JP2020148684A - 流量測定装置、流量測定装置を備えたガスメータ及び、ガスメータのための流量測定装置ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置であって、
測定対象流体を加熱する加熱部と、
前記測定対象流体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による検出値の時間経過に伴う変化傾向に基づいて、前記主流路を流れる測定対象流体の流量を補正する流量補正部と、
を備えることを特徴とする、流量測定装置である。
前記測定対象流体への加熱の開始を始点として、前記検出値が、前記加熱された前記測定対象流体の前記検出部近傍での熱平衡温度の第1所定割合を超えるまでの第1経過期間に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段を有するようにしてもよい。
00パーセントとして表される、加熱期間中の複数の温度検出部の出力に対する相対的な度合いを示す指標である。上述のように、測定対象流体への加熱の開始から、温度検出部の出力が、加熱された測定対象流体の熱平衡温度の第1所定割合を超えるまでの第1経過期間に基づいて測定対象流体の流量を補正することで、組成や種類が近似する流体の熱拡散に影響する物性への依存性を低減した流量を出力することが可能になる。
前記測定対象流体への加熱の開始から、前記検出値が、前記加熱された前記測定対象流体の前記温度検出部近傍での熱平衡温度の第2所定割合に到達したときの時間変化の傾斜に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段を有するようにしてもよい。
前記測定対象流体への加熱の停止から、前記熱平衡温度に到達した前記検出値が、前記熱平衡温度の第3所定割合を下回るまでの第2経過期間に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段を有するようにしてもよい。
前記測定対象流体への加熱の開始から第3経過期間が経過した時点の、前記検出値に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段を有するようにしてもよい。これによれば、第3経過期間が経過した時点の温度検出部の出力に基づいて、主経路を流れる測定対象流体の流量を直接的に補正することが可能になる。その結果、演算装置への負荷を減少し、より高速な処理を実現することが可能となる。
前記測定対象流体の流れが停止状態のときに、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正するための、前記検出値の時間経過に伴う変化傾向を示す情報を取得するようにしてもよい。これによれば、流体の熱拡散に影響する物性についての流量依存性が抑制できるため、流量測定の精度が向上できる。
前記加熱部と前記温度検出部とが、前記測定対象流体の流れ方向を横切る方向に配列されていてもよい。また、前記温度検出部は複数設けられ、少なくとも2つの前記温度検出部は、前記加熱部を挟み込む位置に配列されていてもよい。また、前記温度検出部は、冷接点と温接点を有し、前記冷接点が前記測定対象流体の流れ方向に対して上流側に位置し、前記温接点が前記測定対象流体の流れ方向に対して下流側に位置するように配置されるようにしてもよい。このような構成であっても、流体の熱拡散に影響する物性についての
流量依存性を抑制し、流量測定の精度を向上できる。
前記流量補正部により補正された流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
を備える、流量測定ユニットであってもよい。
前記流量測定装置により測定した流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
前記流量測定装置、表示部、及び統合制御部に電力を供給する電源部と、
前記流量測定装置、表示部及び、統合制御部を収納可能な筐体と、
前記筐体の外部から前記流量測定装置の作動に関する設定が可能な操作部と、
を備える、ガスメータであってもよい。
以下、本発明の適用例について、図面を参照しつつ説明する。本発明は例えば、図1に示すような熱式の流量測定装置1に適用される。流量測定装置1は、図2に示すように、主流路部2を流れる流体を分流し、その一部を流量検出部11に導いて、主流路部2の流体の流量と高い相関を有する、流量検出部11における流量を測定するものである。流量
検出部11に用いられるセンサ素子は、図4に示すように、マイクロヒータ(加熱部)101を挟んで二つの温度検出部102が配置された構成を有する。
の検出値取得部131に送信され、流量算出部133において必要な補正などが施された上で、最終的な出力としての流量が算出される。
以下では、本発明の実施例に係る流量測定装置について、図面を用いて、より詳細に説明する。
図1は、本実施例に係る流量測定装置1の一例を示す分解斜視図である。図2は、流量
測定装置1の一例を示す断面図である。流量測定装置1は、例えばガスメータや燃焼機器、自動車等の内燃機関、燃料電池、その他医療等の産業機器、組込機器に組み込まれ、流路を通過する流体の量を測定する。なお、図1及び図2の破線の矢印は、流体の流れる方向を例示している。
