(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流量を間欠的に計測する流量計測方法において、
予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する第１のステップと、
推定された脈動周期Ｔ２から第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求める第２のステップと、
求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で上記脈動周期Ｔ２の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測する第３のステップと、
上記脈動周期Ｔ２の整数倍の期間の間計測された計測データから平均流量を求める第４のステップとからなる、
ことを特徴とする流量計測方法。
【請求項２】
前記第１のステップは、
予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で流量をサンプリングして計測し、計測データＤ（ｎ）を得るステップと、
計測データの変化量ΔＤ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）−Ｄ（ｎ）を求めるステップと、
変化量が、条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場合、周波数カウンタの周波数カウント値ｆｃを１だけインクリメントするステップと、
条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場合の繰り返し数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定し、その答がノーならば、作業を測定データＤ（ｎ）を得るステップに戻すステップと、
繰り返し数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定するステップの答がイエスならば、脈動周波数ｆ１（＝周波数カウント値ｆｃ／（サンプリング周期Ｔ１×繰り返し数Ｒ１））を求めるステップと、
を含むことを特徴とする請求項１記載の流量計測方法。
【請求項３】
前記第３のステップで計測された前の流量に対する現在の流量の流量変化が、予め決められたしきい値以上か否かを判定する第５のステップを含み、予め決められたしきい値以上であれば、前記第１のステップに戻り、予め決められたしきい値以上でなければ、前記第４のステップに進む、
ことを特徴とする請求項１または２記載の流量計測方法。
【請求項４】
流体の流量を間欠的に計測する流量計測装置において、
予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する脈動周期推定手段と、
推定された脈動周期Ｔ２から第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求めるサンプリング周期決定手段と、
求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データから平均流量を求める流量計測手段と
を備えたことを特徴とする流量計測装置。
【請求項５】
ガスの流量を間欠的に計測する流量計測手段と、間欠的に計測した流量を積算して積算流量を求める流量積算手段と、求めた積算流量を表示する表示手段とを有する電子式ガスメータであって、
上記流量計測手段により予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する脈動周期推定手段と、
推定された脈動周期Ｔ２から上記流量計測手段における第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求めるサンプリング周期決定手段とを備え、
上記流量計測手段は、求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データから平均流量を求め、
上記流量積算手段は、上記流量計測手段からの平均流量を積算して積算流量を求める
ことを特徴とする電子式ガスメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスのような流体の流量を計測する流量計測方法及び装置、並びに、流体としてのガスの流量を計測して積算し積算流量を表示する電子式ガスメータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置として、例えば特公平７−１１９６３８号公報において提案されている超音波式流量計測装置が知られている。提案の装置は、ガス流路内に一定距離だけ離れて配置された超音波周波数で作動する例えば圧電式振動子からなる２つの音響トランスジューサを有し、一方のトランスジューサの発生する超音波信号を他方のトランスジューサに受信させる動作を交互に行って、超音波信号がトランスジューサ間でガス流方向とガス流方向と逆方向に伝搬される時間をそれぞれ計測し、この計測した２つの伝搬時間に基づいてガス流路内を流れているガスの流速を間欠的に求め、この流速にガス流路の断面積を乗じて瞬時流量を求める演算処理を行うようになっている。この瞬時流量に間欠的な計測時間、すなわちサンプリング周期を乗じて通過流量を求め、更にこの通過流量を積算して求めた積算流量を表示することによって、電子式ガスメータを構成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の流量計測では、サンプリング周期は、ガス流路内のガス流の有無に関係なく予め定められた一定の関数にて決定されていた。このため、ガス流路内にガス流があってそれに変動が生じているときと、夜間などのようにガス流が存在しないときを区別せず、同じサンプリング周期で計測を行うことが行われていた。なお、ガス流の変動は、例えばＧＨＰ（ガスヒートポンプ）の場合に生じ、その使用によってガス圧に約１５ｍｍＨ2 Ｏの変動を１０〜２０Ｈｚの周波数で生じさせてガス流に脈流が重畳するようになり、脈動となる。
