JP2015197324A - 異常判断装置及び異常判断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汚れなどから生じる熱式流量センサの異常の有無を判断することができる異常判断装置を提供する。【解決手段】異常判断装置１は、測定対象流体を流通させる配管１２に設置され、測定対象流体の第１流量を測定する熱式流量センサ１６と、配管１２に設置され、測定対象流体の第２流量を測定する渦式流量計２０と、測定された第１流量と第２流量との比較を実行する流量比較部と、比較の結果に基づいて、熱式流量センサ１６の異常の有無を判断する異常判断部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、熱式流量センサ及び渦式流量センサを備え、両センサにおいて測定された流量に基づいて熱式流量センサの異常の有無を判断する異常判断装置及び異常判断方法に関する。

従来、配管に流れる被測定流体の流量を計測するために、渦流量計や熱式流量計が用いられている。

例えば、特許文献１は、高流量域の流量を測定するカルマン渦流量計と、低流量域からの測定を可能とする熱式流量計と、を備えた複合流量計を開示している。

また、渦式検出手段及び熱式検出手段から構成されるマルチ渦流量計を開示する特許文献２によれば、渦式検出手段は、低流量計測には不向きであり、熱式検出手段は、高流量計測には不向きであることが知られている。

特開平２−１６１３１３号公報 特開２００６−０２９９６６号公報

しかしながら、特許文献１の熱式流量計及び特許文献２の熱式検出手段は、上記のように低流量域においては被測定流体の流量を精度よく測定することが可能であるが、渦流量計に比べて汚れに弱いという問題があった。

特許文献１に記載される複合流量計及び特許文献２に記載されるマルチ渦流量計では、汚れなどによって、熱式流量計及び熱式検出手段に異常が生じた場合であってもそのまま流量の測定を実行して不正確な測定値を出力してしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、汚れなどから生じる熱式流量センサの異常の有無を判断することを目的の一つとし得る。

本願発明者が実際に、低流量域から測定対象流体の流量Ｑ１を正確に測定できる熱式流量計及び高流量域おいて測定対象流体の流量Ｑ２を正確に測定できる渦式流量計を使用して測定対象流体の流量を測定し、測定結果を鋭意検証したところ、（１）渦式流量計が汚れなどに強いこと、（２）熱式流量計が流量Ｑ１を測定した測定流量域と、渦式流量計が流量Ｑ２を測定した測定流量域と、の間に重複流量域があり、この重複流量域における熱式流量計及び渦式流量計の測定値を比較すれば、いずれかにおいて汚れなどによる測定精度の劣化（異常）を判断することができ、さらに一方の測定値で他方の測定値を校正可能なことを見出した。そこで、上記重複流量域において、汚れなどに強く、より正確に流量を測定可能な渦式流量計は流体の流量Ｑ２を測定し、熱式流量センサは流体の流量Ｑ１を測定し、流量Ｑ２を基準流量として流量Ｑ２と流量Ｑ１との比較を実行する。そして、その比較結果に基づいて、熱式流量センサの異常の有無を判断し、測定対象流体の流量の正確な測定値を出力することにつなげることが可能となる。

上記課題を解決するために、本発明の一側面に係る異常判断装置は、測定対象流体を流通させる配管に設置され、前記測定対象流体の第１流量を測定する熱式流量センサと、前記配管に設置され、前記測定対象流体の第２流量を測定する渦式流量計と、測定された前記第１流量と前記第２流量との比較を実行する流量比較部と、前記比較の結果に基づいて、前記熱式流量センサの異常の有無を判断する異常判断部と、を備える。

また、上記課題を解決するために、本発明の一側面に係る異常判断方法は、熱式流量センサの異常の有無を判断する異常判断方法であって、測定対象流体を流通させる配管内において、前記測定対象流体の第１流量を測定し、前記配管内において、前記測定対象流体の第２流量を測定し、測定された前記第１流量と前記第２流量との比較を実行し、前記比較の結果に基づいて、前記熱式流量センサの異常の有無を判断する。

本発明によれば、汚れなどから生じる熱式流量センサの異常の有無を判断することができる。

本発明の実施形態に係る異常判断装置の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施形態に係る異常判断装置の構成を示す平面断面図である。 本発明の実施形態に係る異常判断装置により熱式流量センサの異常を判断するための機能的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る異常判断装置により熱式流量センサの異常を判断するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施形態を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。

