JPH05164593A - 流量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速の基準クロックを使用せずに所要の測定
精度と測定時間を確保するとともに演算部での演算時間
に対する制約を低減し、低消費電力化を実現することが
できて電池駆動に適した流量計測装置を提供する。 【構成】 エッジ検出部３による流量信号のエッジ検出
後、タイマ部５により次のエッジ検出を一定時間禁止し
て流量信号のエッジからエッジまでの周期測定の測定時
間を一定時間以上とるようにしたため、基準クロックの
周波数を低くしても所要の高い測定精度を得ることがで
き、また演算部９では演算処理の実行に一定時間が確保
されて高速処理を要求されることがなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、周波数に変換された流
量信号から流量値を計測して記録を行う流量計測装置に
関し、特に低消費電力化を図ることができて電池駆動に
適した流量計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、流量計測における流量の記録に
は、１〜５Ｖ程度の電圧信号や４〜２０ｍＡ程度の電流
信号を使用するのが一般的であった。しかし、近年にな
って電子技術の進歩に伴ない電池駆動の流量計測装置の
要求が高まっている。これは、商用電源を使用すると停
電時に動作させることができない、或いは停電補償の手
段を講じなければならないという理由の他に、可燃性流
体の測定においては防爆上の問題から好ましくない等か
らの理由からである。

【０００３】しかし、電池駆動を行うためには１〜５Ｖ
電圧信号や４〜２０ｍＡ電流信号では消費電力低減が困
難であることから流量信号として周波数（パルス）信号
を使用することが考えられている。特に、光伝送を実現
するためには周波数信号が好都合となっている。

【０００４】図６は、流量信号としてこのような周波数
信号を用いた従来の流量計測装置を示しており、図７
は、その周波数信号等のタイミングチャートを示してい
る。

【０００５】図６において、Ｖ／Ｆコンバータ等により
周波数に変換されたパルス列信号からなる流量信号（図
７（ａ））はパルス周期測定のためにエッジ検出回路１
１によりパルスエッジが検出され、この検出タイミング
で基準クロック発生部１２で生成される基準クロック
（図７（ｂ））を計数しているカウンタ１３の計数値を
ラッチ１４に記憶させる（図７（ｃ），（ｄ））。また
これと同時に演算部１５が起動されてラッチ１４の計数
値が読み取られるようになっている（図７（ｅ））。以
降、流量信号のエッジが検出されるごとにその時の基準
クロックの計数値がラッチ１４に更新され演算部１５が
起動されるので、演算部１５でラッチ１４からの計数値
が読み取られ、前回読み取り値からの増加値と基準クロ
ックの周期から流量信号のエッジからエッジまでの時間
つまり周期が求められ、周波数さらにはこれを流量に変
換する演算が実行されるようになっている（図７
（ｆ））。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の流量計測装置に
おいて周波数信号の周期を正確に求めるためには、測定
しようとする周波数信号の最大周波数に対し、時間測定
用の基準クロックは相当高い周波数を使用する必要があ
る。これは、基準クロックの計数値により時間を測定す
る場合には、この基準クロックと周波数信号とは非同期
のため１クロックの分の誤差が発生する可能性がある。
したがって、例えば１％以内の誤差で時間測定をするた
めには１００クロック以上の時間でなくてはならず、被
測定周波数信号の１００倍以上の基準クロック周波数が
必要となる。しかし、一般に周波数が高くなる程消費電
力が増加することはよく知られている事実である。

【０００７】また、演算部１５の流量演算にはマイクロ
コンピュータ（以下ＭＰＵという）を使用することが便
利であるが、ＭＰＵでは周波数信号の最小周期（最大周
波数）内で演算を終了させる必要があるため、使用され
るＭＰＵには高速処理が要求される。しかし、ＭＰＵの
高速処理には消費電力の増大を招いてしまう。

【０００８】さらに、測定する周波数により測定時間が
変動するという問題もある。即ち、測定しなければなら
ない最小周波数は信号のエッジからエッジつまり１周期
が長いため、測定時間が長くなる。もし周波数がゼロな
らば測定時間が無限大となってしまうが、流量信号を周
波数に変換する場合に例えば１０〜１００Ｈｚという変
換を行うことは困難ではないので、測定時間が無限大と
なることは回避できる。しかし、１００Ｈｚの場合は測
定時間が１０ｍｓとなるのに対し、１０Ｈｚの場合は１
００ｍｓとなる。そして、ＭＰＵには１０ｍｓ以内に演
算を終了させる能力が要求され、基準クロックも１０ｍ
ｓの時間を必要な精度で計測できるだけの高速クロック
が要求される。

【０００９】ここで、もしＭＰＵでの演算時間を長く確
保し、基準クロックに要求される周波数を低くするため
に流量信号の最大周波数を低くした場合は、当然最低周
波数も低くなり、例えば１０〜１００Ｈｚを０．１〜１
Ｈｚの流量信号とした場合０．１Ｈｚの測定には１０ｓ
が必要となり、この場合は応答性が悪くなるという問題
がある。

【００１０】そこで、本発明は、高速の基準クロックを
使用せずに所要の測定精度と測定時間を確保するととも
に演算部での演算時間に対する制約を低減し、低消費電
力化を実現することができて電池駆動に適した流量計測
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、周波数に変換された流量信号を計数する第
１のカウンタと、前記流量信号の周期測定のための基準
クロックを計数する第２のカウンタと、前記流量信号の
エッジを検出するエッジ検出部と、該エッジ検出部によ
るエッジ検出後当該エッジ検出部のエッジ検出を一定時
間禁止させるタイマ部と、前記第１のカウンタ及び第２
のカウンタによる前回エッジ検出時における各計数値と
前記一定時間後の今回エッジ検出時における各計数値か
ら流量を演算する演算部とを有することを要旨とする。

【００１２】

【作用】流量信号が第１のカウンタで計数され、流量信
号の周期測定のための基準クロックが第２のカウンタで
計数される。エッジ検出部で流量信号の立上り又は立下
りの何れか一方のエッジが検出されると、このエッジ検
出により演算部が起動され、このエッジ検出時における
第１のカウンタ及び第２のカウンタの各計数値が演算部
に読込まれて保持される。一方、このエッジ検出後、タ
イマ部によりエッジ検出部のエッジ検出が一定時間禁止
される。

【００１３】一定時間後、タイマ部の作動によりエッジ
検出部のエッジ検出禁止が解除され、エッジ検出が行わ
れると、前記と同様に第１カウンタ及び第２のカウンタ
の各計数値が演算部に読込まれる。

【００１４】そして、演算部により前回の各計数値と一
定時間経過後の今回の各計数値から流量信号の平均周期
が算出され、さらに流量が演算される。

【００１５】このように、この発明では流量信号のエッ
ジからエッジまでの測定時間が一定時間以上確保される
ため、基準クロックの周波数を低くしても所要の高い測
定精度を得ることができ、また、演算部での演算処理の
実行時間も一定時間が確保されて高速処理が要求される
ことがなくなる。したがって低消費電力化を実現するこ
とができて電池駆動に適したものとなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１及び図２は、本発明の一実施例を示す図であ
る。

【００１７】まず、流量計測装置の構成を説明すると、
図１中、１は流量を周波数に変換することにより生成さ
れた周波数信号の入力端子である。流量を周波数信号に
変換する手段は本実施例の主旨ではないので特に言及し
ないが、流量信号として一般的に使用されている１〜５
Ｖ電圧信号や４〜２０ｍＡ電流信号は、例えばＶ／Ｆコ
ンバータにより容易にパルス列信号からなる周波数信号
に変換される。２は、その周波数信号を計数する第１の
カウンタ、３は周波数信号のエッジを検出するエッジ検
出部、４はエッジ検出時における第１のカウンタ２の計
数値を記憶する第１のラッチ、５はエッジ検出部３によ
るエッジ検出後、そのエッジ検出動作を一定時間禁止さ
せるタイマ部である。一方、６は周波数信号の周期測定
のための基準クロックを発生する基準クロック発生部、
７はその基準クロックを計数する第２のカウンタ、８は
エッジ検出部３によるエッジ検出時における第２のカウ
ンタ７の計数値を記憶する第２のラッチ、９は演算部と
してのＭＰＵである。

