JP3666725B2 - 流量計測方法及び装置並びに電子式ガスメータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスのような流体の流量を計測する流量計測方法及び装置、並びに、流体としてのガスの流量を計測して積算し積算流量を表示する電子式ガスメータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の装置として、例えば特公平7−119638号公報において提案されている超音波式流量計測装置が知られている。提案の装置は、ガス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有し、一方のトランスジューサの発生する超音波信号を他方のトランスジューサに受信させる動作を交互に行って、超音波信号がトランスジューサ間でガス流方向とガス流方向と逆方向に伝搬される時間をそれぞれ計測し、この計測した2つの伝搬時間に基づいてガス流路内を流れているガスの流速を間欠的に求め、この流速にガス流路の断面積を乗じて瞬時流量を求める演算処理を行うようになっている。この瞬時流量に間欠的な計測時間、すなわちサンプリング周期を乗じて通過流量を求め、更にこの通過流量を積算して求めた積算流量を表示することによって、電子式ガスメータを構成することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の流量計測では、サンプリング周期は、ガス流路内のガス流の有無に関係なく予め定められた一定の関数にて決定されていた。このため、ガス流路内にガス流があってそれに変動が生じているときと、夜間などのようにガス流が存在しないときを区別せず、同じサンプリング周期で計測を行うことが行われていた。なお、ガス流の変動は、例えばGHP(ガスヒートポンプ)の場合に生じ、その使用によってガス圧に約15mmH2 Oの変動を10〜20Hzの周波数で生じさせてガス流に脈流が重畳するようになり、脈動となる。
【0004】
このため、ガス流路内にガス流があってそれに脈動が生じているときには、サンプリング周期が長すぎて変動した流量を十分に捕捉することができず、計測精度が上がらないという問題がある。
【0005】
このような問題を解決するには、サンプリング周期を常に小さくすればよいが、このようにすると消費電力が多くなってしまい、電池を電源とした電子式ガスメータの場合には、電池を交換しなければならなくなる期間が短くなるという新たな問題を生じるようになる。また、夜間などのようにガス流が存在しないときにも、一定のサンプリング周期にてガス流量の計測を行うようになっているが、実際にガス流量を計測しなくてもよいときにガス流のあるときと同じ多くの電力が消費されるが、このことも電池寿命の観点から好ましくない。
【0006】
一方、脈動が発生した場合でも計測に影響の少ない流量測定を行うことができる従来技術の1つとして、たとえば、特開平9−15006号がある。
【0007】
特開平9−15006号においては、ガス流量計のアナログフローセンサが、取り付けられているガス配管を流れるガスの流量を計測する。また、ガス流量読出手段は、アナログフローセンサから所定の第1サンプリング時間(たとえば、6秒)毎に計測値を読み取りデジタル変換する。また、ガス消費量算出手段は、ガス流量読出手段が読み出したデジタル値から所定期間におけるガスの消費量を算出する。ここで、ガス流量読出手段の平均値演算手段は、第1サンプリング時間に、所定計測時間(たとえば、50msec)内で第2のサンプリング時間(たとえば、50μsec)毎にアナログフローセンサの計測値を読み出しデジタル変換して、その平均値を演算しており、ガス消費量算出手段が、平均値演算手段が演算した平均値を用いてガス消費量を算出しているので、ガス配管で脈動が発生した場合でも、ガス消費量を正確に算出することができる。
【0008】
特に、ガス流量計の近くにガスエンジンヒートポンプが配設されている場合、ガス配管に10〜21Hzの周波数の大きな圧力変動が発生する。しかし、平均値演算手段が、平均値を演算するための計測時間が、ガスエンジンヒートポンプの振動周期の少なくとも1周期分(21Hzに対応する場合約50msec)を含んでいるので、ガスエンジンヒートポンプにより発生する圧力変動がガス流量計に与える影響を排除することができ、ガス流量を正確に算出することができる。ここで、望ましくは、ガスエンジンヒートポンプの最長振動周期である10Hzに対応できるように計測時間として、100msec以上あるとさらに良い。また、圧力変動周期推定手段は、アナログフローセンサの出力から圧力変動の周期を推定する、そして、所定計測時間が、圧力変動周期推定手段が推定した圧力変動の周期の1周期分、またはその倍数を採用すると良い。そうすると、配管に実際に配設されているガスエンジンヒートポンプによる振動の影響を排除することができる。
【0009】
しかし、特開平9−15006号に記載の技術でも、まだ次のような問題点が残っている。すなわち、脈動周期は常に一定とは限らないので、固定された第1サンプリング時間と固定された第2サンプリング時間では、異なる脈動周期に対して平均流量を常に正確に求めることができない。
