JP2003028688A - 流量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脈動流の有無に関係なく正確な流量計測を行
う。 【解決手段】 送受信器間の送受信動作を複数回行う繰
り返し手段１１と、繰り返し中の音波伝搬時間を計測す
る計時手段１４と、計時手段１４の値に基づいて流量を
算出する流量演算手段１７と、流体の脈動の状態を検出
する脈動判定手段１８の値が所定値以上のとき繰り返し
手段１１による複数回計測を１計測セットとして所定時
間内に計測セットを複数回測定する計測制御手段１３と
を備え、計時手段のそれぞれの値を積算した値から流量
を算出するようにしている。これによって、脈動波形の
平均流量を正確に計測できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスなどの流量を
計測する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は、図７に
示すように、流体管路１の一部に超音波送受信器２ａ、
２ｂを備え、計測開始手段３の信号によって流量計測を
開始し、超音波送受信器２ａから２ｂまでの伝搬時間を
計時手段４で計測する。流れに周期的な変動がある場合
には、計測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をするガスメ
ータでは、近くでガスエンジンが運転されると圧力変動
が発生し、その影響で流量が変動する。図８はこのとき
の流量の波形を示した図で、実際にはＡで示す流量が流
れている。デジタル式計測では間欠的にサンプリングす
るので、時間ｔ１（流量Ｑ１）、時間ｔ２（流量Ｑ
２）、時間ｔ３（流量Ｑ３）のような値が得られマイコ
ンで平均して流量を算出していた。

【０００３】また、アナログ式の場合時間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た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の流
量計測装置では、次のような課題があった。すなわちデ
ジタル式では間欠的なサンプリングなので、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
があるため長い時間が必要であった。またアナログ式で
は連続して測定しなければならず、消費電力が大きくな
っていた。このため、ガスメータのような異常使用時の
遮断などの保安機能を兼ねた流量計測装置では、電池駆
動でかつ安全性のために短時間で正確な流量の計測を行
うことが課題となっていた。

【０００５】

【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、送受信器間の送受信を複数回行う繰り返し
手段と、繰り返し中の音波伝搬時間を計測する計時手段
と、計時手段の値に基づいて流量を算出する流量演算手
段と、流体の脈動の状態を検出する脈動判定手段の値が
所定値以上のとき繰り返し手段による複数回計測を１計
測セットとして所定時間内に計測セットを複数回測定す
る計測制御手段とを備えたものである。これによって、
計時手段のそれぞれの値を積算した値から流量を算出
し、脈動波形の平均流量を正確に計測するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、脈動判定
手段の値が所定値以上のとき繰り返し手段による複数回
計測を１計測セットとして所定時間内に計測セットを複
数回測定する計測制御手段とを備え、前記計時手段のそ
れぞれの値を積算した値から流量を算出することによ
り、脈動波形に追従して計測を行なうことができ精度よ
く計測できる。

【０００７】請求項２記載の発明は、繰り返し手段の繰
り返し回数を変更する繰り返し回数設定手段を備えて、
脈動時には繰り返し回数を安定時より小さくしたので、
脈動波形の追従性を高めることができる。

【０００８】請求項３記載の発明は、計測制御手段が、
計測セット回数を任意に変更するようにしたので計測周
期の変動にも対応ができる。

【０００９】請求項４記載の発明は、流量演算手段の値
のばらつきによって脈動を判別するので、特別な装置を
追加することなく脈動の判別ができる。

【００１０】請求項５記載の発明は、複数の計測セット
のそれぞれの値のばらつきによって脈動を判別するの
で、特別な装置を追加することなくかつ精度よく脈動を
検出できる。

【００１１】請求項６記載の発明は、脈動判定手段の値
が所定値以上のとき計測セットを所定時間内にほぼ均等
間隔に割り付けて間欠的に計測するので、脈動波形に対
して均等に計測するので正確な平均値が計測できる。

