JP3695031B2 - 流量計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、図12に示すように、流体管路1の一部に熱式のフローセンサのような流量検出手段2を備え、計測開始手段3の信号によって流量計測を開始し、その出力信号を信号処理手段4で増幅あるいはデジタル化する。流れに周期的な変動がある場合には、計測のタイミングによって流量測定値にバラツキが生じる。例えば家庭用のガス消費量を計量するガスメータでは、近くでガスエンジンが運転されると圧力変動が発生する。
【0003】
このため、圧力変動を緩衝する装置を設けるばかりでなく、流量に変動がある場合にはその信号を平均化手段5で平均して流量演算手段6で平均流量を算出する。図13はこのときの流量の波形を示した図で、実際にはAで示す流量が流れている。デジタル式計測では間欠的にサンプリングするので、時間t1(流量Q1)、時間t2(流量Q2)、時間t3(流量Q3)のような値が得られマイコンで平均化して流量を算出していた。またアナログ式の場合時間t0からt4まで連続した信号を積分器を介して平均化していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の流量計測装置では、次のような課題があった。すなわちデジタル式では間欠的なサンプリングなので、正確な流量を求めるには測定回数を増やして測定値を平均化する必要があるため長い時間が必要であった。またアナログ式では連続して測定しなければならず、消費電力が大きくなっていた。このため、ガスメータのような異常使用時の遮断などの保安機能を兼ねた流量計測装置では、電池駆動でかつ安全性のために短時間で正確な流量の計測を行うことが課題となっていた。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、流体の流量を検出する流量検出手段と、流体の流 量変動を検出する流量変動検出手段から周期を算出するようにした周期検出手段と、前記流量検出手段の測定時間を前記周期検出手段の周期のほぼ整数倍に設定する測定時間変更手段と、流量検出手段の測定値に基づいて前記流量変動検出手段を起動させる変動測定手段を備えたものである。上記発明によれば流量変動の周期にあわせて計測時間を調節し、短時間の測定で変動する流量の平均値を計測する。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明は、流体の流量を検出する流量検出手段と、流体の流量変動を検出する流量変動検出手段から周期を算出するようにした周期検出手段と、前記流量検出手段の測定時間を前記周期検出手段の周期のほぼ整数倍に設定する測定時間変更手段と、流量検出手段の測定値に基づいて前記流量変動検出手段を起動させる変動測定手段を備えたもので、変動する流量の周期の整数倍になるように計測時間を変更して計測を行い、流量変動に起因する変動流の平均した流量値を短時間で得ることができる。
【0007】
前記流量変動手段は、例えば、流体の圧力変動を検出する圧力検出器で構成し、また、測定時間変更手段は、測定時間をあらかじめ設定する時間設定手段を備えた。
【0008】
変動検出手段の値を記憶する記憶手段を設ければ、周期記憶手段で記憶されている周期の値を優先して使用し、その整数倍になるように計測時間を調節し、頻繁に現れる変動周期を優先して適用するので変動周期を容易に求めることができる。
【0009】
流量検出手段は、例えば、流体中に超音波を送信または受信する送受信器の間の超音波の伝搬時間より流量を算出するものである。そして、変動周期の整数倍になるように超音波計測時間を調節するので、超音波流量計測で変動流においても平均した流量を短時間に求めることができる。
【0010】
加えて、超音波検出手段は、送受信器間を複数回繰り返し伝搬させる回数設定手段を備え、前記回数設定手段の回数を変えて測定周期を変更するものである。そして、変動周期の整数倍になるように繰り返し回数を設定し、計測時間を調節するので容易に平均流量を求めることができる。
【0011】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【0012】
(実施例1)
図1において、流体管路7の流れの中に、例えば発熱体の温度変化によって流量を検出する熱式フローセンサのような流量検出手段8を配置する。計測開始手段9の信号によって流量検出手段8を加熱させ流量計測を開始し、流量検出手段8の出力信号を信号処理手段10で増幅、フィルタ、あるいはA/Dコンバータでデジタル化する。
【0013】
この信号処理手段10の信号はマイクロプロセッサなどで構成される流量演算手段11で流路の大きさや流量サンプリングの時間などを考慮して流量値に変換される。流体管路7内の流れが安定している場合、すなわち大きく変動していない状態では、低消費電力化をはかるため流量サンプリングは数秒間に1回行われている。
【0014】
