JPH06137910A

JPH06137910A - 流量計

Info

Publication number: JPH06137910A
Application number: JP28987092A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ueki; 浩一植木; Koichi Takemura; 晃一竹村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】高精度の流量演算を行う。【構成】流量と流量検出手段１９の出力信号とのデー
タ群を予めデータ記憶手段２０に記憶させておく。流量
を流量検出手段１９で検出し、この出力信号と流量との
非線形的な特性を近似するラグランジェ関数とから流量
演算手段２２で流量演算を行い流量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、都市ガス、ＬＰＧガス
等の気体や水道水などの液体等の流体流量を計測する流
量計に係わり、特に高精度の演算機能を有する流量計に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の流量計は、例えば特開平
３−９５４２０号公報に示されているように、図４、図
５のような構成になっていた。

【０００３】図４において、１は流量計で、２はガス配
管、３はフルイディック発振素子で、流体のもつ運動エ
ネルギーを利用して流体発振を生じさせる。４はセンサ
ーで、流体発振の周波数を検出する。５は遮断弁で、異
常な使用状態を検出するとガスの供給を遮断する。６は
制御装置で図５にその一例を示す。

【０００４】図５において、７はアナログ増幅器で、セ
ンサー４で検出した流量信号を増幅する。８は波形整形
回路で、増幅した信号をパルス信号に変換する。９は立
ち上がり点検出回路で、流量パルス信号の立ち上がりを
検出する。１０は周期測定手段で、流量パルスの立ち上
がり点から次の立ち上がり点までの時間、即ち周期を計
測する。１１は記憶回路で、パルス定数と流量あるいは
周期の関係をｎ個の折れ線で近似しており、ｎ個の折れ
線の境界の周期を記憶する手段１２と、流量パルスの周
期より短い単位時間ｔを記憶する単位時間記憶手段１３
と、パルス定数の補正単位量αを記憶する補正単位量手
段１４と、定数項ａを記憶する定数記憶手段１５とから
なる。これらの記憶手段はｎ個の折れ線の区分に対応し
てｎ個ずつもうけられている。１６は加算回路で、１パ
ルス当りの流量を示すパルス定数Ｋ＝ａ＋Σαを１周期
毎求め加算する。１７は積算回路で、求めた流量を積算
する。１８は表示器で、積算した結果を表示する。

【０００５】次に、上記従来の構成の動作を説明する。
何等かのガス器具が使用されるとガスはフルイディック
発振素子３に入り流体発振が生じ、センサー４よりその
流量変化を検出する。その出力信号をアナログ増幅器７
で増幅し波形整形回路８でパルス信号に変換する。

【０００６】流量と発振周波数の関係はＱ＝ａ・Ｆ＋ｂ
で与えられる。これを１パルス当りの流量を求める式Ｋ
＝Ｑ／Ｆ＝ａ＋ｂ・Ｔに変換する。ここでＫをパルス定
数といい、１パルス当りの流量値を示す。なお、ａ、ｂ
は係数である。パルス定数と流量あるいは振動周波数と
の関係は図６に示すように一定ではないため折れ線近似
している。流量パルスの周期が折れ線近似の境界を越え
た場合、係数を変えてパルス定数を演算する。従って係
数は折れ線区分毎に設定されている。またここではｂ・
Ｔという乗算処理を行わずに加算処理で行い、且つパル
ス定数Ｋをもとめる。

