JP4851106B2

JP4851106B2 - 流量計

Info

Publication number: JP4851106B2
Application number: JP2005074168A
Authority: JP
Inventors: 満市川
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: JP2006258513A

Description

本発明は、流体の積算流量を求める流量計に関する。更に詳しくは、定期的に単位時間の間に少なくとも１回流量を測定し、その測定結果から求めた単位時間当りの通過量あるいはそれに相当する数のパルスを、次の単位時間の間に積算あるいは出力する流量計に関する。

電磁流量計のように、一定時間（単位時間）間隔で流量（瞬間流量）を測定し、その流量に基づいて積算流量を求めたり、流量パルス（パルス出力）を出力したりする流量計では、測定した前記流量が前記一定時間（単位時間）の間継続して流れたと想定して、その一定時間（単位時間）の間の通過量（流量×単位時間）を求め、その値を積算することで積算流量を求めて、表示部に表示することを行っている。流量パルス（パルス出力）の出力については、例えば１ｍ³／ｐの場合、積算の結果１ｍ³の桁上がりがあるとパルス出力をする。

この従来技術では、単位時間当りの通過量を単位時間毎に積算値に加算するため、流量が大きくなって単位時間当りの通過量が積算表示の最小桁より大きくなると、表示が１つずつ増えるのではなく、飛んで増えることが起こるという難点があった。

また、電力を駆動源とするヒータを利用した熱式流速センサ（フローセンサとも言う）等の場合、電力の経済性等を考慮して、一定の時間間隔毎に流速センサを間欠的に駆動して流量を計測することが行われる（例えば特許文献１参照）。

しかし、この公知例においては、一定時間（単位時間）、すなわち５秒毎にセンサを駆動しており、５秒毎の流速測定値から５秒間の流体通過量を計算している。

このため、例えば１００Ｌ／ｈの流量があるとき、５秒間に流れる通過量としての体積は０．１３８９Ｌであるから、５秒毎にその値０．１３８９Ｌを加算（積算）して積算流量を求めていくことになる。そこで、この積算値から１Ｌ積算する毎に信号としてのパルス出力を出力させると、始めの信号は計測をスタートしてから４０秒後に出力され、２回目の信号は７５秒後に、３回目の信号は１１０秒後に出力される。このため、一定流量の１００Ｌ／ｈが流れていても１Ｌ毎の信号であるパルス出力が等時間間隔では出力されない。したがって、この信号を利用して流量の判断（監視）等を行おうとした場合、一定流量が流れていても、流量変化があったように判断されてしまうことになる。また、この１Ｌ毎の信号を受信側で受信して、信号（パルス出力）の周期の逆数から流量を正しく逆算することが出来なくなるということにもなる。

そこで、斯かる点に鑑み、前記一定時間（単位時間）の通過量を１／ｎ倍、例えば１００分割して、一定時間（単位時間）をｎ分割、例えば１００分割した時間毎にそれを加算する間欠駆動積算式流量計が提案されている（例えば特許文献２参照）。

この公知例においては、５秒毎のセンサ信号に基づいて、演算回路が５秒間の流体通過量を算出する。例として１００Ｌ／ｈの流量では５秒間に０．１３８９Ｌの体積の流体が流れる。この０．１３８９Ｌの値を例えば１００分割し、一定の単位時間である間欠駆動間隔５秒の１／１００の０．０５秒毎に０．００１３８９Ｌの積算量を積算カウンタに送出する。積算カウンタは、受けとった値をそれまでの積算値に加算していき、積算流量を求める。１Ｌ毎のパルス出力としての信号を出力する単位流量信号発生回路では積算値が単位流量の１Ｌに達する毎に単位流量信号を発生する。こうすることで、単位流量の１Ｌ毎にパルス出力を出すことが可能としている。
特開平１−３０８９２１号公報（３〜４頁、第５図）特開平４−５８１１４号公報（１〜３頁、第１図、第２図）

前記特許文献２の従来技術では、積算流量を求めるのに使用するマイコンの加算動作回数が、特許文献１の従来技術の場合と比較してｎ倍、例えば１００倍になるため、マイコンの消費電力が増大する。そのため、電池を電源とする電池駆動の流量計では、電池寿命の面から問題があって、実用化に難点があった。

さらに、また、一般にマイコンの消費電力を抑えるのに、マイコンの仕事がないときはシステムクロックを停止することが行われている。しかし、システムクロックを停止すると再び動作を開始するときに、システムクロック発振器が安定する発振安定待機時間を毎回おく必要がある。そのため、システムクロックを停止した後再び動作を開始する都度発振安定待機時間分は、マイコンが何もしていないのに余分な消費電力を消費することになるので、短い間隔で加算等の動作を繰り返してマイコンに行わせるのは非効率で消費電力を大きくするという問題点もあった。

