JP4542680B2 - 流量計測方法及び装置並びに電子式ガスメータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスや液体などの流体の流速を測定することで流体流量を計測する流量計測方法及び装置並びに計測したガスからなる流体の流量を積算してガス使用量を計量する電子式ガスメータに係り、特に、電池を電源とした流量計測方法、駆動式のものに有効に適用し得る流量計測方法及び装置並びに電子式ガスメータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスメータは、内部の流路を流れるガスの流量をガスの使用量として計測する流量計測装置を有しており、この種の流量計測装置は、ガスメータに内蔵された電池により駆動されるセンサによりガス流路内のガスの流速を測定し、この測定したガスの流速に流路の断面積などを乗じる演算を行うことで、ガスの流量を計測する方法を採用している。
【０００３】
ところで、上述したガス流路内のガスの流速測定に用いられるセンサの一つであるフローセンサは、ガスの通過するガス流路内に配置されるシリコン基板上に熱検知素子としての一対のサーモパイルとヒータとを形成して構成されており、一対のサーモパイルは、ガスの流れ方向におけるヒータの上流側と下流側とに、ヒータから同じ間隔をおいて配置されている。
【０００４】
そして、このフローセンサでは、電池電源の延命のために所定の時間毎に間欠的に電力を供給してヒータに通電して熱を放出させると、その熱がガス流路内のガスにより各サーモパイルに伝達されて、各サーモパイルの熱起電力がそれぞれ変化する。このため、ガスの流れの上流側に位置するサーモパイルへの熱伝達速度と下流側に位置するサーモパイルへの熱伝達速度とが、ガス流路内を流れるガスの流速に応じた分だけ異なるようになり、各サーモパイルの熱起電力の変化量は、ガス流路内のガスの流速に応じて相違することになる。
【０００５】
そこで、フローセンサはこの原理を利用して、各サーモパイルに通電して得られるそれら各サーモパイルが検知した熱量に応じたレベルの起電力の電圧からなるアナログ電気信号を、ガス流路内のガスの流速を表す信号として出力するように構成されている。
【０００６】
フローセンサが出力するアナログ電気信号はＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換されて、予め定めたプログラムに従って動作するマイクロコンピュータに取り込まれる。マイクロコンピュータは、取り込んだデジタル信号に基づきガスの流速を計測し、この計測した流速に基づきガスの流量を演算する。このガス流量を演算するに当たっては、周囲温度によるアナログ電気信号のレベルの変動を補正するためなどの各種の補正処理も一緒に行われる。そして、演算によって求めたガス流量は、ガスメータの場合には、積算流量を求めるため積算される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、電池を電源として作動するフローセンサを用いた流量計測方法及び装置においては、電池電源の消費電力をできるだけ低減するために一定時間、例えば６秒間隔で間欠的に短時間づつフローセンサを作動するようにしている。このように間欠的に駆動した場合には、６秒間隔の初期の時点でガス流量があっても次に間欠的な作動が行われるまで流量有無を検出することができないだけでなく、その計測も行うことができなくなる。その結果、ガスの流れに即応したガス流量検出及びガス流量計測を行うことに問題があり、計測したガス流量を積算表示する電子式ガスメータに適用した場合には積算値に誤差が入る余地があり、精度上問題がある。したがって、できれば間欠時間をもっと短くすることが望まれるが、電池寿命の延命の点で限界がある。
【０００８】
ところで、従来の方法及び装置では、ガス流量が０すなわちガスが使われておらず計測すべきガス流がなくても流量演算が行われ、意味のない無駄な流量演算が行われている現状がある。因みに、流量演算まで行った場合には処理時間が２００ｍ秒程度かかるのに対し、フローセンサが出力するアナログ電気信号をデジタル信号に変換するまでの処理は２０〜３０ｍ秒程度であり、流量演算まで行ったときにはそうでないときに比べて１０倍弱の処理時間がかかり、計測すべきガス流がなくても、長時間を要する意味のない無駄なガス流量演算が行わていることになる。
【０００９】
本発明は、上述した問題点及び現状に鑑みてなされたもので、より消費電力の削減を可能にした流量計測方法及び装置並びに電子式ガスメータを提供することにある。
【００１０】
本発明はまた、消費電力を増大することなく、流体の流れに即応した流量検出及び流量計測を可能にした流量計測方法及び装置、並びに、より精度の良い電子式ガスメータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためなされた請求項１記載の本発明は、流体流路に設けたフローセンサを所定の時間毎に間欠的に電力供給して駆動し、前記フローセンサに流体の流速に応じたアナログ電気信号を出力させ、前記フローセンサが出力する前記アナログ電気信号をデジタル化してデジタル信号に変換し、該デジタル変換して得たデジタル信号に基づき流速を計測し、該計測した流速に基づき前記流体の流量を演算する流量演算動作を行う流量計測方法において、前記デジタル信号が予め定めた所定値以上となったときに流量有りを、所定値未満となったとき流量無しをそれぞれ検出し、流量無しを検出したとき、前記間欠的な電力供給毎に流量演算動作を行う正規計測モードから、前記流量演算動作を停止させて前記流量演算動作を省略し、前記間欠的な電力供給毎に前記デジタル信号の取り込みのみを行うラフ計測モードに切り替え、前記ラフ計測モードにおいて取り込んだ前記デジタル信号により流量有りを検出して前記正規計測モードに戻すまで前記ラフ計測モードを行わせ、前記正規計測モードから前記ラフ計測モードに切り替わったとき前記電力供給の周期を切り替え前よりも短くなるように変更することを特徴とする流量計測方法に存する。
