JP6064160B2 - 流量計測装置 - Google Patents
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本発明は、ガスなどの流体の流量を測定する流量計測装置に関するものである。
近年、気体や液体の如き流体の流量や流速を測定する装置は多くの方式が提案されている。特にエレクトロニクス技術の進歩により信頼性の高い超音波を利用する流速・流量測定装置の開発が目覚しい。そして超音波を利用した流速・流量測定装置は燃料ガスメータ（ガスメータ）、工業用計測器、医療用の血圧計、海洋や大気中の流速測定など多方面にわたって活用されている。
そして、ガスメータにこの超音波による流量計測装置が搭載された場合、超音波の送信信号の駆動波数を多くすることで、流量の計測精度を高めることが実現されている（例えば、特許文献１参照）。
前記従来の特許文献１による流量計測装置の場合、受信感度が小さい流体と予想される状況においては、超音波送信の駆動波数を多くすることにより受信感度を高くし、流量の計測精度を高めているが、その際、送信の駆動波数が多くなることにより消費電流が増加するが、これがまったく考慮されていなかった。
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、超音波で測定した流体の流量が所定の値以内であれば送信の駆動波数を多く（例えば、５．５波）して計測するが、流量が所定の値以上であれば送信の駆動波数を少なく（例えば、２．５波）して計測することで、計測精度に影響を与えることなく消費電流を抑えることを目的とする。
上記目的を達成するため本発明は、流体が通過する流路と、前記流路に超音波を送受信できるように配置した一対の超音波センサと、前記超音波センサを駆動する超音波センサ駆動手段と、前記超音波センサからの超音波の伝搬時間を計測する計測制御手段と、前記伝搬時間より流量値を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段の算出結果より前記超音波センサ駆動手段の駆動波数を変更する駆動波数変更手段とを備え、前記駆動波数変更手段は、前記流量値が所定の値以内であれば前記超音波センサの駆動波数を多くし、流量値が所定の値以上であれば前記超音波センサの駆動波数を少なくするように変更するものである。
これにより、流量値が所定の値以上であれば超音波の駆動波数を少なくして流量計測精度を維持しつつ、消費電流の増加を抑制することができる。
本発明は、流体の流量値に応じて超音波センサの駆動波数を変更する手段を備えたことにより、流量計測精度を下げることなく消費電流を削減することができ、本流量計測装置を内蔵した機器の長寿命化または小型化に繋げることができるという特有の効果を有する。
本発明の流量計測装置は、流体が通過する流路と、前記流路に超音波を送受信できるように配置した一対の超音波センサと、前記超音波センサを駆動する超音波センサ駆動手段と、前記超音波センサからの超音波の伝搬時間を計測する計測制御手段と、前記伝搬時間より流量値を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段の算出結果より前記超音波センサ駆動手段の駆動波数を変更する駆動波数変更手段とを備え、前記駆動波数変更手段は、前記流量値が所定の値以内であれば前記超音波センサの駆動波数を多くし、流量値が所定の値以上であれば前記超音波センサの駆動波数を少なくするように変更するものである。
これにより、流量計測精度を下げることなく消費電流を削減することができ、その結果、本流量計測装置を内蔵した機器の長寿命化または小型化に繋げることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における流量計測装置の構成図である。図１において、１は流体が流れる流路で、流体は矢印の方向に流れる。超音波センサ２と超音波センサ３は、それぞれ超音波の送信と受信ができるように配置してある。この実施の形態では、超音波センサ２は流路１の上流側位置に、超音波センサ３は流路１の下流側位置にと、それぞれを対極に設置してあるが、超音波センサ２、３からの超音波が流路内壁に反射（Ｖ字状となるように）して送受信するように配置してもよいものである。４はこれら二つの超音波センサ２、３を駆動する超音波センサ駆動手段である。５は計測制御手段で、二つの超音波センサ間の送受信を計測することにより超音波伝搬時間が得られ、この伝搬時間を６の流量演算手段により演算することで流量が算出される。７は駆動波数変更手段で、前記流量演算手段６で算出した流量に基づいて超音波センサ２または超音波センサ３を駆動する為の周波数を決定する。
