JP4269045B2

JP4269045B2 - Integrated flow meter

Info

Publication number: JP4269045B2
Application number: JP2002251043A
Authority: JP
Inventors: 実瀬戸; 充典小牧; 健田代; 英一大島; 聡石谷; 学村岡; 雅己瀬尾
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Azbil Corp
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Azbil Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP2004093173A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱式流量センサを用いて計測される流体の瞬時流量を、流量升により規定される所定の単位流量毎に積算してその積算流量を求める積算流量計に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
熱式流量センサは、例えば図９に示すようにシリコン基台Ｂ上に設けた発熱抵抗体からなるヒータ素子Ｒｈを間にして、流体の通流方向Ｆに測温抵抗体からなる一対の温度センサＲｕ,Ｒｄを設けた素子構造を有する。この種の熱式流量センサを用いた流量計は、上記ヒータ素子Ｒｈから発せられる熱の拡散度合い（温度分布）が前記流体の通流によって変化することを利用し、前記温度センサＲｕ,Ｒｄの熱による抵抗値変化から前記流体の通流速度、ひいてはその流量Ｑを検出する如く構成される。尚、図中Ｒｒは、前記ヒータ素子Ｒｈから離れた位置に設けられた測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度の計測に用いられる。
【０００３】
このような熱式流量センサを用いたガスメータ等の積算流量計は、概略的には図１０に示すように熱式流量センサ１にてリアルタイムに計測される流体（ガス）の瞬時流量ｑを流量升２を用いて積算し、その積算流量Ｑが所定の単位流量Ｑoに達する都度、その到達回数を積算計（カウンタ）３を用いて計数するように構成される。具体的には図１１(ａ)に示すように流量升２にて積算される瞬時流量ｑの積算値（流量）Ｑが上記単位流量Ｑo、例えば１０Ｌに達する都度、図１１(ｂ)に示すように流量升２から単位流量信号Ｐを出力し、この信号Ｐを図１１(ｃ)に示すように積算計（カウンタ）３にて計数することで積算流量ＴＱを求めるように構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで流路内における圧力変動等に起因して上記流路を通流する流体が行き来する、いわゆる脈動流が発生することがある。この脈動流の成分は、トータル的（平均的）には流量が零［０］であると捉えられるものである。
しかしながら上述した従来の積算計においては、流量升２を用いて積算される流体の瞬時流量ｑの積算値Ｑが所定の単位流量に達したときに発せられる単位流量信号Ｐを、積算計（カウンタ）３にて計数して積算流量ＴＱを求めているだけなので、流体が逆向きに流れてもその逆向きの流量が上記積算流量ＴＱから差し引かれることはない。この為、脈動状態における流量升２での積算値Ｑが単位流量を超えるような場合、特に脈動が大きい場合には、本来的には零［０］であるべき脈動流の成分までを不本意に積算してしまい、その計測（積算）精度が損なわれると言う問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、脈動状態の有無に拘わることなく、所定の流路を通過する流体の積算流量を正確に求めることのできる積算流量計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る積算流量計は、所定の流路を通流する流体の瞬時流量を計測する熱式流量センサと、この熱式流量センサにより計測される瞬時流量を積算し、予め定めた管理時間内にその積算値が予め定めた単位流量に達したときに単位流量信号を出力すると共に、上記積算値をリセットする流量升と、この流量升からの前記単位流量信号の出力回数を計数して前記所定の流路を通流した流体の積算流量を求める流量積算手段とを具備したものであって、
特に前記流量升での積算値が前記管理時間内において前記単位流量に達しないときには前記流量升における積算値を強制的にリセットするリセット手段を備えたことを特徴としている。
【０００７】
即ち、本発明に係る積算流量計は、前記流量升での積算値が所定時間を経過しても前記所定の単位流量に達っしないときには、脈動成分によってその積分値の増加の速度が通常の流量計測時よりも遅いと判断し、その積分値自体をリセットすることで、実際の流量が零［０］であるにも係わらず流量升での積分値が次第に増加して前記単位流量信号が出力されるような不具合を未然に防ぐことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る積算流量計について説明する。
本発明に係る積算流量計は、基本的には図９に示すような素子構造の熱式流量センサ１を用いてリアルタイムに計測される流体（ガス）の瞬時流量ｑを、図１１に示すように流量升２を用いて積算し、その積算流量Ｑが所定の単位流量Ｑoに達する都度、その到達回数を積算計（カウンタ）３を用いて計数することで、その積算流量ＴＱを求めるように構成される。
【０００９】
基本的には上述した如く構成される積算流量計において、この発明が特徴とするところは、図１にその処理概念を示すように、流量センサ１を用いて計測された瞬時流量ｑを積算する流量升２において、該流量升２が所定の単位流量（升の大きさ）Ｑoまで上記瞬時流量ｑを積算するに要する時間を管理し、予め定められた時間Ｔoが経過してもその積算値Ｑが上記単位流量Ｑoに達しない場合には、脈動に起因する逆方向の瞬時流量ｑによって積算値Ｑの増加が妨げられていると判断し、その積算値Ｑをリセットするようにしたことを特徴としている。
