JP2012145452A - 流量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 推量式ガスメータ等のシングアラウンド法を利用した流量計測装置において、脈動の影響をより一層有効に軽減し、流量計測の精度のさらなる向上を図る。
【解決手段】 流量計測装置の計測制御部は、計測ブロック分割部により、サンプリング周期Ｔｃを、Ｎ個（ただしＮ≧３）の等間隔な計測ブロックＴｂに分割して当該計測ブロックＴｂ毎に流量計測部に流量計測を行わせる。また、計測ブロック選択部により、全ての計測ブロックＴｂを、Ｍ個（ただしＭ＜Ｎ）の計測対象ブロックＴｂ１およびＬ個（ただしＬ＝Ｎ−Ｍ）の計測除外ブロックＴｂ２に区分する。流量計測部の流量算出部は、サンプリング周期Ｔｃ毎に、Ｎ個の計測対象ブロックＴｂ１のみで得られた流量値の平均値を、当該サンプリング周期Ｔｃの流量値として算出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、超音波を利用してガス等の流体の流量を計測する流量計測装置に関し、特に、記流量計測のための最少の時間単位として設定されているサンプリング周期毎に、流量計測を行う流量計測装置に関する。

超音波を用いて流体の流量を計測する流量計測装置の一つとして、シングアラウンド法（伝搬速度差法）を利用したものが知られている。シングアラウンド法では、流量計測の対象となる流路（計測流路）の上流側および下流側のそれぞれに超音波送受波器を設け、パルス状の超音波を交互に送受信させる。これにより、順方向および逆方向それぞれの伝搬時間の差から流体の流速を測定することができるので、当該流速と計測流路の管径とを利用して流体の流量を計測することができる。

シングアラウンド法を利用した流量計測装置の具体例としては、典型的には、推量式（あるいは推測式）ガスメータが挙げられる。推量式ガスメータは、一般に、計測流路となる配管内でガスの流量を間欠的にサンプリング計測し、その計測値の平均値を算出して積算することで、ガス使用量（流量積算値）を取得する構成となっている。なお、サンプリング計測は、基本的に、予め設定されているサンプリング周期毎に１回行われる。つまり、サンプリング周期とは、流量計測のための最少の時間単位として設定されている周期である。

前記構成の推量式ガスメータは、従来の実容量式（実測式）ガスメータ（例えば膜式ガスメータ）と比較して、流量計測のための機械的稼働部を備える必要がない。それゆえ、部品点数を削減することができるので、小型化および低コスト化が可能となっている。

ところで、ガスは、水等の液体とは異なり圧縮可能な流体であるため、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）等のポンプ、給湯器等のガス利用機器、あるいは前記実容量式ガスメータ等のように、ガスを圧縮させる機器を通過する過程で、ガス流に脈動が生じやすい。推量式ガスメータにおいては、この脈動がサンプリング周期に重なると、ガスの流量計測に誤差が生じることが知られている。

特に脈動が周期的に生じると、脈動の周期とサンプリング周期とが一致または近接していたり、脈動の周期がサンプリング周期の整数倍となっていたりすれば、ガスの流量値として脈動のピーク値のみまたはボトム値のみが計測されるおそれがある。このような場合には、ガスの流量値の誤差は相対的に大きなものとなり、さらに誤差を含む流量値が積算されれば、その積算値であるガス使用量が、現実の使用量から大きく外れたものとなってしまう。

そこで従来から、ガス流に脈動が生じても正確なガス流量値を得るための技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、計測期間の開始位相を所定の規則性に基づいて変化させる流量計測方法および流量計測装置が開示されている。具体的には、計測期間Ｔ同士の間毎に時間間隔Ｔｄを設け、複数の計測期間Ｔの開始タイミングの周期または位相を、実測された脈動の周期または位相と異なるように、予め定められた所定の規則性に基づいて変化させている。

特開２００１−１７４３０６号公報

ところで近年では、ガスメータの検針に通信ネットワークが利用されつつあることから、ガスメータに種々の通信機能を付与する技術が提案され、また実用化されている。シングアラウンド法を利用した推量式ガスメータは、超音波の送受信によって数秒でガスの流量計測を行うことが可能である上に、計測された流量値をデジタルデータとして取得することができるため、通信機能を介して各種ネットワークに接続したり他の機器に接続してシステムを構成したりすることが可能となっている。

特に、ネットワーク接続あるいはシステム化によって推量式ガスメータをガス漏れ警報機あるいは他の警報機器に連動させれば、当該推量式ガスメータは、種々の保安機能を具備することも可能となる。このような使用状況に対応すべく、推量式ガスメータに対しては、より高い精度での流量計測が要求されつつある。

