JP4157313B2

JP4157313B2 - 流量計

Info

Publication number: JP4157313B2
Application number: JP2002092456A
Authority: JP
Inventors: 泰宏藤井; 博松下; 修一岡田; 滋田川
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP2003287450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガスメータにおいてガスの使用量を計測するために超音波流量計を採用することが考えられている。超音波流量計は、図２に示すように、ガス流路上に設けた測定管１１の上流側と下流側とにそれぞれ超音波の送受波を行うための送受波器１２ａ，１２ｂを配置した構成を有している。流量の測定には、上流側の送受波器１２ａから下流側の送受波器１２ｂに向かって超音波を送波したときの超音波の伝播時間ｔ１と、下流側の送受波器１２ｂから上流側の送受波１２ａに向かって超音波を送波したときの超音波の伝播時間ｔ２とを測定し、両伝播時間ｔ１，ｔ２に基づいて流速を求める。流速が求まれば測定管１１の断面積と流速とを乗じた値が流量になる。
【０００３】
いま、送受波器１２ａ，１２ｂの間で送受される超音波の進行方向が測定管１１を通過するガスの流れる方向に一致しているものとする。送受波器１２ａ，１２ｂの間の距離をｄ、ガスの流速をｖ、音速をＣとすれば、伝播時間ｔ１，ｔ２はそれぞれ以下のように表すことができる。
ｔ１＝ｄ／（Ｃ＋ｖ）
ｔ２＝ｄ／（Ｃ−ｖ）
したがって、流速ｖは次式で求めることができる。
ｖ＝（ｄ／２）｛（１／ｔ１）−（１／ｔ２）｝
ここで、一般に送受波器１２ａ，１２ｂの間の距離ｄは１０ｃｍ程度に設定され、測定管内での音速Ｃは約４００ｍ／ｓｅｃであるから、伝播時間ｔ１，ｔ２は２５０μｓｅｃ程度になる。
【０００４】
この測定技術では超音波の伝播時間ｔ１，ｔ２を求めるために、送受波器１２ａ，１２ｂから超音波を間欠的に発生させる。ただし、１個の超音波の送受波から流速ｖを演算するには伝搬時間ｔ１，ｔ２の計測に高い精度が要求されるから、電池を電源とするガスメータでは実現が困難である。そこで、等価的に測定精度を向上させるためにシングアラウンド法と称する技術が提案されている。すなわち、シングアラウンド法では、各一方の送受波器１２ａ，１２ｂからそれぞれ複数回ずつ超音波の送受波を固定の遅延時間を挟んで連続して行い、伝播時間ｔ１，ｔ２の合計を用いて流速ｖを演算する。一般に両送受波器１２ａ，１２ｂのうちの一方を送波側として複数回の超音波の送受波を固定の遅延時間を挟んで連続して行い一方の伝播時間の総和を求めた後、他方を送波側として複数回の超音波の送受波を固定の遅延時間を挟んで連続して行い他方の伝播時間の総和を求める。シングアラウンド法を採用すると伝播時間ｔ１，ｔ２の差が微小であっても、測定精度を超音波の発生回数に相当する倍数程度に高めることができるから、伝播時間ｔ１，ｔ２の測定精度が低い装置を用いても流速ｖを高精度で求めることができる。
【０００５】
ここで、各送受波器１２ａ，１２ｂからそれぞれ１００回ずつ超音波の送受波を実施するものとして、シングアラウンド法による測定時間について検討する。１回の超音波の伝播時間ｔ１，ｔ２は上述のように約２５０μｓｅｃである。また、たとえば送受波器１２ａから送波した超音波が２５０μｓｅｃの伝播時間で送受波器１２ｂに到達したとき、受波側の送受波器１２ｂで反射される残響超音波は約２５０μｓｅｃ程度の伝播時間で送波側の送受波器１２ａに到達する。受波と同時に遅延時間を待たずに次の超音波を送波すると、２回前の残響超音波の到達と今回の超音波の送波とがほぼ同タイミングで発生するために誤差要因になる。この影響を避けるため、たとえば１５０μｓｅｃの遅延時間を設け、タイミングをずらす処置がとられる。つまり、超音波を送波する周期は４００μｓｅｃになるから、各送受波器１２ａ，１２ｂによって１００回の送受波を実施するのに要する時間はそれぞれ４０ｍｓｅｃ程度であり、送受波器１２ａ，１２ｂの切換時間を考慮するとともに若干の演算時間の余裕をとれば、シングアラウンド法による１回の流量計測の時間は約１００ｍｓｅｃということになる。
【０００６】