【００１０】
即ち、流量升２を作動させるに際して、先ず上述した時間を管理するタイマを零［０］に初期化すると共に、その積算値Ｑを零［０］に初期化する［ステップＳ１,Ｓ２］。この状態において流量升２を作動させて前記流量センサ１を用いて所定の周期毎にリアルタイムに計測される瞬時流量ｑを積算し、その積算値Ｑを求める［ステップＳ３］。そしてその積算値Ｑが、前述した単位流量（升の大きさ）Ｑoに達したか否かを判定し［ステップＳ４］、積算値Ｑが単位流量Ｑoに達している場合には、単位流量信号Ｐを発生して前記積算計３による単位流量Ｑoの積算処理を実行させる［ステップＳ５］。
【００１１】
しかし積算値Ｑが単位流量Ｑoに達していない場合には、タイマによって計時されている瞬時流量ｑの積算時間ｔと、予め設定されている管理時間Ｔoとを比較する［ステップＳ６］。そして上記管理時間Ｔoを越えるような場合には、前述したステップＳ１からの処理に戻ることでタイマをリセットすると共に［ステップＳ１］、その積算値Ｑを強制的にリセットする［ステップＳ２］。但し、瞬時流量ｑの積算時間ｔが前記管理時間Ｔoに至っていない場合には、前述した流量センサ１を用いて計測される瞬時流量ｑの積算処理を繰り返し実行する［ステップＳ３］。
【００１２】
このような流量升２による瞬時流量ｑの積算時間の管理に基づく流量升２の強制的なリセット機能を備えた積算流量計によれば、図２にその概念を示すように逆方向に流れる脈動成分によって流量升２の積算値Ｑが減算されるので、その積算値Ｑの増加が抑えられる。これ故、一般的には図２(ｂ)に破線で示すようにその積算値Ｑが単位流量Ｑoに達するまでには時間が掛かる。そこで流量升２において積算される瞬時流量ｑの積算値Ｑが上記単位流量Ｑoに達するまでに要する時間を監視すれば、通常状態であるか、或いは脈動が生じているかを判定することができる。換言すれば所定の管理時間Ｔoが経過したときの積算値Ｑを判定することで、脈動成分を積算している状態であるか否かを判定することができる。そして脈動成分を積算している場合には、上述した如く管理時間Ｔoが経過した時点で流量升２をリセットすれば、図２(ｂ)に実線で示すように脈動成分の積算値Ｑを取り除くことが可能となり、これによって脈動成分に影響されることのない積算流量の計測が可能となる。
【００１３】
次に本発明の一実施形態に係る積算流量計について説明する。
この積算流量計は、例えば工業用ガスメータとして用いるに好適なものであって、図３に示すように計測レンジを異にする２種類の熱式流量センサとして、低流量域計測用の低速流量センサ１ａと高流量域計測用の高速流量センサ１ｂとを用いて構成される。
【００１４】
ちなみに低速流量センサ１ａおよび高速流量センサ１ｂは、例えばヒータ素子Ｒｈの発熱による熱拡散の度合いが流体の流量（流速）の違いによって異なることを利用し、ヒータ素子Ｒｈと温度センサＲｕ,Ｒｄとの離間距離を異ならせることでその流量計測域を異ならせたものからなる。具体的には前記低速流量センサ１ａはヒータ素子Ｒｈと温度センサＲｕ,Ｒｄとの離間距離Ｌ１を長く設定して実現され、また前記高速流量センサ１ｂはヒータ素子Ｒｈと温度センサＲｕ,Ｒｄとの離間距離Ｌ２を短く設定して実現される。これ故、高速流量センサ１ｂの方が低速流量センサ１ａに比較してヒータ素子Ｒｈと温度センサＲｕ,Ｒｄとの熱結合の度合いが強い。従って両流量センサ１ａ,１ｂにおいて同じ検出感度を実現する場合におけるヒータ素子Ｒｈの発熱温度、ひいてはその駆動電力は、高速流量センサ１ｂの方が低く抑えられている。
【００１５】
この実施形態に係る積算流量計は、上述した２種類の低速流量センサ１ａと高速流量センサ１ｂとを同じ流体通流路（ガス配管）にそれぞれ設けてなり、これらの流量センサ１ａ,１ｂを択一的に駆動するように構成される。そしてこの積算流量計の本体部をなすＣＰＵ（演算処理装置）１０は、各流量センサ１ａ,１ｂのヒータ駆動回路１１ａ,１１ｂをスイッチ１２を介して選択的に駆動するセンサ選択手段１３を備える。更にＣＰＵ１０は上記センサ選択手段１３による前記各流量センサ１ａ,１ｂの択一的な駆動に連動して、各流量センサ１ａ,１ｂの検出回路（図示せず）を介してそれぞれ検出されるセンサ出力Ｖout１,Ｖout２を選択的に取り込むスイッチ（セレクタ）１４を備える。そしてこのスイッチ（セレクタ）１４を介して取り込んだセンサ出力Ｖout１,Ｖout２から、流量算出手段１５にて該センサ出力Ｖout１,Ｖout２に相当する流量（瞬時流量）ｑを算出するように構成される。
【００１６】
尚、流量算出手段１５は、前記センサ選択手段１３により選択された流量センサ１ａ,１ｂの情報を入力し、選択された流量センサ１ａ,１ｂに応じて前記スイッチ（セレクタ）１４を介して選択的に取り込んだセンサ出力Ｖout１,Ｖout２に相当する瞬時流量ｑを算出する。この瞬時流量ｑの算出は、前記各流量センサ１ａ,１ｂにそれぞれ対応して設けられた、例えば図２に示すような流量ｑとセンサ出力Ｖoutとの関係を示す流量変換テーブル（図示せず）を参照する等して実行される。
【００１７】
ちなみに低速用流量センサ１ａは、図４においてその検出特性を実線で示すように、低流量域において十分に高い検出精度を確保するべく、その計測レンジが狭く設定されている。また高速用流量センサ１ｂは、図４においてその検出特性を破線で示すように、低流量域から高流量域に亘って正確な流量計測を実現するべく、その計測レンジが広く設定されている。
【００１８】