そこで、本発明は、これらの問題を解消できる流量計、特に積算流量を求めたり、単位流量信号（パルス出力）を出力する流量計を提供することを目的とする。

本発明は、一定の単位時間の間に少なくとも１回の流量測定を行い、その測定結果から単位時間当たりの通過量を算出する機能を有する流量計において、積算流量をもとめるときの加算回数をトータル的に少なくすることで演算で消費する電力を低減することを最も主要な特徴とする。

前記目的を達成するために、請求項１の発明はそれぞれの単位時間の間に少なくとも１回の流量測定を行い、その結果から単位時間当りの通過量を求める機能と、単位時間ごとに、前記単位時間当りの通過量を決められた一定量であるイベント量で割ることで出力イベント数を求め、単位時間を前記出力イベント数で割ることでイベント時間を求め、イベント時間から残りイベント数とイベント時間の積を引くことで次の単位時間開始時から最初のイベント信号を出力するまでの時間であるオフセット時間を求め、さらに前記残りイベント数と出力イベント数の和の小数部分を新たな残りイベント数とし、整数部分を次回の単位時間に出力すべきイベント出力回数とする機能と、単位時間ごとにその単位時間開始時よりオフセット時間経過後にまずイベント信号を出力し、それ以後は前記イベント時間ごとに前記イベント出力回数だけイベント信号を出力する機能と、前記イベント信号毎に流量積算及びその表示やパルスを出力する機能を備えたことを特徴とする流量計である。

請求項２の発明は、請求項１記載の流量計において、単位時間内に行う複数の流量測定結果の平均値から単位時間当りの通過量を求めることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の流量計において、過去複数回の単位時間内の流量測定結果から単位時間当りの通過量を求めることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の流量計において、単位時間当りの通過量がマイナスの時は、そのマイナス分をプラス分と相殺してパルス出力することを特徴とするものである。

請求項１の発明では、１／ｎ単位時間毎の加算動作は必要なく、まさにパルス出力が必要なときに、あるいは積算が必要なときにマイコンが動作すればよい。したがって、流量計の低消費電力化ができる。また、パルス出力の周期が１／ｎ単位時間の倍数でなく、タイマのクロック分解能によるため、クロックの分解能を高くすることで、出力パルスの周期から流量を逆算するときに、逆算の精度を高められる効果がある。

請求項２の発明では、流量測定値の平均値を用いるので、ばらつきの少ない流量計を実現できる。

請求項３の発明も、また、何回かの単位時間毎の流量測定値の平均値を用いるので、よりばらつきの少ない精度の良い流量計を実現できる。

請求項４の発明では、さらに、逆流時の通過量を相殺して、実際に流れた量と積算値あるいはパルス出力数の食い違いが生じない高精度で低消費電力の流量計を実現できる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１の実施例１において、流量測定部１は、タイミング出力部２から出力される単位時間間隔、例えば１秒間隔の区切り信号の間に図示されない流路を流れる流体の流量を少なくとも１回測定する。流量の測定値は、単位時間当たり通過量算出部３で単位時間と乗算されて、単位時間当り通過量即ち（流量×単位時間）が演算され、比較部４で所定値と比較される。単位時間当たり通過量が所定値以下のとき、例えばゼロのときは、単位時間当り通過量が次の単位時間の間に積算部５の積算値に加算される。単位時間当り通過量が所定値を超えたときは、単位時間当り通過量算出部３で求めた通過量を、１／ｎ単位時間当り通過量算出部６で１／ｎして、１／ｎ単位時間当り通過量を算出し、次の単位時間の間に、単位時間の１／ｎ毎に積算部５に加算する。なお、ｎは２以上の整数で、例えば前記従来技術のように１００とすることができる。

積算部５で算出された積算流量は、表示部７に表示される。また、積算流量の単位流量毎にパルス出力部８からパルス信号が出力される。タイミング出力部２は、前述のように単位時間間隔の区切り信号を流量測定部１に出力するとともに、１／ｎ単位時間信号を積算部へ出力する。この１／ｎ単位時間信号のタイミングで、１／ｎ単位時間当り通過量が積算部５の積算値に加算される。そして積算値の特定桁が変化するタイミングに基づき積算値の表示更新やパルス出力を行なう。

