JP2020134371A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】制御部に接続する流量計測部の数に制限がなく、一般的に用いられている制御部、流量計測部を流用できることで設計費用を抑え、必要な基板面積を小さくすることができる超音波流量計を提供する。【解決手段】流体が流入する流入口８ａと該流体が流出する流出口８ｂとの間において並列して設けられた複数の計測流路１と、複数の計測流路１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３と、流量計測部３を制御し、流量計測部３からの流量情報に基づいて、流入口８ａから流出口８ｂを流れる流体の総流量を算出する制御部２と、複数の流量計測部３と制御部２とを接続する中継部４と、を備え、中継部４は、他の中継部４と接続することで、制御部２と通信可能な流量計測部３の数を増やすことができる超音波流量計。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスの流量を計測する複数の計測流路を用いたガスメータの構成に関するものである。

一般にガスなどの被計測流体の流量を測定する方式として、超音波方式のものがよく知られている。

しかしながら、超音波方式の流量計は、超音波の減衰によって、超音波の伝搬経路長を長くするとＳ／Ｎ比が悪化する。また、流路の断面積が大きいと、流路を流れる流体の流速分布は不定形になりやすく、計測する領域の流速が安定しない。そのため、大断面積流路での大流量の直接計測には課題があった。

そこで、複数の超音波流量計を並列で用い、それぞれの流量を合計して大流量を計測可能にしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図４（ａ）は、特許文献１に示されている実施の形態１における超音波流量計の構成図、図４（ｂ）は、特許文献１に示されている実施の形態３における超音波流量計の制御部と流量計測部の構成図である。

被計測流体は複数の計測流路１０１に流れ込み、各計測流路１０１には、それぞれ１対の超音波センサ１０２と流量計測部１０４が取り付けられており、流量計測部１０４は、超音波センサ１０２の伝搬時間に基づいて、各計測流路１０１に流れる被計測流体の流量をそれぞれ計測し、制御部１０３は、各計測流路１０１で計測された流量を合計して全体の流量を求めている。

そして、図４（ａ）に示す構成では、制御部１０３に複数の流量計測部１０４が接続され、制御部１０３から、流量計測部１０４と同数の信号線で接続されている。

また、図４（ｂ）に示す構成では、図４（ａ）に示した接続構成と異なり、制御部１０３と複数の流量計測部１０４が直列に接続されており、流量計測部１０４（１）〜（Ｎ）は、他の流量計測部１０４と接続するためのコネクタ１０９、１１０を備えている。

特開２０１４−２１１３７５号公報

しかしながら、一般的に超音波流量計の制御部、流量計測部は、１対１で用いられており、互いを接続するためのコネクタもそれぞれ１つだけしか搭載されていない。そして、図４（ａ）に示す構成では制御部１０３に、流量計測部１０４と接続するためのコネクタが流量計測部１０４の数だけ必要になる。また、図４（ｂ）に示す構成では流量計測部１０４（１）〜（Ｎ−１）に、他の流量計測部１０４と接続するためのコネクタ１０９が必要になる。

そのため、図４（ａ）、図４（ｂ）に示す構成を実施するためには、制御部１０３か流
量計測部１０４のどちらかを専用に設計する必要があり、設計費用がかかる。また、基板にコネクタを搭載するための面積が必要となるという課題があった。

また、図４（ａ）に示す構成では、予め設計された数以上の流量計測部１０４を接続するには、新たに制御部１０３を設計する必要があった。この課題に対して、制御部１０３と複数の流量計測部１０４をつなぐ中継部を用意するという方法も考えられるが、流量計測部１０４を接続できる数が、中継部のコネクタの数に限定されることには変わりなく、流量計測部１０４を任意の数だけ接続できないという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、制御部に接続する流量計測部の数に制限がなく、一般的に用いられている制御部と流量計測部を流用できることで設計費用を抑え、必要な基板面積を小さくできる超音波流量計を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、流体が流入する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、前記流体の総流量を算出する制御部と、前記計測流路と接続される複数の中継部と、を備え、前記中継部同士を接続し、前記中継部の１つが前記制御部に接続されたことを特徴としたものである。

