JP3640334B2 - Flow meter and gas meter - Google Patents
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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ための流量計およびガスメータに関する。
【0002】
【従来の技術】
流量計には、単位時間当たりの流体の流量(以下、瞬時流量という。)を計測する瞬時流量計の他、瞬時流量を連続的または間欠的に積算して流体の積算された流量(以下、積算流量という。)を計測する積算型の流量計(以下、積算流量計ともいう。)がある。
【0003】
図11は、従来の積算型の流量計の概略を示す構成図である。従来の積算型の流量計は、例えば、ガス等の流体100が流れる配管102に取り付けられた瞬時流量センサ101と、この瞬時流量センサ101に接続された流量演算部103と、この流量演算部103に接続された表示部104とを備えている。瞬時流量センサ101としては、例えば、熱式の流量センサや超音波式流量センサ等のセンサが用いられる。
【0004】
この流量計では、瞬時流量センサ101が連続的または間欠的に駆動され、配管102を流れる流体100の単位時間当たりの流量に応じた信号が出力される。また、流量演算部103によって、瞬時流量センサ101から連続的または間欠的に出力された出力信号に基づいて、瞬時流量が演算されると共に、この瞬時流量を連続的または間欠的に積算して積算流量が算出される。流量演算部103によって算出された積算流量は表示部104に表示される。
【0005】
図12(A)は、瞬時流量センサ101が連続的に駆動された場合に得られる瞬時流量の一例を示している。この図において、横軸は時間を示し、縦軸は瞬時流量の値を示している。この図では、時刻t0 から一定の値の瞬時流量Q0 が流れた場合についての結果が示されている。
【0006】
図12(B)は、流量演算部103において図12(A)で示した瞬時流量に基づいて演算された積算流量の一例を示すものである。この図において、横軸は時間を示し、縦軸は積算流量の値を示している。流量演算部103では、図12(A)で示した瞬時流量を連続的に積分することにより、図12(B)で示したように一定の傾きで増大する積算流量の値を出力する。この積算流量が表示部104で表示される。
【0007】
以上のように、瞬時流量センサ101を時間的に連続して駆動し、そのセンサ出力値を連続的に積分すれば積算流量を算出できる。また、瞬時流量センサ101を間欠的に駆動し、間欠的な瞬時流量に測定時間間隔を乗じた値を逐次加算することで積算流量を算出することもできる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の瞬時流量センサ101として用いられる熱式の流量センサや超音波式流量センサ等は、その駆動時に電力を必要とするため、連続的に駆動する場合には、他の回路要素と合わせて消費電力が大きくなりやすいという問題がある。この問題は、特に、バッテリ駆動タイプにした流量計、例えば、可搬型の流量計や、ガス需要者毎に取り付けられる商用電力を用いないガスメータ等の流量計の場合に大きな問題となる。
【0009】
一方、このような消費電力の問題は、瞬時流量センサ101を間欠的に駆動することで軽減される。しかしながら、瞬時流量センサ101を間欠的に駆動する場合には、測定する流体100の流れに外乱による脈動成分が含まれている場合に測定誤差を生じる虞がある。例えば、瞬時流量センサ101の測定間隔が脈動成分の周期の整数倍となる場合には、測定誤差が生ずる。
【0010】
図13および図14は、外乱による脈動成分について説明するための説明図である。図13では、1つの流路160から分岐した流路161,162,163のそれぞれにより各需要者A,B,Cにガス等の流体100を供給している場合について示している。各需要者に供給される流体100の積算流量は、それぞれの流路に設置された積算流量計164,165,166によって測定されるようになっている。
【0011】
図14(A)は、図13に示した需要者Aにおいて使用された流体100の流量の変化を示す図である。この図のにおいて、縦軸は瞬時流量を示し、横軸は時間を示している。この図の例では、需要者Aが、時刻tAまでは一定流量QA の流体100を消費していたが、時刻tA から消費流量が大幅に変動する負荷要素を使用した場合について示している。ここで、負荷要素としては、例えば流体100としてガスを用いた場合には、ヒートポンプ、エンジンおよびブロア等である。これらの負荷要素は、流体100の消費量が多いだけでなく、その消費量が例えば周期tで大きく変動し、例えば、2Hz〜20Hz程度の周期を持っている。このような周期tをもたらす負荷要素は、隣接する需要者における流体100の流れに対して外乱として影響を与える場合がある。
【0012】
図14(B)は、需要者Aが図14(A)に示したようにガス等を消費している場合において、需要者Bで観測される流体100の流量の変化を示す図である。この図において、縦軸は瞬時流量を示し、横軸は時間を示している。需要者Bは、常に一定の流量QB を使用していたとしても、隣接する需要者Aが、ヒートポンプ等の負荷要素の使用を開始した時刻tA 以降は、周期tの正弦波状の脈動成分を検出してしまう。
【0013】
ここで、需要者Bの積算流量計165が周期tの脈動成分を検出したとしても、この脈動成分は瞬時流量QB に対して対称的に振動しているので、瞬時流量を連続的に計測すると共に、その瞬時流量を連続的に積算すれば、得られる積算流量に脈動成分の影響はなくなる。しかし、一定の測定間隔で間欠的に瞬時流量を測定し、その瞬時流量に測定間隔を乗じて積算流量を求めるような場合には、その積算流量の値に脈動成分の影響が現れる。
