JP2001201377A - 流量計及び流量測定監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確かつ精密に流量を測定する。 【解決手段】 超音波トランスデューサから計量槽１１
内の堰板１１３近傍の上流を流れる排水の水面に向けて
垂直に超音波パルスを送波し、この水面で反射して戻る
超音波を受波して、この間の往復に要した時間を計時回
路を用いて測定し、この往復時間と既知の音速とから水
位を算出し、三角堰を用いた場合の水位と流量との間の
JIS B 8302による関係式によって、流量を求める。な
お、水位を算出する際に用いる音速は周囲温度に応じて
補正しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、堰を設けた計量槽
を用いて流量を計測する流量計及び流量測定監視システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】流量を測定する方法の一つとして、水路
に堰を設けてこの堰付近の例えば上流側の水位を基に流
量を求める方法が従来より知られている。Ｖ字形状の切
欠き部を上部に有する三角堰を水路上に設けた場合、堰
の水頭と流量との間には、切欠き部の頂角の大きさや水
路の幅等に対応した比較的簡単な関係式が所定の適用範
囲で成立している。堰の水頭を測定しこの関係式を用い
ることによって、流量が求められる。

【０００３】したがって、例えば、上記関係式に基づい
て予め水位に対応する流量を表示した目盛板を堰付近に
設置しておけば、水位に対応する目盛りを直読してその
ときの流量を知ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では、目盛板の目盛りを目測で読み取らなければなら
ず、また読取り時の個人差も大きいので、正確に測定す
ることが困難であり、流量が少ない場合に特に誤差が大
きいという問題がある。さらに、特に１［ｍ^３／h ］以
下では目盛板に細かく目盛ることが難しいので、精密な
測定も難しいという欠点もある。

【０００５】そこで、本発明は、正確かつ精密に流量を
測定することができる流量計及び流量測定監視システム
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、流路上に堰が配置された計
量槽を有し、前記堰の近傍の液位に基づいて前記流路を
通流する液体の流量が求められる流量計であって、前記
堰の近傍の液位を超音波を用いて測定する液位測定手段
と、前記堰を越える液体の流量を求める流量演算手段と
を有し、前記流量演算手段は、前記液位測定手段によっ
て測定された前記堰の近傍の液位と、流路上に堰が配置
された場合の前記堰の近傍の液位と前記堰を越える液体
の流量との間に成立する所定の関係式とに基づいて、前
記流量を演算することを特徴とする。

【０００７】上記課題を解決するために、請求項２記載
の発明は、請求項１記載の流量計であって、前記流量演
算手段は、前記堰の形状と寸法とをパラメータとして前
記流量を演算することを特徴とする。

【０００８】上記課題を解決するために、請求項３記載
の発明は、請求項２記載の流量計であって、前記堰はＶ
字形状の切欠き部を上部に有する三角堰とされ、前記流
量演算手段は、前記切欠き部の頂角の大きさと前記堰が
配置された箇所における流路の幅とをパラメータとして
前記流量を演算することを特徴とする。

【０００９】上記課題を解決するために、請求項４記載
の発明は、請求項３記載の流量計であって、前記切欠き
部の頂角の大きさは６０度とし、前記所定の関係式は、
Ｑ＝３４．６２ＫＬ^５／２ 但し、Ｑは前記流量［ｍ
^３ ／h ］、ＫはＷを前記流路の幅［ｍ］、ＲをＲ＝１
０００Ｌ^３／２ ／ν（νは液体の動粘性係数［cm^２／
sec ］）で与えられる係数としたときに、Ｋ＝８３＋
１．９７８／（ＷＲ^{１ ／２} ）で与えられる流量係数、
Ｌは前記切欠き部の下縁端のレベルから測定した液位
［ｍ］としたことを特徴とする。

【００１０】上記課題を解決するために、請求項５記載
の発明は、請求項１から４のうちのいずれか１項に記載
の流量計であって、前記液位測定手段は、液面へ向けて
送波された超音波パルスが前記液面で反射して戻るまで
の往復時間を計時する計時手段を有し、前記計時手段に
よって計時された前記往復時間と、予め知られた音速と
に基づいて、液面までの距離を求めることによって前記
液位を求めることを特徴とする。

【００１１】上記課題を解決するために、請求項６記載
の発明は、請求項５記載の流量計であって、前記液位測
定手段は、周囲温度を検知する温度検知手段と、該温度
検知手段によって検知された温度に基づいて補正された
音速を求める音速演算手段とを有し、前記音速演算手段
によって求められた音速に基づいて前記液位を求めるこ
とを特徴とする。

【００１２】上記課題を解決するために、請求項７記載
の発明は、請求項１から６のうちのいずれか１項に記載
の流量計であって、前記計量槽は、流入した液体のう
ち、所定の溢流高さを越える分の液体をオーバーフロー
させる障壁を有するオーバーフロー調整部と、該オーバ
ーフロー調整部からオーバーフローした液体を排出する
ためのオーバーフロー口とを備えることを特徴とする。

【００１３】上記課題を解決するために、請求項８記載
の発明は、流路上に堰が配置された複数の計量槽と、前
記各計量槽の堰の近傍の液位を測定する複数の液位測定
手段と、前記各液位測定手段によって測定された液位デ
ータを集約し前記液位データに基づいて前記流路を通流
する液体の流量を前記計量槽毎に求めるデータ処理装置
とを備えた流量測定監視システムであって、前記各液位
測定手段は、液面へ向けて送波された超音波パルスが前
記液面で反射して戻るまでの往復時間を計時する計時手
段を有し、前記計時手段によって計時された前記往復時
間と、予め知られた音速とに基づいて、液面までの距離
を求めることによって、対応する前記計量槽の堰の近傍
の液位を測定すると共に、前記データ処理装置は、前記
各液位測定手段によって測定された前記堰の近傍の液位
と、流路上に堰が配置された場合の前記堰の近傍の液位
と前記堰を越える液体の流量との間に成立する所定の関
係式とに基づいて、前記流量を演算することを特徴とす
る。

