JP3596597B2

JP3596597B2 - Flow measurement device

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Publication number: JP3596597B2
Application number: JP26674399A
Authority: JP
Inventors: 年彦鈴木
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: JP2001091328A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流量計測装置及び電子式ガスメータに係り、特に、ガス流路中のガスの流速に応じて変化する物理量を間欠的に計測する計測手段を備え、該計測した物理量とガス流路の断面積と間欠時間とを乗ずることによってガス流路を通過したガスの通過流量を計測する流量計測装置及び、該装置によって計測したガスの流量を積算し表示する電子式ガスメータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の流量計測装置として、例えば特公平７−１１９６３８号公報に開示されている超音波式センサを使用した超音波式流量計測装置や、特公平６−４３９０６号公報に開示されている熱式センサを使用した熱式流量計測装置などがある。
【０００３】
超音波式流量計測装置は、ガス流路内に一定距離だけ離れて配置された超音波周波数で作動する例えば圧電式振動子からなる２つの音響トランスジューサにより流量センサを構成し、一方のトランスジューサの発生する超音波信号を他方のトランスジューサに受信させる動作を交互に行って超音波信号がトランスジューサ間でガス流方向と、ガス流方向と逆方向に伝搬される時間から成る物理量を間欠的にそれぞれ計測し、この計測した２つの伝搬時間に基づいてガス流路内を流れているガスの流速を間欠的に求め、この流速にガス流路の断面積を乗じて瞬時流量を求める演算処理を行うようになっている、この瞬時流量に間欠時間を乗じて通過流量を求め、更にこの通過流量を積算して求めた積算流量を表示することによって、電子式ガスメータを構成することができる。
【０００４】
熱式流量計測装置は、ガス流路内を加熱するヒータと、ガス流路の上下流方向にそれぞれ設けられた温度センサとから流量センサを構成し、ヒータの発する熱の上下流方向への伝達が流速の大きさによって変化することを利用して、ヒータの上下流に設けた温度センサにより間欠的に検知した温度差からなる物理量によって流速を間接的に測定するものである。
【０００５】
何れの装置も、流量センサを間欠的に駆動させているとはいえ、その駆動に比較的大きな電力消費をともなう。そこで、消費電力を抑えつつ流量検出精度を高めることを目的として、流量変動の大きなときにはセンサを駆動して行う測定間隔を短く、小さいときには測定間隔を長くするとともに、この測定間隔に合わせて流速を間欠的に測定する間欠時間、すなわち、サンプリング時間を変更することが、例えば特開平９−２１６６７号公報や特開平１０−８２６７０号公報において提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した提案の流量計測装置では、測定間隔が一番長い状態のとき、図８（ａ）に示すように、サンプリング直後にガスが使用されると、次のサンプリングまでの計測される機会がなく、斜線を付したほぼサンプリング間隔に相当する期間の間の流量が積算されないことになる。このような状態は、図８（ｂ）に示すようにサンプリング直前にガスが使用された場合と比較すると明らかなように、計測した流量に基づく積算値に大きな誤差を含んでいることが分かる。したがって、流量の変動が小さいくても、センサを駆動して行う測定間隔を極端には長くすることはできない。すなわち、従来の流量計測装置では、サンプリング間隔を長くすると、計測した流量にサンプリング間隔を乗じてものを積算して求める例えばガス使用量に誤差が生じてしまうため、測定間隔を極端に大きくすることができず、この点から消費電力の低減には自ずから限度があった。
【０００７】
また、ガス圧を検出する圧力センサをガス流路内に設け、流量センサにより一定時間以上継続して流量が検出されなかった場合、サンプリングを停止し、その後、ガスを使用に伴って圧力センサにより検出されたガス圧が降下して所定値以下となったとき、流量計測装置のサンプリングを再び開始させることにより、測定精度を向上させることも考えられる。しかしながら、流量計測を停止している間、圧力センサの出力をＡ／Ｄ変換して取り込んで、常時監視する必要があるため消費電力の低減に効果的であるとはいえない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題に着目し、流量計測精度の低下を招くことなく、より一層の消費電力の低減を図れる流量計測装置を提供することを課題としている。
【０００９】
本発明はまた、消費電力の低減を図っても、通過流量の誤差を低減してガス使用量を正確に積算表示できるようにした電子式ガスメータを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、ガス流路１０中のガスの流速に応じて変化する物理量を間欠的に計測する計測手段１００を備え、該計測した物理量と前記ガス流路の断面積と間欠時間とを乗ずることによって前記ガス流路を通過したガスの通過流量を計測する流量計測装置において、前記計測手段により計測した物理量に基づいて所定時間以上継続して前記ガス流路中にガスが流れていない状態を検出したとき、前記計測手段による物理量の計測を停止させる計測停止手段１４ａ−１と、前記ガス流路中の圧力に応じて弾性変形する弾性素子１６ａと、該弾性素子上の弾性変形方向と垂直な一面に設けられたマグネット１６ｂと、ガス使用に伴って所定値以下に圧力が低下したとき、前記マグネットによりオン又はオフしてガスが使用されたことを検出する機械式スイッチＳＷと、前記機械式スイッチＳＷのオン又はオフに応じて前記計測手段による物理量の計測を再開させる計測再開手段１４ａ−２とを更に備えることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、計測停止手段１４ａ−１が、計測手段１００により計測した物理量に基づいて所定時間以上継続してガス流路１０中にガスが流れていない状態を検出したとき、ガスが未使用状態であるとして計測手段１００による物理量の計測を停止する。その後ガスの使用に伴って圧力が所定値以下に低下すると、ガス流路１０中の圧力に応じて弾性変形する弾性素子１６ａ上の弾性変形方向と垂直な一面に設けられたマグネット１６ｂにより機械式スイッチＳＷの接点がオン又はオフし、この機械式スイッチＳＷのオン又はオフに応じて計測再開手段１４ａ−２が計測手段１００による物理量の計測を再開させる。
【００１２】
以上のようにガスが未使用状態であるときは計測停止手段１４ａ−１により計測手段１００による物理量の計測を停止させるため、一切の計測動作が行われなくなり、この計測動作に伴う電力消費が全くなくなる。その後、ガス使用に伴い圧力が所定値以下に低下すると機械式スイッチＳＷがオン又はオフされ、この機械式スイッチＳＷのオン又はオフをきっかけに計測再開手段１４ａ−２が計測手段１００による物理量の計測を再開させるため、ガスの使用開始時の物理量の計測も正確に行うことができる。しかも、機械的な構造であり、動作電源を必要としない機械式スイッチＳＷのオン又はオフに応じて物理量の計測を再開させているため、圧力センサにより検出された圧力を監視する必要がなくなり、この圧力センサの監視動作に伴う電力消費を必要としない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は本発明の流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータを示している。図示の電子式ガスメータは超音波式として構成されており、流体であるガスを流すガスメータ中の流路としてのガス流路１０内にガス流方向において距離Ｌだけ離され、互いに対向して配置された超音波周波数で作動する例えば圧電式振動子からなる２つの音響トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２と、ガス流路１０に連通した空所１０ａ内に距離ｌだけ離れた管壁１０ｂに対向して配置された音響トランスジューサＴＤ３とを有する。ガス流路１０には、両音響トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２の上流側に弁閉によってガス流路１０を遮断する遮断弁１０ｃが設けられている。ガス流路１０の管壁には、ガス使用に伴う所定値以下への圧力低下を検知したとき、オンしてガスが使用されたことを検出する検出スイッチ１６が設けられている。