【０００４】
このため、ガス流路内にガス流があってそれに脈動が生じているときには、サンプリング周期が長すぎて変動した流量を十分に捕捉することができず、計測精度が上がらないという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するには、サンプリング周期を常に小さくすればよいが、このようにすると消費電力が多くなってしまい、電池を電源とした電子式ガスメータの場合には、電池を交換しなければならなくなる期間が短くなるという新たな問題を生じるようになる。また、夜間などのようにガス流が存在しないときにも、一定のサンプリング周期にてガス流量の計測を行うようになっているが、実際にガス流量を計測しなくてもよいときにガス流のあるときと同じ多くの電力が消費されるが、このことも電池寿命の観点から好ましくない。
【０００６】
一方、脈動が発生した場合でも計測に影響の少ない流量測定を行うことができる従来技術の１つとして、たとえば、特開平９−１５００６号がある。
【０００７】
特開平９−１５００６号においては、ガス流量計のアナログフローセンサが、取り付けられているガス配管を流れるガスの流量を計測する。また、ガス流量読出手段は、アナログフローセンサから所定の第１サンプリング時間（たとえば、６秒）毎に計測値を読み取りデジタル変換する。また、ガス消費量算出手段は、ガス流量読出手段が読み出したデジタル値から所定期間におけるガスの消費量を算出する。ここで、ガス流量読出手段の平均値演算手段は、第１サンプリング時間に、所定計測時間（たとえば、５０ｍｓｅｃ）内で第２のサンプリング時間（たとえば、５０μｓｅｃ）毎にアナログフローセンサの計測値を読み出しデジタル変換して、その平均値を演算しており、ガス消費量算出手段が、平均値演算手段が演算した平均値を用いてガス消費量を算出しているので、ガス配管で脈動が発生した場合でも、ガス消費量を正確に算出することができる。
【０００８】
特に、ガス流量計の近くにガスエンジンヒートポンプが配設されている場合、ガス配管に１０〜２１Ｈｚの周波数の大きな圧力変動が発生する。しかし、平均値演算手段が、平均値を演算するための計測時間が、ガスエンジンヒートポンプの振動周期の少なくとも１周期分（２１Ｈｚに対応する場合約５０ｍｓｅｃ）を含んでいるので、ガスエンジンヒートポンプにより発生する圧力変動がガス流量計に与える影響を排除することができ、ガス流量を正確に算出することができる。ここで、望ましくは、ガスエンジンヒートポンプの最長振動周期である１０Ｈｚに対応できるように計測時間として、１００ｍｓｅｃ以上あるとさらに良い。また、圧力変動周期推定手段は、アナログフローセンサの出力から圧力変動の周期を推定する、そして、所定計測時間が、圧力変動周期推定手段が推定した圧力変動の周期の１周期分、またはその倍数を採用すると良い。そうすると、配管に実際に配設されているガスエンジンヒートポンプによる振動の影響を排除することができる。
【０００９】
しかし、特開平９−１５００６号に記載の技術でも、まだ次のような問題点が残っている。すなわち、脈動周期は常に一定とは限らないので、固定された第１サンプリング時間と固定された第２サンプリング時間では、異なる脈動周期に対して平均流量を常に正確に求めることができない。
【００１０】
よって本発明は、上述した状況に鑑み、脈動などによって変化する流体の流量を間欠的な計測によっても消費電力を増大することなく精度良く計測できる流量計測方法及び装置を提供することを課題としている。
【００１１】
また、本発明は、上述した状況に鑑み、間欠的な計測によって推定計測したガスの通過流量を積算して表示するようにした電子式ガスメータにおいて、脈動などによって変化する流体の流量を間欠的に計測しても消費電力を増大することなく精度良く計測し、通過流量の誤差を低減してガス使用量を正確に積算表示できるようにした電子式ガスメータを提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため成された請求項１記載の発明は、流体の流量を間欠的に計測する流量計測方法において、
予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する第１のステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）と、
推定された脈動周期Ｔ２から第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求める第２のステップＳ７と、
求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で上記脈動周期Ｔ２の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測する第３のステップＳ８と、
上記脈動周期Ｔ２の整数倍の期間の間計測された計測データから平均流量を求める第４のステップ（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）とからなる、
ことを特徴とする流量計測方法に存する。
【００１３】
