JP2002081978A - 流量測定方法 - Google Patents

流量測定方法

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JP2002081978A
JP2002081978A JP2000273203A JP2000273203A JP2002081978A JP 2002081978 A JP2002081978 A JP 2002081978A JP 2000273203 A JP2000273203 A JP 2000273203A JP 2000273203 A JP2000273203 A JP 2000273203A JP 2002081978 A JP2002081978 A JP 2002081978A
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JP2000273203A
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Kazuo Eshita
和雄 江下
Eiji Nakamura
英司 中村
Akio Kono
明夫 河野
Tetsuya Yasuda
哲也 保田
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Kansai Gas Meter Co Ltd
Original Assignee
Kansai Gas Meter Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の流量を精度よく測定することができる
流量測定方法の提供を課題とする。 【解決手段】 流体が順流方向である場合は、所定時間
当たりの流量Qsを加算的に記憶したあと、記憶された
総流量Q0が所定の閾値QEを越える否かを判定し、閾値
QEを越えるときは、記憶状態を解除した上で総流量Q0
を流体全体の流量Qに積算し、閾値QEを越えないとき
は、総流量Q0を流体全体の流量Qに積算せずにその記
憶状態を維持する一方、流体が逆流方向である場合は、
所定時間当たり流量Qsを減算的に記憶したあと、記憶
された総流量Q0が所定の閾値QEを越えるか否かを判定
し、閾値QEを越えるときは、総流量Q0を流体全体の流
量Qに積算せずにその記憶状態を解除しかつ逆流異常と
判定し、閾値QEを越えないときは、総流量Q0を流体全
体の流量Qに積算せずにその記憶状態を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波を利用し
てガスその他の流体の流量を測定する流量測定方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】ガスその他の流体の流量を求めるに際
し、まず流体の流速を定期的に測定し、これに基いて流
量を演算することが行われている。そして、このような
流体の流量測定方法の一つとして、超音波を利用した方
法が知られている。
【0003】かかる流量測定方法の原理を、図6にて説
明すると次のとおりである。図6において、(1)は内
部をガス等の流体が流れる流量測定管である。この流量
測定管(1)内には、流れ方向に沿って所定距離を隔て
て超音波振動子(2)(3)が配置されている。この超
音波振動子(2)(3)は、駆動パルス発生回路(4)
からの駆動パルスにより駆動されて振動し、超音波を発
生送信する一方、送信されてきた超音波を受信するもの
で、その超音波振動子(3)(2)が振動したときの受
信波が受信増幅回路(5)から出力されるものとなされ
ている。
【0004】そして、上流側の超音波振動子(2)から
流れに対して順方向に送信された超音波が下流側の超音
波振動子(3)で受波されるまでの伝搬時間t1と、下
流側の超音波振動子(3)から流れに対して逆方向に送
信された超音波が上流側の超音波振動子(2)で受信さ
れるまでの伝搬時間t2との差は流速に関係することか
ら、この伝搬時間差を求めることにより流体の流速を測
定し、該流速に基づいて所定時間当たりの流量Qsを求
める。そして、このような所定時間当たりの流量Qsの
測定を所定時間ごとに行い、それら所定時間当たりの流
