JP3272157B2

JP3272157B2 - 速度表示装置、水道メータ

Info

Publication number: JP3272157B2
Application number: JP18446594A
Authority: JP
Inventors: 文彦多田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 2002-04-08
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JPH0850137A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、速度表示装置、水道メ
―タに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の速度表示装置を適用したものと
しては、水道メ―タがある。図８は流速に対応して回転
する羽根車の回転を、羽根車によりつけられた磁石の回
転磁界を利用して回転センサにより電気的パルスに変換
し、電気的パルスの周期から瞬時流量演算して表示する
水道メ―タの従来実施例機能ブロック図、図９及び図10
は回転パルスの周期から瞬時流量を算出して表示する手
順を説明するための図である。

【０００３】これらの図において、羽根車（10）の先端
には磁石（11）が取り付けられ、羽根車（10）の回転は
回転センサ（12）により電気的パルスに変換される。回
転センサ（12）により電気的パルスに変換された回転パ
ルスは、検出部（18）でパルスエッジの検出が行われ
る。演算制御部（19）は、検出部（18）でパルスエッジ
の検出が行われるタイマ（20）から開始時間Ｔ1 を読み
とる。再度、検出部（18）でパルスエッジの検出が行わ
れると、タイマ（20）から終了時間Ｔ2 を読みとる。こ
のように、演算制御部（19）は開始時間Ｔ1 と終了時間
Ｔ2 からパルス周期を求めることができ、予め設定され
ている流量との対応係数から瞬時流量を演算して表示部
（８）に表示する。これを繰り返すことにより、表示部
（８）に瞬時流量値を表示することができる。

【０００４】次に、回転センサ（12）の一例を図11に示
す。磁界を検出する磁気抵抗素子（21）は、印加される
磁界の方向により中間電圧Ｖ／２を中心に出力電圧を変
化させ、コンパレ―タ（23）の一方の入力に接続され
る。コンパレ―タ（23）の他方の入力には、抵抗（22）
による中間電圧Ｖ／２が接続される。従って、印加され
る磁界の方向が１回転すると、コンパレ―タ（23）から
２パルスが出力される。図12に磁気抵抗素子（21）へ印
加される磁界が１回転したときの磁気抵抗素子（21）出
力電圧と、そのときのコンパレ―タ（23）出力を示す。

【０００５】次に、瞬時流量の演算に関する具体例につ
いて説明する。羽根車（10）の１回転あたりの流量が
0.1ｌ、１回転／秒で回転しているとする。羽根車（1
0）の１回転で、回転センサ（12）に印加される磁界が
360度変化するので、回転センサ（12）から２パルスが
出力される。従って、パルス周期は 0.5秒となり、１パ
ルスあたりの流量は 0.05 ｌである。検出部（18）でパ
ルスエッジの検出が行われ、演算制御部（19）でタイマ
（20）から開始時間と終了時間を読み込み、その差をと
ると 0.5秒となる。このことから、演算制御部（19）で
は、

【０００６】

【数１】０．０５ｌ×３６００秒／０．５秒＝３６０ｌ／時間と瞬時流量が演算でき、表示部（８）に表示できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、水道メ―タ
の本来の機能は流量の積算であるが、多機能化の一つと
して、瞬時流量表示機能付きの水道メ―タに対する需要
がある。このような水道メ―タは電池を電源としてお
り、検定有効期間（８年）の電池寿命が必要とされてい
る。したがって、消費電流を低減するため、磁気抵抗素
子及びそのパルス変換回路に対して間欠的に電源を供給
し、磁界の変化よる回転センサ（12）の出力パルスを間
欠的にサンプリングすることにより、流量の検出を行っ
ている。しかしながら、図13に示すように、回転センサ
（12）を間欠給電した場合、間欠給電により得られるパ
ルス周期Ｔ3 と本来のパルス周期Ｔ4 とは一致しない。