【００２４】
各トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２及びＴＤ３はトランスジューサインタフェース（Ｉ／Ｆ）回路１１ａ及び１１ｂをそれぞれ介して送信回路１２及び受信回路１３に接続されている。送信回路１２は、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）１４の制御の下で、トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２の一方を駆動して超音波信号を発生させる信号をパルスバーストの形で送信し、このための発振回路（図示せず）を内蔵している。
【００２５】
受信回路１３は、ガス流路１０を通過した超音波信号を受信した他方のトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２からの信号を入力して超音波信号を処理する前置増幅器（図示せず）を内蔵している。トランスジューサＴＤ３については、トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２に対するとは別のタイミングでμＣＯＭ１４が送信回路１２と受信回路１３を制御し、トランスジューサＴＤ３を駆動して超音波信号を発生させるように送信回路１２を制御するとともに、同じトランスジューサＴＤ３が管壁１０ｂから反射されてくる超音波信号を受信して発生する信号を入力させるように受信回路１３を制御する。
【００２６】
検出スイッチ１６はスイッチＩ／Ｆ回路１７を介してμＣＯＭ１４に接続されている。上記検出スイッチ１６は、図３に示すように、半導体基板をエッチングして形成した弾性素子であるダイヤフラム１６ａと、弾性変形方向と垂直なダイヤフラム１６ａの下面に設けられたマグネット１６ｂと、一端がダイヤフラム１６ａの上面に設けられ、他端が固定壁Ｗにそれぞれ設けられたスプリング１６ｃとを備える。さらに、マグネット１６ｂの下には一端が電池電源と接続され、他端がスイッチＩ／Ｆ回路１７と接続されている常開の機械式スイッチＳＷが設けられている。
【００２７】
上述したダイヤフラム１６ａは下面がガス流路１０内に、上面が大気中にそれぞれ設けられるため、ガス未使用状態にあり、ガス流路１０内が高圧力状態（＞大気中の圧力）にあると、矢印１６ｄ方向に大きな応力がかかるため、ダイヤフラム１６ａは実線で示すようにスプリング１６ｃの弾性力に逆らって機械式スイッチＳＷ側に弾性変形する。従って、機械式スイッチＳＷは、その接点がマグネット１６ｂから離れることにより開す。
【００２８】
一方、ガスの使用に伴ってガス流路１０内の圧力が低下するにつれて、矢印１６ｄ方向の応力が弱まるため、スプリング１６ｃの弾性力によりダイヤフラム１６ａは破線で示すように固定壁Ｗ側に弾性変形し、これに伴ってマグネット１６ｂも固定壁Ｗ側に移動する。そして、圧力が所定値以下にまで低下すると、マグネット１６ｂによって機械式スイッチＳＷは閉し、Ｈレベルのオン信号Ｓ１がスイッチＩ／Ｆ回路１７に対して供給される。なお、この検出スイッチ１６は、ガスの使用により急激に圧力が低下するガス流路１０の出口付近に設置されている。
【００２９】
上述したように検出スイッチ１６は、機械的な構造となっているため、検出スイッチ１６をオン又はオフさせるための動作電源を必要とせず、消費電力の低減を図ることができる。また、このスプリング１６ｃの弾性力によりダイヤフラム１６ａの弾性変形が制限されるため、上記所定値はスプリング１６ｃの弾性係数に依存する。このため、所定値に応じた弾性係数を有するスプリング１６ｃをダイヤフラム１６ａに設けるだけで所定値を設定することができ、所定値に応じたダイヤフラム１６ａをそれぞれ量産する必要がないためコストダウンと図ることができる。
【００３０】
また、μＣＯＭ１４は、図４に示すように、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）１４ａ、ＣＰＵ１４ａが行う処理のプログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ１４ｂ、ＣＰＵ１４ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ１４ｃなどを内蔵し、これらがバスライン１４ｄによって相互接続されている。
【００３１】
μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、送信回路１２から信号を供給するトランスジューサと受信回路１３で超音波信号を受信するトランスジューサとを交互に切り替えるように制御する計測処理を行うと共に、２つのトランスジューサ間で交互に送受信した超音波信号の伝搬時間（＝物理量）を測ってガス流路１０内を流れているガスの流速を間欠的に求めるための流速演算処理を行う。
【００３２】
μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａはまた、流速演算処理の他に、この演算した流速とガス流路１０の断面積とに基づいて瞬時流量を求める流量演算処理、演算した瞬時流量に間欠時間を乗じて通過流量を演算する通過流量演算処理、通過流量を積算して積算流量を求める積算流量処理（＝流量積算手段１４ａ−３としての働き）、この流量積算処理によって求めた流量積算値を表示器１５（＝表示手段）に表示させる表示処理を行う。
【００３３】
μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａはさらに、流量演算処理により求められた瞬時流量に基づいて所定時間以上継続してガス流路１０中にガスが流れていない状態を検出したとき、その後計測停止手段１４ａ−１として働き、流量の計測を停止する。その後、検出スイッチ１６の状態を監視して、検出スイッチ１６がガスの使用に伴う所定値以下への圧力を検知して、ガスが使用されたことを検出するオン信号Ｓ１が出力されると計測再開手段１４ａ−２として働き、再び流量の計測を開始する。
【００３４】
上述した動作を、圧力と流量の関係を示す図５を参照して具体的に説明すると、ガス未使用状態にあるとき、高い圧力状態あるが、ガスの使用に伴って圧力が低下し、所定値まで低下する図５（ａ）にＡで示すタイミングで機械式スイッチＳＷがオンしてオン信号Ｓ１が出力されるので、図５（ｂ）に示すように流量計測のためのサンプリングが開始される。なお、図中ｘ印はサンプリングタイミングを示している。その後、ガスの使用がなくなり、流量演算処理により求められた瞬時流量に基づいて所定時間Ｔ以上継続してガス流路１０中にガスが流れていない状態を検出されるＢで示すタイミングで、流量計測のためのサンプリングが停止されるようになる。このとき、ガス流路１０内は高圧力状態となるため、機械式スイッチＳＷはオフとなっている。なお、上記所定時間Ｔは、シャワーなど間欠的に使用される燃焼器を考慮して、１０〜３０分に設定してある。
【００３５】
上述したようにガスが未使用状態であるときは流量の計測を停止させるため、一切の計測動作が行われなくなり、この計測に伴う電力消費が全くなくなる。またその後、ガス使用に伴い圧力が所定値以下に低下すると検出スイッチ１６からオン信号Ｓ１が出力され、このオン信号Ｓ１をきっかけに流量の計測を再開させるため、ガスの使用開始時の流量の計測も正確に行うことができる。しかも、検出スイッチ１６からのオン信号Ｓ１に応じて流量の計測を再開させているため、圧力センサにより検出された圧力を監視する必要がなくなり、この圧力センサの監視動作に伴う電力消費を必要としない。以上のことにより、流量計測精度の低下を招くことなく、より一層の消費電力の低減を図ることができる。
【００３６】
ところで、ガス未使用状態の期間はガス使用状態の期間より長いことが多く特に一般家庭ではこの傾向が顕著である。従って、上述したように検出スイッチ１６が、ガスの使用に伴う所定値以下への圧力低下を検知したときオンしてオン信号Ｓ１を出力し、このオン信号Ｓ１の出力に応じて流量の計測を再開させれば、ガス使用状態の短い期間のみオン信号Ｓ１を出力することができ、より一層消費電力の低減を図ることができる。
【００３７】
