(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に設けられて音波を送受信する一対の音波送受信手段と、前記音波送受信手段の一方から音波を送信して他方の音波送受信手段で受信する送受信動作を繰返し行う第１繰返手段と、前記第１繰返手段により計測される送受信時間を計測する第１計時手段と、前記他方の音波送受信手段から音波を送信して一方の音波送受信手段で受信する送受信動作を繰返し行う第２繰返手段と、前記第２繰返手段により計測される送受信時間を計測する第２計時手段と、前記第１繰返手段と前記第２繰返手段の動作を一つの計測単位とした動作を繰返し行う第３繰返手段と、前記第１繰返手段と前記第２繰返手段の送受信関係を切り替える切替手段と、前記第３繰返手段によって繰り返された後の前記第１計時手段の計測時間と前記第２計時手段の計測時間の値に基づいて流量を検出する流量検出手段とを備え、前記切替手段および前記第１繰返手段または前記第２繰返手段によって決定される計測周期を、流路内に発生する圧力脈動の脈動周期より短い周期で計測する計測制御手段を備えた流量計。
【請求項２】
前記計測制御手段は、更に、前記第３繰返手段で繰り返した時の総計測時間と、圧力脈動の変化の周期幅とを実質的に一致させるように制御する請求項１記載の流量計。
【請求項３】
前記計測制御手段による計測周期を０．００２秒から０．０５秒の範囲とした請求項１又は請求項２記載の流量計。
【請求項４】
前記計測制御手段は、前記第１繰返手段を最初に動作させるタイミングを所定時間内でランダムに制御する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項５】
前記計測制御手段は、３秒の範囲内でランダム動作を設定可能な請求項４記載の流量計。
【請求項６】
前記第１繰返手段と前記第２繰返手段および前記第１計時手段と前記第２計時手段を兼用し、それらの繰返回数を同じ回数に設定した請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の流量計。
【請求項７】
前記第１繰返手段と前記第２繰返手段の繰返回数を２回に設定した請求項６記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体や気体の流量を計測する流量計に関し、さらに詳しくは流量変動が発生した場合にも精度よく流量値を計測する流量計に関するものである。
【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５を参照しながら説明する。図５に示すように、ガス流量を計測するアナログフローセンサ１から所定の第１サンプリング時間毎に計測値を読み取るサンプリングプログラム２と、所定時間におけるガス消費流量を算出するガス消費量算出プログラム３と、第１サンプリング時間に所定時間内で第２サンプリング時間毎にアナログフローセンサの計測値を読み出してその平均値を演算する平均値演算プログラム４と、フローセンサの出力から圧力変動の周期を推定する圧力変動周期推定プログラム５と、メモリーとしてのＲＡＭ６で構成されていた。ここで、７は前記各プログラムを記憶しておくメモリーのＲＯＭ、８はそのプログラムを実行するＣＰＵである。この構成により、所定計測時間がポンプの振動周期の１周期以上、またはその周期の倍数であるように計測処理するものであり、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。
【０００３】
【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、変動周期が変化するたびに周期を推定して計測時間を変更する必要があり、変動周期が変化した場合に適応しにくいという課題と、複雑な推定プログラム処理に高度なＣＰＵが必要となり消費電流も多くなるという課題があった。
【０００４】
【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、流路内の流量を計測する流量計測手段と、前記流路内に発生する圧力脈動の脈動周期より短い周期で複数回の流量計測を行う計測制御手段と、前記複数回の計測流量より平均流量を求めて計測流量とする流量検出手段を備えた構成とした。
【０００５】
上記発明によれば、流路内で発生する圧力変動の周波数が変化しても、変動周期以上の短い時間で計測するので、その影響を少なくすることができ安定した流量計測を実現することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、流路に設けられて音波を送受信する一対の音波送受信手段と、前記音波送受信手段の一方から音波を送信して他方の音波送受信手段で受信する送受信動作を繰返し行う第１繰返手段と、前記第１繰返手段により計測される送受信時間を計測する第１計時手段と、前記他方の音波送受信手段から音波を送信して一方の音波送受信手段で受信する送受信動作を繰返し行う第２繰返手段と、前記第２繰返手段により計測される送受信時間を計測する第２計時手段と、前記第１繰返手段と前記第２繰返手段の動作を一つの計測単位とした動作を繰返し行う第３繰返手段と、前記第１繰返手段と前記第２繰返手段の送受信関係を切り替える切替手段と、前記第３繰返手段によって繰り返された後の前記第１計時手段の計測時間と前記第２計時手段の計測時間の値に基づいて流量を検出する流量検出手段とを備え、前記切替手段および前記第１繰返手段または前記第２繰返手段によって決定される計測周期を、流路内に発生する圧力脈動の脈動周期より短い周期で計測する計測制御手段を備えた構成とした。これにより、流路内で発生する圧力変動の周波数が変化しても、変動周期以上の短い時間で計測するので、その影響を少なくすることができ安定した流量計測を実現できる。
