JPH08219839A - 流速センサの出力補正装置および流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 演算される流量に誤差を生じることなく、圧
力変動等による流速の変動の影響を低減することができ
るようにする。 【構成】 平均値演算部５１は、フローセンサ３０の出
力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４１の出力である
フローセンサ出力を測定し、フローセンサ出力の平均値
を演算し、補正部５３に出力する。ばらつき判定部５２
は、Ａ／Ｄ変換器４１の出力であるフローセンサ出力を
一定時間測定し、フローセンサ出力の最大値と最小値の
差をフローセンサ出力のばらつきとして求め、このばら
つきに応じた補正値を決定する。補正部５３は、平均値
演算部５１で求められた平均値に、ばらつき判定部５２
で決定された補正値を掛けて、流量演算部５４に出力す
る。流量演算部５４は、補正部５３の出力に基づいて、
流量および積算流量を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流速センサの出力を補
正する流速センサの出力補正装置、およびこの出力補正
装置を用いた流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスメータ等に利用される流量計とし
て、流速センサを用いたものが知られている。例えば熱
式流速センサは、配管中における熱の移動が配管中を流
れる流体の流速と関係することを利用して流速を求める
ものであり、この熱式流速センサを用いた流量計では、
流速から流量を演算して、これを表示するようになって
いる。また、熱式流速センサは小流量の測定に適してい
ることから、フルイディック流量計と熱式流速センサと
併用した流量計もある。

【０００３】ところで、流速センサ、例えば熱式流速セ
ンサは、流速あるいは流量とセンサ出力との関係が非線
形である。このような非線形の特性を有する流速センサ
を用いた従来の流量計では、マイクロコンピュータ等を
用いた流量演算部において、流速センサの非線形の特性
を考慮して流量を演算している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、流速センサ
を用いた流量計では、上流側における気体の圧力変動等
の外乱によって流速が変動し、その結果、演算される流
量も変動するという問題点がある。そこで、所定時間に
おける流速センサの出力の平均値を求めて、この平均値
から流量を演算することが考えられる。

【０００５】しかしながら、この場合、流速センサの非
線形の特性から以下のような問題が生じる。すなわち、
図７に示すように、流量ＱがＷ_Q の幅で変動し、平均流
量がＱ_AVであるとすると、センサ出力ＳはＷ_S の幅で変
動し、センサ出力Ｓの平均値はＳ_AVとなる。一方、平均
流量Ｑ_AVに対応する真のセンサ出力はＳ₀ である。しか
し、流量Ｑとセンサ出力Ｓとは非線形の関係にあること
から、平均流量Ｑ_AVに対応する真のセンサ出力Ｓ₀ とセ
ンサ出力の平均値Ｓ_AVとの間に誤差ｅ（＝Ｓ₀−Ｓ_AV）
が生じる。従って、この誤差により、センサ出力の平均
値Ｓ_AVから演算される流量にも誤差が生じることにな
る。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、演算される流量に誤差を生じること
なく、圧力変動等による流速の変動の影響を低減するこ
とができるようにした流速センサの出力補正装置および
流量計を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の流速セン
サの出力補正装置は、流体の流速に応じた信号を出力す
る流速センサの出力信号を平均化する平均化手段と、流
速センサの出力信号のばらつきを求め、このばらつきに
応じて、平均化手段の出力信号を補正する補正手段とを
備えたものである。

【０００８】この流速センサの出力補正装置では、平均
化手段によって流速センサの出力信号が平均化され、補
正手段によって、流速センサの出力信号のばらつきが求
められ、このばらつきに応じて、平均化手段の出力信号
が補正される。流速センサの出力信号のばらつきが大き
いほど、流速センサの出力信号の平均値と真の流量の平
均値に対応した流速センサの出力信号との差が大きくな
る。そこで、流速センサの出力信号のばらつきに応じ
て、流速センサの出力信号の平均値を補正することで、
真の流量の平均値に対応した信号を得ることができる。