上述した構成の装置における流量計測の原理を以下に説明する。μＣＯＭ１４の内蔵するＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力してパルスバースト信号を発生させ、これを一方のトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２に供給させて、この一方のトランスジューサに超音波信号を発生させる。また、一方のトランスジューサから送信された超音波信号を受信する他方のトランスジューサからの信号を受信回路１３に受信させ、これに応じて受信回路１３が発生する信号を取り込む。
【００３８】
その後、μＣＯＭ１４の内蔵するＣＰＵ１４ａは、超音波信号を発生するトランスジューサと超音波信号を受信するトランスジューサを逆にして同じ動作をもう一度繰り返す制御を行う。そして、μＣＯＭ１４のＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力して一方のトランスジューサに超音波信号を発生させてから、この超音波信号を受信する他方のトランスジューサが発生する信号を受信回路１３を介して取り込むまでの時間Ｔ１、Ｔ２をそれぞれ測り、この測った時間Ｔ１、Ｔ２からガス流の流速を後述のようにして求める。
【００３９】
また、μＣＯＭ１４のＣＰＵ１４ａは、トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２についての制御とは別のタイミングで、トランスジューサＴＤ３についての制御を行い、送信回路１２にトリガ信号を出力してパルスバースト信号を発生させ、これをトランスジューサＴＤ３に印加させて、このトランスジューサＴＤ３に超音波信号を発生させる。また、トランスジューサＴＤ３から送信され管壁１０ｂで反射された超音波信号を受信する同じトランスジューサＴＤ３からの信号を受信回路１３に受信させ、これに応じて受信回路１３が発生する信号を取り込む。そして、ＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力してトランスジューサＴＤ３に超音波信号を発生させて、この超音波信号の反射の第１波と第２波を受信する同じトランスジューサＴＤ３が発生する信号を受信回路１３を介して取り込むまでの時間Ｔｒ１、Ｔｒ２をそれぞれ測り、この測った時間Ｔｒ１、Ｔｒ２からガス流路１０内と同じ温度、圧力、ガス種であるが、ガス流のない雰囲気における音速を後述のようにして求める。
【００４０】
今、静止ガス中での音の伝搬速度（音速）をｃ、ガス流の流速をｖとすると、ガス流の順方向の超音波信号の伝搬速度は（ｃ＋ｖ）となる。トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２間の距離をＬとすると、トランスジューサＴＤ１からの超音波信号がガス流と同じ方向に進んでトランスジューサＴＤ２に到達する時間Ｔ１と、トランスジューサＴＤ２からの超音波信号がガス流と逆方向に進んでトランスジューサＴＤ１に到達する時間Ｔ２とは、
Ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖ）（１）
Ｔ２＝Ｌ／（ｃ−ｖ）（２）
となる。（１）、（２）式より

となり、Ｌが既知であるときには、Ｔ１及びＴ２を計測することによって流速ｖを求めることができる。
【００４１】
なお、Ｔ２・Ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖ）・（ｃ−ｖ）＝Ｌ／（ｃ^２ −ｖ^２）であり、流速ｖは音速ｃに比べて極めて小さな数値であるので、式中のｖ^２はｃ^２に比べて極めて小さく無視でき、Ｔ２・Ｔ１＝Ｌ／ｃ^２
とすることができる。そして、上式（３）は最終的には、

と書き直すことができる。ここで、Ｔｄ＝（Ｔ２−Ｔ１）とすると、

ただし、ｋ＝ｃ^２／２
となる。すなわち、ガス流方向とこれと逆方向の超音波伝搬時間の差Ｔｄに定数ｋを乗じてガス流速ｖが求められる。以上のことから明らかなように、上記演算するＣＰＵ１４ａとトランスジューサＴＤ１及びＴＤ２とは計測手段１００を構成している。
【００４２】
流速ｖが求められたときには、瞬時流量Ｑはガス流路１０の既知の断面積をＳ、物の構造その他によって変化する補正係数をαとすると、

となり、瞬時流量Ｑが求められる。ただし、
Ｋ＝α・Ｓ・ｋ（６）
とする。なお、Ｋは上述の説明から明らかなように、音速、ガス温度、ガス圧力など多くの要素を含んだ補正のための係数である。
【００４３】
なお、式（６）中の静止ガス中の音速ｃについては、図２に示したように、ガス流路１０に連通しているが、ガス流路１０中のガス流に影響されない静止ガスの空所１０ａ中において、第３の音響トランスジューサＴＤ３から発した超音波信号が管壁１０ｂで反射してトランスジューサに戻ってくるまでの時間を計測し、この時間によってトランスジューサＴＤ３から管壁１０ｂまでの往復距離２ｌを割ることによって求めることができるので、この計測を適宜行って求めた音速ｃを用いるようにすればよい。
【００４４】
従って、瞬時流量Ｑを求める毎に、すなわち、サンプリングする毎に、この瞬時流量Ｑに前回求めた（サンプリングした）時点からの経過時間（サンプリング間隔時間）を乗じることによって通過流量Ｑｔが求まり、これを積算することによって、積算したガス積算流量Ｑｓ、すなわち、ガス供給量（ガス使用量）を求めることができるようになる。そして、この積算流量Ｑｓを表示器１５に表示させることによって電子式ガスメータを構成することができる。
【００４５】
ところで、一般にマンションなどの集合住宅の場合は、１つのＬＰガス容器からのガスを各家ごとに分配しているため、燃焼器としてガス使用中に供給ガス圧に圧力変動を生じさせる例えばＧＨＰ（ガスヒートポンプ）を使用している家があると、その使用によって他の家に供給されるガス圧にも影響が及ぼされる。つまり、図５（ａ）に示すようにガス未使用では、ガス圧は高圧状態例えば３００ｍｍＨ_２Ｏで一定に保たれることとなるが、このとき隣家などで上述したＧＨＰが使用されると、ガス圧は１０〜２０Ｈｚの周波数で約±数１０ｍｍＨ_２Ｏの変動が生じる。このため、設定した所定値によってはガス未使用状態であるにもかかわらずこの圧力変動による圧力低下を検出スイッチ１６が検知してしまい流量の計測が再開される可能性がある。そこで、圧力変動が生じても圧力は２５０ｍｍＨ_２Ｏ（＝３００ｍｍＨ_２Ｏ−５０ｍｍＨ_２Ｏ）より低下することがないので、このような事態を防止するために、所定値を２５０ｍｍＨ_２Ｏより小さい例えば２００ｍｍＨ_２Ｏに設定すれば、圧力変動による圧力低下を検知することがない。
【００４６】
以上概略で説明した流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータの詳細な動作をμＣＯＭ１４が有するＣＰＵ１４ａの処理手順を説明する図６のフローチャートを参照して以下説明する。
ＣＰＵ１４ａは例えば電池電源の投入によって動作を開始し、図示しない初期ステップにおいて、μＣＯＭ１４内のＲＡＭ１４ｃに形成した各種のエリアの初期設定を行ってからその最初のステップＳＰ１に進む。ここで音響トランスジューサＴＤ１から超音波信号を送信し、この送信した超音波信号が音響トランスジューサＴＤ２に到達するまでかかった時間を伝搬時間Ｔ１として計測する。続いてステップＳＰ２に進み、ここで音響トランスジューサＴＤ２から超音波信号を送信し、この送信した超音波信号が音響トランスジューサＴＤ１に到達するまでにかかった時間を伝搬時間Ｔ２として計測する。
【００４７】
その後ステップＳＰ３に進んでステップＳＰ１で計測した伝搬時間Ｔ１とステップＳＰ２で計測した伝搬時間Ｔ２との差をとり、これを時間エリアＴｄに格納してからステップＳＰ４に進む。ステップＳＰ４においては、上記式（４）に示すように、上記時間エリアＴｄとＲＡＭ１４ｃとの係数エリアｋの値を乗じて流速を求め、これをＲＡＭ１４ｃ内の流速エリアｖに格納する。次にステップＳＰ５に進んで上記ステップＳＰ４において求めた流速を格納した流速エリアｖの値とサンプリングタイマエリアＳＴの値とを乗じて通過流量Ｑｔを求め、これをＲＡＭ１４ｃの通過流量エリアＱｔに格納する。この通過流量Ｑｔがガス流路１０中にガスが流れていないとみなせる所定流量以下であると、ステップＳＰ６の判定がＹＥＳとなってステップＳＰ７に進むようになる。
【００４８】
ステップＳＰ７において、タイマエリアＴＲに格納されたカウント値をカウントアップさせる。このタイマエリアＴＲに格納されたカウント値が所定時間Ｔ以上であると、ステップＳＰ８の判定がＹＥＳとなりその後、スイッチＩ／Ｆ回路１７を監視して、検出スイッチ１６からオン信号Ｓ１が入力されたことを検出し、ステップＳＰ９の判定がＹＥＳとなるのを待って、ステップＳＰ１に戻る。また、ステップＳＰ５で求めた通過流量Ｑｔが所定流量以上であると、ステップＳＰ６の判定がＮＯとなってステップＳＰ１０に進み、タイマエリアＴＲのカウント値をリセットしてステップＳＰ１１に進む。