ところで、最近では都市ガスのような燃料ガスを用いてガスエンジンを駆動するガス使用機器がガスヒートポンプや発電機などの分野において普及してきている。この種のガスエンジンは吸気と排気とを繰り返しているから、燃料ガスの供給路の圧力に脈動（以下では、「圧力脈動」と呼ぶ）をもたらすことになる。また、一般にガスメータとして用いられている膜式メータの動作によっても圧力脈動は生じる。すなわち、流速ｖは圧力脈動によっても変動することになる。膜式メータによる圧力脈動の周波数は一般に３〜６Ｈｚ程度であり、ガスエンジンによる圧力脈動の周波数は一般に１０〜６０Ｈｚ程度である。また、ガス使用機器の近傍の圧力脈動では最大で２００Ｐａ（ピーク−ピークは４００Ｐａ）の振幅を有することが知られている。したがって、上述のように超音波を４００μｓｅｃの周期で１００回発生させるとすれば、圧力脈動の周期よりも測定時間のほうが短くなることがあり、シングアラウンド法による平均の効果を活かすことができずに測定結果に大きな誤差を生じる可能性がある。
【０００７】
そこで、超音波の発生周期を長くとることによってガス使用機器によって生じる圧力脈動の影響を平均化することが考えられる。つまり、圧力脈動が流量の計測に影響しない程度に超音波を発生させる期間を長くすることが考えられる。ただし、単純に超音波の送受波回数を多くすることで取込時間を長くすると、演算に必要な消費電力が増加するから、平均値を求める超音波を発生させる回数は変化させずに超音波の発生周期を長くする。たとえば、超音波の発生周期を４００μｓｅｃではなく５ｍｓｅｃ程度に設定すれば、超音波を１００回発生させるのに要する時間が５００ｍｓｅｃ程度になるから、圧力脈動の周波数が３Ｈｚであったとしても圧力脈動を平均化することが可能になり、平均化によって測定誤差を抑制することができると考えられる。また、ここでは圧力脈動の最大周波数は６０Ｈｚと考えており、１２０Ｈｚ以上の繰り返し周波数で超音波を発生させれば圧力脈動の波形を反映した計測が可能であるから、５ｍｓｅｃの周期（つまり、繰り返し周波数が２００Ｈｚ）であれば、圧力変動の波形を反映した流量の計測が可能である。ただし、このように超音波の発生周期を長くすると各送受波器１２ａ，１２ｂから超音波を発生させるのに要する時間が５００ｍｓｅｃずつになるから、１回の測定時間は１ｓｅｃ以上になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガスメータでは電源として電池が用いられており、需要家に設置したガスメータは１０年間は電池交換が不要となるように消費電力を極力低減することが要求される。したがって、流速ｖの測定に際しては測定する時間間隔を２〜３ｓｅｃ程度にすることによって消費電力を抑制しているのが現状である。
【０００９】
一方、上述したように、圧力脈動がなければ１回の測定に要する時間は１００ｍｓｅｃ程度であるのに対して、圧力脈動を生じる場合には１回の測定に１ｓｅｃ以上の時間を要することになる。１回の測定を行う期間には超音波の送波および受波の処理を行う回路に継続的に電源を供給する必要があるから、圧力脈動が生じることを考慮して１回の測定に要する時間を１ｓｅｃ程度に設定していると、１回の測定時間を１００ｍｓｅｃ程度に設定している場合の約１０倍の電力を消費することになる。そこで、圧力センサなどを設けておき圧力脈動が生じていない期間には１回の測定時間を１００ｍｓｅｃ程度に設定し、圧力脈動が生じている期間にのみ１回の測定時間を１ｓｅｃ程度に設定することが考えられる。
【００１０】
このような技術を採用すれば、圧力脈動の生じる期間の割合が圧力脈動の生じない期間よりも十分に小さい場合には電池の消耗を抑制することができ、電池交換を１０年間は不要にすることが可能になる。しかしながら、近年ではガスエンジンを搭載したガス使用機器の需要が増加しており、圧力脈動の生じる期間を無視することができないものであるから電池の寿命が短くなる可能性がある。
【００１１】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、圧力脈動が生じている環境下であっても圧力脈動が生じていない場合に比較して消費電力の増加を抑制することができる流量計を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、通過する流体の流量を計測する流量計測部と、流量計測部から規定の複数回の取込回数だけ流量を取り込むことにより得られた複数の流量から演算される値を１回の流量計測の瞬時流量とする瞬時流量演算部と、瞬時流量演算部による流量計測を規定の計測周期で間欠的に繰り返すように指示する計測タイミング生成部と、瞬時流量演算部で求めた瞬時流量に計測周期から演算される流量を計測周期における積算流量とする積算流量