JP2005037325A - Flow measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a flow rate measuring device for measuring a flow rate of gas or the like.
従来のこの種の流量計測装置を、図5および図6に基づいて説明する。図5において、流体管路1の途中に超音波を送信する送受信器2と3が流れ方向に配置されている。
A conventional flow measuring device of this type will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, transmitters /
4は送受信器2への送信手段、5は送受信器3で受信した信号の増幅手段で、この増幅された信号は基準信号と比較手段6で比較され、基準信号以上の信号が検出されたとき回数設定手段7で設定された回数だけ繰り返し手段8でからトリガ手段9で再度超音波信号を繰り返し発信する。
繰り返しの回数設定手段9で設定された回数が繰り返されたときの時間をタイマカウンタのような計時手段10で求める。次に切換手段11で送受信器2と送受信器3の送受信を切り換えて、送受信器3から送受信器2へ、すなわち下流から上流に向かって超音波信号を送信し、この送信を前述のように繰り返し、その時間を計時する。
The time when the number of times set by the repetition number setting means 9 is repeated is obtained by the time counting means 10 such as a timer counter. Next, transmission / reception between the transmitter /
そしてその時間差から流体の流速を求め、次いで管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段12で流量値を求める。 Then, the flow rate of the fluid is obtained from the time difference, and then the flow rate value is obtained by the flow rate calculation means 12 in consideration of the size of the pipe line and the flow state.
この流量値が周期的に変動している場合には周期検出手段13で変動周期を検出し、その周期の整数倍の測定時間を計測時間変更手段14で設定し、この設定時間に相当する繰り返し回数を回数設定手段7に設定する。周期検出手段13は極めて短い時間に連続して流量計測を行い、図6の波形Aに示すように流量が増加方向にあって平均値を横切る点の時間間隔から算出するか、あるいは圧力検出手段15で流体管路1の圧力変動を検出して算出することで波形Aの周期T1を求め、その周期整数倍の時間の間計測を行い、平均流速を算出していた(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、上記従来の計測装置では周期を検出するために特別の装置を必要とするばかりでなく、周期を正確に計測できないことがあった。 However, the above conventional measuring device not only requires a special device to detect the cycle, but also sometimes cannot accurately measure the cycle.
例えば図6の波形Bのような脈動波形では実問題点を有している。際の周期を正確に計測するこができず実際よりも短い周期T2と判定し、その周期T2の平均値を流量として算出するので、平均流量が誤って検出され、正確な流量を算出することができ問題点を有している。 For example, a pulsation waveform such as waveform B in FIG. 6 has a real problem. The period is not accurately measured and it is determined that the period is shorter than the actual period T2, and the average value of the period T2 is calculated as the flow rate. Therefore, the average flow rate is detected erroneously, and the accurate flow rate is calculated. Have problems.
本発明は上記課題を解決するもので、脈動時の流量を正確に計測することを目的とする。 This invention solves the said subject, and aims at measuring the flow volume at the time of a pulsation correctly.
本発明は、上記課題を解決するために、流量検出器の値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段と、流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段とを備え、脈動時に前記脈動計測学習手段に基づいて計測時間を変化させたもので、脈動時に学習によって適切な計測時間を選択して流量を計測する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a flow rate calculating means for calculating a flow rate based on a value of a flow rate detector, a pulsating flow change calculating means for calculating a flow rate change degree during pulsation, and a start of measurement. The measurement time changing means for changing the measurement time until the end, and the pulsation measurement learning means for learning the relationship between the change degree of the flow rate and the measurement time, and the measurement time was changed based on the pulsation measurement learning means at the time of pulsation Therefore, the flow rate is measured by selecting an appropriate measurement time by learning during pulsation.
本発明の流量計測装置は、流量検出器の値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段と、流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段とを備えて、脈動時に脈動計測学習手段に基づいて計測時間を変化させたので、脈動時に適切な計測時間を選択して平均流量を短時間のうちに正確に計測できるばかりでなく消費電力も低減できる。 The flow rate measuring device of the present invention includes a flow rate calculating means for calculating a flow rate based on a value of a flow rate detector, a pulsating flow change calculating means for calculating a change degree of the flow rate during pulsation, and measurement from the start to the end of measurement. Since the measurement time changing means for changing the time and the pulsation measurement learning means for learning the relationship between the change degree of the flow rate and the measurement time are provided and the measurement time is changed based on the pulsation measurement learning means at the time of pulsation, Not only can the average flow rate be measured accurately in a short time by selecting an appropriate measurement time, but also the power consumption can be reduced.
