(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測流体が流動する流路と、前記被計測流体の流量を計測する流量計測手段と、前記被計測流体の流量を調節する流量調節手段と、前記流量調節手段を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記被計測流体の利用状態に基づいて前記流量調節手段の開度を設定する開度設定部と、異常発生時は前記被計測流体の流動を停止させる安全遮断部とを備え、前記制御手段は流量計測手段の流量計測範囲の上限値により設定する最大開度設定部を備えた流量計測制御装置。
【請求項２】
制御手段は被計測流体の流体判別部と流体判別部の判別結果に基づく流体別開度設定部を備えた請求項１記載の流量計測制御装置。
【請求項３】
被計測流体が流動する流路と、前記被計測流体の流量を計測する流量計測手段と、前記被計測流体の流量を調節する流量調節手段と、前記流量調節手段を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記被計測流体の利用状態に基づいて前記流量調節手段の開度を設定する開度設定部と、異常発生時は前記被計測流体の流動を停止させる安全遮断部とを備え、前記制御手段は被計測流体の流体判別部と流体判別部の判別結果に基づく流体別開度設定部を備えた流量計測制御装置。
【請求項４】
被計測流体が流動する流路と、前記被計測流体の流量を計測する流量計測手段と、前記被計測流体の流量を調節する流量調節手段と、前記流量調節手段を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記被計測流体の利用状態に基づいて前記流量調節手段の開度を設定する開度設定部と、異常発生時は前記被計測流体の流動を停止させる安全遮断部とを備え、前記制御手段は流量計測手段の下流側に設けた被計測流体を利用する機器の種類により開度を設定する機器別開度設定部を備えた流量計測制御装置。
【請求項５】
制御手段は流量計測手段の下流側に設けた被計測流体を利用する機器の種類により開度を設定する機器別開度設定部を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の流量計測制御装置。
【請求項６】
流量計測手段は流路に設けた超音波振動子からの信号を基に流量を算出する演算部を有する超音波式とし、前記超音波振動子からの信号を基に流体を判別する流体判別部を備えた請求項３記載の流量計測制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮断機能を設けた流量計測制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の遮断機能を設けた流量計測装置としては、特開平９−４３０１７号公報に示すものがある。以下、その構成について図面を参照して説明する。
【０００３】
図１０は従来の流量計測装置の垂直断面図である。１は流量測定部、２は第一の超音波振動子、３は第二の超音波振動子である。４は固定開口板、５は回動開口板、６は固定開口板４と回動開口板５で構成され、回動開口板５の回動開口部５aを固定開口板４の固定開口部４aに重ねて開弁し、回動開口板５の回動閉止部５bを固定開口板４の固定開口部４aに重ねて閉弁する流量制御弁である。７は回動開口板５を固定開口板４に押圧するバネであり、８は回動開口板５を回転させるモータ（駆動部）である。９はモータ８に連結された軸であり、軸９は回動開口板５に固定されるとともに、その一端は固定開口板４の軸受部４bで回転可能に支持されている。モータ８は保持具１０に取り付けられており、保持具１０は支持部１１により管路１２に固定されている。１３はモータ８の制御部であり、１４は超音波振動子２、３に接続されこの超音波振動子２、３からの信号を基に流量を算出する流量演算部である。
【０００４】
このような構成において、一方の超音波振動子から発した超音波を他方の超音波振動子で検出するまでの時間を計測し、この時間から流体の速度を演算して流量を算出するとともに、異常検知時では、例えば地震による以上振動を検知するとモータ８の制御部１３が作動し、モータ８を駆動して回動開口板５を所定値回転させて回動開口板５の回動閉止部５bを固定開口板４の固定開口部４aに重ねて流れを閉止するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来例では、流量制御弁６は流体の使用時は全開状態に有り、予期せぬ時に発生する地震などの異常時には流量制御弁６は全開状態から全閉状態まで全ストロークを動作させる必要があり、使用状態から流動停止状態まで時間が長く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、被計測流体が流動する流路と、前記被計測流体の流量を計測する流量計測手段と、前記被計測流体の流量を調節する流量調節手段と、前記流量調節手段を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、被計測流体の利用状態に基づいて前記流量調節手段の開度を設定する開度設定部と、異常発生時は前記被計測流体の流動を停止させる安全遮断部とを備え、前記制御手段は流量計測手段の流量計測範囲の上限値により設定する最大開度設定部を備えたものである。
【０００７】
上記発明によれば、被計測流体の利用条件に応じて流量調節手段の開度を設定するため、異常発生時では常時全開で利用する場合に比べてより短時間で被計測流体の流動を停止できるため安全性が向上できるという効果があり、さらに前記流量計測手段の流量計測の上限流量が異なる場合でも同じ流量調節手段を装着して開度設定部による開度制御で流量規制ができ、異なる流量計測範囲の装置に対して同じ流量調節手段の共用化がなされ生産性が向上できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、被計測流体が流動する流路と、前記被計測流体の流量を計測する流量計測手段と、前記被計測流体の流量を調節する流量調節手段と、前記流量調節手段を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記被計測流体の利用状態に基づいて前記流量調節手段の開度を設定する開度設定部と、異常発生時は前記被計測流体の流動を停止させる安全遮断部とを備えたものである。そして、異常発生時では常時全開で利用する場合に比べてより短時間で被計測流体の流動を停止できるため安全性が向上できる。
【０００９】
さらに、制御手段は前記流量計測手段の流量計測範囲の上限値により設定する最大開度設定部を備えたものである。そして、流量計測手段の流量計測範囲の上限である被計測流体の許容最大流量が設定されるため流量計測の精度が確保でき計測の信頼性が向上でき、さらに前記流量計測手段の流量計測の上限流量が異なる場合でも同じ流量調節手段を装着して開度設定部による開度制御で流量規制ができ、異なる流量計測範囲の装置に対して同じ流量調節手段の共用化がなされ生産性が向上できる。
【００１０】
また、制御手段は前記被計測流体の流体判別部と前記流体判別部の判別結果に基づく流体別開度設定部を備えたものである。そして、被計測流体の種類に対応して流量調節手段での流動抵抗損失を判断した開度設定がなされ、より適切な必要最小限の開度で流動させるため異常発生時では流動停止の短時間化が一層促進でき安全性が向上できる。
【００１１】
また、制御手段は前記流量計測手段の下流側に設けた前記被計測流体を利用する機器の種類により開度を設定する機器別開度設定部を備えたものである。そして、機器に必要な流量が即座に判断できるため、流量調節手段は機器の運転に影響しない必要最小限の開度に設定でき、正常時での機器の特性確保と異常発生時での流動停止の短時間化が両立できる。
【００１２】
また、制御手段は前記流量計測手段で計測する下流側で使用される実使用流量を基に開度を設定する使用流量別開度設定部を備えたものである。そして、被測定流体の実使用流量により流量調節手段の開度を設定するため、その開度は一番の最小化ができ、異常発生時での流動停止時間がより一層低減でき瞬時化できる。
【００１３】
また、制御手段は前記流路に設けた流体圧力計測手段で検出した圧力を判定する圧力判定部と前記圧力判定部に基づき開度を設定し下流側の圧力を安定化させる圧力別開度設定部を備えたものである。そして、上流側である一次側の圧力が高い場合では開度を小さ目にして下流側である二次側圧力の安定化を図り下流側に設け被測定流体を利用する機器を最適条件で運転させ、機器の特性あるいは信頼性の向上ができる。
【００１４】
また、流量計測手段は前記流路に設けた超音波振動子と前記超音波振動子からの信号を基に流量を算出する演算部を有する超音波式とし、前記超音波振動子からの信号を基に流体を判別する流体判別部を備えたものである。そして、流量計測手段を流体判別部に共用できるため生産性が向上でき、さらに超音波式による瞬時流体判別で開度制御の応答性を高めて安全性が向上できる。
【００１５】
また、流量計測手段は前記被計測流体の瞬時流量を計測する推測式としたものである。そして、実使用流量に変動を生じても瞬時に流量が計測されて流量調節手段の開度を流量変化に追従して設定でき、どのような時に異常が発生しても常に最短の流動停止が確保でき安全性が一層向上できる。
