JP2003177041A - 開水路用電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度に流量測定ができる開水路用電磁流量
計を得ることである。 【解決手段】 制御器６は、水位計７で検出された開水
路１の水位が上位設定値ＷＨ以上となったとき開閉弁５
を開いて電磁流量計３の測定を継続し、下位設定値ＷＬ
以下となったとき開閉弁５を閉じて電磁流量計３の測定
を中止する。これにより、測定精度の良い高流速の領域
で流量の測定を行い、測定精度の悪い低流速の領域での
流量の測定を中止するので、高精度に流量測定ができ
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、堰板に電磁流量計
と吐出管とを設けて開水路の流量を測定する開水路用電
磁流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】開水路の流量やダムの放水流用などを測
定する開水路用電磁流量計は、例えば、特開平６−２６
９０２号公報に示されるように、開水路の堰板に電磁流
量計を取り付け、電磁流量計の下流に吐出管が設けられ
て構成される。吐出管は、電磁流量計の測定管内を常に
満水状態に保つために設けられるもので、その吐出口は
電磁流量計の測定管より上部に位置するようになってい
る。

【０００３】図８は、従来の開水路用電磁流量計の構成
図である。開水路１の堰板２には電磁流量計３が設けら
れ、その下流には吐出管４が設けられている。吐出管４
の吐出口は、電磁流量計３の測定管より上部に位置する
ように配置される。例えば、吐出管４の両端面が平行に
なるように９０°ずつ２回曲がった形状に形成したり、
吐出管４をＬ字形に形成して吐出口が上向きになるよう
にして、吐出管４の吐出口が電磁流量計３の測定管より
上部に位置するようにしている。

【０００４】吐出管４の吐出口が電磁流量計３よりも高
い位置にあれば、堰上流側の開水路１の水位が吐出口よ
りも低くなることはないので、電磁流量計３の測定管内
を常に満水状態に保つことができる。これにより、流量
測定管内を常に満水状態に維持して、電磁流量計３の測
定管内の流量の大小に関わらず連続して流量を計測す
る。この場合、流量は開水路１の水位ｈ１と吐出流量水
頭ｈ２との水頭差Δｈに比例する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
吐出管４の吐出口を電磁流量計３よりも高い位置に設
け、電磁流量計３の測定管内を常に満水状態に保つこと
ができる場合であっても、堰上流側の開水路水位ｈ１と
吐出口の吐出水頭ｈ２との水頭差Δｈが小さいと、電磁
流量計３の測定管内を流れる水の流速が遅くなり、高精
度に計測できなくなる。

【０００６】電磁流量計３の測定管の口径は、最大流量
に合わせて選定されるため、例えば、下水処理場のよう
に日中と夜間との流量変化が大きい場合には、その口径
が大きくなるほど、夜間の微小流量時の実流量と計測流
量の差が大きくなる。

【０００７】このように、電磁流量計３は水の流速が遅
くなると高精度に計測できなくなり、その測定精度保証
範囲を逸脱した流速で計測を行った場合には、計測流量
と実流量との測定誤差が大きくなっていた。

【０００８】本発明の目的は、高精度に流量測定ができ
る開水路用電磁流量計を得ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る開
水路用電磁流量計は、堰板に電磁流量計と吐出管とを設
けて開水路の流量を測定する開水路用電磁流量計におい
て、前記電磁流量計と前記吐出管の吐出口との間に設け
られ前記電磁流量計を通過する流量を通水または遮断す
る開閉弁と、前記開水路の水位を検出する水位計と、前
記水位計で検出された開水路の水位が上位設定値以上と
なったとき前記開閉弁を開き下位設定値以下となったと
き前記開閉弁を閉じる制御器とを備えたことを特徴とす
る。

【００１０】請求項１の発明に係る開水路用電磁流量計
においては、制御器は、水位計で検出された開水路の水
位が上位設定値以上となったとき開閉弁を開いて電磁流
量計の測定を継続し、下位設定値以下となったとき開閉
弁を閉じて電磁流量計の測定を中止する。これにより、
測定精度の良い高流速の領域で流量の測定を行い、測定
精度の悪い低流速の領域での流量の測定を中止するの
で、高精度に流量測定ができる。

【００１１】請求項２の発明に係る開水路用電磁流量計
は、請求項１の発明において、前記制御器は前記開閉弁
の開閉状態を警報器に出力することを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明に係る開水路用電磁流量計
においては、請求項１の発明の作用に加え、開閉弁の開
閉状態が警報器に出力され、運転員は警報器の出力によ
り開閉弁の開閉状態を知ることができる。

