JP2002162274A - 脈流検出方法及び装置、脈動波形推定方法及び装置、並びに、流量計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サンプリング周期を短くすることなく、ガス
流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動を瞬時に検出
することのできる脈流検出方法及び装置、脈動波形を推
定できる脈動波形推定方法及び装置、脈動に左右されな
い正確な流量を計測できる流量計測方法及び装置を提供
する。 【解決手段】 ガス流路にガス流方向に沿って、ガス流
路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の１周期内に一
定間隔で配置された少なくとも３つのフローセンサ３
ａ，３ｂ，３ｃがガス流速に応じた電気信号を出力っす
る。フローセンサの各々が生じる電気信号により検出手
段１１ａ−１が脈動を検出し、電気信号とフローセンサ
の相互位置関係とにより脈動波形推定手段１１ａ−２が
脈動の波形を推定し、推定した脈動波形により流量計測
手段１１ａ−３が流量を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス流路内のガス
を介して音速で伝搬する脈動を検出する脈動検出方法及
び装置、脈流の波形を推定する脈動波形推定方法及び装
置、並びに、脈流を含むガス流量を計測する流量計測方
法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス流路を通じて流れるガスの流量を積
算してガスの使用量を計測するものとしてガスメータが
あるが、このガスメータには、内蔵した電池により駆動
されるフローセンサによりガス流路内のガスの流速を間
欠的に測定し、この間欠的に測定したガスの流速に流路
の断面積などを乗じる演算を行うことで、ガス流量を計
測し、この流量に間欠時間を乗じて通過流量を求め、こ
れを積算した積算流量を表示するようにしたものがあ
る。

【０００３】ところで、上述したガスメータは流速が流
量以外の要因で変動しないという前提で成立している
が、ガスメータが設置されているガス流路には各種の燃
焼機器が接続されており、そのなかには、使用中に供給
ガス圧に圧力変動を生じさせるものがある。例えば、Ｇ
ＨＰ（ガスヒートポンプ）の場合、その使用によってガ
ス圧に約数十ｍｍＨ₂ Ｏの変動を５〜３０Ｈｚの周波数
で生じさせ、これが原因でガス流に時間と共にガス流速
が変化する脈流を生じるようになる。

【０００４】このような脈流の生じているガス流の流速
を上述のような方法により間欠的に測ったとき、間欠時
間と脈動周期が同期してしまい、測った流速が脈動の山
や谷に片寄っている場合、この間欠的に計測した流速に
基づいて求めた通過流量の誤差が一方に片寄り、通過流
量を積算して求めた積算流量は、実際のガス使用量と大
きく違った値となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような誤差の問題
は、脈動による通過流量が本来０であることに着目し、
間欠的に計測する周期、すなわちガス流路に設けたフロ
ーセンサによる流速計測のためのサンプリング周期を脈
動周期の１／２以下に短くして流量を計測し積算すれ
ば、脈動成分がキャンセルできるので解消できる。しか
し、サンプリング周期を常に短くすると、消費電流が多
くなってしまい、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。

【０００６】そこで、脈流の有無を検出し、この脈流有
りの検出に応じてサンプリング周期を短くすることが考
えられるが、脈流を検出するためには、サンプリング周
期を脈動周期の１／２以下に短くすることを必要とし、
結果としてサンプリング周期を常に短くしたと変わらな
いことになる。

【０００７】また、サンプリング周期を脈動周期の１／
２以下に短くて脈動波形を推定し、推定した脈動波形か
ら平均流量を計測することも考えられる。しかし、この
場合にも、サンプリング周期は予想される最小周期に応
じた短いものにしなければならない。

【０００８】いずれの場合にも、脈流の有無検出及び脈
動波形推定には、比較的短い周期での複数回のサンプリ
ングが行われなければならならず、しかも、計測した流
速によって瞬時流量を求めた時点では、その瞬時流量に
脈流成分が含まれているかどうかを知ることができな
い。

【０００９】よって本発明は、上述のような状況に鑑み
成されたもので、サンプリング周期を短くすることな
く、ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動を瞬
時に検出することのできる脈流検出方法及び装置を提供
することを課題としている。

【００１０】本発明はまた、上述のような状況に鑑み成
されたもので、サンプリング周期を短くすることなく、
ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の波形を
瞬時に推定することのできる脈動波形推定方法及び装置
を提供することを課題としている。

【００１１】本発明はまた、上述のような状況に鑑み成
されたもので、ガス流路内のガスを介して音速で伝搬す
る脈動が存在しても、サンプリング周期を短くすること
なく、脈流に左右されない正確な流量を計測することの
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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めなされた請求項１記載の本発明は、ガス流路にガス流
方向に沿って、前記ガス流路内のガスを介して音速で伝
搬する脈動の１周期内に所定間隔で配置した少なくとも
３つのフローセンサから、前記ガス流路内のガスを介し
て音速で伝搬する脈動の存在しないとき相互間に所定の
関係を保つ、前記フローセンサの配置された位置でのガ
ス流速に応じた電気信号を同時に取得し、該取得した電
気信号を相互に比較し、該比較の結果、前記フローセン
サから取得した電気信号の相互間に前記所定の関係がな
いとき、前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する
脈動が存在することを検出することを特徴する脈流検出
方法に存する。

