JP5130085B2 - Ultrasonic flow meter - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を利用してガス等の流体の流量を計測する超音波流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a fluid such as a gas using ultrasonic waves.
従来、流路の上流側と下流側に一定の距離をおいて一対の超音波振動子を設け、その間で相互に超音波信号の送信および受信を繰り返して行い、上流側から下流側への超音波信号の伝搬積算時間と、下流側から上流側への伝搬積算時間との差に基づいて流量を求める超音波流量計が知られている。 Conventionally, a pair of ultrasonic transducers are provided at a certain distance on the upstream side and downstream side of the flow path, and the ultrasonic signal is transmitted and received between them repeatedly. 2. Description of the Related Art An ultrasonic flowmeter that obtains a flow rate based on a difference between a propagation integration time of a sound wave signal and a propagation integration time from a downstream side to an upstream side is known.
図13は、従来の超音波流量計の構成を示す図である。この超音波流量計は、流路1の内部に配置された一対の超音波振動子2a,2b、送受信切替スイッチ3、送信回路4、受信検知回路5、及び制御回路6で構成される。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a conventional ultrasonic flowmeter. This ultrasonic flow meter is composed of a pair of
流路1は、測定対象となる気体を内部に流す。また、一対の超音波振動子2a,2bは、両者間に超音波を伝搬させる。
The
超音波振動子2aは、送信回路4から送受信切替スイッチ3を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。超音波振動子2aで発生した超音波は、超音波振動子2bで受信され、受信信号は、送受信切替スイッチ3及び受信検知回路5を介して制御回路6に送られる。なお、この場合の超音波の伝搬方向を順方向とする。
The
同様に、超音波振動子2bは、送信回路4から送受信切替スイッチ3を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。超音波振動子2bで発生した超音波は、超音波振動子2aで受信され、受信信号は、送受信切替スイッチ3及び受信検知回路5を介して制御回路6に送られる。また、この場合の超音波の伝搬方向を逆方向とする。
Similarly, the
送受信切替スイッチ3は、超音波振動子2a及び超音波振動子2bの何れを送信側の超音波振動子又は受信側の超音波振動子として使用するかを切り替える。具体的には、送受信切替スイッチ3は、制御回路6からの指示に応答して、送信回路4からの駆動信号を超音波振動子2aに送るか超音波振動子2bに送るかを切り替えると共に、前者の場合は、超音波振動子2bからの受信信号を受信検知回路5に送り、後者の場合は、超音波振動子2aからの受信信号を受信検知回路5に送るように切り替える。
The transmission / reception change-over
送信回路4は、制御回路6からの指示(トリガ信号)に応答して駆動信号を生成し、送受信切替スイッチ3を介して、送信側の超音波振動子となる超音波振動子2a又は超音波振動子2bに送る。
The transmission circuit 4 generates a drive signal in response to an instruction (trigger signal) from the
受信検知回路5は、受信側の超音波振動子である超音波振動子2a又は2bにより受信された受信信号を送受信切替スイッチ3を介して検知し、制御回路6に出力する。
The
制御回路6は、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子に到達するまでの伝搬時間を計測するとともに、計測した伝搬時間に基づいて流量及び流速を計算する。気体の流れにより順方向と逆方向に伝搬時間差が生じており、制御回路6は、この伝搬時間差に基づいて気体の流速を求めることができる。
The
ガス圧を変動させるガス機器(例えばガスヒートポンプ等)の動作により脈動が発生した場合の計測方法として、1回の計測から瞬時流量を算出する計測モードとは別に複数回の計測により瞬時流量を算出する計測モード(計測モード2)を設けて計測する方法が知られている。これにより、当該方法を採用した流量計は、脈動発生源となるガス機器が自家又は隣家に設置されていることが予めわかっている場合には計測モード2を設定して流量計測精度の低下を防ぎ、また、当該脈動発生源が設置されていないことが予めわかっている場合には計測モード1を設定して無駄に消費電力が消費されるのを防止する。
As a measurement method when pulsation occurs due to the operation of a gas device (for example, a gas heat pump) that varies the gas pressure, the instantaneous flow rate is calculated by multiple measurements separately from the measurement mode that calculates the instantaneous flow rate from a single measurement. There is known a method of measuring by providing a measurement mode (measurement mode 2). As a result, the flow meter employing this method sets the measurement mode 2 when it is known in advance that the gas device that is the pulsation generation source is installed in the house or in the next house, thereby reducing the flow measurement accuracy. In addition, when it is known in advance that the pulsation generation source is not installed, the
特許文献1には、流量計測精度の低下を招くことなく消費電力の低減を図れる流量計測装置が記載されている。この流量計測装置は、ガス流量中のガスの流速に応じて変化する物理量を一定期間ごとに計測し、該計測した物理量とガス流路の断面積とを乗ずることにより瞬時流量を計測する第1の計測モードと、一定期間ごとに物理量を間欠的に所定回数計測し、所定回数計測した物理量の平均値とガス流路の断面積とを乗ずることにより瞬時流量を計測する第2の計測モードとを有し、何れか一方の計測モードを選択可能である。
したがって、上述した流量計測装置によれば、脈流発生源となるガスヒートポンプ等が自家又は隣家に設置されていることが予め分かっている場合に第2の計測モードを設定することで、脈流が生じた場合であっても流量計測精度が低下するのを防止することができる。また、脈流発生源となるガスヒートポンプなどが自家又は隣家に設置されていないことが予め分かっている場合に第1の計測モードを設定することで、脈流による流量の変動がないにも拘わらず第2の計測モードにより大きな電力を消費して瞬時流量を求めることがなくなるとともに、第1の計測モードにより電力を抑えて正確に瞬時流量を計測することができるため、無駄な電力消費を防止することができる。
しかしながら、上述したような流量計測装置においては、突発的な脈動の発生や設置者が近隣に脈動発生源の存在を知らない場合の対処方法が問題となる。すなわち、上述した流量計測装置は、脈動発生源となるガス機器(例えばガスヒートポンプ等)が自家又は隣家に設置されているか否かを予め認識している場合には計測モードの切替により流量計測精度の低下を防止することができるが、脈動発生源となるガス機器の設置を予め知らない場合には計測モードの設定を適切に行うことができず、流量計測精度の低下や無駄な消費電力の発生を招く。 However, in the flow rate measuring apparatus as described above, there is a problem in how to deal with sudden pulsations or when the installer does not know the existence of pulsation sources in the vicinity. That is, the above-described flow rate measuring device can accurately measure the flow rate by switching the measurement mode when it is recognized in advance whether or not a gas device (for example, a gas heat pump) serving as a pulsation generation source is installed in the house or a neighbor. However, if you do not know in advance the installation of gas equipment that will be the source of pulsation, the measurement mode cannot be set properly, resulting in reduced flow measurement accuracy and wasteful power consumption. Incurs outbreaks.
さらに、脈動発生源となるガス機器が運転/停止を繰り返している場合には、当該流量計測装置は、ガス機器が停止するたびに通信等の手段により計測モード1への設定切替を行う必要があり、適切な切替が行われない場合にはガス機器が停止している時間帯も計測モード2で計測するため、無駄な消費電力の増大を招く。
Further, when the gas device that is a pulsation generation source is repeatedly operated / stopped, the flow rate measuring device needs to switch the setting to the
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、脈動発生源となるガス機器の自家又は隣家における設置の有無を認識していない場合や当該ガス機器が運転/停止を繰り返している場合においても、適切に計測モードを切り替え、計測精度の低下を防止するとともに、消費電力の増大を防止する超音波流量計を提供することを課題とする。 The present invention solves the above-described problems of the prior art, when the presence or absence of installation of the gas equipment that is the source of pulsation in the house or in the neighboring house is not recognized, or when the gas equipment is repeatedly operated / stopped However, an object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter that appropriately switches the measurement mode, prevents a decrease in measurement accuracy, and prevents an increase in power consumption.