【０００９】請求項２記載の流速センサの出力補正装置
は、請求項１記載の流速センサの出力補正装置におい
て、補正手段が所定時間における流速センサの出力信号
の最大値と最小値との差をばらつきとして求めるように
構成したものである。

【００１０】請求項３記載の流量計は、流体の流速に応
じた信号を出力する流速センサと、この流速センサの出
力信号を平均化する平均化手段と、流速センサの出力信
号のばらつきを求め、このばらつきに応じて、平均化手
段の出力信号を補正する補正手段と、この補正手段によ
って補正された信号に基づいて流量を演算する流量演算
手段とを備えたものである。

【００１１】この流量計では、平均化手段によって流速
センサの出力信号が平均化され、補正手段によって、流
速センサの出力信号のばらつきが求められ、このばらつ
きに応じて、平均化手段の出力信号が補正される。そし
て、補正手段によって補正された信号に基づいて、流量
演算手段によって流量が演算される。

【００１２】請求項４記載の流量計は、請求項３記載の
流量計において、補正手段が所定時間における流速セン
サの出力信号の最大値と最小値との差をばらつきとして
求めるように構成したものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１４】図２は本発明の一実施例に係る流量計の構
成を示す断面図である。この流量計はガスメータとして
用いられるものである。図２に示すように、流量計は、
気体（ガス）を受け入れる入口部１１と気体を排出する
出口部１２とを有する本体１０を備えている。本体１０
内には隔壁１３が設けられ、この隔壁１３と入口部１１
との間に第１の気体流路１４が形成され、隔壁１３と出
口部１２との間に第２の気体流路１５が形成されてい
る。隔壁１３には開口部１６が設けられ、第１の気体流
路１４内には、開口部１６を閉塞可能な遮断弁１７が設
けられている。本体１０の外側にはソレノイド１８が固
定され、このソレノイド１８のプランジャ１９が、本体
１０の側壁を貫通して遮断弁１７に接合されている。遮
断弁１７と本体１０との間におけるプランジャ１９の周
囲には、ばね２０が設けられ、このばね２０が遮断弁１
７を開口部１６側へ付勢している。

【００１５】第２の気体流路１５内には、入口部１１か
ら受け入れた気体を通過させて噴流を発生させるノズル
２１が設けられている。ノズル２１の通路内には、熱式
流速センサであるフローセンサ３０が配設されている。
このフローセンサ３０は、図示しないが、発熱部とこの
発熱部の上流側および下流側に配設された２つの温度セ
ンサを有し、２つの温度センサによって検出される温度
の差を一定に保つために必要な発熱部に対する供給電力
から流速に対応する流量を求めたり、一定電流または一
定電力で発熱部を加熱し、２つの温度センサによって検
出される温度の差から流量を求めるようになっている。

【００１６】ノズル２１の下流側には、拡大された流路
を形成する一対の側壁２３，２４が設けられている。こ
の側壁２３，２４の間には、所定の間隔を開けて、上流
側に第１ターゲット２５、下流側に第２ターゲット２６
がそれぞれ配設されている。側壁２３，２４の外側に
は、ノズル２１を通過した気体を各側壁２３，２４の外
周部に沿ってノズル２１の噴出口側へ帰還させる一対の
フィードバック流路２７，２８を形成するリターンガイ
ド２９が配設されている。フィードバック流路２７，２
８の各出口部分と出口部１２との間には、リターンガイ
ド２９の背面と本体１０とによって、一対の排出路３
１，３２が形成されている。ノズル２１の噴出口の近傍
には導圧孔３３，３４が設けられ、本体１０の底部の外
側には、導圧孔３３と導圧孔３４における差圧を検出す
る圧電膜センサ３５（図２では図示せず。）が設けられ
ている。

