JP3036218B2 - 流量計 - Google Patents

流量計

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JP3036218B2
JP3036218B2 JP4066778A JP6677892A JP3036218B2 JP 3036218 B2 JP3036218 B2 JP 3036218B2 JP 4066778 A JP4066778 A JP 4066778A JP 6677892 A JP6677892 A JP 6677892A JP 3036218 B2 JP3036218 B2 JP 3036218B2
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浩一 植木
晃一 竹村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、都市ガス、LPGガス
等の気体や液体等の流体流量を計測する流量計に係わ
り、特に高精度の演算機能を有する流量計に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の流量計は、例えば特開平
3−95420号公報に示されているように、図4、図
5のような構成になっていた。
【0003】即ち、図4の従来の流量計において、1は
流量計で、2はガス配管、3はフルイディック発振素子
で、流体のもつ運動エネルギーを利用して流体発振を生
じさせる。4はセンサーで、流体発振の周波数を検出す
る。5は遮断弁で、異常な使用状態を検出するとガスの
供給を遮断する。6は制御装置で図5にその一例を示
す。
【0004】図5で、7はアナログ増幅器で、センサー
4で検出した流量信号を増幅する。8は波形整形回路
で、増幅した信号をパルス信号に変換する。9は立ち上
がり点検出回路で、流量パルス信号の立ち上がりを検出
する。10は周期測定手段で、流量パルスの立ち上がり
点から次の立ち上がり点までの時間、即ち周期を計測す
る。11は記憶回路で、パルス定数と流量あるいは周期
の関係はn個の折れ線で近似しており、n個の折れ線の
境界の周期を記憶する手段12と、流量パルスの周期よ
り短い単位時間tを記憶する単位時間記憶手段13と、
パルス定数の補正単位量αを記憶する補正単位量手段1
4と、定数項aを記憶する定数記憶手段15とからな
る。これらの記憶手段はn個の折れ線の区分に対応して
n個ずつもうけられている。16は加算回路で、1パル
ス当りの流量を示すパルス定数K=a+Σαを1周期毎
求め加算する。17は積算回路で、求めた流量を積算す
る。18は表示器で、積算した結果を表示する。
【0005】次に、上記構成の動作を説明する。何等か
のガス器具が使用されるとガスはフルイディック発振素
子3に入り流体発振が生じ、センサー4よりその流量変
化を検出する。その出力信号をアナログ増幅器7で増幅
し波形整形回路8でパルス信号に変換する。
【0006】流量と発振周波数の関係はQ=a・F+b
で与えられる。これを1パルス当りの流量を求める式K
=Q/F=a+b・Tに変更する。ここでKをパルス定
数といい、1パルス当りの流量値を示す。a、bは係
数。パルス定数と流量あるいは振動周波数との関係は図
6に示すように一定ではないため折れ線近似している。
流量パルスの周期が折れ線近似の境界を越えた場合、係
数を変えてパルス定数を演算する。従って係数は折れ線
区分毎に設定されている。またここではb・Tという乗
算処理を行わずに加算処理で行い、且つパルス定数Kを
もとめる。
【0007】この内容を図7を用いて説明する。まず立
ち上がり点検出回路9で波形整形回路8より出力された
流量パルスの立ち上がりを検出する。立ち上がり検出す
ると周期測定手段10で流量パルスの周期を計測開始す
る。同時に加算回路16で次の処理を行う。b・Tの演
算を行う代わりに、b・Tの値よりはるかに小さい単位
補正量αを加算して求める。加算は流量パルスの周期T
より比較的短い時間、単位補正時間t毎に行う。よって
α=b・tといえる。従って流量パルスの1周期、立ち
上がり点から次の立ち上がり点を検出するまでの間単位
時間t経過する毎に単位補正量αを加算し続ける。その
結果得られたK=a+Σαが1パルス当りの流量、即ち
パルス定数になる。パルス定数と流量パルスの周期との
関係は折れ線近似しているので、それぞれの折れ線区分
毎に係数a、単位補正量α、単位補正時間tをもってい
る。図7では境界周期T1〜T2ではα1、t1、また
T2〜T3ではα2、t2と境界T2を境に変化してい
