JP2010286250A - 流量計測制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測制御部分を独立したデバイスとする際においても、自動的に高精度流量計測と低消費電力流量計測を切替えることにより消費電力を低減した流量計測制御装置を提供する。
【解決手段】流路１０を通過する気体および流体の流速を伝搬時間差判定手段２２により下流側伝搬時間と上流側伝搬時間の差を判定し、気体および流体の流速が一定量未満と判定した場合は、低消費電力計測手段２４による計測を行う。気体および流体の流速が一定量以上あると判定した場合は、高精度計測手段２３による計測を行うことで、気体および流体の流量がない場合は、低消費力計測手段２４により消費電力の低い計測手段で計測をおこない、気体および流体の流量がある場合は、高精度計測手段２３により計測精度をあげて計測することができ、計測部分を独立したデバイスとしてもシステムとして消費電力を低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスなどの流体の流量を測定する流量計測装置に関するものである。

気体や液体の如き流体の流量や流速を測定する装置には多くの方式が知られている。特にエレクトロニクス技術の進歩により信頼性の高い超音波を利用する流速・流量測定装置の開発が目覚しい。そして超音波を利用した流速・流量測定装置は燃料ガスメータ（ガスメータ）。工業用計測器、医療用の血圧計、海洋や大気中の流速測定など多方面にわたる活用分野がある。この超音波を利用する流速・流量測定装置には直接超音波を利用する場合のみならず、他の測定原理に基づく測定装置の検出部として間接的に利用する場合がある。

ガスメータの場合、例えばガス器具消し忘れ等によるガス使用の異常検出または地震等による異常検知した場合に、遮断弁によりガス流路を閉止してガス供給を停止した後、自動で遮断弁の開放を行い一定時間通常の計測間隔より短い間隔で測定する高精度計測手段で流量計測を行うことにより安全を瞬時に判定することができる（例えば、特許文献１参照）。

また、高精度流量計測手段と、低消費電力流量計測手段と、前記高精度流量計測手段と前記低消費電力流量計測手段の少なくとも一方の流量計測手段の計測流量によって前記流量計測手段を切り替える計測切替手段を備えた構成とすることで、複数の流量計測手段を切り替えて使用することができ、精度の高い流量計測と、低消費電力の流量計測を両立して実現している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１５６２６０号公報 特開２００４−２７１４９０号公報

流量計測装置は、高精度流量計測と低消費電力流量計測を任意に切替え、家庭用の流量計測装置（ガスメータ、水道メータ）においては、ユーザーにて使用される際に低消費電力かつ高精度の計測装置を実現されているが、計測部分を独立して計測器メーカーに納入する際には、流量計算に必要な流路定数が計測器メーカー毎に異なるため、実際の流量がわからないため一定周期に伝搬時間を計測器メーカー側のコントローラーに通信し計測器メーカーが流量を計算する。このシステムでは、ユーザーにて流体を使用される流量がわからないので高精度流量計測と低消費電力流量計測の切替えができない。また、流量が流れていなくても一定周期に伝搬時間を計測器メーカー側のコントローラーに通信する必要があり、低消費電力かつ高精度の計測装置の提供がなされていなかった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、計測制御部分を独立したデバイスとする際においても、自動的に高精度流量計測と低消費電力流量計測を切替えることにより消費電力を低減した流量計測制御装置を提供する。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測制御装置は、流体が通過する流路
の上流と下流に対向して配置された一対の超音波センサと前記超音波センサを駆動する超音波センサ駆動部とからなる計測部を制御する流量計測制御装置において、
前記超音波センサの一方を駆動する為の駆動信号を前記超音波センサ駆動部に送信すると共に、前記超音波センサの他方からの信号を受信することで前記流路を通過する流体の伝搬時間を計測する伝搬時間演算手段と、前記超音波センサ駆動部への駆動信号の送信回数を多くして高精度で計測する高精度計測手段と、前記超音波センサ駆動部への駆動信号の送信回数を少なくして消費電流を抑えて計測する低消費電力計測手段と、上流側に配置された超音波センサを駆動させ超音波を出力して下流側の超音波センサで受信した時の伝搬時間と、下流側に配置された超音波センサを駆動させ超音波を出力して上流側の超音波センサで受信した時の伝搬時間との差が所定値以上であれば前記高精細計測手段、所定値未満であれば前記低消費電力計測手段にて計測させる伝搬時間差判定手段とからなるものである。

