JP2004069593A

JP2004069593A - 平均流量測定方法

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Publication number: JP2004069593A
Application number: JP2002231178A
Authority: JP
Inventors: Masatomo Kobayashi; 小林　賢知
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP4116838B2

Abstract

【課題】本発明は、脈動を含むガス流の平均流量を測定する平均流量測定方法に関し、脈動を含むガス流の平均流量を少ないサンプリング点数で短時間毎に正確に測定できる平均流量測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】配管１２内を流れる流体流量の直流成分にその数倍以上の大きさの振動振幅が重畳した脈動流体の平均流量を測定する平均流量測定方法であって、所定のサンプリング周波数で脈動流体の流量Ｑを流量計２で計測すると共に、配管１２内の脈動流体の圧力Ｐを同時に圧力計６で計測し、処理部１０において、流量Ｑから振動振幅の推定値Ａを求め、圧力Ｐから圧力Ｐの直流成分の推定値ｂ及び振動振幅の推定値Ｂを求め、式：ａ＝Ｑ±Ａ（１−（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２）^１／２　に流量Ｑ、圧力Ｐ、推定値Ａ、ｂ、及びＢを代入して、流体の流量Ｑの直流成分ａを求めて脈動流体の平均流量を測定する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脈動を含むガス流の平均流量を測定する平均流量測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脈動は、管内を流れる流体の流量や圧力等、あるいは電源から供給される電流や印加電圧等に現れる。例えば、配管内を流れるガスや液体等の流体は、外部から配管系に伝達される振動により脈動を含んでいる。外部振動源から配管経路へ伝達される振動としては、例えば、ガスエンジンヒートポンプ（以下、ＧＨＰという）で発生した振動がある。ＧＨＰは、ガスを燃焼させて燃焼室内のピストンを往復運動させ、それを回転運動に変換するガスエンジンを有している。
【０００３】
このようなＧＨＰ等から発生する振動は、ピストンの往復運動や回転系の回転運動に基づく基本周波数を有している。この基本周波数の振動が配管系に伝達されると、管内を流れる流体は基本周波数の振動波形を持つ脈流となる。
【０００４】
脈流となって管内を流れる流体の平均流量値は、例えば、超音波式流量計やサーマルフローセンサ式流量計などを用いて測定される。これら流量計からは管内を流れる流体の流量がアナログ信号として出力される。このアナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換し、得られたデジタル信号レベルを時間平均することにより平均流量が得られる。
【０００５】
ガス供給量を計測するガスメータに搭載される平均流量測定装置には、各住戸の屋外に長期間設置しても故障しないこと、小型で大量生産が可能であること、及び低コストで製造できること等が要求される。平均流量測定装置は、低消費電力化のために測定データの収集は間欠的に行う必要があり、また、正確に平均流量の変化を得るため及び保安性能を担保する観点からできるだけ短時間で平均流量値を測定する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７及び図８を用いて、従来の平均流量測定方法について説明する。図７は、脈動成分が重畳したガス流の流量計測データを示している。横軸は時間ｔ（秒）を表しており、測定データのサンプリング時刻５０（秒）からサンプリング時刻５５０（秒）までを示している。縦軸は、配管内の所定の計測位置でのガス流量（ｌ（リットル）／ｈｒ（時間））を表している。縦軸の正方向は配管内を順方向にガスが流れることを示し、負方向は逆方向にガスが流れることを示している。ガス流量を計測するサンプリング周波数ｆｓは１Ｈｚである。
【０００７】
