(57)【要約】【課題】  小流量域でも正確に流量を計測することが可能な流量計を提供する。【解決手段】  本発明の流量計１０によれば、流量が比較的少なく、流路構成部材１１の最大非満水流量の３％未満の場合には、流量計１０が、所謂、非満水型の電磁式流量計として機能し、電極２４，２４間に生じた起電力に基づいて流量計測を行う。また、流量が増加して、流路構成部材１１の最大非満水流量の３％以上となったら、流量計１０は超音波水位計１６による液位の計測結果に基づいて流量を計測する。これにより、小流量域から大流量域まで精度よく流量を計測することが可能となる。また、非満水型の電磁式流量計に対して使用前に必要となる実測調整は、小流量域（流路構成部材１１の最大非満水流量の０〜３％の流量）だけで済む。従って、実測調整のための設備の規模を小さくすることができると共に、実測調整の手間を軽減することができる。【選択図】  図２
2006023181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路の途中に設けられて、前記流体に限界流を作るためのフリュームと、
前記フリュームの上流側における前記流体の液位を計測するための液位計測手段と、
前記フリュームの内側に磁界を発生させるための磁界発生手段と、
前記フリュームの内側に対向配置された１対の電極とを備え、
前記１対の電極間に生じた起電力に基づいて所定の流量域における前記流体の流量を計測可能とすると共に、
前記所定の流量域より大きい流量域では、前記流体の液位に基づいて流量を計測可能としたことを特徴とする流量計。
【請求項２】
前記流体の流量が、前記所定の流量域の上限流量に達した場合に、前記起電力に基づく流量計測から前記液位に基づく流量計測に切り替える切り替え手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
前記切り替え手段は、前記流体の流量が、前記所定の流量域の上限流量よりも小さい切替流量となった場合に、前記液位に基づく流量計測から前記起電力に基づく流量計測に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の流量計。
【請求項４】
前記所定の流量域の上限流量は、前記流路内の前記流体が非満水状態で最大となる流量の２〜５％の流量であることを特徴とする請求項２又は３に記載の流量計。
【請求項５】
前記起電力に基いて流量を演算するデータ処理部を備え、
前記データ処理部には、前記液位計測手段の計測結果に応じて前記起電力に基づいた流量の演算結果を補正する補正手段が備えられたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の流量計。
【請求項６】
前記データ処理部には、前記液位計測手段が計測した前記流体の液位の単位時間当たりの変化量が基準値より小さかった場合に、前記起電力に基づいた流量の演算結果を採用すると共に、
前記流体の液位の単位時間当たりの変化量が、前記基準値よりも大きかった場合には、その間の前記起電力に基づいた流量の演算結果を棄却する演算結果選別手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常非満水状態で流れる流路の途中に接続されて、流路を流れる液体の流量を計測するための流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流量計としては、所謂、パーマボーラスフリューム式流量計が知られている。このパーマボーラスフリューム式流量計は、流路の途中に絞り部を設けることで流れが射流となる部分をつくると、絞り部の上流側の液位と流量との間に一定の関係が成立することを利用して、この液位を測定することで流量を求めている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】松山  裕、「実用流量測定」、第１版、財団法人省エネルギーセンター、１９９９年６月１５日、ｐ．