本発明の実施の形態は、流体中の流量を検出する流量検出器と、流量検出器の値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段と、流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段とを備え、脈動時に脈動計測学習手段に基づいて計測時間を変化させるもので、脈動時に適切な計測時間を選択して流量を計測するので短時間で正確な平均流量を得ることができる。 The embodiment of the present invention includes a flow rate detector for detecting a flow rate in a fluid, a flow rate calculation means for calculating a flow rate based on a value of the flow rate detector, and a pulsating flow change for calculating a change rate of the flow rate during pulsation. Based on the pulsation measurement learning means at the time of pulsation, comprising a calculation means, a measurement time change means for changing the measurement time from the start to the end of measurement, and a pulsation measurement learning means for learning the relationship between the degree of change in flow rate and the measurement time Therefore, an accurate average flow rate can be obtained in a short time because the flow rate is measured by selecting an appropriate measurement time during pulsation.
また、流体中に超音波を送信または受信する超音波送受信器と、超音波送受信器間の送受信を複数回行う繰り返し手段と、超音波送受信器間の音波の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、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段と、流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段とを備え、脈動時に脈動計測学習手段に基づいて計測時間を変化させて脈動周期に適した計測時間を選定するので、短時間で平均流量を正確に計測できる。 In addition, an ultrasonic transmitter / receiver that transmits or receives ultrasonic waves in the fluid, a repeating unit that performs transmission / reception between the ultrasonic transmitters / receivers a plurality of times, a time measuring unit that measures the propagation time of sound waves between the ultrasonic transmitters / receivers, A flow rate calculating means for calculating a flow rate based on the value of the time measuring means, a pulsating flow change calculating means for calculating a change degree of the flow rate during pulsation, and a measuring time changing means for changing a measuring time from the start to the end of the measurement, Pulsation measurement learning means that learns the relationship between the degree of change in flow rate and measurement time, and changes the measurement time based on the pulsation measurement learning means at the time of pulsation, so that the measurement time suitable for the pulsation cycle is selected. Can accurately measure the average flow rate.
脈動計測学習手段は、脈動時における計測時間の長さと流量変化度合の関係を計測ごとに記憶し、流量変化度合が最も小さくなる計測時間を優先して適用する。 The pulsation measurement learning means stores the relationship between the length of the measurement time during pulsation and the flow rate change degree for each measurement, and prioritizes the measurement time with the smallest flow rate change degree.
脈動計測学習手段を適用しても流量変化度合が大きいとき、計測時間を変更するようにした。 The measurement time is changed when the flow rate change degree is large even if the pulsation measurement learning means is applied.
脈動が継続したとき脈動計測学習手段のデータを更新するようにした。 The data of the pulsation measurement learning means is updated when the pulsation continues.
流量の変化度合が所定値以下の状態が所定回数または所定時間継続したとき、あらかじめ設定された既定計測時間で計測し、そのときの流量変化度合によって計測時間を再設定するようにしている。 When the flow rate change degree is less than or equal to a predetermined value for a predetermined number of times or for a predetermined time, measurement is performed with a preset measurement time set in advance, and the measurement time is reset according to the flow rate change degree at that time.
計測時間変更手段は、繰り返し回数の変更で行うようにした。 The measuring time changing means was changed by changing the number of repetitions.
計測流体の超音速によって補正を加えるようにした。 Correction was added according to the supersonic speed of the measurement fluid.
超音波の送受信の繰り返し中に遅延時間を発生する送受遅延手段を設け、計測時間変更手段は、この遅延時間で変更するようにした。 A transmission / reception delay means for generating a delay time during repeated transmission / reception of ultrasonic waves is provided, and the measurement time changing means changes with this delay time.
計時手段は遅延時間を含んで計測するようにした。 The time measuring means was measured including the delay time.
計測時間変更手段は、繰り返し手段による計測を1セットとして所定時間間隔で分散して計測する分散計測手段の計測時間を変更するようにした。 The measurement time changing means changes the measurement time of the dispersion measuring means for measuring by repeating the measurement by the repetition means as a set at predetermined time intervals.