請求項１記載の流量計測方法においては、予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた流量データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定し、推定された脈動周期Ｔ２から第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求め、求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、脈動周期Ｔ２の整数倍の期間の間計測された計測データから平均流量を求めている。
【００１４】
上記課題を解決するため成された請求項２記載の発明は、請求項１記載の流量計測方法において、前記第１のステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）は、
予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で流量をサンプリングして計測し、計測データＤ（ｎ）を得るステップＳ２と、
計測データの変化量ΔＤ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）−Ｄ（ｎ）を求めるステップＳ３と、
変化量が、条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場合、周波数カウンタの周波数カウント値ｆｃを１だけインクリメントするステップＳ４と、
条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場合の繰り返し数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定し、その答がノーならば、作業を測定データＤ（ｎ）を得るステップＳ２に戻すステップＳ５と、
繰り返し数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定するステップＳ５の答がイエスならば、脈動周波数ｆ１（＝周波数カウント値ｆｃ／（サンプリング周期Ｔ１×繰り返し数Ｒ１））を求めるステップＳ６と、
を含むことを特徴とする流量計測方法に存する。
【００１５】
請求項２記載の流量計測方法においては、第１のステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）は、予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で流量をサンプリングして計測し、計測データＤ（ｎ）を得るステップＳ２と、計測データの変化量ΔＤ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）−Ｄ（ｎ）を求めるステップＳ３と、変化量が、条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場合、周波数カウンタの周波数カウント値ｆｃを１だけインクリメントするステップＳ４と、条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場合の繰り返し数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定し、その答がノーならば、作業を測定データＤ（ｎ）を得るステップＳ２に戻すステップＳ５と、繰り返し数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定するステップＳ５の答がイエスならば、脈動周波数ｆ１（＝周波数カウント値ｆｃ／（サンプリング周期Ｔ１×繰り返し数Ｒ１））を求めるステップＳ６とを含んでいる。
【００１６】
上記課題を解決するため成された請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の流量計測方法において、前記第３のステップＳ８で計測された前の流量に対する現在の流量の流量変化が、予め決められたしきい値以上か否かを判定する第５のステップＳ１０を含み、予め決められたしきい値以上であれば、前記第１のステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）に戻り、予め決められたしきい値以上でなければ、前記第４のステップ（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）に進む、
ことを特徴とする流量計測方法に存する。
【００１７】
請求項３記載の流量計測方法においては、第３のステップＳ８で計測された前の流量に対する現在の流量の流量変化が、予め決められたしきい値以上か否かを判定する第５のステップＳ１０を含み、予め決められたしきい値以上であれば、前記第１のステップ（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）に戻り、予め決められたしきい値以上でなければ、前記第４のステップ（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）に進む。
【００１８】
上記課題を解決するため成された請求項４記載の発明は、図１（ａ）の基本構成図に示すように、流体の流量を間欠的に計測する流量計測装置において、
予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する脈動周期推定手段１４ａ−１と、
推定された脈動周期Ｔ２から第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求めるサンプリング周期決定手段１４ａ−２と、
