JP2001228003A - 流量計測装置 - Google Patents

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】 流体の流量に応じた検出信号を出力する
流量検出手段９と、流体の流量変動の周期を検出する周
期検出手段１８と、周期検出手段１８の信号を異なる周
波数でフイルタする波形処理手段１９と、波形処理手段
１９の信号に応じて流量検出手段９による計測を制御す
る計測制御手段２１と、流量検出手段９の出力信号から
流量を演算する流量演算手段１７とを備え、流量変動の
周波数に適合させて計測を行うようにしてさまざさま変
動に対しても短時間で正確な流量を計測できるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流量計測装置に関
し、特に流量が変動するガスなどの流体の流量計測装置
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５、
図６を参照して説明する。図５において、流体管路１の
一部に瞬間式の流量検出手段２を配設し、計測開始手段
６からの信号を受けて流量検出手段２にて流量を検出
し、流量に応じた出力信号を信号処理手段３で増幅ある
いはデジタル化して流量を求めるようにしている。

【０００３】また、流体の流量に周期的な変動がある場
合には、計測開始手段６による流量検出のタイミングに
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。このため流量
に変動がある場合には、その信号を平均化手段４にて平
均し、流量演算手段５で流量を演算している。

【０００４】図６に流量の変動波形の例を示す。ガスエ
ンジンの運転による圧力変動が発生した場合、流量に線
Ａで示すように脈動が発生する。また、ガスの供給圧が
長周期で変化した場合、線Ｂで示すような流量変動が発
生する。瞬間式の流量検出手段２で流量検出を行う場合
には、適当時間間隔おきに間欠的にサンプリングするよ
うにしているので、線Ａで示すような流量変動があった
場合、時間ｔ１では流量Ｑ１、時間ｔ２では流量Ｑ２、
時間ｔ３では流量Ｑ３のような値が得られるので、これ
らの流量をマイコンに内蔵された平均化手段４で平均し
て流量を算出している。また、アナログ式の場合は、時
間ｔ０からｔ４まで連続した信号を積分器を介して平均
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の流量
計測装置では次のような問題があった。すなわち、デジ
タル式では間欠的にサンプリングするので、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、測定に長い時間が必要であり、さらにアナ
ログ式では連続して測定しなければならず、消費電力が
大きくなるという問題があった。また、特にガスエンジ
ンの運転による高周波の脈動と供給圧変動による低周波
の脈動とが混在する場合には、長時間平均化しても正確
な流量を検出することが困難であるという問題があっ
た。

【０００６】また、ガスメータなどの流量計測装置で
は、電池駆動であるため消費電力を小さくする必要があ
り、かつ異常使用時の遮断などの保安機能を兼ねている
ため安全性のために短時間での計測が必要とされるとい
う問題がある。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、流量
に各種変動がある場合でも短時間で正確な流量計測を行
うことができる流量計測装置を提供することを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の流量計測装置
は、流体の流量に応じた検出信号を出力する流量検出手
段と、流体の流れの変動を検出する変動検出手段と、変
動検出手段の信号を異なる周波数でフィルタする波形処
理手段と、波形処理手段の信号に応じて流量検出手段に
よる計測を制御する計測制御手段と、流量検出手段によ
る検出信号から流量を演算する流量演算手段とを備えた
ものであり、各種の流量変動がある場合でもその周波数
に適合させて計測を行うことができ、短時間で正確な流
量計測を行うことができる。

【０００９】また、波形処理手段の複数の信号中で最も
レベルの高い信号に応じて流量検出手段による計測を行
うようにすると、流量変動の影響の大きい周波数に適合
させて計測を行うので、正確な流量を計測できる。

【００１０】また、変動周期が所定値以上のとき、流量
検出手段による計測を変動波形の所定の位相で変動周期
より短い時間行うようにすると、長い周期の流量変動の
場合にも計測時間が長くならずに正確に計測できて消費
電力を小さくできる。

【００１１】また、変動周期が所定値以下のとき、流量
検出手段による計測を変動周期の整数倍の時間行うよう
にすると、短い周期の流量変動の場合にも正確な流量を
計測することができる。

