JP3072178B2 - 流量計の積算装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フルイディック発振
素子を用いた流量計の積算装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガス流量計等では従来より膜式
の流量計が使用されていたが、近時、膜式の流量計に代
わるものとして、小型で可動部がないという特徴を有し
たフルイディック流量形が開発され、注目を浴びている
（例えば特開昭５７−６６３１３号）。この流量計はフ
ルイディック発振素子を用いたもので、測定部を流れる
流体の速度は素子の発振周期と関数関係にあることか
ら、この振動を電気的に増幅してその信号の周期から流
量を測定しようというものである。つまり、フルイディ
ック流量計の流量をＱ、フルイディック発振素子の振動
周波数をｆとすると、両者の間にはおよそ Ｑ＝ａｆ＋ｂ （ａ、ｂは定数） の関係がある。そして、１振動ごとの重み即ちある周期
のパルス１個に対応する体積（パルス定数Ｋ）は Ｋ＝Ｑ／ｆ＝ａ＋ｂ／ｆ＝ａ＋ｂＴ （Ｔは周期） で表されることから、発振周期に基いて得られる各パル
スのパルス周期Ｔを求めることでそのパルスに対するパ
ルス定数を求め、この求めたパルス定数を積算すること
により流量を知ることができる。

【０００３】しかるに、実際上パルス定数Ｋと周期Ｔと
は比例関係になく、例えば図２のような曲線を示す。

【０００４】そこで、従来、パルス定数Ｋと周期Ｔとの
関係を複数の折線に近似してパルス定数Ｋを求めること
が行われている（例えば特開平３−９５４２０号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の積算
装置では、折線上のパルス定数Ｋを個別に正確に算出し
ようとするため、算出処理、積算処理が極めて複雑であ
った。このため、このような処理をマイクロコンピュー
タで行う場合、各パルスについてのパルス定数の算出、
積算処理をパルス周期以内で行おうとすると、マイクロ
コンピュータのクロック周波数が高くならざるを得ず、
このためかかる流量計を殊に家庭用のガスメータのよう
に回路駆動源として乾電池を用いるものに適用した場合
には、消費電力の増大を招くことから、深刻な問題とな
っていた。また、消費電力の増大を抑制すべく、クロッ
ク周波数を低く設定した場合には、処理時間が長くなる
ため短周期のパルスについての積算処理が困難となり、
測定性能の点で問題となるものであった。

【０００６】この発明は、かかる技術的背景に鑑みてな
されたものであって、各パルスについてのパルス定数の
算出及び積算処理を簡素化することにより、低消費電力
でかつ長周期のパルスはもとより短周期のパルスについ
ても積算処理を行い得て広範囲な流量測定が可能であ
り、構成も簡易で安価な積算装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、図面の符号を参照して示すと、フルイ
ディック発振素子の流体振動に基いて得られるパルス周
期Ｔとパルス定数Ｋとの関係を複数の折線に近似し、各
折点イ、ロ、ハ…におけるパルス周期Ｔ1 、Ｔ2 、…Ｔ
ｎ…とその時のパルス定数Ｋ1 、Ｋ2 、…Ｋn …を予め
記憶させた記憶手段（７）（11）と、連続的に入力され
る被測定パルスの各周期Ｔｘを測定する周期測定手段
（８）と、パルス周期Ｔｘよりも小さくかつ最も近接し
た折点を近似折点とし、各パルスについて、該近似折点
とのずれ時間ｔxを求めるずれ時間測定手段（10）と、
各パルスについて求めたずれ時間ｔxを、そのパルスと
前記近似折点を共通にする過去のパルスのずれ時間の累
積値に加算する加算手段（12）と、前記パルス周期Ｔｘ
と前記折点のパルス周期Ｔ1 、Ｔ2 、…Ｔｎ…とを比較
して、パルス周期Ｔｘに対する前記近似折点のパルス定
数Ｋi を、そのパルスについての近似パルス定数として
判定するとともに、前記ずれ時間ｔxの加算合計値が近
似折点から次の折点までの時間幅を越えたときには、そ
のパルスについては次の折点のパルス定数Ｋｉ+1を近似
パルス定数として判定する判定手段（９）と、各被測定
パルスについて判定された前記近似パルス定数を積算す
る積算手段（13）とを備えていることを特徴とする流量
計の積算装置を要旨とする。