求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データから平均流量を求める流量計測手段１４ａ−３と
を備えたことを特徴とする流量計測装置に存する。
【００１９】
請求項４記載の流量計測装置においては、脈動周期推定手段１４ａ−１が、予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する。サンプリング周期決定手段１４ａ−２は、推定された脈動周期Ｔ２から第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求める。流量計測手段１４ａ−３は、求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、計測データを平均化して平均流量を求める。
【００２０】
上記課題を解決するため成された請求項５記載の発明は、図１（ｂ）の基本構成図に示すように、ガスの流量を間欠的に計測する流量計測手段１４ａ−３と、間欠的に計測した流量を積算して積算流量を求める流量積算手段１４ａ−４と、求めた積算流量を表示する表示手段１５とを有する電子式ガスメータであって、
上記流量計測手段１４ａ−３により予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する脈動周期推定手段１４ａ−１と、
推定された脈動周期Ｔ２から上記流量計測手段における第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求めるサンプリング周期決定手段１４ａ−２とを備え、
上記流量計測手段１４ａ−３は、求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた計測データから平均流量を求め、
上記流量積算手段１４ａ−４は、上記流量計測手段１４ａ−３からの平均流量を積算して積算流量を求める
ことを特徴とする電子式ガスメータに存する。
【００２１】
請求項５記載の電子式ガスメータにおいては、脈動周期推定手段１４ａ−１は、流量計測手段１４ａ−３により予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた流量データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する。サンプリング周期決定手段１４ａ−２は、推定された脈動周期Ｔ２から上記流量計測手段における第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求める。流量計測手段１４ａ−３は、求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、計測された流量から平均流量を求め、流量積算手段１４ａ−４は、流量計測手段１４ａ−３からの平均流量を積算して積算流量を求める。表示手段１５は、流量積算手段１４ａ−４からの積算流量値を表示する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図２は本発明の流量計測方法及び装置を適用して構成した電子式ガスメータの一実施の形態を示している。図示の電子式ガスメータは、超音波型として構成されており、ガスを流すガスメータ中の流路としてのガス流路１０内にガス流方向において距離Ｌだけ離され互いに対向して配置された超音波周波数で作動する例えば圧電式振動子からなる２つの音響トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２と、ガス流路１０に連通した空所１０ａ内に距離ｌだけ離れた管壁１０ｂに対向して配置された音響トランスジューサＴＤ３とを有する。ガス流路１０には、両音響トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２の上流側に弁閉によってガス流路１０を遮断する遮断弁１０ｃが設けられている。
【００２４】
各トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２、ＴＤ３は、それぞれ、トランスジューサインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路１１ａ及び１１ｂを介して送信回路１２及び受信回路１３に接続されている。送信回路１２は、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）１４の制御の下で、トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２のうちの一方のトランスジューサを駆動して超音波信号を発生させる信号をパルスバーストの形で送信し、このための発振回路（図示せず）を内蔵している。受信回路１３は、ガス流路１０を通過した超音波信号を受信した、トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２のうちの他方のトランスジューサからの信号を入力して超音波信号を処理する前置増幅器（図示せず）を内蔵している。トランスジューサＴＤ３については、トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２に対するとは別のタイミングでμＣＯＭ１４が送信回路１２と受信回路１３を制御し、トランスジューサＴＤ３を駆動して超音波信号を発生させるように送信回路１２を制御するとともに、同じトランスジューサＴＤ３が管壁１０ｂから反射されてくる超音波信号を受信して発生する信号を入力させるように受信回路１３を制御する。