図１は本発明の実施の形態１における流量計測装置の構成図である。図１において、１は流体が流れる流路で、流体は矢印の方向に流れる。超音波センサ２と超音波センサ３は、それぞれ超音波の送信と受信ができるように配置してある。この実施の形態では、超音波センサ２は流路１の上流側位置に、超音波センサ３は流路１の下流側位置にと、それぞれを対極に設置してあるが、超音波センサ２、３からの超音波が流路内壁に反射（Ｖ字状となるように）して送受信するように配置してもよいものである。４はこれら二つの超音波センサ２、３を駆動する超音波センサ駆動手段である。５は計測制御手段で、二つの超音波センサ間の送受信を計測することにより超音波伝搬時間が得られ、この伝搬時間を６の流量演算手段により演算することで流量が算出される。７は駆動波数変更手段で、前記流量演算手段６で算出した流量に基づいて超音波センサ２または超音波センサ３を駆動する為の周波数を決定する。
図２はこの実施の形態における超音波による流量値判定のフローチャート図である。図２において、ステップ１で超音波センサ間の送受信の超音波伝搬時間計測をスタートし、その計測に基づきステップ２で流量演算し、ステップ３にてその流量、すなわち、流路１における流量値の計測結果が所定の値より大きいと判定された場合、駆動波数を２．５波にして超音波センサ２、３を駆動し、流量値の計測結果が所定の値より小さいと判定された場合、駆動波数を５．５波に変更して超音波センサ２、３を駆動する。
以下、図１及び図２を参照しながら本発明の流量計測装置の計測動作について説明する。
超音波センサ駆動手段４は、超音波センサ２と超音波センサ３を駆動する。超音波センサ２より超音波を送信した際は超音波センサ３にて受信する。また、超音波センサ３より超音波を送信した際には超音波センサ２にて受信する。
超音波の伝搬時間の計測は、超音波センサ２より送信開始してから超音波センサ３が受信するまでの伝搬時間（以後、上流側伝搬時間と記載する）と、超音波センサ３より送信
開始してから超音波センサ２が受信するまでの伝搬時間（以後、下流側伝搬時間と記載する）を計測制御手段５で測定する。
開始してから超音波センサ２が受信するまでの伝搬時間（以後、下流側伝搬時間と記載する）を計測制御手段５で測定する。
また、流量演算手段６では、測定した超音波の伝搬時間より流量を以下の式（１）より演算する。
Ｑ：流量、Ｔ１：上流側伝搬時間、Ｔ２：下流側伝搬時間、Ｃ：流路定数
Ｑ＝（（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｔ１×Ｔ２））×Ｃ ・・・・（１）
駆動周波数変更手段７は、流量演算手段６により測定された流量値が、あらかじめ決められた流量値より大きいか小さいかで、以降の測定時に超音波センサを駆動する波数を決定する。
Ｑ＝（（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｔ１×Ｔ２））×Ｃ ・・・・（１）
駆動周波数変更手段７は、流量演算手段６により測定された流量値が、あらかじめ決められた流量値より大きいか小さいかで、以降の測定時に超音波センサを駆動する波数を決定する。
以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、本実施の形態では、供給管の流路１を通過する気体および流体は、流路１内を図１の矢印の方向へと流れ、超音波センサ駆動手段４により超音波センサ２と超音波センサ３を駆動し計測制御手段５により伝搬時間を計測する。そして、計測された伝搬時間により流路１を流れる流量値を流量演算手段６において算出されるが、この時、あらかじめ決められた流量値より算出された流体の流量値が一定値未満と判定した場合は、駆動周波数変更手段７により駆動波数を５．５波と多くする様に超音波センサ駆動手段４に指示し、測定精度を上げた計測を行う。流量値が一定値より小さいということは、気体および流体の流れる速度が所定速度より遅いということになり、これは流路における気体および流体の漏洩レベルを測定する精度が必要とされ、駆動波数を５．５波とすることで超音波センサの受信感度を上げ、必要な測定精度を得るようにするのである。
まず、本実施の形態では、供給管の流路１を通過する気体および流体は、流路１内を図１の矢印の方向へと流れ、超音波センサ駆動手段４により超音波センサ２と超音波センサ３を駆動し計測制御手段５により伝搬時間を計測する。そして、計測された伝搬時間により流路１を流れる流量値を流量演算手段６において算出されるが、この時、あらかじめ決められた流量値より算出された流体の流量値が一定値未満と判定した場合は、駆動周波数変更手段７により駆動波数を５．５波と多くする様に超音波センサ駆動手段４に指示し、測定精度を上げた計測を行う。流量値が一定値より小さいということは、気体および流体の流れる速度が所定速度より遅いということになり、これは流路における気体および流体の漏洩レベルを測定する精度が必要とされ、駆動波数を５．５波とすることで超音波センサの受信感度を上げ、必要な測定精度を得るようにするのである。
