JP3045585B2 - 熱式フローセンサを用いた流量計 - Google Patents

熱式フローセンサを用いた流量計

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JP3045585B2 JP3320831A JP32083191A JP3045585B2 JP 3045585 B2 JP3045585 B2 JP 3045585B2 JP 3320831 A JP3320831 A JP 3320831A JP 32083191 A JP32083191 A JP 32083191A JP 3045585 B2 JP3045585 B2 JP 3045585B2
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繁憲 岡村
薫 河本
幸雄 木村
雅仁 長沼
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Osaka Gas Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱式フローセンサを用い
た流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の流量計として、特開平1−30
8921号公報記載のガスメータが公知である。
【0003】このガスメータは図5に示すように、フル
イディック発振素子1と、該フルイディック発振素子1
の流体振動を検知して電気信号に変換するセンサ2と、
前記フルイディック発振素子のノズル部3の流速を検知
して電気信号に変換する熱式フローセンサ4と、前記流
体振動検知用センサ2と流速検知用熱式フローセンサ4
の信号を演算して積算流量を求める電子回路5と、該電
子回路5で求めた積算流量を表示する表示器6とを有し
ている。
【0004】そして、流体振動検知用センサ2の電気信
号の周波数が一定値以上か以下かを判定し、一定値以下
のときに流速検知用熱式フローセンサ4に間欠的駆動電
力を供給するとともに、一定値以上の大流量ではフルイ
ディック発振素子1の信号で、又一定値以下の小流量で
は熱式フローセンサ4の信号で流量を求める、いわゆる
2段計量方式のガスメータである。
【0005】このように2段計量方式を用いるのは、フ
ルイディック発振素子の流体振動が一定以下の小流量で
は発振しなかったり、発振が不安定になったりして流量
が計測し難い事を補うためで、フルイディック発振素子
1のノズル部3の流速が大きいことを活用し、このノズ
ル部3に流速検知用の熱式フローセンサ4を配置して小
流量域における流量を計測するものである(実開平1−
58118号公報参照)。
【0006】流体振動検知用センサ2としては、周知の
高分子圧電膜センサが、流速検知用熱式フローセンサ4
としては特開昭59−182315号公報記載のような
熱式フローセンサが用いられる。
【0007】そして、流体振動検知用センサ2は、流体
振動に対応した周波数の電気信号を生じ、熱式フローセ
ンサ4はノズル部3の流速に対応したアナログ電気信号
を生じる。
【0008】熱式フローセンサ4はシリコンチップ上の
流れが当たる表面に発熱部の両側に流体温度検出部を配
置した物で、流量に応じて発熱部の両側の流体温度検出
部の電気抵抗が変化するため、この変化を電圧信号とし
て検出し、増幅、A/D変換してマイコンにより流量を
求める。
【0009】この熱式フローセンサ4は、流れに直角に
切った流路断面が長方形のノズルの短辺の一方の端部に
配設される。電子回路5は図6に示す構成となってい
る。
【0010】6はアナログ・ディジタル変換回路で、熱
式フローセンサ4で検知した小流量域のアナログ電気信
号を流量に比例した周波数の電気パルス信号に変換す
る。7はアナログ・ディジタル回路6の出力である高速
の電気パルス(信号B)をマイコン8に入力するのに一
時的にストックするカウンタ、9は電源、10は圧電膜
回路部11と熱式フローセンサ回路部12とに供給する
駆動電圧を制御する電圧制御回路である。
【0011】13はセンサ2の電気信号を増幅するアナ
ログ増幅器、14はアナログ増幅器13の出力信号を矩
形波に整形する波形整形回路、15は波形整形回路14
の出力(信号A)を入力とし、その周波数が一定値以上
のときに信号Aを同じ周波数の信号Jとしてマイクロコ
