JP2014224683A - 流体計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、流体の流量を正しく測定できない計測流路があっても正常な流量計測を継続できる流体計測装置を提供する。【解決手段】ガス計測装置１は、複数の計測流路２と、複数の計測流路２それぞれに設けられ、計測流路２を流通する流体の流量情報を取得し、主制御部８に出力する流量計測部５と、流量計測部５を制御し、流量計測部５からの流量情報より全体の流量を算出する主制御部８とを備え、主制御部８が流量計測部５に異常が発生したと判断した場合は、流量計測部５を初期化し再起動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、流路中を流れる流体の流速を測定し、該流速から流体の体積流量を計算して流体の使用量を計測する流体計測装置に関するものである。

現在、一般のガス需要家宅には、計量室を通過する回数でガスの流量を計測する膜式ガスメータが取り付けられている。膜式ガスメータは、計測原理上、比較的大容量の計量室を設けるためのスペースが必要なため、さらなる小型化が困難であった。

そこで、ガスメータの小型化を実現するものとして、近年では超音波式ガスメータが開発されている。超音波式ガスメータでは、ガスが流れる流路の上流と下流とに超音波センサ（送受波器）を設け、流路に流れるガスの流速を超音波の到達時間で計測し、ガスの流速からガスの体積流量を計算してガスの使用量を計量している。このように、超音波式ガスメータは、流量を計測するための流路さえ設ければガスの使用量を計量できる仕組みであるため、小型化が容易である。

また、一般のガス需要家ではなく、工場など大容量のガスを多量に消費する施設において、ガスの使用量を計測できるガスメータの開発も求められている。このような多量のガス使用量を計測できるガスメータとして、例えば、互いに並列に接続される複数の測定路（計測流路）を設け、測定路毎に一対の超音波センサと流量計測部を配設し、個々の測定路における流量を測定して全体の総流量を求める流体計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、流体計測装置が自身の自己診断を行うことで通常使用による劣化を判定し、劣化度に応じて計測結果を補正を行う流体計測装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２８７６７６号公報 特許第４７９２６５３号公報

しかしながら、上述のような従来技術は、複数の流量計測部を設けているため、流量計測部の異常発生率が設置数に応じて高くなるという問題がある。また、通常使用における劣化に対しては劣化度に応じて計測結果の補正が出来るが、いずれかの流量計測部で異常が発生すると、以降正確な流量を測定できなくなるという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、主制御部が流量計測部で再起動が必要な異常が発生していると判断した場合、主制御部から流量計測部の再起動を行うことで、該流量計測部を正常復帰させ、複数の流量計測部を設けている場合の異常発生率を低減できるものである。

本発明に係る流体計測装置は、上記した課題を解決するために、流体が流れ込む流入口と該流体が流出する流出口との間において並列して設けられた複数の計測流路と、前記複
数の計測流路それぞれに設けられ、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報を取得する流量計測部と、前記流量計測部を制御し、前記流量計測部からの流量情報に基づいて、前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量を算出する主制御部と、を備える。

そして、前記主制御部が前記流量計測部に異常が発生し再起動が必要と判断した場合は、前記流量計測部を初期化し再起動させる。

そして、前記流量計測部を初期化した場合は、前記流量計測部が再起動して正常に計測を再開するまでの間、前記主制御部は該当流量計測部からの計測情報を無視する。

本発明は以上に説明したように構成され、流量計測部で再起動が必要な異常が発生した場合、主制御部から前記流量計測部を初期化して再起動を行うことで、正常な計測を継続できるという効果を奏する。また、前記流量計測部が再起動後、正常に計測を再開するまでの間、主制御部は、該流量計測部からの計測結果を無視することで、総流量の誤計算や該流量計測部が再びが異常していると誤判定することを防ぐことができる。