これによって、制御部に接続する計測部の数に制限がなく、一般的に用いられている制御部、流量計測部を流用できることで設計費用を抑え、必要な基板面積を小さくすることができる。

本発明の超音波流量計は、制御部に接続する計測部の数に制限がなく、一般的に用いられている制御部、流量計測部を流用できることで設計費用を抑え、必要な基板面積を小さくすることができる。

本発明の実施の形態１、２における超音波流量計の構成図 本発明の実施の形態１における超音波流量計の回路の構成図 本発明の実施の形態２における超音波流量計の回路の構成図 （ａ）特許文献１に示されている超音波流量計の構成図、（ｂ）特許文献１に示されている超音波流量計の制御部と流量計測部の構成図

第１の発明は、流体が流入する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体する流体の総流量を算出する制御部と、前記計測流路と接続される複数の中継部と、を備え、前記中継部同士を接続し、前記中継部の１つが前記制御部に接続されたことを特徴とすることにより、制御部に接続する流量計測部の数に制限がなく、一般的に用いられている制御部、流量計測部を流用できることで設計費用を抑え、必要な基板面積を小さくすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の超音波流量計を、前記中継部はケーブルとコネクタ
で構成されていることを特徴とすることにより、中継部を固定するための部品が不要となり、ケーブルとコネクタで構成するため製造コストを抑えられ、制御部に接続する流量計測部の数に制限がなく、一般的に用いられている制御部、流量計測部を流用できることで設計費用を抑え、必要な基板面積を小さくすることができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の超音波流量計を、前記中継部は基板を含むことを特徴とすることにより、中継部にコネクタと共に制御回路を搭載し、その制御回路を用いた制御を行え、制御部に接続する流量計測部の数に制限がなく、一般的に用いられている制御部、流量計測部を流用できることで設計費用を抑え、必要な基板面積を小さくすることができる。

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、本発明の実施の形態１、２における超音波流量計１５の構成図を示すものである。

被計測流体は、流入口８ａから超音波流量計１５に流れ込み、流入口８ａと流出口８ｂの間に配置された複数の計測流路１を通り、流出口８ｂから流れ出る。計測流路１にはそれぞれ流量計測部３と、１対の超音波センサ９が取り付けられており、計測流路１に流れる被計測流体の流量を計測する。制御部２は複数の流量計測部３とそれぞれ通信を行い、流量計測部３を制御し、流量計測部３で計測した被計測流体の流量の総量を計算する。

制御部２と流量計測部３は、コネクタ６と中継部（詳細は後述する）を介して接続されている。

以下、実施の形態１における制御部２と流量計測部３の接続の方法について説明する。

図２は本発明の実施の形態１における超音波流量計の回路の構成図である。制御部２に制御部用ソケット６ａが、流量計測部３（１）〜４（Ｎ）に、流量計測部用ソケット６ｂが搭載されている。

制御部２とＮ個の流量計測部３（１）〜３（Ｎ）が、中継部４（１）〜４（Ｎ）によって直列に接続されている。中継部４（１）〜４（Ｎ）はプラグとソケットの両方の機能を有するソケット機能付きプラグ６ｄと、通常プラグ６ｃと、ケーブル５によって構成されている。

上記の構成を取ることによって、コネクタを増やすことなく、同じ制御部２と流量計測部３を用いることができる。

以下、流量計測部３（１）〜３（Ｎ）の区別が必要ない場合は、単に、流量計測部３と記載し、中継部４（１）〜４（Ｎ）の区別が必要ない場合は、単に、中継部４と記載する。

また、中継部４を超音波流量計に固定するための部品は不要であり、ケーブル５とコネクタ６で構成するため、中継部４に基板を用いる場合に比べ、製造コストを抑えることができる。

以上のように構成された超音波流量計について、以下その動作、作用を説明する。
なお、中継部４は、電源線、接地線、通信線等で構成されており、制御部２、各流量計測部３が、中継部４により各々導通している。