【００２５】
なお、μＣＯＭ１４は、図３に示すように、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）１４ａ、ＣＰＵ１４ａが行う処理のプログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ１４ｂ、ＣＰＵ１４ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ１４ｃなどを内蔵し、これらがバスライン１４ｄによって相互接続されている。
【００２６】
μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、送信回路１２から信号を供給するトランスジューサと受信回路１３で超音波信号を受信するトランスジューサとを交互に切り替える制御を行うと共に、２つのトランスジューサ間で交互に送受信した超音波信号の伝搬時間を測ってガス流路１０内を流れているガスの流速を間欠的に求めるための流速演算処理の他に、この演算した流速とガス流路１０の断面積とに基づいて瞬時流量を求める流量演算処理、演算した瞬間流量に間欠時間を乗じて通過流量を演算する通過流量演算処理、通過流量を積算して積算流量を求める流量積算処理、この流量積算処理によって求めた流量積算値を表示器１５に表示させる表示処理を行う。これらはガスメータとしての本来の機能にかかわるものである。
【００２７】
上述した構成の電子式ガスメータにおける流量計測の原理を以下に説明する。μＣＯＭ１４の内蔵するＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力してパルスバースト信号を発生させ、これをトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２のうちの一方のトランスジューサに供給させて、この一方のトランスジューサに超音波信号を発生させる。また、一方のトランスジューサから送信された超音波信号を受信する他方のトランスジューサからの信号を受信回路１３に受信させ、これに応じて受信回路１３が発生する信号を取り込む。その後、μＣＯＭ１４の内蔵するＣＰＵ１４ａは、超音波信号を発生するトランスジューサと超音波信号を受信するトランスジューサを逆にして同じ動作をもう一度繰り返す制御を行う。そして、μＣＯＭ１４のＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力して一方のトランスジューサに超音波信号を発生させて、この超音波信号を受信する他方のトランスジューサが発生する信号を受信回路１３を介して取り込むまでの時間Ｔ１、Ｔ２をそれぞれ測り、この測った時間Ｔ１、Ｔ２からガス流の流速を後述のようにして求める。
【００２８】
また、μＣＯＭ１４のＣＰＵ１４ａは、トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２についての制御とは別のタイミングで、トランスジューサＴＤ３についての制御を行い、送信回路１２にトリガ信号を出力してパルスバースト信号を発生させ、これをトランスジューサＴＤ３に印加させて、このトランスジューサＴＤ３に超音波信号を発生させる。また、ＣＰＵ１４ａは、トランスジューサＴＤ３から送信され管壁１０ｂで反射された超音波信号を受信する同じトランスジューサＴＤ３からの信号を受信回路１３に受信させ、これに応じて受信回路１３が発生する信号を取り込む。そして、ＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力してトランスジューサＴＤ３に超音波信号を発生させて、この超音波信号の反射の第１波と第２波を受信する同じトランスジューサＴＤ３が発生する信号を受信回路１３を介して取り込むまでの時間Ｔｒ１、Ｔｒ２をそれぞれ測り、この測った時間Ｔｒ１、Ｔｒ２からガス流路１０内と同じ温度、圧力、ガス種であるが、ガス流のない雰囲気における音速を後述のようにして求める。
【００２９】
今、静止ガス中での音の伝搬速度（音速）をｃ、ガス流の流速をｖとすると、ガス流の順方向の超音波信号の伝搬速度は（ｃ＋ｖ）となる。トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２間の距離をＬとすると、トランスジューサＴＤ１からの超音波信号がガス流と同じ方向に進んでトランスジューサＴＤ２に到達する時間Ｔ１と、トランスジューサＴＤ２からの超音波信号がガス流と逆方向に進んでトランスジューサＴＤ１に到達する時間Ｔ２とは、
Ｔ１=Ｌ／（ｃ＋ｖ）                                    （１）
Ｔ２=Ｌ／（ｃ−ｖ）                                    （２）
となる。（１）、（２）式より
0003666725.tif 000002
となり、Ｌが既知であるときには、Ｔ１及びＴ２を計測することによって流速ｖを求めることができる。
【００３０】
なお、Ｔ２・Ｔ１=Ｌ2 ／（ｃ＋ｖ）・（ｃ−ｖ）=Ｌ2 ／（ｃ2 −ｖ2 ）であり、流速ｖは音速ｃに比べて極めて小さな数値であるので、式中のｖ2 はｃ2 に比べて極めて小さく無視でき、Ｔ２・Ｔ１=Ｌ2 ／ｃ2 
とすることができる。そして、上式（３）は最終的には、
0003666725.tif 000003
と書き直すことができる。ここで、Ｔｄ=（Ｔ２−Ｔ１）とすると、
0003666725.tif 000004
となる。
【００３１】
流速ｖが求められたときには、瞬時流量Ｑｉはガス流路１０の既知の断面積をＳ、物の構造その他によって変化する補正係数をαとすると、
0003666725.tif 000005
