JPH0344512A - フルイディック流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、都市ガスなどの流体の流量を測定する流量計
に係り、特に機械的可動部を持たないフルイブインク流
量センサを用いた流量計（フルレイデイック流量計）に
関する。

〔従来の技術〕

フルイブインク流量センサを用いた所謂フルイブインク
流量計は、測定すべき流体内で機械的可動部無しに流量
に応じた発振周波数の流体振動を起こさせ、その振動を
測定することにより流量を測定するものである。このフ
ルイディック流量計の構造に関しては如何に広い範囲の
流量を正確に測定するかといった観点からいくつかの提
案がなされている。

例えば、特開昭６３−１３９２１４にはスリット状噴出
ノズルから管路拡大部の入口までの距離と噴出ノズルか
らターゲットまでの距離の相関を特定の値とすることに
より、流量変化の大きい用途において確実に、精度良く
流量測定を行なおうとするものである。

又、特開昭６２−２７６４１１及び同６２−２８８５２
０にはスリットの大きさや高さを特定することにより測
定精度を高める工夫が示されている。

置載での測定精度にみられるが、これを解決する手段と
して、フルイブインク流量センサを大流量用と小流量用
に分けて設計し、これを流量に対応して切り換えながら
測定するようにしたものとか、ノズル部分にフローセン
サを置き、小流量域での測定をこのフローセンサにより
行うという提案（実開平１−５８１１８）が公知である
。

〔従来技術の課題〕

しかしながら、上記した従来の改良手段においては流量
センサ自体の加工精度とか器差の問題がある。又、フル
イディック流量計の場合、流量と発振周波数は直線的に
変化するものとしてその流量の測定を行っているが、こ
の直線近似は、広い流量範囲では成り立たず、これを構
造的に改良するには限界がある。

本発明者等は斯かる点から、各流量域での特性や器差を
分析することにより、電気的処理に際して測定精度を高
める直線近似式を創案し、これを適用することにより、
広い流量範囲にわたって正確に且つ簡易に流量測定を行
うことのできるフルイディック流量計を得ることができ
た。

〔課題を解決するための手段〕 （１）本発明にかかるフルイディック流量計は、フルイ
ディック流量センサとこのセンサから得られる流量パル
スを人力して処理するマイクロコンピュータとを有する
。マイクロコンピュータは、流量パルスをカウントし、
所定時間毎にカウント値とこれに対応する計測時間Ｔ８
とから発振周波数ｆを求め、予め単位時間当りの流量Ｑ
、と発振周波数ｆとの間に与えられた直線近似式、Ｑｔ
＝Ａｔ　　・ｆ＋Ｂ。

に従って流体の流量Ｑ、・Ｔｘを算出して、これを積算
する機能を有するようにプログラムされている、そして
、この直線近似式は、所定の発振周波数ｆ　ｋ　（ｋ　
−０−ｎ−２）を境にして、定数（Ａｔ　、Ｂｔ）が異
なるｎ本の折れ線を用いることを特徴とする。

（２）また本発明は、前述の直線近似式として、所定の
発振周波数ｆ０を境にして定数が異なる、折れ線で表さ
れる二つの直線近似式、 Ｑｃ−Ａｓ　　・ｆ＋Ｂ。

Ｑｔ　＝　Ａ　ｒ　　−ｆ　＋　Ｂ　Ｈを用いることを
特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、一定流量から流量に対応した周期で発
振を始めるフルイディック流量センサを用い、一定時間
間隔でマイクロコンピュータに起動をかけ、時間と流量
パルス数とを基に連続的に流量を測定する事ができる。