【0010】
よって本発明は、上述した状況に鑑み、脈動などによって変化する流体の流量を間欠的な計測によっても消費電力を増大することなく精度良く計測できる流量計測方法及び装置を提供することを課題としている。
【0011】
また、本発明は、上述した状況に鑑み、間欠的な計測によって推定計測したガスの通過流量を積算して表示するようにした電子式ガスメータにおいて、脈動などによって変化する流体の流量を間欠的に計測しても消費電力を増大することなく精度良く計測し、通過流量の誤差を低減してガス使用量を正確に積算表示できるようにした電子式ガスメータを提供することを課題としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため成された請求項1記載の発明は、流体の流量を間欠的に計測する流量計測方法において、
予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期T2を推定する第1のステップ(S2,S3,S4,S5,S6)と、
推定された脈動周期T2から第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求める第2のステップS7と、
求められた第2のサンプリング周期T3で上記脈動周期T2の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測する第3のステップS8と、
上記脈動周期T2の整数倍の期間の間計測された計測データから平均流量を求める第4のステップ(S11,S12,S13)とからなる、
ことを特徴とする流量計測方法に存する。
【0013】
請求項1記載の流量計測方法においては、予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた流量データに基づいて流量の脈動周期T2を推定し、推定された脈動周期T2から第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求め、求められた第2のサンプリング周期T3で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、脈動周期T2の整数倍の期間の間計測された計測データから平均流量を求めている。
【0014】
上記課題を解決するため成された請求項2記載の発明は、請求項1記載の流量計測方法において、前記第1のステップ(S2,S3,S4,S5,S6)は、
予め決められた第1のサンプリング周期T1で流量をサンプリングして計測し、計測データD(n)を得るステップS2と、
計測データの変化量ΔD(n)=D(n−1)−D(n)を求めるステップS3と、
変化量が、条件ΔD(n−2)<ΔD(n−1)>ΔD(n)が成立する場合、周波数カウンタの周波数カウント値fcを1だけインクリメントするステップS4と、
条件ΔD(n−2)<ΔD(n−1)>ΔD(n)が成立する場合の繰り返し数が所定数R1に達したか否かを判定し、その答がノーならば、作業を測定データD(n)を得るステップS2に戻すステップS5と、
繰り返し数が所定数R1に達したか否かを判定するステップS5の答がイエスならば、脈動周波数f1(=周波数カウント値fc/(サンプリング周期T1×繰り返し数R1))を求めるステップS6と、
を含むことを特徴とする流量計測方法に存する。
【0015】
請求項2記載の流量計測方法においては、第1のステップ(S2,S3,S4,S5,S6)は、予め決められた第1のサンプリング周期T1で流量をサンプリングして計測し、計測データD(n)を得るステップS2と、計測データの変化量ΔD(n)=D(n−1)−D(n)を求めるステップS3と、変化量が、条件ΔD(n−2)<ΔD(n−1)>ΔD(n)が成立する場合、周波数カウンタの周波数カウント値fcを1だけインクリメントするステップS4と、条件ΔD(n−2)<ΔD(n−1)>ΔD(n)が成立する場合の繰り返し数が所定数R1に達したか否かを判定し、その答がノーならば、作業を測定データD(n)を得るステップS2に戻すステップS5と、繰り返し数が所定数R1に達したか否かを判定するステップS5の答がイエスならば、脈動周波数f1(=周波数カウント値fc/(サンプリング周期T1×繰り返し数R1))を求めるステップS6とを含んでいる。
【0016】
上記課題を解決するため成された請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の流量計測方法において、前記第3のステップS8で計測された前の流量に対する現在の流量の流量変化が、予め決められたしきい値以上か否かを判定する第5のステップS10を含み、予め決められたしきい値以上であれば、前記第1のステップ(S2,S3,S4,S5,S6)に戻り、予め決められたしきい値以上でなければ、前記第4のステップ(S11,S12,S13)に進む、
ことを特徴とする流量計測方法に存する。