これまでの使用状況であれば、特許文献１に開示の技術を用いることで、脈動の影響を有効に軽減する推量式ガスメータを実現することが可能であった。しかしながら、特許文献１に開示の技術は、前記のとおり、個々のサンプリング周期において流量計測（計測期間Ｔ）の開始タイミングを時間間隔Ｔｄずらす構成である。それゆえ、この構成では、例えば、単発で発生する脈動、あるいは、想定とは異なる周期の脈動が発生する場合には、十分対応できない場合があり得る。したがって、今後想定される使用状況では、脈動の影響をさらに一層軽減させる必要が生じる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、推量式ガスメータ等のシングアラウンド法を利用した流量計測装置において、脈動の影響をより一層有効に軽減し、流量計測の精度のさらなる向上を図ることを目的とする。

本発明に係る流量計測装置は、上記の課題を解決するために、測定対象となる流体が流れる計測流路に交差して対向配置される一対の超音波送受信器を含み、前記超音波送受信器の間で超音波を送受信することにより前記流体の流量計測を行う流量計測部と、前記流量計測のための最少の時間単位として設定されているサンプリング周期毎に、前記流量計測部に前記流量計測を行わせるよう制御する計測制御部と、を備え、当該計測制御部は、前記サンプリング周期を、Ｎ個（ただしＮ≧３）の等間隔な計測ブロックに分割して当該計測ブロック毎に前記流量計測部に前記流量計測を行わせるとともに、全ての計測ブロックを、Ｍ個（ただしＭ＜Ｎ）の計測対象ブロックおよびＬ個（ただしＬ＝Ｎ−Ｍ）の計測除外ブロックに区分し、前記流量計測部は、前記サンプリング周期毎に、Ｎ個の前記計測対象ブロックのみで得られた流量値の平均値を、当該サンプリング周期の流量値として算出するよう構成されている。

前記構成においては、前記計測制御部は、Ｌ＜Ｍとなるように前記計測対象ブロックおよび前記計測除外ブロックを区分するよう構成されてもよい。

前記構成においては、前記計測制御部は、前記計測除外ブロックでは前記流量計測部に前記流量計測を行わせないよう制御する構成であってもよい。

前記構成においては、前記計測制御部は、前記サンプリング周期内の前記計測対象ブロックおよび前記計測除外ブロックの配列順を、予め設定されている配列規則に基づいて、前記サンプリング周期毎に決定するよう構成されてもよい。

前記構成においては、前記計側制御部は、前記流量計測が前記計測対象ブロック毎にランダムなタイミングで行われるように、前記流量計測部を制御する構成であってもよい。

前記構成においては、前記流量計測部は、少なくとも、前記一対の超音波送受信器と、当該超音波送受信器の送受信を切り替える送受信切替部と、送信側となる前記超音波送受信器を、超音波の発信を行わせるように駆動する発信駆動部と、受信側となる前記超音波送受信器で受信した前記超音波を検出する超音波検出部と、前記一対の超音波送受信器の間で送受信される超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から前記流体の流量値を算出する流量算出部と、から構成されてもよい。

前記構成においては、前記流量算出部は、前記計測対象ブロック毎に流量値を算出して記憶する計測ブロック流量算出部と、前記サンプリング周期毎に、前記計測ブロック流量算出部で記憶された流量値の平均値を算出する、サンプリング周期流量算出部と、から構成されてもよい。

以上のように、本発明では、推量式ガスメータ等のシングアラウンド法を利用した流量計測装置において、脈動の影響をより一層有効に軽減し、流量計測の精度のさらなる向上を図ることができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る流量計測装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は、図１に示す流量計測装置におけるサンプリング周期および計測ブロックの構成例と脈動との関係を示すタイムチャートであり、（ｂ）は、従来の流量計測装置におけるサンプリング周期と脈動との関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２に係る流量計測装置の構成を示すブロック図である。 （ａ），（ｂ）は、図３に示す流量計測装置におけるサンプリング周期および計測ブロックの構成例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
［流量計測装置の構成］
本発明の実施の形態１に係る流量計測装置の構成について、図１を参照して具体的に説明する。本実施の形態に係る流量計測装置は、シングアラウンド法を利用した推量式ガスメータであり、測定対象となる流体はガスである。当該流量計測装置は、図１に示すように、流量計測部１０および計測制御部２０を備えている。

