に変更して行く構成とした。そして、所定回数か
ら徐々に増加することで、少ない回数から検討していけ
るので短時間で必要回数を見つけることができる。

【００２０】また、計測流量が所定流量未満の時に、回
数変更手段を動作させる構成とした。そして、所定流量
以下の時のみ行うことで、大流量時には処理せず低消費
電力とすることができる。

【００２１】また、標準偏差が所定値以上の時に、回数
変更手段を動作させる構成とした。そして、標準偏差が
所定値より大きくなった時のみ行うことで、低消費電力
とすることができる。

【００２２】また、流量が所定流量以下で、かつ標準偏
差が所定値以上の時のみ、繰返し回数変更手段を動作さ
せる構成とした。そして、所定流量以下でかつ標準偏差
が所定値以上の時のみとすることで、処理の回数が制限
され低消費電力とすることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２４】（実施例１）図１は本発明の実施例１の流
量計のブロック図である。図１において、１７は流路１
６に設けられて音波を送受信する送受信手段としての第
1送受信手段、１８は送受信手段としての第2送受信手
段、１９は前記第1送受信手段１７と第2送受信手段１８
の信号伝搬を繰返し行う繰返手段、２０は前記繰返手段
１９で繰り返される間の音波の伝搬時間を計測する計時
手段、２１は前記計時手段２０の値に基づいて流量を検
出する流量検出手段、２２は所定の繰返し回数に逐次変
更する回数変更手段である。そして、繰返手段１９で繰
返す伝搬時間の途中情報を検出する経過時間検出手段２
３と、前記経過時間検出手段２３の情報から流量変動の
周期を検出する周期検出手段２４と、前記周期検出手段
２４で検出された周期のほぼ整数倍の測定時間になるよ
うに設定変更する回数変更手段２２を備えた構成とし
た。ここで、経過時間検出手段２３により得られた送受
信の各伝搬時間を1個保持するデータ保持手段２５と、
前記データ保持手段２５により保持されたデータと計測
された伝搬時間のデータを比較することによって周期を
周期検出手段２４により検出することにした。そして、
２６は第1振動子１７と第２振動子１８の送受信の動作
を切換える切換手段、２７は超音波信号を送信する送信
器、２８は超音波信号を受信する受信器である。

【００２５】次に動作、作用について図２から図５を用
いて説明する。図２に示すように、本発明の流量計は、
繰返し開始信号により計測が開始され、入力信号を第1
振動子に入力することによって、第1振動子が振動して
音波を発信する。その音波を第2振動子が受信して、こ
の間の伝搬時間を計時手段が所定クロックでカウントし
つつ計測するものである。図中の遅延時間は、音波の減
衰を待つための待機時間であり、固定のものである。そ
して、この遅延時間と伝搬時間をカウントした値をＣｉ
として検出した後、再び第1振動子に入力信号を入れ音
波を発信して、第2振動子で受信する繰返し計測を所定
回数行う。このとき、第2振動時で受信した際のカウン
ト数Ｃｉ＋１は、前回のＣｉと比較し、流速変動が繰り
返し発生している周期を検出する。すなわち、図３に示
すように、流速変動のＶ５とＶ６は、カウント数の差Ｃ
５−Ｃ６は負の値となっていたが、Ｖ６とＶ７の流速変
動では、カウント数の差Ｃ６−Ｃ７は正の値となり符号
が反転する。そして、ふたたび、カウント数の差Ｃｉ−
Ｃｉ＋１が負の値から正の値となる時を、図４のフロー
チャートで示すような処理にしたがって繰返し毎に行
い、周期を検出するものである。

【００２６】図４のフローチャートでは、周期を検出す
る流れについて示し、計時カウンタを１個保持して次回
の計時カウンタと比較することによって流速変動の変化
を検出することを示している。また、図５に示すよう
に、丸１の処理と回数変更手段は、流量計測の前に毎回
行われる構成とした。このように、周期を検出して、そ
の周期の間、繰返して伝搬時間の計測を行うことで、流
れに変動があっても変動の1周期で計測することで平均
化されるので、計測流量は変動の影響を受けずにに計測
されることになる。１周期に限らず、複数の周期にわた
って計測すれば更に安定して精度の高い流量計測ができ
る。

