(57)【要約】【課題】ＡＤ変換器に待ちがなく、変換を滞りなく行いつつ、計測に係る処理を行うことができる熱量計などを提供する。【解決手段】熱負荷側に流れる流体の往温度を検出して往温度検出信号を出力する往温度センサ２ａと、熱負荷側から戻る流体の還温度を検出して還温度検出信号を出力する還温度センサ２ｂと、熱負荷側に流れる流体の流量を計測して流量信号を出力する流量計測器１と、往温度検出信号、還温度検出信号および流量信号を、それぞれ、対応する数値を表すＡＤカウント値を含むデジタル信号に変換するＡＤ変換器３と、データを記憶する記憶装置６と、ＡＤ変換器３からのデジタル信号に含まれるＡＤカウント値をデータとして記憶装置６に記憶させる処理を行い、記憶装置６に記憶されたＡＤカウント値を読み込んで演算処理を行う制御演算器４とを備えるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体により、熱負荷に供給される熱量を計測する熱量計であって、
熱負荷側に流れる前記流体の往温度を検出して往温度検出信号を出力する往温度センサと、
前記熱負荷側から戻る前記流体の還温度を検出して還温度検出信号を出力する還温度センサと、
前記熱負荷側に流れる前記流体の流量を計測して流量信号を出力する流量計測器と、
前記往温度検出信号、前記還温度検出信号および前記流量信号を、それぞれ、対応する数値を表すＡＤカウント値を含むデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
データを記憶する記憶装置と、
前記ＡＤ変換器からの前記デジタル信号に含まれる前記ＡＤカウント値をデータとして前記記憶装置に記憶させる処理を行い、前記記憶装置に記憶された前記ＡＤカウント値を読み込んで演算処理を行う制御演算器と
を備える熱量計。
【請求項２】
前記記憶装置は、リングバッファを有する請求項１に記載の熱量計。
【請求項３】
前記制御演算器は、前記リングバッファに前記ＡＤカウント値を記憶させる記憶領域を書き込みポインタで管理し、前記リングバッファから前記ＡＤカウント値を読み込む記憶領域を読み込みポインタで管理する請求項２に記載の熱量計。
【請求項４】
前記制御演算器は、第１所定期間に記憶された前記流量信号に対応する前記ＡＤカウント値の最大値および最小値を除いた相加平均値を演算し、該相加平均値を、前記第１所定期間における流量を示す値とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱量計。
【請求項５】
前記制御演算器は、
第２所定期間に記憶された前記往温度検出信号に対応する前記ＡＤカウント値の最大値および最小値を除いた前記ＡＤカウント値から相加平均値を演算し、該相加平均値を、前記第２所定期間における往温度を示す値とし、
前記第２所定期間に記憶された前記還温度検出信号に対応する前記ＡＤカウント値の最大値および最小値を除いた前記ＡＤカウント値から相加平均値を演算し、該相加平均値を、前記第２所定期間における還温度を示す値とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱量計。
【請求項６】
前記記憶装置は、累積バッファを有する請求項１に記載の熱量計。
【請求項７】
前記制御演算器は、前記ＡＤ変換器からの前記デジタル信号に含まれる前記ＡＤカウント値をデータとして前記記憶装置に記憶させる処理を割り込み処理により行う請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の熱量計。
【請求項８】
前記ＡＤ変換器は、さらに、前記往温度センサおよび前記還温度センサと、前記ＡＤ変換器との接続異常を検出する際に参照するリファレンス電圧を表す電圧信号を前記デジタル信号に変換し、
前記制御演算器は、前記デジタル信号に含まれる前記ＡＤカウント値を前記記憶装置に記憶させる処理を行う請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の熱量計。
【請求項９】
前記制御演算器は、前記熱量を積算する処理を行う請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の熱量計。
【請求項１０】