１９１，１９４−１９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来の流量計は、大流量域において比較的正確に流量を計測することができるが、小流量域では正確に流量を計測することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小流量域でも正確に流量を計測することが可能な流量計の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた請求項１の流量計は、流体が流れる流路の途中に設けられて、流体に限界流を作るためのフリュームと、フリュームの上流側における流体の液位を計測するための液位計測手段と、フリュームの内側に磁界を発生させるための磁界発生手段と、フリュームの内側に対向配置された１対の電極とを備え、１対の電極間に生じた起電力に基づいて所定の流量域における流体の流量を計測可能とすると共に、所定の流量域より大きい流量域では、流体の液位に基づいて流量を計測可能としたところに特徴を有する。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の流量計において、流体の流量が、所定の流量域の上限流量に達した場合に、起電力に基づく流量計測から液位に基づく流量計測に切り替える切り替え手段を備えたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２に記載の流量計において、切り替え手段は、流体の流量が、所定の流量域の上限流量よりも小さい切替流量となった場合に、液位に基づく流量計測から起電力に基づく流量計測に切り替えるところに特徴を有する。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の流量計において、所定の流量域の上限流量は、流路内の流体が非満水状態で最大となる流量の２〜５％の流量であるところに特徴を有する。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の流量計において、起電力に基いて流量を演算するデータ処理部を備え、データ処理部には、液位計測手段の計測結果に応じて起電力に基づいた流量の演算結果を補正する補正手段が備えられたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の流量計において、データ処理部には、液位計測手段が計測した流体の液位の単位時間当たりの変化量が基準値より小さかった場合に、起電力に基づいた流量の演算結果を採用すると共に、流体の液位の単位時間当たりの変化量が、基準値よりも大きかった場合には、その間の起電力に基づいた流量の演算結果を棄却する演算結果選別手段を備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１１】
［請求項１の効果］
請求項１の発明によれば、フリュームにより流路内の流体は限界流になっているので、流路内において流体の流速と液位との間には一定の関係が成立する。ここで、非満水状態における流体の流量は、流速と流れの断面積との積から求めることができる。また、流れの断面積は液位から求めることができる。
【００１２】
さて、流路を流れる流体の流量が比較的少なく、所定の流量域に含まれる場合には、流体の通過によって１対の電極間に生じた起電力を計測する。この起電力の大きさは、所謂、電磁誘導の法則によって流体の流速と一定の関係となっているので、起電力から流速を求めることができる。また、上記したように流体の流速は液位と一定の関係となっているので、流速から液位が求まり、流れの断面積を求めることができる。これにより、流路の内部が非満水状態であっても、起電力から流体の流量を得ることができる。即ち、所謂、非満水型の電磁式流量計として機能させることができる。ここで、非満水型の電磁式流量計は、小流量域から大流量域に亘って高い測定精度を有するので、比較的少ない流量である所定の流量域においても精度よく流量を計測することができる。
一方、流路を流れる流体の流量が増加して、所定の流量域より大きくなった場合には、フリュームを通過する流体の液位を計測し、その液位に基づいて流量を得ることができる。即ち、所謂、フリューム式流量計として機能させることができる。
【００１３】
ここで、非満水型の電磁式流量計は、使用前にその使用流量の全域に亘って実際に通水を行って実測調整をしておく必要がある。このため、非満水型の電磁式流量計のみで小流量域から大流量域までの全ての流量域を測定可能とするには、実測調整用の通水設備も大規模なものとなる。
【００１４】
これに対し、フリューム式流量計は、実測調整が不要であり、また、小流量域の測定精度は低いが、大流量域の測定精度は比較的高い。
