JP2000298042A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】流量計と流量計測方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】瞬時流量を検出する瞬時流量検出手段と、前記瞬時流量検出手段の瞬時流量値をデジタルフィルター処理するフィルター処理手段と、前記フィルター処理手段によって安定流量値を算出する安定流量算出手段を備えた流量計。
【請求項２】瞬時流量を検出する瞬時流量検出手段と、瞬時流量値が脈動しているか否かを判別する脈動判別手段を有し、前記脈動判別手段が脈動と判別した時に、瞬時流量値からデジタルフィルター処理手段によって安定流量値を算出する安定流量算出手段を備えた流量計。
【請求項３】脈動判別手段は、瞬時流量値の変動幅が所定値以上か否かを判別する請求項２記載の流量計。
【請求項４】フィルター処理手段は、瞬時流量値の変動幅によってフィルター特性を変更する請求項１、２または３記載の流量計。
【請求項５】フィルター処理手段によって複数個のフィルター処理を行った複数個の安定流量値から変動幅を検出する脈動幅検出手段を備えた請求項２、３または４記載の流量計。
【請求項６】瞬時流量検出手段が検出した瞬時流量値が、低流量時にのみフィルター処理を行う請求項１〜５のいずれか１項記載の流量計。
【請求項７】フィルター処理手段は、瞬時流量値によってフィルター特性を変更する請求項１〜６のいずれか１項記載の流量計。
【請求項８】フィルター処理手段は、瞬時流量検出手段の計測時間の間隔によってフィルター特性を変更する請求項１〜７のいずれか１項記載の流量計。
【請求項９】大流量値の時には、フィルター特性のカットオフ周波数が高くなるように変更し、低流量時には、カットオフ周波数が低いフィルター特性を持つように変更するフィルター処理手段を備えた請求項７記載の流量計。
【請求項１０】フィルター処理手段は、瞬時流量値をＱ（ｉ）、ｉ番目の算出値をＤ（ｉ）、ｉ−１番目の算出値をＤ（ｉ−１）及びフィルター係数をαとしたとき、Ｄ（ｉ）＝α＊Ｄ（ｉ−１）＋（１−α）＊Ｑ（ｉ）によって安定流量Ｄ（ｉ）を算出する請求項１〜９のいずれか１項記載の流量計。
【請求項１１】安定流量算出手段により算出した安定流量値の変動幅が所定値以内になるようにフィルター特性を変更する請求項１〜１０のいずれか１項記載の流量計。
【請求項１２】超音波により瞬時流量を検出する超音波流量計を瞬時流量検出手段とした請求項２〜１１のいずれか１項記載の流量計。
【請求項１３】瞬時流量を検出し、この瞬時流量にデジタルフィルター処理を行って安定流量値を求める流量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体や液体などの流量を計測する流量計と流量計測方法に関し、計測した瞬時流量の値を算術処理して安定した流量値を算出するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の流量計は、特開平８−２７１３１３号公報や特開平９−１５００６号公報のようなものが知られていた。以下、その構成について図１０と図１１を参照しながら説明する。
【０００３】
図１０に示すように、フローセンサ計測（ステップ１）で検出した流量値が、あるか否かを確認（ステップ２）し、流量があるまでは先に進まず、フローセンサにより計測を続ける。そして、流量がある場合で、流量Ｑが規定値以上か否かを判別（ステップ３）し、規定値以上の場合において、圧力変動が所定値Ｃｆを超えるか否かを判別（ステップ４）する。そして、圧力変動が所定値Ｃｆを超えない場合は、フルイデック式流量計の圧電膜センサで計測（ステップ６）を行う。また、圧力変動が所定値Ｃｆを超える場合は、第２の規定値を超えるか否かを判別（ステップ５）し、第２の規定値を超える場合は、フルイデック式流量計の圧電膜センサで計測（ステップ６）を行う。また、第２の規定値未満の場合は、フローセンサで計測（ステップ１）を行うものである。
【０００４】
また、図１１に示すように、サンプリングプログラム７と、平均値演算プログラム８と、ガス消費量算出プログラム９と、圧力変動周期推定プログラム１０とを備えたＲＯＭ１１と、データ保管に用いるＲＡＭ１２とを備えたＣＰＵ１３と、フローセンサ１４からなるもので、平均化することで流量に変動が発生しても計測流量が影響されにくい構成としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、第１の引例では、圧力変動のある無しで流量計測の方法を変えるもので、圧力計測手段および２つの流量計測手段を備えなければならないという課題があった。また、第２の引例では、平均値を用いてガス流量を計測するもので、安定した平均値を得るには大きな容量のＲＡＭ（メモリー）が必要になるという課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、瞬時流量を検出する瞬時流量検出手段と、前記瞬時流量検出手段の瞬時流量値をデジタルフィルター処理するフィルター処理手段と、前記フィルター処理手段によって安定流量値を算出する安定流量算出手段を備えたものである。