【００４９】
ステップＳＰ１１においては、ＲＡＭ１４ｃ内の流量積算エリアＱに上記ステップＳＰ５において求めた通過流量Ｑｔを加算した後、ステップＳＰ１２において表示器１５に流量積算エリアＱの内容を表示させて、ステップＳＰ１に戻る。また、ステップＳＰ５で求めた通過流量Ｑｔが所定流量以下であっても、タイマエリアＴＲに格納されたカウント値が所定時間Ｔより小さければ、ステップＳＰ８の判定がＮＯとなり、ステップＳＰ１１に進む。
【００５０】
なお、上述した実施例では、所定時間以上継続してガス流路１０中のガスが流れていない状態を検出したとき、その後スイッチＩ／Ｆ回路１７を介して検出スイッチ１６の状態を常時監視し、オン信号Ｓ１が出力されたことを検出すると再び流量の計測動作を再開させていたが、例えば、その後ＣＰＵ１４ａがリセット動作を行い自己の動作を停止し、このリセット動作を検出スイッチ１６からのオン信号Ｓ１を外部から入力することによって解除して、再び処理動作を開始するようにしてもよい。
【００５１】
具体的には、図７に示すように、ＣＰＵ１４ａのクロック出力ｃｋにウオッチドックタイマ回路１８を接続する。ウオッチドックタイマ回路１８はその入力にクロックパルスが一定周期で入力されているとき、その出力がＨレベルに保持されるが、クロックパルスの入力がなくなると、その出力がＨからＬレベルに立ち下がるように働く。
【００５２】
従って、ＣＰＵ１４ａのリセット入力ポートＲは、ＣＰＵ１４ａが動作してクロックパルスを出力している間、Ｈレベルに保たれている。また、ＣＰＵ１４ａは、所定時間以上継続してガス流路１０中のガスが検出されない状態を検出すると、クロックパルスの出力を停止する。このため、ウオッチドックタイマ回路１８の出力がＨレベルからＬレベルに立ち下がり、この立ち下がりに応じてＮＡＮＤ回路１９の一方の入力がＬレベルに、ＮＡＮＤ回路２０の一方の入力がＨレベルに保たれる。従って、ガス未使用状態がそのまま継続してＨレベルのオン信号Ｓ１が出力されていないときは、ＮＡＮＤ回路２０の出力はＬレベルとなりＮＡＮＤ回路１９の他方の入力がＬレベルに保たれるため、リセット入力ポートＲはＨレベルからＬレベルに反転し、これに応じてＣＰＵ１４ａはリセット動作を行う。
【００５３】
その後、ガスが使用され、Ｈレベルのオン信号Ｓ１が出力されると、ＮＡＮＤ回路２０の入力が両方ともＨレベルとなるため、ＮＡＮＤ回路１９の出力がＬレベルからＨレベルに反転し、これに応じてＣＰＵ１４ａのリセットが解除される。つまり、この場合ウオッチドックタイマ回路１８及びＮＡＮＤ１９、２０は、計測停止手段１４ａ−１及び計測再開手段１４ａ−２として働き、所定時間以上継続してガス流路１０中のガスが流れていない状態を検出するとその後リセット動作を行い自己の動作を停止させると共に、このリセット動作は、検出スイッチ１６からのオン信号Ｓ１を外部から入力することによって解除され、再び処理動作を開始させるようにしている。以上のようにガスが未使用状態であるとき、流量の計測を停止させるだけでなくＣＰＵ１４ａ自体の処理動作も停止するため、より一層の消費電力の低減を図ることができる。
【００５４】
また、上述した実施例では、弾性素子としてダイヤフラムを使用していたが、圧力に応じて弾性変形するもんであれば、ベローズなどの他の弾性素子を使用してもよい。さらに、上述した実施例においては、流量計測装置として超音波式のものを例示したが、ガス流路１０中のガスの流速に応じて変化する物理量を間欠的に計測することのできるものであれば、フルイディック式流量計などの他の形式のものであってもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、ガスが未使用状態であるときは計測停止手段により計測手段による物理量の計測を停止させるため、一切の計測動作が行われなくなり、この計測動作に伴う電力消費が全くなくなる。その後、ガス使用に伴い圧力が所定値以下に低下すると機械式スイッチがオン又はオフされ、この機械式スイッチのオン又はオフをきっかけに計測再開手段が計測手段による物理量の計測を再開させるため、ガスの使用開始時の物理量の計測も正確に行うことができる。しかも、機械的な構造であり、動作電源を必要としない機械式スイッチのオン又はオフに応じて物理量の計測を再開させているため、圧力センサにより検出された圧力を監視する必要がなくなり、この圧力センサの監視動作に伴う電力消費を必要としないので、流量計測精度の低下を招くことなく、より一層の消費電力の低減を図れる流量計測装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流量計測装置及び電子式ガスメータの基本構成図を示すブロック図である。
【図２】本発明の流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータの一実施の形態を示す図である。
【図３】図２に示す流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータを構成する検出スイッチの詳細を示す図である。
【図４】図２に示す流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータを構成するマイクロコンピュータの詳細を説明する図である。
【図５】本発明の流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータの動作を説明するための図である。
【図６】図４に示すマイクロコンピュータを構成するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図７】流量の計測を停止する他の構成を示す図である。
【図８】従来の流量計測装置及び電子式ガスメータの問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ガス流路
１００計測手段
１４ａ−１計測停止手段（ＣＰＵ）
１６検出スイッチ
１４ａ−２計測再開手段（ＣＰＵ）
１６ａ弾性素子（ダイヤフラム）
１６ｂマグネット
ＳＷ機械式スイッチ
Ｗ固定壁
１６ｃスプリング
Ｓ１オン信号
１４ａ−３流量積算手段（ＣＰＵ）
１５表示手段（表示器）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow measurement device and an electronic gas meter, and more particularly to a measurement device for intermittently measuring a physical quantity that changes in accordance with a gas flow rate in a gas flow path, and disconnecting the measured physical quantity and the gas flow path. The present invention relates to a flow rate measuring device for measuring a flow rate of a gas passing through a gas flow channel by multiplying an area and an intermittent time, and an electronic gas meter for integrating and displaying a flow rate of a gas measured by the device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of flow measuring device, for example, an ultrasonic flow measuring device using an ultrasonic sensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-19638 and Japanese Patent Publication No. 6-43906 are disclosed. There is a thermal flow measurement device using a thermal sensor.