【0017】
請求項3記載の流量計測方法においては、第3のステップS8で計測された前の流量に対する現在の流量の流量変化が、予め決められたしきい値以上か否かを判定する第5のステップS10を含み、予め決められたしきい値以上であれば、前記第1のステップ(S2,S3,S4,S5,S6)に戻り、予め決められたしきい値以上でなければ、前記第4のステップ(S11,S12,S13)に進む。
【0018】
上記課題を解決するため成された請求項4記載の発明は、図1(a)の基本構成図に示すように、流体の流量を間欠的に計測する流量計測装置において、
予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期T2を推定する脈動周期推定手段14a−1と、
推定された脈動周期T2から第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求めるサンプリング周期決定手段14a−2と、
求められた第2のサンプリング周期T3で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データから平均流量を求める流量計測手段14a−3と
を備えたことを特徴とする流量計測装置に存する。
【0019】
請求項4記載の流量計測装置においては、脈動周期推定手段14a−1が、予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期T2を推定する。サンプリング周期決定手段14a−2は、推定された脈動周期T2から第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求める。流量計測手段14a−3は、求められた第2のサンプリング周期T3で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、計測データを平均化して平均流量を求める。
【0020】
上記課題を解決するため成された請求項5記載の発明は、図1(b)の基本構成図に示すように、ガスの流量を間欠的に計測する流量計測手段14a−3と、間欠的に計測した流量を積算して積算流量を求める流量積算手段14a−4と、求めた積算流量を表示する表示手段15とを有する電子式ガスメータであって、
上記流量計測手段14a−3により予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期T2を推定する脈動周期推定手段14a−1と、
推定された脈動周期T2から上記流量計測手段における第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求めるサンプリング周期決定手段14a−2とを備え、
上記流量計測手段14a−3は、求められた第2のサンプリング周期T3で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データから平均流量を求め、
上記流量積算手段14a−4は、上記流量計測手段14a−3からの平均流量を積算して積算流量を求める
ことを特徴とする電子式ガスメータに存する。
【0021】
請求項5記載の電子式ガスメータにおいては、脈動周期推定手段14a−1は、流量計測手段14a−3により予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた流量データに基づいて流量の脈動周期T2を推定する。サンプリング周期決定手段14a−2は、推定された脈動周期T2から上記流量計測手段における第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求める。流量計測手段14a−3は、求められた第2のサンプリング周期T3で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、計測された流量から平均流量を求め、流量積算手段14a−4は、流量計測手段14a−3からの平均流量を積算して積算流量を求める。表示手段15は、流量積算手段14a−4からの積算流量値を表示する。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0023】
図2は本発明の流量計測方法及び装置を適用して構成した電子式ガスメータの一実施の形態を示している。図示の電子式ガスメータは、超音波型として構成されており、ガスを流すガスメータ中の流路としてのガス流路10内にガス流方向において距離Lだけ離され互いに対向し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TD1及びTD2と、ガス流路10に連通した空所10a内に距離lだけ離れた管壁10bに対向して配置された音響トランスジューサTD3とを有する。ガス流路10には、両音響トランスジューサTD1、TD2の上流側に弁閉によってガス流路10を遮断する遮断弁10cが設けられている。
【0024】