これによって、伝搬時間差判定手段により上流から下流の伝搬時間と下流から上流までの伝搬時間の差を判定して所定値以上であれば前記高精細計測手段、所定値未満であれば前記低消費電流計測手段に切替えることで、計測部分を独立したデバイスとしても計測対象の流体の流れが大きいときは、高精細計測手段、計測対象の流体の流れが小さいときは、低消費電力計測手段に切替えて計測することができる。

本発明により、超音波センサを備える計測部とこの計測部を制御する流量計測制御装置とを独立させても、伝搬時間の差を判定して所定値以上であれば前記高精細計測手段、所定値未満であれば前記低消費電流計測手段に自動的に切替えることにより消費電力を低減することが可能となる。

本発明の実施の形態における流量計測制御装置の概略図 本発明の実施の形態１における流量計測制御装置のシステム構成図 本発明の実施の形態２における流量計測制御装置のシステム構成図

第１の発明は、流体が通過する流路の上流と下流に対向して配置された一対の超音波センサと前記超音波センサを駆動する超音波センサ駆動部とからなる計測部を制御する流量計測制御装置において、
前記超音波センサの一方を駆動する為の駆動信号を前記超音波センサ駆動部に送信すると共に、前記超音波センサの他方からの信号を受信することで前記流路を通過する流体の伝搬時間を計測する伝搬時間演算手段と、前記超音波センサ駆動部への駆動信号の送信回数を多くして高精度で計測する高精度計測手段と、前記超音波センサ駆動部への駆動信号の送信回数を少なくして消費電流を抑えて計測する低消費電力計測手段と、上流側に配置された超音波センサを駆動させ超音波を出力して下流側の超音波センサで受信した時の伝搬時間と、下流側に配置された超音波センサを駆動させ超音波を出力して上流側の超音波センサで受信した時の伝搬時間との差が所定値以上であれば前記高精細計測手段、所定値未満であれば前記低消費電力計測手段にて計測させる伝搬時間差判定手段とからなるもので、伝搬時間差判定手段により上流から下流の伝搬時間と下流から上流までの伝搬時間の差を判定して所定値以上であれば前記高精細計測手段、所定値未満であれば前記低消費電流計測手段に切替えることで、計測制御部分を独立したデバイスとしても計測対象の流体の流れが大きいときは、高精細計測手段、計測対象の流体の流れが小さいときは、低消費電力計測手段に切替えて計測することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、伝搬時間データを送信する通信手段Ａと、
前記伝搬時間データを受信する通信手段Ｂと、伝搬時間差判定手段により上流から下流の伝搬時間と下流から上流までの伝搬時間の差が所定値以上であれば前記通信手段Ａで伝搬時間データを送信する通信開始判定手段と、前記通信手段Ｂにより受信した伝搬時間と流路固有の流路定数から流路内を流れる流量を算出する流量演算部と、前記流量演算部により算出した流量値を積算する流量積算部とを備えることにより、通信開始判定手段により上流から下流の伝搬時間と下流から上流までの伝搬時間の差を判定して所定値以上であれば通信をおこない、所定値未満であれば通信を行わないことで伝播時間を測定する計測制御部と流量を演算し積算するメイン制御部とが独立したシステムにおいても、消費電力を低減することができる。

第３の発明は、流体が通過する流路の上流と下流に対向して配置された一対の超音波センサと前記超音波センサを駆動する超音波センサ駆動部とからなる計測部を制御する流量計測制御装置において、
前記超音波センサの一方を駆動する為の駆動信号を前記超音波センサ駆動部に送信すると共に、前記超音波センサの他方からの信号を受信することで前記流路を通過する流体の伝搬時間を計測する伝搬時間演算手段と、前記超音波センサ駆動部への駆動信号の送信回数を多くして高精度で計測する高精度計測手段と、前記超音波センサ駆動部への駆動信号の送信回数を少なくして消費電流を抑えて計測する低消費電力計測手段と、前記超音波センサ間の超音波の伝播時間と擬似流路定数から流量を算出する第１の流量演算部と、前記第１の流量演算部より算出された流量が所定量以上であれば前記高精細計測手段、所定流量未満であれば前記低消費電力計測手段にて計測させる流量判定部とを備えることにより、計測制御部分を独立したデバイスとしても擬似流路定数から流量を算出する流量演算部により計測対象の流体の流れが大きいときは、高精細計測手段、計測対象の流体の流れが小さいときは、低消費電力計測手段に切替えて計測することができる。