この時、流量と発振周波数の間の直線近似式として、ｎ
直線近似を利用することによって、広い流量範囲にわた
って正確な流量計測を行うことができる。特に直線性の
よいフルイディック流量センサを用いれば、２直線近似
で、流量計測を行うことができる。また、マイクロコン
ピュータは、一定時間間隔で起動割込みがかかり、演算
処理部を間欠的に動作させるようにすることにより、消
費電力を低減し電池の消耗を少なくすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明にかかるフルイディック流量計の一実
施例の概略構成である。１はフルイディック流量センサ
であり、このセンサ１から得られる出力信号は、パルス
入力部２に入る。パルス入力部２は、流量センサ１から
得られる流量に対応する周波数の出力信号を波形整形し
て流量パルスを得る。このパルス入力部２から得られる
流量パルスは、ＮＡＮＤゲート３を介して或いは直接、
マイクロコンピュータ４の必要な端子に人力される。マ
イクロコンピュータ４は、後述するように、流量パルス
をカウントし、これを所定の直線近似式に従って所定時
間毎に流量を算出して積算する機能を有するようにプロ
グラムされている。積算流量値は、表示器５に表示され
るようになっている。

第２図は、フルイディック流量センサ１の構成例を示す
。この流量センサ１は、ガス等の流体の管路に設けられ
て、流量に対応した振動周波数の電気的出力信号を得る
流体素子であり、管路絞り部１１、絞られた流体を噴出
させる噴射ノズル１２、噴射ノズル１２からの流体を拡
散させる管路拡大部１３、この管路拡大部１３の後部か
ら流体の一部を噴射ノズル１２の出力部に流体の流れ方
向に直交するようにフィードバックする二つの帰還路１
４．、　ｉ４ｇ。

噴射ノズル１２の出力部に設けられたターゲット１５、
および一方の帰還路１４．に設けられて流体の振動を検
出する圧電素子等の検出素子１６により構成される。こ
の流量センサ１は、フィードバック方式と呼ばれる。噴
射ノズル１２から噴出される流体を、図のように対抗す
る二つの帰還路１’Ｌ、　１４ｇで帰還して噴射流体に
横方向の圧力を与えることにより、管路拡大部１３の主
流体は図に実線と破線で示したように、管路拡大部１３
の相対抗する斜面に交互に沿うような流れの振動をする
。この流体振動の周波数が流量に対して直線的に変化す
ることから、この信号を検出素子１６で検出することに
より、流量に対応した電気的出力を得ることができる。

ターゲット１５は低い流量でも流体振動が発生するよう
に設けられたものである。

流体振動検出素子１６は、必ずしも圧力検出素子である
ことは必要ではない。例えば、半導体を用いた、発熱素
子と感熱素子の組合わせにより構成される流量検出素子
があるが、これを用いて帰還路内の流量の変化を直接検
出することもできる。

またフルイディック流量センサとして、第３図（ａ）、
（ｂ）に示すリラクゼーシ５ン型を用いることもできる
。主要部の構造および原理は、フィードバック型と同様
である。この方式では、フィードバック路を持たず、図
に矢印で示したように、拡大部１３から一部直接噴射ノ
ズル１２側に戻る流体を利用して、その圧力を噴射流体
に及ぼすリング状導圧管１７を設けている。

この様な構成として、流量パルスの発振周波数ｒを測定
し、これと単位時間当りの流量Ｑｔの間に一般に、 Ｑｔ＝ＡＬ・ｒ　＋　Ｂ　ｔ　　　　　　−（１）なる
直線近似が成立することを利用して、流量Ｑｔ−Ｔｘ（
Ｔｘは計測時間）を算出する。これを所定時間間隔毎に
行い、積算することにより、積算流量が決まる。以上の
信号処理をマイクロコンピュータ４により行う。

マイクロコンピュータ４による処理の具体的な内容につ
いて、以下に詳細に説明するが、この実施例ではその処
理の前提として重要な条件を与えている。この条件を先
ず、説明する。実際に第１図の構成を都市ガスの流量計
としての実用化を検討した結果、必要な流量範囲で正確
な流量を求めるには、直線近似に問題があることが判明
した。