本発明に係る超音波流量計は、上記課題を解決するために、被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に一定の距離を離して設置された一対の超音波振動子と、前記一対の超音波振動子の間で送受される超音波信号の伝播時間を計測する時間計測部と、前記時間計測部により計測された前記伝播時間に基づいて前記被計測流体の瞬時流量を算出する瞬時流量算出部とを有する超音波流量計であって、前記時間計測部により計測された前記伝播時間及び前記瞬時流量算出部により算出された瞬時流量の少なくとも一方に基づいて前記被計測流体の脈動を検知する脈動検知部と、前記脈動検知部により脈動が検知された場合に、前記瞬時流量算出部により算出された瞬時流量に対してフィルタリングを行うフィルタ部と、前記フィルタ部によりフィルタリングされた瞬時流量に基づき前記被計測流体の漏れの有無を判定する第1判定部とを備え、前記第1判定部は、前記瞬時流量算出部により算出された瞬時流量の所定時間内における標準偏差を算出し、前記標準偏差が所定の値以下の場合にのみ前記被計測流体の漏れの有無を判定し、前記被計測流体に対する使用の有無を判定する第2判定部と、前記被計測流体未使用時に積算に用いる第1バッファと、前記被計測流体使用時に積算に用いる第2バッファと、前記第2判定部が前記被計測流体の使用の有無を判定中である場合に積算に用いる第3バッファと、前記第2判定部が前記被計測流体の使用の有無を判定中である場合に前記瞬時流量を前記第3バッファに積算し、前記第3バッファに積算された流量値が前記被計測流体未使用時に対応する値であると判定された場合に、前記第3バッファに積算された流量値を前記第1バッファに積算し、前記第3バッファに積算された流量値が前記被計測流体使用時に対応する値であると判定された場合に、前記第3バッファに積算された流量値を前記第2バッファに積算する流量積算部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, an ultrasonic flowmeter according to the present invention includes a pair of ultrasonic transducers installed at a certain distance apart on the upstream side and the downstream side of the flow path through which the fluid to be measured flows, A time measuring unit that measures a propagation time of an ultrasonic signal transmitted and received between a pair of ultrasonic transducers, and an instantaneous flow rate of the fluid to be measured is calculated based on the propagation time measured by the time measuring unit. An ultrasonic flowmeter having an instantaneous flow rate calculation unit, wherein the pulsation of the fluid to be measured is based on at least one of the propagation time measured by the time measurement unit and the instantaneous flow rate calculated by the instantaneous flow rate calculation unit A pulsation detection unit for detecting the pulsation, a filter unit for filtering the instantaneous flow rate calculated by the instantaneous flow rate calculation unit when a pulsation is detected by the pulsation detection unit, and a filter unit for filtering A first determination unit that determines whether or not the fluid to be measured is leaked based on the instantaneous flow rate that is filtered, and the first determination unit is a standard within a predetermined time of the instantaneous flow rate calculated by the instantaneous flow rate calculation unit. A second determination unit that calculates a deviation, determines whether or not the measured fluid leaks only when the standard deviation is equal to or less than a predetermined value, and determines whether or not the measured fluid is used; and the measured fluid A first buffer used for integration when not in use, a second buffer used for integration when using the fluid to be measured, and a second buffer used for integration when the second determination unit is determining whether or not to use the fluid to be measured. 3 buffer and when the second determination unit is determining whether to use the fluid to be measured, the instantaneous flow rate is integrated into the third buffer, and the flow rate value integrated into the third buffer is Measurement fluid unused When it is determined that the value corresponds to the time, the flow value accumulated in the third buffer is accumulated in the first buffer, and the flow value accumulated in the third buffer corresponds to the time when the measured fluid is used. And a flow rate integrating unit that integrates the flow rate value accumulated in the third buffer in the second buffer when it is determined that the value is to be performed.
本発明によれば、脈動発生源となるガス機器の自家又は隣家における設置の有無を認識していない場合や当該ガス機器が運転/停止を繰り返している場合においても、脈動を検知し、適切に計測モードを切り替え、計測精度の低下を防止するとともに、消費電力の増大を防止することができる。 According to the present invention, even when the presence or absence of the gas equipment that is the source of pulsation is not recognized in the home or in the neighboring house, or when the gas equipment is repeatedly operated / stopped, the pulsation is detected and appropriately The measurement mode can be switched to prevent a decrease in measurement accuracy and an increase in power consumption.
以下、本発明の超音波流量計の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the ultrasonic flowmeter of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施例1に係る超音波流量計の制御回路6aの構成を示すブロック図である。まず、本実施の形態の構成を説明すると、本実施の形態に係る超音波流量計は、図13に示す従来の超音波流量計と同様に、流路1の内部に配置された一対の超音波振動子2a,2b、送受信切替スイッチ3、送信回路4、及び受信検知回路5を備え、さらに図1に示す制御回路6aを備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the control circuit 6a of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention. First, the configuration of the present embodiment will be described. The ultrasonic flowmeter according to the present embodiment is a pair of ultrasonographs arranged inside the
超音波振動子2aと超音波振動子2bとは、被計測流体が流れる流体流路1の上流側と下流側に一定の距離を離して設置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される。超音波振動子2aと超音波振動子2bとの間で、流体の流れの順方向および逆方向に相互に超音波を送受信する動作が繰り返し行なわれ、各方向における超音波の伝搬積算時間の差に基づき流量が算出される。
The
送受信切替スイッチ3は、超音波振動子2a及び超音波振動子2bの何れを送信側の超音波振動子又は受信側の超音波振動子として使用するかを切り替える。具体的には、送受信切替スイッチ3は、制御回路6aからの指示に応答して、送信回路4からの駆動信号を超音波振動子2aに送るか超音波振動子2bに送るかを切り替えると共に、前者の場合は、超音波振動子2bからの受信信号を受信検知回路5に送り、後者の場合は、超音波振動子2aからの受信信号を受信検知回路5に送るように切り替える。
The transmission / reception change-over
送信回路4は、制御回路6aからの指示(トリガ信号)に応答して駆動信号を生成し、送受信切替スイッチ3を介して、送信側の超音波振動子となる超音波振動子2a又は超音波振動子2bに送る。
The transmission circuit 4 generates a drive signal in response to an instruction (trigger signal) from the control circuit 6a, and an
受信検知回路5は、受信側の超音波振動子である超音波振動子2a又は2bにより受信された受信信号を送受信切替スイッチ3を介して検知し、制御回路6aに出力する。
The
制御回路6aは、超音波振動子2a,2bから送受される超音波信号に基づいて得られる伝搬時間に基づき流量を計測する。具体的な構成として、制御回路6aは、伝搬時間計測部10、瞬時流量算出部11、脈動検知部12、脈動除去部14a,14b、ガス漏れ(内管漏洩)判定部16、保安部20、ガス使用判定部22、及び流量積算部24で構成されている。
The control circuit 6a measures the flow rate based on the propagation time obtained based on the ultrasonic signals transmitted and received from the
伝搬時間計測部10は、本発明の時間計測部に対応し、送信回路4が送信側の超音波振動子に超音波を送信させるタイミングを制御するとともに、受信検知回路5により検知された受信信号に基づき超音波の受信のタイミングを検知して、超音波振動子2a,2bの間で送受される超音波信号の伝搬時間を計測する。
The propagation
瞬時流量算出部11は、伝搬時間計測部10により計測された伝搬時間に基づいてガス等の被計測流体の瞬時流量を算出する。今、音速をc、被計測流体の流速をvとし、超音波振動子2aから超音波振動子2bまでの距離をLとすると、順方向の超音波信号の伝搬時間はL/(c+v)、逆方向の超音波信号の伝搬時間はL/(c−v)となる。Lの値が既知であれば、これらの伝搬時間に基づき音速及び流速を求めることができる。よって、瞬時流量算出部11は、求められた被計測流体の流速に流体流路1の断面積を乗じることにより瞬時流量を求めることができる。
The instantaneous flow
脈動検知部12は、伝搬時間計測部10により計測された伝搬時間及び瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量の少なくとも一方に基づいて被計測流体の脈動を検知する。
The
脈動検知部12による脈動検知の方法は、様々なものが考えられる。一つの方法として、脈動検知部12は、伝搬時間計測部10により計測された順方向の超音波の伝搬時間と逆方向の超音波の伝搬時間との和の値の所定時間における変化量に基づき、脈動の有無や脈動の大きさを判定する。
Various methods of pulsation detection by the
例えば、脈動検知部12は、伝搬時間計測部10により計測された順方向の超音波の伝搬時間と逆方向の超音波の伝搬時間との和の値に応じて次に示す5つの条件のいずれかに脈動レベルを判定する。
For example, the
脈動検知部12は、(1)「t秒間にΔT≧X1[nS]となる瞬時流量がi回以上発生した場合」に中レベルの連続脈動ありと判定する。ここで、Tは、順逆の超音波の伝搬時間の和を示す。また、Tは、順逆の超音波の伝搬時間の平均値(順逆の超音波の伝搬時間の和を2で除した値)であるとしてもよい。
The
また、ΔTは、例えば今回のTの値(T(k))と前回のTの値(T(k−1))との差分を用いることができる(|T(k)−T(k−1)|)。その他の例として、ΔTは、今回のTの値(T(k))と前回のTのN回平均値(TN(k−1))との差分を用いることができる(|T(k)−TN(k−1)|)。 Further, for ΔT, for example, the difference between the current T value (T (k)) and the previous T value (T (k−1)) can be used (| T (k) −T (k−)). 1) |). As another example, ΔT can use the difference between the current T value (T (k)) and the previous T average value (T N (k−1)) (| T (k ) -T N (k-1) |).