第４の発明は、特に第３の発明において、伝搬時間データを送信する通信手段Ａと、前記伝搬時間データを受信する通信手段Ｂと、第１の流量演算部より算出された流量が所定流量以上であれば前記通信手段Ａで伝搬時間データを送信する通信開始判定手段と、前記通信手段Ｂにより受信した伝搬時間と流路固有の流路定数から流路内を流れる流量を算出する第２の流量演算部と、前記第２の流量演算部により算出した流量値を積算する流量積算部とを備えることにより、擬似流路定数から流量を算出する第１の流量演算部により計測対象の流体の流れが、所定量以上であれば通信をおこない、所定量未満であれば通信を行わないことで伝播時間を測定する計測制御部と流量を演算し積算するメイン制御部から独立したシステムにおいても、消費電力を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の流量計測制御装置を用いたガスメータ装置の概要を示す概略図である。図２は、本発明の第１の実施の形態を示す流量計測制御装置のシステム構成図である。ガスメータ装置１００は、計測部１１と、ガスメータ制御部２００で構成されている。

ガスメータ装置１００は、図示したように各家庭のガス供給管の入り口部分に設置され、家庭内のガス器具において使用される被計測流体たるガス流量、使用量を計測するものである。ガスメータ制御部２００は、計測部１１と有線によって接続され、ガスメータ装置１００のガス使用量を計測するものである。ガスメータ制御部２００は、計測制御部６とメイン制御部７とを備える。

図２に示されるように計測制御部６は、計測部１１と、伝搬時間演算手段２１と、伝播
時間差判定手段２２と、高精度計測手段２３と、低消費電力計測手段２４と、通信開始判定手段２５と、通信手段Ａ２６とを備える。

メイン制御部７は、通信手段Ｂ２７と、第１の流量演算部２８と、流量積算部２９と、流路定数を備える。

流路１０は、各家庭のガス供給管に接続された流入路１と、家庭用のガス器具に接続された流出路２との間に設けられている。そして、流路１０の途中には、流路１０を流れるガスの速度（流速）を計測する計測部１１を備える。

超音波センサ３と超音波センサ４は、超音波センサで超音波の送信と受信ができる。超音波センサ３は流路１０の上流側位置に、超音波センサ４は流路１０の下流位置に設置する。

超音波センサ駆動部５は、超音波センサ３と超音波センサ４を駆動する。超音波センサ３より超音波を送信した際は超音波センサ４にて受信する。また、超音波センサ４より超音波を送信した際には超音波センサ３にて受信する。

伝搬時間演算手段２１は、超音波センサ３より送信開始してから超音波センサ４が受信するまでの伝搬時間（以後、上流側伝搬時間と記載する）と、超音波センサ４より送信開始してから超音波センサ３が受信するまでの伝搬時間（以後、下流側伝搬時間と記載する）を演算する手段である。

伝搬時間差判定手段２２は、伝搬時間演算手段２１により演算した下流側伝搬時間と上流側伝搬時間の差を判定して高精度計測手段２３による計測をおこなうのか、低消費電力計測手段２４による計測をおこなうのかを判定する手段である。

高精度計測手段２３は、伝搬時間を計測する手法のシングアラウンド手法の計測回数を増やす等により高精度にガスの流速を計測する手段である。
低消費電力計測手段２４は、シングアラウンド手法の計測回数を最小限とし消費電力を低減しガスの流速を計測する手段である。

通信開始判定手段２５は、計測制御部６から計測した伝搬時間をメイン制御部７に送信するかどうかを判定する手段である。通信手段Ａ２６は、計測制御部６とメイン制御部７間のデータ通信する手段であり、計測制御部６に設け送受信することができる。通信手段Ｂ２７は、計測制御部６とメイン制御部７間のデータ通信する手段であり、メイン制御部７に設け送受信することができる。流路定数は、流路１０固有の定数であり流量の形状により異なる定数である。

第１の流量演算部２８は、伝搬時間と流路定数から流路１０内を流れる流量を以下の式（１）より演算する。

Ｒ＝（１／Ｔ１−１／Ｔ２）×Ｋ・・・・（１）
Ｒ：流量、Ｔ１：上流側伝搬時間、Ｔ２：下流側伝搬時間、Ｋ：流路定数
流量積算部２９は、流量演算部３０で演算した流量を積算してカウントする。