【００１２】
請求項１記載の流量計測方法においては、フローセンサが出力するアナログ電気信号をデジタル変換して得たデジタル信号予め定めた所定値以上となったときに流量有りを、所定値未満となったとき流量無しをそれぞれ検出して、流量無しを検出したとき、間欠的な電力供給毎に流量演算動作を行う正規計測モードから、流量演算動作を停止させて流量演算動作を省略し、間欠的な電力供給毎にデジタル信号の取り込みのみを行うラフ計測モードに切り替え、ラフ計測モードにおいて取り込んだデジタル信号により流量有りを検出して正規計測モードに戻すまでラフ計測モードを行わせ、正規計測モードからラフ計測モードに切り替わったとき電力供給の周期を切り替え前よりも短くしている。したがって、流量演算のために設けられたフローセンサが出力するアナログ電気信号をデジタル変換して得たデジタル信号に基づいて流体流路内に流体の流れが無いと検出したときには、時間がかかり電力消費の大きな流量演算動作が省略されるようになり、しかも、流量無しの状態において、フローセンサが生じるアナログ電気信号をデジタル信号に変換する周期が短くでき、流体に流れが生じたことをより早く検出することができる。
【００１５】
加えて、請求項２記載の本発明は、前記流量無し状態が継続しているとき、複数回の前記電力供給に１回の割合で前記正規計測モードを行わせることを特徴とする請求項２記載の流量計測方法に存する。
【００１６】
請求項２記載の流量計測方法においては、上述した請求項１記載の流量計測方法の作用に加え、流量無し状態が継続しているとき、複数回の電力供給に１回の割合で正規計測モードを行わせるので、流量演算動作の省略が間引きによって行われ、流量無しが検出されているときでも、所定値未満の流量を知ることができる。
【００１７】
しかも、請求項３記載の本発明は、流量無しを検出したとき、流体流量を０とすることを特徴とする請求項１又は２記載の流量計測方法に存する。
【００１８】
請求項３記載の流量計測方法においては、上述した請求項１又は２記載のガス流量計測方法の作用に加え、流量無しを検出したとき、流体流量を０とするようになっているので、流体流量を０とする必要な流体流量情報も得られる。
【００１９】
そのうえ、請求項４記載の本発明は、計測した流速に基づき流量を演算するに当たって、流体温度に基づいて前記流速を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流量計測方法に存する。
【００２０】
請求項４記載の流量計測方法においては、上述した請求項１〜３のいずれかに記載の流量計測方法の作用に加え、計測した流速に基づき流体流量を演算するに当たって、流体温度に基づいて流速を補正するようになっているので、流量演算がより正確に行われ、より時間のかかるものとなっているが、その省略により、より大きな電力消費の削減が可能となる。
【００２５】
また、請求項５記載の本発明は、前記フローセンサは、間欠的に電力が供給されるヒータと該ヒータの発する熱を前記流体を介して受け前記流体の流速に応じたアナログ電気信号を生じる熱検知素子とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流量計測方法に存する。
【００２６】
請求項５記載の流量計測方法においては、上述した請求項１〜４のいずれかに記載の流量計測方法の作用に加え、フローセンサが、間欠的に電力供給されるヒータの発する熱を熱検知素子が流体を介して受け流体の流速に応じたアナログ電気信号を生じる比較的消費電力の大きなものであるので、電力消費を削減したり、電力消費を増大することなく間欠的電力供給の頻度を上げ計測精度を上げる上で有効である。
【００２７】
また、請求項６記載の本発明は、前記フローセンサの動作、前記演算動作のための電源を電池より供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の流量計測方法に存する。
【００２８】
請求項６記載の流量計測方法においては、上述した請求項１〜５のいずれかに記載の流量計測方法の作用に加え、フローセンサの動作、演算手動作の電源を電池から供給するものであるので、電池の延命を図る上で有効である。
【００２９】
請求項７記載の本発明は、図１の基本構成図に示す如く、流体流路１７に設けられるとともに所定の時間毎に間欠的に電力供給されて駆動され、流体の流速に応じたアナログ電気信号を出力するフローセンサ３と、間欠的に電力が供給されたとき前記フローセンサが生じるアナログ電気信号をデジタル化してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段９と、該Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル変換して得たデジタル信号に基づき流速を計測し、該計測した流速に基づき前記流体の流量を演算する演算手段１１ａ−１とを備える流量計測装置において、前記デジタル信号が予め定めた所定値以上となったときに前記流体流路内の流体の流量有りを、所定値未満となったとき流量無しをそれぞれ検出する流量有無検出手段１１ａ−２と、該流量有無検出手段が流量無しを検出したとき、前記間欠的な電力供給毎に前記演算手段による流量演算動作を行わせる正規計測モードから、前記演算手段の動作を停止させて前記流量演算動作を省略し、前記間欠的な電力供給毎に前記デジタル信号の取り込みのみを行うラフ計測モードに切り替え、前記ラフ計測モードにおいて取り込んだ前記デジタル信号により前記流量有無検出手段が流量有りを検出して前記正規計測モードに戻すまで前記ラフ計測モードを行わせ、前記正規計測モードから前記ラフ計測モードに切り替わったとき前記電力供給の周期を切り替え前よりも短くする制御を行う制御手段１１ａ−３とを備えることを特徴とする流量計測装置に存する。