【００１７】図１は図２に示した流量計の回路部分の構
成を示すブロック図である。この図に示すように、流量
計は、フローセンサ３０の出力信号をアナログ−ディジ
タル（以下、Ａ／Ｄと記す。）変換するＡ／Ｄ変換器４
１と、圧電膜センサの３５の出力信号を増幅するアナロ
グ増幅器４２と、このアナログ増幅器４２の出力を波形
整形してパルスを生成する波形整形回路４３と、Ａ／Ｄ
変換器４１と波形整形回路４３の各出力を入力するマイ
クロコンピュータ５０と、このマイクロコンピュータ５
０に接続された表示部４４およびソレノイド１８とを備
えている。

【００１８】マイクロコンピュータ５０は、Ａ／Ｄ変換
器４１の出力信号（以下、フローセンサ出力ともい
う。）を入力し、その平均値を演算する平均値演算部５
１と、Ａ／Ｄ変換器４１の出力信号を入力し、一定時間
内の最大値と最小値との差をばらつきとして求め、この
ばらつきに応じた補正値を決定するばらつき判定部５２
と、平均値演算部５１で求められた平均値にばらつき判
定部５２で決定された補正値を掛ける補正を行う補正部
５３と、この補正部５３の出力と波形整形回路４３の出
力を入力し、流量および積算流量を演算する流量演算部
５４と、この流量演算部５４によって制御され、ソレノ
イド１８を駆動して遮断弁１７を制御する遮断弁制御部
５５と、流量演算部５４によって制御され、流量に応じ
てフローセンサ３０と圧電膜センサ３５の動作状態を切
り換えるセンサ切換部５６とを備えている。表示部４４
は、流量演算部５４で求められた積算流量を表示するよ
うになっている。

【００１９】なお、本実施例では、消費電力低減のた
め、フローセンサ３０は例えば６秒周期で間欠的に駆動
され、各駆動時に、流速に応じた電圧を出力する。図３
に示すように、Ａ／Ｄ変換器４１は、フローセンサ３０
の出力電圧に応じた数のパルスを出力する。平均値演算
部５１は、フローセンサ３０の各駆動時毎にＡ／Ｄ変換
器４１の出力パルス数をカウントし、例えば過去８回の
駆動におけるＡ／Ｄ変換器４１の出力パルス数の平均値
を求め、これをフローセンサ出力の平均値とする。ばら
つき判定部５２は、フローセンサ３０の各駆動時毎にＡ
／Ｄ変換器４１の出力パルス数をカウントし、一定時
間、例えばフローセンサ３０の駆動２０回分の時間にお
けるＡ／Ｄ変換器４１の出力パルス数の最大値と最小値
を求め、その差をフローセンサ出力のばらつきとする。
ばらつき判定部５２は、更に、求めたフローセンサ出力
のばらつきに応じて補正値を決定する。図４は、フロー
センサ出力のばつらつきと補正値との関係の一例を示し
たものである。この例では、フローセンサ出力のばつら
つきが一定値Ａ未満のときは補正値を１とし、フローセ
ンサ出力のばつらつきが一定値Ａ以上ときはフローセン
サ出力のばつらつきが大きいほど補正値が大きくなるよ
うにしている。これは、図７から分かるように、フロー
センサ出力のばらつきが大きいほど、フローセンサ出力
の平均値と真の流量の平均値に対応したフローセンサ出
力との差が大きくなるからである。また、フローセンサ
出力のばつらつきが一定値Ａ未満のときに補正値を１と
しているのは、誤差が許容範囲内となるからである。

【００２０】なお、図１に示した流量計では、フローセ
ンサ３０は小流量域での測定を行い、圧電膜センサ３５
は大流量域での測定を行うと共に、両センサ３０、３５
の測定領域は一部重複している。センサ切換部５６は、
流量がどのセンサの測定領域にあるかに応じてフローセ
ンサ３０と圧電膜センサ３５の動作状態を切り換えるよ
うになっている。