【００１４】上記課題を解決するために、請求項９記載
の発明は、請求項８記載の流量測定監視システムであっ
て、前記データ処理装置は、前記各堰の形状と寸法とを
パラメータとして前記流量を演算することを特徴とす
る。

【００１５】上記課題を解決するために、請求項１０記
載の発明は、流路上に堰が配置された計量槽を有し前記
堰の近傍の液位に基づいて前記流路を通流する液体の流
量を求める流量計が複数配設され、前記各流量計によっ
て測定された流量データを集約するデータ処理装置を備
えた流量測定監視システムであって、各流量計は、前記
堰の近傍の液位を超音波を用いて測定する液位測定手段
と、前記堰を越える液体の流量を求める流量演算手段と
を有し、前記液位測定手段は、液面へ向けて送波された
超音波パルスが前記液面で反射して戻るまでの往復時間
を計時する計時手段を有し、前記計時手段によって計時
された前記往復時間と、予め知られた音速とに基づい
て、液面までの距離を求めることによって前記液位を求
めると共に、前記流量演算手段は、前記液位測定手段に
よって測定された前記堰の近傍の液位と、流路上に堰が
配置された場合の前記堰の近傍の液位と前記堰を越える
液体の流量との間に成立する所定の関係式とに基づい
て、前記流量を演算することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。 実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１による流量
計の構成を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った
断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図４は
図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図５は図１のＤ−Ｄ線
に沿った断面図、図６は同流量計を構成するオーバーフ
ロー調整部の固定板及びスライド板を示す正面図、図７
は同流量計のセンサユニット及び演算送信ユニットの電
気的構成を示すブロック図、図８は同演算送信ユニット
の演算制御部の構成を示すブロック図、図９は電流値と
水位値との間の対応関係を説明するための図、図１０は
同センサユニットの動作を説明するための波形図、図１
１は同流量計が用いられる排水系の構成を模式的に示す
図、図１２は同演算送信ユニットに接続されたプリンタ
からの出力例である。

【００１７】この実施の形態１による流量計１は、図１
に示すように、内部に排水等の液体が通流する流路を有
しこの流路上に堰が配置された計量槽１１と、この計量
槽１１に取り付けられ、超音波を送波してその往復時間
を計測するセンサユニット１２と、水位及び流量を演算
し演算結果を計測データとして送信する演算送信ユニッ
ト１４とを備えている。

【００１８】流量計１は、図１１に示すように、貯留槽
２に貯留された汚水等の排水が貯留槽２内に設置された
水中ポンプ３によって揚水されて、例えば浄化施設の処
理槽４に送られる経路上に、処理槽４に送られる排水の
流量を測定して監視するために配設される。

【００１９】また、送水管５を介して水中ポンプ３から
送られてくる排水の一部をバイパス管６を介して貯留槽
２内へ戻すことによって、水中ポンプ３から送られてく
る排水の流量が急に多くなったような場合でも、略一定
流量以下の排水を送水管７を介して処理槽４へ向けて送
るようにしている。

【００２０】計量槽１１は、図１乃至図５に示すよう
に、貯留槽２から送られてくる排水を受け入れるための
流入口１１ａと、処理槽４に排水を送るための流出口１
１ｂと、流入口１ａ側に配置され、一旦流入した排水の
一部を貯留槽２へ戻すためのバイパス管６に接続された
オーバーフロー口１１ｃとを有する略直方体形状の例え
ばＦＲＰ製の水槽である。

【００２１】この計量槽１１には、流入口１１ａから流
出口１１ｂへ至る流路上の流入口１１ａの下流側には整
流板１１１，１１２が設けられ、また整流板１１１と流
出口１１ｂとの間には堰板１１３が配置され、さらに流
入口１１ａが設けられ整流板１１１で仕切られて形成さ
れた部屋内には流入口１１ａからオーバーフロー口１1
ｃへ至る途中に流出口１1ａから流入した排水のうち後
述するスライド板の開口部下縁の高さ（溢流高さ）を越
える分の排水をオーバーフローさせるオーバーフロー調
整部１１４が設けられている。

【００２２】また、整流板１１２の所定の箇所には、現
在の排水の流量が指示される目盛板１１５が取り付けら
れている。

【００２３】オーバーフロー調整部１１４は、図６に示
すように、固定板１１４ａに、開口部１１４ｈを有する
スライド板１１４ｂが摺動可能に取り付けられて構成さ
れ、スライド板１１４ｂが固定板１１４ａに対して上下
方向に変位することによって、開口部１１４ｈ下縁の高
さ（溢流高さ）が変化して、オーバーフローが開始又は
停止する位置（高さ）が変化し、オーバーフロー調整部
１１４におけるオーバーフロー量が調整される。

【００２４】堰板１１３は、Ｖ字形状の切欠き部１１３
ａを有する三角堰を構成しており、この切欠き部１１３
ａの頂角αは６０度に設定されている。また、切欠き部
１１３ａの深さ、底面から切欠き部１１３ａ下縁までの
高さ、堰の幅（すなわち水路の幅）Ｗ等も所定の値に設
定されている。

【００２５】目盛板１１５は、式（１）によって与えら
れるような堰板１１３の切欠き部１１３ａの頂角αや堰
板１１３の幅Ｗ等に対応した水位と流量との間の所定の
関係式に基づいて、水位に対応する流量値が目盛られて
おり、水面位置に対応した目盛りの値を直接読み取るこ
とによって、流量値を知ることができるようになってい
る。

【００２６】すなわち、流量Ｑは式（１）によって与え
られる。

【００２７】 Ｑ＝３４．６２ＫＬ^５／２ …（１） 式（１）で、Ｑは流量［ｍ^３ ／h ］、Ｌは堰の水頭
［ｍ］すなわち、堰板１１３の切欠き部１１３ａの下縁
位置を基準位置とし，この基準位置から測った水位、Ｋ
は式（２）で与えられる流量係数である。

