JP4689278B2 - 流速または流量計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体や気体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。

従来、この種の流量計測装置は、図１３に示すように、流体管路１中の送受信器２ａから発信手段３で音波を送信し、送受信器２ｂで受信した音波を増幅手段４で増幅し、比較手段５で検波して、再び送信することを複数回行なう繰り返し手段６と、この繰り返し手段６による計測された音波伝搬時間を計測する計時手段７と、繰り返し手段６による計測を所定時間内に複数回実施する計測制御手段８によって、計時手段７のそれぞれの値を記憶手段８で記憶させ、その記憶手段８の値を積算した値から流量演算手段１０で流量を算出していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３５０２０２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、脈動に対してある程度の精度で計測することが可能であるが、脈動が大きくなると計測値のバラツキが大きくなって平均流量を算出するのに長時間を要することがあった。また脈動が極めて小さい場合には１回の計測で長い時間計測することは電力の無駄になり、乾電池駆動の場合には電池の交換を早期に行なわなければならないという問題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、計測区間における流量平均値と流量変動値に基づいて流量の積算方法を変更する、高精度な流量計測を行わせる流量計測装置および流量計測方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置または流量計測方法は、管内の流速または流量を検出する流体検出手段と、流体検出手段の計測回数または計測時間を小さく設定した省電力計測手段と、流体検出手段の計測回数または計測時間を大きく設定した高精度計測手段と、省電力計測手段での計測値が所定値以上変動したときに高精度計測手段に移行する変動判定手段と、高精度計測手段の計測値が所定値以内に安定したときに省電力計測手段に移行する安定判定手段と、変動判定手段または前記安定判定手段の判定値を変更するものである。

これによって、脈動が発生していることが明らかなときは、脈動に適した計測を継続させるようにし、脈動のレベルが小さいときには脈動を考慮しない低電力の計測に移行しやすくする。

本発明の流量計測装置または流量計測方法は、流量変動の大きさに応じて計測方法を変更するので、変動が小さいときには省電力で計測し、変動が大きいときには高精度で計測し、低消費電力でかつ高精度な流量計測が行なえる。

第１〜第６の発明は、管内の流速または流量を検出する流体検出手段の計測回数または計測時間を小さく設定した省電力計測手段と、流体検出手段の計測回数または計測時間を大きく設定した高精度計測手段と、省電力計測手段での計測値が所定値以上変動したときに前記高精度計測手段に移行する変動判定手段と、高精度計測手段の計測値が所定値以内に安定したときに省電力計測手段に移行する安定判定手段と、変動判定手段または安定判定手段の判定値を変更するので、流量の変動すなわち脈動の大きさによって適切な計測方法を選択でき、流量の変動が小さいときは低消費電力で、変動が大きいときには高精度で計測できる。

（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１の実施例における流量計測装置の制御ブロック線図を示す。図１において１１は流体管路であり、その上流側と下流側に送受信器１２Ａと１２Ｂをそれぞれ配置し、１３は送信手段で切換手段１４を介して、送受信器１２Ａを駆動して音波信号を発生させ、上流から下流に向けて音波を送信し、この音波を送受信手段１２Ｂで受信する。送受信手段１２Ｂの信号は切換手段１４を介して増幅比較手段１５で信号を交流増幅してコンパレータで基準電圧と比較し、計時・流量演算手段１６へ送信される。計時・流量演算手段１６は送信手段１３から送信されて増幅比較手段１５で検出されるまでの時間をタイマカウンタなどで計測する。次に切換手段１４で送受信器を切換えて、送受信器１２Ｂから送受信器１２Ａに向け、すなわち下流から上流に向けて音波を送信するようにする。前述と同様に送信手段１２Ｂから増幅比較手段１５までの時間を計測し、この２つの時間差から流路１１の通過面積などを乗じて計時・流量演算手段１６で流速または流量を算出する。送受信器１２Ａ・１２Ｂ、送信手段１３、切換手段１４、増幅比較手段１５、計時・流量演算手段１６で流体検出手段１７を形成する。

流体検出手段１７の流量値は変動判定手段１８と安定判定手段１９に送られて、流量の変動や安定の度合いを判定する。変動判定手段１８で流量が変動していると判定された場合には、高精度計測手段２０で計測が行なわれ、安定判定手段１９で流量が安定していると判定すると省電力計測手段２１で計測が行なわれる。

変動判定手段１８の判定の実施例を図２に示す。流量計測データが設定計測回数Ｊの間に、連続する２つの流量値の差が変化設定値Ｋを超える個数をカウントし、その個数が設定回数Ｌになったとき、変動ありと判定する。この例では変化設定値Ｋを超える増加変化Ｕ１とＵ２、減少変化Ｄ１とＤ２があり、変化設定値を２個とすると、Ｕ２が検出された時点で変動ありと判定される。増加と減少の設定個数は必ずしも同数である必要はなく、脈動の状況に応じて変更することが可能である。