【０００８】

【作用】フルイディック発振素子の流体振動に基いて得
られるパルス周期Ｔとパルス定数Ｋとの関係を複数の折
線に近似して被測定パルスの周期を周期測定手段（８）
で測定する。判定手段（９）は、パルス周期Ｔｘと前記
折点のパルス周期Ｔ1 、Ｔ2 、…Ｔｎ…とを比較して、
側定パルス周期Ｔｘよりも小さくかつ最も近接した折点
（近似折点）のパルス定数を、そのパルスについての近
似パルス定数として判定する。一方、ずれ時間測定手段
（10）により、パルス周期Ｔｘの前記近似折点からのず
れ時間ｔx が求められる。加算手段（12）は、求められ
たずれ時間ｔx を、そのパルスと近似折点を共通にする
過去のパルスのずれ時間の累積値に加算する。そして、
加算合計値が対応折点から次の折点までの時間幅を越え
たときには、判定装置（９）は次の折点のパルス定数Ｋ
ｉ+1をそのパルスについての近似パルス定数として再度
判定する。こうして判定された各パルス定数を積算手段
（13）で積算して流量値を算出する。

【０００９】

【実施例】次に、この発明の実施例を説明する。

【００１０】図１に示すブロック図において、（１）は
フルイディック発振素子、（２）は該フルイディック発
振素子の振動を検出するセンサー、（３）は該センサー
からの信号を増幅する増幅器、（４）は増幅器（３）の
出力をパルス波に波形整形する波形整形回路である。こ
の波形整形回路からは、図４に示すようなフルイディッ
ク発振素子の振動に対応したパルスが連続的に出力され
るものとなされている。

【００１１】一方、波形整形回路（４）から出力される
パルスの周期Ｔとパルス定数Ｋとの関係は予め把握され
ており、この関係が例えば図２に示すグラフで表される
ものとする。パルス周期Ｔとパルス定数Ｋとの関係は連
続的に変化するが、この発明では、上記の関係を従来と
同じく図３に示すような複数の折線を用いて近似する。
この場合、折線と折線との交点すなわち折点の場所や数
は、マイクロコンピュータ等のクロック周波数から制限
される以外特に制約がないため、折点を多く設けること
により正規の曲線と近似折線との誤差を極めて少なくで
きる。この実施例では折点イ〜トを有する折線に近似し
ている。

【００１２】そして、各折点イ〜トにおける各パルス周
期Ｔ1 〜Ｔ7 （以下「基準パルス周期」という）と、各
折点におけるパルス定数Ｋ1 〜Ｋ7 （以下「基準パルス
定数」という）とを予め基準パルス周期記憶手段（７）
と基準パルス定数記憶手段（11）とにそれぞれ記憶させ
ておく。

【００１３】図１に示す（５）は、波形整形回路（４）
から出力されたパルスの立上がりを検出する立上り検出
回路であり、また（６）は該パルスの周期を測定するた
めの単位クロックを発生する単位クロック発生手段であ
る。そして立上り検出回路（５）でパルスの立上りが検
出されると、その時点から単位クロック発生手段（６）
のクロックが周期測定手段（８）に入力されるものとな
されている。なお、立上り検出回路（５）の代わりに立
下り検出回路を設け、パルスの立下りを検出することに
よりパルス周期を測定するものとしても良い。

【００１４】前記周期測定手段（８）は、立上り検出回
路（５）から立上り検出信号を受けて次のパルスの立上
り検出信号を受けるまで、単位クロック発生手段（６）
からの単位クロックをカウントすることによりパルス周
期Ｔｘを測定するものである。そしてその測定結果が判
定手段（９）に入力されるものとなされている。なお、
パルス周期測定後はこの周期測定手段は直ちに初期化さ
れ、次のパルスの周期測定を行うものとなされている。

【００１５】判定手段（９）は、パルス周期Ｔｘと基準
パルス周期記憶手段（７）に記憶されている基準パルス
周期とを比較し、パルス周期Ｔｘよりも小さくかつ最も
近接した折点（「近似折点」という）の基準パルス定数
を、そのパルスについての近似パルス定数として判定す
るものである。すなわち、例えば被測定パルスの周期Ｔ
ｘがＴ3 ＜Ｔｘ＜Ｔ4 であるときには、Ｔ3 に対応する
折点（ハ）を近似折点と判断し、基準パルス定数記憶手
段（11）の中からその折点（ハ）の基準パルス定数Ｋ3
をそのパルスについての近似パルス定数として特定す
る。