【０００７】この内容を図７を用いて説明する。まず立
ち上がり点検出回路９で波形整形回路８より出力された
流量パルスの立ち上がりを検出する。立ち上がりを検出
すると周期測定手段１０で流量パルスの周期を計測開始
する。同時に加算回路１６で次の処理を行う。ｂ・Ｔの
演算を行う代わりに、ｂ・Ｔの値よりはるかに小さい単
位補正量αを加算して求める。加算は流量パルスの周期
Ｔより比較的短い時間、単位補正時間ｔ毎に行う。よっ
てα＝ｂ・ｔといえる。従って流量パルスの１周期、立
ち上がり点から次の立ち上がり点を検出するまでの間単
位時間ｔ経過する毎に単位補正量αを加算し続ける。そ
の結果得られたＫ＝α＋Σαが１パルス当りの流量、即
ちパルス定数になる。パルス定数と流量パルスの周期と
の関係は折れ線近似しているので、それぞれの折れ線区
分毎に係数ａ、単位補正量α、単位補正時間ｔをもって
いる。図７では境界周期Ｔ１〜Ｔ２ではα１、ｔ１、ま
たＴ２〜Ｔ３ではα２、ｔ２と境界Ｔ２を境に変化して
いる。従って、加算回路１６では周期測定手段１０によ
って計測した周期が折れ線区分の境界の周期に達したか
どうかを判定し（周期測定手段１０はパルスの周期を測
定するとともに境界周期をも測定する）、次の折れ線区
分の領域に入ったならば係数ａ、単位補正量α、単位補
正時間ｔを変更して上記処理を継続する。

【０００８】このようにして求めた流量を積算回路１７
で加算していくと使用積算値がもとまる。この積算値を
表示器１８で表示している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、流量と振動周波数（あるいは周期）の関係
を示すパルス定数を単位補正量αで単位補正時間ｔごと
に加算し近似しているために特にパルス定数の変化が大
きい領域では誤差が大きくなり流量を正確に計測でき
ず、また積算流量値にも大きく影響するという課題があ
った。更に上記構成では、ｎ個の折れ線の境界の周期を
記憶する手段と、流量パルスの周期より短い単位時間ｔ
を記憶する単位時間記憶手段と、パルス定数の補正単位
量αを記憶する補正単位量手段と、定数項ａを記憶する
定数記憶手段という４つの記憶手段が必要となり、また
これらの記憶手段はｎ個の折れ線の区分に対応してｎ個
ずつもうけられており複雑な構成をしておりかなり多く
のメモリを使用している。また４つの記憶手段に格納す
るデータを外部より例えば設定器（図示せず）などより
データ通信し送らねばならずデータ量が多いためにかな
りの時間を要するという課題があった。

【００１０】本発明は上記課題を解決するもので、正確
な流量計測をおこなえる流量計を提供することを目的と
したものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、流量を検出する流量検出手段と、流量と前記
流量検出手段の出力信号とのデータ群を記憶したデータ
記憶手段と、前記流量と前記流量検出手段の出力信号と
の非線形特性を示す係数を近似するラグランジェ関数記
憶手段と、前記流量検出手段の出力信号と前記ラグラン
ジェ関数記憶手段に格納されたラグランジェ関数とから
流量を演算する流量演算手段とを備えたものである。

【００１２】さらに、本発明は上記目的を達成するた
め、流量を検出する流量検出手段と、流量と前記流量検
出手段の出力信号とのデータ群を記憶したデータ記憶手
段と、前記流量と前記流量検出手段の出力信号との非線
形特性を示す係数関数を近似するラグランジェ関数記憶
手段と、前記ラグランジェ関数の次数を決定する次数決
定手段と、前記流量検出手段の出力信号と前記ラグラン
ジェ関数記憶手段に格納されたラグランジェ関数と前記
次数決定手段とより流量を演算する流量演算手段とを備
えたものである。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成によって、流量を検出する流
量検出手段の出力信号とデータ記憶手段に格納された各
データ点を通るラグランジェ関数とから瞬時流量を演算
し更に積算流量を求める。

【００１４】このように流量と流量検出手段の出力信号
との非線形的な関数を示す関数をラグランジェ関数を用
いて近似し、更に流量をそのラグランジェ関数と流量検
出手段の出力信号とより求めるので、予め記憶するデー
タ数は少なく、データの通信時間は少なく、かつ流量誤
差を極めて小さく、高精度にもとめることができる。そ
の結果ガスの使用量である積算値も正確に計測できる。

【００１５】更に本発明の第２の構成によって、データ
記憶手段に記憶された流量と流量に対応した前記流量検
出手段の出力信号とのデータより次数決定手段でラグラ
ンジェ関数の最適な次数を決定し、次に流量検出手段で
検出した流量と次数決定手段で最適な次数に決定された
ラグランジェ関数より流量を演算する。

