JP2009250823A - 流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】流量計のコストを抑えつつ、誤積算のない流量計を提供する。
【解決手段】複数の磁石を均等間隔で周設したディスクを通過流体によって回転させ、当該ディスクの回転による磁力変化を検出するセンサを備え、当該センサからの出力されるオン・オフ信号の計測値に基づいて流量を計測する流量計であって、前記複数の磁石は、前記センサから出力されるオン・オフ信号のデューティ比が異なるように異なる磁力で着磁された磁石を含み、前記センサから出力されるオン・オフ信号のデューティ比の出力順序に基づいて、前記ディスクの回転方向を検出し、逆回転による前記オン・オフ信号を計数し、前記オン・オフ信号の計測値を補正して流量を計測する。前記複数の磁石のうち少なくとも１つ、あるいは、それぞれが前記センサから出力されるオン・オフ信号のデューティ比が異なるように異なる磁力で着磁されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス流量を計測する流量計に関し、磁石を設けたディスク等をガスの移動に連動して回転させて生じる磁力の変化を検出してガス流量を積算する流量計に関する。

今日、都市ガス用の小中流量用ガスメータとしては、一般的に膜式ガスメータが使用されている。この膜式ガスメータは、本体ケース内の２つの計量室に組み込まれた計量膜の往復運動により、計量膜の両側のガスを交互に本体ケース外に排出するとともに、この計量膜の往復運動をクランク機構を用いて回転運動に変換し、カウンタを駆動して積算流量を表示する構造である。

図５は、ガスメータにおける積算機構の構成例を示すブロック図で、積算機構は、回転軸１７を中心として回転するマグネットディスク１８と、リードスイッチ１９、制御部２０で構成されている。

このマグネットディスク１８には、回転軸１７を中心として、ほぼ均一の着磁力を持つ磁石１８ａ〜１８ｄを等間隔に４個周設しており、ガスメータにガスが流入すると、マグネットディスク１８が回転する。
リードスイッチ１９は、制御部２０から電力が供給されたときの磁力変化を信号として制御部２０に出力する。
制御部２０は、リードスイッチ１９に定期的に電力を供給し、リードスイッチ１９からの信号を入力し、ガスの流量、流速を計測する。

しかし、リードスイッチ１９では、磁力変化のみ検出しているため、ガスが逆向きに流れてマグネットディスク１８が逆回転しても、磁力変化によるパルス信号を制御部２０に送ってしまう。
制御部２０では、マグネットディスク１８の回転方向が不明なため、そのまま積算してしまうので過大な積算結果となり、実際のガスの供給量と積算値とにずれが生じることになる。

従来、これを防止するために、計量室内部に逆転防止レバーなどを入れて、機械的に逆転しないような構造対策をしている。
しかしながら、完全に逆転を防止することは、困難であり、ガスが逆向きに流れれば、少なからずともマグネットディスクが逆回転する。その回転角度によっては、リードスイッチがオン／オフすることになり、実際のガスの供給量と積算値とにずれが生じることになる。

特許文献１では、ガスメータ内の計量膜の左右２箇所に永久磁石を取付けると共に、各々の永久磁石に対向してガスメータの外箱に合計２個のリードスイッチを取付けておき、両リードスイッチのうち何れか一方がオンとなってから、他方のリードスイッチがオンからオフとなった後に、一方がオフになったときに電子カウンタをカウントアップし、それ以外の順序でオン・オフしたときには機械的に逆転防止機構を動作させて、電子カウンタのカウントアップを防止している。

また、特許文献２では、水道やガスの流れを位相の異なる２つのセンサで検出し、一方のセンサからの出力信号をもとに積算を行い、演算中はＢＵＳＹ信号を出力し、ＢＵＳＹ信号が立ち下がって、他方のセンサからの出力信号が検出されるまで、次の積算を禁止する。これにより、流れの向きが逆転した場合の計測誤差を少なくしている。
特開平７−２７５８３号公報 特許第３０５５３６０号公報