【００２８】 Ｋ＝８３＋１．９７８／（ＷＲ^１／２） …（２） 式（２）で、Ｗは水路の幅［ｍ］、Ｒは式（３）で与え
られる係数である。

【００２９】 Ｒ＝１０００Ｌ^３／２／ν …（３） 式（３）で、νは動粘性係数［cm^２ ／sec ］であり、
流体が水の場合については、略０．０１［cm^２ ／sec
］となる。

【００３０】センサユニット１２は、計量槽１１の整流
板１１２と堰板１１３との間の上部に配置され、後述す
るように超音波パルスが垂直下方に送波されるように取
り付けられている。

【００３１】演算送信ユニット１４は、センサユニット
１２の近傍に計量槽１１の外壁を隔てて外側に取り付け
られている。この演算送信ユニット１４は、図示せぬプ
リンタ等の出力機器に接続され、この出力機器に向けて
流量や水位等のデータを送信する。

【００３２】次に、センサユニット１２及び演算送信ユ
ニット１４の電気的構成について説明する。

【００３３】図７に示すように、センサユニット１２
は、超音波振動子を有し超音波パルスを水面へ向けて垂
直下方に送波すると共に水面で反射して戻ってきた超音
波を受波する超音波トランスデューサ１２１と、超音波
トランスデューサ１２１にパルス状の電気信号を所定の
繰返し周波数で連続して与えるパルス発生回路１２２
と、超音波トランスデューサ１２１によって受波されて
得られた信号を増幅する増幅回路１２３と、増幅回路１
２３からの出力波形のうち振幅が所定値以上の部分につ
いて対応したパルス波形を出力する波形整形回路１２４
と、超音波パルスが送波されてから水面で反射して戻っ
てきて受波されるまでに要する超音波往復時間を計測す
る計時回路１２５と、増幅回路１２３からの出力が零と
なるタイミングで立上がるか又は立ち下がるパルス波形
を出力する零交叉検出回路１２６と、零交叉検出回路１
２６の出力波形を一旦格納するバッファメモリ１２７
と、波形整形回路１２４から出力されるパルス波形を取
り込んでパルス数を計数するパルス計数回路１２８と、
構成各部を制御する計測制御部１２９と、周囲温度を検
知する温度センサ１３０と、インタフェース部１３１と
を有している。

【００３４】この実施の形態１では、超音波トランスデ
ューサ１２１から送波される超音波パルスの繰返し周波
数は、例えば略４００［ｋＨｚ］に設定され、これによ
り略１［ｍｍ］の距離分解能が得られる。

【００３５】また、増幅回路１２３は、計測制御部１２
９によって、その増幅度が超音波パルスの送波時からの
経過時間と共に例えば指数関数的に増加するように制御
される。

【００３６】また、計時回路１２５は図示せぬクロック
パルス発生回路と計数回路とから構成され、パルス発生
回路１２２のパルス信号の発生と同時にクロックパルス
の計数を開始し、対応する信号が戻ってきて波形整形回
路１２４を介して受けとると同時に計数を停止し、得ら
れた超音波往復時間データを計測制御部１２９に送る。

【００３７】計測制御部１２９は、バッファメモリ１２
７に格納されたパルス波形を解析して、計時回路１２５
が波形整形回路１２４から信号を受け取った大まかな時
刻ｔb を参照しながら、受波信号の詳しい受波開始時刻
ｔa を求め、補正された高精度の超音波往復時間ｔ1 を
算出する（図１０参照）。

【００３８】計測制御部１２９は、一方でパルス計数回
路１２８で計数されたパルス数に基づいて取り込まれた
電圧波形がノイズか否かを判断し、ノイズではないと判
断したときに上記演算処理を行う。

【００３９】演算送信ユニット１４は、インタフェース
部１４１と、構成各部を制御すると共に各種演算を行う
演算制御部１４２と、求められた流量データをリニア電
流信号として出力する出力部１４３と、操作者が操作す
る赤外線リモコン１５から送られる赤外線を受光して零
点調整をするための赤外線受光ユニット１４４と、流量
値、水位値、温度等をデジタル表示するために使用され
る液晶表示部１４５と、各種設定値を入力したり動作開
始の指示を行うための設定部１４６とを有している。

【００４０】演算制御部１４２は、図８に示すように、
所定の処理手順に従って構成各部の制御を行うＣＰＵ１
４２ａと、水位、流量、音速等を求めるための演算処理
手順や水路の幅Ｗ等の設定値が格納されるＲＯＭ１４２
ｂと、演算に必要な設定値や演算された各種データの一
時記憶に用いられるＲＡＭ１４２ｃとを有している。例
えば水位Ｌは、測定された超音波往復時間ｔ1 ［sec ］
を用いて、以下のような手順で算出される。

【００４１】超音波トランスデューサ１４１から水面ま
での距離ｄ［ｍ］は、計測された超音波往復時間ｔ1
［sec ］と音速ｖ［ｍ／sec ］とを用いて、式（４）に
よって与えられる。

【００４２】 ｄ＝ｖｔ1／２ …（４） したがって、基準位置（堰板１１３の切欠き部の下縁位
置）から測った水位Ｌ［ｍ］は、超音波トランスデュー
サ１４１と基準位置との間の距離である基準距離ｄ0
［ｍ］が与えられると、式（５）によって求められる。

【００４３】 Ｌ＝ｄ0 −ｄ ＝ｄ0 −ｖｔ1／２ …（５） なお、式（４）、式（５）における音速ｖは近似的に式
（６）によって与えられる。

【００４４】 ｖ＝３３１．５＋０．６１Ｔ …（６） 式（６）で、Ｔは温度［℃］である。

【００４５】出力部１４３は、発光ダイオード１４３ｓ
とフォトトランジスタ１４３ｔとからなり電気的に絶縁
状態で結合するフォトカプラ１４３ａと、フォトカプラ
１４３ａを介して得られた流量データ等をアナログの電
流値に変換して出力する電流変換部１４３ｂとを有す
る。