演算部と、流体の圧力脈動の有無を前記瞬間流量に基づいて監視し、圧力脈動の検出時には、流量計測部から流量を取り込む際の時間間隔を非検出時よりも延長することによって圧力脈動が瞬時流量に影響しない程度に非検出時よりも１回の流量計測の時間を長くするように瞬時流量演算部に指示するとともに、非検出時よりも計測周期を長くするように計測タイミング生成部に指示する脈動判断部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記流量計測部が流路の上流側と下流側との間で超音波を間欠的に送受波することにより流体の流速を検出する超音波流量計であって、下流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間と上流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間とを交互に複数回ずつ繰り返し、前記脈動判断部による圧力脈動の検出時には、前記瞬時流量演算手段において超音波を毎回送波する時間間隔と超音波を複数回送波する期間同士の時間間隔との少なくとも一方を非検出時よりも長くすることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記流量計測部が流路の上流側と下流側との間で超音波を間欠的に送受波することにより流体の流速を検出する超音波流量計であって、下流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間と上流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間とを交互に１回ずつ繰り返し、前記脈動判断部による圧力脈動の検出時には、前記瞬時流量演算手段において超音波を毎回送波する時間間隔を非検出時よりも長くすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記脈動判断部は、時系列に並ぶ複数個の瞬時流量の平均値が第１の閾値以上であり、前記平均値を求めた複数個の瞬時流量の最大値と最小値との差である流量変動幅が規定した第２の閾値以上であり、かつ前記平均値を求めた複数個の瞬時流量のうち時系列において隣接する各一対の瞬時流量の変化方向が第３の閾値以上の回数で変化したときに圧力脈動有りと判定することを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記脈動判断部は、前記瞬時流量に第４の閾値以上の流量変化が生じるか、または瞬時流量が第５の閾値以下になると圧力脈動の停止と判定することを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記積算流量を積算するバッファを備え、前記脈動判断部が圧力脈動の停止と判定したときに、前記積算流量演算部では圧力脈動の停止と判定したときの瞬時流量を前回の瞬時流量から減算した値の２分の１をバッファの値から減算することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本実施形態では図２に示す構成のガスメータ１を想定する。ガスメータ１は、都市ガスのような燃料ガスの供給路（ガス流路）に配置された遮断弁２と、ガス流路において遮断弁の下流側に配置された圧力センサ３および流量計測部４とを備える。また、圧力センサ３および流量計測部４は、１チップマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略称する）を主構成要素とする信号処理回路５に接続され、信号処理回路５では、圧力センサ３および流量計測部４の動作を制御、圧力センサ３および流量計測部４の出力による遮断弁２の制御、燃料ガスの流量の計測などを行う。燃料ガスの流量はカウンタ６に表示される。流量計測部４には超音波流量計を用いており、従来の技術としても説明したように、ガス流路上に挿入した測定管１１と、測定管１１の上流側と下流側とにそれぞれ配置した送受波器１２ａ，１２ｂとを備える。
【００１９】
信号処理回路５は図１に示すように構成されており、送受波器１２ａ，１２ｂがそれぞれ接続される２個の送受信回路２１ａ，２１ｂを備え、送受信回路２１ａ，２１ｂは集積回路からなる計測制御回路２２に接続される。計測制御回路２２はマイコン２０により制御され、マイコン２０では計測制御回路２２から取得した情報に基づいてガス流量を計測する。また、マイコン２０の内部クロックを発生させるためにマイコン２０には水晶発振子のような発振子２３が接続される。信号処理回路５の電源はリチウム電池のような電池２４により供給される。
