JP3443660B2

JP3443660B2 - 流量計測装置及び流量計測プログラム

Info

Publication number: JP3443660B2
Application number: JP2002045642A
Authority: JP
Inventors: 晃一竹村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-09-08
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: JP2003247877A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、間欠動作により流
体の流量を検出し、使用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】従来この種の流量計としては、熱線式フ
ローセンサや超音波センサを用いて求めた流体の流速を
基に流量に変換する方式のものが多数提案されており、
例えば図９のような構成となっていた。図９において、
流体流路１の途中に、超音波を発信する第１振動子２と
受信する第２振動子３が流れ方向に配置されていて、計
測制御手段１０は、これらふたつの送受信を制御してい
る。超音波が流れの中を伝搬する際、流体の流れの影響
を受けて、流れの順方向、すなわち、第１振動子２から
第２振動子３へ向けて送信した場合の伝搬時間と、流れ
の逆方向、すなわち、第２振動子３から第１振動子２へ
向けて送信した場合の伝搬時間は異なった値となり、流
量が大きくなるにつれて、その差は大となる。計測手段
９では、双方の伝搬時間を求めて、流量演算手段１４で
は、その差より流量を求めている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の流量計では流体の局地的な流れの変化にも敏感に反応
してしまうため、例えばガスヒートポンプ式エアコンの
ように供給圧の変動が大きな器具が近隣で動作した場合
には、これの影響で発生した脈動により流速が変化し、
実際の流量とは異なった値を検出する場合があった。こ
れを解決するために、圧力センサを用いて一定の脈動が
あれば、定常時とは異なる計測方法を取る形式のものが
提案されているが、別構造の圧力センサが必要となるた
め、製造コストの面で課題があった。また、圧力センサ
を用いずに、脈動を検出する方式として、流量値の符号
が頻繁に切り替わった場合に、脈動と判断する方式も提
案されている。しかし、この場合、ベースに流れている
流量の絶対値よりも変動レベルの絶対値が小さい場合に
は流量値の符号は一定となるため、この方式では脈動の
検出は不可能であり、流量が流れていない条件下でしか
有効ではなかった。

【０００４】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
であり、圧力センサにより直接圧力を検出することな
く、流速等の物理量を求めるセンサそのものを用いて、
如何なる流量条件下であっても確実に脈動を検出するこ
とを目的とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、間欠的
に一連の定められた計測手順に従って流体の流量と相関
のある圧力以外の物理量を計測する計測手段と、前記計
測手段の動作を動作時間の長い通常計測手順と前記動作
時間の短い探索計測手順とのふたつで切り換えて使用す
る計測制御手段と、前記計測手段の出力から流体流量を
求める流量演算手段と、前記通常計測手順で求めた流量
値と前記探索計測手順により求めた流量値との差分を求
める差分検出手段と、前記差分検出手段の出力から脈動
の発生または停止を判断する変動検出手段とを備えたこ
とにより、差分検出手段で実流量と探索流量の差分を求
め、その差分の推移から変動検出手段が、脈動の有無を
判断することができるため、別構造の圧力センサを用い
て直接圧力を検出することなく、また、流量とは無関係
に脈動が発生しているかどうかの判断を行うことが可能
となる。

【０００６】請求項２に記載の発明は、通常計測手順に
より求めた流量のみを用いて積算流量を求める積算手段
を備えたことにより、探索流量が積算値には影響を与え
ないので、探索計測時の計測動作時間は短くすることが
できるため、積算値の精度を落とさず、かつ少ない電力
で、脈動の検出が可能である。

【０００７】請求項３に記載の発明は、変動検出手段
は、差分検出手段の出力絶対値が所定値を超えた後に一
定時間の監視期間を設けると共に、監視期間内の差分検
出手段の出力により脈動の発生を判断することにより、
流量変動発生時に、変動要因が使用量の変動によるもの
か脈動によるものかの識別が可能となり、脈動発生判定
の精度が向上する。

【０００８】請求項４に記載の発明は、監視期間の開始
前に所定の不感期間を設け、不感期間中は脈動発生の判
断を停止することにより、使用量変化してから流量が安
定するまでの間は脈動発生判定を行わないため、使用量
変化を脈動と誤認識することがないので、脈動発生判定
の精度が更に向上する。

【０００９】請求項５に記載の発明は、監視期間中は、
計測制御手段が計測手順の間欠計測周期を短縮すること
により、監視期間中に、わずかに消費電量を増やすだけ
で、脈動発生の判断時間を短縮することができる。

【００１０】請求項６に記載の発明は、監視期間中は、
計測制御手段が探索計測手順の動作頻度を高めることに
より、監視期間中に、わずかに消費電量を増やすだけ
で、脈動発生時に探索流量が大きくばらつくことを利用
して、より的確に脈動発生の判断をすることができる。

