(57)【要約】【課題】流量センサの個体差に起因する計測誤差を簡易に補正して高精度な流量計測を容易に実現することのできる流量計を提供する。【解決手段】流量センサの流量に対する検出信号の関係を示す標準的な基礎特性曲線データとして予め記憶した流量変換テーブルと、予め設定された複数の流量計測点においてそれぞれ求められる流量センサの検出信号と前記基礎特性曲線データとの誤差を前記流量センサの個体差を示す調整関数として記憶した調整関数テーブルとを備え、上記調整関数テーブルを参照して前記流量センサから出力される検出信号を補正した後、前記流量変換テーブルを参照して上記補正した検出信号を流量値に変換する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の流路を通流する流体の流量を検出する流量センサと、
前記流量センサの流量に対する検出信号の関係を示す標準的な流量検出特性を予め基礎特性曲線データとして記憶した流量変換テーブルと、
予め設定された複数の流量計測点においてそれぞれ求められる前記流量センサの検出信号と前記基礎特性曲線データとの対応関係を前記流量センサの個体差を示す調整関数として記憶した調整関数テーブルと、
この調整関数テーブルを参照して前記流量センサから出力される検出信号を補正した後、前記流量変換テーブルを参照して上記補正した検出信号を流量値に変換する流量演算部と
を具備したことを特徴とする流量計。
【請求項２】
前記基礎特性曲線データは、予め校正された流量センサの流量に対する検出信号の関係に従って、該流量センサの仕様に応じて定まる多次元の曲線データとして固定的に求められるものである請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
前記調整関数は、複数の流量計測点においてそれぞれ求められる前記流量センサの検出信号を直線補間することで、折れ線近似した特性曲線として求められるものである請求項１に記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量を検出する流量センサの個体差に起因する計測誤差を補正して高精度な流量計測を実現することのできる流量計に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
ガスメータ等の積算流量計は、例えば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）の瞬時流量を求め、この瞬時流量を積算することで、例えば１ヶ月毎の流体通流量（ガス使用量）を求めるものである。このような積算流量計（ガスメータ）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】
そこで最近では、専ら、計測精度の高い熱式流量センサが用いられている。この熱式流量センサは、基本的には図４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質量流速（質量流量）を検出する如く構成される。
【０００４】
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（流体の温度）の計測に用いられる。そしてこの熱式流量センサは、上記温度センサＲｒによって検出される流体の温度よりも前記ヒータ素子Ｒｈの発熱温度が一定温度だけ高くなるように駆動され、このときの前記温度センサＲｕ，Ｒｄの抵抗値変化をセンサ出力（計測値）として求めるものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで計測精度の優れた流量センサであるといえども、個々の流量センサ毎にその流量検出特性が若干異なることが否めない。従ってより精度の高い流量計測を実現するには、このような流量センサ毎の流量検出特性の異なり（個体差）を補正（調整）することが必要である。しかし流量センサの流量に対する検出信号の関係として示される流量検出特性は、図５に例示するように非線形であり、一般的には高次の多項式で示される。
【０００６】
この為、流量センサの検出特性を補正（調整）するには、例えばその計測流量域の全域に亘る数多くの標準的な計測流量点においてそれぞれその出力を求める必要がある等、その補正（調整）作業が非常に困難である。しかも図５に示すように複数の計測流量点間において流量検出特性をそれぞれ直線近似した場合（折れ線近似特性）、実際の流量検出特性との間に大きな誤差が生じてしまうと言う問題がある。この点、その流量検出特性自体をコンピュータ等を用いて関数的に補正することが考えられるが、処理速度や計算量の点で多くの課題がある。
【０００７】
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、流体の流量を検出する流量センサの個体差に起因する計測誤差を、簡単な調整作業だけで簡易に補正することができ、高精度な流量計測を容易に実現することのできる流量計を提供することにある。
【０００８】
【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、所定の流路を通流する流体の流量を検出する流量センサを用い、この流量センサから出力される検出信号を流量演算部にて流量値に変換することで流量計測を行うものであって、
特に前記流量センサの流量に対する検出信号の関係を示す標準的な流量検出特性を予め基礎特性曲線データとして記憶した流量変換テーブルと、
予め設定された複数の流量計測点においてそれぞれ求められる前記流量センサの検出信号と前記基礎特性曲線データとの対応関係を前記流量センサの個体差に起因する調整関数として記憶した調整関数テーブルとを備え、
上記調整関数テーブルを参照して前記流量センサから出力される検出信号を補正した後、前記流量変換テーブルを参照して上記補正した検出信号を流量値に変換するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
