JP2007322442A - 流量計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】省電力化を促進するとともに、計測精度の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】流体管路4の上、下流側に対設された第1、第2超音波振動子5,6間の信号伝搬時間に基づいて流量を流量演算手段11で求めるとともに、求めた流量の変化量を変化量演算手段12で算出するようにし、また、前記超音波振動子への発信受信を開始するトリガ手段14の動作周期は、流量演算手段11と変化量演算手段12の出力を受けて計測周期設定手段13を介して設定するものにあって、この計測周期設定手段13は、流量演算手段11の出力が小さければ基準周期設定手段16が基準周期を大とし、変化量演算手段12の出力が小さければ基準周期設定手段16で定めた基準周期に対する遅延時間を遅延時間設定手段17で大とし、さらに、前記基準周期と遅延時間により補正周期設定手段18が計測周期を設定する。
【選択図】図5
【解決手段】流体管路4の上、下流側に対設された第1、第2超音波振動子5,6間の信号伝搬時間に基づいて流量を流量演算手段11で求めるとともに、求めた流量の変化量を変化量演算手段12で算出するようにし、また、前記超音波振動子への発信受信を開始するトリガ手段14の動作周期は、流量演算手段11と変化量演算手段12の出力を受けて計測周期設定手段13を介して設定するものにあって、この計測周期設定手段13は、流量演算手段11の出力が小さければ基準周期設定手段16が基準周期を大とし、変化量演算手段12の出力が小さければ基準周期設定手段16で定めた基準周期に対する遅延時間を遅延時間設定手段17で大とし、さらに、前記基準周期と遅延時間により補正周期設定手段18が計測周期を設定する。
【選択図】図5
Description
本発明は、超音波を利用して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。
従来のこの種の流量計測装置は、図11に示すように、流体管路1の一部に超音波振動子2と3を流れの方向に相対して設け、振動子1から流れ方向に超音波を発生しこの超音波を振動子2で検出すると再び振動子1から超音波を発生させ、この繰り返しを行ってその時間を計測し、逆に振動子2から流れに逆らって超音波を発生し同様の繰り返し時間を計測し、この時間の差から流体の速度を演算していた(例えば、特許文献1参照)。
特開平4−328424号公報
しかしながら、上記従来の流量計測装置では計測のスタート信号はある一定の周波数かまたランダム関数を含めてある関数に決められており、流体が流れていない場合にも決められたサンプリング周波数で計測が行われていた。
このため電力を使用する頻度が高く、電池駆動の場合短期間のうちに電池交換が必要になり消費電力の低減が課題となっていた。
本発明は上記課題を解決するもので、消費電力を低減することを目的としている。
本発明は上記課題を解決するために、流体管路に設けられた第1超音波振動子と、前記第1超音波振動子から発信された超音波信号を受信する第2超音波振動子と、前記第1、第2超音波振動子間の信号伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量の変化量を算出する変化量演算手段と、前記超音波振動子への発信受信を開始するトリガ手段と、前記流量演算手段と前記変化量演算手段の出力により前記トリガ手段の動作周期を設定する計測周期設定手段を備え、前記計測周期設定手段は前記流量演算手段の出力が小さければ基準周期を大とする基準周期設定手段と、前記変化量演算手段の出力が小さければ前記基準周期設定手段の定めた基準周期に対する遅延時間を大とする遅延時間設定手段と、前記基準周期設定手段の定めた基準周期と遅延時間設定手段の定めた遅延時間により計測周期を設定する補正周期設定手段とを備えた構成としたものである。
したがって、流量演算手段で求めた流量が小であるほど、更には、変化量演算手段で求めた流量変化量が小であるほど、計測周期設定手段がトリガ手段の動作周期を大きくして、超音波の送信頻度を小さくしているので、流体の使用状況に応じて、よりきめ細やかに計測周期の制御が可能となり、精度を維持しつつ省電力化を実現できる。
本発明によれば、流体の使用状況に応じて、よりきめ細やかに計測周期の制御が可能となり、精度を維持しつつ省電力化を図ることができるものである。
本発明の流量計測装置は、流体管路に設けられた第1超音波振動子と、前記第1超音波振動子から発信された超音波信号を受信する第2超音波振動子と、前記第1、第2超音波