しかし、流体管路7内の流れに周期的な変動がある場合には、図13にも示すように流量測定値がQ1、Q2、Q3のように変動が生じるので判別が可能である。Q1〜Q3までの変動値が所定レベルより大きく流量変動があると判断したときは、図2に示すように小さい周期でt0〜tnまで流量サンプリングを行う。このサンプリングにより周期検出手段12で周期Tを求め、そして測定時間変更手段13で周期Tの整数倍の測定時間を設定する。
【0015】
図3に測定時間を周期Tの2倍にしたときの様子を示す。測定時間を周期の整数倍に設定すると平均の流量値が測定される。周期の何倍に設定するかは要求される測定精度を考慮して決定する。変動の有無に関わらず1回の測定で平均した流量値が得られるから、何度も流量サンプリングを行って平均する必要はなく、図3に示すように休止時間を設けても正確な流量を測定できる。図1の測定時間変更手段13で測定時間を変更するとその値は流量演算手段11にも反映され、測定時間によって積算流量値を算出する。
【0016】
流量値変動は、流体の変動ばかりでなく電気的なノイズによって電気信号系に周期的な誤差が発生する場合がある。この場合にもノイズが平均値に対し対称性を有していれば、周期の整数倍の測定時間で計測すると前述と同様に測定値は平均化される。
【0017】
(実施例2)
図4は本発明の実施例2の流量計測装置を示し、実施例1と異なるところは流量変動を検出する周期検出手段として、流れの変動を直接検出する検出器を設けた点にある。すなわち流体管路1の流れの中に流量変動検出手段14を設ける。
【0018】
この流量変動検出手段14によって周期的な流量の変動を検出し、その変動値がある値を超えた場合には、その周期を周期検出手段12によって演算し測定時間変更手段13で、測定時間を周期の整数倍に設定する。流量変動検出手段14として圧力検出器を使用することができる。
【0019】
圧力検出器は流体管路7内の圧力を検出し、圧力変動と流量変動の関係をあらかじめ求めておけば流量変動の大きさに換算でき、周期的な圧力変化の大きさが所定レベルを越えたときに測定時間をその周期に合わせて調節する。圧力検出器が流体の供給圧力の異常や流体管路7から外部への漏洩を検出するために設けられている場合には兼用することもできる。
【0020】
また、流量変動検出手段14は常時流体の変動を監視している必要はなく、流量演算手段11によって周期的な変動がある場合のみ変動周期を求めればよい。すなわち、図5に示すように流量演算手段11によって流量が周期的な変動を起こしたと判断されたとき、変動測定手段15で流量変動検出手段14を起動して変動周期を測定する。
【0021】
(実施例3)
図6は本発明の実施例3を示すもので、実施例1と異なるところは測定時間変更手段13が複数の時間設定手段を備えている点にある。
【0022】
すなわち、図6に示すように測定時間変更手段13はT1、T2、からTnまでのn個の時間をあらかじめ設定してある。使用の用途が判明している場合には流体の変動周期は既知の場合がある。たとえばガスメータの場合にはガスヒートポンプエンジンが運転されると流量変動を生じるが、その周期は20ms〜50msの範囲にあり、その中でもいくつかの周期に限定されている場合が多い。したがって周期検出手段12で検出した周期の値に最も近い時間を、測定時間変更手段13の中から選定して適用する。もちろん周期検出手段12の中にいくつかの周期を設定して実際に検出した周期に最も近い値を選定しても同様の作用を得ることができる。
【0023】
(実施例4)
図7は本発明の実施例4を示すもので、実施例1と異なるところは変動周期の値を記憶する周期記憶手段を備えた点にある。すなわち、図7に示すように周期検出手段12で求めた値を周期記憶手段16で記憶し、流量演算手段11で測定した流量値が変動したとき、測定時間変更手段13はまず周期記憶手段16で保存されていた値を採用し計測を行ない、流量演算手段11で変動の程度を算出する。このとき流量値が変動していれば設定した周期が適切でないので、別の値の周期を周期記憶手段16から選んで再度計測を行う。周期記憶手段16には最も多く適用された周期の値からから順に優先させて適用する学習機能や、直前に適用した周期を優先させる機能を有している。
【0024】
(実施例5)
図8は本発明の実施例5を示すもので、実施例1と異なるところは流量検出手段として超音波を使用している点にある。すなわち図8において、流体管路17の途中に超音波を送信する第1送受信器18と受信する第2送受信器19が流れ方向に配置されている。
【0025】
20は第1送受信器18への送信回路、21は第2送受信器19で受信した信号の増幅回路で、この増幅された信号は基準信号と比較回路22で比較され、基準信号以上の信号が検出されたとき回数設定手段23で設定された回数だけ繰り返し手段24で、トリガ回路25で超音波信号を繰り返し発信する。
【0026】
