JP2004093175A - 熱式流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】低速流量センサに故障が生じた場合であっても流量計測が不能となる事態を回避し、これによってその動作信頼性を高めた熱式流量計を提供する。
【解決手段】所定の流路に組み込まれた低流量域計測用の複数の低速流量センサおよび高流量域計測用の高速流量センサと、前記流路を通流する流体の流量に応じて前記低速流量センサおよび高速流量センサの一方を選択的に用いて前記流量を計測する流量計測手段とを具備し、特に前記低速流量センサの故障を検出する故障検出手段と、この故障検出手段により前記低速流量センサの全ての故障が検出されたとき、前記流量に拘わることなく前記高速流量センサを用いて前記流量の計測を実行させる計測制御手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の低速流量センサと高速流量センサを備えた動作信頼性の高い熱式流量計に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
ガスメータ等として用いられる流量計は、例えば流量センサを用いて所定の流体通路（ガス引込管）を通流する流体（ガス）の流量を求め、この流量を積算することで、例えば１ヶ月毎の流体通流量（ガス使用量）を求めるものである。このような流量計（ガスメータ）にて求められる積算流量は、直接課金対象となるので、その計測精度が十分に高いことが要求される。
【０００３】
ちなみに流量センサとしては、専ら、計測精度の高い熱式流量センサを用いることが多い。この熱式流量センサは、基本的には図３に示すようにシリコン基台Ｂ上に設けた発熱抵抗体からなるヒータ素子Ｒｈを間にして、流体の通流方向Ｆに測温抵抗体からなる一対の温度センサＲｕ，Ｒｄを設けた素子構造を有する。そして上記ヒータ素子Ｒｈから発せられる熱の拡散度合い（温度分布）が前記流体の通流によって変化することを利用し、前記温度センサＲｕ，Ｒｄの熱による抵抗値変化から前記流体の流量Ｑを検出する如く構成される。尚、図中Ｒｒは、前記ヒータ素子Ｒｈから離れた位置に設けられた測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度の計測に用いられる。
【０００４】
また最近ではこの種の熱式流量センサを複数個用い、これらの各流量センサによりそれぞれ計測される流量を平均化することでその計測精度を高めたり、或る流量センサの故障に対して他の流量センサを用いることで計測動作をバックアップすることが行われている。更には低流量域計測用の低速流量センサと高流量域計測用の高速流量センサとを準備し、流量に応じてこれらの流量センサを選択的に用いることでその計測精度を高めることが行われている。
【０００５】
ちなみに高速流量センサは、低速流量センサに比較してヒータ素子Ｒｈと各温度センサＲｕ，Ｒｄとの間隔Ｌを狭くし、これによってヒータ素子Ｒｈと温度センサＲｕ，Ｒｄとの熱結合の度合いを強くすることで、高速で通流する流体の流量、つまり大きい流量を計測し得るようにしたものである。従って高速流量センサの検出特性は、図４に低速流量センサの検出特性と対比して示すように、高流量域までその流量を検出し得るものとなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで低速流量センサと高速流量センサとを用いて構成される従来の流量計においては、その流量域に応じて低速流量センサおよび高速流量センサの一方を選択的に用いて流量計測を実行しているに過ぎない。即ち、図４に示すように低速流量センサが低流量域において高い検出感度を有し、これに対して高速流量センサが高流量域までその流量を検出し得ることから、従来の流量計においては流量に応じて低速流量センサと高速流量センサとを使い分けている。この為、例えば低速流量センサに故障が生じた場合、低流量域（少ない流量）の計測ができなくなると言う不具合がある。特に最悪の場合には、低速流量センサの故障期間における流量計測が不能となる事態も生じる。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、低速流量センサに故障が生じた場合であっても、その流量計測を高速流量センサにてカバーすることで流量計測が不能となる事態を回避し、これによってその動作信頼性を高めた熱式流量計を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る熱式流量計は、ヒータ素子を間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた第１および第２の温度センサを備えた流量センサからなり、所定の流路に組み込まれた低流量域計測用の複数の低速流量センサおよび高流量域計測用の高速流量センサと、前記流路を通流する流体の流量に応じて前記低速流量センサおよび高速流量センサの一方を選択的に用いて前記流量を計測する流量計測手段とを具備したものであって、
特に前記低速流量センサの故障を検出する故障検出手段と、この故障検出手段により前記低速流量センサの全ての故障が検出されたとき、前記流量に拘わることなく前記高速流量センサを用いて前記流量の計測を実行させる計測制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
