JP6111420B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスなどの被計測流体の流量、特に大流量を測定する流量計測装置に関するものである。

一般にガスなどの被計測流体の流量を測定する計測装置は、流量センサからの出力に基づき流量を測定する。この流量センサとして、超音波を送受信して計測を行う超音波方式のものがよく知られている。この超音波を用いた計測装置は瞬時計測ができる等々、種々の利点があり、ガスなどの被計測流体では従来のダイアフラム膜式計測装置に代わって普及し始めている。

しかしながら、この超音波を用いた計測装置は、超音波が減衰しやすい特性をもっているため、超音波を送受信させる計測流路をあまり大きくすることはできず、大きな流路を必要とする大流量計測装置には適していなかった。

つまり、プラント配管のように、超音波振動子の寸法に比べて大きな口径の配管の流路では、第１と第２の超音波振動子の設置距離を長くすると、Ｓ／Ｎ比が低下してしまい、計測精度が低下してしまうため、第一と第二の超音波振動子の設置距離には限界がある。よって、第１と第２の超音波振動子は流路の側壁に設けられるため、流路は所定の大きさ（断面）以下でなければならないことになる。

また、流路の断面積が大きいと当該流路を流れる路壁での流体の粘性抵抗から被計測流体の流速分布は路壁付近と中心部分とで大きく異なるものとなり、超音波振動子でない流量センサを用いた場合であっても、その流量センサを設ける位置によって計測精度が悪くなり、この点からも超音波計測に限らず他の流量センサを用いても大断面積流路での大流量の直接計測には課題があった。

そこで、このような課題に対応するものとして、図５に示すように、通路（図示せず）の流入口１０３と流出口１０４の間を複数の計測流路１０１で分岐し、この各計測流路１０１のぞれぞれに一対の超音波振動子１０２を設けて当該計測流路１０１を流れる流量を超音波の伝播時間で計測し、これらを合計して大流量を計測可能にしたものが見られる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２８７６７６号公報

上記のように複数の分岐された計測流路と超音波振動子を備えることによって、大流量の計測が可能になったが、このような大流量計測が可能な流量計測装置の用途としては、一般家庭のガスメータ等よりは、病院や飲食店、プラント等の業務用ガスメータ等が考えられる。

そのため、外来のノイズや外部環境の影響に対して、今まで以上の信頼性が要求されるが、従来の構成では十分な対応ができていないという課題がある。

上記課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、一対の超音波振動子をそれぞれに備えた複数の計測流路と、前記計測流路のそれぞれに備えられ、前記超音波振動子を制御して各計測流路を流れる被測定流体の流量を測定する流量計測回路と、前記複数の流量計測回路を制御し、前記複数の計測流路を流れる流量の合計を算出する制御回路と、を備え、前記流量計測回路は、前記制御回路からの所定の信号が無い場合に、前記制御回路をリセットするための自己復旧機能を備えている。これによって、制御回路が外来ノイズ等によって、暴走して所定の信号が無い場合には、制御回路が正常に動作していないと判定して流量計測回路から電気的にリセットをかけることによって、制御回路を正常状態に戻すことができる。

本発明の流量計測装置は、親基板（制御回路）が暴走してしまっても自動で復旧できるため、流量計測装置の信頼性を向上させることができ、流量計測装置の不具合による流量計測装置を使用している施設や設備への悪影響を大幅に削減することが可能になる。

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 同実施の形態１における流量計測装置の親基板と子基板の通信関係図 同実施の形態２における流量計測装置の親基板と子基板の通信関係図 同実施の形態３における流量計測装置の親基板と子基板の通信関係図 従来の大流量計測装置の流路構成図

本発明の第１の流量計測装置は、一対の超音波振動子をそれぞれに備えた複数の計測流路と、前記計測流路のそれぞれに備えられ、前記超音波振動子を制御して各計測流路を流れる被測定流体の流量を測定する流量計測回路と、前記複数の流量計測回路を制御し、前記複数の計測流路を流れる流量の合計を算出する制御回路と、を備え、前記流量計測回路は、前記制御回路からの所定の信号が無い場合に、前記制御回路をリセットするための自己復旧機能を備たものである。これによって、親基板が外来ノイズ等によって暴走してしまった場合でも、自動的に親基板にリセットがかかって正常に動作するようになるため、流量計測装置の影響で流量計測装置が接続されている施設や装置に悪影響が及ぶのを防止することができる。

本発明の第２の流量計測装置は、前記制御回路を起点として、前記制御回路とすべての流量計測回路を電気的に直列に接続して構成し、前記制御回路と直接接続された流量計測回路のみ自己復旧機能を備えた構成としている。これによって、第一の流量計測装置と同等の信頼性を確保しつつ、親基板と子基板の接続配線部材等が少なくすむため、より安価な流量計測装置が実現できる。

本発明の第３の流量計測装置は、前記制御回路を起点として、前記制御回路とすべての流量計測回路を電気的に直列に接続して構成し、全ての前記流量計測回路は、上位の流量計測回路若しくは前記制御回路をリセットするための自己復旧機能を備えた構成としている。これによって、第一の流量計測装置の効果に加えて、それぞれの子基板が暴走した場合も子基板のリセットがかけられるため、より信頼性のたかい流量計測装置が実現できる。