【００１５】
そして、本発明では、流量が所定の流量域より大きくなったら、電極間に生じた起電力に基づく流量計測から液位に基づく流量計測に切り替えることができるので、実測調整は、比較的少ない流量である所定の流量域だけ行えばよい。従って、実測調整用の通水設備の規模を小さくすることができると共に、実測調整の手間を軽減することができる。
【００１６】
しかも、フリューム式流量計として機能させる際に用いるフリュームを、非満水型の電磁式流量計として機能させるときにも利用することができる。
【００１７】
［請求項２及び４の発明］
請求項２の発明によれば、所定の流量域の上限流量に達した場合に、起電力に基づく流量計測から液位に基づく流量計測に切り替える切り替え手段を備えたので、切り替え時に流体の流れを止めることなく連続して流量を計測することができる。ここで、起電力に基づく流量計測から液位に基づく流量計測に切り替わる上限流量は、流路内の流体が非満水状態で最大となる流量の２〜５％の流量であることが好ましい（請求項４の発明）。
【００１８】
［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、起電力に基づく流量計測から液位に基づく流量計測に切り替わる上限流量と、液位に基づく流量計測から起電力に基づく流量計測に切り替わる切替流量との間に差を設けたので、僅かな流量の変化により、起電力に基づく流量計測と液位に基づく流量計測との切り替えが頻繁に起こることが防止される。
【００１９】
［請求項５の発明］
請求項５の発明によれば、データ処理部には、液位計測手段の計測結果に応じて起電力に基づいた流量の演算結果を補正する補正手段が備えられたので、液位の影響を排除したより精度の高い流量の計測結果を得ることが可能となる。
【００２０】
［請求項６の発明］
請求項６の発明によれば、演算結果選別手段により、液位計測手段が計測した流体の液位の単位時間当たりの変化量が基準値より小さかった場合には、その正確な起電力に基づく流量の演算結果が採用される一方、流体の液位の単位時間当たりの変化量が基準値よりも大きかった場合には、そのために不正確となった起電力に基づく流量の演算結果が棄却される。これにより、不正確な流量の演算結果が排除され、正確な流量の演算結果のみが採用されるので、より信用度が高い流量の計測結果を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
本実施形態の流量計１０に備えた流路構成部材１１は、図１に示すように、上方に開放した溝構造をなし、流路構成部材１１の内側空間が流体が流れる流路１２になっている。そして、１１の両端に、配管（例えば、下水配管）が連結され、その配管を流れる流体（例えば、下水）を流路１２に通過させることで流量が計測される。
【００２２】
流路構成部材１１は、所謂、パーマボーラスフリューム構造をなしている。即ち、流路構成部材１１のうち軸方向の途中部分には、流路構成部材１１の内側空間を絞ったスロート部１４が備えられている。スロート部１４の上流側には、スロート部１４に向かうに従って流路構成部材１１の内側空間を徐々に絞った収縮部１３が備えられ、スロート部１４の下流側にはスロート部１４から離れるに従って流路構成部材１１の内側空間を徐々に広げた拡大部１５が備えられている。図３に示すように、流路構成部材１１のうち、スロート部１４の底部には、流路構成部材１１の内側に盛り上がったクレスト部６０が備えられており、収縮部１３及び拡大部１５の底部には、クレスト部６０から離れるに従って下るように傾斜したテーパー部６１，６１が形成されている。これら収縮部１３、スロート部１４、拡大部１５によって本発明に係る「フリューム」が構成されている。
【００２３】
流路構成部材１１のスロート部１４よりも上流側でかつ流路構成部材１１の上方位置には、本発明の「液位計測手段」に相当する超音波水位計１６が備えられている。そして、流路構成部材１１の内部を流れる流体は、スロート部１４に近づくに従って流速を増し、スロート部１４において限界流になる。つまり、超音波水位計１６は、液体の流れが限界流となったスロート部１４よりも上流側の液位を計測しており、この液位から流路構成部材１１内を流れる液体の流量を求めるように構成されている。即ち、流量計１０が、所謂、フリューム式流量計として機能するようになっている。ここで、限界流となったスロート部１４よりも上流側で液位を計測している理由は、この位置でも流速と液位との間の一意的な関係が維持されていると同時に、液位が安定しているからである。
