JP7198029B2

JP7198029B2 - 流量測定装置及び流量測定方法

Info

Publication number: JP7198029B2
Application number: JP2018187071A
Authority: JP
Inventors: 喜則大槻
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2022-12-28
Anticipated expiration: 2038-10-02
Also published as: JP2020056666A; US11105667B2; US20200103265A1; EP3633327A1

Description

本発明は、流量測定装置及び流量測定方法に関するものである。

従来、ピトー管流量計、ベンチュリ流量計、ラミナー流量計又はオリフィス流量計などの差圧式流量計において、ダイナミックレンジ（測定レンジ）を拡大する場合には、測定レンジの異なる流量計を設けることが考えられている。

例えば特許文献１に示すように、大流量に対応した測定レンジを有する流量計と、小流量に対応した測定レンジを有する流量計とを設けることによって、ダイナミックレンジを拡大するものが考えられている。

特開２０１８－９６７３７号公報

ところで、例えば排ガス流量のように平均流量が小さい割に脈動によるピーク流量が大きい流量を測定する場合には、上記のように単純に測定レンジの異なる複数の流量計を設ける構成では、大流量側の流量計の温度変化などに起因するドリフトの影響により、測定精度を向上させることが難しい。

そこで本発明は上記問題点を解決すべくなされたものであり、脈動によるピーク流量が大きい流量を精度良く測定することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る流量測定装置は、第１測定レンジ及び第１応答速度を有する第１流量変換器と、前記第１測定レンジよりも低流量側に狭い第２測定レンジを有し、第２応答速度を有する第２流量変換器と、前記第１流量変換器及び前記第２流量変換器を同時に用いて前記第２測定レンジに含まれる流量を測定する場合に、前記第２流量変換器の出力を用いて前記第１流量変換器の出力を補正して流量を算出する流量算出部とを備えることを特徴とする。

このようなものであれば、第１流量変換器よりも低流量側に狭い測定レンジを有する第２流量変換器の流量を用いて第１流量変換器の出力を補正することで、第１流量変換器をオフセット補正することができ、第２測定レンジにおいて第１流量変換器の測定誤差を低減することができる。その結果、脈動によるピーク流量が大きい流量を精度良く測定することができる。また、第１流量変換器の出力をリアルタイムに補正して流量を算出することもできる。さらに、第１流量変換器及び第２流量変換器を同時に用いて流量を測定するので、２つの流量変換器を切り替えた場合に生じる流量の不連続的な変化などの切り替えショックが無くなり、流量を精度良く測定することができる。

オフセット補正をより簡単に且つ精度良く行うためには、前記第２応答速度は、前記第１応答速度よりも遅いものであることが望ましい。

第１流量変換器の出力を精度良く補正するためには、前記流量算出部は、前記第２流量変換器の出力と前記第１流量変換器の出力の平均値とが一致するように前記第１流量変換器の出力を補正することが望ましい。

流量算出部が算出した流量の平均値が第２測定レンジよりも高流量側では第２流量変換器の測定精度が低下してしまうため、第２流量変換器の出力をそのまま用いることが難しい。このため、前記流量算出部は、算出した流量の平均値（平均流量）が前記第２測定レンジよりも高流量側の流量測定時には、前記第１流量変換器の出力を用いて流量を算出することが望ましい。

また、前記流量算出部は、算出した流量の平均値が前記第２測定レンジよりも高流量側の流量測定時には、所定の固定値を用いて前記第１流量変換器の出力を補正することが望ましい。ここで所定の固定値としては、予め定めた値であってもよいし、直近の第２測定レンジにおける第２流量変換器の出力であっても良い。

流量測定装置において、前記第１流量変換器及び前記第２流量変換器は、差圧計であることが考えられる。
この場合、前記第２流路において、前記第２流量変換器の上流側及び下流側に設けられた大気開放弁をさらに備え、前記流量算出部は、前記大気開放弁を開放することによって、前記第２流量変換器のドリフトを補正することが望ましい。
この構成であれば、第２流量変換器のドリフトを補正することができる。例えば、流量算出部が算出した流量の平均値が前記第２測定レンジよりも高流量側であり第１流量変換器のみで計測可能な条件下において、前記大気開放弁を開放することによって第２流量変換器を補正することができる。

