WO2014002487A1

WO2014002487A1 - 流体計測装置

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Publication number: WO2014002487A1
Application number: PCT/JP2013/003971
Authority: WO
Inventors: 後藤　尋一; 足立　明久; 藤井　裕史; 中林　裕治; 坂口　幸夫; 康晴河野; 葵渡辺
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2014-01-03
Also published as: JP2014009982A; EP2869036A1; EP2869036B1; US9500508B2; JP5945782B2; US20150153211A1; CN104428631B; CN104428631A; EP2869036A4

Abstract

　本発明のガス計測装置（１）は、流体が流れ込む流入口と該流体が流出する流出口との間において並列して設けられた複数の計測流路（２２ａ），（２２ｂ），（２２ｃ）と、計測流路（２２ａ），（２２ｂ），（２２ｃ）それぞれに設けられ、計測流路（２２ａ），（２２ｂ），（２２ｃ）を流通する流体の流量を求める流量測定部（６１ａ），（６１ｂ），（６１ｃ）と、計測流路（２２ａ），（２２ｂ），（２２ｃ）ごとに、計測流路（２２ａ），（２２ｂ），（２２ｃ）を流通する流体の流量と流入口から流出口を流通する流体の総流量との関係を示す値である係数データを保持するメモリ（６２ａ），（６２ｂ），（６２ｃ）と、流量測定部（６１ａ），（６１ｂ），（６１ｃ）によって求められた流量とメモリ（６２ａ），（６２ｂ），（６２ｃ）において保持されている係数データとに基づき、流体の総流量を推定する総流量推定部（６０ａ），（６０ｂ），（６０ｃ）と、を備える。これにより、複数の計測流路を並列に接続して組み立てる流体計測装置の製造工程において、調整作業に必要な時間を短くすることができる。

Description

流体計測装置

　本発明は、流路中を流れる流体の流速を測定し、該流速から流体の体積流量を計算して流体の使用量を計測する流体計測装置に関するものである。

　現在、一般のガス需要家宅には、計量室を通過する回数でガスの流量を計測する膜式ガスメータが取り付けられている。膜式ガスメータは、計測原理上、比較的大容量の計量室を設けるためのスペースが必要なため、さらなる小型化が困難であった。

　そこで、ガスメータの小型化を実現するものとして、近年では超音波式ガスメータが開発されている。超音波式ガスメータでは、ガスが流れる流路の上流と下流とに超音波センサ（送受波器）を設け、流路に流れるガスの流速を超音波の到達時間で計測し、ガスの流速からガスの体積流量を計算してガスの使用量を計量している。このように、超音波式ガスメータは、流量を計測するための流路さえ設ければガスの使用量を計量できる仕組みであるため、小型化が容易である。

　また、一般のガス需要家ではなく、工場など大容量のガスを多量に消費する施設において、ガスの使用量を計測できるガスメータの開発も求められている。このような多量のガス使用量を計測できるガスメータとして、例えば、互いに並列に接続される複数の計測流路（測定路）を設け、計測流路毎に一対の送受波器（流量計側手段）を配設し、個々の計測流路における流量を測定してそれらの総和を全体の総流量とする流体計測装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平１１－２８７６７６号公報

　ところで、上記した従来技術に係る流体計測装置は、個々の計測流路を流通する流体の流量を測定し、それらの総和を全体の総流量とする構成である。

　このため、個々の計測流路それぞれで正しい流量計測結果を得るように、個々の計測流路ごとに校正が必要となる。すなわち、従来技術に係る流体計測装置では個々の計測流路において所定の流量を流した時に測定された流量と、この所定の流量との差を補正するための係数をそれぞれ求める必要がある。

　また、校正した個々の計測流路を並列に接続して組み立てた流体計測装置において大流量の流体を流し、個々の計測流路で得られた流量の総和を求めたとしても、必ずしも、その測定結果は実際の流量に一致するとは限らない。このため、再度、複数の計測流路を配置した流体計測装置全体としての校正を行う必要がある。これは、計測流路を並列に接続し流体を流入させた場合、個々の計測流路に対する流体の流入状態が、個々の計測流路に所定流量の流体を流通させ係数を求めた時の流体の流入状態と異なってしまうことに起因する。

　従って、従来技術に係る流体計測装置では、個々の計測流路で校正を行なった上、さらに複数の計測流路を並列に接続し組み立てた状態で全体としての校正も行う必要があり、製造工程での調整（校正）作業に時間を要するという課題があった。

　本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の計測流路を並列に接続して組み立てる流体計測装置の製造工程において、調整作業に必要な時間を短くすることができる流体計測装置を実現することである。