各トランスジューサTD1及びTD2、TD3は、それぞれ、トランスジューサインターフェース(I/F)回路11a及び11bを介して送信回路12及び受信回路13に接続されている。送信回路12は、マイクロコンピュータ(μCOM)14の制御の下で、トランスジューサTD1、TD2のうちの一方のトランスジューサを駆動して超音波信号を発生させる信号をパルスバーストの形で送信し、このための発振回路(図示せず)を内蔵している。受信回路13は、ガス流路10を通過した超音波信号を受信した、トランスジューサTD1、TD2のうちの他方のトランスジューサからの信号を入力して超音波信号を処理する前置増幅器(図示せず)を内蔵している。トランスジューサTD3については、トランスジューサTD1及びTD2に対するとは別のタイミングでμCOM14が送信回路12と受信回路13を制御し、トランスジューサTD3を駆動して超音波信号を発生させるように送信回路12を制御するとともに、同じトランスジューサTD3が管壁10bから反射されてくる超音波信号を受信して発生する信号を入力させるように受信回路13を制御する。
【0025】
なお、μCOM14は、図3に示すように、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット(CPU)14a、CPU14aが行う処理のプログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるROM14b、CPU14aでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるRAM14cなどを内蔵し、これらがバスライン14dによって相互接続されている。
【0026】
μCOM14内のCPU14aは、送信回路12から信号を供給するトランスジューサと受信回路13で超音波信号を受信するトランスジューサとを交互に切り替える制御を行うと共に、2つのトランスジューサ間で交互に送受信した超音波信号の伝搬時間を測ってガス流路10内を流れているガスの流速を間欠的に求めるための流速演算処理の他に、この演算した流速とガス流路10の断面積とに基づいて瞬時流量を求める流量演算処理、演算した瞬間流量に間欠時間を乗じて通過流量を演算する通過流量演算処理、通過流量を積算して積算流量を求める流量積算処理、この流量積算処理によって求めた流量積算値を表示器15に表示させる表示処理を行う。これらはガスメータとしての本来の機能にかかわるものである。
【0027】
上述した構成の電子式ガスメータにおける流量計測の原理を以下に説明する。μCOM14の内蔵するCPU14aは、送信回路12にトリガ信号を出力してパルスバースト信号を発生させ、これをトランスジューサTD1、TD2のうちの一方のトランスジューサに供給させて、この一方のトランスジューサに超音波信号を発生させる。また、一方のトランスジューサから送信された超音波信号を受信する他方のトランスジューサからの信号を受信回路13に受信させ、これに応じて受信回路13が発生する信号を取り込む。その後、μCOM14の内蔵するCPU14aは、超音波信号を発生するトランスジューサと超音波信号を受信するトランスジューサを逆にして同じ動作をもう一度繰り返す制御を行う。そして、μCOM14のCPU14aは、送信回路12にトリガ信号を出力して一方のトランスジューサに超音波信号を発生させて、この超音波信号を受信する他方のトランスジューサが発生する信号を受信回路13を介して取り込むまでの時間T1、T2をそれぞれ測り、この測った時間T1、T2からガス流の流速を後述のようにして求める。
【0028】
また、μCOM14のCPU14aは、トランスジューサTD1、TD2についての制御とは別のタイミングで、トランスジューサTD3についての制御を行い、送信回路12にトリガ信号を出力してパルスバースト信号を発生させ、これをトランスジューサTD3に印加させて、このトランスジューサTD3に超音波信号を発生させる。また、CPU14aは、トランスジューサTD3から送信され管壁10bで反射された超音波信号を受信する同じトランスジューサTD3からの信号を受信回路13に受信させ、これに応じて受信回路13が発生する信号を取り込む。そして、CPU14aは、送信回路12にトリガ信号を出力してトランスジューサTD3に超音波信号を発生させて、この超音波信号の反射の第1波と第2波を受信する同じトランスジューサTD3が発生する信号を受信回路13を介して取り込むまでの時間Tr1、Tr2をそれぞれ測り、この測った時間Tr1、Tr2からガス流路10内と同じ温度、圧力、ガス種であるが、ガス流のない雰囲気における音速を後述のようにして求める。
【0029】
今、静止ガス中での音の伝搬速度(音速)をc、ガス流の流速をvとすると、ガス流の順方向の超音波信号の伝搬速度は(c+v)となる。トランスジューサTD1及びTD2間の距離をLとすると、トランスジューサTD1からの超音波信号がガス流と同じ方向に進んでトランスジューサTD2に到達する時間T1と、トランスジューサTD2からの超音波信号がガス流と逆方向に進んでトランスジューサTD1に到達する時間T2とは、
T1=L/(c+v) (1)
