WO2007083799A1 - 流量計 - Google Patents

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Junzou Kimura
Nobuyuki Fukuura
Katsusuke Shimada
Toshinori Fujita
Minoru Seto
Motoi Kanzaki
Masahiko Matsushita
Satoshi Ishitani
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F7/00—Volume-flow measuring devices with two or more measuring ranges; Compound meters

Definitions

  • the present invention relates to a flow meter that prevents erroneous integration of a measured flow rate due to fluctuation of a fluid in a flow direction.
  • a flow meter that is provided in a fluid (gas) supply path and measures the fluid supply amount is configured to measure an instantaneous flow rate using a flow sensor and to integrate the measured flow rate. .
  • the integrated flow rate measured by the flow meter is used as information for charging as a so-called fluid (gas) usage fee as the fluid supply amount. Therefore, it is very important to accurately measure the fluid supply in a flow meter.
  • the instantaneous flow rate measured by the flow rate sensor is added or subtracted over a predetermined time according to the direction of fluid flow, and only when the added value exceeds a preset threshold value. Add the above addition value to the total integrated flow, and the subtraction value exceeds the preset threshold. It is proposed to reset the subtracted value when it is obtained (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-81978
  • the cumulative addition value of the instantaneous flow rate measured by the flow sensor that cancels out the slight change in flow rate flowing forward and backward over a predetermined time is set in advance. Since the cumulative added value is not added to the total accumulated flow until the threshold value is exceeded, there is a problem that the minimum measurement unit (integrated unit) of the accumulated flow is defined by the above threshold.
  • the minimum measurement unit (integrated unit) of the accumulated flow is defined by the above threshold.
  • the present invention solves the above-described problems, and is simple in that it is susceptible to the influence of fluid fluctuations caused by the collapse of the pressure cannula before and after the flow meter, the uneven temperature distribution in the pipe, and the like.
  • the purpose is to provide a flow meter that can accurately measure the flow rate and determine the integrated flow rate.
  • a flow meter according to the present invention includes:
  • a flow rate sensor provided in the fluid flow path, which is capable of measuring instantaneous flow rates of the fluid in the forward and reverse directions;
  • the determination means determines that there is a swing when a backflow is detected from the smoothed flow rate, and indicates that the smoothed flow rate is a positive flow over a predetermined period.
  • the state may be determined as a normal flow.
  • the auxiliary counter only needs to be reset whenever a backflow is detected from the smoothed flow rate.
  • the flow sensor includes a pair of thermal resistance elements provided in the direction of fluid flow with a heater element interposed therebetween, for example, a temperature difference force detected by these thermal resistance elements, and a mass flow rate of the fluid. What is necessary is just to use the thermal flow sensor which calculates
  • the smoothed flow rate is integrated by an auxiliary counter instead of the integration counter.
  • the flow rate accumulated by the auxiliary counter is added to the accumulation counter, so that the positive flow rate repeatedly detected as the fluid oscillates is multiply accumulated.
  • the positive flow rate repeatedly detected as the fluid oscillates is multiply accumulated.
  • the positive flow component is finally integrated only once. Therefore, by adding the accumulated value by this auxiliary counter to the accumulated counter, the positive direction flow during the fluid oscillation period It is possible to accurately add the flow rate and obtain the integrated flow rate.
  • the flow meter of the present invention when the backflow force of the fluid is also detected to swing, the normal flow rate accompanying the swing is integrated using the auxiliary counter, and the backflow occurs during the swinging period.
  • the integrated value When detected, the integrated value is reset, so that the auxiliary counter eventually obtains only the integrated value of the latest positive flow rate even if the oscillation is repeated.
  • the integrated value of the auxiliary counter is added to the integration counter, so that it is possible to always obtain the correct integrated flow rate by adding the positive flow rate during the oscillation period.
  • FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a flow meter according to an embodiment of the present invention, partly as a cross-sectional view.
  • FIG. 2 is a side view showing a part of the flow meter shown in FIG. 1 as a cross-sectional view.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a schematic structure of a flow sensor incorporated in the flow meter.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a flow sensor incorporated in the flow meter.
  • FIG. 5 Diagram showing operating characteristics of high-speed flow rate sensor and low-speed flow rate sensor, and example of switching control of the measured flow rate range.
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a flow integration function provided in the flow meter according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a change in flow rate including a pulsating flow detected by a flow rate sensor during oscillation and the smoothed flow rate.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a flow rate integration process procedure in the flow meter shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing the operation of the flow meter shown in FIG. The figure which shows the integration operation state of an integration counter.
  • FIG. 1 and 2 show a schematic configuration of a flow meter (gas meter) according to this embodiment.
  • FIG. 1 is a front view showing a part of the flow meter, and FIG. FIG.
  • This flow meter has a channel pipe 14 having a plurality of thermal flow sensors 13 mounted on a wall surface between a pair of flange joint pipes 11 and 12 coupled to a fluid (gas) pipe (not shown).
  • a fluid (gas) pipe (not shown).
  • a cover body 16 is attached to the flow path unit 15 so as to cover the flow path pipe 14, and a box-shaped flow meter body 17 is attached to the cover body 16.
