JPH10197303A

JPH10197303A - 流量計測装置

Info

Publication number: JPH10197303A
Application number: JP521797A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nagaoka; 行夫長岡; Yuji Nakabayashi; 裕治中林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1997-01-16
Publication date: 1998-07-31
Anticipated expiration: 2017-01-16
Also published as: JP3695031B2

Abstract

(57)【要約】【課題】流量が周期的に変動する場合にも正確な計測
を行う。【解決手段】流量を検出する流量検出手段８と、流れ
の変動周期を検出する周期検出手段１２と、流量検出手
段８の測定時間を周期検出手段１２の周期のほぼ整数倍
に設定する測定時間変更手段１３とを備えている。これ
によって変動する流量の周期のほぼ整数倍になるように
計測時間を変更して計測を行い、変動する流量の平均値
を短時間で得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスなどの流量を
計測する流量計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の流量計測装置は、図１２
に示すように、流体管路１の一部に熱式のフローセンサ
のような流量検出手段２を備え、計測開始手段３の信号
によって流量計測を開始し、その出力信号を信号処理手
段４で増幅あるいはデジタル化する。流れに周期的な変
動がある場合には、計測のタイミングによって流量測定
値にバラツキが生じる。例えば家庭用のガス消費量を計
量するガスメータでは、近くでガスエンジンが運転され
ると圧力変動が発生する。このため、圧力変動を緩衝す
る装置を設けるばかりでなく、流量に変動がある場合に
はその信号を平均化手段５で平均して流量演算手段６で
平均流量を算出する。図１３はこのときの流量の波形を
示した図で、実際にはＡで示す流量が流れている。デジ
タル式計測では間欠的にサンプリングするので、時間ｔ
１（流量Ｑ１）、時間ｔ２（流量Ｑ２）、時間ｔ３（流
量Ｑ３）のような値が得られマイコンで平均化して流量
を算出していた。またアナログ式の場合時間ｔ０からｔ
４まで連続した信号を積分器を介して平均化していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の流
量計測装置では、次のような課題があった。すなわちデ
ジタル式では間欠的なサンプリングなので、正確な流量
を求めるには測定回数を増やして測定値を平均化する必
要があるため長い時間が必要であった。またアナログ式
では連続して測定しなければならず、消費電力が大きく
なっていた。このため、ガスメータのような異常使用時
の遮断などの保安機能を兼ねた流量計測装置では、電池
駆動でかつ安全性のために短時間で正確な流量の計測を
行うことが課題となっていた。

【０００４】

【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、流体の流量を検出する流量検出手段と、流
れの変動周期を検出する周期検出手段と、流量検出手段
の測定周期を周期検出手段の周期のほぼ整数倍に設定す
る測定時間変更手段とを備えたものである。上記発明に
よれば流量変動の周期にあわせて計測時間を調節し、短
時間の測定で変動する流量の平均値を計測する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は、流体の流量を検出する
流量検出手段と、流れの変動周期を検出する周期検出手
段と、前記流量検出手段の測定時間を前記周期検出手段
の周期のほぼ整数倍に設定する測定時間変更手段とを備
えたものである。そして変動する流量の周期の整数倍に
なるように計測時間を変更して計測を行い、変動流の平
均値を短時間で得ることができる。

【０００６】また、周期検出手段は、流量検出手段の測
定値の変動に基づいて周期を検出するものである。そし
て、流れの変動の周期の整数倍になるように測定時間を
変更して測定を行い、、変動流の平均値を短時間で得る
ことができる。

【０００７】また、周期検出手段は、流体の流量変動を
検出する流量変動検出手段から構成されるものである。
そして、流量の変動周期の整数倍になるように計測時間
を変更して計測するので、流量変動に起因する変動流の
平均した流量値を短時間で得ることができる。

【０００８】また、流量検出手段の測定値に基づいて、
流量変動検出手段を起動させるものである。そして流量
の値が周期的な変動したときに流量の変動周期を測定
し、その周期の整数倍になるように計測時間を調節する
ので、必要なときのみ流量変動手段を作動させ低消費電
力になる。

【０００９】また、周期検出手段は、周期をあらかじめ
複数個設定する周期設定手段を備えたものである。そし
て周期設定手段のうちの最も近い周期の整数倍の計測時
間に調節するので、あらかじめ変動周期が予想されるも
のでは変動周期を容易に求めることができる。