T2=L/(c−v) (2)
となる。(1)、(2)式より
となり、Lが既知であるときには、T1及びT2を計測することによって流速vを求めることができる。
【0030】
なお、T2・T1=L2 /(c+v)・(c−v)=L2 /(c2 −v2 )であり、流速vは音速cに比べて極めて小さな数値であるので、式中のv2 はc2 に比べて極めて小さく無視でき、T2・T1=L2 /c2
とすることができる。そして、上式(3)は最終的には、
と書き直すことができる。ここで、Td=(T2−T1)とすると、
となる。
【0031】
流速vが求められたときには、瞬時流量Qiはガス流路10の既知の断面積をS、物の構造その他によって変化する補正係数をαとすると、
となり、瞬時流量Qiが求められる。ただし、
K=α・S・k (6)
とする。なお、Kは上述の説明から明らかなように、音速、ガス温度、ガス圧力など多くの要素を含んだ補正のための係数である。
【0032】
なお、式(6)中の静止ガス中の音速cについては、図2に示したように、ガス流路10に連通しているが、ガス流路10中のガス流に影響されない静止ガスの空所10a中において、第3の音響トランスジューサTD3から発した超音波信号が管壁10bで反射してトランスジューサに戻ってくるまでの時間を計測し、この時間によってトランスジューサTD3から管壁10bまでの往復距離2lを割ることによって求めることができるので、この計測を適宜行って求めた音速cを用いるようにすればよい。
【0033】
従って、瞬時流量Qiを求める毎に、すなわち、サンプリングする毎に、この流量Qiに前回求めた(サンプリングした)時点からの経過時間(サンプリング間隔時間)を乗じることによって通過流量Qtが求まり、これを積算することによって、積算したガス積算流量Qs、すなわち、ガス供給量(ガス使用量)を求めることができるようになる。そして、この積算流量Qsを表示器15に表示させることによって電子式ガスメータを構成することができる。
【0034】
そこで、本発明は、上述した流量計測の原理に基づいて動作する電子式ガスメータにおいて、計測すべきガスの流量に脈動変化が生じている場合、その脈動周期を推定し、推定された脈動周期に応じて適切なサンプリング間隔を求め、脈動周期が変化しても、それに応じて常に最適なサンプリング周期で計測して平均流量を求めるように動作させるものである。
【0035】
上述の本発明の動作を行うために、μCOM14内のCPU14aは、以下に説明するような処理を行う。またRAM14cには、この処理を行うために、推定される脈動周期を格納する脈動周期格納エリア、決定したサンプリング周期T3を格納するサンプリング周期格納エリアサンプリング計測した流量を格納するサンプリング流量格納エリア、平均流量を格納する平均流量格納エリア、全流量すなわち積算流量を格納する全流量格納エリア、などが形成されている。
【0036】
まず、計測すべきガス流量に図4(a)に示すような脈動がある場合、CPU14aは、ガス流において予想される脈動周期(たとえば、ガス流路中では約10〜20Hz程度の周波数の圧力変動が発生することがあり、この圧力変動の周波数に対応する周期が脈動周期となる)をカバーするように予め決められた第1のサンプリング周期T1(たとえば、10ms)で流量を所定期間計測する。次いで、CPU14aは、得られた計測データに基づいて脈動周期T2を推定する。
【0037】
次いで、CPU14aは、推定された脈動周期T2の間隔に応じて変化する第2のサンプリング周期T3を決定する。この第2のサンプリング期間T3は、推定された脈動周期T2の1/2以下(すなわち、T3=T2/n,ただし、n≧2)になるように決定される。たとえば、図4(a)では、第2のサンプリング期間T3は、推定された脈動周期T2のちょうど1/2に決定されている。
【0038】
次いで、CPU14aは、決定された第2のサンプリング周期T3によるサンプリング計測を脈動周期T2の整数倍の期間、たとえば図4(a)では脈動周期T2の2倍の計測期間、だけ実行する。次いで、CPU14aは、この計測期間内に得られた計測データに基づいて平均値計算を行い、得られた平均値を平均流量値Qmとする。次いで、CPU14aは、平均流量値Qmを前回までの積算流量値に積算し、今回の積算流量値を求め、その積算流量値を表示器15に表示する。
【0039】
一方、計測すべきガス流量に図4(b)に示すような脈動があると仮定すると、この脈動周期は、図4(a)の脈動周期に比べて長くなっている(換言すると、図4(b)の脈動周波数は、図4(a)の脈動周波数よりも低い周波数になっている)。この場合も、CPU14aは、同様に、まず第1のサンプリング周期T1で所定期間計測した計測データに基づいて脈動周期T2′を推定し、次いで、推定された脈動周期T2′の間隔に応じた第2のサンプリング周期T3′を決定する。この第2のサンプリング期間T3′は、推定された脈動周期T2′の1/2以下、たとえば脈動周期T2のちょうど1/2に決定されるが、図4(a)に示す第2のサンプリング期間T3より長くなっている。
【0040】
