JP3668119B2 - 流量測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば下水や工場廃水等の流体の流量を測定する流量測定装置および流量測定方法に係り、更に詳しくは、下水や工場廃水等の被測定流体について測定された流速と液位とに基づいて流量を測定する流量測定装置および流量測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水や工場廃水等の流体の流量を測定する流量測定装置として、電磁流量計、超音波式流量計、せき式流量計等が用いられている。
【０００３】
超音波式流量計の一つである流速・水位演算方式の流量測定装置は、被測定流体の流速と液位（水位）とを測定し、測定された流速と液位とに基づいて演算を行い流量を測定する。
【０００４】
この種の流量測定装置は、流体が流通する配管の管径の大きい箇所にも比較的容易に対応でき、流れに対する障害が少ない等といった長所があり、広く用いられている
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の流速・水位演算方式の流量測定装置では、以下のような問題がある。
【０００６】
すなわち、この種の流量測定装置では、流速と液位とに基づいて流量の演算を行う場合、予め既知の流速、液位、流量を用いて、流速および液位から流量が演算されるような調整パラメータを設定しなければならない。
【０００７】
一方、測定された流速と液位とに基づいて流量の演算を行う場合、まず、液位に応じて、測定された流速または理論式から被測定液体の平均流速を求め、この平均流速を用いて流量を求めている。すなわち、平均流速を求めるために、流速の測定値を用いるのか、あるいは理論式を用いるのかの判定基準液位である切換液位を設定し、液位がこの切換液位以上の場合には流速の測定値を用いて平均流速を算出し、液位がこの切換液位未満の場合には理論式を用いて平均流速を算出する必要がある。
【０００８】
このように、切換液位付近においては、切換液位の前後で平均流速の求め方が異なるので、平均流速の整合性を取ることが困難となるのみならず、この平均流速は、断面の流速分布が液位によって変化するために、調整パラメータの設定が困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、測定された液位に基づいて被測定流体の平均流速を演算するための調整パラメータを自動的に設定し、この調整パラメータを用いて得られた平均流速を用いて被測定流体の流量を演算することによって、調整パラメータ設定に係る手間を省略するとともに、誤演算の無い、より信頼性の高い流量測定装置および流量測定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明は、流体の流速と液位とに基づいて流体の流量を測定する流量測定装置であって、流体の流速を測定する流速測定手段と、流体の液位を測定する液位測定手段と、液位測定手段によって測定された液位における最大流速発生位置を演算する最大流速発生位置演算手段と、少なくとも流体の流路の形状データ、流路の粗度係数、流路の寸法データを含んだ管渠データ、および最大流速発生位置演算手段によって演算された最大流速発生位置における液深に基づいて、液深における流体の流速を流体の平均流速に変換する変換係数を演算する変換係数演算手段と、液位測定手段によって測定された液位が、所定液位以上の場合においては、流速測定手段によって測定された流速を、変換係数演算手段によって演算された変換係数を用いて平均流速に変換し、所定液位未満の場合においては、管渠データと液位測定手段によって測定された液位とに基づいて平均流速を演算する平均流速演算手段と、液位測定手段によって測定された液位に基づいて、流路方向に対して直交する面における流体の断面積を演算する断面積演算手段と、断面積演算手段によって演算された断面積と平均流速とに基づいて流体の流量を演算する流量演算手段とを備えている。
【００１２】
従って、請求項１の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、所定液位以上の場合には、変換係数を用いて、流速から平均流速を求める一方、所定液位未満の場合には、管渠データと液位とに基づいて平均流速を求めることができる。このようにして、液位に応じた適切な方法に則り平均流速を求めることが可能となるとともに、この平均流速を用いて流量を精度良く演算することが可能となる。
【００１３】
請求項２の発明は、流体の流速と液位とに基づいて流体の流量を測定する流量測定装置であって、流体の流速を測定する流速測定手段と、流体の液位を測定する液位測定手段と、少なくとも流体の流路の形状データ、流路の粗度係数、流路の寸法データを含んだ管渠データ、および液位測定手段が設置された流路における液深に基づいて、液深における流体の流速を流体の平均流速に変換する変換係数を演算する変換係数演算手段と、液位が所定液位の場合において、流速測定手段によって測定された流体の流速データを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された流速データに基づいて、マニング式のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、液位測定手段によって測定された液位が、所定液位以上の場合においては、流速測定手段によって測定された流速を、変換係数演算手段によって演算された変換係数を用いて平均流速に変換し、所定液位未満の場合においては、管渠データと液位測定手段によって測定された液位とに基づいて、マニング式を用いて流体の平均流速を演算する平均流速演算手段と、液位測定手段によって測定された液位に基づいて、流路方向に対して直交する面における流体の断面積を演算する断面積演算手段と、断面積演算手段によって演算された断面積と平均流速とに基づいて流体の流量を演算する流量演算手段とを備えている。
【００１４】
従って、請求項２の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、流速に応じてマニング式のパラメータを適切に設定することができる。その結果、流量をより精度良く演算することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の発明に流量測定装置おいて、パラメータ設定手段は、マニング式のパラメータの入力を受け付け、この入力されたパラメータをマニング式のパラメータとして設定する。
【００１６】
従って、請求項３の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、マニング式のパラメータを任意に設定することができる。その結果、切換液位付近の液位においても、平均流速の不整合を調整することができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項２の発明に流量測定装置おいて、記憶手段に記憶される流速データのデータ数および記憶期間のうちの少なくとも一方を設定する設定手段を備えている。
