(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測流体が流れる流路に設けられ、送信側超音波センサと受信側超音波センサとの間で間欠的に超音波を送受信する一対の超音波センサと、
前記受信側超音波センサから出力された検出信号に基づいて流量を演算する流量演算回路と、
前記一対の超音波センサ及び前記流量演算回路に電力の供給を行う流量検出用電池と、
前記流量演算回路から出力される流量演算結果を外部に送信する通信回路と、
前記通信回路に電力の供給を行う通信用電池と、を有する流量計であって、
前記一対の超音波センサにおける超音波の送受信回数に基づいて、前記流量検出用電池の残量を監視する第１の電池残量監視手段と、
前記送受信回数が予め定められた規定値に達した場合に、前記通信用電池から前記一対の超音波センサ及び前記流量演算回路に電力を供給するように電源供給経路を切替える第１の電源切替手段と、
を備えたことを特徴とする流量計。
【請求項２】
前記通信用電池の残量を監視する第２の電池残量監視手段と、
前記第２の電池残量監視手段により検出された前記通信用電池の残量が電池交換時期の規定値に達した場合、前記流量検出用電池の電力を前記通信回路に供給するように電源供給経路を切替える第２の電源切替手段と、
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】
前記第１、第２の電源切替手段は、前記流量検出用電池及び前記通信用電池の残量が電池交換時期の規定値に達した場合、前記流量検出用電池及び前記通信用電池の電力を前記一対の超音波センサ及び前記流量演算回路に供給することを優先させることを特徴とする請求項２に記載の流量計。
【請求項４】
前記流量検出用電池または前記通信用電池の残量が電池交換時期の規定値に達した場合、外部端末装置に電池交換時期であることを報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流量計に係り、特に電池からの電力により被測流体の流量を計測する流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量計においては、例えば被測流体の流速または流量に比例して回転するロータの回転に応じた流量パルス（検出信号）を検出する磁気センサ（流量検出器）と、当該磁気センサから出力された流量パルスをカウントして単位時間当たりの瞬時流量や供給量（積算流量）を演算する流量演算回路とを有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の流量計では、設置場所にかかわらず流量計測が行えるように電池が搭載されており、上記磁気センサ及び流量演算回路が電池からの電力の供給により作動するため、電池が消耗した場合、流量計測が行えなくなる。そのため、流量計には、主電池と補助電池とが設けられ、主電池の電圧が規定値以下に低下して電池交換を行う際に補助電池からの電力により流量計測が停止しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０４３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、流量計に付加機能（例えば流量計測データを無線で送信する通信機能、流量計測データを表示する液晶モニタを有する表示機能など）が追加されると、各付加機能毎に主電池と補助電池を設けることになり、電池数が増加すると共に、電池の寿命の予測や電池交換などのメンテナンスの手間が増加するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した流量計の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、被測流体が流れる流路に設けられ、送信側超音波センサと受信側超音波センサとの間で間欠的に超音波を送受信する一対の超音波センサと、
前記受信側超音波センサから出力された検出信号に基づいて流量を演算する流量演算回路と、
前記一対の超音波センサ及び前記流量演算回路に電力の供給を行う流量検出用電池と、
前記流量演算回路から出力される流量演算結果を外部に送信する通信回路と、
前記通信回路に電力の供給を行う通信用電池と、を有する流量計であって、
前記一対の超音波センサにおける超音波の送受信回数に基づいて、前記流量検出用電池の残量を監視する第１の電池残量監視手段と、
前記送受信回数が予め定められた規定値に達した場合に、前記通信用電池から前記一対の超音波センサ及び前記流量演算回路に電力を供給するように電源供給経路を切替える第１の電源切替手段と、