【００１０】また、変動検出手段の値を記憶する周期記
憶手段を備えたものである。そして周期記憶手段で記憶
されている周期の値を優先して使用し、その整数倍にな
るように計測時間を調節し、頻繁に現れる変動周期を優
先して適用するので変動周期を容易に求めることができ
る。

【００１１】また、流量検出手段は、流体中に超音波を
送信または受信する送受信器の間の超音波の伝搬時間よ
り流量を算出するものである。そして、変動周期の整数
倍になるように超音波計測時間を調節するので、超音波
流量計測で変動流においても平均した流量を短時間に求
めることができる。

【００１２】また、超音波検出手段は、送受信器間を複
数回繰り返し伝搬させる回数設定手段を備え、前記回数
設定手段の回数を変えて測定周期を変更するものであ
る。そして、変動周期の整数倍になるように繰り返し回
数を設定し、計測時間を調節するので容易に平均流量を
求めることができる。

【００１３】また、流体の流量を検出する流量検出手段
と、流れの変動周期を検出する周期検出手段と、前記流
量検出手段の測定開始時間を前記周期検出手段の周期の
ほぼ１／２に設定する測定開始時間変更手段とを備えた
ものである。そして、変動周期の関連して測定を半周期
ごとに開始し、１周期以下の測定時間であっても平均流
量を求めることができる。

【００１４】また、流量演算手段は、流量検出手段の偶
数個の値を平均するものである。そして短い測定時間で
安定した平均流量を得ることができる。

【００１５】また、流体中に設けられ超音波信号を送信
または受信する第１送受信器及び第２送受信器と、前記
第１送受信器から前記第２送受信器に送信する第１送信
モードと前記第２送受信器から前記第１送受信器へ送信
する第２送信モードと変更する切換手段と、それぞれの
伝搬時間を計測する計時手段と、流れの変動周期を検出
する周期検出手段と、前記周期検出手段の周期に基づい
て第１送信モードと第２送信モードとの測定開始時間を
１／２周期異ならせる計測開始手段と、前記計時手段の
それぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演
算手段とを備えたものである。そして、第１送信モード
と第２送信モードとを変動周期の１／２程ずらして計測
するので、１周期以下の測定時間であっても平均流量を
求めることができる。

【００１６】以下、本発明の実施例について図面を用い
て説明する。（実施例１）図１は本発明の実施例１の流量計測装置を
示したブロック図である。図１において、流体管路７の
流れの中に、例えば発熱体の温度変化によって流量を検
出する熱式フローセンサのような流量検出手段８を配置
する。計測開始手段９の信号によって流量検出手段８を
加熱させ流量計測を開始し、流量検出手段８の出力信号
を信号処理手段１０で増幅、フィルタ、あるいはＡ／Ｄ
コンバータでデジタル化する。この信号処理手段１０の
信号はマイクロプロセッサなどで構成される流量演算手
段１１で流路の大きさや流量サンプリングの時間などを
考慮して流量値に変換される。流体管路７内の流れが安
定している場合、すなわち大きく変動していない状態で
は、低消費電力化をはかるため流量サンプリングは数秒
間に１回行われている。しかし流体管路７内の流れに周
期的な変動がある場合には、図２１に示すように流量測
定値がＱ１、Ｑ２、Ｑ３のように変動が生じるので判別
が可能である。Ｑ１〜Ｑ３までの変動値が所定レベルよ
り大きく流量変動があると判断したときは、図２に示す
ように小さい周期でｔ０〜ｔｎまで流量サンプリングを
行う。このサンプリングにより周期検出手段１２で周期
Ｔを求め、そして測定時間変更手段１３で周期Ｔの整数
倍の測定時間を設定する。図３に測定時間を周期Ｔの２
倍にしたときの様子を示す。測定時間を周期の整数倍に
設定すると平均の流量値が測定される。周期の何倍に設
定するかは要求される測定精度を考慮して決定する。変
動の有無に関わらず１回の測定で平均した流量値が得ら
れるから、何度も流量サンプリングを行って平均する必
要はなく、図３に示すように休止時間を設けても正確な
流量を測定できる。図１の測定時間変更手段１３で測定
時間を変更するとその値は流量演算手段１１にも反映さ
れ、測定時間によって積算流量値を算出する。

【００１７】流量値変動は、流体の変動ばかりでなく電
気的なノイズによって電気信号系に周期的な誤差が発生
する場合がある。この場合にもノイズが平均値に対し対
称性を有していれば、周期の整数倍の測定時間で計測す
ると前述と同様に測定値は平均化される。