【０００７】
更に、前記計測制御手段は、前記第３繰返手段で繰り返した時の総計測時間と、圧力脈動の変化の周期幅とを実質的に一致させるように制御する。総計測時間が所定時間となるようにすることで、脈動の周期が所定間隔で変化する場合には、どの脈動周期においても安定した流量計測とすることができる。
【０００８】
また、前記計測制御手段による計測周期を０．００２秒から０．０５秒の範囲とすることで低い周波数の脈動を精度よく計測することができる。なお、０．００５秒を最適設定とすることで、２００Ｈｚより低い周波数の脈動を精度よく計測することができる。
また、前記計測制御手段は、第１繰返手段を最初に動作させるタイミングを所定時間内でランダムに制御する。ランダムに制御することで一定周期の脈動を精度よく計測することができる。
【０００９】
さらに、前記計測制御手段は、３秒の範囲内でランダム動作を設定可能に制御する。３秒の範囲でランダムに計測することで、低周波数の脈動をランダムに計測することができ脈動の影響を抑制して精度よく計測することができる。なお、２秒を最適設定とする。
【００１０】
また、第１繰返手段と第２繰返手段および第１計時手段と第２計時手段を兼用し、それらの繰返回数を同じ回数に設定した。そして、同じ回数に設定することで、計測時間間隔が安定して、精度の高い流量計測を行うことができる。
【００１１】
また、第１繰返手段と第２繰返手段の繰返回数を２回に設定した。そして、２回に設定することで、音波の反射波の影響を少なくすることができ、流量計測をより高精度に行うことができる。
【００１２】
【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。
【００１３】
（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、１０は流路９に設けられて音波を送受信する音波送受信手段としての第１振動子、１１は音波送受信手段としての第２振動子、１２は前記第１振動子１０と前記第２振動子１１の送受信関係を交互に切り替える切替手段、１３は前記第１振動子１０を送信手段にして前記第２振動子１１で受信する信号伝搬を繰返し行う第１繰返手段、１４は前記第２振動子１１を送信手段にして前記第１振動子１０で受信する信号伝搬を繰返し行う第２繰返手段、１５は前記第１繰返手段１３により計測される送受信時間を計測する第１計時手段、１６は前記第２繰返手段により計測される送受信時間を計測する第２計時手段、１７は前記第１繰返手段と第２繰返手段の動作を一つの計測単位とした動作を繰返し行う第３繰返手段、１８は前記第３繰返手段によって繰り返された後の前記第１計時手段１５の計測時間と前記第２計時手段１６の計測時間の値に基づいて流量を検出する流量検出手段である。そして、１９は前記切替手段および第１繰返手段または第２繰返手段によって決定される計測周期を、流路内に発生する圧力脈動の脈動周期より短い周期で計測する計測制御手段である。ここで、音波の伝搬時間から流量を計測する流量計測手段は、超音波流量計測装置のことであり、全体を示すものである。
【００１４】
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、第１繰返手段１３の繰返し開始信号により計測が開始され、送信信号を第１振動子１０に入力する。そして、第１振動子１０が振動して超音波を放射し、第２振動子１１が受信する。そして、この間の伝搬時間を第１計時手段が所定クロックでカウントしつつ時間を計測するものである。図中の遅延時間は、音波の減衰を待つための待機時間であり、所定時間に設定されたものである。そして、この遅延時間と伝搬時間をカウントした値を検出した後、再び第１振動子１０に送信信号を入れ超音波を発信して、第２振動子１１で受信する繰返し計測を所定回数行う。ここでは、繰返し回数は２回として説明する。そして、第１計時手段が２回の送受信動作の計測時間１を計測する。ここで、２回の繰返し回数としたことで、超音波が受信側の振動子によって反射して更に１往復した反射波の影響を除去することができる効果がある。
【００１５】
そして、次に送受信の方向を切替手段１２で切り替える。すなわち、次の第２繰返手段１４の繰返し開始信号により計測が開始され、送信信号を第２振動子１１に入力する。そして、第２振動子１１が振動して超音波を放射した超音波を、第１振動子１０が受信する。そして、この間の伝搬時間を第２計時手段が所定クロックでカウントしつつ時間を計測するものである。この送受信の動作を２回繰り返した時の計測時間２を計測する。
【００１６】
このような第１繰返手段１３と第２繰返手段１４の繰返動作を一つの計測単位として、第３繰返手段１７が複数回の計測を行う。そして、この繰返し動作の後の第１計時手段の計測時間１と第２計時手段の計測時間２の逆数差から、所定の式に基づいて流量を算出するものである。
【００１７】