【００１８】次に、図２のタイミングチャートを用い
て、上述のように構成された流量計測装置の作用を説明
する。

【００１９】入力端子１から入力した周波数信号（図２
（ａ））が第１のカウンタ２で計数され（図２
（ｂ））、基準クロック発生部６で発生した基準クロッ
ク（図２（ｄ））が第２のカウンタ７で計数される（図
２（ｅ））。また、上記の周波数信号は、エッジ検出部
３においてエッジ検出が行われ、エッジが検出される
と、その検出時点の第１のカウンタ２の計数値が第１の
ラッチ４へ記憶され（図２（ｃ））、第２のカウンタ７
の計数値が第２のラッチ８へ記憶される（図２
（ｆ））。エッジ検出部３による周波数信号の検出エッ
ジは立上りでも立下りでも、何れか一方に限定されれば
よい。

【００２０】また、検出エッジでＭＰＵ９に割込みがら
かかり（図２（ｈ））、第１のラッチ４及び第２のラッ
チ８に記憶腐された各計数値がＭＰＵ９に読取られて保
持される。ＭＰＵ９は、この各計数値の読取り後、タイ
マ部５をクリアし、エッジ検出部３はタイマ部５が作動
するまで一定時間エッジ検出が禁止される（図２
（ｇ））。そして、一定時間後、タイマ部５が作動して
エッジ検出部３はエッジ検出が可能となる。周波数信号
のエッジ検出で再度、第１のカウンタ２の計数値が第１
のラッチ４へ記憶され、第２のカウンタ７の計数値が第
２のラッチ８へ記憶される。また、前記と同様に、ＭＰ
Ｕ９には割込みがかかり、スタンバイ状態から復帰して
第１のラッチ４及び第２のラッチ８に記憶された各計数
値の読取りが行われる。

【００２１】そして、ＭＰＵ９により、前回の各計数値
と一定時間経過後の今回の各計数値から、その間に計数
された周波数信号の信号数及び基準クロックのクロック
数が求められて流量信号の平均周期が算出され、さらに
流量が演算される（図２（ｉ））。以降、エッジ検出部
３によるエッジ検出ごとに、第１のカウンタ２及び第２
のカウンタ７の各計数値がそれぞれ第１のラッチ４及び
第２のラッチ８に記憶され、また、この記憶された各計
数値がＭＰＵ９に読取られて流量の計測及び記録が続行
される。

【００２２】ここで、ＭＰＵ９がエッジ検出により起動
された時周波数信号の最小周期内でその計数値の読取り
が可能であれば、第１のカウンタ２の計数値が変化する
前に読取りが可能となるので、第１のラッチ４は省くこ
とができる。この場合はＭＰＵ９に第１のカウンタ２の
計数値が直接読込まれて保持されることになるので、図
１における第１のラッチ４はＭＰＵ９の中に含まれるこ
ととなり、その構成は図１のものと本質的には同じであ
る。

【００２３】第２のラッチ８についても上記と同様のこ
とが言えるが、周波数信号のエッジと基準クロックの周
期がとられていないのでＭＰＵ９がエッジ検出で起動さ
れてから第２のカウンタ７の計数値が変化するまでの時
間は基準クロックの１周期内で一定しない。したがって
基準クロックの１クロック分の誤差が許容できるか、又
は周波数信号と基準クロックのエッジを同期させれば第
２のラッチ８は省くことができる。そして、この場合も
ＭＰＵ９の中に第２のラッチが含まれることとなり、そ
の構成は図１のものと本質的な違いはない。周波数信号
と基準クロックのエッジを同期させる場合は、後述の他
の実施例で説明する。