【００１８】（実施例２）図４は本発明の実施例２の流
量計測装置のブロック図である。実施例１と異なるとこ
ろは流量変動を検出する周期検出手段として、流れの変
動を直接検出する検出器を設けた点にある。すなわち流
体管路１の流れの中に流量変動検出手段１４を設ける。
この流量変動検出手段１４によって周期的な流量の変動
を検出し、その変動値がある値を超えた場合には、その
周期を周期検出手段１２によって演算し測定時間変更手
段１３で、測定時間を周期の整数倍に設定する。流量変
動検出手段１４として圧力検出器を使用することができ
る。圧力検出器は流体管路７内の圧力を検出し、圧力変
動と流量変動の関係をあらかじめ求めておけば流量変動
の大きさに換算でき、周期的な圧力変化の大きさが所定
レベルを越えたときに測定時間をその周期に合わせて調
節する。圧力検出器が流体の供給圧力の異常や流体管路
７から外部への漏洩を検出するために設けられている場
合には兼用することもできる。

【００１９】また、流量変動検出手段１４は常時流体の
変動を監視している必要はなく、流量演算手段１１によ
って周期的な変動がある場合のみ変動周期を求めればよ
い。すなわち、図５に示すように流量演算手段１１によ
って流量が周期的な変動を起こしたと判断されたとき、
変動測定手段１５で流量変動検出手段１４を起動して変
動周期を測定する。

【００２０】（実施例３）図６は本発明の実施例３を示
すもので、実施例１と異なるところは測定時間変更手段
１３が複数の時間設定手段を備えている点にある。すな
わち、図６に示すように測定時間変更手段１３はＴ１、
Ｔ２、からＴｎまでのｎ個の時間をあらかじめ設定して
ある。使用の用途が判明している場合には流体の変動周
期は既知の場合がある。たとえばガスメータの場合には
ガスヒートポンプエンジンが運転されると流量変動を生
じるが、その周期は２０ms〜５０msの範囲にあり、その
中でもいくつかの周期に限定されている場合が多い。し
たがって周期検出手段１２で検出した周期の値に最も近
い時間を、測定時間変更手段１３の中から選定して適用
する。もちろん周期検出手段１２の中にいくつかの周期
を設定して実際に検出した周期に最も近い値を選定して
も同様の作用を得ることができる。

【００２１】（実施例４）図７は本発明の実施例４を示
すもので、実施例１と異なるところは変動周期の値を記
憶する周期記憶手段を備えた点にある。すなわち、図７
に示すように周期検出手段１２で求めた値を周期記憶手
段１６で記憶し、流量演算手段１１で測定した流量値が
変動したとき、測定時間変更手段１３はまず周期記憶手
段１６で保存されていた値を採用し計測を行ない、流量
演算手段１１で変動の程度を算出する。このとき流量値
が変動していれば設定した周期が適切でないので、別の
値の周期を周期記憶手段１６から選んで再度計測を行
う。周期記憶手段１６には最も多く適用された周期の値
からから順に優先させて適用する学習機能や、直前に適
用した周期を優先させる機能を有している。

【００２２】（実施例５）図８は本発明の実施例５を示
すもので、実施例１と異なるところは流量検出手段とし
て超音波を使用している点にある。すなわち図８におい
て、流体管路１７の途中に超音波を送信する第１送受信
器１８と受信する第２送受信器１９が流れ方向に配置さ
れている。２０は第１送受信器１８への送信回路、２１
は第２送受信器１９で受信した信号の増幅回路で、この
増幅された信号は基準信号と比較回路２２で比較され、
基準信号以上の信号が検出されたとき回数設定手段２３
で設定された回数だけ繰り返し手段２４で、トリガ回路
２５で超音波信号を繰り返し発信する。繰り返しの回数
設定手段２３で設定された回数が繰り返されたときの時
間をタイマカウンタのような計時手段２６で求める。次
に切換手段２７で第１送受信器１８と第２送受信器１９
の送受信を切り換えて、第２送受信器１９から第１送受
信器１８すなわち下流から上流に向かって超音波信号を
送信し、この送信を前述のように繰り返し、その時間を
計時する。そしてその時間差から管路の大きさや流れの
状態を考慮して流量演算手段１１で流量値を求める。こ
の流量値が周期的に変動している場合には周期検出手段
１２で変動周期を検出し、その周期の整数倍の測定時間
を測定時間変更手段１３で設定し、この設定時間に相当
する繰り返し回数を回数設定手段２３に設定する。繰り
返し１回当たりの時間は流体の音速と送受信器１８・１
９管の距離が既知なので、あらかじめ算出しておくこと
ができるし、あるいは計時手段２６で求めた時間と回数
設定手段２３の値から容易に求めることができる。