ところで前記流量算出手段１５にて求められた瞬時流量ｑは、前述したセンサ選択手段１３と共に、脈動判定手段１６に与えられている。この脈動判定手段１６は、瞬時流量ｑの変化の状態から前記流量センサ１ａ,１ｂが設けられた部位に脈動が発生しているか否かを判定する役割を担っている。具体的には上記脈動判定手段１６は、前述した瞬時流量ｑが、例えば１秒として設定された周期毎に計測される場合、図５にその概略的な処理手順を示すように最新の２０サンプルのデータを抽出し、そのデータ内容（瞬時流量ｑ）を調べることで、脈動の有無を判定している。そして脈動がない通常状態時においては、前記センサ選択手段１３を介して低速用流量センサ１ａを用いて流量計測を実行し、脈動が検出された場合には上記低速用流量センサ１ａに代えて前記高速用センサ１ｂを流量計測を実行するものとなっている。
【００１９】
この脈動判定手段１６の脈動判定処理について、図５を参照して説明すると、低速用流量センサ１ａを用いた通常の流量計測時には、脈動判定手段１６は最新の２０サンプルデータ中に、例えば相対値で「−１００」以下である瞬時流量ｑが２回以上含まれているか否かを判定している［ステップＳ１１］。但し、ここでは流量センサ１ａ,１ｂにより計測される瞬時流量ｑは、相対値で最大［±５０００］であるとしている。そしてこの判定条件が満たされない場合には、脈動が生じていないと判断して上述した低速用流量センサ１ａを用いた通常の流量計測を継続して実行する。
【００２０】
これに対して上記条件が満たされた場合には、脈動が発生していると判断し、前述したように低速用流量センサ１ａに代えて高速用流量センサ１ｂを用いて流量計測を実行する。そしてこのときには、最新の２０サンプルデータ中に、例えば相対値で「−１００」以下である瞬時流量ｑが２回未満であるか否かを調べることで脈動が消滅したか否かを判定する［ステップＳ１２］。しかしこの脈動消滅条件が満たされない場合には、更に最新の２０サンプルデータ中に、例えば相対値で「２０００」以上である瞬時流量ｑが５回以上あるか否かを調べることで脈動が消滅したか否かを判定する［ステップＳ１３］。そしてこの脈動消滅条件も満たされない場合には、更に最新の１０サンプルデータだけに着目し、これらの１０サンプルデータ中に、例えば相対値で「１０００」以上である瞬時流量ｑが５回以上あるか否かを調べることで脈動が消滅したか否かを判定する［ステップＳ１４］。
【００２１】
これらの脈動消滅条件の全てが満たされない場合には、脈動状態が継続していると判定して、高速用流量センサ１ｂを用いた流量計測を継続して実行する。しかし上記各脈動消滅条件のいずれかが満たされた場合には、脈動判定手段１６は脈動状態が消滅したとして前述した高速用流量センサ１ｂの使用を止め、低速用流量センサ１ａを用いた流量計測に復帰させる。
【００２２】
さて前記ＣＰＵ１０は、上述した流量センサ１ａ,１ｂの選択的な切り替えと併行して流量升選択手段１７を駆動している。即ち、この積算流量計においては前記流量算出手段１５を介して求められる瞬時流量ｑを、所定の単位流量Ｑo毎に積算する流量升２として、単位流量（升の大きさ）Ｑoを１０Ｌとして設定した標準的な第１の流量升２ａと、上記単位流量（升の大きさ）Ｑoを４０Ｌとして設定した容量の大きい第２の流量升２ｂとを備えている。そして前述した脈動の検出結果に応じてスイッチ１８を切り換えることで、通常動作時には第１の流量升２ａを用いて瞬時流量ｑの積算を行い、また脈動時には第２の流量升２ｂを用いて瞬時流量ｑの積算を行うものとなっている。同時にＣＰＵ１０は、これらの流量升２ａ,２ｂを選択的に用いた瞬時流量ｑの積算には、タイマ管理手段１９を用いて各流量升２ａ,２ｂによる瞬時流量ｑの積算時間を管理している。
【００２３】
尚、脈動を検出して容量が１０Ｌの第１の流量升２ａから容量が４０Ｌの第２の容量升２ｂに切り換える場合には、その切り換え時に第１の流量升２ａにてより積算されている積算値Ｑを、そのまま第２の流量升２ｂに移し替えて、その後の瞬時流量ｑの積算を継続して実行する。そして第２の流量升２ｂでの瞬時流量ｑの積算時には、規定時間内にその積算値Ｑが単位流量Ｑoに達するか否かを判定し、規定時間内に単位流量Ｑoに達しない場合には、その積算値Ｑを強制的にリセットする。
【００２４】
その後、脈動が停止した場合には、第２の流量升２ｂにて積算されている積算値Ｑが上述した規定時間内に単位流量Ｑoに達するか否かを判定し、達していない場合には、この第２の流量升２ｂでの積算値Ｑを強制的にリセットする。そしてその後の計測を第１の流量升２ａを用いて実行する。しかし第２の流量升２ｂにて積算された積算値Ｑが上述した規定時間内に単位流量Ｑoに達した場合には、第２の流量升２ｂから単位流量信号Ｐを出力し、該第２の流量升２ｂをリセットした後、その後の計測を第１の流量升２ａを用いて実行する。このようにして流量升２ａ,２ｂの切り換え制御を行えば、流量升２ａ,２ｂにて積算されている積算値Ｑを無駄にすることなく、その積算処理を継続的に実行することが可能となる。
【００２５】
即ち、上述した如く構成された積算流量計においては、図６にその全体的な制御の手順を示すように脈動判定処理による脈動の有無に応じて［ステップＳ２１,Ｓ２２］、通常時には低速用センサ１ａを駆動すると共に、単位流量Ｑoが１０Ｌの第１の流量升２ａを用いて瞬時流量ｑに積算を行う［ステップＳ２３,Ｓ２４］。また脈動検出時には高速用センサ１ｂを駆動すると共に、単位流量Ｑoが４０Ｌの第２の流量升２ｂを用いて瞬時流量ｑに積算を行う［ステップＳ２５,Ｓ２６］。そしてこのような各計測動作条件の下で、流量升２ａ,２ｂにて積算される瞬時流量ｑの積算値Ｑが、その単位流量（升の大きさ）Ｑoに達するまでの時間を管理し、所定時間内に積算値Ｑが単位流量（升の大きさ）Ｑoに達しない場合には、上記積算値Ｑ自体をリセットするものとなっている［ステップＳ２７,Ｓ２８］。
【００２６】
ここで脈流検出時における前述した低速用流量センサ１ａと高速用流量センサ１ｂとの切り換えについて簡単に説明すると、脈動検出時には計測レンジが広い高速用流量センサ１ｂを用いている。すると図７(ａ)(ｂ)にその概念を示すように、正方向の瞬時流量ｑのみならず、逆方向の瞬時流量ｑも正確に計測することができ、これらの方向の異なる瞬時流量ｑを流量升２において正確に積算することが可能となる。