【００４６】電流変換部１４３ｂにおいては、例えば水
位値Ｌ［ｍｍ］は、式（７）で与えられるような変換式
に従って、所定の電流値Ｉ［ｍＡ］とされて出力され
る。ここで、電流値Ｉは例えば１秒毎の瞬時データとし
て出力される。

【００４７】この電流出力は工業用リニア電流出力であ
り、図９に示すような対応関係に従って、４［ｍＡ］か
ら２０［ｍＡ］の間で水位値Ｌ［ｍｍ］を電流値Ｉ［ｍ
Ａ］に変換して出力する。このため、水位値（流量値）
の上限が設定されている。

【００４８】 Ｉ＝（１６／１６０）Ｌ＋４ ＝０．１Ｌ＋４ …（７） 赤外線受光ユニット１４４は、赤外線リモコン１５から
赤外線に乗せて発せられた零点設定コマンド信号を受信
すると演算制御部１４２に送り、演算制御部１４２はこ
の時の水位を０ｍｍに設定する。

【００４９】液晶表示部１４５においては、瞬時データ
としての水位値等が、例えば１秒毎に更新されて表示さ
れる。

【００５０】次に、この実施の形態の作用を説明する。

【００５１】この実施の形態では、まず、流入する排水
の流量や流出時の流量の予想される範囲に合わせて、予
めオーバーフロー調整部１１４の開口部１１４ｈ下縁の
高さ（溢流高さ）を調整しておく。例えば、この溢流高
さを流出時の凡その流量に対応する目盛板１５の目盛り
位置の底面からの高さに略一致させておく。

【００５２】次に、赤外線リモコン１５を操作して零点
調整を行った後、流量の計測を開始する。

【００５３】水中ポンプ３は、貯留槽２に貯留されてい
る排水が所定の水位に達したところで運転を開始し、こ
の排水を揚水して、送水管５を介して流量計１の計量槽
１１に送る。流量槽１１においては、流入口１１ａから
この排水が流入する。

【００５４】この排水は、整流板１１１，１１２によっ
て整流され、上方にセンサユニット１２が配置された整
流板１１２と堰板１１３とによって仕切られた部屋で
は、水面は穏やかな状態が保たれる。

【００５５】センサユニット１２においては、まず、計
測制御部１２９が、パルス発生回路１２２にパルス発生
指令を送り、パルス発生回路１２２はこれを受けて連続
したパルス信号を所定の繰返周波数で発生させて超音波
トランスデューサ１２１に与える。また、パルス発生回
路１２２はパルス信号の発生と同時に、計時回路１２５
へ計時開始信号を送る。

【００５６】超音波トランスデューサ１２１は、パルス
発生回路１２２からパルス信号を受けて、例えば連続し
た数十の超音波パルスを発生し、水面へ向けて送波す
る。この超音波パルスは水面で略垂直に反射して、超音
波トランスデューサ１２１に戻って受波される。受波さ
れた超音波は、波形と振幅とに対応する受波信号に変換
され、増幅回路１２３で所定の増幅度で増幅され、図１
０（ａ）に示すような信号波形ａ1 が、ノイズ波形ｂ1
，ｂ2 と共に、波形整形回路１２４及び零交叉検出回
路１２６に与えられる。

【００５７】ここで、増幅度は送波時からの経過時間と
共に増加するように制御され、例えば往復距離が長く減
衰が大きい場合は、増幅度が高められることによって補
償される。

【００５８】波形整形回路１２４においては、同図
（ｂ）に示すように、増幅回路１２３からの出力された
出力波形のうち、振幅が、閾値ＶT2から閾値ＶT1までの
範囲を越える部分について、対応したパルス波形を出力
する。この結果、ノイズ波形ｂ1，ｂ2 は取り除かれる
と共に、時刻ｔa から時刻ｔd までの間に出力される信
号波形ａ1 のうち、時刻ｔb から時刻ｔc までの部分に
ついて対応したパルス波形ｃ1 が生成され、計時回路１
２５及びパルス計数回路１２８に与えられる。

【００５９】計時回路１２５は、計時開始信号を受け取
ったときに送波された超音波パルスに対応する信号を波
形整形回路１２４を介して受け取ると同時（最初のパル
スを受け取る時刻ｔb ）に計数を停止し、得られた超音
波往復時間データを計測制御部１２９に送る。

【００６０】一方、零交叉検出回路１２６は、同図
（ｃ）に示すように、増幅回路１２３からの出力が零と
なるタイミングで立上がるか又は立ち下がるパルス波形
ｄ1 を生成し、バッファメモリ１２７へ送る。

【００６１】また、パルス計数回路１２８は、波形整形
回路１２４から出力されるパルス波形を取り込んでパル
ス数を計数し、計数データを計測制御部１２９へ送る。

【００６２】計測制御部１２９は、パルス計数回路１２
８から得られた計数データに基づいて、いくつの定期的
なパルスを受信したかを調べて、取り込まれた電圧波形
がノイズか否かを判断する。計測制御部１２９は、この
波形がノイズではないと判断したときに、バッファメモ
リ１２７に格納されたパルス波形を解析して、計時回路
１２５が波形整形回路１２４から信号を受け取った大ま
かな時刻ｔb を参照しながら、受波信号の詳しい受波開
始時刻ｔa を求め、補正された高精度の超音波往復時間
ｔ1 を算出する。

【００６３】計測制御部１２９は、こうして補正された
超音波往復時間データと、温度センサ１３０から送られ
てくる温度データとを、インタフェース部１３１を介し
て演算送信ユニット１４へ送信する。

【００６４】演算送信ユニット１４においては、演算制
御部１４２が、インタフェース部１４１を介して超音波
往復時間データと温度データとを受信し、これらのデー
タに基づいて、まず、式（６）によって、温度Ｔ［℃］
における音速ｖ［ｍ／sec ］を算出する。