【0014】
図15および図16は、需要者Bにおいて脈動成分の影響により誤った流量が測定された場合について説明するための説明図である。これらの図において、(A)の縦軸は瞬時流量を示し、横軸は時間を示している。また、これらの図において、(B)の縦軸は積算流量を示し、横軸は時間を示している。また、これらの図では、需要者Aがヒートポンプ等の負荷要素を使用しているが、需要者Bは流体100を何ら消費していない場合について観測される流量の値を示している。
【0015】
図15(A)は、需要者Bの積算流量計165において観測される瞬時流量の変化を示しており、この瞬時流量には需要者Aからの外乱の影響で周期tの脈動成分が含まれている。この図では、需要者Bの積算流量計165の瞬時流量センサが、一定周期Tで間欠駆動されている場合において、瞬時流量センサによる測定位置が丸印で示されている。また、この図では、瞬時流量センサの駆動周期Tが脈動成分の周期tの2倍、即ちT=2tであると共に、瞬時流量センサの間欠駆動に係るそれぞれの駆動タイミングの時刻が脈動成分の正側のピーク時(時刻tB10 ,tB11 ,……)と同期した場合について示している。この場合には、本来ゼロであるべき需要者Bの瞬時流量が、常に正の流量QB10 として測定されてしまう。
【0016】
図15(B)は、図15(A)で示したような状態で瞬時流量センサが駆動された場合において、需要者Bの積算流量計165で測定される積算流量の値について示している。需要者Bの積算流量は、時刻tB10 以降、VB10 =QB10 ×T,VB11 =VB10 +QB10 ×T,……のようになる。このように需要者Bでは、ガスを使用していないにもかかわらず、瞬時流量QB1を連続的に使用したかのように流量が積算されてしまう。
【0017】
図16(A)では、瞬時流量センサの駆動周期Tが脈動成分の周期tの2倍、即ちT=2tであると共に、瞬時流量センサの間欠駆動に係るそれぞれの駆動タイミングの時刻が脈動成分の負側のピーク時(時刻tB20 ,tB21 ,……)と同期した場合について示している。この場合には、本来ゼロであるべき需要者Bの瞬時流量が、常に負の流量QB10 として測定されてしまう。図16(B)は、このような状態で瞬時流量センサが駆動された場合において、需要者Bの積算流量計165で測定される積算流量の値について示している。需要者Bの積算流量は、時刻tB20 以降、VB20 =QB20 ×T,VB21 =VB20 +QB20 ×T,……のようになる。この場合は、需要者Bの積算流量計165は、時刻tB20 以降、負側に積算され誤った積算値を示してしまう。
【0018】
以上のように、瞬時流量センサを間欠的に駆動することで流量計の消費電力を軽減しようとした場合には、流体の流れに外乱による脈動成分が含まれているときに測定誤差を生じる虞がある。
【0019】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、測定精度を悪化させることなく、消費電力を低減することができる流量計およびガスメータを提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の流量計は、流路を通過する流体の流量に応じて異なる時間間隔で間欠的に駆動されると共に、単位時間当たりの流量に応じた信号を出力する瞬時流量検知手段と、瞬時流量検知手段からの出力信号に基づいて、流体の積算流量を演算する積算流量演算手段とを備え、瞬時流量検知手段が、流体の流量が小流量域にある場合には、流量が大流量域にある場合よりも短い時間間隔で駆動されるようにしたものである。
【0021】
この流量計では、流路を通過する流体の流量に応じて異なる時間間隔で間欠的に駆動される瞬時流量検知手段から、単位時間当たりの流量に応じた信号が出力される。また、積算流量演算手段によって、瞬時流量検知手段からの出力信号に基づいて、流体の積算流量が演算される。瞬時流量検知手段は、流体の流量が脈動による影響を受けやすい小流量域にある場合には、流量が大流量域にある場合よりも短い時間間隔で駆動される。
【0024】
請求項2記載の流量計は、請求項1記載の流量計において、瞬時流量検知手段が、ランダムな時間間隔で駆動されると共に、流体の流量が小流量域にある場合には、流量が大流量域にある場合よりも短い時間間隔で駆動さるようにしたものである。
【0025】
この流量計では、瞬時流量検知手段が、ランダムな時間間隔で駆動され、脈動による測定誤差が低減される。また、流体の流量が脈動による影響を受けやすい小流量域にある場合には、瞬時流量検知手段が、流量が大流量域にある場合よりも短い時間間隔で駆動される。
【0026】
請求項3記載のガスメータは、流路を通過するガスの流量に応じて異なる時間間隔で間欠的に駆動されると共に、単位時間当たりの流量に応じた信号を出力する瞬時流量検知手段と、瞬時流量検知手段からの出力信号に基づいて、ガスの積算流量を演算する積算流量演算手段とを備え、瞬時流量検知手段が、ガスの流量が小流量域にある場合には、流量が大流量域にある場合よりも短い時間間隔で駆動されるようにしたものである。
【0027】
このガスメータでは、流路を通過するガスの流量に応じて異なる時間間隔で間欠的に駆動される瞬時流量検知手段から、単位時間当たりの流量に応じた信号が出力される。また、積算流量演算手段によって、瞬時流量検知手段からの出力信号に基づいて、ガスの積算流量が演算される。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0029】