【００２７】
即ち、低速用流量センサ１ａを用いた場合、逆方向に流れる脈流成分の瞬時流量ｑがその計測レンジを外れることがある。この場合、低速用流量センサ１ａから求められる瞬時流量ｑは、その計測レンジにより制限されるので、実際の瞬時流量よりも小さくなることが否めない。すると流量升２における瞬時流量ｑの積算過程において正方向の脈動成分が逆方向の脈動成分により完全に相殺されることがない。この結果、流量升２の積算値Ｑは、図７(ｂ)において破線で示すように次第に増大する。そしてその積算値Ｑが、単位流量（升の大きさ）Ｑoを越える虞が生じる。
【００２８】
これに対して高速用流量センサ１ｂを用いれば、その計測レンジが広いので、逆方向に流れる脈流成分の瞬時流量ｑがその計測レンジを外れる虞がない。従って正方向および逆方向の瞬時流量ｑをそれぞれ正確に検出して流量升２に与えることができる。すると流量升２においては図７(ｂ)に実線で示すようにプラスの瞬時流量ｑだけでなくマイナスの瞬時流量ｑも積算するので、正方向の脈動成分と逆方向の脈動成分を相殺し、総合的には平均化した流量成分だけを積算することになる。これ故、流量升２は、脈動の影響を受けることなく瞬時流量ｑを積算し、その積算流量Ｑが升の大きさである単位流量Ｑoに達した時点でのみ単位流量信号Ｐを出力することになるので、積算計３においてもその積算流量ＴＱを正確に計測することが可能となる。
【００２９】
また脈流検出時における前述した第１の流量升２ａと第２の流量升２ｂとの切り換えについて簡単に説明すると、脈動検出時には容量の大きい４０Ｌの流量升２ｂが用いられる。すると図８にその概念を示すように、その脈動成分の積算値Ｑが１０Ｌを越えるような場合であっても、単位流量Ｑoが４０Ｌとして設定されているので単位流量信号Ｐが出力されることがない。また第２の流量升２ｂにおいては、マイナスの瞬時流量ｑも積算するので、図８(ｂ)に示すように正方向の脈動成分と逆方向の脈動成分を相殺し、総合的には平均化した流量成分だけを積算することになる。これ故、積算計３においては、脈動の影響を受けることなく、その積算流量ＴＱを正確に計測することが可能となる。
【００３０】
尚、積算計３においては、第１の流量升２ａを用いて瞬時流量ｑを積算しているか、或いは第２の流量升２ｂを用いて瞬時流量ｑを積算しているかに応じて、その積算量を変更することは言うまでもない。即ち、通常時には、第１の流量升２ａから出力される単位流量信号Ｐに従って、その積算流量ＴＱを１０Ｌずつ増加させ、また脈動検出によって第２の流量升２ｂを用いている場合には、該第２の流量升２ｂから出力される単位流量信号Ｐに従って、その積算流量ＴＱを４０Ｌずつ増加させるように作動する。この結果、いずれの流量升２ａ,２ｂを用いた場合であっても、積算流量ＴＱを正確に求めることが可能となる。
【００３１】
かくして前述した流量升２（２ａ,２ｂ）での瞬時流量ｑの積算時間管理と共に、流量センサ１ａ,１ｂの切り換え制御、および流量升２ａ,２ｂの切り換え制御をそれぞれ実行する上述した積算流量計によれば、脈動の影響を受けることのない流量計測を実現することができる。流量升２（２ａ,２ｂ）を用いて正確に計測される瞬時流量ｑの積算値Ｑ（＝Ｑo）を積算計３にて累積して行くことになるので、その積算流量ＴＱを非常に精度の高いものとすることが可能となる。
【００３２】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば流量升２ａ,２ｂによる瞬時流量ｑの積算に要する時間管理については、流量センサ１により検出可能な最小感度の瞬時流量ｑを連続的に積算した際、その積算値Ｑが単位流量Ｑoに達するまでの時間を基準として定めれば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、脈流の影響を受けることなく、所定の流路を通過する流体の積算流量を正確に求めることのできるので、課金対象となるガス使用量を計測するようなガスメータに適用して多大なる効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積算流量計の概略的な処理概念を示す図。
【図２】本発明に係る積算流量計における脈流成分の影響除去作用を説明する為の図。
【図３】本発明の一実施形態に係る積算流量計の概略構成図。
【図４】図３に示される積算流量計で用いられる低速用流量センサと高速用流量センサの計測特性を示す図。
【図５】実施形態に係る積算流量計における脈流判定処理の概略的な流れを示す図。
【図６】実施形態に係る積算流量計における全体的な制御処理手順を示す図。
【図７】流量センサの計測レンジの変更に伴う脈流成分の影響除去作用を説明する為の図。
【図８】流量升の単位流量（升の大きさ）の変更に伴う脈流成分の影響除去作用を説明する為の図。
【図９】熱式流量センサの概略的な構成を示す斜視図。
【図１０】従来一般的な流量升を用いた積算流量計の構成図。
【図１１】流量升を用いた積算流量計の概略的な処理動作を示す図。
【符号の説明】
１流量センサ
１ａ低速用流量センサ（計測レンジ；小）
１ｂ高速用流量センサ（計測レンジ；大）
２流量升
２ａ第１の流量升（単位流量；小；１０Ｌ）
２ｂ第２の流量升（単位流量；大；４０Ｌ）
３積算計
１３センサ選択手段
１６脈動判定手段
１７流量升選択手段
１９タイマ管理手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an integrating flow meter that integrates an instantaneous flow rate of a fluid measured using a thermal flow sensor for each predetermined unit flow rate defined by a flow rate so as to obtain an integrated flow rate.