即ち、本発明に係る熱式流量計は、高速流量センサの計測レンジが低流量域から高流量域複数の広範囲に亘り、低流量域の流量をも計測可能であることに着目したもので、低速流量センサの全てが故障したときには、その流量の大きさに拘わることなしに高速流量センサを用いて流量計測を行うようにすることで流量計測が不能となる事態を回避し、その動作信頼性を確保するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記流量計測手段は、複数の低速流量センサまたは複数の高速流量センサからそれぞれ求められる流量信号を平均化して前記流路を通流する流体の流量を求め、前記故障検出手段により前記低速流量センサの故障が検出されたときには、故障した低速流量センサを除いて流量の計測を実行するように構成される。そして低速流量センサの全てが故障したときには、高速流量センサを用いて全流量域に亘る流量計測を行うように制御される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る熱式流量計について説明する。
図１はこの実施形態に係る熱式流量計の概略構成図であって、１ａ，〜１ｎは低流量域計測用の複数の低速流量センサ、２ａ，〜２ｍは高流量域計測用の複数の高速流量センサである。これらの各流量センサ１ａ，〜１ｎ，２ａ，〜２ｍは、前述した図３に示す如き素子構造を有する熱式流量センサであって、所定の流体通路をなすガス引込管等の配管の内壁面に取り付けられて該配管内を通流する流体（ガス）の流量（流速）をそれぞれ検出するように設けられる。
【００１２】
ＣＰＵを主体として構成される流量演算部３は、基本的には前記各流量センサ１ａ，〜１ｎ，２ａ，〜２ｍにてそれぞれ検出された流量信号、具体的にはヒータ素子Ｒｈを間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた第１および第２の温度センサＲｕ，Ｒｄの、流量に応じた抵抗値変化を示す検出電圧Ｖｓｅｎｓをそれぞれ入力している。そしてその流量が低流速域である場合には、流量演算部３は、複数の低速流量センサ１ａ，〜１ｎからそれぞれ求められる検出電圧Ｖｓｅｎｓの平均値を求めることで、各低速流量センサ１ａ，〜１ｎの検出特性のバラツキを補正した流量Ｑを高精度に求めている。また流量演算部３は、その流量が高流速域である場合には、複数の高速流量センサ２ａ，〜２ｍからそれぞれ求められる検出電圧Ｖｓｅｎｓの平均値を求めることで、各高速流量センサ２ａ，〜２ｍの検出特性のバラツキを補正した流量Ｑを高精度に求めるものとなっている。
【００１３】
尚、低速流量センサ１ａ，〜１ｎを用いて流量計測を行うか、或いは高速流量センサ２ａ，〜２ｍを用いて流量計測を行うかは、制御部４により選択制御される。ちなみに制御部４は、例えば低速流量センサ１ａ，〜１ｎを用いて計測される流量Ｑが、その計測レンジの上限に達するような場合に高速流量センサ２ａ，〜２ｍを用いた流量計測に変更し、また高速流量センサ２ａ，〜２ｍを用いた流量計測時に求められる流量が、前記低速流量センサ１ａ，〜１ｎが有する計測レンジの範囲に収まるような場合、低速流量センサ１ａ，〜１ｎを用いた流量計測に変更する。
【００１４】
そして上述した如く流量演算部３において求められた流量Ｑは、例えば該流量演算部３において順次積算されてその積算流量ＴＱが求められる。このような積算流量ＴＱが、例えば前記計測流量Ｑと共に出力部５を介して表示部６に伝達されて表示される。そして表示部６が設けられた管理センタにおいては、例えば上記積算流量から所定期間におけるガス使用量を求め、そのガス使用量に対する費用請求等を実行する。
【００１５】
ここで本発明に係る流量計が特徴とするところは、前記制御部４が前記各流量センサ１ａ，〜１ｎ，２ａ，〜２ｍに対する故障検出機能７を備え、故障の発生状況に応じて前記流量演算部３における流量計測の動作モードを変更制御する機能を備えている点にある。即ち、故障検出機能７は、前述したように流量に応じて前記低速流量センサ１ａ，〜１ｎ、または高速流量センサ２ａ，〜２ｍを選択的に駆動して流量計測を行う際、各流量センサ１ａ，〜１ｎ，２ａ，〜２ｍからそれぞれ出力される検出電圧Ｖｓｅｎｓを監視し、またこれらの各検出電圧Ｖｓｅｎｓを互いに比較することで、故障した流量センサが存在しないか否かを調べている。特に複数の低速流量センサ１ａ，〜１ｎ中に故障したものがないかを調べている。
【００１６】
そして制御部４は、前記故障検出機能７によって低速流量センサ１ａ，〜１ｎの全てが故障していることが検出されたとき、これらの低速流量センサ１ａ，〜１ｎに代えて前述した高速流量センサ２ａ，〜２ｍを用いることで、その流量計測を継続して実行させるものとなっている。尚、複数の低速流量センサ１ａ，〜１ｎの幾つかだけが故障しているような場合には、故障した低速流量センサ１を除く他の低速流量センサ１から求められる検出電圧Ｖｓｅｎｓを用いて、その流量計測が行われる。
【００１７】