複数種類の信号をＡＤ変換するＡＤ変換器において、変換されたデジタル信号を処理する方法であって、
前記ＡＤ変換器からの前記デジタル信号に含まれる数値を、種類毎に区別が付くようにして記憶装置にデータとして記憶する工程と、
前記記憶装置に記憶された数値を読み込んで演算処理する工程と
を有するデジタル信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱量計およびデジタル信号処理方法に係るものである。特に複数種類の信号を変換したデジタル信号に対して、演算などの処理を行う際の制御などに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱量計は、たとえば、熱交換器を通過する流体（熱媒体）の流量（通過体積）と、熱交換器の往側（流入側）および還側（流出側）における流体の温度差とに基づいて、熱負荷に供給した熱量を計測する装置である。熱量計は、計測した熱量を積算するなどの処理を行うことができる（たとえば、特許文献１参照）。計測した熱量は、たとえば、熱量使用分の料金算定などに用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−０６２０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱量計が熱量を計測する際、たとえば、ＡＤ変換器を有し、流体の温度、流量などの物理量が違うなど、検出対象が異なる信号を、デジタル信号に変換する処理が行われる。前述したように、熱量計では、複数の異なる検出対象からの信号に基づいて熱量の計測を行う。このため、ＡＤ変換器では、計測対象が異なる信号をデジタル信号に変換することになる。
【０００５】
図１０は、ＡＤ変換器におけるサンプリングレートと分解能との関係例を示す図である。たとえば、計測対象が異なる信号を、１つのＡＤ変換器でＡＤ変換する際、チャンネル、ゲインなどを切り替えることになる。たとえば、１つの信号を、一定周期で、連続して変換することは困難である。また、分解能を上げると処理量が多くなるため、サンプリングレートが遅くなる。一方で、値のふらつきを減らすには、細かくサンプリングして平均化処理する方がよいため、サンプリング数を多くしたいという要求がある。
【０００６】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ＡＤ変換器に待ちがなく、変換を滞りなく行いつつ、計測に係る処理を行うことができる熱量計およびデジタル信号処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、この発明に係る熱量計は、流体により、熱負荷に供給される熱量を計測する熱量計であって、熱負荷側に流れる流体の往温度を検出して往温度検出信号を出力する往温度センサと、熱負荷側から戻る流体の還温度を検出して還温度検出信号を出力する還温度センサと、熱負荷側に流れる流体の流量を計測して流量信号を出力する流量計測器と、往温度検出信号、還温度検出信号および流量信号を、それぞれ、対応する数値を表すＡＤカウント値を含むデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、データを記憶する記憶装置と、ＡＤ変換器からのデジタル信号に含まれるＡＤカウント値をデータとして記憶装置に記憶させる処理を行い、記憶装置に記憶されたＡＤカウント値を読み込んで演算処理を行う制御演算器とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ＡＤ変換器の変換に係るＡＤカウント値を、一度記憶装置に記憶させるようにし、演算処理を行う際に、記憶装置に記憶されたＡＤカウント値を読み込んで処理を行うようにしたので、ＡＤ変換器における変換を滞りなく行いつつ、計測に係る処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る熱量計を中心とする構成の概略を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る熱量計におけるＡＤ変換器３と各種信号との関係を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