[0002]
[Related background]
For example, as shown in FIG. 9, the thermal flow sensor has a pair of temperatures made of a resistance temperature detector in the fluid flow direction F with a heater element Rh made of a heating resistor provided on the silicon base B interposed therebetween. It has an element structure provided with sensors Ru and Rd. A flow meter using this type of thermal flow sensor utilizes the fact that the degree of diffusion (temperature distribution) of the heat generated from the heater element Rh varies depending on the flow of the fluid, and the temperature sensors Ru, Rd The flow rate of the fluid, and hence the flow rate Q, is detected from the change in resistance value due to heat. In the figure, Rr is a temperature sensor made of a resistance temperature detector provided at a position away from the heater element Rh, and is used for measuring the ambient temperature.
[0003]
An integrated flow meter such as a gas meter using such a thermal flow sensor roughly represents an instantaneous flow rate q of a fluid (gas) measured in real time by the thermal flow sensor 1 as shown in FIG. Each time the accumulated flow Q reaches a predetermined unit flow Qo, the number of times of arrival is counted by using an accumulator (counter) 3. Specifically, as shown in FIG. 11 (a), whenever the integrated value (flow rate) Q of the instantaneous flow rate q integrated at the flow rate 2 reaches the unit flow rate Qo, for example, 10L, as shown in FIG. 11 (b). Thus, the unit flow rate signal P is output from the flow rate 升 2, and this signal P is counted by an accumulator (counter) 3 as shown in FIG.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a so-called pulsating flow in which the fluid flowing through the flow path comes and goes due to pressure fluctuation in the flow path may occur. The component of this pulsating flow is regarded as a total (average) flow rate of zero [0].
However, in the conventional accumulator described above, the unit flow rate signal P generated when the accumulated value Q of the instantaneous flow rate q of the fluid accumulated using the flow rate 升 2 reaches a predetermined unit flow rate is represented by an accumulator (counter). ) Since the integrated flow rate TQ is only obtained by counting at 3, even if the fluid flows in the reverse direction, the reverse flow rate is not subtracted from the integrated flow rate TQ. For this reason, when the integrated value Q at the flow rate における 2 in the pulsating state exceeds the unit flow rate, especially when the pulsation is large, the component of the pulsating flow that should be essentially zero [0] is unwilling. There is a problem that the measurement (integration) accuracy is impaired.
[0005]
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an integrated flow meter capable of accurately determining the integrated flow rate of fluid passing through a predetermined flow path regardless of the presence or absence of a pulsation state. Is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, an integrating flow meter according to the present invention integrates a thermal flow sensor that measures an instantaneous flow rate of a fluid flowing through a predetermined flow path, and an instantaneous flow rate that is measured by the thermal flow sensor. And a unit flow rate signal that outputs a unit flow rate signal when the integrated value reaches a predetermined unit flow rate within a predetermined management time, and resets the integrated value, and the unit flow rate signal from the flow rate 升And a flow rate integration means for obtaining an integrated flow rate of the fluid flowing through the predetermined flow path by counting the number of outputs of
In particular, there is provided a reset means for forcibly resetting the integrated value at the flow rate when the integrated value at the flow rate does not reach the unit flow rate within the management time .
[0007]
That is, when the integrated value at the flow rate 、 does not reach the predetermined unit flow rate even after a predetermined time has elapsed, the integrated flow meter according to the present invention has a normal rate of increase of the integrated value due to the pulsation component. By determining that it is slower than the time of flow rate measurement and resetting the integral value itself, the integral value at the flow rate 升 gradually increases even though the actual flow rate is zero [0], and the unit flow rate signal is It is characterized by preventing problems such as output.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an integrated flow meter according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The integrated flow meter according to the present invention basically shows an instantaneous flow rate q of a fluid (gas) measured in real time using a thermal flow sensor 1 having an element structure as shown in FIG. So that the integrated flow rate Q is obtained by counting the number of times of arrival using the integrator 3 each time the integrated flow rate Q reaches a predetermined unit flow rate Qo. Composed.
[0009]
In the integrating flow meter basically configured as described above, the present invention is characterized in that the instantaneous flow rate q measured using the flow sensor 1 is integrated as shown in FIG. In the flow rate 升 2, the time required for the flow rate 升 2 to integrate the instantaneous flow rate q up to a predetermined unit flow rate (size of 升) Qo is managed, and the integrated value even if a predetermined time To elapses. If Q does not reach the unit flow rate Qo, it is determined that the increase in the integrated value Q is hindered by the reverse instantaneous flow rate q caused by pulsation, and the integrated value Q is reset. It is a feature.
[0010]
That is, when the flow rate 2 is operated, first, a timer for managing the above-described time is initialized to zero [0], and its integrated value Q is initialized to zero [0] [steps S1, S2]. In this state, the flow rate 升 2 is operated, and the instantaneous flow rate q measured in real time for each predetermined period is integrated using the flow rate sensor 1, and the integrated value Q is obtained [step S3]. Then, it is determined whether or not the integrated value Q has reached the above-described unit flow rate (the magnitude of the soot) Qo [Step S4], and if the integrated value Q has reached the unit flow rate Qo, the unit flow rate signal P is generated and the integration process of the unit flow rate Qo by the integrator 3 is executed [step S5].