【００１２】また、波形処理手段の信号のうち所定値以
上の信号が複数存在するとき、低周波信号の所定の位相
で計測を開始し、高周波信号の周期の整数倍の時間計測
を行うようにすると、複数の周期の流量変動が混在して
いる場合にも正確な流量を計測することができる。

【００１３】また、計測開始時間を波形処理手段の信号
により計測毎にその位相を変化させるようにすると、そ
れらの平均をとることで規則的な誤差を排除できて計測
精度を安定化させて精度の高い計測結果を得ることがで
きる。

【００１４】また、流体中に超音波を送受信する送受信
器と、超音波の受信後に再度送信して超音波の送受信を
所定回数繰り返してその時間を計時した後、流れの上流
から下流と下流から上流への超音波の送受信を切り換え
て送受信を同様に繰り返して計時し、上流から下流と下
流から上流の超音波伝搬時間差により流量に応じた検出
信号を出力する流量検出手段と、流体の流量変動を検出
する変動検出手段と、変動検出手段の信号を異なる周波
数でフィルタする波形処理手段と、波形処理手段の変動
周期が所定値以下の時に超音波の送受信の繰り返し回数
を調節して変動周期の整数倍の周期分を計測し、波形処
理手段の変動周期が所定値以上の時に変動周期の所定位
相で計測を開始するように流量検出手段による計測を制
御する計測制御手段と、流量検出手段による検出信号か
ら流量を演算する流量演算手段とを備えると、変動周期
が短く変化の激しいときには１周期を平均して正確な流
量を計測でき、変動周期が長く変化の穏やかな時には変
動周期の所定位相で計測して短時間に計測を終えるの
で、低消費電力で計測することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の流量計測装置の一
実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

【００１６】図１において、流体管路７の途中に流量検
知器８として、超音波を送受信する第１の送受信器８Ａ
と第２の送受信器８Ｂが流れ方向に位置を異ならせて互
いに対向して配設されている。９は流量検知器８の出力
信号を処理して流量に応じた検出信号を出力する流量検
出手段である。

【００１７】流量検出手段９においては、トリガ手段１
１からの信号によって送信手段１０にて切換手段１６を
介して第１の送受信器８Ａを駆動し、上流の第１の送受
信器８Ａから下流の第２の送受信器８Ｂに向けて超音波
を送信して第２の送受信器８Ｂにて受信し、受信信号を
増幅手段１２で増幅し、比較手段１３で基準信号と比較
し、基準信号以上の信号が検出されると、繰り返し手段
１４で再度トリガ手段１１から信号を出力して送信手段
１０にて切換手段１６を介して第１の送受信器８Ａを駆
動する。この送受信を所定の回数繰り返した後、その送
受信に要した積算時間をタイマカウンタのような計時手
段１５で求める。

【００１８】次に、切換手段１６で第１の送受信器８Ａ
と第２の送受信器８Ｂの送受信を切り換えて、下流の第
２の送受信器８Ｂから上流の第１の送受信器８Ａに向け
て超音波を送信して第１の送受信器８Ａにて受信し、そ
の送受信を上記のように繰り返し、その送受信に要した
積算時間を計時する。これら計時手段１５で求められた
信号が流量演算手段１７に入力され、流量演算手段１７
にて切換前後の時間差から管路７の大きさや流れの状態
を考慮して流量値が演算される。

【００１９】また、流体管路７には、圧力検出手段から
なる変動検出手段１８が配設され、その信号を波形処理
手段１９にて処理し、その処理信号を入力した周期検出
手段２０にて変動周期を検出し、計測制御手段２１で計
測開始のタイミング信号をトリガ手段１１に出力するよ
うに構成されている。