【００２０】
送受信回路２１ａ，２１ｂは送受波器１２ａ，１２ｂと計測制御回路２２との間の整合回路であって、計測制御回路２２は、各送受波器１２ａ，１２ｂを送波用と受波用とに切り換える機能と、送受波器１２ａ，１２ｂを駆動して超音波を発生させるための高周波信号を生成する機能と、送受波器１２ａ，１２ｂにより受信した超音波に対応する信号を波形整形して出力する機能とを備える。
【００２１】
超音波の送波から受波までの伝播時間の計測はマイコン２０が行っている。すなわち、マイコン２０では以下に説明する機能がプログラムによって実現されているのであって、基本的には従来構成として説明したようにシングアラウンド法によって流量を計測する。マイコン２０には、流量計測のタイミングを指示する計測タイミング生成部２０ａが設けられ、計測タイミング生成部２０ａによって流量計測が指示されるとマイコン２０に設けられた瞬時流量演算部２０ｂから計測制御回路２２に対して計測が指示される。計測のタイミングについては後述する。計測制御回路２２は、上述したように、両送受波器１２ａ，１２ｂの一方から超音波を送波させ、他方での超音波の受信タイミングに対応する信号を出力する。したがって、瞬時流量演算部２０ｂは、超音波の送波から受波が予測される時間程度のゲート期間を設定し、ゲート期間内において超音波の受波に相当する信号が計測制御回路２２から入力されたタイミングを超音波の受波のタイミングとみなし、超音波の送波から受波までの伝播時間を計測する。ここに、ゲート期間の時限および超音波の送波から受波までの伝播時間の計測には、発振子２３により生成した高周波のクロック信号を用いる。つまり、クロック信号を瞬時流量演算部２０ｂの内蔵カウンタで計数することによって計時する。瞬時流量演算部２０ｂでは、１００〜２００μｓｅｃの残響時間を考慮した適宜の時間間隔で各送受波器１２ａ，１２ｂから複数回（たとえば、１００回）ずつ超音波を送波し、超音波の送波毎に得られた超音波の伝播時間の加算値を流量に換算する。超音波を発生させる時間間隔は流量計測部４から流量を取り込む時間間隔に対応するから、以下では超音波を発生させる周期を取込周期と呼ぶ。また、超音波の発生回数は流量計測部４から流量を取り込んだ回数に相当するから取込回数と呼ぶ。上述した瞬時流量演算部２０ｂによって流量を求める処理が１回の流量計測であって、以下では１回の流量計測で求めた流量を瞬時流量と呼ぶ。さらに、計測タイミング生成部２０ａが瞬時流量演算部２０ｂに対して流量計測を指示する時間間隔を計測周期と呼ぶ。
【００２２】
マイコン２０には、瞬時流量演算部２０ｂで求めた瞬時流量を積算して積算流量を求める積算流量演算部２０ｃも設けられる。積算流量演算部２０ｃでは、瞬時流量演算部２０ｂで求めた瞬時流量に計測周期を乗じた値を積算流量として求め、バッファ２０ｄに入力する。計測周期はたとえば１００ｍｓｅｃに設定される。バッファ２０ｄは１００ｍｓｅｃごとの積算流量を積算し、バッファ２０ｄにおいて積算された積算流量が１Ｌ（Ｌはリットル）になるとカウンタ６の値を１Ｌ増加させる。この動作によってガスメータとしての全体の積算流量が計測される。
【００２３】
ところで、本実施形態では圧力脈動の到達による流速の変動が生じる場合を想定しており、この種のガス使用機器の使用の有無による圧力脈動の有無を検出するためにマイコン２０には脈動判断部２０ｅが設けられている。脈動判断部２０ｅでは過去の所定期間（ここでは１０ｓｅｃとする）の瞬時流量の推移に基づいてガス流路における圧力脈動の有無を監視する。言い換えると、脈動判断部２０ｅでは時系列に並ぶ複数個の瞬時流量を用いて圧力脈動の有無を監視する。ここで、従来構成と同様に２ｓｅｃに１回ずつ流量計測を行う場合を想定し（つまり、計測周期が２ｓｅｃであるものとし）、１０ｓｅｃにおいて過去の５個の瞬時流量と判断時点の１個の瞬時流量との合計６個の瞬時流量が得られるものとする。
【００２４】