【００１６】
【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。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１を示す流量計測制御装置の構成図である。図１において、１５は被計測流体が流動する流路であり、１６は流路１５に設け被計測流体の流量を計測する流量計測手段であり、１７は流量計測手段１６の上流側の流路１５に設け被計測流体の流量を調節する流量調節手段である。１８は流量調節手段１７を制御する制御手段であり、この制御手段１８は被計測流体の使用状態を基に流量調節手段１７の開度を可変設定する開度設定部１９と、異常発生時は被計測流体の流動を停止させる安全遮断部２０とを備えている。２１は開度設定部１９あるいは安全遮断部２０の信号により流量調節手段１７に開度あるいは閉止の動作を指示する動作支持部であり、２２は安全遮断部２０に接続した地震を検知する感震部である。２３は流量計測手段１６の上流側と下流側との被計測流体の圧力差を検知する差圧検出部であり、この差圧検出部２３は開度設定部１９に接続されている。
【００１８】
図２は流量調節手段１７の構成を示す断面図である。図２において、２４は外周部に永久磁石による磁極２５を有するロータであり、２６は励磁コイル２７を囲み磁性材料で形成したステータであり、ステータ２６は軸方向に二層設けるとともにロータ２４の磁極２５の外側に対向して配置されてモータを構成している。２８はロータ２４に設けたロータ回転軸であり、ロータ回転軸２８の外周部には雄ねじを送り手段２９として設けている。３０は送り手段２９に螺合する雌ねじを設けた移動体であり、３１は移動体３０がロータ回転軸２８に対して回転しないようにする回動防止体である。３２は流路１５中の弁座３３に対向して配置され流体の流動状態を規制する流れ規制体であり、流れ規制体３２は移動体３０に対して軸方向に移動可能に連結されている。
【００１９】
図２では、流れ規制体３２と弁座３３との軸方向の距離いわゆる開度Ｌは最大に離れた全開時を示している。３４は移動体３０と流れ規制体３２の間に介在させ軸方向に互いに離れようとする付勢力を加える付勢体である。３５は被計測流体側にあるロータ２４およびそれに連なる流れ規制体３２側とステータ２６側とを気密に分離する隔壁であり、３６はロータ回転軸２８の外周を支持する第一の軸受であり、３７はロータ回転軸２８の外周を支持する第二の軸受である。
【００２０】
次に動作を説明する。ここでは、被計測流体として家庭用のガスの場合を説明する。ガス器具（図示せず）の使用とともに、ガスは図１の矢印で示すように流量調節手段１７、流量計測手段１６を通過して流路１５中を貫流する。この時、流路１５の管路抵抗により生じたガスの圧力損失は差圧検出部２３で検出され、開度設定部１９に信号伝達される。開度設定部１９では、差圧検出部２３で検出された圧力損失が所定値より大きい場合は流量調節手段１７の開度を大きくするように開度を再設定し、差圧検出部２３で検出された圧力損失が所定値より小さい場合は流量調節手段１７の開度を小さくするように開度を再設定する。動作指示部２１では、開度設定部１９で決めた開度になるように流量調節手段１７を動作させるもので、ステータ２６の励磁コイル２７に通電してロータ２４を回転させ、ロータ回転軸２８に螺合する移動体３０と連結された流れ規制体３２を弁座３３から離れる方向に動かして開度を大きくしたり、励磁コイル２７に通電する方向を変えてロータ２４を逆方向に回転させることで流れ規制体３２を弁座３３に接近する方向に動かして開度を小さくするとともに、開度を変更せずに同じ開度を維持する時あるいはガスを使用しない時は励磁コイル２７への通電を停止して消費電力が低減できる。また、流量計測手段１６では使用されたガスの流量を計測するもので、この流量計測値を基にして使用料金が別途計算される。
【００２１】
このように流量調節手段１７はガスの使用状態に関わらずいつもその開度をできるだけ小さくなるように動作がなされ、流量調節手段１７をその開度が最も小さくなるように制御してガスを使用している時に、感震部２２が地震を検知しその地震の大きさがガスの流動を停止させる必要があると安全遮断部２０で判定した場合は、動作指示部２１に遮断信号を送り、動作指示部２１が流量調節手段１７を短時間で閉止させる。特に、家庭用のガスメータにおいて電池で十年などの長期間動作させる場合は、ガスを使用しない時は閉止せずに直前の開度を維持させ、差圧が小さい時は直前の開度を維持させることで、開度はその家庭で以前使用した最大の流量で決まるようになり、流量調節手段１７の開度変更の動作回数が極力低減される。