る。従って、加算回路16では周期測定手段10によっ
て計測した周期が折れ線区分の境界の周期に達したかど
うかを判定し(周期測定手段10はパルスの周期を測定
するとともに境界周期をも測定する)、次の折れ線区分
の領域に入ったならば係数a、単位補正量α、単位補正
時間tを変更して上記処理を継続する。
【0008】このようにして求めた流量を積算回路17
で加算していくと使用積算値がもとまる。この積算値を
表示器18で表示している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、流量と振動周波数(あるいは周期)の関係
を示すパルス定数を線形近似しているために特に折れ線
の境界近傍では誤差が大きくなり流量を正確に計測でき
ず、また積算流量値にも大きく影響するという課題があ
った。
【0010】本発明は上記課題を解決するもので、正確
な流量計測をおこなえる流量計を提供することを目的と
したものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、流体流量を検出する流量検出手段と、前記流
体流量と前記流量検出手段の出力信号の非線形特性を示
す係数関数を近似するファジイ関数記憶手段と、前記流
量検出手段の出力信号と前記ファジイ関数記憶手段に格
納されたメンバーシップ関数とからファジイ推論し非線
形係数を決定するファジイ推論手段と、前記流量検出手
段と前記ファジイ推論手段より出力された係数とから流
量を演算する流量演算手段とを設けたものである。
【0012】
【作用】本発明は上記構成によって、流体流量を検出す
る流量検出手段の出力信号とファジイ関数記憶手段に格
納したファジイ関数とからファジイ推論を行い流量と出
力信号との関係を示す係数を求め、次に求めた係数と流
量検出手段の出力信号とから瞬時流量を演算し更に積算
流量を求める。
【0013】このように流体流量と流量検出手段の出力
信号との非線形な関係を示す係数関数をメンバーシップ
関数を用いて近似し、更に係数をファジイ推論によって
求め、次に流量を、得られた係数と流量検出手段の出力
信号とから求めるので誤差を極めて小さく、且つ高精度
にもとめることができる。その結果ガスの使用量である
積算値も正確に計測できる。
【0014】
【実施例】以下本発明の実施例を図1、図2及び図3を
参照して説明する。
【0015】なお図1において、図3と同一構成要素に
は同一番号を付した。図1は本発明の流量計のブロック
図である。図1において、19は流量検出手段で、例え
ばフルイディック発振素子3を用いて流体発振を発生さ
せ、流体の発振周波数を例えば圧電センサー、サーミス
タ等を用いて圧力−電圧変化、熱−抵抗変化として検出
したり、あるいは熱線式センサーにより流速を求めたり
する。20はファジイ関数記憶手段で、流量検出手段1
9を流れる流体流量と検出信号との関係を示す係数関数
を、非線形近似するメンバーシップ関数を格納する。2
1はファジイ推論手段で、検出した流量信号とファジイ
関数記憶手段21に格納したメンバーシップ関数とから
ファジイ推論し、係数を求める。22は流量演算手段
で、検出信号と決定した係数とでそのときの流量を演算
し求める。23は流量積算手段で、求めた流量を積算し
積算値を求める。24は表示手段で、積算値等を表示す
る。
【0016】次に上記構成の動作を説明する。ガスが使
用され始めるとガス流量を流量検出手段19によって例
えば電圧信号などの信号形態で検出する。このとき流体
流量と流量検出手段の信号は非線形な関係にあり、その
時の係数(流量と流量検出手段19の出力信号との比に
よって与えられる係数)と検出信号との関係は図2に示
す様に非線形関数になる。そこでファジイ関数記憶手段
20では、係数の非線形特性をメンバーシップ関数で非
線形近似している。次にメンバーシップ関数による非線
形近似の内容を説明する。
【0017】メンバーシップ関数L(F)は一例として
図3に示す様な関数を用いる。横軸は流量検出手段19
の検出信号Fで、縦軸はグレード(最大1.0)を示
す。まず図2に示すように、予め流量と流量検出手段1
9の検出信号との関係を計測し、更に図2(破線)に示
すような係数と検出信号との関係を求める。次に計測し
ようとする流量範囲に対応した検出信号の領域を分割す
る。分割点がメンバーシップ関数のピーク点に対応し、
分割した信号範囲が前述のメンバーシップ関数L(F)
の底辺の半分の広がりに相当する。いま信号領域をn点
分割したとする。それぞれの境界信号をF1 、F2 、・
・・、Fn とし、その時の係数値をg(F 1 )、g(F