【００２３】（実施例６）図９は本発明の実施例６の流
量計測装置を示したブロック図である。実施例１と異な
るところは周期によって計測開始時間を変更する開始時
間変更手段２８を備えた点にある。図９において、周期
検出手段１２によって変動する流量の周期を実施例１と
同様の方法で検出する。そして開始時間変更手段２８で
周期Ｔの半分の時間を測定間隔として設定する。図１０
にその様子を示す。まず、時間ｔ１からｔ２の間の流量
（曲線Ｑ１）を測定し、次に変動周期の半分の時間後ｔ
６から測定を開始しｔ７までの流量（曲線Ｑ２）を測定
し、Ｑ１とＱ２の値を平均するとその流量値は平均流量
を示すことになる。このとき測定時間ｔ２−ｔ１とｔ７
−ｔ６は等しく設定する。この実施例では平均する測定
個数を２個にしたがより高精度の流量値を得ようとすれ
ば、測定個数を偶数で大きな値を選定すればよい。

【００２４】（実施例７）図１１は本発明の実施例７の
流量計測装置を示したブロック図である。実施例５と異
なるところは周期によって計測開始時間を変更する開始
時間変更手段２８を備えた点にある。図１１において、
周期検出手段１２で検出する周期に応じて開始時間変更
手段２８で測定の間隔を周期の半分の時間に設定すれば
実施例６と同様に平均化した流量が得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
流量計測装置によれば次の効果が得られる。

【００２６】（１）本発明は、流体の流量を検出する流
量検出手段と、流れの変動周期を検出する周期検出手段
と、流量検出手段の測定時間を周期検出手段の周期のほ
ぼ整数倍に設定する測定時間変更手段とを備え、変動す
る流量の周期の整数倍になるように計測時間を変更して
計測を行うので、圧力緩衝装置を設けることなく変動流
の平均値を短時間で得ることができる。

【００２７】（２）周期検出手段は、流量検出手段の測
定値の変動に基づいて周期を検出するので、特別の部品
を必要とせずに変動流の平均値を短時間で得ることがで
きる。

【００２８】（３）周期検出手段は、流体の流量変動を
検出する流量変動検出手段から周期を算出するので、流
量変動の周期を迅速にかつ正確に検出できるので、変動
流があっても正確な流量計測ができる。

【００２９】（４）変動検出手段は、流体の流量変動を
検出する流量変動検出手段から周期を算出するので、流
量変動に起因する変動流の平均した流量値を短時間で得
ることができる。

【００３０】（５）流量検出手段の測定値に基づいて流
量変動検出手段を起動させるので、流量変動があったと
きのみ流量変動検出手段を作動させればよく低消費電力
である。

【００３１】（６）周期検出手段は、周期をあらかじめ
複数個設定する周期設定手段を備えたので、あらかじめ
変動周期が予想されるものでは変動周期を容易に求める
ことができ、さらに高精度な計測ができる。

【００３２】（７）変動検出手段の値を記憶する周期記
憶手段を備え、周期記憶手段で記憶されている周期の値
を優先して使用するので、頻繁に現れる変動周期を優先
して適用するので変動周期を容易に求めることができ、
短時間で正確な計測値が得られる。

【００３３】（８）流量検出手段は、流体中に超音波を
送信または受信する送受信器の間の超音波の伝搬時間よ
り流量を算出し、変動周期の整数倍になるように超音波
計測時間を調節するので、超音波流量計測で変動流にお
いても平均化した流量を短時間に求めることができる。

【００３４】（９）送受信器の送信と受信を複数回繰り
返し伝搬させる回数設定手段を備え、回数設定手段の回
数を変えて測定周期を変更するので、容易に計測時間を
調節でき平均的流量を求めることができる。

【００３５】（１０）流体の流量を検出する流量検出手
段と、流れの変動周期を検出する周期検出手段と、流量
検出手段の測定開始時間を周期検出手段の周期のほぼ１
／２に設定する測定開始時間変更手段とを備えたので、
１周期以下の測定時間であっても平均的流量を正確に求
めることができ、低消費電力で測定できる。