【００２２】
なお、安全遮断部２０は感震部２２からの地震検知信号を受ける場合を示したが、流量計測手段１６からの流量値を基に、例えば過大な流量が所定時間以上続き使用状態が異常と思われる場合や微少な流量が長期間継続し配管などからの漏洩が考えられる場合では、安全遮断部２０が異常検知信号を動作指示部２１に送って流量調節手段１７を閉止しても良いのは言うまでもない。
【００２３】
このように、被測定流体を使用している時はいつも流量調節手段１７の開度を最小状態に設定しているため、異常発生時は閉止するための移動距離が全開状態よりも小さくなり、より短時間で閉止完了することで安全性を向上できる。また、差圧が大きい時のみ開度を大きくすることで不要な動作を削減し、開度を変更しない時あるいはガスを使用しない時は流量調節手段１７への通電を停止することで電力消費を無くし低入力化でき、電池による長期間の動作が実現できる。
【００２４】
このため、異常発生時では常時全開で利用する場合に比べてより短時間で被計測流体の流動を停止できるため安全性が向上できる。さらに、低入力化により電池での長期間の動作が実現できる。
【００２５】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２を示す流量計測制御装置の構成図である。図において、図１の実施例と同一部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省略し、異なるところを中心に説明する。
【００２６】
流量調節手段１７を制御する制御手段１８の開度設定部１９は、被計測流体の許容最大流量を設定する許容最大流量設定部３８と、許容最大流量設定部３８で設定された流量値を基に流量調節手段１７の開度を設定する最大開度設定部３９を備えている。
【００２７】
次に動作を説明する。ここでは、実施例１の場合と同様に被計測流体として家庭用のガスとしたガスメータで説明する。ガスメータでは被計測流体のガスの使用最大流量が定められ能力として号数（例えば、使用最大流量が６m3／hでは６号）が表示されるとともに、その使用最大流量に対して計測精度が確保されている。また、ガス料金の算出の時に基本料金がガスメータの号数により決まる場合が有り（一般に号数が大きくなるほど高額となる）、小さな号数のメータで表示流量以上のより大きな流量域まで使用できると実用上問題となることが考えられる。そこで、使用最大流量に対応する許容最大流量を許容最大流量設定部３８に設定し、その設定値を基に最大開度設定部３９により流量調節手段１７の最大開度を決定する。
【００２８】
許容最大流量設定部３８への設定としてはマイコンのメモリ（図示せず）に記憶させる方法や流量設定スイッチ（図示せず）を切換える方法などがある。最大開度を決定された流量調節手段１７は被計測流体の使用により実施例１で説明した差圧値による開度の制御は可能であるが、被計測流体がどのように使用されてもその開度が最大開度を超えて開くことはなく、許容最大流量を超えると圧力損失が大きくなるように設定することにより許容最大流量以上では利用しにくくできる。
【００２９】
従って、使用される最大流量が規制できるため流量計測の精度が確保できる。また、流路１５、流量計測手段１６あるいは流量調節手段１７が同じ物を採用しても、流量調節手段１７の最大開度により使用最大流量の異なる流量計測装置が実現でき、部品の共用化により流量計測装置の生産性の向上ができるとともに低コスト化が促進できる。
【００３０】
このように、流量計測手段の流量計測範囲の上限である被計測流体の許容最大流量が設定されるため流量計測の精度が確保でき計測の信頼性が向上でき、さらに前記流量計測手段の流量計測の上限流量が異なる場合でも同じ流量調節手段を装着して開度設定部による開度制御で流量規制ができ、異なる流量計測範囲の装置に対して同じ流量調節手段の共用化がなされ生産性が向上できる。
【００３１】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３を示す流量計測制御装置の構成図である。図において、図１〜図３の実施例と同一部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省略し、異なるところを中心に説明する。
【００３２】
４０は被計測流体の種類を判別する流体判別部であり、４１は流体判別部４０の判別に基づいて流量調節手段１７の開度を設定する流体別開度設定部である。流体判別部４０としては種類設定スイッチ（図示せず）によるスイッチ切換やマイコンの記憶装置（図示せず）に登録するなど手動による方法と、流路１５に臨ませた流体検出部（図示せず）で検出した情報を基に流体判別部４０でその種類を自動的に判別する方法があり、ここでは手動による方法を示している。
