JP3510377B2 - ガス流量計 - Google Patents

ガス流量計

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JP3510377B2 JP10040695A JP10040695A JP3510377B2 JP 3510377 B2 JP3510377 B2 JP 3510377B2 JP 10040695 A JP10040695 A JP 10040695A JP 10040695 A JP10040695 A JP 10040695A JP 3510377 B2 JP3510377 B2 JP 3510377B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は大、中流量をフルイディ
ック式流量計で計測し、小流量を熱線式流量計で計測す
るガス流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、都市ガスの流量の計測には、機械
式の膜式ガスメータが広く使用されている。しかし、膜
式ガスメータは、大きく、デザインも古いイメージであ
り、コストも高く問題があるため、膜式ガスメータに代
わるガスメータとして、フルイディック式流量計の開発
が進められている。ここで、従来のフルイディック式流
量計の原理を説明する。はじめに、フルイディック式流
量計の構成を説明する。図5に示すように、ノズル10
1から流入した流体Fの流れの中に、ターゲット102
が配置されている。ターゲット102の左右に、右サイ
ドウォール107と左サイドウォール108が配置され
ている。
【0003】フルイディック式流量計では、流体Fは図
5と図6に示すように、ターゲット102の左右に交互
に流れることが知られている。分流された流体F1,F
2の流れの衝突する位置にリターンガイド103が配置
されている。そして、右側に分流された流体F1がリタ
ーンガイド103に衝突する位置に右圧電センサ104
が取り付けられ、左側に分流された流体F2がリターン
ガイド103に衝突する位置に左圧電センサ105が取
り付けられている。フルイディック式流量計では、流体
Fが左右に交互に流れることにより、圧電センサ10
4,105では、周期的な微小圧力変化が生じる。そし
て、この微小圧力変化の周波数は、図7に示すように、
ガスの流量に比例している。フルイディック式流量計
は、この微小圧力変化の周波数を検出することにより、
流量を計測するものである。
【0004】一方、フルイディック式流量計は、120
から170リットル/時間以下の小流量の領域では、コ
アンダ効果がおきないため、圧電センサでは計測できな
い。そのため、フルイディック式流量計を使用するガス
メータにおいては、小流量の領域では、熱線式センサを
使用している。大流量の領域で熱線式流量計を使用する
ことは可能であるが、ガスメータでは、一度入れたリチ
ウム電池で10年間駆動させるため、できる限り電流の
消費を減らす必要がある。そのため、消費電力の大きい
熱線式センサより消費電力の少ない圧電素子を使用して
いる。現在使用している熱線式流量計の消費電力は、圧
電素子の消費電力の約5倍である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フルイディック式流量計には、次のような問題があっ
た。すなわち、従来のフルイディック式流量計では、流
体に脈動が発生したときに、その脈動の周波数が、フル
イディック式流量計で発生させている圧力振動の周波数
のn倍(nは整数)である場合、または1/n倍(nは
整数)である場合には、フルイディック式流量計で本来
発生する圧力振動に、脈動により発生した振動が重畳さ
れるため、本来発生すべき圧力振動の周波数が脈動によ
る周波数へ変化するため、フルイディック式流量計の流
量計測に誤差が生じてしまう。
【0006】例えば、フルイディック式流量計をガスメ
ータとして使用する場合、ガスメータの上流に、発電用
または冷暖房用のガスエンジンヒートポンプが付設され
ていると、従来の全流式フルイディック式流量計では、
ヒートポンプにより発生する脈動の周波数6〜21Hz
に影響を受けてしまう。また、従来の膜式メータは、5
Hz以下の周波数の脈動を発生する。そして、膜式メー
タやヒートポンプで発生する脈動周波数は、フルイディ
ック式流量計で計測するガス流量により発生する圧力振
動とほぼ同じであるため、ヒートポンプ等が駆動される
と、フルイディック式流量計の計測値に誤差が生じる問
題があった。一方、流量が所定値以上ある領域において
は、発振力が強いため、通常起こり得る程度の変動圧力
では影響されにくく、フルイディック式流量計の計測に
発生する誤差が少ないことが実験により確認されてい
る。すなわち、その流量は、使用するガスメータにより
異なり、300リットル/時間から700リットル/時
間である。