以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。

ガス供給管の流入路１を通過する気体および流体は、流路１０内の計測部１１を通過し流出路２へと流れ、計測部１１の超音波センサ駆動部５により超音波センサ３と超音波セ
ンサ４を駆動し伝搬時間演算手段２１より伝搬時間を演算する。伝搬時間差判定手段２２は、流入路１を通過する気体および流体の流速により、下流側伝搬時間と上流側伝搬時間の差を判定する、気体および流体の流速が一定量未満と判定した場合は、低消費電力計測手段２４による計測を行う。気体および流体の流速が一定量以上あると判定した場合は、高精度計測手段２３による計測を行うことで、計測制御部６がメイン制御部７から独立したシステムにおいても、気体および流体の流量がない場合は、低消費力計測手段２４により消費電力の低い計測手段で計測をおこない、気体および流体の流量がある場合は、高精度計測手段２３により計測精度をあげて計測することができ、消費電力を低減することができる。

また、本実施の形態では、ガス供給管の流入路１を通過する気体および流体は、流路１０内の計測部１１を通過し流出路２へと流れる。計測部１１の超音波センサ駆動部５により超音波センサ３と超音波センサ４を駆動し伝搬時間演算手段２１より伝搬時間を演算する。通信開始判定手段２５は、伝搬時間差判定手段２２からの下流側伝搬時間と上流側伝搬時間の差より、気体および流体の流速が一定量未満と判定した場合は、通信をおこなわず、気体および流体の流速が一定量以上あると判定した場合は、計測制御部６からメイン制御部７に通信を行うことで、計測制御部６がメイン制御部７から独立したシステムにおいても、気体および流体の流量がない場合は、計測制御部６からメイン制御部７に通信を行わずに消費電力を低減し、気体および流体の流量がある場合は、通信を行うことでシステムとして消費電力を低減することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す流量計測制御装置のシステム構成図である。なお、実施の形態１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

ここで、擬似流路定数３１は、実際の流路とは異なっているが擬似で固定値として予め決定した値を設定できるようにする。第１の流量演算部３２は、擬似流路定数３１を使い前述の式（１）と同様の演算をおこなう手段である。

流量判定部３３は、第１の流量演算部３２により演算した流量により計測制御部６から計測した伝搬時間をメイン制御部７に送信するかどうかを判定する手段である。

流量積算部２９は、第２の流量演算部２８で演算した流量を積算してカウントする。

以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。

図において、ガス供給管の流入路１を通過する気体および流体は、流路１０内の計測部１１を通過し流出路２へと流れる。計測部１１の超音波センサ駆動部５により超音波センサ３と超音波センサ４を駆動し伝搬時間演算手段２１より伝搬時間を演算する。第１の流量演算部３２は、伝搬時間演算部２１の算出した伝搬時間と擬似流路定数３１による流路定数から前述の式（１）に基づき気体および流体の流量を計算する。流量判定部３３は、前記第１の流量演算部３２より算出した気体および流体の流速が一定量未満と判定した場合は、低消費電力計測手段２４による計測を行う。気体および流体の流速が一定量以上あると判定した場合は、高精度計測手段２３による計測を行うことで、計測制御部６とメイン制御部７を分離したシステムにおいても、気体および流体の流量がない場合は、低消費力計測手段２４により消費電力の低い計測手段で計測をおこない、気体および流体の流量がある場合は、高精度計測手段２３により計測精度をあげて計測することができ、計測制御部６がメイン制御部７から独立したシステムにおいても、消費電力を低減することができる。

また、本実施の形態では、ガス供給管の流入路１を通過する気体および流体は、流路１０内の計測部１１を通過し流出路２へと流れる。計測部１１の超音波センサ駆動部５により超音波センサ３と超音波センサ４を駆動し伝搬時間演算手段２１より伝搬時間を演算する。通信開始判定手段２５は、前記流量判定部３３より算出した気体および流体の流速が一定量未満と判定した場合は、通信手段Ａ２６からメイン制御部７の通信手段Ｂ２７に伝搬時間データを送信せず、気体および流体の流速が一定量以上あると判定した場合は、計測制御部６からメイン制御部７に通信を行い、気体および流体の流量がない場合は、計測制御部６からメイン制御部７に通信を行わずに消費電力を低減し計測制御部６がメイン制御部７から独立したシステムにおいても消費電力を低減することができる。