【００３３】
このため、この流量計測装置を利用するに際して、まず利用者が手動で被計測流体の種類を設定する。流体判別部４０で被計測流体の種類が設定されると、流体別開度設定部４１が流体の種類および差圧検出部２３で検出する差圧に基づいて流体の種類に対応して流量調節手段１７での流動抵抗損失を判断して流量調節手段１７の開度を設定し、動作指示部２１が流量調節手段１７を所定の開度になるように動作させる。特に、気体や液体など流体の相が異なる場合は差圧だけで管理していてはその開度を可能な限り最小化するには限界があるが、流体の種類を判別して流体に適した圧力損失を設定することで被計測流体を使用している時の流量調節手段１７の開度を一層小さくできる。ここで、最大開度設定部３９は前述のように開度の上限値を設定するもので、流量調節手段１７の開度は最大開度設定部３９が決める最大開度以下の範囲で可変される。
【００３４】
このように、被計測流体の種類に対応して流量調節手段での流動抵抗損失を判断した開度設定がなされ、より適切な必要最小限の開度で被計測流体を流動させるため異常発生時では流動停止の短時間化が一層促進でき安全性をより高めることができる。
【００３５】
（実施例４）
図５は本発明の実施例４を示す流量計測制御装置の構成図である。図において、図１〜図４の実施例と同一部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省略し、異なるところを中心に説明する。
【００３６】
４２は流量計測手段１６の下流側に接続して設けた被計測流体を利用する機器であり、４３は下流側の機器４２の種類を判別する機器判別部であり、４４は機器判別部４３の判別に基づいて流量調節手段１７の開度を設定する機器別開度設定部である。ここでは、機器判別部４３は流量計測手段１６での流量計測により判別するもので、機器４２の使用開始による流量変化や定常状態へ移行した時の流量値により判別する。
【００３７】
次に動作を説明する。ここでは、実施例１の場合と同様に家庭用のガスを流体としたガスメータを流量計測制御装置とし、機器４２は機器Ａがガス給湯機、機器Ｂがガスコンロ、機器Ｃがガスファンヒータとして説明する。いま、機器Ａのガス給湯機が使用開始されると、流量計測手段１６で計測される着火時の流量変化および流量値、定常移行時の流量値を基に機器判別部４３で機器Ａのガス給湯機が使用されていると判断される。ガス給湯機、ガスコンロ、ガスファンヒータなどではその着火特性や定常時の流量値が異なるため機器の判別ができるものであり、機器判別部４３に下流側に接続する機器４２を事前に登録することで一層判別精度を高めることができる。このようにして使用される機器を判別することにより、機器に必要な最大流量が事前に判り、機器４２の使用に影響の少ない流量調節手段１７の開度が設定できる。
【００３８】
このように、機器に必要な流量が即座に判断できるため、流量調節手段は機器の運転に影響しない必要最小限の開度に設定でき、正常時での機器の特性確保と異常発生時での流動停止の短時間化が両立できる。
【００３９】
（実施例５）
図６は本発明の実施例５を示す流量計測制御装置の構成図である。図において、図１〜図４の実施例と同一部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省略し、異なるところを中心に説明する。
【００４０】
４５は流量計測手段１６で計測される下流側での実使用量を基に流量調節手段１７の開度を設定する使用流量別開度設定部である。この使用流量別開度設定部４５は使用流量の増加とともに流量調節手段１７の開度が大きくなるように設定するが、最大開度設定部３９で設定した最大開度以上にはならないようにされている。また、使用流量別開度設定部４５は実使用流量が減少するとともに流量調節手段１７の開度を小さくしていくものである。
【００４１】
次に動作を説明する。実使用流量が少ない時は流量計測装置の流路１５の圧力損失および下流側での接続管路（図示せず）の圧力損失が小さくなる。従って、流量調節手段１７の開度を小さくして圧力損失を増大させ、流量計測装置の入口から下流側に設ける機器（図示せず）までの管路での圧力損失が同等以下になるようすれば機器の特性には悪い影響を与えないことになる。そこで、下流側の管路の長さあるいは横断面積を事前に想定して流量調節手段１７での許容できる圧力損失増加量を想定することで開度を設定できる。このため、実使用流量による開度設定が最も小さい開度を実現できる。従って、地震などの異常時ではより一層短時間で流体の流動を停止できる。また、流量計測手段１６を開度を設定する情報源として流量計測と併用でき、他の開度設定のための情報源となるセンサ等が不要であるため、構成の簡略化および部品点数の低減により低コスト化ができる。