測時間変更手段は、計測セット間の時間間隔を変更して計測時間を設定するようにしたものである。 The measurement time changing means changes the time interval between the measurement sets and sets the measurement time.
計測時間変更手段は、計測セット数を変更して計測時間を設定するようにした。 The measurement time changing means sets the measurement time by changing the number of measurement sets.
脈動計測学習手段は、月日あるいは時間によって学習データを区別するようにした。 The pulsation measurement learning means discriminates learning data according to the date or time.
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施例1)
図1で、従来例と同一のものについては同一番号を付与する。
(Example 1)
In FIG. 1, the same reference numerals are assigned to the same components as in the conventional example.
図1において、流路1の一部に超音波送受信器2と3を流れの方向に相対して設け、トリガ手段4で送信信号を送出し、上流側の送受信器1から流れと同一方向に超音波を発生する。
In FIG. 1,
この超音波は流れの中を音速で伝搬し、送受信器2で検出されて電気信号に変換され、増幅手段5でその信号を増幅し、比較手段6で基準信号と比較し超音波信号が受信されたことを検出する。
This ultrasonic wave propagates in the flow at the speed of sound, is detected by the transmitter /
この比較信号の変化は繰り返し手段7へ送られて、遅延手段8を介して再度トリガ手段4で送信する。この繰り返し回数は回数設定手段9で設定された回数で終了する。 This change of the comparison signal is sent to the repetition means 7 and transmitted again by the trigger means 4 via the delay means 8. The number of repetitions ends with the number set by the number setting means 9.
計時手段10は、最初のトリガ信号が送信されたときにタイマをリセットされ、繰り返しが終了したときまでの時間を計測する。この時間は超音波の伝搬時間と遅延手段8による遅延時間の合計された時間が計測される。
The
以上の構成要素で流量検出器19を形成する。
The
上流から下流への超音波の送信を終了すると、切換手段11により送受信の方向が切り換えられる、送受信器3から送受信器2に向けて、すなわち、下流から上流に向けて送信が行われ、前述と同様に繰り返して送信が行われその時間が計時される。上流から下流へこの時間と下流から上流への時間差から、流量演算手段12で伝搬時間逆数差などの演算式によって流量が算出される。
When the transmission of the ultrasonic wave from the upstream to the downstream is finished, the transmission / reception direction is switched by the switching means 11, and the transmission is performed from the transmitter /
この流量の変化の大きさを脈動変化演算手段16で演算する。脈動変化演算手段16では流量値の最大と最小の差あるいは標準偏差など変動の大きさが計算される。 The magnitude of the change in the flow rate is calculated by the pulsation change calculating means 16. The pulsation change calculating means 16 calculates the magnitude of fluctuation such as the maximum and minimum difference or standard deviation of the flow rate value.
17は計測時間変更手段で、1回の計測の計測開始から終了までの時間を設定するものであり、図1では回数設定手段9や遅延調節手段13を調節している。
18は脈動計測学習手段であり、流量の計測時間と脈動流変化演算手段16の関係を計測ごとに逐次記憶している。
次に動作について説明する。流量検出器19で計測した時間差は流量演算手段12で演算される。この流量計測は数秒間隔で行われるが、ガスメータのような電池駆動の計測器では実際の計測時間は消費電力を小さくするため数秒の10分の1程度に短くしなければならない。
Next, the operation will be described. The time difference measured by the
時間の一部分を計測して積算するので脈動がある場合には誤差を生じる。脈動で最も大きなものはガスエンジンの運転による周期的な脈動が継続する場合である。 Since a part of the time is measured and integrated, an error occurs if there is pulsation. The largest pulsation is when the periodic pulsation due to the operation of the gas engine continues.
図2の波形Bのような脈動が繰り返されるとき、破線の1つ1つの点が超音波による計測だとすれば、T1の時間を計測すれば平均値を正確に算出することができ、T2の時間を計測すれば実流量より流量は大きくなる。 When the pulsation like the waveform B in FIG. 2 is repeated, if each point of the broken line is measured by ultrasonic waves, the average value can be accurately calculated by measuring the time T1, and T2 If this time is measured, the flow rate becomes larger than the actual flow rate.