流量計測部１０は、一対の超音波送受信器１１，１２と、送受信切替部１３と、発信駆動部１４と、超音波検出部１５と、伝搬時間測定部１６と、流量算出部１７とを備えている。一対の超音波送受信器１１，１２は、測定対象のガスが流れる計測流路３０に交差して対向配置される。本実施の形態では、図１に示すように、計測流路３０に傾斜して交差するように、第一超音波送受信器１１および第二超音波送受信器１２が対向して配置されている。なお、計測流路３０内のガスの流れる方向を図中矢印Ｆとすると、第一超音波送受信器１１および第二超音波送受信器１２の対向方向は角度φで傾斜している。

第一超音波送受信器１１および第二超音波送受信器１２は、互いに超音波の送信および受信を行う。これら超音波送受信器１１，１２の具体的な構成は限定されず、超音波の送信および受信の双方を行うことができる公知の超音波発信素子を用いることができる。本実施の形態では、公知の圧電セラミック振動子が用いられる。

送受信切替部１３は、計測制御部２０の制御により一定の周期で一対の超音波送受信器１１，１２の送受信を切り替える。発信駆動部１４は、送信側に設定された超音波送受信器１１，１２の一方を駆動することにより、他方に向けて超音波を発信させる。超音波検出部１５は、受信側に設定された超音波送受信器１１，１２の一方で受信した超音波を検出する。

より具体的には、例えば、送受信切替部１３により、第一超音波送受信器１１が送信側に第二超音波送受信器１２が受信側に設定されていれば、発信駆動部１４は、第一超音波送受信器１１を駆動させ、第二超音波送受信器１２に向けて超音波を発信させる（図中双方向の矢印Ｓｓ参照）。第二超音波送受信器１２は、第一超音波送受信器１１から送信された超音波を受信し、当該超音波は超音波検出部１５により検出される。その後、送受信切替部１３により、第二超音波送受信器１２が送信側に第一超音波送受信器１１が受信側に設定されれば、同様の超音波の送受信および検出が行われる。

伝搬時間測定部１６は、超音波検出部１５で検出された超音波の伝搬時間を測定する。つまり、第一超音波送受信器１１が送信側に第二超音波送受信器１２が受信側に設定されている例であれば、第一超音波送受信器１１で発信された超音波が第二超音波送受信器１２で受信されるまでの時間を測定する。流量算出部１７は、伝搬時間測定部１６により検出された伝搬時間から、ガスの流量値を算出する。本実施の形態では、流量算出部１７は、計測ブロック流量算出部１７１とサンプリング周期流量算出部１７２とから構成されている。これら流量算出部１７１，１７２による流量の算出については後述する。

送受信切替部１３、発信駆動部１４、超音波検出部１５、伝搬時間測定部１６、および流量算出部１７の具体的な構成は特に限定されず、超音波発信素子の分野で公知の切替回路、駆動回路、受信回路、計測回路、演算回路等を好適に用いることができる。また、送受信切替部１３、発信駆動部１４、超音波検出部１５、伝搬時間測定部１６、および流量算出部１７は、それぞれ独立した回路等として構成されてもよいし、単一の基板上に実装されて一体的に構成されてもよい。あるいは、流量算出部１７がＣＰＵ等の演算素子およびメモリ等の記憶部であれば、送受信切替部１３、発信駆動部１４、超音波検出部１５および伝搬時間測定部１６の少なくとも一部の構成が、記憶部に格納されるプログラムに従って演算素子が動作することにより実現される構成、すなわち演算素子の機能構成となっていてもよい。

なお、流量計測部１０の具体的構成は、図１に示す構成に限定されず、公知の他の構成を採用することができる。したがって、本発明においては、流量計測部１０は、一対の超音波送受信器１１，１２の間で超音波を送受信することにより流体の流量計測を行うよう構成されていればよく、送受信切替部１３、発信駆動部１４、超音波検出部１５、伝搬時間測定部１６、および流量算出部１７の少なくとも一部を備えていない構成であってもよいし、これら以外の構成要素を備えている構成であってもよい。

計測制御部２０は、送受信制御部２１、サンプリング周期設定部２２、計測ブロック分割部２３、および計測ブロック選択部２４から構成されている。送受信制御部２１は、送受信切替部１３、発信駆動部１４、伝搬時間測定部１６、および流量算出部１７（具体的にはサンプリング周期流量算出部１７２）の動作を制御することにより、第一超音波送受信器１１および第二超音波送受信器１２の間で超音波を送受信させ、流量計測を行う。なお、超音波検出部１５（および計測ブロック流量算出部１７１）の構成によっては、これらの動作も送受信制御部２１により制御されてよい。

