JP4425415B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス等の流体の流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置を、図５、図６及び図７に基づいて説明する。この流量計測装置は、流路１の一部に流体の流れ状態を検出する瞬時式あるいはアナログ式の流れ検出手段２を備え、流れ検出手段２の出力信号を信号処理手段３で増幅あるいはデジタル化している。
【０００３】
流体の流れ状態に周期的な変動がある場合には、流れ検出手段２による計測のタイミングによって流体の流量測定値にバラツキが生じる。例えば家庭用ガス消費量を計測するガスメータでは、近くでガスエンジンが運転されると圧力変動が発生する。そのことによって流量に変動が生じた場合には、その信号を平均化手段４で平均して流量演算手段５で平均流量を算出している。図６はこのときの流量の波形を示した図で、実際には線Ａで示す流量が流れている。
【０００４】
瞬時式の計測装置では間欠的に流量計測するので、流量Ｑ１（時間ｔ１）、流量Ｑ２（時間ｔ２）、流量Ｑ３（時間ｔ３）のような値が得られマイコンで平均して流量を算出していた。またアナログ式の場合時間ｔ０からｔ４まで連続した信号を積分器を介して平均していた。
【０００５】
また圧力センサなどを用いて、流体の圧力に同期して流量計測を開始または停止して、図７に示すように時間ｔ１からｔ２の間すなわち圧力変動波形の１周期（その整数倍の周期の場合もある。）において流れ状態を計測することで平均流量を算出するものもあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の流量計測装置において圧力変動時に正確な流量を計測するためには、デジタル式のものでは間欠的にサンプリングするので、計測回数を増やして計測値を平均する必要があるため計測時間が長くなり、アナログ式のものでは連続して計測しなければならず、何れの場合も消費電力が大きくなるという問題があった。
【０００７】
また圧力センサを用いて、流量計測を開始または停止するものにおいては、そのタイミングを正確にとることができない場合があり、計測した流量値に誤差が生じることがあった。すなわち図７において圧力に正確に同期できずに時間ｔ２'で計測を停止した場合には、１周期からはずれるためにその平均流量に誤差が生じる。特に時間ｔ２付近では圧力の変化割合が大きいために変化する流量が大きいところであり、わずかな時間誤差でも大きな流量誤差が生じてしまう。この誤差をなくすために計測回数を増やして精度向上を図ることができるものの、その分、消費電力が増加してしまう。
【０００８】
そこで本発明は上記のような問題点を解消し、ガスメータのような電池で長期間使用する流量計測装置において、圧力変動時の流体の流量を正確に低消費電力で計測することができる流量計測装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、流路内の流体の流れ状態を検出する流れ検出手段の信号に基づいて流量を計測する流量計測手段と、流体の圧力を検出する圧力検出手段と、前記流量計測手段の流量計測を開始させる計測開始信号と前記流量計測を停止させる計測停止信号を出力する計測発停手段と、この計測発停手段を介して流量計測手段を制御する変動計測制御手段とを備え、この変動計測制御手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力変動値と、あらかじめ設定されたＬレベル圧力設定値およびこのＬレベル圧力設定値より高い値のＨレベル圧力設定値とを比較し、前記圧力変動値のピーク値付近が前記Ｌレベル圧力設定値と前記Ｈレベル圧力設定値との中間に入るように、圧力変動値の増幅度を可変する可変ゲイン増幅手段と、この可変ゲイン増幅手段から出力された圧力変動値がＬレベル圧力設定値を超えたときにその信号を計測発停手段に出力して計測発停手段から計測開始信号を出力させ、次に前記圧力変動値がＬレベル圧力設定値を超えたときにその信号を計測発停手段に出力して計測発停手段から計測停止信号を出力させる比較手段とを有していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、変動計測制御手段の可変ゲイン増幅手段で、圧力検出手段の圧力変動値の交流成分を、比較設定値で比較可能なように増幅し、増幅された圧力変動値を比較手段にて比較し、その大きさが所定レベルに変化したタイミングで、計測発停手段を介して流量計測手段の流量計測を開始または停止させている。したがって、圧力の大きさが変化しても圧力波形を自動的に適切な大きさに補正し、圧力波形のピーク値付近すなわち変動する流量が小さい部分で、流量計測を開始または停止でき、そのタイミングに時間誤差が生じても平均流量を高精度に維持できる。そして、計測回数を増やして平均化する必要もなくなるので、消費電力を少なくし、電池で長期間使用するガスメータ等の流量計測装置で、圧力変動時でも流量を正確に低消費電力で計測することができる。