【００１１】請求項７に記載の発明は、変動検出手段
は、定められた時間を超えて差分検出手段の出力絶対値
が所定値を下回ると脈動の停止と判断することにより、
流量が安定した状態が長く続いた場合に脈動の停止と判
断できるので、電子回路に大きな負荷の掛からない単純
な数値計算を用いて、脈動の停止を判断することが可能
となる。

【００１２】請求項８に記載の発明は、計測制御手段
は、一連の定められた計測手順の動作時間を設定する動
作時間設定手段を備え、脈動の発生を判断する毎に、通
常計測手順の動作設定時間を逐次延長することにより、
変動発生時であっても平均化効果のため、脈動の影響の
小さい計測が可能となる。

【００１３】請求項９に記載の発明は、計測制御手段
は、一連の定められた計測手順の動作時間を設定する動
作時間設定手段を備え、脈動の停止を判断する毎に、通
常計測手順の動作設定時間を逐次短縮することにより、
脈動が小さい場合には、消費電力の少ない計測が可能と
なる。

【００１４】請求項１０に記載の発明は、流量演算手段
の出力が大きくなるに従って、変動検出手段で定める脈
動の発生または停止を判定する判定基準値を大きくした
ことにより、脈動の影響の小さい大流量発生時には、計
測動作時間を短くできるので、消費電力の小さい計測が
可能となる。

【００１５】請求項１１に記載の発明は、請求項１から
１０のいずれか１項記載の流量計測装置の手段全てもし
くは一部の動作をコンピュータに実行させるための流量
計測プログラムである。そして、プログラムであるので
マイコン等を用いて本発明の流量計測装置の一部あるい
は全てを容易に実現することができる。また記録媒体に
記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりす
ることでプログラムの配布が簡単にできる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例について、図１〜９を参
照しながら説明する。

【００１７】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例における流量計測装置のブロック図、図２は、同装置
の計測手段の動作を説明するフローチャート、図３は同
装置の変動検出手段の動作を説明するフローチャートで
ある。

【００１８】図１において、流体流路１の途中に、超音
波を発信する第１振動子２と受信する第２振動子３が流
れ方向に配置されている。４は第１振動子２への送信手
段、５は第２振動子３で受信した超音波を信号処理する
受信手段で、６は第１振動子２と第２振動子３の送受信
を切換える切換手段、７は受信回路５で超音波を検知し
た後、第１振動子２からの送信と第２振動子３での受信
を複数回繰り返す繰り返し手段、８は繰り返し手段７に
より行われる複数回の超音波伝搬の所要時間を計測する
伝搬時間計測手段である。

【００１９】９は計測手段であり、第１振動子２、第２
振動子３、送信手段４、受信手段５、切換手段６、繰り
返し手段７、伝搬時間計測手段８の各要素により構成さ
れ、計測制御手段１０の作用により、一連の計測手順に
従って、流れの中での超音波の伝搬時間を計測する。計
測制御手段１０は、計測手順の動作周期を定める周期設
定手段１１、周期設定手段１１で定めた周期に従って、
計測開始信号を出力するトリガ手段１２、繰り返し手段
で実行する計測繰り返し回数を設定する回数設定手段１
３とで構成される。なお、計測手順には、その目的に応
じて、通常計測手順と探索計測手順のふたつが存在する
が、その詳細に関しては後述する。

【００２０】１４は計時手段９の計測値から流量を求め
る流量演算手段、１５は通常計測手順により求めた流量
と探索計測手順により求めた流量の差分を求める差分検
出手段である。１６は差分検出手段１２の出力から脈動
を検出する変動検出手段であり、所定時間を計測する計
時手段１７と、計時手段１７でカウントした所定時間の
間の差分検出手段１５の出力の平均値を求める平均化手
段１８、平均化手段１８の出力と、脈動発生の判定値を
比較する比較手段１９とで構成される。２０は使用履歴
記憶手段であり、時刻と共に、流量演算手段１４の出
力、差分検出手段１５の出力、脈動の有無等を記憶す
る。また、２１は積算手段であり、通常計測手順に従っ
て求めた流量演算手段の出力に時間の重み付けを行った
後、積算処理を行う積算手段である。なお、計測手段
９、計測制御手段１０、流量演算手段１４、差分検出手
段１５、変動検出手段１６、使用履歴記憶手段２０、積
算手段２１は電池や商用電源等の電源（図示せず）を動
力源とする電子回路で構成されている。

