JP2007033351A - 流量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の脈動に対して低消費電力で正確に計測できる流量計測装置を提供することを目的とする。
【解決手段】流量計測手段１２の流量値の変動状態を検出する流量変動判定手段５と、前記流量変動判定手段５で使用した流量値を平均した値で流量の安定状態を判定する流量安定判定手段７と、流量変動判定手段５もしくは流量安定判定手段７によって流量計測手段１２の計測時間または計測回数を変更する計測モード変更手段８とを備え、脈動時にはすばやく検出し、安定時には正確に検出するので低消費電力で正確な流量計測が行える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体や気体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。

従来この種の流量計測装置は、図４に示すように超音波流量検出手段５１により検出した流量値が脈動しているか否かを判別する脈動判別手段５２と、この脈動判別手段５２の測定結果によって異なった手段を用いて流量値を算出する流量演算手段を備えており、超音波流量検出手段５１によって計測された瞬時流量Ｑ（ｉ）と前回に測定された瞬時流量Ｑ（ｉ−１）との差を取り、その差が所定値以上の場合、脈動判別手段５２は脈動ありと判別する。そして脈動ありの場合にはフィルタ処理手段５３を介して安定流量算出手段５４で流量を算出する（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−２９８０４２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、瞬時流量の差のみで脈動の有無を判定していたので、回路ノイズなどによる流量検出誤差でも脈動と判定してしまう場合があり、ガスエンジンのような検出すべき脈動以外のときでも、誤って脈動と判定してしまうことがあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、脈動時と安定時とを正確に判定する流量計測装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、流体の流量を計測する流量計測手段と、前記流量計測手段の流量値の変動状態を検出する流量変動判定手段と、前記流量計測手段で使用した流量値を平均した値で流量の安定状態を判定する流量安定判定手段と、前記流量変動判定手段もしくは前記流量安定判定手段によって前記流量計測手段の計測時間または計測回数を変更する計測モード変更手段とを備えたものである。

これによって、変動の判定は流量の瞬時値で行い、安定の判別は平均流量に基づいて行う。

本発明の流量計測装置は、流量の変動時には流量の瞬時値で判定を行い、流量の安定の判別は平均流量で判定するので、脈動時にはすばやく判定し、安定時には正確に判定し、不必要に計測回数を増加させることなく流量精度を確保できるので、低消費電力で計測を行うことができる。

本発明の流量計測装置は、流体の流量を計測する流量計測手段と、前記流量計測手段の流量値の変動状態を検出する流量変動判定手段と、前記流量計測手段で使用した流量値を平均した値で流量の安定状態を判定する流量安定判定手段と、前記流量変動判定手段もしくは前記流量安定判定手段によって前記流量計測手段の計測時間または計測回数を変更する計測モード変更手段とを備えたもので、流量の瞬時値の変化度合いで流量変動を判定し、流量の平均値の変化度合いで流量安定度を判定するので、脈動時と安定時とを正確に判定できる。

流量変動判定手段は、計測値が前回計測値より変動設定流量以上大きい増加変動回数と、計測値が前回計測値より小さい減少変動変動回数との両方から判定するか、所定計測回数のうちで変動設定流量値以上の変化を所定回数以上検出したとき変動ありと判定する。

そして、流量変動値を流量値の差分もしくは流量値の差分に対する流量値の割合で判定する。

また、流量変動判定手段は、変動設定流量値以上の変化を検出したとき変動ありと判定し計測回数または計測時間を大きくするか、或いは、安定設定流量値以下の流量値を連続して検出したとき安定と判定し、計測回数または計測時間を小さくする。

一方、流量計測手段は、流体管路の上流と下流に設けられ音波信号を発信受信する送受信器と、前記送受信器間の超音波伝搬時間差の値に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えたものである。