また、脈動検知部12は、(2)「t秒間にΔT≧X1[nS]となる瞬時流量がj回以上発生した場合」に中レベルの単発脈動ありと判定する。ここで、i>jである。したがって、脈動検知部12は、(1)の場合に該当しなくても(2)の場合に該当する場合には、中レベルの単発脈動ありと判定する。
Further, the
また、脈動検知部12は、(3)「t秒間にΔT≧X2[nS]となる瞬時流量がi回以上発生した場合」に大レベルの連続脈動ありと判定する。ここで、X2>X1である。
Further, the
また、脈動検知部12は、(4)「t秒間にΔT≧X2[nS]となる瞬時流量がj回以上発生した場合」に大レベルの単発脈動ありと判定する。
Further, the
さらに、脈動検知部12は、(5)「(1)乃至(4)のいずれの条件にも該当しない場合」に脈動レベル小、又は脈動無しと判定する。
Furthermore, the
以上説明した脈動検知の方法は、超音波の伝搬時間を用いて検知を行うが、別の方法として、脈動検知部12は、瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量の所定時間における変化量に基づき、脈動の有無や脈動の大きさを判定することもできる。
The pulsation detection method described above performs detection using the propagation time of the ultrasonic wave. As another method, the
例えば、脈動検知部12は、瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量の所定時間における変化量に応じて次に示す5つの条件のいずれかに脈動レベルを判定する。
For example, the
脈動検知部12は、(1)「t秒間にΔQ≧Y1[L/h]となる瞬時流量がi回以上発生した場合」に中レベルの連続脈動ありと判定する。ここで、Qは、瞬時流量を示す。また、ΔQは、例えば今回のQの値(Q(k))と前回のQの値(Q(k−1))との差分を用いることができる(|Q(k)−Q(k−1)|)。その他の例として、ΔQは、今回のQの値(Q(k))と前回のQのN回平均値(QN(k−1))との差分を用いることができる(|Q(k)−QN(k−1)|)。
The
また、脈動検知部12は、(2)「t秒間にΔQ≧Y1[L/h]となる瞬時流量がj回以上発生した場合」に中レベルの単発脈動ありと判定する。
Further, the
また、脈動検知部12は、(3)「t秒間にΔQ≧Y2[L/h]となる瞬時流量がi回以上発生した場合」に大レベルの連続脈動ありと判定する。ここで、Y2>Y1である。
Further, the
また、脈動検知部12は、(4)「t秒間にΔQ≧Y2[L/h]となる瞬時流量がj回以上発生した場合」に大レベルの単発脈動ありと判定する。
Further, the
さらに、脈動検知部12は、(5)「(1)乃至(4)のいずれの条件にも該当しない場合」に脈動レベル小、又は脈動無しと判定する。
Furthermore, the
以上説明した脈動検知の方法は、瞬時流量を用いて検知を行う。当該超音波流量計における瞬時流量算出部11が複数回の超音波計測に基づき瞬時流量を算出している場合には、脈動検知部12は、複数回の超音波計測における超音波の伝搬時間に基づき、脈動の有無や脈動の大きさを判定することもできる。
The pulsation detection method described above performs detection using an instantaneous flow rate. When the instantaneous flow
具体的には、脈動検知部12は、伝搬時間計測部10により複数回計測された順方向の超音波の伝搬時間の最大値及び最小値を求め、それらの「差」や「差が所定値以上となる頻度」に応じて次に示す3つの条件のいずれかに脈動レベルを判定する。なお、脈動検知部12は、伝搬時間計測部10により複数回計測された逆方向の超音波の伝搬時間の最大値及び最小値を求めてもよい。脈動が起きた場合には、順方向あるいは逆方向に対して急峻な流量の増減が生じるため、脈動が生じた時間内における順方向又は逆方向の超音波の伝搬時間の最大値最小値差は、大きな値をとるからである。
Specifically, the
脈動検知部12は、(1)「t秒間に伝搬時間の最大最小差≧Z1[nS]となる瞬時流量の発生回数がm回未満である場合」に脈動レベル小、又は脈動無しと判定する。
The
また、脈動検知部12は、(2)「t秒間に伝搬時間の最大最小差≧Z1[nS]となる瞬時流量の発生回数がm回以上であり、且つ当該t秒間における伝搬時間の最大最小差<Z2[nS]を満たす場合」に脈動レベル中と判定する。 Further, the pulsation detecting unit 12 (2) “Maximum and minimum difference in propagation time in t seconds ≧ Z1 [nS] is the number of occurrences of instantaneous flow rate is m times or more, and the maximum and minimum of propagation time in the t seconds. When “difference <Z2 [nS] is satisfied”, the pulsation level is determined.