図1は、本発明の実施の形態に係る流量計の概略を示す構成図である。この図に示した流量計は、配管1を流れる流体2の積算流量を求めるためのものであり、例えば、ガスメータとして使用されるものである。流体2としては、ガス等の気体や液体が用いられる。この図に示した流量計は、配管1に取り付けられた瞬時流量センサ20と、この瞬時流量センサ20に接続された制御部21と、この制御部21に接続された表示部22とを備えている。なお、瞬時流量センサ20が、本発明における「瞬時流量検知手段」に対応し、制御部21が、本発明における「積算流量演算手段」に対応する。
【0030】
この流量計では、瞬時流量センサ20が流量に応じた時間間隔で間欠的に駆動され、配管1を流れる流体2の単位時間当たりの流量に応じた信号が出力されるようになっている。また、制御部21によって、瞬時流量センサ20から間欠的に出力された出力信号に基づいて、瞬時流量が演算されると共に、この瞬時流量を間欠的に積算して積算流量が算出されるようになっている。制御部21によって算出された積算流量は表示部22に表示されるようになっている。なお、瞬時流量センサ20の駆動タイミングについては、後に図面を用いて詳述する。
【0031】
図2は、瞬時流量センサ20の一例を表す構成図である。この図に示した流量センサ20aは、いわゆる熱式の流量センサの一つであり、上流側に配置された温度センサ3と、この温度センサ3の下流側に配設された温度センサ5と、温度センサ3と温度センサ5との間に配設されたヒータ4とを有して構成されている。この流量センサ20aは、2つの温度センサ3,5によって検出される温度の差を一定に保つために必要なヒータ5に対する供給電力から流路を流れる流体2の流速に対応する流量を求めたり、一定電流または一定電力でヒータ4を加熱した場合に、2つの温度センサ3,5によって検出される温度の差から流量を求めることができるようになっている。なお、温度センサ3,5は、例えば、白金薄膜抵抗の抵抗値が温度により変化することを利用したものである。
【0032】
図3は、瞬時流量センサ20の他の例を表す構成図である。この図に示した流量センサは、いわゆる超音波式の流量センサの一つであり、配管1の管壁において、流体2の流れの方向に対して斜めに対向配置された一対の送受信器31および送受信器32を備えている。送受信器31および送受信器32は、互いに相手に対して超音波を送信すると共に、相手から送信された超音波を受信することができるようになっている。ここで、送受信器32から送受信器31に向けて送信される超音波33は、流体2の流れの順方向の成分を含んでいる。また、送受信器31から送受信器32に向けて送信される超音波34は、流体2の流れの逆方向の成分を含んでいる。このため、超音波33と超音波34とでは、送受信器31および送受信器32に受信されるまでに、流体2の流速に応じた時間差が生じることになる。従ってこの時間差に基づいて、流体2の流速に対応する流量を求めることができる。
【0033】
ここで、瞬時流量センサ20は、上述した熱式の流量センサ20aや超音波式の流量センサに限定されるものではなく、これらとは異なる構造のセンサを使用してもよい。なお、以下では、瞬時流量センサ20が、熱式の流量センサ20aである場合を例に説明を行う。
【0034】
図4は、本実施の形態に係る流量計の詳細な回路構成を示すブロック図である。この図に示したように、本実施の形態に係る流量計は、制御部21の構成要素として、流量センサ20aの温度センサ3,5に接続されたブリッジ回路6と、このブリッジ回路6に接続された増幅器7と、この増幅器7に接続されたサンプリング回路8と、このサンプリング回路8に接続されたA/Dコンバータ9と、このA/Dコンバータ9に接続されたCPU(中央処理装置)10と、流量センサ20aのヒータ4に接続されたヒータ駆動回路12と、これらの各構成要素に接続されたタイミング回路13とを有している。CPU10は、表示部22に接続されている。また、本実施の形態に係る流量計は、流量計の各構成要素に電源Vccを供給するバッテリ11を有している。
【0035】
本実施の形態の流量計において、ヒータ4は、ヒータ駆動回路12により駆動され、ヒータ4近傍の流体2が一定の温度上昇を示すように加熱されるようになっている。ヒータ4近傍の流体2の温度は、上流側の温度センサ3および下流側の温度センサ5により検出されるようになっている。
【0036】
また、温度センサ3,5の抵抗値の変化は、ブリッジ回路6で電圧の変化に変換されるようになっている。ブリッジ回路6の電圧信号S4は、増幅器7で増幅された信号S5となりサンプリング回路8に入力されるようになっている。サンプリング回路8は、タイミング回路13からの測定タイミング信号S3により、後に詳述する所定の間隔で増幅器7の出力信号S5をサンプリングし、信号S6を出力するようになっている。
【0037】
サンプリング回路8の出力信号S6は、A/Dコンバータ9でディジタル信号S7に変換され、CPU10に入力されて流量の積算値が求められるようになっている。CPU10は、タイミング回路13に制御信号S9を出力し、各部の駆動タイミングを制御するようになっている。また、CPU10は求めた積算値に対応する信号S8を表示部22に出力し、流量の積算値を表示部22に表示させるようになっている。
【0038】
タイミング回路13は、CPU10からの制御信号S9に基づき、ヒータ駆動回路12にヒータ駆動信号S1を出力すると共に、ブリッジ回路6,増幅器7,サンプリング回路8およびA/Dコンバータ9からなる測定系に測定タイミング信号S3を出力するようになっている。なお、本実施の形態の流量計では、バッテリ11により各部に電源Vccを供給しているが、後で詳述するように、流量に応じて各部の駆動タイミングを最適に制御することにより、低消費電力と測定精度の確保を両立させている。
【0039】