本発明の実施の形態１のガス計測装置における流量計測に関するブロック図 本発明の実施の形態１のガス計測装置における模式図 本発明の実施の形態１のガス計測装置における流量計測部の内部構成に関するブロック図 本発明の実施の形態２のガス計測装置における流量計測に関するブロック図 本発明の実施の形態２のガス計測装置における流量計測部の内部構成に関するブロック図

第１の発明は、流体が流れ込む流入口と該流体が流出する流出口との間において並列して設けられた複数の計測流路と、前記複数の計測流路それぞれに設けられ、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報を取得する流量計測部と、前記流量計測部を制御し、前記流量計測部からの流量情報に基づいて、前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量を算出する主制御部と、を備え、前記主制御部は、前記流量計測部で異常が発生したと判断した場合、前記流量計測部に対し再起動を指示する再起動信号を出力することを特徴とするものである。

上記の構成によると、前記主制御部が前記流量計測部の異常を検知し、前記計測部の再起動が必要と判断した場合は、前記主制御部は前記流量計測部を初期化し再起動させる再起動信号を前記流量計測部に出力する。そして前記流量計測部は再起動信号により再起動することができ、流体の流量を正しく測定できない流量計測部が発生してしまっても、主制御部から該流量計測部を再起動かけることができるので、正常な流量計測を継続することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の再起動信号が、電文によることを特徴とするもので、流量計測部は初期化の命令電文を受信すると自身をソフトウエアリセットして再起動することにより、流量計測部で再起動が必要な異常が発生し、その結果、流体の流量を正しく測定できない流量計測部が発生してしまっても、主制御部から該流量計測部を再起動かけることができるので、正常な流量計測を継続することができる。

第３の発明は、特に第１の発明の再起動信号が、リセット信号によることを特徴とするもので、流量計測部はリセット端子にリセット信号が入力されることで強制的にハードウ
エアリセットがかかり初期化されることにより、流量計測部で再起動が必要な異常が発生し、その結果、流体の流量を正しく測定できない流量計測部が発生してしまっても、主制部から流量計測部を再起動かけるので、正常な流量計測を継続することができる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、前記主制御部は、前記流量計測部で異常が発生したと判断して再起動信号を出力した後一定期間、前記流量計測部からの流量情報に基づいた総流量の演算を行わないことを特徴とするもので、主制御部は、流量計測部を初期化後、該流量計測部が再起動し正常に流量計測を再開するまでの間、該流量計測部からの流量情報を無視するので、正常に流量計測が再開できていない状態での異常な流量情報で、総流量の誤計算や該流量計測部に再度、異常が発生した誤判定することを防ぐことができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。

（実施の形態１）
まず、図１および図２、図３を参照して本実施の形態１に係るガス計測装置（流体計測装置）の構成について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１のガス計測装置における流量計測に関するブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１のガス計測装置における模式図である。図３は、本発明の実施の形態１のガス計測装置における流量計測部の内部構成に関するブロック図である。

本実施の形態に係るガス計測装置１は、ガス配管の途中に設置されて、消費されるガス流量（ガス使用量）を求める超音波式ガスメータである。なお、ガス計測装置１は、このような超音波式ガスメータに限定されるものではない。例えば、電子的な検出原理を利用したフローセンサ、あるいはフルイディクセンサ等の瞬時流量計によってガス流量を求めるように構成されていてもよい。

ガス計測装置１は、図２に示すように、計測流路２ａ〜２ｃ、上流側超音波センサ３ａ〜３ｃ、下流側超音波センサ４ａ〜４ｃ、流量計測部５ａ〜５ｃ、流入口６、流出口７、主制御部８、電源部９を備えてなる構成である。なお、計測流路２ａ〜２ｃ、上流側超音波センサ３ａ〜３ｃ、下流側超音波センサ４ａ〜４ｃ、流量計測部５ａ〜５ｃをそれぞれ区別して説明する必要が無い場合は、単に計測流路２、上流側超音波センサ３、下流側超音波センサ４、流量計測部５と称するものとする。

