JPH11351929A - 流量計および流量計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流路の周囲において脈動流等の影響があって
も、正確な流量の積算を行えるようにする。 【解決手段】 演算部１２において、送受信部１１の出
力より超音波の伝搬時間差を求めて瞬時の流量と単位時
間当たりの通過量とを算出する。そして、得られた流量
が正値であるか否か、および所定の逆流判定値よりも大
きいか否かを判定し、流量が逆流判定値より大きい場合
は一時保存バッファ１４において通過量の加算または減
算を行い、流量が逆流判定値より小さい場合は通過量を
逆流量バッファ１５に加算し、この演算後の一時保存バ
ッファ１４の値から逆流量バッファ１５の値を減算した
後、一時保存バッファ１４の値が所定の最小流量以上と
なった場合に値を流量積算部１６において積算してい
き、流量積算値ＱS を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子式ガスメータ等
に使用される流量を計測する流量計に関し、特に、超音
波を用いて流路中の流速を間欠的に計測して積算流量を
算出する推量式の流量計および流量計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子式ガスメータ等の流量計
測に使用されている流量計としては、超音波式やフルイ
ディック式等の流量計が広く使用されている。例えば、
超音波式のガス流量計では、流路内に一定距離だけ離れ
て配置された超音波周波数で作動する例えば圧電式振動
子からなる２つの音響トランスジューサを設け、これら
のトランスジューサ間のガス流に対する順方向および逆
方向の超音波伝搬時間を計測し、これを基にガスの流速
を求めて流量を算出し、流量を積算していくような構成
となっている。

【０００３】超音波式のガス流量計において、流量計測
を行う場合、まず、ガス流入側のトランスジューサから
超音波信号を発生させ、ガス流出側のトランスジューサ
に受信させてトランスジューサ間での超音波信号の順方
向の伝搬時間ｔd を計測する。次いで、双方のトランス
ジューサを切換えて、ガス流出側のトランスジューサか
ら超音波信号を発生させ、ガス流入側のトランスジュー
サに受信させて逆方向の伝搬時間ｔu を計測する。この
計測した２つの伝搬時間ｔd ，ｔu の伝搬時間差に基づ
いて流路内を流れているガスの流速ｖを間欠的に求め、
流速ｖに流路の断面積を乗じて瞬時流量を算出する。そ
して、前記瞬時流量に一定の計測間隔であるサンプリン
グ時間を乗じて通過量を算出し、この通過量を積算して
積算流量を求め、得られた積算流量を表示部に表示す
る。このような超音波式のガス流量計の構成および動作
については、特開平８−１９３８６１号公報等に開示さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したような超音波
式のガス流量計において、ガス流量がゼロであるとき、
計測される超音波の伝搬時間差Δｔはゼロとなるべきで
あるが、実際には図４の（Ａ）に示すようにゼロ近辺で
バラツキが生じる結果となる。この原因としては、流量
計が設置された流路の上流または下流、あるいは近傍の
流路にガスヒートポンプ（ＧＨＰ）等の燃焼器が設置さ
れている場合に生じる脈動流など、流量計の周囲の外乱
の影響等が考えられるが、このような外乱は除去するこ
とが困難である。

【０００５】従来の流量計における流量の積算手順の一
例を図５に示す。まず、超音波の伝搬時間ｔd ，ｔu を
計測し（ステップＳ５１）、伝搬時間差Δｔを求めて流
量Ｑを算出する（ステップＳ５２）。流量Ｑは、Ｑ＝Ｋ
＊（ｔu −ｔd ）、（ただしＫは所定の係数）より求め
られる。そして、流量Ｑが正負いずれの値であるかを判
断し（ステップＳ５３）、負である場合はこの流量値を
積算せずにステップＳ５３に戻る。流量Ｑが正である場
合は、流量Ｑにサンプリング間隔を乗じて通過量ＱT を
算出し（ステップＳ５４）、この通過量ＱT を流量積算
値に加算する（ステップＳ５５）。そして、次の計測時
間までサンプリング間隔だけ待機し（ステップＳ５
６）、ステップＳ５１に戻って同様の積算処理を繰り返
す。このように、瞬時の流量Ｑが負の場合、すなわち超
音波の伝搬時間差が負となったときはその値を積算しな
いようにする。あるいは、超音波の伝搬時間差が負値で
あるときは、その値を流量積算値より減算するような手
順が用いられる場合もある。

