JP6844720B2 - 流量測定装置及び埋設型ガスメータ - Google Patents
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Description
図1を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図1は、本実施形態に係る流量測定装置100の一例を模式的に例示する。流量測定装置100は、検出素子1と、制御部2と、検出素子1及び制御部2が実装される回路基板3と、を備える。流管部材4の中には、所定の流体が流れる。そして、流管部材4の上部には、流路部5が1つ形成される。そして、流量測定装置100は、検出素子1が流路部5内に位置するように、流管部材4に固定される。また、検出素子1には、マイクロヒータ及びマイクロヒータを跨いで並んで設けられるサーモパイルを備える。サーモパイルの形状は、略長方形である。検出素子1は、いわゆる熱式のフローセンサである。
[ハードウェア構成]
次に、本実施形態に係る流量測定装置の一例について説明する。本実施形態に係る流量測定装置100は、例えばガスメータ、空調(ダクト内空間に設置)、医療機器、燃料電池の内部の流管内に設けられ、流管内を流れる流体の流量を測定することができる。流量測定装置100は、図1に示すように、検出素子1と、制御部2と、検出素子1及び制御部2が実装される回路基板3と、を備える。
次に、検出素子1を用いた流量検出の原理を説明する。図6Aは、流管部材4に流体が流れていない状態でマイクロヒータ6が起動している際の温度分布の一例を模式的に例示する。一方、図6Bは、流管部材4に流体が流れている状態でマイクロヒータ6を起動している際の温度分布の一例を模式的に例示する。流管部材4に流体が流れていない場合、マイクロヒータ6からの熱は、マイクロヒータ6を中心として対称に拡散する。よって、サーモパイル7Aと7Bの出力には差は生じない。一方、流管部材4に流体が流れている場合、マイクロヒータ6からの熱は、流体の流れの影響を受け、マイクロヒータ6を中心として対称に広がらず、下流のサーモパイル7B側へ、より拡散していく。よって、サーモパイル7Aと7Bの出力に差は生じる。また、流体の流量が多いほど、上記の出力の差は大きくなる。上記の流体の流量とサーモパイル7Aと7Bの出力の差との関係は、例えば下記の数1のように表される。
ここで、ΔVは流体の流量、TAはサーモパイル7Aの出力値、TBはサーモパイル7Bの出力値を表す。また、vfは流体の流速、A及びbは定数である。本実施形態では上記のような原理に従って流量を算出する。
図7は、流量測定装置100の機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。制御部2は、サーモパイル7A及び7Bから出力される信号を受信し、サーモパイル7Aと7Bの出力の差分から流体の流量を算出する流量算出部10を備える。流量算出部10は、本発明の「流量算出部」の一例である。サーモパイル7Aと7Bの出力の差分から流体の流量を算出する際には、数1が用いられる。
まず、流量測定装置100を、流路部5の内部に、ある設置角度で設置する。
次に、流量測定装置100が設けられる場所において流体の流れを止める。
次に、マイクロヒータ6を起動し、マイクロヒータ6の近傍を加熱する。すると、マイクロヒータ6の近傍では、対流現象が起こり、熱が水平面に対して上方へ運ばれる。
対流現象によって発生した熱の分布情報は、サーモパイル7A又は7Bによって検出され、サーモパイル7A又は7Bから所定の信号が出力される。
サーモパイル7A又は7Bの出力と設置角度との関係を記憶する。そして、設置角度を変更し、上記のステップS101−ステップS105を繰り返す。
所望のサーモパイル7A又は7Bの出力と設置角度との関係を記憶した場合、ステップS101−ステップS105の繰り返しは終了される。ここで、設置角度の刻み幅は何度でもよい。
次に、図11を用いて、流量測定装置100の動作例を説明する。図11は、流量測定装置100の処理手順を示すフローチャートの一例を模式的に例示する。なお、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。