図１は、本発明の実施形態に係る異常判断装置１の構成を示す側面断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る異常判断装置１の構成を示す平面断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る異常判断装置１により熱式流量センサ１６の異常を判断するための機能的構成を示すブロック図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る異常判断装置１は、例示的に、ガスなどの測定対象流体（以下、単に「流体」という）が、矢印が示す方向に流通する配管１２と、整流機構１４と、熱式流量センサ１６と、渦式流量計２０と、を備えて構成されている。渦式流量計２０は、渦発生体２１、渦式流量センサ２２、圧力センサ２４、温度センサ２６、及び図１と図２とには図示していないが図３に示す制御手段４０を備えて構成されている。

ここで、異常判断装置１は、例示的に、渦式流量計２０と、熱式流量計と、から構成されている。

配管１２の流体の流れ上流側の端部には、流入口３０が設けられ、下流側の端部には、排出口３２が設けられており、流入口３０及び排出口３２は、各々に取り付けられる他の配管（図示せず）と接続している。

整流機構１４は、配管１２に配設されており、流体の流れを整える機能を有している。整流機構１４は、流体の旋回流、偏流などを消滅又は減少させ、各種流量計の特性に及ぼす悪影響を少なくするために各種センサ及び流量計の上流側（図１及び図２においては下側）に設置される。整流機構１４として、例えば、多孔板式、管状式、ベン式や金網やハニカムなどを使用した機構などの整流機構が挙げられる。

熱式流量センサ１６は、流体を流通させる配管１２に設置され、流体の質量流量を測定する。また、熱式流量センサ１６が測定する流体の流量は、本実施形態では、以下、所定の流量測定期間における瞬時流量を平均した平均流量であるとして説明するが、これに限られず、ある測定時の瞬時流量など他の流量を採用してもよい。

渦式流量計２０は、流体を流通させる配管１２に設置され、流体の質量流量を測定する。具体的には、渦式流量計２０は、渦式流量センサ２２が検出した体積流量を、以下に記述する、渦発生体２２の断面積と、圧力センサ２４が測定した流体の圧力と、温度センサ２６が測定した流体の温度と、に基づいて流体の質量流量を測定する。また、渦式流量計２０が測定する流体の流量は、本実施形態では、以下、所定の流量測定期間における瞬時流量を平均した平均流量であるとして説明するが、これに限られず、ある測定時の瞬時流量など他の流量を採用してもよい。なお、渦式流量計２０は、流体の流量を測定できるさまざまな方法を採用することができ、上記方法には限られない。

渦発生体２１は、渦式流量計２０を構成する要素の一つである。渦発生体２１は、図１に示すように柱状部材であり、配管１２内にその径方向に横断するように設置されている。このように構成された渦発生体２１は、配管１２を流通する流体に渦を発生させる。なお、渦発生体２１の形状は、流体に渦を発生させることができればよく、三角柱形状、円柱形状などの形状を備えて構成されていてもよい。

渦式流量センサ２２、圧力センサ２４、及び温度センサ２６のそれぞれは、渦式流量計２０を構成する要素の一つである。渦式流量センサ２２は、配管１２を流れる流体の体積流量を測定する。圧力センサ２４は、配管１２を流れる流体の圧力を測定する。また、温度センサ２６は、配管１２を流れる流体の温度を測定する。

なお、配管１２に設置されている熱式流量センサ１６及び渦式流量計２０の位置関係について、渦式流量計２０は、熱式流量センサ１６よりも配管１２において下流側（図１及び２において、上側）に設置されている。これにより、渦式流量計２０の渦発生体２１により流体に渦が発生した場合であっても、熱式流量センサ１６よりも配管１２においてより下流側で渦が発生することになる。したがって、渦の発生は、熱式流量センサ１６の流体の流量測定に悪影響を与えることはなく、熱式流量センサ１６は流体の流量を正確に測定することができる。

図３に示す制御手段４０は、機能的に、記憶部４１、流量判断部４２、流量比較部４３、異常判断部４４、出力部４６、及び入力部４７を備えて構成されている。

制御手段４０は、熱式流量センサ１６が測定した流体の質量流量（第１流量）と、渦式流量計２０が測定した流体の質量流量（第２流量）と、に基づいて熱式流量センサ１６の異常の有無を判断するものである。

