JP3146602B2 - フルイディックメーター制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、都市ガスやＬＰＧガス
などの流体流量を計測するフルイディックメーターに係
わり、特に高制度の演算機能を有する制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のフルイディックメーター
制御装置は、例えば特開平１−３０８９２１号公報、及
び特開平３−９５４２０号公報に示されているように、
図４、図５に示すような構成になっていた。

【０００３】図４の従来のフルイディックメーター制御
装置において、１はフルイディックメーター、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は高分
子圧電膜センサーで、流体発振の周波数を検出する。５
はフローセンサーで、例えば熱線式センサー等からなり
小流量域の流量を測定する。６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。７は制御装置
で図５にその一例を示す。

【０００４】図５において、８は振動検出手段で、高分
子圧電膜センサー４とアナログ増幅器９と波形整形回路
１０とからなる。アナログ増幅器９は高分子圧電膜セン
サー４で検出した流量信号を増幅する。波形整形回路１
０は増幅した信号をパルス信号に変換する。１１は流速
検出手段（例えば、熱線式流速センサーなど）で、フロ
ーセンサー５とＡ／Ｄ変換器１２とからなる。１３は信
号判定回路で、流量を求めるのに、振動検出データ８で
検出された発振周波数の値をもとに振動検出手段８、あ
るいは流速検出手段１１のどちらの出力信号を使用する
かを決定する。１４はカウンタで、流速検出手段１１で
検出したパルス数をカウントする。１５はクロック制御
回路で、Ａ／Ｄ変換器１２に供給し流速検出手段１１を
動作させる。１６は電源で制御装置全体に電源供給す
る。１７は電源制御回路で、流速検出手段１１に供給す
る電源をｏｎ−ｏｆｆ制御する。１８はマイクロコンピ
ュータで、演算表示制御部１８ａ、安全機能部１８ｂ、
通信機能部１８ｃとからなる。１９は表示部で、マイク
ロコンピュータ１８で流量積算した積算値などを表示す
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、振動検出手段８の高分子圧
電膜センサー４よりその流量変化を交流信号として検出
する。その交流信号をアナログアンプ９で増幅し波形整
形回路１０でパルス信号に変換する。パルス信号は信号
判定回路１３に入りその周波数が所定値より大きいかど
うかを判定する。指定値以上の場合（即ち大流量域の場
合）、振動検出手段８の信号をマイクロコンピュータ１
８に出力し、マイクロコンピュータ１８で流量換算し、
更に積算流量等を求める。所定値以下の場合（即ち小流
量域）、信号判定手段１３は振動検出手段８の信号をマ
イクロコンピュータ１８には出力せずに、フローセンサ
ー５の出力信号をマイクロコンピュータ１８に出力し、
その信号を基に流量換算し積算値を求める。即ちフロー
センサー５で検出した流速信号をＡ／Ｄ変換回路１２で
パルス信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回路１２では流速に
応じたパルス数を出力する。出力されたパルス数をカウ
ンタ１４でカウントし、マイクロコンピュータ１８に出
力する。この信号を基に流量を求める。

【０００６】クロック制御回路１５はＡ／Ｄ変換回路１
２を動作させるためにクロックパルスとして供給され
る。また流速検出手段１１は測定時、電源制御回路１７
によって電源１６が制御される。まずマイクロコンピュ
ータ１８からの制御信号が電源制御回路１７に入力さ
れ、電源制御回路１７は流速検出手段１１を５秒間オフ
し、４０ｍｓｅｃ間オンする。

【０００７】次に振動検出手段８、及び流速検出手段１
１の測定範囲を図６より説明する。図６に示すように流
量Ｑが増加し、Ｑ１（Ｌ／Ｈ）以上に達すると振動検出
手段８（フルイディック発振素子３で生じた流体の発振
周波数を検出）からの信号を基にマイクロコンピュータ
１８で流量を求める。それ以下では流速検出手段１１の
信号で流量を求める。逆に流量が低下してきた場合、Ｑ
０（Ｌ／Ｈ）より低下すると流速検出手段１１の信号を
基に流量を求める。次に振動検出手段８から出力された
パルス信号の周波数から流量に換算する方法、及び流速
検出手段１１から出力されたパルス数から流量を換算す
る方法を図７、図８を用いて説明する。