さらに、流体管路の上流と下流に設けられ超音波信号を発信受信する送受信器と、前記送受信器の発信受信の切換手段と、前記送受信器間の超音波伝搬時間差を計測する計時手段と、上流から下流への伝搬時間を測定後に下流から上流への伝搬時間を測定し伝搬時間差を算出する上流先行計測手段と、下流から上流への伝搬時間を測定後に上流から下流への伝搬時間を測定し伝搬時間差を算出する下流先行計測手段と、前記上流先行計測手段と前記下流先行計測手段のそれぞれから流量を算出する流量演算手段と、前記上流先行計測手段と前記下流先行計測手段の平均値から流量を算出する平均流量演算手段と、前記流量計測手段の流量値の変動状態を検出する流量変動判定手段と、前記平均流量演算手段の流量値で流量の安定状態を判定する流量安定判定手段と、前記流量変動判定手段もしくは前記流量安定判定手段によって前記流量計測手段の計測時間または計測回数を変更する計測モード変更手段とを備えた。

流量計測装置は計測モード変更手段の値によって流量の積算方法を変更する流量積算手段を備えた。

（実施の形態１）
図１において、１は流体を通過させる流路であり、熱式のフローセンサのような流速を電気信号に変換する流量センサ２を有し、その流量センサ２の信号を信号処理手段３で増幅・比較あるいは演算処理をおこない、その信号に基づいて流路の通過面積などを考慮して流量演算手段４で流量を算出する。

この流量演算手段４の値は流量変動判定手段５でその変化の度合いを演算し、さらに流量演算手段４の値は流量平均化手段６において平均値を演算し、その平均値の値によって流量安定判定手段７でその安定度合いを演算する。

流量変動判定手段５と流量安定判定手段７の判定によって、流れが脈動であるか安定しているかを判定し、計測モード変更手段８で流量計測の計測回数変更手段９と計測時間変更手段１０とを変更する。

計測回数変更手段９は、所定時間の間に何回繰り返して計測するかを設定するもので、また、１回の計測で何秒間計測するかを設定するものである。この設定に基づいて流量開始手段１１で計測を開始する。

流量センサ２と、信号処理手段３と流量演算手段４と計測開始手段１１とで流量計測手
段１２を形成する。

１３は累積の体積を算出する流量積算手段で、計測モードによって積算の方法をかえるもので、脈動が小さい場合には直ちに積算を行うが、脈動が激しい場合にはバッファ１３ａを介して平均化した値を積算するようにする。

次に図２において流量変動判定手段５と流量安定判定手段７の動作をフローチャートで説明する。

ＳＴＥＰ１からは流量変動判定の動作を示すフローであり、流量変動判定は判定回数Ｍｓのうちで、前回値との流量差が増加減少それぞれＱｓ以上の回数がＺｓ回・Ｇｓ回以上だったときに変動ありと判定する。

まず、ＳＴＥＰ２で、判定回数Ｍ・増加回数Ｚ・減少回数Ｇを０にし、ＳＴＥＰ３で流量計測を行う。このとき計測回数変更手段９で計測回数が少ない状態での計測（以下安定計測モードという）からスタートし、そのときの流量値Ｑｉを得る。

ＳＴＥＰ４で判定回数を１増加させ、ＳＴＥＰ５で前回計測値との差を算出し、その差が増加判定流量Ｑｓ以上かどうかを判定し、以上であればＳＴＥＰ６で増加回数Ｚを１増加させ、未満であれば減少判定流量−Ｑｓ以下であるかどうかをＳＴＥＰ７で判定し、以下であればＳＴＥＰ８で減少回数Ｇを１増加させる。

ＳＴＥＰ９では増加回数Ｚが増加設定回数Ｚｓ以上でかつ減少回数Ｇが減少設定回数Ｇｓ以上であれば、流量の変化が激しいと判断し、ＳＴＥＰ１０で計測モード変更手段１１で流量計測回数を増加または計測時間を増加させる計測モード（以下脈動計測モードという）に変更する。

ＳＴＥＰ９で増加回数Ｚが増加設定回数Ｚｓに達しないか、あるいは減少回数Ｇが減少回数Ｇｓに達しない場合には、ＳＴＥＰ１１で判定回数Ｍが設定判定回数Ｍｓに達しない場合には、ＳＴＥＰ３の計測回数小の流量計測に戻り、設定判定回数Ｚｓに達っした場合にはＳＴＥＰ２に帰り、初期値をゼロにして繰り返す。