なお、図１で、２点鎖線で囲み符号９を付した部分は、マイクロコンピュータ（マイコン）で構成した部分を示す。また、切替スイッチＳ１とＳ２は互いに連動していて、比較部４の出力に応じて切替わる。単位時間当り通過量が前記所定値以下のときは切替スイッチＳ１とＳ２が図示の状態で、単位時間当り通過量が所定値を超えた時は、図示の状態から切り替るように構成されている。

図２は実施例２のブロック図、図３は図２の実施例２における加算オーバーフロー検知の流れ図、図４は同じく実施例２における区切り信号と加算信号の関係を示すタイミング図である。なお、図２のブロック図で、前記図１の実施例１と同じ機能を果たす要素については同じ符号を付している。

図２のタイミング出力部２Ａは、一定時間（単位時間）間隔の１秒毎に流量測定部１へ区切り信号を出力すると共に、単位時間をｎ等分した間隔で加算信号を積算部５へ出力する。この加算信号は前記図１の実施例における１／ｎ単位時間信号と同じである。

流量測定部１は、タイミング出力部２Ａからの区切り信号を受けて、図示されない流路を流れる流体の流量の測定を行う。流量測定は、次の区切り信号までに終了するように構成されている。流量測定が終了すると、その測定結果から、単位時間当り通過量算出部３と１／ｎ単位時間当り通過量算出部６とで、単位時間当り通過量と１／ｎ単位時間当り通過量をそれぞれ算出する。

区切り信号時には、加算オーバーフロー検知部１０が、積算部５が保持する積算値に単位時間当り通過量を仮加算する動作を行なう（図３のステップ１０１）。仮加算は積算値そのものへの加算ではないため、この時点では積算値そのものは変化しない。仮加算動作で表示最小桁（本実施例ではパルス出力単位は表示最小桁と同じ構成とした）が変化したとき、即ち表示最小桁への桁上がり（つまり表示最小桁の１つ下の桁からのオーバーフロー）があったときは、次回区切り信号からの１／ｎ周期加算をＯＮとし（図３のステップ１０５）、表示最小桁が変化しないときは仮加算動作での加算結果を積算部５が保持する積算値へ書き込み（図３のステップ１０７）、１／ｎ周期加算をＯＦＦすることを行う（図３のステップ１０９）。なお、本実施例２では、加算オーバーフロー検知部１０による加算は、積算値の表示最小桁未満に対して行う。従って、オーバーフローがなかったときの積算値への書き込み（更新）は表示最小桁未満に対して行うようになっている。図３は、これらの処理の流れを示す。

なおまた、上記１／ｎ周期加算とは、前記１／ｎ単位時間当り通過量を１／ｎ単位時間間隔で積算値に加算することを意味する。

図４に区切り信号と加算信号の関係を示す。区切り信号は１／ｎ単位時間間隔の加算信号をｎ回出力する毎に１回出力する方法で作られている。本実施例２では、積算部５は、単位時間の流量測定値に基づく１／ｎ単位時間当り通過量を次の単位時間の間に加算信号毎に加算する。その後、すなわち、更に次の単位時間開始時に加算オーバーフロー検知部１０が前記区切り信号時の処理（積算部５が保持する積算値に単位時間当りの通過量を仮加算する動作を行ない、表示最小桁が変化したときは次回区切り信号からの１／ｎ周期加算機能をＯＮとして、表示最小桁が変化しないときは、仮加算結果を積算部５が保持する積算値へ書き込み、１／ｎ周期加算機能をＯＦＦすること）を行なうように構成されている。

積算部５は１／ｎ周期加算（１／ｎ周期加算機能ともいう）がＯＮの時に１／ｎ周期加算を行い、１／ｎ周期加算がＯＦＦの時は１／ｎ周期加算を行なわない。このＯＮ、ＯＦＦ動作の切り替えは、ｎ回目の１／ｎ周期加算後であって次の区切り信号処理時に行なう。ＯＮの場合は、同時に前回の１／ｎ単位時間当り通過量は今回の１／ｎ単位時間当り通過量に切り替えられる。

したがって、流量測定部での測定結果は次の区切り信号から始まる単位時間の間に積算されることになる。すなわち、１／ｎ周期加算がＯＮの時は、流量測定部で測定した流量は、単位時間当りの通過量に変換され、その流量測定終了後の最初の区切り信号に続くｎ回の加算信号毎に単位時間当り通過量の１／ｎずつ積算される。