しかしながら、特許文献１および２の流量計では、流量を計測するためのセンサを２個用いているため、コスト高であり、また、その制御が非常に面倒である。

本発明は、上記の実情を考慮してなされたものであって、流量計のコストを抑えつつ、誤積算のない流量計を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の流量計は、複数の磁石を均等間隔で周設したディスクを通過流体によって回転させ、当該ディスクの回転による磁力変化を検出するセンサを備え、当該センサからの出力されるオン・オフ信号の計測値に基づいて流量を計測する流量計であって、前記複数の磁石は、前記センサから出力されるオン・オフ信号のデューティ比が異なるように異なる磁力で着磁された磁石を含み、前記センサから出力されるオン・オフ信号のデューティ比の出力順序に基づいて、前記ディスクの回転方向を検出し、逆回転による前記オン・オフ信号を計数し、前記オン・オフ信号の計測値を補正して流量を計測する。

前記複数の磁石は、少なくとも１つ、あるいは、それぞれが前記センサから出力されるオン・オフ信号のデューティ比が異なるように異なる磁力で着磁されていることが望ましい。
さらに、前記逆回転による前記オン・オフ信号の計数値を別途記憶することにより、任意の時に、前記センサから出力されるオン・オフ信号の計測値を補正して流量を計測することができる。

以下、図面を参照して本発明の流量計に係る好適な実施形態について説明する。
本実施形態は、上述した膜式ガスメータに適用するものとし、膜式ガスメータの構成や作用については説明を省略する。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、回転磁界をセンサ（例えば、リードスイッチや磁気検出素子等）で検出し、ガスの流量を算出するガスメータにも適用可能である。

図１は、本実施形態に係る流量計における制御構成を示すブロック図であり、流量計は、マグネットディスク１８、マグネットディスク１８が発生する磁界を検出するリードスイッチ（センサ）１９、リードスイッチ１９からの出力信号に基づいてガス流量の積算を行ってメモリや表示装置に出力する制御部２０で構成されている。

このマグネットディスク１８には、４個のフェライト製の磁石が、回転軸を中心として等間隔に周設されている。この４個の磁石の着磁量は、それぞれ異なった磁力となるように調整しておく。特に、１個だけ他の３つと比較して着磁量を大きくすることによって、磁石の識別が容易になる。本実施形態では、磁石を４個周設するものとしているが、２個以上を設けるものとしても構わない。

リードスイッチ１９は、制御部２０から電力が供給されたときに、流量計にガスが流入することによって回転したマグネットディスク１８上の磁石による磁界の変化をパルス信号として制御部２０に出力する。

制御部２０は、ＩＤ検出部２１、パターン比較部２２、積算値補正部２３、積算処理部２４から構成される。また、不揮発性メモリに、デューティ比記憶部２５、ＩＤ累積記憶部２６、補正値記憶部２７、積算値記憶部２８を構成する。

まず、デューティ比記憶部２５について説明する。
図２は、ガスが流れたときのリードスイッチ１９のパルス信号を示したものである。このように、各磁石の着磁量が異なるためリードスイッチ１９が出力するパルス信号の波形は、異なってくるものであり、このパルス信号の波形を識別することによって、リードスイッチ１９で出力したパルス信号が４つの磁石のうちいずれの磁石のときに出力したものであるかを決定することができる。

本実施形態では、各パルス信号のデューティ比を用いて波形の相違を識別する。
ここで、デューティ比Ｄは、パルス幅ａ＝オン時間の幅、ｂ＝オフ時間の幅、周期Ｔ＝（ａ＋ｂ）として以下の式で求める（図３）。
Ｄ＝ａ／Ｔ＝ａ／（ａ＋ｂ）＝（オン時間の幅）／（オン時間の幅＋オフ時間の幅）