【0007】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、流体に脈動が発生した場合でも
計測に影響の少ないガス流量計を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のガス流量計は、計測用ノズルの下流に配
置され、流体を左右に分流して流体に圧力振動を発生さ
せるターゲットと、ターゲットにより分流された流体の
圧力を計測する圧電素子と、圧電素子により計測した流
体の圧力振動の周波数より流量を算定する流量算定手段
とを備えるフルイディック式流量計と、熱線式流量計と
を有し、流量が規定値未満の小流量流域では熱線式流量
計で計測を行い、流量が規定値以上の領域ではフルイデ
ィック式流量計で計測を行うガス流量計であって、流量
が規定値以上の領域で、熱線式流量計に所定の周期で電
流を流して、流量計測を行うサンプリング手段と、サン
プリング手段が計測した流量に変動があるか否かを判定
する変動判定手段と、変動判定手段が変動有りと判定し
たときに、流量が規定値以上であっても、熱線式流量計
により流量計測を行うようにする流量計切替え手段とを
有する。
【0009】また、本発明のガス流量計は、変動判定手
段が、変動を判定するための基準値を流量変動の周波数
に応じて変化させること特徴とする。また、本発明のガ
ス流量計は、上記流量計において、流量が規定値より大
きい第2規定値以上であるときに、変動判定手段が変動
有りと判定しても、流量切替え手段がフルイディック式
流量計により流量計測を行わせることを特徴とする。ま
た、本発明のガス流量計は、上記ガス流量計において、
規定値が120リットル/時間以上、170リットル/
時間以下であることを特徴とする。また、本発明のガス
流量計は、上記ガス流量計において、第2規定値が30
0リットル/時間以上、700リットル/時間以下であ
ることを特徴とする。
【0010】
【作用】上記構成を有する本発明のガス流量計を構成す
るフルイディック式流量計の流量計測部の入口にある計
測用ノズルは、ターゲットに向けて流体を噴出する。タ
ーゲットは、計測用ノズルから噴出した流体を左右に交
互に流して流体に圧力振動を発生させる。圧電素子は、
ターゲットの左右での圧力の差圧を測定することによ
り、流体に発生した圧力振動を測定する。流量算定手段
は、圧電素子により計測した流体の圧力振動の周波数分
析を行い、その周波数より流量を算定する。一方、流量
が規定値以下の場合、フルイディック式流量計では、計
測できないため、熱線式流量計により流量計測を行って
いる。そして、流量が規定値以上の場合に、フルイディ
ック式流量計で流量計測を行っている。
【0011】サンプリング手段は、流量が規定値以上の
領域で、熱線式流量計に所定の周期で電流を流して、流
量計測を行う。また、変動判定手段は、サンプリング手
段が計測した流量に変動があるか否かを判定する。ここ
で、変動判定手段は、変動を判定するための基準値を流
量変動の周波数に応じて変化させている。また、流量計
切替え手段は、変動判定手段が変動有りと判定したとき
に、流量が規定値以上であっても、熱線式流量計により
流量計測を行うようにする。さらに、流量切替え手段
は、流量が規定値より大きい第2規定値以上であるとき
に、変動判定手段が変動有りと判定しても、フルイディ
ック式流量計により流量計測を行わせる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例であるフルイディッ
ク式流量計について図面を参照して詳細に説明する。図
3に流量計本体19の側面図を示し、図4に平面図を示
す。流量計本体19は、図示しない流量計枠箱内に納め
られて流量計として機能するものである。計測用ノズル
11の左側には、仕切板29に仕切られることにより、
フローセンサ用入口38が形成されている。フローセン
サ用入口38の下流には、熱線式流量計であるICフロ
ーセンサ28が付設されている。流量計部37の構成を
図4により説明する。計測用ノズル11の流路の延長上
に、第一ターゲット12が配置されている。第一ターゲ
ット12は、ハート形状をしており、凹部が上流側にく
るように配置されている。
【0013】第一ターゲット12の左側には、左サイド
ウォール18が配置され、右側には、右サイドウォール
17が配置されている。また、第一ターゲット12の下
流には、第二ターゲット16が配置されている。また、
計測用ノズル11の下面に仕切板29が取り付けられて
いる。仕切板29は、流量計部37とフローセンサ用入
口38とを分離するためのものである。
【0014】フルイディック式流量計では、流体Fは、
第一ターゲット12及び第二ターゲット16の左右に交
互に流れることが知られている。分流された流体の流れ
F1,F2の衝突する位置にリターンガイド13が配置
されている。そして、計測用ノズル11の下流端の両側