ここでガスは、流入口６から入った後、計測流路２ａ〜２ｃに分岐して流れた後、再度合流し、流出口７から出て行く。

流入口６は、ガス供給側のガス配管からガスがガス計測装置１に流れ込む入り口である。本実施の形態に係るガス計測装置１では、その上面に流入口６が設けられ、ガス供給側のガス配管と計測流路２とをつなぐように構成されている。

流出口７は、ガス計測装置１からガス消費側のガス配管にガスが流れ出る出口である。本実施の形態に係るガス計測装置１では、その上面に流出口７が設けられ、ガス消費側のガス配管と計測流路２とをつなぐように構成されている。

計測流路２は、消費されるガスの流量（ガス計測装置１を流通するガスの流量）を計測
するための流路である。計測流路２のそれぞれの流路断面積は同じであってもよいし、それぞれ異なるものであってもよい。

本実施の形態に係るガス計測装置１では流入口６、流出口７との間を流通するガスの流量を計測流路２ａ〜２ｃで分岐させ、それぞれの流量を流量計測部５ａ〜５ｃで計測するように構成されている。

上流側超音波センサ３ａ〜３ｃおよび下流側超音波センサ４ａ〜４ｃは、相互に超音波を送受信するものである。上流側超音波センサ３ａ〜３ｃならびに下流側超音波センサ４ａ〜４ｃは計測流路２ａ〜２ｃそれぞれに設けられている。

また、これら上流側超音波センサ３ａ〜３ｃと下流側超音波センサ４ａ〜４ｃとの組は、それぞれ各計測流路２に対応づけて設けられている流量計測部５ａ〜５ｃからの制御指示に応じて駆動するように構成されている。

すなわち、上流側超音波センサ３は、計測流路２における上流側の側壁に、下流側超音波センサ４は計測流路２における下流側の側壁に、両者が対向するように設けられている。

そして、流量計測部５から、上流側超音波センサ３に駆動信号（制御信号）が入力されると、上流側超音波センサ３は超音波を下流側超音波センサ４に向かって出力する。上流側超音波センサ３から出力した超音波は、計測流路２内を下流側に向かって斜め下方向に進み、下流側超音波センサ４に向かって伝搬する。

逆に、流量計測部５から、下流側超音波センサ４に駆動信号が入力されると、この下流側超音波センサ４は超音波を上流側超音波センサ３に向かって出力する。下流側超音波センサ４から出力した超音波は、計測流路２内を上流側に向かって斜め上方向に進み、上流側超音波センサ３に向かって伝搬する。

そして、それぞれの超音波の到達時間を、流量計測部５が計測し、到達時間の差から計測流路２を流れるガスの流速を求める。そして、流量計測部５は求めた流速に計測流路２の断面積等をかけあわせて流量を求める。そして、流量計測部５は、この求めた流量を主制御部８に信号線１０を通じて流量情報として通知する。

また、流量計測に異常があると判断した場合も、流量計測部５は、異常情報を主制御部８に信号線１０を通じて通知する。

主制御部８は、流量計測部５からの流量情報を元にガス計測装置１に流れる総流量を算出し積算していく。また、流量計測部５に対し、信号線１１を通じて動作命令を電文で出力する。

なお、上記した流量計測部５は、例えば、超音波計測用の計測ＩＣ１４とマイコン１３を用いて実現できる。一方、主制御部８は、例えば、マイコンによって実現できる。

この計測ＩＣ１４は、超音波測定を可能とするアナログ回路と、超音波の伝搬時間を計測する動作をシーケンシャルで行うデジタル回路とから構成される。また、流量計測部５のマイコン１３は、主制御部８からの命令に従い、計測ＩＣ１４に計測パラメータをセットし計測開始を命令する。

また、計測ＩＣ１４は上流側超音波センサ３、下流側超音波センサ４を駆動して超音波
の到達時間を計測し、計測結果をマイコン１３に出力する。マイコン１３は超音波の到達時間から流量を算出し、主制御部８に出力する。