る制御演算器４による処理の手順の一例について示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るＡＤ変換器３における信号の入出力関係について説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るＡＤ変換器３によるサンプリングが行われる信号の順序を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る記憶装置６における信号の関係について説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る記憶装置６のデータ記憶などについて説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る流量に係るデータ生成について説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る温度に係るデータ生成について説明する図である。
【図１０】ＡＤ変換器におけるサンプリングレートと分解能との関係例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る熱量計を中心とする構成の概略を示す図である。熱量計は、たとえば、地域冷暖房システムに設けられる。地域冷暖房システムは、熱供給器（図示せず）により、熱エネルギーを与えられた温水などの流体である熱媒体を、熱負荷となる熱交換器（図示せず）へ、送り管１０ａを通じて配送する。そして、熱交換器にて冷暖房のための熱エネルギーを消費した熱媒体を、返り管１０ｂを通じて、再び熱供給器へ送る。
【００１１】
実施の形態１における熱量計は、流量計測器１、往温度センサ２ａおよび還温度センサ２ｂ、ＡＤ変換器３、制御演算器４、表示器５並びに記憶装置６を備えている。流量計測器１は、返り管１０ｂを流れる熱媒体の流量を計測し、流量信号を送る。往温度センサ２ａは、送り管１０ａを通じて熱交換器へ流入する熱媒体の温度を検出し、検出信号を送る。また、還温度センサ２ｂは、返り管１０ｂを通じて、熱供給器へ戻る熱媒体の温度を検出し、検出信号を送る。往温度センサ２ａおよび還温度センサ２ｂは、検出に係る温度によって、電気的抵抗が変化するセンサである。このため、往還切替部３Ｂから一定電流（たとえば、１ｍＡ）流して、センサ両端に発生する電圧が温度を表す検出信号となる。さらに、一定電流（たとえば、１ｍＡ）を、センサのもう一方の線にも流すことにより、配線抵抗の補正をすることができる。実際には、後述する往温度側リファレンス生成用抵抗２ｃおよび還温度側リファレンス生成用抵抗２ｄにおける両端の電圧を、ＡＤ変換器３のリファレンス電圧とすることで、この配線抵抗の補正が、自動でできるようになっている。
【００１２】
ＡＤ（アナログ／デジタル）変換器３は、サンプリングを行い、サンプリングにより得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する。実施の形態１におけるアナログ信号は、たとえば、往温度センサ２ａおよび還温度センサ２ｂからの検出信号並びに流量計測器１から送られる流量信号などである。また、デジタル信号は、アナログ信号が表す温度値、流量値などに対応する数値（以下、ＡＤカウント値という）で表されるデータなどを含む信号である。ここで、実施の形態１のＡＤ変換器３は、制御演算器４からの切り替え指示に基づいて、複数種類の信号の中から変換処理を行う信号を選択して切り替える。このとき、ゲインなども切り替えられる。そして、制御演算器４から送信された読み出しコマンドに基づいて、対応するアナログ信号をデジタル信号に変換し、制御演算器４に送信する。また、実施の形態１のＡＤ変換器３は、たとえば、１秒間に約１４０回のサンプリングを行い、アナログ信号をデジタル信号に変換する処理を行うものとする。このため、約７ｍｓに１つのアナログ信号を処理することができる。
【００１３】
また、記憶装置６は、制御演算器４が行う処理に基づき、ＡＤ変換器３が変換したデジタル信号に含まれる各種のＡＤカウント値をデータとして記憶する。ここで、記憶装置６は、記憶領域となるバッファを環状にして、データを連続的に記憶していくことができるリングバッファを有しているものとする。