また、図７において、脈動成分がない場合のガス流量（図７中、■印で示す。以下、直流成分ａという）は、サンプリング時刻１００までの直流成分ａ１＝１００（ｌ／ｈｒ）、サンプリング時刻１００〜１３０の直流成分ａ２＝２００（ｌ／ｈｒ）、サンプリング時刻１３０〜２００の直流成分ａ３＝１００（ｌ／ｈｒ）、サンプリング時刻２００〜２５０の直流成分ａ４＝０（ｌ／ｈｒ）、サンプリング時刻２５０〜５５０の直流成分ａ５＝１００（ｌ／ｈｒ）である。
【０００８】
一方、脈動成分を含んだガス流量のサンプリング時刻毎の測定データは図７において●印で示してある。サンプリング時刻４００までの脈動成分の振動振幅（最大／最小振幅の１／２）Ａ１は１０００（ｌ／ｈｒ）であり、サンプリング時刻４００〜５５０での振動振幅Ａ２は１１００（ｌ／ｈｒ）である。
【０００９】
このように、直流成分ａに比較してそれより数倍〜１０倍の振動振幅Ａが重畳された図７に示すようなガス流の平均流量を求めるには、データのばらつきを考慮してサンプリングデータ数を極めて多くする必要がある。しかしながらサンプリング数をｎとした場合、平均化によるばらつきの低減は（１／ｎ）^１／２にしかならない。例えば、１００個のサンプリングデータを集めて平均化処理を施してもばらつきは１／１０にしかならない。
【００１０】
これではデータサンプリング期間が長くなってしまうだけでなく、短時間毎の平均流量値を測定することができず、したがって、間欠的な流量の変化が平均化で埋もれてしまい、間欠的な流量変化を正確に検出できないという問題が生じる。
【００１１】
図８は、上記問題を改善するための移動平均法を用いた平均流量計測方法を示している。図８の横軸及び縦軸は図７のそれらと同様であるが、縦軸はスケールが調整されている。直流成分ａは図７と同様に■印で示してある。図８中の各◆印は、移動平均法により求めた平均流量データであって、各サンプリング時刻でのサンプリングしたデータとそれ以前の２９個の一連のサンプリングデータを合計した３０データをデータ数３０で除して平均流量データを求めている。このような移動平均法を用いたデータ処理をすることにより、図７に示した状態よりばらつきを低減させて短時間毎（この場合は３０秒間毎）の平均流量を求めることができる。しかしながら図８から明らかなように、直流成分ａに対して、最大／最小振幅で１００（ｌ／ｈｒ）程度のばらつきが生じており、この方法で短時間毎の平均流量を正確に求めるのは困難である。
【００１２】
本発明の目的は、脈動を含むガス流の平均流量を少ないサンプリング点数で短時間毎に正確に測定できる平均流量測定方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、配管内を流れる流体流量の直流成分にその数倍以上の大きさの振動振幅が重畳した脈動流体の平均流量を測定する平均流量測定方法であって、所定のサンプリング周波数で前記脈動流体の流量Ｑを計測すると共に、前記配管内の前記脈動流体の圧力Ｐをほぼ同時に計測し、前記流量Ｑから前記振動振幅の推定値Ａを求め、前記圧力Ｐから前記圧力Ｐの直流成分の推定値ｂ及び振動振幅の推定値Ｂを求め、式：　ａ＝Ｑ±Ａ（１−（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２）^１／２　に前記流量Ｑ、圧力Ｐ、推定値Ａ、ｂ、及びＢを代入して、前記流体の流量Ｑの直流成分ａを求めることを特徴とする脈動流体の平均流量を測定する平均流量測定方法によって達成される。
【００１４】
上記本発明の平均流量測定方法において、Ｂ／ｂ＜１であることを特徴とする。
【００１５】
上記本発明の平均流量測定方法において、第１のサンプリング時刻に求めた前記推定値Ａ、ｂ、及びＢと、それ以前の直近の一連の複数のサンプリング時刻に求めた複数の前記推定値Ａ、ｂ、及びＢとを用いて当該サンプリング時刻の移動平均による推定値Ａ、ｂ、及びＢを求めることを特徴とする。
【００１６】
上記本発明の平均流量測定方法において、第２のサンプリング時刻に求めた前記直流成分ａと、それ以前の直近の一連の複数のサンプリング時刻に求めた複数の前記直流成分ａとを用いて当該サンプリング時刻の移動平均による直流成分ａを求めることを特徴とする。
【００１７】