【０００７】
上記発明によれば、デジタルフィルター処理によって、少ないメモリー容量で安定した流量検出が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、瞬時流量を検出する瞬時流量検出手段と、この瞬時流量検出手段の瞬時流量値をデジタルフィルター処理するフィルター処理手段と、前記フィルター処理手段によって安定流量値を算出する安定流量算出手段を備えた構成とした。そして、デジタルフィルター処理することによって、平均処理相当の算術計算が多くのデータ用メモリーを使用せずに行うことができるとともに、フィルター係数という一つの変数を変更することで、フィルター特性を変更することができる。
【０００９】
また、瞬時流量を検出する瞬時流量検出手段と、瞬時流量値が脈動しているか否かを判別する脈動判別手段を有し、脈動判別手段が脈動と判別した時に、瞬時流量値からデジタルフィルター処理手段によって安定流量値を算出する安定流量算出手段を備えた。そして、脈動時には、急峻なフィルター特性とすることで大きな脈動を安定させることができるとともに、脈動時のみフィルター処理することが可能である。
【００１０】
また、脈動判別手段は、瞬時流量値の変動幅が所定値以上か否かを判別する構成とした。そして、脈動の変動幅によって判別することで脈動の変動幅に応じてフィルター処理を変更することができる。
【００１１】
また、フィルター処理手段は、瞬時流量値の変動幅によってフィルター特性を変更する構成とした。そして、変動幅によってフィルター特性を変更することで、小さい変動時には緩やかなフィルター特性として流量の変動に速やかに変動できるようにするとともに、大きい変動時には、急峻なフィルター特性とすることで脈動による流量の変動を大きく抑制することができる。
【００１２】
また、フィルター処理手段によって複数個のフィルター処理を行った複数個の安定流量値から脈動の変動幅を検出する脈動幅検出手段を備えた。そして、複数個のフィルター特性を有するフィルターを備えることで、小さい脈動から大きな脈動まで幅広く対応することでできる。
【００１３】
また、瞬時流量検出手段が検出した瞬時流量値が、低流量時にのみフィルター処理を行う構成とした。そして、低流量時にのみフィルター処理を行うことで大流量時の流量変化に素早く対応するとともに、低流量時の脈動の影響を大幅に抑制することができる。
【００１４】
また、フィルター処理手段は、瞬時流量値によってフィルター特性を変更する構成とした。そして、流量値によってフィルター特性を変更することで、低流量時にのみフィルター処理を行うことで大流量時の流量変化に素早く対応するとともに、低流量時の脈動の影響を大幅に抑制することができる。
【００１５】
また、フィルター処理手段は、瞬時流量検出手段の流量時間の間隔によってフィルター特性を変更する構成とした。そして、流量検出時間の間隔によってフィルター特性を変更することで、計測間隔が短いときは、緩やかなフィルター特性で、間隔が広いときには急峻なフィルター特性で変動を抑えることができる。
【００１６】
また、大流量値の時には、フィルター特性のカットオフ周波数が高くなるように変更し、低流量時には、カットオフ周波数が低いフィルター特性を持つように変更するフィルター処理手段を備えた。そして、大流量時には、応答性が速くなり、低流量時には脈動を抑制する処理とすることができる。
【００１７】
また、フィルター処理手段は、瞬時流量値をＱ（ｉ）、ｉ番目の算出値をＤ（ｉ）、ｉ−１番目の算出値をＤ（ｉ−１）、フィルター係数をαとしたとき、Ｄ（ｉ）＝α＊Ｄ（ｉ−１）＋（１−α）＊Ｑ（ｉ）によって安定流量Ｄ（ｉ）を算出する構成とした。そして、上式のデジタルフィルターで構成することで簡単な算術計算でフィルター特性を実現することができ、流量の脈動を抑制した定常値を算出することがすることができる。
【００１８】
また、安定流量算出手段により算出した安定流量値の変動幅が所定値以内になるようにフィルター特性を変更する構成とした。そして、変動値が所定値内になるようにフィルター特性を変更することによって、流量変動を常に所定値以下に抑制することができる。
【００１９】
