JP4031130B2

JP4031130B2 - Flow measuring device

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Publication number: JP4031130B2
Application number: JP35910498A
Authority: JP
Inventors: 功増田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: JP2000180221A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にガスなどの流量を計測する流量計測装置に係り、特に、流量をセンサなどの電気的手段により計測する流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、流量の計測方式に関して、従来より、ガスなどの流量を計測する方式として、例えば膜式が知られており、この方式の流量計測装置は、ガス流入口に流入しガス流出口から流出するガスを計量する膜式計量部と、該計量部が２枚の隔膜で区画された４つの部屋と、ガスがガス流入口から流入しガス流出口から流出することで行われる隔膜の往復運動を回転運動に変換するとともに隔膜の往復運動を継続するため上記４つの部屋にガスを順次供給するタイミングバルブを駆動する伝達機構部と、隔膜の往復運動に連動したカウンタ機構部とを備えることにより流量を計測するというものである。
【０００３】
しかし、上述したような機械動作を伴う膜式の流量計測装置では、構造が大きくなる他、機械動作部分の摩耗による耐久性といった観点から問題があった。そこで、現在では超音波方式によりガス流量を計測する流量計測装置が考案されている。超音波方式を採用することにより、上記膜式の流量計測装置で必要とされた機械動作を伴う伝達機構部及びカウンタ機構部が不要となるため、装置の小型化を図り耐久性の問題を解決することができるという利点がある。この方式の流量計測装置では、超音波を送受する１対の送受波器が、流れの上流と下流に、超音波が流れを横断するように流れ方向にある角度をなして配設されて、上流の送波器が順方向に超音波を発射した時に、下流の受波器に超音波が到達するに要する時間ｔ１と、下流の送波器が逆方向に超音波を発射した時に、上流の受波器に超音波が到達するに要する時間ｔ２との時間差から流体の速度を計測し流量を演算するというものである。この流量演算を式により以下で説明する。
【０００４】
１対の送受波器間の距離をＬ、静止流体中の音速をＣ、流体の流れの速度をＶ、超音波が伝搬する軸と流路の中心軸とがなす角度をφとすると、流れの順方向における超音波の伝搬速度は（Ｃ＋Ｖｃｏｓφ）、流れの逆方向における超音波の伝搬速度は（Ｃ−Ｖｃｏｓφ）となる。従って、順方向及び逆方向での超音波の到達時間ｔ１及びｔ２は、
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓφ）（１）
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓφ）（２）
となる。（１）式から（２）式を減算すると、
Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓφ）・（１／ｔ１−１／ｔ２）
＝（Ｌ／２ｃｏｓφ）・〔（ｔ２−ｔ１）／（ｔ２・ｔ１）〕（３）
となり、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。
【０００５】
なお、ｔ１・ｔ２＝Ｌ²／（Ｃ²−Ｖ²ｃｏｓ²φ）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Ｖ²ｃｏｓ²φはＣ２に比べて極めて小さく無視でき、（３）式は
Ｖ＝（Ｃ²／２Ｌｃｏｓφ）・（ｔ２−ｔ１）（４）
と書き直すことができる。ここで、時間差ｔｄ＝ｔ２−ｔ１、ｋ＝Ｃ²／２Ｌｃｏｓφとすると、
Ｖ＝ｋ・ｔｄ（５）
となる。流速Ｖが求められると、流量Ｑは、流路の断面積をＳ、構造その他により変化する補正係数をαとすると、
Ｑ＝（α・Ｓ）・Ｖ（６）
＝（α・Ｓ・ｋ）・ｔｄ（７）
となり、瞬時流量Ｑが求められる。この瞬時流量Ｑを積算することによりガス使用量Ｑ_Sが計量される。
【０００６】
次に、流量の計測範囲に関して、従来より、ガス流量を低流量から高流量まで広範囲にわたって精度良く計測したいという要望がある。ところが、流路の形状寸法により必然的に決まる流路定数によって、許容圧力損失以下になるように使用最大流量が抑えられ、広範囲にわたる流量計測を困難なものにしていた。そこで、特開昭６３−１４０９１６号公報や、実開昭５８−８１２２号公報、また実開昭６１−２０２０２３号公報に記載の装置では、装置内部に開口面積の大きな主流路と開口面積の小さな副流路を設け、低流量時には主流路を遮断し高流量時には主流路を開放して装置全体の圧力損失を低減して、低流量時には副流路に設けた計測部で流量計測を行い、高流量時には主流路に設けた計測部、又は両流路の計測部で流量計測を行なうことで、広範囲にわたる流量計測を行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記各公報に記載の流量計測装置では、流量を計測するため主流路と副流路に２つの計測部が必要になり、装置が大型になりコストの増大を招くという問題があった。
【０００８】
また、主流路を開閉するための機構部、特に、開閉弁のリンク機構の往復動における遊び、前記リンク機構を作動させるスプリングの伸縮方向でのバネ力の違い等に起因して、低流量から高流量へと流量が増大する場合と、高流量から低流量へと流量が減少する場合とで、装置全体の圧力損失対流量特性が一致しないというヒステリシスが存在する可能性があり、そのことが、流量域を切り替えて流路定数を決定し流量の演算を行ううえで流量計測装置の精度を悪化させる要因となり得る。
【０００９】
さらに、流路の製造バラツキに起因して、流路の形状寸法を全く同一にはできず、製品間で圧力損失が同一になるように装置を製造できないため、低流路域と高流路域の流路の形状寸法に関する流路定数を固定しにくいという問題も想定される。
【００１０】
また、ガス流量計測装置の使用期間中に、水や付着物等の障害物が流路内に生じることにより、流路抵抗が変化し流路の圧力損失が変化するため、装置を使用しているうちに初期の状態に比べて主弁が開閉する際の流量が変化し、正確な流量計測を行うことが困難であった。
【００１１】
従って、本発明の目的は、１つの計測部を用いて、広範囲にわたる流量の計測を使用期間にわたり高精度に行うことができ、さらに製造コストが安価である流量計測装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載した発明の流量計測装置は、図１の基本構成図に示すように、主流路２４と副流路２３とが並列に設けられた流体流路Ｒと、前記主流路２４に設けられ前記流体流路Ｒにおける流体の流量の増減に応じて開閉される主弁２２とを具備した流量計測装置において、前記副流路２３に設けられ該副流路２３における流体の流速を計測するための計測手段２１と、前記計測手段２１により計測された流速から流量を算出するための、前記主弁２２の開放時の定数と該主弁２２の閉塞時の定数とを少なくとも前もって格納している記憶手段３ｃ−１と、前記主弁２２の開閉状態を検出する開閉センサ２５と、前記開閉センサ２５による前記主弁２２の開閉状態の検出結果に基づいて、前記記憶手段３ｃ−１に格納されている前記定数のうち前記主弁２２の開閉状態に対応する定数を選択する定数選択手段３Ｃと、前記開閉センサ２５により検出される前記主弁２２の開閉状態が変化したときに、前記計測手段２１により計測された流速が、増加変化の場合は流速増加率に基づいて、また、減少変化の場合は流速減少率に基づいて、低流量から高流量へと流量が増大する場合と、高流量から低流量へと流量が減少する場合とで、装置全体の圧力損失対流量特性が一致しないというヒステリシスが流量測定に与える影響を補正するために、前記定数選択手段３Ｃにより選択された前記定数を補正し補正後定数とする定数補正手段３Ｂと、前記定数補正手段３Ｂにより補正された前記補正後定数と前記計測手段２１により計測された流速とに基づいて、前記流体流路Ｒにおける流体の流量を演算する演算手段３Ａとを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載した流量計測装置によれば、開閉センサ２５により主弁２２の開閉状態が検出されると、記憶手段３ｃ−１に前もって格納されている主弁２２の開放時の定数と閉塞時の定数とのうち、検出された開閉状態に対応する定数が定数選択手段３Ｃにより選択されるので、副流路２３における流体の流速を計測手段２１により計測するだけで、その結果と定数選択手段３Ｃにより選択された定数と基にして流体流路Ｒにおける流体の流量を算出し、装置の小型化と製造コストの低減化とを図ることが可能となる。
【００１４】
しかも、主弁２２の開閉状態が変化したときには、前記計測手段２１により計測された流速が、増加変化の場合は流速増加率に基づいて、また、減少変化の場合は流速減少率に基づいて、低流量から高流量へと流量が増大する場合と、高流量から低流量へと流量が減少する場合とで、装置全体の圧力損失対流量特性が一致しないというヒステリシスが流量測定に与える影響を補正するために、定数選択手段３Ｃにより選択された定数が定数補正手段３Ｂにより補正され、この補正後定数と計測手段２１により計測された流速とに基づいて、流体流路Ｒにおける流体の流量が演算手段３Ａにより演算されるので、流量の増加時と減少時とで圧力損失に依存する流量変化のヒステリシスが発生したり、主流路２４や副流路２３の流路抵抗の変化に起因した圧力損失の変動があったとしても、その影響を排除し流体流路Ｒにおける流体の流量を高精度に計測することが可能となる。
【００１５】
また、請求項２に記載した流量計測装置は、請求項１に記載した流量計測装置において、前記開閉センサ２５が前記主弁２２の開度をさらに検出するように構成されており、前記記憶手段３ｃ−１が、前記計測手段２１により計測された流速から流量を算出するための、前記主弁２２の開度に応じた定数を前もってさらに格納しており、前記定数選択手段３Ｃが、前記開閉センサ２５による前記主弁２２の開閉状態又は開度の検出結果に基づいて、前記記憶手段３ｃ−１に格納されている前記定数のうち前記主弁２２の開閉状態又は開度に対応する定数を選択する構成とした。
【００１６】
請求項２に記載した流量計測装置によれば、主弁２２の開閉状態が変化すると、これに起因して計測手段２１により計測される副流路２３における流体の流速が変化するので、計測手段２１により測定される流速が単に変化したからと言って、流体流路Ｓの流量自体が実際に変化したものとは一概に言えず、例えば、主弁２２の開度が大きくなるとそれにつれて計測手段２１により計測される流速が相対的に減少し、反対に、主弁２２の開度が小さくなるとそれにつれて計測手段２１により計測される流速が相対的に増加することになる。
【００１７】