【００２０】波形処理手段１９においては、低周波信号
を遮断して高周波信号を通過させる高周波フィルタ１９
Ａと、高周波信号を遮断して低周波信号を通過させる低
周波フィルタ１９Ｂと、高周波フィルタ１９Ａと低周波
フィルタ１９Ｂの出力信号の大きさをそれぞれ判定する
レベル検知手段１９Ｃ、１９Ｄを備えており、所定以上
のレベルの高周波信号と低周波信号を周期検出手段２０
と計測制御手段２１に出力するように構成されている。

【００２１】次に、動作を説明する。まず、第１の送受
信器８Ａから第２の送受信器８Ｂに向けて送信するよう
に切換手段１６が設定され、計測制御手段２１から第１
回の計測開始信号が送出されると、計時手段１５をリセ
ットすると同時に送信手段１０を介して第１の送受信器
８Ａから超音波信号が発信される。その信号が第２の送
受信器８Ｂで受信された後、増幅手段１２、比較手段１
３を経て繰り返し手段１４に超音波信号が到達すると、
繰り返し手段１４で再度トリガ手段１１に信号を送出し
て２回目の超音波を送信する。繰り返し手段１４には繰
り返し回数が設定されており、所定の繰り返し回数にな
るまで以上の動作を繰り返し、所定の繰り返し回数にな
ると同時に計時手段１５で時間を測定して流量演算手段
１７に出力する。その後、第２の送受信器８Ｂから第１
の送受信器８Ａに向けて送信するように切換手段１６を
切り換えて、上記と同様の動作を繰り返してその間の時
間を計時手段１５で測定して流量演算手段１７に出力す
る。

【００２２】流量演算手段１７では、切換前後の時間差
から管路７の大きさや流れの状態を考慮して流量値が演
算される。

【００２３】このような流量計測のサンプリングは、通
常は計測制御手段２１にて数秒間に１回行われている。
よって、流体管路７内の流れに周期的な変動がある場合
には、流量測定値に変動が生じるので判別が可能であ
り、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、計測制御手段２１にて脈動の周波数成分
に応じた計測を行っている。

【００２４】この計測制御手段２１による計測タイミン
グの制御は、流量変動を変動検出手段１８にて圧力で検
出し、その信号を波形処理手段１９の高周波フィルタ１
９Ａと低周波フィルタ１９Ｂのそれぞれのフィルタにか
け、その周波数成分に応じて行っている。

【００２５】すなわち、フィルタ１９Ａ、１９Ｂの出力
をレベル検知手段１９Ｃ、１９Ｄでその大きさを判定
し、高周波成分のレベルが所定値より大きいときにはレ
ベル検知手段１９Ｃから周期検出手段２０に信号が送出
され、信号の周期を計測し、その検出周期に応じて計測
制御手段２０にてその周期に見合った計測時間により計
測を行う。また、低周波成分のレベルが所定値より大き
いときにはレベル検知手段１９Ｄから計測制御手段２１
に信号が送出され、その信号波形の位相に応じて計測を
行う。

【００２６】図２に変動波形に対する計測サンプリング
の状態を示す。図２（ａ）はガスヒートポンプエンジン
の運転が行われたときの比較的高周波（１０〜２０Ｈ
ｚ）で変動の激しい変動波形の場合である。このとき、
高周波フィルタ１９Ａを通過した信号がレベル検知手段
１９Ｃを通過して周期検出手段２０でその周期を検出
し、図２（ａ）の時間ｔ１で計測を開始し時間ｔ２で計
測を終了させて１周期分の計測を行い、さらに切換手段
１６で超音波の送受信を切り換えて時間ｔ１と位相が１
８０度異なる時間ｔ３で計測を開始し時間ｔ４で１周期
計測して計測を終了する。この１周期分の計測は、繰り
返し手段１４の設定回数を調節すれば得られる。変動す
る波形が乱れていても、１周期分の計測を行うことで正
確な平均値が算出できる。また、２周期以上の計測を行
えばさらに平均化が行われ、精度は高くなる。

【００２７】図２（ｂ）は変動波形の位相を変えて計測
を開始したもので、図２（ａ）と（ｂ）の計測値の平均
をとれば、規則的な誤差が排除されて計測の精度が安定
し、位相を順次細かく変えて計測し、平均化すればさら
に安定する。