まず、ガスメータについて規定される最小流量（たとえば、使用最大流量の２０分の１などに規定されている）を第１の閾値として、瞬時流量演算部２０ｂにおいて検出される瞬時流量の平均値がこの閾値未満であれば、圧力脈動による流量の多少のばらつきは許容するものとして通常の計測を続ける。ただし、閾値にはガスメータの最小流量以外の値を規定してもよい。また、１０ｓｅｃにおける瞬時流量の最大値と最小値との差を流量変動幅として求め、流量変動幅が規定した第２の閾値（たとえば、１０Ｌ）未満であれば圧力脈動はないものと判断する。さらに、圧力脈動が生じていない場合でもガス使用機器の使用開始時には流量は変動するから、時系列において隣接している各瞬時流量の差の符号を求め、符号変化が生じていないか符号変化が１回であれば流量の変化はほぼ単調であるものとみなして圧力脈動はないものと判断する。要するに、時系列において隣接する各一対の瞬時流量の変化方向が変化しないか変化が１回以内であれば圧力脈動はないものと判断する。つまり、変化の回数に対して第３の閾値を設定して瞬時流量の変化方向が第３の閾値未満の回数であれば圧力脈動はないものと判断する。
【００２５】
たとえば、図３（ａ）に示すように、２ｓｅｃ毎に求めた瞬時流量の差の符号がすべて０または正（各瞬時流量から１回前に求めた瞬時流量を減算する場合）であるときには符号変化がないから、ガス使用機器の使用開始などであって圧力脈動がないものとみなす。一方、第３の閾値を「２」に設定しておけば、図３（ｂ）に示すように、２ｓｅｃ毎に求めた瞬時流量の差の符号が１０ｓｅｃにおいて２回変化（１８〜２２ｓｅｃにおいて正から負に変化し、２０〜２４ｓｅｃにおいて負から正に変化している）している場合には圧力脈動があると判断することができる。なお、図３における黒丸が２ｓｅｃごとに計測を行ったタイミングを示している。
【００２６】
上述した３条件がいずれも満たされていない場合には圧力脈動が生じていると判断することができるのであって、１０ｓｅｃの間で求めた６個の瞬時流量の平均値が上述した第１の閾値（たとえば、ガスメータについて規定した最小流量）以上であり、流量変動幅が第２の閾値以上であり、瞬時流量の差の符号変化が第３の閾値以上の回数で生じているときには圧力脈動があるものと判断する。図３（ｂ）の例では、１４〜２４ｓｅｃの１０ｓｅｃの間において瞬時流量の平均値が８０Ｌ／ｈ程度であって上述した第１の閾値（ガスメータの大きさによるが、たとえば２５Ｌ／ｈ）より大きく、流量変動幅が１２１Ｌ／ｈ程度であって第２の閾値（１０Ｌ／ｈとする）より大きく、しかも符号変化が第３の閾値以上の回数である２回生じているから、圧力脈動が生じていると判断し、２４ｓｅｃにおいて圧力脈動に対応する動作に移行するようになっている。
【００２７】
圧力脈動が生じている場合には、従来構成においても説明したように、超音波を発生させる時間間隔（取込周期）を５ｍｓｅｃなどに設定して、流量計測の時間を圧力脈動が生じていない通常時（脈動判断部２０ｅによる圧力脈動の非検出時）の１０倍程度に延長することによって圧力脈動による瞬時流量の計測値への影響を抑制する。このような取込周期の切換は脈動判断部２０ｅが瞬時流量演算部２０ｂに指示する。ただし、瞬時流量を求める間にはマイコン２０への通電が継続するから、取込周期を１０倍程度にすれば電力消費も１０倍程度に増加する。そこで、本実施形態では圧力脈動が生じている期間における電力消費を通常時と同程度にするために、瞬時流量を計測する計測周期を１０倍以上に設定している。つまり、上述のようにして圧力脈動が検出されると、計測周期をたとえば３０ｓｅｃに切り換える。このような計測周期の切換は脈動判断部２０ｅが計測タイミング生成部２０ａに指示する。
【００２８】
ところで、圧力脈動が生じている間には３０ｓｅｃに１回の流量計測を行うから２ｓｅｃに１回の流量計測を行う場合に比較すると流量変化への追随性が低下すると考えられる。したがって、圧力脈動が生じていなければ、２ｓｅｃごとの通常の流量計測に復帰させることが要求される。一方、圧力脈動が生じている間には３０ｓｅｃに１回の流量計測を行っているから、圧力脈動が生じていない通常時において圧力脈動を検出した技術を適用することはできない。
【００２９】
そこで、脈動判断部２０ｅにおいて圧力脈動が検出された後の計測周期（たとえば、３０ｓｅｃ）で積算流量演算部２０ｃにおいて求めた積算流量を用い、３０ｓｅｃでの積算流量の差分を第４の閾値と比較するとともに、積算流量を上述した第１の閾値と等しく設定した第５の閾値と比較することによって圧力脈動の有無を判断する。具体的には、積算流量の差分に対して設定する第４の閾値として後で求めた積算流量の３％または一定値である５０Ｌ／ｈのうちの大きい方を設定しておき、積算流量の差分が第４の閾値より大きいときには、圧力脈動を生じていた下流側のガス使用機器の使用が終了し圧力脈動が停止したものとみなして通常の動作に復帰させる。また、積算流量が第５の閾値よりも小さい場合にも、圧力脈動を生じていた下流側のガス使用機器の使用が終了したものとみなして通常の動作に復帰させる。第４の閾値として設定した３％および５０Ｌ／ｈの値は、一般に普及している容量のガスメータの最大使用流量に基づいて設定した値であって、ガスメータの最大使用流量に応じて適宜に設定することができる。