そこで、定数選択手段３Ｃが、記憶手段３ｃ−１に前もって格納されている定数のうち、主弁２２の開度に対応する定数を選択して、この主弁２２の開度に対応する定数と計測手段２１により計測された流速とに基づいて、演算手段３Ａが流体流路Ｒにおける流体の流量を演算することで、主弁２２の開閉状態が変移する途中の、主流路２４と副流路２３との圧力損失に応じた流体の流量分布が過渡的に変化する状況を考慮に入れて、流体流路Ｒにおける流体の流量をより一層高精度に計測することが可能となる。
【００１８】
請求項３に記載した流量計測装置は、請求項１又は２に記載した流量計測装置において、前記主流路２４の流体圧を一方の面に受けると共に前記副流路２３の流体圧を他方の面に受け、これら両面に受ける流体の圧力差の変動により第１箇所と第２箇所との間で変位し、該第１箇所では前記主流路２４を閉塞する閉塞箇所に前記主弁２２を位置させると共に前記第２箇所では前記主流路２４を開放する開放箇所に前記主弁２２を位置させるダイヤフラム２７と、前記演算手段３Ａにより演算される前記流体流路Ｒにおける流体の流量の変化を基に、前記第１箇所と前記第２箇所とのうち一方から他方に向かう動力を前記ダイヤフラム２７に付与する駆動手段Ｍとをさらに備え、前記ダイヤフラム２７が、該ダイヤフラム２７の両面が受ける流体の圧力差と前記駆動手段Ｍから付与される動力との合力により、前記第１箇所と前記第２箇所との間で変位する構成とした。
【００１９】
請求項３に記載した流量計測装置によれば、駆動手段Ｍがダイヤフラム２７に付与する動力が、ダイヤフラム２７の両面が受ける流体の圧力差と同じ向きに作用すると、駆動手段Ｍから付与される動力は流体の圧力差によるダイヤフラム２７の変位を助長するように作用し、ダイヤフラム２７の両面が受ける流体の圧力差に対して逆の向きに作用すると、駆動手段Ｍから付与される動力は流体の圧力差によるダイヤフラム２７の変位を阻止するように作用することになる。
【００２０】
このため、演算手段３Ａにより演算される流体流路Ｒにおける流体の流量がある値である状態を基準とし、この値を跨いで流体の流量が変化した場合に駆動手段Ｍからダイヤフラム２７に付与される動力の向きを、例えば、それまでのダイヤフラム２７の両面が受ける流体の圧力差と同じ向きから逆の向きに逆転させると、両面が受ける流体の圧力差によりダイヤフラム２７が第１箇所と第２箇所との間の中途に位置して主弁２２が中途半端に開いた状態が長い間継続されず、第１箇所のダイヤフラム２７が第２箇所に、或は、その反対に迅速に変位するようになる。
【００２１】
したがって、開放箇所の主弁２２を閉塞箇所に、或は、その反対に迅速に移動させて、主弁２２の開度によって変動する主流路２４に流れる流体と副流路２３に流れる流体との割合を、主弁２２が閉塞箇所以外に位置している状態においてほぼ安定させることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の流量計測装置の一実施形態を示す概略図である。以下では、「流体」を「ガス」と、また「流体計測装置」を「ガスメータ」と呼ぶこともある。図２に示すように、本装置の主要部は、ガスメータ本体２と、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）３とで構成されている。ガスメータ本体２は、ガスが流入される入口と、ガスが流出される出口と、４つの圧力室Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとからなり、圧力室Ａと圧力室Ｃとを圧力室Ｄ経由で接続する流路が副流路２３を構成し、圧力室Ａと圧力室Ｃとを圧力室Ｂ経由で接続する流路が主流路２４を構成し、圧力室Ａ乃至圧力室Ｄが全体で流体流路Ｒを構成している。
【００２４】
副流路２３には、ガスの流速を計測するための計測手段２１が設けられ、本実施形態の場合、計測手段２１は従来技術で説明したように超音波振動子を備えた１対の送受波器を有する。計測手段２１によって計測された流速データは、μＣＯＭ３に送られ後述の処理に用いられる。
【００２５】
主流路２４には、主弁２２、リンク機構２６、ダイヤフラム２７、及びスプリング２８が設けられている。ガス流量が低いと、圧力室Ｄと圧力室Ｂの圧力差が小さく、スプリング２８がダイヤフラム２７を下方へと押圧し、リンク機構２６を介して主弁２２を右方へと押圧、すなわち主弁２２を閉状態にしている。
【００２６】
ガス流量が増大すると、計測手段２１における圧力損失が増加して圧力室Ｄと圧力室Ｂの圧力差が大きくなり、この圧力差が更に大きくなると、スプリング２８のばね荷重に打ち勝ってダイヤフラム２７が上方へと移動する。ダイヤフラム２７の上方への移動に連動してリンク機構２６が主弁２２を左方へと移動、すなわち主弁２２を開状態にして、主流路２４を介するガス流路が形成される。主弁２２が開いたことを、例えば、反射型光センサや超音波センサ、ホール素子とマグネットの組み合わせによる磁気センサといった検知手段２５（開閉センサに相当）が、ダイヤフラム２７の上下位置を検知して、主弁２２の開度を示す開度信号ＳとしてμＣＯＭ３に送る。この開度信号Ｓは後述の処理に用いられる。
【００２７】
μＣＯＭ３は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）３ａと、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３ｂと、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）３ｃとで構成されている。
【００２８】
ＲＡＭ３ｂには、計測手段２１により計測された流速データを格納するためのエリアが含まれるデータエリアがある。またＲＡＭ３ｂには、各種処理作業に用いるワークエリアがあり、このワークエリアには、各種フラグエリア、バッファエリア等が設けられている。
【００２９】
ＲＯＭ３ｃには、流速データから流量を算出するために、主弁２２の開度に応じた定数を前もって格納しているエリア（請求項中の記憶手段３ｃ−１に相当）が含まれるデータエリアがある。またＲＯＭ３ｃには、ＣＰＵ３ａに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。ＣＰＵ３ａの処理動作としては、流量増加時の流路定数を決定するルーチンと、流量減少時の流路定数を決定するルーチンとがあり、それぞれ図３及び図４のフローチャートを参照して以下で詳細に説明する。これら流量増加時及び流量減少時の流路定数を決定するルーチンは、まず流量計測装置の製造時に実行され、次いで、経時的又は市場要因による圧力損失の変化に対して流量計測の精度を維持するために実行される。
【００３０】
図３は、流量増加時の流路定数を決定するルーチンを示すフローチャートである。このルーチンをガス流量が０ｍ³／ｈで開始すると（ステップＳ１）、ＲＡＭ３ｂの第１開閉動作フラグＦ１が立っていない（「０」）かどうかを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２の判断がＮ、つまり、第１開閉動作フラグＦ１が立っている場合は、後述するステップＳ２に進み、ステップＳ２の判断がＹ、つまり、第１開閉動作フラグＦ１が立っていない場合は、計測手段２１が流速を計測するのが何番目のサンプリング時点であるのかを示す変数ｉが０に設定される（ステップＳ３）。ここで、計測手段２１による流速の計測が連続的に行われず、離散的に行われる理由は、流量計測装置に搭載されるバッテリの寿命を考慮して省電力化を図るためである。次に、ＲＯＭ３ｃに前もって格納してある低流量域定数Ｋ_Lを読み出し、流路定数をＫ_Lに設定する（ステップＳ４）。ここで、「低流量域」とは、図５に示すように本発明の実施形態の場合、流量が０から６ｍ³／ｈの範囲をいう。
【００３１】
ｉ＝０時点で、計測手段２１により流速Ｖが計測され（ステップＳ５）、計測された流速データＶ₀がＲＡＭ３ｂに格納される（ステップＳ６）。次に、主弁２２が開状態にあるか閉状態にあるかを示す開度信号Ｓが０に等しいか否かを判断する（ステップＳ７）。ここで、開度信号Ｓが１の場合とは主弁２２が開状態にあることを意味し、また、Ｓが０の場合とは主弁２２が閉状態にあることを意味し、Ｓが０より上で１より下の場合とは、Ｓが０に近いほど閉状態に近く１に近いほど開状態に近い半開状態に主弁２２があることを意味する。
【００３２】
ステップＳ７において、Ｓ＝０の場合、変数ｉを１だけインクリメントして（ステップＳ８）、ステップＳ５へと戻りステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８の処理ステップを繰り返す。
【００３３】
上記のようにしてステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８を繰り返し、流速計測のＮ番目のサンプリング時点で、ステップＳ７における判断の結果Ｓ≠０となった場合、ＣＰＵ３ａは主弁２２が開き始めたと判断し、ＲＡＭ３ｂに格納されている主弁２２が開き始める前の流速データＶ_N-1、及びＶ_N-2をＲＡＭ３ｂから読み出す（ステップＳ９）。次に、流量増加時の流速増加率Ｋ_U＝（Ｖ_N-1−Ｖ_N-2）／Δｔを算出する（ステップＳ１０）。ここで、Δｔは流速計測のサンプリング時間間隔である。ステップＳ１０での結果に基づき、流量増加時の補正係数α（Ｋ_U）を決定する（ステップＳ１１）。次に、ＲＯＭ３ｃに前もって格納してある定数のうち、現時点の開度信号Ｓが示す主弁２２の開度に対応する高流量域定数Ｋ_HSを読み出す（ステップＳ１２）。ここで、「高流量域」とは、図５に示すように本発明の実施形態の場合、流量が５から１００ｍ³／ｈの範囲をいう。
【００３４】
次に、高流量域の補正定数をα（Ｋ_U）・Ｋ_HSとして設定し（ステップＳ１３）、続いて、開度信号Ｓが１に等しいか否かを判断する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において、Ｓ≠１の場合、第１開閉動作フラグＦ１を立てた後（ステップＳ１５）、流量増加時の流路定数を決定するルーチンを終了して（ステップＳ１７）、このルーチンの結果得られた補正定数に基づき、流量情報を算出する。
【００３５】
ステップＳ１４において、Ｓ＝１の場合は、第１開閉動作フラグＦ１を降ろした後（ステップＳ１６）、流量増加時の流路定数を決定するルーチンを終了して（ステップＳ１７）、このルーチンの結果得られた補正定数に基づき、流量情報を算出する。
【００３６】
図４は、流量減少時の流路定数を決定するルーチンを示すフローチャートである。このルーチンをガス流量が７ｍ³／ｈ以上で開始すると（ステップＳ１８）、ＲＡＭ３ｂの第２開閉動作フラグＦ３が立っていない（「０」）かどうかを判断する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９の判断がＮ、つまり、第２開閉動作フラグＦ３が立っている場合は、後述するステップＳ２９に進み、ステップＳ１９の判断がＹ、つまり、第２開閉動作フラグＦ３が立っていない場合は、計測手段２１が流速を計測するのが何番目のサンプリング時点であるのかを示す変数ｉが０に設定される（ステップＳ２０）。次に、ＲＯＭ３ｃに前もって格納してある高流量域定数Ｋ_Hを読み出し、流路定数をＫ_Hに設定する（ステップＳ２１）。
【００３７】