安定判定手段１９の判定の実施例を図３に示す。流量計測データのそれぞれの前回値との変化値が安定設定値Ｍ以下で連続した個数をカウントして、設定回数に達したとき安定と判定する。図３の実施例の場合には設定回数を５としたときの例であり、流量値Ｓ５を検出したとき安定と判定する。

高精度計測手段２０の実施例を図４に示す。○印は上流から下流への送受信を示し、◎印は下流から上流への送信を示す。図４に示すように間隔をおいて上流からと下流からを交互に比較的長い時間計測する。

図５は省電力計測手段２１の実施例を示すもので、少ない計測回数で比較的短時間で計
測を行なう。高精度計測手段２０は、間欠的に長時間流量を計測するので、流れが脈動状態にあっても平均流量を正確に計測できるが、その分だけ消費電力が大きくなり電池の消耗が大きい。一方省電力計測手段２１は短時間に計測を終了するので、低消費電力であり、かつ安定した流れでは計測精度は保たれるが、脈動状態では精度が劣る。

図６は実施例１の変動判定手段１８のフローチャートを示したものである。

フロー２２で増減回数と計測回数を０にリセットし、フロー２３で省電力計測手段２１で流量計測を行い、フロー２４でこの流量値と前回流量値との差を演算してが変化設定値より大きければ、フロー２５で変化分が増加か減少かを判定し、増加であれば２６で増加回数を＋１し、減少であればフロー２７で減少回数を＋１する。フロー２８で増減回数が設定値以上であれば、フロー２９の高精度計測手段２０での計測に移行し、設定値未満であればフロー３０で計測回数を＋１して、フロー３１で計測回数がＪ以下であれば２３の省電力計測手段２１での流量計測を繰り返し、計測回数がＪ回に達すれば２２で増減回数と計測回数を０にリセットする。

（実施の形態２）
図７は他の実施例の安定判定手段１９のフローチャートを示す。フロー３２で安定回数を０にリセットして、フロー３３で高精度計測手段２０で流量計測を行い、フロー３４で前回流量値との差が変化設定値Ｍ以下であれば３５で安定回数を＋１し、フロー３６で安定回数が設定値Ｍ以上であれば、流量値の安定が連続Ｍ回続いたことになり、フロー３７の省電力計測手段２１への計測へ移行し、安定回数が設定値Ｍ未満であれば３２の高精度計測手段２０での流量計測を再度行う。

（実施の形態３）
図８は他の実施例の計測手段移行時１のフローチャートを示したものである。フロー３８の省電力計測手段２１での計測値に基づいて３９で前述のように変動判定手段１８の判定が行なわれ、流量変動が所定の条件を満たしたとき、フロー４０の高精度計測手段２０へ移行する。フロー４１では高精度計測手段２０への移行が２回目以上であったとき、前回の移行から今回の移行（再移行）が設定時間Ｔ１より小さいときフロー４１で安定判定設定値を変更する。再移行時間が小さいということは、高精度計測手段２０と省電力計測手段２１を煩雑に繰り返していることになるので、省電力計測手段２１での値が不正確になっているので好ましくない。再移行の時間が小さいときはフロー４２で安定判定設定値を、安定設定値Ｍの値を小さくするかあるいは設定回数Ｎ回を大きくする。しかる後フロー４３の安定判定手段１９で判定を行なう。

（実施の形態４）
図９は他の実施例の計測手段移行時２のフローチャートを示す。フロー４４の高精度計測手段２０の計測値の計測値によって、フロー４５の安定判定手段１９で流量の安定度合いを算出し、フロー４６で安定の判断を行って、安定である場合には、フロー４７の省電力計測手段２１へ移行し、計測を行う。フロー４８では省電力計測手段２１への移行が２回目以上であったとき、再移行の時間が設定時間Ｔ２より小さいときフロー４９で変動判定設定値を変更する。再移行時間が小さいということは、前述と同様に省電力計測手段２１の値が不正確になる。再移行の時間が小さいときはフロー４９で変動判定設定値もしくは、設定回数Ｌ回を小さくする。しかる後フロー５０の変動判定手段１８で判定を行なう。

（実施の形態５）
図１０は他の実施例の計測手段移行時３のフローチャートを示したものである。フロー５１の高精度計測手段２０の計測値によって、フロー５２の安定判定手段１９で流量の安定度合いを算出し、フロー５３で安定の判断を行って、安定である場合には、フロー５４の省電力計測手段２１へ移行する。フロー５５では高精度計測手段２０から移行してきた場合を判断し、移行直後の場合には、変動判定手段１８の判定値を変更する。高精度計測手段２０からの移行直後は流量の脈動が収まっていないにもかかわらず、偶然に安定した値が続き安定判定手段１８が安定と判断する可能性がある。したがって移行直後の速やかに変動判定を行なって脈動があれば直ちに高精度計測手段２０に再度移行させるために、フロー５６において変動判定手段１８の設定回数Ｊを小さくして判定し、それに伴って変化設定値Ｋも小さな値に変更する。このようにして設定変更された値に基づいて、フロー５７において変動判定手段１８で変動を判定し、流量変動が大きければ再びフロー５８の高精度計測手段２０へ移行する。