振動子間の信号伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量の変化量を算出する変化量演算手段と、前記超音波振動子への発信受信を開始するトリガ手段と、前記流量演算手段と前記変化量演算手段の出力により前記トリガ手段の動作周期を設定する計測周期設定手段を備え、前記計測周期設定手段は前記流量演算手段の出力が小さければ基準周期を大とする基準周期設定手段と、前記変化量演算手段の出力が小さければ前記基準周期設定手段の定めた基準周期に対する遅延時間を大とする遅延時間設定手段と、前記基準周期設定手段の定めた基準周期と遅延時間設定手段の定めた遅延時間により計測周期を設定する補正周期設定手段とを備えたものである。
振動子間の信号伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量の変化量を算出する変化量演算手段と、前記超音波振動子への発信受信を開始するトリガ手段と、前記流量演算手段と前記変化量演算手段の出力により前記トリガ手段の動作周期を設定する計測周期設定手段を備え、前記計測周期設定手段は前記流量演算手段の出力が小さければ基準周期を大とする基準周期設定手段と、前記変化量演算手段の出力が小さければ前記基準周期設定手段の定めた基準周期に対する遅延時間を大とする遅延時間設定手段と、前記基準周期設定手段の定めた基準周期と遅延時間設定手段の定めた遅延時間により計測周期を設定する補正周期設定手段とを備えたものである。
その結果、流量演算手段で求めた流量が小であるほど、更には、変化量演算手段で求めた流量変化量が小であるほど、計測周期設定手段がトリガ手段の動作周期を大きくして、超音波の送信頻度を小さくしているので、流体の使用状況に応じて、よりきめ細やかに計測周期の制御が可能となるので、精度を維持しつつ、省電力化を実現できる。
先ず、本発明の実施例の前に参考実施例について図面を参照して説明する。
(参考実施例1)
図1において、流体管路4の途中に超音波を発信する第1振動子5と受信する第2振動子6を流れ方向に配置されている。
図1において、流体管路4の途中に超音波を発信する第1振動子5と受信する第2振動子6を流れ方向に配置されている。
7は第1振動子5への発信回路、8は第2振動子6で受信した信号の増幅回路で、この増幅された信号は基準信号と比較回路9で比較され、発信から受信までの時間をタイマカウンタのような計時手段10で求め、その超音波伝搬時間に応じて管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段11で流量値を求める。
さらに、この流量演算手段11の値を変化量演算手段12で求め、この値によって計測周期設定手段13でトリガ手段14から発信回路7への信号送出のタイミングを調節するようにしてある。
次に動作、作用について説明する。
トリガ手段14の信号を受けて発信回路7より送出されたバースト信号により第1振動子5から発信された超音波信号は、流れの中を伝搬し第2振動子6で受信され増幅回路8と比較回路9で信号処理され、発信から受信までの時間を計時手段10で測定する。
静止流体中の音をc、流体の流れの速さをvとすると、流れの順方向の超音波の伝幡速度は(c+v)となる。振動子5と6の間の距離をL、超音波伝幡軸と管路の中心軸とがなす角度をφとすると、超音波が到達する時間tは、
t=L/(c+vCOSθ) (1)
となり、(1)式より
v=(L/t−c)/COSθ (2)
となり、Lとθが既知ならtを測定すれば流速vが求められる。
t=L/(c+vCOSθ) (1)
となり、(1)式より
v=(L/t−c)/COSθ (2)
となり、Lとθが既知ならtを測定すれば流速vが求められる。
この流速より流量Qは、通過面積をS、補正計数をKとすれば、
Q=K・S・v (3)
となる。
Q=K・S・v (3)
となる。
例えば、ガスメータなどは求めた流量値から使用者に課金するため、計測精度が要求され、その結果計測は煩雑に行う必要がある。しかし、流量の変化が比較的小さい内は、計測周期を小さくしても誤差にはなりにくい。
そこで、図2に示す如く、変化量演算手段12で求めた流量変化量が±x%以内の時には、計測周期設定手段13が計測周期を通常の周期より大きく設定している。なお、変化量の絶対値が小さくなるにしたがって、計測周期を段階的に大きく設定する方式であっても同等の効果が得られる。
この場合には、流量変化量が大きくなるにしたがって、周期を小さくしてきめ細やかに計測しているので、装置下流側の機器の使用状況をより的確に判断することが可能となる。
なお、変化量を割合でなく、絶対量で判断しても同等の効果が得られる。
(参考実施例2)
図3は参考実施例2を示し、図1と同作用を行う構成部分には同一符号を付し、具体的な説明は参考実施例1のものを援用する。
図3は参考実施例2を示し、図1と同作用を行う構成部分には同一符号を付し、具体的な説明は参考実施例1のものを援用する。
本参考実施例2において、参考実施例1と異なる点は、第2計時手段15が変化量演算手段12で求めた変化量が所定範囲内である時間を計時し、この時間により、計測周期設定手段13でトリガ手段14から発信回路7のへの信号送出のタイミングを調節しているという点である。
次に動作、作用を説明する。第2計時手段15は、変化量演算手段12で求めた流量が±x%以内の時のみ計時され、±x%以上の時には初期化される。