量Qsを積算することにより流体全体の流量Qを求め
る。
【0005】なお、図6において、(6)は各超音波振
動子(2)(3)と駆動パルス発生回路(4)及び受信
増幅回路(5)の接続を切替える切替回路であり、まず
駆動パルス発生回路(4)と超音波振動子(2)、超音
波振動子(3)と受信増幅回路(5)を接続して、順流
方向の伝搬時間t1を測定したのち、該切替回路(6)
の作動により駆動パルス発生回路(4)と超音波振動子
(3)、超音波振動子(2)と受信増幅回路(5)とが
接続されるように切替えて、逆流方向の伝搬時間t2を
測定するものとなされている。
【0006】ところで、ガスメータなどの流量測定機器
は、正常な運用状態では、流体の流れ方向は決まってお
り逆流することはない。従って、継続して逆流状態が検
出された場合は、流量Qsを0として積算するととも
に、メーター本体か、メーターの設置状態に異常が生じ
たと判定する。つまり、流体が所定の順流方向に流れて
いる場合は、所定時間当たりの流量Qsの測定値は正値
となり、逆流方向に流れている場合は、所定の時間当た
りの流量Qsの測定値は負値となるので、流量の測定値
の正負を判定し、正の測定値となる所定時間当たりの流
量Qsはそのまま積算する一方、負の測定値となる所定
時間当たりの流量Qsは0として積算する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記所
定時間当たりの流量Qsは、流量測定機器のノイズなど
の原因により、ランダムなばらつきが生じることがあ
る。特に、流体が小流量である場合は、図7に示すよう
に、このランダムなばらつきのために所定時間当たりの
流量Qsの測定値が正値になったり負値になったりす
る。これらの測定値は平均するとその時の流量に一致す
るが、上述のように負の測定値となる所定時間当たりの
流量Qsを0とし、正の測定値となる所定時間当たりの
流量Qsをそのまま積算する構成とすると、測定される
流体全体の流量Qが実際の流体全体の流量よりも大きく
なり、流体の流量を精度よく測定することができないと
いう問題があった。
【0008】この発明は、上述の問題に鑑みてなされて
ものであって、流体の流量を精度よく測定することがで
きる流量測定方法の提供を課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、流量測定管を流れる計測流体の流れ方
向に沿って対向状態に超音波振動子が配置され、前記各
超音波振動子から相互に超音波を発生送信するととも
に、送信された超音波を相互に受信し、それら超音波の
伝搬時間の差に基づいて所定時間当たりの流量Qsを測
定し、該所定時間当たりの流量Qsを積算することによ
り流体全体の流量Qを求める流量測定方法において、流
体が順流方向か逆流方向かを判定し、流体が順流方向で
ある場合は、前記流量Qsを加算的に記憶したあと、記
憶された総流量Q0が所定の閾値QEを越える否かを判定
し、閾値QEを越えるときは、記憶状態を解除した上で
前記総流量Q0を流体全体の流量Qに積算し、閾値QEを
越えないときは、前記総流量Q0を流体全体の流量Qに
積算せずにその記憶状態を維持する一方、流体が逆流方
向である場合は、前記流量Qsを減算的に記憶したあ
と、記憶された総流量Q0が所定の閾値QEを越えるか否
かを判定し、閾値QEを越えるときは、前記総流量Q0を
流体全体の流量Qに積算せずにその記憶状態を解除しか
つ逆流異常と判定し、閾値QEを越えないときは、前記
総流量Q0を流体全体の流量Qに積算せずにその記憶状
態を維持することを特徴とする。
【0010】これによれば、所定時間当たりの流量Qs
は、閾値QEを越えない限り、加算的または減算的に記
憶されるので、平均すると0になるばらつきの流体の流
量が流体全体の流量に積算されることを防止することが
できる。
【0011】また、流体が順流方向に微少に流れている
場合は、流量が加算的に少しずつ記憶されていき、閾値
QEを超えた場合に流体全体の流量Qに積算されるの
で、順流方向に流れる微少な流量を確実に測定すること
ができる。
【0012】さらに、流体が逆流方向に微少に流れてい
る場合は、流量が減算的に少しずつ記憶されていき、閾