ｉ＝０時点で、計測手段２１により流速Ｖが計測され（ステップＳ２２）、計測された流速データＶ₀がＲＡＭ３ｂに格納される（ステップＳ２３）。次に、開度信号Ｓが１に等しいか否かを判断する（ステップＳ２４）。
【００３８】
ステップＳ２４において、Ｓ≠１である即ち主弁２２がまだ開状態にある場合、変数ｉを１だけインクリメントして（ステップＳ２５）、ステップＳ２２へと戻りステップＳ２３、Ｓ２４、Ｓ２５の処理ステップを繰り返す。
【００３９】
上記のようにしてステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５を繰り返し、流速計測のＮ番目のサンプリング時点で、ステップＳ２４における判断の結果Ｓ＝０となった場合、ＣＰＵ３ａは主弁２２が閉じ始めたと判断し、ＲＡＭ３ｂに格納されている主弁２２が閉じ始める前の流速データＶ_N-1、及びＶ_N-2をＲＡＭ３ｂから読み出す（ステップＳ２６）。次に、流量減少時の流速減少率Ｋ_D＝（Ｖ_N-1−Ｖ_N-2）／Δｔを算出し（ステップＳ２７）、ステップＳ２７での結果に基づき、流量減少時の補正係数α（Ｋ_D）を決定する（ステップＳ２８）。次に、ＲＯＭ３ｃに前もって格納してある定数のうち、現時点の開度信号Ｓが示す主弁２２の開度に対応する低流量域定数Ｋ_LSを読み出す（ステップＳ２９）。
【００４０】
次に、低流量域の補正定数をα（Ｋ_D）・Ｋ_LSとして設定し（ステップＳ３０）、続いて、開度信号Ｓが０に等しいか否かを判断する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１において、Ｓ≠０の場合、第２開閉動作フラグＦ３を立てた後（ステップＳ３２）、流量減少時の流路定数を決定するルーチンを終了して（ステップＳ３４）、このルーチンの結果得られた補正定数に基づき、流量情報を算出する。
【００４１】
ステップＳ３１において、Ｓ＝１の場合は、第２開閉動作フラグＦ３を降ろした後（ステップＳ３３）、流量減少時の流路定数を決定するルーチンを終了して（ステップＳ３４）、このルーチンの結果得られた補正定数に基づき、流量情報を算出する。
【００４２】
図５に示すように、本発明の実施形態の場合、演算処理を行って低流路域定数と高流路域定数を切り換える流量の範囲は、４から７ｍ³／ｈに設定している。
【００４３】
なお、図３のフローチャートにおけるステップＳ１２の処理内容と、図４のフローチャートにおけるステップＳ２９の処理内容とが、特許請求の範囲の定数補正手段３Ｂ及び定数選択手段３Ｃに対応し、図３及び図４のフローチャートに示すルーチンにより得られた補正定数に基づき流量情報を算出する処理が、特許請求の範囲の演算手段３Ａに対応している。
【００４４】
図２に示す本発明の実施形態によれば、流量の増加時と減少時における前記ヒステリシス及び流路の製造バラツキの影響を排除して最適な流路定数を決定することが可能になる。
【００４５】
なお、開閉センサ２５が主弁２２の開状態時のダイヤフラム２７の位置と主弁２２の閉状態時のダイヤフラム２７の位置との２つの位置だけを検出するものとし、その検出位置に応じて主弁２２の開閉状態のみをμＣＯＭ３が判断し、その判断結果に応じて、計測手段２１からの流速データＶのみによる全ガス流量の計測を、主弁２２の閉状態時に用いる低流量域係数Ｋ_Lと主弁２２の開状態時に用いる高流量域定数Ｋ_Hとの２つの係数だけで行うようにしてもよい。
【００４６】
しかし、本実施形態のように、開閉センサ２５からの主弁２２の開度を示す開度信号Ｓにより、主弁２２の開度に対応する高流量域定数Ｋ_HSや低流量域定数Ｋ_LSをＲＯＭ３ｃから読み出し、これらを用いて計測手段２１からの流速データＶのみによる全ガス流量の計測を行うようにすれば、主弁２２の開閉状態が変移する途中の、圧力室Ｂと圧力室Ｄとの圧力損失に応じたガスの流量分布が過渡的に変化する状況を考慮に入れて、ガスの全流量をより一層高精度に計測することができるので、有利である。
【００４７】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。図６は、本発明の流量計測装置の他の実施形態を示す概略図であり、図６中図２に示す部材、部分と同一のものには、図２において付したものと同一の引用符号を付して、重複する説明を省略する。
【００４８】
そして、本実施形態の流量計測装置では、μＣＯＭ３の制御により駆動される電磁ソレノイド２９が圧力室Ｄに設けられていて、この電磁ソレノイド２９のロッド２９ａにダイヤフラム２７が連結されている点において、図２に示す流量計測装置とは構成が異なっている。また、本実施形態の流量計測装置では、μＣＯＭ３のＲＯＭ３ｃに格納された制御プログラムが、図２に示す流量計測装置のμＣＯＭ３のＲＯＭ３ｃに格納された制御プログラムとは若干異なっており、その他の点は、図２に示す流量計測装置と同様に構成されている。
【００４９】
そして、本実施形態の流量計測装置におけるＣＰＵ３ａの処理動作としては、流量増加時の流路定数を決定するルーチンと、流量減少時の流路定数を決定するルーチンとがあり、それぞれ図７及び図８のフローチャートを参照して以下で詳細に説明する。これら流量増加時及び流量減少時の流路定数を決定するルーチンは、まず流量計測装置の製造時に実行され、次いで、経時的又は市場要因による圧力損失の変化に対して流量計測の精度を維持するために実行される。
【００５０】
図７は、流量増加時の流路定数を決定するルーチンを示すフローチャートである。このルーチンをガス流量が０ｍ³／ｈで開始すると（ステップＳ４１）、計測手段２１が流速を計測するのが何番目のサンプリング時点であるのかを示す変数ｉが０に設定される（ステップＳ４２）。ここで、計測手段２１による流速の計測が連続的に行われず、離散的に行われる理由は、流量計測装置に搭載されるバッテリの寿命を考慮して省電力化を図るためである。次に、ＲＯＭ３ｃに前もって格納してある低流量域定数Ｋ_Lを読み出し、流路定数をＫ_Lに設定する（ステップＳ４３）。ここで、「低流量域」とは、図５に示すように本発明の実施形態の場合、流量が０から６ｍ³／ｈの範囲をいう。
【００５１】
ｉ＝０時点で、計測手段２１により流速Ｖが計測され（ステップＳ４４）、計測された流速データＶ₀がＲＡＭ３ｂに格納される（ステップＳ４５）。次に、ＲＡＭ３ｂに格納されている最新の流速データＶ_iが所定の基準流速Ｖｔｈを超えているか否かを判断する（ステップＳ４６）。ステップＳ４６において、最新の流速データＶ_iが基準流速Ｖｔｈを超えていない場合、変数ｉを１だけインクリメントして（ステップＳ４７）、ステップＳ４４へと戻りステップＳ４５、Ｓ４６、Ｓ４７の処理ステップを繰り返す。
【００５２】
上記のようにしてステップＳ４４、Ｓ４５、Ｓ４６、Ｓ４７を繰り返し、流速計測のＮ番目のサンプリング時点で、ステップＳ４６における判断の結果、最新の流速データＶ_iが基準流速Ｖｔｈを超えた場合、閉状態の主弁２２を開状態に変移させるべく、ロッド２９ａが図６中上方向に移動するように電磁ソレノイド２９を開方向へ駆動させる（ステップＳ４８）。
【００５３】
次に、ＲＡＭ３ｂに格納されている主弁２２が開き始める前の流速データＶ_N-1、及びＶ_N-2をＲＡＭ３ｂから読み出す（ステップＳ４９）。次に、流量増加時の流速増加率Ｋ_U＝（Ｖ_N-1−Ｖ_N-2）／Δｔを算出する（ステップＳ５０）。ここで、Δｔは流速計測のサンプリング時間間隔である。ステップＳ５０での結果に基づき、流量増加時の補正係数α（Ｋ_U）を決定する（ステップＳ５１）。次に、ＲＯＭ３ｃに前もって格納してある高流量域定数Ｋ_Hを読み出す（ステップＳ５２）。ここで、「高流量域」とは、図５に示すように本発明の実施形態の場合、流量が５から１００ｍ³／ｈの範囲をいう。
【００５４】
次に、高流量域の補正定数をα（Ｋ_U）・Ｋ_Hとして設定し（ステップＳ５３）、流量増加時の流路定数を決定するルーチンを終了して（ステップＳ５４）、このルーチンの結果得られた補正定数に基づき、流量情報を算出する。
【００５５】
図８は、流量減少時の流路定数を決定するルーチンを示すフローチャートである。このルーチンをガス流量が７ｍ³／ｈ以上で開始すると（ステップＳ５５）、計測手段２１が流速を計測するのが何番目のサンプリング時点であるのかを示す変数ｉが０に設定される（ステップＳ５６）。次に、ＲＯＭ３ｃに前もって格納してある高流量域定数Ｋ_Hを読み出し、流路定数をＫ_Hに設定する（ステップＳ５７）。
【００５６】
ｉ＝０時点で、計測手段２１により流速Ｖが計測され（ステップＳ５８）、計測された流速データＶ₀がＲＡＭ３ｂに格納される（ステップＳ５９）。次に、ＲＡＭ３ｂに格納されている最新の流速データＶ_iが基準流速Ｖｔｈを下回っているか否かを判断する（ステップＳ６０）。ステップＳ２４において、最新の流速データＶ_iが基準流速Ｖｔｈを下回っていない場合、変数ｉを１だけインクリメントして（ステップＳ６１）、ステップＳ２２へと戻りステップＳ５８、Ｓ５９、Ｓ６０の処理ステップを繰り返す。
【００５７】
上記のようにしてステップＳ５８、Ｓ５９、Ｓ６０、Ｓ６１を繰り返し、流速計測のＮ番目のサンプリング時点で、ステップＳ６０における判断の結果、最新の流速データＶ_iが基準流速Ｖｔｈを下回った場合、開状態の主弁２２を閉状態に変移させるべく、ロッド２９ａが図６中下方向に移動するように電磁ソレノイド２９を閉方向へ駆動させる（ステップＳ６２）。
【００５８】
次に、ＲＡＭ３ｂに格納されている主弁２２が閉じ始める前の流速データＶ_N-1、及びＶ_N-2をＲＡＭ３ｂから読み出す（ステップＳ６３）。次に、流量減少時の流速減少率Ｋ_D＝（Ｖ_N-1−Ｖ_N-2）／Δｔを算出し（ステップＳ６４）、ステップＳ６４での結果に基づき、流量減少時の補正係数α（Ｋ_D）を決定する（ステップＳ６５）。次に、ＲＯＭ３ｃに前もって格納してある低流量域定数Ｋ_Lを読み出す（ステップＳ６６）。
【００５９】
次に、低流量域の補正定数をα（Ｋ_D）・Ｋ_Lとして設定し（ステップＳ６７）、流量減少時の流路定数を決定するルーチンを終了して（ステップＳ６８）、このルーチンの結果得られた補正定数に基づき、流量情報を算出する。
【００６０】
なお、図７のフローチャートにおけるステップＳ５３の処理内容と、図８のフローチャートにおけるステップＳ６７の処理内容とが、特許請求の範囲の定数補正手段３Ｂ及び定数選択手段３Ｃに対応し、図７及び図８のフローチャートに示すルーチンにより得られた補正定数に基づき流量情報を算出する処理が、特許請求の範囲の演算手段３Ａに対応している。
【００６１】
また、図７のフローチャートにおけるステップＳ４８及び図８のフローチャートにおけるステップＳ６２の処理内容が、特許請求の範囲の駆動手段Ｍに対応し、これらと電磁ソレノイド２９とで、駆動手段Ｍが構成されている。
【００６２】
本実施形態の流量計測装置によれば、ダイヤフラム２７の両面が受ける圧力室Ｂのガスと圧力室Ｄのガスとの差圧の変化によりダイヤフラム２７が変位しかかっても、電磁ソレノイド２９が駆動されなければダイヤフラム２７の変位は実際には起こらず、反対に、ダイヤフラム２７を反転させきれる（反転完了させることのできる）だけの力が圧力室Ｂのガスと圧力室Ｄのガスとの差圧にはないとしても、電磁ソレノイド２９が駆動されることで、この電磁ソレノイド２９のロッド２９ａから伝わる動力が圧力室Ｂのガスと圧力室Ｄのガスとの差圧に足し合わされて、ダイヤフラム２７が確実かつ迅速に反転されるようになる。