流路部5に流体が流れている状態において、マイクロヒータ6を起動する。マイクロヒータ6が起動されると、マイクロヒータ6の近傍が加熱される。そして、サーモパイル7A及び7Bからは、マイクロヒータ6の近傍における温度に関する信号が出力される。サーモパイル7A及び7Bの出力は流量算出部10へ送信される。そして、流量算出部10において、サーモパイル7A及び7Bの出力の差分に基づいて、流体の流量は算出される。
圧力算出部15において、圧力は、流量算出部10から受信した流量情報と、流路部5の断面積や流体密度などから算出される。
サーモパイル7A又は7Bの出力は、流体種導出部16へ送信される。そして、流体種導出部16において、サーモパイル7A又は7Bの出力に基づいて、流体の種類が導出される。
サーモパイル7A、7Bの出力は、温度算出部17へ送信される。そして、温度算出部17において、サーモパイル7A又は7Bの出力に基づいて、流体の温度は算出される。ただし、温度算出部17へ送信されるサーモパイル7A、7Bの出力は、マイクロヒータ6の運転が停止した状態の時の出力である。
次に、ステップS205では、流量測定装置100の設置角度を算出する。
(ステップS205−1)
流量測定装置100が設けられる場所において流体の流れを止める。
マイクロヒータ6の近傍では、対流現象が起こり、熱が水平面に対して上方へ運ばれている。流体の流れが止まると、流体の流れに影響されず、対流現象によって発生した熱の分布情報は、サーモパイル7A又は7Bによって検出され、サーモパイル7A又は7Bの出力は、設置角度算出部11へ送信される。
設置角度算出部11は、サーモパイル7A又は7Bの出力を受信する。そして、記憶部14に記憶される対応関係表13を参照して、受信したサーモパイル7A又は7Bの出力値に最も近い出力値に対応する設置角度を流量測定装置100の設置角度と決定する。ただし、設置角度算出部11は、対応関係表13を参照して、受信したサーモパイル7A又は7Bの出力値に最も近い前後2つの出力値に対応する設置角度を按分して、流量測定装置100の設置角度を算出してもよい。ステップS205では、上記のような手順によって流量測定装置100の設置角度を求めることができる。
ステップS206では、記憶部14に記憶されている、流量の補正をする際に使用する補正値の中から、流量補正部12において流量の補正を行う際に使用する補正値を決定する。
ステップS206−1では、流量補正値の決定を行う。ステップS201において算出された流量と、ステップS205において算出された設置角度に最も適した流量補正値を、図10Aに示すような流量補正値データから選択する。
ステップS206−2では、圧力補正値の決定を行う。ステップS202において算出された圧力と、ステップS205において算出された設置角度に最も適した圧力補正値を、図10Bに示す圧力補正値データから選択する。
ステップS206−3では、流体種補正値の決定を行う。ステップS203において導出された流体の種類と、ステップS205において算出された設置角度に最も適した流体種補正値を、図10Cに示す流体種補正値データから選択する。
ステップS206−4では、温度補正値の決定を行う。ステップS204において算出された流体の温度と、ステップS205において算出された設置角度に最も適した温度補正値を、図10Dに示す温度補正値データから選択する。
ステップS207では、ステップS206において決定された各補正値を使用して、流量の補正を行う。具体的には、流量補正部12は、ステップS201にて流量算出部10において算出された流量に、ステップS206において決定された流量補正値、圧力補正値、流体種補正値、及び温度補正値を乗じる。
以上のように、本実施形態では、流量測定装置100は、流体の流れによって生じた熱の分布を、熱式のフローセンサである検出素子1によって検出し、流体の流量を算出することができる。また、流量測定装置100は、流体の圧力、流体の種類、及び流体の温度といった流体の特性も求めることができる。
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