ＳＴＥＰ１２は脈動計測モードのフローを示し、この脈動計測モードでは計測時間または計測回数を増加させて脈動時の流量を正確に計測するものであるが、反面消費電力が増加するので、脈動が小さくなった場合には速やかに安定計測モードへ復帰することが望ましい。

脈動モードでは、流量の安定度を前回流量値との差で判定し、この差が安定設定値Ｑｋ以内で連続して安定設定回数Ｋａ継続したとき脈動が小さくなったとして、安定計測モードへ移行する。

ＳＴＥＰ１３で安定回数を初期化し、ＳＴＥＰ１４で計測回数または計測時間が大きくした計測を行いその流量値をＱｉとすると、ＳＴＥＰ１５で前回の流量値と今回の流量値との流量平均値を算出し、ＳＴＥＰ１６で算出した前回の流量平均値と今回の流量平均値との差ｄＱｊを算出し、ＳＴＥＰ１７で流量平均値の差ｄＱｊと安定設定値Ｑｋとを比較し流量平均値の差が小さければＳＴＥＰ１８で安定回数Ａを１増加させ、流量平均値の差が大きければＳＴＥＰ１３の初期値へ戻る。

安定回数Ａが増加してＳＴＥＰ１９で安定設定回数Ｋａに達したとき、ＳＴＥＰ２０で計測回数あるいは計測時間の小さい安定計測モードへ移行する。

ＳＴＥＰ５の増加判定流量ＱｓとＳＴＥＰ７の減少判定流量Ｑｓとは実施例では同一の流量値としたが、必ずしも同一である必要はなく、また増加設定回数Ｚｓと減少設定回数Ｇｓとは同一回数である必要はなく、場合によってはどちらか一方の回数で判定しても良い。

ＳＴＥＰ５と７の判定流量を、流量値そのものではなく流量値に対する変化値の割合で判定することもでき、小流量のときは流量値で設定し、大流量では変化割合で判断することも考えられる。

さらに、ＳＴＥＰ１５の流量平均値は、３回以上の移動平均で設定することもでき、流量変化ｄＱｊと安定設定値Ｑｋを流量値ではなく、流量値に対する割合で判定することも可能である。

（実施の形態２）
図３において、２１は流体を通過させる流路であり、その上流側と下流側に送受信器２２Ａと２２Ｂをそれぞれ配置し、送信手段２３から切換手段２４を介して送受信器２２Ａを駆動して音波信号を発生させ、送受信器２２Ｂからの信号を受信し、また送受信方法を切り換えて送受信器２２Ｂから２２Ａに向けて送信し、これを繰り返し手段２５を介して所定回数繰り返し、その後、増幅比較手段２６を介して計時手段２７で伝搬時間を計測し、この音波信号の伝搬時間の差と流路形状から流量演算手段２８で演算することにより流量を検出する。

送受信器２２Ａ，２２Ｂと切換手段２４、増幅比較手段２６、計時手段２７、および流量演算手段２８で流量検出手段２９を構成する。

流量検出手段２９で求められた数秒ごとの流量値は図1と同様に、流量演算手段２８の値は流量変動判定手段５でその変化の度合いを演算し、さらに流量演算手段２８の値は流量平均化手段６において平均値を演算し、その平均値の値によって流量安定判定手段７でその安定度合いを演算し、計測モード変更手段８で計測方法を変更する。

３０は上流先行計測手段で、このモードに設定されるとまず切換手段２４上流側送受信器２２Ａから下流側送受信器２２Ｂへ送信するように切り換えて上流から下流への音波の伝搬時間を計時した後、切換手段２４で下流側送受信器２２Ｂから上流側送受信器２２Ａへ送信するように切り換えられ下流から上流への音波の伝搬時間を計時して流量を算出する。

３１は下流先行計測手段で、このモードに設定されるとまず切換手段２４を下流側送受信器２２Ｂから上流側送受信器２２Ａへ送信するように切り換えて下流から上流への音波の伝搬時間を計時した後、切換手段２４で上流側送受信器２２Ａから下流側送受信器２２Ｂへ送信するように切り換えられ、上流から下流への音波の伝搬時間を計時して流量を算出する。