【００２８】図３は、ガスの供給圧が変動したときなど
の比較的低周波（０．５Ｈｚ以下）で変動する緩やかな
変動波形の場合である。このとき、低周波フィルタ１９
Ｂを通過した信号がレベル検知手段１９Ｄを通過して計
測制御手段２１に送出され、計測のタイミングが調節さ
れる。この計測開始のタイミングは、圧力変動の位相に
よって調整される。図３の例は、変動波形がピーク値と
なる時間ｔ１から開始して時間ｔ２までの時間（変動周
期より短い時間）を計測し、切換手段１６で超音波の方
向を切り換えて時間ｔ５からｔ６まで計測する。また時
間ｔ３からｔ４３あるいは時間ｔ７からｔ８のように変
動圧力成分がゼロを横切る位相で計測を開始してもよ
い。

【００２９】図４は周波数の異なる複数の波形が混在し
た場合の変動波形であり、線Ａは高周波の変動波形、線
Ｂは低周波の変動波形、線Ｃはそれらの波形を合成した
波形である。このように複数の波形が混在する場合に
は、上記計測方法を複合し、低周波の位相に合わせて計
測開始時間を、例えば図４のｔ１に設定し、時間ｔ２ま
での時間を高周波の１周期分として計測を行い、その後
切換手段１６を切り換えて１８０度位相の異なった図３
の時間ｔ５で計測を開始し、高周波の１周期分の時間ｔ
６まで計測を行えばよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明の流量計測装置によれば、以上の
ように流体の流量に応じた検出信号を出力する流量検出
手段と、流体の流れの変動を検出する変動検出手段と、
変動検出手段の信号を異なる周波数でフィルタする波形
処理手段と、波形処理手段の信号に応じて流量検出手段
による計測を制御する計測制御手段と、流量検出手段に
よる検出信号から流量を演算する流量演算手段とを備え
たので、各種の流量変動がある場合でも短時間で精度の
高い流量計測を行うことができる。

【００３１】また、波形処理手段の複数の信号中で最も
レベルの高い信号に応じて流量検出手段による計測を行
うようにすると、複雑な変動波形の場合でも適切な計測
を維持することができる。

【００３２】また、変動周期が所定値以上のとき、流量
検出手段による計測を変動波形の所定の位相で変動周期
より短い時間行うようにすると、供給圧変動のように長
い周期の流量変動の場合にも計測時間が長くならずに正
確に計測できて消費電力を小さくできる。

【００３３】また、変動周期が所定値以下のとき、流量
検出手段による計測を変動周期の整数倍の時間行うよう
にすると、短い周期の流量変動の場合にも正確な流量を
計測することができる。

【００３４】また、波形処理手段の信号のうち所定値以
上の信号が複数存在するとき、低周波信号の所定の位相
で計測を開始し、高周波信号の周期の整数倍の時間計測
を行うようにすると、複数の周期の流量変動が混在して
いる場合にも正確な流量を計測することができる。

【００３５】また、計測開始時間を波形処理手段の信号
により計測毎にその位相を変化させるようにすると、そ
れらの平均をとることで規則的な誤差を排除できて計測
精度を安定化させて精度の高い計測結果を得ることがで
きる。

【００３６】また、流体中に超音波を送受信する送受信
器と、超音波の受信後に再度送信して超音波の送受信を
所定回数繰り返してその時間を計時した後、流れの上流
から下流と下流から上流への超音波の送受信を切り換え
て送受信を同様に繰り返して計時し、上流から下流と下
流から上流の超音波伝搬時間差により流量に応じた検出
信号を出力する流量検出手段と、流体の流量変動を検出
する変動検出手段と、変動検出手段の信号を異なる周波
数でフィルタする波形処理手段と、波形処理手段の変動
周期が所定値以下の時に超音波の送受信の繰り返し回数
を調節して変動周期の整数倍の周期分を計測し、波形処
理手段の変動周期が所定値以上の時に変動周期の所定位
相で計測を開始するように流量検出手段による計測を制
御する計測制御手段と、流量検出手段による検出信号か
ら流量を演算する流量演算手段とを備えると、ガスヒー
トポンプエンジンなどの影響によって変動周期が短く変
化の激しいときに正確な流量を計測できるとともに、供
給圧変動のように変動周期が長く変化の穏やかな時にも
短時間に計測を終えて低消費電力で計測することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流量計測装置の一実施形態の構成を示
すブロック図である。