サンプリング周期設定部２２は、流量計測のための最少の時間単位であるサンプリング周期を設定する。送受信制御部２１は、設定されたサンプリング周期毎に送受信切替部１３等の動作を制御して超音波送受信器１１，１２の間で超音波を送受信させる。計測ブロック分割部２３は、サンプリング周期を複数の計測ブロックに分割する。計測ブロックは、等間隔の時間帯であって、計測ブロック分割部２３は、３つ以上の計測ブロックにサンプリング周期を分割する。計測ブロック選択部２４は、複数の計測ブロックのうち少なくとも一つを特定ブロックとして選択する。送受信制御部２１は、等間隔に分割されたサンプリング周期の下位周期といえる計測ブロックの中から前記特定ブロックを選択し、当該特定ブロックを除く計測ブロックそれぞれにおいて、超音波の送受信を行わせる。

計測制御部２０は、基本的に、サンプリング周期毎に、流量計測部１０に流量計測を行わせるように構成されていればよいが、ここでいう流量計測は、計測ブロック毎の流量計測で算出される流量値ではなく、サンプリング周期全体についての流量値である。前者のブロック流量値と称し、後者を周期流量値と称すれば、周期流量値は、単一のサンプリング周期におけるブロック流量値の平均値として算出される。

送受信制御部２１、サンプリング周期設定部２２、計測ブロック分割部２３、および計測ブロック選択部２４の具体的構成は特に限定されない。例えば、送受信制御部２１はＣＰＵ等の演算素子およびメモリ等の記憶部から構成され、サンプリング周期設定部２２、計測ブロック分割部２３、および計測ブロック選択部２４は、それぞれ公知のスイッチング素子、減算器、比較器等による論理回路等として構成されてもよい。あるいは、計測制御部２０がＣＰＵ等の演算素子で構成されていれば、送受信制御部２１、サンプリング周期設定部２２、計測ブロック分割部２３、および計測ブロック選択部２４は、計測制御部２０の機能構成であってもよい。この場合、演算素子が記憶部に格納されるプログラムに従って動作することにより、送受信制御部２１、サンプリング周期設定部２２、計測ブロック分割部２３、および計測ブロック選択部２４が実現される。

［サンプリング周期および計測ブロック］
次に、前述したサンプリング周期および計測ブロック、並びに、流量計測の方法（計測ブロック流量算出部１７１およびサンプリング周期流量算出部１７２の構成の説明も含む）について、図２（ａ），（ｂ）を参照して具体的に説明する。

特許文献１に開示される従来の流量計測装置（以下、従来の流量計測装置と称する。）においては、図２（ｂ）に示すように、一定の時間長のサンプリング周期Ｔｃ毎に、図中斜線の領域で示される流量計測動作時間Ｔｍで流量計測が１回行われる。なお、図２（ａ），（ｂ）のいずれも横軸は経過時間ｔを示し、サンプリング周期Ｔｃを帯状に図示している。本実施の形態では、例えば、サンプリング周期Ｔｃ＝２秒に設定され、流量計測動作時間Ｔｍ＝約２００ミリ秒に設定されている。

サンプリング周期Ｔｃは、前述したとおり、流量計測のための最少の時間単位として設定されるが、これは、推量式ガスメータの電源が外部給電ではなく内蔵型の電池であることによる。つまり、推量式ガスメータは、その使用条件から電源を電池とする必要があるので、消費電力が大きければ電池は短期間で消耗してしまう。それゆえ推量式ガスメータの消費電力は可能な限り削減する必要が生じる。一方、流量計測は、良好なガス流量値の精度を確保できる頻度で行われる必要がある。そこで、消費電力の削減および流量計測の精度を両立できるようにサンプリング周期Ｔｃが設定される。典型的なサンプリング周期Ｔｃは前記のとおり２秒に設定されているが、もちろんこれに限定されず、使用環境あるいは計測対象の流体に応じて異なる長さに設定することができる。

ここで、従来の流量計測装置では、前述したように、流量計測動作時間Ｔｍ（特許文献１では計測期間Ｔ）の開始タイミングを時間間隔Ｔｄずらすように制御している。この時間間隔Ｔｄを本実施の形態では遅延時間Ｔｄと称すれば、この遅延時間Ｔｄの長さは、図２（ｂ）に示すように、毎回のサンプリング周期Ｔｃで異なっているので、毎回のサンプリング周期Ｔｃにおいて流量計測がランダムに開始されていることになる。