一つは、同一の直接近似式が広い流量範囲で成立しない
ことであり、他の一つは近似直線の傾きとｙ切片にバラ
ツキがあることである。そこでこの実施例においては、
マイクロコンピュータによる処理の前提として、第１に
、直線近似式が所定の発振周波数ｆ０を境にして定数が
異なる折れ線として表わされる次の二つの直線近似式、
Ｑ　ｔ　＝　Ａｏ　・ｆ　＋　Ｂ　ｏ　（ｆ≧ｆ　（１
）　　・−−−−−−−−−（２）Ｑｔ＝Ａ、・ｆ　＋
Ｂ＋　（ｆ　＜　ｆ　５）　　・−−−−−−−−（３
）を用いる。

第４図は、この２直線近似の様子を示す周波数ｆと単位
時間当りの流量Ｑｔの関係である。フルイディック流量
センサ１の噴射ノズルの口径を２．９〜３．Ｏｏ＋ａ＋
とした時、２直線の切替え周波数ｒ。は、はぼ流量５０
０〜６００１ｈにある。また各直線の定数は、実験デー
タによれば、ぼぼ次のような値をとることが確認された
。

Ａｏ＝３２．０９〜３４．６４．　Ｂ　ｏ＝−ｔｏ、ｉ
ｓ　〜−３２．６５Ａ、・３０．４６〜３２．７１．　
Ｂ　、＝　９．２３〜２０．４８そこで第２に、これら
の定数Ａ６．Ｂ６．Ａ１．Ｂ１の数値設定に際しては、
各定数を上記バラツキの範囲で１６段階に分割した値の
組合わせにより決定するようにしている。

第５図および第６図〜第８図は、以上のような前提条件
を加味してプログラムされたマイクロコンピュータ４に
よる処理内容を説明するタイミング図および流れ図であ
る。

先ず第６図は、流量計のリセットのフローである。初期
設定し、制御レジスタに必要なデータをセントした後、
定数Ａ　ｏ、　Ｂ　ｏとして予め内部ＲＯＭに用意され
ている１６データから、当該流量センサーに好適する−
組みを選択してセットする。次いで同様に、それぞれ１
６データからなる定数Ａ　＋　。

Ｂ、の−組を選択してセットする。そして切替え周波数
ｆ。を算出してセントする。

流量積算値の０表示の後、ＴＩＮ割込みタイマ（一定時
間Ｔ０毎にＣＰＵに起動割込みをかけるための割込みパ
ルスを発生するタイマ機能）をリセット・スタートし、
流量パルスからの起動割込みを許可する状態（禁止出力
ＩＮＨ＝“Ｈ”レベル）となって、リセットが終了する
。

第７図は、流量パルスによる割込みがかかってからの１
計測サイクルの処理フローを示している。

また第８図は、タイマによるＴ０秒毎のＣＰＵへの起動
割込みがかかった時の処理フローである。

これらを参照しながら、第５図のタイミング図に従って
計測の動作を説明する。

流量センサ１が発振を始めると、最初の流量パルスＳに
より、ＮＡＮＤゲート３を介してＩＮＴからＣＰＵに起
動がかかる。これにより、禁止出力ＩＮＨは″Ｌ″レベ
ルとなり、ＮＡＮＤゲート３の出力即ち、ＩＮＴは常に
Ｈ”レベルとなり、２個目以降の流量パルスによる起動
はかからなくなる。そしてこの割込みにより、ＣＰＵ内
のタイマ値ｔ０を格納する。また最初の流量パルスによ
り割込みがかかると、流量パルス数をカウントするイベ
ント・カウンタＣＴ１が流量パルスＳのカウントを行う
。

Ｔ０毎に割込みパルスを発生するタイマに対して、この
Ｔｏ毎の割込みタイマ回数をカウントすルタイマ・カウ
ンタがあり、これがカウント１となると、即ち最初の割
込みからＴｏ毎の割込みパルスが２度発生した後、禁止
出力ＩＮＨは“Ｈ”レベルとなり、その後の最初の流量
パルスによるＩＮＴ割込みにより、ＣＰＵ内のタイマ値
り、を格納スる。同６にイベント・カウンタＣＴＩはリ
セットされ、また禁止出力ＩＮＨは再び“Ｌ”レベルと
なってＩＮＴによる起動がかからなくなる。

