JP3623773B2 - 流速流向計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川、海洋、樋管、上下水道管等における液体の流速や流向を測定する、流速流向計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液体の流速や流向を測定するための流速流向計が知られている。例えば、図９に示す電磁式の流速流向計５０は、磁界を液体の流れが横切る際に発生する起電力から流速や流向を検出し、液中に配置される検出器５１と、この検出器５１から入力される信号に基づいて流速や流向を算出及び出力するための流速流向計変換器５２とを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この流速流向計５０を単独で使用したとすると、検出器５１が液体中に位置しているか否かにかかわらず流速や流向を常時測定してその測定結果を出力することになる。液面が低下して検出器５１が液体外に位置している状態で測定された流速や流向は誤出力であり、この状態での測定を継続すると故障発生の原因となる。
【０００４】
これに対して、流速流向計５０と組み合わせて水位計６０を使用することが知られている。この水位計は液体中に配置される水位計本体６１と、この水位計本体６１の出力信号に基づいて水位を算出及び出力するための水位計変換器６２とを備えている。水位計変換器６２の出力する水位信号は流速流向計変換器５２に入力される。流速流向計変換器５２は水位信号に基づいて検出器５１が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置しているときにのみ流速や流向を測定してその測定結果を出力する。従って、流速流向計５０と水位計６０を組み合わせて使用することにより、上記常時測定の場合に発生する誤出力や故障の問題を解消することができる。しかし、流速流向計５０を別個の水位計６０と組み合わせて使用するのでは、装置が大型化し、流速流向計５０と水位計６０をそれぞれ個別に設置する必要がある等、取扱性が良好でない。
【０００５】
そこで、本発明は、常時測定による誤出力や故障の問題を解決することができ、かつ小型で取扱の容易な流速流向計を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、導電性を有する液体中に配置され、この液体の流速又は流向の少なくともいずれか一方を測定する流速流向測定部と、この液体の導体抵抗を測定する導体抵抗測定部とを一体に備える検出器と、
上記導体抵抗測定部が測定した導体抵抗に基づいて上記検出器が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合には上記流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定を実行してその測定結果を出力し、液体中に位置していない場合には上記流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果の出力を停止する、制御装置と
を備える、流速流向計において、
前記検出器は、導電性を有する導体抵抗検出プレートと、この導体抵抗検出プレート上に設けられた樹脂製のモールド部とを備え、
このモールド部は、ドーム状部と、前記検出器と前記制御装置を接続するケーブルを保持すると共にこのケーブルに含まれる信号線を前記ドーム状部に案内するガイド部とを備え、
前記流速流向測定部は、前記ドーム状部に配設された磁界発生用コイルと、この磁界発生用コイルが発生する磁界を液体の流れが横切る際に発生する起電力を検出するための前記ドーム状部に配置された一対の流速流向測定用電極とを備え、かつ
前記導体抵抗測定部は、前記ガイド部に配設された第１の抵抗検出用電極と、前記ドーム状部に収容され、かつ導体抵抗検出用プレートと接触する第２の抵抗検出用電極とを備えることを特徴とする、流速流向計を提供する。
【０００７】
本発明の流速流向計では、検出器が備える導体抵抗測定部が導体抵抗を測定し、制御装置がそれに基づいて検出器が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合にのみ、流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果を出力する。従って、検出器が液体中に位置していない場合に流速や流向の測定結果を出力することによる故障や誤出力を防止し、信頼性の高い流速や流向の測定を行うことができる。また、別個の水位計を設けるのではなく、検出器が流速流向測定部と導体抵抗測定部とを一体に備えるため、装置の小型化を図ることができ、取扱も容易である。
【０００８】
具体的には、上記制御装置は、上記導体抵抗測定部が測定した導体抵抗と、予め定められた導体抵抗閾値とを比較し、上記導体抵抗が上記導体抵抗閾値以下であれば検出器が液体中に位置していると判断し、上記導体抵抗が上記導体抵抗閾値を上回る場合には検出器が液体外に位置していると判断する。導体抵抗閾値は測定対象である液体の導電率に設定すればよい。例えば、水道水の導電率は１０ｍＳ／ｍ、河川水の導電率は１１ｍＳ／ｍ、海水の導電率は４５００ｍＳ／ｍである。
【０００９】
好ましくは、上記制御装置は、検出器が液体外に位置していることを検出すると、予め定められた規定時間連続して検出器が液体中に位置していると判断するまで、上記流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果の出力を停止する。液面は上下振動している場合が多い。例えば、屋外の水路の水面は風等の影響で波立っており、上下振動している。また、測定対象の液体ではなく、例えば、雨等の影響によって検出器が液体中に位置していると誤って判断される可能性もある。しかし、上記のように規定時間連続して検出器が液体中に位置していると判断するまで流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果の出力を停止すれば、液面の上下振動のために一時的に検出器が液体中に位置した場合や、雨等の影響がある場合であっても流速流向測定部による測定結果の出力が誤って再開されず、より信頼性の高い流速や流向の測定を行うことができる。
【００１０】