しかしながら、脈動波形と計測のタイミングは定まっていないので同じような計測時間T2やT3で計測している場合、計測した流量はT2では大きくT3では小さくなる。この流量のばらつき度合は脈動流変化演算手段16で演算することができる。
However, since the pulsation waveform and the measurement timing are not fixed, when the measurement is performed at the same measurement time T2 or T3, the measured flow rate is large at T2 and small at T3. The variation degree of the flow rate can be calculated by the pulsating flow
計測時間変更手段17によって計測時間を変えてその時の流量変化度合を求めれば、計測時間T1で計測したときにはばらつきが小さく、計測時間T2で計測したときにはばらつきが大きくなる。
If the measurement time is changed by the measurement
この計測時間と流量のばらつき度合を記憶させておけば脈動が発生したときに、最も平均流量が計測できると思われる計測時間(この場合T1)を選んで計測を行えばよい。 If the measurement time and the degree of variation in the flow rate are stored, the measurement time (in this case, T1) at which the average flow rate is most likely to be measured when pulsation occurs may be selected.
脈動発生源の周波数はある範囲にかぎられるので1度学習すればほぼ最適な計測時間で計測することができるが、新しい脈動発生源によって周波数が変わった場合には自動的に新たに学習を始めることになる。 Since the frequency of the pulsation source is limited to a certain range, if it is learned once, it can be measured with an almost optimal measurement time, but when the frequency changes due to a new pulsation source, it automatically starts a new learning It will be.
図3に周波数が変わったときの例を示す。 FIG. 3 shows an example when the frequency is changed.
波形Bに変わって波形Cのような低周波数の脈動が発生した場合には、計測時間T1では流量演算値のばらつきが大きくなり、計測時間を変更してばらつきの小さい計測時間を学習する。 When a low-frequency pulsation such as waveform C occurs instead of waveform B, the variation in the flow rate calculation value becomes large at measurement time T1, and the measurement time is learned by changing the measurement time.
その結果計測時間T4を求めることができる。波形Bと波形Cが交互に現れる場合には2つの計測時間T1とT4とを優先して適用し、ばらつき度合を見て計測時間を決める。 As a result, the measurement time T4 can be obtained. When the waveform B and the waveform C appear alternately, the two measurement times T1 and T4 are applied with priority, and the measurement time is determined based on the degree of variation.
計測時間を学習する際に、突発的に発生した脈動の影響を受けないようにすることができる。例えば瞬間式の給湯機では湯温を調節するためにガス量を変えることがあるが、このようなガス量の変動を脈動の学習データとして記憶させないために、流量値の変動が所定時間継続したときのみ脈動と判定して、学習を適用する。 When learning the measurement time, it is possible to avoid the influence of sudden pulsation. For example, in an instantaneous water heater, the gas amount may be changed in order to adjust the hot water temperature. In order not to store such fluctuations in the gas amount as pulsation learning data, fluctuations in the flow rate value continued for a predetermined time. Only when it is determined to be pulsation, learning is applied.
図3の波形Cの脈動を計測時間T4で計測しているとき、脈動の発生が停止した場合には流量演算値のばらつきが極めて小さくなるので脈動がなくなったことを判別できるので、計測時間を短くして消費電力を低減させて計測しても正確な流量を計測できる。 When the pulsation of the waveform C in FIG. 3 is measured at the measurement time T4, when the pulsation is stopped, the variation in the flow rate calculation value becomes extremely small, so it can be determined that the pulsation has disappeared. Even if it is shortened to reduce power consumption, accurate flow rate can be measured.
しかしながら場合によっては判別ができずに長い計測時間T4で計測を継続することがある。このような場合には計測時間T4で計測中に流量演算値のばらつきがある程度小さい期間が継続したら、計測時間を短くして以前の流量値と比較して差がなければ脈動がないと判断できる。 However, in some cases, the determination cannot be made and the measurement may be continued for a long measurement time T4. In such a case, if a period in which the variation in the flow rate calculation value is somewhat small during measurement at the measurement time T4 continues, it can be determined that there is no pulsation if there is no difference compared to the previous flow rate value by reducing the measurement time. .
計測時間の変更は図1の繰り返し手段7の回数設定手段9によって計測の繰り返し回数を変更することで行うことができる。音波の伝搬時間と遅延手段8の遅延時間が既知であり、1回あたりの繰り返し時間が算出できる。 The measurement time can be changed by changing the number of measurement repetitions by the number setting means 9 of the repetition means 7 in FIG. The propagation time of the sound wave and the delay time of the delay means 8 are known, and the repetition time per time can be calculated.