上記本発明の平均流量測定方法において、前記直流成分ａの値は前記式の±Ａ（１−（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２）^１／２の正負の符号により取り得る２値のうち、直前のサンプリング時刻の直流成分ａに近い値を採用することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による平均流量測定方法について図１乃至図６を用いて説明する。図１は本実施の形態による平均流量測定方法で用いられる装置例を示している。配管１２中を脈動を含んで流れるガスＧの流量を測定するためにガス流量計２が配管１２内壁に取り付けられている。本実施の形態による平均流量測定方法は、配管１２内を流れるガス流の流量（あるいは流速）を計測するだけでなく、配管１２内を流れるガス流のガス圧力をほぼ同時に計測して、脈動を含むガス流の比較的短時間毎の平均流量を測定する点に特徴を有している。そのため、図１に示すように、配管１２内壁のほぼ同じ位置にガス流量計２とガス圧力計６とを設置する。ガス流量計２からのアナログ測定信号はＡ／Ｄ変換器４に入力してデジタルデータに変換されて処理部１０に出力され、ガス圧力計６からのアナログ測定信号はＡ／Ｄ変換器８に入力してデジタルデータに変換されて処理部１０に出力される。
【００１９】
ガス流量計２では、下記式１に示すガス流量Ｑが計測される。
ガス流量Ｑ＝ａ±Ａｃｏｓ（２πｆｐｔ）　　・・・式１
ここで、ａはガス流量Ｑの直流成分、Ａはガス流量Ｑの振動振幅（最大／最小振幅の１／２）、周波数ｆｐは配管１２内のガス流量Ｑの脈動で生じる定在波の周波数である。
【００２０】
ガス圧力計６では、下記式２に示すガス圧力Ｐが計測される。
ガス圧力Ｐ＝ｂ±Ｂｓｉｎ（２πｆｐｔ）　　・・・式２
ここで、ｂはガス圧力Ｐの直流成分、Ｂはガス圧力Ｐの振動振幅（最大／最小振幅の１／２）、周波数ｆｐは配管１２内のガス圧力Ｐの脈動で生じる定在波の周波数であってガス流量Ｑの定在波の周波数と同一である。
【００２１】
脈動によるガス流量変動に対してガス圧力変動は時間軸でみて９０°位相がずれるため、式１のｃｏｓ関数に対して式２はｓｉｎ関数となる。また、脈動によるガス流量変動に対してガス圧力変動は空間軸でみても９０°位相がずれるため、配管１２内のガス圧力Ｐの振動振幅Ｂが最大となる位置でガス流量Ｑの振動振幅Ａは最小になり、ガス圧力Ｐの振動振幅Ｂが最小となる位置でガス流量Ｑの振動振幅Ａは最大になる。したがって、本実施の形態による平均流量測定方法の精度を向上させるには、これらの位置からずれた位置に流量計２及び圧力計６を設置するのが好ましい。
【００２２】
ここで、配管１２内のガス流量Ｑの脈動成分の振動振幅Ａに対する直流成分ａの割合（Ａ／ａ）は十分大きく例えばＡ／ａ≫２であって、配管１２内のガス圧力Ｐの脈動成分の振動振幅Ｂに対する直流成分（ゲージ圧）ｂの割合（Ｂ／ｂ）はＢ／ｂ＜１である。
【００２３】
式１及び２を変形すると、
ｃｏｓ（２πｆｐｔ）＝（Ｑ−ａ）／±Ａ
ｓｉｎ（２πｆｐｔ）＝（Ｐ−ｂ）／±Ｂ
であり、
ｃｏｓ^２（２πｆｐｔ）＋ｓｉｎ^２（２πｆｐｔ）＝１
であるから、
（（Ｑ−ａ）／Ａ）^２＋（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２＝１
（（Ｑ−ａ）／Ａ）^２＝１−（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２
（（Ｑ−ａ）／Ａ）＝（１−（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２）^１／２
（Ｑ−ａ）＝±Ａ（１−（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２）^１／２
これより、
ａ＝Ｑ±Ａ（１−（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２）^１／２　　・・・式３
となる。
【００２４】
ここで、
（１）ガス流量Ｑは配管１２内に設けた流量計２等により高精度で計測可能である。
（２）流量変動がサインカーブを描くので、脈動波形の振幅データは、累積すれば最大値／最小値付近に多く存在する。したがって、ガス流量Ｑの最大値及び最小値を少ないサンプリング数でサンプリングしても、ガス流量Ｑの脈動成分の振動振幅Ａを高い精度で推定できる。
（３）ガス圧力Ｐは配管１２内に設けた圧力計６等により高精度で計測可能である。