したがって、デューティ比記憶部２５には、予め、流量計内部でマグネットディスク１８を正流方向に１回転させて、このときのリードスイッチ１９のパルス信号から算出したデューティ比を各磁石の識別子（ＩＤ）に対応させて記憶しておく。

本実施形態の場合には、４個のマグネットがあることから、４つのデューティ比が正流方向の順番に記憶され、さらに、４つのデューティ比に対応する磁石１から磁石４に対するＩＤが回転順に「１」〜「４」と記憶される（図４）。（以下の説明では、デューティ比記憶部２５に記憶されたＩＤを順に並べたものをパターンと呼ぶことにする。）

制御部２０は、リードスイッチ１９に定期的に電力を供給し、リードスイッチ１９が出力したパルス信号を受け取ると、積算処理部２４でパルスの回数を積算させるとともに、ＩＤ検出部２１、パターン比較部２２、積算値補正部２３を動作させて、パルス信号列に基づいてパルス回数の補正値を算出して、積算処理部２４で算出したパルス回数を補正させる。

積算処理部２４は、リードスイッチ１９からのパルス信号を受け取るたびに積算値記憶部２８をカウントアップする。この積算値記憶部２８のカウント値に基づいてガス流量が計算される。

ＩＤ検出部２１は、リードスイッチ１９が出力したパルス信号のデューティ比を算出し、このデューティ比がデューティ比記憶部２５のいずれに格納されているかを比較し、同じデューティ比に対応するＩＤを取得して、出現順にＩＤ累積記憶部２６に累積して、処理完了信号を出力する。（以下の説明では、ＩＤ累積記憶部２６に記憶されているＩＤを順に並べたものをＩＤ列と呼ぶ。）

パターン比較部２２は、マグネットディスク１８が１回転したか否かを判定し、１回転していないと判定したときには、処理完了信号を出力し、また、１回転したと判定したときには、１回転に要したＩＤの個数から４を引いた数を補正値記憶部２７に加算し、ＩＤ累積記憶部２６をクリアして、処理完了信号を出力する。

次に、マグネットディスク１８が１回転したか否かの判定処理について説明する。
例えば、常時、ガスが流れている場合には、４つの磁石は次のように回転する。
流れ１のＩＤ列： １→２→３→４→１→２→３→４→…

しかし、マグネットディスク１８が途中で逆回転して、次のような順番になったものとする。
流れ２のＩＤ列： １→２→３→２→１→４→１→２→３→４→１→２→３→４→…
流れ３のＩＤ列： １→２→３→４→１→４→３→２→３→４→１→２→３→４→…

上記のいずれの場合にも、実際に供給されたガス量は同一であるが、検出するパルス信号の数は、流れ１が８に対して、流れ２および流れ３が１４と一致していない。

流れ２の場合には、「…３→２→１→４→１→２→３…」のように「３」から次の「３」に戻るまでの６つのパルスについて無視することによって、１４−６＝８となり、流れ１と同じパルス数になる。

また、流れ３の場合には、「…１→４→３→２→３→４→１…」のように「１」から次の「１」に戻るまでの６つのパルスについて無視することによって、１４−６＝８となり、流れ１と同じパルス数になる。

したがって、マグネットディスクが１回転したかを調べるには、ＩＤ累積記憶部２６に累積したＩＤの出現順（位相列）がパターン（「１→２→３→４」）となっているか否かを調べればよい。

流れ１の場合には、「１→２→３→４」で１回転となり、流れ２の場合には、「１→２→３→２→１→４→１→２→３→４」で１回転となり、流れ３の場合には、「１→４→３→２→３→４→１→２→３→４」で１回転となっている。
よって、それぞれの余分なパルス数（補正値）は、「４−４＝０」、「１０−４＝６」、「１０−４＝６」と計算できる。