【００２７】なお、周期の検出については、カウント値
の差を取って符号が反転することで検出する方法につい
て述べたが、差が最大となるポイントを検出しても良い
し、保持されたカウント値と最も近いカウント値が再度
計測されるポイントを検出して周期を求めても良い。ま
た、１個の保持データを比較することで説明したが、複
数個の保持データを用いて、自己相関や周波数解析手法
を用いて周期を求めても良いし、あるいは複数個の保持
データから前述のように差を求めて周期を検出しても良
い。

【００２８】このように、流れの変動検出手段を必要と
せず構成を簡素化できることと、流量検出を行う前に計
時手段の途中情報から周期を検出して、繰返し計測の時
間を周期の整数倍とすることができるので、流量計測は
安定して精度よく計測することができる。そして、デー
タ保持手段によって瞬時瞬時の計時情報を保持し比較す
ることで周期をその都度検出することができる。また、
逐次繰返し回数を変更することで流れの変動の変化によ
る影響を抑制することができ安定した流量計測を実現で
きる。そして、流量計測を行う直前に繰返し回数を、周
期の整数倍の回数に設定するので、流れの変動が平均化
され流量計測は安定して精度よく行える。

【００２９】（実施例２）図６は本発明の実施例２の流
量計を示すフローチャートである。実施例１と異なる点
は、周期検出手段で得られた周期に合せた繰返し回数
は、次回の流量計測時に使用される構成としたことにあ
る。構成は図1に示す。

【００３０】図６に示すように、第１振動子からの伝搬
時間の計測Ｔ１を行いながら、一方でその時の計時手段
の計時情報Ｃｉをデータ保持手段に保持しておく。そし
て、第２の振動子からの伝搬時間の計測Ｔ２を行い、前
記Ｔ１とＴ２から流速、流量を算出する。そして、保持
しておいた計時情報Ｃｉから実施例１で示したような方
法で、流れ変動の周期を検出し、次回の繰返し回数を変
更して次回の計測に反映させる。

【００３１】このように、次回の計測に使用すること
で、流量計測と周期の計測が兼用で行え、周期検出のた
めだけに音波の伝搬を行う繰返し計測が不要となり、低
消費電力とすることができる。そして、変動周期に合せ
て繰返し回数を設定することで、変動が平均化され、安
定して精度よく流量を計測することができる。

【００３２】（実施例３）図７は本発明の実施例３の流
量計を示すブロック図である。実施例１と異なる点は、
流量検出手段で検出した流量の変動の大小を判定する流
量変動判別手段２９と、前記流量変動判別手段２９によ
り判別される流量変動が小さくなるように繰返し回数を
変更する回数変更手段とを備え、前記流量変動判別手段
２９は、流量の標準偏差を用いて行う構成としたことに
ある。

【００３３】そして、図８のフローチャートに示すよう
に、流量Ｑｉを計測し、まず、その流量が所定値Ｑｍ以
上（例えば、１００リットル／時間）であれば、繰返し
回数はそのままとし、所定値Ｑｍ未満の場合、計測流量
Ｑｉの前のｎ個のデータを基に、標準偏差Ｈｉを求め
る。そして、その標準偏差Ｈｉが所定値Ｈｍ以上（例え
ば、１リットル／時間）の時、繰返し回数を変更する。
この時、繰返し回数は、初期値Ｋ０から所定値ｄＫ（例
えば、２回）だけ増加するようにして変更していく。そ
して、所定回数Ｋｍ以上の時は、回数を初期値に戻し、
再度変更していく。

【００３４】このように、計測流量が所定流量未満の時
のみ、回数変更の処理を行うことで、大流量時には処理
せず低消費電力とすることができる。そして、標準偏差
が所定値以上の時に、流量変動が小さくなるように、回
数を変更することで流れに変動があっても、回数を変更
していくことで安定した流量計測が行えるようにするこ
とができる。そして、流量変動を標準偏差を用いて判別
することで的確に変動を検出することができる。また、
繰返し回数は、所定回数から徐々に増加する方向に変更
してすることで、少ない回数から検討していけるので短
時間で必要回数を見つけることができる。

【００３５】また、図９に示すように、計測流量が所定
流量以下で、かつ標準偏差が所定値以上の時のみ、繰返
し回数変更手段を動作させることで、回数変更の処理の
回数がより制限され低消費電力とすることができる。

【００３６】なお、回数変更を徐々に増加する方法で説
明したが、変更した時の標準偏差が大きくなった時に
は、減少する方向に変更する方法を用いて、標準偏差の
変化に応じて回数の増加、減少の変更方向ほ制御すると
さらに安定して計測することができる。また、本流量計
の電源を電池とした場合、低消費電力となることは、流
量計を長時間使用することができる効果がある。