また本発明に係る流量測定方法は、第１測定レンジ及び第１応答速度を有する第１流量変換器、及び前記第１測定レンジよりも低流量側に狭い第２測定レンジを有し、前記第１応答速度よりも遅い第２応答速度を有する第２流量変換器を流路に設け、前記第２測定レンジに含まれる流量測定時において、前記第２流量変換器の出力を用いて前記第１流量変換器の出力を補正して流量を算出することを特徴とする。

以上に述べた本発明によれば、測定レンジ及び応答速度が互いに異なる第１流量変換器及び第２流量変換器を用いることによって、脈動によるピーク流量が大きい流量を精度良く測定することができる。

本発明の一実施形態に係る流量測定装置の構成を模式的に示す図である。同実施形態の各流量変換器の出力により算出した流量の模式図である。同実施形態の第１流量変換器の出力補正を示す模式図である。本発明の変形実施形態に係る流量測定装置の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る流量測定装置について、図面を参照しながら説明する。

＜装置構成＞
本実施形態の流量測定装置１００は、例えば内燃機関から排出される排ガスの流量を測定するものであり、排ガス中の成分を分析する排ガス分析装置とともに用いられるものである。

具体的にこの流量測定装置１００は、例えばピトー管式流量計等の差圧式流量計を用いたものであり、図１に示すように、排ガス等のガスが流れる流路に接続される接続ポートＰ１、Ｐ２を有する第１流路Ｌ１と、当該第１流路Ｌ１に設けられた第１流量変換器２と、第１流路Ｌ１において第１流量変換器２をバイパスするように接続された第２流路Ｌ２と、当該第２流路Ｌ２に設けられた第２流量変換器３と、第１流量変換器２及び第２流量変換器３の出力を取得して所定の演算を行う演算装置６とを備えている。なお、接続ポートＰ１、Ｐ２の一方は、ピトー管の静圧側又は動圧側の一方に接続され、接続ポートＰ１、Ｐ２の他方は、ピトー管の静圧側又は動圧側の他方に接続されている。

第１流量変換器２は差圧計であり、流量に応じた差圧を出力するものである。この第１流量変換器２は、図２に示すように、第１流路Ｌ１を流れる排ガスの脈動のピーク流量が測定可能な第１測定レンジを有するとともに、排ガスの脈動に追従して測定可能な第１応答速度を有するものである。

第２流量変換器３は差圧計であり、流量に応じた差圧を出力するものである。この第２流量変換器３は、図２に示すように、第１測定レンジよりも低流量側第２測定レンジを有し、第１応答速度よりも遅い第２応答速度を有するものである。第２流量変換器３は、第１流量変換器２よりも応答速度が遅いので排ガスの脈動が低減された平均的な流量を測定することになる。

第２流路Ｌ２には、第２流量変換器３の上流側及び下流側には、排ガスの脈動を低減するための脈動低減機構であるキャピラリ４１、４２が設けられている。また、第２流路Ｌ２において、上流側のキャピラリ４１と第２流量変換器３との間に大気開放弁５１が設けられるとともに、下流側のキャピラリ４２と第２流量変換器３との間に大気開放弁５２が設けられている。なお、前記脈動低減機構は必須の構成ではなく、設けなくても良い。

演算装置６は、第２流量変換器３の出力を用いて第１流量変換器２の出力をリアルタイムに補正して流量を算出する機能を有している。

具体的に演算装置６は、第１流量変換器２及び第２流量変換器３を同時に用いて第２測定レンジに含まれる流量を測定する場合に、第２流量変換器３の出力を用いて第１流量変換器２の出力を補正して流量を算出する流量算出部６１とを備えている。

流量算出部６１は、図３に示すように、第２測定レンジに含まれる流量測定時において、第２流量変換器３の出力と第１流量変換器２の出力の平均値とが一致するように第１流量変換器２の出力をリアルタイムにオフセット補正する。