【００２１】遮断弁制御部５５は、例えば、流量演算部
５４が所定量以上の流量を検出した場合や所定の流量を
所定時間以上検出した場合等に、ソレノイド１８を動作
させ、遮断弁１７によって開口部１６を閉塞してガスを
遮断するようになっている。

【００２２】次に、本実施例に係る流量計の動作につい
て説明する。

【００２３】流量計の入口部１１から受け入れられた気
体は、第１の気体流路１４、開口部１６および第２の気
体流路１５を順に経て、ノズル２１に入る。ノズル２１
の通路内に配設されたフローセンサ３０の出力信号は、
Ａ／Ｄ変換器４１でディジタルデータに変換されて平均
値演算部５１とばらつき判定部５２に入力される。

【００２４】図５は平均値演算部５１、補正部５３およ
び流量演算部５４の動作を示す流れ図である。平均値演
算部５１は、Ａ／Ｄ変換器４１の出力であるフローセン
サ出力を測定し（ステップＳ１０１）、フローセンサ出
力の平均値を演算し（ステップＳ１０２）、補正部５３
に出力する。補正部５３は、平均値演算部５１で求めら
れた平均値に、ばらつき判定部５２で決定された補正値
を掛けて、流量演算部５４に出力する（ステップＳ１０
３）。流量演算部５４は、流量がフローセンサ３０の測
定領域にあるときは、補正部５３の出力に基づいて、ノ
ズル２１の通路を通過する気体の流速に対応する流量お
よび積算流量を演算する。以上の動作は、他の処理と共
に繰り返し実行される。

【００２５】図６はばらつき判定部５２の動作を示す流
れ図である。ばらつき判定部５２は、Ａ／Ｄ変換器４１
の出力であるフローセンサ出力を一定時間測定し（ステ
ップＳ１１１）、一定時間内のフローセンサ出力のばら
つき（最大値−最小値）を演算する（ステップＳ１１
２）。次に、ばらつき判定部５２は、ばらつきが一定値
以上か否かを判断し（ステップＳ１１３）、ばらつきが
一定値以上の場合（Ｙ）は、例えば図４に示した関係を
用いて、ばらつきに応じて補正値を決定し、更新する
（ステップＳ１１４）。ばらつきが一定値以上ではない
場合（ステップＳ１１３；Ｎ）は、補正値を１とする
（ステップＳ１１５）。以上の動作は、他の処理と共に
繰り返し実行される。

【００２６】また、ノズル２１を通過した気体は、噴流
となって噴出口より噴出される。噴出口より噴出された
気体は、コアンダ効果により一方の側壁に沿って流れ
る。ここでは、まず側壁２３に沿って流れるものとす
る。側壁２３に沿って流れた気体は、更にフィードバッ
ク流路２７を経て、ノズル２１の噴出口側へ帰還され、
排出路３１を経て出口部１２より排出される。このと
き、ノズル２１より噴出された気体は、フィードバック
流路２７を流れてきた気体によって方向が変えられ、今
度は他方の側壁２４に沿って流れるようになる。この気
体は、更にフィードバック流路２８を経て、ノズル２１
の噴出口側へ帰還され、排出路３２を経て出口部１２よ
り排出される。すると、ノズル２１より噴出された気体
は、今度は、フィードバック流路２８を流れてきた気体
によって方向が変えられ、再び側壁２３、フィードバッ
ク流路２７に沿って流れるようになる。以上の動作を繰
り返すことにより、ノズル２１を通過した気体は一対の
フィードバック流路２７，２８を交互に流れるフルイデ
ィック発振を行う。このフルイディック発振の周波数、
周期は流量と対応関係がある。

【００２７】フルイディック発振は、圧電膜センサ３５
によって検出される。流量が圧電膜センサ３５の測定領
域にあるときは、流量演算部５４は、波形整形回路４３
から出力されるパルスの周期に基づいて流量を演算す
る。