【００１４】
制御演算器４は、ＡＤ変換器３に読み出しコマンドを送り、送られたＡＤ変換器３からのデジタル信号に含まれるＡＤカウント値を、記憶装置６に記憶させる処理を行う。そして、記憶装置６に記憶されたＡＤカウント値を読み込んで演算を行い、流量、往温度、還温度などのデータを生成する処理を行う。さらに、たとえば、熱媒体の流量と熱負荷前後の温度差とから熱量、積算熱量などを演算する処理を行う。また、記憶装置６に記憶されたＡＤカウント値に基づいて、たとえば、往温度センサ２ａおよび還温度センサ２ｂとＡＤ変換器３との間の断線などの接続異常を検出する処理を行う。以上のような処理によって、得られた結果、数値などを表示させる表示信号を、表示器５に送る。表示器５は、制御演算器４から送られる表示信号に基づく表示を行う。
【００１５】
図２は、この発明の実施の形態１に係る熱量計におけるＡＤ変換器３と各種信号との関係を示す図である。実施の形態１におけるＡＤ変換器３は、５種類の信号をデジタル信号に変換する。実施の形態１においては、熱媒体の流量を表す流量信号、往温度を表す往温度センサ２ａからの検出信号（以下、往温度検出信号という）、往温度センサ２ａ側のリファレンス電圧を生成する電圧信号（以下、往温度リファレンス電圧信号という）、還温度を表す還温度センサ２ｂからの検出信号（以下、還温度検出信号という）および還温度センサ２ｂ側のリファレンス電圧を生成する電圧信号（以下、還温度リファレンス電圧信号という）を、デジタル信号に変換する。ここで、流量信号、往温度リファレンス電圧信号、還温度リファレンス電圧信号をデジタル信号に変換するときは、ＡＤ変換器３内部に有しているリファレンス電圧に切り替える必要がある。
【００１６】
実施の形態１のＡＤ変換器３は、コンバータ部３Ａ、往還切替部３Ｂ、流量増幅部３Ｃを有している。コンバータ部３Ａは、制御演算器４からの指示に基づいて、アナログ信号をデジタル信号に変換する処理を行う。また、流量増幅部３Ｃは、流量信号を増幅して、コンバータ部３Ａに送る。
【００１７】
往還切替部３Ｂは、往温度センサ２ａ側からの信号と還温度センサ２ｂ側からの信号とを切り替えて、コンバータ部３Ａに送る。ここで、特に限定するものではないが、切り替えに関する指示は、制御演算器４からの指示を受けて、コンバータ部３Ａが行うものとする。
【００１８】
図２に示すように、往還切替部３Ｂは、往温度センサ２ａと接続されているだけでなく、リファレンス生成用に設置した端子を介して往温度側リファレンス生成用抵抗２ｃと接続されている。図２において、往温度センサ２ａの両端に係る電圧が往温度検出信号となる。また、往温度側リファレンス生成用抵抗２ｃの両端に係る電圧が、断線などの接続異常検出において参照する往温度リファレンス電圧信号となる。同様に、往還切替部３Ｂは、還温度側リファレンス生成用抵抗２ｄと接続されている。
【００１９】
たとえば、正常時においては、往温度側リファレンス生成用抵抗２ｃおよび還温度側リファレンス生成用抵抗２ｄの両端に係る電圧は、「温度センサに流れる電流」×「温度リファレンス生成用抵抗」×２の電圧となる。たとえば、往温度側リファレンス生成用抵抗２ｃの両端に係る電圧が、「往温度センサ２ａに流れる電流」×「往温度側リファレンス生成用抵抗２ｃ」の電圧よりも低い場合は、往温度センサ２ａにつながる線の両方または往温度側リファレンス生成用抵抗２ｃにつながる線が断線していることがわかる。また、「往温度センサ２ａに流れる電流」×「往温度側リファレンス生成用抵抗２ｃ」の電圧と「往温度センサ２ａに流れる電流」×「往温度側リファレンス生成用抵抗２ｃ」×２との間にある場合は、往温度センサ２ａにつながる線の片方が断線していることがわかる。
【００２０】
図３は、この発明の実施の形態１に係る制御演算器４による処理の手順の一例について示す図である。図３では、ＡＤ変換器３からのデジタル信号の受信および記憶装置６への記憶に係る手順について示している。次に、実施の形態１におけるデジタル信号処理方法について説明する。
【００２１】
制御演算器４は、次に示すステップＳ０〜ステップＳ１２のシーケンスを実行して、５種類のデジタル信号を受信して、ＡＤカウント値を記憶装置６に記憶させる処理を行う。このうち、ステップＳ１〜ステップＳ１２のシーケンスについては、繰り返して実行する。また、これらのシーケンスは、後述するような熱量に関する演算処理などのメイン処理の工程の間において、ＡＤ変換器３による割り込みにより、デジタル信号の処理の工程が行われる。