そして、主制御部８は、流量計測部５からの各流量情報を元に総流量を算出する。

更に、主制御部８は、流量計測部５で異常が発生しているかどうかを、信号線１０を通じて得られた流量情報や異常情報を基に判断し、再起動が必要な異常が発生していると判断した場合は、マイコン１３に初期化を行うための再起動信号として、電文で構成された命令電文を出力する。

流量計測部５のマイコン１３は、主制御部８からの電文を解読し、初期化の命令電文であれば、自身でソフトウエアリセットを行い初期化する。

なお、主制御部８からの命令電文の中に、流量計測部５ａ〜５ｃのどの流量計測部を対象に初期化するかの情報を入れることで、流量計測部５ａ〜５ｃの任意の流量計測部を初期化できることはいうまでも無い。

以上のように、本実施の形態１に係るガス計測装置１は、流体が流れ込む流入口６と該流体が流出する流出口７との間において並列して設けられた複数の計測流路２と、前記複数の計測流路２それぞれに設けられ、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報を取得し、主制御部８に出力する流量計測部５と、前記流量計測部５を制御し、前記流量計測部５からの流量情報より全体の流量を算出する主制御部８と、を備えているので、前記主制御部８が前記流量計測部５の異常を検知し、前記流量計測部５の再起動が必要と判断した場合は、前記主制御部８は前記流量計測部５を初期化し再起動させる命令電文を前記流量計測部５に出力する。そして前記流量計測部５は初期化の命令電文を受信すると自身をソフトウエアリセットして再起動する。

よって、本発明の第１の形態に係る流体計測装置は、流量計測部で再起動が必要な異常が発生し、その結果、流体の流量を正しく測定できない流量計測部が発生してしまっても、主制御部から該流量計測部を再起動かけることができるので、正常な流量計測を継続することができる。

（実施の形態２）
次に、図２、図４および図５を参照して本実施の形態２に係るガス計測装置（流体計測装置）の構成について説明する。

図４は、本発明の実施の形態２のガス計測装置における流量計測に関するブロック図である。図５は、本発明の実施の形態２のガス計測装置における流量計測部の内部構成に関するブロック図である。

ここで実施の形態１と同じ番号の要素については、実施の形態１と同じ要素を示す。実施の形態１と異なる点は、主制御部８は流量計測部５のマイコン１３のリセット端子１３ａとも信号線１２で接続されている点である。

そして、主制御部８が流量計測部５で異常が発生していると判断した場合は、主制御部８は、マイコン１３に、信号線１２を通じてリセット信号を出力する。マイコン１３はリセット信号を受けると、強制的にハードウエアリセットがかかり、初期化される。

以上のように、本実施の形態２に係るガス計測装置１は、流体が流れ込む流入口６と該流体が流出する流出口７との間において並列して設けられた複数の計測流路２と、前記複
数の計測流路２それぞれに設けられ、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報を取得し、主制御部８に出力する流量計測部５と、前記流量計測部５を制御し、前記流量計測部５からの流量情報より全体の流量を算出する主制御部８と、を備えているので、前記主制御部８が前記流量計測部５の異常を検知し、前記流量計測部５の再起動が必要と判断した場合は、前記主制御部８は前記流量計測部５を初期化し再起動させるリセット信号を前記流量計測部５に出力する。そして前記流量計測部５はリセット信号を受けると強制的にハードウエアリセットがかかり再起動する。

また、実施の形態１では、流量計測部５（マイコン１３）が暴走していて初期化命令を受信できない場合は、流量計測部５（マイコン１３）を再起動することができないが、本実施の形態では、リセット信号で強制的にハードウエアリセットをかけることができるので流量計測部５（マイコン１３）が暴走している状態でも確実に再起動することができる。