制御部２は、各流量計測部３を固有の識別番号によって認識しており、あらかじめ規定された数の流量計測部３が接続されていることを確認する機能を持ち、接続されている流量計測部３の数が規定の数と異なる場合、これを報知する。

あらかじめ各流量計測部３に接続位置にあった識別番号を設定し、接続時や入電時に制御部２に識別番号を送信する。各流量計測部３は、制御部２から見て何番目の流量計測部３かが決められており、図の３（１）には１番目に相当する識別番号が設定されている。また、接続時や入電時に、どの順番で各流量計測部３との接続を確認するかがあらかじめ決められている。

これによって、エラー等が起こった場合も、接続順で何番目の流量計測部３で起こったものなのかを認識することができる。さらに、接続順で何番目の流量計測部３が、計測システムのどの位置を計測するかを決めておくと、各流量計測部３が、計測システムのどの位置を計測しているのかを識別することができる。

また、接続する流量計測部３が保有する一意に決まる識別番号を、組付け時に制御部２に設定し、接続時や入電時に、識別番号を指定して、接続の確認を行う信号を各流量計測部３に送ってもよい。これによって、各流量計測部３に、接続や入電前にあらかじめ設定を行う必要がなくなり、工程を簡略化することができる。

また、識別番号と制御部２から見ていくつの流量計測部３を経由しているかを紐付けせず、接続時や入電時に、ランダムなタイミングで各流量計測部３から制御部２に通信してもよい。その場合、通信の衝突が発生したことを検知し、全ての流量計測部３が認識されるまで、識別番号を制御部２に送信する。これによって、制御部２と各流量計測部３に、接続や入電前にあらかじめ設定を行う必要がなくなり、工程を簡略化することができる。

制御部２から特定の流量計測部３を指定して、所定の時間間隔で計測要求信号を送り、計測要求信号を受けた流量計測部３は、信号を受信したときの計測流路１を流れる流量を超音波センサ９を制御して測定する。そして、流量計測部３は流量測定後、流量計測結果を制御部２に送信する。

また、制御部２が特定の流量計測部３を指定せず、全ての流量計測部３に計測要求信号を送り、流量計測部３が制御部２からあらかじめ指定されたタイミングで測定と流量計測結果の送信を行ってもよい。

制御部２は、流量計測部３との前述のような信号の送受信をすべての流量計測部３（１）から流量計測部３（Ｎ）と行うことによって、各計測流路１を流れる被計測流体の流量を取得し、得られた各流量を合計することで超音波流量計全体を流れている流量を測定することができる。

以上の構成をとることによって、中継部４を固定するための部品が不要となり、中継部４をケーブル５とコネクタ６ｃ、６ｄで構成するため製造コストを抑えられ、制御部に接続する流量計測部の数に制限がなく、一般的に用いられているコネクタをそれぞれ１個有する制御部と流量計測部を流用できることで設計費用を抑え、必要な基板面積を小さくすることができ、エラー等が起こった場合も、どのコネクタ６に接続されているどの流量計測部３で起こったものなのかを認識することができ、どのコネクタ６に接続されている流量計測部３が、計測システムのどの位置を計測するかを決めておくと、各流量計測部３が
、計測システムのどの位置を計測しているのかを識別することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２の超音波流量計も、図１と同様の構成をとる。

制御部２と流量計測部３は、コネクタ６と中継部１１を介してケーブル１２，１３，１４で接続されている。以下、実施の形態２における制御部２と流量計測部３の接続の方法について説明する。

図３は、本発明の第２の実施の形態の超音波流量計の回路の構成図である。中継部４’は基板７上に複数のコネクタ６、制御部１０を有し、制御部１０は各コネクタ６に接続されている。そして、中継部１１と複数の流量計測部３はコネクタ６を介してケーブル１２で接続されている。また、２つの中継部１１はコネクタ６を介してケーブル１４で互いに接続され、更に、中継部１１の１つはコネクタ６を介してケーブル１４で制御部２と接続されている。