即ち、本発明は流量計の調整時に複数の流量計測点において求められる実際の流量検出特性と、予め求められている標準的な流量検出特性を示す基礎特性曲線データとの対応関係を求める。そして流量センサの個体差を示す調整関数を前記複数の流量計測点間の直線近似して求め、この調整関数に従って前記流量センサの検出信号自体を補正することで、個体差に起因する計測誤差を簡易に補正するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
ちなみに前記基礎特性曲線データは、予め校正された流量センサの流量に対する検出信号を、例えば１００点程度の流量計測点においてそれぞれ求め、その関係に従って該流量センサの仕様に応じて定まる多次元の曲線データとして固定的に求めておけば良い。また流量センサの個体性を示す調整関数を求める上での前述した予め設定した複数の流量計測点については、例えば３０点程度であれば十分である。そして前記調整関数は、複数の流量計測点においてそれぞれ求められる前記流量センサの検出信号を直線補間することで、折れ線近似した特性曲線として求めるようにすれば良い。
【００１１】
【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、所定の流体通路を通流する流体（ガス）の流量を検出するセンサとして、図４に示したような素子構造を有する熱式流量センサを用いて構成される。そしてこの熱式流量センサ１にて検出された質量流量（流速）に相当する出力信号を、マイクロコンピュータ等からなる流量演算部２に取り込んで上記流体の瞬時流量Ｑを求めるものなっている。この流量演算部２において求められた瞬時流量Ｑは、例えば該瞬時流量Ｑを積算した積算流量ＴＱと共に出力部３を介して出力される。
【００１２】
基本的には上述した如く構成される流量計において、この実施形態が特徴とするところは、前記流量演算部２が備える記憶部４に、熱式流量センサ１の流量検出特性（流量に対する出力信号の関係）を示す標準的な基礎特性曲線データとして記憶した流量変換テーブル５と、流量センサ１の個体差に起因す補正データを調整関数として記憶した調整関数テーブル６とを備える点にある。そして流量演算部２においては、上記調整関数テーブル６を参照して前記流量センサ１から出力される検出信号を補正した後、前記流量変換テーブル５を参照して上記補正した検出信号を流量値Ｑに変換することで、前記熱式流量センサ１に固有な個体差を補正して、前記流体の流量Ｑを高精度に求めることを特徴としている。
【００１３】
尚、上記流量変換テーブル５に登録される基礎特性曲線データは、予め校正された流量センサ１の流量に対する検出信号を、例えば１００点程度の流量計測点においてそれぞれ求め、その対応関係に従って該流量センサ１の仕様に応じて定まる多次元の曲線データとして固定的に求められるもので、外部通信インターフェース７を介して与えられる。
【００１４】
また前記調整関数テーブル６に登録される調整関数は、後に詳述するように個々の流量計の調整時に設定されるもので、予め設定された複数の流量計測点において求められる流量センサ１の流量検出特性（流量センサ１における複数の流量計測点での出力信号）と、予め求められている流量センサ１の標準的な流量検出特性を示す前記基礎特性曲線データとの対応関係を示すものからなる。具体的には上記対応関係を示す誤差曲線を上記各流量計測点間においてそれぞれ直線近似（折れ線近似）したものとして前記調整関数が求められる。そしてこの調整関数は、各流量計毎にその流量センサ１に固有な検出特性補正データとして前記調整関数テーブル６に登録される。
【００１５】
そして前記流量演算部２は、上述した流量変換テーブル５および調整関数テーブル６を参照しながら、例えば図２に示す処理手順に従って演算処理を実行することで、流体の瞬時流量Ｑを算出している。具体的には流量センサ１は、例えばそのセンサ出力として流体の流速（流量）ｖに相当するパルス数Ｐのパルス信号として求めるように構成される。このセンサ出力（パルス信号）は、前述した図５に示したように流速（流量）ｖが高速である程大きくなり、そのパルス数Ｐが増大する。しかもこのセンサ出力（パルス信号）の変化特性は非線形であり、流量センサ１に固有な変化を示す。
【００１６】
このような流量センサ１に固有な流量検出特性（個体差）を補正して高精度な流量計測を行うべく前記流量演算部２は、先ず前記流量センサ１からのセンサ出力（パルス数Ｐｓｅｎｓ）を入力する［ステップＳ１］。次いで前記調整関数テーブル６に登録された流量センサ１に固有な調整関数Ｇ（Ｐ）を用いて上記パルス数Ｐｓｅｎｓを補正し、補正パルス数Ｐａｄｊを求めることで流量センサ１の個体差を吸収する［ステップＳ２］。具体的には上記調整関数Ｇ（Ｐ）が、流量センサ１に固有な流量検出特性と、その標準的な流量検出特性（基礎特性曲線データ）との対応関係を示すことから、調整関数Ｇ（Ｐ）に従って上記パルス数Ｐｓｅｎｓに相当する前記基礎特性曲線データ上での補正パルス数Ｐａｄｊを
Ｐａｄｊ　＝　Ｇ（Ｐ）
として求める。
【００１７】
しかる後、流量計測部２は、前記流量変換テーブル５に登録された基礎特性曲線データを示す関数Ｆ（Ｐ）に従って上記補正パルス数Ｐａｄｊに相当する瞬時流量Ｑを
Ｑ　＝　Ｆ（Ｐａｄｊ）
として計算し［ステップＳ３］、算出した瞬時流量値Ｑを出力するものとなっている［ステップＳ４］。
【００１８】
ここで前述した基礎特性曲線データ（関数Ｆ（Ｐ））と、流量センサ１の個体差を示す調整関数Ｇ（Ｐ）について今少し詳しく説明すると、流量センサ１の標準的な流量特性を示す基礎特性曲線データは、予め校正されて計量原器として用いられる流量計における流量センサの流量Ｑとそのセンサ出力（パルス数Ｐ）との対応関係として捉えることができ、図３において特性曲線Ａとして示すように非線形な曲線として示される。この基礎特性曲線Ａは、一般的に数次の多項式等として関数化することが非常に困難なものではあるが、例えば流量Ｑとそのセンサ出力（パルス数Ｐ）との対応関係を示すテーブルとして表現可能なものである。