  • the box-shaped flow meter main body 17 is composed mainly of a microcomputer, for example, and uses a plurality of the thermal flow sensors 13 described above to flow fluid (gas) flowing through the flow path unit 15. It incorporates an electronic circuit unit (not shown) that calculates the flow rate and the integrated flow rate. Further, on the front face of the flow meter body 17, there are provided an indicator 17a for displaying an integrated flow rate value obtained by the electronic circuit unit, a display switching switch 17b, and the like. Further, a battery unit 17c as a drive source and a terminal box 17d to which signal lines are connected are provided on the side of the flow meter body 17.
  • the flow path unit 15 (flange joint pipe 11) is provided with a filter 18 located at the inlet of the fluid to prevent entry of dust.
  • the flow path pipe 14 sandwiched and integrated between a pair of flange joint pipes 11 and 1 2 includes a plurality of pipes positioned upstream of the thermal flow sensor 13 incorporated in the center of the pipe.
  • a rectifying wire mesh 19 and a hard cam structure 20 are provided, and a protective wire mesh 21 is provided on the downstream side of the thermal flow sensor 13.
  • the flow path pipe 14 is provided with a pressure sensor 22 for detecting the pressure of the fluid flowing through the flow path unit 15 and a thermistor 23 for detecting the temperature of the fluid.
  • the plurality of thermal flow sensors 13 are, for example, shown in a perspective view in FIG. 3 and a thin diaphragm 13 formed on a base body (silicon chip) 13a as shown in a sectional structure in FIG. b Heat-generating element (heater) 13h made of platinum (Pt), etc. formed on b, and a pair of temperature-sensitive resistance elements (temperature sensor) 13 arranged in the fluid flow direction with this heat-generating element 13h in between The power with u and 13d is also available.
  • the thin diaphragm 13b is provided by bridging the upper surface of a concave cavity 13c formed on a base body (silicon chip) 13a in a direction perpendicular to the fluid flow direction F.
  • the thin diaphragm 13b serves to position the heating element (heater) 13h and the pair of temperature-sensitive resistance elements (temperature sensors) 13u and 13d in the fluid (gas) flow.
  • the thermal flow sensor 13 having such an element structure has a structure in which the fluid is detected from a difference in temperature measured as a change in resistance values of the pair of temperature-sensitive resistance elements (temperature sensors) 13u and 13d.
  • the flow velocity (flow rate) is obtained.
  • the ambient temperature distribution accompanying the heat generation of the heating element (heater) 13h changes depending on the fluid (gas) flowing along the sensor surface, and compared with the upstream temperature.
  • the temperature measured by the pair of temperature-sensitive resistance elements (temperature sensors) 13u and 13d Find the flow velocity (flow rate) of the fluid from the difference.
  • the flow sensor 13 From the output of the flow sensor 13 having the above element structure, for example, when the temperature detected by the temperature sensitive resistor element 13d is higher than the temperature detected by the temperature sensitive resistor element (temperature sensor) 13u, It can be determined that the fluid flow is positive. On the contrary, when the temperature detected by the temperature-sensitive resistance element 13u is higher, it can be determined that the fluid is backflowing by half U.
  • thermal flow sensor 13 two flow sensors for high-speed flow region measurement (high-speed flow sensor) 13HA, 13HB, and two flow sensors for low-speed flow region measurement (low-speed flow sensor) ) Has 13LA and 13LB. These flow sensors 13HA, 13H B, 13LA, and 13LB are arranged diagonally on the wall surface of the flow channel tube 14 as shown in FIG.
  • the high-speed flow rate sensors 13HA and 13HB increase the amount of heat generated by the heating element (heater) 13h as compared with the low-speed flow rate sensors 13LA and 13LB, and sacrifice the measurement accuracy in the low-speed flow rate range.
  • the measured flow rate range is expanded to the high-speed flow rate range.
  • the low-speed flow sensors 13LA and 13LB are slower than the high-speed flow sensors 13HA and 13HB.
  • the detection sensitivity in the quantity range is increased.
  • These two types of flow sensors 13HA, 13HB, 13LA, and 13LB use two preset flow rate threshold values QH and QL as switching points, for example, as shown in Fig. 5, and switch in a hysteresis manner according to the flow rate of the fluid. Controlled and used for flow measurement.
  • the present invention is characterized by the fact that the output force of the flow sensor 13 is also an instantaneous force that measures the instantaneous flow rate as shown in FIG.
  • a flow rate measurement unit 31 and an instantaneous flow rate smoothing unit 32 that smoothes the measured instantaneous flow rate are provided.
  • This instantaneous flow smoothing unit 32 removes disturbance components such as short-period pulsations caused by the measurement cycle as shown in FIG. 7 and backflow caused by reaction when the fluid valve is fully closed.
  • the process which extracts only a fluctuation component as an oscillation component is performed.
  • This smoothing process is performed, for example, by obtaining a moving average of instantaneous flow rates obtained at predetermined measurement intervals by the instantaneous flow rate measuring unit 31.
  • the swing determining unit 33 detects the occurrence of swing by detecting the backflow component from the smooth soot flow obtained as described above. In addition, the swing determination unit 33 detects whether or not the force continues to be positive for a preset period after the swing is detected, and further detects whether or not a positive flow rate exceeding a preset threshold is detected. By monitoring this, the return to normal flow is detected. In particular, the swing determination unit 33 outputs the above-described smooth flow rate to the integration counter unit 34 as it is during the period when the flow of the fluid is determined to be a normal flow via the flow sensor 13, The integrated counter unit 34 is controlled so as to obtain an integrated value (integrated flow rate) of the smooth flow rate.