音波の伝搬時間は流体の種類や温度によって変化するので補正を加えか、あるいは繰り返し1回あたりの時間を実測して算出が可能である。 Since the propagation time of the sound wave changes depending on the type and temperature of the fluid, it can be calculated by correcting or by actually measuring the time per one time.
また計測時間の変更は図1の遅延調節手段13で遅延時間を調節することで計測回数を増加させることなく可能である。 The measurement time can be changed without increasing the number of measurements by adjusting the delay time with the delay adjusting means 13 of FIG.
計測時間が長くするために遅延時間を長くすると遅延時間の精度の悪化(高分解能の遅延時間発生は消費電力が増大)によって流量値が影響を受け、繰り返し回数を多くすると消費電力が増加する。 If the delay time is increased to increase the measurement time, the flow rate value is affected by the deterioration of the accuracy of the delay time (the power consumption increases when the high resolution delay time occurs), and the power consumption increases when the number of repetitions is increased.
このような場合には、図4に示すように、上流から下流への送信を白丸、下流から上流の送信黒丸とし、小さい繰り返し回数(図では2回)の計測を1計測セットとして所定時間間隔で分散して計測すると繰り返し回数の合計は大きくならずに、長い計測時間が得られる。 In such a case, as shown in FIG. 4, the transmission from the upstream to the downstream is a white circle, the transmission black circle from the downstream to the upstream, and the measurement of a small number of repetitions (2 times in the figure) is one measurement set as a predetermined time interval. If the measurement is performed in a distributed manner, the total number of repetitions does not increase and a long measurement time can be obtained.
なお、この場合の計時手段10は上流から下流への送信用の計時手段と下流から上流への送信用の計時手段の2つを設け、切換手段11と同期してマイクロコンピュータを介さずに行うことができる。このように分散して計測する場合には計測セットの回数を変更して計測時間を変更することができる。 In this case, the timing means 10 includes two timing means for transmitting from the upstream to the downstream and a timing means for transmitting from the downstream to the upstream, and is performed without using a microcomputer in synchronization with the switching means 11. be able to. When measuring in a distributed manner in this way, the measurement time can be changed by changing the number of measurement sets.
脈動の発生源は夜と昼などの時間帯によって異なったり、あるいは季節によって異なることが考えられる。 The source of pulsation may vary depending on the time zone such as night and noon, or may vary depending on the season.
この場合脈動計測学習手段18は、時間帯別の学習あるいは季節別の学習を行わせ、時間帯別や季節別の学習データに基づいて計測時間を決めることができる。このように圧力センサを用いずに最適な計測時間を判定できるもで、部品点数の低減と低コスト化が可能である。 In this case, the pulsation measurement learning means 18 can perform learning by time zone or learning by season, and can determine the measurement time based on the learning data by time zone or season. Thus, the optimum measurement time can be determined without using the pressure sensor, and the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.
前記実施例では流量計測の方法について記載したが、その演算の途中結果である流速値で脈動を判断したり、あるいは最終出力値として流速を算出することも可能である。またこれらの技術をガスメータなどの計量器に応用することができる。 Although the flow rate measurement method has been described in the above embodiment, it is possible to determine pulsation based on a flow velocity value that is an intermediate result of the calculation, or to calculate a flow velocity as a final output value. These techniques can be applied to measuring instruments such as gas meters.
また流量検出手段は、音波式以外に熱式や渦式にも適用できる。 Further, the flow rate detecting means can be applied to a thermal type or a vortex type in addition to the acoustic type.
以上のように、本発明にかかる流量計測装置によれば、脈動時に適切な計測時間を選択して平均流量を短時間のうちに正確に計測できるもので、ガスなどの気体流体から水などの液体流体まで広範囲に利用可能である。 As described above, according to the flow rate measuring device according to the present invention, an appropriate measurement time can be selected at the time of pulsation, and the average flow rate can be accurately measured in a short time. It can be used in a wide range up to liquid fluid.
2、3 超音波送受信器
8 遅延手段
9 回数設定手段
10 計時手段
12 流量演算手段
13 遅延調節手段
16 脈動流変化演算手段
17 計測時間変更手段
18 脈動計測学習手段
19 流量検出器
2, 3 Ultrasonic transmitter /
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