表示部７は、積算部５における１／ｎ周期加算で表示最小桁の更新があった時、表示を更新する。実施例２では更新があった桁のみ表示更新するようになっている。

また、パルス出力部８は、積算部５においてパルス単位量でもある表示最小桁が更新（桁上がり）されたら同時にパルス出力をする。

この実施例２では、表示最小桁とパルス単位量（パルス出力単位ともいう）を同じとしたが、表示最小桁の１つ上の桁の桁上がりがあったときパルス出力するようにすることも可能である。この場合、例えば表示は１Ｌ以上を表示していて、パルス出力は１０Ｌ／ｐとすることができる。

なお、この実施例２の場合も、流量測定部１と表示部７を除く部分をマイコンで構成している。

図５は本発明の実施例３のブロック図である。
タイミング出力部２Ｂは、単位時間（実施例では１秒）間隔で流量測定部１へ区切り信号を出力すると共に、単位時間をｎ（実施例では１６）等分した間隔でシフト信号をシフトレジスタ部へ出力する。

流量測定部１は、タイミング出力部２Ｂからの区切り信号を受けて、その瞬間の流量の測定を行なう。測定は次の区切り信号までに終了するように構成されている。

流量の測定が終了すると、測定結果を１／ｎ単位時間当り通過量算出部６へ出力し、１／ｎ単位時間当り通過量算出部６が、１／ｎ単位時間当り通過量を算出する。

区切り信号受信時、パルス出力パターン検知部１１は内部に保持している積算値Ｍ（パルス出力単位未満）に１／ｎ単位時間当り通過量を加算することをｎ回行い、オーバーフローが何回目の加算で起きたか記憶する。実施例では、ｎが１６の１６回の加算中でオーバーフローがあった時を１、ないときを０として１６ビットのデータ（以下パターンデータとも言う）としてシフトレジスタ部１２へ出力する。１はＨｉｇｈ、０はＬｏｗとなる。

シフトレジスタ部１２には、タイミング出力部２Ｂより１／ｎ単位時間を周期とするシフト信号（実施例では１６Ｈｚのクロック）が入力されていて、パルス出力パターン検知部１１より入力されたパターンデータをシフト信号でシフトすることを行う。実施例では１６ビットのパターンデータが１６Ｈｚのクロックでシフトされ単位時間である１秒間で全てが出力される。

例えば、流量を測定した結果、単位時間である１秒間当りの通過量が３．５６Ｌとなった場合、１／ｎ単位時間当り通過量はｎ＝１６であるため、０．２２２５Ｌとなる。ここで、積算値Ｍが０．６３００Ｌであったとすると、以下のようにシフトレジスタ部１２へ出力するデータを求めることになる。

つまり、積算値Ｍに１／ｎ単位時間当り通過量である０．２２２５Ｌを加算する行為を１６回繰り返し、各回の加算時に１Ｌへのオーバーフローのありなしを１と０のデータとして記憶する。１Ｌへのオーバーフローを検知できればよいため、積算値Ｍは整数部分を０、小数部分を４桁の小数とした。したがって、１Ｌの桁はなく（下記の計算では０とした）、１Ｌの桁への桁上がりであるオーバーフローのありなしのみが検知できるようになっている。つまり、オーバーフローがないときは、オーバーフロー情報のデータを０、オーバーフローありのときはオーバーフロー情報のデータを１としている。

上記の加算結果のオーバーフローの情報のデータがシフトレジスタへの並列入力データとなる。つまり、１回目から１６回目までの１６個のデータを順に並べたパターンデータ０１００００１０００１００００１をシフトレジスタへ入力する。

シフトレジスタ部１２は、このパターンデータを１６Ｈｚのシフト信号により１／１６秒毎に１回目の計算結果から順に１６回目までをシフト出力信号として積算部５とパルス出力部８へ出力する（図６参照）。

パルス出力パターン検知部１１は、前述のように区切り信号時に、内部に保持している（パルス出力単位未満の）積算値Ｍに１／ｎ単位時間当り通過量を加算することをｎ回行い、１Ｌの桁へのオーバーフローのあり・なしを各回の加算毎に検知する。そして、得られた１６ビットのパターンデータをシフトレジスタ部１２のシフトレジスタにセットする。これらｎ回（１６回）の加算行為と、１６ビットのパターンデータをセットすることは、図７に符号Ｔで示す期間、すなわち区切り信号時から次のシフト信号の立上りまでの間（区切り信号はシフト信号の立上りと同期しているため、１／１６秒間）に行なう。よって、シフトレジスタからの直列出力であるパターンデータのシフト出力信号は、図７に示すように区切り信号から符号Ｔで示す時間すなわち１／１６秒だけ遅れて開始されることになる。