となり、瞬時流量Ｑｉが求められる。ただし、
Ｋ=α・Ｓ・ｋ                                          （６）
とする。なお、Ｋは上述の説明から明らかなように、音速、ガス温度、ガス圧力など多くの要素を含んだ補正のための係数である。
【００３２】
なお、式（６）中の静止ガス中の音速ｃについては、図２に示したように、ガス流路１０に連通しているが、ガス流路１０中のガス流に影響されない静止ガスの空所１０ａ中において、第３の音響トランスジューサＴＤ３から発した超音波信号が管壁１０ｂで反射してトランスジューサに戻ってくるまでの時間を計測し、この時間によってトランスジューサＴＤ３から管壁１０ｂまでの往復距離２ｌを割ることによって求めることができるので、この計測を適宜行って求めた音速ｃを用いるようにすればよい。
【００３３】
従って、瞬時流量Ｑｉを求める毎に、すなわち、サンプリングする毎に、この流量Ｑｉに前回求めた（サンプリングした）時点からの経過時間（サンプリング間隔時間）を乗じることによって通過流量Ｑｔが求まり、これを積算することによって、積算したガス積算流量Ｑｓ、すなわち、ガス供給量（ガス使用量）を求めることができるようになる。そして、この積算流量Ｑｓを表示器１５に表示させることによって電子式ガスメータを構成することができる。
【００３４】
そこで、本発明は、上述した流量計測の原理に基づいて動作する電子式ガスメータにおいて、計測すべきガスの流量に脈動変化が生じている場合、その脈動周期を推定し、推定された脈動周期に応じて適切なサンプリング間隔を求め、脈動周期が変化しても、それに応じて常に最適なサンプリング周期で計測して平均流量を求めるように動作させるものである。
【００３５】
上述の本発明の動作を行うために、μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、以下に説明するような処理を行う。またＲＡＭ１４ｃには、この処理を行うために、推定される脈動周期を格納する脈動周期格納エリア、決定したサンプリング周期Ｔ３を格納するサンプリング周期格納エリアサンプリング計測した流量を格納するサンプリング流量格納エリア、平均流量を格納する平均流量格納エリア、全流量すなわち積算流量を格納する全流量格納エリア、などが形成されている。
【００３６】
まず、計測すべきガス流量に図４（ａ）に示すような脈動がある場合、ＣＰＵ１４ａは、ガス流において予想される脈動周期（たとえば、ガス流路中では約１０〜２０Ｈｚ程度の周波数の圧力変動が発生することがあり、この圧力変動の周波数に対応する周期が脈動周期となる）をカバーするように予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１（たとえば、１０ｍｓ）で流量を所定期間計測する。次いで、ＣＰＵ１４ａは、得られた計測データに基づいて脈動周期Ｔ２を推定する。
【００３７】
次いで、ＣＰＵ１４ａは、推定された脈動周期Ｔ２の間隔に応じて変化する第２のサンプリング周期Ｔ３を決定する。この第２のサンプリング期間Ｔ３は、推定された脈動周期Ｔ２の１／２以下（すなわち、Ｔ３＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）になるように決定される。たとえば、図４（ａ）では、第２のサンプリング期間Ｔ３は、推定された脈動周期Ｔ２のちょうど１／２に決定されている。
【００３８】
次いで、ＣＰＵ１４ａは、決定された第２のサンプリング周期Ｔ３によるサンプリング計測を脈動周期Ｔ２の整数倍の期間、たとえば図４（ａ）では脈動周期Ｔ２の２倍の計測期間、だけ実行する。次いで、ＣＰＵ１４ａは、この計測期間内に得られた計測データに基づいて平均値計算を行い、得られた平均値を平均流量値Ｑｍとする。次いで、ＣＰＵ１４ａは、平均流量値Ｑｍを前回までの積算流量値に積算し、今回の積算流量値を求め、その積算流量値を表示器１５に表示する。
【００３９】
一方、計測すべきガス流量に図４（ｂ）に示すような脈動があると仮定すると、この脈動周期は、図４（ａ）の脈動周期に比べて長くなっている（換言すると、図４（ｂ）の脈動周波数は、図４（ａ）の脈動周波数よりも低い周波数になっている）。この場合も、ＣＰＵ１４ａは、同様に、まず第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間計測した計測データに基づいて脈動周期Ｔ２′を推定し、次いで、推定された脈動周期Ｔ２′の間隔に応じた第２のサンプリング周期Ｔ３′を決定する。この第２のサンプリング期間Ｔ３′は、推定された脈動周期Ｔ２′の１／２以下、たとえば脈動周期Ｔ２のちょうど１／２に決定されるが、図４（ａ）に示す第２のサンプリング期間Ｔ３より長くなっている。
【００４０】
次いで、ＣＰＵ１４ａは、決定された第２のサンプリング周期Ｔ３′によるサンプリング計測を脈動周期Ｔ２′の整数倍の期間、たとえば脈動周期Ｔ２′の２倍の計測期間、の間だけ実行する。次いで、ＣＰＵ１４ａは、この計測期間内に得られた計測データに基づいて平均値計算を行い、得られた平均値を平均流量値Ｑｍとする。次いで、ＣＰＵ１４ａは、平均流量値Ｑｍを前回までの積算流量値に積算し、今回の積算流量値を求め、その積算流量値を表示器１５に表示する。
【００４１】