【００３０】
請求項７記載の流量計測装置においては、流量有無検出手段１１ａ−２はデジタル信号が予め定めた所定値以上となったときに流体流路１７内の流体の流量有りを、所定値未満となったとき流量無しをそれぞれ検出する。そして、流量有無検出手段が流量無しを検出したとき、制御手段１１ａ−３が間欠的な電力供給毎に演算手段１１ａ−１による流量演算動作を行う正規計測モードから、演算手段の動作を停止させ流量演算動作を省略し、間欠的な電力供給毎にデジタル信号の取り込みのみを行うラフ計測モードに切り替える制御を行う。また、ラフ計測モードにおいて取り込んだデジタル信号により流量有無検出手段が流量有りを検出したとき、制御手段が正規計測モードに戻す制御を行うようになっている。したがって、流体流路内に流体の流れが無いときには、時間がかかり電力消費の大きな流量演算動作が省略されるようになる。
【００３３】
加えて、請求項８記載の本発明は、前記流量無し状態が継続しているとき、複数回の前記電力供給に１回の割合で前記正規計測モードを行わせることを特徴とする請求項７記載の流量計測装置に存する。
【００３４】
請求項８記載の流量計測装置においては、上述した請求項７記載の流量計測装置の作用に加え、制御手段は、流量無し状態が継続しているとき、複数回の電力供給に１回の割合で正規計測モードを行わせるので、流量演算動作の省略が間引きによって行われ、流量無しが検出されているときでも、所定値未満の流量を知ることができる。
【００３５】
しかも、請求項９記載の本発明は、前記流量有無検出手段が流量無しを検出したとき、流体流量を０とすることを特徴とする請求項７又は８記載の流量計測装置に存する。
【００３６】
請求項９記載の流量計測装置においては、上述した請求項７又は８記載のガス流量計測装置の作用に加え、流量有無検出手段が流量無しを検出したとき、流体流量を０とするようになっているので、流体流量を０とする必要な流体流量情報も得られる。
【００３７】
そのうえ、請求項１０記載の本発明は、前記演算手段は、計測した流速に基づき流体流量を演算するに当たって、温度検知素子３８によって検知した流体温度に基づいて前記流速を補正する温度補正手段１１ａ−１１を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の流量計測装置に存する。
【００３８】
請求項１０記載の流量計測装置においては、上述した請求項７〜９のいずれかに記載の流量計測装置の作用に加え、演算手段の温度補正手段１１ａ−１１は、計測した流速に基づき流体流量を演算するに当たって、温度検知素子３８によって検知した流体温度に基づいて流速を補正するようになっているので、流量演算がより正確に行われ、より時間のかかるものとなっているが、その省略により、より大きな電力消費の削減が可能となる。
【００４３】
また、請求項１１記載の本発明は、前記フローセンサは、間欠的に電力が供給されるヒータ３４と該ヒータの発する熱を前記流体を介して受け前記流体の流速に応じたアナログ電気信号を生じる熱検知素子３２，３３とを有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の流量計測装置に存する。
【００４４】
請求項１１記載の流量計測装置においては、上述した請求項７〜１０のいずれかに記載の流量計測装置の作用に加え、フローセンサ３が、間欠的に電力供給されるヒータ３４の発する熱を熱検知素子３２，３３が流体を介して受け流体の流速に応じたアナログ電気信号を生じる比較的消費電力の大きなものであるので、装置全体の電力消費を削減したり、電力消費を増大することなく間欠的電力供給の頻度を上げ計測精度を上げる上で有効である。
【００４５】
さらに、請求項１２記載の本発明は、前記フローセンサ、前記Ａ／Ｄ変換手段及び前記演算手段の動作電源を供給する電池５を備えることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の流量計測装置に存する。
【００４６】
請求項１２記載の流量計測装置においては、上述した請求項７〜１１のいずれかに記載の流量計測装置の作用に加え、フローセンサ、Ａ／Ｄ変換手段及び演算手段の動作電源を電池から供給するものであるので、電池の延命を図る上で有効である。
【００４７】
またさらに、請求項１３記載の本発明は、ガスからなる流体の流量を測定することで流体流量を計測する請求項７〜１２のいずれかに記載の流量計測装置１と、前記演算手段により演算して求めたガス流量を積算し表示する積算表示部１３とを備えることを特徴とする電子式ガスメータに存する。
【００４８】
請求項１３記載の電子式ガスメータにおいては、上述した請求項７〜１２のいずれかに記載の流量計測装置の作用により、演算手段により演算して求めたガス流量を積算表示部に積算し表示する電子式ガスメータの電力消費の削減及び計量精度の向上を図る上で有効である。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による流量計測方法を実施した装置を有する電子式ガスメータの実施形態を、図面を参照して説明する。
【００５０】