【００１６】図１に示す（10）は、上記パルス周期Ｔｘ
の近似折点からのずれ時間ｔｘを測定するもので、具体
的には図５に示すように、パルス周期Ｔｘと近似折点の
基準パルス周期Ｔｎとの差を求めることにより、所期す
るずれ時間ｔｘを特定する。上記のようなパルス周期測
定手段（８）及びずれ時間測定手段（10）は、最も簡単
には計数回路で構成することができる。即ち、図６に示
すように、各基準パルス周期Ｔ1 〜Ｔ7 を隣接折点間の
区分時間幅がすべて同一の値Ｔｉを有するものに設定し
（図３参照）、これを区分時間幅Ｔｉを記憶する手段
（７´）に記憶させ、計数回路（８´）の容量を上記区
分時間幅Ｔｉに合わせておけば、計数回路（８´）の値
は区分時間幅Ｔｉに達するごとに初期化されるため、続
いて入力された次のパルスの立上り検出信号を受けたと
きの計数回路（８´）の値が近似折点からのずれ時間ｔ
ｘになる。また、時間幅Ｔｉで初期化されるごとに計数
回路（８´）から信号を出力させ、この信号を判定手段
（９）でカウントするように構成すれば、判定手段
（９）のカウント値で近似折点を直ちに特定することが
できる。なお、図１に示すブロック図では、周期測定手
段（８）でパルス周期Ｔｘを測定した後に、このＴｘと
基準パルス周期Ｔ1 〜Ｔ7 とを比較する構成となってい
るが、図６で示したように、Ｔｘの測定中に測定値と基
準パルス周期Ｔ1〜Ｔ7 を逐次比較する構成を採用して
も良いことは勿論である。

【００１７】図１に示す（12）は、前記ずれ時間測定手
段（10）で求めた近似折点からのずれ時間ｔｘを、その
パルスと近似折点を共通にする過去のパルスのずれ時間
の累積値に加算する加算手段である。即ち、加算手段
（12）は折点イ〜トに対応する７つの番地Ａ1 〜Ａ7 を
有しており、被測定パルスの近似折点を判定手段（９）
からの信号で確認し、対応する番地内にずれ時間ｔｘを
累積的に加算するものとなされている。例えば、近似折
点を（ハ）とする周期Ｔｘ＝Ｔ3 ＋ｔｘのパルスに対し
ては、対応する番地Ａ3 にｔｘが加算される。この場
合、図７に示すように、Ａ3 番地内に過去のパルスにつ
いてのずれ時間ｔｘ1 、ｔｘ2 がすでに加算されている
ときは、加算内容がｔｘ1 ＋ｔｘ2 ＋ｔｘの値に更新さ
れ、新たに記憶されることになる。そして、新たなずれ
時間を加算したときの合計値が、対応近似折点から次の
折点までの時間幅（例示の場合Ｔ4 −Ｔ3 ）を越えたと
きには、判定手段（９）に超過信号が出力され、判定手
段（９）はそのパルスについては次の折点の基準パルス
定数を近似パルス定数として判定するものとなされてい
る。そして、ずれ時間加算手段（12）では、ずれ時間の
加算合計値から対応近似折点間の時間幅を差し引いた値
が、新たなずれ時間累積値として対応番地内に記憶され
るものとなされている。

【００１８】図１に示す（13）は積算手段であり、判定
手段（９）で判定された各パルスの近似パルス定数を積
算する役割を果たす。また（14）は積算手段（13）の積
算結果を表示する表示装置である。

【００１９】次に、図１に示した積算計の動作を、初期
化状態において図４に示すような周期Ｔx1、Ｔx2、Ｔx3
の３つの被測定パルスＰ1 〜Ｐ3 が入力された場合を例
にとって説明する。なお、各パルスの周期はＴx1＝Ｔ3
＋ｔx1、Ｔx2＝Ｔ3 ＋ｔx2、Ｔx3＝Ｔ3 ＋ｔx3とし、簡
単のために各折点間の区分時間幅は図３に示すようにＴ
ｉ一定とする。また、ｔx1＋ｔx2＜Ｔｉ、ｔx1＋ｔx2＋
ｔx3＞Ｔｉとする。

【００２０】まず、最初の被測定パルスＰ1 が入力され
ると、立上り検出回路（５）でパルスの立上りが検出さ
れ、その時点から周期測定手段（８）でパルス周期が測
定される。測定は次のパルスＰ2 の立上りが検出される
まで行われる。次のパルスの立上りが検出された時点
で、測定されたパルス周期Ｔx1と基準パルス周期記憶手
段（７）に記憶されている基準パルスＴ1 〜Ｔ7 とが比
較され、あるいはパルス周期Ｔx1の測定中に測定値と基
準パルス周期とが逐次比較され、判定手段（９）におい
て最初のパルスに対する近似折点（ハ）が特定される。