【０００８】従って、サンプリング方式ではパルスのエ
ッジからエッジまでの時間を正確に求めることができ
ず、ある一定期間内のパルス数から平均周波数を算出し
て瞬時流量を求めることになる。ところが、ある一定期
間内のパルス数をカウントする場合には、一定周期のパ
ルス列であっても計測区間の取り方により１パルスの誤
差が発生する。計測時間がパルス周期に比較して十分長
ければ、その期間内のパルス数も十分大きいため１パル
スの誤差の影響は十分小さくすることが可能である。し
かし、計測期間を長くすると瞬時流量表示の更新間隔が
長くなり、流量変化に対する表示の応答性が悪くなる。
また、計測される瞬時流量値も計測期間の平均流量値で
あり、計測期間内の瞬時流量が一定でなければ瞬時値を
正確に表すことができなくなってしまう。従って、瞬時
流量を計算するための計測期間をむやみに長くできな
い。一方、計測期間が同じであれば流量が遅くなり、パ
ルス周波数が遅くなると計測期間内のパルス数が少なく
なり、計測期間の取り方により発生する１パルスの誤差
の影響が大きくなる。特に、低流量においては、流量が
一定であっても計測パルス数が１パルス異なることによ
る変動幅が大きく、瞬時流量表示を行うと表示値が大き
く変動してしまう。

【０００９】例えば、図14に示すように、同じパルス列
を同じ期間（Ｔ5 ＝Ｔ6 ）でカウントした場合、Ｔ5 で
はＮカウントであるのに対し、Ｔ6 ではＮ＋１カウント
となり、１カウントの差が発生する。Ｎが小さいと、こ
の１カウントの差が大きな計量差となる。つまり、Ｎ＝
10であればＮ＋１＝11で11／10＝ 1.1倍、Ｎ＝１であれ
ばＮ＋１＝２で２／１＝２倍と大きな違いとなってしま
う。本発明の目的は、低消費電流で高精度な速度表示装
置、水道メ―タを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、被測定物の移動量に比例したパルスを発生
するパルス発生手段と、前記パルス発生手段に間欠的に
給電する給電手段と、前記パルス発生手段の間欠出力か
ら前記パルス発生手段が連続的に給電されているときに
発生するパルス数を再現する再現手段と、パルス数を計
数する一定時間を生成する生成手段と、前記一定時間で
のパルス数を計数する計数手段と、この計数手段の計数
値を記憶する第１の記憶手段と、前回の計数値よりも今
回計数値が１パルス以上の差異があった場合に１パルス
補正して速度を算出する算出手段と、この算出手段によ
る補正値を記憶する第２の記憶手段と、前記算出手段に
より算出された速度を表示する表示手段とを備えたこと
を要旨とする。

【００１１】

【作用】このような構成において、前回計数値と今回計
数値を比較して、前回表示値との変動が小さくなるよう
に補正するようにしたので、一定時間のパルスを計数す
るタイミングにより一定速度を計測表示しているにも関
わらず速度表示が変動する点を防止することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本発明の速度表示装置の第１の実施例に
係わるブロック図である。同図において、被測定物の移
動量に比例したパルスを発生するセンサ（１）は、サン
プリング制御部（２）により間欠的に電源が供給され
る。これにより間欠的に出力されるセンサ出力状態はパ
ルス変換部（３）により被測定物の移動量に比例したパ
ルスに再現され、インタ―バルタイマ（４）で指定され
る一定時間のパルス数が計数部（５）で計数される。計
数部（５）が更新される前の計数値は記憶部（６）に保
存され、演算制御部（９）は、計数部（５）の計数値を
補正後、インタ―バルタイマ（４）で指定した一定時間
での平均パルス速度に比例する被測定物の移動速度を演
算し、表示部（８）に被測定物の速度を表示する。演算
制御部（９）で補正した補正値は補正値保存部（７）に
記憶保存され、次回の補正に使用される。