【００２１】次に、計測原理について説明する。静止流
体中の音速をｃ、流体の流れの速さをｖとすると、流れ
の順方向の超音波の伝搬速度は（ｃ＋ｖ）、逆方向の伝
搬速度は（ｃ−ｖ）となる。振動子２と３の間の距離を
Ｌ、超音波伝搬軸と流路の中心軸とがなす角度をθ、流
れの順方向に発信された超音波の伝搬する時間をｔ₁、
流れの逆方向に発信された超音波の伝搬する時間をｔ₂
とすると、ｔ₁＝Ｌ／（ｃ＋ｖｃｏｓθ）（１）ｔ₂＝Ｌ／（ｃ−ｖｃｏｓθ）（２）となる。（１）式、（２）式より流速ｖを求めると、ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／ｔ₁−１／ｔ₂）（３）となり、Ｌとθが既知ならｔ₁、ｔ₂を計測して流速ｖが
求められる。ここで、流路断面積をＳ、補正係数をＫと
すれば、流量ＱはＱ＝Ｋ・Ｓ・ｖ（４）となる。式（３）、（４）から明らかなように、伝搬時
間を求めることにより流量Ｑが求められる。

【００２２】ここで、微少な流速まで検知しようとした
場合、ｔ₁、ｔ₂の検出精度を高める必要があるが、単発
現象として計測した場合には精度を上げるのが難しいた
め、送受信を複数回繰り返してトータル時間を計測し
て、平均化することにより精度確保する方法が、超音波
計測では一般的に取り入れられており、シングアラウン
ド法と呼ばれている。シングアラウンド法において、設
定された繰り返し回数をＮ回、流れの順方向、逆方向の
伝搬時間の合計値をＴ₁、Ｔ₂とすれば、伝搬時間ｔ₁、
ｔ₂はＴ₁、Ｔ₂を回数平均すれば求めることができる。
よって、式（３）を変形して、式（５）から流速ｖを求
めることができる。ｖ＝Ｎ（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／Ｔ₁−１／Ｔ₂）（５）以下、シングアラウンド法を前提として説明を進める。

【００２３】次に、計測手段９における計測手順につい
て図２を用いて説明する。先に述べた通り、計測手順に
は通常計測手順と探索計測手順のふたつがあるが、動作
的にはほぼ同じであるため、まず、共通する事柄に関し
て説明する。トリガ手段１２が、繰り返し手段７に対し
て、繰り返し計測の開始信号を出力する（ＳＴＥＰ１）
ともに、回数設定手段１３により、繰り返し計測の回数
が設定される（ＳＴＥＰ２）。切換手段６は、第１振動
子２を送信手段４に、第２振動子３を受信手段５に接続
して、超音波を流れの順方向に送信した伝搬時間を計測
する体制を取る（ＳＴＥＰ３）。それと同時に、伝搬時
間計測手段８で、送受信に要した時間の計測が開始され
ると共に（ＳＴＥＰ４）、送信手段４から送信信号が出
力される（ＳＴＥＰ５）。受信手段５で受信１回が終了
する毎に（ＳＴＥＰ６）、繰り返し手段７は送受信の回
数をカウントし（ＳＴＥＰ７）、予め定められた繰り返
し回数に達するまでは（ＳＴＥＰ８）、再度ＳＴＥＰ５
から７の動作を繰り返す。繰り返し手段７で予め設定さ
れた回数の送受信が終了すると（ＳＴＥＰ８）、伝搬時
間計測手段８は流量演算手段１４に対して、流れの順方
向の伝搬時間の合計値Ｔ₁を出力する（ＳＴＥＰ９）。

【００２４】つづいて、トリガ手段１２から、切換手段
６に対して送受信の切換指示がなされる（ＳＴＥＰ１
０）と共に、回数設定手段１３により繰り返し計測の回
数が設定される（ＳＴＥＰ１１）。これを受けて、切換
手段６は、第１振動子２を受信手段５に、第２振動子３
を送信手段５に接続して、超音波を流れの逆方向に送信
した伝搬時間を計測する体制を取る（ＳＴＥＰ１２）。
それと同時に、伝搬時間計測手段８で、送受信に要した
時間の計測が開始されると共に（ＳＴＥＰ１３）、送信
手段４から送信信号が出力される（ＳＴＥＰ１４）。受
信手段５で受信１回が終了する毎に（ＳＴＥＰ１５）、
繰り返し手段７は送受信の回数をカウントし（ＳＴＥＰ
１６）、予め定められた繰り返し回数に達するまでは
（ＳＴＥＰ１７）、再度ＳＴＥＰ１４から１６の動作を
繰り返す。繰り返し手段７で予め設定された回数の送受
信が終了すると（ＳＴＥＰ１７）、伝搬時間計測手段８
は流量演算手段１４に対して、流れの順方向の伝搬時間
の合計値Ｔ₂を出力する（ＳＴＥＰ１８）。以上のよう
に求めた順方向、逆方向の伝搬時間を基に、流量演算手
段９では式（５）、（４）を用いて流量Ｑを求める（Ｓ
ＴＥＰ１９）。