また、脈動検知部12は、(3)「t秒間における伝搬時間の最大最小差≧Z2[nS]となる場合」に脈動レベル大と判定する。ここで、Z2>Z1である。
Further, the
上述したように、脈動検知部12は、伝搬時間計測部10により計測された伝搬時間と瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量とのいずれに基づいても被計測流体の脈動を検知することができる。したがって、図1に示す脈動検知部12は、伝搬時間計測部10により出力された伝搬時間(例えば順逆の到着時間の平均値T)と瞬時流量算出部10により算出された瞬時流量Qとの両方が入力されているが、いずれか一方のみでもよい。
As described above, the
脈動除去部14a,14bは、本発明のフィルタ部に対応し、脈動検知部12により脈動が検知された場合に、瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量に対してフィルタリングを行う。
The
図2は、脈動除去部14aのイメージ図である。図2に示すように、脈動除去部14aは、脈動の有無に応じて入力された瞬時流量Qの出力を制御する。脈動が無い場合には、脈動除去部14aは、入力された瞬時流量Qをそのまま瞬時流量Q´として出力する。すなわち、Q=Q´である。この場合には、脈動除去部14aは、フィルタ係数=1のフィルタである。
FIG. 2 is an image diagram of the
一方、脈動がある場合には、脈動除去部14aは、瞬時流量Qが入力されても出力せず、Q´=0となる。ここで、「脈動がある」場合とは、例えば脈動検知部12により脈動レベルが中又は大であると判定された場合である。
On the other hand, when there is a pulsation, the
また、脈動除去部14aは、脈動検知部12により脈動ありと判定された瞬時流量のみならず、その前m回及びその後n回分の測定された瞬時流量を出力しない構成でもよい。図3は、この場合における脈動除去部14aのフィルタリング手段の概要を示す図である。図3においては、m=2であり、n=3である。
Further, the
図3に示すように、脈動ありと判定されたピーク値直前の2回分の瞬時流量値は、脈動の前兆部分の影響を受けていると考えられるため、脈動除去部14aは、ピーク値直前の2回分の瞬時流量を出力せず、ガス漏れ判定に使用されるのを防止する。
As shown in FIG. 3, since the instantaneous flow rate values for the two times immediately before the peak value determined to have pulsation are considered to be affected by the omens of pulsation, the
また、脈動ありと判定されたピーク値直後の3回分の瞬時流量値は、脈動の尾引き部分の影響を受けていると考えられるため、脈動除去部14aは、ピーク値直後の3回分の瞬時流量を出力せず、ガス漏れ判定に使用されるのを防止する。
In addition, since it is considered that the instantaneous flow rate values for three times immediately after the peak value determined to have pulsation are affected by the tailing portion of the pulsation, the
図4は、瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量の実際の変動を示す図である。時刻t1から時刻t2までの間に、脈動検知部12は、脈動ありと判定する。しかしながら、図4に示すように、時刻t0から時刻t1までの間の前兆部分や時刻t2から時刻t3までの間の尾引き部分においても、瞬時流量値の大きな変動が観測される。これらの前兆部分や尾引き部分における瞬時流量をガス漏れ判定に使用した場合には、正しい判定が行われない可能性が考えられるため、脈動除去部14aは、脈動ありと判定する部分のみならず、上述したように前兆部分や尾引き部分における瞬時流量を出力しない。
FIG. 4 is a diagram showing actual fluctuations in the instantaneous flow rate calculated by the instantaneous flow
なお、この場合において脈動除去部14aは、脈動が無い場合においても入力された瞬時流量Qを即座に出力するものではなく、一定期間内における瞬時流量値の変動データを蓄えておき、脈動が検出された場合に、ガス漏れ判定部16に対して出力する瞬時流量のデータを選別し、脈動発生前後の瞬時流量データを削除した形でガス漏れ判定部16に対して出力する。
In this case, the
ガス漏れ判定部16は、本発明の第1判定部に対応し、脈動除去部14aによりフィルタリングされた瞬時流量Q´に基づき被計測流体の漏れ(内管漏洩)の有無を判定する。漏れ判定の方法は様々なものが考えられるが、例えば、ガス漏れ判定部16は、所定期間内(例えば一ヶ月)において瞬時流量Q´が0あるいは非常に小さな値を所定回数以上連続してとる場合には、ガス漏れが無いと判定する。この方法は、一ヶ月といった長い期間においてガスが連続して使用される可能性は非常に薄いという前提に基づいた判定方法である。したがって、この判定方法を採用した場合に、ガス漏れ判定部16は、一ヶ月間常にガスが所定量以上流れている場合にはガス漏れがあると判定する。
The gas
なお、上述したようなフィルタリング方法を脈動除去部14aが採用している場合、脈動除去部14aは、脈動が生じる度にガス漏れ判定部16に対する出力を止める。したがって、ガスを使用していない場合と脈動発生時の区別をつけるために、脈動除去部14aは、脈動発生時に瞬時流量Q´をガス漏れ判定部16に出力するのを止める代わりに、脈動発生信号を出力する構成としてもよい。
When the
また、ガス漏れ判定部16は、個々の瞬時流量値ではなく、瞬時流量Q´の一定時間の平均値に基づきガス漏れの有無を判定する構成としてもよい。ガス漏れ判定部16は、脈動無しの瞬時流量であるQ´を判定に用いるため、精度良くガス漏れ判定を行うことができるが、さらに瞬時流量Q´の一定時間の平均値を用いてガス漏れ判定を行うことにより、ガス漏れ判定の精度を上げて、誤判定のリスクを下げることができる。
Moreover, the gas
さらに、ガス漏れ判定部16は、脈動検知部12により脈動ありと判定された瞬時流量の割合が大きい場合に、ガス漏れ判定を行わない構成にすることもできる。脈動発生時には、上述したように脈動除去部14aは、ガス漏れ判定部16に対する出力を行わない。したがって、脈動ありの瞬時流量の割合が大きくなると、ガス漏れ判定部16に入力される瞬時流量のデータ数は減少し、ガス漏れ判定の精度が下がるからである。
Further, the gas
また、ガス漏れ判定部16は、瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量の所定時間内における標準偏差を算出し、標準偏差が所定の値以下の場合にのみ被計測流体の漏れの有無を判定するとしてもよい。ガス漏れ判定に使用する瞬時流量平均値のばらつきが大きくなると、ガス漏れ判定部16によるガス漏れ判定の精度が下がる。そこで、ガス漏れ判定部16は、瞬時流量の所定時間内における標準偏差が所定の値以下の場合にのみ被計測流体の漏れの有無を判定することで、ガス漏れ判定に使用する瞬時流量平均値の計測ばらつきを保障する。
Further, the gas
上述した脈動除去部14aは、フィルタリングの手段として脈動発生時にガス漏れ判定部16に対する瞬時流量Q´の出力を止めているが、次に説明するように、脈動除去部14aは、脈動検知部12により脈動が検知された場合に、瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量Qに対して以下の数式を用いてフィルタリングを行ってもよい。
〔数1〕
Q´(k)=aQ(k)+(1−a)Q´(k−1)…(1)
この場合に、脈動除去部14aは、脈動検知部12により判定された脈動レベルに基づき、フィルタ係数aを決定する。ここで、フィルタ係数aは、0から1までの値をとる。
The
[Equation 1]
Q ′ (k) = aQ (k) + (1-a) Q ′ (k−1) (1)
In this case, the
(1)式に示すように、脈動除去部14aは、今回の瞬時流量の実測値であるQ(k)にフィルタ係数aを乗じた値と前回の瞬時流量の算出値であるQ´(k−1)に(1−a)を乗じた値との和を求めて、ガス漏れ判定部16に出力する。
As shown in the equation (1), the
また、脈動除去部14bは、脈動検知部12により脈動が検知された場合に、瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量に対して以下の数式を用いてフィルタリングを行う。
〔数2〕
Q”(k)=bQ(k)+(1−b)Q(k−1)…(2)
脈動除去部14bは、脈動検知部12により判定された脈動レベルに基づき、フィルタ係数bを決定する。ここで、フィルタ係数bは、0から1までの値をとる。
Further, when a pulsation is detected by the
[Equation 2]
Q ″ (k) = bQ (k) + (1−b) Q (k−1) (2)
The
(2)式に示すように、脈動除去部14bは、今回の瞬時流量の実測値であるQ(k)にフィルタ係数bを乗じた値と前回の瞬時流量の実測値であるQ(k−1)に(1−b)を乗じた値との和を求めて、ガス漏れ判定部16に出力する。
As shown in the equation (2), the
すなわち、脈動除去部14aは、前回の瞬時流量の算出値であるQ´(k−1)をフィルタリングに用いるため、それ以前の瞬時流量の実測値の影響を受けているといえる。これに対し、脈動除去部14bは、今回の瞬時流量の実測値Q(k)と前回の瞬時流量の実測値Q(k−1)のみに基づきフィルタリングを行う。したがって、フィルタの強さは、脈動除去部14aの方が脈動除去部14bよりも強い。このような構成とする理由は、流量積算部24に入力される瞬時流量Q”に脈動による影響が多少あったとしても積算流量に大きく影響することはないのに対し、ガス漏れ判定部16は、精度の高いガス漏れ判定を行うために極力脈動による影響を排した厳密な瞬時流量Q´を必要とするためである。
That is, since the
図5は、脈動レベルに対するフィルタ係数の決定方法の1例を示す図である。脈動除去部14a,14bは、脈動検知部12により検知された脈動レベルに応じて図5に示すようにフィルタ係数a又はbの値を決定する。脈動除去部14a,14bは、脈動レベルが大きいほどフィルタ係数a又はbの値を小さくすることにより、脈動発生時の瞬時流量の値の影響を小さくする。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a filter coefficient determination method for the pulsation level. The