そして、第2計時手段15がT秒を越えると、計測周期設定手段13が、計測周期を大とする。
図4において時間tnは計測タイミングを示しており、t15で第2計時手段15の計時値がT秒を越えたので、以降の計測周期を大としている。
したがって、判定値x、Tを適正に定めれば、流量が安定であることの判定が可能となる。
この場合、特に、流量零の判別が確実に行えるため、ガスを使っていない時には確実に省電力が実現できる。
(参考実施例3)
図8は参考実施例3を示し、図1と同作用を行う構成部分には同一符号を付し、具体的な説明は参考実施例1のものを援用する。
図8は参考実施例3を示し、図1と同作用を行う構成部分には同一符号を付し、具体的な説明は参考実施例1のものを援用する。
図8において、第1振動子5からの発信と第2振動子6での受信を繰り返し手段20によって繰り返し設定手段21で設定された回数だけ繰り返し、さらに発振と受信の切り換えを切換手段19で行なった後、同様に繰り返しを行う。
すなわち、発振回路7によって第1振動子5から超音波が発生し、この超音波を第2振動子6で受信し、増幅回路8を介し比較回路9に到達すると繰り返し手段20で再びトリガ手段14で発信回路7をトリガする。
この繰り返しは繰り返し設定手段21で設定された回数だけ行われ、設定回数に達すると繰り返しに要した時間を計時手段10で計測する。
しかる後、切換手段19により第1振動子5と第2振動子6の発信受信を逆に接続し、今度は第2振動子6から第1振動子5に向かって超音波を発信し前述と同様に到達時間を求め、この差を流量演算手段11で流量値を演算する。
以上の一連の動作により1時刻の流量の計測を行い、計測周期設定手段13で定められた周期毎に計測動作を行う。
次に、計測原理について説明する。静止流体中の音をc、流体の流れの速さをvとすると、流れの順方向の超音波の伝搬速度は(c+v)、逆方向の伝幡速度は(c−v)となる。振動子7と8の間の距離をL、超音波伝幡軸と管路の中心軸とがなす角度をθ、繰り返し回数をnとすると、順方向と逆方向のそれぞれの繰り返し時間T1とT2は、
T1=n・L/(c+v・COSθ) (4)
T2=n・L/(c−v・COSθ) (5)
となり、(4)、(5)式より
v=n・L/2COSθ(1/T1−1/T2) (6)
となり、Lとφが既知ならT1とT2を測定すれば流速vが求められる。しかしながらT1とT2の差は流量が小さくかつ繰り返し回数が小さいときには極めて微小であり、正確に計ることが困難であるので測定回数を多く設定し誤差を比較的小さくしている。
T1=n・L/(c+v・COSθ) (4)
T2=n・L/(c−v・COSθ) (5)
となり、(4)、(5)式より
v=n・L/2COSθ(1/T1−1/T2) (6)
となり、Lとφが既知ならT1とT2を測定すれば流速vが求められる。しかしながらT1とT2の差は流量が小さくかつ繰り返し回数が小さいときには極めて微小であり、正確に計ることが困難であるので測定回数を多く設定し誤差を比較的小さくしている。
また、計時手段10で求めた繰り返し計測に要した伝搬時間のうち、第1振動子5を発信側、第2振動子6を受信側とした場合の値、すなわちT1を伝搬時間記憶手段22にT1pとして記憶し、流量演算手段11で求めた流量値Qは流量記憶手段23にQpとして記憶される。
更に、切替手段19では、次の計測時には伝搬時間記憶手段22で記憶した時と同一方向、すなわち第1振動子5を発信側、第2振動子6を受信側として、計時手段10で計測を行う。
この時求めた計測値が伝搬時間記憶手段22で記憶した値T1pと比較する。この時、両者が等しければ、送受信を切り替えた時の計測値T2も等しいものと判断して、切替制御手段19は、振動子の発信受信の切り替え、すなわち第2振動子6からの発信動作を停止し、流量記憶手段23で記憶した流量値を瞬時流量として積算手段25へ出力する。
一方、計時手段10で求めた値と伝搬時間記憶手段22で記憶した値が異なっていれば、通常通り第2振動子6からの発信動作と、計時手段10での計測動作を行い(6)式にしたがって流量を求めている。
以上のように、第1振動子を発信側とした場合の計時値を前回の値と比較し、変化がない場合、すなわち、流量が一定で安定している場合には、第2振動子を発信側とした計測動作を省略して流量値を求めている。
したがって、精度を維持しつつ、省電力を実現できる。
なお、本参考実施例では、第1振動子5から信号発信した場合の値を比較する構成としているが、第2振動子6から発振した場合の値を比較する構成としても同等の効果が得られる。
また、繰り返し手段20、繰り返し設定手段21を用いて、一方向からの超音波送信を複数回繰り返す構成としているが、1回のみの場合でも同等の効果が得られる。
(参考実施例4)
図9は参考実施例4を示し、図1、図8と同作用を行う構成部分には同一符号を付し、具体的な説明は参考実施例1、3のものを援用する。