【００１２】請求項７記載の発明は、脈動判定手段の値
が所定値以下のとき所定時間内の一部に集中して計測す
るので、流量の安定時には分解能の高い計測ができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００１４】（実施例１）以下、本発明の実施例１を図
面にもとづいて説明する。図１において、流体管路５の
途中に超音波を発信する第１送受信器６ａと受信する第
２送受信器６ｂが流れ方向に配置されている。７は第１
送受信器６ａへの発信回路、８は第２送受信器６ｂで受
信した信号の増幅回路で、この増幅された信号は基準信
号と比較回路９で比較され、基準信号以上の信号が検出
されたとき設定された回数だけ繰り返し手段１０で遅延
回路１１によって信号を遅延させた後、トリガ回路１２
で超音波信号を繰り返し発信する。この繰り返し回数は
計測制御手段１３の内部の繰り返し回数設定手段１３ａ
で設定でき、設定された回数が繰り返されたときの時間
を基準クロック（図示せず）のパルスをカウントする計
時手段１４で求め、マイクロコンピュータに内蔵されて
いる記憶手段１５に値を記憶させる。このようにして第
１送受信器６ａから第２送受信器６ｂへすなわち上流か
ら下流（以下、上流送信という）へ超音波を送信する。

【００１５】次に切換手段１６で第１送受信器６ａと第
２送受信器６ｂの発信受信を切り換えて、第２送受信器
６ｂから第１送受信器６ａへ、すなわち下流から上流
（以下、下流送信という）に向かって超音波信号を発信
し、この発信を前述のように繰り返し、その時間を計時
する。そしてその時間差から管路の大きさや流れの状態
を考慮して流量演算手段１７で流量値を求める。１３ｂ
は計測回数手段で、繰り返し回数設定手段１０で設定さ
れた計測回数を１つの計測数として何回計測サンプリン
グを行うかを設定するものである。１８は脈動判定手段
であり、管路５内を通過している流体の流れが短時間に
変化している状態を判別するものである。

【００１６】次に計測のサンプリングの方法について述
べる。図２は脈動がある場合の計測サンプリングの状態
を示したものであり、時間Ｔ１の間は、前述の上流送信
を繰り返し回数４回で行い、その伝搬時間は計時手段１
４でカウントされ記憶手段１５でその伝搬時間ｔ１が記
憶される。次に送受信器６ａ・６ｂを切り換えて時間Ｔ
２の間、下流送信を４回行ないその伝搬時間ｔ２が記憶
される。この１計測セットの計測を１計測セットとす
る。

【００１７】さらに所定時間経過後、時間Ｔ３の間に上
流送信、時間Ｔ４の間に下流送信が行われて、伝搬時間
ｔ３とｔ４がそれぞれ記憶される。このように間欠的に
上流送信と下流送信が一対で行われ、本実施例ではＴ８
０までの第４０計測セットの計測が行われ、その伝搬時
間は記憶手段１５に蓄えられる。図４は記憶手段１５の
内部を示すもので、第１計測セット値Ａ（ｔ１）・Ｂ
（ｔ２）、第２計測セット値Ａ（ｔ３）・Ｂ（ｔ４）お
よびが各計測セットは所定の計測時間内にほぼ均等に配
置されてサンプリングされる。

【００１８】そして記憶手段１５のデータは流量演算手
段１７で演算し流量を算出する。この演算は例えば、上
流送信の総和を求め、繰り返し回数の総和から１回あた
りの伝搬時間の平均値を算出し、同様に下流送信の１回
あたり伝搬時間の平均値を算出し、それぞれの伝搬時間
の時間差、または時間の逆数の差から算出することがで
きる。

【００１９】脈動の有無の検出は脈動判定手段１８によ
って行われる。具体的には流量演算手段１７の値のばら
つき状態で判別することができる。すなわち脈動が小さ
い場合には流量値の変化も小さく、激しい場合には流量
値の変化が大きくなることが確かめられている。

【００２０】また、脈動判別の精度を高めたいときに
は、記憶手段１５に格納してある、前述の伝搬時間ｔ１
〜ｔ８０までの値のばらつき度合いを算出すればよい。

【００２１】脈動判定手段１８によって脈動のばらつき
が小さいと判定されたときには、図３のように時間Ｔ１
〜Ｔ１０のように繰り返し回数を繰り返し回数設定手段
１３ａによって変更し（図３では１２回）、計測の分解
能を高めて計測する。このとき計測セット数は小さく
（５回）することが可能である。

【００２２】脈動が大きくても流量検出手段１７の値に
ばらつきがない場合が偶然に発生することがある。この
場合には繰り返し回数を時折変更して流量検出手段１７
のばらつきを演算し、ばらつきが大きければ脈動がある
と判断して、繰り返し回数を小さくして計測セット数を
大きくする。逆にばらつきが小さければさらに繰り返し
を大きくして分解能をあげて計測する。

