JP3510377B2 - ガス流量計 - Google Patents

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
Ｈ₂ 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。