計測モード切替部18は、サンプリング回数の異なる複数の計測モードを有し、脈動検知部12により脈動が検知された場合に、脈動の所定時間内における発生回数及び脈動の大きさの少なくとも一方に基づき複数の計測モードの中から1つの計測モードを選択して切り替える。
The measurement
図6は、計測モード切替部18の有する計測モードの1例を示す図である。本実施例において、計測モード切替部18は、図6に示すように3つの計測モードを有するものとする。計測モード1は、流量変動がQ1[L/h]未満の脈動レベルが小さい場合に適用される計測モードであり、サンプリング回数が少ない。したがって、計測モード1は、消費電流が少なく、消費電力を抑えることができるが、脈動下における計測ばらつきが大きくなるため、上述したように脈動レベルが小さい場合にのみ適用される。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a measurement mode included in the measurement
逆に、計測モード3は、流量変動がQ2[L/h]以上の脈動レベルが大きい場合に適用される計測モードであり、サンプリング回数が多い。ここで、Q2>Q1である。したがって、計測モード3は、消費電流が大きく、消費電力も大きなものとなるが、脈動下における計測ばらつきが小さいため、上述したように脈動レベルが大きい場合に適用され、より正確な計測が可能である。
Conversely, the
計測モード2は、流量変動がQ1[L/h]以上Q2[L/h]未満の脈動レベルが中の場合に適用される計測モードであり、計測モード1と計測モード3との中間の役割を果たす。したがって、計測モード2は、サンプリング回数、消費電流、脈動下における計測ばらつきのいずれも中となる。
The measurement mode 2 is a measurement mode that is applied when the pulsation level in which the flow rate fluctuation is Q1 [L / h] or more and less than Q2 [L / h] is medium, and is an intermediate role between the
なお、当然のことながら、計測モード切替部18は、有する計測モードの数を3つに限るものではなく、また脈動状態に対応した様々な計測モードを選択可能とする。
As a matter of course, the measurement
保安部20は、ガス漏れ(内管漏洩)判定以外の従来からある保安機能を有し、例えば所定の流量範囲外の瞬時流量を検出し、あるいは超音波の送受信の不具合等を検出するとともに、ガスの遮断や警告表示、警報等の適切な処置を行う。
The
ガス使用判定部22は、本発明の第2判定部に対応し、脈動除去部14bによりフィルタリングされた瞬時流量Q”に基づき、被計測流体に対する使用の有無を判定する。ガス使用判定部22による具体的な判定方法は後述する。
The gas
流量積算部24は、瞬時流量算出部11により算出され脈動除去部14bによりフィルタリングされた瞬時流量Q”を積算する。本実施例において、流量積算部24は、ガス使用判定部22による判定結果に応じて複数のバッファのいずれかを選択し、選択したバッファに瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量を積算する。
The flow
次に、上述のように構成された本実施の形態の超音波流量計の作用を説明する。まず、超音波流量計は、順方向・逆方向共に超音波計測を開始する。伝搬時間計測部10は、順方向・逆方向のいずれの方向に超音波を送信するかを決定するために、送信回路4を介して送受信切替スイッチ3を制御する。また、伝搬時間計測部10は、送信回路4に駆動信号の生成を指示する。
Next, the operation of the ultrasonic flowmeter of the present embodiment configured as described above will be described. First, the ultrasonic flowmeter starts ultrasonic measurement both in the forward direction and in the reverse direction. The propagation
送信回路4は、伝搬時間計測部10からの指示に応答して駆動信号を生成し、送受信切替スイッチ3を介して超音波振動子2aに送る(順方向の場合)。これにより、超音波振動子2aが振動し、流体流路1内の流体の流れ方向に超音波を発生する。この超音波振動子2aで発生された超音波は超音波振動子2bで受信される。
The transmission circuit 4 generates a drive signal in response to an instruction from the propagation
超音波振動子2bは、超音波振動子2aから受信した超音波に応じて振動することにより受信信号を生成し、送受信切替スイッチ3を介して受信検知回路5に送る。
The
受信検知回路5は、受信側の超音波振動子である超音波振動子2bにより受信された受信信号を送受信切替スイッチ3を介して検知し、制御回路6a内の伝搬時間計測部10に出力する。
The
伝搬時間計測部10は、上述したように、超音波振動子2a,2bの間で送受される超音波信号の伝搬時間を計測する。同様に、瞬時流量算出部11は、伝搬時間計測部10により計測された伝搬時間に基づいてガス等の被計測流体の瞬時流量を算出する。
As described above, the propagation
伝搬時間計測部10は、所定の時間毎に伝搬時間を計測し、計測結果を瞬時流量算出部11に出力する。瞬時流量算出部11は、所定の時間毎に計測された伝搬時間に基づき求めた被計測流体の瞬時流量Qを脈動検知部12、及び脈動除去部14a,14bに出力する。
The propagation
脈動が検知されない場合には、流量積算部24は、脈動除去部14bにより出力された瞬時流量Q”及び前回計測された時刻から今回計測された時刻の間の時間とに基づき、前回の計測時から今回の計測時までの間に流れた流量を求めるとともに、今回求めた流量をバッファ内に記憶する前回までの積算流量値にさらに積算する。
In the case where no pulsation is detected, the flow
脈動検知部12は、伝搬時間計測部10により計測された伝搬時間及び瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量の少なくとも一方に基づいて被計測流体の脈動を検知する。脈動除去部14a,14bは、脈動検知部12により脈動が検知された場合に、瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量に対してフィルタリングを行う。
The
計測モード切替部18は、サンプリング回数の異なる3つの計測モードを有し、脈動検知部12により脈動が検知された場合に、脈動の所定時間内における発生回数及び脈動の大きさの少なくとも一方に基づき複数の計測モードの中から1つの計測モードを選択して切り替える。伝搬時間計測部10は、計測モード切替部18により選択された計測モードに基づき、伝搬時間を計測する。
The measurement
図7は、計測モード切替部18の有する計測モードの状態遷移の1例を示す図である。計測モード切替部18は、通常(脈動レベルが小、あるいは脈動無し)の場合において、計測モード1を選択する。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of state transition of the measurement mode included in the measurement
脈動検知部12により脈動レベルが中であると判断された場合(図7(a)に示す[1]脈動中を検出)には、計測モード切替部18は、計測モード2を選択して切り替える。この場合の遷移条件として、例えば計測モード切替部18は、t1秒間にΔT≧X1[nS]又はΔQ≧Y1[L/h]となる瞬時流量がi回以上発生し脈動検知部12により中レベルの連続脈動ありと判定された場合に、計測モード2を選択して切り替える。あるいは、計測モード切替部18は、t1秒間にΔT≧X1[nS]又はΔQ≧Y1[L/h]となる瞬時流量がj回以上発生し脈動検知部12により中レベルの単発脈動ありと判定された場合に、計測モード2を選択して切り替えてもよい。
When the
計測モード2又は計測モード3が選択されている際に、脈動検知部12により脈動レベルが小であると判断された場合(図7(a)に示す[2]脈動小を検出)には、計測モード切替部18は、計測モード1を選択して切り替える。この場合の遷移条件として、例えば計測モード切替部18は、t2秒間に伝搬時間の最大最小差≧Z1[nS]となる瞬時流量の発生回数がj回未満であるか又はQ1[L/h]以上の流量変動が検出されなかった場合に、計測モード1を選択して切り替える。
When the measurement mode 2 or the
計測モード2が選択されている際に、脈動検知部12により脈動レベルが大であると判断された場合(図7(a)に示す[3]脈動大を検出)には、計測モード切替部18は、計測モード3を選択して切り替える。この場合の遷移条件として、例えば計測モード切替部18は、t2秒間に伝搬時間の最大最小差≧Z2[nS]となる瞬時流量が発生するか又はQ2[L/h]以上の流量変動が検出された場合に、計測モード3を選択して切り替える。
When the measurement mode 2 is selected and the
計測モード3が選択されている際に、脈動検知部12により脈動レベルが中であると判断された場合(図7(a)に示す[4]脈動中を検出)には、計測モード切替部18は、計測モード2を選択して切り替える。この場合の遷移条件として、例えば計測モード切替部18は、t2秒間における伝搬時間の最大最小差<Z2[nS]であり、且つ伝搬時間の最大最小差≧Z1[nS]となる瞬時流量の発生回数がj回以上となる瞬時流量が発生するか、又はQ1[L/h]以上Q2[L/h]未満の流量変動が検出された場合に、計測モード2を選択して切り替える。
When the
計測モード1が選択されている際に、脈動検知部12により脈動レベルが大であると判断された場合(図7(a)に示す[5]脈動大を検出)には、計測モード切替部18は、計測モード3を選択して切り替える。この場合の遷移条件として、例えば計測モード切替部18は、t1秒間にΔT≧X2[nS]又はΔQ≧Y2[L/h]となる瞬時流量がi回以上発生し脈動検知部12により大レベルの連続脈動ありと判定された場合に、計測モード3を選択して切り替える。あるいは、計測モード切替部18は、t1秒間にΔT≧X2[nS]又はΔQ≧Y2[L/h]となる瞬時流量がj回以上発生し脈動検知部12により大レベルの単発脈動ありと判定された場合に、計測モード3を選択して切り替えてもよい。