【００４２】
このように、被測定流体の実使用流量により流量調節手段の開度を設定するため、その開度は一番の最小化ができ、異常発生時での流動停止時間をより一層低減して瞬時化でき、安全性が一層向上できる。
【００４３】
（実施例６）
図７は本発明の実施例６を示す流量計測制御装置の構成図である。図において、図１〜図３の実施例と同一部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省略し、異なるところを中心に説明する。
【００４４】
４６は流量計測手段１６の下流側の流路１５に設けた流体圧力計測手段であり、４７はこの流体圧力計測手段４６で検出した圧力値を所定値と比較して高低を判定する圧力判定部であり、４８はこの圧力判定部４７での判定値に基づいて流量調節手段１７の開度を設定する圧力別開度設定部である。
【００４５】
次に動作を説明する。流量計測制御装置の下流側である二次側に接続する機器はその特性を発揮するために所定の圧力が必要であるが、所定の圧力以上の圧力は不要である。従って、流量計測制御装置の上流側である一次側の流体供給圧力が大きい場合は流量計測制御装置の圧力損失が大きくなっても構わないものである。そこで、二次側圧力を流体圧力計測手段４６で計測しその圧力値を圧力判定部４７であらかじめ設定した所定値と比較し、二次側がこの所定値より大きい場合は圧力別開度設定部４８で流量調節手段１７の開度を小さくするように開度を設定する。このように、二次側の圧力が所定値より高い場合は順次開度を小さくしていくものである。
【００４６】
もし、開度が小さすぎて二次側の圧力が所定値より小さい時は反対に開度を順次大きくするが、最大開度設定部３９で設定する最大開度を超えて開度を大きくすることはない。特に、被測定流体をガスとした家庭用のガスメータでは、供給側のガス圧力が高い目となっている場合が多く、開度を小さくして使用することが多くなり、地震などの異常時に短時間で流体の流動を停止できる。
【００４７】
このため、二次側の機器は安定した一定の圧力で運転できるため、機器の特性の向上あるいは信頼性を高めた運転ができ、さらに異常時の短時間での流動停止が促進でき安全性を向上できる。
【００４８】
このように、開度を小さくして異常時の短時間の流動停止により安全性を向上でき、さらに上流側である一次側の圧力が高い場合では開度を小さ目にして下流側である二次側圧力の安定化を図り下流側に設け被測定流体を利用する機器を最適条件で運転させ、機器の特性あるいは信頼性の向上ができる。
【００４９】
（実施例７）
図８は本発明の実施例７を示す流量計測制御装置の構成図である。図において、図１〜図４の実施例と同一部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省略し、異なるところを中心に説明する。
【００５０】
４９および５０は流路１５に設けた計測部５１に互いに対向するように配置した超音波振動子であり、上流側の超音波振動子４９と下流側の超音波振動子５０は距離Ｌを隔てるとともに速度Ｖの被計測流体の流れに対して角度θ傾けて設置されている。５２は接続された超音波振動子４９，５０に対して超音波の送受信をさせる信号発生処理部であり、５３は信号発生処理部５２での信号を基に速度、音速などを計算する演算部であり、５４は演算部５３の結果を基に流体の種類を判別する流体判別部である。この流体判別部５４は流体別開度設定部４１に接続されている。このように、流量計測手段１６は瞬時計測ができる推測式流量計である超音波式流量計とし、流体判別部５４は超音波振動子４９，５０からの信号を基に流体を判別している。
【００５１】
次に動作を説明する。計測部５１を被計測流体が流れている時に、信号発生処理部５２の作用により超音波振動子４９，５０間で計測部５１を横切るようにして超音波の送受が行われる。すなわち、上流側の超音波振動子４９から発せられた超音波が下流側の超音波振動子５０で受信されるまでの経過時間Ｔ１を計時する。また一方、下流側の超音波振動子５０から発せられた超音波が上流側の超音波振動子４９で受信されるまでの経過時間Ｔ２を計時する。このようにして測定された経過時間Ｔ１およびＴ２を基に、以下の演算式により演算部５３で流量が算出される。
【００５２】
いま、被計測流体の流れと超音波伝播路とのなす角度をθとし、流量測定部である超音波振動子４９，５０間の距離をＬ、被測定流体の音速をＣとすると、流速Ｖは以下の式にて算出される。