ンピュータ8に伝送する信号判定回路である。
【0012】16はクロック制御回路で、マイクロコン
ピュータ8の指令を受けてアナログ・ディジタル変換の
ため32KHzのクロック信号Hをアナログ・ディジタ
ル変換回路6へ送出する。
【0013】流体振動検知用センサ2の信号周波数、つ
まり信号Aの周波数が一定値以上のときは信号Jがマイ
クロコンピュータ8で演算されて流量積算値となる。
又、信号Aの周波数が一定値以下の微小流量域では熱式
フローセンサ4に基づく信号Bがマイクロコンピュータ
8で演算され、信号Jと信号Bの合計の流量積算値が求
められて表示器6に表示される。
【0014】流体振動検知用センサ2の電気信号の周波
数が一定値以下の小流量域では、フローセンサ回路部1
2へ数秒間の間隔(周期)T0 毎に40mSの短時間だ
け間欠的に電源を供給して、熱式フローセンサ4で流量
(流速)を検出する。
【0015】熱式フローセンサ4のアナログ電圧信号
は、32KHzのクロック信号Hと同期して、流量に比
例したパルス数の流量信号Bにアナログ・ディジタル変
換回路6で変換される。
【0016】この信号Bは間隔(周期)T0 毎に出力さ
れ、その都度のパルス数は流量0[l/h]で0パル
ス、流量50[l/h]で300パルスと、流量に比例
したパルス数になるようアナログ・ディジタル変換回路
6の特性が定められている。この特性を図2の直線ロに
示す。
【0017】小流量域では熱式フローセンサ4に基づく
信号Bが、一定値以上の流量域ではフルイディック発振
素子1の流体振動周波数を圧電膜センサ2で検出した信
号Aがマイコン8で演算され、合計の流量積算値が求め
られる。
【0018】なお、実際のガスメータは、特開平1−3
08921号公報に開示されているように、異常流量を
判断して内蔵の遮断弁を閉じる安全機能付ガスメータと
して周知である。
【0019】そして、このような安全機能付ガスメータ
は、ガス配管の流量漏れを判定する3[l/h]程度の
微小流量でも確実に流量計測ができる感度を備えてい
る。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】ガス配管に設置された
ガスメータでは、メータ下流のガス器具のコックを閉じ
てガスを使っていない時でも、供給系の圧力変動等で微
量のガスが流れ、このガスの流れを熱式フローセンサ4
が検知し、マイコン8がそれを積算して積算流量を算出
する。
【0021】このように、メータ下流のガス器具のコッ
クを閉じた状態での、供給系の圧力変動等による流量を
熱式フローセンサ4で検出したときのアナログ・ディジ
タル変換回路6の出力パルスPS を1日24時間にわた
って観察したところ、図7に示すように、0〜300パ
ルスの範囲に分布した。
【0022】そして、この出力パルス(信号B)をマイ
コン8でパルス定数kと掛け合わせて演算した積算値 L=Σk.PS は図4の曲線ロのように、時間とともに単調増加し、時
として1時間の間に約3[l]増加することが3時間も
継続することがみられた。
【0023】安全機能付ガスメータでは、流量漏れがあ
るかどうかの判断を、1時間で積算流量が3[l/h]
を越えるかどうかを基本算位として行なっているため、
上記従来技術では、流量漏れでないのに流量漏れと誤っ
て判断するという問題点があった。
【0024】それは、熱式フローセンサ4が、ノズル部
3で絞られた速い流速のガスを感度良く検出し、しかも
アナログ・ディジタルW変換回路6の特性が、図2の直
線ロに示すように、正方向の流れだけをパルス数に変換
するというものであったために、逆流を検出できず、結
果的にはマイコン8では逆流を積算できないために生じ
る結果であった。
【0025】そこで、本発明はこのような問題点を解消
できる流量計を提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の熱式フローセンサを用いた流量計は、流速
検知用の熱式フローセンサと、該熱式フローセンサのア
ナログ出力信号を周期的に流量に応じたパルス数の信号
Bに変換するアナログ・ディジタル変換回路と、信号B
を積算して積算流量を算出するマイクロコンピュータと
を有する流量計において、熱式フローセンサ(4)が検
出した流量に比例したパルス数に一定のパルス数PO
加算して零シフトした出力パルスPS を信号Bとして出