（４）ガス圧力Ｐの変動波形では、脈動成分の振動振幅Ｂより直流成分ｂの方が大きくなる（Ｂ／ｂ＜１）。このため、比較的少ない平均化回数でガス圧力Ｐの直流成分ｂを高精度で計測できる。
（５）圧力変動がサインカーブを描くので、脈動波形の振幅データは、累積すれば最大値／最小値付近に多く存在する。したがって、ガス圧力Ｐの最大値及び最小値を少ないサンプリング数でサンプリングしても、ガス圧力Ｐの脈動成分の振動振幅Ｂを高い精度で推定できる。
【００２５】
つまり、処理部１０において、式３のガス流量Ｑ及び、ガス流量Ｑの脈動成分の振動振幅Ａ、ガス圧力Ｐ、ガス圧力Ｐの直流成分ｂ、ガス圧力Ｐの脈動成分の振動振幅Ｂは比較的高精度に測定又は推定することができる。したがって、処理部１０において、計測／推定した各データ（ガス流量Ｑ、振動振幅Ａ、ガス圧力Ｐ、直流成分ｂ、振動振幅Ｂ）を式３に代入して各サンプリング時刻でのガス流量Ｑの直流成分ａを逐次求めて移動平均することにより、ガス流量Ｑ、ガス圧力Ｐを少ないサンプリング点数で計測しても直流成分ａのばらつきを大幅に低減させることができる。このため、少ないサンプリング点数で、脈動を含むガス流の平均流量を短時間毎に正確に測定できる。なお式３から明らかなように、脈動の周波数がほぼ一定であれば周波数の高低に依存せずまた周波数が未知でも本実施の形態による平均流量測定方法を適用することができる。
【００２６】
以下、本実施の形態による平均流量測定方法についてより具体的に実施例を用いて説明する。
（実施例１）
図２を用いて本実施例の平均流量測定方法について説明する。本実施例においても、従来技術で図７を用いて説明した脈動成分が重畳したガス流の流量計測データが得られるものとする。すなわち、脈動成分がない場合のガス流量（図７中、■印で示す直流成分ａ）は、サンプリング時刻１００までの直流成分ａ１＝１００（ｌ／ｈｒ）、サンプリング時刻１００〜１３０の直流成分ａ２＝２００（ｌ／ｈｒ）、サンプリング時刻１３０〜２００の直流成分ａ３＝１００（ｌ／ｈｒ）、サンプリング時刻２００〜２５０の直流成分ａ４＝０（ｌ／ｈｒ）、サンプリング時刻２５０〜５５０の直流成分ａ５＝１００（ｌ／ｈｒ）である。一方、脈動成分を含んだガス流量は図７において●印で示してある。脈動成分のサンプリング時刻４００までの振動振幅Ａ１は１０００（ｌ／ｈｒ）であり、サンプリング時刻４００〜５５０での振動振幅Ａ２は１１００（ｌ／ｈｒ）である。また、ガス圧力Ｐの直流成分ｂは、サンプリング時刻５０〜５５０の全範囲で２００（ｋＰａ）である。脈動成分の振動振幅Ｂは、サンプリング時刻５０〜４００の範囲で２０（ｋＰａ）であり、サンプリング時刻４００〜５５０の範囲で１３（ｋＰａ）である。
【００２７】
したがって、本実施例では、配管１２内のガス流量Ｑの脈動成分の振動振幅Ａに対する直流成分ａの割合（Ａ／ａ）は、サンプリング時刻５０〜４００の範囲で、Ａ１／ａ１＝１０００／１００＝１０、Ａ１／ａ２＝１０００／２００＝５、Ａ１／ａ３＝１０００／１００＝１０、Ａ１／ａ４＝１０００／０＝∞、Ａ１／ａ５＝１０００／１００＝１０となり、サンプリング時刻４００〜５５０の範囲でＡ２／ａ５＝１１００／１００＝１１となり、全サンプリング時刻範囲でＡ／ａが十分大きい。なお、単なる移動平均法に対する優位差は少なくなるものの、Ａ／ａ≦２でも本実施の形態による流量測定方法は正常に機能する。
【００２８】
一方、配管１２内のガス圧力Ｐの脈動成分の振動振幅Ｂに対する直流成分ｂの割合（Ｂ／ｂ）は、サンプリング時刻５０〜４００の範囲でＢ１／ｂ１＝２０／２００＝０．１、サンプリング時刻４００〜５５０の範囲でＢ２／ｂ１＝１３／２００＝０．０７となり、全サンプリング時刻範囲でＢ／ｂ＜１である。
【００２９】
このように、直流成分ａに比較してそれより数倍〜１０倍の振動振幅Ａが重畳された図７に示すようなガス流の平均流量を本実施の形態による平均流量測定方法を用いて求める。
【００３０】
まず、配管１２内のほぼ同じ位置に設置したガス流量計２とガス圧力計６とにより、配管１２内を流れるガス流の流量Ｑと共に配管１２内のガス圧力Ｐをほぼ同時に計測する。ガス流量Ｑ及びガス圧力Ｐのデータサンプリング周波数ｆｍ＝１Ｈｚである。配管１２内での脈動によるガス流の定在波の周波数ｆは、例えば５０Ｈｚ〜３００Ｈｚである。
【００３１】