【００３０】
なお、本実施形態の動作では、圧力脈動を生じるガス使用機器が下流側に接続されているときに、ガス使用機器の使用開始時には圧力脈動が生じていない通常の状態で流量計測を行うから、実際の流量は図４（ａ）に破線で示すように変化するのに対して、積算流量演算部２０ｃで求められる積算流量は実線のように変化し、結果的に積算流量は実際の流量よりもやや少ない値になる可能性がある。逆に、ガス使用機器の使用終了時には圧力脈動が生じている状態での流量計測が３０ｓｅｃの間は継続しているから、実際の流量は図４（ｂ）に破線で示すように変化するのに対して、積算流量演算部２０ｃで求められる積算流量は実線のように変化し、積算流量は実際の流量よりに比較して多くなる傾向がある。
【００３１】
ガス使用機器の使用終了時に生じる誤差分は平均すれば、ガス使用機器の使用が終了した３０ｓｅｃの期間における開始時点の流量ｑａから終了時点の流量ｑｂを減算した値の２分の１にほぼ等しくなる。つまり、圧力脈動の停止を検出した時の瞬時流量ｑｂを１回前の瞬時流量から減算した値の２分の１になる。そこで、圧力脈動に対応する流量計測の終了時点において、３０ｓｅｃ×（ｑａ−ｑｂ）／２を誤差分としてバッファ２０ｄの値から減算するのが望ましい。つまり、この期間では積算流量演算部２０ｃからバッファ２０ｄに格納される積算流量は３０ｓｅｃ×ｑａになるから、バッファ２０ｄの値から３０ｓｅｃ×（ｑａ−ｑｂ）／２を減算するのである。また、ガス使用機器の使用開始と使用終了とで流量の時間変化の傾きが等しいものとすれば、ガス使用機器の使用開始時に生じる誤差分はガス使用機器の使用終了時の誤差分と一致すると考えられ、ガス使用機器の使用開始時に生じる誤差は実際の流量よりも少なくなる方向に生じ、逆にガス使用機器の使用終了時に生じる誤差は実際の流量よりも多くなる方向に生じる。したがって、ガス使用機器の使用が終了した後に次にガス使用機器の使用を開始する際に生じる誤差は自動的にほぼ相殺されることになる。
【００３２】
上述した実施形態では、脈動判断部２０ｅにおける圧力脈動の検出時に取込周期を非検出時よりも長くするように瞬時流量演算部２０ｂが動作する例を示したが、瞬時流量から圧力脈動の影響を除去するには１回の流量計測の時間を長くすればよいから、流量の取込開始から次の取込開始までの時間間隔である取込周期ではなく、流量の取込終了から次の取込開始までの時間間隔を変更するようにしてもよい。また、流量計測部４に超音波流量計を採用する場合に、シングアラウンド法ではなく、各送受波器１２ａ，１２ｂから１回ずつ超音波を交互に送波する状態を複数回（たとえば、１００回）繰り返す動作を採用することも可能である。なお、流量計測部４として超音波流量計を用いているが、瞬間的に流量を検出することができるものであれば、流量計測部４としては超音波流量計に制限されるものではない。
【００３３】
また、上述した実施形態のように各送受波器１２ａ，１２ｂから超音波を複数回ずつ連続して送波する期間を交互に１回ずつ繰り返す場合において、脈動判断部２０ｅによる圧力脈動の検出時に、瞬時流量演算手段２０ｂでは超音波を毎回送波する時間間隔を非検出時よりも長くするようにしても１回の流量計測の時間を非検出時よりも長くすることができる。
【００３４】
さらに、流量計測部４として超音波流量計を用いる場合には、送受波器１２ａを送波側として超音波を複数回（たとえば４回）送波する期間と、送受波器１２ｂを送波側として超音波を同回数送波する期間とを交互に複数回（たとえば２５回）ずつ繰り返すようにし、脈動判断部２０ｅによる圧力脈動の検出時には、瞬時流量演算手段２０ｂにおいて超音波を毎回送波する時間間隔と超音波を複数回（上述した例では４回）送波する期間同士の時間間隔との少なくとも一方を非検出時よりも長くするようにしてもよい。このような構成を採用した場合には、各一方の送受波器１２ａ，１２ｂから超音波を複数回ずつ連続して送波しているからシングアラウンド法と同様の効果が期待できる。
【００３５】