【００１１】
また、Ｌレベル圧力設定値とＨレベル圧力設定値との間に圧力変動波形のピーク値付近が位置するように可変ゲイン増幅手段を制御するようにしているので、流量誤差の生じにくい圧力波形におけるピーク値付近で流量計測できるように自動的に補正することができ、簡単な構成で上記作用を具体的に実施することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
図１は本発明の第１実施形態の流量計測装置を示したブロック図である。この流量計測装置において、流路７の途中に流れ検出手段８として超音波を送信または受信する第１送受信器８Ａと受信または送信する第２送受信器８Ｂが流れ方向に配置され、切換手段１６によって送受信の切換えが可能になっており、ガス等の流体の流れ状態を検出している。９は流れ検出手段８の信号を処理して流量を計測する流量計測手段で、１０は送信手段で、トリガ手段１１によって第１送受信器８Ａを駆動し、第２送受信器８Ｂに向け、すなわち上流から下流に超音波を送信する。増幅手段１２は第２送受信器８Ｂで受信した信号を増幅し、この増幅された信号は基準信号と比較手段１３で比較され、基準信号以上の信号が検出された後、繰り返し手段１４で再度トリガ手段１１から送信が行われ、上記の送受信を所定の回数を繰り返し、それぞれの時間値をタイマカウンタのような計時手段１５で計測する。
【００１４】
次に切換手段１６で第１送受信器８Ａと第２送受信器８Ｂの送受信を切り換えて、第２送受信器８Ｂから第１送受信器８Ａすなわち下流から上流に向かって超音波信号を送信し、この送信を前述のように繰り返し、それぞれの時間値を計測する。そして、第１送受信器８Ａと第２送受信器８Ｂとの超音波の伝搬時間差から流路７の大きさや流体の流れ状態を考慮して、信号処理手段１７で流量値を求める。流路７には流量変動を圧力で検出する圧力検出手段１８が設けられ、この圧力検出手段１８で検出した圧力信号を変動計測制御手段１９で処理し、この変動計測制御手段１９の信号に基づいて、計測発停手段２０を介して流量計測手段９の計測を開始または停止させる。変動計測制御手段１９には圧力検出手段１８の信号を増幅する可変ゲイン増幅手段１９Ａやこの可変ゲイン増幅手段１９Ａの信号をあらかじめ設定した基準値（比較設定値）と比較する比較手段１９Ｂがあって、計測発停手段２０に信号を送出する。可変ゲイン増幅手段１９Ａは増幅度を設定により変えることができる。２１は計測制御手段であり内部にタイマ手段２１Ａを有し、マイコンで指定されたタイミングで計測の要求指令を計測発停手段２０に送出する。
【００１５】
次に動作について述べる。流路７内の流体の流れ状態が比較的穏やかで圧力検出手段１８の値に変動がない場合には通常の流量計測が行われる。すなわち第１送受信器８Ａから第２送受信器８Ｂに向けて超音波を送信するように切換手段１６が設定され、計測発停手段２０から第１回の計測開始信号が送出されると、計時手段１５をリセットすると同時に送信手段１０を介し第１送受信器８Ａから超音波信号が発信される。そして第２送受信器８Ｂで受信された後、増幅手段１２、比較手段１３で超音波信号の伝搬を検出すると、繰り返し手段１４で再度トリガ手段１１に信号を送出して２回目の超音波を送信する。繰り返し手段１４には繰り返し回数が設定してあり、所定の繰り返し回数になると同時に計時手段１５で第１送受信器８Ａと第２送受信器８Ｂとの時間を測定し流量を算出する。
【００１６】
流路７内の流体が変動すると圧力検出手段１８は流量変動を圧力で検出し、その信号を変動計測制御手段１９に送りその大きさの変化のタイミングによって、計測発停手段２０を介して流量計測手段９を制御する。流量計測のサンプリングは数秒間に１回行われており流路７内の流れに周期的な変動がある場合には、流量測定値に変動が生じるので判別が可能である。計測制御手段２１にはタイマ手段２１Aがあって、ある定められた時間になると変動計測制御手段１９を起動させて変動信号値を取り込む。この信号は可変ゲイン増幅手段１９Ａでその交流成分を増幅され、比較手段１９Ｂで比較され所定レベル以上の信号を検出したときに計測発停手段２０によって流量計測手段９の計測を開始する。
【００１７】
圧力波形に同期して計測を開始する場合には、圧力波形のピーク値付近で計測を開始あるいは停止する方が計測された流量値に誤差が小さい。なぜなら流量波形は圧力波形より９０度位相がずれており、ピーク値付近は、流量の中心値（平均値に近い）にあたり、圧力変動が小さく、変動する流量も小さい。すなわち、計測を開始または停止するタイミングがずれて、時間に誤差が生じても、変動する流量が小さいところでは誤差も小さくできるからである。
【００１８】