【００２４】次いで上述の実施例の効果を従来例と比較
して述べる。

【００２５】この実施例は、周波数に変換された流量信
号、即ち周波数信号の周期測定時に、一定時間以上の間
隔をおいてそのエッジからエッジまでの時間を測定する
ようにしたので以下のような効果がある。

【００２６】（イ）エッジからエッジまでの測定時間が
一定時間以上確保できるため、周期測定のための基準ク
ロック周波数を低くすることができて低消費電力化を図
ることができる。

【００２７】例えば、従来例で１００Ｈｚの周波数信号
を０．１％の精度で計測しようとすると、周波数信号の
１周期は１０ｍｓであり、基準クロックの１周期分の誤
差が発生するため、基準クロックは１０ｍｓの０．１％
で１０μｓ周期、即ち１００ｋＨｚが必要である。これ
に対し、この実施例では、タイマ部で１ｓ間エッジ検出
を禁止するように設定しているとすれば、周期測定の時
間は１ｓ以上が確保されるため、１ｓの０．１％で１ｍ
ｓ周期即ち１ｋＨｚで十分である。

【００２８】（ロ）周波数信号の周波数が変化してもほ
ぼ一定した応答性が得られる。

【００２９】例えば、従来例の場合、基準クロック１ｋ
Ｈｚで１００Ｈｚの周波数信号を０．１％精度で計測す
るために、その周波数信号を１００分周して１Ｈｚで計
測する場合は応答性は１ｓであるが、１０Ｈｚの周波数
は１００分周されて０．１Ｈｚとなってしまう。このた
め応答性は１０ｓとなる。この場合１０Ｈｚに対する計
測精度は０．０１％となるが、低い周波数でのみ計測精
度を高くしても無意味である。これに対し、この実施例
では基準クロック１ｋＨｚでタイマ部で１ｓ間エッジ検
出を禁止するように設定されているとすれば、１００Ｈ
ｚの信号に対しても１０Ｈｚの信号に対してもほぼ１ｓ
の応答性であり、ともに計測精度０．１％を確保できる
（応答時間はエッジ検出禁止時間１ｓに周波数信号の１
周期以内の遅れが発生するが、流量記録の用途では特に
問題とならない）。

【００３０】（ハ）エッジからエッジまでの測定時間が
一定時間以上確保できるため、演算部ではエッジ検出後
次のエッジ検出までの時間内に演算処理を実行すればよ
く、演算部に使用されるＭＰＵに高速処理が要求されな
い。逆に、ＭＰＵの処理能力に合せてタイマ部の時間を
設定すればよい。一般に高速処理ほど消費電流が大とな
るため、ＭＰＵの低消費電力化が実現できる。さらに
は、演算処理が終了した後はＭＰＵを停止させておくこ
とも可能である。ＭＰＵの動作を停止させるスタンバイ
状態で非常に低消費電力化が実現できることはよく知ら
れていることである。

【００３１】例えば、従来例で１００Ｈｚの周波数信号
を演算すると１０ｍｓ以内に演算を終了する能力のＭＰ
Ｕが必要であるばかりでなく、１ｓに１００回の演算を
繰返さなくてはならない。サンプリング点数が多い程計
測精度が高まるのは事実であるが、流量記録の観点から
すると短時間に大きな流量変動に追従する必要がない場
合が殆んどである。

【００３２】（ニ）流量信号の測定がカウンタやタイマ
という汎用のデジタル素子で構成されるとともに、基準
信号も基準クロックのみであるため、回路構成が容易で
あり、演算部も汎用のＭＰＵを利用して容易に構成でき
る。したがって装置の小形化、低消費電力化、低価格化
を実現することができる。

【００３３】次に、図３ないし図５には、本発明の他の
実施例を示す。この実施例は、周波数に変換された流量
信号のエッジと基準クロックのエッジとを同期部を用い
て同期させるようにしたものである。

【００３４】なお、図３において前記図１における機器
等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って
示し、重複した説明を省略する。