繰り返しの回数設定手段23で設定された回数が繰り返されたときの時間をタイマカウンタのような計時手段26で求める。次に切換手段27で第1送受信器18と第2送受信器19の送受信を切り換えて、第2送受信器19から第1送受信器18すなわち下流から上流に向かって超音波信号を送信し、この送信を前述のように繰り返し、その時間を計時する。そして、その時間差から管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段11で流量値を求める。
【0027】
この流量値が周期的に変動している場合には周期検出手段12で変動周期を検出し、その周期の整数倍の測定時間を測定時間変更手段13で設定し、この設定時間に相当する繰り返し回数を回数設定手段23に設定する。
【0028】
繰り返し1回当たりの時間は流体の音速と送受信器18・19管の距離が既知なので、あらかじめ算出しておくことができるし、あるいは計時手段26で求めた時間と回数設定手段23の値から容易に求めることができる。
【0029】
(実施例6)
図9は本発明の実施例6の流量計測装置を示したブロック図である。実施例1と異なるところは周期によって計測開始時間を変更する開始時間変更手段28を備えた点にある。
【0030】
図9において、周期検出手段12によって変動する流量の周期を実施例1と同様の方法で検出する要にしている。そして開始時間変更手段28で周期Tの半分の時間を測定間隔として設定する。
【0031】
図10にその様子を示す。まず、時間t1からt2の間の流量(曲線Q1)を測定し、次に変動周期の半分の時間後t6から測定を開始しt7までの流量(曲線Q2)を測定し、Q1とQ2の値を平均するとその流量値は平均流量を示すことになる。このとき測定時間t2−t1とt7−t6は等しく設定する。
【0032】
この実施例では平均する測定個数を2個にしたがより高精度の流量値を得ようとすれば、測定個数を偶数で大きな値を選定すればよい。
【0033】
(実施例7)
図11は本発明の実施例7の流量計測装置を示し、実施例5と異なるところは周期によって計測開始時間を変更する開始時間変更手段28を備えた点にある。図11において、周期検出手段12で検出する周期に応じて開始時間変更手段28で測定の間隔を周期の半分の時間に設定すれば実施例6と同様に平均化した流量が得られる。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の流量計測装置によれば次の効果が得られる。
【0035】
本発明は、流体の流量を検出する流量検出手段と、流れの変動周期を検出する周期検出手段と、流量検出手段の測定時間を周期検出手段の周期のほぼ整数倍に設定する測定時間変更手段とを備え、変動する流量の周期の整数倍になるように計測時間を変更して計測を行うので、圧力緩衝装置を設けることなく変動流の平均値を短時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の流量計測装置のブロック図
【図2】 同装置の流量波形図
【図3】 同装置において測定時間を周期Tの2倍にした場合の流量波形図
【図4】 本発明の実施例2の流量計測装置のブロック図
【図5】 同装置において流量が周期的に変動する場合のブロック図
【図6】 本発明の実施例3の流量計測装置のブロック図
【図7】 本発明の実施例4の流量計測装置のブロック図
【図8】 本発明の実施例5の流量計測装置のブロック図
【図9】 本発明の実施例6の流量計測装置のブロック図
【図10】 同装置の流量波形図
【図11】 本発明の実施例7の流量計測装置のブロック図
【図12】 従来の流量計測装置のブロック図
【図13】 同装置の流量波形図
【符号の説明】
8 流量検出手段
11 流量演算手段
12 周期検出手段
13 測定時間変更手段
14 流量変動測定手段
15 変動測定手段
16 周期記憶手段
18 第1送受信器
19 第2送受信器
23 回数設定手段
26 計時手段
27 切換手段
28 開始時間変更手段
Claims (5)
- 流体の流量を検出する流量検出手段と、流体の流量変動を検出する流量変動検出手段から周期を算出するようにした周期検出手段と、前記流量検出手段の測定時間を前記周期検出手段の周期のほぼ整数倍に設定する測定時間変更手段と、流量検出手段の測定値に基づいて前記流量変動検出手段を起動させる変動測定手段とを備えた流量計測装置。
- 流量変動検出手段は、流体の圧力変動を検出する圧力検出器で構成した請求項1記載の流量計測装置。
- 測定時間変更手段は、測定時間をあらかじめ設定する時間設定手段を備えた請求項1記載の流量計測装置。
- 周期検出手段の値を記憶する記憶手段を備えた請求項1記載の流量計測装置。
- 流体中を伝搬する超音波の送受信を送受信器で行うとともに、その超音波の伝搬時間にもとづいて流量を検出する流量検出手段と、流れの変動周期を検出する周期検出手段と、前記流量検出手段の測定時間を前記周期検出手段の周期のほぼ整数倍に設定する測定時間変更手段と、前記送受信器間の送信と受信を複数回繰り返し行う回数設定手段とを備え、この回数設定手段の回数を変えて前記測定時間を変更するようにした流量計測装置。
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