図２は、処理部１０において本実施例による平均流量計測方法を用いて得られた平均流量データを示している。図２の横軸及び縦軸は図７のそれらと同様であるが、縦軸はスケールが調整されている。直流成分ａは■印で示してある。図２中の各◆印は、本実施例による平均流量計測方法により求めた各サンプリング時刻Ｔｎでの直流成分ａの移動平均ａ（Ｔｎ）ａｖｅである。
【００３２】
ここで、本実施例の平均流量計測方法における移動平均の計算の仕方について説明する。本実施例では前処理移動平均と後処理移動平均とを組み合わせて平均流量を算出している。前処理移動平均では、前処理平均回数をｐｒｅ−ｎとしてガス流量Ｑの振動振幅Ａの推定値Ａｓｕｐ（ｐｒｅ−ｎ）、ガス圧力Ｐの振動振幅Ｂの推定値Ｂｓｕｐ（ｐｒｅ−ｎ）、及びガス圧力Ｐの直流成分ｂの移動平均ｂａｖｅ（ｐｒｅ−ｎ）を求める。
【００３３】
例えば前処理平均回数ｐｒｅ−ｎ＝１５とすると、各データサンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１）〜Ｔ（ｍ＋１５）で計測されたガス流量Ｑ（ｍ＋１）〜Ｑ（ｍ＋１５）を用いて、サンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１５）でのガス流量Ｑの振動振幅Ａの推定値Ａｓｕｐ（ｍ＋１５）は、Ａｓｕｐ（ｍ＋１５）＝（Ｍａｘ（Ｑ（ｍ＋１），Ｑ（ｍ＋２），・・・，Ｑ（ｍ＋１４），Ｑ（ｍ＋１５））−Ｍｉｎ（Ｑ（ｍ＋１），Ｑ（ｍ＋２），・・・，Ｑ（ｍ＋１４），Ｑ（ｍ＋１５）））／２として求められる。
【００３４】
同様に、各データサンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１）〜Ｔ（ｍ＋１５）で計測されたガス圧力Ｐ（ｍ＋１）〜Ｐ（ｍ＋１５）を用いて、サンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１５）でのガス圧力Ｐの振動振幅Ｂの推定値Ｂｓｕｐ（ｍ＋１５）は、Ｂｓｕｐ（ｍ＋１５）＝（Ｍａｘ（Ｐ（ｍ＋１），Ｐ（ｍ＋２），・・・，Ｐ（ｍ＋１４），Ｐ（ｍ＋１５））−Ｍｉｎ（Ｐ（ｍ＋１），Ｐ（ｍ＋２），・・・，Ｐ（ｍ＋１４），Ｐ（ｍ＋１５）））／２として求められる。また、ガス圧力Ｐの直流成分ｂの移動平均ｂａｖｅ（ｍ＋１５）は、ｂａｖｅ（ｍ＋１５）＝（Ｐ（ｍ＋１）＋Ｐ（ｍ＋２）＋・・・＋Ｐ（ｍ＋１４）＋Ｐ（ｍ＋１５））／１５として求められる。
【００３５】
このようにして得られたＡｓｕｐ（ｍ＋１５）、Ｂｓｕｐ（ｍ＋１５）、ｂａｖｅ（ｍ＋１５）、及びサンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１５）でのガス流量Ｑ（ｍ＋１５）とガス圧力Ｐ（ｍ＋１５）を式３に代入して、サンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１５）でのガス流量Ｑ（ｍ＋１５）の直流成分ａ（ｍ＋１５）が求められる。同様にして、サンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１６）以降のガス流量Ｑの直流成分ａを逐次求めることができる。
【００３６】
次に、後処理移動平均処理に移る。例えば後処理移動平均回数ｐｏｓｔ−ｎ＝１５とすると、サンプリング時刻Ｔ（ｍ＋３０）での後処理移動平均されたガス流量Ｑの直流成分ａの移動平均ａ（ｍ＋３０）ａｖｅは、ａ（ｍ＋３０）ａｖｅ＝（ａ（ｍ＋１６）＋ａ（ｍ＋１７）＋・・・＋ａ（ｍ＋２９）＋ａ（ｍ＋３０））／１５として求められる。
【００３７】
なお、直流成分ａ（ｎ）ａｖｅの値は式３の±Ａ（１−（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２）^１／２の正負の符号により２値を取り得るが、直前の直流成分ａ（ｎ−１）ａｖｅに近い値を採用する。
【００３８】
以上説明した平均化処理により、図２の◆印に示すように各サンプリング時刻Ｔｎでのガス流量Ｑの移動平均処理された直流成分ａ（Ｔｎ）ａｖｅが求まる。図２に示す例ではサンプリング時刻Ｔｎでの直流成分ａ（Ｔｎ）ａｖｅは、前処理移動平均回数ｐｒｉ−ｎ＝１５、後処理移動平均回数ｐｏｓｔ−ｎ＝１５である。
【００３９】
このような移動平均法を用いたデータ処理をすることにより、図７に示した状態よりばらつきを少なくさせて短時間毎の平均流量を求めることができる。図２から明らかなように、直流成分ａに対して、移動平均処理された直流成分ａ（Ｔｎ）ａｖｅの幅（ばらつき）を抑えることができ、短時間毎の平均流量を正確に求めることができる。