【００２１】周期測定手段（８）はパルスＰ1 の周期測
定を終えると直ちに初期化され、次のパルスＰ2 の周期
測定を行う。

【００２２】一方、ずれ時間測定手段（10）により、パ
ルスＰ1 の近似折点（ハ）からのずれ時間ｔx1が測定さ
れ、その結果が図７（ａ）に示すように加算手段（12）
の対応番地Ａ3 に記憶される。ｔx1は近似折点（ハ）と
次の近似折点（ニ）の時間幅Ｔｉよりも小さいから、加
算手段（12）から超過信号は出力されず、判定手段
（９）は特定した近似折点（ハ）における基準パルス定
数Ｋ3 を近似パルス定数として判定する。

【００２３】２番目のパルスＰ2 についても上記と同様
の動作が行われ、判定手段により近似折点が（ハ）が特
定される。また、ずれ時間測定手段（10）によりずれ時
間ｔx2が求められ、これが折点（ハ）に対応するＡ3 番
地に加算される。Ａ3 番地にはすでにｔx1が記憶されて
いるから、Ａ3 番地の内容はｔx1＋ｔx2に更新される
（図７（ｂ）参照）。しかし、ｔx1＋ｔx2＜Ｔｉである
から、判定手段（９）はやはり特定した近似折点（ハ）
における基準パルス定数Ｋ3 を近似パルス定数として判
定する。

【００２４】次に、３番目のパルスＰ3 が入力された場
合にも同様の動作が行われ、判定手段（９）で近似折点
（ハ）が特定される。また、ずれ時間測定手段（10）に
よりずれ時間ｔx3が求められ、加算手段（12）の対応番
地Ａ3 に加算される。

【００２５】このＡ3 番地にはすでにｔx1＋ｔx2が記憶
されており、新たなずれ時間ｔx3が加算されてその内容
がｔx1＋ｔx2＋ｔx3に更新される。而して、図７（ｃ）
のように、ｔx1＋ｔx2＋ｔx3は近似折点（ハ）と次の近
似折点（ニ）の時間幅Ｔｉを越えるから、加算手段（1
2）から判定手段（９）に超過信号が出力され、該判定
手段（９）は次の近似折点（ニ）における基準パルス定
数Ｋ4 を近似パルス定数として判定する。また、加算手
段（12）内のＡ3 番地には、図７（ｄ）のようにｔx1＋
ｔx2＋ｔx3−Ｔｉの内容が新たに記憶され、次のパルス
に備える。

【００２６】上記により判定された各パルスについての
近似パルス定数Ｋ3 、Ｋ3 、Ｋ4 は積算手段（13）で積
算されて２Ｋ3 ＋Ｋ4 の値が算出される。

【００２７】このように、連続して入力される被測定パ
ルスのそれぞれについて近似パルス定数が判定され、積
算されて、その結果が流量値として表示手段（14）に表
示される。

【００２８】ここで、３つのパルスについて、折線上の
真のパルス定数の和ΣＫと、近似パルス定数の積算値２
Ｋ3 ＋Ｋ4 との誤差について、図８及び図９を参照しつ
つ説明すると次のとおりである。即ち、前記３つのパル
スについての真のパルス定数をＫ3 −△Ｋ1 、Ｋ3 −△
Ｋ2 、Ｋ3 −△Ｋ3 とすると、 ΣＫ＝（Ｋ3 −△Ｋ1 ）＋（Ｋ3 −△Ｋ2 ）＋（Ｋ3 −△Ｋ3 ） ＝３Ｋ3 −（△Ｋ1 ＋△Ｋ2 ＋△Ｋ3 ） …… となる。一方、図９から △Ｋ1 ＋△Ｋ2 ＋△Ｋ3 ＝（Ｋ3 −Ｋ4 ）＋△Ｋ´ となり、これを式に代入すると ΣＫ＝２Ｋ3 ＋Ｋ4 −△Ｋ´ となる。

【００２９】従って、真の積算値ΣＫと本発明で求めた
近似パルス定数の積算値２Ｋ3 ＋Ｋ4 との積算誤差は△
Ｋ´であり、この値はＫ3 −Ｋ4 を越えることはない。
即ち、ずれ時間の加算合計値が近似折点（ハ）と次の折
点（ニ）の時間幅Ｔｉを越えた時点で、次の近似パルス
定数Ｋ4 を出力すれば積算誤差はＫ3 −Ｋ4 を越えない
ことがわかる。この関係はすべての折点間で成立し、全
体での積算誤差は一般に