【００１８】
従って、請求項４の発明は、記憶手段に記憶される流速データのデータ数および記憶期間のうちの少なくとも一方を設定することができる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項２の発明に流量測定装置おいて、パラメータ設定手段によって設定されたパラメータを表示する表示手段を備えている。
【００２０】
従って、請求項５の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、表示手段を介して、設定されたパラメータを確認することができる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１または請求項２の発明の流量測定装置において、変換係数演算手段は、変換係数は液深に対して対数則の関係が成立し、流路が粗面であるものと仮定した変換係数演算式を用いて変換係数を演算する。
【００２２】
従って、請求項６の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、変換係数を演算するための変換係数演算式に、適切な式である対数則を導入することによって、より精度よく流量を演算することが可能となる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１または請求項２の発明の流量測定装置において、変換係数演算手段は、変換係数を演算する変換係数演算式を複数備え、この複数備えられた変換係数演算式から、所定の変換係数演算式を選択し、この選択した変換係数演算式を用いて変換係数を演算する。
【００２４】
従って、請求項７の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、変換係数演算式を予め複数備えており、この中から所定の変換係数演算式を選択し、用いることができる。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１または請求項２の発明の流量測定装置において、変換係数演算手段は、新たな変換係数演算式を追加することを可能としている。
【００２６】
従って、請求項８の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、変換係数演算式を任意に追加することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
本発明の実施の形態を図１から図９を用いて説明する。
【００３７】
図１は、本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置の構成例を示す概念図である。
【００３８】
すなわち、本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置は、流速センサ１と、水位センサ２と、流速検出用ケーブル３と、水位検出用ケーブル４と、変換装置５と、電源６と、外部端末７と、監視装置８と、電源ケーブル９と、現場ケーブル１０と、外部出力用ケーブル１１と、リモートケーブル１２とを備えてなる。そして、管渠１３内を流通する下水や工場廃水等といった流体１４の流量を測定する。
【００３９】
流速センサ１は、管渠１３内に設置され、管渠１３内を流通する流体１４の流速を測定し、その測定結果である流速データを流速検出用ケーブル３を介して変換装置５に出力する。この流速センサ１は、例えば、超音波ドップラー方式（超音波を粒子に発射し、送信周波数と反射した超音波の反射周波数との差を測定して流速を求める方式）で流速を測定する。
【００４０】
水位センサ２は、管渠１３内に設置され、管渠１３内を流通する流体１４の水位を測定し、その測定結果である水位データを水位検出用ケーブル４を介して変換装置５に出力する。この水位センサ２は、例えば、超音波パルス伝搬時間差方式（超音波の発信から受信までの時間差を測定して水位を求める方式）で水位を測定する。
【００４１】
変換装置５は、流速検出用ケーブル３を介した流速データ、および水位検出用ケーブル４を介した水位データを受信し、この受信したデータに基づく演算、および演算結果を出力する装置であって、信号変換手段５ａ、データ保持手段５ｂ、設定手段５ｃ、調整手段５ｄ、演算手段５ｅ、信号出力手段５ｆを備えて成る。
【００４２】
この変換装置５では、図２に示すように、水位センサ２により測定される水位に基づいて流体１４の流路方向に直交する面における断面積Ｓを求め、また流速センサ１により測定される流速（点流速Ｖｐ）を平均流速Ｖａに換算して、この断面積Ｓと平均流速Ｖａとを積算することによって流量を算出し、その結果を外部端末７あるいは監視装置８側に出力している。
【００４３】
なお、流速は、流体１４の水位が流速センサ１の取付位置以上である場合には、流速センサ１により測定されるが、水位が流速センサ１の取付位置に満たない場合には、流速センサ１により計測できない。このため、流体１４の水位が流速センサ１の取付位置に満たない場合には、マニング式と呼ばれる理論式を用いて平均流速Ｖａの演算を行い、この平均流速Ｖａを用いて流量を算出する。
【００４４】
上述したとおり、流量の算出には、平均流速Ｖａが必要であるため、流速センサ１により測定される流速（点流速Ｖｐ）は、平均流速Ｖａに換算する必要がある。点流速Ｖｐと平均流速Ｖａとの関係は、以下に示す（１）式で表される。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、ｋｐは変換係数である。以下に、この変換係数ｋｐの決定方法について説明する。
【００４７】
管渠１３内の流速分布が対数則で表され、管路が粗面であるものと仮定した場合、点流速Ｖｐを平均流速Ｖａに変換する変換係数ｋｐの一例は、以下に示す（２）式および（３）式で与えられる。
【００４８】
【数２】
【００４９】
【数３】
【００５０】
ここで、ｎ：管路面の粗度係数、Ｒ：径深、ｙ：点流速測定水深、ｇ：重力加速度である。なお、Ｒ：径深は、水路形状および水位により変化する値である。
【００５１】
したがって、粗度係数ｎ、点流速測定水深ｙ、水路形状、水位を与えることで、上記（２）式および（３）式に基づいて変換係数ｋｐが決まる。更に、この変換係数ｋｐを（１）式に代入することによって、点流速Ｖｐから平均流速Ｖａを求める。
【００５２】
しかし、この場合、自由水面をもった流れにおいては、水表面に最も速い流速が存在することになるが、実際には最大流速はこれよりも低い位置に存在する。したがって、（１）式のように変換係数ｋｐを用いて平均流速Ｖａを求める方法に換えて、最大流速発生位置を考慮した変換係数曲線（最大流速発生位置の水位を径深に与える）を用いても良い。
【００５３】