【０００８】流量と発振周波数の関係は一般的に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は係数を示す。パルス定数と流量あるいは振動周波数
との関係は図６に示すように非線形特性のため複数の折
れ線で近似している。流量パルスの周期が折れ線近似の
境界を越えた場合、係数を換えてパルス定数を演算す
る。従って係数を折れ線区分毎に設定されている。更に
ｂ・Ｔという乗算を行わずきわめて小さい時間ｔが経過
したら、単位量αを加算し求める（ここで、αはα＝ｂ
・ｔという関係があり、パルスの周期Ｔという時間に達
するまでαを加算していけば、ｂ・Ｔになる）。

【０００９】一方、流速検出手段１１から出力されたパ
ルス数は流量に比例してＡ／Ｄ変換器１２から出力され
る。従って流量とパルス数との関係を示す係数とパルス
数とから流量を求めることが出来る。

【００１０】

【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。更に小流量域の流量を検出する流速検出手段らら
出力されるパルス数は部分には流量に比例せず非線形な
関係であり、仮に比例的に換算すると極めて誤差が大き
くなるという課題があった。

【００１１】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フルイディックメーターを提供
することを目的としたものである。

【００１２】

【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複数の流量検出手段と、
前記流量をどの前記流量検出手段で検出するかを判定す
る判定手段と、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したファジイ
関数を格納する第１のファジイ関数記憶手段と、前記流
体流量と別の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したファジイ関数を格納する第
２のファジイ関数記憶手段と、前記判定手段の出力信号
により前記第１のファジイ関数記憶手段あるいは前記第
２のファジイ関数記憶手段に切り換える切換手段と、前
記切換手段及び前記判定手段との出力信号とから係数を
求めるファジイ推論手段と、前記推論結果及び前記判定
手段の出力信号より流量値を求める流量演算手段とを設
けたものである。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成によって、例えば大流量域の
流体流量を複数の流量検出手段のいずれかで検出し、検
出した流量信号と第１のファジイ関数記憶手段に格納し
たメンバーシップ関数とからファジイ推論を行い流量と
発振周波数との関係を示す係数を求め、次に求めた係数
と検出信号とから瞬時流量を演算しさらに積算流量を求
める。次に流体流量が小流量域にはいると別の流量検出
手段で検出した信号と第２のファジイ関数記憶手段に格
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、求めた係数とパルス数とから流量を演算し求め
る。

【００１４】このように小流量域あるいは大流量域の流
量を求めるために、流体流量とある流量検出手段の出力
信号との非線形関係を示す係数関数を近似したメンバー
シップ関数を記憶する第１のファジイ関数記憶手段、あ
るいは流量と別の流量検出手段との非線形関係を示す係
数関数を近似したメンバーシップ関数を記憶する第２の
ファジイ関数記憶手段を切り換えて求めるので、流体流
量の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。その結果例えばガスの使用量である積算値も正
確に計測できる。

【００１５】

【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。なお、図１において、図４、図５
と同一構成要素には同一番号を付した。

【００１６】図１は本発明のフルイディックメーター制
御装置の制御ブロック図である。図１において、２０は
流量検出手段で、例えばフルイディック発振素子３とそ
の発振周波数を検出する振動検出手段８（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
抗変化として検出する）と、流速を検出する流速検出手
段１１（例えば熱線式センサー等で、流量に対応したパ
ルス数を出力する）とからなる。ここでフルイディック
発振素子３及び振動検出手段８は、大流量域の流体流量
を検出する。一方流速検出手段１１は、フルイディック
は発振素子３に取り付けられ小流量域の流量計測を行
う。２１は判定手段で、どの流量検出手段２０で流量を
検出するかを判定する。例えばフルイディック発振素子
３での発振周波数を検出した振動検出手段８の出力信号
で、振動検出手段８、あるいは流速検出手段１１のどち
らの出力信号で流量を求めるかを判断し出力する。