  • the swing determination unit 33 stops the output of the smoothed flow rate to the integration counter unit 34 and integrates the smoothed flow rate using the auxiliary counter 35. Control. In particular, the swing determination unit 33 resets (clears) the auxiliary counter 35 each time a backflow is detected. Further, when the swing determination unit 33 detects the return to the normal flow as described above, it adds the flow rate integrated by the auxiliary counter 35 to the integration counter 34, and then adds the smoothing flow rate integration counter 34 described above. Restart the integration process.
  • the swing determination process by the swing determination unit 33 and the flow rate detection process using the auxiliary counter 25 during the swing period will be described in a little more detail.
  • This flow meter is shown in Fig. 8, for example.
  • the flow rate measurement process is executed according to the general processing procedure. That is, when the instantaneous flow rate measurement unit 31 detects the instantaneous flow rate Qx as the output force of the flow sensor 13 [Step Sl], the instantaneous flow rate smoothing unit 32 smoothes the instantaneous flow rate Qx and removes short-term fluctuation components. Then, find the fluctuation component over a long period of flow [Step S2].
  • the swing determination unit 33 first determines whether or not a backflow has occurred by determining whether the smoothed flow rate Qx is zero (0) or positive [Step S3]. . If no reverse flow has occurred, the swing determination unit 33 determines whether or not the normal flow flag F indicating that the fluid flow is a normal flow is ON [Step S4]. After confirming that it is present, the above-mentioned flow rate Qx is integrated by the above-described integration counter 34 [step S5].
  • the swing determination unit 33 determines that the swing has occurred [step S4]. In this case, the swing determination unit 33 clears the timer t for monitoring the positive current duration during the swing to zero (0) [Step S6], and sets the auxiliary counter 35 to zero (0 ) [Step S7]. Further, the swing determination unit 33 turns off the flag F [Step S8], and prepares for an instantaneous flow rate input at the next measurement timing. Then, the swing determination unit 33 repeats the above-described processing until the instantaneous flow rate Qx becomes zero (0) or positive.
  • the swing determination unit 33 determines that the flag F described above is ON. Judge whether there is a certain force [Step S4]. If the flag F is OFF and the return to the normal flow is not detected as will be described later, the swing determination unit 33 continues the determination of the return to the normal flow, and the fluid is still swinging during that time. It is determined that Then, the flow rate Qx detected at that time is directly accumulated by the auxiliary counter 35 [step S9].
  • the swing determination unit 33 determines whether or not the force measured by the timer t described above exceeds a preset time ⁇ , that is, a duration time during which the fluid (gas) flows in the positive direction Is determined whether or not the force exceeds the set time ⁇ [Step S 10]. If the duration of the fluid flowing in the forward direction is less than the set time ⁇ , the rocking judgment unit 33 determines whether the flow rate Qx exceeds the preset threshold TH or not. Judge [Step Sl l]. Based on these two types of determination, the return from the swinging state described above to the normal flow is determined.
  • the auxiliary counter 35 integrates the small flow rate Qx [Step S9].
  • the swing determination unit 33 resets (clears) the accumulated value by the auxiliary counter 35 as shown in FIG. Sometimes timer t is also cleared [Steps S6, S7]. Accordingly, the flag F is also kept off, and the above-described processing is repeatedly executed as long as the flag F is kept off. As a result, the auxiliary counter 35 accumulates the flow rate Qx during the period in which the positive flow continues.
  • the swing determination unit 33 determines that the fluid has stopped swinging and has returned to normal flow. Then, the swing determination unit 33 sets the flag F described above to ON [Step S12]. In this case, the swing determination unit 33 first adds the accumulated value Mx of the flow rate Qx of the fluid flowing in the positive direction accumulated by the auxiliary counter 35 to the accumulation counter 34 [step S13], As a result, the flow rate flowing during the normal flow judgment period (swing period) is added to the integrated flow rate value. After the squeezing force, the swing determination unit 33 restarts the integration of the flow rate Qx currently measured by the integration counter 34 [step S5], and thereafter repeatedly executes the processing procedure described above.
  • the flow meter integrates the flow rate at the time of swing using the auxiliary counter 35, and when the flow returns to the normal flow, the integrated flow rate by the auxiliary counter 35 is accumulated in the integrated counter 34.
  • a function of adding and restarting the integration of the flow rate Qx by the integration counter 34 is provided. Therefore, according to this flow meter, the flow rate of the fluid flowing in the positive direction is measured using the auxiliary counter 35 only when the oscillation is detected.
  • the flow rate (smoothed flow rate) Qx obtained by the quantity sensor 13 is integrated as it is. Therefore, the integrated flow rate can be obtained with an accuracy corresponding to the measurement accuracy of the flow rate sensor 13.
  • the flow meter according to the present invention has an auxiliary counter 35 each time a backflow is detected during swinging.
  • the continuous positive flow rate is accumulated by the auxiliary counter 35 while clearing. Therefore, even if the oscillation is repeated, only the latest positive flow integrated flow rate can always be obtained. That is, when a back flow occurs due to fluid oscillation, the flowmeter according to the present invention clears the flow rate accumulated so far, so that the back flow component is surely canceled and flows in the forward direction. Only the flow rate of the fluid can be measured. Then, the accumulated flow rate by the auxiliary counter 35 is added to the accumulation counter 35, so that the flow rate that flows during the period when the flow rate accumulation by the accumulation counter 35 is suspended can be surely added to the accumulated flow rate as shown in FIG. it can.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • these high-speed flow sensors 13HA and 13HB and low-speed flow sensors 1 3LA and 13LB It is also possible to detect the average value of the output as the instantaneous flow rate Qx. At this time, if the flow rate difference detected by each of the flow sensors 13LA, 13LB, 13HA, and 13HB is large, make a proper deterioration judgment and use the reliable high flow rate value as the instantaneous flow rate Qx. If you do, ok.