【００１３】請求項１記載の脈動検出方法においては、
ガス流路にガス流方向に沿って所定間隔で配置した少な
くとも３つのフローセンサから、脈動の存在しないとき
相互間に所定の関係を保つ、ガス流速に応じた電気信号
を同時に取得し、この取得した電気信号を相互に比較
し、該比較の結果、電気信号の相互間に前記所定の関係
がないとき、脈動が存在することを検出するので、脈動
の１周期内に所定間隔で配置した少なくとも３つのフロ
ーセンサから同時に取得した電気信号を単純に比較する
だけで、脈流の有無を瞬時に検出できる。

【００１４】請求項２記載の本発明は、図１の基本構成
図に示す如く、ガス流路にガス流方向に沿って、前記ガ
ス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の１周期内
に所定間隔で配置され、前記ガス流路内のガスを介して
音速で伝搬する脈動の存在しないとき相互間に所定の関
係を保つ、前記フローセンサの配置された位置でのガス
流速に応じた電気信号を同時に出力する少なくとも３つ
のフローセンサ３ａ，３ｂ，３ｃと、前記フローセンサ
の出力する電気信号を同時に取得して相互に比較し、該
比較の結果、前記フローセンサから取得した電気信号の
相互間に前記所定の関係がないとき、前記ガス流路内の
ガスを介して音速で伝搬する脈動が存在することを検出
する検出手段１１ａ−１とを備えることを特徴する脈流
検出装置に存する。

【００１５】請求項２記載の脈動検出装置においては、
ガス流路にガス流方向に沿って所定間隔で配置された少
なくとも３つのフローセンサ３ａ，３ｂ，３ｃが、ガス
流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の存在しない
とき相互間に所定の関係を保つガス流速に応じた電気信
号を同時に出力し、検出手段１１ａ−１が、フローセン
サの出力する電気信号を同時に取得して相互に比較した
結果、電気信号が所定の関係にないとき、脈動が存在す
ることを検出するので、脈動の１周期内に所定間隔で配
置した少なくとも３つのフローセンサから同時に取得し
た電気信号を単純に比較するだけで、脈流の有無を瞬時
に検出できる。

【００１６】請求項３記載の発明は、ガス流路にガス流
方向に沿って、前記ガス流路内のガスを介して音速で伝
搬する脈動の１周期内に所定間隔で配置した少なくとも
３つのフローセンサから、前記ガス流路内のガスを介し
て音速で伝搬する脈動の存在しないとき相互間に所定の
関係を保つ、前記フローセンサの配置された位置でのガ
ス流速に応じた電気信号を同時に取得し、該取得した電
気信号と前記フローセンサの相互位置関係とによって前
記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の波形
を推定することを特徴とする脈動波形推定方法に存す
る。

【００１７】請求項３記載の脈動波形推定方法において
は、ガス流路にガス流方向に沿って、脈動の１周期内に
所定間隔で配置した少なくとも３つのフローセンサか
ら、脈動の存在しないとき相互間に所定の関係を保つ、
ガス流速に応じた電気信号を同時に取得し、この取得し
た電気信号とフローセンサの相互位置関係とによって脈
動の波形を推定するので、脈動の１周期内に所定間隔で
配置した３つのフローセンサから取得した脈動の１周期
内の少なくとも３点の流速に応じた電気信号によって脈
動の波形を瞬時に推定できる。

【００１８】請求項４記載の本発明は、図１の基本構成
図に示す如く、ガス流路にガス流方向に沿って、前記ガ
ス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の１周期内
に所定間隔で配置され、前記ガス流路内のガスを介して
音速で伝搬する脈動の存在しないとき相互間に所定の関
係を保つ、前記フローセンサの配置された位置でのガス
流速に応じた電気信号を同時に出力する少なくとも３つ
のフローセンサ３ａ，３ｂ，３ｃと、該フローセンサの
出力する電気信号を同時に取得し、該取得した電気信号
と前記フローセンサの相互位置関係とによって前記ガス
流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の波形を推定
する脈動波形推定手段１１ａ−２とを備えることを特徴
する脈流波形推定装置に存する。

【００１９】請求項４記載の脈動波形推定装置において
は、ガス流路にガス流方向に沿って、ガス流路内のガス
を介して音速で伝搬する脈動の１周期内に一定間隔で配
置された少なくとも３つのフローセンサ３ａ，３ｂ，３
ｃは、各々が配置された位置でのガス流速に応じた電気
信号を同時に出力する。そして、脈動波形推定手段１１
ａ−２が、フローセンサの出力する電気信号を同時に取
得し、この取得した電気信号とフローセンサの相互位置
関係とによって、ガス流路内のガスを介して音速で伝搬
する脈動の波形を推定するので、３つのフローセンサか
ら脈動の１周期内において少なくとも３点の流速に応じ
た電気信号によって脈動の波形を瞬時に推定できる。