値QEを超えた場合に記憶状態が解除されるので、
方向の流体の流量が流体全体の流量Qに積算されること
を防止することができるとともに、逆流による異常を検
知することができる。
【0013】このため、流体全体の流量を精度良く測定
することができ、ひいては高精度で信頼性の高い流量測
定装置を提供することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、この発明を実施するため
の流量測定装置を示すものである。図1において、
(1)は流量測定管、(2)(3)は流れ方向に沿って
所定距離を隔てて配置された超音波振動子、(4)は駆
動パルスを発生する駆動パルス発生回路、(5)は超音
波振動子(2)(3)で超音波を受信したときに受信波
を出力する受信増幅回路、(6)は超音波振動子(2)
(3)と駆動パルス発生回路(4)及び受信増幅回路
(5)の接続を切り替える切替回路であり、これらは図
6に示したものと同じである。なお、超音波振動子
(2)から超音波振動子(3)への方向を流体の順流方
向とし、超音波振動子(3)から超音波振動子(2)へ
の方向を流体の逆流方向とする。
【0015】この実施形態では、所定時間(例えば2
秒)当たりの流量Qsを所定時間ごとに記憶する一時記
憶部(7)と、流体全体の流量Qを記憶する積算記憶部
(8)と、前記パルス発生回路(4)、受信増幅回路
(5)、切替回路(6)、一時記憶部(7)、積算記憶
部(8)などの各部を制御するCPU(9)とが設けれ
ている。
【0016】前記CPU(9)は、具体的には大きく分
けて、超音波の伝搬時間t1、t2を測定する測定処理、
所定時間当たりの流量Qsを算出する演算処理、所定時
間当たりの流量Qsを一時的に記憶する一時記憶処理、
所定時間当たりの流量Qsを積算する積算処理の4つの
機能を備える。
【0017】前記測定処理について説明すると、CPU
(9)により切替回路(6)を制御することによって、
駆動パルス発生回路(4)と超音波振動子(2)、超音
波振動子(3)と受信増幅回路(5)をそれぞれ接続し
て、順流方向の伝搬時間t1を測定したのち、再びCP
U(9)により切替回路(6)を制御することによっ
て、駆動パルス発生回路(4)と超音波振動子(3)、
超音波振動子(2)と受信増幅回路(5)がそれぞれ接
続されるように切替えて、逆流方向の伝搬時間t2を測
定する。この伝搬時間t1、t2の測定は、受信増幅回路
(5)から出力される受信波が所定のレベルに達した時
点またはその後のゼロクロス時点を受信時点として、超
音波の送信時点からその受信時点までの時間をクロック
波などを利用して求められる。
【0018】前記演算処理について説明すると、前記測
定処理において測定された順流方向および逆流方向の伝
搬時間t1、t2に基づいて流体の流速Vを求め、さらに
該流速Vに基づいて所定時間当たりの流量Qsを算出す
る。
【0019】具体的には、超音波振動子(2)から送信
された超音波が超音波振動子(3)に受信されるまでの
伝搬時間t1は、 t1=L/(C+V)・・・[1] L:測定管の長さ C:超音波の速度 V:流体の速度(流体が順流の場合は正、逆流の場合は
負) とあらわされ、また、超音波振動子(3)から送信され
た超音波が超音波振動子(2)に受信されるまでの伝搬
時間t2は、 t2=L/(C+V)・・・[2] とあらわされ、これら[1][2]式より流体の速度V
は、 V=L/2×(1/t1−1/t2)・・・[3] となるから、伝搬時間t1、t2をそれぞれ求めることに
より流体の流速Vを求めることができる。そして、所定
時間に流れた流体の流量Qsは、 Qs=V×S×t・・・[4] S:測定管の断面積 t:所定時間(2秒) で算出することができる。なお、流体が逆流している場
合は、超音波振動子(2)から超音波振動子(3)まで
の伝搬時間t1は、超音波振動子(3)から超音波振動
子(2)までの伝搬時間t2よりも大きくなるので、流
体の流速Vは負値となり、流体の流量Qsも負値とな
る。
【0020】前記一時記憶処理について説明すると、上
述の演算処理で算出された所定時間当たりの流量Qsを
加算的または減算的に一時記憶したあと、その記憶され
た所定時間当たりの流量Qsの総流量Q0が閾値QEを超