【０００６】上述のように、従来の流量計では、ガス流
量がゼロであっても、超音波の伝搬時間差が正値である
ときは、ガス流量があったものとして流量が積算され、
また、負値であるときは、その値が無視されるかあるい
は負の流量が生じたとして流量積算値より減算される。
従って、図４の（Ｂ）に示すように流量を積算していく
際に、流量計の周囲での外乱の影響等によって超音波の
伝搬時間差の値にバラツキが生じた場合、流量積算値Ｑ
S に誤差が生じ、正確な流量の積算ができなくなるとい
う問題点を有していた。

【０００７】本発明は、前述した問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、流路の周囲において外乱の
影響等があっても、正確な流量の積算を行うことが可能
な流量計および流量計測方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明の流量計は、請求項１に記載したよう
に、流路中の流速を間欠的に計測して積算流量を算出す
る推量式の流量計において、当該流量計内の流速に関す
る計測値を得て、その計測時間における流体の流量と計
測時間間隔に相当する単位時間の流体の通過量とを算出
する通過量算出手段と、前記算出された通過量のうち、
流体全体の流れに対して順方向の通過量を示す値を記憶
する順方向通過量記憶手段と、前記算出された通過量の
うち、流体全体の流れに対して逆方向の通過量を示す値
を記憶する逆方向通過量記憶手段と、前記算出された流
量が所定の負値である逆流判定値よりも大きいか否かを
判定する流量判定手段と、前記流量判定手段による判定
結果に基づき、前記流量が前記逆流判定値よりも大きい
場合は前記順方向通過量記憶手段において前記通過量を
加算または減算し、前記流量が前記逆流判定値よりも小
さい場合は前記通過量を前記逆方向通過量記憶手段に加
算し、前記通過量の加算または減算後に前記順方向通過
量記憶手段の値より前記逆方向通過量記憶手段の値を減
算して、この減算後の順方向通過量記憶手段の値が所定
の最小流量以上となった場合に、この値を積算して流量
積算値とする流量演算手段と、を備えたことを特徴とす
る。

【０００９】また、本発明の流量計測方法は、請求項２
に記載したように、流路中の流速を間欠的に計測して積
算流量を算出する推量式の流量計における流量計測方法
であって、当該流量計内の流速に関する計測値を得て、
その計測時間における流体の流量と計測時間間隔に相当
する単位時間毎の流体の通過量とを算出する通過量算出
ステップと、前記算出された流量が正値であるか否か、
および所定の負値である逆流判定値よりも大きいか否か
を判定する流量判定ステップと、前記流量が正値である
場合に、前記通過量を順方向通過量記憶手段に加算する
通過量加算ステップと、前記流量が負値でかつ前記逆流
判定値よりも大きい場合に、前記通過量を前記順方向通
過量記憶手段より減算する通過量減算ステップと、前記
流量が負値でかつ前記逆流判定値よりも小さい場合に、
前記通過量を逆方向通過量記憶手段に加算する逆流量加
算ステップと、前記通過量加算ステップまたは前記通過
量減算ステップの後に前記順方向通過量記憶手段の値よ
り前記逆方向通過量記憶手段の値を減算する逆流量減算
ステップと、前記逆流量減算後の順方向通過量記憶手段
の値が所定の最小流量以上となった場合に、この値を積
算して流量積算値とする流量積算ステップと、を有する
ことを特徴とする。

【００１０】本発明に係る流量計および流量計測方法で
は、流量計内の流速に関する計測値を得て、その計測時
間における流体の流量と計測時間間隔に相当する単位時
間毎の流体の通過量を算出し、算出された流量が正値で
あるか否か、および所定の負値である逆流判定値よりも
大きいか否かを判定して、この判定結果に応じて順方向
通過量記憶手段または逆方向通過量記憶手段に対し加算
または減算を行い、順方向通過量記憶手段の値より逆方
向通過量記憶手段の値を減算した後、順方向通過量記憶
手段の値が所定の最小流量以上となった場合に、この値
を積算して流量積算値とすることにより、流路の周囲に
おいて脈動流などの外乱の影響等があっても、流量積算
値の誤差がほぼ解消され、正確な流量の積算が実行可能
となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の流
量計および流量計測方法に係る実施の形態の一例につい
て詳細に説明する。ここで、図１は本発明の実施形態に
係る流量計の主要部の機能的構成を示す構成図、図２は
本実施形態に係る流量計の一構成例を示す構成図、図３
は本実施形態に係る流量計の流量計測方法の手順を説明
するフローチャートである。