【００１３】請求項３の発明に係る開水路用電磁流量計
は、請求項１の発明において、前記上位設定値及び前記
下位設定値は、前記電磁流量計を通過する流速が前記電
磁流量計の測定精度保証範囲内となる水位であることを
特徴とする。

【００１４】請求項３の発明に係る開水路用電磁流量計
においては、請求項１の発明の作用に加え、制御器は、
電磁流量計を通過する流速が電磁流量計の測定精度保証
範囲内のときには開閉弁を開いて電磁流量計の測定を継
続し、測定精度保証範囲外のときは開閉弁を閉じて電磁
流量計の測定を中止する。

【００１５】請求項４の発明に係る開水路用電磁流量計
は、請求項１の発明において、前記制御器は、前記水位
計で検出された開閉水路の水位が下位設定値以下になっ
たときに代えて、前記電磁流量計で測定された流量が所
定値以下になったときに前記開閉弁を閉じるようにした
ことを特徴とする。

【００１６】請求項４の発明に係る開水路用電磁流量計
においては、電磁流量計で測定された流量が所定値以下
になったときに開閉弁を閉じ、測定精度が悪い低流速の
領域では電磁流量計の測定を中止する。

【００１７】請求項５の発明に係る開水路用電磁流量計
は、請求項１の発明において、前記制御器は、前記開水
路の水位が前記上位設定値と前記下位設定値との間にあ
るとき、前記開水路の水位変化率が所定の上昇変化率を
超えたときは前記開閉弁を開き、所定の下降変化率を超
えたときは前記開閉弁を閉じることを特徴とする。

【００１８】請求項５の発明に係る開水路用電磁流量計
においては、開水路の水位が上位設定値と下位設定値と
の間にあるときは、開水路の水位変化率が所定の上昇変
化率を超えたときに開閉弁を開き、また、所定の下降変
化率を超えたときに開閉弁を閉じる。これにより、開水
路の水位状況に応じて先行的に開閉弁の開閉操作を行
う。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る開水路用
電磁流量計の構成図である。開水路１は下水処理場など
の処理水を一時的に堰き止め貯留する水路であり、例え
ば塩素混和池がある。開水路１の水は堰板２で堰き止め
られ、堰板２の下部には電磁流量計３が取付けられてい
る。電磁流量計３は、堰上流側から電磁流量計３の測定
管内を通過して流れ出る水の流量を計測するものであ
り、その下流には開閉弁５を介して吐出管４が設けられ
ている。この開閉弁５は、後述するように制御器６によ
り開閉操作が行われ電磁流量計３を通過する流量を通水
したり遮断したりする吐出管４の吐出口は、電磁流量計
３の測定管内を常に満水状態に保つために、電磁流量計
３の測定管より上部に位置するように配置される。図１
では、吐出管４の両端面が平行になるように９０°ずつ
２回曲がった形状の吐出管４により、吐出口が電磁流量
計３の測定管より上部に位置するようにしている。電磁
流量計３の測定管内を流れる流量は開水路１の水位ｈ１
と吐出流量水頭ｈ２との水頭差Δｈに比例する。

【００２０】開水路１には水位計７が設けられ、堰板２
より上流側の開水路１の水位ｈ１を計測し、計測した水
位は制御器６に入力される。制御器６は、水位計７で検
出された開水路１の水位が上位設定値ＷＨ以上となった
とき開閉弁５を開き、下位設定値ＷＬ以下となったとき
開閉弁５を閉じるように開閉弁５の開閉操作を行う。

【００２１】上位設定値ＷＨ及び下位設定値ＷＬは、電
磁流量計３を通過する処理水の流速ｖが電磁流量計３の
測定精度保証範囲内となる水位が予め設定される。い
ま、電磁流量計３の入り口側の抵抗係数をｆｉ、電磁流
量計３の管内摩擦係数をｆｄ、吐出管出口損失係数をｆ
０、電磁流量計３の長さをＬ、電磁流量計３の直径を
Ｄ、重力加速度をｇとすると、電磁流量計３の測定管内
の流速ｖは、下記の（１）式で示される。

【００２２】 ｖ＝｛（Δｈ・２ｇ）／（ｆｉ＋（ｆｄ・Ｌ／Ｄ）＋ｆ０）｝^１／２ … （１） この測定管内流速ｖが測定精度保証範囲内となるように
上位設定値ＷＨ及び下位設定値ＷＬを予め定める。
（１）式での変数は、開水路１の水位ｈ１と吐出流量水
頭ｈ２との水頭差Δｈである。この水頭差Δｈが所定値
Δｈ０以上を保つように上位設定値ＷＨ及び下位設定値
ＷＬが予め定められる。