（実施の形態６）
図１１は他の実施例の計測手段移行時４のフローチャートを示したもので、安定判定手段１９に複数の設定値を有して段階的に切り換えるものである。高精度計測への再移行時間が設定時間より小さいときには、フロー５９でその設定時間より小さい再移行の回数が何回目かをカウントして、フロー６０でＱ回目未満であればフロー６１の安定判定設定２に変更し、Ｑ回目以上であればフロー６２の安定判定設定３に設定する。安定判定設定３は、安定の条件を小さい流量値や設定回数を大きくして安定判定設定２よりも高精度計測手段２０から省電力計測手段２１に移行しにくく設定してある。しかる後この安定判定設定の値に基づいてフロー６３の安定判定手段１９で計測時のデータを処理し、フロー６４の安定条件によって計測値を判定し、その結果に基づいてフロー６４で判定する。高精度計測手段の再移行設定時間Ｔ未満がＱ回目以上になった時にはフロー６２の安定設定値３が選択されて、脈動が大きい場合にはフロー６４の安定判定が成立しにくくなるので高精度計測手段２０を継続する確立が高くなり、脈動がきわめて小さくなれば流量の安定が続くので省電力計測手段２１へ移行する。

（実施の形態７）
図１２は他の実施例の計測手段移行時５のフローチャートを示したもので、フロー６５の高精度計測手段２０の計測が続いて、その計測の継続時間が設定時間Ｕを超えた場合にはフロー６６で安定判定の設定値を初期値に戻してフロー６７の安定判定手段１９で判定を行う。このことにより、高精度計測手段２０の再移行の時間が設定時間以下になってフロー６８からフロー６９の安定判定設定変更で安定判定条件が変更されて、小さな脈動によって高精度計測手段２０による計測が続いて無用な消費電力の増加させるのを防止する。すなわちいったん安定判定設定値を初期値に戻して脈動が小さければ省電力計測手段２１へ移行させるものである。

本発明の流速または流量計測装置は、圧力変動が発生しても適切な計測手段を選択して流量を低消費電力で正確に計測できるので、ガスや水道などの計量メータや、産業用プラントや実験設備における流量計などの計測器にも適用できる。

本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図 同装置の変動判定手段の流量特性図 同装置の安定判定手段の流量特性図 同装置の高精度計測手段の流量特性図 同装置の省電力計測手段の流量特性図 本発明の実施の形態１における流量計測装置のフローチャート 本発明の実施の形態２における流量計測装置のフローチャート 本発明の実施の形態３における流量計測装置のフローチャート 本発明の実施の形態４における流量計測装置のフローチャート 本発明の実施の形態５における流量計測装置のフローチャート 本発明の実施の形態６における流量計測装置のブロック図 本発明の実施の形態７における流量計測装置のブロック図 従来の流量計測装置の流量特性図

符号の説明

１７ 流体検出手段
１８ 変動判定手段
１９ 安定判定手段
２０ 高精度計測手段
２１ 省電力計測手段

Claims (6)

1. 管内の流速または流量を検出する流体検出手段と、前記流体検出手段の計測回数または計測時間を小さく設定した省電力計測手段と、前記流体検出手段の計測回数または計測時間を大きく設定した高精度計測手段と、前記省電力計測手段での計測値が所定の変化設定値Ｋ以上変動したときに前記高精度計測手段に移行する変動判定手段と、前記高精度計測手段の計測値が所定の安定設定値Ｍ以内に安定したときに省電力計測手段に移行する安定判定手段とを備え、前記変化設定値Ｋまたは前記安定設定値Ｍを変更可能とし、かつ、前記変動判定手段は、設定計測回数Ｊの間に、連続する２つの流量値の差が変化設定値Ｋを越えた回数が設定回数Ｌ以上になったとき高精度検出手段へ移行し、前記安定判定手段は、計測値が安定設定値Ｍの範囲内に設定回数Ｎ回連続したとき省電力計測手段へ移行する流速または流量計測装置。
2. 高精度計測手段から省電力計測手段へ移行し、設定時間Ｔ１以内に再び高精度計測手段へ移行したときは高精度計測手段の安定判定手段の設定を変更する請求項１記載の流速または流量計測装置。
3. 省電力計測手段から高精度計測手段へ移行し、設定時間Ｔ２以内に再び省電力計測手段へ移行したときは省電力計測手段の変動判定手段の設定を変更する請求項１記載の流速または流量計測装置。
4. 変動判定手段は、高精度計測手段から省電力計測手段へ移行したとき設定計測回数Ｊもしくは変化設定値Ｋの値を小さく設定する請求項１記載の流速または流量計測装置。
5. 変動判定手段または安定判定手段は複数の設定値を有し、段階的に切り換えることができる請求項１〜４いずれか１項記載の流速または流量計測装置。
6. 高精度計測手段の計測が設定時間Ｕ以上継続したとき、変動判定手段または安定判定手段
   の設定値を初期値に設定する請求項２〜５のいずれか１項記載の流速または流量計測装置。
   

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