【００３６】（１１）流量演算手段は、流量検出手段の
偶数個の値を平均化するものであるので、短い測定時間
で安定した平均的流量を得ることができる。

【００３７】（１２）流体中に設けられ超音波信号を送
信または受信する第１送受信器及び第２送受信器と、第
１送受信器から第２送受信器に送信する第１送信モード
と第２送受信器から第１送受信器へ送信する第２送信モ
ードと変更する切換手段と、それぞれの伝搬時間を計測
する計時手段と、流れの変動周期を検出する周期検出手
段と、周期検出手段の周期に基づいて第１送信モードと
第２送信モードとの測定開始時間を１／２周期異ならせ
る計測開始手段と、前記計時手段のそれぞれの計時値の
差に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えたの
で、１周期以下の測定時間であっても平均的流量を求め
ることができ、低消費電力で測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の流量計測装置のブロック図

【図２】同装置の流量波形図

【図３】同装置において測定時間を周期Ｔの２倍にした
場合の流量波形図

【図４】本発明の実施例２の流量計測装置のブロック図

【図５】同装置において流量が周期的に変動する場合の
ブロック図

【図６】本発明の実施例３の流量計測装置のブロック図

【図７】本発明の実施例４の流量計測装置のブロック図

【図８】本発明の実施例５の流量計測装置のブロック図

【図９】本発明の実施例６の流量計測装置のブロック図

【図１０】同装置の流量波形図

【図１１】本発明の実施例７の流量計測装置のブロック
図

【図１２】従来の流量計測装置のブロック図

【図１３】同装置の流量波形図

【符号の説明】

８流量検出手段１１流量演算手段１２周期検出手段１３測定時間変更手段１４流量変動測定手段１５変動測定手段１６周期記憶手段１８第１送受信器１９第２送受信器２３回数設定手段２６計時手段２７切換手段２８開始時間変更手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流量を検出する流量検出手段と、流
れの変動周期を検出する周期検出手段と、前記流量検出
手段の測定時間を前記周期検出手段の周期のほぼ整数倍
に設定する測定時間変更手段とを備えた流量計測装置。
【請求項２】周期検出手段は、流量検出手段の測定値の
変動に基づいて周期を検出する請求項１記載の流量計測
装置。
【請求項３】周期検出手段は、流体の流量変動を検出す
る流量変動検出手段から周期を算出する請求項１記載の
流量計測装置。
【請求項４】流量検出手段の測定値に基づいて、流量変
動検出手段を起動させる変動測定手段を備えた請求項３
記載の流量計測装置。
【請求項５】流量変動手段は、流体の圧力変動を検出す
る圧力検出器から構成される請求項３又は請求項４記載
の流量計測装置。
【請求項６】測定時間変更手段は、測定時間をあらかじ
め設定する時間設定手段を備えた請求項１記載の流量計
測装置。
【請求項７】変動検出手段の値を記憶する記憶手段を備
えた請求項１記載の流量計測装置。
【請求項８】流量検出手段は、流体中に超音波を送信ま
たは受信する送受信器の間の超音波の伝搬時間より流量
を算出する請求項１記載の流量計測装置。
【請求項９】送受信器間の送信と受信を複数回繰り返し
伝搬させる回数設定手段を備え、前記回数設定手段の回
数を変えて測定時間を変更する請求項８記載の流量計測
装置。
【請求項１０】流体の流量を検出する流量検出手段と、
流れの変動周期を検出する周期検出手段と、前記流量検
出手段の測定開始時間を前記周期検出手段の周期のほぼ
１／２に設定する開始時間変更手段と、前記流量検出手
段の複数個の値を平均化する流量演算手段とを備えた流
量計測装置。
【請求項１１】流量演算手段は、流量検出手段の偶数個
の値を平均化する請求項１０記載の流量計測装置。
【請求項１２】流体中に設けられ超音波信号を送信また
は受信する第１送受信器及び第２送受信器と、前記第１
送受信器から前記第２送受信器に送信する第１送信モー
ドと前記第２送受信器から前記第１送受信器へ送信する
第２送信モードと変更する切換手段と、それぞれの伝搬
時間を計測する計時手段と、流れの変動周期を検出する
周期検出手段と、前記周期検出手段の周期に基づいて第
１送信モードと第２送信モードとの測定開始時間を１／
２周期異ならせる計測開始手段と、前記計時手段のそれ
ぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手
段とを備えた流量計測装置。