次いで、CPU14aは、決定された第2のサンプリング周期T3′によるサンプリング計測を脈動周期T2′の整数倍の期間、たとえば脈動周期T2′の2倍の計測期間、の間だけ実行する。次いで、CPU14aは、この計測期間内に得られた計測データに基づいて平均値計算を行い、得られた平均値を平均流量値Qmとする。次いで、CPU14aは、平均流量値Qmを前回までの積算流量値に積算し、今回の積算流量値を求め、その積算流量値を表示器15に表示する。
【0041】
このように、本発明では、計測すべきガスの流量に脈動変化が生じている場合、その脈動周期を推定し、それに応じて適切に可変されるサンプリング間隔を求め、常に最適なサンプリング周期で脈動周期の整数倍の期間の間計測して平均流量を求めるように動作する。したがって、異なる脈動周期を有する脈動が発生しているどのような計測環境に対しても、異なる脈動周期に対応して適切に間隔が変わる第2のサンプリング周期T3で平均流量計測を行うことができ、脈動の影響が低減されかつ計測精度が向上する。また、第2のサンプリング期間T3は、推定された脈動周期T2の1/2以下(すなわち、T3=T2/n,ただし、n≧2)になるように決定されるので、サンプリング回数を低減することができ、従って、計測時の消費電力を低減することができる。
【0042】
また、流体の流れがない場合や流れていても一定流量で変化のない場合には、サンプリング周期が長くなってサンプリング回数が低減するので消費電力が抑えられる。これは、流体の流量を積算する場合、流体が流れていないときには、サンプリング周期が長くても誤差の影響が殆どなく、また流体が流れていても一定流量であれば、サンプリング周期が長くても誤差が少ないからであり、計測精度を損なうことなく、消費電力の削減を図ることができる。
【0043】
以上、流量計測方法及びこの方法を実施する装置、並びに電子式ガスメータの概略動作を説明したが、CPU14aが行う処理の一例を示す図5のフローチャートを参照して、以下その詳細を説明する。
【0044】
CPU14aは、例えば電源投入によって動作を開始し、初期設定される(ステップS1)。次いで、適当な等間隔の第1のサンプリング周期(ガス流において予想される脈動の周期を考慮して設定される)、たとえば10ms以下のサンプリング周期T1で流量D(n)を測る(ステップS2)。次いで、計測したデータの変化量ΔD(n)=D(n−1)−D(n)を求める(ステップS3)。次いで、流量の変化が、条件ΔD(n−2)<ΔD(n−1)>ΔD(n)が成立する場合、CPU14aに内蔵の周波数カウンタ(図示しない)の周波数カウント値fcを1だけインクリメント(+1)する(ステップS4)。
【0045】
次いで、CPU14aは、条件ΔD(n−2)<ΔD(n−1)>ΔD(n)が成立する場合の繰り返しの数が所定数R1に達したか否かを判定する(ステップS5)。この繰り返し数R1は、1脈動周期に対応する2、またはそれ以上の数字が設定される。繰り返し数R1を2以上にすると、1脈動周期以上の期間にわたって計測データが得られるので、脈動周期の推定の精度が上がるが、推定に要する時間がかかりかつ消費電力が増す。
【0046】
ステップS5の答がノーならば、ステップS2に戻り、イエスならば、ステップS6に進む。
【0047】
ステップS6で、脈動周波数f1(=周波数カウント値fc/(サンプリング周期T1×繰り返し数R1))を求める。次いで、第2のサンプリング周期T2(=1/脈動周波数f1×繰り返し数R2=脈動周期T2/繰り返し数R2)を求める(ステップS7)。
次いで、求められた第2のサンプリング周期で繰り返し数R2だけ流量のサンプリング計測を行う(ステップS8)。次いで、遅延を行う(ランダムに遅延時間を決める)(ステップS9)。次いで、流量変化、すなわち、計測したデータの変化量ΔD(n)=D(n−1)−D(n)がしきい値(流量の変化量がある範囲内に入っているかどうかを示す基準値として予め設定されるものであり、流量の変化量がこの値以上に大きく変化した場合は異常とみなす)以上であるか否かを判定する(ステップS10)。
【0048】
ステップS10の答がイエスならば、流量変化が異常であることを表しているので、ステップS2に戻り、脈動周期の推定から作業をやり直す。ステップS10の答がノーならば、ステップS11に進む。
【0049】
ステップS11で、計測された流量の積算を行う。次いで、繰り返し数R2に達したか否かを判定し(ステップS12)、ノーならばステップS8に戻り、イエスならばステップS13に進む。
ステップS13で、平均流量(=積算流量/繰り返し数R2)を求め、次いで作業を終了する。
【0050】
以上、フローチャートを参照して行った動作の説明から明らかなように、予め定めたプログラムに従って動作するμCOM14内のCPU14aは、予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた流量データに基づいて流量の脈動周期T2を推定する脈動周期推定手段14a−1と、推定された脈動周期T2から第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求めるサンプリング周期決定手段14a−2としてそれぞれ働いている。