ここで、オフセットの補正の具体例としては、例えば以下である。
第１流量変換器２の応答時間をｔ１とし、第２流量変換器３の応答時間をｔ２とすると、ｔ１＜ｔ２となる。このとき、第２流量変換器３の出力の点数が１個であるとすると、第１流量変換器２の出力の点数は１×（ｔ２／ｔ１）個となる。流量算出部６１は、この第１流量変換器２の１×（ｔ２／ｔ１）個の出力の平均値を求めて、当該平均値と第２流量変換器３の出力との差を求めて、その差をオフセット量とする。流量算出部６１は、第１流量変換器２の出力からオフセット量を差し引くことによって補正する。その他、流量算出部６１は、第２流量変換器３の出力の点数をｎ個とし、第１流量変換器２の出力の点数をｎ×（ｔ２／ｔ１）個として、第２流量変換器３のｎ個の出力の平均値と、第１流量変換器２のｎ×（ｔ２／ｔ１）個の出力の平均値とからオフセット量を算出して、第１流量変換器２の出力からオフセット量を差し引くことによって補正してもよい。

なお、流量算出部６１は、第２測定レンジに含まれる流量測定時において、第１流量変換器２の平均値を算出することなく、単に第１流量変換器２の出力から第２流量変換器３の出力を差し引くことにより補正しても良い。

また、流量算出部６１は、算出した流量の平均値が第２測定レンジよりも高流量側の流量測定時には、所定の固定値を用いて第１流量変換器２の出力を補正して流量を算出する。なお、図３では、簡単のため瞬時値を示している。本実施形態の流量算出部６１は、直近の第２測定レンジにおける第２流量変換器３の出力を所定の固定値として用いている。その他、流量算出部６１は、予め設定された固定値を用いて第１流量変換器２の出力を補正して流量を算出するようにしても良い。

また、流量算出部６１は、第２流路Ｌ２に設けられた大気開放弁５１、５２を開放することによって、第２流量変換器３の差圧がゼロとなるので、これによって、第２流量変換器３のドリフトを補正する。この補正のタイミングとしては、例えば、算出した流量の平均値が第２測定レンジよりも高流量側の流量測定時であり第１流量変換器２のみで計測可能な条件下である。なお、前記大気開放弁５１、５２は必須の構成ではなく、設けなくても良い。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態の流量測定装置１００によれば、第１流量変換器２よりも低流量側の測定レンジを有し、第１流量変換器２よりも応答速度が遅い第２流量変換器３の出力を用いて第１流量変換器２の出力を補正することで、第１流量変換器２をオフセット補正することができ、第２測定レンジにおいて第１流量変換器２の測定誤差を低減することができる。その結果、脈動によるピーク流量が大きい流量を精度良く測定することができる。また、第１流量変換器２の出力をリアルタイムに補正して流量を算出することもできる。

また、流量算出部６１が算出した流量の平均値が第２測定レンジよりも高流量側の流量測定時においても、流量算出部６１が所定の固定値を用いて第１流量変換器２の出力を補正するので、算出した流量の平均値が第２測定レンジよりも高流量側において第１流量変換器２の測定誤差を低減することができる。さらに、第１流量変換器２及び第２流量変換器３を同時に用いて流量を測定するので、２つの流量変換器を切り替えた場合に生じる流量の不連続的な変化などの切り替えショックが無くなり、流量を精度良く測定することができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態の流量変換器が差圧計である差圧式流量計を用いたものであったが、その他、電磁流量計、超音波流量計、渦流量計、コリオリ式流量計、容積式流量計、面積流量計、熱式流量計などの種々の流量計を用いても良い。

また、前記実施形態では、接続ポートＰ１、Ｐ２を有する第１流路Ｌ１に第２流路Ｌ２を接続する構成であったが、図４に示すように、接続ポートＰ１、Ｐ２を有する第１流路Ｌ１と、接続ポートＰ３、Ｐ４を有する第２流路Ｌ２とを直列的に設けても良い。この場合であっても、第１流路Ｌ１には第１流量変換器２が設けられ、第２流路Ｌ２には第２流量変換器３が設けられる。そして、演算装置６は、第２流量変換器３の出力を用いて第１流量変換器２の出力をリアルタイムに補正して流量を算出する。