【００２０】請求項５記載の本発明は、図１の基本構成
図に示す如く、請求項４記載の脈動波形推定装置におい
て、前記フローセンサの出力する電気信号を同時に取得
して相互に比較し、該比較の結果、前記フローセンサか
ら取得した電気信号の相互間に前記所定の関係がないと
き、前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動
が存在することを検出する検出手段１１ａ−１を更に備
え、該検出手段が脈動を検出したとき前記脈動波形推定
手段が脈動波形の推定を行うことを特徴とする脈動波形
推定装置に存する。

【００２１】請求項５記載の脈動波形推定装置において
は、脈動検出手段が脈動を検出したとき脈動波形推定手
段が脈動波形の推定を行うので、請求項４記載の発明の
作用に加え、脈動のあるときにのみ脈動波形の推定が行
われるようになる。

【００２２】請求項６記載の本発明は、図１の基本構成
図に示す如く、請求項４又は５記載の脈動波形推定装置
において、前記ガス流速が一定であるとき前記３つのフ
ローセンサは出力する電気信号の大きさが互いに等しい
ことを特徴とする請求項４又は５記載の脈動波形推定装
置に存する。

【００２３】請求項６記載の脈動検出装置においては、
ガス流速が一定であるとき３つのフローセンサの出力す
る電気信号の大きさが互いに等しいので、請求項１又は
２記載の発明の作用に加え、脈動の１周期内に所定間隔
で配置した３つのフローセンサ出力の単純比較によって
脈動の有無を検出することができ、かつ３つのフローセ
ンサの出力と３つのフローセンサの相互位置との関係に
よって波形を推定できる。

【００２４】請求項７記載の発明は、ガス流路にガス流
方向に沿って、前記ガス流路内のガスを介して音速で伝
搬する脈動の１周期内に所定間隔で配置した少なくとも
３つのフローセンサから、前記ガス流路内のガスを介し
て音速で伝搬する脈動の存在しないとき相互間に所定の
関係を保つ、前記フローセンサの配置された位置でのガ
ス流速に応じた電気信号を同時に取得し、該取得した電
気信号て相互に比較し、前記フローセンサから取得した
電気信号の相互間に前記所定の関係がないとき、前記ガ
ス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動が存在する
ことを検出し、該脈動の検出に応じて、前記フローセン
サの各々が同時に生じる電気信号と前記フローセンサの
相互位置関係とによって前記ガス流路内のガスを介して
音速で伝搬する脈動の波形を推定し、該推定した脈動の
波形の最小値及び最大値を加算平均して脈流成分を除去
した流量を計測することを特徴とする流量計測方法に存
する。

【００２５】請求項７記載の流量計測方法においては、
ガス流路にガス流方向に沿って、脈動の１周期内に所定
の間隔で配置した少なくとも３つのフローセンサから、
脈動の存在しないとき相互間に所定の関係を保つ、ガス
流速に応じた電気信号を同時に取得して相互に比較した
結果、所定の関係にないとき、脈動が存在することを検
出し、この検出に応じて、電気信号とフローセンサの相
互位置関係とによって脈動の波形を推定し、推定した脈
動の波形の最小値及び最大値を加算平均して脈流成分を
除去した流量を計測するので、３つのフローセンサから
の脈動の１周期内の少なくとも３点の流速に応じた電気
信号を取得し、この取得した電気信号から推定した脈動
の波形の最小値及び最大値に基づいて加算平均を行うこ
とで、瞬時に流量を計測できる。

【００２６】請求項８記載の発明は、図１の基本構成図
に示す如く、ガス流路にガス流方向に沿って、前記ガス
流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の１周期内に
所定間隔で配置され、前記ガス流路内のガスを介して音
速で伝搬する脈動の存在しないとき相互間に所定の関係
を保つ、前記フローセンサの配置された位置でのガス流
速に応じた電気信号を同時に出力する少なくとも３つの
フローセンサ３ａ，３ｂ，３ｃと、前記フローセンサの
出力する電気信号を同時に取得して相互に比較し、該比
較の結果、前記フローセンサから取得した電気信号の相
互間に前記所定の関係がないとき、前記ガス流路内のガ
スを介して音速で伝搬する脈動が存在することを検出す
る検出手段１１ａ−１と、該検出手段による脈流の検出
に応じて、前記フローセンサの各々から同時に取得した
電気信号と前記フローセンサの相互位置関係とによって
前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の波
形を推定する脈動波形推定手段１１ａ−２と、該脈流波
形推定手段により推定した脈流の波形の最小値及び最大
値を加算平均して脈流成分を除去した流量を計測する流
量計測手段１１ａ−３とを備えることを特徴する流量計
測装置に存する。