図5は、本実施の形態における流量センサ20aの駆動タイミングを示す説明図である。この図において、(A)は、タイミング回路13からヒータ駆動回路12に出力されるヒータ駆動信号S1についてのタイミングを示している。ヒータ駆動回路12は、このヒータ駆動信号S1に同期してヒータ4に駆動電流を流すようになっている。(B)は、ヒータ4近傍の温度S2の変化につい示している。ヒータ4近傍の温度S2は、熱時定数のためにヒータ駆動信号S1と同時には変化せず、立ち上がり時間tr (時刻t20〜時刻t21の間)、および立ち下がり時間tf (時刻t24〜時刻t25の間)として、それぞれ数10msの時間遅れが生じている。(C)は、タイミング回路13からサンプリング回路8等の測定系に出力される測定タイミング信号S3についてのタイミングを示している。測定タイミング信号S3は、ヒータ4近傍の温度が安定した期間の間(時刻t21〜時刻t24の間)に出力されるようになっている。そして、この測定タイミング信号S3の期間の間(時刻t22〜時刻t23の間)に流体2の瞬時流量が測定される。
【0040】
次に、上記のような構成の流量計の動作について説明する。
【0041】
図6は、本実施の形態に係る流量計の基本的な動作について説明するための流れ図である。本実施の形態では、低消費電力化を図るために、流量センサ20aと、この流量センサ20aを駆動するための各構成要が間欠的に動作する。まず、この間欠動作の基本的な流れを説明する。
【0042】
まず、CPU10は、制御信号S9を送信することによりタイミング回路13を起動させる(ステップS11)。次に、タイミング回路13が、ヒータ駆動回路12にヒータ駆動信号S1を出力し、流量センサ20aのヒータ4の加熱を開始する(ステップS12)。ここで、前述のように、ヒータ4の加熱を開始してからヒータ4近傍の温度が安定するには、数10msの時間がかかる。
【0043】
次に、ヒータ4近傍の温度が安定したとみなされる期間後において、測定系を構成するブリッジ回路6,増幅器7,サンプリング回路8およびA/Dコンバータ9に対して、タイミング回路13から測定タイミング信号S3が送信され、測定系が起動される(ステップS13)。ヒータ4近傍の温度が安定するまでには測定系の各回路も安定し、測定系は、流量センサ20aから出力された出力信号を測定データとして取得する(ステップS14)。測定系において測定データが取得されると、CPU10は、直ちにヒータ駆動回路12に対してヒータ駆動信号S1の出力を停止させ、ヒータ4の加熱を停止させる(ステップS15)。ヒータ4の加熱を直ちに停止させるのは、ヒータ4が最も電力を消費するためである。
【0044】
次に、A/Dコンバータ9においてディジタル信号S7に変換された測定データが、CPU10に送出される(ステップS16)。これにより、1回あたりの実質的な測定シーケンスが終了し、測定系の各回路が停止すると共に(ステップS17)、タイミング回路13が停止する(ステップS18)。CPU10では、測定データに基づいて、瞬時流量を演算すると共に、瞬時流量に、流量センサ20aの駆動間隔を乗じた値を逐次加算して積算流量を求める。CPU10で求められた積算流量は、表示部22に出力され表示される。
【0045】
次に、本実施の形態の流量計において設定される流量センサ20aの駆動間隔について説明する。本実施の形態では、流量センサ20aの駆動間隔を流量に応じて異ならせるようにしている。
【0046】
図7は、本実施の形態における瞬時流量センサ20aの駆動間隔の設定について説明するための流れ図である。CPU10は、瞬時流量センサ20aからの測定データに基づいて流体2の瞬時流量の値を演算して取得する(ステップS21)。次に、CPU10は、取得した瞬時流量の値があらかじめ設定された所定値Q1を超えるか否かを判断する(ステップS22)。ここで、この所定値Q1は、例えば、流量計を一般的なガスメータとして使用する場合には、300リットル/h程度に設定される。但し、所定値Q1は、この値に限定されるものではない。
【0047】
CPU10は、瞬時流量の値が所定値Q1を超える場合(Y)には、流量センサ20aの駆動間隔が長くなるようにタイミング回路13の起動タイミングを制御する(ステップS23)。また、CPU10は、瞬時流量の値が所定値Q1を超えない場合(N)には、流量センサ20aの駆動間隔が短くなるようにタイミング回路13の起動タイミングを制御する(ステップS24)。これにより、例えば、大流量域においては、流量センサ20aの駆動間隔が長くなり、小流量域においては、流量センサ20aの駆動間隔が短くなる。
【0048】
次に、図8ないし図10を参照して流量センサ20aの駆動間隔についてより詳細に説明する。これらの図において、縦軸は瞬時流量を示し、横軸は時間を示している。また、これらの図において、(A)は小流量域における駆動間隔について説明するための図であり、(B)は大流量域における駆動間隔について説明するための図である。また、これらの図において、流量センサ20aによる実質的な流量の測定位置が黒い丸印で示されている。
【0049】
図8は、流体2の流れに外乱による脈動成分がほとんどない場合に適用される流量センサ20aの駆動間隔の設定手法について説明するためのものである。この場合には、大流量域(図8(B))における駆動間隔τ0′を、小流量域(図8(A))における流量センサ20aの駆動間隔τ0よりも長くしている。これにより、小流量域における流量センサ20aの間欠駆動に係るそれぞれの駆動タイミングの時刻は、時刻t1,t2,t3...となる。また、大流量域における流量センサ20aの駆動タイミングの時刻は、時刻t1′,t2′,t3′...となる。なお、小流量域における駆動間隔τ0を長くすれば、流量センサ20aが間欠駆動される周期が長くなり消費電力は大きく低減されるが、測定精度も低下するので、例えば、約1秒〜3秒程度に決定される。また、大流量域における駆動間隔τ0′は、例えば、駆動間隔τ0の2倍程度の値に設定される。
【0050】