図２は計測制御手段２１の出力、流体の圧力変動波形、比較手段１９Ｂの出力、計測発停手段２０の出力をそれぞれ示した図である。なお比較手段１９Ｂの出力は、圧力変動値を比較設定値と比較し、それより圧力変動波形が大きいときにＯＮになり、それより小さいときにはＯＦＦになる。圧力変動波形Ａはレベルが小さく比較設定値に達しないので計測を開始する信号が得られない。圧力変動波形Ｂは前記圧力変動波形Ａの信号を可変ゲイン増幅手段１９Ａの増幅度を増加させたときの波形であり、ピーク値付近で前記比較設定値以上になり検出が可能になる。
【００１９】
時間ｔ１では計測制御手段２１から計測の要求信号が送出されるが変動計測制御手段１９の比較手段１９Ｂの信号がＯＦＦであるので計測待ちの状態にあり、時間ｔ２で圧力検出手段１８の信号が変化して比較手段１９Ｂの出力がＯＮになると計測発停手段２０に信号が送出されてトリガ手段１１より、流量計測手段９で流量計測が開始する。そして、比較手段出力がＯＦＦになり再びＯＮになる時間ｔ３で計測発停手段２０に信号を送出する。この信号が繰り返し手段１４に信号を通過するときに流量計測手段９の計測を停止し、計時手段１５で超音波の伝搬時間を算出する。このようにして圧力変動波形のピーク値付近で計測が開始され、１周期間の計測後のピーク値付近で計測が終了する。さらに切換手段１６を切換え、送信方向を逆にして前述と同様に計測する。本実施形態では圧力変動波形として正弦波に近いものを示したが、他の波形でも同様の効果を得ることができる。
【００２０】
本発明の第２実施形態の変動計測制御手段１９を図３に示す。この変動計測制御手段１９の比較手段には、Ｌレベル比較手段１９ＣとＨレベル比較手段１９Ｄがある。図４に示すようにＬレベル比較手段１９Ｃは比較設定値が低く、Ｈレベル比較手段１９Ｄは比較設定値が高い。可変ゲイン増幅手段１９Ａは増幅度を可変することができ、Ｌレベル比較手段１９ＣがＬ比較設定値より高くＨレベル比較手段１９ＤがＨ比較設定値より低くなるように自動的に可変ゲイン増幅手段１９Ａの増幅度を変化させる。図４のタイムチャートに示すように、増幅された圧力信号のピーク値がＬレベル比較設定値とＨレベル比較設定値の間になるように可変ゲイン増幅手段１９Ａが増幅させる。計測発停手段２０への送信はＬレベル比較手段１９Ｃの立ち上がり信号である時間ｔ３とｔ５で行ない、この結果計測の開始と停止は変動波形のピーク値付近で行われる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の流量計測装置によれば、圧力の大きさが変化しても、その変動値を自動的に計測の開始または停止のタイミングを図れる大きさに補正し、圧力の変動波形に正確に同期して計測を行うことができ、そのタイミングがずれても流量誤差を小さくでき、正確に平均流量を計測することができる。また、計測回数を増やして平均化する必要もなくなるので、消費電力を少なくし、電池で長期間使用するガスメータ等の流量計測装置で、圧力変動時でも流量を正確に低消費電力で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の流量計測装置を示すブロック図。
【図２】 同実施形態における流量変動時の流量計測を示すタイムチャート図。
【図３】 本発明の第２実施形態の流量計測装置の要部（変動検出制御手段）を示すブロック図。
【図４】 同実施形態における流量変動時の流量計測を示すタイムチャート図。
【図５】 従来例の流量計測装置を示すブロック図。
【図６】 従来例における流量変動時の流量計測を示すタイムチャート図。
【図７】 別な従来例における流量変動時の流量計測を示すタイムチャート図。
【符号の説明】
８ 流れ検出手段
９ 流量計測手段
１８ 圧力検出手段
１９ 変動計測制御手段
１９Ａ 可変ゲイン増幅手段
１９Ｂ 比較手段
１９Ｃ Ｌレベル比較手段
１９Ｄ Ｈレベル比較手段
２０ 計測発停手段

Claims (1)

1. 流路内の流体の流れ状態を検出する流れ検出手段の信号に基づいて流量を計測する流量計測手段と、流体の圧力を検出する圧力検出手段と、前記流量計測手段の流量計測を開始させる計測開始信号と前記流量計測を停止させる計測停止信号を出力する計測発停手段と、この計測発停手段を介して流量計測手段を制御する変動計測制御手段とを備え、この変動計測制御手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力変動値と、あらかじめ設定されたＬレベル圧力設定値およびこのＬレベル圧力設定値より高い値のＨレベル圧力設定値とを比較し、前記圧力変動値のピーク値付近が前記Ｌレベル圧力設定値と前記Ｈレベル圧力設定値との中間に入るように、圧力変動値の増幅度を可変する可変ゲイン増幅手段と、この可変ゲイン増幅手段から出力された圧力変動値がＬレベル圧力設定値を超えたときにその信号を計測発停手段に出力して計測発停手段から計測開始信号を出力させ、次に前記圧力変動値がＬレベル圧力設定値を超えたときにその信号を計測発停手段に出力して計測発停手段から計測停止信号を出力させる比較手段とを有していることを特徴とする流量計測装置。

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