を備えたことを特徴とする。
（２）本発明は、前記通信用電池の残量を監視する第２の電池残量監視手段と、
前記第２の電池残量監視手段により検出された前記通信用電池の残量が電池交換時期の規定値に達した場合、前記流量検出用電池の電力を前記通信回路に供給するように電源供給経路を切替える第２の電源切替手段と、
を備えたことを特徴とする。
（３）本発明の前記第１、第２の電源切替手段は、前記流量検出用電池及び前記通信用電池の残量が電池交換時期の規定値に達した場合、前記流量検出用電池及び前記通信用電池の電力を前記一対の超音波センサ及び前記流量演算回路に供給することを優先させることを特徴とする。
（４）本発明は、前記流量検出用電池または前記通信用電池の残量が電池交換時期の規定値に達した場合、外部端末装置に電池交換時期であることを報知する報知手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、流量検出用電池の残量が電池交換時期の規定値に達した場合、通信用電池の電力を流量検出器及び前記流量演算回路に供給するように電源供給経路を切替えるため、流量計測用の電池が消耗した場合でも流量計測が停止されずに済み、流量計の信頼性を高められると共に、各機能毎に補助電池を設ける必要がないため、各電池の寿命管理や電池交換作業などのメンテナンスが簡素化され、且つ各機能ごとの電池収納スペースも省スペース化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による流量計の概略構成を示すブロックである。
【図２】流量計測ユニットの電池残量監視処理のフローチャートである。
【図３】外部通信ユニットの電池残量監視処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【実施例１】
【００１１】
〔流量計の構成〕
図１は本発明による流量計の概略構成を示すブロックである。図１に示されるように、流量計１０は、被測流体中に発生するカルマン渦を超音波の伝搬時間の差違により検出する超音波式渦流量計である。流量計１０の本体１２内に形成された流路２０には、渦発生体３０が起立されている。そのため、流路２０内を流れる被測流体が渦発生体３０を通過する過程で渦発生体３０の下流に被測流体の流速に比例した周期のカルマン渦が発生する。
【００１２】
また、渦発生体３０より下流の流路２０の内壁には、一対の超音波センサ４０、５０が設けられている。一対の超音波センサ４０、５０は、互いに対向するように渦発生体３０から下流に等距離となる位置に設けられている。一方の送信側超音波センサ４０から流路２０に超音波が送信されると、被測流体を伝搬した超音波が他方の受信側超音波センサ５０によって受信され、受信側超音波センサ５０から受信信号（検出信号）が出力される。
【００１３】
渦発生体３０の下流に発生するカルマン渦は、被測流体の流速に比例した周期で発生し、渦巻き方向が異なるカルマン渦が交互に発生する。超音波は、カルマン渦の渦巻き方向によってカルマン渦を通過する際に進行方向に加速、または減速される。そのため、受信側超音波センサ５０で受信される超音波は、カルマン渦によって周波数（周期）が変動する。被測流体の流速及び流量は、カルマン渦の発生周波数（周期）に基づいて演算される。
【００１４】
流量計１０は、流量演算ユニット６０と、外部通信ユニット７０とを有する。流量演算ユニット６０は、送信側超音波センサ４０を駆動し、受信側超音波センサ５０からの検出信号を受信する送受信回路６２と、検出信号による流速または流量を演算する流量演算回路６４と、電源切替スイッチ８０とを有する。さらに、流量演算ユニット６０には、送受信回路６２及び流量演算回路（ＣＰＵ）６４に電力を供給する第１の電池（流量検出用電池）６６と、電池残量（電源電圧）を監視する第１の電圧監視回路（第１の電池残量監視手段）６８とが設けられている。
【００１５】
また、第１の電池６６は、例えばリチウム電池からなり、例えば、１年間程度使用可能な容量を有し、送受信回路６２、第１の電圧監視回路６８及び流量演算回路６４の主電源として設けられている。第１の電圧監視回路６８は、第１の電池６６の電圧監視結果を流量演算回路６４に出力する。また、第１の電圧監視回路６８は、第１の電池６６の残量（電圧）を監視しており、第１の電池６６の残量（電圧）が規定値以下（規定値は、回路動作保証電圧以上であり、かつ一定期間（例えば、３０日間）の動作に必要な電力が残っていると思われる電圧値である。）になると、電池交換時期に達したことを報知するための信号を流量演算回路６４に出力する。尚、上記電池６６の使用可能期間及び交換時期の一定期間は、電池容量に応じて任意の期間に設定可能である。