一方、水位が流速センサ１の取付位置に満たない場合に、平均流速Ｖａを算出するためのマニング式は、以下に示す（４）式の通りである。以下で、Ｉ：管路勾配である。
【００５４】
【数４】
【００５５】
したがって、水位が流速センサ１の取付位置に満たない場合には、粗度係数ｎ、管路勾配Ｉ、水路形状、水位を与えることで、上記（４）式に示すマニング式を用いて平均流速Ｖａが求まる。
【００５６】
このように、流速センサ１の取付位置付近で演算式が変わる（演算式が変る水位のことを以下「切換水位ｈｃ」と称する）ため、特に調整を行わないと、この切換水位ｈｃ付近で流速値が著しく異なるおそれがある。そこで、切換水位ｈｃ付近での値がなるべく合うように実際の流速データを利用して調整を行う。
【００５７】
さて、このように、流体１４の水位に応じて、その平均流速Ｖａの算出方法が異なるので、変換装置５は、この流体１４の水位に応じて、適切な演算式を選択し、この選択した演算式を用いることによって平均流速Ｖａを算出し、更には、この平均流速Ｖａと、流路方向に対して直交する面における流体の断面積との積により流量を算出している。
【００５８】
このような変換装置５における各手段である信号変換手段５ａ、データ保持手段５ｂ、設定手段５ｃ、調整手段５ｄ、演算手段５ｅ、信号出力手段５ｆにおいてなされる流量演算処理について、以下に説明する。
【００５９】
信号変換手段５ａは、流速検出用ケーブル３を介して流速データ、および水位検出用ケーブル４を介して水位データを受信し、これらデータを、演算手段５ｅにおいてなされる演算に使用可能なデータ形式に変換した後に、データ保持手段５ｂに出力する。
【００６０】
データ保持手段５ｂは、信号変換手段５ａから出力されたデータを、設定手段５ｃによって指定されたデータ数、および記憶期間に基づいて記憶する。また、演算手段５ｅから出力される切換水位ｈｃにおける平均流速Ｖａを保持する。
【００６１】
設定手段５ｃは、データ保持手段５ｂが記憶するデータの記憶期間、保持するデータの個数を設定するとともに、データ保持手段５ｂによって記憶されているデータをデータ保持手段５ｂから取得する。
【００６２】
また、変換係数ｋｐを決定するために必要となる粗度係数ｎ、点流速測定水深（センサ取付位置）ｙ、水路形状（円管、矩形管等、径深Ｒを求める際に必要）を含んだ管渠データ、最大水位ｈmax、切換水位ｈc、変換係数近似曲線次数ｄ、および変換係数曲線（何種類かある場合）の各パラメータの設定入力を、リモートケーブル１２を介して監視装置８から、あるいは現場ケーブル１０を介して外部端末７から受け付ける。あわせて、各水位における最大流速発生位置の設定入力もまた、リモートケーブル１２を介して監視装置８から、あるいは現場ケーブル１０を介して外部端末７から受け付ける。
【００６３】
図３は、このような水位ｈに対する最大流速発生位置のパターンの一例を示す模式図であり、この例では、最大水位ｈmaxと最小水位（ｈ＝０）との間の水位ｈａにおいて、最大流速が発生するパターンを示している。
【００６４】
更に、流体１４の水位が切換水位ｈc未満の場合には、粗度係数ｎ、水路形状（円管、矩形管等）、管路勾配Ｉの設定入力を受け付ける。そして、これら入力された各パラメータを調整手段５ｄおよび演算手段５ｅに出力する。
【００６５】
調整手段５ｄは、設定手段５ｃに設定された切換水位ｈcにおける平均流速Ｖａ、ｈｃを平均値、モード（最多値）等により決定する。そして、この平均流速Ｖａ、ｈｃが切換水位ｈcにおいて、（４）式に示すようなマニング式により求められる平均流速がＶａとなるように、パラメータの調整を行う。例えば、図４に示すように、マニング式における管路勾配Ｉを順次変化させて、そのときに求まる平均流速Ｖａ、ｈｃとＶａとの差が最小となる時の値Ｉａを、マニング式のパラメータとして決定する。このようにして決定したマニング式のパラメータを演算手段５ｅに出力する。
【００６６】
演算手段５ｅでは、設定手段５ｃおよび調整手段５ｄから出力された各パラメータと、上述した（２）式とに基づいて、図５に示すように、切換水位ｈcから水位レンジ（最大値）ｈmaxまでに亘った変換係数近似曲線ｋｐ、ｄを設定する。この変換係数近似曲線ｋｐ、ｄを求める方法としては、変換係数ｋｐに基づく最小二乗法が一般的である。そして、（１）式に示すように、流速センサ１により測定された流速（点流速Ｖｐ）を、この変換係数近似曲線ｋｐ、ｄに乗じることにより、平均流速Ｖａを算出する。
【００６７】
このようにして、演算手段５ｅは、水位ｈが切換水位ｈｃ以上の場合には、データ保持手段５ｂに保持されている水位ｈと、流速（点流速Ｖｐ）とに基づいて平均流速Ｖａを算出する。また、このとき、水位ｈが、切換水位ｈcと等しい場合には、その時の平均流速Ｖａをデータ保持手段５ｂに保存する。この平均流速Ｖａのデータの収集は、図６に示すように、設定された期間もしくは個数に到達するまで行う。
【００６８】
更に演算手段５ｅは、図７に示すように、水位ｈが切換水位ｈｃ未満の場合には、上述した（４）式に示すマニング式を用いて平均流速Ｖａを算出する。このようにして、本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置は、管渠１３内を流通する流体１４の水位ｈの値に応じて、平均流速Ｖａを演算するための適切な手法を選択し、その選択された手法に基づいて平均流速Ｖａの演算の演算を行う。更に、この平均流速Ｖａと、流体の流路方向に対して直交する面における断面積との乗算によって流量を演算する。
【００６９】
信号出力手段５ｆは、設定手段５ｃによって設定されたパラメータ、調整手段５ｄによって調整されたパラメータ、演算手段５ｅによって演算された結果をそれぞれ取得し、外部出力用ケーブル１１を介して監視装置８へと出力する。これによって、オペレータが、自動調整されたパラメータや、演算された結果を参照することを可能としている。
【００７０】
電源６は、電源ケーブル９を介して変換装置５に電源を供給する。
【００７１】
外部端末７は、現場ケーブル１０を介して設定手段５ｃと接続しており、設定手段５ｃに必要なパラメータを入力することを可能にしている
監視装置８は、外部出力用ケーブル１１を介して、信号出力手段５ｆから、設定パラメータ、調整パラメータ、流量の演算結果を取得し、表示する。また、リモートケーブル１２を介して設定手段５ｃと接続しており、ここから設定手段５ｃに、必要なパラメータの設定入力を行うことを可能としている。
【００７２】
次に、以上のように構成した本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置の作用について、図８に示すフローチャートを用いて説明する。
【００７３】
管渠１３内を流通する下水や工場廃水等といった流体１４は、その水位が、水位センサ２によって測定される。その測定結果である水位データは、水位センサ２から、水位検出用ケーブル４を介して変換装置５に出力される（Ｓ１）。
【００７４】