上述した実施形態ではガス流路においてガスの流量を計測する例を示したが、ガス以外の他の流体に対しても本発明の技術思想は適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、通過する流体の流量を計測する流量計測部と、流量計測部から規定の複数回の取込回数だけ流量を取り込むことにより得られた複数の流量から演算される値を１回の流量計測の瞬時流量とする瞬時流量演算部と、瞬時流量演算部による流量計測を規定の計測周期で間欠的に繰り返すように指示する計測タイミング生成部と、瞬時流量演算部で求めた瞬時流量に計測周期から演算される流量を計測周期における積算流量とする積算流量演算部と、流体の圧力脈動の有無を前記瞬間流量に基づいて監視し、圧力脈動の検出時には、流量計測部から流量を取り込む際の時間間隔を非検出時よりも延長することによって圧力脈動が瞬時流量に影響しない程度に非検出時よりも１回の流量計測の時間を長くするように瞬時流量演算部に指示するとともに、非検出時よりも計測周期を長くするように計測タイミング生成部に指示する脈動判断部とを備えるものであり、脈動判断部によって流路における圧力脈動の有無を監視し、圧力脈動の検出時には圧力脈動が瞬時流量に影響しない程度に非検出時よりも１回の流量計測の時間を長くするように瞬時流量演算部に指示するから、圧力の変動によって積算流量に生じる誤差を抑制することができるのはもちろんのこと、脈動判断部では非検出時よりも計測周期を長くするように計測タイミング生成部に指示するから、流体の圧力に脈動が生じている環境下であっても圧力に脈動が生じていない場合に比較して消費電力の増加を抑制することができるという効果が得られる。この効果は、ガスメータのように電池を電源とする場合にとくに有効であって、圧力に脈動が生じるようなガス使用機器が存在する場合でも積算流量の誤差を抑制しつつも電池の消耗を抑制して電池の寿命を保つことができる。しかも、脈動判断部は流量計測部の出力に基づいて圧力脈動の有無を監視するから、圧力脈動の有無を監視するために圧力センサのような別途の手段を設ける必要がないという効果がある。
【００３７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記流量計測部が流路の上流側と下流側との間で超音波を間欠的に送受波することにより流体の流速を検出する超音波流量計であって、下流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間と上流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間とを交互に複数回ずつ繰り返し、前記脈動判断部による圧力脈動の検出時には、前記瞬時流量演算手段において超音波を毎回送波する時間間隔と超音波を複数回送波する期間同士の時間間隔との少なくとも一方を非検出時よりも長くするものであり、請求項１の効果に加えて、超音波を複数回送波して流量を計測することにより、シングアラウンド法と同様に流量の測定精度を高めることができるという効果がある。
【００３８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記流量計測部が流路の上流側と下流側との間で超音波を間欠的に送受波することにより流体の流速を検出する超音波流量計であって、下流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間と上流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間とを交互に１回ずつ繰り返し、前記脈動判断部による圧力脈動の検出時には、前記瞬時流量演算手段において超音波を毎回送波する時間間隔を非検出時よりも長くするものであり、請求項１の効果に加えて、超音波を複数回送波して流量を計測するシングアラウンド法を採用しているから流量の測定精度を高めることができるという効果がある。
【００３９】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記脈動判断部は、時系列に並ぶ複数個の瞬時流量の平均値が第１の閾値以上であり、前記平均値を求めた複数個の瞬時流量の最大値と最小値との差である流量変動幅が規定した第２の閾値以上であり、かつ前記平均値を求めた複数個の瞬時流量のうち時系列において隣接する各一対の瞬時流量の変化方向が第３の閾値以上の回数で変化したときに圧力脈動有りと判定するものであり、脈動判断部において流量計測部で検出される流量の変化パターンによって圧力脈動の有無を判断しており、上述した条件によって圧力脈動があることを容易かつ精度よく検出することが可能になる。