【００１６】
流量演算回路６４は、第１の電池６６の残量が電池交換時期の規定値以下に低下した場合、第２の電池（通信用電池）７２の電力を送受信回路６２及び流量演算回路６４に供給するように電源供給経路を切替える第１の電源切替手段（制御プログラム）を有する。すなわち、流量演算回路６４は、第１の電池６６の残量（電圧）が規定値以下になると、電源切替スイッチ８０をオンにするための電池切替え信号を出力する。
【００１７】
電源切替スイッチ８０は、半導体のトランジスタからなるスイッチであり、流量演算ユニット６０の第１の電池６６と外部通信ユニット７０の第２の電池７２に接続されている。また、電源切替スイッチ８０は、第１の電池６６の電池残量が規定値以下になると、流量演算回路６４からの切替え信号が入力されてオフからオンに切り替わり、外部通信ユニット７０の第２の電池７２からの電力（電流、電圧）を流量演算ユニット６０へ供給する。これにより、第１の電池６６の電圧が規定値以下に低下して交換時期に達しても、流量演算回路６４は流量計測を停止することなく、継続することが可能である。尚、本実施例では、電源切替スイッチ８０は、半導体のトランジスタで構成したスイッチからなるが、これに限らず、例えば、リレー等により構成しても良いのは勿論である。
【００１８】
従って、第１の電池６６及び第２の電池７２は、電源切替スイッチ８０がオンに切り替わることで、電圧低下の割合が小さい方（電池残量が多い方）が両ユニット６０、７０の電源として機能するように電源接続経路を切り替えられる。尚、一般的には、超音波センサ４０、５０を有する流量演算ユニット６０の方が外部通信ユニット７０よりも電池の消耗が早いため、第１の電池６６の交換時期が早くなる傾向にある。そして、第１の電池６６が電圧低下による交換時期に達した場合は、第２の電池７２の電力が流量演算ユニット６０に供給され、流量計測の停止を防止する。また、第２の電池７２の電圧値が規定値以下に低下した場合は、外部通信ユニット７０による通信機能が停止するため、外部端末装置９０においては、当該流量計１０の各電池６６、７２が交換時期になったことを確認できる。
【００１９】
このように、電源切替スイッチ８０をオンに切り替えることで、第１の電池６６が消耗した場合でも流量計測が停止されずに済み、流量計１０の信頼性を高められる。また、流量演算ユニット６０及び外部通信ユニット７０では、各機能毎に補助電池を設ける必要がないため、各電池６６、７２の寿命管理や電池交換作業などのメンテナンスが簡素化され、且つ各機能ごとの電池収納スペースも省スペース化を図れる。
【００２０】
外部通信ユニット７０は、第２の電池７２と、通信回路７４と、第２の電圧監視回路（第２の電池残量監視手段）７６と、無線アンテナ７８とを有する。第２の電池７２は、例えばリチウム電池からなり、通信回路７４及び第２の電圧監視回路７６の主電源として設けられている。
【００２１】
通信回路７４は、第２の電池７２の残量が電池交換時期の規定値以下に低下した場合、第１の電池６６の電力を通信回路７４及び第２の電圧監視回路７６に供給するように電源供給経路を切替える第１の電源切替手段（制御プログラム）を有する。また。通信回路７４は、流量演算回路６４から入力された流速・流量の演算結果、及び第１の電池６６の残量（電圧）を送信データとして無線アンテナ７８より外部端末装置９０に送信する。外部端末装置９０は、例えば管理センタなどに設置されており、管轄する地区に設置された各流量計により計測された流速・流量及び各電池の交換時期を管理している。
【００２２】
第２の電圧監視回路７６は、第２の電池７２の残量（電圧）を監視しており、第２の電池７２の残量（電圧）が規定値以下になると、電池交換時期に達したことを知らせる検出信号を通信回路７４に出力する。
【００２３】
〔流量計１０の流量計測処理及び電池の電圧監視処理〕
流量計測時の流量演算回路６４は、送受信回路６２を介して流路２０を流れる被測流体に超音波センサを照射させる。送信側超音波センサ４０から送信された超音波は、被測流体中を伝搬されて受信側超音波センサ５０に受信される。超音波を受信した受信側超音波センサ５０は、検出信号を出力する。流量演算回路６４は、超音波が送信されてから受信されるまでの伝搬時間を求め、当該伝搬時間の相違によるカルマン渦の有無を判別し、カルマン渦の周期から被測流体の流速及び積算流量を演算する。
【００２４】
また、流量演算回路６４は、上記流量計測の演算処理を実行すると共に、第１の電圧監視回路６８を介して第１の電池６６の電圧値が電池交換の規定値以下に低下したかを監視しており、流量計測値及び第１の電池６６の電圧値を通信回路７４に入力する。そして、第１の電池６６の電圧値が電池交換の規定値以下に達した場合、電源切替スイッチ８０をオンにして第２の電池７２の電力を送受信回路６２及び流量演算回路６４に供給する。
