(57)【要約】【課題】複数の流量センサに対する配線構造が簡単で、所定の流体通路を通流する流体の流量を高精度に計測するに好適な流量計を提供する。【解決手段】所定の流体通路（配管）に組み込まれて、該流体通路を通流する流体（ガス）の流量をそれぞれ計測する複数の流量センサと、これらの各流量センサによる流量検出信号を入力して前記流体通路を通流した流体の流量を求める計測装置本体とを具備したものであって、特に前記複数の流量センサ（流量センサ基板）の近傍に設けられて各流量センサからの流量検出信号を選択して前記計測装置本体に導くセレクタと、前記計測装置本体に設けられて上記セレクタに選択信号を与えて該セレクタの作動を制御するセンサ選択手段とを備えたことを特徴とする。【選択図】　　　図４
2004093172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の流体通路に組み込まれて、該流体通路を通流する流体の流量をそれぞれ計測する複数の流量センサと、
これらの各流量センサによる流量検出信号を入力して前記流体通路を通流した流体の流量を求める計測装置本体とを具備した流量計であって、
前記複数の流量センサの近傍に設けられて各流量センサからの流量検出信号を選択して前記計測装置本体に導くセレクタと、
前記計測装置本体に設けられて上記セレクタに選択信号を与えて該セレクタの作動を制御するセンサ選択手段と
を備えたことを特徴とする流量計。
【請求項２】
前記複数の流量センサは、発熱抵抗体を挟んで前記流体の通流方向の上流側および下流側にそれぞれ設けられた一対の測温抵抗体を備え、これらの測温抵抗体を用いてブリッジ回路を形成した熱式流量センサからなり、
前記セレクタは、前記センサ選択手段から与えられる選択信号に従って上記複数の熱式流量センサを選択的に駆動する第１のセレクタと、前記選択信号に従って前記第１のセレクタを介して選択的に駆動されている熱式流量センサから出力される流量検出信号を選択して前記計測装置本体に導く第２のセレクタとからなる請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流量計において、
更に前記複数の流量センサに近接して前記所定の流体通路に組み込まれて、該流体通路を通流する流体の温度を計測する複数の温度センサと、
前記センサ選択手段から与えられる選択信号に従って上記複数の温度センサの出力を選択して前記計測装置本体に導く第３のセレクタと
を備えたことを特徴とする流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の流体通路を通流する流体の流量を高精度に計測するに好適な流量計に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
ガスメータ等の流量計は、流量センサを用いて所定の流体通路（ガス引込管）を通流する流体（ガス）の流量を計測し、例えばＣＰＵ（マイクロプロセッサ）を主体として構成される計測装置本体においてその積算流量（ガス使用量）を求めるものである。このような流量計にて求められる積算流量は、直接課金対象となるので、その計測精度が十分に高いことが要求される。
【０００３】
そこで従来一般的には、前記流体通路に複数の流量センサを設け、これらの流量センサにてそれぞれ計測される流体（ガス）流量を平均化する等してその計測精度を高めている。また温度センサを用いて上記流体や流体通路（ガス引込管）の温度を測定して前記流量センサにて求められる流量を温度補正したり、更には圧力センサを用いて前記流体通路内の流体（ガス）圧力を測定し、これによって前記流量センサにて求められる流量を圧力補正する等している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで複数の流量センサを用いて、更には温度センサや圧力センサを用いて流量計測精度を高める場合には、当然のことながらこれらの各センサによりそれぞれ求められる情報（流量・温度・圧力）を、ＣＰＵ等からなる計測装置本体に与えることが必要である。しかしながら、この為には一般的に各センサと計測装置とを結ぶ信号線等の配線数が多くなると共に、その配線自体が複雑・煩雑化することが否めない。
【０００５】
特に前記流量センサとして、例えば発熱抵抗体を挟んで流体の通流方向の上流側および下流側に一対の測温抵抗体を設け、これらの測温抵抗体を用いてブリッジ回路を形成した熱式流量センサを用いるような場合、上記発熱抵抗体の駆動電力等が必要なので、更に電力供給用の配線も必要となる。またこの種の熱式流量センサを用いた場合には、一般的には電池駆動される流量計における消費電力が増大すると言う問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の流量センサに対する配線構造が簡単で、所定の流体通路を通流する流体の流量を高精度に計測するに好適な流量計を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る流量計は、所定の流体通路に組み込まれて、該流体通路を通流する流体の流量をそれぞれ計測する複数の流量センサと、これらの各流量センサによる流量検出信号を入力して前記流体通路を通流した流体の流量を求める計測装置本体とを具備したものであって、
特に前記複数の流量センサの近傍に設けられて各流量センサからの流量検出信号を選択して前記計測装置本体に導くセレクタと、前記計測装置本体に設けられて上記セレクタに選択信号を与えて該セレクタの作動を制御するセンサ選択手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