ここで、このように大流量域における駆動間隔τ0′を長く設定する理由について説明する。例えば、外乱による脈動成分がある場合でも、脈動の大きさ自体は流量によって変化しない。従って、流量が大きくなると、脈動が測定精度に与える影響の割合は相対的に小さくなる。このことから、大流量域においては流量センサ20aの駆動間隔を長くしても測定精度が悪化することはない。また、大流量域における駆動間隔τ0′を長く設定することで、消費電力を低く抑えることができる。
【0051】
図9は、流量の測定に影響を与えるほど大きい脈動成分がある場合に適用される流量センサ20aの駆動間隔の設定手法の一例について説明するためのものである。この例では、流量センサ20aの駆動タイミングをランダムに変動させることで、脈動成分が積算流量値に影響を与えないようにしている。すなわち、この例では、予め基本となる一定の基本駆動間隔τa(τa′)を設定し、この基本駆動間隔τa内において、駆動タイミングをランダムに変動させるようにしている。この場合においては、大流量域(図9(B))における基本駆動間隔τa′を、小流量域(図9(A))における流量センサ20aの基本駆動間隔τaよりも長くしている。
【0052】
ここで、基本駆動間隔τaの開始時刻t1,t2,t3...(t1′,t2′,t3′...)から駆動タイミングの時刻ta,tb,tc...(ta′,tb′,tc′...)までの時間をτnとすれば、
τn=rnd(n)×τa
となる。但し、nは1以上の整数、rnd(n)は、0以上1未満のn番目の乱数である。これにより、流量センサ20aの間欠駆動に係るそれぞれの駆動タイミングの時刻がランダムとなり、脈動成分の積算流量値への影響が防止される。
【0053】
図10は、流量の測定に影響を与えるほど大きい脈動成分がある場合に適用される流量センサ20aの駆動間隔の設定手法の他の例について説明するためのものである。この例では、図8の場合のように、基本駆動間隔τa(τa′)を設定することなく、流量センサ20aの駆動間隔をランダムに変動させることで、脈動成分が積算流量値に影響を与えないようにしている。この場合においては、大流量域(図10(B))における駆動間隔τ1′,τ2′,τ3′,...を、小流量域(図10(A))における流量センサ20aの駆動間隔τ1,τ2,τ3,...よりも長くしている。これにより、小流量域における流量センサ20aの間欠駆動に係るそれぞれの駆動タイミングの時刻は、時刻t1,t2,t3...となる。また、大流量域における流量センサ20aの駆動タイミングの時刻は、時刻t1′,t2′,t3′...となる。
【0054】
また、この例においては、駆動タイミングの最小間隔をtminとし最大間隔をtmaxとすると、駆動間隔τnは、
τn=tmin+(tmax−tmin)×rnd(n)
となる。なお、tminは、消費電力の制限及び流量センサの応答時間により決まり、本実施の形態では約0.1秒である。また、tmaxは、必要な測定精度により決定され、本実施の形態では約1秒〜3秒である。
【0055】
なお、以上では、動間隔の設定手法として、図8〜図10の3つの手法について示したが、実際には、あらかじめ測定環境に脈動成分があるか否かが分かっている場合には、その環境に適したいずれか一つの手法により駆動間隔の設定を行う。また、脈動成分があるか否かに応じて1つの流量計で複数の駆動間隔の設定手法を使い分けるようにしてもよい。この場合において、脈動成分があるか否かの判断は、例えば、瞬時流量をある程度細かい間隔でサンプリングし、これに基づいて判断するようにするとよい。
【0056】
以上説明したように、本実施の形態に係る流量計によれば、流体2の流量に応じて、瞬時流量センサ20を異なる時間間隔で間欠的に駆動し、この瞬時流量センサ20からの出力信号に基づいて、積算流量を演算するようにしたので、測定精度を悪化させることなく、消費電力を低減することができる。
【0057】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施の形態では、駆動間隔を大流量時と小流量時との2つ場合で異ならせるようにしたが、3段階以上に分けて駆動間隔を異ならせるようにしてもよい。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1または2に記載の流量計または請求項3記載のガスメータによれば、流量に応じて異なる時間間隔で間欠的に駆動された瞬時流量検知手段からの出力信号に基づいて、積算流量を演算するようにしたので、測定精度を悪化させることなく、消費電力を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る流量計の概略を示す構成図である。
【図2】図1に示した流量計における瞬時流量センサの一例を表す構成図である。
【図3】図1に示した流量計における瞬時流量センサの他の例を表す構成図である。
【図4】図1に示した流量計の詳細な回路構成を示すブロック図である。
【図5】図2に示した流量センサの駆動タイミングを示す説明図である。
【図6】本実施の形態に係る流量計の基本的な動作について説明するための流れ図である。
【図7】本実施の形態における瞬時流量センサの駆動間隔の設定について説明するための流れ図である。
【図8】本実施の形態における瞬時流量センサの駆動間隔の設定の一例を示す説明図である。
【図9】本実施の形態における瞬時流量センサの駆動間隔の設定の他の例を示す説明図である。
【図10】本実施の形態における瞬時流量センサの駆動間隔の設定の皿に他の例を示す説明図である。
【図11】従来の流量計の概略を示す構成図である。
【図12】瞬時流量センサを連続的に駆動した場合に得られる瞬時流量および積算流量を示す説明図である。
【図13】外乱による脈動成分について説明するための説明図である。
【図14】外乱による脈動成分について説明するための他の説明図である。
【図15】従来の流量計において生ずる測定誤差について説明するための説明図である。