[0011]
However, if the integrated value Q does not reach the unit flow rate Qo, the integrated time t of the instantaneous flow rate q measured by the timer is compared with a preset management time To [step S6]. When the management time To is exceeded, the timer is reset by returning to the processing from Step S1 described above [Step S1] and the integrated value Q is forcibly reset [Step S2]. However, if the integration time t of the instantaneous flow rate q has not reached the management time To, the integration process of the instantaneous flow rate q measured using the flow rate sensor 1 described above is repeatedly executed [step S3].
[0012]
According to such an integrated flow meter having a forced reset function of the flow rate 2 based on the management of the accumulated time of the instantaneous flow rate q by the flow rate 2, the pulsation flowing in the reverse direction as shown in FIG. Since the integrated value Q of the flow rate 升 2 is subtracted by the component, an increase in the integrated value Q is suppressed. Therefore, generally, it takes time until the integrated value Q reaches the unit flow rate Qo as shown by a broken line in FIG. Therefore, by monitoring the time required for the integrated value Q of the instantaneous flow rate q integrated at the flow rate 2 to reach the unit flow rate Qo, it is possible to determine whether the current state is normal or pulsation occurs. In other words, by determining the integrated value Q when the predetermined management time To has elapsed, it can be determined whether or not the pulsating component is being integrated. When the pulsating component is integrated, if the flow rate 升 2 is reset when the management time To elapses as described above, the integrated value Q of the pulsating component is removed as shown by the solid line in FIG. This makes it possible to measure the integrated flow rate without being affected by the pulsating component.
[0013]
Next, an integrated flow meter according to an embodiment of the present invention will be described.
This integrated flow meter is suitable for use as an industrial gas meter, for example. As shown in FIG. 3, two types of thermal flow sensors with different measurement ranges are used, and a low-speed flow sensor for low flow rate measurement. 1a and a high-speed flow sensor 1b for high flow area measurement.
[0014]
Incidentally, the low-speed flow rate sensor 1a and the high-speed flow rate sensor 1b use, for example, the fact that the degree of thermal diffusion due to the heat generation of the heater element Rh differs depending on the difference in the flow rate (flow velocity) of the fluid, and the heater element Rh and the temperature sensors Ru, Rd The flow rate measurement area is made different by changing the separation distance. Specifically, the low-speed flow rate sensor 1a is realized by setting a long distance L1 between the heater element Rh and the temperature sensors Ru, Rd, and the high-speed flow rate sensor 1b is formed between the heater element Rh and the temperature sensors Ru, Rd. This is realized by setting the separation distance L2 short. For this reason, the high-speed flow sensor 1b has a higher degree of thermal coupling between the heater element Rh and the temperature sensors Ru and Rd than the low-speed flow sensor 1a. Therefore, when the same detection sensitivity is realized in both the flow sensors 1a and 1b, the heat generation temperature of the heater element Rh, and hence the driving power thereof, is suppressed lower in the high-speed flow sensor 1b.
[0015]
The integrating flow meter according to this embodiment is provided with the above-described two types of low-speed flow sensor 1a and high-speed flow sensor 1b in the same fluid flow path (gas pipe), and selects these flow sensors 1a and 1b. It is configured to be driven integrally. The CPU (arithmetic processing unit) 10 constituting the main body of the integrated flow meter includes a sensor selection unit 13 that selectively drives the heater drive circuits 11a and 11b of the flow rate sensors 1a and 1b via the switch 12. Further, the CPU 10 detects the sensor output respectively detected via the detection circuit (not shown) of each flow sensor 1a, 1b in conjunction with the alternative driving of each flow sensor 1a, 1b by the sensor selection means 13. A switch (selector) 14 for selectively taking in Vout1 and Vout2 is provided. The flow rate calculation means 15 calculates a flow rate (instantaneous flow rate) q corresponding to the sensor outputs Vout1 and Vout2 from the sensor outputs Vout1 and Vout2 taken in via the switch (selector) 14.
[0016]
The flow rate calculation means 15 inputs the information of the flow sensors 1a and 1b selected by the sensor selection means 13, and selectively selects the information via the switch (selector) 14 according to the selected flow sensors 1a and 1b. To calculate the instantaneous flow rate q corresponding to the sensor outputs Vout1 and Vout2. The calculation of the instantaneous flow rate q is a flow rate conversion table (not shown) indicating the relationship between the flow rate q and the sensor output Vout as shown in FIG. 2, for example, provided corresponding to each of the flow rate sensors 1a and 1b. It is executed by referring to.
[0017]
Incidentally, the low-speed flow rate sensor 1a has a narrow measurement range in order to ensure sufficiently high detection accuracy in the low flow rate region, as shown by the solid line in FIG. Further, as shown in FIG. 4, the high-speed flow rate sensor 1b has a wide measurement range in order to realize accurate flow rate measurement from a low flow rate range to a high flow rate range, as indicated by a broken line in FIG.
[0018]
By the way, the instantaneous flow rate q obtained by the flow rate calculation means 15 is given to the pulsation determination means 16 together with the sensor selection means 13 described above. The pulsation determining means 16 plays a role of determining whether or not pulsation is generated in a portion where the flow rate sensors 1a and 1b are provided from the state of change of the instantaneous flow rate q. Specifically, the pulsation determining means 16 determines that the above-described instantaneous flow rate q is measured every cycle set as, for example, 1 second, for example, the latest 20 samples as shown in FIG. Is extracted, and the presence or absence of pulsation is determined by examining the data content (instantaneous flow rate q). In a normal state where there is no pulsation, flow rate measurement is performed using the low-speed flow rate sensor 1a via the sensor selection means 13, and when pulsation is detected, the low-speed flow rate sensor 1a is replaced with the above-described flow rate sensor 1a. The high-speed sensor 1b performs flow rate measurement.
[0019]
The pulsation determination process of the pulsation determination unit 16 will be described with reference to FIG. 5. At the time of normal flow measurement using the low-speed flow rate sensor 1a, the pulsation determination unit 16 includes, for example, a relative value in the latest 20 sample data. In step S11, it is determined whether or not the instantaneous flow rate q which is equal to or less than “−100” is included twice or more. However, here, the instantaneous flow rate q measured by the flow rate sensors 1a and 1b is assumed to be a maximum [± 5000] in relative value. If this determination condition is not satisfied, it is determined that no pulsation has occurred, and the normal flow rate measurement using the low-speed flow rate sensor 1a described above is continued.