【００２３】開水路１の水位ｈ１は開水路１の流入流出
の水量により変動し、また、吐出流量水頭ｈ２は開水路
１から供給される水量により、吐出管４の吐出口の直径
の範囲で変動する。つまり、開水路１の水位ｈ１が上昇
すれば吐出流量水頭ｈ２も上昇し、開水路１の水位ｈ１
が下降すれば吐出流量水頭ｈ２も下降する。上位設定値
ＷＬは、開水路１の水位ｈ１が高いときに水頭差Δｈが
所定値Δｈ０以上を保つ水位設定値であり、下位設定値
ＷＬは、開水路１の水位ｈ１が低いときに水頭差Δｈが
所定値Δｈ０以上を保つ水位設定値である。

【００２４】制御器６は、水位計７で検出された開水路
１の水位が上位設定値ＷＨ以上となったとき開閉弁５を
開き、下位設定値ＷＬ以下となったとき開閉弁５を閉じ
る。これにより、電磁流量計３を通過する処理水の流速
ｖが電磁流量計３の測定精度保証範囲内となる場合に、
処理水を電磁流量計３に供給し、電磁流量計３を通過す
る処理水の流速ｖが電磁流量計３の測定精度保証範囲外
となるときには処理水を電磁流量計３に供給しないよう
にする。従って、電磁流量計３が適正に流量を測定でき
る状態であるときのみ流量を計測することになるので、
流量の計測が適正に行える。

【００２５】図２は、第１の実施の形態における制御器
６での開閉弁５の開閉操作の動作を示すフローチャート
である。堰上流側の水位、つまり水位検出器７で計測さ
れた開水路１の水位ｈ１を入力し（Ｓ１）、開水路１の
水位ｈ１が上位設定値ＷＨ以上か否かを判定する（Ｓ
２）。開水路１の水位ｈ１が上位設定値ＷＨ以上である
ときは、開閉弁５を開動作させ（Ｓ３）、全開となるま
で開閉弁５を駆動する（Ｓ４）。そして、一定時間の経
過後にステップＳ１に戻る（Ｓ５）。

【００２６】ステップＳ２の判定で、開水路１の水位ｈ
１が上位設定値ＷＨ以上でないときは、開水路１の水位
ｈ１が下位設定値ＷＬ以下か否かを判定し（Ｓ６）、開
水路１の水位ｈ１が下位設定値ＷＬ以下であるときは、
開閉弁５を閉動作させる（Ｓ７）。そして、全閉となる
まで開閉弁５を駆動し（Ｓ８）、一定時間の経過後にス
テップＳ１に戻る（Ｓ９）。

【００２７】図３は、第１の実施の形態における電磁流
量計３での流量計測の動作を示すフローチャートであ
る。まず、開閉弁５は全開か否かを判定し（Ｓ１）、全
開である場合には電磁流量計３による流量計測を実施し
（Ｓ２）、一定時間後にステップＳ１に戻る（Ｓ３）。
また、ステップＳ１の判定で、開閉弁５が全開でない場
合には、電磁流量計３による流量計測を中断し、計測値
をゼロとする（Ｓ４）。そして、一定時間後にステップ
Ｓ１に戻る（Ｓ５）。このように、電磁流量計３が適正
に流量を測定できる状態であるときのみ流量を計測し、
それ以外のときは流量計測値をゼロとし計測を中断す
る。

【００２８】このように、第１の実施の形態では、電磁
流量計３と吐出管４の吐出口との間に電磁流量計３の測
定配管内の流量を遮断することができる開閉弁５を設
け、電磁流量計３の精度保証範囲内の流速が確保できる
場合のみ開閉弁５を開き、一方、電磁流量計３の精度保
証範囲を下回る流速（微小流量実流量）となる場合には
開閉弁５を閉じるようにすること、実流量に近似した流
量計測を達成することができる。

【００２９】また、下水処理場のように日中と夜間の流
量変化が大きい場合、最大流量に合わせて電磁流量計３
の口径が選定されるため、口径が大きくなるほど、夜間
の微小流量時の実流量と計測流量の差が大きかったが、
開閉弁５を取付けることにより堰上流側の水位が流量を
計測する上で適切な水位を確保した上で計測が可能とな
るため、建設当初から全体完成時を見込んだ電磁流量計
の口径を選定することが可能となる。