【００３５】図３に示すように、この実施例では、第１
のカウンタの前段に同期部１０が接続され、前記一実施
例における第１、第２のラッチが省略されている。同期
部１０としては、図４（Ａ）に示すようなＤ型フリップ
フロップ１０ａを用いることができる。図４（Ｂ）に示
すように、Ｄ型フリップフロップ１０ａのＤ端子に周波
数に変換した流量信号を入力し、ＣＫ端子に基準クロッ
クを入力させると、基準クロックに同期した同期流量信
号がＱ端子から出力される。

【００３６】次いで、この実施例の流量計測装置の作用
を図５のタイミングチャートを用いて説明する。周波数
に変換された流量信号（図５（ａ））は同期部１０で基
準クロック（図５（ｄ））のエッジに同期される。そし
て同期流量信号（図５（ｂ））が第１のカウンタ２で計
数され（図５（ｃ））、基準クロックが第２のカウンタ
７で計数される（図５（ｅ））。また、同期流量信号
は、エッジ検出部３においてエッジ検出が行われ、エッ
ジが検出されると、ＭＰＵ９が起動されて第１のカウン
タ２及び第２のカウンタ７の各計数値がＭＰＵ９に読取
られて保持される。ここでＭＰＵ９は、エッジ検出部３
によるエッジ検出後、基準クロックの１周期以内に第１
のカウンタ２及び第２のカウンタ７の各計数値を読取る
ことにより、第１のカウンタ２及び第２のカウンタ７の
各計数値が変化する前の値を正しく得ることができる。

【００３７】ＭＰＵ９は、この各計数値の読取り後、タ
イマ部５をクリアし、エッジ検出部３はタイマ部５が作
動するまで一定時間エッジ検出が禁止される（図５
（ｆ））。そして、一定時間後、タイマ部５が作動して
エッジ検出部３はエッジ検出が可能となる。同期流量信
号のエッジ検出で再度、第１のカウンタ２及び第２のカ
ウンタ７の各計数値がＭＰＵ９に読取られる。そして、
ＭＰＵ９により、前回の各計数値と一定時間経過後の今
回の各計数値から、その間に計数された同期流量信号の
信号数及び基準クロックのクロック数が求められて同期
流量信号の平均周期が算出され、さらに流量が演算され
る（図５（ｈ））。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エッジ検出部による流量信号のエッジ検出後、タイマ部
により次のエッジ検出を一定時間禁止して流量信号のエ
ッジからエッジまでの周期測定の測定時間を一定時間以
上とるようにしたため、基準クロックの周波数を低くし
ても所要の高い測定精度を得ることができ、また演算部
では演算処理の実行に一定時間が確保されて高速処理を
要求されることがなくなる。したがって低消費電力化を
実現することができて電池駆動に好適な流量計測装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流量計測装置の一実施例を示すブ
ロック図である。

【図２】同上一実施例の動作タイミングを示すタイミン
グチャートである。

【図３】本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図４】図３における同期部の構成例及びその作用を説
明するための図である。

【図５】他の実施例の動作タイミングを示すタイミング
チャートである。

【図６】従来の流量計測装置を示すブロック図である。

【図７】同上従来例の動作タイミングを示すタイミング
チャートである。

【符号の説明】

１ 流量信号の入力端子 ２，７ 第１、第２のカウンタ ３ エッジ検出部 ４，８ 第１、第２のラッチ ５ タイマ部 ６ 基準クロック発生部 ９ ＭＰＵ（演算部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数に変換された流量信号を計数する
   第１のカウンタと、前記流量信号の周期測定のための基
   準クロックを計数する第２のカウンタと、前記流量信号
   のエッジを検出するエッジ検出部と、該エッジ検出部に
   よるエッジ検出後当該エッジ検出部のエッジ検出を一定
   時間禁止させるタイマ部と、前記第１のカウンタ及び第
   ２のカウンタによる前回エッジ検出時における各計数値
   と前記一定時間後の今回エッジ検出時における各計数値
   から流量を演算する演算部とを有することを特徴とする
   流量計測装置。