【００６３】
そのため、主弁２２の開閉動作を早め、その中途における主流路２４と副流路２３とのガス流分布が変動する過渡的期間を短くして、計測手段２１からの流速データＶのみによる全ガス流量の計測を、主弁２２の閉状態時に用いる低流量域係数Ｋ_Lと主弁２２の開状態時に用いる高流量域定数Ｋ_Hとの２つの係数だけで、高精度に行うことができる。
【００６４】
なお、図７及び図８のフローチャートに示すプログラムのように、本実施形態では開閉センサ２５の開度信号Ｓを確認するステップを設けていないが、図７のステップＳ４８の後や図８のステップＳ６２の後に、開閉センサ２５の開度信号Ｓが０であるか１であるかを確認し、主弁２２の開閉が確実に完了しているかを確認するようにしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明の流量計測装置は、主流路と副流路とが並列に設けられた流体流路と、前記主流路に設けられ前記流体流路における流体の流量の増減に応じて開閉される主弁とを具備した流量計測装置において、前記副流路に設けられ該副流路における流体の流速を計測するための計測手段と、前記計測手段により計測された流速から流量を算出するための、前記主弁の開放時の定数と該主弁の閉塞時の定数とを少なくとも前もって格納している記憶手段と、前記主弁の開閉状態を検出する開閉センサと、前記開閉センサによる前記主弁の開閉状態の検出結果に基づいて、前記記憶手段に格納されている前記定数のうち前記主弁の開閉状態に対応する定数を選択する定数選択手段と、前記開閉センサにより検出される前記主弁の開閉状態が変化したときに、前記計測手段により計測された流速が、増加変化の場合は流速増加率に基づいて、また、減少変化の場合は流速減少率に基づいて、低流量から高流量へと流量が増大する場合と、高流量から低流量へと流量が減少する場合とで、装置全体の圧力損失対流量特性が一致しないというヒステリシスが流量測定に与える影響を補正するために、前記定数選択手段により選択された前記定数を補正し補正後定数とする定数補正手段と、前記定数補正手段により補正された前記補正後定数と前記計測手段により計測された流速とに基づいて、前記流体流路における流体の流量を演算する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００６６】
請求項１に記載の流量計測装置によれば、開閉センサにより主弁の開閉状態が検出されると、記憶手段に前もって格納されている主弁の開放時の定数と閉塞時の定数とのうち、検出された開閉状態に対応する定数が定数選択手段により選択されるので、副流路における流体の流速を計測手段により計測するだけで、その結果と定数選択手段により選択された定数と基にして流体流路における流体の流量を算出し、装置の小型化と製造コストの低減化とを図ることができる。
【００６７】
しかも、主弁の開閉状態が変化したときには、前記計測手段により計測された流速が、増加変化の場合は流速増加率に基づいて、また、減少変化の場合は流速減少率に基づいて、低流量から高流量へと流量が増大する場合と、高流量から低流量へと流量が減少する場合とで、装置全体の圧力損失対流量特性が一致しないというヒステリシスが流量測定に与える影響を補正するために、定数選択手段により選択された定数が定数補正手段により補正され、この補正後定数と計測手段により計測された流速とに基づいて、流体流路における流体の流量が演算手段により演算されるので、流量の増加時と減少時とで圧力損失に依存する流量変化のヒステリシスが発生したり、主流路や副流路の流路抵抗の変化に起因した圧力損失の変動があったとしても、その影響を排除し流体流路における流体の流量を高精度に計測することができる。
【００６８】
また、請求項２に記載した流量計測装置は、請求項１に記載した流量計測装置において、前記開閉センサが前記主弁の開度をさらに検出するように構成されており、前記記憶手段が、前記計測手段により計測された流速から流量を算出するための、前記主弁の開度に応じた定数を前もってさらに格納しており、前記定数選択手段が、前記開閉センサによる前記主弁の開閉状態又は開度の検出結果に基づいて、前記記憶手段に格納されている前記定数のうち前記主弁の開閉状態又は開度に対応する定数を選択する構成とした。
【００６９】
請求項２に記載した流量計測装置によれば、主弁の開閉状態が変化すると、これに起因して計測手段により計測される副流路における流体の流速が変化するので、計測手段により測定される流速が単に変化したからと言って、流体流路の流量自体が実際に変化したものとは一概に言えず、例えば、主弁の開度が大きくなるとそれにつれて計測手段により計測される流速が相対的に減少し、反対に、主弁の開度が小さくなるとそれにつれて計測手段により計測される流速が相対的に増加することになる。
【００７０】
そこで、定数選択手段が、記憶手段に前もって格納されている定数のうち、主弁の開度に対応する定数を選択して、この主弁の開度に対応する定数と計測手段により計測された流速とに基づいて、演算手段が流体流路における流体の流量を演算することで、主弁の開閉状態が変移する途中の、主流路と副流路との圧力損失に応じた流体の流量分布が過渡的に変化する状況を考慮に入れて、流体流路における流体の流量をより一層高精度に計測することができる。
【００７１】
請求項３に記載した流量計測装置は、請求項１又は２に記載した流量計測装置において、前記主流路の流体圧を一方の面に受けると共に前記副流路の流体圧を他方の面に受け、これら両面に受ける流体の圧力差の変動により第１箇所と第２箇所との間で変位し、該第１箇所では前記主流路を閉塞する閉塞箇所に前記主弁を位置させると共に前記第２箇所では前記主流路を開放する開放箇所に前記主弁を位置させるダイヤフラムと、前記演算手段により演算される前記流体流路における流体の流量の変化を基に、前記第１箇所と前記第２箇所とのうち一方から他方に向かう動力を前記ダイヤフラムに付与する駆動手段とをさらに備え、前記ダイヤフラムが、該ダイヤフラムの両面が受ける流体の圧力差と前記駆動手段から付与される動力との合力により、前記第１箇所と前記第２箇所との間で変位する構成とした。
【００７２】
請求項３に記載した流量計測装置によれば、駆動手段がダイヤフラムに付与する動力が、ダイヤフラムの両面が受ける流体の圧力差と同じ向きに作用すると、駆動手段から付与される動力は流体の圧力差によるダイヤフラムの変位を助長するように作用し、ダイヤフラムの両面が受ける流体の圧力差に対して逆の向きに作用すると、駆動手段から付与される動力は流体の圧力差によるダイヤフラムの変位を阻止するように作用することになる。
【００７３】
このため、演算手段により演算される流体流路における流体の流量がある値である状態を基準とし、この値を跨いで流体の流量が変化した場合に駆動手段からダイヤフラムに付与される動力の向きを、例えば、それまでのダイヤフラムの両面が受ける流体の圧力差と同じ向きから逆の向きに逆転させると、両面が受ける流体の圧力差によりダイヤフラムが第１箇所と第２箇所との間の中途に位置して主弁が中途半端に開いた状態が長い間継続されず、第１箇所のダイヤフラムが第２箇所に、或は、その反対に迅速に変位するようになる。
【００７４】
したがって、開放箇所の主弁を閉塞箇所に、或は、その反対に迅速に移動させて、主弁の開度によって変動する主流路に流れる流体と副流路に流れる流体との割合を、主弁が閉塞箇所以外に位置している状態においてほぼ安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流量計測装置の基本構成図である。
【図２】本発明の流量計測装置の一実施形態を示す概略図である。
【図３】流量増加時の流路定数を決定するルーチンを示すフローチャートである。
【図４】流量減少時の流路定数を決定するルーチンを示すフローチャートである。
【図５】低流量域、高流量域、及び流路定数の切替範囲を示す図である。
【図６】本発明の流量計測装置の他の実施形態を示す概略図である。
【図７】流量増加時の流路定数を決定するルーチンを示すフローチャートである。
【図８】流量減少時の流路定数を決定するルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ガスメータ本体
２１計測手段
２２主弁
２３副流路
２４主流路
２５開閉センサ
２６リンク機構
２７ダイヤフラム
２８ダイヤフラムスプリング
３マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）
３ａＣＰＵ
３ｂＲＡＭ
３ｃＲＯＭ
３ｂ−１第１の記憶手段
３ｃ−１第２の記憶手段
３Ａ演算手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention generally relates to a flow rate measuring device that measures a flow rate of gas or the like, and more particularly to a flow rate measuring device that measures a flow rate by an electric means such as a sensor.
[0002]
[Prior art]
First, regarding a flow rate measurement method, for example, a membrane type is known as a method for measuring a flow rate of gas or the like. A flow rate measurement device of this method flows into a gas inlet and flows out from a gas outlet. Membrane type metering unit for measuring gas, four chambers in which the metering unit is divided by two diaphragms, and reciprocation of the diaphragm performed by gas flowing in from the gas inlet and out of the gas outlet A flow rate is provided by providing a transmission mechanism for driving a timing valve for sequentially supplying gas to the four chambers in order to convert the rotation into a rotary motion and continue the reciprocating motion of the diaphragm, and a counter mechanism linked to the reciprocating motion of the diaphragm Is to measure.