次回の区切りにおいては、前記１６回目の積算値Ｍである０．１９００に１／ｎ単位時間当り通過量をｎ回加算しパターンデータを求めることになる（実際はｎ＝１６）。１秒間当りの通過量が３．５６Ｌで変化しなかった場合、１／ｎ単位時間当り通過量は同じく０．２２２５Ｌとなる。この場合、１６回の加算においてオーバーフローがあるのは、４、９および１３回目である。よってパルス出力パターン検知部１１からの出力データであるパターンデータは、０００１００００１０００１０００となる。

１秒間に３．５６Ｌの通過量の場合、１Ｌ流れるのに０．２８０９秒であり、１／１６秒周期で表現すると４．４９周期となる。本実施例で示した２つのパターンデータを並べると次のようになる。

０１００００１０００１００００１０００１００００１０００１０００
パルス出力タイミングを表わすとも言える“１”が現れる周期が、５ないし４となり１／１６秒周期で表現した前述の４．４９周期と合致している。

本実施例３では、シフトレジスタ部１２からのシフト出力信号をカウントし表示するように、積算部５と表示部７を設けている。積算部５は単純なカウント動作で構成することができる。今回はシフトレジスタ部１２からの出力をマイコンへの割り込みとして、積算部１２をマイコンで構成し、割り込みをカウントし、カウント結果である積算値を１桁目から表示するようにしているが、もっと上位の桁から表示することも可能である。マイコンの動作は、シフトレジスタからのシフト出力信号で立上り時のみカウント動作を行うだけであるため、この分の消費電流は小さい。また、１Ｌ桁へのオーバーフローがなかった場合、シフトレジスタ部からの信号はＨｉｇｈになることがないため積算部１２（パルス出力部も）は動作することはなく無駄な電力消費もない。

パルス出力部８は、シフトレジスタ部１２からのシフト出力信号がＨｉｇｈとなったときパルス出力するように構成した（シフトレジスタ部からのシフト出力信号のＨｉｇｈ信号をそのままパルス出力するようにした）が、パルス出力部８をマイコンに受け持たせ、内部にカウンタを持ちシフトレジスタ部１２からの出力をカウントするように構成し、例えば５カウント毎にＨｉｇｈ、Ｌｏｗで反転するようにもできる。この場合はデューティー５０％に近いパルス出力が可能となる。

なお、本実施例においても、単位時間当たりの通過量を先ず積算値Ｍに加算してみて、特定桁が変化しなかったとき、すなわちパルス出力が必要でないときは、単位時間当たり通過量の１／ｎをｎ回連続して加算する動作を行わず、シフトレジスタも動作させないようにもできる。

図８は本発明の実施例４のブロック図である。タイミング出力部２Ｃは単位時間間隔（本実施例では１秒間隔）で区切り信号を流量測定部１とイベント出力部１３へ出力する。流量測定部１は、区切り信号が入力されると流量の測定を実行し、その結果の測定値を単位時間当り通過量算出部３へ出力する。単位時間当り通過量算出部３は、流量に単位時間を掛けて単位時間当たり通過量を算出して演算部１４へ出力する。

演算部１４では、単位時間当り通過量を受け、それをイベント量で割ることで出力イベント数を求める。なお、イベント量とは一定の通過量を言い、イベント量毎に出力される信号（イベント信号と言う）をもとに流量積算を行ったり、パルス出力を行うことを想定したものである。従って、出力イベント数とは前記単位時間当り前記イベント量（前記一定の通過量）の何倍の流体が流れるかの倍数を示すものとなる。本実施例では、１０Ｌ／ｐのパルス出力を目的に５Ｌ毎に出力を反転させることを想定して、イベント量（一定の通過量）を５Ｌとした。

又、演算部１４では、算出した出力イベント数で単位時間を割って、前記一定の通過量であるイベント量が流れる時間に当たるイベント時間を算出する。さらに記憶していた前回の残りイベント数とイベント時間の積をイベント時間から減算することでオフセット時間を、さらに出力イベント数と残りイベント数の和よりイベント出力回数と新たな残りイベント数を算出する。イベント時間、オフセット時間及びイベント出力回数はイベント出力部１３へ出力され、残りイベント数は次の単位時間用として記憶される。