上記流速流向測定部は、電磁式、超音波式、又は放熱式のいずれであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る電磁式の流速流向計を示している。この流速流向計は、導電性を有する液体中に配置される検出器１と、検出器１から入力される信号を処理する変換器２（制御装置）とを備えている。検出器１は、例えば水路の壁面に図１に示す姿勢で設置される。変換器２は液体外に配置されている。検出器１と変換器２は、複数の信号線３ａを有するケーブル３によって接続されている。
【００１２】
図２及び図３に示すように、検出器１は導電性を有する導体抵抗検出プレート４と、この導体抵抗検出プレート４上に設けられた樹脂製のモールド部５とを備えている。このモールド部５は、ドーム状部６と、ケーブル３の一端が固定され、ドーム状部６に信号線３ａを案内するガイド部７とを備えている。
【００１３】
ドーム状部６には、図３においてニ点鎖線Ｅで概略的に示す磁界を発生するための磁界発生用コイル８と、磁界Ｅを液体の流れが横切る際に発生する起電力を検出するための一対の流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂが配設されている。
【００１４】
ガイド部７には一方の導体抵抗検出用電極１０Ａが配設されている。他方の導体抵抗検出用電極１０Ｂは、ドーム状部６の内部に収容されており、導体抵抗検出プレート４と電気的に接続されている。磁界発生用コイル８、流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂ、及び導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂは信号線３ａにより変換器２に接続されている。
【００１５】
図４を参照して変換器２について説明する。まず、変換器２は磁界発生用コイル８に交流電流を印加するためのコイル駆動回路１２を備えている。また、変換器２は、各流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂから信号が入力される増幅器２５Ａを備えている。この増幅器２５Ａの出力はノイズ除去のためのフィルタ回路１３Ａ及びＡ／Ｄコンバータ１４を経てマイクロコンピュータ１５に入力される。また、変換器２は一方の導体抵抗検出用電極１０Ａに接続された定電圧パルス発生回路１６を備えている。この定電圧パルス発生回路１６は、電圧値及び周期が一定の矩形波形のパルス電圧を導体抵抗検出用電極１０Ａに印加する。なお、導体抵抗検出用電極への印加信号は電流であってもよい。他方の導体抵抗検出用電極１０Ｂの出力は反転増幅器１７に入力される。反転増幅器１７の出力はノイズ除去のためのフィルタ回路１３Ｂ、増幅器２５Ｂ、及びＡ／Ｄコンバータ１４を経てマイクロコンピュータ１５に入力される。マイクロコンピュータ１５は、コイル駆動回路１２及び定電圧パルス回路１６を制御して液体の導体抵抗の検出及び液体の流速及び流向の検出を実行する。マイクロコンピュータ１５の出力は、例えば水門開閉設備の中央制御装置等の外部機器へ出力される。まず、流速を表す信号は、Ｄ／Ａコンバータ１８を経て外部機器へ出力される。一方、それぞれ順流、逆流、及び停止に対応する３個のリレー２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが設けられており、これらのうちのいずれか１個がマイクロコンピュータ１５からの信号によりオン状態となり、残りの２個がオフ状態を維持することにより、外部機器に対して流向が出力される。例えば、流向が順流である場合には、１個のリレー２５Ａのみがオン状態となり、残りの２個のリレー２５Ｂ，２５Ｃはオフ状態で維持される。
【００１６】
次に、図５を参照して流速流向計の動作を説明する。
水路等に流速流向計を設置した後の最初の電源投入時や、いったん水路等の水を抜いた後の電源の再投入時にはステップＳ１の初期確認が実行される。この初期確認については図６を参照して後に詳述する。
【００１７】
通常の作動中には、まず、ステップＳ２において、液体の導体抵抗の測定が実行される。すなわち、マイクロコンピュータ１５からの指令に基づいて定電圧パルス発生回路１６から導体抵抗検出用電極１０Ａに対してパルス電圧が印加される。このパルス電圧に対応して導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂ間に液体を介して流れる電流が、導体抵抗検出用電極１０Ｂから反転増幅器１７、フィルタ回路１３Ｂ、増幅器２５Ｂ、及びＡ／Ｄコンバータ１４を介してマイクロコンピュータ１５に入力される。次に、ステップＳ３において、マイクロコンピュータ１５が液体の導体抵抗を算出する。すなわち、マイクロコンピュータ１５は上記導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂから入力された電流信号から導体抵抗（導電率）を算出する。
【００１８】
ステップＳ４では、ステップＳ３で算出した導体抵抗と、マイクロコンピュータ１５が予め記憶している導体抵抗閾値とが比較される。この導体抵抗閾値は、流速や流向の測定対象である液体の種類に応じて設定される。例えば、水道水の導電率は１０ｍＳ／ｍ、河川水の導電率は１１ｍＳ／ｍ、海水の導電率は４５００ｍＳ／ｍである。なお、液体の導電率は温度によって変化する場合もあるので、導体抵抗閾値を温度に応じて補正してもよい。
【００１９】
このステップＳ４で導体抵抗が導体抵抗閾値以下（測定された導電率が予め定められた導電率以上）であれば、検出器１（導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂ）は液面より下側、すなわち液体中に位置し、流速や流向の検出が可能な状態である。従って、この場合には、ステップＳ５において、流速及び流向の測定が実行される。すなわち、マイクロコンピュータ１５からの指令に基づいてコイル駆動回路１２から磁界発生用コイル８に交流電流が供給され、それによって磁界Ｅ（図３参照）が発生する。この磁界Ｅを横切る液体の流れにより発生する流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂ間の起電力は、増幅器２５Ａ、フィルタ回路１３Ａ、及びＡ／Ｄコンバータ１４を経てマイクロコンピュータ１５に入力される。ステップＳ６においてマイクロコンピュータ１５が流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂからの信号に基づいて流速及び流向を算出し、算出された流速及び流向はステップＳ７におい外部機器に出力される。