【００１６】このように流量と流量検出手段の出力信号
との非線形な特性関係をラグランジェ関数を用いて近似
し、更に流量誤差が最も許容できる次数にラグランジェ
関数を決定しと流量検出手段の出力信号とより求めるの
で、予め記憶するデータ数は少なく演算時間が短く、か
つ流量誤差を極めて小さく、高精度にもとめることがで
きる。その結果ガスの使用量である積算値も正確に計測
できる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を図１、図２、及び図３
を参照して説明する。

【００１８】図１において、図３及び図４と同一構成要
素には同一番号を付した。図１は本発明の第１の実施例
の流量計のブロック図である。図１において、１９は流
量検出手段で、複数の流量検出手段より構成される。一
例として１９ａは大流量域を計測する第１の流量検出手
段で、例えばフルイディック発振素子３を用いて流体発
振を発生させ、流体の発振周波数を例えば圧電センサ
ー、サーミスタ等を用いて圧力−電圧変化、熱−抵抗変
化として検出し、また１９ｂは小流量域を計測する第２
の流量計測手段で、例えば熱線式センサーにより流速を
求める。あるいは全流量域を一つの流量検出手段１９で
検出することも可能である。２０はデータ記憶手段で、
計測したい流量範囲でサンプリングした流体流量と流量
検出手段１９の出力信号とのサンプリングデータをペア
で記憶している２１はラグランジェ関数記憶手段で、与
えられたＮ点を通過する関数を近似する多項式関数で、
データ記憶手段２０に格納されたデータ群よりラグラン
ジェ関数の係数を決定する。２２は流量演算手段で、流
量検出手段１９で検出した出力信号とラグランジェ関数
記憶手段２１に格納されたラグランジェ関数とデータ記
憶手段２０に格納されたデータ群とよりそのときの瞬時
流量を演算し求める。２３は流量積算手段で、求めた流
量を積算し積算値を求める。２４は表示手段で、積算値
等を表示する。

【００１９】次に上記構成の動作を説明する。ガスが使
用され始めるとガス流量を流量検出手段１９によって例
えば電圧信号などの信号形態で検出する。このとき流体
流量と流量検出手段の出力信号は、図２に示すように非
線形的な特性を有する。そこで予め流量と流量検出手段
１９の出力信号との関係を測定し、いくつかサンプリン
グし、設定器（図示せず）を介してデータ記憶手段２０
に転送する。設定器とは流量計測に必要なデータ、例え
ば流量と流量検出手段の出力信号とを入力しデータ伝送
する装置である。そしてラグランジェ関数記憶手段２０
では、格納されたラグランジェ関数とデータ記憶手段２
０に格納されたデータとよりラグランジェ関数の係数を
演算し格納されたデータ群を通過し、且つサンプリング
したデータ群間を補間できるようにする。

【００２０】ラグランジェ関数δ（Ｆ）は一例として次
に示す様な関数を用いる。

【００２１】

【数１】

【００２２】図２において横軸は流量検出手段１９の検
出信号で、縦軸は流量を示す。計測しようとする流量範
囲に対応した検出信号の領域を分割する。いま信号領域
をｎ点分割したとする。それぞれの境界信号をＦ₁、Ｆ
₂、・・Ｆｉ、Ｆｊ・・、Ｆ_nとし、その時の係数値、
即ち流量と流量検出手段１９の出力信号との比で与えら
れる値をｇ（Ｆ₁）、ｇ（Ｆ₂）、・・、ｇ（Ｆ_n）、
とする。ラグランジェ関数においてＬｉ（Ｆ）＝（Ｆ−
Ｆｉ）／（Ｆｉ−Ｆｊ）とすると、係数はｇ（Ｆ ₁）・
Ｌ１（Ｆ）、ｇ（Ｆ₂）・Ｌ２（Ｆ）、・・、ｇ
（Ｆ_n）・Ｌｎ（Ｆ）、で与えられる。