[0020]
On the other hand, if the above condition is satisfied, it is determined that pulsation has occurred, and the flow rate measurement is performed using the high-speed flow rate sensor 1b instead of the low-speed flow rate sensor 1a as described above. At this time, it is determined whether or not the pulsation has disappeared by checking whether or not the instantaneous flow rate q having a relative value of “−100” or less is less than twice in the latest 20 sample data [ Step S12]. However, if this pulsation extinction condition is not satisfied, the pulsation disappeared by examining whether or not the instantaneous flow rate q having a relative value of “2000” or more is 5 times or more in the latest 20 sample data. [Step S13]. If this pulsation extinction condition is not satisfied, pay attention only to the latest 10 sample data, and in these 10 sample data, for example, whether there are 5 or more instantaneous flow rates q having a relative value of “1000” or more. It is determined whether or not the pulsation has disappeared by checking whether or not [step S14].
[0021]
When all of these pulsation extinction conditions are not satisfied, it is determined that the pulsation state continues, and the flow rate measurement using the high-speed flow rate sensor 1b is continued. However, when any one of the above pulsation disappearance conditions is satisfied, the pulsation determining means 16 stops using the high-speed flow sensor 1b described above because the pulsation state has disappeared, and measures the flow rate using the low-speed flow sensor 1a. Return to.
[0022]
The CPU 10 drives the flow rate selection means 17 in parallel with the selective switching of the flow rate sensors 1a and 1b. That is, in this integrated flow meter, the instantaneous flow rate q obtained through the flow rate calculation means 15 is set as a flow rate 升 2 to be integrated every predetermined unit flow rate Qo, and the unit flow rate (the magnitude of 升) Qo is set to 10L. The standard first flow rate 2a and the second flow rate 2b having a large capacity set with the unit flow rate (the size of the size) Qo set to 40L. Then, by switching the switch 18 in accordance with the detection result of the pulsation described above, the instantaneous flow rate q is integrated using the first flow rate 2a during normal operation, and the second flow rate 2b is used instantaneously during the pulsation. The flow rate q is integrated. At the same time, the CPU 10 manages the accumulated time of the instantaneous flow rate q by the flow rates 2a and 2b using the timer management means 19 for the integration of the instantaneous flow rate q selectively using the flow rates 2a and 2b. .
[0023]
When the pulsation is detected and the first flow rate 升 2a having a capacity of 10L is switched to the second capacity 升 2b having a capacity of 40L, the first flow rate 升 2a is more integrated at the time of switching. The integrated value Q is transferred to the second flow rate 2b as it is, and the subsequent instantaneous flow rate q is continuously integrated. Then, when integrating the instantaneous flow rate q at the second flow rate 2b, it is determined whether or not the integrated value Q reaches the unit flow rate Qo within a specified time. If the unit flow rate Qo is not reached within the specified time, The integrated value Q is forcibly reset.
[0024]
After that, when the pulsation stops, it is determined whether or not the integrated value Q integrated at the second flow rate 2b reaches the unit flow rate Qo within the specified time described above. The integrated value Q at the second flow rate 2b is forcibly reset. Then, the subsequent measurement is performed using the first flow rate 2a. However, when the integrated value Q integrated at the second flow rate 2b reaches the unit flow rate Qo within the specified time described above, the unit flow rate signal P is output from the second flow rate 2b, and the second After resetting the flow rate 升 2b, the subsequent measurement is performed using the first flow rate 升 2a. If the switching control of the flow rate 升 2a, 2b is performed in this way, the integration process can be continuously executed without wasting the integrated value Q integrated in the flow rate 升 2a, 2b. Become.
[0025]
That is, in the integrated flow meter configured as described above, the low speed sensor is normally used in accordance with the presence or absence of pulsation by the pulsation determination process [step S21, S22] as shown in FIG. 1a is driven, and the instantaneous flow rate q is integrated using the first flow rate 2a having a unit flow rate Qo of 10L [steps S23, S24]. When detecting pulsation, the high-speed sensor 1b is driven, and the instantaneous flow rate q is integrated using the second flow rate 2b having a unit flow rate Qo of 40L [steps S25, S26]. Under these measurement operation conditions, the time until the integrated value Q of the instantaneous flow rate q accumulated at the flow rate 升 2a, 2b reaches its unit flow rate (升 size) Qo is managed, If the integrated value Q does not reach the unit flow rate (magnitude) Qo within a predetermined time, the integrated value Q itself is reset [steps S27 and S28].
[0026]
Here, the switching between the low-speed flow sensor 1a and the high-speed flow sensor 1b described above when detecting the pulsating flow will be briefly described. When detecting the pulsation, the high-speed flow sensor 1b having a wide measurement range is used. Then, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), not only the instantaneous flow rate q in the forward direction but also the instantaneous flow rate q in the reverse direction can be accurately measured. Can be accurately integrated at the flow rate 升 2.
[0027]
That is, when the low-speed flow rate sensor 1a is used, the instantaneous flow rate q of the pulsating flow component flowing in the reverse direction may be out of the measurement range. In this case, since the instantaneous flow rate q obtained from the low-speed flow rate sensor 1a is limited by the measurement range, it cannot be denied that it is smaller than the actual instantaneous flow rate. Then, in the process of integrating the instantaneous flow rate q at the flow rate 升 2, the forward pulsation component is not completely canceled by the reverse pulsation component. As a result, the integrated value Q of the flow rate 2 gradually increases as shown by the broken line in FIG. Then, there is a possibility that the integrated value Q exceeds the unit flow rate (size of soot) Qo.