積算値補正部２３は、積算値記憶部２８の値から補正値記憶部２７の値を差し引いて、積算値記憶部２８を更新し、補正値記憶部２７をクリアして、処理完了信号を出力する。

以上のように構成することにより、１個のリードスイッチで流量を検出できるため流量計のコストが抑えられ、且つ、実際に供給されたガス量と流量計内部で計測した積算値とのずれがなくなり、正確な流量計測が可能となる。

また、上述の実施形態では、マグネットディスクが１回転したことを判断して、積算値の補正を行っていたが、２回転以上連続してパターンの一致が確認された後に補正することによって、さらに、確実で高精度な流量計測が可能となる。

＜変形例＞
また、上述の実施形態では、パルス信号が検出されるたびにマグネットディスクが１回転したかを判定していたが、次のように動作させてもよい。
まず、ガスの流れがゼロになるまで、ＩＤ検出部２１を動作させてパルス信号のデューティ比を算出してＩＤを検出し、そのＩＤをＩＤ累積記憶部２６累積させておく。

そして、ガスの流れがゼロになった時に、パターン比較部２２によって、補正値を算出して補正値記憶部２７に格納するとともに、ＩＤ累積記憶部２６をクリアする。
この補正値は、ＩＤ累積記憶部２６に記憶されたＩＤの数から、パターン（デューティ比記憶部２５のＩＤの並び）と一致した回数に４（磁石の個数）を掛けた数だけ差し引くことによって求めることができる。

次に、ガス使用者がガスを使用して、ガスが流れ始めたことをリードスイッチ１９からのパルス信号により判定して、積算値補正部２３を動作させて、積算値記憶部２８の内容から補正値記憶部２７の内容を差し引く。
これにより、積算を再開すると同時に補正値をも反映することができるので、ガス使用者に不信感を与えずに、正確な流量計測が可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で各種の変形、修正が可能であるのは勿論である。例えば、上述の実施形態の制御部の機能をプログラムによりソフトウェア的に構成すれば、上記の効果に加え、安価かつ簡単に実現することができる効果がある。

実施形態の制御部の制御構成を示すブロック図である。 パルス信号の波形を説明する図である。 デューティ比を説明する図である。 位相記憶部のデータ構成を説明する図である。 ガスメータにおける積算機構の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１７…回転軸、１８…マグネットディスク、１８ａ〜１８ｄ…磁石１〜磁石４、１９…リードスイッチ（センサ）、２０…制御部、２１…ＩＤ検出部、２２…パターン比較部、２３…積算値補正部、２４…積算処理部、２５…デューティ比記憶部、２６…ＩＤ累積記憶部、２７…補正値記憶部、２８…積算値記憶部。

Claims (4)

1. 複数の磁石を均等間隔で周設したディスクを通過流体によって回転させ、当該ディスクの回転による磁力変化を検出するセンサを備え、当該センサからの出力されるオン・オフ信号の計測値に基づいて流量を計測する流量計であって、前記複数の磁石は、前記センサから出力されるオン・オフ信号のデューティ比が異なるように異なる磁力で着磁された磁石を含み、前記センサから出力されるオン・オフ信号のデューティ比の出力順序に基づいて、前記ディスクの回転方向を検出し、逆回転による前記オン・オフ信号を計数し、前記オン・オフ信号の計測値を補正して流量を計測することを特徴とする流量計。
2. 請求項１に記載の流量計において、前記複数の磁石は、それぞれが前記センサから出力されるオン・オフ信号のデューティ比が異なるように異なる磁力で着磁されていることを特徴とする流量計。
3. 請求項１に記載の流量計において、前記複数の磁石のうち少なくとも１つの磁石は、前記センサから出力されるオン・オフ信号のデューティ比が異なるように異なる磁力で着磁されていることを特徴とする流量計。
4. 請求項１、２または３に記載の流量計において、前記逆回転による前記オン・オフ信号の計数値を別途記憶することを特徴とする流量計。

Images