記憶部４１は、後述するように、流量比較部４３が実行する、熱式流量センサ１６が測定した流体の質量流量と渦式流量計２０が測定した流体の質量流量との差と、所定の閾値と、の比較の際に用いられる当該所定の閾値、熱式流量センサ１６が測定する流体の質量流量の測定可能範囲を示す情報、及び渦式流量計２０が測定する流体の質量流量の測定可能範囲を示す情報などを記憶する機能ブロックである。また、記憶部４１は、上記閾値及び情報のうち少なくとも一つを入力・出力可能である。なお、記憶部４１は、上記の他、熱式流量センサ１６が測定する流体の質量流量の測定精度が高い流量域を示す情報、渦式流量センサ２０が測定する流体の質量流量の測定精度が高い流量域を示す情報などを記憶してもよい。

流量判断部４２は、流体の流量が、渦式流量計２０が測定する流体の質量流量（第２流量）を測定可能な範囲内であるか否かを判断する機能ブロックである。具体的には、流量判断部４２は、記憶部４１に記憶されている、渦式流量計２０が測定する流体の質量流量の測定可能範囲を示す情報に基づいて、渦式流量計２０が測定する流体の質量流量が測定可能な範囲内であるか否かを判断する。また、流量判断部４２は、流体の流量が、熱式流量センサ１６が測定する流体の質量流量（第１流量）を測定可能な範囲内であるか否かを判断する機能ブロックである。具体的には、流量判断部４２は、記憶部４１に記憶されている、熱式流量センサ１６が測定する流体の質量流量の測定可能範囲を示す情報に基づいて、熱式流量センサ１６が測定する流体の質量流量が測定可能な範囲内であるか否かを判断する。

また、上記したように、渦式流量計２０は汚れなどに強い。また、熱式流量センサ１６が流量Ｑ１を測定した測定流量域と、渦式流量計２０が流量Ｑ２を測定した測定流量域と、の間には重複流量域がある。そこで、上記重複流量域において、汚れなどに強く、より正確に流量を測定可能な渦式流量計２０は流体の流量Ｑ２を測定し、熱式流量センサ１６は流体の流量Ｑ１を測定する。そして、後述するように、流量比較部４３は、流量Ｑ２を基準流量として流量Ｑ２と流量Ｑ１との比較を実行する。このように、流量Ｑ２を基準流量と設定するためには、流量判断部４２は、少なくとも、渦式流量計２０が測定する流体の質量流量（第２流量）が測定可能な範囲内であるか否かを判断する。そして、流量判断部４２は、上記判断に前後に、熱式流量センサ１６が測定する流体の質量流量（第１流量）が測定可能な範囲内であるか否かも判断し、最終的に、上記重複領域を把握する。すなわち、流量判断部４２は、測定対象流体の流量が熱式流量センサ１６および渦式流量計２０がともに測定可能な範囲内にあるか否かを判断する。

流量比較部４３は、熱式流量センサ１６により測定された流体の質量流量（第１流量）と渦式流量計２０により測定された流体の質量流量（第２流量）との比較を実行する機能ブロックである。具体的には、流量比較部４３は、測定対象流体の流量が熱式流量センサ１６および渦式流量計２０がともに測定可能な範囲内にある場合に、第１流量と第２流量との差が、記憶部４１に記憶されている所定の閾値を上回ったか否かを判断する。より具体的には、流量比較部４３は、上記重複領域における渦式流量計２０の測定質量流量を基準流量として、熱式流量センサ１６の測定質量流量と渦式流量計２０の測定質量流量との比較を実行し、さらに、熱式流量センサ１６の測定質量流量と渦式流量計２０の測定質量流量との差と、上記所定の閾値と、の比較を実行する。

異常判断部４４は、流量比較部４３が実行する、熱式流量センサ１６により測定された流体の質量流量（第１流量）と渦式流量計２０により測定された流体の質量流量（第２流量）との比較の結果に基づいて、熱式流量センサ１６の異常の有無を判断する機能ブロックである。具体的には、異常判断部４４は、流量比較部４３により第１流量と第２流量との差が記憶部４１に記憶されている所定の閾値を上回っていると判断された場合に、熱式流量センサ１６が異常であると判断する。

出力部４６は、画像や音声などを出力する機能ブロックである。具体的には、異常判断装置１の操作画面の表示や異常判断部４４により熱式流量センサ１６の異常の有無を判断した場合の判断結果の通知などを実行する機能ブロックである。出力部４６としては、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの画像表示装置やプリンタなどを採用することができる。