【００２２】
Ｓ０：待機
Ｓ１：読み出し（デジタル信号送信依頼）コマンド送信
Ｓ２：読み出しコマンド送信完（デジタル信号受信処理）
Ｓ３：流量に係るＡＤカウント値の記憶処理（１回目）と読み出しコマンド送信
Ｓ４：読み出しコマンド送信完
Ｓ５：流量に係るＡＤカウント値の記憶処理（２回目）と読み出しコマンド送信
Ｓ６：読み出しコマンド送信完
Ｓ７：流量に係るＡＤカウント値の記憶処理（３回目）と読み出しコマンド送信
Ｓ８：読み出しコマンド送信完
Ｓ９：流量に係るＡＤカウント値の記憶処理（４回目）とチャンネルの切り替え
Ｓ１０：読み出しコマンド送信
Ｓ１１：読み出しコマンド送信完
Ｓ１２：往温度および還温度に係る信号のうち、いずれかのＡＤカウント値の記憶処理と往還チャンネルの切り替え指示送信
【００２３】
図４は、この発明の実施の形態１に係るＡＤ変換器３における信号の入出力関係について説明する図である。ＡＤ変換器３の動作は、内部の信号であるＣＳおよびＳＣＬＫを基準に行われる。送られた読み出しコマンドに対し、ＡＤカウント値が出力される。
【００２４】
図５は、この発明の実施の形態１に係るＡＤ変換器３によるサンプリングが行われる信号の順序を示す図である。たとえば、熱媒体の流量は、細かく変化する可能性があるため、検出間隔を短くし、データ数を多くする。一方、往温度、還温度並びに往温度センサ２ａおよび還温度センサ２ｂのリファレンス電圧は、急な変化が少ないため、検出間隔が長くなっても問題はない。図４に示すように、実施の形態１では、制御演算器４は、ステップＳ１〜ステップＳ１２のシーケンスを一巡する間に、５回のＡＤ変換器３からの信号読み出しおよび記憶装置６へデータ記憶を行う。このとき、５回のうち、４回は流量に関するものとなる。
【００２５】
また、５回の信号読み出しおよびデータ記憶のうち、１回は、往温度および還温度に係る信号の読み出しおよびデータ記憶となる。この１回の処理は、さらに、往温度検出信号に係る処理、往温度リファレンス電圧信号に係る処理、還温度検出信号に係る処理および還温度リファレンス電圧信号に係る処理の４回に分かれる。
【００２６】
図６は、この発明の実施の形態１に係る記憶装置６における信号の関係について説明する図である。記憶装置６の動作は、内部の信号であるＣＳおよびＳＣＬＫを基準に行われる。書き込み処理を行うＷＲＥＧコマンドに対し、書き込む記憶領域などが指示され、書き込みによる記憶が行われるＡＤカウント値が入力される。
【００２７】
図７は、この発明の実施の形態１に係る記憶装置６のデータ記憶などについて説明する図である。記憶装置６には、ＡＤ変換器３の変換に係る５種類のデジタル信号に含まれるＡＤカウント値がデータとしてリングバッファに記憶される。図７では、説明のために、各種類に応じて記憶領域を独立して記載しているが、各種類に応じて物理的に独立していなくてもよい。
【００２８】
図７に示すように、各種類のデータに対して、種類の区別をしながら読み込みまたは書き込みができるように、読み込みポインタと書き込みポインタが設定される。制御演算器４は、各読み込みポインタおよび各書き込みポインタを管理する。読み出しポインタは、読み込みを行うデータの領域を示すポインタである。書き込みポインタは、直近に記憶されたデータの領域を示すポインタである。書き込みポインタが変化しないと、リングバッファにＡＤカウント値が記憶されていないことになる。このような場合には、制御演算器４は、異常であると判定し、処理を中止する。
【００２９】
図８は、この発明の実施の形態１に係る流量に係るデータ生成について説明する図である。実施の形態１においては、制御演算器４は、第１所定期間において、記憶装置６に記憶されたＡＤカウント値から、流量値を算出する。ここで、第１所定期間は２００ｍｓとする。したがって、２２〜２５個のＡＤカウント値に基づいて、演算処理を行うことになる。
【００３０】