【００５３】
Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖcosθ）
Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖcosθ）
Ｔ１の逆数からＴ２の逆数を引き算する式より音速Ｃを消去して
Ｖ＝（Ｌ／２cosθ）（（１／Ｔ１）−（１／Ｔ２））
θおよびＬは既知なのでＴ１およびＴ２の値より流速Ｖが算出できる。いま、空気の流量を計ることを考え、角度θ＝４５度、距離Ｌ＝７０mm、音速Ｃ＝３４０m/s、流速Ｖ＝８m/sを想定すると、Ｔ１＝２．０×１０-4秒、Ｔ２＝２．１×１０-4秒であり、瞬時計測ができる。
【００５４】
ここで、計測部５１の横断面積ｓより、流量Ｑは
Ｖ＝ｋＶｓ
ここで、ｋは横断面積ｓにおける流速分布を考慮した換算係数である。
【００５５】
さらに、演算部５３では経過時間Ｔ１の逆数とＴ２の逆数を足し算して得られる以下の式で音速Ｃを算出する。
【００５６】
Ｃ＝Ｌ（（１／Ｔ１）＋（１／Ｔ２））／２
こうして音速Ｃを求め、この算出された音速Ｃにより被計測流体の種類を判別するとともに音速あるいは被計測流体の種類に適した超音波流量計としての計測条件を設定する。この超音波流量計としての計測条件としては、超音波振動子の駆動周波数や駆動電圧などの駆動パワーあるいは経過時間Ｔ１、Ｔ２を何回計測して流速を算出するのかという繰返し回数などがある。
【００５７】
なお、使用されると想定される流体を流体判別部５４に予め登録しておくことで被計測流体の種類を判別する精度を高めることができ、さらに温度により音速Ｃは変化するため被計測流体の温度を検出する温度センサ（図示せず）を設けることで一層被計測流体の種類を判別する精度を高めることができるのは言うまでもない。流体判別部５４で被計測流体の種類が設定されると、実施例３ですでに説明したように流体別開度設定部４１が流体の種類および差圧検出部２３で検出する差圧に基づいて流体の種類に対応して流量調節手段１７での流動抵抗損失を判断して流量調節手段１７の開度を設定し、動作指示部２１が流量調節手段１７を所定の開度になるように動作させる。しかも、この流体判別部５４は超音波を利用して瞬時に計測するため流体判別は高速でなされ、流量調節手段１７の開度は応答性を高めた制御が実施でき、いつ異常時が発生しても短時間での遮断が実現できる。
【００５８】
このように、流量計測手段を流体判別部に共用できるため生産性が向上でき、さらに超音波式による瞬時流体判別で開度制御の応答性を高めて安全性が向上できる。
【００５９】
（実施例８）
図９は本発明の実施例８を示す流量計測制御装置の構成図である。図において、図１〜図８の実施例と同一部材、同一機能は同一符号を付し詳細な説明は省略し、異なるところを中心に説明する。
【００６０】
５５は流路１５に設けた瞬時計測ができる推測式流量計測手段であり、この推測式流量計測手段５５は前述した超音波振動子４９，５０に対して超音波の送受信をさせる信号発生処理部５２と超音波振動子４９，５０からの信号を基に流量を算出する演算部５３を備えた超音波式としている。演算部５３は使用流量別開度設定部４５に接続されている。
【００６１】
次に動作を説明する。超音波振動子４９，５０から発せられる超音波により実施例７で述べたように被計測流体の流量計測が瞬時に実施され、被計測流体の流量が変化しても瞬時に流量変化が演算部５３で算出され、瞬時、瞬時の流量値が使用流量別開度設定部４５に送られる。従って、実施例５で説明したように被計測流体の流量変化に応じて流量調節手段１７の開度が設定される。
【００６２】
このため、実使用流量に変動を生じても瞬時に流量が計測されて流量調節手段の開度を流量変化に追従して設定でき、どのような時に異常が発生しても常に最短の流動停止が確保でき安全性が一層向上できる。
【００６３】
以上の説明から明らかなように本発明の各実施例によれば、次の効果が得られる。
【００６４】
制御手段は、被計測流体の利用状態に基づいて流量調節手段の開度を設定する開度設定部と、異常発生時は前記被計測流体の流動を停止させる安全遮断部とを備えているので、異常発生時では常時全開で利用する場合に比べてより短時間で被計測流体の流動を停止でき、安全性が向上できるという効果がある。
【００６５】
また、制御手段は前記流量計測手段の流量計測範囲の上限値により設定する最大開度設定部を備えているので、流量計測手段の流量計測範囲の上限である被計測流体の許容最大流量が設定されるため流量計測の精度が確保でき計測の信頼性が向上できるという効果があり、さらに前記流量計測手段の流量計測の上限流量が異なる場合でも同じ流量調節手段を装着して開度設定部による開度制御で流量規制ができ、異なる流量計測範囲の装置に対して同じ流量調節手段の共用化がなされ生産性が向上できるという効果がある。