【００４０】
このように本実施の形態による平均流量測定方法によれば、少ないサンプリング点数で脈動を含むガス流の平均流量を短時間毎に正確に測定できる。したがって、間欠的な流量の変化に追従して間欠的な流量変化を正確に検出できるようになる。
【００４１】
（実施例２）
図３を用いて本実施例の平均流量測定方法について説明する。図３は、本実施例による平均流量計測方法を用いて得られた平均流量データを示している。図３の横軸及び縦軸は図２のそれらと同様であるが、縦軸はスケールが調整されている。直流成分ａは■印で示してある。図３中の各◆印は、本実施例による平均流量計測方法により求めた各サンプリング時刻Ｔｎでの直流成分ａの移動平均ａ（Ｔｎ）ａｖｅである。
【００４２】
本実施例は、実施例１と同様に図７に示す脈動成分が重畳したガス流の場合であって、前処理移動平均のみを用いてガス流量Ｑの直流成分ａ（Ｔｎ）ａｖｅを求めている点に特徴を有している。本実施例では、前処理平均回数ｐｒｅ−ｎ＝１０にしている。したがって、各データサンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１）〜Ｔ（ｍ＋１０）で計測されたガス流量Ｑ（ｍ＋１）〜Ｑ（ｍ＋１０）を用いて、サンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１０）でのガス流量Ｑの振動振幅Ａの推定値Ａｓｕｐ（ｍ＋１０）は、Ａｓｕｐ（ｍ＋１０）＝（Ｍａｘ（Ｑ（ｍ＋１），Ｑ（ｍ＋２），・・・，Ｑ（ｍ＋９），Ｑ（ｍ＋１０））−Ｍｉｎ（Ｑ（ｍ＋１），Ｑ（ｍ＋２），・・・，Ｑ（ｍ＋９），Ｑ（ｍ＋１０）））／２として求められる。
【００４３】
同様に、各データサンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１）〜Ｔ（ｍ＋１０）で計測されたガス圧力Ｐ（ｍ＋１）〜Ｐ（ｍ＋１０）を用いて、サンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１０）でのガス圧力Ｐの振動振幅Ｂの推定値Ｂｓｕｐ（ｍ＋１０）は、Ｂｓｕｐ（ｍ＋１０）＝（Ｍａｘ（Ｐ（ｍ＋１），Ｐ（ｍ＋２），・・・，Ｐ（ｍ＋９），Ｐ（ｍ＋１０））−Ｍｉｎ（Ｐ（ｍ＋１），Ｐ（ｍ＋２），・・・，Ｐ（ｍ＋９），Ｐ（ｍ＋１０）））／２として求められる。また、ガス圧力Ｐの直流成分ｂの移動平均ｂａｖｅ（ｍ＋１０）は、ｂａｖｅ（ｍ＋１０）＝（Ｐ（ｍ＋１）＋Ｐ（ｍ＋２）＋・・・＋Ｐ（ｍ＋９）＋Ｐ（ｍ＋１０））／１０として求められる。
【００４４】
このようにして得られたＡｓｕｐ（ｍ＋１０）、Ｂｓｕｐ（ｍ＋１０）、ｂａｖｅ（ｍ＋１０）、及びサンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１０）でのガス流量Ｑ（ｍ＋１０）とガス圧力Ｐ（ｍ＋１０）を式３に代入して、サンプリング時刻Ｔ（ｍ＋１０）でのガス流量Ｑ（ｍ＋１０）の直流成分ａ（ｍ＋１０）が求められる。
【００４５】
以上説明した平均化処理により、図３の◆印に示すように各サンプリング時刻Ｔｎでのガス流量Ｑの移動平均処理された直流成分ａ（Ｔｎ）ａｖｅが求まる。本実施例のような移動平均法を用いたデータ処理をすることにより、図７に示した状態よりばらつきを少なくさせて短時間毎の平均流量を求めることができる。図３から明らかなように、直流成分ａに対して、移動平均処理された直流成分ａ（Ｔｎ）ａｖｅの幅（ばらつき）を抑えることができ、短時間毎の平均流量を正確に求めることができる。
【００４６】
但し、実施例１の図２と比較すると、サンプリング時刻４００近傍でのデータのばらつきが本実施例の方で大きくなっている。サンプリング時刻４００を境にガス流量Ｑの振動振幅Ａが１０００から１１００に増加すると共に、ガス圧力Ｐの振動振幅Ｂが２０から１３に減少している。前処理移動平均のみを用いると、これらガス流量Ｑの振動振幅Ａ及びガス圧力Ｐの振動振幅Ｂが変動すると一時的に不正確なデータが生成されてしまう。しかしながら、図８に示す従来例に比べれば良好な計測結果が得られている。
【００４７】
（実施例３）
図４を用いて本実施例の平均流量測定方法について説明する。図４は、本実施例による平均流量計測方法を用いて得られた平均流量データを示している。図４の横軸及び縦軸は図３のそれらと同様である。直流成分ａは■印で示してある。図４中の各◆印は、本実施例による平均流量計測方法により求めた各サンプリング時刻Ｔｎでの直流成分ａの移動平均ａ（Ｔｎ）ａｖｅである。