　本発明に係る流体計測装置は、上記した課題を解決するために、流体が流れ込む流入口と該流体が流出する流出口との間において並列して設けられた複数の計測流路と、前記複数の計測流路それぞれに設けられ、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報を取得する流量測定ユニットと、前記計測流路ごとに、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報と前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量との関係を示す値である係数データを保持する記憶装置と、前記流量測定ユニットによって求められた流量に関する情報と前記記憶装置において保持されている係数データとに基づき、前記計測流路ごとに前記流体の総流量を推定する総流量推定ユニットと、を備える。

　本発明は以上に説明したように構成され、複数の計測流路を並列に接続して組み立てる流体計測装置の製造工程において、調整作業に必要な時間を短くすることが出来るという効果を奏する。

本実施の形態のガス計測装置における流量計測処理に係る構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るガス計測装置の要部構成を模式的に示す図である。本実施の形態に係るガス計測装置の補助制御部が備えるメモリに記録された係数データと計測流路を流通したガスの流量との関係の一例を示すグラフである。本実施の形態に係るガス計測装置の補助制御部が備えるメモリに記録された係数データと計測流路を流通したガスの流量との関係の一例を示すグラフである。本実施の形態に係るガス計測装置の補助制御部が備えるメモリに記録された係数データと計測流路を流通したガスの流量との関係の一例を示すグラフである。本実施の形態に係るガス計測装置に係る処理フローの一例を示すフローチャートである。

　本発明の第１の態様によれば、流体計測装置は、流体が流れ込む流入口と該流体が流出する流出口との間において並列して設けられた複数の計測流路と、前記複数の計測流路それぞれに設けられ、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報を取得する流量測定ユニットと、前記計測流路ごとに、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報と前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量との関係を示す値である係数データを保持する記憶装置と、前記流量測定ユニットによって求められた流量に関する情報と前記記憶装置において保持されている係数データとに基づき、前記計測流路ごとに前記流体の総流量を推定する総流量推定ユニットと、を備える。

　上記した構成によると、前記係数データを保持し、流量測定ユニットと総流量推定ユニットとを備えているため、１つの計測流路を流通する流体の流量から当該流体計測装置の流入口から流出口の間で流通する流体の総流量を求めることができる。

　つまり、所定流量の流体を予め流体計測装置に流入させたときに計測流路を流通する流体の流量から係数データを予め求めてさえおけば、前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量を計測できる流体計測装置を製造することができる。このため、従来のように、個々の計測流路で校正を行なった上、さらに複数の計測流路を並列に接続し組み立てた状態で全体としての校正を行う必要はなく、製造工程での調整作業にかかる時間を短縮することができる。

　よって、本発明の第１の態様では、複数の計測流路を並列に接続して組み立てる流体計測装置の製造工程において、調整作業に必要な時間を短くすることができるという効果を奏する。

　さらにまた、本発明の第１の態様に係る流体計測装置は、流量測定ユニットが、複数の計測流路それぞれに設けられている。このため、ある計測流路に備えた流量測定ユニットに異常が生じ、この計測流路を流通する流体の流量を求めることができないような場合であっても、他方の計測流路に設けられた流量測定ユニットによって求めた流体の流量から総流量を求めることができる。

　また、本発明の第２の態様によれば、流体計測装置は、本発明の第１の態様に係る流体計測装置の構成において、前記総流量推定ユニットにより推定された流体の総流量を前記計測流路ごとに取得し、取得した総流量に基づき、前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量を決定する総流量決定ユニットを備えるように構成されていてもよい。

　ここで、計測流路で流量測定ユニットにより測定され得られた流量それぞれは、流体が流通する計測流路の設計誤差などに起因して真の値から誤差を含む場合がある。さらには、保持する係数データの設定精度等に起因して、当該流体計測装置を流通する流体の総流量の増減により各計測流路で求められる推定総流量にはそれぞればらつきが生じる場合もある。

　上記した構成によると、前記総流量決定ユニットを備えるため、計測流路それぞれで求められた流体の総流量を取得し、取得した複数の総流量に基づき総流量を決定することができる。すなわち、上記したように各計測流路で求められた総流量は、該計測流路ごとにそれぞれ真の値から誤差を含む場合がある。しかしながら、本発明に係る流体計測装置では総流量決定ユニットによって複数のサンプル（総流量）から総流量を決定することができるため、真の値により近似した総流量の値を得ることができる。

　また、本発明の第３の態様に係る流体計測装置は、本発明の第２の態様に係る流体計測装置の構成において、前記総流量決定ユニットは、前記総流量推定ユニットにより前記計測流路ごとに推定された流体の総流量それぞれから平均値を求め、該平均値を前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量として決定するように構成されていてもよい。

　上記した構成によると、総流量決定ユニットによって複数のサンプル（総流量）の平均から総流量を決定することができるため、真の値により近似した総流量の値を得ることができる。