れぞれ回路基板5上に実装される。そして、回路基板5は、上部に開口を有する物性値検出用流路32、流量検出用流路33の上部を覆うと共に、物性値検出用流路32に物性値検出部12が位置し、流量検出用流路33に流量検出部11が位置するように配置される。
および流量検出部11の形状等に応じて決定することができる。
ら遠い側の端部の温度のうち低い方の温度(図5(a)では左側のサーモパイル102の左端の温度又は右側のサーモパイル102の右端の温度であり、図5(b)では上流側の端部である左側のサーモパイル102の左端の温度)、Vfは流速の平均値、A及びbは所定の定数である。
図6は、図1に示した流量検出部11の概略構成を示す平面図であり、図7は、図1に示した物性値検出部12の概略構成を示す平面図である。図6に示すように、流量検出部11は、測定対象の流体の温度を検出する第1サーモパイル(温度検出部ともいう)111および第2サーモパイル(温度検出部ともいう)112と、測定対象流体を加熱するマイクロヒータ(加熱部ともいう)113とを備えている。加熱部113と、温度検出部111および温度検出部112とは、流量検出部11内において、測定対象流体の流れ方向Pに沿って並べて配置されている。また、加熱部113、温度検出部111、および温度検出部112の形状は、平面視においてそれぞれ略矩形であり、各々の長手方向は測定対象流体の流れ方向Pと直交する。
せることができる。
図8は、流量測定装置1の機能構成の一例を示すブロック図である。流量測定装置1は、流量検出部11と、物性値検出部12と、制御部13と、記憶部14と、通信部15とを備えている。流量検出部11は、温度検出部111と、温度検出部112とを備える。物性値検出部12は、温度検出部121と、温度検出部122とを備える。なお、図6に示した加熱部113及び図7に示した加熱部123は、図示を省略している。また、制御部13は、検出値取得部131と、特性値算出部132と、流量算出部133とを含む。記憶部14は、フラッシュメモリ、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等の記憶媒体を含み、補正テーブル141が保持される。
御部13に伝達する。なお、外部から受信された設定値には、記憶部14の補正テーブル141に保持されるデータが含まれる。補正テーブル141には、例えば、過渡応答特性の計測値に対応する補正係数が格納される。
。センサ出力変化の傾きには、流体の種別に対応した物性値が反映されるからである。
図11は、流量測定装置1における流量測定処理の一例を示す処理フロー図である。本処理は、流量測定装置1の回路基板1に備えられたCPU(不図示)から、流量検出部11、物性値検出部12、制御部13に指令を発信することで実行される。本処理が実行されると、まずステップS101において物性値検出部12における加熱部123がONされるタイミングを契機として時間計測が開始される。S102においては、加熱部123を駆動する電流の印加開始を時刻(t0)として経過時間(t)が測定される。S102の処理が終了するとS103に進む。
量算出部133における補正内容をより簡略化することができ、制御部13における演算負荷を低減することが可能になる。
次に、実施例2として、センサ出力立ち上がり変化の傾きによる特性補正を可能とした例について説明する。図12は、流量測定装置1における流量測定処理の他の一例を示す処理フロー図である。なお、以下の、図12から図14に示す処理の実行は、実施例1と同様である。
次に、実施例3として、センサ出力立ち下がり時間による特性補正を可能とした例について説明する。図13は、流量測定装置1における流量測定処理の他の一例を示す処理フロー図である。まずステップS121において物性値検出部12における加熱部123がOFFされるタイミングを契機として時間計測が開始され、ステップS122においては、加熱部123を駆動する電流の印加停止を時刻(t0)として経過時間(t)が測定される。S123においては物性値検出部12の温度検出部121等の検出値(SV)が第3所定割合を下回ることが判定される。第3所定割合は、測定対象流体の熱平衡値で規格化された、立ち上がり時間を特定するための予め定められた閾値である。第3所定割合として、例えば、測定対象流体の熱平衡値を100パーセントとして、粗95パーセントに
相当する値が例示される。
次に、実施例4として、時間経過に伴うセンサ出力(SV)による特性補正を可能とした例について説明する。図14は、流量測定装置1における流量測定処理の他の一例を示す処理フロー図である。まずステップS131において物性値検出部12における加熱部123がNOされるタイミングを契機として時間計測が開始され、ステップS132においては、加熱部123を駆動する電流の印加停止を時刻(t0)として経過時間(t)が測定される。S133においては、計測中の経過時間が所定時間(t6)に到達したことが判定される。S133の処理では、計測中の経過時間が所定時間(t6)に到達した場合には(S133、“Yes”)、S134に進み、そうでない場合には(S133、“No”)、S132に進む。