一方、気体および流体の流量値が一定値以上あると判定した場合は、駆動周波数変更手段７により駆動波数を２．５波と短くする様に超音波センサ駆動手段４に指示し、測定精度を通常レベルとした計測を行う。流量値が一定値より大きい場合には、要求される測定精度は低いもので構わないので、必要とされる測定精度を満足しつつ消費電力の低い計測手段に切り替えることになる。
その為、測定精度が必要な場合には、消費電流を多く必要とする高精度測定を行うが、測定精度がそれほど高く必要でない場合には消費電流を抑えた測定に切り替えることを行うことにより、全体として必要な測定精度を維持しつつ余計な電流消費を抑えることが出来る。
また、流量値が大きい場合、超音波の反射の影響で測定波形が変形する為、駆動波数を２．５波とすることでこの影響を回避することも出来る。
もちろん、所定の流量値を閾値に駆動波数を切り替えるだけでなく、演算前の伝搬時間を閾値に切り替える様にしても良い。
なお、電流消費を削減することにより電池駆動の機器の長寿命化を図ることができるが、その効果分を、電池容量を少なくする方向に利用し、機器の小型化に繋げることも出来る。
以上のように本発明にかかる流量計測装置は、測定精度に影響を与えることなく、消費電流を抑えることができ、その結果、本流量計測装置を内蔵した機器の長寿命化または小型化に繋げることができて、燃料ガスメータに限らず、工業用計測器、医療用の血圧計、海洋や大気中の流速測定器に幅広く適用できる。
１ 流路
２、３ 超音波センサ
４ 超音波センサ駆動手段
５ 計測制御手段
６ 流量演算手段
７ 駆動周波数変更手段
２、３ 超音波センサ
４ 超音波センサ駆動手段
５ 計測制御手段
６ 流量演算手段
７ 駆動周波数変更手段
Claims (1)
- 流体が通過する流路と、
前記流路に超音波を送受信できるように配置した一対の超音波センサと、
前記超音波センサを駆動する超音波センサ駆動手段と、
前記超音波センサからの超音波の伝搬時間を計測する計測制御手段と、
前記伝搬時間より流量値を算出する流量演算手段と、
前記流量演算手段の算出結果より前記超音波センサ駆動手段の駆動波数を変更する駆動波数変更手段とを備え、
前記駆動波数変更手段は、前記流量値が所定の値以内であれば前記超音波センサの駆動波数を多くし、流量値が所定の値以上であれば前記超音波センサの駆動波数を少なくするように変更する流量計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012119658A JP6064160B2 (ja) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | 流量計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012119658A JP6064160B2 (ja) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | 流量計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013246032A JP2013246032A (ja) | 2013-12-09 |
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ID=49845930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012119658A Active JP6064160B2 (ja) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | 流量計測装置 |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105181049B (zh) * | 2015-08-26 | 2018-07-31 | 北京市计量检测科学研究院 | 管道内流体流量的测量方法、测量系统及辅助测量系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3324720B2 (ja) * | 1995-05-16 | 2002-09-17 | 松下電器産業株式会社 | 流速測定装置 |
| JP4292620B2 (ja) * | 1999-04-02 | 2009-07-08 | パナソニック株式会社 | 流量計測装置 |
-
2012
- 2012-05-25 JP JP2012119658A patent/JP6064160B2/ja active Active
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| JP2013246032A (ja) | 2013-12-09 |
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