[0003]
The ultrasonic flow rate measuring device comprises a flow sensor composed of, for example, two acoustic transducers, each of which is operated at an ultrasonic frequency and separated by a predetermined distance in a gas flow path and includes, for example, a piezoelectric vibrator. The other transducer receives the ultrasonic signal to be transmitted alternately, and intermittently measures the physical quantity consisting of the time during which the ultrasonic signal propagates between the transducers in the gas flow direction and the gas flow direction. The intermittent calculation of the flow velocity of the gas flowing in the gas flow path based on the measured two propagation times, and the calculation processing of obtaining the instantaneous flow rate by multiplying the flow velocity by the cross-sectional area of the gas flow path. By calculating the passing flow rate by multiplying the instantaneous flow rate by the intermittent time and displaying the integrated flow rate obtained by integrating the passing flow rate, the electronic gas It is possible to configure the over data.
[0004]
The thermal type flow rate measuring device comprises a flow rate sensor composed of a heater for heating the inside of the gas flow path and temperature sensors provided respectively in the upstream and downstream directions of the gas flow path, and transmits the heat generated by the heater in the upstream and downstream directions. Is changed in accordance with the magnitude of the flow velocity, and the flow velocity is indirectly measured by a physical quantity comprising a temperature difference intermittently detected by a temperature sensor provided upstream and downstream of the heater.
[0005]
Although both devices intermittently drive the flow sensor, their driving involves relatively large power consumption. Therefore, in order to increase the flow rate detection accuracy while suppressing power consumption, the measurement interval for driving the sensor is short when the flow rate variation is large, and the measurement interval is long when the flow rate variation is small, and the flow rate is adjusted in accordance with this measurement interval. Changing the intermittent time to be measured intermittently, that is, changing the sampling time has been proposed in, for example, JP-A-9-21667 and JP-A-10-82670.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described proposed flow rate measuring device, when the measurement interval is the longest, as shown in FIG. 8A, if gas is used immediately after sampling, there is no opportunity to measure until the next sampling. Therefore, the flow rates during the period substantially corresponding to the sampling intervals indicated by hatching are not integrated. It is clear that such a state includes a large error in the integrated value based on the measured flow rate, as apparent from comparison with the case where gas is used immediately before sampling as shown in FIG. 8B. Therefore, even if the change in the flow rate is small, the measurement interval for driving the sensor cannot be extremely long. That is, in the conventional flow rate measuring device, if the sampling interval is lengthened, an error occurs in, for example, a gas consumption amount obtained by multiplying the measured flow rate by the sampling interval, and thus an error occurs. Therefore, reduction of power consumption was naturally limited from this point.
[0007]
In addition, a pressure sensor for detecting gas pressure is provided in the gas flow path, and if the flow rate is not detected continuously for a certain period of time or more by the flow rate sensor, sampling is stopped, and then the gas is used and the pressure sensor detects When the detected gas pressure drops to a predetermined value or less, the measurement accuracy may be improved by restarting the sampling of the flow measurement device. However, while the flow rate measurement is stopped, the output of the pressure sensor needs to be A / D converted and taken in and constantly monitored, so that it cannot be said that it is effective in reducing power consumption.
[0008]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a flow measurement device capable of further reducing power consumption without lowering flow measurement accuracy.
[0009]
Another object of the present invention is to provide an electronic gas meter capable of accurately integrating and displaying the gas usage amount by reducing the error of the passing flow rate even if the power consumption is reduced.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1, which has been made to solve the above-mentioned problem, has a measurement method for intermittently measuring a physical quantity that changes according to a gas flow rate in a gas flow path 10, as shown in the basic configuration diagram of FIG. A flow rate measuring device comprising means 100 and multiplying the measured physical quantity, the cross-sectional area of the gas flow path, and the intermittent time to measure the flow rate of the gas passing through the gas flow path. Measurement stop means 14a-1 for stopping the measurement of the physical quantity by the measurement means when detecting a state in which gas does not flow in the gas flow path for a predetermined time or more based on the physical quantity,An elastic element 16a elastically deformed in accordance with the pressure in the gas flow path, a magnet 16b provided on one surface of the elastic element perpendicular to the elastic deformation direction, and the pressure is reduced to a predetermined value or less with the use of gas. When the switch is turned on or off by the magnet, a mechanical switch SW for detecting that the gas has been used, and the mechanical switch SWAnd a measurement resuming means 14a-2 for resuming the measurement of the physical quantity by the measuring means in accordance with ON or OFF of the flow rate.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, when the measurement stopping unit 14a-1 detects a state in which gas does not flow through the gas flow path 10 continuously for a predetermined time or more based on the physical quantity measured by the measuring unit 100. , Stop measuring physical quantity by measuring means 100 as gas is unusedI do.Thereafter, when the pressure drops below a predetermined value with the use of gas,The contact of the mechanical switch SW is turned on or off by a magnet 16b provided on one surface of the elastic element 16a that is elastically deformed in response to the pressure in the gas flow path 10 and perpendicular to the elastic deformation direction.The measurement restarting means 14a-2 restarts the measurement of the physical quantity by the measuring means 100 in response to ON or OFF of.
[0012]
As described above, when the gas is in the unused state, the measurement stop unit 14a-1 stops the measurement of the physical quantity by the measurement unit 100, so that no measurement operation is performed, and power consumption accompanying this measurement operation is completely lost. Disappears. After that, when the pressure drops below a predetermined value with the use of gasMechanical switch SWIs turned on or off, thisMechanical switch SWSince the measurement restarting means 14a-2 restarts the measurement of the physical quantity by the measuring means 100 upon the turning on or off of the gas, the measurement of the physical quantity at the start of use of the gas can be performed accurately. Moreover,Mechanical switch SW that has a mechanical structure and does not require an operating power supplySince the measurement of the physical quantity is restarted in response to turning on or off of the pressure sensor, it is not necessary to monitor the pressure detected by the pressure sensor, and power consumption accompanying the monitoring operation of the pressure sensor is not required.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 shows an electronic gas meter incorporating the flow rate measuring device of the present invention. The illustrated electronic gas meter is configured as an ultrasonic type, and is spaced apart by a distance L in a gas flow direction in a gas flow path 10 as a flow path in a gas meter for flowing a gas as a fluid, and is disposed to face each other. And two acoustic transducers TD1 and TD2, each of which is, for example, a piezoelectric vibrator, operating at an ultrasonic frequency, and a tube wall 10b separated by a distance l in a space 10a communicating with the gas flow path 10. And an acoustic transducer TD3. The gas flow path 10 is provided with a shutoff valve 10c that shuts off the gas flow path 10 by closing the valve upstream of the acoustic transducers TD1 and TD2. A detection switch 16 is provided on the pipe wall of the gas flow path 10 to turn on and detect that the gas has been used when a pressure drop below a predetermined value due to the use of the gas is detected.