そして、水位センサ２によって測定された水位ｈが、流速センサ１の取付位置（切換水位ｈｃ：ｈ≧ｈｃ）以上である場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）には、その流体１４の流速が、流速センサ１によって測定される（Ｓ３）。そして、その測定結果である流速データ（点流速Ｖｐ）は、流速センサ１から、流速検出用ケーブル３を介して変換装置５に出力される。
【００７５】
一方、変換装置５の設定手段５ｃでは、外部端末７または監視装置８から入力された管路面の粗度係数ｎ、径深Ｒ、点流速測定水深ｙ、重力加速度ｇに基づいて（２）式および（３）式に示すようにして変換係数ｋｐが求められる（Ｓ４）。
【００７６】
そして、演算手段５ｅにおいて、（１）式に示すように点流速Ｖｐと変換係数ｋｐとの乗算によって流体１４の平均流速Ｖａが演算される（Ｓ５）。なお、ステップＳ４において、変換係数ｋｐの代わりに、変換係数近似曲線ｋｐ、ｄを設定しておき、点流速Ｖｐと変換係数近似曲線ｋｐ、ｄとの乗算によって流体１４の平均流速Ｖａを演算するようにしても良い。更に、このようにして算出された平均流速Ｖａと流体１４の断面積との乗算によって流体の流量が演算される（Ｓ６）。
【００７７】
一方、水位センサ２によって測定された水位ｈが、流速センサ１の取付位置未満（ｈ＜ｈｃ）である場合（Ｓ２：Ｎｏ）には、水位センサ２による水位の測定は可能であるが、流速センサ１による流速の測定はできない。このために、変換装置５の設定手段５ｃでは、外部端末７または監視装置８から入力された管路面の粗度係数ｎ、径深Ｒ、管路勾配Ｉに基づいて、（４）式に示すマニング式に従い、平均流速Ｖａが演算される（Ｓ７）。更に、このようにして算出された平均流速Ｖａと流体１４の断面積との乗算によって流体の流量が演算される（Ｓ６）。
【００７８】
上述したように、本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置においては、上記のような作用により、測定された液位に基づいて被測定流体の平均流速を演算するための調整パラメータを自動的に設定することができる。また、換算係数曲線を適用することによって、平均流速Ｖａの演算方法が切り換わる切換水位ｈｃの前後における平均流速Ｖａが不連続にならないように調整パラメータを設定することもできる。そして、この調整パラメータを用いて得られた平均流速を用いて被測定流体の流量を演算することができる。
【００７９】
これによって、調整パラメータ設定に係る手間、および調整コストを省くことができ、流量を取得するための演算を迅速に実施することができる。更に、誤った調整パラメータの設定することも無くなるために、誤演算の無い、より信頼性の高い流量測定装置および流量測定方法を実現することができる。
【００８０】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、上記実施の形態では、管渠１３内を流通する流体１４の流量測定に適用した例を示したが、本発明の適用は、管渠１３に限定されるものではなく、開渠内を流通する液体の流量測定に適用することも可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測定された液位に基づいて被測定流体の平均流速を演算するための調整パラメータを自動的に設定することができる。更に、この調整パラメータを用いて得られた平均流速を用いて被測定流体の流量を演算することにより、もって、調整パラメータ設定に係る手間を省略するとともに、誤演算の無い、より信頼性の高い流量測定装置および流量測定方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置の構成例を示す概念図
【図２】水位データと流速データとから流量を演算するスキームを示す模式図
【図３】水位に対する最大流速発生位置の関係の一例を示す模式図
【図４】マニング式のパラメータ調整方法の一例を説明するための模式図
【図５】変換係数近似曲線の設定方法の一例を説明するための模式図
【図６】データ保持手段におけるデータ保持方法の一例を説明するための模式図
【図７】マニング式のパラメータ調整方法の一例を説明するための模式図
【図８】本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
Ｖａ…平均流速
Ｖｐ…点流速
Ｉ…管路勾配
Ｒ…径深
ｈ…水位
ｈｃ…切換水位
ｙ…点流速測定水深
ｋｐ…変換係数
ｋｐ．ｄ…変換係数近似曲線
ｇ…重力加速度
１…流速センサ
２…水位センサ
３…流速検出用ケーブル
４…水位検出用ケーブル
５…変換装置
５ａ…信号変換手段
５ｂ…データ保持手段
５ｃ…設定手段
５ｄ…調整手段
５ｅ…演算手段
５ｆ…信号出力手段
６…電源
７…外部端末
８…監視装置
９…電源ケーブル
１０…現場ケーブル
１１…外部出力用ケーブル
１２…リモートケーブル
１３…管渠
１４…流体
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば下水や工場廃水等の流体の流量を測定する流量測定装置および流量測定方法に係り、更に詳しくは、下水や工場廃水等の被測定流体について測定された流速と液位とに基づいて流量を測定する流量測定装置および流量測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水や工場廃水等の流体の流量を測定する流量測定装置として、電磁流量計、超音波式流量計、せき式流量計等が用いられている。
【０００３】
超音波式流量計の一つである流速・水位演算方式の流量測定装置は、被測定流体の流速と液位（水位）とを測定し、測定された流速と液位とに基づいて演算を行い流量を測定する。
【０００４】
この種の流量測定装置は、流体が流通する配管の管径の大きい箇所にも比較的容易に対応でき、流れに対する障害が少ない等といった長所があり、広く用いられている
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の流速・水位演算方式の流量測定装置では、以下のような問題がある。
【０００６】
すなわち、この種の流量測定装置では、流速と液位とに基づいて流量の演算を行う場合、予め既知の流速、液位、流量を用いて、流速および液位から流量が演算されるような調整パラメータを設定しなければならない。
【０００７】
一方、測定された流速と液位とに基づいて流量の演算を行う場合、まず、液位に応じて、測定された流速または理論式から被測定液体の平均流速を求め、この平均流速を用いて流量を求めている。すなわち、平均流速を求めるために、流速の測定値を用いるのか、あるいは理論式を用いるのかの判定基準液位である切換液位を設定し、液位がこの切換液位以上の場合には流速の測定値を用いて平均流速を算出し、液位がこの切換液位未満の場合には理論式を用いて平均流速を算出する必要がある。
【０００８】