えるか否かを判定することによって、全体の流量Qに積
算するための流量Qsを設定する。
【0021】具体的には、図4のフローチャートに示す
ように、所定時間当たりの流量Qsが小流量であるか否
の判定処理、流体が逆流しているか否かの判定処理、前
記流量Qsを加算的にまたは減算的に一時記憶部(7)
に記憶する処理、一時記憶部(7)に記憶されている総
流量Q0が閾値QEを越えるか否かの判定処理、該判定処
理に基づいて所定時間当たりの流量Qs=総流量Q0ま
たは0に設定する処理などの一連の処理からなり、その
流れの説明は後述する。
【0022】前記閾値QEは、図2に示すように、流体
が順流の場合に用いられる正の閾値QEと、流体が逆流
の場合に用いれる負の閾値−QEとがそれぞれ同一絶対
値で設定されている。この閾値QEの大きさは、特に限
定されるものではないが、あまり小さい値に設定する
と、測定機器のノイズ等が原因で誤って算出される流量
Qsに反応してしまうので、そのような流量Qsに反応
しない程度の大きさを維持するのが望ましい。
【0023】また、図2に示す基準値QMは、前記演算
処理で算出された所定時間当たりの流量Qsが小流量で
あるか否かを判定する際に用いられる値で、所定時間当
たりの流量Qsが基準値QMより小さい場合は流体が小
流量であると判定される一方、所定時間当たりの流量Q
sが基準値QMより大きい場合は流体が小流量でないと
判定される。この基準値QMは、閾値QEよりも大きな値
に設定されている。
【0024】なお、図2に示す実線で結ばれた点印は、
所定時間当たりの流量Qsを所定時間ごとに示したもの
で、一点鎖線で結ばれた×印は、一時記憶部(7)に記
憶される所定時間当たりの流量Qsの総流量Q0を所定
時間ごとに示したものである。また、図2の×印(K
1)からその次の×印(K2)までは一点鎖線でなく点
線となっているが、これは、×印(K1)において総流
量Q0が閾値QEを越えることにより一時記憶部(7)の
記憶状態が解除されるので、所定時間経過後の次の×印
(K2)から再び所定時間当たり流量Qsを一時記憶部
(7)に記憶することを示すものである。
【0025】前記積算処理について説明すると、上述の
一時記憶処理において設定された所定時間当たりの流量
Qs(総流量Q0または0)を所定時間ごとに積算した
あと、その積算した流量を流体全体の流量Qとして積算
記憶部(8)に記憶する。
【0026】次に、図1に示した装置による流量測定方
法を、図3〜図5に示すフローチャートを用いて説明す
る。なお、以下の説明および図面では「ステップ」を
「S」と略記する。
【0027】まず、S1の測定処理にて、CPU(9)
により切替回路(6)を制御することによって、駆動パ
ルス発生回路(4)と超音波振動子(2)、超音波振動
子(3)と受信増幅回路(5)を接続して、順流方向の
伝搬時間t1を測定したのち、再びCPU(9)により
切替回路(6)を制御することによって、駆動パルス発
生回路(4)と超音波振動子(3)、超音波振動子
(2)と受信増幅回路(5)とが接続されるように切替
えて、逆流方向の伝搬時間t2を測定し、S2に進む。
この実施形態では、順流方向の伝搬時間t1と逆流方向
の伝搬時間をそれぞれ1個ずつ測定するもが、これに限
られず、それぞれ複数個ずつ測定してそれらを平均化し
てもよい。
【0028】S2の演算処理では、上式[3][4]式
により、前記測定処理において測定された順流方向およ
び逆流方向の伝搬時間t1、t2に基づいて流体の流速V
を求め、さらに該流速Vに基づいて所定時間当たりの流
体の流量Qsを算出し、S3に進む。
【0029】S3の一時記憶処理では、図4に示すよう
に、まずS301にて、S2の演算処理で算出された所
定時間当たりの流量Qsが基準値QMを越えるか否かに
よって、小流量であるか否かを判定し、小流量でない場
合は(S301でNO)、S302に進む。
【0030】S302では、図5に示すように、流体が
順流であるか逆流であるか判別するために、逆流フラグ
がON状態であるか否かを判定し、逆流フラグがON状
態でない場合は(S302でNO)、S303に進み、
所定時間当たりの流量Qsをそのまま一時記憶部(7)