【００２５】
また、通信回路７４は、流量演算回路６４からの指令により流速・流量の計測値及び第１の電池６６の残量（電圧）を無線アンテナ７８より無線信号として外部端末装置９０に送信すると共に、第２の電池７２の電圧値が電池交換の規定値以下に低下したか否かを判定している。そして、第２の電池７２の電圧値が電池交換の規定値以下に達した場合、電源切替スイッチ８０をオンにして第１の電池６６の電力を通信回路７４に供給する。
【００２６】
流量演算回路６４は、第１の電池６６及び第２の電池７２の電圧値が両方とも規定値以下に低下した場合、通信回路７４に対して通信処理を停止させる信号を出力し、第１の電池６６及び第２の電池７２からの電力を流量演算ユニット６０（送受信回路６２及び流量演算回路６４）に優先的に供給する。
【００２７】
〔流量計測ユニット６０の電池残量監視処理〕
図２は流量計測ユニット６０の電池残量監視処理のフローチャートである。図２に示されるように、流量演算回路６４は、Ｓ１１で、第１の電池６６の電圧値が電池交換の規定値以上か否かをチェックする。Ｓ１１において、第１の電池６６の電圧値が電池交換の規定値以上ある場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ１２に進み、外部通信ユニット７０から電圧低下の入力があるか否かをチェックする。Ｓ１２において、外部通信ユニット７０から電圧低下の入力がない場合（ＮＯの場合）、Ｓ１１に戻り、Ｓ１１、Ｓ１２の処理を繰り返す。
【００２８】
また、上記Ｓ１１において、第１の電池６６の電圧値が電池交換の規定値以下の場合（ＮＯの場合）、Ｓ１３に進み、電源切替スイッチ８０をオンにして第２の電池７２の電力を流量計測ユニット６０に供給する（第１の電源切替手段）。これにより、流量計測ユニット６０の流量計測が継続される。
【００２９】
また、上記Ｓ１２において、外部通信ユニット７０から電圧低下の入力がある場合（ＹＥＳの場合）、Ｓ１３ａに進み、電源切替スイッチ８０をオンにして第１の電池６６の電力を外部通信ユニット７０に供給する（第２の電源切替手段）。これにより、外部通信ユニット７０による通信処理が継続される。
【００３０】
次にＳ１４では、外部通信ユニット７０から電圧低下の入力があるか否かをチェックする。Ｓ１４において、電源切替スイッチ８０をオンにした後に外部通信ユニット７０から電圧低下の入力がない場合（ＮＯの場合）、外部通信ユニット７０が通信可能なため、Ｓ１５に進み、電圧低下の報知を通信回路７４に指示する。これにより、通信回路７４は、外部端末装置９０に対して電圧低下を報知する無線信号を送信する（報知手段）。よって、上記電圧低下の報知により各電池６６、７２の交換時期になったことがわかり、各電池６６、７２のメンテナンス性が改善される。
【００３１】
また、上記Ｓ１４において、電源切替スイッチ８０をオンにした後に外部通信ユニット７０から電圧低下の入力がある場合（ＹＥＳの場合）、外部通信ユニット７０の通信機能が停止状態であるので、Ｓ１６に進み、電圧低下の報知を停止させ、Ｓ１７で外部通信ユニット７０に対してスリープ動作を指示する。これにより、各電池６６、７２の電圧値が共に電池交換の規定値以下に低下した場合、外部通信ユニット７０に対してスリープ動作を指示することで残っている各電池６６，７２の残量を流量計測ユニット６０のみに供給することで、流量計測をできるだけ延長できるようにする。
【００３２】
〔外部通信ユニット７０の電池残量監視処理〕
図３は外部通信ユニット７０の電池残量監視処理のフローチャートである。図３に示されるように、通信回路７４は、Ｓ２１で第２の電池７２の電圧値が電池交換の規定値（閾値）以上か否かをチェックする。Ｓ２１において、第２の電池７２の電圧値が電池交換の規定値（閾値）以上の場合（ＹＥＳの場合）、第２の電池７２の残量が十分にあるので、Ｓ２１を繰り返して電圧監視を継続する。
【００３３】
また、Ｓ２１において、第２の電池７２の電圧値が電池交換の規定値（閾値）以下の場合（ＮＯの場合）、外部通信ユニット７０が通信停止状態のため、Ｓ２２に進み、第２の電池７２の電圧低下を報知するように流量演算回路６４に電圧低下報知信号を出力する。
【００３４】
続いて、Ｓ２３では、流量計測ユニット６０からのスリープ指示（スリープ動作への切替え）が入力されたか否かをチェックする。Ｓ２３において、流量計１０からスリープ指示が入力された場合（ＹＥＳの場合）、外部通信ユニット７０が通信不能のため、Ｓ２４に進み、通信回路７４に対して外部端末装置９０への通信を停止させる。
【００３５】