に右圧電膜センサ14と左圧電膜センサ15が取り付け
られている。フルイディック式流量計では、流体Fが左
右に交互に流れるため、右圧電膜センサ14と左圧電膜
センサ15の差圧を取ることにより、周期的な微小圧力
変化が計測される。そして、この微小圧力変化の周波数
は、ガスの流量に比例していることが知られている。フ
ルイディック式流量計は、この微小圧力変化の周波数を
検出することにより、流量を計測するものである。
【0015】次に、ガス流量計の制御回路について説明
する。図2に制御回路をブロック図で示す。ガス流量計
の制御回路21は、演算手段であるCPU22、制御プ
ログラムを記憶するROM23、一時的にデータ等を記
憶するRAM24から構成されている。ROM23に
は、流量が規定値以上の領域のときに所定の周期でIC
フローセンサ28に電流を流して流量計測を行うサンプ
リングプログラム25、計測した流量に変動があるか否
かを判定する変動判定プログラム26、変動判定プログ
ラム26が変動有りと判定したとき、流量が規定値以上
であっても、ICフローセンサ28により流量計測を行
う流量計切替えプログラム27が記憶されている。ま
た、制御回路21には、圧電膜センサ14,15とIC
フローセンサ28が接続されている。
【0016】次に、上記説明した構成を有するフルイデ
ィック式流量計の作用を説明する。流量計本体19に流
入した流体Fは、仕切板29により、流量計部37へ流
れる流体、及びフローセンサ用入口38へ流れる流体に
分流される。始めに流量計部37へ流れた流体について
説明する。計測用ノズル11は、第一ターゲット12及
び第二ターゲット16に向けて流体を噴出する。第一タ
ーゲット12及び第二ターゲット16は、計測用ノズル
11から噴出した流体を左側F2と、右側F1とに交互
に流す。これにより、流体の圧力を定点で観測すれば、
流体の圧力振動が発生している。計測用ノズル11の出
口両側に設置された右圧電膜センサ14及び左圧電膜セ
ンサ15により、計測用ノズル11の出口両側で発生す
る差圧を測定することにより、流体に発生した圧力振動
を測定している。そして、制御回路21により、右圧電
膜センサ14と左圧電膜センサ15により計測した流体
の圧力振動の周波数計測を行い、求めた周波数より流量
を算定している。
【0017】次に、フローセンサ用入口38へ流れた流
体について説明する。フルイディック式流量計の実用計
測範囲は、170〜6000リットル/hである。この
ため、小流量の3〜170リットル/hにおいては、フ
ローセンサ用入口38に取り付けた熱線式流量計である
ICフローセンサ28により流量計測を行っている。全
ての領域でICフローセンサ28による流量計測を行う
ことをしていないのは、熱線式流量計であるため、消費
電力が大きく、リチウム電池1本で10年間の電源を供
給しようとするガスメータでは、できるだけ消費電力が
熱線流量計の1/5と小さいフルイディック式流量計に
切り替える必要があるからである。
【0018】次に、フルイディック式流量計とICフロ
ーセンサ28との切替えについて、図1にフローチャー
トを示す。始めに、ICフローセンサ28による計測を
行う(S1)。次に、流量Qが有るか否か確認し、流量
Qがない場合は(S2,NO)、流量Qが確認できるま
で先に進まず、ICフローセンサ28による計測を続け
る。流量Qがある場合で(S3,YES)、流量が17
0リットル/h以上の場合(S3,YES)、圧力変動
幅がCfを超えるか否か判断する(S4)。本実施例で
は、圧力変動をICフローセンサ28の検出する流速変
動から推定している。図8(a)に圧力変動値を示し、
図8(b)に流速変動値を示す。また、図9(a)に図
8(a)のFFTスペクトラムを示し、図9(b)に図
8(a)のFFTスペクトラムを示す。
【0019】これらのデータは、ICフローセンサ28
で計測する流速変動値が圧力変動値と正確に対応してお
り、流速変動値から圧力変動値を算出することが可能で
あることを示している。従って、本実施例では、圧力変
動値の変わりにICフローセンサ28で計測した流速変
動値を制御ファクターとして使用している。ここで、圧
力変動有りと判定する圧力変動値Cfは、実験により得
られたデータに基づいて、変動周波数に応じて変えてい
る。すなわち、圧力変動値Cfは、2Hzでは40mm
2 O、5Hzては25mmH2 O、7Hzでは33m
mH2 O、10Hzでは36mmH2 O、15Hzでは
8mmH2 O、20Hzでは12mmH2 O、25Hz
では5mmH2 O、30Hzでは4mmH2Oとしてい
る。このように、振動周波数に応じて圧力変動値Cfを
変化させているので、圧力変動値Cfを一定にした場合
と比較して、フルイディック式流量計を多くの時間使用
できるため、消費電力を減少させることができる。
【0020】圧力変動幅がCfを超えない場合は(S