図9は参考実施例4を示し、図1、図8と同作用を行う構成部分には同一符号を付し、具体的な説明は参考実施例1、3のものを援用する。
本参考実施例4において、参考実施例3と異なる点は、計時手段10の求めた値T1と伝搬時間記憶手段22の記憶している値T1pの差ΔTを求める時間差演算手段26を備えている点、時間差演算手段26の出力ΔTが所定値以内であれば、判定手段27が第2振動子6からの発信動作を省略するとともに、第2流量演算手段28が計時手段10の計測値T1と伝搬時間記憶手段22で記憶した値T1pおよび、流量記憶手段23に記憶された流量Qpとにより流量を求めている点である。
次に動作、作用を説明する。(4)式を変形して
v=n・L/COSθ・(1/T1−c) (7)
ここで、繰り返し回数nが一定であれば、n・L/COSθは定数となる。これをMとおいて(7)式を変形すると、
v=M・(1/T1−c) (8)
cは温度の影響を受けるが、計測インターバルが短かければ不変と考えられるので、1/T1の変化量Δ(1/T1)が求まれば、流速vの変化量Δvは
Δv=M・Δ(1/T1) (9)
(9)式で求められる。この時、流量をQ、前回求めた流量をQp、流速をvpとすると
Q=K・S・v=K・S・(vp+Δv) (10)
ここで、補正係数Kは温度、流量などに依存する関数となるが、計測インターバルが短い、T1の変化量が小さい、すなわち流速、流量の変化も小さいと仮定すれば、vpおよび、vp+Δvの範囲では一定と考えられるので、
Q=Qp+K・S・Δv=Qp+K・S・M・Δ(1/T1) (11)
となる。
v=n・L/COSθ・(1/T1−c) (7)
ここで、繰り返し回数nが一定であれば、n・L/COSθは定数となる。これをMとおいて(7)式を変形すると、
v=M・(1/T1−c) (8)
cは温度の影響を受けるが、計測インターバルが短かければ不変と考えられるので、1/T1の変化量Δ(1/T1)が求まれば、流速vの変化量Δvは
Δv=M・Δ(1/T1) (9)
(9)式で求められる。この時、流量をQ、前回求めた流量をQp、流速をvpとすると
Q=K・S・v=K・S・(vp+Δv) (10)
ここで、補正係数Kは温度、流量などに依存する関数となるが、計測インターバルが短い、T1の変化量が小さい、すなわち流速、流量の変化も小さいと仮定すれば、vpおよび、vp+Δvの範囲では一定と考えられるので、
Q=Qp+K・S・Δv=Qp+K・S・M・Δ(1/T1) (11)
となる。
(11)式でSとMは既知、また、補正係数KもQpを求めた時と同様の値を用いれば良い。
更に、Qpは流量記憶手段23に記憶されており、ΔT1も計時手段10の計時値と、伝搬時間記憶手段22で記憶した値T1pを用いて容易に導き出せる。判定手段27は、T1とT1pとの時間差が所定範囲内かいなかを判定し、時間差が小さければ、第2振動子6からの発信動作を省略し、式(11)を用いて流量を求めている。
一方、T1とT1pとの差が所定値を越えていれば、通常通り、第2振動子6からの発信動作を行った後に流量演算手段11を用いて流量を求めている。
以上のように、第1振動子を発信側とした場合の計時値を前回の値と比較し、変化が小さい場合、すなわち、流量比較的安定している場合には、第2振動子を発信側とした計測動作を省略して流量値を求めている。
したがって、精度を維持しつつ、省電力を実現できる。
なお、本参考実施例では、第1振動子5から信号発信した場合の値を比較する構成としているが、第2振動子6から発振した場合の値を比較する構成としても同等の効果が得られる。また、繰り返し手段20、繰り返し設定手段21を用いて、一方向からの超音波送信を複数回繰り返す構成としているが、1回のみの場合でも同等の効果が得られる。
以上説明した参考実施例をふまえ以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
(実施例1)
図5は本発明の実施例1を示し、図1と同作用を行う構成部分には同一符号を付し、具体的な説明は参考実施例1のものを援用する。
図5は本発明の実施例1を示し、図1と同作用を行う構成部分には同一符号を付し、具体的な説明は参考実施例1のものを援用する。
実施例1において、参考実施例1と異なる点は、計測周期設定手段13が流量演算手段11と変化量演算手段12の出力によりトリガ手段14の動作周期を設定している点であり、更に、流量演算手段11の出力が小さければ基準周期を大と定める基準周期周期設定手段16と、変化量演算手段12の出力が小さければ基準周期設定手段16の定めた基準周期に対する遅延時間を大とする遅延時間設定手段17と、基準周期設定手段16の定めた基準周期と遅延時間設定手段17の定めた遅延時間の和を計測周期として設定する補正周期設定手段18とを備えている点である。
次に動作、作用を説明する。
積算流量を求める際には、大流量時の検出誤差がトータルの誤差に及ぼす影響が大きいので、流量が大きくなるにしたがって計測頻度を高める必要があるため、基準周期設定16では図6に示す如く、流量に対する計測の基準周期を設定する。