[0024]
Each of the transducers TD1, TD2, and TD3 is connected to a transmission circuit 12 and a reception circuit 13 via transducer interface (I / F) circuits 11a and 11b, respectively. Under the control of a microcomputer (μCOM) 14, the transmission circuit 12 transmits a signal for driving one of the transducers TD1 and TD2 to generate an ultrasonic signal in the form of a pulse burst, and an oscillation circuit (FIG. (Not shown).
[0025]
The receiving circuit 13 has a built-in preamplifier (not shown) for receiving signals from the other transducers TD1 and TD2 that have received the ultrasonic signals passing through the gas flow path 10 and processing the ultrasonic signals. . With respect to the transducer TD3, the μCOM 14 controls the transmission circuit 12 and the reception circuit 13 at a different timing from that for the transducers TD1 and TD2, and controls the transmission circuit 12 so as to drive the transducer TD3 to generate an ultrasonic signal. The receiving circuit 13 is controlled so that the same transducer TD3 receives an ultrasonic signal reflected from the tube wall 10b and inputs a signal generated.
[0026]
The detection switch 16 is connected to the μCOM 14 via the switch I / F circuit 17. As shown in FIG. 3, the detection switch 16 includes a diaphragm 16a which is an elastic element formed by etching a semiconductor substrate, a magnet 16b provided on the lower surface of the diaphragm 16a perpendicular to the elastic deformation direction, and one end of the diaphragm. A spring 16c is provided on the upper surface of 16a and the other end is provided on the fixed wall W. Further, a normally open mechanical switch SW having one end connected to the battery power supply and the other end connected to the switch I / F circuit 17 is provided below the magnet 16b.
[0027]
Since the lower surface of the diaphragm 16a is provided in the gas passage 10 and the upper surface thereof is provided in the atmosphere, the diaphragm 16a is in a gas non-use state and the gas passage 10 is in a high pressure state (> atmospheric pressure). Since a large stress is applied in the direction of arrow 16d, the diaphragm 16a is elastically deformed toward the mechanical switch SW against the elastic force of the spring 16c as shown by the solid line. Therefore, the mechanical switch SW is opened when its contact moves away from the magnet 16b.
[0028]
On the other hand, as the pressure in the gas flow path 10 decreases as the gas is used, the stress in the direction of the arrow 16d weakens, so that the diaphragm 16a is elastically deformed toward the fixed wall W as shown by a broken line by the elastic force of the spring 16c. Then, along with this, the magnet 16b also moves to the fixed wall W side. When the pressure drops below a predetermined value, the mechanical switch SW is closed by the magnet 16b, and the H-level ON signal S1 is supplied to the switch I / F circuit 17. Note that the detection switch 16 is installed near the outlet of the gas flow path 10 where the pressure rapidly decreases due to the use of gas.
[0029]
As described above, since the detection switch 16 has a mechanical structure, an operation power supply for turning on or off the detection switch 16 is not required, and power consumption can be reduced. Since the elastic force of the spring 16c limits the elastic deformation of the diaphragm 16a, the above-mentioned predetermined value depends on the elastic coefficient of the spring 16c. For this reason, the predetermined value can be set only by providing the spring 16c having the elastic coefficient corresponding to the predetermined value on the diaphragm 16a, and it is not necessary to mass-produce the diaphragm 16a corresponding to the predetermined value, thereby reducing the cost. Can be.
[0030]
As shown in FIG. 4, the μCOM 14 includes a central processing unit (CPU) 14a that performs various processes according to a program, a ROM 14b that is a read-only memory storing a program for the process performed by the CPU 14a, and various types of data stored in the CPU 14a. A built-in RAM 14c, which is a readable and writable memory having a work area used in the processing process, a data storage area for storing various data, and the like, are interconnected by a bus line 14d.
[0031]
The CPU 14a in the μCOM 14 performs a measurement process for controlling so as to alternately switch between a transducer for supplying a signal from the transmission circuit 12 and a transducer for receiving an ultrasonic signal in the reception circuit 13, and alternately transmits and receives between the two transducers. A flow velocity calculation process for intermittently obtaining the flow velocity of the gas flowing in the gas flow path 10 by measuring the propagation time (= physical quantity) of the obtained ultrasonic signal is performed.
[0032]
In addition to the flow velocity calculation processing, the CPU 14a in the μCOM 14 also calculates a flow rate based on the calculated flow velocity and the cross-sectional area of the gas flow path 10, and multiplies the calculated instantaneous flow rate by the intermittent time to pass the flow rate. , An integrated flow rate process for integrating the passed flow rates to obtain an integrated flow rate (= function as the flow rate integrating means 14a-3), and displaying the integrated flow rate value obtained by the flow rate integrating process on the display 15 (= (Display means).
[0033]
The CPU 14a in the μCOM 14 further detects a state in which gas does not flow in the gas flow path 10 continuously for a predetermined time or more based on the instantaneous flow rate obtained by the flow rate calculation processing, and thereafter, as a measurement stop means 14a-1. Work and stop measuring flow. Thereafter, the state of the detection switch 16 is monitored, and when the detection switch 16 detects a pressure lower than a predetermined value accompanying the use of the gas, an ON signal S1 for detecting that the gas is used is output, and the measurement is performed. It functions as the restarting means 14a-2 and starts measuring the flow rate again.
[0034]
The above-mentioned operation will be specifically described with reference to FIG. 5 showing the relationship between pressure and flow rate. When the gas is not used, the pressure is high, but the pressure decreases with the use of gas, and the pressure decreases. Since the mechanical switch SW is turned on and the ON signal S1 is output at the timing indicated by A in FIG. 5A, the sampling for the flow rate measurement is started as shown in FIG. 5B. You. It should be noted that the x mark in the figure indicates the sampling timing. Thereafter, when the gas is no longer used and a state in which gas is not flowing through the gas flow path 10 continuously for a predetermined time T or more based on the instantaneous flow rate obtained by the flow rate calculation processing is detected, the flow rate is indicated by B. Sampling for measurement is stopped. At this time, since the inside of the gas passage 10 is in a high pressure state, the mechanical switch SW is off. The predetermined time T is set to 10 to 30 minutes in consideration of a combustor used intermittently such as a shower.
[0035]
As described above, since the measurement of the flow rate is stopped when the gas is in an unused state, no measurement operation is performed, and the power consumption accompanying this measurement is completely eliminated. After that, when the pressure drops below a predetermined value due to the use of the gas, an ON signal S1 is output from the detection switch 16, and the measurement of the flow rate is restarted by the ON signal S1. Can also be done accurately. Moreover, since the measurement of the flow rate is restarted in response to the ON signal S1 from the detection switch 16, it is not necessary to monitor the pressure detected by the pressure sensor, and power consumption accompanying the monitoring operation of the pressure sensor is required. do not do. As described above, the power consumption can be further reduced without lowering the flow rate measurement accuracy.