【００１３】図２は図１の速度表示装置の動作を説明す
るためのタイミング図である。消費電流を低減するた
め、センサ（１）にはサンプリング制御部（２）により
間欠的に電源が供給され、電源が供給されていれば、点
線で示されるパルス出力が電源が供給されたときのみ間
欠的に出力される。センサ（１）から得られる間欠的な
出力は、パルス変換部（３）により被測定物の移動量に
比例したパルスに再現されるが、パルス波形は忠実には
再現されない。被測定物の速度を知るためには、単位時
間当たりのパルス数を知る必要があり、インタ―バルタ
イマ（４）で指定される一定時間でのパルス数が計数部
（５）で計数される。瞬間的な速度を知るのが理想であ
るが、ここではインタ―バルタイマ（４）で指定される
一定時間の平均速度を求めることになる。従って、イン
タ―バルタイマ（４）で指定される一定時間は短い方が
好ましいが、計測が必要な最低速度に対応するセンサ
（１）の出力パルス周期よりも長くないとパルスが１カ
ウントも計測されない場合があり、計測不能となってし
まう。そこで計測速度の変動状態や必要とする追従性等
を鑑みて決定される。同様に、サンプリング制御部
（２）により間欠的に電源を供給する周期も消費電流を
低くするためには極力長くするのが好ましいが、計測が
必要な最高速度に対応するセンサ（１）の出力パルス周
期の１／２よりも短くないと、パルスのオンオフが検出
できずパルス数が正確に計測できなくなる。そこで、計
測速度範囲や必要とする低消費電流により決定される。
これらのことは本発明の本質ではないので、詳細な説明
は省略する。

【００１４】一般的に本発明の適用は、電池動作等のた
めに消費電流を最小化したいという要求によるもので、
サンプリング周期は最大限に長くし、そのためにはセン
サ（１）からの出力パルス周期も必要とされる応答性や
精度から考え、最大限に長くなるよう選択される。

【００１５】計数部（５）はパルス変換部（３）から得
られるパルスの立ち上がりエッジをインタ―バルタイマ
（４）で指定される一定時間ごとに計数し、計数部
（５）での以前のパルス計数値は記憶部（６）に保存さ
れる。演算制御部（９）は、計数部（５）の計数値と記
憶部（６）に保存される前回計数値と補正値保存部
（７）に記憶保存される前回補正値により、計数部
（５）の計数値を下記に示すように補正後、インタ―バ
ルタイマ（４）で指定した一定時間での補正された平均
速度を演算し、表示部（８）に被測定物の速度を表示す
るとともに、今回補正した補正値は補正値保存部（７）
に記憶保存する。

【００１６】ここで、演算制御部（９）は図３に示す補
正を行うものとする。補正後の計数値Ｙから速度Ｖの算
出は、１パルス当たりの移動量をＬ、単位時間をＭ、計
測時間をＴ、とすれば、

【００１７】

【数２】Ｖ＝Ｌ×Ｙ×Ｍ／Ｔとなる。例えばＬ＝１ｍ／パルス、Ｍ＝１秒、Ｔ＝ 0.1
秒、Ｙ＝10パルスとすると、

【００１８】

【数３】Ｖ＝１［ｍ／パルス］×１０［パルス］×１［秒］／０．１［秒］＝１００［ｍ／秒］となる。しかし、パルス計数値から速度を算出する演算
式に関しては、本発明の本質ではないので以下において
は説明を省略し、計数値の補正までの説明とする。

【００１９】また、図２において、（ａ）の時点で計数
部（５）の計数値が２であったので、計数部（５）の出
力は２、記憶部（６）に保存されている前回計数値が
２、補正値保存部（７）に記憶保存されている前回補正
値が０であったとする。前回計数値と補正値の和、つま
りは前回表示速度を算出するのに使用した補正後の計数
値と今回計数値が一致するため、補正は行われず補正後
の計数値が２、補正値が０となり、補正後の計数値２に
より速度が算出され、表示部（８）に表示される。これ
は、前回表示と同一となる。また、補正値保存部（７）
には補正値０が記憶保存される。