ここで、図３に示すように、前記切替手段の切替時間および第１繰返手段または第２繰返手段の総計時時間によって決定される計測周期を、流路内に発生する圧力脈動の脈動周期より短い周期で計測することによって、圧力脈動の変動速度に追随することができ、精度よく流量を計測することができる。そして、計測周期は、圧力脈動の周期の１／２以下にすることが望ましいが、圧力脈動周期より少し小さい周期でも、十分に精度よく計測することができる。例えば、計測周期を０．００２秒から０．０５秒の範囲で設定することがよいが、最適値として約０．００５秒とすれば（厳密には０．００４６８秒であるが、流量によって変化するのでおおよそで良い。）、圧力脈動は約２００Ｈｚ付近まで計測できるということである。計測周期を変更することで、計測時間を軽減できる場合があり、発生する脈動の周波数に応じて対応すると、消費電力を軽減できる効果がある。図４に圧力脈動波形と計測のタイミングチャートを示す。
【００１８】
また、圧力脈動が所定の周期幅で変化していくことがわかっているなら、その変化する周期幅に総計測時間を一致させることで、どの周期においても精度よく流量を計測することができる。これは、総計測時間が圧力脈動の周期の整数倍になるためで、計測時間が圧力脈動周期の公倍数なり、周期ごとの計測を実現することができるためである。例えば、ガスエンジンの制御のように、回転数が１００ｒｐｍごとに制御される場合、圧力脈動は０．８３３Ｈｚごとに変化する。この場合、総計測時間は、１．２秒とすることで、どの回転数においても圧力脈動を周期単位で計測することができるので、脈動時の計測精度が大きく向上する。また、平均時間も短縮でき、短時間で高い精度の流量計測を実現することができる。
【００１９】
次に、第１繰返手段を最初に動作するタイミングをランダムに制御する計測制御手段を説明する。計測の最初に出力する繰り返し開始信号のタイミングを、所定時間間隔で繰り返していると、いつも同じタイミングで計測することになり、圧力脈動の特定の部分のみを繰り返し計測する場合がある。そこで、計測を開始するタイミングをランダムにすることによって、特定部分のみの計測を避けるようにすることができるのである。そして、ランダムに開始することで計測流量が平均化されるので、所定時間計測した計測流量値は、精度の高いものとなる。例えば、圧力脈動が２００Ｈｚの場合は、０．００５秒の範囲でランダムにすれば良く、０．５Ｈｚでは２秒の範囲でランダムにする必要がある。よって、低周波数から高周波数まで幅広い周波数範囲にわたって行う時は、０．３Ｈｚ程度の低周波数を考えて３秒の範囲でランダムに計測を行うことが望ましい。そして、そのランダムに振り分ける数は、大きいほど精度よく計測できるが、計測時間が長くかかるという課題もある。よって、計測制御手段を動作させるマイコンなどの能力から、８個から２５６個の２のｎ乗の値の中から設定することが望ましい。最適値としては、８個、または６４個、１２８個などの値を推奨する。
【００２０】
なお、ここでは第１繰返手段と第２繰返手段を別々の手段として説明しているが、同時に動作するものではないので、切り替えて使用するように構成すれば、ひとつの繰返手段で兼用することができる。また、その結果、同じ繰返し回数に設定することができ、計測精度を向上することができる。
【００２１】
このように、流路内に発生する圧力脈動の脈動周期より短い周期で計測することで、流路内で発生する圧力変動を迅速に追随することができ、周波数が変化しても、その影響を少なくすることができ安定した流量計測を実現できる。そして、総計測時間が、所定時間となるように制御することで、脈動の周期が所定間隔で変化する場合には、どの脈動周期においても安定した流量計測とすることができる。そして、計測周期が、流路内に発生する圧力脈動の脈動周期より短い周期に設定することで、脈動をより精度よく計測することができる。また、第３繰返手段を動作するタイミングをランダムに制御することで、一定周期の脈動を精度よく計測することができる。さらに、第１繰返手段と第２繰返手段の繰返回数を同じ回数に設定することで、計測時間間隔が安定して、精度の高い流量計測を行うことができる。本流量計は、ガスメーターのようにガスエンジンなどの圧力脈動を生じる機器が接続された配管上の流量を計測することが実現でき、脈動があっても精度が良いことと、計測周期を短くすることで短時間の計測時間とすることができるので、瞬時計測を実現できる。その結果、ガス漏れ検知などの保安機能を高精度により速い時間で実現することができるのである。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の流量計によれば、次の効果が得られる。
【００２３】
本発明は、流路内の流量を計測する流量計測手段と、前記流路内に発生する圧力脈動の脈動周期より短い周期で複数回流量計測を行う計測制御手段と、前記複数回の計測流量より平均流量を求めて計測流量とする流量検出手段を備えた。そして、流路内で発生する圧力変動の周波数が変化しても、短い周期で計測することで、その影響を少なくすることができ安定した流量計測を実現できる。
【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】同流量計の動作を説明するタイミングチャート
【図３】同流量計の動作を説明するタイミング説明図
【図４】同流量計の動作を説明する脈動波形と計測タイミングチャート
【図５】従来の流量計を示すブロック図
【符号の説明】
９  流路
１０  第１振動子（音波送受信手段）
１１  第２振動子（音波送受信手段）
１２  切替手段
１３  第１繰返手段
１４  第２繰返手段
１５  第１計時手段
１６  第２計時手段
１７  第３繰返手段
１８  流量検出手段
１９  計測制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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