【００２４】
さて、図３に示すように、流路構成部材１１のうちスロート部１４の底部（クレスト部６０）には、励磁コイル２３（本発明の「磁界発生手段」に相当する）が内蔵されている。励磁コイル２３は、流路構成部材１１の内側空間に、液体の流れに交差する方向に磁界を発生させる。
【００２５】
図３に示すように、スロート部１４のうち励磁コイル２３の上方には、１対の電極２４，２４が備えられている（同図には、一方の電極２４のみが図示されている）。図２に示すように、電極２４は、平板状をなしてスロート部１４の内側面１４Ａ，１４Ａに敷設され、流路構成部材１１の内側空間（流路１２）を挟んで水平方向に対向配置されている。そして、流路構成部材１１の内側（より詳細には、スロート部１４）で限界流となった流体が、励磁コイル２３によって発生された磁界を通過したときに電極２４，２４間に生じる起電力が計測され、この起電力から流路１２を流れる液体の流量を計測することが可能となっている。即ち、流量計１０が、所謂、非満水型の電磁式流量計として機能するようになっている。なお、電極２４，２４は、スロート部１４における内側面１４Ａに面一となるように取り付けられており、スロート部１４において液体の流れが乱れることが防止されている。
【００２６】
ところで、本発明の流量計１０は、図４に示すようにデータ処理部３０を備えている。超音波水位計１６又は電極２４，２４によって計測された値（液体の液位及び起電力）は、データ処理部３０に取り込まれる。データ処理部３０では、液位又は起電力に基づいて流量を求め、表示部３４に出力する。
【００２７】
詳細には、データ処理部３０には、起電力又は液位に基づいて流量を演算する演算回路３１が備えられている。また、データ処理部３０には、流量計１０が電極２４，２４間の起電力に基づいて流量を計測している（非満水型の電磁式流量計として機能している）場合に、演算回路３１による演算結果を、超音波水位計１６により計測された液位に基づいて補正する補正回路３３（本発明の「補正手段」に相当する）が備えられている。
【００２８】
補正回路３３では、超音波水位計１６による液位の計測値に基づいて図示しない補正用データテーブルから補正データを取り出し、その補正データによって演算回路３１による演算結果を補正している。即ち、起電力に基づく流量の演算結果を、液位の計測値に応じて補正している。これにより、液位の影響を排除したより精度の高い流量の計測結果を得ることが可能となる。
【００２９】
また、データ処理部３０には、流量計１０が起電力に基づいて流量を計測している場合に、超音波水位計１６により計測された液位の変化量に応じて、演算回路３１による演算結果を選別する選別回路３２（本発明の「演算結果選別手段」に相当する）が備えられている。
【００３０】
即ち、選別回路３２では、超音波水位計１６によって計測された液体の液位の単位時間当たりの変化量が、予め設定された基準値以下であった場合には、演算回路３１による流量の演算結果を採用して補正回路３３に出力する。一方、液体の液位の単位時間当たりの変化量が基準値以上であった場合には、演算回路３１にて演算された不正確な起電力に基づく流量の演算結果を棄却する。これにより、データ処理部３０から不正確な流量の演算結果が出力されず、正確な流量の演算結果のみが出力されるので、より信頼度の高い流量の計測結果を得ることが可能となる。
【００３１】
さらに、本発明の流量計１０は、起電力に基づく流量計測状態（非満水型の電磁式流量計として機能した状態）と、液位に基づく流量計測状態（フリューム式流量計として機能した状態）とに切り替える切り替え手段３６を備えている。
【００３２】
切り替え手段３６は、流路構成部材１１に流れる液体の流量が次第に増加して、データ処理部３０による流量の計測結果が、例えば、流路構成部材１１が非満水状態で最大となる流量（以下、「最大非満水流量」という）の３％の流量（本発明の「所定の流量域の上限流量」に相当する）となった時点で、流量計１０を、起電力に基づく流量計測状態から、液位に基づく流量計測状態に切り替える。
【００３３】