【００２０】
このように、本実施形態では、導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂを使用して導体抵抗を測定し、マイクロコンピュータ１５がそれに基づいて検出器１が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合にのみ、流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂを使用した流速や流向の測定を実行する。従って、検出器１が液体中に位置していない場合に流速や流向の測定とその測定結果を出力することによる故障や誤出力を防止し、信頼性の高い流速や流向の測定を行うことができる。また、別個の水位計を設けるのではなく、検出器１が流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂと導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂとを一体に備えるため、装置の小型化を図ることができ、取扱も容易である。
【００２１】
一方、上記ステップＳ４で導体抵抗が導体抵抗閾値を上回る場合（測定された導電率が予め定められた導電率を下回る場合）には、検出器１は液面より上側、すなわち液体外に位置し、流速や流向の検出ができない状態にある。この場合、ステップＳ８からステップＳ１２の処理が実行される。まず、ステップＳ８においてマイクロコンピュータ１５はタイマの計時を開始する。次に、ステップＳ９において導体抵抗の測定を実行し、ステップＳ１０において導体抵抗の算出を実行する。ステップＳ９及びステップＳ１０の具体的な内容は、上記ステップＳ２及びステップＳ３と同一である。
【００２２】
ステップＳ１１においてマイクロコンピュータ１５はステップＳ１０で算出した導体抵抗と導体抵抗閾値を比較する。導体抵抗が導体抵抗閾値を上回る場合には、ステップＳ８に戻ってタイマの計時を再度開始し、ステップＳ９からステップＳ１１の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１１において導体抵抗が導体抵抗閾値以下であれば、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２でタイマがカウントアップしている場合、すなわちタイマの計時を開始してから予め定めた規定時間が経過している場合には、ステップＳ５に移行して流速及び流向の測定と出力を再開する。一方、タイマがカウントアップしていない場合、すなわちタイマの計時を開始してから規定時間が経過していない場合には、ステップＳ９からステップＳ１１の処理を繰り返し、導体抵抗の測定、算出、及び導体抵抗閾値との比較を行う。
【００２３】
このステップＳ８からステップＳ１２の処理により、マイクロコンピュータ１５は、いったん検出器１が液体外に位置していることを検出すると、規定時間連続して検出器１が液体中に位置していると判断するまで、流速及び流向の測定及びその出力を停止する。液面は上下振動している場合が多い。例えば、屋外の水路の水面は風等の影響で波立っており、上下振動している。また、測定対象の液体ではなく、例えば、雨等の他の液体の影響で検出器１が液体中に位置していると誤って判断される可能性もある。しかし、本実施形態のように規定時間連続して検出器１が液体中に位置していると判断するまで流速及び流向の測定を停止すれば、液面の上下振動のために一時的に検出器１が液体中に位置した場合や、雨等の影響がある場合に誤って測定が誤って再開されることがなく、より信頼性の高い流速及び流向の測定を行うことができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、上記のように検出器１が液体外に位置していると判断された場合には流速及び流向の測定とその出力の両方を停止しているが、この判断が成立しても流速や流向の測定そのものは継続し、変換器２から外部機器への流速や流向の測定結果の出力のみを停止してもよい。
【００２５】
次に、図６を参照して、流速流向計の初期確認について説明する。
一般に、水路等に流速流向計を設置した後の最初の電源投入時や、いったん水路等の水を抜いた後の電源の再投入時には、水路等に液体は存在していない。そして、水路等への液体の供給（例えば水路への水の供給）の開始後、ある程度の時間が経過した時点で検出器１が液体中に位置する。従って、液面の上下振動や、雨等の他の液体の影響ではなく、検出器１が測定対象の液体中に実際に位置していることを確認する必要がある。図６に示す初期確認では、以下の処理によりこの確認を実行する。
【００２６】
まず、ステップＳ１０１において電源が投入されると、ステップＳ１０２におてい導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂを使用して導体抵抗が測定され、ステップＳ１０３におい導体抵抗が算出される。ステップＳ１０４では算出された導体抵抗と導体抵抗閾値が比較され、算出された導体抵抗が導体抵抗閾値を上回る限り、ステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理が繰り返される。ステップＳ１０４で算出された導体抵抗抵抗が導体抵抗閾値以下であれば、ステップＳ１０５からステップＳ１０９の処理が実行される。このステップＳ１０５からステップＳ１０９の処理は、図５のステップＳ８からステップＳ１２の処理と同一であり、予め定められた規定時間連続して検出器１が液体中に位置していると判断するまで繰り返される。
【００２７】
図６のステップＳ１０９においてタイマがカウントアップした場合、すなわち規定時間連続して検出器１が液体中に位置していると判断した場合には、図５のステップＳ２に以降し、ステップＳ２からステップＳ１２に示す通常の作動が繰り返される。
【００２８】