また、超音波により瞬時流量を検出する超音波流量計を瞬時流量検出手段とした。そして、超音波流量計を用いることで、大幅な流量変動が発生しても瞬時流量を計測することができるので、その流量値から算術により安定流量を求めることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の流量計のブロック図である。図１において、１５は瞬時流量を検出する超音波流量検出手段、１６は流量値が脈動しているか否か判別する脈動判別手段、１７は前記脈動判別手段の判定結果によって異なった手段を用いて流量値を算出する安定流量算出手段、１８は流量値をデジタルフィルター処理するフィルター処理手段である。
【００２２】
次に動作、作用について図２から図４を用いて説明する。図２に示すように、本発明の流量計は、超音波流量検出手段によって計測された瞬時流量Ｑ（ｉ）と、前回に測定された瞬時流量Ｑ（ｉ−１）との差をとり、その差が所定値（例えば、１リットル／時間）以上の場合、脈動判別手段が脈動ありと判別する。そして、脈動ありの場合、その差の大きさによってフィルター処理のフィルター係数を変更するようにしてデジタルフィルター処理を行う。また、脈動なしの場合は、フィルター処理を行わずに瞬時流量値を安定流量として処理することとする。ここで、デジタルフィルター処理は、図３に示すフローによって行うもので、数式では次のように表される。例えば、フィルター係数をα、ｉ番目の瞬時流量をＱ（ｉ）、求めるフィルター処理後の安定流量をＤ（ｉ）とすると、Ｄ（ｉ）＝α・Ｄ（ｉ−１）＋（１−α）・Ｑ（ｉ）となる。
【００２３】
このようなフィルターの特性は、図４に示すようにローパスフィルターの特性を有し、フィルター係数αが１に近い（通常０．９９９）ほど、低い周波数成分のみしか通過させないフィルターとすることができ、変動する値を濾過して通過させないことができる。そして、変動幅が小さい時は、フィルター係数α２（通常α２＝０．９）とし、緩やかなフィルター特性として流量変動への応答性をよくして流量変動にすみやかに応答できるようにしたものである。また、変動幅が大きい時は、フィルター係数α１（通常α１＝０．９９９９）とし、極度の低域フィルター特性として変動を抑制するようにしたものである。
【００２４】
また、脈動成分Ａ（ｉ）は、Ａ（ｉ）＝Ｑ（ｉ）−Ｄ（ｉ）により求めることが可能であり、Ａ（ｉ）を変動幅として使用することも可能である。
【００２５】
このように、脈動が所定値以上の時にフィルター処理を行うことで変動成分を除去することができ、脈動時に一つの超音波流量計測手段で安定した流量計測を行うことができる。そして、フィルター処理によって平均処理相当の算術計算が多くのデータ用メモリーを使用せずに行うことができるとともに、フィルター係数αという一つの変数を変更することで、フィルター特性を自由に変更することができ、脈動の大きさによってフィルター特性を変えることができる。
【００２６】
そして、脈動時には、急峻なフィルター特性とすることで大きな脈動を安定させることができるとともに、脈動時のみフィルター処理することが可能である。そして、脈動の変動幅によって判別することで脈動の変動幅に応じてフィルター処理を変更することができる。そして、変動幅によってフィルター特性を変更することで、小さい変動時には緩やかなフィルター特性として流量の変動に速やかに変動できるようにするとともに、大きい変動時には、急峻なフィルター特性とすることで脈動による流量の変動を大きく抑制することができる。
【００２７】
なお、本実施例では、デジタルフィルター処理の方法として図３のようなもので説明したが、他のフィルター処理の方法を用いても同様の効果が得られる。
【００２８】
また、流量計は一般計器として説明しているが、ガスメーターに本流量計を使用することで、ガスエンジンヒートポンプを使用している配管系など、脈動が発生する流路配管でも使用することが可能である。
【００２９】
（実施例２）
図５は本発明の実施例２の流量計を示すフローチャートである。実施例１と異なる点は、フィルター係数αを変えることによって２個のフィルター処理を行った２個の流量値から、脈動の変動幅を検出する脈動幅検出手段を備えたことにある。
【００３０】
図５に示すように、フィルター係数α１（例えば、α１＝０．９９９）によるフィルター処理を行った第1の流量値と、フィルター係数α２（例えば、α２＝０．９）によるフィルター処理を行った第２の流量値とを比較して、その差が所定値（例えば、１リットル／時間）より大きくなると、値の大きいフィルター係数α１を少しずつ小さくなるようにすることによって、安定流量算出後の流量値が早く安定するようにした。ただし、１＞α１＞α２＞０の時とする。
【００３１】
すなわち、フィルター係数の大きなフィルター処理をした安定流量を用いていると、脈動時に流量が変化した時、流量変化への応答性が遅れるが、２個のフィルター処理行うことで、小さい方の流量係数で算出している流量によって、脈動時に流量が急に変化しても速やかに追随することができるのである。
【００３２】
（実施例３）