【００６５】次に、送られてきた超音波往復時間データ
と算出された音速ｖとに基づいて、式（５）によって、
基準位置から測った水位Ｌ［ｍ］を算出し、さらにこの
水位Ｌの値から式（１）を用いて流量Ｑ［ｍ^３ ／h ］
を算出する。

【００６６】演算制御部１４２は、求められた流量Ｑ、
水位Ｌ、温度Ｔの各データを、液晶表示部１４５へ送っ
て表示させると共に、出力部１４３へ送る。

【００６７】出力部１４３においては、上記各データ
が、フォトカプラ１４３ａを経て、電流変換部１４３ｂ
からリニア電流信号としてプリンタやテレメータ等に向
けて出力され、例えばプリンタにおいて、図１２に示す
ように、所定の計測点における１時間毎の流量値及び１
日の累計値等が、１月分のデータとして出力される。な
お、同図に示した出力例は、ある大型ホテルからの排水
の流量データを、１ケ月分のデータとしてプリンタから
出力させたものである。

【００６８】上記連続した数十の超音波パルスは、計測
期間中所定の周期で間欠的に送波され続け、上述した動
作が繰り返される。

【００６９】これにより、浄化施設の処理槽４へ送水管
７を介して送られる排水の流量が計測され、常時監視さ
れる。

【００７０】なお、例えば流入口１１ａから流入する排
水が急増したような場合は、通常の流量に合わせて予め
開口部１１４ｈ下縁の高さ（溢流高さ）を設定したオー
バーフロー調整部１１４において、増加した排水が溢れ
て、オーバーフロー口１１ｃから排出され、バイパス管
６を介して貯留槽２内へ戻される。これにより、処理槽
４へ送られる排水の流量は調整される。

【００７１】以上説明したように、本実施の形態１によ
れば、超音波パルスを水面に反射させてその往復に要し
た時間を計測し、この往復時間と既知の音速とから計量
槽内の堰板の近傍の水位を求め、求められた水位を所定
の関係式に代入して、流量を求めるように構成されてい
るので、特に読取り時の誤差を排除して正確かつ精密に
流量の瞬時値を自動計測することができる。

【００７２】また、求められた流量は、出力部からプリ
ンタ等へ向けて継続的に出力されるので、自動的に流量
値を記録することができ、かつ排水の流入又は流出状態
を常時監視するために役立てることができる。

【００７３】また、堰として三角堰を用い、水位から流
量を求める所定の関係式としては、少なくとも堰板１１
３の切欠き部１１３ａの頂角αの大きさ及び堰板１１３
が設置された箇所における流路の幅Ｗに対応したものが
採用され、比較的簡単なアルゴリズムを用いて高い精度
で流量を算出することができる。

【００７４】また、水位を求める際に用いる音速は、温
度センサ１３０で計測した周囲温度に対応した値を用い
るので、周囲温度の変動に影響されずに高い精度で水位
を求めることができる。

【００７５】また、超音波パルスの繰返し周波数は比較
的高く設定されているので、高い距離分解能を得ること
ができる。また、例えば超音波パルスの往復時間（すな
わち往復距離）に応じて増幅度が自動的に調節されるの
で、減衰を補償することができる。

【００７６】また、例えばセンサユニット１２は水面に
非接触状態で計測を行うので、水質に影響されることな
く高い精度で計測を行うことができる。

【００７７】また、出力部１４３においては、フォトカ
プラ１４３ａを用いて電気的に絶縁しているので、ノイ
ズの影響を低減することができる。

【００７８】また、流入した排水の一部をオーバーフロ
ー口１１ｃから排出することによって、例えば流入する
液体が急増したとしても略一定以下の流量で液体を後段
の設備に供給することができる。この際、オーバーフロ
ー調整部１１４において、開口部１１４ｈ下縁の高さ
（溢流高さ）を調整することによって、オーバーフロー
流量を自在に調整することができる。

【００７９】また、超音波を用いて堰近傍の液位を計測
して流量を求める方式なので、例えば電磁流量計を用い
た場合と比較して、配管内に液体が満ちていなくても正
確に計測することができ、また、電磁流量計と異なっ
て、配管の内壁に内容物が付着して配管の内径が実質的
に細くなっても正確に計測することができるので、液体
として汚水を常時通流させるようなときでも測定値に対
する信頼性が低下することはない。

【００８０】また、センサユニット１２は、計量槽１１
内に取り付けてあるので、流量計１の設置場所が屋外で
あっても外気等による影響を回避することができる。実
施の形態２．図１３は本発明の実施の形態２による流量
測定監視システムの構成を模式的に示す図、図１４は同
流量測定監視システムの電気構成を示すブロック図、図
１５は同流量測定監視システムのプリンタ及び液晶表示
部の表示盤における取付状態を示す図であって、同図
（ａ）は同プリンタ及び同液晶表示部の正面図、同図
（ｂ）は同側面図、図１６は同プリンタからの出力例で
ある。

【００８１】図１３に示すように、この実施の形態２に
よる流量測定監視システム８は、内部に排水等の液体が
通流する流路を有しこの流路上に堰が配置された例えば
５基の計量槽１１，１１，…、と、各計量槽１１に取り
付けられ、超音波を送波してその往復時間を計測するセ
ンサユニット１２と、水位を演算し演算結果を計測デー
タとして送信する演算送信ユニット１４Ａと、各演算送
信ユニット１４Ａから得られた水位データを集約し、水
位データに基づいて、流路を通流する液体の流量を計量
槽毎に算出し、例えば流量データを集計して所定のフォ
ーマットで印刷して日報や月報を作成したり、警報を発
する中央データ処理装置（データ処理装置）９とを備え
ている。