次に、実施例5として、実施例1から実施例4に係る流量測定装置が組み込まれたガスメータ及び、流量測定装置ユニットについて説明する。本実施例は、実施例1に係る流量測定装置1を、ガスの使用量測定のためのガスメータに組み込んだ例である。図15は、流量測定装置1が組み込まれたガスメータ150の機能構成の一例を示すブロック図である。ガスメータ150は、流量測定装置1の他、表示部151、電源部152、操作部153、振動検出部154、遮断部155、統合制御部としてのガスメータ制御部156、ガスメータ記憶部157、ガスメータ通信部158を備えている。なお、操作部153を除き、これらの構成は筐体150b内に収納されている。
121、122の検出値の過渡応答を用いた補正例を説明したが、これを流量検出部11からの検出値としても略同様の内容が成立する。すなわち、流量測定装置1は、物性値検出部12を含まずに、流量検出部11のみで構成される形態である。この場合、制御部13の特性値算出部132は、物性検出部12の温度検出部121、122に換えて、流量検出部11の温度検出部111、112の検出値の過渡応答を用いるものとすればよい。流量測定値1は、例えば、補正処理を実行する際に、通信部15を通じて、ガスメータ等の上位の制御部に通知し、流量検出部11の流路を滞留させる。滞留は、例えば、遮断部155による主流路部2を閉塞するバルブを介して行われる。流量検出部11の流路が滞留した状態では、流路を流れる流体は無風状態になるため、加熱部113を通じた熱分布は、図5(a)に示す状態になる。そして、流量測定値1は、流量検出部11の温度検出部111、112の検出値から、図11から図14を用いて説明した過渡応答特性による特性補正を行うようにすればよい。
<発明1>
主流路(2)を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置(1)であって、
測定対象流体を加熱する加熱部(113)と、
前記測定対象流体の温度を検出する温度検出部(111、112)と、
前記温度検出部による検出値の時間経過に伴う変化傾向に基づいて、前記主流路を流れる測定対象流体の流量を補正する流量補正部(133)と、
を備えることを特徴とする、流量測定装置。
<発明2>
前記流量補正部(133)は、
前記測定対象流体への加熱の開始を始点として、前記検出値が、前記加熱された前記測定対象流体の前記温度検出部近傍での熱平衡温度の第1所定割合を超えるまでの第1経過期間に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段(133)を有することを特徴とする、請求項1に記載の流量測定装置。
<発明3>
前記流量補正部(133)は、
前記測定対象流体への加熱の開始から、前記検出値が、前記加熱された前記測定対象流体の前記温度検出部近傍での第2所定割合に到達したときの時間変化の傾斜に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段(133)を有することを特徴とする、請求項1に記載の流量測定装置。
<発明4>
前記流量補正部(133)は、
前記測定対象流体への加熱の停止から、前記熱平衡温度に到達した前記検出値が、前記熱平衡温度の第3所定割合を下回るまでの第2経過期間に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段(133)を有することを特徴とする、請求項2または3に記載の流量測定装置。
<発明5>
前記流量補正部(133)は、
前記測定対象流体への加熱の開始から第3経過期間が経過した時点の、前記検出値に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段(133)を有することを特徴とする、請求項1に記載の流量測定装置。
<発明6>
前記流量補正部(133)は、
前記測定対象流体の流れが停止状態のときに、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正するための、前記検出値の時間経過に伴う変化傾向を示す情報を取得する、請求項1から5の何れか一項に記載の流量測定装置。
<発明7>
前記加熱部と前記温度検出部とが、前記測定対象流体の流れ方向を横切る方向に配列された請求項1から6のいずれか一項に記載の流量測定装置。
<発明8>
前記温度検出部は複数に設けられ、少なくとも2つの前記温度検出部は、前記加熱部を挟み込む位置に配列された請求項7に記載の流量測定装置。
<発明9>
前記温度検出部は、冷接点と温接点を有し、前記冷接点が前記測定対象流体の流れ方向に対して上流側に位置し、前記温接点が前記測定対象流体の流れ方向に対して下流側に位置するように配置される請求項7または8に記載の流量測定装置。
<発明10>
請求項1から9のいずれか一項に記載の流量測定装置(1)と、
前記流量補正部により補正された流量を表示する表示部(151)と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部(156)と、
を備える、流量測定ユニット(150a)。
<発明11>
