(57)【要約】【課題】  脈動流の平均流量を短時間で正確に計測することを目的とするものである。【解決手段】  流量検出器１９の値に基づいて流量を算出する流量演算手段１２と、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段１６と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段１７と、流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段１８とを備えて、脈動時に脈動計測学習手段１８に基づいて計測時間を変化させるもので、脈動時に適切な計測時間を選択して平均流量を短時間のうちに計測でき消費電力も低減できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の流量を検出する流量検出器と、前記流量検出器の値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段と、前記流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段とを備え、脈動時に前記脈動計測学習手段に基づいて計測時間を変化させるようにした流量計測装置。
【請求項２】
流体中に超音波を送信または受信する超音波送受信器と、前記超音波送受信器間の送受信を複数回行う繰り返し手段と、前記超音波送受信器間の音波の伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段の値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段と、前記流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段とを備え、脈動時に前記脈動計測学習手段に基づいて計測時間を変化させるようにした流量計測装置。
【請求項３】
脈動計測学習手段は、脈動時における計測時間の長さと流量変化度合の関係を計測ごとに記憶し、流量変化度合が最も小さくなる計測時間を優先して適用する請求項１または２記載の流量計測装置。
【請求項４】
脈動計測学習手段を適用しても流量変化度合が大きいとき、計測時間を変更する請求項１または２記載の流量計測装置。
【請求項５】
脈動が継続したとき脈動計測学習手段のデータを更新する請求項３記載の流量計測装置。
【請求項６】
流量の変化度合が所定値以下の状態が所定回数または所定時間継続したとき、あらかじめ設定された既定計測時間で計測し、そのときの流量変化度合によって計測時間を再設定する請求項１または２記載の流量計測装置。
【請求項７】
計測時間変更手段は、繰り返し回数の変更で行う請求項２記載の流量計測装置。
【請求項８】
計測流体の音速によって補正を加える請求項２記載の流量計測装置。
【請求項９】
超音波の送受信の繰り返し中に遅延時間を発生する送受遅延手段を設け、計測時間変更手段は、この遅延時間で変更する請求項２記載の流量計測装置。
【請求項１０】
計時手段は遅延時間を含んで計測する請求項９記載の流量計測装置。
【請求項１１】
計測時間変更手段は、繰り返し手段による計測を１セットとして所定時間間隔で分散して計測する分散計測手段の計測時間を変更する請求項２記載の流量計測装置。
【請求項１２】
計測時間変更手段は、計測セット間の時間間隔を変更して計測時間を設定する請求項１１記載の流量計測装置。
【請求項１３】
計測時間変更手段は、計測セット数を変更して計測時間を設定する請求項１１記載の流量計測装置。
【請求項１４】
脈動計測学習手段は、月日あるいは時間によって学習データを区別する請求項１または２記載の流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の流量計測装置を、図５および図６に基づいて説明する。図５において、流体管路１の途中に超音波を送信する送受信器２と３が流れ方向に配置されている。
【０００３】
４は送受信器２への送信手段、５は送受信器３で受信した信号の増幅手段で、この増幅された信号は基準信号と比較手段６で比較され、基準信号以上の信号が検出されたとき回数設定手段７で設定された回数だけ繰り返し手段８でからトリガ手段９で再度超音波信号を繰り返し発信する。
【０００４】
繰り返しの回数設定手段９で設定された回数が繰り返されたときの時間をタイマカウンタのような計時手段１０で求める。次に切換手段１１で送受信器２と送受信器３の送受信を切り換えて、送受信器３から送受信器２へ、すなわち下流から上流に向かって超音波信号を送信し、この送信を前述のように繰り返し、その時間を計時する。
【０００５】
そしてその時間差から流体の流速を求め、次いで管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段１２で流量値を求める。
【０００６】
この流量値が周期的に変動している場合には周期検出手段１３で変動周期を検出し、その周期の整数倍の測定時間を計測時間変更手段１４で設定し、この設定時間に相当する繰り返し回数を回数設定手段７に設定する。周期検出手段１３は極めて短い時間に連続して流量計測を行い、図６の波形Ａに示すように流量が増加方向にあって平均値を横切る点の時間間隔から算出するか、あるいは圧力検出手段１５で流体管路１の圧力変動を検出して算出することで波形Ａの周期Ｔ１を求め、その周期整数倍の時間の間計測を行い、平均流速を算出していた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１９７３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の計測装置では周期を検出するために特別の装置を必要とするばかりでなく、周期を正確に計測できないことがあった。