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、本実施の形態の流量計測装置の構成図を示す図である。

図１において、大流量が流れる入口通路７ａを通って入ってきた被測定流体は分岐して複数の計測流路１に流れ込む構成になっている。各計測流路１にはそれぞれ１対の超音波振動子２が流れ方向に距離をおいて配置されている。また、それぞれの計測流路１には、超音波振動子２を制御して計測流路１を流れる流量を測定する流量計測回路としての子基板４が取り付けられている。

そして、それぞれの子基板４は、信号線５によって制御回路としての親基板３と電気的に接続されている。親基板３は、所定の時間間隔で各子基板４を制御して流量計測装置全体を流れる被計測流体の流量を測定する。

図２は、本実施の形態における親基板３と子基板４の信号の流れの概要をに示す図である。なお、子基板４は４（１）〜４（Ｎ）のＮ個で構成されているものとして記載しているが、以下の説明において特に区別の必要がない場合は子基板４と表記する。

図２において、通常の流量計測時は、親基板３から所定の時間間隔で子基板４に流量計測を要求する信号（計測要求信号Ａ）を送り、計測要求信号Ａを受けた子基板４は、信号を受信したときの各計測流路１を流れる流量を超音波振動子２を制御して測定する。そして、子基板４は流量測定後、計測結果を送る信号（流量計測結果Ｂ）を親基板３に送りかえす。

親基板３は、子基板４との前述のような信号の送受信をすべての子基板４（１）から子基板４（Ｎ）と行うことによって、各計測流路１を流れる被計測流体の流量を取得し、得られた各流量を合計することで流量流量計測装置全体を流れている流量を測定することができる。

次に、親基板３が外来ノイズ等で正常に動作できなくなった場合の動作について説明する。

親基板３が正常に動作しなくなった場合、親基板３から子基板４への計測要求信号Ａが送られなくなる。そして、子基板４に設けられた自己復旧手段１０では所定の時間内に親基板３から計測要求信号Ａが来なくなった場合、親基板３にリセット信号Ｃを送る。親基板３ではこのリセット信号Ｃを受信することによってリセットを行うリセット手段９を有しており、親基板にリセットがかかり、暴走状態から復帰できる。

以上のように、本実施の形態の流量計測装置は暴走状態から自動で復旧できる。また、自己復旧手段１０で親基板３の暴走を判定する方法としては、計測要求信号の有無を判定するだけでなく、計測要求信号Ａの送られてくる時間間隔の変化等を利用することも可能である。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２における親基板３と子基板４の間の信号の流れを示した図である。

図３において、実施の形態１との差異は、親基板３を起点として、すべての子基板４を直列に接続して、親基板３からの計測要求信号Ａが第１の子基板４（１）に送られると、第２の子基板４（２）には第１の子基板４（１）から送られるようにして、最終の第Ｎの子基板４（Ｎ）まで計測要求信号Ａが送られる構成にしたことである。

この構成において、流量計測結果Ｂは、計測要求信号Ａの方向とは逆に、各子基板４から上位の子基板４を経由して、最終的に親基板３に送信される。

そして、親基板３が正常に動作できなくなった場合には、子基板４（１）に設けられた自己復旧手段１０からリセット信号Ｃが送信され、親基板３ではこのリセット信号Ｃを受信することによってリセット手段９によりリセットがかかり、暴走状態から復帰できる。

このような構成にすることによって、親基板３と子基板４の接続線は１セットでよくなり、実施の形態１に比べて流量計測装置の構成が簡単になり、全体として安価な流量計測装置を実現できる。

（実施の形態３）
図４は、実施の形態３における親基板３と子基板４の間の信号の流れを示した図である。

図４において、実施の形態２との差異は、すべての子基板４に自己復旧手段１０とリセット手段９を設けたことである。

このようにすることによって、全ての子基板４で一つ上位の親基板３あるいは子基板４から正常に計測要求信号が来ていないことが判定できた場合には、リセット信号Ｃを送信することにより、親基板３だけでなく、子基板４においても外来ノイズ等で暴走した場合にリセットがかけられるようになる。

そのため、実施の形態２の構成から大幅に複雑な構成にすることなく、流量計測装置全体の信頼性を向上させることが可能になる。

以上のように本発明は、従来より電気ノイズや外部環境の変化等に対する信頼性が高い大流量計測装置を提供できるため、食堂や病院といったような施設や工場プラントのようなより高い信頼性を要求される用途にも利用できる。

１ 計測流路
２ 超音波振動子
３ 親基板（制御回路）
４ 子基板（流量計測回路）

Claims (3)

1. 一対の超音波振動子をそれぞれに備えた複数の計測流路と、
   前記計測流路のそれぞれに備えられ、前記超音波振動子を制御して各計測流路を流れる被測定流体の流量を測定する流量計測回路と、
   前記複数の流量計測回路を制御し、前記複数の計測流路を流れる流量の合計を算出する制御回路と、を備え、
   前記流量計測回路は、前記制御回路からの所定の信号が無い場合に、前記制御回路をリセットするための自己復旧機能を備えた流量計測装置。
2. 前記制御回路を起点として、前記制御回路とすべての流量計測回路を電気的に直列に接続して構成し、
   前記制御回路と直接接続された流量計測回路のみ自己復旧機能を備えた請求項１の流量計測装置。
3. 前記制御回路を起点として、前記制御回路とすべての流量計測回路を電気的に直列に接続して構成し、
   前記流量計測回路は全て、上位の流量計測回路若しくは前記制御回路をリセットするための自己復旧機能を備えた請求項１の流量計測装置。

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