【0051】
また、μCOM14内のCPU14aは、流体の流量をサンプリング周期によって間欠的に計測する流量計測手段14a−3と、間欠的に計測した流量を積算して積算流量を求める流量積算手段14a−4としてもそれぞれ働いている。
【0052】
また、上述した実施の形態による電子式ガスメータでは、脈動周期推定手段14a−1として働いているCPU14aが、予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた流量データに基づいて流量の脈動周期T2を推定し、サンプリング周期決定手段14a−2として働いているCPU14aが、推定された脈動周期T2から上記流量計測手段における第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求め、流量計測手段14a−3として働いているCPU14aは、求められた第2のサンプリング周期T3で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、計測された流量から平均流量を求め、流量積算手段14a−4として働いているCPU14aは、平均流量を積算して積算流量を求め、その積算流量値を表示手段に表示させ、脈動周期の短い脈動を有する流量計測時には短いサンプリング周期とし、脈動周期の長い脈動を有する流量計測時には長いサンプリング周期とするので、積算流量を求めるための各サンプリング毎の流量を精度よく求めつつ、平均流量を求めることによって脈動の影響をなくし、精度の良い積算流量値を表示することができる。
【0053】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々変形、応用が可能である。
【0054】
たとえば、第2のサンプリング周期T3は、T3=推定された脈動周期T2/nで求められ、実施の形態では図4に示すようにn=2の例を示しているが、これに限らず、2以上の数字にすることができる。なお、nを2以上の数字にすると、サンプリング回数が多くなり計測精度が上がるが消費電力が増すので、計測精度と消費電力の兼ね合いを考慮して設定すると良い。
【0055】
また、実施の形態では、図4では、第2のサンプリング周期T3で脈動周期T2の2倍の期間の間サンプリング計測が行われて平均流量を求める例が説明され、図5のフローチャートでは、1回の脈動周期T2の間サンプリング計測が行われて平均流量を求める例が説明されているが、これらに限らず、脈動周期T2の3倍以上の期間の間、サンプリング計測を行っても良い。なお、このサンプリング計測を行う期間が短いほど上述のnの値を大きくし、サンプリング計測を行う期間が長いほど上述のnの値を小さくするように設定しても良い。
【0056】
また、上述した実施の形態においては、流量測定手段14a−3が超音波式として構成されているが、これはガス流路10中のガスの流速に応じて変化する物理量を間欠的に測定することのできるものであれば、フルイディック式流量計など他の形式のものであっても良い。
【0057】
また、実施の形態では、ガスの流量を計測するようにしているが、本発明の流量計測方法及び装置は、ガス以外の流体の流量を計測するものにも同等に適用することができる。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、異なる脈動周期を有する脈動が発生している計測環境に対して、異なる脈動周期に対応して間隔が変わるサンプリング周期で平均流量計測を行うことができ、脈動の影響が低減され、計測精度が向上する。また、第2のサンプリング期間が脈動周期に応じて適宜に可変設定されるので、サンプリング回数を低減することができ、従って、計測時の消費電力を低減することができる。
【0059】
また、請求項2記載の発明によれば、流量の脈動周期T2を推定する第1のステップが、サンプリング計測データの変化量を所定条件を満足する所定の繰り返し数R1だけ観測することにより、流量の脈動周期T2を推定するようにしているので、精度の良い推定が行われる。また、消費電力の低減等の他の要件を斟酌しながら、繰り返し数R1を大きく設定することによって、さらに精度の良い推定が行われる。
【0060】
また、請求項3記載の発明によれば、前の流量に対する現在の流量の流量変化が、予め決められたしきい値以上か否かを判定し、しきい値以上の場合は、計測異常として作業を脈動周期の推定からやり直すので、精度の良い計測が可能となっている。
【0061】
また、請求項4記載の発明によれば、異なる脈動周期を有する脈動が発生している計測環境に対して、異なる脈動周期に対応して間隔が変わるサンプリング周期で平均流量計測を行うので、脈動などによって変化する流体の流量を間欠的な計測によっても消費電力を増大することなく精度良く計測できる流量計測装置が得られる。
【0062】