このように、切換液位付近においては、切換液位の前後で平均流速の求め方が異なるので、平均流速の整合性を取ることが困難となるのみならず、この平均流速は、断面の流速分布が液位によって変化するために、調整パラメータの設定が困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、測定された液位に基づいて被測定流体の平均流速を演算するための調整パラメータを自動的に設定し、この調整パラメータを用いて得られた平均流速を用いて被測定流体の流量を演算することによって、調整パラメータ設定に係る手間を省略するとともに、誤演算の無い、より信頼性の高い流量測定装置および流量測定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明は、流体の流速と液位とに基づいて流体の流量を測定する流量測定装置であって、流体の流速を測定する流速測定手段と、流体の液位を測定する液位測定手段と、液位測定手段によって測定された液位における最大流速発生位置を演算する最大流速発生位置演算手段と、少なくとも流体の流路の形状データ、流路の粗度係数、流路の寸法データを含んだ管渠データ、および最大流速発生位置演算手段によって演算された最大流速発生位置における液深に基づいて、液深における流体の流速を流体の平均流速に変換する変換係数を演算する変換係数演算手段と、液位測定手段によって測定された液位が、所定液位以上の場合においては、流速測定手段によって測定された流速を、変換係数演算手段によって演算された変換係数を用いて平均流速に変換し、所定液位未満の場合においては、管渠データと液位測定手段によって測定された液位とに基づいて平均流速を演算する平均流速演算手段と、液位測定手段によって測定された液位に基づいて、流路方向に対して直交する面における流体の断面積を演算する断面積演算手段と、断面積演算手段によって演算された断面積と平均流速とに基づいて流体の流量を演算する流量演算手段とを備えている。
【００１２】
従って、請求項１の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、所定液位以上の場合には、変換係数を用いて、流速から平均流速を求める一方、所定液位未満の場合には、管渠データと液位とに基づいて平均流速を求めることができる。このようにして、液位に応じた適切な方法に則り平均流速を求めることが可能となるとともに、この平均流速を用いて流量を精度良く演算することが可能となる。
【００１３】
請求項２の発明は、流体の流速と液位とに基づいて流体の流量を測定する流量測定装置であって、流体の流速を測定する流速測定手段と、流体の液位を測定する液位測定手段と、少なくとも流体の流路の形状データ、流路の粗度係数、流路の寸法データを含んだ管渠データ、および液位測定手段が設置された流路における液深に基づいて、液深における流体の流速を流体の平均流速に変換する変換係数を演算する変換係数演算手段と、液位が所定液位の場合において、流速測定手段によって測定された流体の流速データを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された流速データに基づいて、マニング式のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、液位測定手段によって測定された液位が、所定液位以上の場合においては、流速測定手段によって測定された流速を、変換係数演算手段によって演算された変換係数を用いて平均流速に変換し、所定液位未満の場合においては、管渠データと液位測定手段によって測定された液位とに基づいて、マニング式を用いて流体の平均流速を演算する平均流速演算手段と、液位測定手段によって測定された液位に基づいて、流路方向に対して直交する面における流体の断面積を演算する断面積演算手段と、断面積演算手段によって演算された断面積と平均流速とに基づいて流体の流量を演算する流量演算手段とを備えている。
【００１４】
従って、請求項２の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、流速に応じてマニング式のパラメータを適切に設定することができる。その結果、流量をより精度良く演算することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の発明に流量測定装置おいて、パラメータ設定手段は、マニング式のパラメータの入力を受け付け、この入力されたパラメータをマニング式のパラメータとして設定する。
【００１６】
従って、請求項３の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、マニング式のパラメータを任意に設定することができる。その結果、切換液位付近の液位においても、平均流速の不整合を調整することができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項２の発明に流量測定装置おいて、記憶手段に記憶される流速データのデータ数および記憶期間のうちの少なくとも一方を設定する設定手段を備えている。
【００１８】
従って、請求項４の発明は、記憶手段に記憶される流速データのデータ数および記憶期間のうちの少なくとも一方を設定することができる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項２の発明に流量測定装置おいて、パラメータ設定手段によって設定されたパラメータを表示する表示手段を備えている。
【００２０】
従って、請求項５の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、表示手段を介して、設定されたパラメータを確認することができる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１または請求項２の発明の流量測定装置において、変換係数演算手段は、変換係数は液深に対して対数則の関係が成立し、流路が粗面であるものと仮定した変換係数演算式を用いて変換係数を演算する。
【００２２】
従って、請求項６の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、変換係数を演算するための変換係数演算式に、適切な式である対数則を導入することによって、より精度よく流量を演算することが可能となる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１または請求項２の発明の流量測定装置において、変換係数演算手段は、変換係数を演算する変換係数演算式を複数備え、この複数備えられた変換係数演算式から、所定の変換係数演算式を選択し、この選択した変換係数演算式を用いて変換係数を演算する。
【００２４】
従って、請求項７の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、変換係数演算式を予め複数備えており、この中から所定の変換係数演算式を選択し、用いることができる。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１または請求項２の発明の流量測定装置において、変換係数演算手段は、新たな変換係数演算式を追加することを可能としている。