図７は、本発明を超音波式の流速流向計に適用した例を示している。水路の両岸には超音波を発信及び受信可能な超音波センサ１９Ａ，１９Ｂが液体の流れ方向Ｆに対して斜め方向に対向するように設置されている。例えば、一方の超音波センサ１９Ａが液中に超音波を発生するのと同時に他方の超音波センサ１９Ｂ側でタイマの計時を開始し、それによって超音波が超音波センサ１９で受信されるまでに要した時間を測定する。液体に流れがないと仮定した場合に超音波センサ１９Ａ，１９Ｂ間を超音波が伝達するのに要する時間と、測定された時間とを比較することにより、液体の流速及び流向を算出することができる。各超音波センサ１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂが取り付けられている。これらの導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂを使用して測定した導体抵抗に基づいて各超音波センサ１９Ａ，１９Ｂが液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合にのみ流速及び流向の測定と、測定結果の出力とを実行することができる。超音波センサ１９Ａ，１９Ｂは、一般に高出力であるため、検出器１が液体外にある状態で超音波の発信を継続すると、故障等が発生する可能性が高い。本発明を適用して検出器１が液体中にある場合にのみ超音波センサ１９Ａ，１９Ｂによる超音波の発信を行うことにより、故障の発生を確実に防止することができる。
【００２９】
図８は、本発明を放熱式の流向計に適用した例を示している。流向計はヒータ２０と、このヒータ２０の両側に配置された一対の温度センサ２１Ａ，２１Ｂとを備えている。流れの向きがＦ１であれば、ヒータ２０より上流側となる温度センサ２１Ａの検出温度は、下流側となる温度センサ２１Ｂの検出温度よりも低くなる。逆に、流れの向きがＦ２であれば、ヒータ２０よりも下流側となる温度センサ２１Ａの検出温度は、上流側となる温度センサ２１Ｂの検出温度よりも高くなる。従って、温度センサ２１Ａ，２１Ｂの検出温度を比較することにより、流向を測定することができる。ヒータ２０及び温度センサ２１Ａ，２１Ｂと共に検出器１に導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂが取り付けられている。これらの導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂを使用して測定した導体抵抗に基づいて検出器１が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合にのみヒータ２０を作動させて流向の測定を実行することができる。検出器１が液体外に位置している状態でヒータ２０の加熱を継続すると、熱による温度センサ２１Ａ，Ｂの故障等が発生する可能性が高い。本発明を適用して検出器１が液体中にある場合にのみヒータ２０を作動させることにより、熱に起因する故障を確実に防止することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の流速流向計では、検出器が備える導体抵抗測定部が導体抵抗を測定し、制御装置がそれに基づいて検出器が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合にのみ、流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果の出力を実行する。従って、検出器が液体中に位置していない場合に流速や流向の測定及びその測定結果の出力を実行することによる故障や誤出力を防止し、信頼性の高い流速や流向の測定を行うことができる。また、別個の水位計を設けるのではなく、検出器が流速流向測定部と導体抵抗測定部とを一体に備えるため、装置の小型化を図ることができ、取扱も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電磁式の流速流向計を示す概略正面図である。
【図２】流速流向計の検出器（本体）を示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。
【図４】流速流向計の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】流速流向計の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】初期確認を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の変形例に係る超音波式の流速流向計を示す概略平面図である。
【図８】本発明の変形例に係る放熱式の流向計を示す概略正面図である。
【図９】従来の流速流向計の一例を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１ 検出器
２ 変換器
３ ケーブル
４ 導体抵抗検出プレート
５ モールド部
６ ドーム状部
７ ガイド部
８ 磁界発生用コイル
９Ａ，９Ｂ 流速流向測定用電極
１０Ａ，１０Ｂ 導体抵抗検出用電極
１２ コイル駆動回路
１３Ａ フィルタ回路
１４ Ａ／Ｄコンバータ
１５ マイクロコンピュータ
１６ 定電圧パルス発生回路
１７ 反転増幅器
１８ Ｄ／Ａコンバータ
１９Ａ，１９Ｂ 超音波センサ
２０ ヒータ
２１Ａ，２１Ｂ 温度センサ
２５Ａ，２５Ｂ コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川、海洋、樋管、上下水道管等における液体の流速や流向を測定する、流速流向計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液体の流速や流向を測定するための流速流向計が知られている。例えば、図９に示す電磁式の流速流向計５０は、磁界を液体の流れが横切る際に発生する起電力から流速や流向を検出し、液中に配置される検出器５１と、この検出器５１から入力される信号に基づいて流速や流向を算出及び出力するための流速流向計変換器５２とを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この流速流向計５０を単独で使用したとすると、検出器５１が液体中に位置しているか否かにかかわらず流速や流向を常時測定してその測定結果を出力することになる。液面が低下して検出器５１が液体外に位置している状態で測定された流速や流向は誤出力であり、この状態での測定を継続すると故障発生の原因となる。