ただし、従来の流量計測装置においては、遅延時間Ｔｄの最大値は、最大遅延時間Ｔｓ（例えばＴｓ＝３００ミリ秒）に設定されているので、言い換えれば、毎回のサンプリング周期Ｔｃにおいて、流量計測の開始タイミングは、０ミリ秒〜３００ミリ秒の範囲内となるように設定されていることになる。

このとき、図２（ｂ）の最下段に示すように、サンプリング周期Ｔｃと同期する脈動が発生したとする。図２（ｂ）に示す例では、脈動の立ち上がり時期が常に遅延時間Ｔｄに重なるため、流量計測の開始をランダムに変化させたとしても、流量計測動作時間Ｔｍが脈動に同期してしまう。これまでの使用環境では、従来の流量計測装置であっても実用に耐え得る良好な計測精度を確保できたが、今後想定される使用状況では、脈動の影響をさらに一層軽減させる必要が生じる。

これに対して、本実施の形態に係る流量計測装置は、図２（ａ）に示すように、計測制御部２０の計測ブロック分割部２３で、サンプリング周期Ｔｃを３つ以上の等間隔な計測ブロックＴｂ（図２（ａ）では４つ）に分割し、送受信制御部２１は、当該計測ブロックＴｂ毎に流量計測部１０に流量計測を行わせる。さらに、計測制御部２０の計測ブロック選択部２４は、１回のサンプリング周期Ｔｃを構成する全ての計測ブロックＴｂのうち少なくとも一つを特定ブロックとして選択している。

例えば、図２（ａ）における最初のサンプリング周期Ｔｃを拡大した上段に示すように、計測ブロック分割部２３によってサンプリング周期Ｔｃが４つの計測ブロックＴｂ（Ｔｂ＝０．５秒）に分割されており、計測ブロック選択部２４は、４つのうちの１つの計測ブロックＴｂを特定ブロックとして選択する。最初のサンプリング周期Ｔｃにおいては、３番目の計測ブロックＴｂが特定ブロックとして選択されている。

この特定ブロックは、流量計測部１０による流量計測を行わない「計測除外ブロックＴｂ２」として設定され、特定ブロック以外の計測ブロックは、流量計測を行う「計測対象ブロックＴｂ１」として設定される。そこで、送受信制御部２１は、１番目、２番目および４番目の計測ブロックＴｂ（計測対象ブロックＴｂ１）において流量計測部１０に流量計測を行わせるが、３番目の計測ブロックＴｂ（計測除外ブロックＴｂ２）では流量計測を行わせない。なお、図２（ａ）では、計測対象ブロックＴｂ１は「○」と表記された計測ブロックＴｂとして示し、計測除外ブロックＴｂ２は「×」と表記された計測ブロックＴｂとして示す。

そして、流量算出部１７のうち計測ブロック流量算出部１７１は、１番目、２番目および４番目の計測対象ブロックＴｂ１で計測されたガスの流量値を算出して記憶するが、３番目の計測除外ブロックＴｂ２では、そもそも流量計測がなされないのでガスの流量値を算出することもなく記憶もされない。その後、流量算出部１７のうちサンプリング周期流量算出部１７２は、送受信制御部２１からのサンプリング周期Ｔｃに関する情報を取得し、１番目、２番目および４番目の計測対象ブロックＴｂ１で流量計測された流量値を、計測ブロック流量算出部１７１から取得し、これらの平均値を算出して、当該平均値をサンプリング周期Ｔｃの流量値として取得する。

ここで、図２（ａ）では、合計５つのサンプリング周期Ｔｃを例示しているが、最初のサンプリング周期Ｔｃでは３番目の計測ブロックＴｂが計測除外ブロックＴｂ２として選択され、２番目のサンプリング周期Ｔｃでは２番目の計測ブロックＴｂが計測除外ブロックＴｂ２として選択され、３番目のサンプリング周期Ｔｃでは１番目の計測ブロックＴｂが計測除外ブロックＴｂ２として選択され、４番目のサンプリング周期Ｔｃでは４番目の計測ブロックＴｂが計測除外ブロックＴｂ２として選択され、５番目のサンプリング周期Ｔｃでは２番目の計測ブロックＴｂが計測除外ブロックＴｂ２として選択されている。

そして、図２（ａ）の最下段には、サンプリング周期Ｔｃと同期する脈動を示しているが、図２（ａ）から明らかなように、脈動と計測対象ブロックＴｂ１とは同期することがなく、計測対象ブロックＴｂ１により実質的にランダムに流量計測を行うことができる。これにより、従来よりも脈動の影響をより一層有効に軽減し、流量計測の精度のさらなる向上を図ることができる。