即ち、制御部４は、図２にその概略的な制御手順を示すように、複数の低速流量センサ１ａ，〜１ｎの全てが故障しているか否かを判定している［ステップＳ１］。そして全ての低速流量センサ１ａ，〜１ｎが故障していない場合には、つまり幾つかの低速流量センサ１ａ，〜１ｎが正常に機能している場合には、正常動作モードを設定して流量計測を実行させる［ステップＳ２］。この正常動作モード時には、流量が多いか少ないかを判定し［ステップＳ３］、流量が少ない場合には、前述したように低速流量センサ１ａ，〜１ｎを用いて流量計測を実行する［ステップＳ４］。逆に流量が多い場合には高速センサ２ａ，〜２ｍを用いて流量計測を実行する［ステップＳ５］。但し、この通常動作モードの場合においても、常時、複数の低速流量センサ１ａ，〜１ｎの全てが故障しているか否かを判定する［ステップＳ１］。
【００１８】
これに対して複数の低速流量センサ１ａ，〜１ｎの全てが故障している場合には、異常動作モードを設定する［ステップＳ６］。そして低速流量センサ１ａ，〜１ｎの全てが故障している旨の異常表示（故障表示）を行うと共に［ステップＳ７］、故障した低速流量センサ１ａ，〜１ｎに代えて複数の高速センサ２ａ，〜２ｍを用いて流量計測を実行する［ステップＳ８］。但し、この異常動作モードの場合においても、常時、複数の低速流量センサ１ａ，〜１ｎの全てが故障しているか否かを判定する［ステップＳ１］。そして低速流量センサ１ａ，〜１ｎに対するメインテナンスにより、該低速流量センサ１ａ，〜１ｎの機能が回復したか否かを調べ、その機能の回復が確認された場合には、速やかに通常動作モードに復帰する。
【００１９】
かくして上述した如く構成された熱式流量計によれば、高速流量センサ２ａ，〜２ｍの計測レンジが十分に広いことを有効に活用し、複数の低速流量センサ１ａ，〜１ｎの全てが故障している場合には、これらの低速流量センサ１ａ，〜１ｎに代えて高速流量センサ２ａ，〜２ｍを用いて流量計測を実行するので、流量計測が不能となる事態を防いで継続的な流量計測を実行することができる。従って所定期間に亘る流体の通流量（ガス使用量）を求める場合であっても、低速流量センサ１ａ，〜１ｎの故障期間における流量を積算することができない等の不具合を招くことがない。従って動作信頼性の高い流量計を簡易に実現することが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００２０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば流量計に組み込む低速流量センサおよび高速流量センサの数は、それぞれ複数個であれば良く、好ましくは一般的にはそれぞれ４個程度であれば十分である。また極めて希ではあるが、全ての低速流量センサ１ａ，〜１ｎのみならず、全ての高速流量センサ２ａ，〜２ｍも故障した場合には、流量計測自体が完全に不能となるので、速やかにメンテナンスを行ってその流量計測を可能としなければならないことは言うまでもない。
【００２１】
また図８に示すように寿命・状態検出部８を用いて前記各流量センサ１ａ，〜１ｎ，２ａ，〜２ｍの出力を監視することで、各流量センサ１ａ，〜１ｎ，２ａ，〜２ｍの寿命の程度やその動作状態をモニタし、検出特性の劣化した流量センサを検出することも有用である。このようなモニタ機能を備えれば、前記各流量センサ１ａ，〜１ｎ，２ａ，〜２ｍが故障する前にメインテナンスを施すことが可能となるので、より効果的に流量計の動作信頼性を確保することが可能となる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高速流量センサの計測レンジが広いことを有効に利用して、複数の低速流量センサの全てが故障したときには上記高速流量センサを用いて流量計測を実行するので、流量計測が不能となる事態を効果的に回避して流量計測を継続することができるので、その積算流量値からガス使用量を求める場合等に優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱式流量計の要部概略構成図。
【図２】図１に示す熱式流量計における低速流量センサの故障状況に応じた計測動作の概略的な制御手順を示す図。
【図３】熱式流量センサの概略的な素子構造を示す図。
【図４】低速流量センサおよび高速流量センサの検出特性を対比して示す図。
【符号の説明】
１ａ，〜１ｎ　低速流量センサ
２ａ，〜２ｍ　高速流量センサ
３　流量演算部
４　制御部
７　故障検出部
８　寿命・状態検出部

Claims (2)

1. ヒータ素子を間にして流体の通流方向にそれぞれ設けられた第１および第２の温度センサを備えた流量センサからなり、所定の流路に組み込まれた低流量域計測用の複数の低速流量センサおよび高流量域計測用の高速流量センサと、
   前記流路を通流する流体の流量に応じて前記低速流量センサおよび高速流量センサの一方を選択的に用いて前記流量を計測する流量計測手段と、
   前記低速流量センサの故障を検出する故障検出手段と、
   この故障検出手段により前記低速流量センサの全ての故障が検出されたとき、前記流量に拘わることなく前記高速流量センサを用いて前記流量の計測を実行させる計測制御手段と
   を具備したことを特徴とする熱式流量計。
2. 前記流量計測手段は、複数の低速流量センサまたは複数の高速流量センサからそれぞれ求められる流量信号を平均化して前記流路を通流する流体の流量を求めるものであって、
   前記故障検出手段により前記低速流量センサの故障が検出されたときには、故障した低速流量センサを除いて流量の計測を実行するものである請求項１に記載の熱式流量計。

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