図２は本発明の一実施形態に係る流量計測装置を有する電子式ガスメータの概略構成を示すブロック図であり、図２中流量計測装置１は、マイクロフローセンサ３、電源５、スイッチングトランジスタ７、Ａ／Ｄ変換器９及びマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略記する。）１１を備え、これに積算表示部１３を加えて電子式ガスメータを構成している。
【００５１】
マイクロフローセンサ３は、図３に説明図で示すように、図示しないガス供給源から供給されるガスが通過する流体流路としてのガス流路１７内に配設されており、図４に平面図で示すように、Ｓｉによる基台３１と、この基台３１に異方性エッチングにより形成されたダイヤフラム３１ａと、このダイヤフラム３１ａ上に形成された測温用の上流側、下流側の各サーモパイル３２，３３及び加熱用のマイクロヒータ３４（ヒータに相当）とを備えている。
【００５２】
上流側及び下流側の各サーモパイル３２，３３は、ｐ⁺⁺−Ｓi及びＡｌにより構成されており、図４中矢印Ｘで示すガス流路１７内を流れるガスの流れ方向において、マイクロヒータ３４を挟んで上流側と下流側の基台３１箇所に、マイクロヒータ３４から等間隔でそれぞれ配置されており、各サーモパイル３２，３３の温接点３２ａ，３３ａはダイヤフラム３１ａ上に、冷接点３２ｂ，３３ｂはダイヤフラム３１ａ以外の基台３１部分に、それぞれ配置されている。
【００５３】
このように構成されたマイクロフローセンサ３では、マイクロヒータ３４が通電により発した熱が、ガス流路１７内のガスを媒体として上流側及び下流側の各サーモパイル３２，３３の付近に伝わると、それら各サーモパイル３２，３３には、マイクロヒータ３４から伝わった熱に応じた温度となる温接点３２ａ，３３ａと、基台３１とほぼ同じ温度となる冷接点３２ｂ，３３ｂとの温度差に応じた電圧の起電力が生じる。
【００５４】
そして、マイクロフローセンサ３は、図２に示すように、上流側及び下流側の各サーモパイル３２，３３に生じた起電力をアンプ３５，３６によりそれぞれ増幅し、その差分を差動アンプ３７で取って、この差動アンプ３７の出力を、ガス流路１７内を流れるガスの流速に対応する熱起電力信号として出力端子３９から出力するように構成されている。
【００５５】
電源５は、流量計測装置１に内蔵された電池からなり、この電源５からの電力は、図示しない定電圧回路により所定の定電圧とされた後に、一定周期で間欠的にマイクロヒータ３４に一定時間の間供給される。
【００５６】
スイッチングトランジスタ７は、コレクタを電源５に接続しエミッタをマイクロヒータ３４に接続したｎｐｎトランジスタにより構成されており、マイコン１１からのヒータ駆動信号によりベースにバイアスがかけられることで、コレクターエミッタ間が導通して電源５からの定電圧化された電力をマイクロヒータ３４に間欠的に一定時間の間供給させる。
【００５７】
Ａ／Ｄ変換器９は、ガス流路１７内を流れるガスの流速に対応してマイクロフローセンサ３の出力端子３９から出力されるアナログの熱起電力信号を、所定のサンプリング周期毎にデジタル変換し、デジタル化した熱起電力信号を出力するものである。
【００５８】
マイコン１１は、ＣＰＵ１１ａ、ＲＡＭ１１ｂ、及び、ＲＯＭ１１ｃを有しており、このうち、ＣＰＵ１１ａには、ＲＡＭ１１ｂ及びＲＯＭ１１ｃの他、スイッチングトランジスタ７のベースとＡ／Ｄ変換器９とが接続されている。
【００５９】
ＲＡＭ１１ｂは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有しており、前記ＲＯＭ１１ｃには、ＣＰＵ１１ａに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。
【００６０】
そして、マイコン１１は、ＲＯＭ１１ｃに格納された制御プログラムに従いＣＰＵ１１ａが行うガスの流量測定処理によって、Ａ／Ｄ変換器９から出力されるデジタル信号を取り込み、取り込んだデジタル信号に基づき流速を計測し、該計測した流速に基づきガス流路１７内を流れるガスの瞬時流量を演算する。
【００６１】
マイコン１１はまた、取り込んだ熱起電力のデジタル信号の大きさを所定値と比較することにより、ガス流路１７内のガスの流れの有無を検出する。マイコン１１はこの比較によって流量有りを検出したとき、マイクロヒータ３４に対する間欠的な電力供給毎に流量演算動作を行い、流量無しを検出したとき、流量演算処理を行うことなく、ガス流量を０として、流量演算動作を省略する。この流量演算動作の省略は、流量演算動作を複数回の電力供給に１回の割合で行うように連続して複数回間引くことで行う。なお、間欠的な電力供給毎に流量演算動作を行う動作状態を正規計測モードと呼び、流量演算動作を複数回の電力供給に１回の割合で行う動作状態をラフ計測モードと呼ぶ。
【００６２】
マイコン１１はさらに、上述した流量演算処理を行う際に、フローセンサ３にサーモパイル３２，３３、マイクロヒータ３４などとともに組み込んだ温度検知素子３８からのアナログの温度信号をＡ／Ｄ変換器１５によってデジタル変換して取り込む。この取り込んた温度のデジタル信号は、瞬時流量を求める際に、流量計測すべきガスであるガス自体の温度によるフローセンサ３の出力変動を補正するため利用される。
【００６３】
また、マイコン１１は、上述のようにして求めた流速に、ガス流路１７の断面積及びその構造に依存する所定の係数等を乗じて、ガス流路１７内を流れるガスの瞬時流量を求め、さらに、この瞬時流量に、ヒータ駆動信号を間欠的に出力する一定周期の時間を乗じることで、ヒータ駆動信号が１回出力されてから次にヒータ駆動信号が出力されるまでの周期時間の間にガス流路１７内を流れるガスの通過流量を求め、これを積算することで、これまでにガス流路１７内を流れたガスの積算流量を求める。