　また、本発明の第４の態様に係る流体計測装置は、本発明の第３の態様に係る流体計測装置の構成において、前記総流量決定ユニットは、前記総流量推定ユニットにより前記計測流路ごとに推定された流体の総流量それぞれの中から最大値と最小値とを除いて平均値を求めるように構成されていてもよい。

　上記した構成によると、総流量決定ユニットによって複数のサンプル（総流量）の平均値から総流量を決定することができる。また、この平均値は、総流量推定ユニットにより推定された流体の総流量それぞれの中から最大値と最小値とを除いて行なっている。このため、複数の総流量のサンプルの中で誤って計測された総流量が含まれている場合であっても、この誤った総流量を除いて平均値を求めることができ、真の値により近似した総流量の値を得ることができる。

　また、本発明の第５の態様に係る流体計測装置は、本発明の第１から第４の態様に係る流体計測装置の構成において、前記記憶装置に保持されている係数データは、所定流量の流体を前記流入口から前記流出口に向かって流したときの、各計測流路に設けられた前記流量測定ユニットによって測定された流体の流量それぞれに基づき算出されるように構成されていてもよい。

　上記した構成によると流入口から流出口に向かって所定流量の流体を流すだけで、各流量測定ユニットによって測定された流量から各係数データを一度に求めることができる。したがって、複数の計測流路それぞれに設けられた流量測定ユニットそれぞれで利用する前記係数データそれぞれを効率的に求めることができる。

　以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。

　（ガス計測装置）
　まず、図１および図２を参照して本実施の形態に係るガス計測装置（流体計測装置）１の構成について説明する。図１は、本実施の形態のガス計測装置１における流量計測処理に係る構成を示すブロック図である。図２は、本実施の形態に係るガス計測装置１の要部構成を示す模式図である。

　本実施の形態に係るガス計測装置１は、ガス配管の途中に設置されて、消費されるガス流量（ガス使用量）を求める超音波式ガスメータである。なお、ガス計測装置１は、このような超音波式ガスメータに限定されるものではない。例えば、電子的な検出原理を利用したフローセンサ、あるいはフルイディック方式等の瞬時流量計によってガス流量を求めるように構成されていてもよい。

　ガス計測装置１は図２に示すように、流路ユニット（流路）２、上流側超音波センサ４ａ～４ｃ、下流側超音波センサ５ａ～５ｃ、補助制御部６ａ～６ｃ、流入口７、流出口８、主制御部９、電池１０、表示部１１、および保安用センサ１２を備えてなる構成である。なお、ここでガスは、流入口７から流出口８に向かって流路ユニット２内を一方向に流れるものとする。

　流入口７は、ガス供給側のガス配管からガスがガス計測装置１に流れ込む入り口である。本実施の形態に係るガス計測装置１では、その上面に流入口７が設けられ、ガス供給側のガス配管と流路ユニット２とをつなぐように構成されている。

　流出口８は、ガス計測装置１からガス消費側のガス配管にガスが流れ出る出口である。本実施の形態に係るガス計測装置１では、その上面に流出口８が設けられ、ガス消費側のガス配管と流路ユニット２とをつなぐように構成されている。

　流路ユニット２は、需要者に供給するガスが流れる断面が矩形を成す筒状の管である。流路ユニット２は、図２に示すように、遮断弁３、入口バッファ２１、計測流路２２ａ～２２ｃ、および出口バッファ２３を備えてなる構成である。

　計測流路２２ａ～２２ｃは、消費されるガスの流量（ガス計測装置１を流通するガスの流量）を計測するための流路である。計測流路２２ａ～２２ｃそれぞれの流路断面積は同じであってもよいし、それぞれ異なるものであってもよい。なお、計測流路２２ａ～２２ｃをそれぞれ区別して説明する必要が無い場合は、単に計測流路２２と称するものとする。

　流路ユニット２は、これら複数の計測流路２２ａ～２２ｃよりも上流側に入口バッファ２１、下流側に出口バッファ２３をそれぞれ備えている。入口バッファ２１、複数の計測流路２２ａ～２２ｃ、および出口バッファ２３はそれぞれ連通しており、本実施の形態に係るガス計測装置１では入口バッファ２１と出口バッファ２３との間を流通するガスの流量を計測流路２２ａ～２２ｃそれぞれで計測するように構成されている。