【００２５】次に、通常計測手順と探索計測手順の関係
について説明する。両者の違いは、繰り返し手段７に設
定する計測繰り返し回数である。繰り返し手段７に設定
する回数を多くすれば、平均化効果により精度を高める
ことができる。特に、脈動が発生しているような条件下
では、繰り返し回数を高める程、真値に近づけることが
できる。逆に、繰り返し回数を少なくすれば、脈動の影
響をより強く受けるため、真値とかけ離れた値となる確
率が高くなる。よって、逆にこの性質を利用して、脈動
の発生を検知することが可能である。そこで、正確な流
量を求めるに必要なだけの繰り返し回数で流量を求める
手順を通常計測手順、そこで求められる流量を実流量、
脈動の有無を判定するために、少ない繰り返し回数で流
量を求める手順を探索計測手順、そこで求められる流量
を探索流量と称し、両者の値の差分を脈動判定の材料と
して利用する。例えば、周波数が５０Ｈｚ（周期が２０
ｍｓ）の脈動が発生しているものとし、繰り返し計測１
回あたりの所用時間を０．５ｍｓ、通常計測手順におけ
る繰り返し計測回数が５００回、探索計測手順における
繰り返し計測回数を１０回とすると、通常計測手順で
は、繰り返し計測の所用時間が２５０ｍｓであり、脈動
周期より十分長い時間であるため、この間で、流速が有
る程度平均化されている。一方、探索計測では、所用時
間が５ｍｓであり、脈動周期よりも短いため、真値から
は外れた値となる確率が高い。よって、両者の差分の大
小により脈動の有無を判断する。

【００２６】次に、変動検出手段における脈動有無の具
体的判定方法について図３を用いて説明する。１秒経過
する毎に（ＳＴＥＰ２０）、通常計測手順に従って、計
測手段９が駆動される（ＳＴＥＰ２１）。なお、ＳＴＥ
Ｐ２１の動作は図のＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ１８に相当
するので、１つのＳＴＥＰとして表現し、詳細な説明は
省略し、要点のみ説明する。ＳＴＥＰ２１で繰り返し手
段７に設定される繰り返し回数は、十分な精度を得るた
めに大きな値（例えば５００回）が用いられる。ＳＴＥ
Ｐ２１で計測した伝搬時間を用いて流量演算手段１４で
実流量Ｑｓｔｄを求める（ＳＴＥＰ２２）。つづいて、
探索計測手順に従って、計測手段９が駆動される（ＳＴ
ＥＰ２３）。なお、ＳＴＥＰ２３の動作は図のＳＴＥＰ
１からＳＴＥＰ１８に相当するので、１つのＳＴＥＰと
して表現し、詳細な説明は省略し、要点のみ説明する。
ＳＴＥＰ２３で繰り返し手段７に設定される繰り返し回
数は、圧力変動を検出するのが主目的であるため小さな
値（例えば１０回）が用いられる。ＳＴＥＰ２３で計測
した伝搬時間を用いて流量演算手段１４で探索絵流量Ｑ
ｓｅｒを求める（ＳＴＥＰ２４）。次に、差分検出手段
１３で、実流量ＱｓｔｄとＱｓｅｒの差分Δを式（６）
を用いて求める（ＳＴＥＰ２５）。

【００２７】Δ＝Ｑｓｅｒ−Ｑｓｔｄ（６）通常計測と探索計測は、時間的には僅かな間隔しか置い
ていないので、通常はΔの値はほぼ０に等しいが、脈動
発生時には大きな値を取りうる。変動検出手段１６は、
Δの推移から脈動の有無を判断する。すなわち、計時手
段１７が予め定められた時間を計測していて、この時間
が経過すると（ＳＴＥＰ２６）、平均化手段１８でΔの
絶対値の平均値が算出される（ＳＴＥＰ２７）。ここ
で、求めた平均値と、判定基準値とを比較手段１９で比
較して（ＳＴＥＰ２８）、平均値が判定基準値より大き
ければ、脈動ありと判断し（ＳＴＥＰ２９）、逆に、小
さければ、脈動なしと判断する（ＳＴＥＰ３０）。この
場合、実流量と探索流量の差分を判断基準にしたことに
より、流量の大小とは無関係に脈動を容易に検出するこ
とができる。変動検出手段１６の判断結果は、時刻、流
量、変化量などと共に、使用履歴記憶手段２０に記憶さ
れる。使用履歴記憶手段に記録されたデータは、使用状
況の把握や、故障解析に利用される。例えば、脈動の頻
度が大きい家庭に対しては、変動原因となっている器具
に変動吸収装置を設置するなどの対策を施すことにより
流量計の誤計測や他の器具への影響を低減することが可
能となる。