When the
図8は、計測モード切替部18の有する計測モードの状態遷移の別の1例を示す図である。計測モード切替部18は、通常(脈動レベルが小、あるいは脈動無し)の場合において、改良計測モード1における計測モード1を選択する。ここで、改良計測モード1は、計測モード1と計測モード1´との組み合わせによる計測モードである。また、計測モード1´は、図7で説明した計測モード1と計測モード3とを組み合わせた計測モードである。
FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the state transition of the measurement mode possessed by the measurement
脈動検知部12により脈動ありと判断された場合(図8に示す[1]脈動ありを検出)には、計測モード切替部18は、計測モード1´を選択して切り替える。この場合の遷移条件として、例えば計測モード切替部18は、2秒間に1度判定し、ΔT≧X1[nS]又はΔQ≧Y1[L/h]となる瞬時流量が発生したと判定された場合に、計測モード1´を選択して切り替える。ここで、計測モード1´は、次回(2秒後)の判定までの間に、計測モード3による判定を行う計測モードである。計測モード3は、サンプリング回数が多いため、脈動の発生が真実であるか否かの判定に用いられる。
When the
計測モード1´が選択されている際に、脈動検知部12により脈動なしと判断された場合(図8に示す[2]脈動なしを検出)には、計測モード切替部18は、計測モード1を選択して切り替える。この場合の遷移条件として、例えば計測モード切替部18は、2秒間に1度判定し、ΔT<X1[nS]且つΔQ<Y1[L/h]となる場合に、計測モード1を選択して切り替える。したがって、この条件が満たされ計測モード1が選択された場合には、計測モード3による判定は行われない。
When the
改良計測モード1内における計測モード1と計測モード1´との状態遷移の条件判定は、上述したように2秒に1回判定されるが、30秒間に1度脈動発生頻度の判定も行われ、判定結果に基づき計測モード切替部18は、改良計測モード1と計測モード3との切替を行う。
The state transition condition determination between the
改良計測モード1が選択されている際に、脈動検知部12により脈動頻度が大であると判断された場合(図8に示す[3]脈動頻度大を検出)には、計測モード切替部18は、計測モード3を選択して切り替える。この場合の遷移条件として、例えば計測モード切替部18は、30秒間に計測モード1´が選択された回数≧r回となる場合に、計測モード3を選択して切り替える。ここで、rは、例えば「改良計測モード1において計測モード1´がr回選択された場合の消費電流(30秒間)」>「計測モード3の消費電流(30秒間)」の条件を満たすような値である。
When the
計測モード3が選択されている際に、脈動検知部12により脈動頻度が小であると判断された場合(図8に示す[4]脈動頻度小を検出)には、計測モード切替部18は、改良計測モード1を選択して切り替える。この場合の遷移条件として、例えば計測モード切替部18は、30秒間に脈動ありと検出された回数がs回未満である場合に、改良計測モード1を選択して切り替える。ここで、sは、例えば「改良計測モード1において計測モード1´がs回選択された場合の消費電流(30秒間)」<「計測モード3の消費電流(30秒間)」の条件を満たすような値である。
When the
図9は、改良計測モード1の動作を説明する図である。計測モード切替部18により改良計測モード1が選択されている場合、伝搬時間計測部10は、2秒間隔で伝搬時間の計測を行う。この場合において、脈動検知部12は、伝搬時間計測部10により計測が行われた直後に脈動有無の判定を行う。
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation in the improved
図9に示す時刻t0において伝搬時間計測部10による計測が行われた直後に、脈動検知部12は、脈動有無の判定を行う。ここで脈動が検出されなかったため、計測モード切替部18は、計測モードの切替を行わず、計測モード1に維持する。また、2秒後の時刻t1においても脈動が検出されなかったため、計測モード切替部18は、同様に、計測モード1を維持する。
Immediately after the measurement has been performed due to the propagation
時刻t1の2秒後の時刻t2において伝搬時間計測部10による計測が行われた直後に、脈動検知部12は、脈動ありと判断している。したがって、計測モード切替部18は、計測モード1´を選択して切り替える。計測モード1´は、次回(2秒後)の判定までの間に、計測モード3による判定を行う計測モードである。したがって、伝搬時間計測部10は、2秒以内にサンプリング回数の大きな計測モード3を用いて、伝搬時間の計測を行い、その直後に脈動検知部12は、計測結果に基づき脈動の有無を判定する。
Immediately after the measurement has been performed due to the propagation
計測モード3を用いて、脈動検知部12により脈動なしと判断された場合には、計測モード切替部18は、計測モード1を選択して切り替える。したがって、計測モード切替部18は、時刻t2の2秒後の時刻t3において、再び計測モードを計測モード1´から計測モード1に戻す。
When the
なお、給湯器等を用いて一瞬だけお湯を流すといった間欠的な使用(シングルレバー)を行うと、流路1を流れるガスは、脈動発生時と似た挙動をとることが考えられる。しかしながら、シングルレバーのガス使用が順方向のみのガス流であるのに対し、脈動発生時には、ガス流の往復(順方向及び逆方向に対するガス流)がみられる。したがって、サンプリング数の多い計測モード3を用いて計測することにより、より長い時間のガス流を観察することができるため、脈動検知部12は、容易に脈動発生の有無を判定することができる。
In addition, when intermittent use (single lever) is performed such as flowing hot water for a moment using a water heater or the like, the gas flowing in the
流量積算部24は、瞬時流量算出部11により算出され脈動除去部14bによりフィルタリングされた瞬時流量Q”を積算する。本実施例において、流量積算部24は、ガス使用判定部22による判定結果に応じて2つのバッファ(バッファ1、バッファ2)のいずれかを選択し、選択したバッファに瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量を積算する。ここで、バッファ1は、一定時間毎に積算値の1L以下の桁をクリアするバッファであり、バッファ2は、クリアしないバッファである。
The flow
流量積算部24は、ガス使用判定部22による判定結果がガス未使用である場合には、バッファ1を選択し、ガス使用判定部22による判定結果がガス使用中である場合には、バッファ2を選択して瞬時流量を積算する。
The flow
ガス使用判定部22は、脈動除去部14bによりフィルタリングされた瞬時流量Q”に基づき、被計測流体に対する使用の有無を判定する。具体的には、ガス使用判定部22は、瞬時流量Q”が設定した所定の閾値以上の場合にはガス使用中と判定し、閾値未満の場合には、ガス未使用と判定する。
The gas
図10は、流量積算部24が有する各バッファへの加算処理を説明する図である。図10に示すように、流量積算部24は、正側バッファ切替閾値と負側バッファ切替閾値とを有し、正側バッファ切替閾値以上又は負側バッファ切替閾値未満の流量をバッファ2に積算する。また、流量積算部24は、負側バッファ切替閾値以上正側バッファ切替閾値未満の流量をバッファ1に積算する。
FIG. 10 is a diagram for explaining an addition process to each buffer included in the flow
図10において、時刻t0までに算出された瞬時流量Q”は正の値であるが正側バッファ切替閾値未満であるため、流量積算部24は、時刻t0までの瞬時流量Q”をバッファ1に積算する。
In FIG. 10, since the instantaneous flow rate Q ″ calculated up to time t 0 is a positive value but less than the positive buffer switching threshold, the
時刻t0から時刻t1までに算出された瞬時流量Q”は正側バッファ切替閾値以上であるため、流量積算部24は、時刻t0から時刻t1までの瞬時流量Q”をバッファ2に積算する。
Since the instantaneous flow rate Q ″ calculated from time t 0 to time t 1 is equal to or greater than the positive buffer switching threshold, the
同様に、時刻t1から時刻t2までに算出された瞬時流量Q”は負側バッファ切替閾値以上正側バッファ切替閾値未満であるため、流量積算部24は、時刻t1から時刻t2までの瞬時流量Q”をバッファ1に積算する。また、時刻t2から時刻t3までに算出された瞬時流量Q”は負側バッファ切替閾値未満であるため、流量積算部24は、時刻t2から時刻t3までの瞬時流量Q”をバッファ2に積算する。
Similarly, since the instantaneous flow rate Q ″ calculated from time t 1 to time t 2 is equal to or greater than the negative buffer switching threshold value and less than the positive buffer switching threshold value, the flow
仮にガス使用中の流量とガス未使用時の流量を同じバッファに積算すると、温度変化や経年変化等によりゼロ点がプラス側にドリフト(シフト)した場合に、当該超音波流量計は、ガス未使用にもかかわらず流量を積算することとなる。また、ゼロ点がマイナス側にドリフトした場合にガス未使用状態が長く続くと、当該超音波流量計は、マイナス流量を積算し、その後ガスを使用した場合に即座に流量をプラスに積算しないという問題がある。 If the flow rate when the gas is used and the flow rate when the gas is not used are accumulated in the same buffer, the ultrasonic flowmeter will not be used if the zero point drifts (shifts) to the positive side due to temperature change or aging. Regardless of use, the flow rate will be integrated. Also, if the zero point drifts to the negative side and the gas unused state continues for a long time, the ultrasonic flow meter will add up the negative flow rate, and if the gas is used thereafter, it will not immediately add up the flow rate to positive. There's a problem.