これらの演算は、流量測定部１での流量測定に続けて行われ、次の単位時間の開始までに確定し準備されるように構成されている。

次に、図９を用いて詳細に説明する。区切り信号から区切り信号までの時間が前記単位時間である。出力イベント数は、前述のように、単位時間内に決められた一定の通過量（即ちイベント量）の何倍の流体が流れたかを示す数（倍数）である。単位時間内に少なくとも１回の流量測定を行い、流量測定値に単位時間を乗算して単位時間当り通過量が算出され、その分が次の単位時間内に均等に（一定流量で）流れるものとして流量積算されたり、パルス出力が行われる。換言すると、測定した流量から算出された出力イベント数のイベント信号が、次の単位時間の間に出力（積算という形での出力を含む）される。そして、前記一定の通過量毎に出力されるイベント信号はイベント量毎に出力される。ある単位時間の出力イベント数は整数とは限らなくて小数部分を含むこともあるため、区切り信号時、１イベント量に満たない場合もある。例えば図９の最初の単位時間（１）では、１イベント数に満たない分の出力イベント数、すなわち「残りイベント数」Ｓ_１２は０．７である。この場合、次の単位時間（２）で、あとの分Ｓ_２１のイベント数０．３を前記Ｓ_１２に加算すればイベント数がＳ_２１＋Ｓ_１２＝１となり、そこでイベント信号が出力される。単位時間（１）内でイベント数が１に満たない数Ｓ_１２を残りイベント数と呼ぶことにした。

図９の例において図示はされていないが、流量測定の結果、最初の区切り信号に続く単位時間（１）では出力イベント数Ｓ１は３．０、次の区切り信号に続く単位時間（２）では出力イベント数Ｓ２は２．５である。イベント量は５Ｌであるので、最初の単位時間（１）の１秒間では１５Ｌ分、次の単位時間（２）の１秒間では１２．５Ｌ分を５Ｌ毎に流量積算とパルス出力をする。１つの単位時間内では均一な一定流量が流れているとして流量積算やパルス出力を行うため、１イベント量が流れる時間、すなわちイベント時間は、単位時間毎に単位時間１秒を出力イベント数で割ることで計算される。例えば、
最初の単位時間（１）におけるイベント時間Ｔ_１はＴ_１＝１÷３＝０．３３３秒
次の単位時間（２）におけるイベント時間Ｔ_２はＴ_２＝１÷２．５＝０．４秒
となる。さらに、
最初の単位時間（１）においてＳ_１１（＝０．３）に相当する時間は
０．３３３×０．３＝０．０１秒となる。

次の単位時間（２）においてＳ_２１（＝０．３）に相当する時間は
０．４×０．３＝０．１２秒となる。

これらの時間Ｓ_１１、Ｓ_２１を、オフセット時間と称して、前述のように残りイベント数Ｓ_０２＝０．７とＳ_１２＝０．７を用いて、
オフセット時間ｔ_１１＝Ｔ_１−（Ｔ_１×Ｓ_０２）より
ｔ_１１＝０．３３３−（０．３３３×０．７）＝０．１０秒
オフセット時間ｔ_２１＝Ｔ_２−（Ｔ_２×Ｓ_１２）より
ｔ_２１＝０．４×（０．４×０．７）＝０．１２秒
という計算で求めることも可能である。

単位時間内に出力するイベント信号の数がイベント出力回数であるから、残りイベント数に出力イベント数を加えた数の整数部分がイベント出力回数となり、小数部分が次回の単位時間用に繰り越される新たな残りイベント数として記憶される。この値は次回の単位時間の各データ算出に使用される。本実施例の最初の単位時間（１）においては、
残りイベント数Ｓ_０２＋出力イベント数Ｓ１＝０．７＋３．０＝３．７
から、イベント出力回数は３．７の整数部分の３、残りイベント数Ｓ_１２は３．７の小数部分の０．７となる。

次の単位時間（２）においては、
残りイベント数Ｓ_１２＋出力イベント数Ｓ２＝０．７＋２．５＝３．２
から、イベント出力回数は３、次の単位時間（３）へ繰り越される残りイベント数Ｓ_２２は０．２となる。

結局、各単位時間では、区切り信号を開始点として、先ずオフセット時間経過後イベント信号を出力し、その後はイベント時間間隔でイベント出力回数だけイベント信号を出力すれば、連続する単位時間の区切り信号をまたいで１イベント量（一定の通過量）の５Ｌ毎にイベント信号を出力することができる。