【００２０】次に（ｂ）の時点で計数部（５）の計数値
が３であったので計数部（５）の出力は３、記憶部
（６）に保存されている前回計数値が２、補正値保存部
（７）に記憶保存されている前回補正値が０である。前
回計数値と補正値の和つまりは前回表示速度を算出する
に使用した補正後の計数値２であり、今回計数値３のほ
うが１以上大きいため、今回計数値に−１の補正が行わ
れ補正後の計数値２、補正値は−１となり、補正後の計
数値２により速度が算出され、表示部（８）に表示され
る。これは、前回表示と同一となる。補正値には−１が
記憶される。

【００２１】さらに（ｃ）の時点で計数部（５）の計数
値が１であったので計数部（５）の出力は１、記憶部
（６）に保存されている前回計数値が３、補正値保存部
（７）に記憶保存されている前回補正値が−１である。
前回計数値と補正値の和つまりは前回表示速度を算出す
るに使用した補正後の計数値は２であり、今回計数値１
が１以上小さいため今回計数値に＋１の補正が行われ補
正後の計数値２、補正値＋１となり、補正後の計数値２
により速度が算出され、表示部（８）に表示される。こ
れは、前回表示と同一となる。

【００２２】以上説明したように、本実施例の速度表示
装置においては、センサ（１）を間欠的に起動すること
により低消費電流化を行うため、一定時間のパルス数に
よって速度算出を行う際に計数値に対して簡単な補正を
するだけで、一定時間の取り方によっては速度変動がな
いのに表示値が変動することを防止できる。例えば、３
Hzのパルスを 0.5秒間隔で計数をすと、１パルスと２バ
ルスを交互に計数する事になる。１パルスの誤差が発生
することは許容せざるを得ないため、必要とする精度を
得るためには、計測期間を長くして全体の計測パルス数
を大きくし、１パルスの影響を小さくすることは可能で
あるが、一定速度の計測で表示値が変動することが好ま
しくないのは明らかである。本実施例によれば、速度が
下降してきた場合には補正後の計数値が２に対応する速
度、速度が上昇したきた場合には補正後の計数値が１に
対応する速度で一定の表示とできる。

【００２３】また、本発明の第２の実施例では、演算制
御部（９）は図４に示す補正を行うように構成するもの
とする。すなわち、今回計数値が前回補正後計数値より
0.5（補正が 0.5単位のため、計数値は整数とならない
ことがある）以上大きい場合には− 0.5の補正を行い、
補正値には− 0.5が記憶される。今回計数値が前回補正
後計数値より 0.5以上小さい場合には＋ 0.5の補正を行
い、補正値には＋ 0.5が記憶される。

【００２４】本補正を行うことにより、＋側と−側の補
正が平均化され、補正の偏りがなくなる。例えば、３Hz
のパルスを 0.5秒間隔で計数をすると、１パルスと２パ
ルスを交互に計数する事になる。本実施例によれば、速
度が下降してきた場合にも、速度が上昇してきた場合に
も、補正後の計数値が 1.5に対応する速度で一定の表示
とできる。

【００２５】次に、本発明の第３の実施例では、演算制
御部（９）は図５に示す補正を行うように構成するもの
とする。本実施例においては、前回補正値が０であった
場合のみ、第１の実施例と同様の補正を行うものとす
る。本実施例によれば、連続して補正を行わないので、
速度が連続的に増加あるいは減少するような場合には補
正をせず、一定速度が継続しているときにパルス計数期
間の取り方により発生する１パルスの増加減（例えば、
２パルスと３パルスが交互に計数されるように連続して
＋側あるいは−側に差異は発生しない）に対してのみ補
正を行える。

【００２６】次に、本発明の第４の実施例では、演算制
御部（９）は図６に示す補正を行うように構成するもの
とする。本実施例においては、前回補正値が０であった
場合のみ、第２の実施例と同様の補正を行うものとす
る。本実施例によれば、速度が下降してきた場合にも、
速度が上昇してきた場合にも、速度が一定となった場合
には補正後の計数値が一定の表示にできる。