[0028]
On the other hand, if the high-speed flow rate sensor 1b is used, the measurement range is wide, so there is no possibility that the instantaneous flow rate q of the pulsating flow component flowing in the reverse direction is out of the measurement range. Accordingly, the instantaneous flow rate q in the forward direction and the reverse direction can be accurately detected and applied to the flow rate 升 2. Then, as shown by the solid line in FIG. 7B, the flow rate 升 2 integrates not only the positive instantaneous flow rate q but also the negative instantaneous flow rate q, so that the positive direction pulsation component and the reverse direction pulsation component are offset, Overall, only the averaged flow components are integrated. Therefore, the flow rate 升 2 integrates the instantaneous flow rate q without being affected by the pulsation, and outputs the unit flow rate signal P only when the integrated flow rate Q reaches the unit flow rate Qo that is the magnitude of 升. Therefore, the integrated flow rate TQ can be accurately measured in the integrating meter 3 as well.
[0029]
The switching between the first flow rate 2a and the second flow rate 2b when detecting the pulsating flow will be briefly described. When detecting the pulsation, the 40L flow rate 2b having a large capacity is used. Then, as shown in FIG. 8, the unit flow rate signal P is output because the unit flow rate Qo is set to 40L even when the integrated value Q of the pulsation component exceeds 10L. There is no. Further, in the second flow rate 升 2b, the negative instantaneous flow rate q is also integrated, so that the forward pulsation component and the reverse pulsation component are canceled as shown in FIG. Only the flow rate components that have been added are integrated. Therefore, the integrating meter 3 can accurately measure the integrated flow rate TQ without being affected by pulsation.
[0030]
The accumulator 3 integrates the instantaneous flow rate q depending on whether the instantaneous flow rate q is integrated using the first flow rate 升 2a or the instantaneous flow rate q is integrated using the second flow rate 升 2b. Needless to say, changing the amount. That is, at normal times, according to the unit flow rate signal P output from the first flow rate 升 2a, the integrated flow rate TQ is increased by 10L, and when the second flow rate 升 2b is used by pulsation detection, In accordance with the unit flow rate signal P output from the second flow rate 2b, the integrated flow rate TQ is operated to increase by 40L. As a result, the integrated flow rate TQ can be obtained accurately regardless of which flow rate 2a, 2b is used.
[0031]
Thus, in the above-described integrated flow meter for executing the switching control of the flow rate sensors 2a and 2b and the switching control of the flow rate sensors 2a and 2b as well as the integration time management of the instantaneous flow rate q at the flow rate 2 (2a, 2b) described above. According to this, it is possible to realize flow rate measurement that is not affected by pulsation. Since the accumulated value Q (= Qo) of the instantaneous flow rate q accurately measured using the flow rate 2 (2a, 2b) is accumulated in the accumulator 3, the accumulated flow rate TQ is very accurate. It becomes possible to make it high.
[0032]
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, regarding the time management required for integration of the instantaneous flow rate q by the flow rates 2a and 2b, when the instantaneous flow rate q having the minimum sensitivity detectable by the flow sensor 1 is continuously integrated, the integrated value Q reaches the unit flow rate Qo. It may be determined based on the time until. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the integrated flow rate of the fluid passing through the predetermined flow path can be accurately obtained without being affected by the pulsating flow, the amount of gas used for charging is measured. When applied to such a gas meter, a great effect can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic processing concept of an integrating flow meter according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining an effect removing action of a pulsating flow component in the integrating flow meter according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an integrating flow meter according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing measurement characteristics of a low-speed flow sensor and a high-speed flow sensor used in the integrating flow meter shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a schematic flow of a pulsating flow determination process in the integrating flow meter according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing an overall control processing procedure in the integrating flow meter according to the embodiment.
FIG. 7 is a diagram for explaining an effect removing action of a pulsating flow component accompanying a change in the measurement range of the flow sensor.
FIG. 8 is a diagram for explaining an effect removing effect of a pulsating flow component accompanying a change in a unit flow rate (the size of the ridge) of the flow ridge.
FIG. 9 is a perspective view showing a schematic configuration of a thermal flow sensor.
FIG. 10 is a configuration diagram of an integrating flow meter using a conventional general flow rate soot.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic processing operation of an integrating flow meter using a flow rate soot.
[Explanation of symbols]
1 Flow sensor 1a Low-speed flow sensor (measuring range; small)
1b High-speed flow sensor (measuring range; large)
2 Flow rate 2a First flow rate (Unit flow rate; Small; 10L)
2b Second flow rate 升 (unit flow rate; large; 40L)
3 Accumulator 13 Sensor selection means 16 Pulsation determination means 17 Flow rate selection means 19 Timer management means

Claims

所定の流路を通流する流体の瞬時流量を計測する熱式流量センサと、
この熱式流量センサにより計測される瞬時流量を積算し、予め定めた管理時間内にその積算値が予め定めた単位流量に達したときに単位流量信号を出力すると共に、上記積算値をリセットする流量升と、
この流量升からの前記単位流量信号の出力回数を計数して前記所定の流路を通流した流体の積算流量を求める流量積算手段と、
前記流量升での積算値が前記管理時間内において前記単位流量に達しないときには前記流量升における積算値を強制的にリセットするリセット手段と
を具備したことを特徴とする積算流量計。A thermal flow sensor for measuring the instantaneous flow rate of fluid flowing through a predetermined flow path;
The instantaneous flow rate measured by the thermal flow sensor is integrated, and when the integrated value reaches a predetermined unit flow rate within a predetermined management time , a unit flow signal is output and the integrated value is reset. Flow rate 升,
A flow rate integrating means for counting the number of outputs of the unit flow rate signal from the flow rate so as to obtain an integrated flow rate of the fluid flowing through the predetermined flow path;
An integrated flow meter comprising: reset means for forcibly resetting the integrated value at the flow rate when the integrated value at the flow rate does not reach the unit flow rate within the management time .