  • the flow rate measurement is performed by the high-speed flow sensors 13HA and HB, it is determined as the normal flow, and only when the flow measurement is performed using the low-speed flow sensors 13LA and LB, It is also possible to perform control so as to perform the detected swing.
  • the auxiliary counter 35 can be constituted by a reversible counter, and it is possible to count up the forward flow rate and count down the reverse flow rate during the swing determination period. In the oscillation determination period, only the flow rate obtained by subtracting the reverse flow rate is added to the normal flow rate force measured by the auxiliary counter 35. If added to the calculation counter 34, the net integrated flow rate can be accurately obtained without being affected by fluctuation.
  • the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.

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Abstract

　流体の正流および逆流の瞬時流量を計測可能な流量センサと、計測された瞬時流量を平滑化する平滑化手段と、前記平滑化流量を積算して出力する積算カウンタと、前記平滑化流量を監視して前記流体の揺動の有無を判定する判定手段と、この判定手段において揺動判定が行われている間、および揺動流であると判定されたとき前記積算カウンタに代わって前記平滑化流量を積算する補助カウンタと、前記判定手段において通常流であると判定されたとき、上記補助カウンタによる積算流量を前記積算カウンタに加算して該積算カウンタによる前記平滑化流量の積算を再開させる制御手段とを備える。

Description

明 細 書
流量計
技術分野
[0001] 本発明は、流体の通流方向への揺動に起因する計測流量の誤積算を防止した流 量計に関する。
背景技術
[0002] 流体 (ガス)の供給路に設けられて上記流体の供給量を計測する流量計は、専ら、 流量センサを用いて瞬時流量を計測し、この計測流量を積算するように構成される。 そして流量計にて計測された積算流量は、流体の供給量として、いわゆる流体 (ガス )の使用料としての課金を行う為の情報として用いられる。これ故、流量計においては 流体の供給量を正確に計測することが極めて重要である。
[0003] ところで実際の流量計の設置現場においては、流体 (ガス）を使用していないにも 拘わらず、例えば通常流と同様に流体 (ガス）がー方向に流れた後、逆方向に緩や かに押し戻されるという流体の揺動が生じることがある。このような流体の揺動は、他 系統での流体 (ガス）の使用状況によって流量計の前後における圧力バランスが崩 れることによって、或いは配管内温度分布の偏り等に起因して発生する。しかしなが ら流量計は、専ら、流量センサにて計測された瞬時流量を積算するように構成されて いるだけなので、揺動に伴って計測される流量が繰り返し積算されると言う不具合が ある。
[0004] そこで従来においては、例えば流量計の前後に逆流防止弁を^ aみ込む等の対策 を講じている。しかしその構成が複雑ィ匕する上、製造コストが高くなると言う問題があ つた。また流体の揺動が生じる低流量域での計測流量の積算を禁止することも提唱 されている。し力 逆に揺動がなぐその流量が微少な場合には流量計測を行わない ので、却って計測誤差が増大すると言う問題がある。
[0005] これに対して流体の通流の向きに応じて流量センサにて計測される瞬時流量を所 定時間に亘つて加算または減算し、その加算値が予め設定した閾値を超えるときに だけ上記加算値を全体の積算流量に加算し、また減算値が予め設定した閾値を超 えるときにはその減算値をリセットすることが提唱されている（例えば特許文献 1を参 照)。
特許文献 1 :特開 2002— 81978号公報
[0006] しかしながら上記公報に示される処理手法においては、所定の時間に亘つて正逆 に流れる微少な流量の変化を相殺するべぐ流量センサにて計測される瞬時流量の 累積加算値が予め設定した閾値を超えるまでその累積加算値を全体の積算流量に 加算しないので、積算流量の最小計量単位 (積算単位)が上記閾値によって規定さ れると言う問題がある。し力も前述した流体の揺動のように正逆の流量変動が大きぐ しかもその変動の周期が長いような場合には、上述した閾値を或る程度大きく設定す ることが必要であり、益々その最小計量単位が大きくなる。し力も揺動の周期を見込 んだ長い期間に亘つて正逆の流量変動を相殺することが必要なので、流量の積算周 期が長くなると言う不具合がある。
発明の開示