力するアナログ・ディジタル変換回路(6A)と、前記
一定のパルス数PO を発生するP O 発生回路(17)
と、前記信号Bのパルス数PS とPO 発生回路(17)
の信号PO の大小関係を判断する大小判断回路(18)
と、該大小判断回路(18)の出力に応じてPS とPO
のうち何れか大きい方から小さい方を引き算して|P S
−PO |を演算する演算回路(19)と、該演算回路
(19)の出力を大小判断回路(18)の出力に応じて
加減算して流量を積算するマイクロコンピュータ(8
A)とを具備した。
【0027】
【作用】アナログ・ディジタル回路(6A)の出力信号
Bのパルス数PS は、ガスの流れが正流の場合はPS
O 、逆流の場合はPS <PO の関係になる。
【0028】従って大小判断回路(18)の出力は、ガ
スの流れが正流か逆流かに応じて異なる。この大小判断
回路(18)の出力に応じて、演算回路(19)はPS
−PO 又はPO −PS を演算し、|PS −PO |を出力
する。
【0029】演算回路(19)のこの出力|PS −PO
|は、マイクロコンピュータ(8A)に入力され、大小
判断回路(18)の出力が正流か逆流かに応じて加算又
は減算されて流量積算値が算出される。
【0030】
【実施例】図1の実施例は、図6の従来技術のブロック
図に比較して、一部分だけが変更改善されているだけな
ので、以下主として変更部分について説明する。
【0031】6Aはアナログ・ディジタル変換回路で、
熱式フローセンサ4が検出した流量に比例したアナログ
電圧信号を、このアナログ電圧に比例したパルス数に一
定のパルスPO を加算して零シフトした出力パルスPS
を6秒毎の間隔(周期)TO で信号Bとして出力する。
【0032】流量と出力パルスPS との関係は図2のイ
に示すように、PO つまり300パルスだけ零シフトし
た直線となる。なお、一定のパルスPO の値は、ガスの
逆流時の最大値パルスより大きな値に定めてある。
【0033】7はカウンタで、信号Bのパルス数PS
計数し、間隔TO 毎に、一時的にストックする。17は
前記一定のパルス数PO を発生するPO 発生回路、18
は出力パルスP S とパルス数PO の大小関係を判断する
大小判断回路で、その出力はPS >PO のときH、PS
<PO のときL、PS =PO のときはL又はHと定めて
ある。従って、この出力がHのときはガスの流れが正流
で、Lのときは逆流ということになる。
【0034】19は演算回路で、大小判断回路18の出
力がHかLかに応じてPS −PO かPO −PS の引き算
を行なう。従って、その出力は|PS −PO |というこ
となる。
【0035】8Aはマイクロコンピュータで、演算回路
19の出力|PS −PO |を入力し、大小判断回路18
の出力がHかLかに応じて、演算回路19の出力PS
O |を加算又は減算して一定流量以下の小流量域での
積算流量を算出すz。なおこのとき、演算回路19の出
力|PS −PO |にパルス定数kを掛けた値を加減算す
るので、結果的にΣk・(PS −PO )を算出すること
になり、正流と逆流の両方を積算し、正しい積算流量を
求めることになる。
【0036】図1のブロック図で構成されたガスメータ
をガス配管中に設置し、その下流のガス器具のコックを
閉じた状態、つまりガスを使っていない状態で、1日2
4時間の間、6秒間毎に出力される出力パルスPS
ら、一定のパルスPO (この場合PO =300)を引き
算した値は、図3に示すように変動した。
【0037】この変動は、供給系の圧力変動や温度の変
動によるガスの正逆流によるものであり、PS −PO
正のときは正流、PS−PO が負のときは逆流を意味す
る。図4はこのようにメータ下流のガス器具のコックを
閉じ、1日24時間にわたり図3の正、逆流をマイクロ
コンピュータ8Aで積算した積算値 L=Σk・(PS −PO )[リットル] を曲線イに示す。
【0038】曲線イで明らかなように本発明では、積算
値Lが24時間でほゞ零になっており、曲線ロで示す従
来技術のように正流だけを加算(積算)して積算値がど
こまでも単調増加するということがない。
【0039】なお、図1のブロック図では、電子回路の
細部構成が図6の従来技術のブロック図と一部相異する
ため、電子回路を符号5Aで示した。又、同様に熱式フ
ローセンサ回路部は符号12Aで示した。