[0003]
However, the above-described membrane-type flow rate measuring device with mechanical operation has a problem from the viewpoint of durability due to wear of a mechanical operating portion in addition to a large structure. Therefore, a flow rate measuring device that measures the gas flow rate by an ultrasonic method has been devised at present. Adopting the ultrasonic method eliminates the need for the transmission mechanism and counter mechanism with the mechanical action required by the membrane-type flow rate measuring device, thus reducing the size of the device and solving the problem of durability. There is an advantage that you can. In this type of flow rate measuring device, a pair of transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged upstream and downstream of the flow at an angle in the flow direction so that the ultrasonic waves cross the flow, When the upstream transmitter emits ultrasonic waves in the forward direction, the time t1 required for the ultrasonic waves to reach the downstream receiver, and when the downstream transmitter emits ultrasonic waves in the reverse direction, the upstream The velocity of the fluid is measured from the time difference from the time t2 required for the ultrasonic wave to reach the receiver, and the flow rate is calculated. This flow rate calculation will be described below using equations.
[0004]
If the distance between a pair of transducers is L, the velocity of sound in a static fluid is C, the velocity of the fluid flow is V, and the angle between the axis through which the ultrasonic wave propagates and the central axis of the flow path is φ, The ultrasonic wave propagation velocity in the forward direction is (C + V cos φ), and the ultrasonic wave propagation velocity in the reverse flow direction is (C−V cos φ). Accordingly, the ultrasonic arrival times t1 and t2 in the forward direction and the reverse direction are
t1 = L / (C + Vcosφ) (1)
t2 = L / (C-Vcosφ) (2)
It becomes. Subtracting equation (2) from equation (1)
V = (L / 2cosφ) · (1 / t1-1 / t2)
= (L / 2cosφ) · [(t2−t1) / (t2 · t1)] (3)
Thus, the flow velocity V can be obtained by measuring t1 and t2.
[0005]
T1 · t2 = L ² / (C ² -V ² cos ² φ), and the flow velocity V is an extremely small value compared to the sound velocity C. ² cos ² φ is extremely small compared to C2, and can be ignored.
V = (C ² / 2Lcosφ) · (t2-t1) (4)
Can be rewritten. Here, the time difference td = t2−t1, k = C ² / 2Lcosφ
V = k · td (5)
It becomes. When the flow velocity V is obtained, the flow rate Q is expressed as follows.
Q = (α · S) · V (6)
= (Α · S · k) · td (7)
Thus, the instantaneous flow rate Q is obtained. By integrating this instantaneous flow rate Q, the amount of gas used Q _S Is weighed.
[0006]
Next, regarding the flow rate measurement range, there has been a demand for measuring the gas flow rate with high accuracy over a wide range from a low flow rate to a high flow rate. However, the flow rate constant inevitably determined by the shape and size of the flow channel makes it possible to control the maximum flow rate so as to be less than the allowable pressure loss, making it difficult to measure the flow rate over a wide range. Therefore, in the apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 63-140916, Japanese Utility Model Laid-Open No. 58-8122, and Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-202023, a main channel having a large opening area and a small opening area are provided inside the apparatus. A secondary flow path is provided, the main flow path is shut off when the flow rate is low, the main flow path is opened when the flow rate is high, and the pressure loss of the entire device is reduced. When the flow rate was high, the flow rate was measured over a wide range by measuring the flow rate with the measurement unit provided in the main flow channel or the measurement unit of both flow channels.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the flow rate measuring devices described in each of the above publications have a problem in that two measuring units are required for the main flow channel and the sub flow channel in order to measure the flow rate, resulting in an increase in the size of the device and an increase in cost.
[0008]
In addition, the mechanism portion for opening and closing the main flow path, in particular, the play in the reciprocating motion of the link mechanism of the on-off valve, the difference in spring force in the expansion and contraction direction of the spring that operates the link mechanism, etc. There is a possibility that there is hysteresis that the pressure loss vs. flow characteristics of the entire device do not match between when the flow rate increases to a high flow rate and when the flow rate decreases from a high flow rate to a low flow rate. When the flow rate is switched and the flow rate constant is determined and the flow rate is calculated, the accuracy of the flow rate measuring device may be deteriorated.
[0009]
In addition, due to manufacturing variations in the flow path, the flow path shape dimensions cannot be made exactly the same, and the device cannot be manufactured so that the pressure loss is the same between products. There is also a problem that it is difficult to fix the channel constant related to the shape and dimension of the channel in the region.
[0010]
In addition, during the period of use of the gas flow rate measuring device, because obstacles such as water and deposits are generated in the flow path, the flow resistance changes and the pressure loss of the flow path changes. In the meantime, compared with the initial state, the flow rate when the main valve was opened and closed changed, and it was difficult to accurately measure the flow rate.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a flow rate measuring apparatus that can measure a wide range of flow rates with high accuracy over a period of use by using one measuring unit and that is inexpensive to manufacture.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the flow rate measuring device according to the first aspect of the present invention is a fluid flow path R in which a main flow path 24 and a sub flow path 23 are provided in parallel as shown in the basic configuration diagram of FIG. And a main valve 22 that is provided in the main flow path 24 and is opened / closed in accordance with an increase / decrease in the flow rate of the fluid in the fluid flow path R, the sub flow path provided in the sub flow path 23 23 for measuring the flow velocity of the fluid at 23, and a constant when the main valve 22 is opened and a constant when the main valve 22 is closed for calculating the flow rate from the flow velocity measured by the measuring means 21. Based on the storage means 3c-1 that stores at least a constant in advance, the open / close sensor 25 that detects the open / close state of the main valve 22, and the detection result of the open / close state of the main valve 22 by the open / close sensor 25, In the storage means 3c-1 The constant selection means 3C for selecting a constant corresponding to the open / close state of the main valve 22 among the stored constants, and when the open / close state of the main valve 22 detected by the open / close sensor 25 changes, Flow velocity measured by the measuring means 21 However, in the case of an increase change, the flow rate increases from a low flow rate to a high flow rate and from the high flow rate to a low flow rate based on the flow rate increase rate. In order to correct the influence of the hysteresis that the pressure loss vs. flow characteristics of the entire device do not match, on the flow measurement, Constant correction means 3B that corrects the constant selected by the constant selection means 3C to obtain a corrected constant, the corrected constant corrected by the constant correction means 3B, and the flow velocity measured by the measurement means 21 And a calculation means 3A for calculating the flow rate of the fluid in the fluid flow path R.
[0013]
According to the flow rate measuring apparatus of the first aspect, when the open / closed state of the main valve 22 is detected by the open / close sensor 25, the constant and blockage when the main valve 22 is stored in advance in the storage means 3c-1. Of the time constants, the constant corresponding to the detected open / closed state is selected by the constant selection means 3C. Therefore, the flow rate of the fluid in the sub-channel 23 is only measured by the measurement means 21, and the result and the constant selection are selected. The flow rate of the fluid in the fluid flow path R is calculated based on the constant selected by the means 3C, so that the apparatus can be reduced in size and the manufacturing cost can be reduced.
[0014]
Moreover, when the open / close state of the main valve 22 changes, When the flow rate measured by the measuring means 21 is an increase change, the flow rate increases from a low flow rate to a high flow rate based on the flow rate increase rate. The constant selected by the constant selection means 3C in order to correct the influence of the hysteresis that the pressure loss versus the flow rate characteristics of the entire apparatus do not coincide with each other when the flow rate decreases from the high flow rate to the low flow rate. Is corrected by the constant correction means 3B, Since the flow rate of the fluid in the fluid flow path R is calculated by the calculation unit 3A based on the post-correction constant and the flow velocity measured by the measurement unit 21, it depends on the pressure loss when the flow rate increases and decreases. Even if hysteresis of flow rate change occurs or pressure loss fluctuates due to changes in the flow resistance of the main flow path 24 and the sub flow path 23, the influence is eliminated and the flow rate of the fluid in the fluid flow path R is reduced. It becomes possible to measure with high accuracy.
[0015]
Further, the flow rate measuring device according to claim 2 is configured such that in the flow rate measuring device according to claim 1, the opening / closing sensor 25 further detects an opening degree of the main valve 22, and the storage unit 3c-1 further stores in advance a constant according to the opening of the main valve 22 for calculating the flow rate from the flow velocity measured by the measuring means 21, and the constant selecting means 3C Based on the detection result of the opening / closing state or opening degree of the main valve 22 by the sensor 25, a constant corresponding to the opening / closing state or opening degree of the main valve 22 among the constants stored in the storage means 3c-1. The configuration was selected.
[0016]
According to the flow rate measuring apparatus of the second aspect, when the open / close state of the main valve 22 changes, the flow velocity of the fluid in the sub-flow path 23 measured by the measuring unit 21 changes due to this change. Just because the flow velocity measured by 21 has simply changed, it cannot be generally said that the flow rate itself of the fluid flow path S has actually changed. For example, as the opening of the main valve 22 increases, the measuring means increases accordingly. On the contrary, when the opening degree of the main valve 22 is reduced, the flow rate measured by the measuring means 21 is relatively increased.
[0017]
Therefore, the constant selection unit 3C selects a constant corresponding to the opening degree of the main valve 22 among the constants stored in the storage unit 3c-1 in advance, and a constant corresponding to the opening degree of the main valve 22; Based on the flow velocity measured by the measuring means 21, the calculating means 3A calculates the flow rate of the fluid in the fluid flow path R, so that the main flow path 24 and the sub flow path are in the process of changing the open / closed state of the main valve 22. 23, it is possible to measure the flow rate of the fluid in the fluid flow path R with higher accuracy in consideration of the situation in which the flow rate distribution of the fluid according to the pressure loss with respect to 23 changes transiently.
[0018]
The flow rate measuring device according to claim 3 is the flow rate measuring device according to claim 1 or 2, wherein the fluid pressure of the main flow path 24 is received by one surface and the fluid pressure of the sub flow channel 23 is received by the other surface. The main valve 22 is positioned at a closed position where the main flow path 24 is closed at the first position due to a change in the pressure difference between the fluid received on both surfaces. Along with the diaphragm 27 for positioning the main valve 22 at the open position where the main flow path 24 is opened at the second position, and the change in the flow rate of the fluid in the fluid flow path R calculated by the calculation means 3A, And a driving means M for applying power from one side to the other side of the first part and the second part to the diaphragm 27, and the diaphragm 27 is a flow received by both surfaces of the diaphragm 27. The resultant force of the force applied from the driving means M and pressure difference, and configured to be displaced between said second location and said first location.
[0019]
According to the flow rate measuring apparatus of the third aspect, when the power applied to the diaphragm 27 by the driving unit M acts in the same direction as the pressure difference of the fluid received by both surfaces of the diaphragm 27, the power applied from the driving unit M. Acts to promote the displacement of the diaphragm 27 due to the fluid pressure difference. When acting on the opposite direction to the fluid pressure difference received by both surfaces of the diaphragm 27, the power applied from the driving means M is the fluid pressure. This acts to prevent the displacement of the diaphragm 27 due to the difference.