【０００４】
これに対して、流速流向計５０と組み合わせて水位計６０を使用することが知られている。この水位計は液体中に配置される水位計本体６１と、この水位計本体６１の出力信号に基づいて水位を算出及び出力するための水位計変換器６２とを備えている。水位計変換器６２の出力する水位信号は流速流向計変換器５２に入力される。流速流向計変換器５２は水位信号に基づいて検出器５１が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置しているときにのみ流速や流向を測定してその測定結果を出力する。従って、流速流向計５０と水位計６０を組み合わせて使用することにより、上記常時測定の場合に発生する誤出力や故障の問題を解消することができる。しかし、流速流向計５０を別個の水位計６０と組み合わせて使用するのでは、装置が大型化し、流速流向計５０と水位計６０をそれぞれ個別に設置する必要がある等、取扱性が良好でない。
【０００５】
そこで、本発明は、常時測定による誤出力や故障の問題を解決することができ、かつ小型で取扱の容易な流速流向計を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、導電性を有する液体中に配置され、この液体の流速又は流向の少なくともいずれか一方を測定する流速流向測定部と、この液体の導体抵抗を測定する導体抵抗測定部とを一体に備える検出器と、
上記導体抵抗測定部が測定した導体抵抗に基づいて上記検出器が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合には上記流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定を実行してその測定結果を出力し、液体中に位置していない場合には上記流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果の出力を停止する、制御装置と
を備える、流速流向計において、
前記検出器は、導電性を有する導体抵抗検出プレートと、この導体抵抗検出プレート上に設けられた樹脂製のモールド部とを備え、
このモールド部は、ドーム状部と、前記検出器と前記制御装置を接続するケーブルを保持すると共にこのケーブルに含まれる信号線を前記ドーム状部に案内するガイド部とを備え、
前記流速流向測定部は、前記ドーム状部に配設された磁界発生用コイルと、この磁界発生用コイルが発生する磁界を液体の流れが横切る際に発生する起電力を検出するための前記ドーム状部に配置された一対の流速流向測定用電極とを備え、かつ
前記導体抵抗測定部は、前記ガイド部に配設された第１の抵抗検出用電極と、前記ドーム状部に収容され、かつ導体抵抗検出用プレートと接触する第２の抵抗検出用電極とを備えることを特徴とする、流速流向計を提供する。
【０００７】
本発明の流速流向計では、検出器が備える導体抵抗測定部が導体抵抗を測定し、制御装置がそれに基づいて検出器が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合にのみ、流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果を出力する。従って、検出器が液体中に位置していない場合に流速や流向の測定結果を出力することによる故障や誤出力を防止し、信頼性の高い流速や流向の測定を行うことができる。また、別個の水位計を設けるのではなく、検出器が流速流向測定部と導体抵抗測定部とを一体に備えるため、装置の小型化を図ることができ、取扱も容易である。
【０００８】
具体的には、上記制御装置は、上記導体抵抗測定部が測定した導体抵抗と、予め定められた導体抵抗閾値とを比較し、上記導体抵抗が上記導体抵抗閾値以下であれば検出器が液体中に位置していると判断し、上記導体抵抗が上記導体抵抗閾値を上回る場合には検出器が液体外に位置していると判断する。導体抵抗閾値は測定対象である液体の導電率に設定すればよい。例えば、水道水の導電率は１０ｍＳ／ｍ、河川水の導電率は１１ｍＳ／ｍ、海水の導電率は４５００ｍＳ／ｍである。
【０００９】
好ましくは、上記制御装置は、検出器が液体外に位置していることを検出すると、予め定められた規定時間連続して検出器が液体中に位置していると判断するまで、上記流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果の出力を停止する。液面は上下振動している場合が多い。例えば、屋外の水路の水面は風等の影響で波立っており、上下振動している。また、測定対象の液体ではなく、例えば、雨等の影響によって検出器が液体中に位置していると誤って判断される可能性もある。しかし、上記のように規定時間連続して検出器が液体中に位置していると判断するまで流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果の出力を停止すれば、液面の上下振動のために一時的に検出器が液体中に位置した場合や、雨等の影響がある場合であっても流速流向測定部による測定結果の出力が誤って再開されず、より信頼性の高い流速や流向の測定を行うことができる。
【００１０】
上記流速流向測定部は、電磁式、超音波式、又は放熱式のいずれであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る電磁式の流速流向計を示している。この流速流向計は、導電性を有する液体中に配置される検出器１と、検出器１から入力される信号を処理する変換器２（制御装置）とを備えている。検出器１は、例えば水路の壁面に図１に示す姿勢で設置される。変換器２は液体外に配置されている。検出器１と変換器２は、複数の信号線３ａを有するケーブル３によって接続されている。
【００１２】
図２及び図３に示すように、検出器１は導電性を有する導体抵抗検出プレート４と、この導体抵抗検出プレート４上に設けられた樹脂製のモールド部５とを備えている。このモールド部５は、ドーム状部６と、ケーブル３の一端が固定され、ドーム状部６に信号線３ａを案内するガイド部７とを備えている。
【００１３】
ドーム状部６には、図３においてニ点鎖線Ｅで概略的に示す磁界を発生するための磁界発生用コイル８と、磁界Ｅを液体の流れが横切る際に発生する起電力を検出するための一対の流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂが配設されている。