【００４８】
本実施例は、実施例２と同様に図７に示す脈動成分が重畳したガス流の場合であって、前処理移動平均のみを用いてガス流量Ｑの直流成分ａ（Ｔｎ）ａｖｅを求めている。本実施例では、前処理平均回数ｐｒｅ−ｎ＝２０にしている。
【００４９】
得られたＡｓｕｐ（ｍ＋２０）、Ｂｓｕｐ（ｍ＋２０）、ｂａｖｅ（ｍ＋２０）、及びサンプリング時刻Ｔ（ｍ＋２０）でのガス流量Ｑ（ｍ＋２０）とガス圧力Ｐ（ｍ＋２０）を式３に代入して、サンプリング時刻Ｔ（ｍ＋２０）でのガス流量Ｑ（ｍ＋２０）の直流成分ａ（ｍ＋２０）が求められる。
【００５０】
実施例１の図２と比較すると、本実施例ではサンプリング時刻４００近傍でのデータのばらつきが大きくなっており、前処理平均回数ｐｒｅ−ｎが半分の実施例２と殆ど変わらない結果となっている。
【００５１】
（実施例４）
図５を用いて本実施例の平均流量測定方法について説明する。図５は、本実施例による平均流量計測方法を用いて得られた平均流量データを示している。図５の横軸及び縦軸は図２のそれらと同様である。直流成分ａは■印で示してある。図５中の各◆印は、本実施例による平均流量計測方法により求めた各サンプリング時刻Ｔｎでの直流成分ａの移動平均ａ（Ｔｎ）ａｖｅである。
【００５２】
本実施例は、実施例１と同様に図７に示す脈動成分が重畳したガス流の場合であって、前処理移動平均と後処理移動平均とを組み合わせて平均流量を算出している。本実施例では、前処理平均回数ｐｒｅ−ｎ＝１０、後処理移動平均回数ｐｏｓｔ−ｎ＝２０にしている。
【００５３】
平均化処理方法は、実施例１と同様なのでその説明は省略する。本実施例の移動平均法を用いたデータ処理をすることにより、図７に示した状態よりばらつきを少なくさせて短時間毎の平均流量を求めることができる。図５から明らかなように、直流成分ａに対して、移動平均処理された直流成分ａ（Ｔｎ）ａｖｅの幅（ばらつき）を抑えることができ、短時間毎の平均流量を正確に求めることができる。
【００５４】
また、後処理移動平均処理を付加しているため、実施例２及び３の図３及び図４と比較すると、サンプリング時刻４００近傍でのデータのばらつきを低減させることができている。
【００５５】
このように本実施の形態による平均流量測定方法によれば、少ないサンプリング点数で脈動を含むガス流の平均流量を短時間毎に正確に測定できる。したがって、間欠的な流量の変化に追従して間欠的な流量変化を正確に検出できるようになる。
【００５６】
（実施例５）
図６を用いて本実施例の平均流量測定方法について説明する。図６は、本実施例による平均流量計測方法を用いて得られた平均流量データを示している。図６の横軸及び縦軸は図２及び図５と同様である。直流成分ａは■印で示してある。図６中の各◆印は、本実施例による平均流量計測方法により求めた各サンプリング時刻Ｔｎでの直流成分ａの移動平均ａ（Ｔｎ）ａｖｅである。
【００５７】
本実施例は、実施例１と同様に図７に示す脈動成分が重畳したガス流の場合であって、前処理移動平均と後処理移動平均とを組み合わせて平均流量を算出している。本実施例では、前処理平均回数ｐｒｅ−ｎ＝２０、後処理移動平均回数ｐｏｓｔ−ｎ＝１０にしている。
【００５８】
平均化処理方法は、実施例１と同様なのでその説明は省略する。本実施例の移動平均法を用いたデータ処理をすることにより、図７に示した状態よりばらつきを少なくさせて短時間毎の平均流量を求めることができる。図６から明らかなように、直流成分ａに対して、移動平均処理された直流成分ａ（Ｔｎ）ａｖｅの幅（ばらつき）を抑えることができ、短時間毎の平均流量を正確に求めることができる。
【００５９】
また、後処理移動平均処理を付加しているため、実施例２及び３の図３及び図４と比較すると、サンプリング時刻４００近傍でのデータのばらつきを低減させることができている。さらに、実施例４と比較しても本実施例の結果の方が全体としてばらつきが少なくなっている。
【００６０】
このように本実施の形態による平均流量測定方法によれば、少ないサンプリング点数で脈動を含むガス流の平均流量を短時間毎に正確に測定できる。したがって、間欠的な流量の変化に追従して間欠的な流量変化を正確に検出できるようになる。
【００６１】