【００２３】次に瞬時流量Ｑは流量演算手段２２で、求
めた係数δと流量検出手段１９の出力信号とから関係式
Ｑ＝δ・Ｆより求める。積算流量演算手段２３は瞬時流
量Ｑを加算し、使用合計の積算流量を求める。表示手段
２４は求めた積算流量値等を表示する。

【００２４】この第１の実施例の構成によれば、２種の
データを設定しかつ流量と流量検出手段１９の検出信号
との関係を示す係数を、ラグランジェ関数を用いること
により本来有する非線形特性に近似できるので、高精度
の流量積算ができ、その結果積算流量などの流量計測を
正確に行える。

【００２５】次に本発明の第２の実施例を図３を参照し
て説明する。図３において、図１、図５と同相当物には
同一番号を付した。

【００２６】図３は本発明の第２の実施例の流量計のブ
ロック図である。図３において、２５は次数設定手段
で、データ記憶手段２０に格納されたサンプリングデー
タ、即ち流量と流量検出手段１９の出力信号とよりラグ
ランジェ関数記憶手段２１に格納されたラグランジェ関
数の係数の次数を決定する。

【００２７】次に上記第２の実施例の構成の動作を説明
する。ガスが使用され始めるとガス流量を流量検出手段
１９によって例えば電圧信号などの信号形態で検出す
る。このとき流体流量と流量検出手段の出力信号は、図
２に示すように非線形的な特性を有する。図２において
横軸は流量検出手段１９の検出信号で、縦軸は流量を示
す。そこで予め流量と流量検出手段１９の出力信号との
関係を測定し、いくつかサンプリングし、設定器（図示
せず）を介してデータ記憶手段２０に転送する。設定器
とは流量計測に必要なデータ、例えば流量と流量検出手
段の出力信号とを入力しデータ伝送する装置である。

【００２８】次にデータ記憶手段２０に記憶されたデー
タ群よりラグランジェ関数記憶手段２０に格納されたラ
グランジェ関数を用いて関数近似し、実流量を補間しつ
つ求める。

【００２９】ラグランジェ関数δ（Ｆ）は一例として次
に示す様な関数を用いる。

【００３０】

【数２】

【００３１】まず流量演算する前にデータ記憶手段２０
のデータ群より次数設定手段２５でラグランジェ関数の
次数を設定する。即ち上記（２）式を展開すると分子、
分母はおのおの多項式になる。実測流量値とラグランジ
ェ関数で近似して求めた流量との誤差が所定の範囲には
いればｎ数を可変し少ない多項式で近似できるようにす
る。そのようにして次数設定されたラグランジェ関数と
データ記憶手段２０に格納されたデータ群とよりラグラ
ンジェ関数の係数を演算し、格納されたデータ群を通過
し、且つサンプリングしたデータ群間を補間できるよう
にする。データ記憶手段２０のデータは計測しようとす
る流量範囲に対応した検出信号の領域を分割する。いま
信号領域はｎ点分割したとする。それぞれの境界信号を
Ｆ₁、Ｆ₂、・・Ｆｉ、Ｆｊ・、とし、その時の係数
値、即ち流量と流量検出手段１９の出力信号との比で与
えられる値をｇ（Ｆ₁）、ｇ（Ｆ₂）、・・、ｇ
（Ｆ_j）、とする。次数設定手段２５で次数設定された
ラグランジェ関数においてＬｉ（Ｆ）＝（Ｆ−Ｆｉ）／
（Ｆｉ−Ｆｊ）とすると、係数はｇ（Ｆ₁）・Ｌ１
（Ｆ）、ｇ（Ｆ₂）・Ｌ２（Ｆ）、・・、ｇ（Ｆ_j）・
Ｌｊ（Ｆ）、で与えられる。

【００３２】次に瞬時流量Ｑは流量演算手段２２で、求
めた係数δと流量検出手段１９の出力信号とから関係式
Ｑ＝δ・Ｆより求める。積算流量演算手段２３は瞬時流
量Ｑを加算し、使用合計の積算流量を求める。表示手段
２４は求めた積算流量値等を表示する。