演算部１４での上記の演算をまとめると図１０のようになる。
図８で、イベント出力部１３は、タイミング出力部２Ｃからの区切り信号を入力すると、まずオフセット時間経過後、最初のイベント信号を出力（イベント出力）し、それ以後はイベント時間間隔で出力を繰り返し、イベント出力回数だけ出力して停止するようになっている。以後、区切り信号ごとに新たなオフセット時間、イベント時間、イベント出力回数でイベント出力を続ける。このイベント出力部１３は、マイコンのタイマを使用して構成している（ダウンカウンタで構成されるタイマを用いて時間を計測し、時間が来る（セットされた時間がカウントダウンして０となる）とタイマ割り込みが掛かる仕組みになっている）。つまり、区切り信号が入力されると、先ずオフセット時間がタイマにセットされる。そして、その時間が経って最初のタイマ割り込みが掛かると、今度はタイマにイベント時間をセットする（以後はイベント時間毎に割り込みが掛かる）ことを行う。この割り込みがイベント信号である。

積算表示部１５は、イベント出力部１３からのイベント信号をカウントし表示することを行う。実施例では５Ｌ毎にイベント信号が出力されることになるため、まず１／２の分周を行い、それをカウントすることで、１０Ｌ以上の桁を表示するようになっている。

パルス出力部８は、オープンコレクタ出力のパルスを出力するようになっていて、５Ｌ毎に出力されるイベント信号が入力されるたびに、出力のＯＮとＯＦＦを反転させるように構成されている。５Ｌごとに反転であるから、ＯＮ時間とＯＦＦ時間が等しいデューティーが５０％の１０Ｌ／ｐのパルス出力を実現している（図１１参照）。

前述のように本実施例では、イベント出力部１３は時間計測用としてマイコン内のタイマを利用して実現した。イベント出力はタイマ割り込みの形で出力される。積算表示部１５とパルス出力部８は、その割り込みで上記動作を行うようにマイコンで構成した（マイコンに受け持たせた）。

なお、イベント出力回数がゼロとなったときは、次回の単位時間ではイベント出力はされない。小数部分が新たな残りイベント数として記憶されるのみである。

また、イベント出力回数は必ずしも使用する必要はない。区切り信号時に新たな設定をタイマに行うため、自動的にイベント出力回数だけ出力したところで次の単位時間に移行することになる。

この方法によれば、１／ｎ単位時間毎に加算動作は必要なく、まさにパルス出力が必要なときに、あるいは積算が必要なときにマイコンが動作すればよい。したがって、低消費電力化が可能となる。また、この方法でのパルス周期は１／ｎ単位時間の倍数ということはなく、タイマの分解能によるため精度の良いものとなる。実施例ではタイマのクロックとして３２７６８Ｈｚを使用した。よってその１クロック分である約３０マイクロ秒の分解能でイベント出力が可能。したがって、このパルス出力を受ける機器でパルス周期から精度の良い流量の逆算が可能となる。

本実施例の場合、基準時間の区切りタイミングとイベント出力がタイミング的に近い場合、オフセット時間を調整してイベント出力するタイミングが区切りのタイミングに近くなりすぎないようにしている。こうすることで思わぬ誤動作を防止できる。流量計の動作として、単位時間あたりのイベント出力数を確実に守ることを第一に構成されている。具体的な調整方法としては、新たな残りイベント数がゼロに近いときは演算部から出力時のオフセット時間を小さくする（実施例では５ｍｓｅｃ）、新たな残りイベント数が１に近いときはオフセット時間を少し大きくすることを行っている（同）。その他の方法として、イベント間隔を調整する方法もある。これらは、演算部からの出力レベルでの調整であり、新たな残りイベント数は演算の結果をそのまま記憶する。

上記実施例４において、図８の演算部での処理をわずかに変えて、残りイベント数をマイナスバッファーとして使用することも可能である。図１２がその実施例における演算部での処理である。流量がマイナスであった場合、単位時間当り通過量さらに出力イベント数もマイナスとなる。次に、求めた出力イベント数と残りイベント数を加算（残りイベント数もマイナスの場合あり）、この結果が１以上なら既に説明済みの動作となり、１に満たない場合は、出力イベント数と残りイベント数の加算結果を新たな残りイベント数として記憶する。この方法により、流量がマイナスとなった分は残りイベント数として記憶され、プラスに転じた場合、マイナスの残りイベント数分を相殺してプラスとなるまでイベント出力はされない。したがって、トータルでプラス側に流れた量に相当するイベント出力が可能となり、正しい出力を行う流量計が実現できる。

本実施例は、上記実施例１乃至４の図１、図２、図５及び図８の各ブロック図における流量測定部の機能だけが異なる。即ち、図１３に示すように、単位時間毎に複数回（本実施例ではｎ回）の流量測定と、各測定結果の記憶を行い、複数回の流量測定終了後に、１回目〜ｎ回目の流量測定結果の平均値を演算し、平均流量を求めている。この平均流量に基づいて単位時間当りの通過量を単位時間当り通過量算出部で計算する。複数のｎとしては例えば４回とすることができる。こうすることで、ばらつきの少ない低消費電力の流量計が実現できる。また、複数回の流量測定の内、最大値と最小値を省き、残りの測定値の平均を平均流量値として利用するようにすることも可能で、こうすると、突発的なノイズ等で異常値が発生しても、それを省くことで精度の高い流量計が実現できる。