具体的には、制御演算器４は、データが表すＡＤカウント値のうち、最大値と最小値を除くスパイクカットを行う。そして、残ったＡＤカウント値の相加平均値を算出する。相加平均値に対応する流量値を算出する。前述したように、ＡＤ変換器３において、５回に１回は、往温度および還温度に係る信号のサンプリングとなる。したがって、流量信号は、一定周期のサンプリングにはならない。そこで、ＡＤカウント値を相加平均して得られた値を、第１所定期間における流量値として、計測精度を高めるようにする。
【００３１】
図９は、この発明の実施の形態１に係る温度に係るデータ生成について説明する図である。図９では往温度について示しているが、還温度並びに往温度センサ２ａおよび往温度センサ２ａのリファレンス電圧の値の生成についても適用することができる。実施の形態１においては、制御演算器４は、第２所定期間において、記憶装置６に記憶されたデータから、値を算出する。ここで、第２所定期間は、第１所定期間より長い期間である。実施の形態１においては、第２所定期間を１ｓとする。したがって、７〜８個のＡＤカウント値に基づいて、演算処理を行うことになる。制御演算器４の処理については、流量値の算出と同様に、スパイクカットおよび相加平均値の算出を行う。そして、相加平均値に対応する値を算出する。
【００３２】
以上のように、実施の形態１の熱量計によれば、制御演算器４が、ＡＤ変換器３の変換に係るＡＤカウント値を、一度記憶装置６に記憶させ、記憶装置６に記憶されたＡＤカウント値を読み込んで演算処理を行うようにしたので、ＡＤ変換器３における動作を滞りなく行いつつ、計測に係る処理を行うことができる。このとき、デジタル信号の処理を割り込み処理により行うことで、ＡＤ変換器３の変換動作の待ちがなくなる。
【００３３】
さらに、流量、往温度、還温度などの算出において、ＡＤカウント値のスパイクカットを行い、残ったＡＤカウント値に対して、相加平均を算出して、所定期間の値とすることで、熱量などの計測精度を高めることができる。
【００３４】
実施の形態２．
前述した実施の形態１の熱量計においては、記憶装置６は、リングバッファを有し、ＡＤ変換器３の変換に係るＡＤカウント値を、データとして記憶領域に連続して記憶していくようにした。そして、複数のデータを処理し、流量値などを算出するようにした。
【００３５】
実施の形態２においては、リングバッファの代わりに、記憶装置６は、累積バッファを有しているものとする。このため、実施の形態２の熱量計においては、ＡＤカウント値を積算した積算値が記憶される。そして、制御演算器４は、積算したＡＤカウント値をデータ数で割ることで、相加平均した値を算出することができ、対応する流量値などを算出することができる。累積バッファには積算値を記憶すればよいので、記憶装置６は、リングバッファを有する場合に比べて、記憶容量を減らすことができる。
【００３６】
ここで、記憶装置６が累積バッファを有する場合、累積バッファに記憶された積算値をクリアする処理が必要となる。このとき、積算のための加算処理との間で競合が起きる可能性があるため、対処しておく必要がある。競合が起きると、加算処理において加算されたデータが、累積バッファの値に反映されないので、算出される熱量などの信頼性が不安定になる可能性があるからである。リングバッファの場合には、たとえば、異常でなく、また、処理を行うのに十分な記憶領域が確保されていれば、データが記憶された記憶領域が一巡して、読み出されていない記憶領域にデータを記憶しようとしない限り、競合が起きない。また、累積バッファの場合、前述したスパイクカットを行うことができない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
この発明は、熱量計だけでなく、複数種の信号をＡＤ変換して、処理を行う装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…流量計測器、２ａ…往温度センサ、２ｂ…還温度センサ、２ｃ…往温度側リファレンス生成用抵抗、２ｄ…還温度側リファレンス生成用抵抗、３…ＡＤ変換器、３Ａ…コンバータ部、３Ｂ…往還切替部、３Ｃ…流量増幅部、４…制御演算器、５…表示器、６…記憶装置、１０ａ…送り管、１０ｂ…返り管。
【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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