即ち、本発明に係る流量計は、所定の流体通路に組み込まれた複数の流量センサの近傍に、これらの各流量センサからの流量検出信号を選択して計測装置本体に導くセレクタを設けると共に、前記計測装置本体に上記セレクタに選択信号を与えて該セレクタの作動を制御するセンサ選択手段を設けているので、上記セレクタと計測装置本体とをケーブルを介して接続するだけで、各流量センサにてそれぞれ計測される流量をセレクタを介して確実に収集することができる。しかも上記ケーブルにおける配線数を少なくして、その配線構造の簡素化を図ることができる。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記複数の流量センサは、発熱抵抗体を挟んで前記流体の通流方向の上流側および下流側にそれぞれ設けられた一対の測温抵抗体を備え、これらの測温抵抗体を用いてブリッジ回路を形成した熱式流量センサからなり、前記セレクタは、前記センサ選択手段から与えられる選択信号に従って上記複数の熱式流量センサを選択的に駆動する第１のセレクタと、前記選択信号に従って前記第１のセレクタを介して選択的に駆動されている熱式流量センサから出力される流量検出信号を選択して前記計測装置本体に導く第２のセレクタとにより構成される。
【００１０】
このような構成によれば、前述した配線構造の簡素化を図り得ると言う利点に加えて、複数の熱式流量センサを選択的に駆動して、択一的に駆動した熱式流量センサにより計測された流量だけを計測装置本体に取り込むことができるので、複数の熱式流量センサを駆動するに要する電力を抑えることができ、流量計としての省電力化を図ることが可能となる。
【００１１】
また本発明の好ましい態様は、更に前記複数の流量センサに近接して前記所定の流体通路に組み込まれて、該流体通路を通流する流体の温度を計測する複数の温度センサと、前記センサ選択手段から与えられる選択信号に従って上記複数の温度センサの出力を選択して前記計測装置本体に導く第３のセレクタとを備えて構成される。
【００１２】
このような構成によれば、複数の温度センサに対する配線構造の簡素化も図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る流量計について説明する。
この流量計は、所定の流路を通流する流体（ガス）の流量を計測する流量センサとして、例えば図１に示すような素子構造の熱式流量センサを複数個用いて構成される。この熱式流量センサ１は、基本的には図１に示すようにシリコン基台Ｂ上に設けた発熱抵抗体からなるヒータ素子Ｒｈを間にして、流体の通流方向Ｆに測温抵抗体からなる一対の温度センサＲｕ，Ｒｄを設けた素子構造を有する。そして上記ヒータ素子Ｒｈから発せられる熱の拡散度合い（温度分布）が前記流体の通流によって変化することを利用し、前記温度センサＲｕ，Ｒｄの熱による抵抗値変化から前記流体の流量Ｑを検出する如く構成される。
【００１４】
具体的にはヒータ素子Ｒｈから発せられた熱が流体の流量Ｑに応じて下流側の温度センサＲｄに加わることで、該温度センサＲｄの熱による抵抗値の変化が上流側の温度センサＲｕよりも大きくなる。熱式流量センサは、流量に応じて上記各温度センサＲｕ，Ｒｄの抵抗値（計測温度）に違いが生じること利用して上記流量Ｑを計測するものとなっている。尚、図中Ｒｒは、前記ヒータ素子Ｒｈから離れた位置に設けられた測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度の計測に用いられる。
【００１５】
ちなみに熱式流量センサ１は、例えば図２に示すような駆動回路と流量検出回路とを備えた回路基板（流量センサ基板）に組み込まれて用いられる。具体的にはヒータ素子Ｒｈの駆動回路は、該ヒータ素子Ｒｈと周囲温度計測用の温度センサＲｒ、および一対の固定抵抗Ｒ１，Ｒ２を用いてブリッジ回路２を形成し、所定の電源から供給される電圧ＶｃｃをトランジスタＴＲを介して前記ブリッジ回路１に印加するように構成される。特に上記ブリッジ回路２のブリッジ出力電圧を差動増幅器３にて求め、そのブリッジ出力電圧が零となるように前記トランジスタＴＲの作動を帰還制御することで、前記ブリッジ回路２に加えるヒータ駆動電圧を調整するように構成される。このように構成されたヒータ駆動回路により、前記ヒータ素子Ｒｈの発熱温度が、その周囲温度（ガス温度）よりも常に一定温度差だけ高くなるように制御される。
【００１６】
一方、前記一対の温度センサＲｕ，Ｒｄの熱による抵抗値変化から前記流量センサ１の表面に沿って通流する流体の流量Ｑを検出する流量検出回路は、上記一対の温度センサＲｕ，Ｒｄと一対の固定抵抗Ｒｘ，Ｒｙを用いて流量計測用のブリッジ回路４を形成し、温度センサＲｕ，Ｒｄの抵抗値の変化に応じたブリッジ出力電圧を差動増幅器５を介して検出するように構成される。そして前述したヒータ駆動回路によりヒータ素子Ｒｈの発熱量を一定化した条件下において、差動増幅器５を介して検出されるブリッジ出力電圧から前記熱式流量センサ１（一対の温度センサＲｕ，Ｒｄ）に沿って通流する流体（ガス）の流量Ｑを求めるものとなっている。
【００１７】
さてこのような熱式流量センサを用いて構成される流量計は、概略的には図３に示すように、熱式流量センサ１を上述した駆動回路および流量検出回路と共に搭載した４つの流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを、所定の流体通路をなす配管１０の周壁に設けると共に、更に該配管１０に３つの温度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、１つの圧力センサ１３とを設けて構成される。
【００１８】