図12は、流量測定装置100A及び流管部材4Aの斜視図の一例を模式的に例示する。図12に示されるように、流量測定装置100Aは、検出素子1と制御部2に加え、検出素子18を備える。また、流管部材4Aは、図示しないが流管部材4の流路部5のように流体の流れに沿って1つの流路を備えており、検出素子1と検出素子18は、この1つの流路に流体の流れを遮る方向に並んで設けられる。検出素子18は、検出素子1と同じタイプの熱式のフローセンサであり、検出素子1と同様にマイクロヒータ6Aとサーモパイル7C、7Dを備える。ここで、マイクロヒータ6Aは、本発明の「第二の加熱部」の一例である。また、サーモパイル7C、7Dは、本発明の「第二の温度検出部」の一例である。
上記のような流量測定装置100Aであれば、設置角度、流体の種類、流体の温度を算出する際に、流体の流れによる温度分布の変化の影響が低減されたサーモパイル7C及び7Dの出力を使用している。よって、精度高く設置角度、流体の種類、流体の温度を算出することができる。また、上記の精度高く算出された設置角度、流体の種類、流体の温度を使用して流量の補正の精度を高めることができる。また、本変形例では、設置角度算出部11Aにおいて設置角度を算出する際に、ステップS205−1のように流体の流れを止める必要はない。よって、設置角度を簡易に検出することができる。
<4.1>の変形例では、設置角度算出部11Aにおいて、サーモパイル7C及び7Dの出力を使用し、水平面に対して流体の流れを遮る方向の角度を算出していたが、さらに設置角度算出部11において、水平面に対して流体の流れる方向の角度が算出されてもよい。
上記のような、流量測定装置100Aは、<4.1>の変形例での効果に加えて、検出素子1によって、設置角度算出部11において水平面に対して流体の流れる方向の角度と、また検出素子18によって設置角度算出部11Aにおいて水平面に対して流体の流れを遮る方向の角度の2つの設置角度を算出することができる。よって、流量測定装置100Aの傾きを立体的に把握することができる。また、2つの設置角度に応じて、算出される流量補正することができる。よって、流量を精密に補正することができ、精度高く流量を算出することができる。
<4.1>、<4.2>の変形例では、検出素子1と検出素子18は、流管部材4Aの1つの流路に設けられたが、検出素子1と検出素子18は、別々の流路に設けられてもよい。図15は、主流路部19と副流路部20の2つの流路部を備える流管部材4Bに流量測定装置100Bを備える一例を模式的に例示する。
このような、流量測定装置100Bでは、第一流路26及び第二流路27に分流する流体の流量を、それぞれの流路の幅を調整することで個別に制御することが可能である。このため、検出素子1の検出レンジに応じて第一流路26を流れる流体の流量を制御し、検出素子18の検出レンジに応じて第二流路27を流れる流体の流量を制御することができる。
また、上記の実施形態では、検出素子1又は18によって、流量測定装置の設置角度は算出されていたが、傾斜センサを設け、検出素子1及び18を使用せずに、流量測定装置の設置角度を検出してもよい。ここで、傾斜センサは、本発明の「角度算出手段」の一例である。この場合、設置角度算出部は、傾斜センサから出力される信号を受信し、所定の基準面に対するサーモパイルの傾斜角度、すなわち流量測定装置の設置角度を算出する。当該変形例であれば、サーモパイルの出力を用いずに流量測定装置の設置角度を検出することができる。
図18は、流量測定装置100Cが、例えば地中に埋設されるガスメータ50に設置される概要の一例を模式的に例示する。従来のガスメータは、建築フィット性の視点から、小型化、埋設化が指向されてきた。従来のガスメータの一例として、膜式のガスメータが存在するが、計量原理の制約から小型化は困難であった。そこで、タービン式、フルイディック式のガスメータの開発が行われたが、充分な成果は得られていない。そこで、現在では、USM(Ultrasonic Meter)を実用化することにより、ガスメータの小型化が達成されている。
<発明1>
流体を加熱する加熱部(6)と、