[0020]
For this reason, when the flow rate of the fluid in the fluid flow path R calculated by the calculation means 3A is a certain value as a reference, when the flow rate of the fluid changes across this value, it is given from the driving means M to the diaphragm 27. For example, when the direction of the power to be reversed is reversed from the same direction as the pressure difference of the fluid received by both surfaces of the diaphragm 27 up to the opposite direction, the diaphragm 27 causes the first location and the second position to be The state in which the main valve 22 is located halfway between the two locations is not continued for a long time so that the diaphragm 27 at the first location is quickly displaced to the second location or vice versa. become.
[0021]
Therefore, the main valve 22 at the open position is quickly moved to the closed position or vice versa, and the fluid flowing in the main flow path 24 and the fluid flowing in the sub flow path 23 are changed according to the opening degree of the main valve 22. The ratio can be substantially stabilized in a state where the main valve 22 is located at a position other than the closed portion.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of the flow rate measuring device of the present invention. Hereinafter, “fluid” may be referred to as “gas” and “fluid measuring device” may be referred to as “gas meter”. As shown in FIG. 2, the main part of the present apparatus includes a gas meter main body 2 and a microcomputer (μCOM) 3. The gas meter main body 2 includes an inlet through which gas flows in, an outlet through which gas flows out, and four pressure chambers A, B, C, and D. The pressure chamber A and the pressure chamber C are connected via the pressure chamber D. The flow path to be connected constitutes the sub flow path 23, the flow path to connect the pressure chamber A and the pressure chamber C via the pressure chamber B constitutes the main flow path 24, and the pressure chamber A to the pressure chamber D are fluids as a whole. A flow path R is formed.
[0024]
The sub-channel 23 is provided with measuring means 21 for measuring the gas flow velocity. In this embodiment, the measuring means 21 is a pair of transmission / reception units equipped with ultrasonic transducers as described in the prior art. Has a waver. The flow velocity data measured by the measuring means 21 is sent to the μCOM 3 and used for processing described later.
[0025]
A main valve 22, a link mechanism 26, a diaphragm 27, and a spring 28 are provided in the main flow path 24. When the gas flow rate is low, the pressure difference between the pressure chamber D and the pressure chamber B is small, the spring 28 presses the diaphragm 27 downward, and presses the main valve 22 to the right via the link mechanism 26, that is, the main valve. 22 is closed.
[0026]
When the gas flow rate increases, the pressure loss in the measuring means 21 increases and the pressure difference between the pressure chamber D and the pressure chamber B increases, and when this pressure difference further increases, the spring 27 of the spring 28 is overcome and the diaphragm 27 moves upward. Move to. In conjunction with the upward movement of the diaphragm 27, the link mechanism 26 moves the main valve 22 leftward, that is, the main valve 22 is opened, and a gas flow path via the main flow path 24 is formed. When the main valve 22 is opened, for example, a detection means 25 (corresponding to an open / close sensor) such as a reflective optical sensor, an ultrasonic sensor, or a magnetic sensor using a combination of a hall element and a magnet detects the vertical position of the diaphragm 27. Then, it is sent to μCOM 3 as an opening signal S indicating the opening of the main valve 22. This opening degree signal S is used for the processing described later.
[0027]
The μCOM 3 includes a central processing unit (CPU) 3a, a random access memory (RAM) 3b, and a read only memory (ROM) 3c.
[0028]
The RAM 3b has a data area including an area for storing the flow velocity data measured by the measuring means 21. The RAM 3b has a work area used for various processing operations. In this work area, various flag areas, a buffer area, and the like are provided.
[0029]
The ROM 3c has a data area including an area (corresponding to the storage means 3c-1 in the claims) in which a constant corresponding to the opening of the main valve 22 is stored in advance in order to calculate the flow rate from the flow velocity data. is there. The ROM 3c stores a control program for causing the CPU 3a to perform various processing operations. As processing operations of the CPU 3a, there are a routine for determining the flow path constant at the time of increasing the flow rate and a routine for determining the flow path constant at the time of decreasing the flow volume, which will be described in detail below with reference to the flowcharts of FIGS. Explained. These routines for determining the flow rate constant when the flow rate is increased and when the flow rate is decreased are first executed at the time of manufacturing the flow rate measuring device, and then the accuracy of the flow rate measurement is maintained against changes in pressure loss over time or due to market factors. To be executed.
[0030]
FIG. 3 is a flowchart showing a routine for determining a channel constant when the flow rate is increased. In this routine, the gas flow rate is 0m. ^Three When starting at / h (step S1), it is determined whether or not the first opening / closing operation flag F1 of the RAM 3b is not set (“0”) (step S2). If the determination in step S2 is N, that is, if the first opening / closing operation flag F1 is set, the process proceeds to step S2 described later. If the determination in step S2 is Y, that is, if the first opening / closing operation flag F1 is not set, The variable i indicating what sampling time the measuring means 21 measures the flow velocity is set to 0 (step S3). Here, the measurement of the flow velocity by the measuring means 21 is not performed continuously, but is performed discretely in order to save power in consideration of the life of the battery mounted on the flow measuring device. Next, the low flow rate region constant K stored in advance in the ROM 3c. _L And set the flow path constant to K _L (Step S4). Here, as shown in FIG. 5, the “low flow area” means a flow rate of 0 to 6 m in the embodiment of the present invention. ^Three The range of / h.
[0031]
At i = 0, the flow velocity V is measured by the measuring means 21 (step S5), and the measured flow velocity data V is measured. ₀ Is stored in the RAM 3b (step S6). Next, it is determined whether or not the opening signal S indicating whether the main valve 22 is open or closed is equal to 0 (step S7). Here, the case where the opening signal S is 1 means that the main valve 22 is in an open state, and the case where S is 0 means that the main valve 22 is in a closed state. The case above 0 and below 1 means that the closer the S is to 0, the closer to the closed state, and the closer to 1, the closer to 1 the open state of the main valve 22 is.
[0032]
In step S7, if S = 0, the variable i is incremented by 1 (step S8), the process returns to step S5, and the processing steps of steps S6, S7, and S8 are repeated.
[0033]
Steps S5, S6, S7, and S8 are repeated as described above. When the result of determination in step S7 is S ≠ 0 at the Nth sampling time point of flow velocity measurement, the CPU 3a determines that the main valve 22 has started to open. The flow velocity data V before the main valve 22 stored in the RAM 3b starts to open _N-1 And V _N-2 Is read from the RAM 3b (step S9). Next, the flow rate increase rate K when the flow rate increases _U = (V _N-1 -V _N-2 ) / Δt is calculated (step S10). Here, Δt is a sampling time interval of flow velocity measurement. Based on the result in step S10, the correction coefficient α (K _U ) Is determined (step S11). Next, among the constants stored in advance in the ROM 3c, the high flow rate region constant K corresponding to the opening degree of the main valve 22 indicated by the current opening degree signal S. _HS Is read (step S12). Here, the “high flow rate region” means a flow rate of 5 to 100 m in the embodiment of the present invention as shown in FIG. ^Three The range of / h.
[0034]
Next, let α (K _U ) ・ K _HS (Step S13), and then it is determined whether or not the opening signal S is equal to 1 (step S14). In step S14, if S ≠ 1, after setting the first opening / closing operation flag F1 (step S15), the routine for determining the flow path constant at the time of increasing the flow rate is terminated (step S17), and the result of this routine is obtained. Based on the obtained correction constant, flow rate information is calculated.
[0035]
In step S14, when S = 1, after the first opening / closing operation flag F1 is lowered (step S16), the routine for determining the flow path constant when the flow rate is increased is terminated (step S17), and the result of this routine The flow rate information is calculated based on the obtained correction constant.
[0036]
FIG. 4 is a flowchart showing a routine for determining a channel constant when the flow rate is decreased. This routine has a gas flow rate of 7m. ^Three When starting at / h or more (step S18), it is determined whether the second opening / closing operation flag F3 of the RAM 3b is not set ("0") (step S19). If the determination in step S19 is N, that is, if the second opening / closing operation flag F3 is set, the process proceeds to step S29 described later. If the determination in step S19 is Y, that is, if the second opening / closing operation flag F3 is not set, The variable i indicating what sampling time the measuring means 21 measures the flow velocity is set to 0 (step S20). Next, the high flow rate region constant K stored in advance in the ROM 3c. _H And set the flow path constant to K _H (Step S21).
[0037]
At i = 0, the flow velocity V is measured by the measuring means 21 (step S22), and the measured flow velocity data V is measured. ₀ Is stored in the RAM 3b (step S23). Next, it is determined whether or not the opening signal S is equal to 1 (step S24).
[0038]
In step S24, if S ≠ 1, that is, if the main valve 22 is still open, the variable i is incremented by 1 (step S25), the process returns to step S22, and the processing steps of steps S23, S24, and S25 are repeated. .
[0039]
Steps S22, S23, S24, and S25 are repeated as described above. When the result of determination in step S24 is S = 0 at the Nth sampling time point of flow velocity measurement, the CPU 3a determines that the main valve 22 has started to close. The flow velocity data V before the main valve 22 stored in the RAM 3b starts to close _N-1 And V _N-2 Is read from the RAM 3b (step S26). Next, the flow rate decrease rate K when the flow rate decreases _D = (V _N-1 -V _N-2 ) / Δt (step S27), and based on the result in step S27, the correction coefficient α (K _D ) Is determined (step S28). Next, among the constants stored in advance in the ROM 3c, the low flow rate region constant K corresponding to the opening degree of the main valve 22 indicated by the current opening degree signal S. _LS Is read (step S29).
[0040]
Next, let α (K _D ) ・ K _LS (Step S30), and then it is determined whether or not the opening signal S is equal to 0 (step S31). In step S31, when S ≠ 0, after setting the second opening / closing operation flag F3 (step S32), the routine for determining the flow path constant when the flow rate is decreased is ended (step S34), and the result of this routine is obtained. Based on the obtained correction constant, flow rate information is calculated.
[0041]
In step S31, when S = 1, after the second opening / closing operation flag F3 is lowered (step S33), the routine for determining the flow path constant when the flow rate is decreased is terminated (step S34), and the result of this routine is determined. The flow rate information is calculated based on the obtained correction constant.
[0042]
As shown in FIG. 5, in the case of the embodiment of the present invention, the flow rate range for performing the arithmetic processing to switch the low flow area constant and the high flow area constant is 4 to 7 m. ^Three / H is set.
[0043]
The processing content of step S12 in the flowchart of FIG. 3 and the processing content of step S29 in the flowchart of FIG. 4 correspond to the constant correction unit 3B and the constant selection unit 3C in the claims, and FIG. The process of calculating the flow rate information based on the correction constant obtained by the routine shown in the flowchart corresponds to the calculation means 3A in the claims.