本発明は上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば上記実施の形態では、配管１２中で脈動が重畳したガス流を例にとり、その流速と圧力とをほぼ同時に計測し、これらの脈動成分が直交していることからノイズ成分の二乗和の周期成分が１になることを利用して平均流量を測定している。本発明はこれに限らず、例えば振動成分が直交している電界と磁界とをほぼ同時に計測して電界の平均強度等を計測するのに適用することが可能である。
【００６２】
また、流量計、圧力計の周波数応答感度が周波数により異なっても、本発明の動作によれば影響を受けない。また、流量計、圧力計の応答遅延がある場合には、応答遅延が同じになるように別途遅延回路を用いて遅延を調整した後に演算すれば、本発明を利用できる。また、上記実施の形態では流量計及び圧力計による計測を「ほぼ同時」にしているが、上記遅延を考慮して意図的に両者の計測時期を変えるようにしても、結果として「ほぼ同時」の計測をなすものであり本発明の適用範囲に含まれる。
【００６３】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、脈動を含むガス流の平均流量を少ないサンプリング点数で短時間毎に正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による平均流量計測方法で用いる装置例を説明する図である。
【図２】本発明の一実施の形態による平均流量計測方法の実施例１を説明する図である。
【図３】本発明の一実施の形態による平均流量計測方法の実施例２を説明する図である。
【図４】本発明の一実施の形態による平均流量計測方法の実施例３を説明する図である。
【図５】本発明の一実施の形態による平均流量計測方法の実施例４を説明する図である。
【図６】本発明の一実施の形態による平均流量計測方法の実施例５を説明する図である。
【図７】従来の平均流量計測方法を説明する図である。
【図８】従来の移動平均法を用いた平均流量計測方法を説明する図である。
【符号の説明】
２　流量計
４、８　Ａ／Ｄ変換器
６　圧力計
１０　処理部
１２　配管
Ａ１、Ａ２　ガス流量Ｑの振動振幅
ａ１〜ａ５　ガス流量Ｑの直流成分
Ｂ１、Ｂ２　ガス圧力Ｐの振動振幅
ｂ　ガス圧力Ｐの直流成分
Ｐ　ガス圧力
Ｑ　ガス流量

Claims

配管内を流れる流体流量の直流成分にその数倍以上の大きさの振動振幅が重畳した脈動流体の平均流量を測定する平均流量測定方法であって、
所定のサンプリング周波数で前記脈動流体の流量Ｑを計測すると共に、ほぼ同一地点で前記配管内の前記脈動流体の圧力Ｐをほぼ同時に計測し、
前記流量Ｑから前記振動振幅の推定値Ａを求め、
前記圧力Ｐから前記圧力Ｐの直流成分の推定値ｂ及び振動振幅の推定値Ｂを求め、
式：　ａ＝Ｑ±Ａ（１−（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２）^１／２
に前記流量Ｑ、圧力Ｐ、推定値Ａ、ｂ、及びＢを代入して、前記流体の流量Ｑの直流成分ａを求めること
を特徴とする脈動流体の平均流量を測定する平均流量測定方法。
請求項１記載の平均流量測定方法において、
Ｂ／ｂ＜１
であることを特徴とする平均流量測定方法。
請求項１又は２に記載の平均流量測定方法において、
第１のサンプリング時刻に求めた前記推定値Ａ、ｂ、及びＢと、それ以前の直近の一連の複数のサンプリング時刻に求めた複数の前記推定値Ａ、ｂ、及びＢとを用いて当該サンプリング時刻の移動平均による推定値Ａ、ｂ、及びＢを求めること
を特徴とする平均流量測定方法。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の平均流量測定方法において、
第２のサンプリング時刻に求めた前記直流成分ａと、それ以前の直近の一連の複数のサンプリング時刻に求めた複数の前記直流成分ａとを用いて当該サンプリング時刻の移動平均による直流成分ａを求めること
を特徴とする平均流量測定方法。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の平均流量測定方法において、
前記直流成分ａの値は前記式の±Ａ（１−（（Ｐ−ｂ）／Ｂ）^２）^１／２の正負の符号により取り得る２値のうち、直前のサンプリング時刻の直流成分ａに近い値を採用すること
を特徴とする平均流量測定方法。