【0040】
【発明の効果】本発明の熱式フローセンサを用いた流量
計は上述のように構成されているので、アナログ・ディ
ジタル変換回路の出力パルスが流量0でも一定のパルス
数PO が得られ、こうすることで、カウンタ(7)の後
部に設けた大小判断回路(18)と演算回路(19)と
マイクロコンピュータ(8A)とで正・逆流の積算値L
=Σk・(PS −PO )を算出でき、従来技術の流量漏
れを確認するための3[l/h]程度の流れを誤認する
という問題点を解消できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のブロック図。
【図2】流量とアナログ・ディジタル変換回路の出力パ
ルスとの関係を示す線図。
【図3】時間とPS −PO との関係を示す線図。
【図4】時間と積算値とり関係を示す線図。
【図5】2段計量方式の流量計の概要図。
【図6】従来技術のブロック図。
【図7】従来技術における時間とアナログ・ディジタル
変換回路の出力パルスとの関係を示す図。
【符号の説明】
1 フルイディック発振素子 3 ノズル部 4 熱式フローセンサ 6A アナログ・ディジタル変換回路 7 カウンタ 8A マイクロコンピュータ 17 PO 発生回路 18 大小判断回路 19 演算回路
フロントページの続き (73)特許権者 000116633 愛知時計電機株式会社 愛知県名古屋市熱田区千年1丁目2番70 号 (72)発明者 酒井 克人 東京都葛飾区高砂3−2−7−123 (72)発明者 岡村 繁憲 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大 阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 河本 薫 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大 阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 木村 幸雄 愛知県東海市新宝町507−2 東邦瓦斯 株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 長沼 雅仁 愛知県名古屋市熱田区千年一丁目2番70 号 愛知時計電機株式会社内

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流速検知用の熱式フローセンサと、該熱
    式フローセンサのアナログ出力信号を周期的に流量に応
    じたパルス数の信号Bに変換するアナログ・ディジタル
    変換回路と、信号Bを積算して積算流量を算出するマイ
    クロコンピュータとを有する流量計において、熱式フロ
    ーセンサ(4)が検出した流量に比例したパルス数に一
    定のパルス数PO を加算して零シフトした出力パルスP
    S を信号Bとして出力するアナログ・ディジタル変換回
    路(6A)と、前記一定のパルス数PO を発生するPO
    発生回路(17)と、前記信号Bのパルス数PS とPO
    発生回路(17)の信号PO の大小関係を判断する大小
    判断回路(18)と、該大小判断回路(18)の出力に
    応じてPS とPO のうち何れか大きい方から小さい方を
    引き算して|PS −PO |を演算する演算回路(19)
    と、該演算回路(19)の出力を大小判断回路(18)
    の出力に応じて加減算して流量を積算するマイクロコン
    ピュータ(8A)とを具備したことを特徴とする熱式フ
    ローセンサを用いた流量計。
  2. 【請求項2】 熱式フローセンサ(4)がフルイディッ
    ク発振素子(1)のノズル部(3)に配設されている請
    求項1の流量計。
  3. 【請求項3】 熱式フローセンサ(4)がガスメータの
    フルイディック発振素子(1)のノズル部(3)に配設
    されている請求項1の流量計。
  4. 【請求項4】 アナログ・ディジタル変換回路(6A)
    の出力パルスPS の数を計数して一時的にストックする
    カウンタ(7)を具備した請求項1〜3の何れかの流量
    計。
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