　また本実施の形態に係るガス計測装置１は、流路ユニット２の上流（入口バッファ２１よりも上流側）に遮断弁３を備えている。遮断弁３は、例えば、ガス計測装置１からガス機器までの間でガス漏れなどの異常が検出された場合、あるいは、外部からの流路ユニット２の遮断要求等に応じて、流路ユニット２の流路を塞ぎ、ガスの流れを遮断するものである。遮断弁３は、主制御部９からの制御指示に基づき、流入口７と入口バッファ２１との間の流路を塞いだり、開放したりすることができる。この遮断弁３は、流路ユニット２の流路を塞ぐための弁体（不図示）と、該弁体の動力源であるステッピングモータ（不図示）とを備えた構成であり、より具体的には、以下のようにして流路ユニット２の流路を塞いだり、開放したりする。

　すなわち、遮断弁３では、主制御部９からの制御指示に応じて、ステッピングモータが有するステータのコイル（不図示）に位相差を持ったパルス状電流が印加される。そして、この電流の印加によりステッピングモータのロータ（不図示）が正回転する。このロータの正回転により弁体が弁座（不図示）側に前進し、流路を塞ぐ。これにより、ガス計測装置１においてガスの流れを遮断することができる。逆に、流路を開放させる場合は、遮断弁３においてステッピングモータを逆回転させ、これにより弁座から弁体が離れるように構成されている。

　上流側超音波センサ４ａ～４ｃおよび下流側超音波センサ５ａ～５ｃは、相互に超音波を送受信するものである。上流側超音波センサ４ａ～４ｃならびに下流側超音波センサ５ａ～５ｃは計測流路２２a～２２ｃそれぞれに設けられている。なお、上流側超音波センサ４ａ～４ｃそれぞれを特に区別して説明する必要がない場合は、単に上流側超音波センサ４と称する。同様に、下流側超音波センサ５ａ～５ｃを特に区別して説明する必要がない場合は、単に下流側超音波センサ５と称するものとする。

　また、これら上流側超音波センサ４と下流側超音波センサ５との組は、それぞれ各計測流路２２に対応づけて設けられている補助制御部６ａ～６ｃからの制御指示に応じて駆動するように構成されている。補助制御部６ａ～６ｃについても、特に区別して説明する必要がない場合は、単に補助制御部６と称するものとする。

　すなわち、上流側超音波センサ４は、計測流路２２における上流側の側壁に、下流側超音波センサ５は計測流路２２における下流側の側壁に、両者が対向するように設けられている。そして、主制御部９から補助制御部６を介して、上流側超音波センサ４に駆動信号（制御信号）が入力されると、上流側超音波センサ４は超音波を下流側超音波センサ５に向かって出力する。上流側超音波センサ４から出力した超音波は、計測流路２２内を下流側に向かって斜め下方向に進み、下流側超音波センサ５に向かって伝搬する。逆に、主制御部９から補助制御部６を介して、下流側超音波センサ５に駆動信号が入力されると、この下流側超音波センサ５は超音波を上流側超音波センサ４に向かって出力する。下流側超音波センサ５から出力した超音波は、計測流路２２内を上流側に向かって斜め上方向に進み、上流側超音波センサ４に向かって伝搬する。そして、それぞれの超音波の到達時間を、補助制御部６が計測し、到達時間の差から流路ユニット２を流れるガスの流速を求める。そして、補助制御部６は求めた流速に流路ユニット２の断面積等をかけあわせて流量を求める。補助制御部６は、ガス流量を求めると、この求めた結果からガス計測装置１全体を流れるガス総流量を求め、その求めたガス総流量を推定総流量とする。そして、補助制御部６は、この求めた推定総流量を主制御部９に通知する。

　主制御部９は、ガス計測装置１の各部における各種動作の制御を行うものであり、「各部の制御処理」として例えば以下のように動作する。すなわち、主制御部９は、異常を検知する保安用センサ１２のセンシング結果から異常の発生の有無を判定したり、外部からガス計測装置１内に形成されている流路の遮断指示を受信したか否か判定したりする。そして、異常が発生していると判定した場合、あるいは遮断指示を受信したと判定した場合、主制御部９は遮断弁３に電流を印加して上述したように流路ユニット２の流路を塞ぐように制御する。また、主制御部９は、表示部１１において消費したガスの流量など様々な情報を表示するように制御することもできる。表示部１１は、例えば、ＣＲＴまたは液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、あるいは有機ＥＬディスプレイなどによって実現できる。

　また、主制御部９は、「ガス流量計測処理」として、各補助制御部６から通知を受けたガスの推定総流量に基づき、ガス計測装置１を流れるガスの総流量を決定することもできる。本実施の形態に係るガス計測装置１における「ガス流量計測処理」についての詳細は後述する。

　なお、上記した補助制御部６は、例えば、超音波計測用のＬＳＩ（Large Scale Integration）によって実現できる。この超音波計測用ＬＳＩは、超音波測定を可能とするアナログ回路と、超音波の伝搬時間を計測する動作をシーケンシャルで行うデジタル回路とから構成される。一方、主制御部９は、例えば、ＣＰＵによって実現できる。