【図16】従来の流量計において生ずる測定誤差について説明するための他の説明図である。
【符号の説明】
1…配管、2…流体、3,5…温度センサ、4…ヒータ、6…ブリッジ回路、7…増幅器、8…サンプリング回路、10…CPU、11…バッテリ、12…ヒータ駆動回路、13…タイミング回路、20…瞬時流量センサ、21…制御部、22…表示部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow meter and a gas meter for measuring a flow rate of a fluid such as a gas.
[0002]
[Prior art]
In addition to the instantaneous flow meter that measures the flow rate of fluid per unit time (hereinafter referred to as the instantaneous flow rate), the flow meter continuously or intermittently integrates the instantaneous flow rate (hereinafter referred to as the instantaneous flow rate). There is an integrated flow meter (hereinafter also referred to as an integrated flow meter) that measures an integrated flow rate.
[0003]
FIG. 11 is a configuration diagram showing an outline of a conventional integrating flow meter. A conventional integrating flow meter includes, for example, an instantaneous
[0004]
In this flow meter, the instantaneous
[0005]
FIG. 12A shows an example of the instantaneous flow rate obtained when the instantaneous
[0006]
FIG. 12B shows an example of the integrated flow rate calculated based on the instantaneous flow rate shown in FIG. In this figure, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the value of the integrated flow rate. The flow
[0007]
As described above, the integrated flow rate can be calculated by driving the instantaneous
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the thermal type flow rate sensor and the ultrasonic type flow rate sensor used as the instantaneous
[0009]
On the other hand, such a problem of power consumption is alleviated by driving the instantaneous
[0010]
13 and 14 are explanatory diagrams for explaining a pulsation component due to disturbance. FIG. 13 shows a case where a
[0011]
FIG. 14A is a diagram showing a change in the flow rate of the
[0012]
FIG. 14B is a diagram showing a change in the flow rate of the
[0013]
Here, even if the integrating
[0014]
15 and 16 are explanatory diagrams for explaining a case where an erroneous flow rate is measured by the consumer B due to the influence of the pulsating component. In these figures, the vertical axis of (A) indicates the instantaneous flow rate, and the horizontal axis indicates time. In these figures, the vertical axis of (B) indicates the integrated flow rate, and the horizontal axis indicates time. Moreover, in these figures, although the consumer A uses load elements, such as a heat pump, the consumer B has shown the value of the flow volume observed when the fluid 100 is not consumed at all.