本実施例は、上記各実施例の流量測定部の機能だけが異なる。即ち、図１４に示すように、流量測定の今回の結果と、１回前の結果と、・・・（ｎ−１）回前の結果のｎ回分の平均値を求めて平均流量としている。この平均流量から単位時間当りの通過量を単位時間当り通過量算出部で計算する。こうして、ばらつきの少ない低消費電力の流量計が実現できる。

図１５は、実施例８の流量測定部の動作を示すフロー図である。流量計全体のブロック図は、例えば図８と同様に構成できる。本実施例において流量測定部では、先ず流量測定を実施、その結果がマイナスの時はマイナスバッファーに加算し、流量はゼロとして出力される。測定の結果がプラスの時は、マイナスバッファーのチェックを行う。マイナスバッファーがゼロの時は測定結果をそのまま流量として出力する。マイナスバッファーがゼロではなくマイナス値であった場合はプラス測定値をそこに加算する。その結果、ゼロ以下のときは流量をゼロとする。プラス測定値を加算の結果マイナスバッファーがプラスとなったときは、そのプラスとなった値を流量として出力し、マイナスバッファーをゼロとする。

以上の動作により、水の逆流があっても、正に流れが転じたとき正の分が前記逆流分は流れるまでは流量ゼロとされるため、トータルとして実際に流れた量と積算値あるいはパルス出力数の食い違いが生じない。よって精度の良い低消費電流の流量計を実現できる。

本発明は、水道メータやガスメータ等の計量器に適用可能である。

本発明の実施例１に係る流量計のブロック図。本発明の実施例２に係る流量計のブロック図。本発明の実施例２に係る流量計の加算オーバーフロー検知の流れ図。本発明の実施例２に係る流量計の区切り信号と加算信号の関係を示すタイミング図。本発明の実施例３に係る流量計のブロック図。本発明の実施例３に係る流量計のシフトレジスタを説明する図。本発明の実施例３に係る流量計のシフトレジスタの動作を説明するタイミング図。本発明の実施例４に係る流量計のブロック図。本発明の実施例４に係る流量計の作用を説明する図。本発明の実施例４に係る流量計の演算部の演算内容を説明する図。本発明の実施例４に係る流量計のタイミング図。本発明の実施例５に係る流量計の流れ図。本発明の実施例６に係る流量計の要部機能ブロック図。本発明の実施例７に係る流量計の要部機能ブロック図。本発明の実施例８に係る流量計の流量測定部の流れ図。

符号の説明

１流量測定部
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃタイミング出力部
３単位時間当たり通過量算出部
４比較部
５積算部
６１／ｎ単位時間当り通過量算出部
７表示部
８パルス出力部
９マイコン
１０加算オーバーフロー検知部
１１パルス出力パターン検知部
１２シフトレジスタ部
１３イベント出力部
１４演算部
１５積算表示部

Claims

それぞれの単位時間の間に少なくとも１回の流量測定を行い、その結果から単位時間当りの通過量を求める機能と、単位時間ごとに、前記単位時間当りの通過量を決められた一定量であるイベント量で割ることで出力イベント数を求め、単位時間を前記出力イベント数で割ることでイベント時間を求め、イベント時間から残りイベント数とイベント時間の積を引くことで次の単位時間開始時から最初のイベント信号を出力するまでの時間であるオフセット時間を求め、さらに前記残りイベント数と出力イベント数の和の小数部分を新たな残りイベント数とし、整数部分を次回の単位時間に出力すべきイベント出力回数とする機能と、単位時間ごとにその単位時間開始時よりオフセット時間経過後にまずイベント信号を出力し、それ以後は前記イベント時間ごとに前記イベント出力回数だけイベント信号を出力する機能と、前記イベント信号毎に流量積算及びその表示やパルスを出力する機能を備えたことを特徴とする流量計。
単位時間内に行う複数の流量測定結果の平均値から単位時間当りの通過量を求めることを特徴とする請求項１記載の流量計。
過去複数回の単位時間内の流量測定結果から単位時間当りの通過量を求めることを特徴とする請求項１又は２記載の流量計。
単位時間当りの通過量がマイナスの時は、そのマイナス分をプラス分と相殺してパルス出力をすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の流量計。