　（ガス流量計測処理に係る構成）
　ここで、本実施の形態に係るガス計測装置１における「ガス流量計測処理」に係る構成について図１に加え、図３から図５を参照してより具体的に説明する。図３～図５は、本実施の形態に係るガス計測装置１における係数データと計測流路を流通したガスの流量との関係の一例を示すグラフである。すなわち、係数データテーブル６３として記録される、計測流路２２を流通する流量と係数データとの対応関係をグラフに示すと図３～図５に示すようなグラフとなる。

　図１に示すように補助制御部６ａ～６ｃそれぞれは、「ガス流量計測処理」に係る構成として、総流量推定部（総流量推定ユニット）６０ａ～６０ｃ、流量測定部（流量測定ユニット）６１ａ～６１ｃ、メモリ（記憶装置）６２ａ～６２ｃを備える。そして、メモリ６２ａ～６２ｃには、係数データテーブル６３ａ～６３ｃがそれぞれ記憶されている。また、主制御部９は「ガス流量計測処理」に係る構成として、総流量決定部９１を備える。

　なお、総流量推定部６０ａ～６０ｃ、流量測定部６１ａ～６１ｃ、メモリ６２ａ～６２ｃ、ならびに係数データテーブル６３ａ～６３ｃそれぞれを特に区別して説明する必要が無い場合は、単に総流量推定部６０、流量測定部６１、メモリ６２、および係数データテーブル６３と称するものとする。

　流量測定部６１は、上流側超音波センサ４および下流側超音波センサ５により得られた上述の超音波の到達時間の差から計測流路２２を流れる単位時間あたりのガスの流速を求め、この求めた流速と計測流路２２の断面積等に基づき計測流路２２を流れたガスの流量を求める。上流側超音波センサ４と下流側超音波センサ５とこの流量測定部６１とによって、本発明の流量測定ユニットを実現する。

　本実施形態では２秒ごとに上流側超音波センサ４および下流側超音波センサ５において相互に超音波を複数回送受信するように構成されている。このため、本実施の形態に係るガス計測装置１では、２秒ごとにガスの流量変化を確認する構成となる。

　総流量推定部６０は、メモリ６２に記憶されている係数データテーブル６３を参照して、流量測定部６１が求めたガスの流量からガス計測装置１を流れたガスの推定総流量を求めるものである。

　メモリ６２は、補助制御部６が実施する各種演算に利用するパラメータ等の情報が記憶されている読み書き可能な記憶装置である。例えば、メモリ６２は読み書き可能なＲＡＭまたはＥＥＰＲＯＭなどの半導体記憶装置によって実現できる。

　メモリ６２には、例えば、図１に示すように、単位時間あたりに各計測流路２２を流れたガスの流量から、単位時間あたりにガス計測装置１全体で流れたガスの総流量（推定総流量）を求めるためのパラメータ（係数データ）が記憶されている。より正確には、メモリ６２には、計測流路２２を流通したガス流量と係数データとの対応関係（例えば、図３～図５参照）を示すテーブルが記憶されている。

　係数データ６３ａ～６３ｃは、図３から図５に示すように、計測流路２２ａ～２２ｃを流れるガスの流量に応じて定められている。すなわち、図３から図５に示すように、予め流量が分かっている総流量（Ｑtotal）を、計測流路２２ａ～２２ｃを流れるガス流量（Ｑａ～Ｑｃ）それぞれで割って得た値（係数データ）を係数データテーブル６３ａ～６３ｃとしてメモリ６２ａ～６２ｃに記憶している。これら係数データテーブル６３ａ～６３ｃとして記録されている係数データは、各計測流路２２ａ～２２ｃを流れるガス流量（Ｑａ～Ｑｃ）の変動に応じて変化する値となっている。しかしながら係数データはこれに限定されるものではない。例えば、係数データは、計測流路２２ａ～２２ｃを流れるガス流量の大小に関わらず一定となる固定値であってもよい。

　このように補助制御部６は、係数データテーブル６３として記録されている係数データを参照して、計測流路２２を流れたガス流量からガス計測装置１全体を流れたガスの推定総流量をそれぞれ求めると、求めたガスの推定総流量を主制御部９に通知する。

　主制御部９では、総流量決定部（総流量決定ユニット）９１が補助制御部６ａ～６ｃそれぞれから通知を受けたガスの推定総流量に基づき、実際に使用されたガスの総流量を決定する。より具体的には、総流量決定部９１は、補助制御部６ａ～６ｃそれぞれから通知を受けた推定総流量の平均値を求め、該平均値を実際に使用されたガスの総流量と決定する。