入力部４７は、ユーザの操作情報などを入力する機能ブロックである。例えば、操作ボタン、キーボードやマウスなどの情報入力可能なコンピュータを採用することができる。なお、入力部４７の機能は、出力部４６が備えていてもよい。例えば、出力部４７がタッチパネルを有する画像表示装置などであった場合、ユーザはそのタッチパネルを使用して、操作情報を出力部４６に供給することもできる。

図４は、本発明の実施形態に係る異常判断装置１により熱式流量センサ１６の異常を判断するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ１では、渦式流量計２０は平均流量Ｑ２を測定する。

次に、ステップＳ２では、制御手段４０の流量判断部４２は、渦式流量計２０が測定した平均流量Ｑ２が測定可能流量域内であるか否かを判断する。

流量判断部４２が平均流量Ｑ２は測定可能流量域内でないと判断した場合、熱式流量センサ１６の異常を判断する処理は終了する。

流量判断部４２が平均流量Ｑ２は測定可能流量域内であると判断した場合、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、熱式流量センサ１６は平均流量Ｑ１を測定する。

ステップＳ４では、渦式流量計２０は平均流量Ｑ２を測定する。

ステップＳ５では、流量比較部４３は、熱式流量センサ１６が測定した平均流量Ｑ１と、渦式流量計２０が測定した平均流量Ｑ２と、の比較を実行する。

ステップＳ６では、流量比較部４３は、熱式流量センサ１６が測定した平均流量Ｑ１と渦式流量計２０が測定した平均流量Ｑ２との差が所定の閾値より大きいか否かを判断する。

流量比較部４３が、平均流量Ｑ１と平均流量Ｑ２との差が所定の閾値より大きくないと判断した場合、熱式流量センサ１６の異常を判断する処理は終了する。

流量比較部４３が、平均流量Ｑ１と平均流量Ｑ２との差が所定の閾値より大きいと判断した場合、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、異常判断部４４は、熱式流量センサ１６が異常であると判断する。

以上説明した実施形態によれば、汚れなどに強くより正確に流量を測定可能な渦式流量計２０の測定流量Ｑ２と熱式流量センサ１６の測定流量Ｑ１との比較を実行し、その比較結果に基づいて、熱式流量センサ１６の異常の有無を判断することができる。これにより、正確な測定値を出力することにつながることになる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々に組み合わせることができ、変形して適用することが可能である。例えば、異常判断装置１の熱式流量センサ１６及び渦式流量計２０のいずれか又は双方をユニット化して、流体の流量測定が必要な時だけ上記ユニットを装着するような別体型としてもよい。この場合には、配管１２には、上記ユニットを配管１２に着脱可能に装着する着脱機構が備えられて構成される。

また、熱式流量センサ１６及び渦式流量計２０は、それぞれが記憶部を備えて構成されていてもよい。具体的には、熱式流量センサ１６の記憶部は、熱式流量センサ１６が測定する流体の質量流量の測定可能範囲を示す情報及び熱式流量センサ１６が測定する流体の質量流量の測定精度が高い流量域を示す情報などを記憶し、渦式流量計２０の記憶部は、渦式流量計２０が測定する流体の質量流量の測定可能範囲を示す情報及び渦式流量計２０が測定する流体の質量流量の測定精度が高い流量域を示す情報などを記憶するように構成されていてもよい。この場合は、各記憶部は、上記情報を、異常判断装置１の流量判断部４２で必要となった際に出力する。

さらに、本発明の実施形態では、異常判断装置１は、熱式流量センサ１６、渦式流量センサ２２、圧力センサ２４、及び温度センサ２６は、各１つのみ備えて構成されているが、各センサの数には特に制限はない。例えば、熱式流量センサ１６が複数備えられている場合は、各センサの流量測定値を比較することで、確からしい測定値を流体の流量として採用することができる。