に加算的に記憶して、S305に進む一方、逆流フラグ
がON状態である場合は(S302でYES)、S30
4に進み、所定時間当たりの流量Qsを0に設定して、
S305に進む。
【0031】S305では、一時記憶部(7)における
所定時間当たりの流量Qsの記憶状態を解除し、かつ流
体が流れているか否かを判別する流量無しフラグをOF
F状態にし、リターンする。この所定時間当たりの流量
Qs(流体が逆流の場合は0)は次の積算処理に用いら
れる。
【0032】一方、S301で小流量である場合は(S
301でYES)、S306に進み、流体が順流である
か逆流であるか判別するために、逆流フラグがON状態
であるか否かを判定する。
【0033】そして、逆流フラグがON状態でない場合
は(S306でNO)、S307に進み、所定時間当た
りの流量Qsをそのまま一時記憶部(7)に加算的に記
憶し、S308に進む。
【0034】S308では、それまでに一時記憶部
(7)に記憶された前記流量Qsの総流量Q0が閾値QE
を越えるか否かを判定し、閾値QEを越える場合は(S
308でYES)、S309に進み、一時記憶部(7)
における総流量Q0の記憶状態を解除し、かつ流量無し
フラグおよび逆流フラグをOFF状態にした上で、所定
時間当たりの流量Qs=総流量Q0に設定する。一方、
閾値QEを越えない場合は(S308でNO)、S31
0に進み、一時記憶部(7)における総流量Q0の記憶
状態を維持しつつ、流量無しフラグをON状態にし、か
つ逆流フラグをOFF状態にした上で、所定時間当たり
の流量Qs=0に設定する。これら所定時間当たりの流
量Qs(総流量Q0または0)は次の積算処理に用いら
れる。
【0035】また、S306で、逆流フラグがON状態
である場合は(S306でYES)、S311に進み、
所定時間当たりの流量Qsをそのまま一時記憶部(7)
に減算的に記憶して、S312に進む。このとき所定時
間当たりの流量Qsは負値で算出されるので、その絶対
値を一時記憶部(7)に減算的に記憶する。
【0036】S312では、それまでに一時記憶部
(7)に記憶された流量Qsの総流量Q0が負の閾値−
QEを越えるか否かを判定し、閾値−QEを越える場合は
(S312でYES)、S313に進み、一時記憶部
(7)における総流量Q0の記憶状態を解除しつつ、流
量無しフラグをOFF状態にし、かつ逆流フラグをON
状態にした上で、所定時間当たりの流量Qs=0に設定
する。一方、閾値QEを超えない場合は(S312でN
O)、S314に進み、一時記憶部(7)における総流
量Q0の記憶状態を維持しつつ、流量無しフラグをON
状態にし、かつ逆流フラグをOFF状態にした上で、所
定時間当たりの流量Qs=0に設定する。これら所定時
間当たりの流量Qs=0は次の積算処理に用いられる。
【0037】S4の積算処理では、S3の演算処理にお
いて設定された所定時間当たりの流量Qsを流体全体の
流量Qに積算して積算記憶部(8)に記憶する。この積
算記憶部(8)に記憶された流体全体の流量Qは、必要
に応じて図示略の表示部に表示される。
【0038】このように、所定時間当たりの流量Qs
は、閾値QEを越えない限り、加算的または減算的に記
憶されるので、平均すると0になるばらつきの流体の流
量が流体全体の流量に積算されることを防止することが
できる。
【0039】また、流体が順流方向に微少に流れている
場合は、流量が加算的に少しずつ記憶されていき、閾値
QEを超えた場合に流体全体の流量Qに積算されるの
で、順流方向に流れる微少な流量を確実に測定すること
ができる。
【0040】さらに、流体が逆流方向に微少に流れてい
る場合は、流量が減算的に少しずつ記憶されていき、閾
値QEを超えた場合に記憶状態が解除されるので、逆流
方向の流体の流量が流体全体の流量Qに積算されること
を防止することができるとともに、逆流による異常を検
知することができる。
【0041】このため、流体全体の流量を精度良く測定
することができ、ひいては高精度で信頼性の高い流量測
定装置を提供することが可能となる。
【0042】なお、この実施形態では、S301で、所
定時間当たりの流量Qsが小流量であるか否かを判定す
るものとしたが、この判定処理を省略してもよい。この