流体の流れる方向に前記加熱部(6)を跨いで並んで設けられ、加熱された流体の温度を検出する温度検出部(7A、7B)と、
前記温度検出部(7A、7B)から出力された検出信号に基づいて流体の流量を算出する流量算出部(10)と、
所定の基準面に対する、前記温度検出部(7A、7B)の傾斜角度を算出する角度算出手段(11)と、
前記流量と、前記傾斜角度と、流量補正値の関係を記憶する記憶部(14)と、
前記記憶部(14)において記憶された前記流量補正値を使用して前記流量を補正する流量補正部(12)と、を備える、
流量測定装置(100)。
<発明2>
前記角度算出手段(11)は、
流体が流れていない場合の前記温度検出部(7A、7B)の出力に基づいて、前記傾斜角度を算出する、
発明1に記載の流量測定装置(100)。
<発明3>
前記温度検出部(7A、7B)から出力された検出信号に基づいて流体の特性値を算出する特性値算出部(15、16、17)をさらに備え、
前記記憶部(14)は、前記特性値と、前記傾斜角度と、特性補正値の関係をさらに記憶し、
前記流量補正部(12)は、前記記憶部(14)において記憶された前記特性補正値を使用して前記流量をさらに補正する、
発明1又は2に記載の流量測定装置(100)。
<発明4>
第二の加熱部(6A)と、
流体の流れを遮る方向に前記第二の加熱部(6A)を跨いで並んで設けられる第二の温度検出部(7C、7D)と、
前記第二の温度検出部(7C、7D)から出力された検出信号に基づいて流体の特性値を算出する特性値算出部(15、16、17)と、をさらに備え、
前記角度算出手段(11A)は、さらに前記第二の温度検出部(7C、7D)の出力に基づいて、所定の基準面に対する、前記第二の温度検出部の傾斜角度を算出する、
発明1又は2に記載の流量測定装置(100A、100B)。
<発明5>
流体を加熱する加熱部(6)と、
流体の流れる方向に前記加熱部(6)を跨いで並んで設けられ、加熱された流体の温度を検出する温度検出部(7A、7B)と、
前記温度検出部(7A、7B)から出力された検出信号に基づいて流体の流量を算出する流量算出部(10)と、
第二の加熱部(6A)と、
流体の流れを遮る方向に前記第二の加熱部(6A)を跨いで並んで設けられる第二の温度検出部(7C、7D)と、
前記第二の温度検出部(7C、7D)から出力された検出信号に基づいて流体の特性値を算出する特性値算出部(15、16、17)と、
前記第二の温度検出部(7C、7D)の出力に基づいて、所定の基準面に対する、前記第二の温度検出部(7C、7D)の傾斜角度を算出する角度算出手段(11A)と、
前記流量と、前記第二の温度検出部(7C、7D)の傾斜角度と、流量補正値の関係を記憶し、さらに前記特性値と、前記第二の温度検出部(7C、7D)の傾斜角度と、特性補正値の関係を記憶する記憶部(14)と、
前記記憶部(14)において記憶された前記流量補正値及び前記特性補正値を使用して前記流量を補正する流量補正部(10)と、を備える、
流量測定装置(100A、100B)。
<発明6>
前記特性値は、流体の圧力、種類、及び温度のうち少なくとも何れかを表す、
発明3から5のうち何れか1項に記載の流量測定装置(100、100A、100B)。
<発明7>
地中に埋設される埋設型ガスメータ(50)であって、
前記埋設型ガスメータ(50)に流入するガスが流れる流管(54)と、
発明1から6のうち何れか1項に記載の流量測定装置(100C)と、を備え、
前記流量測定装置(100C)は、前記流管(54)に設置され、前記流管(54)を流れるガスの流量を検出する、
埋設型ガスメータ(50)。
2・・・制御部
3、21・・・回路基板
4、4A、4B・・・流管部材
5・・・流路部
6、6A・・・マイクロヒータ
7、7A、7B、7C、7D・・・サーモパイル
8・・・絶縁薄膜
9・・・キャビティ
10・・・流量算出部
11、11A・・・設置角度算出部
12・・・流量補正部
13・・・対応関係表
14・・・記憶部
15・・・圧力算出部
16・・・流体種導出部
17・・・温度算出部
19・・・主流路部
20・・・副流路部
22・・・カバー
23・・・シール
24・・・流入用流路
25・・・流出用流路
26・・・第一流路
27・・・第二流路
28A・・・検出素子配置部分