【００１４】
ガイド部７には一方の導体抵抗検出用電極１０Ａが配設されている。他方の導体抵抗検出用電極１０Ｂは、ドーム状部６の内部に収容されており、導体抵抗検出プレート４と電気的に接続されている。磁界発生用コイル８、流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂ、及び導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂは信号線３ａにより変換器２に接続されている。
【００１５】
図４を参照して変換器２について説明する。まず、変換器２は磁界発生用コイル８に交流電流を印加するためのコイル駆動回路１２を備えている。また、変換器２は、各流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂから信号が入力される増幅器２５Ａを備えている。この増幅器２５Ａの出力はノイズ除去のためのフィルタ回路１３Ａ及びＡ／Ｄコンバータ１４を経てマイクロコンピュータ１５に入力される。また、変換器２は一方の導体抵抗検出用電極１０Ａに接続された定電圧パルス発生回路１６を備えている。この定電圧パルス発生回路１６は、電圧値及び周期が一定の矩形波形のパルス電圧を導体抵抗検出用電極１０Ａに印加する。なお、導体抵抗検出用電極への印加信号は電流であってもよい。他方の導体抵抗検出用電極１０Ｂの出力は反転増幅器１７に入力される。反転増幅器１７の出力はノイズ除去のためのフィルタ回路１３Ｂ、増幅器２５Ｂ、及びＡ／Ｄコンバータ１４を経てマイクロコンピュータ１５に入力される。マイクロコンピュータ１５は、コイル駆動回路１２及び定電圧パルス回路１６を制御して液体の導体抵抗の検出及び液体の流速及び流向の検出を実行する。マイクロコンピュータ１５の出力は、例えば水門開閉設備の中央制御装置等の外部機器へ出力される。まず、流速を表す信号は、Ｄ／Ａコンバータ１８を経て外部機器へ出力される。一方、それぞれ順流、逆流、及び停止に対応する３個のリレー２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが設けられており、これらのうちのいずれか１個がマイクロコンピュータ１５からの信号によりオン状態となり、残りの２個がオフ状態を維持することにより、外部機器に対して流向が出力される。例えば、流向が順流である場合には、１個のリレー２５Ａのみがオン状態となり、残りの２個のリレー２５Ｂ，２５Ｃはオフ状態で維持される。
【００１６】
次に、図５を参照して流速流向計の動作を説明する。
水路等に流速流向計を設置した後の最初の電源投入時や、いったん水路等の水を抜いた後の電源の再投入時にはステップＳ１の初期確認が実行される。この初期確認については図６を参照して後に詳述する。
【００１７】
通常の作動中には、まず、ステップＳ２において、液体の導体抵抗の測定が実行される。すなわち、マイクロコンピュータ１５からの指令に基づいて定電圧パルス発生回路１６から導体抵抗検出用電極１０Ａに対してパルス電圧が印加される。このパルス電圧に対応して導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂ間に液体を介して流れる電流が、導体抵抗検出用電極１０Ｂから反転増幅器１７、フィルタ回路１３Ｂ、増幅器２５Ｂ、及びＡ／Ｄコンバータ１４を介してマイクロコンピュータ１５に入力される。次に、ステップＳ３において、マイクロコンピュータ１５が液体の導体抵抗を算出する。すなわち、マイクロコンピュータ１５は上記導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂから入力された電流信号から導体抵抗（導電率）を算出する。
【００１８】
ステップＳ４では、ステップＳ３で算出した導体抵抗と、マイクロコンピュータ１５が予め記憶している導体抵抗閾値とが比較される。この導体抵抗閾値は、流速や流向の測定対象である液体の種類に応じて設定される。例えば、水道水の導電率は１０ｍＳ／ｍ、河川水の導電率は１１ｍＳ／ｍ、海水の導電率は４５００ｍＳ／ｍである。なお、液体の導電率は温度によって変化する場合もあるので、導体抵抗閾値を温度に応じて補正してもよい。
【００１９】
このステップＳ４で導体抵抗が導体抵抗閾値以下（測定された導電率が予め定められた導電率以上）であれば、検出器１（導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂ）は液面より下側、すなわち液体中に位置し、流速や流向の検出が可能な状態である。従って、この場合には、ステップＳ５において、流速及び流向の測定が実行される。すなわち、マイクロコンピュータ１５からの指令に基づいてコイル駆動回路１２から磁界発生用コイル８に交流電流が供給され、それによって磁界Ｅ（図３参照）が発生する。この磁界Ｅを横切る液体の流れにより発生する流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂ間の起電力は、増幅器２５Ａ、フィルタ回路１３Ａ、及びＡ／Ｄコンバータ１４を経てマイクロコンピュータ１５に入力される。ステップＳ６においてマイクロコンピュータ１５が流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂからの信号に基づいて流速及び流向を算出し、算出された流速及び流向はステップＳ７におい外部機器に出力される。
【００２０】
このように、本実施形態では、導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂを使用して導体抵抗を測定し、マイクロコンピュータ１５がそれに基づいて検出器１が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合にのみ、流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂを使用した流速や流向の測定を実行する。従って、検出器１が液体中に位置していない場合に流速や流向の測定とその測定結果を出力することによる故障や誤出力を防止し、信頼性の高い流速や流向の測定を行うことができる。また、別個の水位計を設けるのではなく、検出器１が流速流向測定用電極９Ａ，９Ｂと導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂとを一体に備えるため、装置の小型化を図ることができ、取扱も容易である。