[0015]
FIG. 15 (A) shows the change in the instantaneous flow rate observed in the integrating
[0016]
FIG. 15B shows the value of the integrated flow measured by the consumer B's
[0017]
In FIG. 16A, the driving cycle T of the instantaneous flow rate sensor is twice the cycle t of the pulsating component, that is, T = 2t, and the time of each driving timing related to the intermittent driving of the instantaneous flow rate sensor is the pulsating component. Negative peak time (time tB20, TB21, ......) and the case of synchronization. In this case, the instantaneous flow rate of the consumer B, which should be essentially zero, is always a negative flow rate Q.B10Will be measured as. FIG. 16B shows the value of the integrated flow measured by the
[0018]
As described above, when the instantaneous flow rate sensor is driven intermittently to reduce the power consumption of the flow meter, measurement errors may occur when the fluid flow contains pulsation components due to disturbance. There is.
[0019]
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a flow meter and a gas meter that can reduce power consumption without deteriorating measurement accuracy.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The flowmeter according to
[0021]
In this flow meter, a signal corresponding to the flow rate per unit time is output from the instantaneous flow rate detection means that is intermittently driven at different time intervals according to the flow rate of the fluid passing through the flow path. The integrated flow rate calculation means calculates the integrated flow rate of the fluid based on the output signal from the instantaneous flow rate detection means.The instantaneous flow rate detection means is driven at a shorter time interval when the flow rate of the fluid is in a small flow rate range that is susceptible to pulsation than when the flow rate is in a high flow rate range.
[0024]
Claim2The flow meter according to
[0025]
In this flow meter, the instantaneous flow rate detecting means is driven at random time intervals, and measurement errors due to pulsation are reduced. Further, when the flow rate of the fluid is in a small flow rate range that is easily affected by pulsation, the instantaneous flow rate detection means is driven at a shorter time interval than when the flow rate is in the high flow rate range.
[0026]
Claim3The described gas meter is intermittently driven at different time intervals according to the flow rate of the gas passing through the flow path, and outputs an instantaneous flow rate detection unit that outputs a signal according to the flow rate per unit time, and an instantaneous flow rate detection unit Integrated flow rate calculation means for calculating the integrated flow rate of gas based on the output signal fromThe instantaneous flow rate detecting means is driven at shorter time intervals when the gas flow rate is in the small flow rate range than when the gas flow rate is in the large flow rate range.
[0027]
In this gas meter, a signal corresponding to the flow rate per unit time is output from the instantaneous flow rate detection means that is intermittently driven at different time intervals according to the flow rate of the gas passing through the flow path. Further, the integrated flow rate calculation means calculates the integrated flow rate of the gas based on the output signal from the instantaneous flow rate detection means.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a flow meter according to an embodiment of the present invention. The flow meter shown in this figure is for obtaining the integrated flow rate of the fluid 2 flowing through the
[0030]
In this flow meter, the instantaneous
[0031]
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of the instantaneous
[0032]
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating another example of the instantaneous
[0033]
Here, the instantaneous
[0034]
FIG. 4 is a block diagram showing a detailed circuit configuration of the flow meter according to the present embodiment. As shown in this figure, the flow meter according to the present embodiment includes a
[0035]
In the flow meter of the present embodiment, the
[0036]
The change in resistance value of the
[0037]
The output signal S6 of the
[0038]
The
[0039]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the drive timing of the
[0040]
Next, the operation of the flow meter having the above configuration will be described.