さらに、請求項5記載の発明によれば、脈動周期の短い脈動を有する流量計測時には短いサンプリング周期とし、脈動周期の長い脈動を有する流量計測時には長いサンプリング周期とするので、積算流量を求めるための各サンプリング毎の流量を精度よく求めつつ、平均流量を求めることによって脈動の影響をなくし、消費電力を増大することなく精度良く計測し、通過流量の誤差を低減してガス使用量を正確に積算表示できるようにした電子式ガスメータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の流量計測装置、(b)は流量計測装置を組み込んだ本発明の電子式ガスメータの基本構成をそれぞれ示す図である。
【図2】装置及び電子式ガスメータの一実施の形態を示す図である。
【図3】図2中のμCOMの構成を示す図である。
【図4】(a),(b)は、本発明の動作を説明するためのタイミング図である。
【図5】本発明による流量計測方法を実施する図2中のμCOMのCPUが行う処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
14a−1 脈動周期推定手段(CPU)
14a−2 サンプリング周期決定手段(CPU)
14a−3 流量計測手段(CPU)
14a−4 流量積算手段(CPU)
15 表示手段(表示器)
Claims (5)
- 流体の流量を間欠的に計測する流量計測方法において、
予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期T2を推定する第1のステップと、
推定された脈動周期T2から第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求める第2のステップと、
求められた第2のサンプリング周期T3で上記脈動周期T2の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測する第3のステップと、
上記脈動周期T2の整数倍の期間の間計測された計測データから平均流量を求める第4のステップとからなる、
ことを特徴とする流量計測方法。 - 前記第1のステップは、
予め決められた第1のサンプリング周期T1で流量をサンプリングして計測し、計測データD(n)を得るステップと、
計測データの変化量ΔD(n)=D(n−1)−D(n)を求めるステップと、
変化量が、条件ΔD(n−2)<ΔD(n−1)>ΔD(n)が成立する場合、周波数カウンタの周波数カウント値fcを1だけインクリメントするステップと、
条件ΔD(n−2)<ΔD(n−1)>ΔD(n)が成立する場合の繰り返し数が所定数R1に達したか否かを判定し、その答がノーならば、作業を測定データD(n)を得るステップに戻すステップと、
繰り返し数が所定数R1に達したか否かを判定するステップの答がイエスならば、脈動周波数f1(=周波数カウント値fc/(サンプリング周期T1×繰り返し数R1))を求めるステップと、
を含むことを特徴とする請求項1記載の流量計測方法。 - 前記第3のステップで計測された前の流量に対する現在の流量の流量変化が、予め決められたしきい値以上か否かを判定する第5のステップを含み、予め決められたしきい値以上であれば、前記第1のステップに戻り、予め決められたしきい値以上でなければ、前記第4のステップに進む、
ことを特徴とする請求項1または2記載の流量計測方法。 - 流体の流量を間欠的に計測する流量計測装置において、
予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期T2を推定する脈動周期推定手段と、
推定された脈動周期T2から第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求めるサンプリング周期決定手段と、
求められた第2のサンプリング周期T3で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データから平均流量を求める流量計測手段と
を備えたことを特徴とする流量計測装置。 - ガスの流量を間欠的に計測する流量計測手段と、間欠的に計測した流量を積算して積算流量を求める流量積算手段と、求めた積算流量を表示する表示手段とを有する電子式ガスメータであって、
上記流量計測手段により予め決められた第1のサンプリング周期T1で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期T2を推定する脈動周期推定手段と、
推定された脈動周期T2から上記流量計測手段における第2のサンプリング周期T3(=T2/n,ただし、n≧2)を求めるサンプリング周期決定手段とを備え、
上記流量計測手段は、求められた第2のサンプリング周期T3で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データから平均流量を求め、
上記流量積算手段は、上記流量計測手段からの平均流量を積算して積算流量を求める
ことを特徴とする電子式ガスメータ。
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