[0007] 本発明は上述した不具合を解消するもので、流量計の前後における圧カノランス の崩れや、配管内温度分布の偏り等に起因して生じる流体の揺動の影響を受けるこ となぐ簡易にして精度良く流量計測を行ってその積算流量を求めることのできる流 量計を提供することを目的とする。
[0008] 上述した目的を達成するべく本発明に係る流量計は、
く a〉 流体の通流路に設けられた流量センサであって、上記流体の正流および逆流 の瞬時流量を計測可能な流量センサと、
く b〉 この流量センサにて計測された瞬時流量を平滑化する平滑化手段と、 く c〉 この平滑ィ匕手段にて求められた平滑ィ匕流量を積算して出力する積算カウンタと く d〉 前記平滑化流量を監視して前記流体の揺動の有無を判定する判定手段と、 く e〉 この判定手段において揺動判定が行われている間、および揺動流であると判 定されたとき前記積算カウンタに代わって前記平滑ィ匕流量を積算する補助カウンタと く f〉 前記判定手段において通常流であると判定されたとき、上記補助カウンタによる 積算流量を前記積算カウンタに加算して該積算カウンタによる前記平滑ィ匕流量の積 算を再開させる制御手段と
を備えたことを特徴として！/ヽる。
[0009] 好ましくは前記判定手段においては、前記平滑化流量から逆流が検出されたとき に揺動ありと判定し、前記平滑化流量が予め定めた期間に亘つて正流であることを 示すとき、換言すれば所定期間に亘つて逆流が検出されないとき、その状態を通常 流であると判定するようにすれば良い。更には正流の前記平滑化流量が予め設定し た閾値を超えたとき、直ちに通常流であると判定するようにすることも好ましい。
[0010] 尚、前記補助カウンタについては、前記平滑化流量から逆流が検出される都度、そ の積算値がリセットするようにしておけば良い。また前記流量センサとしては、例えば ヒータ素子を挟んで流体の通流方向に設けられた一対の感熱抵抗素子を備え、これ らの感熱抵抗素子によりそれぞれ検出される温度の差力 流体の質量流量とその通 流方向とを求める熱式流量センサを用いるようにすれば良い。この場合、流量センサ の機能としては、流体が逆流していることを検出し得るものであれば良ぐ必ずしも逆 流の質量流量を精度良く求め得る機能 (性能)を備える必要はな 、。
[0011] 上述したように構成された流量計によれば、流量センサにて計測された瞬時流量を 平滑ィ匕した平滑ィ匕流量力も逆流が検出されたとき、これを流体の揺動として判定する 。そして揺動が検出されるまでの間は流体が正方向に流れている通常流であると判 定し、前記流量センサにて計測された瞬時流量の平滑化流量を積算カウンタにて積 算するので、流量センサにおける流量検出精度でその積算流量を高精度に求めるこ とがでさる。
[0012] また流体の揺動が検出されたときには、積算カウンタに代えて補助カウンタにより上 記平滑化流量を積算する。そして通常流に戻ったことが確認されたときに上記補助 カウンタにより積算された流量を前記積算カウンタに加えるので、流体の揺動に伴つ て繰り返し検出される正流の流量を多重に積算することがなくなる。特に逆流が検出 される都度、例えば上記補助カウンタをリセットしながら正流の流量だけを積算するの で、最終的にはその正流の成分を 1回だけ積算することになる。従ってこの補助カウ ンタによる積算値を積算カウンタに加えることで、流体の揺動期間に流れた正方向の 流量を正確に加えてその積算流量を求めることが可能となる。
[0013] 特に揺動検出を行っている期間に所定時間に亘つて逆流が検出されないとき、ま た正方向の流量が急激に多くなつたような場合、これを通常流として判定して直ちに 前記積算カウンタによる平滑化流量の積算処理を再開するので、その本来の流量計 測機能が損なわれることがない。故に正逆の流量変動の周期が長ぐその変化が緩 やかで変動量の大きい揺動が生じる場合であっても、その揺動に拘わることなく高精 度な流量計測が可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
[0014] 即ち、本発明に係る流量計によれば流体の逆流力も揺動が検出されたとき、揺動 に伴う正流流量を補助カウンタを用いて積算すると共に、その揺動期間に逆流が検 出されたときにはその積算値をリセットするので、結局、揺動が繰り返されたとしても 上記補助カウンタは最新の正流流量の積算値だけを求めることになる。そして揺動 が収まり、通常流となったときには上記補助カウンタの積算値を積算カウンタに加算 するので、その揺動期間における正流流量を加えた常に正しい積算流量を求めるこ とが可能となる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]本発明の一実施形態に係る流量計の概略構成を、その一部を断面図として表 した正面図。
[図 2]図 1に示す流量計の一部を断面図として表した側面図。
[図 3]流量計に組み込まれる流量センサの概略構造を示す斜視図。
[図 4]流量計に組み込まれる流量センサの概略構造を示す断面図。
[図 5]高速流量センサと低速流量センサの動作特性と、その計測流量域の切り替え 制御例を示す図。
[図 6]本発明の一実施形態に係る流量計が備える流量積算機能の概略構成を示す 図。
[図 7]揺動時に流量センサにより検出される脈流を含む流量の変化とその平滑化流 量との関係を示す図。
[図 8]図 6に示す流量計における流量積算処理手順の一例を示す図。
[図 9]図 6に示す流量計の動作を示す図で、流量の変化に対する補助カウンタおよび 積算カウンタの積算動作状態を示す図。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る流量計について、いわゆるガス メータを例に説明する。