【００２８】以上のように、差分検出手段で実流量と探
索流量の差分を求め、その差分の推移から変動検出手段
が、脈動の有無を判断しているため、別構造の圧力セン
サを用いて直接圧力を検出することなく、また、流量と
は無関係に脈動が発生しているかどうかの判断を行うこ
とが可能となる。

【００２９】なお、探索流量は、繰り返し回数が少なく
精度的には問題があるため積算値には用いず、脈動の検
出にのみ利用する。計測周期をＴ秒とし、ある時間での
実流量値がＱｓｔｄ１［Ｌ／ｈ］とすれば、Ｔ秒間の通
過流量は、Ｑｓｔｄ１×Ｔ／３６００［Ｌ］と求めるこ
とができ、この値を通常計測手順毎に加算することによ
り、積算値を求めることができる。探索流量は、積算値
には影響を与えないので、探索計測時の計測繰り返し回
数は低く抑えることができる。よって、積算値の精度を
落とさず、かつ少ない電力で、脈動の検出が可能であ
る。

【００３０】（実施例２）図４は、本発明の第２の実施
例における流量計測装置のブロック図５、６は同装置の
変動検出手段の動作を説明するフローチャートである。
図４において、実施例１の図１と異なるところは、変動
検出手段１６の構成であり、差分検出手段１５の出力と
監視期間開始のトリガレベルと比較する第１比較手段２
２、監視期間を計測する監視期間計時手段２３、監視期
間中の差分検出手段１６の出力絶対値の平均値を求める
平均化手段１８、平均化手段１８の出力と脈動発生基準
値を比較する脈動発生判定手段１９、差分検出手段１５
の出力と脈動停止の判定値を比較する第２比較手段２
４、脈動停止の時間条件をカウントする安定時間計時手
段２５とで構成されている。

【００３１】Δは脈動発生時のみならず、流体の使用量
が変化した場合にも大きな値を取り得る。流体の使用量
が変化した場合、脈動が発生していなければ、差分出力
が大きな値を取るのは単発的な現象であり、以後はΔの
値はほぼ０に近付く。よって、Δが大きな値を取った時
点を起点として、それ以降のΔの推移を監視して、更に
Δが大きな値をとり続けているならば、脈動が発生して
いるものと判断することができる。

【００３２】次に、脈動発生の判定方法の具体例につい
て図５を用いて説明する。１秒経過する毎に（ＳＴＥＰ
３２）、通常計測手順に従って、計測手段９が駆動され
る（ＳＴＥＰ３３）。ＳＴＥＰ３３以降ＳＴＥＰ３７ま
では実施例１における図のＳＴＥＰ２１からＳＴＥＰ２
６までと同等であるため説明は省略する。監視期間開始
までは（ＳＴＥＰ３８）、計測周期毎に差分Δを算出す
る処理を繰り返す（ＳＴＥＰ３２〜ＳＴＥＰ３９）。Δ
の絶対値を第１比較手段２２により監視期間開始のトリ
ガレベルであるＱｓｔｒと比較処理を行い、Ｑｓｔｒを
超えると（ＳＴＥＰ３９）、監視期間計時手段２３で監
視期間の計時を開始する（ＳＴＥＰ４０）。監視期間中
は、ＳＴＥＰ３７でΔを算出する毎に、平均化手段１８
でΔの絶対値の加算処理を行う（ＳＴＥＰ４２）。監視
期間が終了すると（ＳＴＥＰ４１）、平均化手段１８で
監視期間中のΔの平均値を求める（ＳＴＥＰ４３）。こ
こで求めた平均値は脈動発生判定手段１９により、脈動
発生判定基準値であるＱｓｔｒとの比較処理を行い、Δ
がＱｓｔｒを超えれば、脈動ありと判断し（ＳＴＥＰ４
５）、ΔがＱｓｔｒを超えなければ脈動なしと判断する
（ＳＴＥＰ４６）。なお、ＳＴＥＰ３９における監視期
間開始のトリガレベルとＳＴＥＰ４４における脈動発生
判定基準値を同じ値としているが、異なる値であっても
構わない。以上のように、変動検出手段が、差分検出手
段の出力絶対値が所定値を超えた後に一定時間の監視期
間を設けると共に、監視期間内の差分検出手段の出力に
より脈動の発生を判断することにより、流量変動発生時
に、変動要因が使用量の変動によるものか脈動によるも
のかの識別が可能となり、脈動発生判定の精度が向上す
る。

【００３３】また、別の例として、ΔがＱｓｔｒを超え
た後、監視期間を開始するまで遅延を置く構成であって
も良い。使用量が緩やかに変化を続けた場合には、Δの
値が常に大きくなる場合に誤って脈動と判断する場合も
あり得るが、この構成の場合には、使用量が変化してか
ら流量が安定するまでの間は不感期間として、脈動発生
判定を行わないため、使用量変化を脈動と誤認識するこ
とがないので、脈動発生判定の精度が更に向上する。