[0044]
According to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, it is possible to determine the optimum flow path constant by eliminating the influence of the hysteresis and the flow path manufacturing variation when the flow rate is increased and decreased.
[0045]
The open / close sensor 25 detects only two positions, that is, the position of the diaphragm 27 when the main valve 22 is open and the position of the diaphragm 27 when the main valve 22 is closed. Only the open / closed state of the valve 22 is determined by the μCOM 3, and according to the determination result, the measurement of the total gas flow rate based only on the flow velocity data V from the measuring means 21 is used for the low flow rate region coefficient K used when the main valve 22 is closed. _L And high flow rate constant K used when main valve 22 is open _H It is also possible to use only two coefficients.
[0046]
However, as in the present embodiment, a high flow rate region constant K corresponding to the opening degree of the main valve 22 by the opening degree signal S indicating the opening degree of the main valve 22 from the opening / closing sensor 25. _HS And low flow rate constant K _LS Are read out from the ROM 3c and the total gas flow rate is measured only by the flow velocity data V from the measuring means 21 using these, the pressure chamber B and the pressure chamber D in the middle of the change of the open / close state of the main valve 22 are obtained. This is advantageous because the total flow rate of gas can be measured with higher accuracy in consideration of the situation in which the gas flow rate distribution according to the pressure loss changes transiently.
[0047]
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing another embodiment of the flow rate measuring device of the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same parts and portions as those shown in FIG. And redundant description is omitted.
[0048]
In the flow rate measuring device of the present embodiment, the electromagnetic solenoid 29 driven by the control of μCOM 3 is provided in the pressure chamber D, and the diaphragm 27 is connected to the rod 29a of the electromagnetic solenoid 29. The configuration is different from the flow rate measuring apparatus shown in FIG. In the flow measurement device of this embodiment, the control program stored in the ROM 3c of the μCOM 3 is slightly different from the control program stored in the ROM 3c of the μCOM 3 of the flow measurement device shown in FIG. The configuration is the same as that of the flow rate measuring apparatus shown in FIG.
[0049]
As processing operations of the CPU 3a in the flow rate measuring device of the present embodiment, there are a routine for determining a flow path constant when the flow rate is increased and a routine for determining a flow path constant when the flow rate is decreased. This will be described in detail below with reference to the flowchart of FIG. These routines for determining the flow rate constant when the flow rate is increased and when the flow rate is decreased are first executed at the time of manufacturing the flow rate measuring device, and then the accuracy of the flow rate measurement is maintained against changes in pressure loss over time or due to market factors. To be executed.
[0050]
FIG. 7 is a flowchart showing a routine for determining a channel constant when the flow rate is increased. In this routine, the gas flow rate is 0m. ^Three When starting at / h (step S41), a variable i indicating the sampling time at which the measuring means 21 measures the flow velocity is set to 0 (step S42). Here, the measurement of the flow velocity by the measuring means 21 is not performed continuously, but is performed discretely in order to save power in consideration of the life of the battery mounted on the flow measuring device. Next, the low flow rate region constant K stored in advance in the ROM 3c. _L And set the flow path constant to K _L (Step S43). Here, as shown in FIG. 5, the “low flow area” means a flow rate of 0 to 6 m in the embodiment of the present invention. ^Three The range of / h.
[0051]
At i = 0, the flow velocity V is measured by the measuring means 21 (step S44), and the measured flow velocity data V ₀ Is stored in the RAM 3b (step S45). Next, the latest flow velocity data V stored in the RAM 3b _i Is determined to exceed a predetermined reference flow velocity Vth (step S46). In step S46, the latest flow velocity data V _i If it does not exceed the reference flow velocity Vth, the variable i is incremented by 1 (step S47), the process returns to step S44, and the processing steps of steps S45, S46, and S47 are repeated.
[0052]
Steps S44, S45, S46, and S47 are repeated as described above, and the latest flow velocity data V is obtained as a result of the determination in step S46 at the Nth sampling time point of the flow velocity measurement. _i When the flow rate exceeds the reference flow velocity Vth, the electromagnetic solenoid 29 is driven in the opening direction so that the rod 29a moves upward in FIG. 6 in order to change the closed main valve 22 to the open state (step S48).
[0053]
Next, the flow velocity data V before the main valve 22 stored in the RAM 3b starts to open. _N-1 And V _N-2 Is read from the RAM 3b (step S49). Next, the flow rate increase rate K when the flow rate increases _U = (V _N-1 -V _N-2 ) / Δt is calculated (step S50). Here, Δt is a sampling time interval of flow velocity measurement. Based on the result in step S50, the correction coefficient α (K _U ) Is determined (step S51). Next, the high flow rate region constant K stored in advance in the ROM 3c. _H Is read (step S52). Here, the “high flow rate region” means a flow rate of 5 to 100 m in the embodiment of the present invention as shown in FIG. ^Three The range of / h.
[0054]
Next, let α (K _U ) ・ K _H (Step S53), the routine for determining the flow path constant when the flow rate is increased is terminated (step S54), and the flow rate information is calculated based on the correction constant obtained as a result of this routine.
[0055]
FIG. 8 is a flowchart showing a routine for determining a channel constant when the flow rate is decreased. This routine has a gas flow rate of 7m. ^Three When starting at / h or more (step S55), a variable i indicating what sampling time the measuring means 21 measures the flow velocity is set to 0 (step S56). Next, the high flow rate region constant K stored in advance in the ROM 3c. _H And set the flow path constant to K _H (Step S57).
[0056]
At i = 0, the measuring means 21 measures the flow velocity V (step S58), and the measured flow velocity data V ₀ Is stored in the RAM 3b (step S59). Next, the latest flow velocity data V stored in the RAM 3b _i Is less than the reference flow velocity Vth (step S60). In step S24, the latest flow velocity data V _i Is not lower than the reference flow velocity Vth, the variable i is incremented by 1 (step S61), the process returns to step S22, and the processing steps of steps S58, S59, and S60 are repeated.
[0057]
Steps S58, S59, S60, and S61 are repeated as described above, and the latest flow velocity data V is obtained as a result of the determination in step S60 at the Nth sampling time point of the flow velocity measurement. _i Is lower than the reference flow velocity Vth, the electromagnetic solenoid 29 is driven in the closing direction so that the rod 29a moves downward in FIG. 6 in order to shift the open main valve 22 to the closed state (step S62).
[0058]
Next, the flow velocity data V before the main valve 22 stored in the RAM 3b starts to close. _N-1 And V _N-2 Is read from the RAM 3b (step S63). Next, the flow rate decrease rate K when the flow rate decreases _D = (V _N-1 -V _N-2 ) / Δt (step S64), and based on the result in step S64, the correction coefficient α (K _D ) Is determined (step S65). Next, the low flow rate region constant K stored in advance in the ROM 3c. _L Is read (step S66).
[0059]
Next, let α (K _D ) ・ K _L (Step S67), the routine for determining the flow path constant when the flow rate is decreased is terminated (step S68), and the flow rate information is calculated based on the correction constant obtained as a result of this routine.
[0060]
Note that the processing content of step S53 in the flowchart of FIG. 7 and the processing content of step S67 in the flowchart of FIG. 8 correspond to the constant correction means 3B and constant selection means 3C in the claims, and FIG. The process of calculating the flow rate information based on the correction constant obtained by the routine shown in the flowchart corresponds to the calculation means 3A in the claims.
[0061]
Further, the processing contents of step S48 in the flowchart of FIG. 7 and step S62 in the flowchart of FIG. 8 correspond to the driving means M in the claims, and these and the electromagnetic solenoid 29 constitute the driving means M. .
[0062]
According to the flow rate measuring device of the present embodiment, even if the diaphragm 27 is about to be displaced due to a change in the differential pressure between the gas in the pressure chamber B and the gas in the pressure chamber D received by both surfaces of the diaphragm 27, the electromagnetic solenoid 29 must be driven. In contrast, the displacement of the diaphragm 27 does not actually occur, and conversely, a force sufficient to reverse the diaphragm 27 (can be completed) is a difference in pressure between the gas in the pressure chamber B and the gas in the pressure chamber D. Even if the electromagnetic solenoid 29 is not driven, the power transmitted from the rod 29a of the electromagnetic solenoid 29 is added to the differential pressure between the gas in the pressure chamber B and the gas in the pressure chamber D, so that the diaphragm 27 is reliably and It will be reversed quickly.
[0063]
Therefore, the opening / closing operation of the main valve 22 is accelerated, the transient period in which the gas flow distribution in the main flow path 24 and the sub flow path 23 fluctuates in the middle is shortened, and the total gas based only on the flow velocity data V from the measuring means 21 is reduced. Low flow rate coefficient K used when measuring the flow rate when the main valve 22 is closed _L And high flow rate constant K used when main valve 22 is open _H It is possible to carry out with high accuracy using only the two coefficients.
[0064]
Note that, as in the program shown in the flowcharts of FIGS. 7 and 8, in this embodiment, the step of confirming the opening signal S of the open / close sensor 25 is not provided, but after step S48 of FIG. 7 or the step of FIG. After S62, it may be confirmed whether the opening degree signal S of the opening / closing sensor 25 is 0 or 1 and whether the opening / closing of the main valve 22 is reliably completed is confirmed.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, the flow rate measuring device according to the first aspect of the present invention includes the fluid flow path in which the main flow path and the sub flow path are provided in parallel, and the fluid flow rate provided in the main flow path in the fluid flow path. In a flow rate measuring apparatus having a main valve that is opened and closed in accordance with an increase or decrease in flow rate, a measuring means provided in the sub-flow channel for measuring the flow velocity of the fluid in the sub-flow channel is measured by the measuring unit. A storage means for calculating a flow rate from the flow velocity determined by storing at least a constant when the main valve is opened and a constant when the main valve is closed; and an open / close sensor for detecting an open / closed state of the main valve And constant selection means for selecting a constant corresponding to the open / close state of the main valve among the constants stored in the storage means based on the detection result of the open / close state of the main valve by the open / close sensor; Detected by open / close sensor When the open or closed state of the main valve is changed to a flow rate measured by said measuring means However, in the case of an increase change, the flow rate increases from a low flow rate to a high flow rate and from the high flow rate to a low flow rate based on the flow rate increase rate. In order to correct the influence of the hysteresis that the pressure loss vs. flow characteristics of the entire device do not match, on the flow measurement, Based on the constant correction means that corrects the constant selected by the constant selection means to obtain a corrected constant, the corrected constant corrected by the constant correction means, and the flow velocity measured by the measurement means, Computational means for computing the fluid flow rate in the fluid flow path is provided.