【００３７】（実施例４）図１０は本発明の実施例４の
流量計を示すブロック図である。実施例１と異なる点
は、異常判別手段３０と、流量管理手段３１を設けたこ
とにある。そして、回数変更手段は、所定の処理として
の異常判別手段３０の実行時、および流量管理手段３１
の実行の時に動作する構成とした。

【００３８】そして、図１１に示すフローチャートのよ
うに、異常判別手段の実行時、および流量管理手段の実
行の時に行うことで、必要な時だけに回数変更の処理す
ることができ消費電力を低減することができる。すなわ
ち、異常判別はその必要性から短時間で流量を計測する
必要がある。そのため、流れの変動を受け変動している
計測流利用では異常判別が遅くなるので、変動周期にあ
った繰返し回数に変更して計測することで短時間で計測
することができる。また、流量管理は、下流側でどのよ
うな負荷が使用されているかを管理するためのもので、
短時間で流量を検出して判別する必要があり、異常判別
と同様に、変動周期にあった繰返し回数に変更して計測
することで短時間で計測することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかのように本発明の
流量計によれば、次の効果が得られる。

【００４０】本発明は、流路に設けられて音波を送受信
する送受信手段と、前記送受信手段の信号伝搬を繰返し
行う繰返手段と、前記繰返手段で繰り返される間の音波
の伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段の値に
基づいて流量を検出する流量検出手段と、所定の繰返し
回数に逐次変更する回数変更手段を備えることで、繰返
し回数を逐次変更することで流れの変動による影響を抑
制することができ安定した流量計測を実現できる。

【００４１】また、繰返手段で繰返す伝搬時間の途中情
報を検出する経過時間検出手段と、前記経過時間検出手
段の情報から流量変動の周期を検出する周期検出手段
と、前記周期検出手段で検出された周期のほぼ整数倍の
測定時間に設定する回数変更手段とを備えることで、特
定の検出手段を必要とせず、流量検出を行う前に計時手
段の途中情報から周期を検出して周期の整数倍とするこ
とができるので、流量計測は安定して精度よく計測する
ことができる。

【００４２】また、経過時間検出手段により得られた繰
返し行われる送受信の各伝搬時間を少なくとも1個以上
保持するデータ保持手段と、前記データ保持手段により
保持されたデータと計測された伝搬時間のデータを比較
することによって周期を検出する周期検出手段を備える
ことで、データ保持手段によって瞬時瞬時の計時情報を
保持し比較することで周期を検出することができる。

【００４３】また、回数変更手段は、流量計測の前に行
われる構成とすることで、流量計測を行う前に繰返し回
数を所定の回数に設定するので、流量計測は安定して精
度よく行える。

【００４４】また、周期検出手段で得られた周期に合せ
た繰返し回数は、次回の流量計測時に使用される構成と
することで、次回の計測に使用することで、周期検出の
ための繰返し計測が不要となり、低消費電力とすること
ができる。

【００４５】また、流量検出手段で検出した流量の変動
の大小を判定する流量変動判別手段と、前記流量変動判
別手段により判別される流量変動が小さくなるように繰
返し回数を変更する回数変更手段とを備えることで、流
量変動が小さくなるように、回数を変更することで流れ
に変動があっても安定して精度よく流量を計測すること
ができる。

【００４６】また、流量変動判別手段は、流量の標準偏
差を用いて行う構成とすることで、流量変動を標準偏差
を用いて行うことで的確に変動を検出することができ
る。

【００４７】また、回数変更手段は、所定流量計測のた
びに動作する構成とすることで、所定流量計測のたびに
行うことで、激しく変動する流れにおいても安定して流
量を精度よく計測することができる。

【００４８】また、回数変更手段は、所定の処理の時に
のみ動作する構成とすることで、所定の処理の時のみに
行うことで、必要最低限の処理にすることができ消費電
力を大幅に低減することができる。

【００４９】また、所定処理は、計測流量から流量の異
常を判別する異常判別手段と、計測流量から流量の使用
状況を管理する流量管理手段とを行う構成とすること
で、異常判別や流量管理の処理の時のみとすることで、
回数変更を行う処理を最低限押さえられ低消費電力とす
ることができる。

【００５０】また、繰返し回数は、所定回数から増加す
る方向に変更して行く構成とすることで、所定回数から
徐々に増加することで、少ない回数から検討していける
ので短時間で必要回数を見つけることができる。