【００８２】各計量槽１１は、貯留槽２に貯留された汚
水等の排水が貯留槽２内に設置された水中ポンプ３によ
って揚水されて、例えば浄化施設の処理槽４に送られる
経路上に、処理槽４に送られる排水の流量Ｑ1 （Ｑ2 ，
Ｑ3 ，Ｑ4 ，Ｑ5 ）を測定して監視するためにそれぞれ
所定の箇所に配設される。

【００８３】また、送水管５を介して水中ポンプ３から
送られてくる排水の一部をバイパス管６を介して貯留槽
２内へ戻すことによって、水中ポンプ３から送られてく
る排水の流量が急に多くなったような場合でも、略一定
流量以下の排水を送水管７を介して処理槽４へ向けて送
るようにしている。

【００８４】ここで、計量槽１１及びセンサユニット１
２は、実施の形態１で述べたものと同一の構成である。
また、演算送信ユニット１４Ａは、実施の形態１におい
ては、演算制御部で水位データから流量を演算していた
のに対して、水位データをこのまま中央データ処理装置
９へ送信するように構成している。

【００８５】なお、赤外線リモコン１５は、各演算送信
ユニット１４Ａに対して共通に用いられる。

【００８６】中央データ処理装置９は、図１４に示すよ
うに、ＣＰＵを有し、所定の制御プログラムに基づいて
構成各部を制御すると共に流量値等の演算処理を行うデ
ータ処理部９１と、得られた各測定箇所の流量値を時系
列的に記録するためのプリンタ９２と、演算結果等を表
示する液晶表示部９３と、例えば流量値の総量が所定の
値を越えた場合に警報を発する警報出力部９４と、例え
ばプリンタ９２による印刷のフォーマット等を指定する
ための設定部９５と、データ処理部９１のＣＰＵが従う
制御プログラムや得られた流量値等を記憶するための記
憶部９６とを有している。

【００８７】なお、中央データ処理装置９の特にプリン
タ９２及び液晶表示部９３は、図１５に示すように表示
盤内に取り付けられている。

【００８８】データ処理部９１においては、演算送信ユ
ニット１４Ａから送られてくる１秒毎の水位データ（瞬
時データ）に基づいて、実施の形態１において述べた演
算手順に従って流量値を求める。

【００８９】こうして求めた流量値は、所定時間（例え
ば１時間）に亘って積算した後、さらに平均値を算出し
て、この平均値データや１日の累計データ等をプリンタ
９２及び液晶表示部９３へ送って出力させる。

【００９０】各計測箇所における流量値や１日の累計値
が、それぞれ所定の値を越えた場合には、プリンタ９２
においては、例えば、赤字で印字され、警報出力部９４
からは警報が発せられる。

【００９１】図１６は、プリンタ９２からの出力例であ
り、ある大型ホテルにおいて、５箇所で計測された１０
日分の排水の流量計測データをプリンタから出力させた
結果を示すものである。

【００９２】同図に示すように、例えば１日分の流量デ
ータは、１時間毎の流量値及び１日の累計値（すなわ
ち、１日の排水量）が５箇所分まとめてコンパクトに記
録される。

【００９３】こうして、変化する各箇所における排水の
流量が監視されると共に、日報や月報として整理されて
記録がなされる。

【００９４】以上説明したように、本実施の形態２によ
れば、センサユニットによって超音波を用いて計量槽内
の堰の近傍の液位を測定し、中央データ処理装置におい
て、各演算送信ユニットから送られた液位データを集約
し、測定された液位を所定の関係式に代入して、堰を越
える液体の流量を計量槽毎に求めるように構成されてい
るので、計量槽が配設された各箇所における流量を、特
に読取り時の誤差を排除して、正確かつ精密に測定する
ことができると共に、データ処理装置において時系列的
に得られる正確かつ精密な流量データを用いて計量槽の
配設箇所毎に正確な比較を行い、例えば所定の排水系に
おいて最適な排水制御を行うために役立てることができ
る。

【００９５】しかも、超音波を用いて堰近傍の液位を計
測して流量を求める方式なので、例えば電磁流量計を用
いた場合と比較して、配管内に液体が満ちていなくても
正確に計測することができ、また、電磁流量計と異なっ
て、配管の内壁に内容物が付着して配管の内径が実質的
に細くなっても正確に計測することができるので、液体
として汚水を常時通流させるようなときでも測定値に対
する信頼性が低減することはない。

【００９６】以上、本発明の実施の形態を詳述してきた
が、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものでは
ない。

【００９７】例えば、上述した実施の形態１では、三角
堰を用いる場合について述べたが、堰板の形状等は、扱
う液体の流量の範囲等に応じて、頂角を変更したものと
し、これに対応した水位と流量との間の関係式を採用す
るようにしても良いし、三角堰に限らず四角堰でも良
い。さらに、これら以外のチボレッチ堰等であっても良
い。

【００９８】また、超音波トランスデューサを共用とし
たが、長距離測定用として送波用と受波用とで専用とし
ても良い。

【００９９】また、流入口１１ａ、流出口１１ｂ、オー
バーフロー口１１ｃは単数とは限らず、必要に応じて複
数設けるようにしても良い。また、オーバーフロー口及
びオーバーフロー調整部を省略しても良い。

【０１００】また、演算した流量値等を記憶するための
記憶装置を内蔵させるようにしても良い。

【０１０１】また、実施の形態１では、例えば水位の演
算を、演算制御部において所定のプログラムに従って行
うように構成したが、ハードウェアで演算回路を構成す
るようにしても良い。

【０１０２】また、演算した流量値等を何回か蓄積し、
単位時間当たりの平均値を出力するようにしても良い。

【０１０３】また、設定値を予めＲＯＭ１４２ｂに記憶
させておく場合について述べたが、設定部１４６を用い
て水路の幅Ｗ等の式のパラメータを入力して設定し、そ
の式により演算した流量値を出力するようにしても良
い。

【０１０４】また、実施の形態２では、各流量計から流
量値に対応した水位データを送信するように構成した場
合について述べたが、もちろん流量値を演算してこの流
量値を送信するようにしても良い。