【００２６】
従って、請求項８の発明の流量測定装置においては、以上のような手段を講じることにより、変換係数演算式を任意に追加することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
本発明の実施の形態を図１から図９を用いて説明する。
【００３７】
図１は、本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置の構成例を示す概念図である。
【００３８】
すなわち、本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置は、流速センサ１と、水位センサ２と、流速検出用ケーブル３と、水位検出用ケーブル４と、変換装置５と、電源６と、外部端末７と、監視装置８と、電源ケーブル９と、現場ケーブル１０と、外部出力用ケーブル１１と、リモートケーブル１２とを備えてなる。そして、管渠１３内を流通する下水や工場廃水等といった流体１４の流量を測定する。
【００３９】
流速センサ１は、管渠１３内に設置され、管渠１３内を流通する流体１４の流速を測定し、その測定結果である流速データを流速検出用ケーブル３を介して変換装置５に出力する。この流速センサ１は、例えば、超音波ドップラー方式（超音波を粒子に発射し、送信周波数と反射した超音波の反射周波数との差を測定して流速を求める方式）で流速を測定する。
【００４０】
水位センサ２は、管渠１３内に設置され、管渠１３内を流通する流体１４の水位を測定し、その測定結果である水位データを水位検出用ケーブル４を介して変換装置５に出力する。この水位センサ２は、例えば、超音波パルス伝搬時間差方式（超音波の発信から受信までの時間差を測定して水位を求める方式）で水位を測定する。
【００４１】
変換装置５は、流速検出用ケーブル３を介した流速データ、および水位検出用ケーブル４を介した水位データを受信し、この受信したデータに基づく演算、および演算結果を出力する装置であって、信号変換手段５ａ、データ保持手段５ｂ、設定手段５ｃ、調整手段５ｄ、演算手段５ｅ、信号出力手段５ｆを備えて成る。
【００４２】
この変換装置５では、図２に示すように、水位センサ２により測定される水位に基づいて流体１４の流路方向に直交する面における断面積Ｓを求め、また流速センサ１により測定される流速（点流速Ｖｐ）を平均流速Ｖａに換算して、この断面積Ｓと平均流速Ｖａとを積算することによって流量を算出し、その結果を外部端末７あるいは監視装置８側に出力している。
【００４３】
なお、流速は、流体１４の水位が流速センサ１の取付位置以上である場合には、流速センサ１により測定されるが、水位が流速センサ１の取付位置に満たない場合には、流速センサ１により計測できない。このため、流体１４の水位が流速センサ１の取付位置に満たない場合には、マニング式と呼ばれる理論式を用いて平均流速Ｖａの演算を行い、この平均流速Ｖａを用いて流量を算出する。
【００４４】
上述したとおり、流量の算出には、平均流速Ｖａが必要であるため、流速センサ１により測定される流速（点流速Ｖｐ）は、平均流速Ｖａに換算する必要がある。点流速Ｖｐと平均流速Ｖａとの関係は、以下に示す（１）式で表される。
【００４５】
【数１】
ここで、ｋｐは変換係数である。以下に、この変換係数ｋｐの決定方法について説明する。
【００４７】
管渠１３内の流速分布が対数則で表され、管路が粗面であるものと仮定した場合、点流速Ｖｐを平均流速Ｖａに変換する変換係数ｋｐの一例は、以下に示す（２）式および（３）式で与えられる。
【００４８】
【数２】
【数３】
ここで、ｎ：管路面の粗度係数、Ｒ：径深、ｙ：点流速測定水深、ｇ：重力加速度である。なお、Ｒ：径深は、水路形状および水位により変化する値である。
【００５１】
したがって、粗度係数ｎ、点流速測定水深ｙ、水路形状、水位を与えることで、上記（２）式および（３）式に基づいて変換係数ｋｐが決まる。更に、この変換係数ｋｐを（１）式に代入することによって、点流速Ｖｐから平均流速Ｖａを求める。
【００５２】
しかし、この場合、自由水面をもった流れにおいては、水表面に最も速い流速が存在することになるが、実際には最大流速はこれよりも低い位置に存在する。したがって、（１）式のように変換係数ｋｐを用いて平均流速Ｖａを求める方法に換えて、最大流速発生位置を考慮した変換係数曲線（最大流速発生位置の水位を径深に与える）を用いても良い。
【００５３】
一方、水位が流速センサ１の取付位置に満たない場合に、平均流速Ｖａを算出するためのマニング式は、以下に示す（４）式の通りである。以下で、Ｉ：管路勾配である。
【００５４】
【数４】
したがって、水位が流速センサ１の取付位置に満たない場合には、粗度係数ｎ、管路勾配Ｉ、水路形状、水位を与えることで、上記（４）式に示すマニング式を用いて平均流速Ｖａが求まる。
【００５６】
このように、流速センサ１の取付位置付近で演算式が変わる（演算式が変る水位のことを以下「切換水位ｈｃ」と称する）ため、特に調整を行わないと、この切換水位ｈｃ付近で流速値が著しく異なるおそれがある。そこで、切換水位ｈｃ付近での値がなるべく合うように実際の流速データを利用して調整を行う。
【００５７】
さて、このように、流体１４の水位に応じて、その平均流速Ｖａの算出方法が異なるので、変換装置５は、この流体１４の水位に応じて、適切な演算式を選択し、この選択した演算式を用いることによって平均流速Ｖａを算出し、更には、この平均流速Ｖａと、流路方向に対して直交する面における流体の断面積との積により流量を算出している。
【００５８】
このような変換装置５における各手段である信号変換手段５ａ、データ保持手段５ｂ、設定手段５ｃ、調整手段５ｄ、演算手段５ｅ、信号出力手段５ｆにおいてなされる流量演算処理について、以下に説明する。
【００５９】
信号変換手段５ａは、流速検出用ケーブル３を介して流速データ、および水位検出用ケーブル４を介して水位データを受信し、これらデータを、演算手段５ｅにおいてなされる演算に使用可能なデータ形式に変換した後に、データ保持手段５ｂに出力する。
【００６０】
データ保持手段５ｂは、信号変換手段５ａから出力されたデータを、設定手段５ｃによって指定されたデータ数、および記憶期間に基づいて記憶する。また、演算手段５ｅから出力される切換水位ｈｃにおける平均流速Ｖａを保持する。
【００６１】
設定手段５ｃは、データ保持手段５ｂが記憶するデータの記憶期間、保持するデータの個数を設定するとともに、データ保持手段５ｂによって記憶されているデータをデータ保持手段５ｂから取得する。
【００６２】