[0066]
According to the flow rate measuring device of the first aspect, when the open / close state of the main valve is detected by the open / close sensor, the constant at the time of opening and the constant at the time of closing of the main valve stored in advance in the storage means are included. Since the constant corresponding to the detected opening / closing state is selected by the constant selection means, the flow rate of the fluid in the sub-flow channel is only measured by the measurement means, and the result is based on the constant selected by the constant selection means. Thus, the flow rate of the fluid in the fluid flow path can be calculated, and the apparatus can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
[0067]
Moreover, when the open / close state of the main valve changes, When the flow rate measured by the measuring means increases based on the flow rate increase rate in the case of an increase change, and on the basis of the flow rate decrease rate in the case of a decrease change, the flow rate increases from a low flow rate to a high flow rate, and The constant selected by the constant selection means is a constant in order to correct the influence of the hysteresis that the pressure loss vs. flow characteristics of the entire device do not match when the flow rate decreases from a high flow rate to a low flow rate. Corrected by correction means, Since the flow rate of the fluid in the fluid flow path is calculated by the calculation unit based on the corrected constant and the flow velocity measured by the measurement unit, the flow rate change depending on the pressure loss is increased and decreased. Even if hysteresis occurs or pressure loss fluctuates due to changes in the flow resistance of the main flow path or sub flow path, the effect is eliminated and the flow rate of fluid in the fluid flow path is measured with high accuracy. Can do.
[0068]
Further, the flow rate measuring device according to claim 2 is configured such that in the flow rate measuring device according to claim 1, the open / close sensor further detects an opening degree of the main valve, and the storage means A constant corresponding to the opening degree of the main valve for calculating the flow rate from the flow velocity measured by the measuring means is further stored in advance, and the constant selecting means is configured to open / close the main valve by the open / close sensor. Or based on the detection result of the opening degree, it was set as the structure which selects the constant corresponding to the opening-and-closing state or opening degree of the said main valve among the said constants stored in the said memory | storage means.
[0069]
According to the flow rate measuring device of the second aspect, when the open / closed state of the main valve changes, the flow velocity of the fluid in the sub-flow path measured by the measuring unit changes due to this change. However, simply because the flow rate of the fluid flow has changed, it cannot be generally said that the flow rate of the fluid flow path has actually changed.For example, as the opening of the main valve increases, On the contrary, when the opening degree of the main valve is decreased, the flow velocity measured by the measuring means is relatively increased.
[0070]
Therefore, the constant selection means selects a constant corresponding to the opening of the main valve from the constants stored in advance in the storage means, and is measured by the constant corresponding to the opening of the main valve and the measuring means. Based on the flow velocity, the calculation means calculates the flow rate of the fluid in the fluid flow path, so that the flow rate distribution of the fluid according to the pressure loss between the main flow path and the sub flow path during the transition of the open / close state of the main valve Can be measured with higher accuracy in consideration of a situation in which the flow rate changes transiently.
[0071]
A flow rate measuring device according to claim 3 is the flow rate measuring device according to claim 1 or 2, wherein the fluid pressure of the main channel is received on one surface and the fluid pressure of the sub-channel is received on the other surface. The first valve is displaced between the first part and the second part due to the change in the pressure difference between the fluids received on both surfaces, and the second valve is located at the closed part that closes the main flow path at the first part. At the location, the first location and the second location are based on a diaphragm that positions the main valve at an open location that opens the main flow channel, and a change in fluid flow rate in the fluid flow channel that is calculated by the calculation means. Driving means for applying to the diaphragm power from one side to the other, and the diaphragm includes a difference between a pressure difference of fluid received by both surfaces of the diaphragm and power applied from the driving means. By and configured to be displaced between said second location and said first location.
[0072]
According to the flow rate measuring apparatus of the third aspect, when the power applied to the diaphragm by the driving means acts in the same direction as the pressure difference of the fluid received by both surfaces of the diaphragm, the power applied from the driving means is the pressure of the fluid. Acts to promote the displacement of the diaphragm due to the difference, and when acting in the opposite direction to the pressure difference of the fluid received by both sides of the diaphragm, the power applied from the drive means prevents the displacement of the diaphragm due to the pressure difference of the fluid Will act to do.
[0073]
For this reason, the direction of the power applied from the drive means to the diaphragm when the flow rate of the fluid changes across the value based on the state where the flow rate of the fluid in the fluid flow path calculated by the calculation means is a reference value. For example, if the reverse pressure is reversed from the same direction as the fluid pressure difference received by both surfaces of the diaphragm so far, the diaphragm is halfway between the first location and the second location due to the fluid pressure difference received by both surfaces. The state in which the main valve is halfway open is not continued for a long time, and the diaphragm at the first location is quickly displaced to the second location or vice versa.
[0074]
Accordingly, the main valve at the open position is quickly moved to the closed position or vice versa, and the ratio of the fluid flowing in the main flow path and the fluid flowing in the sub flow path, which varies depending on the opening of the main valve, is determined. It is possible to stabilize the valve in a state where the valve is located at a position other than the closed position.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a flow rate measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of a flow rate measuring device of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a routine for determining a channel constant when the flow rate is increased.
FIG. 4 is a flowchart showing a routine for determining a channel constant when the flow rate is decreased.
FIG. 5 is a diagram illustrating a switching range of a low flow rate region, a high flow rate region, and a channel constant.
FIG. 6 is a schematic view showing another embodiment of the flow rate measuring device of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a routine for determining a channel constant when the flow rate is increased.
FIG. 8 is a flowchart showing a routine for determining a channel constant when the flow rate is decreased.
[Explanation of symbols]
2 Gas meter body
21 Measuring means
22 Main valve
23 Subchannel
24 Main flow path
25 Open / close sensor
26 Link mechanism
27 Diaphragm
28 Diaphragm spring
3 Microcomputer (μCOM)
3a CPU
3b RAM
3c ROM
3b-1 first storage means
3c-1 second storage means
3A calculation means

Claims

主流路と副流路とが並列に設けられた流体流路と、前記主流路に設けられ前記流体流路における流体の流量の増減に応じて開閉される主弁とを具備した流量計測装置において、
前記副流路に設けられ該副流路における流体の流速を計測するための計測手段と、
前記計測手段により計測された流速から流量を算出するための、前記主弁の開放時の定数と該主弁の閉塞時の定数とを少なくとも前もって格納している記憶手段と、
前記主弁の開閉状態を検出する開閉センサと、
前記開閉センサによる前記主弁の開閉状態の検出結果に基づいて、前記記憶手段に格納されている前記定数のうち前記主弁の開閉状態に対応する定数を選択する定数選択手段と、
前記開閉センサにより検出される前記主弁の開閉状態が変化したときに、前記計測手段により計測された流速が、増加変化の場合は流速増加率に基づいて、また、減少変化の場合は流速減少率に基づいて、低流量から高流量へと流量が増大する場合と、高流量から低流量へと流量が減少する場合とで、装置全体の圧力損失対流量特性が一致しないというヒステリシスが流量測定に与える影響を補正するために、前記定数選択手段により選択された前記定数を補正し補正後定数とする定数補正手段と、
前記定数補正手段により補正された前記補正後定数と前記計測手段により計測された流速とに基づいて、前記流体流路における流体の流量を演算する演算手段と、
を備えることを特徴とする流量計測装置。In a flow measuring device comprising: a fluid flow path in which a main flow path and a sub flow path are provided in parallel; and a main valve that is provided in the main flow path and that is opened and closed according to an increase or decrease in the flow rate of fluid in the fluid flow path. ,
A measuring means provided in the sub-flow channel for measuring the flow velocity of the fluid in the sub-flow channel;
Storage means for calculating a flow rate from the flow velocity measured by the measuring means, storing at least a constant at the time of opening the main valve and a constant at the time of closing the main valve;
An open / close sensor for detecting an open / closed state of the main valve;
Constant selection means for selecting a constant corresponding to the open / close state of the main valve among the constants stored in the storage means based on the detection result of the open / close state of the main valve by the open / close sensor;
When the open / close state of the main valve detected by the open / close sensor changes, the flow rate measured by the measuring means is based on the flow rate increase rate in the case of an increase change, and the flow rate decrease in the case of a decrease change. Based on the rate, the flow measurement has a hysteresis that the pressure loss vs. flow characteristics of the entire device do not match when the flow rate increases from low flow rate to high flow rate and when the flow rate decreases from high flow rate to low flow rate influence to correct for a constant correcting means to correct the constant selected by the constant selection means corrected constant,
Calculation means for calculating the flow rate of the fluid in the fluid flow path based on the corrected constant corrected by the constant correction means and the flow velocity measured by the measurement means;
A flow rate measuring device comprising:

前記開閉センサは前記主弁の開度をさらに検出するように構成されており、前記記憶手段は、前記計測手段により計測された流速から流量を算出するための、前記主弁の開度に応じた定数を前もってさらに格納しており、前記定数選択手段は、前記開閉センサによる前記主弁の開閉状態又は開度の検出結果に基づいて、前記記憶手段に格納されている前記定数のうち前記主弁の開閉状態又は開度に対応する定数を選択する請求項１記載の流量計測装置。The open / close sensor is configured to further detect the opening degree of the main valve, and the storage means is configured to respond to the opening degree of the main valve for calculating a flow rate from the flow velocity measured by the measuring means. The constant selection means is further configured to store the main constant among the constants stored in the storage means based on a detection result of the opening / closing state or the opening degree of the main valve by the opening / closing sensor. The flow rate measuring apparatus according to claim 1, wherein a constant corresponding to an open / close state or an opening degree of the valve is selected.

前記主流路の流体圧を一方の面に受けると共に前記副流路の流体圧を他方の面に受け、これら両面に受ける流体の圧力差の変動により第１箇所と第２箇所との間で変位し、該第１箇所では前記主流路を閉塞する閉塞箇所に前記主弁を位置させると共に前記第２箇所では前記主流路を開放する開放箇所に前記主弁を位置させるダイヤフラムと、前記演算手段により演算される前記流体流路における流体の流量の変化を基に、前記第１箇所と前記第２箇所とのうち一方から他方に向かう動力を前記ダイヤフラムに付与する駆動手段とをさらに備え、前記ダイヤフラムが、該ダイヤフラムの両面が受ける流体の圧力差と前記駆動手段から付与される動力との合力により、前記第１箇所と前記第２箇所との間で変位する請求項１又は２記載の流量計測装置。The fluid pressure of the main flow path is received on one side and the fluid pressure of the sub-flow path is received on the other side, and the displacement between the first place and the second place is caused by the variation in the pressure difference of the fluid received on both sides. A diaphragm that positions the main valve at a closed position that closes the main flow path at the first position and positions the main valve at an open position that opens the main flow path at the second position; and The diaphragm further includes a driving unit that applies power from one of the first location and the second location to the other based on a change in the flow rate of the fluid in the fluid flow path calculated. 3. The flow rate measurement according to claim 1, wherein the flow rate is displaced between the first location and the second location by a resultant force of a fluid pressure difference received by both surfaces of the diaphragm and a power applied from the driving means. Location.