【００２７】請求項８記載の流量計測装置においては、
ガス流路にガス流方向に沿って、前記ガス流路内のガス
を介して音速で伝搬する脈動の１周期内に所定間隔で配
置された少なくとも３つのフローセンサ３ａ，３ｂ，３
ｃが、脈動の存在しないとき相互間に所定の関係を保
つ、ガス流速に応じた電気信号を同時に出力する。検出
手段１１ａ−１が、フローセンサの出力する電気信号を
同時に取得して相互に比較した結果、取得した電気信号
の相互間に所定の関係がないとき、脈動が存在すること
を検出する。検出手段による脈流の検出に応じて、脈動
波形推定手段１１ａ−２が、同時に取得した電気信号と
フローセンサの相互位置関係とによって脈動の波形を推
定し、流量計測手段１１ａ−３がこの推定した脈流の波
形の最小値及び最大値を加算平均して脈流成分を除去し
た流量を計測するので、３つのフローセンサからの脈動
の１周期内の少なくとも３点の流速に応じた電気信号を
取得し、この取得した電気信号から推定した脈動の波形
の最小値及び最大値に基づいて加算平均を行うことで、
瞬時に流量を計測できる。

【００２８】請求項９記載の発明は、図１の基本構成図
に示す如く、請求項８記載の流量計測装置において、前
記流量計測手段は、前記検出手段が脈流を検出していな
いとき、前記フローセンサの任意の１つが出力している
電気信号に基づいて流量を計測することを特徴とする流
量計測装置に存する。

【００２９】請求項９記載の流速計測装置においては、
流量計測手段は、検出手段が脈流を検出していないと
き、フローセンサの任意の１つが出力している電気信号
に基づいて流量を計測するので、請求項８記載の発明の
作用に加え、脈動のないときには１つを除くフローセン
サについては流量計測のための動作を行わなくて済む。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による脈動検出方法
を実施した装置、脈流波形推定方法実施した装置、並び
に流量計測方法を実施した装置を有する電子式ガスメー
タの実施形態を、図面を参照して説明する。

【００３１】図２は本発明の一実施形態に係る電子式ガ
スメータの概略構成を示すブロック図であり、図２中、
電子式ガスメータ１は、３つのマイクロフローセンサ３
ａ，３ｂ，３ｃ、電源５、スイッチングトランジスタ７
ａ，７ｂ，７ｃ、Ａ／Ｄ変換器９ａ，９ｂ，９ｃ、マイ
クロコンピュータ（以下、マイコンと略記する。）１１
及び積算表示部１３を備えている。

【００３２】マイクロフローセンサ３ａ，３ｂ，３ｃ
は、図３の説明図に示すように、図示しないガス供給源
から供給されるガスが通過するガス流路１７にガス流方
向に沿って配置され、各々が配置された位置でのガス流
速に応じた電気信号をＡ／Ｄ変換器９ａ，９ｂ，９ｃに
対して出力する。３つのマイクロフローセンサ３ａ，３
ｂ，３ｃは、ガス流速が一定であるとき出力する電気信
号の大きさが互いに等しくなるように調整されている。
また、３つのマイクロフローセンサ３ａ，３ｂ，３ｃの
間隔Ｌは、ガス流路１７内のガスを介して音速で伝搬す
る脈動の１周期内に配置されるように１周期の１／２以
下にされている。

【００３３】因みに、ガス流路１７内のガスを介して音
速で伝搬する脈動の周波数は最大２０Ｈｚであり、常温
時の音速を３５０ｍとすると、１周期が１７．５ｍとな
るので、間隔Ｌは（１７．５／２）ｍ未満となる。

【００３４】各マイクロフローセンサとしては、図４に
平面図で示すように、Ｓｉによる基台３１と、この基台
３１に異方性エッチングにより形成されたダイヤフラム
３１ａと、このダイヤフラム３１ａ上に形成された測温
用の上流側、下流側の各サーモパイル３２，３３及び加
熱用のマイクロヒータ３４（ヒータに相当）とを備えて
いるものが使用できる。

【００３５】すなわち、上述したガス流路内のガスの流
速測定に用いられるセンサの一つである各マイクロフロ
ーセンサは、ガスの通過するガス流路内に配置されるシ
リコン基板上に熱検知素子としての一対のサーモパイル
とヒータとを形成して構成されており、一対のサーモパ
イルは、ガスの流れ方向におけるヒータの上流側と下流
側とに、ヒータから同じ間隔をおいて配置されている。

【００３６】上流側及び下流側の各サーモパイル３２，
３３は、ｐ⁺⁺−Ｓi及びＡｌにより構成されており、図
４中矢印Ｘで示すガス流路１７内を流れるガスの流れ方
向において、マイクロヒータ３４を挟んで上流側と下流
側の基台３１箇所に、マイクロヒータ３４から等間隔で
それぞれ配置されており、各サーモパイル３２，３３の
温接点３２ａ，３３ａはダイヤフラム３１ａ上に、冷接
点３２ｂ，３３ｂはダイヤフラム３１ａ以外の基台３１
部分に、それぞれ配置されている。