つまり、本発明においては、サンプリング周期Ｔｃで１回のみ流量計測を行うのではなく、サンプリング周期Ｔｃを複数の計測ブロックＴｂに分割し、そのうち流量計測に反映させない特定ブロック（計測除外ブロックＴｂ２）を選択することで、従来よりも一層ランダムな流量計測を行うことができる。言い換えれば、本実施の形態では、流量計測の回数は増加しているものの、サンプリング周期Ｔｃ毎に流量計測を間引くような制御を行っている。

図２（ａ）に示すように、計測ブロックＴｂはサンプリング周期Ｔｃを分割した下位の周期となっているが、これら計測ブロックＴｂの中から、各サンプリング周期Ｔｃについて所定の数（例えば１つ）計測ブロックＴｂを特定ブロックとして選択するので、結果的には、実質的にランダムな流量計測を行うことができる。一方、図２（ｂ）に示すように、従来では、サンプリング周期Ｔｃ毎に流量計測の開始時間をずらしているので、個々のサンプリング周期Ｔｃにおける流量計測の開始タイミングはランダムになる。ところが、連続するサンプリング周期Ｔｃ全体としてみれば、ランダムな開始タイミングは、サンプリング周期Ｔｃの開始から最大遅延時間Ｔｓまでの期間という、特定の周期内に収まっていることになる。それゆえ、従来よりも本発明の方が流量計測をより一層ランダムに行うことが可能となっている。

さらに、選択した特定ブロックを本実施の形態のように計測除外ブロックＴｂ２として流量計測を行わないようにすれば、流量計測部１０は、必要性の低い流量計測を行わないことになるので、流量計測の増加が実質的に回避可能であり、消費電力の増加を抑制することができる。それゆえ、本発明によれば、実質的に消費電力の増加を抑制しつつ脈動の影響を有効に軽減できるので、従来よりも一層高精度の流量計測が可能となる。

ここで、計測ブロック選択部２４による特定ブロックの選択方法は特に限定されない。すなわち計測ブロック選択部２４は、予め設定されている選択規則に基づいて、各サンプリング周期Ｔｃを構成する複数の計測ブロックＴｂから、特定ブロックを選択するように構成されていればよく、選択規則としてはどのようなものでも用いることができる。したがって、計測ブロック選択部２４は、乱数生成器を用いて特定ブロックを選択するよう構成されてもよいが、連続するサンプリング周期Ｔｃ全体で見たときに、計測ブロックＴｂの配列中で特定ブロック（計測除外ブロックＴｂ２）が、略ランダムに現れるように選択できるのであれば、ごく単純な数式等を用いて構成することもできる。

なお、一連の計測ブロックＴｂの配列中での特定ブロックの出現頻度は、一律に決定される頻度ではなく、全体的に見て流量計測を実質的に「略ランダム」に行うことができるような頻度であればよい。

［サンプリング周期の分割数および計測除外ブロックの選択数］
ここで、本実施の形態においては、サンプリング周期Ｔｃは、４つの計測ブロックＴｂに分割されているが、分割数はこれに限定されず、３つ以上であればよい。２つの場合では、いずれか１つの計測ブロックＴｂを特定ブロックに選択することになるため、流量計測のランダム性が損なわれる。また、分割数の上限は特に限定されず、流量計測動作時間Ｔｍの長さ、消費電力の上限、あるいは要求される流量計測の頻度等といった種々の条件に応じて自ずと上限値が決定され得る。

さらに、本実施の形態においては、計測ブロックＴｂから特定ブロックである計測除外ブロックＴｂ２を選択するときに、計測される流量値の精度、あるいは、消費電力のさらなる低減を考慮して最適化することができる。例えば、１回のサンプリング周期Ｔｃについての計測ブロックＴｂの分割数をＮ（ただしＮ≧３）とし、計測対象ブロックＴｂ１の数をＭ（ただしＭ＜Ｎ）とし、計測除外ブロックＴｂ２の数をＬ（ただしＬ＝Ｎ−Ｍ）とすれば、Ｌ＜Ｍとなるように特定ブロックを選択することができる。

計測対象ブロックＴｂ１の数Ｍを増加させれば、毎回のサンプリング周期Ｔｃにおける流量計測の頻度が多くなるので、流量計測の精度を向上させることができる。一方、計測除外ブロックＴｂ２の数Ｌを増加させれば、全体として流量計測の回数を減らすことになるので、消費電力を低減し電池寿命を延ばすことができる。このように、ＭおよびＬを増加させることは、いずれも利点があるものの、常にＭ＋Ｌ＝Ｎとなるため、ＭとＬとのバランスは、流量計測装置に要求される流量計測の精度または電池寿命の長さのいずれを優先させるかに応じて最適化すればよい。なお、Ｌ＜ＭとなるときのＮ，ＭおよびＬの関係の一例を、次の表１に示す。