【００２７】次に、図７に瞬時流量表示機能付きの水道
メ―タの機能ブロック図を示す。同図において、水道メ
―タに水が流れると、水量に比例して羽根車（10）が回
転し、羽根車（10）に取り付けられた磁石（11）により
回転に同期した回転磁界ができる。回転センサ（12）は
磁石（11）の回転磁界を検出して回転数に比例したパル
スを発生し、ＣＰＵ（15）はＩ／Ｏ（14）を制御して回
転センサ（12）に間欠的に電源を供給し、回転センサ
（12）からの間欠的にサンプリングされたパルスがＩ／
Ｏ（14）を介してＣＰＵ（15）に読みとられ、回転数に
比例したパルスに再現してパルス数を積算記録する。積
算記録されたパルス数は、あらかじめ設定されるパルス
数と流量値の変換係数を乗じることにより積算流量値に
変換され、表示部（８）に表示される。切り替えスイッ
チ（13）は、表示を積算値表示から瞬時流量表示に切り
替えるもので、切り替えスイッチ（13）が操作されたこ
とをＣＰＵ（15）が検知すると、ＣＰＵ（15）はインタ
―バルタイマ（４）で指定される一定期間のパルス数を
計数し、第１の実施例と同様の方法により瞬時流量（流
量速度）を算出し、表示部（８）に表示する。また、パ
ルスの積算も継続させなければならないのは明らかで、
上記瞬時流量表示中に計測されたパルスも積算記録され
るものとする。

【００２８】これら一連の動作を行うＣＰＵ（15）は、
ＲＯＭ（16）に書き込まれたプログラムに従い、各種デ
―タ等はＲＡＭ（17）に記録保存されるが、これらの事
項はマイコン利用の基本的な事項であるので詳細な説明
は省略する。また、水道メ―タに外部から電源を供給す
ることは困難であり、全ての電源は、図示しないが、内
蔵された電池により供給される。従って、低消費電流化
は電池の長寿命化に重要な事項であり、回転センサの間
欠電源供給による低消費電力以外にも、各部で低消費電
力化が図られる。

【００２９】以上説明したように、本実施例において
は、センサ（１）を間欠的に起動することにより低消費
電流化を行った場合に、一定時間のパルス数から瞬時流
量を算出する必要があり、一定時間の取り方によって流
量変動がないのに表示値が変動することを、計数値に簡
単な補正をするだけで防止できる。さらに、切り替えス
イッチ（13）以外は、本来の積算流量値表示に必要な回
路と共通であり、瞬時流量表示のために特別の回路を追
加しなくても瞬時表示機能が付加でき、コストパ―フォ
―マンスに優れた瞬時流量機能付き水道メ―タを供給で
きる。さらに、流量積算のためのパルス計数と瞬時流量
計算のためのパルス計数も処理が共通化されており、瞬
時流量表示のための処理時間や回路動作が必要最小限に
押さえられ低消費電流化が行い易い。なお、前述した第
２の実施例〜第４の実施例によるものを本実施例の水道
メ―タにも適用することができ、同様の効果を奏するこ
とができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被測定物
の移動量に比例したパルスを発生するパルス発生手段
と、パルス発生手段に間欠的に給電する給電手段と、パ
ルス発生手段の間欠出力からパルス発生手段が連続的に
給電されているときに発生するパルス数を再現する再現
手段と、パルス数を計数する一定時間を生成する生成手
段と、一定時間でのパルス数を計数する計数手段と、計
数手段の計数値を記憶する第１の記憶手段と、前回の計
数値よりも今回計数値が１パルス以上の差異があった場
合に１パルス補正して速度を算出する算出手段と、算出
手段による補正値を記憶する第２の記憶手段と、算出手
段により算出された速度を表示する表示手段とを備えた
ので、低消費電流で高精度な速度表示装置、水道メ―タ
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の速度表示装置の一実施例を示すブロッ
ク図。