【００３７】このように構成されたマイクロフローセン
サでは、マイクロヒータ３４が通電により発した熱が、
ガス流路１７内のガスを媒体として上流側及び下流側の
各サーモパイル３２，３３の付近に伝わると、それら各
サーモパイル３２，３３には、マイクロヒータ３４から
伝わった熱に応じた温度となる温接点３２ａ，３３ａ
と、基台３１とほぼ同じ温度となる冷接点３２ｂ，３３
ｂとの温度差に応じた電圧の起電力が生じる。

【００３８】そして、マイクロフローセンサは、図５に
示すように、上流側及び下流側の各サーモパイル３２，
３３に生じた起電力をアンプ３５，３６によりそれぞれ
増幅し、その差分を差動アンプ３７で取って、この差動
アンプ３７の出力を、ガス流路１７内を流れるガスの流
速に対応する熱起電力信号として出力するように構成さ
れている。

【００３９】電源５は、電子式ガスメータ１に内蔵され
た電池からなり、この電源５からの電力は、図示しない
定電圧回路により所定の定電圧とされた後に、一定周期
で間欠的にマイクロヒータ３４に一定時間の間供給され
る。

【００４０】各スイッチングトランジスタは、コレクタ
を電源５に接続しエミッタをマイクロヒータ３４に接続
したｎｐｎトランジスタにより構成されており、マイコ
ン１１からのヒータ駆動信号によりベースにバイアスが
かけられることで、コレクターエミッタ間が導通して電
源５からの定電圧化された電力をマイクロヒータ３４に
間欠的に一定時間の間供給させる。

【００４１】各Ａ／Ｄ変換器は、ガス流路１７内を流れ
るガスの流速に対応してマイクロフローセンサから出力
されるアナログの熱起電力信号を、所定のサンプリング
周期毎にデジタル変換し、デジタル化した熱起電力信号
を出力するものである。

【００４２】マイコン１１は、ＣＰＵ１１ａ、ＲＡＭ１
１ｂ、及び、ＲＯＭ１１ｃを有しており、このうち、Ｃ
ＰＵ１１ａには、ＲＡＭ１１ｂ及びＲＯＭ１１ｃの他、
各スイッチングトランジスタのベースと各Ａ／Ｄ変換器
とが接続されている。

【００４３】ＲＡＭ１１ｂは、各種データ記憶用のデー
タエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有し
ており、前記ＲＯＭ１１ｃには、ＣＰＵ１１ａに各種処
理動作を行わせるための制御プログラムが格納されてい
る。

【００４４】そして、マイコン１１は、ＲＯＭ１１ｃに
格納された制御プログラムに従いＣＰＵ１１ａが行うガ
スの流量測定処理によって、例えばＡ／Ｄ変換器９ｂか
ら出力されるデジタル信号を取り込み、取り込んだデジ
タル信号に基づき流速を計測し、該計測した流速に基づ
きガス流路１７内を流れるガスの瞬時流量を演算する。

【００４５】マイコン１１はまた、他のＡ／Ｄ変換器９
ａ，９ｃから出力されるデジタル信号も同時に取り込
み、取り込んだデジタル信号をＡ／Ｄ変換器９ｂからの
デジタル信号と比較し、デジタル信号が所定値以上に互
に相違することによって、ガス流路１７内のガスの流れ
に脈流が存在することを検出する。なお、３つのマイク
ロフローセンサが同一でも、その配置される場所によっ
ては、一定のガス流が流れていても流速が異なる場合が
ある。このような場合には、脈流がなくても、フローセ
ンサの出力には相互間に所定の関係が存在することにな
るので、この所定の関係があるかどうかによって脈流の
有無を検出することになる。マイコン１１はこの比較に
よって脈動を検出したとき、上述した流量演算処理にお
ける処理を脈動波形推定による平均流量処理に切り替え
る。

【００４６】マイコン１１はさらに、上述した流量演算
処理を行う際に、マイクロフローセンサ３ａ，３ｂ，３
ｃが発生する電気信号を９ａ，９ｂ，９ｃによりデジタ
ル信号に変換して取り込んだ３つのデジタル信号に基づ
いて脈動波形を推定する。この推定に当たっては、３つ
のデジタル信号値が満足する、すなわち、３値を通る正
弦波形を見つけるための近似式処理を行う。この脈動波
形推定によって得られた脈動波形によって、脈動の周期
及び振幅（最小値と最大値の差）を求めることができ
る。この求めた振幅値の単純加算平均を取ることによっ
て、平均流量を求めることができる。

【００４７】上述したことから明らかなように、波形推
定によって求めた脈動の周期は、流速測定のため例えば
電源５からの定電圧化された電力をマイクロヒータ３４
に間欠的に一定時間の間供給させる周期が脈動周期の整
数倍にならないように変更するために利用することがで
きる。また、脈動波形の振幅は、平均化処理を行うこと
なく、流速の平均値を瞬時に決定するために利用するこ
とができる。