【０００８】
例えば図６の波形Ｂのような脈動波形では実問題点を有している。際の周期を正確に計測するこができず実際よりも短い周期Ｔ２と判定し、その周期Ｔ２の平均値を流量として算出するので、平均流量が誤って検出され、正確な流量を算出することができ問題点を有している。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、脈動時の流量を正確に計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、流量検出器の値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段と、流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段とを備え、脈動時に前記脈動計測学習手段に基づいて計測時間を変化させたもので、脈動時に学習によって適切な計測時間を選択して流量を計測する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の流量計測装置は、流量検出器の値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段と、流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段とを備えて、脈動時に脈動計測学習手段に基づいて計測時間を変化させたので、脈動時に適切な計測時間を選択して平均流量を短時間のうちに正確に計測できるばかりでなく消費電力も低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態は、流体中の流量を検出する流量検出器と、流量検出器の値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段と、流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段とを備え、脈動時に脈動計測学習手段に基づいて計測時間を変化させるもので、脈動時に適切な計測時間を選択して流量を計測するので短時間で正確な平均流量を得ることができる。
【００１３】
また、流体中に超音波を送信または受信する超音波送受信器と、超音波送受信器間の送受信を複数回行う繰り返し手段と、超音波送受信器間の音波の伝搬時間を計測する計時手段と、計時手段の値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、脈動時の流量の変化度合を演算する脈動流変化演算手段と、計測の開始から終了までの計測時間を変更する計測時間変更手段と、流量の変化度合と計測時間の関係を学習する脈動計測学習手段とを備え、脈動時に脈動計測学習手段に基づいて計測時間を変化させて脈動周期に適した計測時間を選定するので、短時間で平均流量を正確に計測できる。
【００１４】
脈動計測学習手段は、脈動時における計測時間の長さと流量変化度合の関係を計測ごとに記憶し、流量変化度合が最も小さくなる計測時間を優先して適用する。
【００１５】
脈動計測学習手段を適用しても流量変化度合が大きいとき、計測時間を変更するようにした。
【００１６】
脈動が継続したとき脈動計測学習手段のデータを更新するようにした。
【００１７】
流量の変化度合が所定値以下の状態が所定回数または所定時間継続したとき、あらかじめ設定された既定計測時間で計測し、そのときの流量変化度合によって計測時間を再設定するようにしている。
【００１８】
計測時間変更手段は、繰り返し回数の変更で行うようにした。
【００１９】
計測流体の超音速によって補正を加えるようにした。
【００２０】
超音波の送受信の繰り返し中に遅延時間を発生する送受遅延手段を設け、計測時間変更手段は、この遅延時間で変更するようにした。
【００２１】
計時手段は遅延時間を含んで計測するようにした。
【００２２】
計測時間変更手段は、繰り返し手段による計測を１セットとして所定時間間隔で分散して計測する分散計測手段の計測時間を変更するようにした。
【００２３】
測時間変更手段は、計測セット間の時間間隔を変更して計測時間を設定するようにしたものである。
【００２４】
計測時間変更手段は、計測セット数を変更して計測時間を設定するようにした。
【００２５】
脈動計測学習手段は、月日あるいは時間によって学習データを区別するようにした。
【実施例１】
【００２６】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１で、従来例と同一のものについては同一番号を付与する。
【００２８】
図１において、流路１の一部に超音波送受信器２と３を流れの方向に相対して設け、トリガ手段４で送信信号を送出し、上流側の送受信器１から流れと同一方向に超音波を発生する。
【００２９】
この超音波は流れの中を音速で伝搬し、送受信器２で検出されて電気信号に変換され、増幅手段５でその信号を増幅し、比較手段６で基準信号と比較し超音波信号が受信されたことを検出する。
【００３０】
この比較信号の変化は繰り返し手段７へ送られて、遅延手段８を介して再度トリガ手段４で送信する。この繰り返し回数は回数設定手段９で設定された回数で終了する。
【００３１】
計時手段１０は、最初のトリガ信号が送信されたときにタイマをリセットされ、繰り返しが終了したときまでの時間を計測する。この時間は超音波の伝搬時間と遅延手段８による遅延時間の合計された時間が計測される。
【００３２】
以上の構成要素で流量検出器１９を形成する。
【００３３】