図 1および図 2はこの実施形態に係る流量計 (ガスメータ）の概略構成を示すもので 、図 1はその一部を断面化して表した正面図、図 2はその一部を断面化して表した側 面図である。この流量計は、流体 (ガス）の配管（図示せず）に結合される一対のフラ ンジ継ぎ手管 11 , 12の間に、その壁面に複数の熱式流量センサ 13を装着した流路 管 14を連結して上記流体 (ガス）の通流路を形成した流路ユニット 15を主体として構 成される。この流路ユニット 15には、上記流路管 14を覆ってカバー体 16が装着され 、このカバー体 16に箱形の流量計本体 17が装着されている。
[0017] この箱形の流量計本体 17は、例えばマイクロコンピュータを主体として構成されて 前述した複数の熱式流量センサ 13を用 、て前記流路ユニット 15を通流する流体 (ガ ス)の流量を、更にはその積算流量を求める電子回路ユニット（図示せず)を内蔵した ものである。またこの流量計本体 17の前面には上記電子回路ユニットにて求められ た積算流量値等を表示する表示器 17aや、表示切り替えスィッチ 17b等が設けられ ている。更に流量計本体 17の側部には、その駆動源である電池ユニット 17c、および 信号線が接続される端子ボックス 17dが設けられている。
[0018] 尚、前記流路ユニット 15 (フランジ継ぎ手管 11)には、流体の入り口部に位置してゴ ミの進入を防止するフィルタ 18が設けられて 、る。また一対のフランジ継ぎ手管 11, 1 2間に挟まれて一体化される前記流路管 14には、その管路中央に組み込まれた前 記熱式流量センサ 13の上流側に位置して複数枚の整流用の金網 19とハ-カム構 造体 20が設けられており、また前記熱式流量センサ 13の下流側に位置して保護用 の金網 21が設けられている。更に前記流路管 14には、流路ユニット 15を通流する流 体の圧力を検出する圧力センサ 22と、該流体の温度を検出するサーミスタ 23とが設 けられている。
[0019] ところで複数の熱式流量センサ 13は、例えば図 3に斜視図を示し、また図 4にその 断面構造を示すように基体 (シリコンチップ） 13aに形成された肉薄のダイヤフラム 13 b上に形成された白金 (Pt)等からなる発熱素子 (ヒータ） 13hと、この発熱素子 13hを 間にして流体の通流方向に並べて設けられた一対の感温抵抗素子 (温度センサ） 13 u,13dとを備えたもの力もなる。上記肉薄のダイヤフラム 13bは、基体 (シリコンチップ ) 13aに形成された凹状のキヤビティ 13cの上面を、流体の通流方向 Fと直交する向 きに橋架して設けられている。この肉薄のダイヤフラム 13bは、上述した発熱素子 (ヒ ータ） 13h、および一対の感温抵抗素子（温度センサ） 13u, 13dを流体 (ガス）の流れ の中に位置付ける役割を担う。
[0020] このような素子構造を有する熱式流量センサ 13は、上記一対の感温抵抗素子 (温 度センサ） 13u, 13dの抵抗値の変化としてそれぞれ計測される温度の差から上記流 体の流速 (流量)を求めるものである。具体的には上記熱式流量センサ 13は、発熱 素子 (ヒータ） 13hの発熱に伴う周囲温度の分布がセンサ面に沿って流れる流体 (ガ ス）によって変化し、上流側の温度に比較して下流側の温度が高くなること、そしてそ の温度分布が流体の流速 (流量）によって変化することを利用して、上記一対の感温 抵抗素子 (温度センサ） 13u, 13dにより計測される温度の差から上記流体の流速 (流 量)を求める。尚、上記素子構造の流量センサ 13の出力からは、例えば感温抵抗素 子 (温度センサ） 13uにより検出される温度に比して感温抵抗素子 13dにより検出さ れる温度が高い場合には、流体の流れが正流であると判定することができる。逆に感 温抵抗素子 13uにより検出される温度の方が高い場合には、流体が逆流していると 半 U定することができる。
[0021] この流量計においては熱式流量センサ 13として、高速流領域計測用の 2つの流量 センサ（高速流量センサ） 13HA, 13HB、および低速流領域計測用の 2つの流量セ ンサ（低速流量センサ） 13LA,13LBを備えている。これらの流量センサ 13HA,13H B,13LA,13LBは、その計測流量域を同じくするもの同士を互いに向かい合わせて 、図 2に示すように流路管 14の壁面に対角配置されている。
[0022] ちなみに高速流量センサ 13HA,13HBは、低速流量センサ 13LA,13LBに比較し て前述した発熱素子 (ヒータ） 13hの発熱量を多くし、低速流量域での計測精度を多 少犠牲にしてその計測流量域を高速流量域まで拡大したものである。これに対して 低速流量センサ 13LA, 13LBは、高速流量センサ 13HA, 13HBに比較して低速流 量域での検出感度を高くしたものである。そしてこれらの 2種類の流量センサ 13HA, 13HB, 13LA, 13LBは、例えば図 5に示すように予め設定された 2つの流量閾値 Q H,QLを切り替え点とし、流体の流量に応じてヒステリシス的に切り替え制御されてそ の流量計測に供せられる。
[0023] さて基本的には上述した如く構成された流量計において、この発明が特徴とすると ころは、基本的には図 6に示すように流量センサ 13の出力力もその瞬時流量を計測 する瞬時流量計測部 31と、計測された瞬時流量を平滑化する瞬時流量平滑化部 32 とを備える。この瞬時流量平滑化部 32は、図 7に示すような計測周期に起因する短 周期の脈動や、流体弁の全閉時における反動に起因する逆流等のような外乱成分 を除去し、その長期的な変動成分だけを揺動成分として抽出する処理を実行する。 この平滑ィ匕処理は、例えば前記瞬時流量計測部 31にて所定の計測周期毎に求めら れる瞬時流量の移動平均を求めることによってなされる。