【００４８】また、マイコン１１は、計測した流速に基
づきガス流路１７内を流れるガスの瞬時流量を演算する
に当たって、上述のようにして求めた流速に、ガス流路
１７の断面積及びその構造に依存する所定の係数等を乗
じ、しかも求めたガス流路１７内を流れるガスの瞬時流
量に、ヒータ駆動信号を間欠的に出力する一定周期の時
間を乗じることで、ヒータ駆動信号が１回出力されてか
ら次にヒータ駆動信号が出力されるまでの周期時間の間
にガス流路１７内を流れるガスの通過流量を求め、これ
を積算することで、これまでにガス流路１７内を流れた
ガスの積算流量を求める。そして、電子式ガスメータと
しては、マイコン１１が求めた積算流量を積算表示部１
３に対し出力して表示させる。

【００４９】以上概略説明した脈動検出装置或いは脈流
波形推定装置を有する電子式ガスメータの動作詳細を、
ＣＰＵ１１ａがＲＯＭ１１ｃに格納された制御プログラ
ムに従って行う処理を示す図６のフローチャートを参照
して以下説明する。

【００５０】マイコン１１は電源５の電池からマイクロ
フローセンサのマイクロヒータ３４とは別系統で接続さ
れた電源５の電池から電源供給されることで起動し、プ
ログラムがスタートする。ＣＰＵ１１ａは、まず、ヒー
タ駆動信号によりマイクロヒータ３４を駆動する周期時
間Ｔ１が経過するのを待ち（ステップＳ１）、時間Ｔ１
が経過しているときには（ステップＳ１でＹ）、ヒータ
駆動信号を出力してマイクロヒータ３４を駆動する（ス
テップＳ２）。

【００５１】マイクロフローセンサ３ａ，３ｂ，３ｃか
らの電気信号をデジタル化して取り込み（ステップＳ
３）、この取り込んだデジタル信号を比較して（ステッ
プＳ４）相違しているかどうかを判定する（ステップＳ
５）。相違していなければ（ステップＳ５でＮ）、マイ
クロフローセンサ３ｂからのデジタル信号によって流速
を求め（ステップＳ６）、相違していれば（ステップＳ
５でＹ）、後述する波形推定処理を行って流速を求める
（ステップＳ７）。いずれにしても、求めた流速に基づ
いて瞬時流量、通過流量及び積算流量を求め（ステップ
Ｓ８）、積算流量については積算表示部１３に対し出力
して表示させる（ステップＳ９）。

【００５２】なお、上述の例では、マイクロフローセン
サ３ａ，３ｂ，３ｃから取り込んだデジタル信号を比較
して（ステップＳ４）相違しているときに（ステップＳ
５でＹ）、波形推定処理を行って流速を求め（ステップ
Ｓ７）ているが、具体的には、図７に示すような処理を
行う。すなわち、相違しているときには、マイクロフロ
ーセンサ３ａ，３ｂ，３ｃから取り込んだデジタル信号
に基づいて脈動の波形を推定し（ステップＳ７ａ）、こ
の推定した脈動波形から脈動の周期と振幅を求める（ス
テップＳ７ｂ）。求めた脈動周期が周期Ｔ１の整数倍で
あるときには（ステップＳ７ｃ）、周期Ｔ１を変更し
（ステップＳ７ｄ）、そうでないときには、脈動の振幅
の最小値と最大値から平均流速を求める（７ｅ）ように
してもよい。

【００５３】なお、上述したステップＳ７ａの波形推定
処理においては、図８に示すように、３つのフローセン
サ３ａ，３ｂ，３ｃの各々が生じる電気信号Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３と前記フローセンサの相互位置０，Ｌ，２Ｌと
の関係によって特定される３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通る
正弦波形を見つけるための近似式処理を行う。

【００５４】上述したＣＰＵ１１ａの行う処理の説明か
ら明らかなように、ＣＰＵ１１ａは、３つのフローセン
サ３ａ，３ｂ，３ｃの出力する電気信号を同時に取得し
て相互に比較し、この比較の結果、フローセンサから取
得した電気信号の相互間に所定の関係がないとき、ガス
流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動が存在するこ
とを検出する検出手段１１ａ−１、３つのフローセンサ
３ａ，３ｂ，３ｃの各々が生じる電気信号とフローセン
サの相互位置関係とによってガス流路内のガスを介して
音速で伝搬する脈動の波形を推定する脈動波形推定手段
１１ａ−２、推定した脈流の波形の最小値及び最大値を
加算平均して脈流成分を除去した流量を計測する流量計
測手段１１ａ−３としてそれぞれ働いている。

【００５５】上述した実施形態では、３つのフローセン
サからの電気信号を取り込み、取り込んだ３つの電気信
号を相互に比較し、相違があるときには、取り込んだ３
つの電気信号によって脈動の波形を推定しているので、
この推定した脈動波形によって脈動の周期及び平均値を
瞬時に求めることができる。

【００５６】さらに、演算して求めたガス流量を電子式
ガスメータの積算表示部１３に積算し表示しているの
で、電子式ガスメータの電力消費の削減及び計量精度の
向上を図ることができる。