[0041]
FIG. 6 is a flowchart for explaining the basic operation of the flowmeter according to the present embodiment. In the present embodiment, in order to reduce power consumption, the
[0042]
First, the
[0043]
Next, after a period in which the temperature in the vicinity of the
[0044]
Next, the measurement data converted into the digital signal S7 in the A /
[0045]
Next, the drive interval of the
[0046]
FIG. 7 is a flowchart for explaining setting of the drive interval of the instantaneous
[0047]
When the value of the instantaneous flow rate exceeds the predetermined value Q1 (Y), the
[0048]
Next, the drive interval of the
[0049]
FIG. 8 is a diagram for explaining a method for setting the driving interval of the
[0050]
Here, the reason why the drive interval τ0 ′ in the large flow rate region is set to be long will be described. For example, even when there is a pulsation component due to disturbance, the magnitude of the pulsation itself does not change with the flow rate. Therefore, as the flow rate increases, the proportion of the influence of pulsation on measurement accuracy becomes relatively small. For this reason, in a large flow rate region, even if the drive interval of the
[0051]
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of a method for setting the driving interval of the
[0052]
Here, the start times t1, t2, t3. . . (T1 ′, t2 ′, t3 ′...), Drive timing times ta, tb, tc. . . If the time to (ta ′, tb ′, tc ′...) Is τn,
τn = rnd (n) × τa
It becomes. However, n is an integer of 1 or more, and rnd (n) is an nth random number of 0 or more and less than 1. Thereby, the time of each drive timing which concerns on the intermittent drive of the
[0053]
FIG. 10 is a diagram for explaining another example of a method for setting the driving interval of the
[0054]
In this example, if the minimum interval of the drive timing is tmin and the maximum interval is tmax, the drive interval τn is
τn = tmin + (tmax−tmin) × rnd (n)
It becomes. Note that tmin is determined by the limit of power consumption and the response time of the flow sensor, and is about 0.1 seconds in this embodiment. Also, tmax is determined by the required measurement accuracy, and is about 1 to 3 seconds in the present embodiment.
[0055]
In the above description, the three methods shown in FIGS. 8 to 10 are shown as the method for setting the movement interval. However, in practice, when it is known in advance whether or not there is a pulsation component in the measurement environment, The drive interval is set by any one method suitable for the environment. Further, depending on whether or not there is a pulsating component, one flow meter may be used for a plurality of drive interval setting methods. In this case, the determination as to whether or not there is a pulsating component may be made, for example, by sampling the instantaneous flow rate at a certain interval and determining based on this.
[0056]
As described above, according to the flow meter according to the present embodiment, the instantaneous
[0057]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible. For example, in the above-described embodiment, the drive interval is made different between two cases of a large flow rate and a small flow rate. However, the drive interval may be made to be divided into three or more stages.
[0058]
【The invention's effect】
As explained above, claim 1Or 2Flow meter or claim3According to the described gas meter, since the integrated flow rate is calculated based on the output signal from the instantaneous flow rate detection means that is intermittently driven at different time intervals according to the flow rate, the measurement accuracy is not deteriorated. The power consumption can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a flow meter according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram showing an example of an instantaneous flow rate sensor in the flow meter shown in FIG. 1. FIG.
3 is a configuration diagram showing another example of an instantaneous flow rate sensor in the flow meter shown in FIG. 1. FIG.
4 is a block diagram showing a detailed circuit configuration of the flow meter shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing drive timing of the flow sensor shown in FIG. 2;
FIG. 6 is a flowchart for explaining the basic operation of the flowmeter according to the present embodiment.
FIG. 7 is a flowchart for explaining setting of a driving interval of the instantaneous flow rate sensor in the present embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of setting a driving interval of the instantaneous flow rate sensor according to the present embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing another example of setting the drive interval of the instantaneous flow rate sensor according to the present embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing another example of a tray for setting a driving interval of an instantaneous flow rate sensor according to the present embodiment.
FIG. 11 is a block diagram showing an outline of a conventional flow meter.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an instantaneous flow rate and an integrated flow rate obtained when the instantaneous flow rate sensor is driven continuously.
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining a pulsation component due to disturbance.
FIG. 14 is another explanatory diagram for explaining a pulsation component due to disturbance.
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a measurement error that occurs in a conventional flow meter.
FIG. 16 is another explanatory diagram for explaining a measurement error that occurs in a conventional flow meter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記瞬時流量検知手段からの出力信号に基づいて、前記流体の積算流量を演算する積算流量演算手段と
を備え、
前記瞬時流量検知手段は、流体の流量が小流量域にある場合には、流量が大流量域にある場合よりも短い時間間隔で駆動される
ことを特徴とする流量計。An instantaneous flow rate detecting means that is intermittently driven at different time intervals according to the flow rate of the fluid passing through the flow path and outputs a signal according to the flow rate per unit time;
Based on an output signal from the instantaneous flow rate detecting means, an integrated flow rate calculating means for calculating an integrated flow rate of the fluid;
With
The instantaneous flow rate detecting means is driven at a shorter time interval when the flow rate of the fluid is in a small flow rate range than when the flow rate is in a large flow rate range .
前記瞬時流量検知手段からの出力信号に基づいて、前記ガスの積算流量を演算する積算流量演算手段と
を備え、
前記瞬時流量検知手段は、ガスの流量が小流量域にある場合には、流量が大流量域にある場合よりも短い時間間隔で駆動される
ことを特徴とするガスメータ。Instantaneous flow rate detection means that is intermittently driven at different time intervals according to the flow rate of the gas passing through the flow path, and outputs a signal according to the flow rate per unit time;
Based on an output signal from the instantaneous flow rate detecting means, integrated flow rate calculating means for calculating the integrated flow rate of the gas;
With
The instantaneous flow rate detecting means is driven at a shorter time interval when the gas flow rate is in the small flow rate range than when the gas flow rate is in the large flow rate range .
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