図６は本発明の実施例３の流量計を示すフローチャートである。実施例１と異なる点は、瞬時流量検出手段が検出した流量値が、低流量時にのみフィルター処理を行う構成とした。
【００３３】
すなわち、図６に示すように、超音波流量計測手段で計測した瞬時流量が、所定流量（例えば、１２０リットル／時間）未満の時、フィルター処理を行うことで脈動が発生しても正しく安定流量を計測することができる。また、所定流量以上の時は、脈動による流量計測の変動幅の比率が小さいので、フィルター処理することなく正しく流量計測を行うことができる。そして、流量が小さい時なので、フィルター係数αは、大きい値（例えば、α＝０．９９９）を使用して行うこととした。
【００３４】
このように、低流量時にのみフィルター処理を行うことで大流量時の流量変化に素早く対応するとともに、低流量時の脈動の影響を大幅に抑制することができる。
【００３５】
（実施例４）
図７は本発明の実施例４の流量計を示すフローチャートである。実施例１と異なる点は、フィルター処理手段は、流量値によってフィルター特性を変更する構成とした。
【００３６】
すなわち、図７に示すように、超音波流量計測手段で計測した瞬時流量が所定値（例えば、１２０リットル／時間）以上の時、フィルター係数α１（例えば、α１＝０．９）、そして、所定値未満の流量の時、フィルター係数α２（例えば、α２＝０．９９９）とする。よって、低流量時はフィルター係数α２を大きくして、安定流量の計測に主眼をおき、例えばガスメーターに使用する場合、漏洩検知や器具判別、種火登録を正確に行うようにした。また、大流量の時は、フィルター係数α１を小さくして流量変化の敏速に応答するようにして積算流量の応答性を向上するようにした。
【００３７】
このように、流量値によってフィルター特性を変更することで、低流量時にフィルター処理を行うことで大流量時の流量変化に素早く対応するとともに、低流量時の脈動の影響を大幅に抑制することができる。そして、大流量時には、応答性が速くなり、低流量時には脈動を抑制する処理とすることができる。
【００３８】
（実施例５）
図８は本発明の実施例５の流量計を示すフローチャートである。実施例１と異なる点は、フィルター処理手段は、超音波流量検出手段の流量時間の間隔によってフィルター特性を変更する構成とした。
【００３９】
すなわち、図８に示すように、超音波流量計測手段で流量を計測する時間間隔が長い（例えば、１２秒）時は、フィルター係数α１が小さい値（例えば、α１＝０．９）を使用し、時間間隔が短い時は、フィルター係数α２が大きい値（例えば、α２＝０．９９９）を使用して、フィルター処理を行うこととした。
【００４０】
このように、流量検出時間の間隔によってフィルター特性を変更することで、計測間隔が短いときは、緩やかなフィルター特性で、間隔が広いときには急峻なフィルター特性で変動を抑えることができる。
【００４１】
（実施例６）
図９は本発明の実施例６の流量計を示すフローチャートである。実施例１と異なる点は、安定流量算出手段により算出した流量値の変動幅が所定値以内になるようにフィルター特性を変更する構成とした。
【００４２】
すなわち、図９に示すように、フィルター処理後の安定流量算出処理によって求められた流量の変動値が、所定値（例えば、１リットル／時間）以上の時は、フィルター係数αを増加して流量変動が抑制される方向に制御し、所定値未満の時はフィルター係数αを減少して流量変化に応答できる状態でフィルター処理を行うようにした。
【００４３】
このように、安定流量算出手段後の変動値が所定値内になるようにフィルター特性を適応しながら変更することによって、流量変動を常に所定値以下に抑制することができる。
【００４４】
なお、フィルター係数の増加幅は、流量の変動値によって変化させ、変動幅が大きい時は増加幅を大きくして、変動幅が小さい時は、増加幅を小さくしてフィルター係数を変化させることによって、流量の変動をすみやかに抑制することができる。
【００４５】
以上のように本実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００４６】
瞬時流量を検出する瞬時流量検出手段と、流量値が脈動しているか否か判別する脈動判別手段と、前記脈動判別手段の判定結果によって異なった手段を用いて流量値を算出する少なくとも１つ以上の安定流量算出手段を備えることによって、計測流量の変動を判別して流量の算出手段を切換えることで、変動量に応じて一つの流量計測手段で安定した流量の算出が可能とすることができる。
【００４７】
また、瞬時流量を検出する瞬時流量検出手段と、流量値をデジタルフィルター処理するフィルター処理手段と、前記フィルター処理手段によって流量値を算出する安定流量算出手段を備えることによって、デジタルフィルター処理することによって、平均処理相当の算術計算が多くのデータ用メモリーを使用せずに行うことができるとともに、フィルター係数という一つの変数を変更することで、フィルター特性を変更することができる。