[0036]
By the way, the period in which the gas is not used is often longer than the period in which the gas is used, and this tendency is particularly remarkable in ordinary households. Therefore, as described above, when the detection switch 16 detects a pressure drop below a predetermined value due to the use of gas, the detection switch 16 turns on and outputs an ON signal S1, and the flow rate is measured according to the output of the ON signal S1. By restarting, the ON signal S1 can be output only during a short period of the gas use state, and the power consumption can be further reduced.
[0037]
The principle of the flow rate measurement in the device having the above configuration will be described below. The CPU 14a included in the μCOM 14 outputs a trigger signal to the transmitting circuit 12 to generate a pulse burst signal, and supplies the pulse burst signal to one of the transducers TD1 and TD2 to generate an ultrasonic signal at the one transducer. In addition, a signal from the other transducer, which receives an ultrasonic signal transmitted from one transducer, is received by the receiving circuit 13, and a signal generated by the receiving circuit 13 in response thereto is taken.
[0038]
Thereafter, the CPU 14a built in the μCOM 14 performs control to repeat the same operation once again, with the transducer that generates the ultrasonic signal and the transducer that receives the ultrasonic signal reversed. Then, the CPU 14a of the μCOM 14 outputs a trigger signal to the transmitting circuit 12 to generate an ultrasonic signal in one of the transducers, and then transmits a signal generated by the other transducer that receives the ultrasonic signal to the receiving circuit 13 via the receiving circuit 13. The times T1 and T2 until the gas is captured are measured, and the flow velocity of the gas flow is obtained from the measured times T1 and T2 as described later.
[0039]
Further, the CPU 14a of the μCOM 14 controls the transducer TD3 at a different timing from the control of the transducers TD1 and TD2, outputs a trigger signal to the transmission circuit 12 to generate a pulse burst signal, and outputs this to the transducer TD3. To generate an ultrasonic signal in the transducer TD3. The receiving circuit 13 receives a signal from the same transducer TD3 that receives an ultrasonic signal transmitted from the transducer TD3 and reflected by the tube wall 10b, and takes in a signal generated by the receiving circuit 13 in response to the signal. Then, the CPU 14a outputs a trigger signal to the transmission circuit 12, generates an ultrasonic signal in the transducer TD3, and generates a signal generated by the same transducer TD3 that receives the first and second reflected waves of the ultrasonic signal. Tr1 and Tr2 until the data is captured via the receiving circuit 13 are respectively measured. From the measured times Tr1 and Tr2, the sound velocity in an atmosphere having the same temperature, pressure, and gas type as in the gas flow path 10 but having no gas flow. Is determined as described below.
[0040]
Now, assuming that the propagation speed of sound (sound speed) in the stationary gas is c and the flow velocity of the gas flow is v, the propagation speed of the ultrasonic signal in the forward direction of the gas flow is (c + v). Assuming that the distance between the transducers TD1 and TD2 is L, the ultrasonic signal from the transducer TD1 travels in the same direction as the gas flow and reaches the transducer TD2, and the ultrasonic signal from the transducer TD2 is opposite to the gas flow. Time T2 to reach the transducer TD1
T1 = L / (c + v) (1)
T2 = L / (cv) (2)
It becomes. From equations (1) and (2)

When L is known, the flow velocity v can be obtained by measuring T1 and T2.
[0041]
Note that T2 · T1 = L / (c + v) · (cv) = L / (c² -V² ), And the flow velocity v is an extremely small value compared to the sound velocity c.² Is c² T2 · T1 = L / c²
It can be. Then, the above equation (3) finally becomes

Can be rewritten. Here, if Td = (T2−T1),

Where k = c²/ 2
It becomes. That is, the gas flow velocity v is obtained by multiplying the difference Td between the gas flow direction and the ultrasonic propagation time in the opposite direction by a constant k. As is clear from the above, the CPU 14a that performs the above calculation and the transducers TD1 and TD2 constitute the measuring unit 100.
[0042]
When the flow velocity v is obtained, the instantaneous flow rate Q is represented by S, where S is the known cross-sectional area of the gas flow path 10 and α is a correction coefficient that changes depending on the structure of the object or the like.

And the instantaneous flow rate Q is obtained. However,
K = α ・ S ・ k (6)
And Note that K is a coefficient for correction including many factors such as sound speed, gas temperature, and gas pressure, as is apparent from the above description.
[0043]
The sound velocity c in the stationary gas in the equation (6) is, as shown in FIG. 2, the static velocity of the stationary gas which communicates with the gas flow path 10 but is not affected by the gas flow in the gas flow path 10. In the space 10a, the time required for the ultrasonic signal emitted from the third acoustic transducer TD3 to be reflected on the tube wall 10b and return to the transducer is measured, and based on this time, the round trip from the transducer TD3 to the tube wall 10b is made. Since the sound speed c can be obtained by dividing the distance 2l, the sound speed c obtained by appropriately performing this measurement may be used.
[0044]
Therefore, every time the instantaneous flow rate Q is obtained, that is, every time sampling is performed, the passing flow rate Qt is obtained by multiplying the instantaneous flow rate Q by the elapsed time (sampling interval time) from the last time obtained (sampled). Is integrated, the integrated gas integrated flow rate Qs, that is, the gas supply amount (gas usage amount) can be obtained. By displaying the integrated flow rate Qs on the display 15, an electronic gas meter can be configured.
[0045]
By the way, in general, in the case of an apartment house or the like, since the gas from one LP gas container is distributed to each house, for example, GHP ( If a house uses a gas heat pump, its use will also affect the gas pressure delivered to other houses. That is, as shown in FIG. 5A, when the gas is not used, the gas pressure is in a high pressure state, for example, 300 mmH.₂At this time, if the above-mentioned GHP is used in a neighbor or the like, the gas pressure is about ± several tens mmH at a frequency of 10 to 20 Hz.₂O fluctuations occur. For this reason, depending on the set predetermined value, the detection switch 16 may detect the pressure drop due to the pressure fluctuation even though the gas is not used, and the flow rate measurement may be restarted. Therefore, even if the pressure fluctuates, the pressure is 250 mmH₂O (= 300mmH₂O-50mmH₂O), the predetermined value is set to 250 mmH in order to prevent such a situation.₂For example, 200 mmH smaller than O₂If it is set to O, pressure drop due to pressure fluctuation will not be detected.
[0046]
The detailed operation of the electronic gas meter incorporating the above-described flow rate measuring device will be described below with reference to the flowchart of FIG. 6 illustrating the processing procedure of the CPU 14a of the μCOM 14.
The CPU 14a starts the operation by turning on the battery power, for example, and performs initial settings of various areas formed in the RAM 14c in the μCOM 14 in an initial step (not shown), and then proceeds to the first step SP1. Here, an ultrasonic signal is transmitted from the acoustic transducer TD1, and the time taken for the transmitted ultrasonic signal to reach the acoustic transducer TD2 is measured as a propagation time T1. Subsequently, the process proceeds to step SP2, in which an ultrasonic signal is transmitted from the acoustic transducer TD2, and a time required for the transmitted ultrasonic signal to reach the acoustic transducer TD1 is measured as a propagation time T2.