とき、流体が小流量でない場合も、S306以下の処理
に従うことになる。
【0043】また、流体が順流の場合と逆流の場合の閾
値QEは、絶対値が等しいものとしたが、絶対値が異な
るものであってもよい。
【0044】
【発明の効果】この発明によれば、所定時間当たりの流
量Qsは、閾値QEを越えない限り、加算的または減算
的に記憶されるので、平均すると0になるばらつきの流
体の流量が流体全体の流量に積算されることを防止する
ことができる。
【0045】また、流体が順流方向に微少に流れている
場合は、流量が加算的に少しずつ記憶されていき、閾値
QEを超えた場合に流体全体の流量Qに積算されるの
で、順流方向に流れる微少な流量を確実に測定すること
ができる。
【0046】さらに、流体が逆流方向に微少に流れてい
る場合は、流量が減算的に少しずつ記憶されていき、閾
値QEを超えた場合に記憶状態が解除されるので、逆流
方向の流体の流量が流体全体の流量Qに積算されること
を防止することができるとともに、逆流による異常を検
知することができる。
【0047】このため、流体全体の流量を精度良く測定
することができ、ひいては高精度で信頼性の高い流量測
定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を実施するための流量測定装置の一例
を示すブロック図である。
【図2】所定時間当たりの流量と総流量の時間変位を示
す図である。
【図3】図1の流量測定装置の全体の動作を示すフロー
チャートである。
【図4】図3の一時記憶処理の動作を示す第1のフロー
チャートである。
【図5】図3の一時記憶処理の動作を示す第2のフロー
チャートである。
【図6】従来の流量測定装置を示すブロック図である。
【図7】従来の流量測定装置における所定時間当たりの
流量の時間変位を示す図である。
【符号の説明】
1・・・超音波流速測定管 2、3・・・超音波振動子 4・・・駆動パルス発生回路 5・・・受信増幅回路 6・・・切替回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 明夫 京都市下京区中堂寺鍵田町10 関西ガスメ ータ株式会社内 (72)発明者 保田 哲也 京都市下京区中堂寺鍵田町10 関西ガスメ ータ株式会社内 Fターム(参考) 2F035 DA19 DA22 DA23

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流量測定管を流れる計測流体の流れ方向
    に沿って対向状態に超音波振動子が配置され、前記各超
    音波振動子から相互に超音波を発生送信するとともに、
    送信された超音波を相互に受信し、それら超音波の伝搬
    時間の差に基づいて所定時間当たりの流量Qsを測定
    し、該所定時間当たりの流量Qsを積算することにより
    流体全体の流量Qを求める流量測定方法において、 流体が順流方向か逆流方向かを判定し、 流体が順流方向である場合は、前記所定時間当たりの流
    量Qsを加算的に記憶したあと、記憶された総流量Q0
    が所定の閾値QEを越える否かを判定し、閾値QEを越え
    るときは、記憶状態を解除した上で前記総流量Q0を流
    体全体の流量Qに積算し、閾値QEを越えないときは、
    前記総流量Q0を流体全体の流量Qに積算せずにその記
    憶状態を維持する一方、 流体が逆流方向である場合は、前記所定時間当たりの流
    量Qsを減算的に記憶したあと、記憶された総流量Q0
    が所定の閾値−QEを越えるか否かを判定し、閾値−QE
    を越えるときは、前記総流量Q0を流体全体の流量Qに
    積算せずにその記憶状態を解除かつ逆流異常と判定し、
    閾値−QEを越えないときは、前記総流量Q0を流体全体
    の流量Qに積算せずにその記憶状態を維持することを特
    徴とする流量測定方法。
JP2000273203A 2000-09-08 2000-09-08 流量測定方法 Pending JP2002081978A (ja)

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