また、変換係数ｋｐを決定するために必要となる粗度係数ｎ、点流速測定水深（センサ取付位置）ｙ、水路形状（円管、矩形管等、径深Ｒを求める際に必要）を含んだ管渠データ、最大水位ｈmax、切換水位ｈc、変換係数近似曲線次数ｄ、および変換係数曲線（何種類かある場合）の各パラメータの設定入力を、リモートケーブル１２を介して監視装置８から、あるいは現場ケーブル１０を介して外部端末７から受け付ける。あわせて、各水位における最大流速発生位置の設定入力もまた、リモートケーブル１２を介して監視装置８から、あるいは現場ケーブル１０を介して外部端末７から受け付ける。
【００６３】
図３は、このような水位ｈに対する最大流速発生位置のパターンの一例を示す模式図であり、この例では、最大水位ｈmaxと最小水位（ｈ＝０）との間の水位ｈａにおいて、最大流速が発生するパターンを示している。
【００６４】
更に、流体１４の水位が切換水位ｈc未満の場合には、粗度係数ｎ、水路形状（円管、矩形管等）、管路勾配Ｉの設定入力を受け付ける。そして、これら入力された各パラメータを調整手段５ｄおよび演算手段５ｅに出力する。
【００６５】
調整手段５ｄは、設定手段５ｃに設定された切換水位ｈcにおける平均流速Ｖａ、ｈｃを平均値、モード（最多値）等により決定する。そして、この平均流速Ｖａ、ｈｃが切換水位ｈcにおいて、（４）式に示すようなマニング式により求められる平均流速がＶａとなるように、パラメータの調整を行う。例えば、図４に示すように、マニング式における管路勾配Ｉを順次変化させて、そのときに求まる平均流速Ｖａ、ｈｃとＶａとの差が最小となる時の値Ｉａを、マニング式のパラメータとして決定する。このようにして決定したマニング式のパラメータを演算手段５ｅに出力する。
【００６６】
演算手段５ｅでは、設定手段５ｃおよび調整手段５ｄから出力された各パラメータと、上述した（２）式とに基づいて、図５に示すように、切換水位ｈcから水位レンジ（最大値）ｈmaxまでに亘った変換係数近似曲線ｋｐ、ｄを設定する。この変換係数近似曲線ｋｐ、ｄを求める方法としては、変換係数ｋｐに基づく最小二乗法が一般的である。そして、（１）式に示すように、流速センサ１により測定された流速（点流速Ｖｐ）を、この変換係数近似曲線ｋｐ、ｄに乗じることにより、平均流速Ｖａを算出する。
【００６７】
このようにして、演算手段５ｅは、水位ｈが切換水位ｈｃ以上の場合には、データ保持手段５ｂに保持されている水位ｈと、流速（点流速Ｖｐ）とに基づいて平均流速Ｖａを算出する。また、このとき、水位ｈが、切換水位ｈcと等しい場合には、その時の平均流速Ｖａをデータ保持手段５ｂに保存する。この平均流速Ｖａのデータの収集は、図６に示すように、設定された期間もしくは個数に到達するまで行う。
【００６８】
更に演算手段５ｅは、図７に示すように、水位ｈが切換水位ｈｃ未満の場合には、上述した（４）式に示すマニング式を用いて平均流速Ｖａを算出する。このようにして、本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置は、管渠１３内を流通する流体１４の水位ｈの値に応じて、平均流速Ｖａを演算するための適切な手法を選択し、その選択された手法に基づいて平均流速Ｖａの演算の演算を行う。更に、この平均流速Ｖａと、流体の流路方向に対して直交する面における断面積との乗算によって流量を演算する。
【００６９】
信号出力手段５ｆは、設定手段５ｃによって設定されたパラメータ、調整手段５ｄによって調整されたパラメータ、演算手段５ｅによって演算された結果をそれぞれ取得し、外部出力用ケーブル１１を介して監視装置８へと出力する。これによって、オペレータが、自動調整されたパラメータや、演算された結果を参照することを可能としている。
【００７０】
電源６は、電源ケーブル９を介して変換装置５に電源を供給する。
【００７１】
外部端末７は、現場ケーブル１０を介して設定手段５ｃと接続しており、設定手段５ｃに必要なパラメータを入力することを可能にしている
監視装置８は、外部出力用ケーブル１１を介して、信号出力手段５ｆから、設定パラメータ、調整パラメータ、流量の演算結果を取得し、表示する。また、リモートケーブル１２を介して設定手段５ｃと接続しており、ここから設定手段５ｃに、必要なパラメータの設定入力を行うことを可能としている。
【００７２】
次に、以上のように構成した本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置の作用について、図８に示すフローチャートを用いて説明する。
【００７３】
管渠１３内を流通する下水や工場廃水等といった流体１４は、その水位が、水位センサ２によって測定される。その測定結果である水位データは、水位センサ２から、水位検出用ケーブル４を介して変換装置５に出力される（Ｓ１）。
【００７４】
そして、水位センサ２によって測定された水位ｈが、流速センサ１の取付位置（切換水位ｈｃ：ｈ≧ｈｃ）以上である場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）には、その流体１４の流速が、流速センサ１によって測定される（Ｓ３）。そして、その測定結果である流速データ（点流速Ｖｐ）は、流速センサ１から、流速検出用ケーブル３を介して変換装置５に出力される。
【００７５】
一方、変換装置５の設定手段５ｃでは、外部端末７または監視装置８から入力された管路面の粗度係数ｎ、径深Ｒ、点流速測定水深ｙ、重力加速度ｇに基づいて（２）式および（３）式に示すようにして変換係数ｋｐが求められる（Ｓ４）。
【００７６】
そして、演算手段５ｅにおいて、（１）式に示すように点流速Ｖｐと変換係数ｋｐとの乗算によって流体１４の平均流速Ｖａが演算される（Ｓ５）。なお、ステップＳ４において、変換係数ｋｐの代わりに、変換係数近似曲線ｋｐ、ｄを設定しておき、点流速Ｖｐと変換係数近似曲線ｋｐ、ｄとの乗算によって流体１４の平均流速Ｖａを演算するようにしても良い。更に、このようにして算出された平均流速Ｖａと流体１４の断面積との乗算によって流体の流量が演算される（Ｓ６）。
【００７７】
一方、水位センサ２によって測定された水位ｈが、流速センサ１の取付位置未満（ｈ＜ｈｃ）である場合（Ｓ２：Ｎｏ）には、水位センサ２による水位の測定は可能であるが、流速センサ１による流速の測定はできない。このために、変換装置５の設定手段５ｃでは、外部端末７または監視装置８から入力された管路面の粗度係数ｎ、径深Ｒ、管路勾配Ｉに基づいて、（４）式に示すマニング式に従い、平均流速Ｖａが演算される（Ｓ７）。更に、このようにして算出された平均流速Ｖａと流体１４の断面積との乗算によって流体の流量が演算される（Ｓ６）。
【００７８】
上述したように、本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置においては、上記のような作用により、測定された液位に基づいて被測定流体の平均流速を演算するための調整パラメータを自動的に設定することができる。また、換算係数曲線を適用することによって、平均流速Ｖａの演算方法が切り換わる切換水位ｈｃの前後における平均流速Ｖａが不連続にならないように調整パラメータを設定することもできる。そして、この調整パラメータを用いて得られた平均流速を用いて被測定流体の流量を演算することができる。