　次に、上述した構成を有するガス計測装置１における、ガス計測装置１を流れるガスの総流量を求める「ガス流量計測処理」の処理フローについて図６を参照して説明する。図６は、本実施の形態に係るガス計測装置１に係る処理フローの一例を示すフローチャートである。

　（ガス流量計測処理方法）
　まず、事前処理として係数データテーブル６３ａ～６３ｃそれぞれをメモリ６２ａ～６２ｃそれぞれに記憶させる（ステップＳ１１）。

　より具体的には、事前に予め総流量（Ｑtotal）が分かっているガスをガス計測装置１の流入口７から流し、この時の計測流路２２ａ～２２ｃそれぞれで計測された流量（Ｑａ～Ｑｃ）を記録する。そして、計測された流量（Ｑａ～Ｑｃ）から総流量（Ｑtotal）を求めるための係数データを算出する。この操作を流通させる総流量（Ｑtotal）を変更させて複数回行い、流量と係数データとの対応関係を示す係数データテーブル６３を作成し、メモリ６２それぞれに記憶させておく。

　なお、上記実施の形態では、計測流路２２ａ～２２ｃの係数データが図３～図５に示すように所定の流量域で、個々に異なる値（特性）を持つものとして説明したが、計測流路２２ａ～２２ｃの係数データと流量との関係を一次関数のグラフで表せる場合は、総流量（Ｑtotal）を変更させて複数回行う必要はなく、１回で行うことが可能であることは言うまでもない。

　上述した事前処理を実施した後、実際に使用するためにガス計測装置１が設置される。そして、ガス計測装置１と繋がっているガス機器等によってガスの利用が開始される。なお、このとき遮断弁３は流路ユニット２の流路を開状態としているものとする。

　ガスの利用が開始されると、流入口７から入ってきたガスは、入口バッファ２１を通じて計測流路２２ａ～２２ｃそれぞれに分かれて出口バッファ２３に向かって流れる。各補助制御部６a～６ｃでは、流量測定部６１ａ～６１ｃが、上流側超音波センサ４ａ～４ｃと下流側超音波センサ５ａ～５ｃとによって測定した超音波の到達時間の差から、計測流路２２ａ～２２ｃを流れるガスの流速を求める。そして求めた各流速から、各計測流路２２ａ～２２ｃにおける各ガスの流量を算出する（ステップＳ１２）。

　さらに各補助制御部６では、総流量推定部６０ａ～６０ｃが、算出した各ガスの流量から、メモリ６２に記憶された係数データテーブル６３ａ～６３ｃの係数データを参照してガス計測装置１全体を流れたガスの総流量をそれぞれ推定する（ステップＳ１３）。例えば、総流量推定部６０ａは、係数データテーブル６３ａを参照し、計測流路２２ａを流れるガスの流量Ｑａに対応する係数データを取得する。そして、この係数データとガスの流量Ｑａとから、総流量の推定値を算出する。そして、各補助制御部６は求めたガスの総流量を主制御部９にそれぞれ通知する。

　主制御部９では、各補助制御部６からガスの総流量をそれぞれ取得すると、総流量決定部９１がこれらの平均値を算出し、該算出した結果を、ガス計測装置１を流れたガスの実際の総流量であると決定する（ステップＳ１４）。

　（効果）
　以上のように、本実施の形態に係るガス計測装置１は、複数の計測流路２２ａ～２２ｃと、計測流路２２ａ～２２ｃごとに設けられた上流側超音波センサ４ａ～４ｃおよび下流側超音波センサ５ａ～５ｃとを備え、超音波により各計測流路２２ａ～２２ｃを流れるガス流量をそれぞれ計測できる。そして、各計測流路２２ａ～２２ｃについて求められたガス流量から、係数データ６３を参照することでガス計測装置１を流れる全体のガス総流量（推定総流量）をそれぞれ求めることができる構成である。

　つまり、所定流量のガス流入時における各計測流路２２を流通するガス流量を求め、所定流量（所定のガス総流量）と各計測流路２２のガス流量とから係数データをそれぞれ予め求めてさえおけば、流入口７から流出口８を流通するガス総流量を計測できるガス計測装置１を製造することができる。このため、従来のように、個々の計測流路で校正を行なった上、さらに複数の計測流路を並列に接続し組み立てた状態で全体としての校正を行う必要はなく、製造工程での調整作業にかかる時間を短縮することができる。

　さらには、以下の効果も主張できる。

　例えば、補助制御部６ａ～６ｃが各計測流路２２ａ～２２ｃそれぞれで求めたガス流量を全て足し合わせて、ガス計測装置１を流れる全体のガス総流量を決定する構成が考えられる。しかしながら、この構成の場合、上述したように計測流路２２ａ～２２ｃのいずれかで正しいガスの流量が求められなかった場合、ガス計測装置１を流れる全体のガス総流量を得ることができない。