このように、本発明では、計測すべきガスの流量に脈動変化が生じている場合、その脈動周期を推定し、それに応じて適切に可変されるサンプリング間隔を求め、常に最適なサンプリング周期で脈動周期の整数倍の期間の間計測して平均流量を求めるように動作する。したがって、異なる脈動周期を有する脈動が発生しているどのような計測環境に対しても、異なる脈動周期に対応して適切に間隔が変わる第２のサンプリング周期Ｔ３で平均流量計測を行うことができ、脈動の影響が低減されかつ計測精度が向上する。また、第２のサンプリング期間Ｔ３は、推定された脈動周期Ｔ２の１／２以下（すなわち、Ｔ３＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）になるように決定されるので、サンプリング回数を低減することができ、従って、計測時の消費電力を低減することができる。
【００４２】
また、流体の流れがない場合や流れていても一定流量で変化のない場合には、サンプリング周期が長くなってサンプリング回数が低減するので消費電力が抑えられる。これは、流体の流量を積算する場合、流体が流れていないときには、サンプリング周期が長くても誤差の影響が殆どなく、また流体が流れていても一定流量であれば、サンプリング周期が長くても誤差が少ないからであり、計測精度を損なうことなく、消費電力の削減を図ることができる。
【００４３】
以上、流量計測方法及びこの方法を実施する装置、並びに電子式ガスメータの概略動作を説明したが、ＣＰＵ１４ａが行う処理の一例を示す図５のフローチャートを参照して、以下その詳細を説明する。
【００４４】
ＣＰＵ１４ａは、例えば電源投入によって動作を開始し、初期設定される（ステップＳ１）。次いで、適当な等間隔の第１のサンプリング周期（ガス流において予想される脈動の周期を考慮して設定される）、たとえば１０ｍｓ以下のサンプリング周期Ｔ１で流量Ｄ（ｎ）を測る（ステップＳ２）。次いで、計測したデータの変化量ΔＤ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）−Ｄ（ｎ）を求める（ステップＳ３）。次いで、流量の変化が、条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場合、ＣＰＵ１４ａに内蔵の周波数カウンタ（図示しない）の周波数カウント値ｆｃを１だけインクリメント（＋１）する（ステップＳ４）。
【００４５】
次いで、ＣＰＵ１４ａは、条件ΔＤ（ｎ−２）＜ΔＤ（ｎ−１）＞ΔＤ（ｎ）が成立する場合の繰り返しの数が所定数Ｒ１に達したか否かを判定する（ステップＳ５）。この繰り返し数Ｒ１は、１脈動周期に対応する２、またはそれ以上の数字が設定される。繰り返し数Ｒ１を２以上にすると、１脈動周期以上の期間にわたって計測データが得られるので、脈動周期の推定の精度が上がるが、推定に要する時間がかかりかつ消費電力が増す。
【００４６】
ステップＳ５の答がノーならば、ステップＳ２に戻り、イエスならば、ステップＳ６に進む。
【００４７】
ステップＳ６で、脈動周波数ｆ１（＝周波数カウント値ｆｃ／（サンプリング周期Ｔ１×繰り返し数Ｒ１））を求める。次いで、第２のサンプリング周期Ｔ２（＝１／脈動周波数ｆ１×繰り返し数Ｒ２＝脈動周期Ｔ２／繰り返し数Ｒ２）を求める（ステップＳ７）。
次いで、求められた第２のサンプリング周期で繰り返し数Ｒ２だけ流量のサンプリング計測を行う（ステップＳ８）。次いで、遅延を行う（ランダムに遅延時間を決める）（ステップＳ９）。次いで、流量変化、すなわち、計測したデータの変化量ΔＤ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）−Ｄ（ｎ）がしきい値（流量の変化量がある範囲内に入っているかどうかを示す基準値として予め設定されるものであり、流量の変化量がこの値以上に大きく変化した場合は異常とみなす）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
【００４８】
ステップＳ１０の答がイエスならば、流量変化が異常であることを表しているので、ステップＳ２に戻り、脈動周期の推定から作業をやり直す。ステップＳ１０の答がノーならば、ステップＳ１１に進む。
【００４９】
ステップＳ１１で、計測された流量の積算を行う。次いで、繰り返し数Ｒ２に達したか否かを判定し（ステップＳ１２）、ノーならばステップＳ８に戻り、イエスならばステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３で、平均流量（＝積算流量／繰り返し数Ｒ２）を求め、次いで作業を終了する。
【００５０】
以上、フローチャートを参照して行った動作の説明から明らかなように、予め定めたプログラムに従って動作するμＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた流量データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定する脈動周期推定手段１４ａ−１と、推定された脈動周期Ｔ２から第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求めるサンプリング周期決定手段１４ａ−２としてそれぞれ働いている。
【００５１】
また、μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、流体の流量をサンプリング周期によって間欠的に計測する流量計測手段１４ａ−３と、間欠的に計測した流量を積算して積算流量を求める流量積算手段１４ａ−４としてもそれぞれ働いている。
【００５２】