【００５１】また、計測流量が所定流量未満の時に、回
数変更手段を動作させる構成とすることで、所定流量以
下の時のみ行うことで、大流量時には処理せず低消費電
力とすることができる。

【００５２】また、標準偏差が所定値以上の時に、回数
変更手段を動作させる構成とすることで、標準偏差が所
定値より大きくなった時のみ行うことで、低消費電力と
することができる。

【００５３】また、流量が所定流量以下で、かつ標準偏
差が所定値以上の時のみ、繰返し回数変更手段を動作さ
せる構成とすることで、所定流量以下でかつ標準偏差が
所定値以上の時のみとすることで、処理の回数が制限さ
れ低消費電力とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の流量計のブロック図

【図２】同流量計の動作を説明するタイミングチャート

【図３】同流量計の動作を説明する変動波形図

【図４】同流量計の動作を示すフローチャート

【図５】同流量計の動作を示す他のフローチャート

【図６】本発明の実施例２の流量計の動作を示すフロー
チャート

【図７】本発明の実施例３の流量計のブロック図

【図８】同流量計の動作を示すフローチャート

【図９】同流量計の動作を示す別のフローチャート

【図１０】本発明の実施例４の流量計のブロック図

【図１１】同流量計の動作を示すフローチャート

【図１２】従来の流量計を示すブロック図

【図１３】従来の別の流量計を示すブロック図

【符号の説明】

１６流路１７第１振動子（送受信手段）１８第２振動子（送受信手段）１９繰返手段２０計時手段２１流量検出手段２２回数変更手段２３経過時間検出手段２４周期検出手段２５データ保持手段２９流量変動判別手段３０異常判別手段３１流量管理手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江口修大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2F035 DA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路に設けられ音波を送受信する送受信手
段と、前記送受信手段の信号伝搬を繰返し行う繰返手段
と、前記繰返手段で繰り返される間の音波の伝搬時間を
計測する計時手段と、前記計時手段の値に基づいて流量
を検出する流量検出手段と、所定の繰返し回数に逐次変
更する回数変更手段を備えた流量計。
【請求項２】繰返手段で繰返す伝搬時間の途中情報を検
出する経過時間検出手段と、前記経過時間検出手段の情
報から流量変動の周期を検出する周期検出手段と、前記
周期検出手段で検出された周期のほぼ整数倍の測定時間
に設定する回数変更手段とを備えた請求項１記載の流量
計。
【請求項３】経過時間検出手段により得られた繰返し行
われる送受信の各伝搬時間を少なくとも1個以上保持す
るデータ保持手段と、前記データ保持手段により保持さ
れたデータと計測された伝搬時間のデータとを比較する
ことによって周期を検出する周期検出手段を備えた請求
項２記載の流量計。
【請求項４】回数変更手段は、流量計測の前に行われる
請求項１、２又は３記載の流量計。
【請求項５】周期検出手段で得られた周期に合せた繰返
し回数は、次回の流量計測時に使用される請求項２又は
３記載の流量計。
【請求項６】流量検出手段で検出した流量変動の大小を
判定する流量変動判別手段と、前記流量変動判別手段に
より判別される流量変動値が小さくなるように繰返し回
数を変更する回数変更手段とを備えた請求項１記載の流
量計。
【請求項７】流量変動判別手段は、流量の標準偏差を用
いて行う請求項６記載の流量計。
【請求項８】回数変更手段は、所定流量計測のたびに動
作する請求項６又は７記載の流量計。
【請求項９】回数変更手段は、所定の処理の時にのみ動
作する請求項６又は７記載の流量計。
【請求項１０】所定処理は、流量計測から流量の異常を
判別する異常判別手段と、計測流量から流量の使用状況
を管理する流量管理手段とを行う請求項９記載の流量
計。
【請求項１１】繰返し回数は、所定回数から増加する方
向に変更して行く請求項６、７又は８記載の流量計。
【請求項１２】計測流量が所定流量未満の時に、回数変
更手段を動作させる請求項１〜６のいずれか１項記載の
流量計。
【請求項１３】標準偏差が所定値以上の時に、回数変更
手段を動作させる請求項５又は６記載の流量計。
【請求項１４】流量値が所定流量以下で、かつ標準偏差
が所定値以上の時のみ、繰返し回数変更手段を動作させ
る請求項５又は６記載の流量計。