【００４８】
また、脈動判別手段が脈動と判別した時に、流量値をデジタルフィルター処理手段によって安定値を算出する安定流量算出手段を備えることによって、脈動時には、急峻なフィルター特性とすることで大きな脈動を安定させることができるとともに、脈動時のみフィルター処理することが可能である。
【００４９】
また、脈動判別手段は、脈動の変動幅が所定値以上か否かを判別することによって、脈動の変動幅によって判別することで脈動の変動幅に応じてフィルター処理を変更することができる。
【００５０】
また、フィルター処理手段は、脈動の変動幅によってフィルター特性を変更することによって、変動幅によってフィルター特性を変更することで、小さい変動時には緩やかなフィルター特性として流量の変動に速やかに変動できるようにするとともに、大きい変動時には、急峻なフィルター特性とすることで脈動による流量の変動を大きく抑制することができる。
【００５１】
また、フィルター処理手段によって複数個のフィルター処理を行った複数個の流量値から脈動の変動幅を検出する脈動幅検出手段を備えることによって、複数個のフィルター特性を有するフィルターを備えることで、小さい脈動から大きな脈動まで幅広く対応することでできる。
【００５２】
また、瞬時流量検出手段が検出した流量値が、低流量時にのみフィルター処理を行うことによって、低流量時にのみフィルター処理を行うことで大流量時の流量変化に素早く対応するとともに、低流量時の脈動の影響を大幅に抑制することができる。
【００５３】
また、フィルター処理手段は、流量検出手段が検出した流量値によってフィルター特性を変更することによって、流量値によってフィルター特性を変更することで、低流量時にのみフィルター処理を行うことで大流量時の流量変化に素早く対応するとともに、低流量時の脈動の影響を大幅に抑制することができる。
【００５４】
また、フィルター処理手段は、流量検出手段の流量時間の間隔によってフィルター特性を変更することによって、流量検出時間の間隔によってフィルター特性を変更することで、計測間隔が短いときは、緩やかなフィルター特性で、間隔が広いときには急峻なフィルター特性で変動を抑えることができる。
【００５５】
また、大流量値の時には、フィルター特性のカットオフ周波数が高くなるように変更し、低流量時には、カットオフ周波数が低いフィルター特性を持つように変更するフィルター処理手段を備えることによって、大流量時には、応答性が速くなり、低流量時には脈動を抑制する処理とすることができる。
【００５６】
また、フィルター処理手段は、流量値をＱ、ｉ番目の算出値をＤ（ｉ）、ｉ＋１番目の算出値をＤ（ｉ＋１）、フィルター係数をαとしたとき、Ｄ（ｉ＋１）＝α＊Ｄ（ｉ）＋（１−α）＊Ｑによって算出する構成とすることによって、ＩＩＲフィルターで構成することで簡単な算術計算でフィルター特性を実現することができ、流量の脈動を抑制した定常値を算出することがすることができる。
【００５７】
また、安定流量算出手段により算出した流量値の変動幅が所定値以内になるようにフィルター特性を変更することによって、変動値が所定値内になるようにフィルター特性を変更することによって、流量変動を常に所定値以下に抑制することができる。
【００５８】
また、超音波により流量を検出する超音波流量計を瞬時流量検出手段とすることによって、大幅な流量変動が発生しても瞬時流量を計測することができるので、その流量値から算術により安定流量を求めることができる。
【００５９】
【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によれば、算術計算が多くのデータ用メモリーを使用せずに行うことができるとともに、フィルター係数という一つの変数を変更することで、フィルター特性を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の流量計のブロック図
【図２】同流量計の動作を示すフローチャート
【図３】同流量計の動作を示す別のフローチャート
【図４】同流量計の動作を説明するフィルター特性図
【図５】本発明の実施例２の流量計の動作を示すフローチャート
【図６】本発明の実施例３の流量計の動作を示すフローチャート
【図７】本発明の実施例４の流量計の動作を示すフローチャート
【図８】本発明の実施例５の流量計の動作を示すフローチャート
【図９】本発明の実施例６の流量計の動作を示すフローチャート
【図１０】従来の流量計の動作を示すフローチャート
【図１１】従来の流量計を示すブロック図
【符号の説明】
１５ 超音波流量検出手段
１６ 脈動判別手段
１７ 安定流量算出手段
１８ フィルター処理手段