ちなみに上記４つの流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、円筒状の配管１０の周方向に沿って、左上側、右上側、左下側、および右下側の４箇所にそれぞれに設けられており、各流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄにそれぞれ搭載された流量センサ１を前記配管１０の内壁面に９０°間隔で位置付けている。またサーミスタ等からなる温度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの１つは、配管１０の中央部に向けて突出して該配管１０内の温度を検出するように設けられており、残りの２つは互いに対向配置されて配管１０の壁面温度をそれぞれ検出するように設けられている。
【００１９】
一方、前記配管１０の外周壁には、前記各流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの近傍に位置してセレクタ回路基板１４が設けられている。このセレクタ回路基板１４は、ＣＰＵを主体として構成される計測装置本体１５とのケーブル１６を介する接続部をなすもので、基本的には前記各流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄをケーブル１６を介して択一的に前記計測装置本体１５に電気的に接続する役割を担う。また前記温度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、および圧力センサ１３も、上記セレクタ回路基板１４を介して計測装置本体１５に接続される。
【００２０】
即ち、この流量計は、図４にその概略構成を示すように流量センサセンサ１をそれぞれ搭載した複数の流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ、複数の温度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、および圧力センサ１３を、セレクタ回路基板１４に接続し、このセレクタ回路基板１４にケーブル１６を介して接続される計測装置本体１５に対して各センサによりそれぞれ検出される信号（流量・温度・圧力）を与えるように構成される。
【００２１】
特にセレクタ回路基板１４は、前記計測装置本体１５から与えられる選択信号に従って前記流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを選択的（択一的）に駆動する第１のセレクタ１４ａを備えると共に、前記選択信号に従って前記第１のセレクタ１４ａを介して選択的に駆動されている熱式流量センサ１１（流量センサ１）から出力される流量信号Ｑを選択して前記計測装置本体１５に導く第２のセレクタ１４ｂを備える。更にセレクタ回路基板１４は、前記選択信号に従って前記各温度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによりそれぞれ検出された温度の情報を選択して前記計測装置本体１５に与える第３のセレクタ１４ｃを備える。
【００２２】
そして計測装置本体１５は、ケーブル１６を介して前記セレクタ回路基板１４に対して選択信号を出力することで、上記各セレクタ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの選択動作を制御し、これによって前記流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄによりそれぞれ計測される流量信号を択一的に、また温度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによりそれぞれ検出される温度を択一的に入力している。尚、第１および第２のセレクタ１４ａ，１４ｂの選択動作を制御する選択信号と、第３のセレクタ１４ｃの選択動作を制御する選択信号とは別のものであっても良い。
【００２３】
より具体的には、ＣＰＵを主体として構成される計測装置本体１５は、前記流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄによりそれぞれ計測される流量信号を入力し、その平均値を求める等して前記配管１０を通流する流体（ガス）の流量を高精度に求める計測部１５ａを備える。この計測部１５は、更に前記温度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによりそれぞれ検出される温度に従って、上述した如く求められる流量を温度補正したり、更には圧力センサ１３にて求められる流体圧力に応じて前記流量を圧力補正することで、その計測精度を更に高める機能を有したものからなる。また計測装置本体１５は、前記各流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに対して、その駆動電力を供給する為の電源部１５ｂを備える。尚、１５ｃは、上記計測部１５ａにて計測された流量を表示する表示器である。
【００２４】
このような基本的な機能に加えて計測装置本体１５は、更に前記セレクタ回路基板１４に対して選択信号を与えて前述したようにセレクタ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの選択動作を制御する制御部１５ｃを備えている。特にこの制御部１５ｃは、上記選択信号を所定の周期毎に巡回的に変化させることで、前記各流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄをセレクタ１４ａを介して順に１個ずつ指定し、これによって各流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを択一的に駆動している。そして択一的に駆動された流量センサ基板１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）にて検出される流量信号を、セレクタ１４ｂからケーブル１６を介して取り込む機能を備えている。
