(57)【要約】【課題】複雑な計算手段を必要とせず、脈動成分の振幅が大きく、かつ、高い周波数であっても高精度の流量計測を行うことのできる流量計を得る。【解決手段】メイン流路１に、その一端が連通する袋状の空間部２を設ける。第１の流速センサ３はメイン流路１を流れる気体の流速を検出し、第２の流速センサ４は、空間部２を出入りする気体の流速を検出する。これら第１の流速センサ３及び第２の流速センサ４の出力の差分値を得ることにより、気体の流速に脈動成分が含まれている場合、その変動範囲を小さくすることができ、その結果、これを受ける回路にて精度の高い流速値を求めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が流れる流路に設けられ、当該気体の流速に応じた値を出力する第１の流速センサと、
前記流路に一端が連通し、閉じられた空間を形成する空間部と、
前記空間部に出入りする気体の流速に応じた値を出力する第２の流速センサと、
前記第１の流速センサの出力と前記第２の流速センサの出力との差を演算し、得られた値を前記気体の流速値として出力する演算部とを備えた流量計。
【請求項２】
流路は直線状に形成され、空間部は前記流路の外側に設けられることを特徴とする請求項１記載の流量計。
【請求項３】
第１の流速センサと第２の流速センサは、熱式流速センサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気体の流量を計測する流量計に関し、特に、流量に脈動成分が含まれているような場合の流量計測を行う流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ポンプ等で圧送されるガスの流量には脈動成分が含まれている。このようなガスの流量を計測するガスメータでは、容積式のものはその空間がバッファとなり、結果として脈動成分が抑制されるため、脈動計測の問題は顕在化してこなかった。
しかしながら、近年ではガスメータを始めとする流量計では電子化されてきており、このような電子式流量計は基本的に瞬時流量計であるため、脈動計測の問題が顕在化してきている。
【０００３】
熱式や超音波式など電子的な流量検出手段を用いた流量計は、その瞬時流量を検出することができる。ここで、脈動がある流れでかつその流量振幅が大きい場合、センサ出力を受けるＡ／Ｄ変換器のような回路は、その振幅の最大値までカバーするレンジを持つ必要がある。しかし、実際に計測したいのは流量のピーク値ではなく平均値の場合が多い。従って、このような振幅最大値に合わせて回路設計すると実際に計測したい平均流量の分解能が悪化するという問題があった。
特に、脈動成分の振幅が大きく、かつ、数１０Ｈｚ以上の周波数である場合は、脈動成分による計測値への影響が大きかった。
【０００４】
また、脈動流体を計測する方法として、所定の第一サンプリング時間に、所定計測時間内で第二サンプリング時間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、その平均値を演算するようにしたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１５００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の流量計では、流速値を精確に求めるためには、複雑な計算手段を必要とし、構成が複雑であるという問題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複雑な計算手段を必要とせず、脈動成分の振幅が大きく、かつ、高い周波数であっても高精度の流量計測を行うことのできる流量計を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る流量計は、気体が流れる流路に設けられ、気体の流速に応じた値を出力する第１の流速センサと、流路に一端が連通し、閉じられた空間を形成する空間部と、空間部に出入りする気体の流速に応じた値を出力する第２の流速センサと、第１の流速センサの出力と第２の流速センサの出力との差を演算し、得られた値を気体の流速値として出力する演算部とを備えたものである。
【０００９】
この発明に係る流量計は、流路を直線状に形成し、空間部を流路の外側に設けたものである。
【００１０】
この発明に係る流量計は、第１の流速センサと第２の流速センサを、熱式流速センサとしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の流量計は、第１の流速センサで計測した値と、空間部に設けた第２の流速センサで計測した値の差分を求めるようにしたので、複雑な計算手段を必要とせず、脈動成分の振幅が大きく、かつ、数１０Ｈｚ以上の周波数であっても高精度の流量計測を行うことができる。
【００１２】
この発明の流量計は、空間部を流路の外側に設けるようにしたので、空間部を設けたことによる流路の気体の流れへの影響をほとんど与えないという効果が得られる。
【００１３】
この発明の流量計は、第１の流速センサと第２の流速センサを熱式流速センサとしたので、高い周波数の脈動成分を有する気体の流れに対しても、その流速値を精確に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による流量計の主要部を示す構成図である。
図において、流量計は、メイン流路１、空間部２、第１の流速センサ３、第２の流速センサ４、演算部５を備えている。
メイン流路１は測定対象となる空気やガス等の気体が流れる流路であり、その内壁部には第１の流速センサ３が設置されている。空間部２は、その一端がメイン流路１に連通し、閉じられた所定の容積の空間を形成するものであり、センサ用流路２１と閉空間形成部２２から構成されている。センサ用流路２１は、一端がメイン流路１に開口し、他端が閉空間形成部２２に接続されており、その内壁部には第２の流速センサ４が設置されている。閉空間形成部２２は、センサ用流路２１の断面積より大きな断面積を有し、所定の容積を有する閉空間を形成するものである。即ち、これらセンサ用流路２１と閉空間形成部２２とによって、入口より内部が広く、所定の容積を持った袋状の空間が形成されている。
【００１５】