請求項1から9のいずれか一項に記載の流量測定装置(1)と、
前記流量測定装置により測定した流量を表示する表示部(151)と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部(156)と、
前記流量測定装置(1)、表示部(151)及び、統合制御部(156)に電力を供給する電源部(152)と、
前記流量測定装置(1)、表示部(151)及び、統合制御部(156)を収納可能な筐体(150b)と、
前記筐体(150b)の外部から前記流量測定装置の作動に関する設定が可能な操作部(153)と、
を備える、ガスメータ(150)。
11 :流量検出部
111 :温度検出部
112 :温度検出部
113 :加熱部
12 :物性値検出部
121 :温度検出部
122 :温度検出部
123 :加熱部
13 :制御部
131 :検出値取得部
132 :特性値算出部
133 :流量算出部
14 :記憶部
141 :補正テーブル
15 :通信部
2 :主流路部
21 :オリフィス
3 :副流路部
32 :物性値検出用流路
33 :流量検出用流路
34 :流入用流路
35 :流出用流路
4 :シール
5 :回路基板
6 :カバー
100 :センサ素子
101 :マイクロヒータ
102 :サーモパイル
103 :絶縁薄膜
104 :シリコン基台
105 :キャビティ
150 :ガスメータ
150a :流量測定装置ユニット
Claims (11)
- 主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置であって、
測定対象流体を加熱する加熱部と、
前記測定対象流体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による検出値の時間経過に伴う変化傾向に基づいて、前記主流路を流れる測定対象流体の流量を補正する流量補正部と、
を備えることを特徴とする、流量測定装置。 - 前記流量補正部は、
前記測定対象流体への加熱の開始を始点として、前記検出値が、前記加熱された前記測定対象流体の前記温度検出部近傍での熱平衡温度の第1所定割合を超えるまでの第1経過期間に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段を有することを特徴とする、請求項1に記載の流量測定装置。 - 前記流量補正部は、
前記測定対象流体への加熱の開始から、前記検出値が、前記加熱された前記測定対象流体の前記温度検出部近傍での熱平衡温度の第2所定割合に到達したときの時間変化の傾斜に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段を有することを特徴とする、請求項1に記載の流量測定装置。 - 前記流量補正部は、
前記測定対象流体への加熱の停止から、前記熱平衡温度に到達した前記検出値が、前記熱平衡温度の第3所定割合を下回るまでの第2経過期間に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段を有することを特徴とする、請求項2または3に記載の流量測定装置。 - 前記流量補正部は、
前記測定対象流体への加熱の開始から第3経過期間が経過した時点の、前記検出値に基づいて、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正する補正手段を有することを特徴とする、請求項1に記載の流量測定装置。 - 前記流量補正部は、
前記測定対象流体の流れが停止状態のときに、前記主経路を流れる測定対象流体の流量を補正するための、前記検出値の時間経過に伴う変化傾向を示す情報を取得する、請求項1から5の何れか一項に記載の流量測定装置。 - 前記加熱部と前記温度検出部とが、前記測定対象流体の流れ方向を横切る方向に配列された請求項1から6のいずれか一項に記載の流量測定装置。
- 前記温度検出部は複数設けられ、少なくとも2つの前記温度検出部は、前記加熱部を挟み込む位置に配列された請求項7に記載の流量測定装置。
- 前記温度検出部は、冷接点と温接点を有し、前記冷接点が前記測定対象流体の流れ方向に対して上流側に位置し、前記温接点が前記測定対象流体の流れ方向に対して下流側に位置するように配置される請求項7または8に記載の流量測定装置。
- 請求項1から9のいずれか一項に記載の流量測定装置と、
前記流量補正部により補正された流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
を備える、流量測定ユニット。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の流量測定装置と、
前記流量測定装置により測定した流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
前記流量測定装置、表示部及び、統合制御部に電力を供給する電源部と、
前記流量測定装置、表示部及び、統合制御部を収納可能な筐体と、
前記筐体の外部から前記流量測定装置の作動に関する設定が可能な操作部と、
を備える、ガスメータ。
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