【００２８】表示部４４は流量演算部５４によって演算
された積算流量を表示する。また、遮断弁制御部５５
は、流量演算部５４が所定量以上の流量を検出した場合
や所定の流量を所定時間以上検出した場合等に、ソレノ
イド１８を動作させ、遮断弁１７によって開口部１６を
閉塞し、流量計の下流側への気体（ガス）の供給を停止
する。

【００２９】このように本実施例によれば、平均値演算
部５１でフローセンサ出力の平均値を求めると共に、ば
らつき判定部５２でフローセンサ出力のばらつきを求
め、このばらつきに応じた補正値を決定し、補正部５３
で、フローセンサ出力の平均値に補正値を掛けて補正
し、この補正後の値に基づいて、流量演算部５４で流量
を演算するようにしたので、演算される流量に誤差を生
じることなく、圧力変動等による流速の変動の影響を低
減することができる。

【００３０】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
例えば、流速センサとしては、発熱部と２つの温度セン
サを有するものに限らず、例えば、１つの発熱部を有
し、この発熱部の温度（抵抗）を一定に保つために必要
な発熱部に対する供給電力から流速を求めたり、一定電
流または一定電力で発熱部を加熱し、発熱部の温度（抵
抗）から流速を求めるものでも良い。

【００３１】また、フローセンサ出力のばらつきと補正
値との関係は図４に示したものに限定されず、フローセ
ンサ３０の特性に応じて適宜に設定することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の流速センサ
の出力補正装置および流量計によれば、平均化手段によ
って流速センサの出力信号を平均化し、補正手段によっ
て、流速センサの出力信号のばらつきを求め、このばら
つきに応じて、平均化手段の出力信号を補正するように
したので、補正された信号は真の流量の平均値に対応し
たものとなり、演算される流量に誤差を生じることな
く、圧力変動等による流速の変動の影響を低減すること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る流量計の回路構成を示
すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例に係る流量計の構成を示す断
面図である。

【図３】図１におけるＡ／Ｄ変換器の出力を示す説明図
である。

【図４】図１におけるばらつき判定部で用いるフローセ
ンサ出力と補正値との関係の一例を示す特性図である。

【図５】図１における平均値演算部、補正部および流量
演算部の動作を示す流れ図である。

【図６】図１におけるばらつき判定部の動作を示す流れ
図である。

【図７】流量と流速センサの出力との関係を示す特性図
である。

【符号の説明】

３０ フローセンサ ４１ Ａ／Ｄ変換器 ５１ 平均値演算部 ５２ ばらつき判定部 ５３ 補正部 ５４ 流量演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 安治 神奈川県藤沢市川名１−12−２ 山武ハネ ウエル株式会社藤沢工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流速に応じた信号を出力する流速
   センサの出力信号を平均化する平均化手段と、 前記流速センサの出力信号のばらつきを求め、このばら
   つきに応じて、前記平均化手段の出力信号を補正する補
   正手段とを備えたことを特徴とする流速センサの出力補
   正装置。
2. 【請求項２】 前記補正手段は、所定時間における前記
   流速センサの出力信号の最大値と最小値との差を前記ば
   らつきとして求めることを特徴とする請求項１記載の流
   速センサの出力補正装置。
3. 【請求項３】 流体の流速に応じた信号を出力する流速
   センサと、 この流速センサの出力信号を平均化する平均化手段と、 前記流速センサの出力信号のばらつきを求め、このばら
   つきに応じて、前記平均化手段の出力信号を補正する補
   正手段と、 この補正手段によって補正された信号に基づいて流量を
   演算する流量演算手段とを備えたことを特徴とする流量
   計。
4. 【請求項４】 前記補正手段は、所定時間における前記
   流速センサの出力信号の最大値と最小値との差を前記ば
   らつきとして求めることを特徴とする請求項３記載の流
   量計。