【００３４】また、別の例として、監視期間中に、計測
手順の動作周期を短縮する構成を取っても良い。この場
合、監視期間中のみわずかに、動作時間を増やすだけな
ので、消費電力を大幅に増やすことなく、脈動発生の判
定時間を短縮することができる。

【００３５】また、別の例として、監視期間中は、１回
の通常計測実行後の、探索計測の実行回数を１回から複
数回に切り換えることにより、探索計測の動作頻度を高
める構成であっても良い。この場合、脈動発生時には、
探索計測値が大きくばらつくため、より的確に、かつ、
監視期間中のみわずかに、動作時間を増やすだけで、脈
動の判断が可能となる。

【００３６】次に、一旦、脈動発生を判定した後に、脈
動停止を判断する方法について説明する。脈動動が続い
ている間は、Δの値は大きいが、脈動が停止すれば、こ
の値は小さくなる。そこで、差分Δの絶対値と判定値Ｑ
_end（Ｑ_str＞Ｑ_end）の比較処理を行い、Δの絶対値が
判定値Ｑ_endを下回ってから一定時間、Δの値が小さけ
れば脈動が停止したものと判断できる。

【００３７】次に、脈動停止の具体的判定方法について
図６を用いて説明する。図６において、ＳＴＥＰ４７か
らＳＴＥＰ５２までは図のＳＴＥＰ３２からＳＴＥＰ３
７と同様であるので、説明は省略する。変化量Δの絶対
値と判定値Ｑ_endの比較処理を行い（ＳＴＥＰ５３）、
判定値を下回っていれば、判定値を下回るのが初めてか
どうかをチェックし（ＳＴＥＰ５４）、初めての場合に
は安定時間計時手段２５が所定時間Ｔ_endの計時を開始
する（ＳＴＥＰ５５）。所定時間内は、同様の処理を繰
り返し、所定時間経過した場合には（ＳＴＥＰ５６）、
脈動が停止したものと判断する（ＳＴＥＰ５７）。ま
た、差分Δが判定値を超えた場合には、計時を停止する
（ＳＴＥＰ５８）とともに、過去に判定値を超えたかど
うかの記憶は廃棄される（ＳＴＥＰ５９）。そのため、
次に、判定値を下回った場合には、初めて判定値を下回
ったと判断される（ＳＴＥＰ５４）。

【００３８】以上のように、定められた時間を超えて差
分検出手段の出力絶対値が所定値を下回ると脈動の停止
と判断するようにしたことにより、流量が安定した状態
が長く続いた場合に脈動の停止と判断できるので、電子
回路に大きな負荷の掛からない単純な数値計算を用い
て、脈動の停止を判断することが可能となる。

【００３９】上記のような脈動発生および停止の判断を
行うことにより、その結果を計測手順に反映させてより
計測精度を高めることが可能である。実施例１で説明し
た通り、伝搬時間計測手段８による計測値は、動作時間
の変動を平均化した値となる。動作時間を延長すること
により、その間に含まれる波数が増えるため、一般的に
は、平均化効果が高められ、計測値は真値に近づく。一
方、実施例１で説明したように、計測装置自体の動力源
は電源であるから動作時間を延長するということは、消
費電力の増大に繋がるので、いたずらに延長するのは好
ましくない。よって、脈動発生時のみ、動作時間を延長
し、脈動のない時には、短時間で正確な値を得られる構
成をとる必要がある。そこで、変動検出手段１６の判定
結果に従って、回数設定手段１３が動作時間それも消費
電力を律則する通常計測手順の動作時間、すなわち、繰
り返し回数を設定する構成を取っている。以下、具体的
動作について説明する。

【００４０】回数設定手段１３は、通常計測手順におけ
る計測繰り返し回数の初期値Ｎを設定して計測を実行
し、上記の方法を用いて、変動検出手段１６により脈動
発生の判定を行う。脈動の発生を判断した場合には、回
数設定手段１３は、通常計測手順の繰り返し回数を初期
値のＮから２Ｎに変更する。繰り返し回数変更後、再
び、脈動の発生を判断した場合には、設定値を３Ｎとす
る。以下、同様に、繰り返し回数を変更する毎に脈動の
発生を判定し、脈動が発生していれば、繰り返し回数を
延長している。繰り返し回数を変更することにより動作
時間内の変動波形の波数が増えるため、平均化効果が高
まり、脈動の影響の小さい設定値に設定することができ
るため、正確な流量値を得ることが可能となる。

【００４１】以上のように、一連の計測手順の動作時間
を設定する動作時間設定手段を備え、脈動の発生を判断
する毎に、通常計測手順の動作設定時間を逐次延長する
ようにしたことにより、脈動発生時であっても平均化効
果のため、脈動の影響の小さい計測が可能となる。