【００３３】この第２の実施例の構成によれば、設定さ
れたデータ群よりラグランジェ関数の次数を設定し多項
式数を最適な数量にすることによって演算回数を減ら
せ、データ記憶手段２０に２種類のデータを設定するこ
とで少ないメモリー数で済み、さらに流量と流量検出手
段１９の検出信号との関係を示す係数を、ラグランジェ
関数を用いることにより本来有する非線形特性に近似で
きるので、高精度の流量演算を速くでき、その結果積算
流量などの流量計測を正確に行える。

【００３４】本発明は流体流量を計測するフルイディッ
ク流量計の例をあげたが他の水道メータなどの流量計に
関しても上記の内容を適用できる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の流量計は、
流量を検出する流量検出手段と、流量と流量検出手段の
出力信号とを格納したデータ記憶手段と、流量と流量検
出手段の出力信号との非線形特性を示す係数関数を近似
するラグランジェ関数記憶手段と、流量検出手段の出力
信号とラグランジェ関数記憶手段に格納されたラグラン
ジェ関数とから流量を演算する流量演算手段とからな
り、予めデータ記憶手段にサンプリングした流量と流量
検出手段の出力信号とのデータを記憶させておき、ガス
を使用開始すると流量を流量検出手段で検出し、更に検
出した出力信号と非線形な特性を有する係数を近似する
ラグランジェ関数記憶手段のラグランジェ関数とから瞬
時流量や積算流量を演算し求めるので、予め記憶させて
おくデータメモリの記憶容量を小さくでき、かつ与えた
データ群を通過するため実流量と計算式との誤差が少な
く、また流量演算が高精度に行えるので積算流量などの
流量計測が正確に出来るという効果がある。

【００３６】更に本発明の流量計は、さらにラグランジ
ェ関数の次数を決定する次数決定手段を設け、データ群
より次数設定手段で実流量とラグランジェ関数の演算値
との差が許容できる最適な次数に設定しておき、ガスを
使用開始すると流量を流量検出手段で検出し、更に検出
した出力信号と非線形な特性を有する係数を近似するラ
グランジェ関数記憶手段のラグランジェ関数とから瞬時
流量や積算流量を演算し求めるので、演算時間が少なく
速く流量演算でき、かつ実流量とラグランジェ関数の演
算結果との誤差が少なく、流量演算が高精度に行えるの
で積算流量などの流量計測が正確に出来るという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における流量計の制御ブ
ロック図

【図２】同流量計の流量検出手段の出力信号と流量との
関係を示す特性図

【図３】本発明の第２の実施例における流量計の制御ブ
ロック図

【図４】従来の流量計のシステム図

【図５】同流量計の制御ブロック図

【図６】同流量計における流量とパルス定数の関係を示
す特性図

【図７】同流量計における詳細特性図

【符号の説明】

１９流量検出手段２０データ記憶手段２１ラグランジェ関数記憶手段２２流量演算手段２５次数設定手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流量を検出する流量検出手段と、前記流量
と前記流量検出手段の出力信号とのデータ群を記憶した
データ記憶手段と、前記流量と前記流量検出手段の出力
信号との非線形特性を示す係数関数を近似するラグラン
ジェ関数記憶手段と、前記流量検出手段の出力信号と前
記ラグランジェ関数記憶手段に格納されたラグランジェ
関数とから流量を演算する流量演算手段とからなる流量
計。
【請求項２】流量を検出する流量検出手段と、前記流量
と前記流量検出手段の出力信号とのデータ群を記憶した
データ記憶手段と、前記流量と前記流量検出手段の出力
信号との非線形特性を示す係数関数を近似するラグラン
ジェ関数記憶手段と、前記データ記憶手段のデータ群よ
り前記ラグランジェ関数の次数を決定する次数設定手段
と、前記流量検出手段の出力信号と前記ラグランジェ関
数記憶手段に格納されたラグランジェ関数と前記次数決
定手段とから流量を演算する流量演算手段とからなる流
量計。