【００３０】また、堰上流側の開水路１が塩素混和池と
して使用され固形塩素で消毒を行なう場合、固形塩素の
入った多孔管の高さと塩素混和池の水面高さの関係が重
要になるが、開閉弁５を設けることにより塩素混和池の
水位を制御にするにより塩素の濃度についても制御可能
となる。

【００３１】すなわち、塩素混和池の水面高さが多孔管
と接しない高さの場合、塩素と接触しなくなり塩素濃度
が低くなって消毒の効果が無くなる。また、逆に水位が
高く固形塩素の入った多孔管と接触する面積が大きいと
塩素混和池内の塩素濃度が高くなる。塩素混和池に流入
する水量が多い場合には固形塩素との接触面積を大きく
するため水位を高くする必要が有り、また逆に塩素混和
値に流入する水量が少ない場合には固形塩素との接触面
積を小さくするため水位を低くすることが必要となる。
このようなことから開閉弁５を設けることにより、塩素
混和池の水位を制御できるので塩素の濃度についても制
御可能となる。

【００３２】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る
開水路用電磁流量計の構成図である。この第２の実施の
形態は、水位計７として電極棒を使用し、あらかじめ開
閉弁５を開させる水位（上位設定値ＷＨ）と閉させる水
位（下位設定値ＷＬ）とを電極棒で定めておくようにし
たものである。堰上流側に設けた電極棒で水位ＷＬを検
出した場合には、制御器６は、電磁流量計３の測定管内
の流速は遅くなると判断し開閉弁５を閉じる。一方、電
極棒で水位ＷＨを検出した場合には開閉弁５を開く操作
を行う。

【００３３】この場合には、水位計７で検出した水位
と、上位設定値ＷＨや下位設定値ＷＬとを比較する必要
がなくなり制御器６を簡素化できる。

【００３４】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。図５は本発明の第３の実施の形態に係る開水路用電
磁流量計の構成図である。この第３の実施の形態は、図
１に示し第１の実施の形態に対し、開閉弁５の開閉状態
を出力する警報器８を追加して設けたものである。

【００３５】制御器６は、開水路１の水位が上位設定値
ＷＨとなったとき開閉弁５を開く指令を開閉弁５に出力
すると共に、開閉弁５を全開した旨を警報器８に出力す
る。同様に、開水路１の水位が下位設定値ＷＬとなった
とき開閉弁５を閉じる指令を開閉弁５に出力すると共
に、開閉弁５を全閉した旨を警報器８に出力する。

【００３６】これにより、運転員は開閉弁５の開閉状態
を容易に把握することができ、電磁流量計３の計測値が
信頼できるかどうかの判定が容易にできる。

【００３７】次に、本発明の第４の実施の形態を説明す
る。図６は本発明の第４の実施の形態に係る開水路用電
磁流量計の構成図である。この第４の実施の形態は、図
５に示した第３の実施の形態に対し、電離流量計３の流
量計測値を制御器６に入力し、その流量計測値に基づい
て開閉弁５を閉じるようにしたものである。

【００３８】制御器６は、開水路１の水位が上位設定値
ＷＨとなったとき開閉弁５を開く指令を開閉弁５に出力
すると共に、開閉弁５を全開した旨を警報器８に出力す
る。一方、開閉弁５を閉じるときは、電磁流量計３で計
測した流量を基に制御器６に設定した流量設定値以下と
なった場合に開閉弁５を閉じる。

【００３９】この場合の流量設定値には、電磁流量計３
の精度保証範囲の流速に対応した値が設定される。これ
により、開閉弁５を閉じるときは電磁流量計３の流量に
基づいて行うので誤差範囲が小さくなる。

【００４０】次に、本発明の第５の実施の形態を説明す
る。図７は本発明の第５の実施の形態に係る開水路用電
磁流量計の構成図である。この第５の実施の形態は、図
５に示した第３の実施の形態に対し、開水路１の水位が
上位設定値ＷＨと下位設定値ＷＬとの間にある場合に
は、その水位変化率に基づいて開閉弁５を開閉操作する
機能を追加したものである。

【００４１】水位計７で計測された開水路１の水位は制
御器６の水位判定手段９に入力され、開水路１の水位が
判定される。開水路１の水位が上位設定値ＷＨ以上であ
るときは開閉弁５に対し開閉弁５を開く指令を出力す
る。また、開水路１の水位が下位設定値ＷＬ以下である
ときは開閉弁５に対し開閉弁５を閉じる指令を出力す
る。