　また、本実施の形態に係るガス計測装置１のように、推定総流量を求めることができる補助制御部６を備えた計測流路２２を１本だけ備え、他はガスを流通させるための流路を並列して複数備える構成が考えられる。この構成の場合も、計測流路２２において上流側超音波センサ４、下流側超音波センサ５、および補助制御部６のいずれかで異常が生じた場合、ガス計測装置１を流れる全体のガス総流量を得ることができない。

　これに対して、本実施の形態に係るガス計測装置１では、上記したように各計測流路２２ａ～２２ｃにおいて推定総流量を補助制御部６ａ～６ｃがそれぞれ求める構成であるため、ガス流量を正しく計測できなかった計測流路２２を除く他の計測流路２２において求められた推定総流量を用いてガス計測装置１を流れる全体のガス総流量を決定することができる。

　また、各計測流路２２では、補助制御部６は係数データテーブル６３を利用して、現時点で計測したガス流量に基づき推定総流量を求める構成であった。ここで、各計測流路２２で流量測定部６１により測定された流量それぞれは、流体が流通する計測流路２２の設計誤差などに起因して真の値から誤差を含む場合がある。このため、各計測流路２２で求められる推定総流量にはそれぞればらつきが生じる。また、係数データの設定精度等に起因して、当該ガス計測装置１を流通するガスの総流量の増減により各計測流路２２で求められる推定総流量にはそれぞればらつきが生じる場合もある。

　しかしながら、本実施の形態に係るガス計測装置１では、多数の計測流路２２を備え、これら計測流路２２を流通したガス流量から求めた推定総流量それぞれの平均値を求めることで上述したばらつきを補って、確度よくガスの総流量を求めることができる。

　また、本実施の形態に係るガス計測装置１では、事前に予め総流量（Ｑtotal）が分かっているガスをガス計測装置１の流入口７から流し、この時の計測流路２２ａ～２２ｃそれぞれで計測された流量（Ｑａ～Ｑｃ）から、総流量（Ｑtotal）を求めるための係数データを算出する構成である。つまり、一度、総流量（Ｑtotal）が分かっているガスを流入させれば、計測流路２２ａ～２２ｃそれぞれに備えられている補助制御部６ａ～６ｃで利用する係数データをまとめて求めることができる。

　（変形例）
　なお、本実施の形態に係るガス計測装置１は、係数データと計測流路２２を流通するガス流量との対応関係を示す係数データテーブル６３をメモリ６２に記録する構成であった。しかしながらこの構成に限定されるものではなく、例えば、係数データと計測流路２２を流通するガス流量との関係を数式で表せる場合、この関係式を係数データテーブル６３の代わりにメモリ６２に記録してもよい。

　また、本実施の形態に係るガス計測装置１では、計測流路２２を３つ備える構成であったがこれに限定されるものではなく、例えば２つ備える構成であってもよいし、４以上備える構成であってもよい。使用されるガス流量の大きさ等を考慮し、適宜、計測流路２２の数が決定されることが好ましい。

　また、本実施の形態に係るガス計測装置１の流路ユニット２では、入口バッファ２１と出口バッファ２３との間には３つの計測流路２２が形成される構成であった。しかしながら、これらの計測流路２２に加えて、上流側超音波センサ４および下流側超音波センサ５、ならびに補助制御部６を備えていない、単にガスを流通させるための流路がさらに形成されている構成であってもよい。すなわち、入口バッファ２１と出口バッファ２３との間に配置され、両者の間でガスを流通させる流路は全て計測流路２２である必要はなく、これら流路のうちの一部、好ましくは３以上の流路が計測流路２２であればよい。

　また、本実施の形態に係るガス計測装置１では、主制御部９において総流量決定部９１が、補助制御部６ａ～６ｃそれぞれで求められた、ガスの推定総流量の平均値を実際のガスの総流量と決定する構成であった。しかしながら、この構成に限定されるものではない。例えば、計測流路２２が多数設けられている構成の場合、それぞれを流通するガスの流量から求めた推定総流量のうち、最大値と最小値とを除いた値の平均値を実際のガスの総流量と決定する構成としてもよい。もしくは、他の推定総流量と比較して所定値以上値が大きくなる、もしくは小さくなる推定総流量を除いて平均値を求め、実際の総流量と決定する構成としてもよい。

　このように構成される場合、例えば、上流側超音波センサ４および下流側超音波センサ５に不具合が生じ、適切にガスの総流量が推定できない計測流路２２が存在する場合であっても、この計測流路２２で求めた推定総流量を除外して、他の計測流路２２で求めた推定総流量から実際のガスの総流量を決定することができる。このため、より精度よく実際のガスの総流量を求めることができる。