【００２１】
一方、上記ステップＳ４で導体抵抗が導体抵抗閾値を上回る場合（測定された導電率が予め定められた導電率を下回る場合）には、検出器１は液面より上側、すなわち液体外に位置し、流速や流向の検出ができない状態にある。この場合、ステップＳ８からステップＳ１２の処理が実行される。まず、ステップＳ８においてマイクロコンピュータ１５はタイマの計時を開始する。次に、ステップＳ９において導体抵抗の測定を実行し、ステップＳ１０において導体抵抗の算出を実行する。ステップＳ９及びステップＳ１０の具体的な内容は、上記ステップＳ２及びステップＳ３と同一である。
【００２２】
ステップＳ１１においてマイクロコンピュータ１５はステップＳ１０で算出した導体抵抗と導体抵抗閾値を比較する。導体抵抗が導体抵抗閾値を上回る場合には、ステップＳ８に戻ってタイマの計時を再度開始し、ステップＳ９からステップＳ１１の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１１において導体抵抗が導体抵抗閾値以下であれば、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２でタイマがカウントアップしている場合、すなわちタイマの計時を開始してから予め定めた規定時間が経過している場合には、ステップＳ５に移行して流速及び流向の測定と出力を再開する。一方、タイマがカウントアップしていない場合、すなわちタイマの計時を開始してから規定時間が経過していない場合には、ステップＳ９からステップＳ１１の処理を繰り返し、導体抵抗の測定、算出、及び導体抵抗閾値との比較を行う。
【００２３】
このステップＳ８からステップＳ１２の処理により、マイクロコンピュータ１５は、いったん検出器１が液体外に位置していることを検出すると、規定時間連続して検出器１が液体中に位置していると判断するまで、流速及び流向の測定及びその出力を停止する。液面は上下振動している場合が多い。例えば、屋外の水路の水面は風等の影響で波立っており、上下振動している。また、測定対象の液体ではなく、例えば、雨等の他の液体の影響で検出器１が液体中に位置していると誤って判断される可能性もある。しかし、本実施形態のように規定時間連続して検出器１が液体中に位置していると判断するまで流速及び流向の測定を停止すれば、液面の上下振動のために一時的に検出器１が液体中に位置した場合や、雨等の影響がある場合に誤って測定が誤って再開されることがなく、より信頼性の高い流速及び流向の測定を行うことができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、上記のように検出器１が液体外に位置していると判断された場合には流速及び流向の測定とその出力の両方を停止しているが、この判断が成立しても流速や流向の測定そのものは継続し、変換器２から外部機器への流速や流向の測定結果の出力のみを停止してもよい。
【００２５】
次に、図６を参照して、流速流向計の初期確認について説明する。
一般に、水路等に流速流向計を設置した後の最初の電源投入時や、いったん水路等の水を抜いた後の電源の再投入時には、水路等に液体は存在していない。そして、水路等への液体の供給（例えば水路への水の供給）の開始後、ある程度の時間が経過した時点で検出器１が液体中に位置する。従って、液面の上下振動や、雨等の他の液体の影響ではなく、検出器１が測定対象の液体中に実際に位置していることを確認する必要がある。図６に示す初期確認では、以下の処理によりこの確認を実行する。
【００２６】
まず、ステップＳ１０１において電源が投入されると、ステップＳ１０２におてい導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂを使用して導体抵抗が測定され、ステップＳ１０３におい導体抵抗が算出される。ステップＳ１０４では算出された導体抵抗と導体抵抗閾値が比較され、算出された導体抵抗が導体抵抗閾値を上回る限り、ステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理が繰り返される。ステップＳ１０４で算出された導体抵抗抵抗が導体抵抗閾値以下であれば、ステップＳ１０５からステップＳ１０９の処理が実行される。このステップＳ１０５からステップＳ１０９の処理は、図５のステップＳ８からステップＳ１２の処理と同一であり、予め定められた規定時間連続して検出器１が液体中に位置していると判断するまで繰り返される。
【００２７】
図６のステップＳ１０９においてタイマがカウントアップした場合、すなわち規定時間連続して検出器１が液体中に位置していると判断した場合には、図５のステップＳ２に以降し、ステップＳ２からステップＳ１２に示す通常の作動が繰り返される。
【００２８】
図７は、本発明を超音波式の流速流向計に適用した例を示している。水路の両岸には超音波を発信及び受信可能な超音波センサ１９Ａ，１９Ｂが液体の流れ方向Ｆに対して斜め方向に対向するように設置されている。例えば、一方の超音波センサ１９Ａが液中に超音波を発生するのと同時に他方の超音波センサ１９Ｂ側でタイマの計時を開始し、それによって超音波が超音波センサ１９で受信されるまでに要した時間を測定する。液体に流れがないと仮定した場合に超音波センサ１９Ａ，１９Ｂ間を超音波が伝達するのに要する時間と、測定された時間とを比較することにより、液体の流速及び流向を算出することができる。各超音波センサ１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂが取り付けられている。これらの導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂを使用して測定した導体抵抗に基づいて各超音波センサ１９Ａ，１９Ｂが液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合にのみ流速及び流向の測定と、測定結果の出力とを実行することができる。超音波センサ１９Ａ，１９Ｂは、一般に高出力であるため、検出器１が液体外にある状態で超音波の発信を継続すると、故障等が発生する可能性が高い。本発明を適用して検出器１が液体中にある場合にのみ超音波センサ１９Ａ，１９Ｂによる超音波の発信を行うことにより、故障の発生を確実に防止することができる。