【００４２】一方、変動検出手段１６で、脈動の停止を
検出した場合には、回数設定手段１３が繰り返し回数を
逐次減少させる。例えば、脈動の発生を検出して、繰り
返し回数を４Ｎまで変更した後、流量が安定したものと
する。この場合には、脈動が停止したものと判断して、
繰り返し回数を３Ｎに変更する。以下、同様に、新たな
繰り返し回数において、脈動の停止が判断される毎に、
繰り返し回数をＮずつ短縮する。以上のように、脈動が
発生していなければ、繰り返し回数が低く抑さえられる
ので、消費電力の小さな計測が可能となる。

【００４３】以上のように、通常計測手順の動作時間を
設定する動作時間設定手段を備え、脈動の停止を判断す
る毎に、設定時間を逐次短縮するようにしたことによ
り、脈動が小さい場合には、消費電力の少ない計測が可
能となる。

【００４４】以上のような構成を取ることにより、最終
的には、脈動の発生、停止、いずれの事象も発生しない
最適な動作時間に収束させることができる。

【００４５】なお、脈動の発生および停止を判断する差
分Δの判定値は流量にかかわらず、固定としたが、流量
が大になるに従って、大きくなるようにしても良い。こ
の場合、流量値が大きくなるに従って、脈動と判断され
る頻度が小さくなる。同一レベルの脈動であっても、小
流量の方が大流量に比べて、脈動から受ける影響が大き
いが、この構成においては、影響の小さい大流量発生時
に、無駄な消費電力を増やすことがなくなるため、より
消費電力の小さい計測が可能となる。

【００４６】（実施例３）図７は、本発明の第３の実施
例における流量計測装置のブロック図、図８は同装置の
計測手段の動作を説明するフローチャートである。

【００４７】本実施例では、実施例２で説明した動作時
間設定手段の別の構成例について説明する。図７で実施
例１の図２と異なるのは、少ない繰り返し回数（例えば
１０回）の正逆両方向の繰り返し計測を更にＫ回連続し
て行って、これを一連の計測手順とした点であり、具体
的には、計測手段９に順方向のＫ回の伝搬時間を加算す
る第１加算手段２３、逆方向のＫ回の伝搬時間を加算す
る第２加算手段２４で構成される加算手段２２を設け、
更に計測制御手段１０にセットするセット数設定手段２
５を設けている点である。

【００４８】次に、動作、作用について説明する。図７
において、図２と同様の部分については詳細な説明は省
略し、異なる部分についてのみ説明する。

【００４９】計測手段１０内部のトリガ手段１２が、繰
り返し手段７に対して、計測の開始信号を出力する（Ｓ
ＴＥＰ６０）と共に、セット数設定手段により計測セッ
ト数が設定されて（ＳＴＥＰ６１）、一連の計測手順が
開始される。以後、ＳＴＥＰ６２からＳＴＥＰ６９まで
は、図２のＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ９と同様であるので説
明は省略する。ＳＴＥＰ７２で出力された１回目の伝搬
時間Ｔ１１は第１加算手段２３に加算される（ＳＴＥＰ
７０）。その後、計測制御手段１０から、切換手段６に
対して送受信の切換指示がなされる（ＳＴＥＰ７１）。
以後、ＳＴＥＰ７２からＳＴＥＰ７９までは、図２のＳ
ＴＥＰ１１から１８と同様であるので説明は省略する。
ＳＴＥＰ７９で出力された１回目の流れと逆方向の伝搬
時間Ｔ２１は第２加算手段２４に加算される（ＳＴＥＰ
８０）。以上の正逆両方向の伝搬時間計測が終わると、
これを１セットと数えて、１セットの計測が終わる毎
に、繰り返し手段７はこのセット数をカウントする（Ｓ
ＴＥＰ８１）。ここで、予め定めたセット数が終わるま
では（ＳＴＥＰ８２）、ＳＴＥＰ６２に戻り、再度、送
受信を切り換えて（ＳＴＥＰ６３）、同様の処理を繰り
返す。予め定めたＫセットの計測が終了すると（ＳＴＥ
Ｐ８２）、一連の計測手順は終了し、この時、加算手段
２２から正逆両方向の伝搬時間の合計値が流量演算手段
１１に出力され、流量演算手段１１で流量を求める（Ｓ
ＴＥＰ８６）。