また、本実施の形態では、流量計測部５（マイコン１３）のリセット端子１３ａでのハードウエアリセットによる再起動で例を示したが、主制御部８が流量計測部５への電源を強制的にＯＦＦ→ＯＮすることで強制的にハードウエアリセットをかけた場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。

よって、本実施の形態に係る流体計測装置は、実施の形態１の効果に加え、流量計測部５が暴走し、その結果、流体の流量を正しく測定できない流量計測部５が発生してしまっても、主制御部８から該流量計測部５を再起動かけることができるので、正常な流量計測を継続することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３において、実施の形態１、及び２と異なる点は、主制御部８が流量計測部５（マイコン１３）の初期化、再起動が必要と判断し、流量計測部５（マイコン１３）に再起動信号（初期化の命令電文やリセット信号）を出力した場合、その後流量計測部５（マイコン１３）が再起動し、正常に計測を開始し、正常に流量情報が出力されるまでの一定期間、流量計測部５からの流量情報による総流量の演算を行わないようにしている点である。

これにより、ガス計測装置１は、流体が流れ込む流入口６と該流体が流出する流出口７との間において並列して設けられた複数の計測流路２と、前記複数の計測流路２それぞれに設けられ、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報を取得し、主制御部８に出力する流量計測部５と、前記流量計測部５を制御し、前記流量計測部５からの流量情報より全体の流量を算出する主制御部８と、前記流量計測部５及び前記主制御部８に電源を供給する電源部９と、を備えているので、前記主制御部８が前記流量計測部５の異常を検知し、前記流量計測部５の再起動が必要と判断した場合は、前記主制御部８は前記流量計測部５を初期化し再起動させる初期化命令又はリセット信号を前記流量計測部５に出力する。そして前記流量計測部５は初期化命令又はリセット信号を受けると再起動する。一方、前記流量計測部５が再起動後、計測を開始し、正常な流量情報を前記主制御部８に出力を開始できるまでの一定期間、前記主制御部８は前記流量計測部５からの流量情報を無視する。

よって、本実施の形態に係る流体計測装置は、実施の形態１，２の効果に加え、主制御部８が流量計測部５の再起動が必要と判断し、再起動をかけた場合、流量計測部５が再起動後、計測を開始し、正常な流量情報を前記主制御部８に出力を開始できるまでの一定期間、主制御部８は流量計測部５からの流量情報を採用しないようにすることにより、該期間に流量計測部５からの流量情報が異常であっても、その流量情報で異常判断することが
ないので、異常の誤判定を起こさず、再起動をかけることができる。

本発明の流体計測装置は、大容量のガスの流量を測定するために複数の流路を備え、この複数の流路それぞれを流通する流体の流量から流体の総流量を測定する流体計測装置に特に有用である。

１ ガス計測装置（流体計測装置）
２ａ〜２ｃ 計測流路
５ａ〜５ｃ 流量計測部
６ 流入口
７ 流出口
８ 主制御部

Claims (4)

1. 流体が流れ込む流入口と該流体が流出する流出口との間において並列して設けられた複数の計測流路と、
   前記複数の計測流路それぞれに設けられ、該計測流路を流通する流体の流量に関する流量情報を取得する流量計測部と、
   前記流量計測部を制御し、前記流量計測部からの流量情報に基づいて、前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量を算出する主制御部と、
   を備え、
   前記主制御部は、前記流量計測部で異常が発生したと判断した場合、前記流量計測部に対し再起動を指示する再起動信号を出力することを特徴とする流体計測装置。
2. 前記再起動信号は、電文によることを特徴とする請求項１に記載の流体計測装置。
3. 前記再起動信号は、リセット信号によることを特徴とする請求項１に記載の流体計測装置。
4. 前記主制御部は、前記流量計測部で異常が発生したと判断して再起動信号を出力した後一定期間、前記流量計測部からの流量情報に基づいた総流量の演算を行わないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体計測装置。

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