[0024] 揺動判定部 33は、上述した如く求められた平滑ィ匕流量から、その逆流成分を検出 することで揺動の発生を検出する。またこの揺動判定部 33は、揺動の検出後には予 め設定した期間に亘つて正流が継続する力否力、更には予め設定した閾値以上の 正流の流量が検出される力否かを監視することで、通常流への復帰を検出する。特 に揺動判定部 33は、流量センサ 13を介して流体の流れが通常流であると判定して いる期間には、前述した平滑ィ匕流量をそのまま積算カウンタ部 34に出力することで、 該積算カウンタ部 34にて平滑ィ匕流量の積算値 (積算流量)を求めるように制御して!/、 る。
[0025] また揺動判定部 33は揺動を検出したとき、前記平滑化流量の積算カウンタ部 34へ の出力を停止すると共に、補助カウンタ 35を用いて上記平滑ィ匕流量を積算するよう に制御する。特に揺動判定部 33は逆流が検出される都度、補助カウンタ 35をリセッ ト（クリア)する。また揺動判定部 33は、前述した如く通常流への復帰を検出したとき、 補助カウンタ 35にて積算された流量を前記積算カウンタ 34に加算した後、前述した 平滑ィ匕流量の積算カウンタ 34による積算処理を再開させる。
[0026] この揺動判定部 33による揺動判定処理と、揺動期間における補助カウンタ 25を用 いた流量検出処理について今少し詳しく説明する。この流量計は、例えば図 8に示 す概略的な処理手順に従って流量計測処理を実行する。即ち、瞬時流量計測部 31 が流量センサ 13の出力力も瞬時流量 Qxを検出すると [ステップ Sl]、瞬時流量平滑 化部 32は上記瞬時流量 Qxを平滑化処理し、短期の変動成分を除去して、流量の 長い周期に亘る変動成分を求める [ステップ S2]。すると揺動判定部 33では、先ず 平滑ィ匕された流量 Qxが零 (0)または正であるかを判定することで、逆流が生じて!/、る か否かを判定する [ステップ S3]。そして逆流が発生していない場合には、揺動判定 部 33は流体の流れが通常流であることを示す通常流フラグ Fがオンである力否かを 判定し [ステップ S4]、通常流であることを確認した上で前述した積算カウンタ 34にて 上記流量 Qxを積算させる [ステップ S5]。
[0027] これに対して流体 (ガス）の供給が停止され、図 9にタイミング tlとして示すように平 滑ィ匕された流量 Qxが負となった場合、流体 (ガス）が逆流していることが示されるの で、揺動判定部 33はこれを揺動が生じたと判定する [ステップ S4]。この場合には、 揺動判定部 33は揺動時における正流の継続時間を監視するためのタイマ tを零 (0) にクリアすると共に [ステップ S6]、前述した補助カウンタ 35を零 (0)にクリアする [ステ ップ S7]。更に揺動判定部 33は前記フラグ Fをオフにして [ステップ S8]、次の計測タ イミングでの瞬時流量の入力に備える。そして揺動判定部 33は、瞬時流量 Qxが零（ 0)または正となるまで上述した処理を繰り返す。
[0028] しかる後、瞬時流量 Qxが零 (0)または正となり、正方向に流れる流量 (正流）が検 出された場合には、前記揺動判定部 33は前述したフラグ Fがオンである力否かを判 定する [ステップ S4]。そしてフラグ Fがオフであり、後述するように通常流への復帰が 検出されない場合には、前記揺動判定部 33は通常流への復帰判定を継続し、その 間、未だに流体が揺動中であると判定する。そしてそのときに検出される流量 Qxは、 前記補助カウンタ 35にてそのまま積算される [ステップ S9]。
[0029] その後、前記揺動判定部 33は前述したタイマ tにより計時された時間が予め設定し た時間 ΔΤを超えた力否かを、つまり流体 (ガス）が正方向に流れている継続時間が 、上記設定時間 ΔΤを超えた力否かを判定する [ステップ S 10]。また流体が正方向 に流れている継続時間が設定時間 ΔΤに満たない場合には、前記揺動判定部 33は 前記流量 Qxが予め設定した閾値 THを超えて急激に増大している力否かを判定す る [ステップ Sl l]。これらの 2種類の判定により、上述した揺動状態から通常流への 復帰が判定される。
[0030] そして流体の揺動状態が継続している場合には、正方向の微少な流量 Qxが検出 される都度、補助カウンタ 35は上記微少流量 Qxを積算する [ステップ S9]。またこの ような通常流への復帰判定期間において逆流が検出された場合には、前記揺動判 定部 33は図 9に示すように上記補助カウンタ 35による積算値をリセット（クリア）し、同 時にタイマ tもクリアする [ステップ S6,S7]。従ってフラグ Fもオフの状態に維持され、 このフラグ Fがオフに維持されている限り上述した処理が繰り返し実行される。この結 果、正流が継続している期間における流量 Qxが前記補助カウンタ 35により積算され る。
[0031] ところで上述した通常流の判定期間にお 、て流体が正方向に流れて 、る «I続時間 が設定時間 ΔΤを超えたとき [ステップ S 10]、或いは流量 Qxが予め設定した閾値 T Hを超えて場合 [ステップ S11]、前記揺動判定部 33は流体の揺動がなくなって通常 流に復帰したと判定する。そして前記揺動判定部 33は、前述したフラグ Fをオンに設 定する [ステップ S12]。そしてこの場合には、前記揺動判定部 33は先ず、前記補助 カウンタ 35により積算されている正方向に流れた流体の流量 Qxの積算値 Mxを前記 積算カウンタ 34に加算し [ステップ S13]、これによつて通常流の判定期間（揺動期 間）に流れた流量をその積算流量値に加える。し力る後、前記揺動判定部 33は、現 時点で計測されている流量 Qxの前記積算カウンタ 34による積算を再開させ [ステツ プ S5]、以降、前述した処理手順を繰り返し実行する。