【００５０】第１加算手段２３で求めた値をＴ_1K、第２
加算手段２４で求めた値をＴ_2Kとすれば、流速ｖはｖ＝Ｎ・Ｋ・（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／Ｔ_1K−１／Ｔ_2K）（７）式（７）で求められる。流量演算手段１１は、式（７）
と式（４）を用いて流量Ｑを求める。以降の差分Δおよ
び、脈動の判定手順については、先の実施例１および２
と同様であるため、省略する。脈動判定を行った後の、
動作時間の延長および短縮の方法が実施例２とは異な
る。本実施例において、動作時間の延長は、セット数設
定手段２５により実現する。変動検出手段１６で圧力変
動の発生を判断する毎に、セット数設定手段２５は繰り
返し回数１０回を固定したままで、セット数Ｋを２Ｋ、
３Ｋ、４Ｋと逐次延長し、逆に、圧力変動の停止を判定
する毎に、４Ｋ、３Ｋ、２Ｋ、Ｋと逐次短縮する。以上
のセット数を増加させる方法であっても、実施例２同
様、平均化の効果により流量値が真値に近づくことは言
うまでもない。

【００５１】お、実施例１〜２において超音波流量計を
例として説明したが、もちろん、これに限るものではな
く、例えば、熱線式のフローセンサを用いて、間欠的に
計測動作を行うものであっても同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。また、流体の種類は気体のみなら
ず、液体であっても同様の効果がえられることもいうま
でもない。

【００５２】また、実施例１から３の流量計測装置の手
段全てもしくは一部はマイコン等を用いたプログラムと
して実現している。そのため、これらの機能を容易に実
現できると共に、記録媒体に記録したり通信回線を用い
てプログラムを配信したりすることでプログラムの配布
が簡単にできる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、別
構造の圧力センサを用いて直接圧力を検出することな
く、また、流量とは無関係に脈動が発生しているかどう
かの判断を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における流量計測装置のブロ
ック図

【図２】同装置の計測手段の動作を説明するフローチャ
ート

【図３】同装置の変動検出手段の動作を説明するフロー
チャート

【図４】本発明の実施例２における流量計測装置のブロ
ック図

【図５】同装置の変動検出手段の脈動発生の判断方法を
説明するフローチャート

【図６】同装置の変動検出手段の脈動停止の判断方法を
説明するフローチャート

【図７】本発明の実施例３における流量計測装置のブロ
ック図

【図８】同装置の計測手段の動作を説明するフローチャ
ート

【図９】従来の流量計測装置のブロック図

【符号の説明】９計測手段１０計測制御手段１１周期設定手段１３回数設定手段（動作時間設定手段）１４流量演算手段１５差分検出手段１６変動検出手段２１積算手段２５セット数設定手段（動作時間設定手段）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】間欠的に一連の定められた計測手段に従
って流体の流量と相関のある圧力以外の物理量を計測す
る計測手段と、前記計測手段の動作を動作時間の長い通
常計測手順と前記動作時間の短い探索計測手順とのふた
つで切り換えて使用する計測制御手段と、前記計測手段
の出力から流体流量を求める流量演算手段と、前記通常
計測手順で求めた流量値と前記探索計測手順により求め
た流量値との差分を求める差分検出手段と、前記差分検
出手段の出力から脈動の発生または停止を判断する変動
検出手段とを備えた流量計測装置。
【請求項２】通常計測手順により求めた流量のみを用
いて積算流量を求める積算手段を備えた請求項１記載の
流量計測装置。
【請求項３】変動検出手段は、差分検出手段の出力絶
対値が所定値を超えた後に一定時間の監視期間を設ける
と共に、監視期間内の差分検出手段の出力により脈動の
発生を判断する請求項１記載の流量計測装置。
【請求項４】監視期間の開始前に所定の不感期間を設
け、不感期間中は脈動発生の判断を停止する請求項３記
載の流量計測装置。
【請求項５】監視期間中は、計測制御手段が計測手順
の間欠計測周期を短縮する請求項３記載の流量計測装
置。
【請求項６】監視期間中は、計測制御手段が探索計測
手順の動作頻度を高める請求項３記載の流量計測装置。
【請求項７】変動検出手段は、定められた時間を超え
て差分検出手段の出力絶対値が所定値を下回ると脈動の
停止と判断する請求項１記載の流量計測装置。
【請求項８】計測制御手段は、一連の定められた計測
手順の動作時間を設定する動作時間設定手段を備え、脈
動の発生を判断する毎に、通常計測手順の動作設定時間
を逐次延長する請求項１記載の流量計測装置。
【請求項９】計測制御手段は、一連の定められた計測
手順の動作時間を設定する動作時間設定手段を備え、脈
動の停止を判断する毎に、通常計測手順の動作設定時間
を逐次短縮する請求項８記載の流量計測装置。
【請求項１０】流量演算手段の出力が大きくなるに従
って、変動検出手段で定める脈動の発生または停止を判
定する判定基準値を大きくした請求項１記載の流量計測
装置。
【請求項１１】請求項１から１０のいずれか１項記載
の流量計測装置の手段全てもしくは一部の動作をコンピ
ュータに実行させるための流量計測プログラム。