28B・・・検出素子配置部分
29・・・抵抗体
50・・・埋設型ガスメータ
51・・・家
52・・・機器
53・・・配管
54・・・流管部材
55A、55B・・・連結部分
56A、56B・・・接続ネジ
57・・・絶対圧センサ
58・・・遮断弁
59・・・電子基板
60・・・計測用カスタムIC
61・・・感震センサ
62・・・電池
63・・・筐体
100、100A、100B、100C・・・流量測定装置
Claims (6)
- 流体を加熱する加熱部と、
流体の流れる方向に前記加熱部を跨いで並んで設けられ、加熱された流体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部から出力された検出信号に基づいて流体の流量を算出する流量算出部と、
所定の基準面に対する、前記温度検出部の傾斜角度を算出する角度算出手段と、
前記流量と、前記傾斜角度と、流量補正値の関係を記憶する記憶部と、
前記記憶部において記憶された前記流量補正値を使用して前記流量を補正する流量補正部と、を備え、
前記角度算出手段は、
流体が流れていない場合の前記温度検出部の出力に基づいて、前記傾斜角度を算出する、
流量測定装置。 - 前記温度検出部から出力された検出信号に基づいて流体の特性値を算出する特性値算出部をさらに備え、
前記記憶部は、前記特性値と、前記傾斜角度と、特性補正値の関係をさらに記憶し、
前記流量補正部は、前記記憶部において記憶された前記特性補正値を使用して前記流量をさらに補正する、
請求項1に記載の流量測定装置。 - 流体を加熱する加熱部と、
流体の流れる方向に前記加熱部を跨いで並んで設けられ、加熱された流体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部から出力された検出信号に基づいて流体の流量を算出する流量算出部と、
所定の基準面に対する、前記温度検出部の傾斜角度を算出する角度算出手段と、
前記流量と、前記傾斜角度と、流量補正値の関係を記憶する記憶部と、
前記記憶部において記憶された前記流量補正値を使用して前記流量を補正する流量補正部と、を備え、
第二の加熱部と、
流体の流れを遮る方向に前記第二の加熱部を跨いで並んで設けられる第二の温度検出部と、
前記第二の温度検出部から出力された検出信号に基づいて流体の特性値を算出する特性値算出部と、をさらに備え、
前記角度算出手段は、さらに前記第二の温度検出部の出力に基づいて、所定の基準面に対する、前記第二の温度検出部の傾斜角度を算出する、
流量測定装置。 - 流体を加熱する加熱部と、
流体の流れる方向に前記加熱部を跨いで並んで設けられ、加熱された流体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部から出力された検出信号に基づいて流体の流量を算出する流量算出部と、
第二の加熱部と、
流体の流れを遮る方向に前記第二の加熱部を跨いで並んで設けられる第二の温度検出部と、
前記第二の温度検出部から出力された検出信号に基づいて流体の特性値を算出する特性値算出部と、
前記第二の温度検出部の出力に基づいて、所定の基準面に対する、前記第二の温度検出部の傾斜角度を算出する角度算出手段と、
前記流量と、前記第二の温度検出部の傾斜角度と、流量補正値の関係を記憶し、さらに前記特性値と、前記第二の温度検出部の傾斜角度と、特性補正値の関係を記憶する記憶部と、
前記記憶部において記憶された前記流量補正値及び前記特性補正値を使用して前記流量を補正する流量補正部と、を備える、
流量測定装置。 - 前記特性値は、流体の圧力、種類、及び温度のうち少なくとも何れかを表す、
請求項2から4のうち何れか1項に記載の流量測定装置。 - 地中に埋設される埋設型ガスメータであって、
前記埋設型ガスメータに流入するガスが流れる流管と、
請求項1から5のうち何れか1項に記載の流量測定装置と、を備え、
前記流量測定装置は、前記流管に設置され、前記流管を流れるガスの流量を検出する、
埋設型ガスメータ。
Applications Claiming Priority (3)
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