【００１７】２２は第１のファジイ関数記憶手段で、あ
る流量検出手段２０の出力信号と流量との非線形な関係
を近似するメンバーシップ関数を格納する。２３は第２
のファジイ関数記憶手段で、別の流量検出手段２０の検
出信号と流量との非線形関係を近似するメンバーシップ
関数を格納する。この場合一例として、第１のファジイ
関数記憶手段２２はフルイディック発振素子３を流れる
流体流量と発振周波数との関係を示す係数関数を非線形
近似したメンバーシップ関数を格納する。一方、第２の
ファジイ関数記憶手段２３は、流体流量と流速検出手段
１１から出力されるパルス数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している。２
４は切換手段で、判定手段２１の出力信号によって第１
のファジイ関数記憶手段２２あるいは第２のファジイ関
数記憶手段２３のいずれかに切り換える。２５はファジ
イ推論手段で、検出した流量検出手段２０の出力信号と
第１あるいは第２のファジイ関数記憶手段２２、２３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。２５は流量演算手段で、検出した流量検出
手段２０の出力信号と決定した係数とからそのときの流
量を演算し求める。２７は流量積算手段で、求めた流量
を積算し積算値を求める。

【００１８】次に上記構成の動作を説明する。ガスが使
用され始めると流量検出手段２０で流量信号を検出し出
力する。判定手段２０は、流量を求めるために流量検出
手段２０で検出した信号値を基にどの流量検出手段２０
の信号で演算を行うかを決定する。決定したら切換手段
２４に出力する。

【００１９】切換手段２４ではその信号に基づき第１の
ファジイ関数記憶手段２２、あるいは第２のファジイ関
数記憶手段２３に切り換えるかを決定する。判定手段２
１がある流量検出手段２０（例えば振動検出手段８等）
を選択すると、第１のファジイ関数記憶手段２１に切り
換える。判定手段２０が別の流量検出手段２０（例えば
流速検出手段１１等）を選択すると切換手段２４は第２
のファジイ関数記憶手段２３に切り換える。

【００２０】流量検出手段２０の検出した信号と流量と
は非線形な関係を有し、その時の係数（流量と流量検出
手段の出力信号との比によって与えられる係数）と流量
検出手段２０の出力信号との関係は図２に示す様に非線
形関数になる。そこで第１及び第２のファジイ関数記憶
手段２２、２３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。ここで第１のファジイ関
数記憶手段２２のメンバーシップ関数は例えば検出信号
がＦ２より大きい領域の関数を指す。また第２のファジ
イ関数記憶手段２３のメンバーシップ関数は例えば検出
信号がＦ１より小さい領域の関数を指す。次にメンバー
シップ関数による非線形近似の内容を周波数と係数の場
合で説明する。

【００２１】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２０
は検出信号で、縦軸はグレード（最大１．０）である。
予め流量と流量検出手段２０の検出信号との関係を計測
し、次に図２に示すような係数と流量検出手段２０の検
出手段との関係を求める。次に計測しようとする流量範
囲に対応した流量検出手段２０の検出信号の領域を分割
する。分割点はメンバーシップ関数のピーク点に対応
し、また分割した検出信号の範囲は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
検出信号の領域をｎ点分割したとする。それぞれの境界
検出信号をＦ₁ 、Ｆ₂ 、・・・、Ｆ_n とし、その時の係
数値をｇ（Ｆ₁ ）、ｇ（Ｆ₂ ）、・・、ｇ（Ｆ_n ）・Ｌ
ｎ（Ｆ）、で与えられる。

【００２２】よって検出信号の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。次に推論の内
容を説明する。