【数１】 となる。しかし、この値は固定値であり積算量に比べて
十分に無視できる。従って結果的に誤差の少ない流量測
定が可能となる。

【００３０】なお、図１における立上り検出回路（４）
から積算手段（13）まではマイクロコンピュータに置き
換えることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、フルイディック発振素子の流体振動に基いて得られ
るパルス周期Ｔとパルス定数Ｋとの関係を複数の折線に
近似して被測定パルスの周期を測り、該パルス周期より
も小さくかつ最も近接した折点のパルス定数を、そのパ
ルスについての近似パルス定数として判定し、かつパル
ス周期の近似折点からのずれ時間ｔx を、そのパルスと
近似折点を共通にする過去のパルスのずれ時間の累積値
に加算し、加算合計値が対応折点から次の折点までの時
間幅を越えたときには、そのパルスについては次の折点
のパルス定数Ｋｉ+1を近似パルス定数として判定し、こ
うして判定された各パルス定数を積算して流量値を算出
するものである。従って、被測定パルスの周期に対応す
る折線上の正確なパルス定数を個別に求める必要はな
く、予め記憶させた折点の基準パルス定数のみを近似パ
ルス定数として特定すれば良いから、演算処理、積算処
理を極めて簡素化しえ、このような処理をマイクロコン
ピュータで行う場合にも、マイクロコンピュータのクロ
ック周波数を低く設定することができ、ひいては積算装
置全体の消費電力を低減できる。従って、回路駆動源と
して乾電池を用いる家庭用のガスメータ等にも十分適用
が可能となる。さらには、処理が簡易であるから、長周
期のパルスは勿論のこと短周期のパルスについても積算
処理を行い得て広範囲な流量測定が可能であり、構成も
簡易で安価な積算装置となしうる。もとより、各パルス
の正確なパルス定数を個別に求めた場合と比較してもそ
の誤差を僅かな量に押さえることができるから、精度的
にも優れた積算装置となしえ、低消費電力、高性能な積
算装置の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例に係る積算装置の一例を示す
ブロック図である。

【図２】パルス周期とパルス定数との関係を示すグラフ
である。

【図３】図２に示したグラフを複数の折線にて近似した
グラフである。

【図４】被測定パルスの一例を示す波形図である。

【図５】被測定パルスと単位クロック発生手段とずれ時
間測定手段の動作タイミングを示す波形図である。

【図６】周期測定手段周辺の構成を変形例を示すブロッ
ク図である。

【図７】加算手段内におけるずれ時間の加算状態の説明
図である。

【図８】図３に示すグラフの一部拡大図である。

【図９】本発明の測定誤差を説明するための図である。

【符号の説明】

１…フルイディック発振素子 ２…センサー ３…増幅器 ４…波形整形回路 ５…立上り検出回路 ６…単位クロック発生手段 ７…基準パルス周期記憶手段 ８…周期測定手段 ９…判定手段 10…ずれ時間測定手段 11…基準パルス定数記憶手段 12…加算手段 13…積算手段 14…表示器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 15/075 G01F 1/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フルイディック発振素子の流体振動に基
   いて得られるパルス周期Ｔとパルス定数Ｋとの関係を複
   数の折線に近似し、各折点イ、ロ、ハ…におけるパルス
   周期Ｔ1 、Ｔ2 、…Ｔｎ…とその時のパルス定数Ｋ1 、
   Ｋ2 、…Ｋn…を予め記憶させた記憶手段（７）（11）
   と、 連続的に入力される被測定パルスの各周期Ｔｘを測定す
   る周期測定手段（８）と、パルス周期Ｔｘよりも小さくかつ最も近接した折点を近
   似折点とし、各パルスについて、該近似折点とのずれ時
   間ｔxを求めるずれ時間測定手段（10）と、 各パルスについて求めたずれ時間ｔxを、そのパルスと
   前記近似折点を共通にする過去のパルスのずれ時間の累
   積値に加算する加算手段（12）と、前記パルス周期Ｔｘと前記折点のパルス周期Ｔ1 、Ｔ2
   、…Ｔｎ…とを比較して、パルス周期Ｔｘに対する前
   記近似折点のパルス定数Ｋi を、そのパルスについての
   近似パルス定数として判定するとともに、前記ずれ時間
   ｔxの加算合計値が近似折点から次の折点までの時間幅
   を越えたときには、そのパルスについては次の折点のパ
   ルス定数Ｋｉ+1を近似パルス定数として判定する判定手
   段（９）と、 各被測定パルスについて判定された前記近似パルス定数
   を積算する積算手段（13）とを備えていることを特徴と
   する流量計の積算装置。