4,NO)、フルイディック式流量計の圧電膜センサ1
4,15で計測を行う(S6)。圧力変動幅がCfを超
える場合は(S4,YES)、流量Qが第2規定値以上
であるか否かを判断する(S5)。本実施例では、第2
規定値を700リットル/時間としている。流量Qが第
2規定値以上の場合は(S5,YES)、フルイディッ
ク式流量計の圧電膜センサ14,15で計測を行う(S
6)。流量Qが第2規定値未満の場合(S5,NO)、
S1に戻って、ICフローセンサ28で計測を行う(S
5)。また、流量Qが規定値未満の場合も(S3,N
O)、S1に戻って、ICフローセンサ28で計測を行
う(S5)。ICフローセンサ28で計測を行っている
ときも、S2からS5を繰り返すことにより、条件が満
たされれば、フルイディック式流量計の圧電膜センサ1
4,15に計測を切り替えている。これは、ガス流量計
の消費電力をできるだけ減少させるためである。フルイ
ディック式流量計の圧電膜センサ14,15で計測して
いるときに、流量Qが第2規定値を超えていれば(S
7,NO)、そのまま圧電膜センサ14,15で計測を
続ける。また、流量Qが第2規定値以下になったときは
(S7,YES)、S1へ戻る。
【0021】以上詳細に説明したように、本実施例のガ
ス流量計によれば、流量Qが規定値(本実施例では、1
70リットル/hとしている。)未満の小流量域ではI
Cフローセンサ28で計測を行い、流量Qが規定値以上
の領域ではフルイディック式流量計で計測を行うガス流
量計であって、流量Qが規定値以上の領域で、ICフロ
ーセンサ28に所定の周期で電流を流して、流量計測を
行うサンプリングプログラム25と、サンプリングプロ
グラム25が計測した流量に変動があるか否かを判定す
る変動判定プログラム26と、変動判定プログラム26
が変動有りと判定したときに、流量Qが規定値以上であ
っても、ICフローセンサ28により流量計測を行うよ
うにする流量計切替えプログラム27とを有しているの
で、流量Qが規定値以上の大流量領域でも、流体に圧力
変動が発生した場合は、ICフローセンサ28により流
量を計測しているため、ヒートポンプ等により流体に圧
力変動が発生しても正確にガス流量を計測できる。
【0022】また、本実施例のガス流量計によれば、流
量Qが規定値より大きい第2規定値以上であるときに、
変動判定プログラム26が変動有りと判定しても、流量
計切替えプログラム27がフルイディック式流量計によ
り流量計測を行わせているので、圧力変動が発生しても
フルイディック式流量計で誤差を発生させない第2規定
値以上の場合に、フルイディック式流量計を使用してい
るため、消費電力を軽減することができる。
【0023】なお、前記実施例は本発明を何ら限定する
ものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種
々の変形、改良が可能であることは勿論である。例え
ば、本実施例では、6号ガスメータを使用しているた
め、規定値として170リットル/hを使用している
が、計測するガスの流量に応じたガスメータを使用する
ためには、規定値120リットル/時間以上170リッ
トル/時間以下とすると良いことを実験により確認して
いる。また、第2規定値として700リットル/hを使
用しているが、計測するガスの流量に応じたガスメータ
を使用するためには、規定値300リットル/時間以上
700リットル/時間以下とすると良いことを実験によ
り確認している。
【0024】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明のガス流量計によれば、流量が規定値未満の小流量流
域では熱線式流量計で計測を行い、流量が規定値以上の
領域ではフルイディック式流量計で計測を行うガス流量
計であって、流量が規定値以上の領域で、熱線式流量計
に所定の周期で電流を流して、流量計測を行うサンプリ
ング手段と、サンプリング手段が計測した流量に変動が
あるか否かを判定する変動判定手段と、変動判定手段が
変動有りと判定したときに、流量が規定値以上であって
も、熱線式流量計により流量計測を行うようにする流量
計切替え手段とを有しているので、流量が規定値以上の
大流量領域でも、流体に圧力変動が発生した場合は、熱
線式流量計により流量を計測しているため、ヒートポン
プ等により流体に圧力変動が発生しても正確にガス流量
を計測できる。
【0025】また、本実施例のガス流量計によれば、流
量が規定値より大きい第2規定値以上であるときに、変
動判定手段が変動有りと判定しても、流量計切替え手段
がフルイディック式流量計により流量計測を行わせてい
るので、圧力変動が発生してもフルイディック式流量計
で誤差を発生させない第2規定値以上の大流量の場合
に、フルイディック式流量計を使用しているため、消費
電力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガス流量計の制御方法を示すフローチャートで