しかしながら、本発明の超音波流量計における流量積算部24は、上述したように2つのバッファを有し、所定の閾値に達しない流量はバッファ1に積算された後に所定時間毎に1L以下の桁がクリアされるので、ゼロ点のドリフトにより発生した積算値をクリアし、正確な流量の積算を可能とするとともに、ゼロ点が負側にドリフトした場合であってもガス使用時に即座にプラスに流量を積算して流量の誤カウントを防止する。
However, the flow
なお、バッファ1及びバッファ2のいずれに積算された流量も、1Lを超えた部分は積算値に加算される。したがって、バッファ1の1Lに満たない部分は、所定のバッファクリア時間が経過した時点でゼロクリアされるが、1Lを超えた部分はクリアされず、真に使用したガスの流量として積算される。
It should be noted that the flow rate accumulated in both the
また、以上の動作により流量積算部24は、シングルレバー機器のような間欠的なガス使用も考慮し、一時的な使用であってもある程度の大きさの流量であれば、時間経過によらず積算バッファをゼロクリアしない。
In addition, with the above operation, the flow
また、流量積算部24の有するバッファは2つとは限らず幾つでもよい。例えば、流量積算部24は、ガス使用判定部22による判定結果に応じて3つのバッファ(バッファ1、バッファ2、バッファ3)のいずれかを選択し、選択したバッファに瞬時流量算出部11により算出された瞬時流量を積算するとしてもよい。
Further, the number of buffers included in the flow
図11は、3つのバッファを使用した場合におけるガス使用状態に対応する積算処理を示す図である。ガス使用判定部22により「判定中」から「ガス使用中」に使用状態の判定結果が遷移した場合には、流量積算部24は、「判定用バッファ」値を「クリアされないバッファ」に加算し、「判定用バッファ」をクリアする。一方、ガス使用判定部22により「判定中」から「ガス未使用」に使用状態の判定結果が遷移した場合には、流量積算部24は、「判定用バッファ」値を「クリアされるバッファ」に加算し、「判定用バッファ」をクリアする。
FIG. 11 is a diagram showing integration processing corresponding to the gas usage state when three buffers are used. When the determination result of the use state transitions from “in determination” to “in use of gas” by the gas
具体的には、流量積算部は3つのバッファ(バッファ1、バッファ2、バッファ3)を有しており、バッファ1とバッファ2とは、上述したバッファと同様の用途に用いる。すなわち、バッファ1は、ガス未使用時に積算に用いるバッファであり、一定時間毎に積算値の1L以下の桁をクリアする。バッファ2は、ガス使用中に積算に用いるバッファであり、積算値をクリアしない。また、バッファ3は、ガス使用中かガス未使用であるかをガス使用判定部22が判定中である場合に積算に用いる判定用バッファである。したがって、流量積算部24は、ガス使用状態を判定中である場合には、瞬時流量Q”をバッファ3に積算する。
Specifically, the flow rate integrating unit has three buffers (
流量積算部24は、ガス使用判定部22(又は流量積算部24)によりバッファ3に積算された流量値がガス未使用時に対応する値であると判定された場合に、バッファ3に積算された当該流量値をバッファ1に積算するとともにバッファ3の当該流量値をクリアする。また、流量積算部24は、ガス使用判定部22(又は流量積算部24)によりバッファ3に積算された流量値がガス使用時に対応する値であると判定された場合に、バッファ3に積算された当該流量値をバッファ2に積算するとともにバッファ3の当該流量値をクリアする。
The flow
このような動作を行うことにより、流量積算部24は、ガスの使用状態が判然としない状態において積算された流量値をいったんバッファ3に積算し、ガスの使用状態が判明した時点でバッファ3に積算した流量値を適切なバッファ(バッファ1又はバッファ2)に移すことができるので、より正確な流量計測ができる。
By performing such an operation, the flow
ガス使用判定部22(又は流量積算部24)は、具体的には以下のようにしてガスの使用状態を判定する。まず、ガス使用判定部22(又は流量積算部24)は、2つの閾値(k1、k2、k1>k2)を有しており、基本的には、瞬時流量Q”≧k1の場合にガス使用中と判定して瞬時流量Q”をバッファ2に積算し、瞬時流量Q”<k2の場合にガス未使用と判定して瞬時流量Q”をバッファ1に積算する。また、ガス使用判定部22(又は流量積算部24)は、k2≦瞬時流量Q”<k1の場合には、判定中として瞬時流量Q”をバッファ3に積算する。
Specifically, the gas usage determining unit 22 (or the flow rate integrating unit 24) determines the usage state of the gas as follows. First, the gas use determination unit 22 (or the flow rate integration unit 24) has two threshold values (k1, k2, k1> k2). Basically, the gas use is performed when the instantaneous flow rate Q ″ ≧ k1. The instantaneous flow rate Q ″ is accumulated in the buffer 2 by determining that the gas is medium, and if the instantaneous flow rate Q ″ <k2, it is determined that the gas is not used, and the instantaneous flow rate Q ″ is integrated in the
図12は、3つのバッファを使用した場合におけるガス使用状態の遷移条件を示す図である。今、ガス使用判定部22によりガス未使用状態であるとの判定がされている場合において、ガス使用判定部22は、遷移条件Aを満たす場合にガス使用中に使用状態が遷移したと判定する。ここで、遷移条件Aは、例えば瞬時流量Q”≧k1[L/h]となった場合である。また、ガス使用判定部22は、遷移条件Cを満たす場合に判定中に使用状態が遷移したと判定する。遷移条件Cは、例えば瞬時流量Q”≧k2[L/h]となった場合である。
FIG. 12 is a diagram showing the transition conditions of the gas usage state when three buffers are used. Now, when it is determined by the gas
また、ガス使用判定部22によりガス使用中であるとの判定がされている場合において、ガス使用判定部22は、遷移条件Bを満たす場合に判定中に使用状態が遷移したと判定する。ここで、遷移条件Bは、例えば瞬時流量Q”<k2[L/h]となった場合である。
In addition, when the gas
また、ガス使用判定部22により判定中であるとの判定がされている場合において、流量積算部24は、上述したように瞬時流量Q”をバッファ3に積算する。ここで、ガス使用判定部22は、遷移条件Dを満たす場合にガス使用中に使用状態が遷移したと判定する。この際に、バッファ3に積算された流量値は、バッファ2に積算されるとともに、バッファ3の当該流量値はクリアされる。遷移条件Dは、例えば(1)瞬時流量Q”≧k1[L/h]となる、(2)t秒間の平均流量がk2[L/h]以上である、(3)バッファ3に積算された流量値が1Lを超える、の3つの条件のうちいずれか満たす場合である。
Further, when it is determined by the gas
なお、遷移条件Eは、遷移条件Dを満たさなかった場合である。したがって、ガス使用判定部22により判定中であるとの判定がされている場合において、所定時間内に遷移条件Dを満たさなかった場合には、ガス使用判定部22によりガス未使用状態であるとの判定がされ、流量積算部24は、バッファ3に積算した流量値をバッファ1に積算するとともに、バッファ3の当該流量値をクリアする。
The transition condition E is a case where the transition condition D is not satisfied. Therefore, when it is determined that the gas
上述のとおり、本発明の実施例1の形態に係る超音波流量計によれば、脈動発生源となるガス機器の自家又は隣家における設置の有無を認識していない場合や当該ガス機器が運転/停止を繰り返している場合においても、脈動を検知することができるので、適切な措置をとることにより、計測精度の低下を防止するとともに、消費電力の増大を防止することができる。 As described above, according to the ultrasonic flowmeter of the first embodiment of the present invention, when the gas device that is the source of pulsation is not recognized as to whether or not the gas device is installed in the house or in the neighbor, Even when the stop is repeated, the pulsation can be detected. Therefore, by taking appropriate measures, it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy and an increase in power consumption.