【００５７】また、上述の実施形態では、フローセンサ
として、間欠的に電力供給されるヒータの発する熱を熱
検知素子がガスを介して受けガスの流速に応じたアナロ
グ電気信号を生じるものが使用されているが、本発明は
他の形式のフローセンサを有するものにも有効に適用す
ることができる。しかし、比較的消費電力の大きな実施
形態のフローセンサに適用した場合、装置全体の電力消
費を削減したり、電力消費を増大することなく間欠的電
力供給の頻度を上げ計測精度を上げる上で効果が大きく
なり、有効に適用できる。

【００５８】また、本発明は、電源として電池を使用し
た電子式ガスメータに使用される脈動波形推定装置に適
用して特に有効であるが、電池電源を使用しないものに
も適用することができる。

【００５９】なお、上述の実施の形態では、脈動波形推
定装置は電子式ガスメータに適用したもの示したが、ガ
スメータを設置するガス供給系における脈動を観測する
ため、単純に脈動波形を測定するためにも適用すること
ができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
請求項１又は２記載の発明によれば、脈動の１周期内に
所定間隔で配置した少なくとも３つのフローセンサから
同時に取得した電気信号を単純に比較するだけで、脈流
の有無を瞬時に検出できるので、サンプリング周期を短
くすることなく、しかも、ガス流路内のガスを介して音
速で伝搬する脈動を瞬時に検出することのできる脈動検
出方法及び装置が得られる。

【００６１】請求項３又は４記載の発明によれば、脈動
の１周期内に所定間隔で配置した少なくとも３つのフロ
ーセンサから脈動の１周期内の少なくとも３点の流速に
応じた電気信号によって脈動の波形を瞬時に推定できる
ので、サンプリング周期を短くすることなく、ガス流路
内のガスを介して音速で伝搬する脈動の波形を瞬時に推
定できる脈動波形推定方法及び装置が得られる。

【００６２】請求項５記載の発明によれば、脈動のある
ときにのみ脈動波形の推定が行われるようになるので、
請求項４記載の発明の効果に加え、必要なときだけ脈動
波形の推定を行い、無駄な処理を行わない脈動波形推定
装置が得られる。

【００６３】請求項６記載の発明によれば、請求項４又
は５記載の発明の効果に加え、３つのフローセンサの出
力と３つのフローセンサの相互位置との関係によって波
形を推定でき、かつ３つのフローセンサ出力の単純比較
によって脈動の有無を検出することができる脈動波形推
定装置が得られる。

【００６４】請求項７又は８記載の発明によれば、脈動
の１周期内に所定間隔で配置した３つのフローセンサか
らの脈動の１周期内の少なくとも３点の流速に応じた電
気信号を取得し、この取得した電気信号から推定した脈
動の波形の最小値及び最大値に基づいて加算平均を行う
ことで、瞬時に流量を計測できるので、サンプリング周
期を短くすることなく、ガス流路内のガスを介して音速
で伝搬する脈動が存在しても、脈流に左右されない正確
な流量を計測することのできる流量計測方法及び装置が
得られる。

【００６５】請求項９記載の発明によれば、請求項８記
載の発明の効果に加え、脈動のないときには、１つを除
くフローセンサについては流量計測のための動作を行わ
なくて済むので、既存の装置と変わらない流量計測を行
うことのできる流量計測装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脈流検出装置、脈流波形推定装置及び
流量計測装置の基本構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る装置を有する電子式
ガスメータの概略構成を示すブロック図である。

【図３】図２の３つのマイクロフローセンサの配置を示
す説明図である。

【図４】図２の各マイクロフローセンサの概略構成を示
す平面図である。

【図５】図２のマイクロフローセンサの具体的構成を示
すブロック図である。

【図６】図２のマイクロコンピュータのＲＯＭに格納さ
れた制御プログラムに従いＣＰＵが行う処理を示すフロ
ーチャートである。

【図７】図５中の一部分の具体的処理を示すフローチャ
ートである。

【図８】本発明の一実施形態に係る脈流波形推定装置の
波形推定動作を説明するための説明図である。

【符号の説明】

３ａ，３ｂ，３ｃ フローセンサ １１ａ−１ 検出手段（ＣＰＵ） １１ａ−２ 脈動波形推定手段（ＣＰＵ） １１ａ−３ 流量計測手段（ＣＰＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安齋 光芳 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 Ｆターム(参考） 2F030 CC13 CE25 2F035 EA02 EA08 EA09 GA02