【００２３】ファジイ推論は、流量検出手段２０で検出
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２５は、適合度演算手段２５ａと加算手段
２５ｂとからなる。適合度演算手段２５ａでは検出した
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２５ｂで加算処理し周波数に対応
した係数δを求める。

【００２４】即ち係数関数は次式δ（Ｆ）＝Σｇ
（Ｆ_i ）・Ｌ_i （Ｆ）で与えられる。一方、別の流量検
出手段２０からの出力信号が判定手段２１にはいると、
切換手段２４では第１から第２のファジイ関数記憶手段
に、あるいは第２から第１のファジイ関数記憶手段に切
り換えてファジイ推論を行い係数を求める。

【００２５】次に瞬時流量Ｑは流量演算手段２６で、求
めた係数δと検出信号Ｆとから式Ｑ＝δ・Ｆより求め
る。積算流量演算手段２７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１９は求めた積算値
を表示する。

【００２６】この実施例の構成によれば、流量と流量検
出手段２０の出力信号との関係を示す係数を、計測する
流量域全域にわたって非線形近似したファジイ関数（メ
ンバーシップ関数）を用い、かつ切り換えることによっ
て本来有する非線形特性に近似できるので、高制度の流
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。

【００２７】

【発明の効果】以上示したように本発明のフルイディッ
クメーター制御装置は、流体流量を検出する複数の流量
検出手段と、流体流量をどの流量検出手段で検出するか
を判定する判定手段と、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したファジイ
関数を格納する第１のファジイ関数記憶手段と、流体流
量と別の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したファジイ関数記憶手段あるいは
第２のファジイ関数記憶手段に切り換える切換手段と、
切換手段及び判定手段との出力信号とから係数求めるフ
ァジイ推論手段と、推論結果及び判定手段の出力信号よ
り流量値を求める流量演算手段とからなり、例えばガス
を使用開始するとまず流量を求めるのにどの流量検出手
段の出力信号を用いるかを判定し、その判定信号に基づ
き第１のファジイ関数記憶手段、あるいは第２のファジ
イ関数記憶手段のどちらに切り換えるかを決定し、さら
に検出信号と第１のファジイ関数記憶手段メンバーシッ
プ関数、あるいは第２のファジイ関数記憶手段のメンバ
ーシップ関数とを切り換えてファジイ推論を行い非線形
な特性を有する係数関数を近似することによって係数を
求め、次にこの得られた係数より瞬時流量や積算流量を
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、かつ流量演算が高制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フルイディックメー
ター制御装置のブロック図

【図２】同装置に格納される係数関数を近似するメンバ
ーシップ関数図

【図３】同装置に格納されるメンバーシップ関数図

【図４】従来のフルイディックメーター制御装置のシス
テム図

【図５】同装置の回路ブロック図

【図６】同装置におけるセンサー使用範囲の特性図

【図７】同装置の特性図

【図８】同装置の詳細図

【符号の説明】

２０ 流量検出手段 ２１ 判定手段 ２２ 第１のファジイ関数記憶手段 ２３ 第１のファジイ関数記憶手段 ２４ 切換手段 ２５ ファジイ推論手段 ２６ 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４−62431（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−88918（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−88114（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−58118（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/20 G01F 1/00 G01F 7/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体流量を検出する複数の流量検出手段
   と、前記流体流量をどの前記流量検出手段で検出するか
   を判定する判定手段と、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した
   ファジイ関数を格納する第１のファジイ関数記憶手段
   と、前記流体流量と別の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したファジイ関数を
   格納する第２のファジイ関数記憶手段と、前記判定手段
   の出力信号により前記第１のファジイ関数記憶手段ある
   いは前記第２のファジイ関数記憶手段に切り換える切換
   手段と、前記切換手段及び前記判定手段との出力信号と
   から係数を求めるファジイ推論手段と、前記推論結果及
   び前記判定手段の出力信号より流量値を求める流量演算
   手段とからなるフルイディックメーター制御装置。