【００１２】流量計２０は、図２に示すように、筐体の
入口から出口までの流路内に一定距離だけ離れて対向配
置された、超音波周波数で作動する例えば圧電式振動子
からなる送受波用の２つのトランスジューサ２１，２２
と、これらのトランスジューサ２１，２２間に配設され
た伝搬管路２３とを有して構成される。入口より流入し
たガス等の流体は、伝搬管路２３中を流れて出口より流
出するようになっており、この流れの雰囲気中において
トランスジューサ２１，２２により超音波を送受信し、
超音波の伝搬時間に基づいて内部の流路を流れる流体の
流量を計測するものである。

【００１３】この流量計２０は、マイクロコンピュータ
等のプロセッサを用いた制御回路を備えており、図１に
示すように、送受信部１１、演算部１２、制御部１３、
一時保存バッファ１４、逆流量バッファ１５、流量積算
部１６を有して構成されている。送受信部１１は、トラ
ンスジューサ２１，２２に対して計測用の超音波信号を
送受信するもので、超音波信号生成部、超音波信号処理
部、送受信用のアンプ等を有して構成される。演算部１
２は、通過量算出手段、流量判定手段および流量演算手
段としての機能を有し、送受信部１１からの信号を基
に、計測値として超音波の伝搬時間差を求めて流量およ
び単位時間当たりの通過量の算出、流量の正負判定、積
算等を行うもので、プロセッサ上で動作するソフトウェ
アプログラムにより実現される。制御部１３は、前記送
受信部１１および演算部１２と接続され各部の制御を行
うもので、演算部１２と同様にプロセッサ上で動作する
ソフトウェアプログラムにより実現される。

【００１４】また、一時保存バッファ１４は、順方向通
過量記憶手段としての機能を有し、演算部１２により求
めた通過量のうちガスの流れに対して順方向の通過量を
記憶するもので、プロセッサ内部または外部のメモリ等
により実現される。逆流量バッファ１５は、逆方向通過
量記憶手段としての機能を有し、演算部１２により求め
た通過量のうちガスの流れに対して逆方向の通過量を記
憶するもので、プロセッサ内部または外部のメモリ等に
より実現される。流量積算部１６は、演算部１２による
演算後の一時保存バッファ１４の値を積算して流量積算
値として出力するもので、プロセッサ内部または外部の
メモリ等により実現される。

【００１５】次に、本実施形態の流量計における動作を
説明する。流量の算出を行う際には、送受信部１１によ
って、まずガス流入側のトランスジューサ２１から超音
波信号を発生して超音波を送信し、ガス流出側のトラン
スジューサ２２で受信してトランスジューサ間での超音
波信号の順方向の伝搬時間ｔd を計測する。次いで、双
方のトランスジューサを切換えて、ガス流出側のトラン
スジューサ２２から超音波信号を発生して超音波を送信
し、ガス流入側のトランスジューサ２１で受信して逆方
向の伝搬時間ｔu を計測する（ステップＳ１）。

【００１６】そして、演算部１２によって、得られた伝
搬時間ｔd ，ｔu を基に伝搬時間差Δｔを求めて瞬時の
流量Ｑを算出する（ステップＳ２）。流量Ｑは、Ｑ＝Ｋ
＊（ｔu −ｔd ）、（ただしＫは流路の断面積Ｓ等を含
む所定の係数）より求められる。なお、流量Ｑは周囲の
外乱の影響等により正負いずれの値をとる場合もある。
次いで、流量Ｑの絶対値に計測時間間隔であるサンプリ
ング間隔を乗じて単位時間当たりの通過量ＱT を算出す
る（ステップＳ３）。このステップＳ１ないしＳ３によ
り通過量算出ステップが実行される。

【００１７】その後、演算部１２により、ステップＳ２
およびＳ３で求めた結果から以下に示すような積算を行
う。本実施形態では、流量Ｑが０以上（ゼロまたは正
値）か否か、および所定値−Ａより大きいか否かを判断
し（ステップＳ４，Ｓ６：流量判定ステップ）、それぞ
れの場合に応じて通過量ＱT を積算する。