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス流路にガス流方向に沿って、前記ガ
   ス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の１周期内
   に所定間隔で配置した少なくとも３つのフローセンサか
   ら、前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動
   の存在しないとき相互間に所定の関係を保つ、前記フロ
   ーセンサの配置された位置でのガス流速に応じた電気信
   号を同時に取得し、 該取得した電気信号を相互に比較し、 該比較の結果、前記フローセンサから取得した電気信号
   の相互間に前記所定の関係がないとき、前記ガス流路内
   のガスを介して音速で伝搬する脈動が存在することを検
   出することを特徴する脈流検出方法。
2. 【請求項２】 ガス流路にガス流方向に沿って、前記ガ
   ス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の１周期内
   に所定間隔で配置され、前記ガス流路内のガスを介して
   音速で伝搬する脈動の存在しないとき相互間に所定の関
   係を保つ、前記フローセンサの配置された位置でのガス
   流速に応じた電気信号を同時に出力する少なくとも３つ
   のフローセンサと、 前記フローセンサの出力する電気信号を同時に取得して
   相互に比較し、該比較の結果、前記フローセンサから取
   得した電気信号の相互間に前記所定の関係がないとき、
   前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動が存
   在することを検出する検出手段とを備えることを特徴す
   る脈流検出装置。
3. 【請求項３】 ガス流路にガス流方向に沿って、前記ガ
   ス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の１周期内
   に所定間隔で配置した少なくとも３つのフローセンサか
   ら、前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動
   の存在しないとき相互間に所定の関係を保つ、前記フロ
   ーセンサの配置された位置でのガス流速に応じた電気信
   号を同時に取得し、 該取得した電気信号と前記フローセンサの相互位置関係
   とによって前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬す
   る脈動の波形を推定することを特徴とする脈動波形推定
   方法。
4. 【請求項４】 ガス流路にガス流方向に沿って、前記ガ
   ス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の１周期内
   に所定間隔で配置され、前記ガス流路内のガスを介して
   音速で伝搬する脈動の存在しないとき相互間に所定の関
   係を保つ、前記フローセンサの配置された位置でのガス
   流速に応じた電気信号を同時に出力する少なくとも３つ
   のフローセンサと、 該フローセンサの出力する電気信号を同時に取得し、該
   取得した電気信号と前記フローセンサの相互位置関係と
   によって前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する
   脈動の波形を推定する脈動波形推定手段とを備えること
   を特徴する脈流波形推定装置。
5. 【請求項５】 前記フローセンサの出力する電気信号を
   同時に取得して相互に比較し、該比較の結果、前記フロ
   ーセンサから取得した電気信号の相互間に前記所定の関
   係がないとき、前記ガス流路内のガスを介して音速で伝
   搬する脈動が存在することを検出する検出手段を更に備
   え、 該検出手段が脈動を検出したとき前記脈動波形推定手段
   が脈動波形の推定を行うことを特徴とする請求項４記載
   の脈動波形推定装置。
6. 【請求項６】 前記ガス流速が一定であるとき前記３つ
   のフローセンサの出力する電気信号の大きさが互いに等
   しいことを特徴とする請求項４又は５記載の脈動波形推
   定装置。
7. 【請求項７】 ガス流路にガス流方向に沿って、前記ガ
   ス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の１周期内
   に所定間隔で配置した少なくとも３つのフローセンサか
   ら、前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動
   の存在しないとき相互間に所定の関係を保つ、前記フロ
   ーセンサの配置された位置でのガス流速に応じた電気信
   号を同時に取得し、 該取得した電気信号を相互に比較し、該取得した電気信
   号の相互間に前記所定の関係がないとき、前記ガス流路
   内のガスを介して音速で伝搬する脈動が存在することを
   検出し、 該脈動の検出に応じて、前記フローセンサの各々から同
   時に取得した電気信号と前記フローセンサの相互位置関
   係とによって前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬
   する脈動の波形を推定し、 該推定した脈動の波形の最小値及び最大値を加算平均し
   て脈流成分を除去した流量を計測することを特徴とする
   流量計測方法。
8. 【請求項８】 ガス流路にガス流方向に沿って、前記ガ
   ス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動の１周期内
   に所定間隔で配置され、前記ガス流路内のガスを介して
   音速で伝搬する脈動の存在しないとき相互間に所定の関
   係を保つ、前記フローセンサの配置された位置でのガス
   流速に応じた電気信号を同時に出力する少なくとも３つ
   のフローセンサと、 前記フローセンサの出力する電気信号を同時に取得して
   相互に比較し、該比較の結果、前記フローセンサから取
   得した電気信号の相互間に前記所定の関係がないとき、
   前記ガス流路内のガスを介して音速で伝搬する脈動が存
   在することを検出する検出手段と、 該検出手段による脈流の検出に応じて、前記フローセン
   サの各々から同時に取得した電気信号と前記フローセン
   サの相互位置関係とによって前記ガス流路内のガスを介
   して音速で伝搬する脈動の波形を推定する脈動波形推定
   手段と、 該脈流波形推定手段により推定した脈流の波形の最小値
   及び最大値を加算平均して脈流成分を除去した流量を計
   測する流量計測手段とを備えることを特徴する流量計測
   装置。
9. 【請求項９】 前記流量計測手段は、前記検出手段が脈
   流を検出していないとき、前記フローセンサの任意の１
   つが出力している電気信号に基づいて流量を計測するこ
   とを特徴とする請求項８記載の流量計測装置。