【００７９】
これによって、調整パラメータ設定に係る手間、および調整コストを省くことができ、流量を取得するための演算を迅速に実施することができる。更に、誤った調整パラメータの設定することも無くなるために、誤演算の無い、より信頼性の高い流量測定装置および流量測定方法を実現することができる。
【００８０】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、上記実施の形態では、管渠１３内を流通する流体１４の流量測定に適用した例を示したが、本発明の適用は、管渠１３に限定されるものではなく、開渠内を流通する液体の流量測定に適用することも可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測定された液位に基づいて被測定流体の平均流速を演算するための調整パラメータを自動的に設定することができる。更に、この調整パラメータを用いて得られた平均流速を用いて被測定流体の流量を演算することにより、もって、調整パラメータ設定に係る手間を省略するとともに、誤演算の無い、より信頼性の高い流量測定装置および流量測定方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置の構成例を示す概念図
【図２】水位データと流速データとから流量を演算するスキームを示す模式図
【図３】水位に対する最大流速発生位置の関係の一例を示す模式図
【図４】マニング式のパラメータ調整方法の一例を説明するための模式図
【図５】変換係数近似曲線の設定方法の一例を説明するための模式図
【図６】データ保持手段におけるデータ保持方法の一例を説明するための模式図
【図７】マニング式のパラメータ調整方法の一例を説明するための模式図
【図８】本発明の実施の形態に係る流量測定方法を適用した流量測定装置の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
Ｖａ…平均流速
Ｖｐ…点流速
Ｉ…管路勾配
Ｒ…径深
ｈ…水位
ｈｃ…切換水位
ｙ…点流速測定水深
ｋｐ…変換係数
ｋｐ．ｄ…変換係数近似曲線
ｇ…重力加速度
１…流速センサ
２…水位センサ
３…流速検出用ケーブル
４…水位検出用ケーブル
５…変換装置
５ａ…信号変換手段
５ｂ…データ保持手段
５ｃ…設定手段
５ｄ…調整手段
５ｅ…演算手段
５ｆ…信号出力手段
６…電源
７…外部端末
８…監視装置
９…電源ケーブル
１０…現場ケーブル
１１…外部出力用ケーブル
１２…リモートケーブル
１３…管渠
１４…流体
Claims (8)
- 流体の流速と液位とに基づいて前記流体の流量を測定する流量測定装置であって、
流体の流速を測定する流速測定手段と、
前記流体の液位を測定する液位測定手段と、
前記液位測定手段によって測定された液位における最大流速発生位置を演算する最大流速発生位置演算手段と、
少なくとも前記流体の流路の形状データ、前記流路の粗度係数、前記流路の寸法データを含んだ管渠データ、および前記最大流速発生位置演算手段によって演算された最大流速発生位置における液深に基づいて、前記液深における前記流体の流速を前記流体の平均流速に変換する変換係数を演算する変換係数演算手段と、
前記液位測定手段によって測定された液位が、所定液位以上の場合においては、前記流速測定手段によって測定された流速を、前記変換係数演算手段によって演算された変換係数を用いて前記平均流速に変換し、前記所定液位未満の場合においては、前記管渠データと前記液位測定手段によって測定された液位とに基づいて前記平均流速を演算する平均流速演算手段と、
前記液位測定手段によって測定された液位に基づいて、流路方向に対して直交する面における前記流体の断面積を演算する断面積演算手段と、
前記断面積演算手段によって演算された断面積と前記平均流速とに基づいて前記流体の流量を演算する流量演算手段とを備えたことを特徴とする流量測定装置。 - 流体の流速と液位とに基づいて前記流体の流量を測定する流量測定装置であって、
流体の流速を測定する流速測定手段と、
前記流体の液位を測定する液位測定手段と、
少なくとも前記流体の流路の形状データ、前記流路の粗度係数、前記流路の寸法データを含んだ管渠データ、および前記液位測定手段が設置された前記流路における液深に基づいて、前記液深における前記流体の流速を前記流体の平均流速に変換する変換係数を演算する変換係数演算手段と、
前記液位が所定液位の場合において、前記流速測定手段によって測定された前記流体の流速データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された流速データに基づいて、マニング式のパラメータを設定するパラメータ設定手段と、
前記液位測定手段によって測定された液位が、前記所定液位以上の場合においては、前記流速測定手段によって測定された流速を、前記変換係数演算手段によって演算された変換係数を用いて前記平均流速に変換し、前記所定液位未満の場合においては、前記管渠データと前記液位測定手段によって測定された液位とに基づいて、前記マニング式を用いて前記流体の平均流速を演算する平均流速演算手段と、
前記液位測定手段によって測定された液位に基づいて、流路方向に対して直交する面における前記流体の断面積を演算する断面積演算手段と、
前記断面積演算手段によって演算された断面積と前記平均流速とに基づいて前記流体の流量を演算する流量演算手段とを備えたことを特徴とする流量測定装置。 - 請求項２に記載に流量測定装置おいて、
前記パラメータ設定手段は、前記マニング式のパラメータの入力を受け付け、この入力されたパラメータを前記マニング式のパラメータとして設定することを特徴とする流量測定装置。 - 請求項２に記載に流量測定装置おいて、
前記記憶手段に記憶される流速データのデータ数および記憶期間のうちの少なくとも一方を設定する設定手段を備えたことを特徴とする流量測定装置。 - 請求項２に記載に流量測定装置おいて、
前記パラメータ設定手段によって設定された前記パラメータを表示する表示手段を備えたことを特徴とする流量測定装置。 - 請求項１または請求項２に記載の流量測定装置において、
前記変換係数演算手段は、前記変換係数は前記液深に対して対数則の関係が成立し、前記流路が粗面であるものと仮定した変換係数演算式を用いて前記変換係数を演算することを特徴とする流量測定装置。 - 請求項１または請求項２に記載の流量測定装置において、
前記変換係数演算手段は、前記変換係数を演算する変換係数演算式を複数備え、この複数備えられた前記変換係数演算式から、所定の変換係数演算式を選択し、この選択した変換係数演算式を用いて前記変換係数を演算することを特徴とする流量測定装置。 - 請求項１または請求項２に記載の流量測定装置において、
前記変換係数演算手段は、新たな変換係数演算式を追加することを可能としたことを特徴とする流量測定装置。
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