これは間歇的に計測を行う際に回路部品が通電されることにより部品の温度が変化し、それにより遅延時間が異なって伝搬時間の計測に影響を与えるため、この２つの伝搬時間を平均することにより、回路の遅延時間が相殺され正確な伝搬時間すなわち正確な流量を計測できるものである。

流量安定判定手段７は流量平均化手段６の値をもとに安定度を判定しており、上流先行計測手段３０と下流先行計測手段３１の計測の平均値すなわち正確な流量値から判定して
いる。流量変動判定手段５は、流量演算手段２８の値すなわち多少精度は低下するが応答性の高い瞬時流量をもとに判定している。

本発明の流速または流量計測装置は、圧力変動が発生したばあい直ちに判定ができ、また安定時にも正確に判定ができるので、ガスや水道などの計量メータや、産業用プラントや実験設備における流量計などの計測器にも適用できる。

本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図 同実施の形態１における流量計測装置のフローチャート 本発明の実施の形態２における流量計測装置のブロック図 従来の流量計測装置のブロック図

符号の説明

４，２８ 流量演算手段
５ 流量変動判定手段
７ 流量安定判定手段
８ 計測モード変更手段
１２ 流量計測手段
１３ 流量積算手段
２２Ａ，２２Ｂ 送受信器
２４ 切換手段
３０ 上流先行計測手段
３１ 下流先行計測手段

Claims (9)

1. 流体の流量を計測する流量計測手段と、前記流量計測手段の流量値の変動状態を検出する流量変動判定手段と、前記流量計測手段で使用した流量値を平均した値で流量の安定状態を判定する流量安定判定手段と、前記流量変動判定手段もしくは前記流量安定判定手段によって前記流量計測手段の計測時間または計測回数を変更する計測モード変更手段とを備えた流量計測装置。
2. 流量変動判定手段は、計測値が前回計測値より変動設定流量以上大きい増加変動回数と、計測値が前回計測値より小さい減少変動変動回数との両方から判定する請求項１記載の流量計測装置。
3. 流量変動判定手段は、所定計測回数のうちで変動設定流量値以上の変化を所定回数以上検出したとき変動ありと判定する請求項２記載の流量計測装置。
4. 流量変動値を流量値の差分もしくは流量値の差分に対する流量値の割合で判定する請求項１〜４のいずれか１項記載の流量計測装置。
5. 流量変動判定手段は、変動設定流量値以上の変化を検出したとき変動ありと判定し計測回数または計測時間を大きくする請求項１または２記載の流量計測装置。
6. 流量安定判定手段は、安定設定流量値以下の流量値を連続して検出したとき安定と判定し、計測回数または計測時間を小さくする請求項１記載の流量計測装置。
7. 流量計測手段は、流体管路の上流と下流に設けられ音波信号を発信受信する送受信器と、前記送受信器間の超音波伝搬時間差の値に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えた請求項１記載の流量計測装置。
8. 流体管路の上流と下流に設けられ超音波信号を発信受信する送受信器と、前記送受信器の発信受信の切換手段と、前記送受信器間の超音波伝搬時間差を計測する計時手段と、上流から下流への伝搬時間を測定後に下流から上流への伝搬時間を測定し伝搬時間差を算出する上流先行計測手段と、下流から上流への伝搬時間を測定後に上流から下流への伝搬時間を測定し伝搬時間差を算出する下流先行計測手段と、前記上流先行計測手段と前記下流先行計測手段のそれぞれから流量を算出する流量演算手段と、前記上流先行計測手段と前記下流先行計測手段の平均値から流量を算出する平均流量演算手段と、前記流量計測手段の流量値の変動状態を検出する流量変動判定手段と、前記平均流量演算手段の流量値で流量の安定状態を判定する流量安定判定手段と、前記流量変動判定手段もしくは前記流量安定判定手段によって前記流量計測手段の計測時間または計測回数を変更する計測モード変更手段とを備えた流量計測装置。
9. 計測モード変更手段の値によって流量の積算方法を変更する流量積算手段を備えた請求項１〜８いずれか１項記載の流量計測装置。