以上のように、本発明にかかる流量計測装置は、伝搬時間差判定手段により上流から下流の伝搬時間と下流から上流までの伝搬時間の差を判定して所定値以上であれば前記高精細計測手段、所定値未満であれば前記低消費電流計測手段に切替えることで計測対象の流体の流れが大きいときは、高精細計測手段、計測対象の流体の流れが小さいときは、低消費電力計測手段に切替えて計測すること消費電力を低減することができる。また、伝搬時間の差を判定して所定値以上の時にだけ、伝搬時間を計測器メーカー側のコントローラーに通信することにより消費電力を低減した流量計測装置を提供することが可能となり、ガスメータ等の流量計測装置に適用できる。 計測部分を独立したデバイスとして計測器メーカーに供給してメータを製造するようなシステムにおいても消費電力を低減することができる。

３、４ 超音波センサ
５ 超音波センサ駆動部
６ 計測制御部
１０ 流路
１１ 計測部
２１ 伝搬時間演算手段
２２ 伝搬時間差判定手段
２３ 高精度計測手段
２４ 低消費電力計測手段
２５ 通信開始判定手段
２６ 通信手段Ａ
２７ 通信手段Ｂ
２８ 第２の流量演算部
２９ 流量積算部
３０ 流量演算部
３１ 擬似流路定数
３２ 第１の流量演算部
３３ 流量判定部
１００ ガスメータ装置
２００ ガスメータ制御部（流量計測制御装置）

Claims (4)

1. 流体が通過する流路の上流と下流に対向して配置された一対の超音波センサと前記超音波センサを駆動する超音波センサ駆動部とからなる計測部を制御する流量計測制御装置において、
   前記超音波センサの一方を駆動する為の駆動信号を前記超音波センサ駆動部に送信すると共に、前記超音波センサの他方からの信号を受信することで前記流路を通過する流体の伝搬時間を計測する伝搬時間演算手段と、前記超音波センサ駆動部への駆動信号の送信回数を多くして高精度で計測する高精度計測手段と、前記超音波センサ駆動部への駆動信号の送信回数を少なくして消費電流を抑えて計測する低消費電力計測手段と、上流側に配置された超音波センサを駆動させ超音波を出力して下流側の超音波センサで受信した時の伝搬時間と、下流側に配置された超音波センサを駆動させ超音波を出力して上流側の超音波センサで受信した時の伝搬時間との差が所定値以上であれば前記高精細計測手段、所定値未満であれば前記低消費電力計測手段にて計測させる伝搬時間差判定手段とからなる流量計測制御装置。
2. 伝搬時間データを送信する通信手段Ａと、前記伝搬時間データを受信する通信手段Ｂと、伝搬時間差判定手段により上流から下流の伝搬時間と下流から上流までの伝搬時間の差が所定値以上であれば前記通信手段Ａで伝搬時間データを送信する通信開始判定手段と、前記通信手段Ｂにより受信した伝搬時間と流路固有の流路定数から流路内を流れる流量を算出する流量演算部と、前記流量演算部により算出した流量値を積算する流量積算部とを備える請求項１記載の流量計測制御装置。
3. 流体が通過する流路の上流と下流に対向して配置された一対の超音波センサと前記超音波センサを駆動する超音波センサ駆動部とからなる計測部を制御する流量計測制御装置において、
   前記超音波センサの一方を駆動する為の駆動信号を前記超音波センサ駆動部に送信すると共に、前記超音波センサの他方からの信号を受信することで前記流路を通過する流体の伝搬時間を計測する伝搬時間演算手段と、前記超音波センサ駆動部への駆動信号の送信回数を多くして高精度で計測する高精度計測手段と、前記超音波センサ駆動部への駆動信号の送信回数を少なくして消費電流を抑えて計測する低消費電力計測手段と、前記超音波センサ間の超音波の伝播時間と擬似流路定数から流量を算出する第１の流量演算部と、前記第１の流量演算部より算出された流量が所定量以上であれば前記高精細計測手段、所定流量未満であれば前記低消費電力計測手段にて計測させる流量判定部とを備える流量計測制御装置。
4. 伝搬時間データを送信する通信手段Ａと、前記伝搬時間データを受信する通信手段Ｂと、第１の流量演算部より算出された流量が所定流量以上であれば前記通信手段Ａで伝搬時間データを送信する通信開始判定手段と、前記通信手段Ｂにより受信した伝搬時間と流路固有の流路定数から流路内を流れる流量を算出する第２の流量演算部と、前記第２の流量演算部により算出した流量値を積算する流量積算部とを備える請求項３記載の流量計測制御装置。

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