前記実施形態の流量算出部は、第１流量変換器の出力を第２流量変換器の出力を用いて補正した後に、その補正した出力を用いて流量を算出するものであったが、第１流量変換器の出力から第１流量を求め、第２流量変換器の出力から第２流量を求めて、第２流量を用いて第１流量を補正するようにしても良い。

前記実施形態の第２流量変換器の第２応答速度は、第１流量変換器の第１応答速度よりも遅いものであっが、同じ又はよりよりも早いものであっても良い。この場合、例えば第１流量変換器の平均値を取る点数を第２流量変換器の平均値をとる点数よりも多くすることが考えられる。

また、前記実施形態では、排ガスなどの気体の流量を測定するものであったが、流体の流量を測定するものであっても良い。

さらに、第２流路に設ける脈動低減機構としては、キャピラリの他にバッファタンク等であっても良い。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。

１００・・・流量測定装置
Ｌ１・・・第１流路
２・・・第１流量変換器
Ｌ２・・・第２流路
３・・・第２流量変換器
５１、５２・・・大気開放弁
６・・・演算装置
６１・・・流量算出部

Claims

ガスが流れる流路に接続される第１流路と、
前記第１流路に設けられ、第１測定レンジ及び第１応答速度を有する差圧計である第１流量変換器と、
前記ガスが流れる流路に接続され、又は、前記第１流路において前記第１流量変換器をバイパスするように接続された第２流路と、
前記第２流路に設けられ、前記第１測定レンジよりも低流量側に狭い第２測定レンジを有し、第２応答速度を有する差圧計である第２流量変換器と、
前記第２流路において、前記第２流量変換器の上流側及び下流側それぞれに設けられ、前記第２応答速度を前記第１応答速度よりも遅いものとするキャピラリと、
前記第１流量変換器及び前記第２流量変換器を同時に用いて前記第２測定レンジに含まれる流量を測定する場合に、前記第２流量変換器の出力を用いて前記第１流量変換器の出力を補正して流量を算出する流量算出部とを備える、流量測定装置。
前記流量算出部は、前記第２流量変換器の出力と前記第１流量変換器の出力の平均値とが一致するように前記第１流量変換器の出力を補正する、請求項１記載の流量測定装置。
前記流量算出部は、算出した流量の平均値が前記第２測定レンジよりも高流量側の流量測定時には、前記第１流量変換器の出力を用いて流量を算出する、請求項１又は２に記載の流量測定装置。
前記流量算出部は、算出した流量の平均値が前記第２測定レンジよりも高流量側の流量測定時には、所定の固定値を用いて前記第１流量変換器の出力を補正する、請求項１又は２に記載の流量測定装置。
前記第２流路において、前記第２流量変換器の上流側及び下流側に設けられた大気開放弁をさらに備え、
前記流量算出部は、前記大気開放弁を開放することによって、前記第２流量変換器のドリフトを補正する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の流量測定装置。
ガスが流れる流路に接続される第１流路に第１測定レンジ及び第１応答速度を有する差圧計である第１流量変換器を設け、
前記ガスが流れる流路に接続され、又は、前記第１流路において前記第１流量変換器をバイパスするように接続された第２流路に前記第１測定レンジよりも低流量側に狭い第２測定レンジを有し、第２応答速度を有する差圧計である第２流量変換器を設け、
前記第２流路において、前記第２流量変換器の上流側及び下流側それぞれにキャピラリを設けて、前記第２応答速度を前記第１応答速度よりも遅いものとし、
前記第１流量変換器及び前記第２流量変換器を同時に用いて前記第２測定レンジに含まれる流量を測定する場合に、前記第２流量変換器の出力を用いて前記第１流量変換器の出力を補正して流量を算出する、流量測定方法。