つまり、流量計１０は、流路構成部材１１の最大非満水流量の０〜３％の流量（本発明の「所定の流量域」に相当する）を、所謂、非満水型の電磁式流量計として計測するので、非満水型の電磁式流量計に対して予め必要となる実測調整は、流路構成部材１１の最大非満水流量の０〜３％という比較的小さい流量域だけで済む。例えば、流路構成部材１１の最大非満水流量が１０００ｍ３／ｈであった場合には、０〜３０ｍ３／ｈまでの流量域についてのみ実測調整を行えばよい。従って、実測調整用の通水設備の規模を小さくすることができると共に、実測調整の手間を軽減することができる。
【００３４】
また、例えば、流量計１０が液位に基づいて流量を計測している場合に、流路構成部材１１に流れる液体の流量が次第に減少し、データ処理部３０による流量の計測結果が、流路構成部材１１の最大非満水流量の、例えば、２％の流量（本発明の「切替流量」に相当する）となった場合には、切り替え手段３６は、流量計１０を液位に基づく流量計測状態から、起電力に基づく流量計測状態に切り替える。
【００３５】
このように、流量計１０を起電力に基づく流量計測状態から、液位に基づく流量計測状態に切り替わる流量（流路構成部材１１の最大非満水流量の３％）と、液位に基づく流量計測状態から、起電力に基づく流量計測状態に切り替わる流量（流路構成部材１１の最大非満水流量の２％）とに差を設けることで、流量の微少な変動によって、起電力に基づく流量計測と液位に基づく流量計測との切り替わりが頻繁に起こることが防止される。以上が本発明の流量計１０の構成の説明である。
【００３６】
次に、本実施形態の流量計１０の作用・効果を説明する。
図５には、下水道に本発明の流量計１０を設置した場合の概念図が示されている。同図において、符号１００は、下水処理場である。下水処理場１００からは、複数の自治体（Ａ市、Ｂ町、Ｃ町、Ｄ町）にまたがって下水本管１０１が延びており、下水本管１０１には各家庭、工場等の排出源から延びた下水管１０２が接続されている。そして、下水本管１０１のうち、下水処理場１００の入口と各自治体（Ａ市、Ｂ町、Ｃ町、Ｄ町）同士の境界部に、本発明の流量計１０が設置され、これら複数の流量計１０の計測値に基づいて、各自治体毎の下水排出量が算出されている。
【００３７】
ここで、流路構成部材１１の最大非満水流量は、下水道普及率が１００％達成された場合の最大流量に基づいて決定されるため、下水処理場１００の稼働開始直後では、流路構成部材１１に流れる下水の流量は、最大非満水流量に対して極めて少なくなっている。
【００３８】
さて、下水本管１０１から流量計１０に流入した下水は、流路構成部材１１のスロート部１４内で限界流となる。下水本管１０１を流れる下水が流路構成部材１１の最大非満水流量の３％未満である場合には、流量計１０は、起電力に基づく流量計測状態（非満水の電磁式流量計として機能した状態）となる。即ち、スロート部１４で限界流となった下水が磁界を通過する際に電極２４，２４間に生じた起電力に基づいて下水の流量が求められる。これにより、下水本管１０１（流路構成部材１１）に流れる下水の流量が比較的少ない状態でも、流量を精度よく求めることができる。
【００３９】
下水道普及率の上昇に伴って下水本管１０１に流れる下水の流量が上昇し、流路構成部材１１の最大非満水流量の３％以上の流量となった場合には、切り替え手段３６により、流量計１０は、液位に基づく流量計測状態（フリューム式流量計として機能した状態）に切り替わる。即ち、流路構成部材１１を通過する下水の液位を超音波水位計１６によって計測し、その液位から流量を求める。
【００４０】
流量計１０が液位に基づく流量計測状態に切り替わった後で、下水の流量が減少し、例えば、流路構成部材１１の最大非満水流量の２．５％の流量になった場合には、切り替え手段３６は、流量計１０を液位に基づく流量計測状態に保持し、起電力に基づく流量計測状態には切り替わらない。
【００４１】
下水の流量がさらに減少し、流路構成部材１１の最大非満水流量の２％の流量となった場合には、切り替え手段３６によって流量計１０が再度、起電力に基づく流量計測状態に切り替わる。即ち、下水の流量に応じて、流量計１０を最適な計測状態に切り替えることが可能となる。
【００４２】