【００４２】一方、開水路１の水位が上位設定値ＷＨと
下位設定値ＷＬとの間にある場合には、変化率算出手段
１０は水位の変化率を算出する。そして、判定手段１１
は、開水路の水位変化率が所定の上昇変化率を超えたと
きは開閉弁５を開く指令を出力し、所定の下降変化率を
超えたときは開閉弁５を閉じる指令を出力する。

【００４３】このように、制御器６は、開水路１の水位
が下位設定値ＷＬ以下になったときは開閉弁５を閉じ、
開水路１の水位が上位設定値ＷＨ以上となったときには
開閉弁５を開く操作を行う。それに加え、開水路１の水
位が下位設定値ＷＬ以下でも上位設定値ＷＨ以上でもな
い場合に、開水路１の水位の上昇変化率が設定値を越え
る場合には開閉弁５を開き、水位の下降変化率が設定値
を越える場合には開閉弁５を閉じる操作を行う。これに
より、開水路１の水位状況に応じて先行的に開閉弁５の
開閉操作を行うことが可能となる。

【００４４】ここで、水位計７としては、例えば投込式
液位伝送器や差圧式液位伝送器や静電容量式水位計やフ
ロート式水位計や電極棒や電極帯を用いることができ
る。また、開閉弁５は、電磁流量計３の計測定配管を流
れる処理水の量を通水または遮断するものであり、例え
ば電動弁や電磁弁や電動ゲートや空気式弁を用いること
ができる。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、堰
板に取付けた電磁流量計の測定管とその下流の吐出管と
の間に、測定管内の水の流れを遮断することが可能な開
閉弁を設け、また、開水路の水位を計測するための水位
計を設け、開水路の水位状況に応じて開閉弁の開閉操作
を行うので、電磁流量計で高精度に計測可能な流速が確
保できる場合には開閉弁を全開にして流量の計測を行
い、電磁流量計で高精度に計測できない低流速となる場
合には開閉弁を全閉にし流量の計測値をゼロにする。こ
れにより、微小流量の計測時に発生していた実流量と計
測流量とに差が生じる問題を解決でき、実流量に近似し
た流量計測を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る開水路用電磁
流量計の構成図。

【図２】本発明の第１の実施の形態における制御器６で
の開閉弁５の開閉操作の動作を示すフローチャート。

【図３】本発明の第１の実施の形態における電磁流量計
３での流量計測の動作を示すフローチャート。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る開水路用電磁
流量計の構成図。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る開水路用電磁
流量計の構成図。

【図６】本発明の第４の実施の形態に係る開水路用電磁
流量計の構成図。

【図７】本発明の第５の実施の形態に係る開水路用電磁
流量計の構成図

【図８】従来の開水路用電磁流量計の構成図。

【符号の説明】

１…開水路、２…堰板、３…電磁流量計、４…吐出管、
５…開閉弁、６…制御器、７…水位計、８…警報器、９
…水位判定手段、１０…変化率算出手段、１１…判定手
段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 堰板に電磁流量計と吐出管とを設けて開
   水路の流量を測定する開水路用電磁流量計において、前
   記電磁流量計と前記吐出管の吐出口との間に設けられ前
   記電磁流量計を通過する流量を通水または遮断する開閉
   弁と、前記開水路の水位を検出する水位計と、前記水位
   計で検出された開水路の水位が上位設定値以上となった
   とき前記開閉弁を開き下位設定値以下となったとき前記
   開閉弁を閉じる制御器とを備えたことを特徴とする開水
   路用電磁流量計。
2. 【請求項２】 前記制御器は前記開閉弁の開閉状態を警
   報器に出力することを特徴とする請求項１記載の開水路
   用電磁流量計。
3. 【請求項３】 前記上位設定値及び前記下位設定値は、
   前記電磁流量計を通過する流速が前記電磁流量計の測定
   精度保証範囲内となる水位であることを特徴とする請求
   項１に記載の開水路用電磁流量計。
4. 【請求項４】 前記制御器は、前記水位計で検出された
   開閉水路の水位が下位設定値以下になったときに代え
   て、前記電磁流量計で測定された流量が所定値以下にな
   ったときに前記開閉弁を閉じるようにしたことを特徴と
   する請求項１記載の開水路用電磁流量計。
5. 【請求項５】 前記制御器は、前記開水路の水位が前記
   上位設定値と前記下位設定値との間にあるとき、前記開
   水路の水位変化率が所定の上昇変化率を超えたときは前
   記開閉弁を開き、所定の下降変化率を超えたときは前記
   開閉弁を閉じることを特徴とする請求項１記載の開水路
   用電磁流量計。