[0032] 以上のように本発明に係る流量計は、揺動時における流量を補助カウンタ 35を用 いて積算し、通常流に戻ったときに上記補助カウンタ 35による積算流量を積算カウン タ 34に加算して該積算カウンタ 34による流量 Qxの積算を再開する機能を備える。従 つてこの流量計によれば、基本的に揺動が検出されたときにだけ補助カウンタ 35を 用いてその揺動期間に正方向に流れる流体の流量を計測し、通常流の場合には流 量センサ 13にて求められた流量 (平滑化した流量) Qxをそのまま積算する。故に、 流量センサ 13の計測精度に応じた精度でその積算流量を求めることができる。
[0033] また本発明に係る流量計は、揺動時には逆流が検出される都度、補助カウンタ 35 をクリアしながら該補助カウンタ 35にてその継続的な正流の流量を積算する。従って 揺動が繰り返される場合であっても、常に最新の正流の積算流量だけを求めることが できる。即ち、流体の揺動に伴う逆流が生じたとき、本発明に係る流量計においては 、それまでに積算した流量をクリアするので、その逆流分を確実に打ち消して実質的 に正方向に流れた流体の流量だけを計測することができる。そしてこの補助カウンタ 35による積算流量を積算カウンタ 35に加えるので、図 9に示すように積算カウンタ 35 による流量積算を休止している期間に流れた流量をその積算流量に確実に足し込 むことができる。
[0034] し力も揺動判定部 33にお 、ては、微少ながらも正方向に流体が継続してながれて V、る場合には、これを通常流として判定して積算カウンタ 34による流量積算を再開さ せる。また上記揺動判定部 33は、正方向の流量が急激に大きくなつたような場合に は、これを流体 (ガス)の供給開始に伴う通常流の開始と判定して前記積算カウンタ 3 4による流量積算を再開させる。従って速やかに前記積算カウンタ 34による通常の流 量積算動作に戻すことができる。故に流量計が持つ本来の機能を損なうことなしに、 バルブを閉めたときに生じる揺動の影響を回避することが可能となる。
[0035] 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。例えば前述したように 2つの高速用流量センサ 13HA, 13HBと、 2つの低速用流量センサ 13LA, 13LBと を備える場合には、これら高速用各流量センサ 13HA,13HB、低速用流量センサ 1 3LA,13LBの出力の平均値を瞬時流量 Qxとして検出することも可能である。このと き、上記各流量センサ 13LA, 13LB, 13HA, 13HBにてそれぞれ検出される流量差 が大き ヽ場合には、適宜劣化判定を行って信頼性の高 ヽ流量値を瞬時流量 Qxとし て採用するようにすれば良 、。
[0036] また高速用各流量センサ 13HA,HBにて流量計測を行っている場合は通常流とし て判定し、低速用流量センサ 13LA,LBを用いて流量計測を行っている場合にのみ 、上述した揺動検出を行うように制御することも可能である。また前記補助カウンタ 35 を可逆カウンタにより構成し、揺動判定期間における正流流量をアップ'カウントし、 逆流流量をダウン'カウントすることも可能である。そして揺動判定期間において上記 補助カウンタ 35にて計測される、正流流量力も逆流流量を差し引いた流量だけを積 算カウンタ 34に加算すれば、揺動の影響を受けな 、正味の積算流量を正確に求め ることが可能となる。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。

Claims

請求の範囲
[1] 流体の通流路に設けられた流量センサであって、上記流体の正流および逆流の瞬 時流量を計測可能な流量センサと、
この流量センサにて計測された瞬時流量を平滑化する平滑化手段と、 この平滑ィ匕手段にて求められた平滑ィ匕流量を積算して出力する積算カウンタと、 前記平滑化流量を監視して前記流体の揺動の有無を判定する判定手段と、 この判定手段にぉ 、て揺動判定が行われて 、る間、および揺動流であると判定さ れたとき前記積算カウンタに代わって前記平滑ィ匕流量を積算する補助カウンタと、 前記判定手段において通常流であると判定されたとき、上記補助カウンタによる積 算流量を前記積算カウンタに加算して該積算カウンタによる前記平滑ィ匕流量の積算 を再開させる制御手段と
を具備したことを特徴とする流量計。
[2] 前記判定手段は、前記平滑化流量から逆流が検出されたときに揺動ありと判定し、 前記平滑化流量が予め定めた期間に亘つて正流であることを示すときに通常流であ ると判定するものである請求項 1に記載の流量計。
[3] 前記判定手段は、前記平滑化流量から逆流が検出されたときに揺動ありと判定し、 正流の前記平滑ィ匕流量が予め設定した閾値を超えたときには、直ちに通常流である と判定するものである請求項 1に記載の流量計。
[4] 前記補助カウンタは、前記平滑化流量から逆流が検出される都度、その積算値がリ セットされるものである請求項 1に記載の流量計。
[5] 前記補助カウンタは、可逆カウンタである請求項 1に記載の流量計。
[6] 前記流量センサは、ヒータ素子を挟んで流体の通流方向に設けられた一対の感熱 抵抗素子を備え、これらの感熱抵抗素子によりそれぞれ検出される温度の差から流 体の質量流量とその通流方向とを求める熱式流量センサである請求項 1に記載の流 量計。
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