なお、計測対象ブロックＴｂ１の数Ｍが計測除外ブロックＴｂ２の数Ｌよりも小さくなってもよい（Ｍ＜Ｌ）。例えば、想定される脈動の長さ、発生の周期、消費電力の低減要求の度合いに応じて、サンプリング周期Ｔｃ内で流量計測をしない計測ブロックＴｂ（特定ブロック）の数を多く設定することもできる。ＬおよびＭの大小関係がいずれにせよ、サンプリング周期流量算出部１７２は、サンプリング周期Ｔｃ毎に、Ｎ個の計測対象ブロックＴｂ１で得られた流量値の平均値を、当該サンプリング周期Ｔｃの流量値として算出するよう構成されているので、流量値として実用可能な精度を実現できるのであれば、ＭおよびＬの大小関係は特に限定されない。

［変形例］
本実施の形態においては、特定ブロックとして選択された計測除外ブロックＴｂ２では、流量計測部１０は流量計測を行わないように制御されるが、流量計測装置の具体的な構成または使用条件等に応じて、特定ブロックでも流量計測が行われてもよい。この場合、流量計測部１０は、特定ブロックにおいても、一対の超音波送受信器１１，１２の間で超音波の送受信を行い、超音波検出部１５で受信した超音波を検出するが、流量算出部１７において流量の算出を行わないように制御されてもよいし、流量算出部１７の計測ブロック流量算出部１７１で特定ブロックの流量値を算出してもよいが、サンプリング周期流量算出部１７２では、平均値の算出に特定ブロックの流量値を用いないように制御されてもよい。

また、計測ブロックＴｂの分割数および特定ブロックの選択規則の種類にもよるが、計測ブロック選択部２４は、特定ブロックの選択数を各サンプリング周期Ｔｃで一定とせずに、毎回または任意の回で変えるように構成されてもよい。例えば、基本的には、１回のサンプリング周期Ｔｃで１つの特定ブロックが選択されるが、何回かに１回のサンプリング周期Ｔｃで２個の特定ブロックが選択されるように構成されてもよい。

また、本実施の形態では、一対の超音波送受信器１１，１２は計測流路３０に角度φで交差して対向配置される構成となっているが、例えば、計測流路３０の同じ側に配置される構成であってもよい。この構成では、送信側の超音波送受信器１１，１２から発信された超音波が、計測流路３０の内壁で反射されて受信側の超音波送受信器１１，１２で受信されることになる。また、計測流路３０は、超音波送受信器１１，１２とともに一体化されて超音波計測ユニットを構成してもよい。

さらに、本実施の形態では、流量計測装置として推量式ガスメータを例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、一対の超音波送受信器を備え、超音波の送受信により流体の流量を計測する流量計測装置に広く好適に用いることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る流量計測装置について、図３および図４（ａ），（ｂ）を参照して具体的に説明する。本実施の形態に係る流量計測装置は、図３に示すように、基本的には前記実施の形態１に係る流量計測装置と同様であるが、計測制御部２０が、計測タイミング設定部２５を含んでいる点が異なっている。

計測タイミング設定部２５は、計測ブロック毎に行われる流量計測のタイミングを設定する。送受信制御部２１は、計測ブロック毎に流量計測を行うときに、計測タイミング設定部２５で設定されたタイミングで各計測ブロックでの流量計測を行う。このとき、計測タイミング設定部２５は、各計測ブロックで常に同じタイミングで流量計測を行うようにタイミング設定してもよいが、各計測ブロックでの流量計測のタイミングがランダムになるように個々に設定すると、流量計測のランダム性をより一層向上させることができる。

具体的には、前記実施の形態１と同様に、サンプリング周期Ｔｃが４つの計測ブロックＴｂに分割されたとする。図４（ａ），（ｂ）に示すように、各計測ブロックＴｂにおける流量計測動作時間Ｔｍを斜線の領域で表せば、図４（ｂ）に示す例では、各計測ブロックＴｂ（計測対象ブロックＴｂ１）で常に同じタイミングで流量計測が行われ、図４（ａ）に示す例では、１番目、２番目および４番目の計測対象ブロックＴｂ１で流量計測の行われるタイミングが異なっている。