【００２９】
図８は、本発明を放熱式の流向計に適用した例を示している。流向計はヒータ２０と、このヒータ２０の両側に配置された一対の温度センサ２１Ａ，２１Ｂとを備えている。流れの向きがＦ１であれば、ヒータ２０より上流側となる温度センサ２１Ａの検出温度は、下流側となる温度センサ２１Ｂの検出温度よりも低くなる。逆に、流れの向きがＦ２であれば、ヒータ２０よりも下流側となる温度センサ２１Ａの検出温度は、上流側となる温度センサ２１Ｂの検出温度よりも高くなる。従って、温度センサ２１Ａ，２１Ｂの検出温度を比較することにより、流向を測定することができる。ヒータ２０及び温度センサ２１Ａ，２１Ｂと共に検出器１に導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂが取り付けられている。これらの導体抵抗検出用電極１０Ａ，１０Ｂを使用して測定した導体抵抗に基づいて検出器１が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合にのみヒータ２０を作動させて流向の測定を実行することができる。検出器１が液体外に位置している状態でヒータ２０の加熱を継続すると、熱による温度センサ２１Ａ，Ｂの故障等が発生する可能性が高い。本発明を適用して検出器１が液体中にある場合にのみヒータ２０を作動させることにより、熱に起因する故障を確実に防止することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の流速流向計では、検出器が備える導体抵抗測定部が導体抵抗を測定し、制御装置がそれに基づいて検出器が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合にのみ、流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果の出力を実行する。従って、検出器が液体中に位置していない場合に流速や流向の測定及びその測定結果の出力を実行することによる故障や誤出力を防止し、信頼性の高い流速や流向の測定を行うことができる。また、別個の水位計を設けるのではなく、検出器が流速流向測定部と導体抵抗測定部とを一体に備えるため、装置の小型化を図ることができ、取扱も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電磁式の流速流向計を示す概略正面図である。
【図２】流速流向計の検出器（本体）を示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。
【図４】流速流向計の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】流速流向計の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】初期確認を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の変形例に係る超音波式の流速流向計を示す概略平面図である。
【図８】本発明の変形例に係る放熱式の流向計を示す概略正面図である。
【図９】従来の流速流向計の一例を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１ 検出器
２ 変換器
３ ケーブル
４ 導体抵抗検出プレート
５ モールド部
６ ドーム状部
７ ガイド部
８ 磁界発生用コイル
９Ａ，９Ｂ 流速流向測定用電極
１０Ａ，１０Ｂ 導体抵抗検出用電極
１２ コイル駆動回路
１３Ａ フィルタ回路
１４ Ａ／Ｄコンバータ
１５ マイクロコンピュータ
１６ 定電圧パルス発生回路
１７ 反転増幅器
１８ Ｄ／Ａコンバータ
１９Ａ，１９Ｂ 超音波センサ
２０ ヒータ
２１Ａ，２１Ｂ 温度センサ
２５Ａ，２５Ｂ コイル
Claims (3)
- 導電性を有する液体中に配置され、この液体の流速又は流向の少なくともいずれか一方を測定する流速流向測定部と、この液体の導体抵抗を測定する導体抵抗測定部とを一体に備える検出器と、
上記導体抵抗測定部が測定した導体抵抗に基づいて上記検出器が液体中に位置しているか否かを判断し、液体中に位置している場合には上記流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定を実行してその測定結果を出力し、液体中に位置していない場合には上記流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果の出力を停止する、制御装置と
を備える、流速流向計において、
前記検出器は、導電性を有する導体抵抗検出プレートと、この導体抵抗検出プレート上に設けられた樹脂製のモールド部とを備え、
このモールド部は、ドーム状部と、前記検出器と前記制御装置を接続するケーブルを保持すると共にこのケーブルに含まれる信号線を前記ドーム状部に案内するガイド部とを備え、
前記流速流向測定部は、前記ドーム状部に配設された磁界発生用コイルと、この磁界発生用コイルが発生する磁界を液体の流れが横切る際に発生する起電力を検出するための前記ドーム状部に配置された一対の流速流向測定用電極とを備え、かつ
前記導体抵抗測定部は、前記ガイド部に配設された第１の抵抗検出用電極と、前記ドーム状部に収容され、かつ導体抵抗検出用プレートと接触する第２の抵抗検出用電極とを備えることを特徴とする、流速流向計。 - 上記制御装置は、上記導体抵抗測定部が測定した導体抵抗と、予め定められた導体抵抗閾値とを比較し、上記導体抵抗が上記導体抵抗閾値以下であれば検出器が液体中に位置していると判断し、上記導体抵抗が上記導体抵抗閾値を上回る場合には検出器が液体外に位置していると判断する、請求項１に記載の流速流向計。
- 上記制御装置は、検出器が液体外に位置していることを検出すると、予め定められた規定時間連続して検出器が液体中に位置していると判断するまで、上記流速流向測定部による流速及び／又は流向の測定結果の出力を停止する、請求項１又は請求項２に記載の流速流向計。
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