そしてここで、計測時間とイベント・カウンタＣＴｌの
カウント値から、次式に従って発振周波数ｆ１を求める
演算Ｆ、を行う。

（ＣＴＩの値）／Ｔｘ　＝ｆ＋　　（）Ｉｚ　］ここで
、計測時間Ｔｘは第５図から、 Ｔｘ　＝Ｔｏ　＋　（ＴＯｔ　ｏ　）　＋　ｔＩである
。次いで得られた周波数ｆ、が、切替え周波数ｒ０より
大きいか小さいかを判断し、直線近似式の定数Ａｔ、Ｂ
ｔを決定する。即ち、ｒ、がｆｏより大きい場合には、
定数ＡＯ１Ｂ（１を選択し、ｆｏより小さい場合に定数
Ａｔ　、Ｂ＋を選択する０選択された定数を用いて瞬時
流量、Ｑｔ＝Ａｔ　−ｆ、　十Ｂｔ を算出し、これに計測時間Ｔつをかけることにより、流
量Ｑ””Ｑｔ−Ｔｘを求める。

以上が基本的な計測サイクルである。

Ｔ０タイマによる割込みパルスが２度発生した後に、禁
止出力ＩＮＨが“Ｈ”レベルになり、タイマ・カウンタ
ＣＴ２がカウント１となり、その後流量パルスが７０以
上経過しても人力されない場合の計測サイクルは、第５
図のタイミングの後半部分で示される。図示のようにこ
の場合、タイマ・カウンタＣＴ２は更にカウント・アッ
プする。

そして、その後の最初の流量パルスにより、ＣＰＵに起
動がかかり、ＣＰＵ内のタイマ値ｔ２を格納する。また
禁止出力ＩＮＨは“Ｌ′”レベルとなり、その後ＣＰＵ
には流量パルスによる起動はかからなくなる。また、イ
ベント・カウンタＣＴＩの値が格納され、イベント・カ
ウンタＣＴ１はリセットされる。ここでの演算Ｆｔも、
イベント・カウンタＣＴＩの値と計測時間Ｔｘから周波
数ｆ８を求めるが、このときの計測時間Ｔｘは第５図か
ら明らかなように、 Ｔｘ　＝２ＴＯ＋　（Ｔ（ｌ　　　ｔＩ　）＋ｔｚであ
る。そして先のサイクルと同様に、求められた周波数ｆ
２と必要な定数を選択して瞬時流量を求め、これに計測
時間をかけて流量Ｑ＝Ｑｔ−Ｔ８を求める。