一方、流量が比較的安定している場合には、計測周期を基準周期に対して間引いても、全体としての計測精度に対する影響は小さい。
逆に、流量が変動している時にはきめ細かく計測する必要がある。そこで、図7に示す如く、遅延時間設定手段17では、流量変化量の絶対値が大きくなるにしたがって、基準周期に対する遅延時間を小としている。
その結果、大型給湯器の様にガス消費量が大きく、燃焼量制御を細かく行う様な機器を使用している場合には、計測周期は小さくなり、ガスの使用を停止している時や種火を使っている場合には計測周期を大きくなる。
以上のように、下流側の機器の使用状況に応じて、よりきめ細やかに計測周期を制御できる。
なお、本実施例では、遅延時間は絶対時間としているが、基準流量に対する割合で規定しても同様の効果が得られる。
以上のように、本発明にかかる流量計測装置は、精度を維持しつつ、省電力化を実現できるものであり、ガスなどの気体流体用から、水などの液体流体用まで広く利用できるものである。
4 流体管路
5 第1超音波振動子
6 第超音波2振動子
7 流量演算手段
10 計時手段
11 流量演算手段
12 変化量演算手段
13 計測周期設定手段
14 トリガ手段
16 基準周期設定手段
17 遅延時間設定手段
18 補正周期設定手段
5 第1超音波振動子
6 第超音波2振動子
7 流量演算手段
10 計時手段
11 流量演算手段
12 変化量演算手段
13 計測周期設定手段
14 トリガ手段
16 基準周期設定手段
17 遅延時間設定手段
18 補正周期設定手段
Claims (1)
- 流体管路に設けられた第1超音波振動子と、前記第1超音波振動子から発信された超音波信号を受信する第2超音波振動子と、前記第1、第2超音波振動子間の信号伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段で求めた流量の変化量を算出する変化量演算手段と、前記超音波振動子への発信受信を開始するトリガ手段と、前記流量演算手段と前記変化量演算手段の出力により前記トリガ手段の動作周期を設定する計測周期設定手段を備え、前記計測周期設定手段は前記流量演算手段の出力が小さければ基準周期を大とする基準周期設定手段と、前記変化量演算手段の出力が小さければ前記基準周期設定手段の定めた基準周期に対する遅延時間を大とする遅延時間設定手段と、前記基準周期設定手段の定めた基準周期と遅延時間設定手段の定めた遅延時間により計測周期を設定する補正周期設定手段とを備えた流量計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007232325A JP2007322442A (ja) | 2007-09-07 | 2007-09-07 | 流量計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007232325A JP2007322442A (ja) | 2007-09-07 | 2007-09-07 | 流量計測装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27718798A Division JP2000105142A (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 流量計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007322442A true JP2007322442A (ja) | 2007-12-13 |
Family
ID=38855362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007232325A Pending JP2007322442A (ja) | 2007-09-07 | 2007-09-07 | 流量計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007322442A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180023852A (ko) * | 2016-08-26 | 2018-03-07 | 에이블릭 가부시키가이샤 | 센서 회로 |
-
2007
- 2007-09-07 JP JP2007232325A patent/JP2007322442A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180023852A (ko) * | 2016-08-26 | 2018-03-07 | 에이블릭 가부시키가이샤 | 센서 회로 |
KR102303877B1 (ko) | 2016-08-26 | 2021-09-17 | 에이블릭 가부시키가이샤 | 센서 회로 |
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