【００２５】
また制御部１５は、同様にしてセレクタ１４ｃを介して前記各温度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを順に１個ずつ指定し、これによって各温度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃにて検出される温度信号をケーブル１６を介して取り込んでいる。但し、圧力センサ１３により検出される圧力情報は、制御部１５の制御の下で任意のタイミングで制御装置本体１５に取り込まれる。
【００２６】
かくしてこのように構成された流量計によれば、複数の流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと計測装置本体１５とを複数のケーブルを用いて個々に接続する必要がないので、その配線数を大幅に少なくし、その配線接続構造を大幅に簡素化することができる。しかもセレクタ回路基板を１４を流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの近傍に設けているので、上記セレクタ回路基板１４および流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを、１つのセンシング用アッセンブリとして構築することができ、このセンシング用アッセンブリと計測装置本体１５とをケーブル１６を用いて接続するだけで良い。従って、その設備工事の容易化を図り、更にはそのメインテナンスの容易化を図ることができる等の効果が奏せられる。
【００２７】
また上述した構成によれば、計測装置本体１５にセンサの数に応じた入力回路を設ける必要がないので、その構成の簡素化を図り得る。また複数の流量センサ基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを容易に択一的に駆動することができるので、実質的に１つの流量センサ基板１１を駆動するに必要な電力を供給すれば十分であり、従ってその省電力化を図ることができる。
【００２８】
更には計測装置本体１５においては、例えば図５に示すように選択信号を出力して流量センサ基板１１を選択指定し［ステップＳ１］、その後、センサ駆動信号（流量センサ基板の作動に必要な電力）を出力する［ステップＳ２］。そしてその流量センサ基板１１からの流量信号（センサ出力）取り込んだ後［ステップＳ３］、センサ出力を流量変換してその計測を行う［ステップＳ４］。その後、流量センサ基板１１の選択を制御するリングカウンタ（図示せず）等を歩進して次の流量センサ基板１１を指定するだけで良いので［ステップＳ５］、その制御動作が簡単である。従って前述した構成を採用することによって、計測装置本体１５での処理負担を軽減することが可能となる等の効果も奏せられる。
【００２９】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば流量センサ基板１１において流量センサ１にて検出された流量をＡ／Ｄ変換し、その検出情報をデジタルデータとして計測装置本体１３に出力するような場合にも同様に適用可能である。またここでは、４個の流量センサ１と３個の温度センサ、および１個の圧力センサを用いることで、配管１０を通流する流体（ガス）の流量を高精度に計測するものとして説明したが、これらのセンサの数は、計測精度等の使用に応じて定めれば良いものである。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、流量計測精度を高めるべくガス配管等の所定の流体通路に複数の流量センサを組み込む場合であっても、これらの流量センサＣＰＵ等からなる計測装置本体とを簡易に接続することができるので、その配線構造の簡素化を図ることができる。また複数の流量センサにそれぞれその駆動電力を供給する必要がある場合には、複数の流量センサを択一的に駆動することができるので、その省電力化を図り得る等の効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱式流量センサの概略的な素子構造を示す図。
【図２】熱式流量センサに組み込まれる駆動回路と流量検出回路の概略構成を示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係る流量計における配管への複数のセンサの組み込み構造を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る流量計の概略構成図。
【図５】図４に示す流量計における計測装置本体での制御処理手順の一例を示す図。
【符号の説明】
１　熱式流量センサ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ　流量センサ基板
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ　温度センサ
１３　圧力センサ
１４　セレクタ回路基板
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ　セレクタ
１５　計測装置本体
１６　ケーブル
【図１】
2004093172.tif 000003
【図２】
2004093172.tif 000004
【図３】
2004093172.tif 000005
【図４】
2004093172.tif 000006
【図５】
2004093172.tif 000007