【００６４】
以上概略説明した流量計測方法を実施する装置並びに電子式ガスメータの動作詳細を、ＣＰＵ１１ａがＲＯＭ１１ｃに格納された制御プログラムに従って行う処理を示す図５のフローチャートを参照して以下説明する。
【００６５】
マイコン１１は電源５の電池からマイクロフローセンサ３のマイクロヒータ３４とは別系統で接続された電源５の電池から電源供給されることで起動し、プログラムがスタートする。ＣＰＵ１１ａは、まず、ヒータ駆動信号によりマイクロヒータ３４を駆動する周期時間Ｔ１が経過するのを待ち（ステップＳ１）、時間Ｔ１が経過しているときには（ステップＳ１でＹ）、次に、例えば周期時間Ｔ１の整数倍の時間である周期時間Ｔ２が経過しているかどうかを確認する（ステップＳ２）。なお、周期時間Ｔ１及びＴ２は時間Ｔ１及びＴ２をそれぞれ計時することによって再スタートされるタイマーによって計時される。周期時間Ｔ１は経過しているが（ステップＳ１でＹ）、周期時間Ｔ２がまだ経過していないときには（ステップＳ２のＮ）、上述したラフ計測モード動作を実行し（ステップＳ３）、周期時間Ｔ２も経過しているときには（ステップＳ２でＹ）、上述した正規計測モードを実行する（ステップＳ４）。
【００６６】
上述したラフ計測モード動作及び正規計測モード動作のいずれにおいても、ＣＰＵ１１ａはヒータ駆動信号を出力してマイクロヒータ３４に一定時間の間供給させて、ガス流路１７内を流れるガスの流速に対応したアナログの熱起電力信号をマイクロフローセンサ３の出力端子から出力させ、これをＡ／Ｄ変換器９によってデジタル信号に変換して取り込む。そして、正規計測モード動作ではさらに、温度検知素子３８の出力する温度信号をＡ／Ｄ変換器１５によって変換して取り込み、この取り込んだ温度のデジタル信号を熱起電力信号のデジタル信号とともに利用して流量演算を行う。
【００６７】
続いて、上述したラフ計測モード動作又は正規計測モード動作においてデジタル変換して取り込んだ熱起電力信号のデジタル信号の値が所定の閾値Ｔｈ１を超えているかどうかを判定して流量の有無を検出する（ステップＳ５）。ステップＳ５の判定により、流量無しを検出したときには（ステップＳ５でＮ）、上記ステップＳ１にリターンし、流量有りを検出したときには（ステップＳ５でＹ）、ヒータ駆動信号によりマイクロヒータ３４を駆動する周期時間Ｔ１が経過するのを待ち（ステップＳ６）、時間Ｔ１が経過しているときには（ステップＳ６でＹ）、次に上述した正規計測モード動作を実行する（ステップＳ７）。
【００６８】
次に、この正規計測モード動作において取り込んだ熱起電力信号のデジタル信号の値が所定の閾値Ｔｈ１を超えているかどうかを判定して流量の有無を検出する（ステップＳ８）。ステップＳ８の判定により流量無しを検出したときには（ステップＳ８でＮ）、上記ステップＳ１にリターンし、流量有りを検出したときには（ステップＳ８でＹ）、上記ステップＳ６にリターンして、流量無しを検出するまで（ステップＳ８でＮ）、周期時間Ｔ１毎に正規計測モードを繰り返し実行する（ステップＳ６〜ステップＳ８）。
【００６９】
なお、上述したラフ計測モード動作及び正規計測モード動作では、ＣＰＵ１１ａは、具体的には例えば図６及び図７のフローチャートに示されるような処理動作を行う。
【００７０】
ラフ計測モード動作及び正規計測モード動作のいずれでも、ヒータ駆動信号を出力してマイクロヒータ３４に一定時間の間供給させ（ステップＳ３１、ステップＳ４１）、ガス流路１７内を流れるガスの流速に対応したアナログの熱起電力信号をマイクロフローセンサ３の出力端子から出力させ、これをＡ／Ｄ変換器９によってデジタル信号に変換して取り込む（ステップＳ３２、ステップＳ４２）。そして、ラフ計測モード動作では、図５の元のフローチャートにリターンする。一方、正規計測モード動作ではさらに、温度検知素子３８の出力する温度信号をＡ／Ｄ変換器１５によって変換して取り込み（ステップＳ４３）、この取り込んだ温度のデジタル信号を熱起電力信号のデジタル信号とともに利用して流量演算を行う（ステップＳ４４）。
【００７１】
そして、この流量演算においては、瞬時流量が求められ、この瞬時流量の値にヒータ駆動信号を間欠的に出力する周期時間を乗じることで、周期時間の間にガス流路１７内を流れるガスの通過流量を求め、これを積算する（ステップＳ４５）ことで、これまでにガス流路１７内を流れたガスの積算流量を求めてから、図５の元のフローチャートにリターンする。
【００７２】
次に、上述のように構成された本実施形態の流量計測装置の動作について説明する。
【００７３】
まず、流量計測装置の動作においては、周期時間Ｔ１が到来する毎に、マイコン１１からスイッチングトランジスタ７にヒータ駆動信号が出力されてトランジスタ７がオンされ、電源５からの定電圧化された電力がマイクロヒータ３４に供給されてマイクロヒータ３４が加熱される。
【００７４】
このことによって、マイクロヒータ３４から熱が放出され、この放出された熱が、マイクロヒータ３４よりもガスの流れ方向Ｘの上流側に位置する上流側サーモパイル３２には、ガスの熱伝搬速度からガスの流速を減じた速度で、マイクロヒータ３４よりもガスの流れ方向Ｘの下流側に位置する下流側サーモパイル３３には、ガスの熱伝達速度にガスの流速を加えた速度でそれぞれ伝達される。
【００７５】
したがって、ガス流路１７内をガスが流れていなければ、上流側及び下流側の各サーモパイル３２，３３がマイクロヒータ３４から等間隔に位置していることから、マイクロヒータ３４から上流側及び下流側の各サーモパイル３２，３３に同じ温度で熱が伝わり、上流側及び下流側の各サーモパイル３２，３３には同じ電圧の起電力が生じる。
【００７６】