また、脈動除去部14aを備えているので、脈動が発生した場合においても、瞬時流量Qにフィルタリングを行い、ガス漏れ判定部16におけるガス漏れ判定に脈動が影響を与えるのを防止することができる。
In addition, since the
さらに、ガス漏れ判定部16は、入力された瞬時流量の所定時間内における標準偏差を算出し、標準偏差が所定の値以下の場合にのみガス漏れ判定を行うので、脈動除去部14aにより出力された瞬時流量Q´のばらつきが小さいときにのみガス漏れ判定を行い、誤判定を防止することができる。
Further, the gas
また、計測モード切替部18がサンプリング回数の異なる複数の計測モードを有し、脈動の発生状況に応じて適切な計測モードを選択して切り替えるので、脈動発生時にサンプリング回数の多い計測モードでより正確な流量の計測や脈動検知に必要な情報を得ることができ、且つ脈動不発生時には、サンプリング回数の少ない計測モードで消費電力を抑えることができる。
In addition, since the measurement
さらに、複数のバッファを有する流量積算部24を備え、ガスの使用状態に応じて積算するバッファを使いわけるため、経年変化によるゼロ点のシフト等にも対応できるとともに、脈動発生時やシングルレバー機器の間欠的なガス使用時等のようにガス使用状態が判然としない場合においても、ガスの流量値を判定用バッファに積算して、後からいずれのバッファに流量値データを移すか判断することもできるので、より正確な流量計測が可能である。
Furthermore, since the
本発明に係る超音波流量計は、ガス流量を計測することができる超音波ガスメータ等の超音波流量計に利用可能である。 The ultrasonic flow meter according to the present invention can be used for an ultrasonic flow meter such as an ultrasonic gas meter capable of measuring a gas flow rate.
1 流路
2a,2b 超音波振動子
3 送受信切替スイッチ
4 送信回路
5 受信検知回路
6,6a 制御回路
10 伝搬時間計測部
11 瞬時流量算出部
12 脈動検知部
14a,14b 脈動除去部
16 ガス漏れ判定部
18 計測モード切替部
20 保安部
22 ガス使用判定部
24 流量積算部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記一対の超音波振動子の間で送受される超音波信号の伝播時間を計測する時間計測部と、
前記時間計測部により計測された前記伝播時間に基づいて前記被計測流体の瞬時流量を算出する瞬時流量算出部とを有する超音波流量計であって、
前記時間計測部により計測された前記伝播時間及び前記瞬時流量算出部により算出された瞬時流量の少なくとも一方に基づいて前記被計測流体の脈動を検知する脈動検知部と、
前記脈動検知部により脈動が検知された場合に、前記瞬時流量算出部により算出された瞬時流量に対してフィルタリングを行うフィルタ部と、
前記フィルタ部によりフィルタリングされた瞬時流量に基づき前記被計測流体の漏れの有無を判定する第1判定部とを備え、
前記第1判定部は、前記瞬時流量算出部により算出された瞬時流量の所定時間内における標準偏差を算出し、前記標準偏差が所定の値以下の場合にのみ前記被計測流体の漏れの有無を判定し、
前記被計測流体に対する使用の有無を判定する第2判定部と、
前記被計測流体未使用時に積算に用いる第1バッファと、
前記被計測流体使用時に積算に用いる第2バッファと、
前記第2判定部が前記被計測流体の使用の有無を判定中である場合に積算に用いる第3バッファと、
前記第2判定部が前記被計測流体の使用の有無を判定中である場合に前記瞬時流量を前記第3バッファに積算し、前記第3バッファに積算された流量値が前記被計測流体未使用時に対応する値であると判定された場合に、前記第3バッファに積算された流量値を前記第1バッファに積算し、前記第3バッファに積算された流量値が前記被計測流体使用時に対応する値であると判定された場合に、前記第3バッファに積算された流量値を前記第2バッファに積算する流量積算部と、
を備えることを特徴とする超音波流量計。 A pair of ultrasonic transducers installed at a certain distance from the upstream side and downstream side of the flow path through which the fluid to be measured flows;
A time measuring unit for measuring a propagation time of an ultrasonic signal transmitted and received between the pair of ultrasonic transducers;
An ultrasonic flowmeter having an instantaneous flow rate calculation unit that calculates an instantaneous flow rate of the fluid to be measured based on the propagation time measured by the time measurement unit,
A pulsation detection unit that detects pulsation of the fluid to be measured based on at least one of the propagation time measured by the time measurement unit and the instantaneous flow rate calculated by the instantaneous flow rate calculation unit ;
A filter unit that filters the instantaneous flow rate calculated by the instantaneous flow rate calculation unit when a pulsation is detected by the pulsation detection unit;
A first determination unit that determines the presence or absence of leakage of the fluid to be measured based on the instantaneous flow rate filtered by the filter unit;
The first determination unit calculates a standard deviation of the instantaneous flow rate calculated by the instantaneous flow rate calculation unit within a predetermined time, and determines whether or not the fluid to be measured is leaked only when the standard deviation is a predetermined value or less. Judgment ,
A second determination unit that determines whether or not the fluid to be measured is used;
A first buffer used for integration when the fluid to be measured is not used;
A second buffer used for integration when the fluid to be measured is used;
A third buffer used for integration when the second determination unit is determining whether to use the fluid to be measured;
When the second determination unit is determining whether or not the fluid to be measured is being used, the instantaneous flow rate is integrated into the third buffer, and the flow rate value integrated into the third buffer is the unused fluid to be measured. When it is determined that the value corresponds to the time, the flow value accumulated in the third buffer is accumulated in the first buffer, and the flow value accumulated in the third buffer corresponds to the time when the measured fluid is used. A flow rate integrating unit that integrates the flow rate value accumulated in the third buffer in the second buffer when it is determined that
An ultrasonic flowmeter comprising:
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