【図２】同実施形態における高周波の流量変動時の計測
時間を示す波形図である。

【図３】同実施形態における低周波の流量変動時に計測
時間を示す波形図である。

【図４】同実施形態における高周波と低周波の流量変動
が混在している時の計測時間を示す波形図である。

【図５】従来例の流量計測装置の構成を示すブロック図
である。

【図６】同従来例における流量計測時間を示す波形図で
ある。

【符号の説明】

８ 流量検知器 ８Ａ、８Ｂ 送受信器 ９ 流量検出手段 １４ 繰り返し手段 １５ 計時手段 １６ 切換手段 １７ 流量演算手段 １８ 変動検出手段 １９ 波形処理手段 ２０ 周期検出手段 ２１ 計測制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安倍 秀二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 梅景 康裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鈴木 守 千葉県柏市豊住１−４−５−103 (72)発明者 加藤 秀男 埼玉県北葛飾郡栗橋町南栗橋12−13−８ (72)発明者 湯浅 健一郎 神奈川県横浜市神奈川区神大寺２−32−25 Ｆターム(参考） 2F035 DA14 DA19 GA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流量に応じた検出信号を出力する
   流量検出手段と、流体の流れの変動を検出する変動検出
   手段と、変動検出手段の信号を異なる周波数でフィルタ
   する波形処理手段と、波形処理手段の信号に応じて流量
   検出手段による計測を制御する計測制御手段と、流量検
   出手段による検出信号から流量を演算する流量演算手段
   とを備えたことを特徴とする流量計測装置。
2. 【請求項２】 波形処理手段の複数の信号中で最もレベ
   ルの高い信号に応じて流量検出手段による計測を行うよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載の流量計測装
   置。
3. 【請求項３】 変動周期が所定値以上のとき、流量検出
   手段による計測を変動波形の所定の位相で変動周期より
   短い時間行うようにしたことを特徴とする請求項１記載
   の流量計測装置。
4. 【請求項４】 変動周期が所定値以下のとき、流量検出
   手段による計測を変動周期の整数倍の時間行うようにし
   たことを特徴とする請求項１記載の流量計測装置。
5. 【請求項５】 波形処理手段の信号のうち所定値以上の
   信号が複数存在するとき、低周波信号の所定の位相で計
   測を開始し、高周波信号の周期の整数倍の時間計測を行
   うようにしたことを特徴とする流量計測装置。
6. 【請求項６】 計測開始時間を波形処理手段の信号によ
   り計測毎にその位相を変化させるようにしたことを特徴
   とする請求項１〜５の何れかに記載の流量計測装置。
7. 【請求項７】 流体中に超音波を送受信する送受信器
   と、超音波の受信後に再度送信して超音波の送受信を所
   定回数繰り返してその時間を計時した後、流れの上流か
   ら下流と下流から上流への超音波の送受信を切り換えて
   送受信を同様に繰り返して計時し、上流から下流と下流
   から上流の超音波伝搬時間差により流量に応じた検出信
   号を出力する流量検出手段と、流体の流量変動を検出す
   る変動検出手段と、変動検出手段の信号を異なる周波数
   でフィルタする波形処理手段と、波形処理手段の変動周
   期が所定値以下の時に超音波の送受信の繰り返し回数を
   調節して変動周期の整数倍の周期分を計測し、波形処理
   手段の変動周期が所定値以上の時に変動周期の所定位相
   で計測を開始するように流量検出手段による計測を制御
   する計測制御手段と、流量検出手段による検出信号から
   流量を演算する流量演算手段とを備えたことを特徴とす
   る流量計測装置。