しかし、ガス流路１７内をガスが流れていると、マイクロヒータ３４から放出される熱が、下流側サーモパイル３３への伝達速度よりも低い速度で上流側サーモパイル３２に伝達されて、その速度差分だけ上流側サーモパイル３２には、マイクロヒータ３４からの熱が下流側サーモパイル３３よりも冷却されて伝達されるので、上流側及び下流側の各サーモパイル３２，３３に生じる起電力の電圧は、ガス流路１７内を流れるガスによりマイクロヒータ３４から伝達される熱の温度差に応じて、即ち、ガス流路１７内を流れるガスの流速に応じて異なることになる。
【００７７】
そのため、各サーモパイル３２，３３に生じる起電力の電圧差に応じてマイクロフローセンサ３から出力される熱起電力信号の大きさは、マイクロヒータ３４が放出する熱の温度と、ガス流路１７内を流れるガスの流速とに応じたものとなる。
【００７８】
マイコン１１はまた、周期時間Ｔ１毎にヒータ駆動信号を出力してマイクロヒータ３４を加熱させてから予め定めた所定時間後にマイクロフローセンサ３の熱起電力信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換器１１にデジタル変換させ、Ａ／Ｄ変換器９が出力する熱起電力信号のデジタル信号を取り込むとともに、この取り込んだデジタル信号の値を閾値Ｔｈ１と比較してＴｈ１を超えているかどうかを判定する。この判定によってガス流路１７内のガスに流れがあるかどうかを、すなわち、ガス流量の有無を検出する。
【００７９】
流量無しを検出しているときには、図８（ａ）に示すように、周期時間Ｔ１毎にヒータ駆動信号を出力し、周期時間Ｔ２毎に正規計測モード動作を行い、それ以外のときにはラフ計測モード動作を行う。このことによって、Ｔ２／Ｔ１に１回の割合でしか流量演算まで行う正規計測モード動作が行われず、Ｔ１時間毎にデジタル変換して得たデジタル信号を閾値Ｔｈ１と比較する比較処理しか行われないので、それだけ電力消費が少なくて済む。流量無しを検出して図８（ａ）に示す動作をしている過程で流量有りを検出したときには、図８（ｂ）に示すように正規計測モード動作を行う。この際に、周期をＴ１からこれよりも大きな周期Ｔ３に変更することも可能である。これに対し、流量有りを検出している過程で流量無しを検出したときには、図８（ｃ）に示すように、ラフ計測モード動作に切り替えられる。なお、流量有りを検出しているときには、ヒータ駆動信号を出力する周期時間Ｔ１毎に正規計測モード動作を行うが、この正規計測モード動作の流量演算によって求められた瞬時流量に基づいて通過流量を演算し、この通過流量を積算して積算流量を求める。この積算流量は積算表示部１３にガス使用量として表示されるようになる。
【００８０】
上述した実施形態では、熱起電力信号をデジタル変換して得たデジタル信号が予め定めた所定値である閾値Ｔｈ１以上となったときに流量有りを検出し、所定値Ｔｈ１未満となったとき流量無しを検出するようにしているので、フローセンサの出力するアナログ電気信号に多少のバラツキがあっても確実に流量無しを検出することができる。
【００８１】
また、上述の実施形態では、ラフ計測モードにおいて、流量演算動作を複数回の電力供給に１回の割合で行うように連続して複数回づつ間引くようになっているので、流量無しが検出されているときでも、複数回に１回の割合で正規計測も行われ、所定値未満の流量を知ることができる。
【００８２】
しかも、流量無しを検出したとき、ガス流量を０とするようになっているので、ガス流量を０とする必要なガス流量情報も得られる。
【００８３】
さらに、計測した流速に基づきガス流量を演算するに当たって、温度検知素子３８によって検知したガス温度に基づいて流速を補正するようになっているので、流量演算がより正確に行われ、より時間のかかるものとなっているが、その省略によりより大きな電力消費の削減が可能となる。
【００８４】
またさらに、正規計測モードとラフ計測モードとにおける電力供給周期を変更するようになっているので、電力消費の少ないラフ計測モードでの周期を短くすることが可能になる。
【００８５】
また、ラフ計測モード時における電力供給周期を正規計測モード時よりも短くしているので、流量無しの状態において、フローセンサが生じるアナログ電気信号をデジタル信号に変換する周期が短くでき、ガスに流れが生じたことをより早く検出することができる。
【００８６】
また、フローセンサが、間欠的に電力供給されるヒータの発する熱を熱検知素子であるサーモパイルがガスを介して受けガスの流速に応じたアナログ電気信号を生じる比較的消費電力の大きなものであるが、流量演算動作が省略されることで、装置全体の電力消費を削減することができ、また電力消費を増大することなくその分間欠的電力供給の頻度を上げることで計測精度を上げることができる。
【００８７】
さらに、フローセンサ３、Ａ／Ｄ変換器９及びマイコン１１の動作電源を電池から供給するものであるので、電池の延命を図ることができる。
【００８８】
またさらに、演算して求めたガス流量を電子式ガスメータの積算表示部１３に積算し表示しているので、電子式ガスメータの電力消費の削減及び計量精度の向上を図ることができる。
【００８９】
以上の説明からも明らかなように、上述した実施形態の流量計測装置１では、ＲＯＭ１１ｃに格納されているプログラムに従って動作するＣＰＵ１１ａは、Ａ／Ｄ変換器９によりデジタル変換して得たデジタル信号に基づき流速を計測し、この計測した流速に基づきガスの流量を演算する演算手段１１ａ−１として、デジタル信号によりガス流路１７内のガスの流量の有無を検出する流量有無検出手段１１ａ−２として、流量無しを検出したとき、間欠的な電力供給毎に流量演算動作を行わせる正規計測モードから、流量演算動作を省略するラフ計測モードに切り替え、ラフ計測モードにおいて流量有りを検出したとき、正規計測モードに戻す制御を行う制御手段１１ａ−３としてそれぞれ働いている。