また、上述した実施の形態による電子式ガスメータでは、脈動周期推定手段１４ａ−１として働いているＣＰＵ１４ａが、予め決められた第１のサンプリング周期Ｔ１で所定期間の間流量をサンプリングして計測し、得られた流量データに基づいて流量の脈動周期Ｔ２を推定し、サンプリング周期決定手段１４ａ−２として働いているＣＰＵ１４ａが、推定された脈動周期Ｔ２から上記流量計測手段における第２のサンプリング周期Ｔ３（＝Ｔ２／ｎ，ただし、ｎ≧２）を求め、流量計測手段１４ａ−３として働いているＣＰＵ１４ａは、求められた第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期の整数倍の期間の間流量をサンプリングして計測し、計測された流量から平均流量を求め、流量積算手段１４ａ−４として働いているＣＰＵ１４ａは、平均流量を積算して積算流量を求め、その積算流量値を表示手段に表示させ、脈動周期の短い脈動を有する流量計測時には短いサンプリング周期とし、脈動周期の長い脈動を有する流量計測時には長いサンプリング周期とするので、積算流量を求めるための各サンプリング毎の流量を精度よく求めつつ、平均流量を求めることによって脈動の影響をなくし、精度の良い積算流量値を表示することができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々変形、応用が可能である。
【００５４】
たとえば、第２のサンプリング周期Ｔ３は、Ｔ３＝推定された脈動周期Ｔ２／ｎで求められ、実施の形態では図４に示すようにｎ＝２の例を示しているが、これに限らず、２以上の数字にすることができる。なお、ｎを２以上の数字にすると、サンプリング回数が多くなり計測精度が上がるが消費電力が増すので、計測精度と消費電力の兼ね合いを考慮して設定すると良い。
【００５５】
また、実施の形態では、図４では、第２のサンプリング周期Ｔ３で脈動周期Ｔ２の２倍の期間の間サンプリング計測が行われて平均流量を求める例が説明され、図５のフローチャートでは、１回の脈動周期Ｔ２の間サンプリング計測が行われて平均流量を求める例が説明されているが、これらに限らず、脈動周期Ｔ２の３倍以上の期間の間、サンプリング計測を行っても良い。なお、このサンプリング計測を行う期間が短いほど上述のｎの値を大きくし、サンプリング計測を行う期間が長いほど上述のｎの値を小さくするように設定しても良い。
【００５６】
また、上述した実施の形態においては、流量測定手段１４ａ−３が超音波式として構成されているが、これはガス流路１０中のガスの流速に応じて変化する物理量を間欠的に測定することのできるものであれば、フルイディック式流量計など他の形式のものであっても良い。
【００５７】
また、実施の形態では、ガスの流量を計測するようにしているが、本発明の流量計測方法及び装置は、ガス以外の流体の流量を計測するものにも同等に適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、異なる脈動周期を有する脈動が発生している計測環境に対して、異なる脈動周期に対応して間隔が変わるサンプリング周期で平均流量計測を行うことができ、脈動の影響が低減され、計測精度が向上する。また、第２のサンプリング期間が脈動周期に応じて適宜に可変設定されるので、サンプリング回数を低減することができ、従って、計測時の消費電力を低減することができる。
【００５９】
また、請求項２記載の発明によれば、流量の脈動周期Ｔ２を推定する第１のステップが、サンプリング計測データの変化量を所定条件を満足する所定の繰り返し数Ｒ１だけ観測することにより、流量の脈動周期Ｔ２を推定するようにしているので、精度の良い推定が行われる。また、消費電力の低減等の他の要件を斟酌しながら、繰り返し数Ｒ１を大きく設定することによって、さらに精度の良い推定が行われる。
【００６０】
また、請求項３記載の発明によれば、前の流量に対する現在の流量の流量変化が、予め決められたしきい値以上か否かを判定し、しきい値以上の場合は、計測異常として作業を脈動周期の推定からやり直すので、精度の良い計測が可能となっている。
【００６１】
また、請求項４記載の発明によれば、異なる脈動周期を有する脈動が発生している計測環境に対して、異なる脈動周期に対応して間隔が変わるサンプリング周期で平均流量計測を行うので、脈動などによって変化する流体の流量を間欠的な計測によっても消費電力を増大することなく精度良く計測できる流量計測装置が得られる。
【００６２】
さらに、請求項５記載の発明によれば、脈動周期の短い脈動を有する流量計測時には短いサンプリング周期とし、脈動周期の長い脈動を有する流量計測時には長いサンプリング周期とするので、積算流量を求めるための各サンプリング毎の流量を精度よく求めつつ、平均流量を求めることによって脈動の影響をなくし、消費電力を増大することなく精度良く計測し、通過流量の誤差を低減してガス使用量を正確に積算表示できるようにした電子式ガスメータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の流量計測装置、（ｂ）は流量計測装置を組み込んだ本発明の電子式ガスメータの基本構成をそれぞれ示す図である。
【図２】装置及び電子式ガスメータの一実施の形態を示す図である。
【図３】図２中のμＣＯＭの構成を示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明の動作を説明するためのタイミング図である。
【図５】本発明による流量計測方法を実施する図２中のμＣＯＭのＣＰＵが行う処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１４ａ−１  脈動周期推定手段（ＣＰＵ）
１４ａ−２  サンプリング周期決定手段（ＣＰＵ）
１４ａ−３  流量計測手段（ＣＰＵ）
１４ａ−４  流量積算手段（ＣＰＵ）
１５        表示手段（表示器）
【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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