このように本実施形態によれば、流量が比較的少なく、流路構成部材１１の最大非満水流量の３％未満の場合には、流量計１０が、所謂、非満水型の電磁式流量計として機能し、電極２４，２４間に生じた起電力に基づいて流量計測を行う。また、流量が増加して、流路構成部材１１の最大非満水流量の３％以上となったら、流量計１０は超音波水位計１６による液位の計測結果に基づいて流量を計測する。これにより、小流量域から大流量域まで精度よく流量を計測することが可能となる。また、非満水型の電磁式流量計に対して使用前に必要となる実測調整は、小流量域（流路構成部材１１の最大非満水流量の０〜３％の流量）だけで済む。従って、実測調整のための設備の規模を小さくすることができると共に、実測調整の手間を軽減することができる。
【００４３】
また、起電力に基づく流量計測と液位に基づく流量計測とに切り替える際に、流量計１０の構造上の変更を必要としないので、切り替えの為に下水本管１０１内で人が作業する必要が無くかつ、下水の流れを止める必要も無い。つまり、計測状態の切り替え時にも流路構成部材１１に液体を流し続けることができ連続的に流量を計測することが可能となる。
【００４４】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記一実施形態では、流路構成部材１１は、溝形状をなしていたが、筒形状であってもよい。
【００４５】
（２）上記一実施形態では、流量計１０が起電力に基づく流量計測状態から液位に基づく流量計測状態に切り替わる流量は、流路構成部材１１の最大非満水流量の３％の流量であったが、流路構成部材１１の最大非満水流量の２〜５％に含まれる流量であれば、これに限るものではない。
【００４６】
（３）上記一実施形態では、流量計１０が液位に基づく流量計測状態から起電力に基づく流量計測状態に切り替わる流量は、流路構成部材１１の満水状態における流量の２％の流量であったが、流量計１０が起電力に基づく流量計測状態から液位に基づく流量計測状態に切り替わる流量よりも小さい流量であれば、これに限るものではない。
【００４７】
（４）上記一実施形態では、流路構成部材１１はパーマボーラスフリューム構造をなしていたが、液位に基づいて流量を計測可能な構成であればよく、所謂、パーシャルフリューム構造をなしていてもよい。
【００４８】
また、所謂、フリューム構造に限るものではなく、図６に示す流路構成部材９０のように、堰構造をなしていてもよい。即ち、断面矩形状の流路９１の途中に、上辺に切り欠き９３を有する堰板９２を流体の流れに対して直角になるように設けた構造としてもよい。なお、堰板は、図６に示した所謂、三角堰でもよいし、四角堰や全幅堰でもよい。
【００４９】
（５）上記一実施形態では、超音波水位計１６を流路１２の上方に配置していたが、流路構成部材１１のスロート部１４よりも上流側の底部に配置してもよい。
【００５０】
（６）上記一実施形態では、液位計測手段として超音波水位計１６を用いていたが、他の液位計測手段を用いてもよい。例えば、図７の（Ａ）に示すように、流路１２のスロート部１４よりも上流側の底部に水圧によって水位を計測する圧力式水位計７０を設けてもよい。また、図７の（Ｂ）に示すように、流路構成部材１１と流路構成部材１１とは別に設けられた水位検出槽８１との底部同士を導水管８２で連絡し、水位検出槽８１に浮かべたフロート８３の位置によって流路構成部材１１内の水位を検出する所謂、フロート式水位計８０を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る流量計の斜視図
【図２】流量計の正断面図
【図３】流量計の側断面図
【図４】流量計の電気的構成を示すブロック図
【図５】下水道における流量計の設置例を示す概念図
【図６】他の実施形態（４）に係る流量計の正断面図
【図７】他の実施形態（６）に係る流量計の（Ａ）側断面図及び（Ｂ）正断面図
【符号の説明】
【００５２】
１０    流量計
１２    流路
１６    超音波水位計（液位計測手段）
２３    励磁コイル（磁界発生手段）
２４，２４    電極
３０    データ処理部
３２    選別回路（演算結果選別手段）
３３    補正回路（補正手段）
３６    切り替え手段
７０    圧力式水位計（液位計測手段）
８０    フロート式水位計（液位計測手段）
【図１】
2006023181.tif 000003
【図２】
2006023181.tif 000004
【図３】
2006023181.tif 000005
【図４】
2006023181.tif 000006
【図５】
2006023181.tif 000007
【図６】
2006023181.tif 000008
【図７】
2006023181.tif 000009