　あるいは、総流量決定部９１は、補助制御部６ａ～６ｃそれぞれで求められたガスの推定総流量の中央値または最頻値を実際の総流量と決定する構成であってもよい。実際に得られる推定総流量の分布から最も真の値に近似する近似値を得られる方法を採用して、総流量決定部９１は実際のガスの総流量を決定することが好ましい。

　また、本実施の形態に係るガス計測装置１では、各補助制御部６ａ～６ｃがそれぞれメモリ６２ａ～６２ｃを備える構成であったがこれに限定されるものではない。例えば、各補助制御部６ａ～６ｃそれぞれからアクセス可能な１つのメモリ６２を備え、該メモリ６２において、計測流路２２ａ～２２ｃごとに、該計測流路２２ａ～２２ｃを流通したガスの流量それぞれと係数データ６３ａ～６３ｃそれぞれとを対応づけて記憶する構成であってもよい。

　また、本実施の形態に係るガス計測装置１は、各計測流路２２に備えられた流量測定部６１によって各計測流路２２を流通するガス流量を求め、その求めた結果に基づき総流量推定部６０がガス計測装置１を流通するガスの総流量を求める構成であった。すなわち、計測流路２２を流通する流体の流量に関する情報として、直接、該流量を流量測定部６１が求める構成であった。しかしながらこの構成に限定されるものではない。例えば、流量測定部６１の代わりに計測流路２２を流通するガスの流速を求める流速測定部を備え、流速測定部によって測定されたガスの流速に基づき、総流量推定部６０がガス計測装置１を流通するガスの総流量を求める構成としてもよい。すなわち、計測流路２２を流通する流体の流量に関する情報としてガスの流速を求める構成としてもよい。

　このように構成されている場合、総流量推定部６０は、計測流路２２の径（断面積）の情報等を保持しておき、流速測定部によって測定された計測流路２２を流通するガスの流速に、該計測流路２２の径（断面積）の情報等を掛け合わせて流量を求める。そして、総流量推定部６０は、求めた流量に係数データ６３を掛けてガス計測装置１を流通するガスの総流量を推定する。

　なお、上記した実施形態ではガス使用量を計測するガス計測装置１を例に挙げて説明したが、計測対象はガスに限定されるものではなく、流体であればよい。

　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

　本発明の流体計測装置は、大容量のガスの流量を測定するために複数の流路を備え、この複数の流路それぞれを流通する流体の流量から流体の総流量を測定する流体計測装置に特に有用である。

　１　　　ガス計測装置
　２　　　流路ユニット
　３　　　遮断弁
　４ａ～４c　　　上流側超音波センサ
　５ａ～５c　　　下流側超音波センサ
　６ａ～６c　　補助制御部
　７　　　流入口
　８　　　流出口
　９　　　主制御部
　１０　　電池
　１１　　表示部
　１２　　保安用センサ
　２１　　入口バッファ
　２２ａ～２２c　計測流路
　２３　　出口バッファ
　６０ａ～６０c　総流量推定部
　６１ａ～６１c　流量測定部
　６２ａ～６２c　メモリ
　６３ａ～６３c　係数データ
　９１　　総流量決定部

Claims

　流体が流れ込む流入口と該流体が流出する流出口との間において並列して設けられた複数の計測流路と、
　前記複数の計測流路それぞれに設けられ、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報を取得する流量測定ユニットと、
　前記計測流路ごとに、該計測流路を流通する流体の流量に関する情報と前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量との関係を示す値である係数データを保持する記憶装置と、
　前記流量測定ユニットによって求められた流量に関する情報と前記記憶装置において保持されている係数データとに基づき、前記計測流路ごとに前記流体の総流量を推定する総流量推定ユニットと、を備えることを特徴とする流体計測装置。
　前記総流量推定ユニットにより推定された流体の総流量を前記計測流路ごとに取得し、取得した総流量に基づき、前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量を決定する総流量決定ユニットを備える請求項１に記載の流体計測装置。
　前記総流量決定ユニットは、前記総流量推定ユニットにより前記計測流路ごとに推定された流体の総流量それぞれから平均値を求め、該平均値を前記流入口から前記流出口を流通する流体の総流量として決定する請求項２に記載の流体計測装置。
　前記総流量決定ユニットは、前記総流量推定ユニットにより前記計測流路ごとに推定された流体の総流量それぞれの中から最大値と最小値とを除いて平均値を求める請求項３に記載の流体計測装置。
　前記記憶装置に保持されている係数データは、所定流量の流体を前記流入口から前記流出口に向かって流したときの、各計測流路に設けられた前記流量測定ユニットによって測定された流体の流量それぞれに基づき算出される請求項１から４のいずれか１項に記載の流体計測装置。