【００２３】図４は計測セット毎のデータを保存する記
憶手段１５で内部に第１計測セットＡ（１回目の下流か
ら上流の伝搬時間）１５Ａ、第１計測セットＢ（１回目
の上流から下流の伝搬時間）１５Ｂなどの複数の計測セ
ットの伝搬時間データが格納されており、この計測セッ
トの伝搬時間差のばらつきを求めて脈動の有無や大きさ
の程度を判定する。

【００２４】繰り返し回数は１〜２０００回程度まで変
更でき、瞬時性を高めるときには繰り返し回数を少なく
して素早く計測を行い、流量計測の分解能を高めたいと
きには繰り返し回数を大きくする。計測セットは１〜２
００程度まで変更でき、脈動周期が大きいときには計測
セット数を大きくして計測時間を大きくすることができ
る。計測時間は繰り返し回数と計測セット数の積によっ
て決まるので繰り返し回数に応じて計測セット数を選ぶ
こともできる。

【００２５】計測セット間の間隔は図５に示すように、
ほぼ等間隔に配置される。この間隔は繰り返し回数や計
測セット数によって変更できるが、変更後、少なくとも
２回の計測は間隔を変えずに計測する。

【００２６】脈動検出手段の値が極めて小さい場合に
は、脈動による流量変動が小さいので、脈動波形に追従
してはかる必要はない。この場合には図６に示すように
上流から下流への送信と下流から上流への送信をそれぞ
れまとめて実施することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
流量計測装置によれば次の効果が得られる。

【００２８】（１）脈動発生時に小さな繰り返し回数に
よる計測を複数セット計測することによって、脈動流に
対しても正確な流量計測を行うことができる。

【００２９】（２）繰り返し回数あるいは計測セット数
を変更することにより、必要な流量分解能と脈動周期へ
の追従性を選択的に使用でき、低消費電力で流量精度を
保つことができる。

【００３０】（３）脈動検出を流量値や計測セット毎の
流量値によって判別したので、計測システムの一部を利
用することができて特別な検出器を必要とせず低価格に
できる。

【００３１】（４）脈動がないときには繰り返し回数を
多くして正確な流量を計測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の流量計測装置のブロック図

【図２】同装置の流量波形図

【図３】同装置の他の流量波形図

【図４】本発明の実施例２の流量計測装置における記憶
手段のブロック図

【図５】本発明の実施例３の流量計側装置の流量波形図

【図６】本発明の実施例４の流量計側装置の流量波形図

【図７】従来の流量計側装置のブロック図

【図８】同装置の流量波形図

【符号の説明】

５ 流体管路 ６ａ、６ｂ 送受信器 １１ 繰り返し手段 １３ 計測制御手段 １３ａ 繰り返し回数設定手段 １４ 計時手段 １７ 流量演算手段 １８ 脈動判別手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹村 晃一 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 DA19 DA23 GA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体中に音波を送信または受信する送受
   信器と、前記送受信器間の送受信を複数回行う繰り返し
   手段と、前記繰り返し手段による音波伝搬時間を計測す
   る計時手段と、前記計時手段の値に基づいて流量を算出
   する流量演算手段と、流体の脈動の状態を検出する脈動
   判定手段と、前記脈動判定手段の値が所定値以上のとき
   前記繰り返し手段による複数回計測を１計測セットとし
   て所定時間内に前記計測セットを複数回測定する計測制
   御手段とを備え、前記計時手段のそれぞれの値を積算し
   た値から流量を算出する流量計測装置。
2. 【請求項２】 繰り返し手段の繰り返し回数を変更する
   繰り返し回数設定手段を備え、脈動時には繰り返し回数
   を安定時より小さくした請求項１記載の流量計測装置。
3. 【請求項３】 計測制御手段は、計測セット回数を任意
   に変更する請求項１記載の流量計測装置。
4. 【請求項４】 脈動判別手段は、流量演算手段の値のば
   らつきによって判別する請求項１記載の流量計測装置。
5. 【請求項５】 脈動判別手段は、複数の計測セットのそ
   れぞれの値のばらつきによって判別する請求項１記載の
   流量計測装置。
6. 【請求項６】 脈動判定手段の値が所定値以上のとき計
   測セットを所定時間内にほぼ均等間隔に割り付けて間欠
   的に計測する請求項１記載の流量計測装置。
7. 【請求項７】 脈動判定手段の値が所定値以下のとき所
   定時間内の一部に集中して計測する請求項１記載の流量
   計測装置。