【００６６】
また、制御手段は前記被計測流体の流体判別部と前記流体判別部の判別結果に基づく流体別開度設定部を備えているので、被計測流体の種類に対応して流量調節手段での流動抵抗損失を判断した開度設定がなされ、より適切な必要最小限の開度で被計測流体を流動させるという効果があり、さらに異常発生時では流動停止の短時間化が一層促進でき安全性をより高めることができるという効果がある。
【００６７】
また、制御手段は前記流量計測手段の下流側に設けた前記被計測流体を利用する機器の種類により開度を設定する機器別開度設定部を備えているので、機器に必要な流量が即座に判断できるため、流量調節手段は機器の運転に影響しない必要最小限の開度に設定できるという効果があり、さらに正常時での機器の特性確保と異常発生時での流動停止の短時間化が両立できるという効果がある。
【００６８】
また、制御手段は前記流量計測手段で計測する下流側で使用される実使用流量を基に開度を設定する使用流量別開度設定部を備えているので、被測定流体の実使用流量により流量調節手段の開度を設定するため、その開度は一番の最小化ができるという効果があり、さらに異常発生時での流動停止時間をより一層低減して瞬時化でき安全性が一層向上できるという効果がある。
【００６９】
また、制御手段は前記流路に設けた流体圧力計測手段で検出した圧力を判定する圧力判定部と前記圧力判定部に基づき開度を設定する圧力別開度設定部を備えているので、開度を小さくして異常時の短時間の流動停止により安全性を向上できるという効果があり、さらに上流側である一次側の圧力が高い場合では開度を小さ目にして下流側である二次側圧力の安定化を図り下流側に設け被測定流体を利用する機器を最適条件で運転させ機器の特性あるいは信頼性の向上ができるという効果がある。
【００７０】
また、流量計測手段は前記流路に設けた超音波振動子と前記超音波振動子からの信号を基に流量を算出する演算部を有する超音波式とし、前記超音波振動子からの信号を基に流体を判別する流体判別部を備えているので、流量計測手段を流体判別部に共用できるため生産性が向上できるという効果があり、さらに超音波式による瞬時流体判別で開度制御の応答性を高めて安全性が向上できるという効果がある。
【００７１】
また、流量計測手段は前記被計測流体の瞬時流量を計測する推測式としているので、実使用流量に変動を生じても瞬時に流量が計測されて流量調節手段の開度を流量変化に追従して設定できるという効果があり、さらにどのような時に異常が発生しても常に最短の流動停止が確保でき安全性が一層向上できるという効果がある。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように本発明の流量計測制御装置によれば、流量計測の精度が確保でき計測の信頼性が向上できるという効果があり、さらに前記流量計測手段の流量計測の上限流量が異なる場合でも同じ流量調節手段を装着して開度設定部による開度制御で流量規制ができ、異なる流量計測範囲の装置に対して同じ流量調節手段の共用化がなされ生産性が向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の流量計測制御装置の構成図
【図２】  同装置の流量調節手段の断面図
【図３】  本発明の実施例２の流量計測制御装置の構成図
【図４】  本発明の実施例３の流量計測制御装置の構成図
【図５】  本発明の実施例４の流量計測制御装置の構成図
【図６】  本発明の実施例５の流量計測制御装置の構成図
【図７】  本発明の実施例６の流量計測制御装置の構成図
【図８】  本発明の実施例７の流量計測制御装置の構成図
【図９】  本発明の実施例８の流量計測制御装置の構成図
【図１０】  従来の流量計測制御装置の断面図
【符号の説明】
１５  流路
１６  流量計測手段
１７  流量調節手段
１８  制御手段
２０  安全遮断部
３８  許容最大流量設定部
３９  最大開度設定部
４０  流体判別部
４１  流体別開度設定部
４２  機器
４３  機器判別部
４４  機器別開度設定部
４５  使用流量別開度設定部
４６  流体圧力計測手段
４７  圧力判定部
４８  圧力別開度設定部
４９、５０  超音波振動子
５３  演算部
５４  流体判別部
５５  推測式流量計測手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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