以上のような計測サイクルを選択的に繰返し、これを積
算して流量積算値を求める。

第５図では、以上の計測処理の計測時間Ｔｘを次の一般
式、 Ｔｘ＝Ｔｏ（Ｃ７０）＋（Ｔｏ　　Ｔｘｏ）＋Ｔｘｔと
して示している。

こうしてこの実施例によれば、流体の流量計測をマイク
ロコンピュータ処理により簡単且つ正確に行うことがで
きる。しかも、流量計測の演算処理は、一定時間毎に行
うので、電池の消耗は少なくて済む、という利点を有す
る。また特に、フルイディック流量センサの流量と周波
数の関係を２直線近似で処理することによって、広い流
量範囲に亙って正確な流量計測を行うことができる。更
にこの実施例では、流量と周波数の関係を表わす直線近
似式の定数を、データに基づいて１６段階に亙って用意
することによって、この定数の選択により器差を極力少
なくすることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、フルイディック流量
センサとマイクロコンピュータによるパルス処理によっ
て、少ない消費電力でしかも、広い流量範囲に亙って正
確且つ簡便に流量を測定することを可能としたフルイデ
ィック流量計を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のフルイブインク流量計の構
成を示す図、第２図はその流量センサの構成例を示す図
、第３図（ａ）、い）は他の流量センサの構成例を示す
図、第４図はこの実施例で採用する２直線近似を説明す
るための図、第５図はこの実施例の流量計の動作を説明
するためのタイごング図、第６図〜第８図はこの実施例
でのマイクロコンピュータの処理フローを示す図である
。 １−・−・−・−フルイディック流量センサ２・・−・
−パルス入力部 ３・・−・−・・−ＮＡＮＤゲート ４−・・−・−マイクロコンピュータ ５・・・−−−−−一・表示器 特 許 出 願 人 東京瓦斯株式会社 特 許 出 願 人 株式会社金門製作所 第 図 第２図 第３図 ７ ｔｏ） （ｂ）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体の流量に対応した周波数の発振出力を得るフ
   ルイディック流量センサと、この流量センサから得られ
   る流量パルスを入力して処理するマイクロコンピュータ
   とを備え、前記マイクロコンピュータは、前記流量パル
   スをカウントし、所定時間毎に前記流量パルスのカウン
   ト値とこれに対応する計測時間Ｔ＿ｘとから発振周波数
   ｆを求め、単位時間当りの流量Ｑｔと発振周波数ｆの間
   に予め与えられた直線近似式、 　Ｑｔ＝Ａｔ・ｆ＋Ｂｔ に従って流体の流量Ｑｔ・Ｔ＿ｘを算出し、これを積算
   する機能を有することを特徴とするフルイディック流量
   計。
2. （２）流体の流量に対応した周波数の発振出力を得るフ
   ルイディック流量センサと、この流量センサから得られ
   る流量パルスを入力して処理するマイクロコンピュータ
   とを備え、前記マイクロコンピュータは、前記流量パル
   スにより起動割込みがかけられて所定期間流量パルスを
   カウントするイベント・カウンタ機能と、一定時間Ｔ＿
   ０毎にＣＰＵに起動割込みをかけるための割込みパルス
   を発生するタイマ機能と、前記流量パルスの割込みでリ
   セットされ、その後の前記タイマ機能による割込みパル
   スをカウントするタイマ・カウンタ機能と、前記流量パ
   ルスによる割込み後に前記イベント・カウンタの値と計
   測時間Ｔ＿ｘとから前記流量パルスの発振周波数ｆを求
   め、発振周波数ｆと単位時間当りの流量Ｑｔの間に予め
   与えられた直線近似式、 　Ｑｔ＝Ａｔ・ｆ＋Ｂｔ に従って流体の流量Ｑｔ・Ｔ＿ｘを算出し、これを表示
   又は積算する演算機能とを有することを特徴とするフル
   イディック流量計。
3. （３）直線近似式は、所定の発振周波数ｆ＿０〜ｆ＿ｎ
   ＿−＿２を境にして定数が異なる、ｎ本の折れ線にて近
   似可能な、請求項１または２記載のフルイディック流量
   計。
4. （４）ｎ−１点の切替え発振周波数ｆｋごとにｎ本の直
   線近似式、 Ｑｔ＝Ａ＿ｋ・ｆ＋Ｂ＿ｋ（ｋ＝０〜ｎ−１）、ｆ＿ｋ
   （ｋ＝０〜ｎ−２）を用いることを特徴とするフルイデ
   ィック流量計。
5. （５）直線近似式は所定の発振周波数ｆ＿０を境にして
   、定数が異なる折れ線で表される二つの直線近似式、Ｑ
   ｔ＝Ａ＿０・ｆ＋Ｂ＿０ Ｑｔ＝Ａ＿１・ｆ＋Ｂ＿１ を用いることを特徴とする請求項１または２記載のフル
   イディック流量計。
6. （６）直線近似式の定数Ａ、Ｂとして、それぞれ所定の
   範囲でｍ段に分割された値を予め用意され、初期設定に
   際して器差に応じて所定の組合わせが選択されてセット
   されることを特徴とする、請求項１または２記載のフル
   イディック流量計。
7. （７）直線近似式の定数Ａ、Ｂとして、それぞれ所定の
   範囲で前項（６）のｍの値をｍ＝１６とし１６段に均等
   分割された値が予め用意され、初期設定に際して器差に
   応じて所定の組合わせが選択されてセットされることを
   特徴とする請求項１または２記載のフルイディック流量
   計。