【００４０】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記脈動判断部は、前記瞬時流量に第４の閾値以上の流量変化が生じるか、または瞬時流量が第５の閾値以下になると圧力脈動の停止と判定するものであり、脈動判断部において流量計測部で検出される流量の変化パターンによって圧力脈動の有無を判断しており、上述した条件によって圧力脈動が停止したことを容易かつ精度よく検出することが可能になる。
【００４１】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記積算流量を積算するバッファを備え、前記脈動判断部が圧力脈動の停止と判定したときに、前記積算流量演算部では圧力脈動の停止と判定したときの瞬時流量を前回の瞬時流量から減算した値の２分の１をバッファの値から減算するものであり、圧力に脈動が生じている期間には計測周期を長くしているから圧力脈動の停止時点において積算流量に比較的大きい誤差を生じる可能性があるが、上述した補正を行うことによって、誤差分をほぼ除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す要部ブロック図である。
【図２】同上を用いたガスメータを示すブロック図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
４流量計測部
２０ａ計測タイミング生成部
２０ｂ瞬時流量演算部
２０ｃ積算流量演算部
２０ｄバッファ
２０ｅ脈動判断部

Claims

通過する流体の流量を計測する流量計測部と、流量計測部から規定の複数回の取込回数だけ流量を取り込むことにより得られた複数の流量から演算される値を１回の流量計測の瞬時流量とする瞬時流量演算部と、瞬時流量演算部による流量計測を規定の計測周期で間欠的に繰り返すように指示する計測タイミング生成部と、瞬時流量演算部で求めた瞬時流量に計測周期から演算される流量を計測周期における積算流量とする積算流量演算部と、流体の圧力脈動の有無を前記瞬間流量に基づいて監視し、圧力脈動の検出時には、流量計測部から流量を取り込む際の時間間隔を非検出時よりも延長することによって圧力脈動が瞬時流量に影響しない程度に非検出時よりも１回の流量計測の時間を長くするように瞬時流量演算部に指示するとともに、非検出時よりも計測周期を長くするように計測タイミング生成部に指示する脈動判断部とを備えることを特徴とする流量計。
前記流量計測部が流路の上流側と下流側との間で超音波を間欠的に送受波することにより流体の流速を検出する超音波流量計であって、下流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間と上流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間とを交互に複数回ずつ繰り返し、前記脈動判断部による圧力脈動の検出時には、前記瞬時流量演算手段において超音波を毎回送波する時間間隔と超音波を複数回送波する期間同士の時間間隔との少なくとも一方を非検出時よりも長くすることを特徴とする請求項１記載の流量計。
前記流量計測部が流路の上流側と下流側との間で超音波を間欠的に送受波することにより流体の流速を検出する超音波流量計であって、下流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間と上流側に向かって超音波を規定の複数回送波する期間とを交互に１回ずつ繰り返し、前記脈動判断部による圧力脈動の検出時には、前記瞬時流量演算手段において超音波を毎回送波する時間間隔を非検出時よりも長くすることを特徴とする請求項１記載の流量計。
前記脈動判断部は、時系列に並ぶ複数個の瞬時流量の平均値が第１の閾値以上であり、前記平均値を求めた複数個の瞬時流量の最大値と最小値との差である流量変動幅が規定した第２の閾値以上であり、かつ前記平均値を求めた複数個の瞬時流量のうち時系列において隣接する各一対の瞬時流量の変化方向が第３の閾値以上の回数で変化したときに圧力脈動有りと判定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の流量計。
前記脈動判断部は、前記瞬時流量に第４の閾値以上の流量変化が生じるか、または瞬時流量が第５の閾値以下になると圧力脈動の停止と判定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の流量計。
前記積算流量を積算するバッファを備え、前記脈動判断部が圧力脈動の停止と判定したときに、前記積算流量演算部では圧力脈動の停止と判定したときの瞬時流量を前回の瞬時流量から減算した値の２分の１をバッファの値から減算することを特徴とする請求項５記載の流量計。