続いて、Ｓ２５に進み、スリープ動作（マイコンなどが内部に持っているデータを不揮発性メモリなどに記憶させた後に、マイコン消費電力や周辺回路電力を最小限に小さくするような動作モード）を行う。従って、スリープ動作では、電源電圧が回路動作保証電圧を下回ってしまってしまうと正常動作をしなくなるので、その前に保護が必要なデータを退避させて、自分の消費電力を最低にするモードとなる。
【００３６】
また、上記Ｓ２３において、流量計測ユニット６０からスリープ指示が入力されない場合（ＮＯの場合）、外部通信ユニット７０が通信可能なため、Ｓ２６に進み、第２の電池７２の電圧低下の報知を通信回路７４に指示して電圧低下（第２の電池７２の電圧値が規定値以下）を外部端末装置９０へ送信させる。この後は、上記Ｓ２１の処理に戻り、Ｓ２１以降の制御処理を行う。このように、第２の電池７２の電圧値が電池交換の規定値（閾値）以下の場合、流量計測ユニット６０からスリープ指示が入力されないことを条件に第２の電池７２の電圧低下を外部端末装置９０に報知することができるので、直ちに第２の電池７２の交換作業が行える。
【００３７】
また、流量計測ユニット６０からスリープ指示が入力された場合は、通信回路７４を停止させると共に、スリープ動作を行って、第２の電池７２の消耗を抑制して残っている電池残量による流量計測可能時間をできるだけ延長させることができる。
【００３８】
〔変形例〕
上記流量計１０に搭載された第１、第２の電池６６、７２がリチウム電池からなる場合、電池容量（残量）が低下しても出力電圧が比較的高い値を維持する特性を有する。そのため、第１、第２の電池６６、７２の電圧の監視を行っても電圧値が電池交換の規定値以下に低下したときは、既に電池残量が極端に少なくなっていて、電圧低下を報知しても電池交換作業が行われるまでの間に電池残量がゼロになって流量計測が停止されるおそれがある。
【００３９】
一方、電池駆動式の超音波式渦流量計においては、電池寿命を延ばすため、超音波送受信及び流量演算を間欠的に行うように制御している。この間欠制御では、超音波の送受信回数を被測流体の流速に応じて変化させることで流量計測精度が確保される
このような動作条件と電池特性の関係から、各電池６６、７２の電圧低下を監視しているだけでは、正確な電池残量を予測できない場合がある。そこで、流量演算回路６４において、超音波センサ４０、５０による超音波の送受信回数をカウントし、このカウント値に１回当たりの超音波送受信の消費電力と流量演算の消費電力とを合計した値を掛けて総電力消費量を各電池６６、７２の初期容量から差し引いて電池残量を予測する。
【００４０】
そして、各電池６６、７２の電圧値と送受信回数のカウント値に基づく電池残量とから電池交換時期の予測確度を向上させることが可能になる。ここで、各電池６６、７２の電圧値と送受信回数のカウント値は、予め設定された規定値に達したか否かを判定され、当該規定値に達した場合には、電池交換時期であると判定される。
【００４１】
従って、各電池６６、７２の電圧値と送受信回数のカウント値に基づく電池残量によって電池交換時期に達したことを外部端末装置９０に報知することで、各電池６６、７２の交換時期をより正確に報知することが可能になる。よって、各電池６６、７２のメンテナンス性が改善される。
【００４２】
このように、電池残量の監視方法としては、各電池の電圧を監視する方法以外に送受信回数のカウント値を用いて電池残量を予測しても良いし、あるいは電池交換時にセットされるタイマの積算時間が予め設定された規定時間に達したときに、電源切替スイッチ８０をオンにして電源を切替えると共に、電池交換時期になったことを報知しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
上記実施例では、超音波式渦流量計を例に挙げて説明したが、これに限らず、電池を電源として流量計測を行う他の形式の流量計にも本発明を適用できるのは勿論である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  流量計
２０  流路
３０  渦発生体
５０  受信側超音波センサ
４０  送信側超音波センサ
６０  流量演算ユニット
６２  送受信回路
６４  流量演算回路（ＣＰＵ）
６６  第１の電池
６８  第１の電圧監視回路
７０  外部通信ユニット
７２  第２の電池
７４  通信回路
７６  第２の電圧監視回路
７８  無線アンテナ
８０  電源切替スイッチ
９０  外部端末装置
【図１】
0005806155.tif 000002
【図２】
0005806155.tif 000003
【図３】
0005806155.tif 000004