【００１８】ステップＳ４で流量Ｑが正値の場合は、一
時保存バッファ１４に通過量ＱT を加算する（ステップ
Ｓ５：通過量加算ステップ）。一方、流量Ｑが負値の場
合は、さらにステップＳ６の判断に進み、流量Ｑが所定
値−Ａより大きい場合は一時保存バッファ１４から通過
量ＱT を減算する（ステップＳ７：通過量減算ステッ
プ）。また、流量Ｑが所定値−Ａ以下の場合は逆流量バ
ッファ１５に通過量ＱTを加算する（ステップＳ８：逆
流量加算ステップ）。ここで、所定値Ａは異常な逆流量
と判断する逆流判定値、すなわち通常ではありえない逆
流量（例えば１００［Ｌ／ｈ］（リットル／時間））と
する。その後、連続してｎ回（ｎは任意の整数）、所定
値以上の逆流量を検出したとき、逆流量バッファ１５を
ゼロクリアする（ステップＳ９）。これにより、異常な
逆流量による一時保存バッファ１４および流量積算値Ｑ
S への悪影響を軽減する。

【００１９】そして、ステップＳ５またはＳ７で一時保
存バッファ１４に対して加減算を行った場合は、一時保
存バッファ１４の値から逆流量バッファ１５の値を減算
し（ステップＳ１０：逆流量減算ステップ）、ステップ
Ｓ１１の処理に進む。なお、初期状態では一時保存バッ
ファ１４および逆流量バッファ１５の値はそれぞれゼロ
となっている。

【００２０】ステップＳ１１では、一時保存バッファ１
４の値が所定値Ｂ［ｍ³ ／ｈ］以上か否かを判断する。
ここで、所定値Ｂは「流量あり」とみなす最小流量（例
えば１［Ｌ／ｈ］）とする。この最小流量は微少漏れが
あった場合に検出される漏れ流量の下限値となる。実際
には、所定値Ｂ［ｍ³ ／ｈ］をｂ／ｔ［Ｌ／sec ］と変
換し、一時保存バッファ１４に積算された値がｔ秒以内
にｂリットル以上になったか否かを判断する。

【００２１】ステップＳ１１で一時保存バッファ１４の
値が最小流量以上に相当する通過量ＱT となった場合
は、流量積算部１６において流量積算値ＱS に一時保存
バッファ１４の値を加算して積算していき、一時保存バ
ッファ１４をゼロクリアする（ステップＳ１２：流量積
算ステップ）。そして、次の計測時間までサンプリング
間隔だけ待機し（ステップＳ１３）、ステップＳ１に戻
って同様の積算処理を繰り返す。一方、一時保存バッフ
ァ１４の値が最小流量より小さい場合は、この値を流量
積算部１６において流量積算値ＱS に積算せずにステッ
プＳ１３を経てステップＳ１に戻る。また、ステップＳ
８で逆流量バッファ１５に通過量ＱT を加算した場合も
同様に、ステップＳ１３で次の計測時間まで待機してス
テップＳ１に戻る。

【００２２】このように積算処理を行った結果である流
量積算値ＱS は、流量積算部１６より出力されて図示し
ない表示部等に表示される。

【００２３】以上のように、本実施形態では、計測によ
り得られた流量に対して、正負の判断および所定の逆流
判定値より大きいか否かの判断を行い、流量が逆流判定
値より大きい場合は一時保存バッファにおいて前記流量
から求めた通過量の加算または減算を行い、流量が逆流
判定値より小さい場合、すなわち大きな逆流がある場合
は前記通過量を逆流量バッファに加算し、一時保存バッ
ファの値から逆流量バッファの値を減算するような演算
処理を行うようにしている。このように大きな逆方向の
流量を逆流量バッファに加算していくと共に、一時保存
バッファにおいて通過量の増減を演算し、一時保存バッ
ファの値が所定の最小流量以上となった場合のみ演算結
果を積算して流量積算値ＱS とすることにより、流路の
周囲において脈動流などの外乱の影響等があっても、誤
積算を防止し、流量積算値の誤差が生じないようにする
ことができ、正確な流量積算値を得ることができる。