2 )、・・、g(Fn )、とする。各々の分割点を中心
とするメンバーシップ関数は、各々のメンバーシップ関
数をLi(F)とすると、g(F1)・L1(F)、g
(F2 )・L2(F)、・・、g(Fn )・Ln
(F)、で与えられる。よって信号領域を共有するメン
バーシップ関数同士からファジイ推論によって、図2
(破線)に示す非線形な係数関数を近似する。メンバー
シップ関数の形状を凹関数あるいは凸関数等の組合せに
することによって精度良く非線形関数を近似できる。
【0018】次に推論の内容を説明する。ファジイ推論
は、流量検出手段19より検出した信号と前述のメンバ
ーシップ関数とから行う。ファジイ推論手段21は、適
合度演算手段21aと加算手段21bとからなる。適合
度演算手段21aでは流量検出手段19の検出信号をメ
ンバーシップ関数に代入し適合度を求める。求めた適合
度を加算手段21bで加算処理し周波数に対応した係数
δを求める。
【0019】即ち係数関数は次式 δ(F)=Σg(F
i )・Li (F)で与えられる。次に瞬時流量Qは流量
演算手段22で、求めた係数δと振動周波数Fとから関
係式Q=δ・Fより求める。積算流量演算手段23は瞬
時流量Qを加算し、使用合計の積算流量を求める。表示
手段24は求めた積算流量値等を表示する。
【0020】この実施例の構成によれば、流量と流量検
出手段19の検出信号との関係を示す係数を、ファジイ
関数(メンバーシップ関数)を用いることにより本来有
する非線形特性に近似できるので、高精度の流量演算が
でき、その結果積算流量などの流量計測を正確に行え
る。
【0021】なお、流体流量を計測するフルイディック
流量計の例をあげて説明したが他の流量計に関しても上
記の内容を適用できる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明の流量計は、
流体流量を検出する流量検出手段と、流体流量と流量検
出手段の出力信号との非線形特性を示す係数関数を近似
するファジイ関数記憶手段と、流量検出手段の出力信号
とファジイ関数記憶手段に格納されたメンバーシップ関
数とからファジイ推論し非線形係数を決定するファジイ
推論手段と、流量検出手段とファジイ推論手段より出力
された係数とから流量を演算する流量演算手段とからな
り、例えばガスを使用開始すると流体流量を流量検出手
段で検出し、更に検出した出力信号と非線形な特性を有
する係数関数を近似するファジイ関数記憶手段のメンバ
ーシップ関数とからファジイ推論を行うことによって係
数を求め、次に得られた係数より瞬時流量や積算流量を
演算し求めるので、線形近似した場合に比べ誤差を極め
て小さくでき、かつ流量演算が高精度に行えるので積算
流量などの流量計測が正確に出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における流量計の制御ブロッ
ク図
【図2】同流量計の制御装置に用いる係数関数の一例と
係数関数を近似したメンバーシップ関数図
【図3】同流量計の制御装置に用いるメンバーシップ関
数図
【図4】従来の流量計のシステム図
【図5】同流量計の制御ブロック図
【図6】同流量計の制御装置の特性図
【図7】同流量計の制御装置の詳細特性図
【符号の説明】
19 流量検出手段 20 ファジイ関数記憶手段 21 ファジイ推論手段 22 流量演算手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−44512(JP,A) 特開 平5−264317(JP,A) 特開 昭58−66820(JP,A) 特開 昭63−210713(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/00 G01F 1/20 G01F 15/075

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流体流量を検出する流量検出手段と、前記
    流体流量と前記流量検出手段の出力信号との非線形特性
    を示す係数関数を近似するファジイ関数記憶手段と、前
    記流量検出手段の出力信号と前記ファジイ関数記憶手段
    に格納されたメンバーシップ関数とからファジイ推論し
    非線形係数を決定するファジイ推論手段と、前記流量検
    出手段と前記ファジイ推論手段より出力された係数とか
    ら流量を演算する流量演算手段とからなる流量計。
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