【００９０】
また、以上の説明からも明らかなように、ＣＰＵ１１ａは、計測した流速に基づきガス流量を演算するに当たって、温度検知素子３８によって検知したガス温度に基づいて流速を補正するため演算手段が有する温度補正手段１１ａ−１１としても働いている。
【００９１】
なお、上述した実施形態では、流量無しを検出したとき、間欠的な電力供給毎に流量演算動作を行わせる正規計測モードから切り替えられるラフ計測モード動作における流量演算動作の省略は、流量演算を複数回の電力供給に１回の割合で行うように連続して流量演算動作を複数回づつ間引くことで行われているが、流量演算動作を完全に省略するようにしてもよい。しかし、実施形態のように複数回に一回の割合で実行するようにした場合には、流量無しと判定されている状態であっても、微少な流量値を把握することができるようになり、この微少流量値の把握によって微少漏洩などの監視を行うことが可能になる。
【００９２】
また、上述の実施形態では、流量演算の際に温度補正処理も同時に行うようにしているが、本発明は温度補正処理を行わないものにも有効に適用できる。しかし、温度補正処理を行い、特に流量演算に時間のかかるものには、流量演算動作の省略による効果が大きくなり、有効に適用できる。
【００９３】
また、上述の実施形態では、フローセンサとして、間欠的に電力供給されるヒータの発する熱を熱検知素子がガスを介して受けガスの流速に応じたアナログ電気信号を生じるものが使用されているが、本発明は他の形式のフローセンサを有するものにも有効に適用することができる。しかし、比較的消費電力の大きな実施形態のフローセンサに適用した場合、装置全体の電力消費を削減したり、電力消費を増大することなく間欠的電力供給の頻度を上げ計測精度を上げる上で効果が大きくなり、有効に適用できる。
【００９４】
また、本発明は、電源として電池を使用した電子式ガスメータに使用される流量計測装置に適用して特に有効であるが、電池電源を使用しないものにも適用することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１又は７記載の発明によれば、流量演算のために設けられたフローセンサが出力するアナログ電気信号をデジタル変換して得たデジタル信号に基づいて流体流路内に流体の流れが無いと検出したときには、時間がかかり電力消費の大きな流量演算動作が省略されるようになり、しかも、流量無しの状態において、フローセンサが生じるアナログ電気信号をデジタル信号に変換する周期が短くでき、流体に流れが生じたことをより早く検出することができるので、流体の流れに即応した流量検出及び流量計測と、より消費電力の削減を可能にした流量計測方法及び装置が得られる。
【００９７】
加えて、請求項２又は８記載の発明によれば、請求項１又は請求項７記載の発明の効果に加え、流量演算動作の省略が間引きによって行われ、流量無しが検出されているときでも、所定値未満の流量を知ることができる流量計測方法及び装置が得られる。
【００９８】
しかも、請求項３又は９記載の発明によれば、請求項１又は２或いは請求項７又は８記載の発明の効果に加え、流量演算動作を省略しても、ガス流量を０とする必要なガス流量情報も得られる流量計測方法及び装置が得られる。
【００９９】
そのうえ、請求項４又は１０記載の発明によれば、請求項１〜３或いは請求項７〜９のいずれかに記載の発明の効果に加え、温度補正処理を行って流量演算がより正確に行われ、より時間のかかるものとなっているが、その省略によりより大きな電力消費の削減が可能となる流量計測方法及び装置が得られる。
【０１０２】
加えて、請求項５又は１１記載の発明によれば、請求項１〜４或いは請求項７〜１０のいずれかに記載の発明の効果に加え、比較的消費電力の大きなフローセンサであっても、装置全体の電力消費を削減したり、電力消費を増大することなく間欠的電力供給の頻度を上げ計測精度を上げることのできる流量計測方法及び装置が得られる。
【０１０３】
しかも、請求項６又は１２記載の発明によれば、請求項１〜５或いは請求項７〜１１のいずれかに記載の発明の効果に加え、動作電源である電池の延命を図ることのできる流量計測方法及び装置が得られる。
【０１０４】
そのうえ、請求項１３記載の発明によれば、請求項７〜１２のいずれかに記載の流量計測装置の効果により、電力消費の削減及び計量精度の向上を図った電子式ガスメータが得られる。
【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を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る流量計測装置及び電子式ガスメータの概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２のマイクロフローセンサの配置を示す説明図である。
【図４】図２のマイクロフローセンサの概略構成を示す平面図である。
【図５】図２のマイクロコンピュータのＲＯＭに格納された制御プログラムに従いＣＰＵが行う処理を示すフローチャートである。
【図６】図５中の一部分の具体的処理を示すフローチャートである。
【図７】図５中の他の一部分の具体的処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係る流量計測装置の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 流量計測装置
１１ａ−１ 演算手段（マイコン）
１１ａ−１１温度補正手段（マイコン）
１１ａ−２ 流量有無検出手段（マイコン）
１１ａ−３ 制御手段（マイコン）