【００２４】なお、上述した実施形態では超音波式のガ
ス流量計の例について説明したが、フルイディック式の
流量計においても、計測値である超音波の伝搬時間差を
フローセンサからのパルスの出力間隔に変更すること
で、同様に本発明を適用可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の流量計
および流量計測方法によれば、流量計内の流速に関する
計測値を得て、その計測時間における流体の流量と計測
時間間隔に相当する単位時間毎の流体の通過量を算出
し、算出された流量が正値であるか否か、および所定の
負値である逆流判定値よりも大きいか否かを判定して、
この判定結果に応じて順方向通過量記憶手段または逆方
向通過量記憶手段に対し加算または減算を行い、順方向
通過量記憶手段の値より逆方向通過量記憶手段の値を減
算した後、順方向通過量記憶手段の値が所定の最小流量
以上となった場合に、この値を積算して流量積算値とす
ることにより、流路の周囲において外乱の影響等があっ
ても、正確な流量の積算を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る流量計の主要部の機能
的構成を示す構成図である。

【図２】本実施形態に係る流量計の一構成例を示す構成
図である。

【図３】本実施形態に係る流量計の流量計測方法の手順
を説明するフローチャートである。

【図４】計測された超音波の伝搬時間差のバラツキと流
量積算値との関係を示す説明図である。

【図５】従来の流量計における流量計測方法の一例を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１１ 送受信部 １２ 演算部 １３ 制御部 １４ 一時保存バッファ １５ 逆流量バッファ １６ 流量積算部 ２０ 流量計 ２１，２２ トランスジューサ ２３ 伝搬管路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路中の流速を間欠的に計測して積算流
   量を算出する推量式の流量計において、 当該流量計内の流速に関する計測値を得て、その計測時
   間における流体の流量と計測時間間隔に相当する単位時
   間の流体の通過量とを算出する通過量算出手段と、 前記算出された通過量のうち、流体全体の流れに対して
   順方向の通過量を示す値を記憶する順方向通過量記憶手
   段と、 前記算出された通過量のうち、流体全体の流れに対して
   逆方向の通過量を示す値を記憶する逆方向通過量記憶手
   段と、 前記算出された流量が所定の負値である逆流判定値より
   も大きいか否かを判定する流量判定手段と、 前記流量判定手段による判定結果に基づき、前記流量が
   前記逆流判定値よりも大きい場合は前記順方向通過量記
   憶手段において前記通過量を加算または減算し、前記流
   量が前記逆流判定値よりも小さい場合は前記通過量を前
   記逆方向通過量記憶手段に加算し、前記通過量の加算ま
   たは減算後に前記順方向通過量記憶手段の値より前記逆
   方向通過量記憶手段の値を減算して、この減算後の順方
   向通過量記憶手段の値が所定の最小流量以上となった場
   合に、この値を積算して流量積算値とする流量演算手段
   と、 を備えたことを特徴とする流量計。
2. 【請求項２】 流路中の流速を間欠的に計測して積算流
   量を算出する推量式の流量計における流量計測方法であ
   って、 当該流量計内の流速に関する計測値を得て、その計測時
   間における流体の流量と計測時間間隔に相当する単位時
   間毎の流体の通過量とを算出する通過量算出ステップ
   と、 前記算出された流量が正値であるか否か、および所定の
   負値である逆流判定値よりも大きいか否かを判定する流
   量判定ステップと、 前記流量が正値である場合に、前記通過量を順方向通過
   量記憶手段に加算する通過量加算ステップと、 前記流量が負値でかつ前記逆流判定値よりも大きい場合
   に、前記通過量を前記順方向通過量記憶手段より減算す
   る通過量減算ステップと、 前記流量が負値でかつ前記逆流判定値よりも小さい場合
   に、前記通過量を逆方向通過量記憶手段に加算する逆流
   量加算ステップと、 前記通過量加算ステップまたは前記通過量減算ステップ
   の後に前記順方向通過量記憶手段の値より前記逆方向通
   過量記憶手段の値を減算する逆流量減算ステップと、 前記逆流量減算後の順方向通過量記憶手段の値が所定の
   最小流量以上となった場合に、この値を積算して流量積
   算値とする流量積算ステップと、 を有することを特徴とする流量計測方法。