【０１０５】また、液晶表示部や設定部を中央装置側だ
けに設け、各流量計側の演算送信ユニット１４Ａにおい
ては省略するようにしても良い。

【０１０６】また、各流量計において堰の型式は必ずし
も同一でなくても良い。

【０１０７】

【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、液位測定手段によって、超音波を用いて計
量槽内の堰の近傍の液位を測定し、流量演算手段によっ
て、測定された液位を所定の関係式に代入して、堰を越
える液体の流量を求めるように構成されているので、特
に読取り時の誤差を排除して、正確かつ精密に流量を測
定することができる。

【０１０８】しかも、超音波を用いて堰近傍の液位を計
測して流量を求める方式なので、例えば電磁流量計を用
いた場合と比較して、配管内に液体が満ちていなくても
正確に計測することができ、また、電磁流量計と異なっ
て、配管の内壁に内容物が付着して配管の内径が実質的
に細くなっても正確に計測することができるので、液体
として汚水を常時通流させるようなときでも測定値に対
する信頼性が低下することはない。

【０１０９】請求項２記載の発明によれば、流量演算手
段は堰の形状と寸法とをパラメータとして流量を演算す
るように構成され、比較的簡単なアルゴリズムを用いて
高い精度で流量を算出することができる。

【０１１０】請求項３記載の発明によれば、堰として三
角堰を用い、流量演算手段は切欠き部の頂角の大きさと
堰が配置された箇所における流路の幅とをパラメータと
して流量を演算するように構成され、比較的簡単なアル
ゴリズムを用いて高い精度で流量を算出することができ
る。

【０１１１】請求項４記載の発明によれば、堰として切
欠き部の頂角の大きさが６０度の三角堰を用いているの
で、流路の幅をパラメータとする所定の関係式に測定さ
れた液位を代入することによって、流量を簡単に演算す
ることができる。

【０１１２】請求項５記載の発明によれば、液位測定手
段においては、超音波パルスが液面で反射して戻るまで
の往復時間と音速とに基づいて液面までの距離を求める
ことによって、液位を求めるように構成されているの
で、例えば超音波パルスの繰返し周波数を高めることに
よって、自在に測定精度を向上させることができる。

【０１１３】請求項６記載の発明によれば、液位測定手
段において、音速の値として周囲温度に基づいて補正さ
れた値を用いるので、周囲温度に依存せずに高い精度で
液位を求めることができる。

【０１１４】請求項７記載の発明によれば、流入した液
体の一部をオーバーフロー口から排出することによっ
て、例えば流入する液体が急増したとしても略一定以下
の流量で液体を後段の設備に供給することができる。こ
の際、オーバーフロー調整部において、障壁の溢流高さ
を調整することによって、オーバーフロー流量を自在に
調整することができる。

【０１１５】請求項８記載の発明によれば、液位測定手
段によって超音波を用いて計量槽内の堰の近傍の液位を
測定し、データ処理装置において、各液位測定手段側か
ら送られた液位データを集約し、測定された液位を所定
の関係式に代入して、堰を越える液体の流量を計量槽毎
に求めるように構成されているので、計量槽が配設され
た各箇所における流量を、特に読取り時の誤差を排除し
て、正確かつ精密に測定することができると共に、デー
タ処理装置において時系列的に得られる正確かつ精密な
流量データを用いて計量槽の配設箇所毎に正確な比較を
行い、例えば所定の排水系において最適な排水制御を行
うために役立てることができる。

【０１１６】しかも、超音波を用いて堰近傍の液位を計
測して流量を求める方式なので、例えば電磁流量計を用
いた場合と比較して、配管内に液体が満ちていなくても
正確に計測することができ、また、電磁流量計と異なっ
て、配管の内壁に内容物が付着して配管の内径が実質的
に細くなっても正確に計測することができるので、液体
として汚水を常時通流させるようなときでも測定値に対
する信頼性が低下することはない。

【０１１７】請求項９記載の発明によれば、データ処理
装置は堰の形状と寸法とをパラメータとして流量を演算
するように構成され、比較的簡単なアルゴリズムを用い
て高い精度で流量を算出することができる。

【０１１８】請求項１０記載の発明によれば、液位測定
手段によって超音波を用いて計量槽内の堰の近傍の液位
を測定し、流量演算手段によって測定された液位を所定
の関係式に代入して堰を越える液体の流量を求め、デー
タ処理装置において、各流量演算手段側から送られた流
量データを集約するように構成されているので、流量計
が配設された各箇所における流量を、特に読取り時の誤
差を排除して、正確かつ精密に測定することができると
共に、データ処理装置において得られた正確かつ精密な
時系列的流量データを用いて計量槽の配設箇所毎に正確
な比較を行い、例えば、所定の排水系において最適な排
水制御を行うために役立てることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による流量計の構成を示
す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

【図５】図１のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。

【図６】同流量計を構成するオーバーフロー調整部の固
定板及びスライド板を示す正面図である。

【図７】同流量計のセンサユニット及び演算送信ユニッ
トの電気的構成を示すブロック図である。

【図８】同演算送信ユニットの演算制御部の構成を示す
ブロック図である。

【図９】電流値と水位値との間の対応関係を説明するた
めの図である。

【図１０】同センサユニットの動作を説明するための波
形図である。

【図１１】同流量計が用いられる排水系の構成を模式的
に示す図である。

【図１２】同演算送信ユニットに接続されたプリンタか
らの出力例である。

【図１３】本発明の実施の形態２による流量測定監視シ
ステムの構成を模式的に示す図である。

【図１４】同流量測定監視システムの電気的構成を示す
ブロック図である。

【図１５】同流量測定監視システムのプリンタ及び液晶
表示部の表示盤における取付状態を示す図であって、同
図（ａ）は同プリンタ及び同液晶表示部の正面図、同図
（ｂ）は同側面図である。