１３ 積算表示部
１７ 流体流路（ガス流路）
３ フローセンサ
３２，３３ 熱検知素子（サーモパイル）
３４ ヒータ
３８ 温度検知素子
５ 電源（電池）
９ Ａ／Ｄ変換手段（Ａ／Ｄ変換器）

Claims (13)

1. 流体流路に設けたフローセンサを所定の時間毎に間欠的に電力供給して駆動し、前記フローセンサに流体の流速に応じたアナログ電気信号を出力させ、前記フローセンサが出力する前記アナログ電気信号をデジタル化してデジタル信号に変換し、該デジタル変換して得たデジタル信号に基づき流速を計測し、該計測した流速に基づき前記流体の流量を演算する流量演算動作を行う流量計測方法において、
   前記デジタル信号が予め定めた所定値以上となったときに流量有りを、所定値未満となったとき流量無しをそれぞれ検出し、
   流量無しを検出したとき、前記間欠的な電力供給毎に流量演算動作を行う正規計測モードから、前記流量演算動作を停止させて前記流量演算動作を省略し、前記間欠的な電力供給毎に前記デジタル信号の取り込みのみを行うラフ計測モードに切り替え、前記ラフ計測モードにおいて取り込んだ前記デジタル信号により流量有りを検出して前記正規計測モードに戻すまで前記ラフ計測モードを行わせ、
   前記正規計測モードから前記ラフ計測モードに切り替わったとき前記電力供給の周期を切り替え前よりも短くなるように変更する
   ことを特徴とする流量計測方法。
2. 前記流量無し状態が継続しているとき、複数回の前記電力供給に１回の割合で前記正規計測モードを行わせる
   ことを特徴とする請求項１記載の流量計測方法。
3. 流量無しを検出したとき、流体流量を０とする
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の流量計測方法。
4. 計測した流速に基づき流量を演算するに当たって、流体温度に基づいて前記流速を補正する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流量計測方法。
5. 前記フローセンサは、間欠的に電力が供給されるヒータと該ヒータの発する熱を前記流体を介して受け前記流体の流速に応じたアナログ電気信号を生じる熱検知素子とを有する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流量計測方法。
6. 前記フローセンサの動作、前記演算動作のための電源を電池より供給する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の流量計測方法。
7. 流体流路に設けられるとともに所定の時間毎に間欠的に電力供給されて駆動され、流体の流速に応じたアナログ電気信号を出力するフローセンサと、間欠的に電力が供給されたとき前記フローセンサが生じるアナログ電気信号をデジタル化してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル変換して得たデジタル信号に基づき流速を計測し、該計測した流速に基づき前記流体の流量を演算する演算手段とを備える流量計測装置において、
   前記デジタル信号が予め定めた所定値以上となったときに前記流体流路内の流体の流量有りを、所定値未満となったとき流量無しをそれぞれ検出する流量有無検出手段と、
   該流量有無検出手段が流量無しを検出したとき、前記間欠的な電力供給毎に前記演算手段による流量演算動作を行わせる正規計測モードから、前記演算手段の動作を停止させて前記流量演算動作を省略し、前記間欠的な電力供給毎に前記デジタル信号の取り込みのみを行うラフ計測モードに切り替え、前記ラフ計測モードにおいて取り込んだ前記デジタル信号により前記流量有無検出手段が流量有りを検出して前記正規計測モードに戻すまで前記ラフ計測モードを行わせ、前記正規計測モードから前記ラフ計測モードに切り替わったとき前記電力供給の周期を切り替え前よりも短くなるように変更する制御を行う制御手段と
   を備えることを特徴とする流量計測装置。
8. 前記制御手段は、前記流量無し状態が継続しているとき、複数回の前記電力供給に１回の割合で前記正規計測モードを行わせる
   ことを特徴とする請求項７記載の流量計測装置。
9. 前記流量有無検出手段が流量無しを検出したとき、流体流量を０とする
   ことを特徴とする請求項７又は８記載の流量計測装置。
10. 前記演算手段は、計測した流速に基づき流量を演算するに当たって、温度検知素子によって検知した流体温度に基づいて前記流速を補正する温度補正手段を有する
    ことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の流量計測装置。
11. 前記フローセンサは、間欠的に電力が供給されるヒータと該ヒータの発する熱を前記流体を介して受け前記流体の流速に応じたアナログ電気信号を生じる熱検知素子とを有する
    ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の流量計測装置。
12. 前記フローセンサ、前記Ａ／Ｄ変換手段及び前記演算手段の動作電源を供給する電池を備える
    ことを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の流量計測装置。
13. ガスからなる流体の流量を測定することで流体流量を計測する請求項７〜１２のいずれかに記載の流量計測装置と、
    前記演算手段により演算して求めた流量を積算し表示する積算表示部と
    を備えることを特徴とする電子式ガスメータ。

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