[0047]
Thereafter, the process proceeds to step SP3, where the difference between the propagation time T1 measured in step SP1 and the propagation time T2 measured in step SP2 is obtained, stored in the time area Td, and then proceeds to step SP4. In step SP4, as shown in the above equation (4), the flow velocity is obtained by multiplying the time area Td by the value of the coefficient area k of the RAM 14c, and this is stored in the flow velocity area v in the RAM 14c. Next, the process proceeds to step SP5, in which the value of the flow velocity area v storing the flow velocity obtained in step SP4 is multiplied by the value of the sampling timer area ST to obtain the flow rate Qt, which is stored in the flow rate area Qt of the RAM 14c. . If the passing flow rate Qt is equal to or less than a predetermined flow rate at which the gas does not flow in the gas flow path 10, the determination in step SP6 becomes YES and the process proceeds to step SP7.
[0048]
In step SP7, the count value stored in the timer area TR is counted up. If the count value stored in the timer area TR is equal to or longer than the predetermined time T, the determination in step SP8 becomes YES. Thereafter, the switch I / F circuit 17 is monitored, and the ON signal S1 is input from the detection switch 16. Is detected, and the process returns to step SP1 after waiting for the determination in step SP9 to be YES. Further, if the passing flow rate Qt obtained in step SP5 is equal to or more than the predetermined flow rate, the determination in step SP6 is NO, the process proceeds to step SP10, the count value of the timer area TR is reset, and the process proceeds to step SP11.
[0049]
In step SP11, after the passing flow rate Qt obtained in step SP5 is added to the flow rate accumulation area Q in the RAM 14c, the content of the flow rate accumulation area Q is displayed on the display 15 in step SP12, and the process returns to step SP1. Further, even if the passing flow rate Qt obtained in step SP5 is equal to or less than the predetermined flow rate, if the count value stored in the timer area TR is smaller than the predetermined time T, the determination in step SP8 is NO, and the process proceeds to step SP11.
[0050]
In the above-described embodiment, when a state in which the gas in the gas flow path 10 is not flowing for a predetermined time or more is detected, the state of the detection switch 16 is constantly monitored via the switch I / F circuit 17 thereafter. When the detection of the output of the ON signal S1, the flow measurement operation is restarted again. For example, the CPU 14a thereafter performs a reset operation to stop its own operation, The signal S1 may be canceled by being input from the outside, and the processing operation may be started again.
[0051]
Specifically, as shown in FIG. 7, a watchdog timer circuit 18 is connected to the clock output ck of the CPU 14a. The output of the watchdog timer circuit 18 is held at H level when a clock pulse is input at a constant period, but the output falls from H to L level when there is no clock pulse input. Work like that.
[0052]
Therefore, the reset input port R of the CPU 14a is kept at the H level while the CPU 14a operates and outputs the clock pulse. When detecting a state in which gas in the gas flow path 10 is not detected continuously for a predetermined time or more, the CPU 14a stops outputting the clock pulse. Therefore, the output of the watchdog timer circuit 18 falls from the H level to the L level, and in response to this fall, one input of the NAND circuit 19 is kept at the L level and one input of the NAND circuit 20 is kept at the H level. Dripping. Therefore, when the H-level ON signal S1 is not output while the gas unused state continues, the output of the NAND circuit 20 becomes L level and the other input of the NAND circuit 19 is kept at L level. The reset input port R is inverted from H level to L level, and the CPU 14a performs a reset operation in response to the inversion.
[0053]
Thereafter, when gas is used and the H-level ON signal S1 is output, both inputs of the NAND circuit 20 become H level, so that the output of the NAND circuit 19 is inverted from L level to H level. Accordingly, the reset of the CPU 14a is released. In other words, in this case, the watchdog timer circuit 18 and the NANDs 19 and 20 function as the measurement stopping means 14a-1 and the measurement resuming means 14a-2, and keep the state in which the gas in the gas flow path 10 is not flowing for a predetermined time or more. Upon detection, a reset operation is performed thereafter to stop its own operation, and this reset operation is canceled by inputting an ON signal S1 from the detection switch 16 from outside, and the processing operation is started again. As described above, when the gas is not used, not only the measurement of the flow rate is stopped, but also the processing operation of the CPU 14a itself is stopped, so that the power consumption can be further reduced.
[0054]
Further, in the above-described embodiment, the diaphragm is used as the elastic element. However, another elastic element such as a bellows may be used as long as the elastic element is elastically deformed according to the pressure. Further, in the above-described embodiment, an ultrasonic type flow rate measuring apparatus has been described as an example. However, any apparatus capable of intermittently measuring a physical quantity that changes according to the flow velocity of gas in the gas flow path 10 may be used. For example, another type such as a fluidic flow meter may be used.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the invention, when the gas is in an unused state, the measurement stop unit stops the measurement of the physical quantity by the measurement unit, so that no measurement operation is performed. There is no power consumption associated with the measurement operation. After that, when the pressure drops below a predetermined value with the use of gasMechanicalSwitch is turned on or off,MechanicalSince the measurement restarting unit restarts the measurement of the physical quantity by the measuring unit when the switch is turned on or off, the measurement of the physical quantity at the start of use of the gas can also be accurately performed. Moreover,Mechanical switch that has a mechanical structure and does not require an operating power supplySince the measurement of the physical quantity is restarted in response to the on or off of the pressure sensor, it is not necessary to monitor the pressure detected by the pressure sensor, and the power consumption accompanying the monitoring operation of the pressure sensor is not required. It is possible to obtain a flow rate measuring device capable of further reducing the power consumption without causing a decrease in the flow rate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration diagram of a flow measuring device and an electronic gas meter of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of an electronic gas meter incorporating the flow rate measuring device of the present invention.
3 is a diagram showing details of a detection switch constituting an electronic gas meter incorporating the flow rate measuring device shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram illustrating details of a microcomputer constituting an electronic gas meter incorporating the flow rate measuring device shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of an electronic gas meter incorporating the flow rate measuring device of the present invention.
6 is a flowchart showing a processing procedure of a CPU constituting the microcomputer shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram showing another configuration for stopping the measurement of the flow rate.
FIG. 8 is a diagram for explaining problems of a conventional flow rate measuring device and an electronic gas meter.
[Explanation of symbols]
10 Gas flow path
100 measuring means
14a-1 Measurement stop means (CPU)
16 Detection switch
14a-2 Measurement restart means (CPU)
16a Elastic element (diaphragm)
16b magnet
SW mechanical switch
W fixed wall
16c spring
S1 ON signal
14a-3 Flow rate integrating means (CPU)
15 Display means (display)

Claims

Measuring means for intermittently measuring a physical quantity that changes in accordance with the gas flow rate in the gas flow path, and multiplying the measured physical quantity by the cross-sectional area of the gas flow path and the intermittent time causes the gas flow path to be multiplied. In a flow measurement device that measures the passing flow rate of gas that has passed,
Measurement stop means for stopping the measurement of the physical quantity by the measuring means, when detecting a state in which gas is not flowing in the gas flow path continuously for a predetermined time or more based on the physical quantity measured by the measuring means,
An elastic element that elastically deforms according to the pressure in the gas flow path,
A magnet provided on one surface perpendicular to the elastic deformation direction on the elastic element,
When the pressure is reduced to a predetermined value or less with the use of gas, a mechanical switch that is turned on or off by the magnet to detect that gas has been used,
A flow rate measuring device, further comprising: a measurement resuming means for resuming the measurement of the physical quantity by the measuring means in response to ON or OFF of the mechanical switch .