【００１９】
一方、同一の素子構造を有する同じ仕様の複数の流量センサ１は、個々にその個体差に起因する異なった流量検出特性を有するといえども、その差は微妙であり、全体的には殆ど相似形をなす特性曲線を描いていると看做し得る。従って個々の流量センサ１の流量検出特性を計測し、前述した標準的な基礎特性曲線Ａとの誤差を求めれば、その誤差を示す特性曲線自体を個々の流量センサ１の個体差を示すものとして捉えることができる。
【００２０】
そこでこの流量計においてはその出荷調整時等において、予め設定された複数の流量計測点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，…Ｑｎにおいてそのセンサ出力（パルス数Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎ）をそれぞれ実測している。そしてこれらの流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，…Ｑｎとそのセンサ出力（パルス数Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎ）との対応関係として示される流量検出特性曲線と前述した標準的な基礎特性曲線Ａとの誤差を、該流量センサ１の個体差を示す調整関数Ｂとして求めている。特に上記各流量計測点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，…Ｑｎにおいてそれぞれ実測されたパルス数Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｎと、前述した標準的な基礎特性曲線Ａから求められる個体差が存在しない場合に求められるべきパルス数ｐ１，ｐ２，ｐ３，…ｐｎとの対応関係を、図３において特性Ｂとして示すように求めている。
【００２１】
具体的には上述したように複数の流量計測点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，…Ｑｎにおいてそれぞれ実測されるセンサ出力（パルス数Ｐ）だけが基礎特性曲線Ａに対応付けられる。そこで実際的には上記各流量計測点間のデータを直線補間することで、パルス数Ｐのずれ（誤差）を示す調整関数Ｇ（Ｐ）が折れ線近似した特性として求められる。
【００２２】
かくしてこのようにして求められた調整関数Ｇ（Ｐ）を調整関数テーブル６に登録し、また標準的な基礎特性曲線Ａを流量変換テーブル５に予め登録した流量計によれば、図３に示すように流量センサ１から求められたセンサ出力（パルス数Ｐｓｅｎｓ）を、上記調整関数テーブル６に登録された調整関数Ｇ（Ｐ）に従って補正すれば、個体差が存在しないときに本来的に得られるべきセンサ出力に相当する補正パルス数Ｐａｄｊを求めることができる。そしてこの補正パルス数Ｐａｄｊに従って前述した基礎特性曲線（関数Ｆ（Ｐ））から上記パルス数Ｐａｄｊに相当する流量Ｑを算出すれば、流量センサ１の個体差に依存することなくその瞬時流量Ｑを高精度に求めることが可能となる。
【００２３】
特にこの場合、基礎特性曲線（関数Ｆ（Ｐ））を近似することなく、その特性曲線そのものから流量Ｑを求めることになるので、その計測レンジの全域に亘って計測精度を十分に高いものとすることができる。しかも流量センサ１の個体差を示す調整関数については、そもそも同一素子構造の流量センサ間の流量検出特性が互いに相似形であると看做し得るので、前述した如く複数の流量計測点間のデータを直線補間して折れ線近似しても、その近似誤差が殆ど生じることがない。従って流量センサ１の個体差を効果的に、しかも精度良く補正することができ、その計測精度を容易に高めることが可能である。
【００２４】
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１に固有な調整関数を求めるに際しての流量計測点については３０点程度設定すれば十分であり、校正精度によっては更に少なくすることも可能である。また流量センサ１の経時的な特性劣化を見込んで、前記調整関数を定期的に更新することも勿論可能である。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。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば流量センサの個体差に起因する流量検出特性のずれが微小であり、互いに相似形をなす特性曲線を有することに着目し、標準的な基礎特性曲線からの誤差を示す調整関数を用いてセンサ出力を補正した上で、上記基礎特性曲線から流量を算出するので、流量センサの個体差を補正した高精度な流量計測を簡易に行い得る等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る流量計の要部概略構成図。
【図２】図１に示す流量計における流量検出の手順を示す図。
【図３】図１に示す流量計における流量センサの個体差の補正作用を説明する為の図。
【図４】熱式流量センサの概略的な素子構造を示す図。
【図５】従来における流量センサの一般的な個体差の補正作用とその問題点を説明する為の図。
【符号の説明】
１　流量センサ
２　流量演算部
３　出力部
４　記憶部
５　流量変換テーブル（基礎特性曲線データ；Ｆ（Ｐ））
６　調整関数テーブル（調整関数；Ｇ（Ｐ））
７　外部機器インターフェース
【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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