ある。
【図2】ガス流量計の制御回路21の構成を示すブロッ
ク図である。
【図3】フルイディック式流量計の本体部の構成を示す
側面図である。
【図4】図3の平面図である。
【図5】従来のフルイディック式流量計の原理を説明す
るための第一説明図である。
【図6】従来のフルイディック式流量計の原理を説明す
るための第二説明図である。
【図7】振動周波数とガス流量との関係を示すデータ図
である。
【図8】圧力変動と流速変動との対応を示すデータ図で
ある。
【図9】圧力変動と流速変動との対応を示すスペクトラ
ムデータ図である。
【符号の説明】
14 右圧電膜センサ 15 左圧電膜センサ 21 制御回路 22 CPU 23 ROM 24 RAM 25 サンプリングプログラム 26 変動判定プログラム 27 流量計切替えプログラム 28 ICフローセンサ 29 仕切板 38 フローセンサ用入口
───────────────────────────────────────────────────── 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 (73)特許権者 000222211 東洋ガスメーター株式会社 富山県新湊市本江2795番地 (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 佐藤 孝人 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 温井 一光 神奈川県藤沢市みその台9−10 (72)発明者 岡村 繁憲 大阪府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 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 (72)発明者 堀 富士雄 富山県新湊市本江2795番地 東洋ガスメ ーター株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−19916(JP,A) 特開 昭56−42110(JP,A) 特開 平1−308921(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 7/00 G01F 1/00 G01F 1/20 G01F 1/68

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 計測用ノズルの下流に配置され、流体を
    左右に分流して流体に圧力振動を発生させるターゲット
    と、ターゲットにより分流された流体の圧力を計測する
    圧電素子と、圧電素子により計測した流体の圧力振動の
    周波数より流量を算定する流量算定手段とを備えるフル
    イディック式流量計と、熱線式流量計とを有し、流量が
    規定値未満の小流量流域では熱線式流量計で計測を行
    い、流量が規定値以上の領域ではフルイディック式流量
    計で計測を行うガス流量計において、 前記流量が規定値以上の領域で、前記熱線式流量計に所
    定の周期で電流を流して、流量計測を行うサンプリング
    手段と、 前記サンプリング手段が計測した流量に変動があるか否
    かを判定する変動判定手段と、 前記変動判定手段が変動有りと判定したときに、前記流
    量が規定値以上であっても、前記熱線式流量計により流
    量計測を行うようにする流量計切替え手段とを有するこ
    とを特徴とするガス流量計。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載するものにおいて、 前記変動判定手段が、変動を判定するための基準値を前
    記流量変動の周波数に応じて変化させることを特徴とす
    るガス流量計。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載するもの
    において、 流量が前記規定値より大きい第2規定値以上であるとき
    に、前記変動判定手段が変動有りと判定しても、前記流
    量切替え手段が前記フルイディック式流量計により流量
    計測を行わせることを特徴とするガス流量計。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載するものにおいて、 前記規定値が120リットル/時間以上、170リット
    ル/時間以下であることを特徴とするガス流量計。
  5. 【請求項5】 請求項3または請求項4に記載するもの
    において、 前記第2規定値が300リットル/時間以上、700リ
    ットル/時間以下であることを特徴とするガス流量計。
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