なお、図３では中継部１１に接続できる流量計測部３を２個としているが、コネクタ６を増やすことで更に接続する流量計測部３の数を増やすことができる、また、中継部１１を２個として図示しているが、ケーブル１４で互いに接続することで中継部１１の数を増やすこともできる。

以上のように構成された超音波流量計について、以下その動作、作用を説明する。

制御部２は、あらかじめ規定された数の流量計測部３が接続されていることを確認する機能を持ち、接続されている流量計測部３の数が規定の数と異なる場合、これを報知する。

制御部１０は、各コネクタ６に流量計測部３や他の中継部１１が接続されているかを認識する。接続時や入電時に、制御部１０によって送信の順番を制御しながら、制御部２に、各流量計測部によって固有の番号を送信する。その際、制御部２には、流量計測部３との通信の時に、どの中継部１１、コネクタ６を経由しているかを識別する信号が送信される。これによって、あらかじめ識別番号、接続するコネクタ６、流量計測部３が通信する順番、中継部１１同士のつなぎ方などを設定しなくても、制御部２が流量計測部３を個別に認識可能となり、工程を簡略化することができる。

さらに、どのコネクタ６に接続されている流量計測部３が、計測システムのどの位置を計測するかを決めておくと、各流量計測部３が、計測システムのどの位置を計測しているのかを識別することができる。また、エラーや、流量計測部３に接続されているケーブルの断線等が起こった場合に、システム全体に影響が及ぶことを防止し、どの流量計測部３でエラーや断線が起こっているか識別することができる。

制御部２から特定の流量計測部３を指定して、所定の時間間隔で計測要求信号を送り、計測要求信号を受けた流量計測部３は、信号を受信したときの計測流路１を流れる流量を超音波センサ９を制御して測定する。そして、流量計測部３は流量測定後、流量計測結果を制御部２に送信する。

また、制御部２が特定の流量計測部３を指定せず、全ての流量計測部３に計測要求信号を送り、制御部１０で流量計測部３が所定の順番に測定と流量計測結果の送信を行うように指定してもよい。

制御部２は、流量計測部３と前述のような信号の送受信をすべての流量計測部３（１）から流量計測部３（３）と行うことによって、各計測流路１を流れる被計測流体の流量を取得し、得られた各流量を合計することで超音波流量計全体を流れている流量を測定することができる。

以上の構成をとることによって、制御部２に接続する流量計測部３の数に制限がなく、一般的に用いられているコネクタをそれぞれ１個有する制御部、流量計測部を流用できることで設計費用を抑え、必要な基板面積を小さくすることができ、あらかじめ識別番号、接続するコネクタ６、流量計測部３が通信する順番、中継部１１同士のつなぎ方などを設定しなくても、制御部２が流量計測部３を個別に認識可能することができる。また、工程を簡略化することができ、エラーや、流量計測部３に接続されているケーブルの断線等が起こった場合に、システム全体に影響が及ぶことを防止し、どの流量計測部３でエラーや断線が起こっているか識別することができる。

以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、制御部に接続する流量計測部の数に制限がなく、一般的に用いられている制御部、流量計測部を流用できることで設計費用を抑え、必要な基板面積を小さくすることができるので、ガスメータ等の用途にも適用できる。

１ 計測流路
２ 制御部
３ 流量計測部
４、１１ 中継部
５、１４ ケーブル
６ コネクタ
７ 基板
８ａ 流入口
８ｂ 流出口
１５ 超音波流量計

Claims (3)

1. 流体が流入する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、前記流体の総流量を算出する制御部と、
   前記計測流路と接続される複数の中継部と、を備え、
   前記中継部同士を接続し、前記中継部の１つが前記制御部に接続された超音波流量計。
2. 前記中継部はケーブルとコネクタで構成されている、請求項１に記載の超音波流量計。
3. 前記中継部は基板を含む、請求項１に記載の超音波流量計。

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