【図２】［図１］の速度表示装置の動作を説明するため
の図。

【図３】［図１］の速度表示装置の第１の計数値補正方
式を説明するための図。

【図４】［図１］の速度表示装置の第２の計数値補正方
式を説明するための図。

【図５】［図１］の速度表示装置の第３の計数値補正方
式を説明するための図。

【図６】［図１］の速度表示装置の第４の計数値補正方
式を説明するための図。

【図７】本発明の水道メ―タの一実施例を示す構成図。

【図８】従来の水道メ―タの構成図。

【図９】［図８］の水道メ―タの動作を説明するための
図。

【図１０】［図８］の水道メ―タの動作を説明するため
の図。

【図１１】［図８］の水道メ―タの回転センサ12の構成
図。

【図１２】［図８］の水道メ―タの回転センサ12への印
加磁界と出力との関係を説明するための図。

【図１３】［図８］の水道メ―タの動作を説明するため
の図。

【図１４】［図８］の水道メ―タの動作を説明するため
の図。

【符号の説明】

１…センサ、２…サンプリング制御部、３…パルス変換
部、４…インタ―バルタイマ、５…計数部、７…補正値
保存部、９…演算制御部、12…回転センサ、13…切り替
えスイッチ、15…ＣＰＵ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物の移動量に比例したパルスを発
生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段に間欠的
に給電する給電手段と、前記パルス発生手段の間欠出力
から前記パルス発生手段が連続的に給電されているとき
に発生するパルス数を再現する再現手段と、パルス数を
計数する一定時間を生成する生成手段と、前記一定時間
でのパルス数を計数する計数手段と、この計数手段の計
数値を記憶する第１の記憶手段と、前回の計数値よりも
今回計数値が１パルス以上の差異があった場合に１パル
ス補正して速度を算出する算出手段と、この算出手段に
よる補正値を記憶する第２の記憶手段と、前記算出手段
により算出された速度を表示する表示手段とを有する速
度表示装置。
【請求項２】前記計数値補正は、前回補正後計数値よ
りも今回計数値が 0.5パルス以上の差異があった場合に
は、 0.5パルス補正することを特徴とする請求項１記載
の速度表示装置。
【請求項３】前記計数値補正は、前回補正値が０また
は前回補正後計数値よりも今回計数値が１パルス以上の
差異があった場合にのみ、１パルス補正することを特徴
とする請求項１記載の速度表示装置。
【請求項４】前記計数値補正は、前回補正値が０また
は前回補正後計数値よりも今回計数値が 0.5パルス以上
の差異があった場合にのみ、 0.5パルス補正することを
特徴とする請求項１記載の速度表示装置。
【請求項５】水量に比例して回転する回転手段と、こ
の回転手段の回転に比例したパルスを発生するパルス発
生手段と、このパルス発生手段に間欠的に給電する給電
手段と、前記パルス発生手段の間欠出力から前記パルス
発生手段が連続的に給電されているときに発生するパル
ス数を再現する再現手段と、前記パルスを積算記録する
とともに積算流量値に変換する変換手段と、この変換手
段の積算流量値を表示する表示手段と、パルス数を計数
する一定時間を生成する生成手段と、外部から表示を切
り替える指令を入力する入力手段と、この入力手段に指
令が入力されたときには前記一定時間でのパルス数を計
数する計数手段と、前回の計数値よりも今回計数値が１
パルス以上の差異があった場合に１パルス補正して瞬時
流量を算出し、積算値表示を切り替えて瞬時流量表示を
行う演算手段と、この演算手段による補正値を記憶する
記憶手段とを有する水道メ―タ。
【請求項６】前記計数値補正は、前回補正後計数値よ
りも今回計数値が 0.5パルス以上の差異があった場合に
は、 0.5パルス補正することを特徴とする請求項５記載
の水道メ―タ。
【請求項７】前記計数値補正は、前回補正値が０また
は前回補正後計数値よりも今回計数値が１パルス以上の
差異があった場合にのみ、１パルス補正することを特徴
とする請求項５記載の水道メ―タ。
【請求項８】前記計数値補正は、前回補正値が０また
は前回補正後計数値よりも今回計数値が 0.5パルス以上
の差異があった場合にのみ、 0.5パルス補正することを
特徴とする請求項５記載の水道メ―タ。