このように、計測対象ブロックＴｂ１毎に流量計測のタイミングを変えることで、脈動が計測ブロックＴｂの長さに同期する程度に短くても、当該脈動と流量計測動作時間Ｔｍとが同期する可能性を低下させることができる。また、前記実施の形態１と同様に、計測除外ブロックＴｂ２では流量計測は行わないので、流量計測の増加による消費電力の増加も実質的に回避可能となっている。それゆえ、実質的に消費電力の増加を抑制しつつ脈動の影響を有効に軽減できるので、さらに一層高精度の流量計測が可能となる。

なお、計測タイミング設定部２５の具体的な構成は特に限定されず、前記実施の形態１で説明したとおり、送受信制御部２１、サンプリング周期設定部２２、計測ブロック分割部２３、および計測ブロック選択部２４と同様に、公知のスイッチング素子、減算器、比較器等による論理回路等として構成されてもよいし、計測制御部２０が演算素子で構成されていれば計測制御部２０の機能構成であってもよい。

なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、推量式ガスメータ等のシングアラウンド法を利用したガスの流量計測の分野に好適に用いることができるだけでなく、脈動が生じうる流量の計測の分野に広く用いることができる。

１０ 流量計測部
１１ 第一超音波送受信器
１２ 第二超音波送受信器
１３ 送受信切替部
１４ 発信駆動部
１５ 超音波検出部
１６ 伝搬時間測定部
１７ 流量算出部
２０ 計測制御部
２１ 送受信制御部
２２ サンプリング周期設定部
２３ 計測ブロック分割部
２４ 計測ブロック選択部
２５ 計測タイミング設定部
３０ 計測流路
１７１ 計測ブロック流量算出部
１７２ サンプリング周期流量算出部
Ｔｃ サンプリング周期
Ｔｂ 計測ブロック
Ｔｂ１ 計測対象ブロック
Ｔｂ２ 計測除外ブロック

Claims (7)

1. 測定対象となる流体が流れる計測流路に交差して対向配置される一対の超音波送受信器を含み、前記超音波送受信器の間で超音波を送受信することにより前記流体の流量計測を行う流量計測部と、
   前記流量計測のための最少の時間単位として設定されているサンプリング周期毎に、前記流量計測部に前記流量計測を行わせるよう制御する計測制御部と、を備え、
   当該計測制御部は、前記サンプリング周期を、Ｎ個（ただしＮ≧３）の等間隔な計測ブロックに分割して当該計測ブロック毎に前記流量計測部に前記流量計測を行わせるとともに、全ての計測ブロックを、Ｍ個（ただしＭ＜Ｎ）の計測対象ブロックおよびＬ個（ただしＬ＝Ｎ−Ｍ）の計測除外ブロックに区分し、
   前記流量計測部は、前記サンプリング周期毎に、Ｎ個の前記計測対象ブロックのみで得られた流量値の平均値を、当該サンプリング周期の流量値として算出するよう構成されていることを特徴とする、流量計測装置。
2. 前記計測制御部は、Ｌ＜Ｍとなるように前記計測対象ブロックおよび前記計測除外ブロックを区分するよう構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の流量計測装置。
3. 前記計測制御部は、前記計測除外ブロックでは前記流量計測部に前記流量計測を行わせないよう制御することを特徴とする、請求項１に記載の流量計測装置。
4. 前記計測制御部は、前記サンプリング周期内の前記計測対象ブロックおよび前記計測除外ブロックの配列順を、予め設定されている配列規則に基づいて、前記サンプリング周期毎に決定するよう構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の流量計測装置。
5. 前記計側制御部は、前記流量計測が前記計測対象ブロック毎にランダムなタイミングで行われるように、前記流量計測部を制御することを特徴とする、請求項１に記載の流量計測装置。
6. 前記流量計測部は、少なくとも、
   前記一対の超音波送受信器と、
   当該超音波送受信器の送受信を切り替える送受信切替部と、
   送信側となる前記超音波送受信器を、超音波の発信を行わせるように駆動する発信駆動部と、
   受信側となる前記超音波送受信器で受信した前記超音波を検出する超音波検出部と、
   前記一対の超音波送受信器の間で送受信される超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、
   前記伝搬時間から前記流体の流量値を算出する流量算出部と、から構成されていることを特徴する、請求項１に記載の流量計測装置。
7. 前記流量算出部は、
   前記計測対象ブロック毎に流量値を算出して記憶する計測ブロック流量算出部と、
   前記サンプリング周期毎に、前記計測ブロック流量算出部で記憶された流量値の平均値を算出する、サンプリング周期流量算出部と、から構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の流量計測装置。
   
   

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