【図１６】同プリンタからの出力例である。

【符号の説明】

１ 流量計 １１ 計量槽 １１ａ 流入口 １１ｂ 流出口 １１ｃ オーバーフロー口 １１３ 堰板（堰） １１４ オーバーフロー調整部 １１４ａ 固定板（固定部） １１４ｈ 開口部 １１４ｂ スライド板（障壁、スライド部） １２ センサユニット １２１ 超音波トランスデューサ（液位測定手段） １２５ 計時回路（計時手段） １２９ 計測制御部（液位測定手段） １３０ 温度センサ（温度検知手段） １４ 演算送信ユニット １４２ 演算制御部（音速演算手段、液位測定手段、流
量演算手段） ８ 流量測定監視システム ９ 中央データ処理装置（データ処理装置）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路上に堰が配置された計量槽を有し、
   前記堰の近傍の液位に基づいて前記流路を通流する液体
   の流量が求められる流量計であって、 前記堰の近傍の液位を超音波を用いて測定する液位測定
   手段と、前記堰を越える液体の流量を求める流量演算手
   段とを有し、 前記流量演算手段は、前記液位測定手段によって測定さ
   れた前記堰の近傍の液位と、流路上に堰が配置された場
   合の前記堰の近傍の液位と前記堰を越える液体の流量と
   の間に成立する所定の関係式とに基づいて、前記流量を
   演算することを特徴とする流量計。
2. 【請求項２】 前記流量演算手段は、前記堰の形状と寸
   法とをパラメータとして前記流量を演算することを特徴
   とする請求項１記載の流量計。
3. 【請求項３】 前記堰はＶ字形状の切欠き部を上部に有
   する三角堰とされ、前記流量演算手段は、前記切欠き部
   の頂角の大きさと前記堰が配置された箇所における流路
   の幅とをパラメータとして前記流量を演算することを特
   徴とする請求項２記載の流量計。
4. 【請求項４】 前記切欠き部の頂角の大きさは６０度と
   し、前記所定の関係式は、 Ｑ＝３４．６２ＫＬ^５／２ 但し、Ｑは前記流量［ｍ^３ ／h ］、ＫはＷを前記流路
   の幅［ｍ］、ＲをＲ＝１０００Ｌ^３／２ ／ν（νは液
   体の動粘性係数［cm^２ ／sec ］）で与えられる係数と
   したときに、Ｋ＝８３＋１．９７８／（ＷＲ^１／２ ）
   で与えられる流量係数、Ｌは前記切欠き部の下縁端のレ
   ベルから測定した液位［ｍ］としたことを特徴とする請
   求項３記載の流量計。
5. 【請求項５】 前記液位測定手段は、液面へ向けて送波
   された超音波パルスが前記液面で反射して戻るまでの往
   復時間を計時する計時手段を有し、前記計時手段によっ
   て計時された前記往復時間と、予め知られた音速とに基
   づいて、液面までの距離を求めることによって前記液位
   を求めることを特徴とする請求項１から４のうちのいず
   れか１項に記載の流量計。
6. 【請求項６】 前記液位測定手段は、周囲温度を検知す
   る温度検知手段と、該温度検知手段によって検知された
   温度に基づいて補正された音速を求める音速演算手段と
   を有し、前記音速演算手段によって求められた音速に基
   づいて前記液位を求めることを特徴とする請求項５記載
   の流量計。
7. 【請求項７】 前記計量槽は、流入した液体のうち、所
   定の溢流高さを越える分の液体をオーバーフローさせる
   障壁を有するオーバーフロー調整部と、該オーバーフロ
   ー調整部からオーバーフローした液体を排出するための
   オーバーフロー口とを備えることを特徴とする請求項１
   から６のうちのいずれか１項に記載の流量計。
8. 【請求項８】 流路上に堰が配置された複数の計量槽
   と、前記各計量槽の堰の近傍の液位を測定する複数の液
   位測定手段と、前記各液位測定手段によって測定された
   液位データを集約し前記液位データに基づいて前記流路
   を通流する液体の流量を前記計量槽毎に求めるデータ処
   理装置とを備えた流量測定監視システムであって、 前記各液位測定手段は、液面へ向けて送波された超音波
   パルスが前記液面で反射して戻るまでの往復時間を計時
   する計時手段を有し、前記計時手段によって計時された
   前記往復時間と、予め知られた音速とに基づいて、液面
   までの距離を求めることによって、対応する前記計量槽
   の堰の近傍の液位を測定すると共に、 前記データ処理装置は、前記各液位測定手段によって測
   定された前記堰の近傍の液位と、流路上に堰が配置され
   た場合の前記堰の近傍の液位と前記堰を越える液体の流
   量との間に成立する所定の関係式とに基づいて、前記流
   量を演算することを特徴とする流量測定監視システム。
9. 【請求項９】 前記データ処理装置は、前記各堰の形状
   と寸法とをパラメータとして前記流量を演算することを
   特徴とする請求項８記載の流量測定監視システム。
10. 【請求項１０】 流路上に堰が配置された計量槽を有し
    前記堰の近傍の液位に基づいて前記流路を通流する液体
    の流量を求める流量計が複数配設され、前記各流量計に
    よって測定された流量データを集約するデータ処理装置
    を備えた流量測定監視システムであって、 各流量計は、前記堰の近傍の液位を超音波を用いて測定
    する液位測定手段と、前記堰を越える液体の流量を求め
    る流量演算手段とを有し、 前記液位測定手段は、液面へ向けて送波された超音波パ
    ルスが前記液面で反射して戻るまでの往復時間を計時す
    る計時手段を有し、前記計時手段によって計時された前
    記往復時間と、予め知られた音速とに基づいて、液面ま
    での距離を求めることによって前記液位を求めると共
    に、 前記流量演算手段は、前記液位測定手段によって測定さ
    れた前記堰の近傍の液位と、流路上に堰が配置された場
    合の前記堰の近傍の液位と前記堰を越える液体の流量と
    の間に成立する所定の関係式とに基づいて、前記流量を
    演算することを特徴とする流量測定監視システム。