さらにまた、本発明の実施形態では、熱式流量センサ１６の異常が判断された場合に、渦式流量計２０の測定値に基づいて熱式流量センサ１６の測定値を較正するように構成してもよい。例えば、制御手段４０の記憶部４１に、熱式流量センサ１６の測定値と渦式流量計２０の測定値との差分と、熱式流量センサ１６の測定値の補正係数と、の関係を示す関係テーブル、または、関係式を格納しておく。そして、熱式流量センサ１６が異常と判断された場合に、制御手段４０は、熱式流量センサ１６の測定した流量Ｑ１と渦式流量計２０が測定した流量Ｑ２との差分を参照値として、記憶部４１に格納された関係テーブルまたは関係式を参照して、当該差分に対応する補正係数を読み出す。そして、読み出された補正係数に基づいて、熱式流量センサ１６の測定する流量Ｑ１を補正する。このような態様によれば、熱式流量センサ１６が汚れなどで測定精度が低下したとしても、補正係数により測定値を補償することができ、渦式流量計２０の測定不能な低流量領域においても、熱式流量センサ１６の高い測定精度を維持することができる。よって、低流量領域から高流量領域まで広い流量領域において高い測定精度を維持することができる。

なお、本発明において、「部」とは、単に物理的手段を意味するものではなく、その「部」が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの「部」や装置が有する機能が２つ以上の物理的手段や装置により実現されても、２つ以上の「部」や装置の機能が１つの物理的手段や装置により実現されても良い。

また、本実施形態における各部は、たとえば、メモリやハードディスクなどの記憶領域を用いたり、記憶領域を格納されているプログラムをプロセッサが実行したりすることにより実現することができる。

本実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
測定対象流体を流通させる配管に設置され、前記測定対象流体の第１流量を測定する熱式流量センサと、前記配管に設置され、前記測定対象流体の第２流量を測定する渦式流量計と、測定された前記第１流量と前記第２流量との比較を実行する流量比較部と、前記比較の結果に基づいて、前記熱式流量センサの異常の有無を判断する異常判断部と、を備え、
前記比較の結果に基づいて前記熱式流量センサの測定した前記第１流量を補正するための補正係数を特定し、特定した前記補正係数により前記第１流量を較正する、流量計。
（付記２）
熱式流量センサの異常の有無を判断する機能を実現させるためのプログラムであって、
測定対象流体を流通させる配管内において、前記測定対象流体の第１流量を測定する機能と、
前記配管内において、前記測定対象流体の第２流量を測定する機能と、
測定された前記第１流量と前記第２流量との比較を実行する機能と、
前記比較の結果に基づいて、前記熱式流量センサの異常の有無を判断する機能と、
を実現させるためのプログラム。

１ 異常判断装置
１２ 配管
１４ 整流機構
１６ 熱式流量センサ
２０ 渦式流量計
２１ 渦発生体
２２ 渦式流量センサ
２４ 圧力センサ
２６ 温度センサ
３０ 流入口
３２ 排出口
４０ 制御手段
４１ 記憶部
４２ 流量判断部
４３ 流量比較部
４４ 異常判断部
４６ 出力部
４７ 入力部

Claims (6)

1. 測定対象流体を流通させる配管に設置され、前記測定対象流体の第１流量を測定する熱式流量センサと、
   前記配管に設置され、前記測定対象流体の第２流量を測定する渦式流量計と、
   測定された前記第１流量と前記第２流量との比較を実行する流量比較部と、
   前記比較の結果に基づいて、前記熱式流量センサの異常の有無を判断する異常判断部と、を備える、
   異常判断装置。
2. 前記測定対象流体の流量が、前記熱式流量センサおよび前記渦式流量計がともに測定可能な範囲内であるかを判断する流量判断部をさらに備える、
   請求項１に記載の異常判断装置。
3. 前記流量比較部は、前記熱式流量センサおよび前記渦式流量計がともに測定可能な範囲内である場合に、前記第１流量と前記第２流量との差が所定の閾値を上回ったか否かを判断し、
   前記異常判断部は、前記流量比較部により前記差が前記所定の閾値を上回っていると判断された場合に前記熱式流量センサが異常であると判断する、
   請求項２に記載の異常判断装置。
4. 前記渦式流量計は、前記熱式流量センサよりも前記配管において下流側に設置されている、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常判断装置。
5. 前記第１流量及び前記第２流量は、所定の流量測定期間における平均流量である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の異常判断装置。
6. 熱式流量センサの異常の有無を判断する異常判断方法であって、
   測定対象流体を流通させる配管内において、前記測定対象流体の第１流量を測定し、
   前記配管内において、前記測定対象流体の第２流量を測定し、
   測定された前記第１流量と前記第２流量との比較を実行し、
   前記比較の結果に基づいて、前記熱式流量センサの異常の有無を判断する、
   異常判断方法。

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