第１の流速センサ３および第２の流速センサ４は、例えば、ヒータエレメントを挟むように測温抵抗エレメントが配置された熱式流速センサで構成されている。第１の流速センサ３は、メイン流路１を流れる気体の流速に応じた値を出力し、第２の流速センサ４は、センサ用流路２１を流れる気体の流速に応じた値を出力するものである。ここで、第２の流速センサ４で測定される流速とは、センサ用流路２１を行き来する気体の流速である。即ち、気体は圧縮性があることから、閉空間形成部２２のように行き止まりのある空間が所定の容積を有することによって気体は圧縮／膨張することでその開口付近では気体の出入りが生じる。このような点から第２の流速センサ４の設置位置は、センサ用流路２１におけるメイン流路１への開口に近い位置が望ましい。また、第１の流速センサ３で測定される脈動成分と第２の流速センサ４で測定される脈動成分の位相差が生じないよう、第１の流速センサ３と第２の流速センサ４とは近接して設置されることが望ましい。
【００１６】
また、センサ用流路２１と閉空間形成部２２の形状（容積）は、センサ用流路２１と閉空間形成部２２で形成される袋状の閉空間の共鳴周波数と計測対象となる流体の脈動成分の周波数とが一致しないよう設定されている。例えば、計測対象とする流体の脈動成分が数１０Ｈｚである場合、センサ用流路２１と閉空間形成部２２の形状は、その共鳴周波数が数１０Ｈｚより高くなるよう形成されている。なお、前記容積と前記センサ用流路２１の細さそれぞれが前記共鳴周波数を決定する主要なパラメータである。このため、製品設計をする上では、所望の効果を得られるように、実験やシミュレーションを行うことにより前記主要なパラメータそれぞれを適宜調節すれば良い。
【００１７】
演算部５は、第１の流速センサ３と第２の流速センサ４の出力の差分を演算する演算部であり、その演算結果を流速値として出力するよう構成されている。尚、演算内容については後述する。
【００１８】
次に、上記構成の流量計の動作について説明する。
図２は、それぞれのセンサ出力と演算部５の出力とを説明する図である。
測定対象とする気体の流れに脈動がある場合、第１の流速センサ３の出力値は、図２の１０１に示すようにその流速に応じて変動する。また、空間部２でもその脈動に応じて気体が圧縮／膨張し、第２の流速センサ４によって、センサ用流路２１を行き来する気体の流速に応じた値（図２の１０２に示す）が出力される。ここで、センサ用流路２１を行き来する気体の流速は、メイン流路１を流れる気体の脈動と同じ周期であるため、第２の流速センサ４から出力される値の変化（出力波形）は、第１の流速センサ３から出力される値の変化（出力波形）と相似形になる。
【００１９】
そこで、演算部５では、第１の流速センサ３の出力値１０１と第２の流速センサ４の出力値１０２との差分を演算し、その差分出力１０３を流速値として出力する。ここで、第１の流速センサ３の出力値１０１は、あるオフセット値１０４に対して変動する値であり、第２の流速センサ４の出力値１０２は流速０を中心として変動する値であるため、差分出力１０３としては、オフセット値１０４を中心として変動範囲（振幅値）が小さくなった値となる。
【００２０】
これにより、センサから得られたアナログ値をデジタル値に変換する場合、第１の流速センサ３の値のみで必要なＡ／Ｄ変換の範囲（図中、Ａで示す）に対し、差分出力１０３に対するＡ／Ｄ変換の範囲（図中、Ｂで示す）を小さくすることができ、その結果、分解能を上げることができる。即ち、同じビット数で範囲Ａと範囲Ｂのアナログ値をデジタル値で表した場合、範囲Ｂの方が精確な値とすることができる。
【００２１】
また、演算部５から出力された値に基づいて流速の平均値等が演算されるが、これ以降の動作については従来と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００２２】
以上のように、実施の形態１の流量計によれば、気体が流れるメイン流路に設けられ、気体の流速に応じた値を出力する第１の流速センサと、メイン流路に一端が連通し、閉じられた空間を形成する空間部と、空間部に出入りする気体の流速に応じた値を出力する第２の流速センサと、第１の流速センサの出力と第２の流速センサの出力との差を演算し、得られた値を気体の流速値として出力する演算部とを備えたので、複雑な計算手段を必要とせず、脈動成分の振幅が大きく、かつ、数１０Ｈｚ以上の周波数であっても高精度の流量計測を行うことができる。
【００２３】
また、実施の形態１の流量計によれば、空間部を直線状のメイン流路の外側に設けるようにしたので、空間部を設けたことによるメイン流路の気体の流れへの影響をほとんど与えることがなく、従って、メイン流路の大幅な設計変更等も必要ないという効果が得られる。
【００２４】
尚、上記実施の形態１では、第１の流速センサ３および第２の流速センサ４を、それぞれ同種の熱式流速センサとした。これにより、これらセンサの出力波形を容易且つ精確に相似形とすることができ、変動範囲の小さい差分出力を得ることができる。また、熱式流速センサを用いたので、高い周波数の脈動成分を有する気体の流れに対しても、その流速値を精確に求めることができる。
【００２５】
尚、本発明では、第１の流速センサ３及び第２の流速センサ４として熱式流速センサだけでなく、超音波式センサで構成してもよい。超音波式センサを用いた場合、センサ出力に対するＡ／Ｄ変換は行わないが、第１の流速センサ３および第２の流速センサ４の差分出力としてその変動幅を小さくすることができるため、これを受ける回路のレンジが小さくて済むといった効果が得られる。更に、第１の流速センサ３及び第２の流速センサ４は、これら熱式や超音波式のセンサに限定されるものではなく、他の方式の流量センサであっても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１による流量計の主要部を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による流量計の出力波形の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  メイン流路
２  空間部
３  第１の流速センサ
４  第２の流速センサ
５  演算部
２１  センサ用流路
２２  閉空間形成部
【図１】
2008281440.tif 000003
【図２】
2008281440.tif 000004