上流から下流への超音波の送信を終了すると、切換手段１１により送受信の方向が切り換えられる、送受信器３から送受信器２に向けて、すなわち、下流から上流に向けて送信が行われ、前述と同様に繰り返して送信が行われその時間が計時される。上流から下流へこの時間と下流から上流への時間差から、流量演算手段１２で伝搬時間逆数差などの演算式によって流量が算出される。
【００３４】
この流量の変化の大きさを脈動変化演算手段１６で演算する。脈動変化演算手段１６では流量値の最大と最小の差あるいは標準偏差など変動の大きさが計算される。
【００３５】
１７は計測時間変更手段で、１回の計測の計測開始から終了までの時間を設定するものであり、図１では回数設定手段９や遅延調節手段１３を調節している。
【００３６】
１８は脈動計測学習手段であり、流量の計測時間と脈動流変化演算手段１６の関係を計測ごとに逐次記憶している。
【００３７】
次に動作について説明する。流量検出器１９で計測した時間差は流量演算手段１２で演算される。この流量計測は数秒間隔で行われるが、ガスメータのような電池駆動の計測器では実際の計測時間は消費電力を小さくするため数秒の１０分の１程度に短くしなければならない。
【００３８】
時間の一部分を計測して積算するので脈動がある場合には誤差を生じる。脈動で最も大きなものはガスエンジンの運転による周期的な脈動が継続する場合である。
【００３９】
図２の波形Ｂのような脈動が繰り返されるとき、破線の１つ１つの点が超音波による計測だとすれば、Ｔ１の時間を計測すれば平均値を正確に算出することができ、Ｔ２の時間を計測すれば実流量より流量は大きくなる。
【００４０】
しかしながら、脈動波形と計測のタイミングは定まっていないので同じような計測時間Ｔ２やＴ３で計測している場合、計測した流量はＴ２では大きくＴ３では小さくなる。この流量のばらつき度合は脈動流変化演算手段１６で演算することができる。
【００４１】
計測時間変更手段１７によって計測時間を変えてその時の流量変化度合を求めれば、計測時間Ｔ１で計測したときにはばらつきが小さく、計測時間Ｔ２で計測したときにはばらつきが大きくなる。
【００４２】
この計測時間と流量のばらつき度合を記憶させておけば脈動が発生したときに、最も平均流量が計測できると思われる計測時間（この場合Ｔ１）を選んで計測を行えばよい。
【００４３】
脈動発生源の周波数はある範囲にかぎられるので１度学習すればほぼ最適な計測時間で計測することができるが、新しい脈動発生源によって周波数が変わった場合には自動的に新たに学習を始めることになる。
【００４４】
図３に周波数が変わったときの例を示す。
【００４５】
波形Ｂに変わって波形Ｃのような低周波数の脈動が発生した場合には、計測時間Ｔ１では流量演算値のばらつきが大きくなり、計測時間を変更してばらつきの小さい計測時間を学習する。
【００４６】
その結果計測時間Ｔ４を求めることができる。波形Ｂと波形Ｃが交互に現れる場合には２つの計測時間Ｔ１とＴ４とを優先して適用し、ばらつき度合を見て計測時間を決める。
【００４７】
計測時間を学習する際に、突発的に発生した脈動の影響を受けないようにすることができる。例えば瞬間式の給湯機では湯温を調節するためにガス量を変えることがあるが、このようなガス量の変動を脈動の学習データとして記憶させないために、流量値の変動が所定時間継続したときのみ脈動と判定して、学習を適用する。
【００４８】
図３の波形Ｃの脈動を計測時間Ｔ４で計測しているとき、脈動の発生が停止した場合には流量演算値のばらつきが極めて小さくなるので脈動がなくなったことを判別できるので、計測時間を短くして消費電力を低減させて計測しても正確な流量を計測できる。
【００４９】
しかしながら場合によっては判別ができずに長い計測時間Ｔ４で計測を継続することがある。このような場合には計測時間Ｔ４で計測中に流量演算値のばらつきがある程度小さい期間が継続したら、計測時間を短くして以前の流量値と比較して差がなければ脈動がないと判断できる。
【００５０】
計測時間の変更は図１の繰り返し手段７の回数設定手段９によって計測の繰り返し回数を変更することで行うことができる。音波の伝搬時間と遅延手段８の遅延時間が既知であり、１回あたりの繰り返し時間が算出できる。
【００５１】
音波の伝搬時間は流体の種類や温度によって変化するので補正を加えか、あるいは繰り返し１回あたりの時間を実測して算出が可能である。
【００５２】
また計測時間の変更は図１の遅延調節手段１３で遅延時間を調節することで計測回数を増加させることなく可能である。
【００５３】
計測時間が長くするために遅延時間を長くすると遅延時間の精度の悪化（高分解能の遅延時間発生は消費電力が増大）によって流量値が影響を受け、繰り返し回数を多くすると消費電力が増加する。
【００５４】
このような場合には、図４に示すように、上流から下流への送信を白丸、下流から上流の送信黒丸とし、小さい繰り返し回数（図では２回）の計測を１計測セットとして所定時間間隔で分散して計測すると繰り返し回数の合計は大きくならずに、長い計測時間が得られる。
【００５５】
なお、この場合の計時手段１０は上流から下流への送信用の計時手段と下流から上流への送信用の計時手段の２つを設け、切換手段１１と同期してマイクロコンピュータを介さずに行うことができる。このように分散して計測する場合には計測セットの回数を変更して計測時間を変更することができる。
【００５６】
脈動の発生源は夜と昼などの時間帯によって異なったり、あるいは季節によって異なることが考えられる。
【００５７】
この場合脈動計測学習手段１８は、時間帯別の学習あるいは季節別の学習を行わせ、時間帯別や季節別の学習データに基づいて計測時間を決めることができる。このように圧力センサを用いずに最適な計測時間を判定できるもで、部品点数の低減と低コスト化が可能である。
【００５８】
前記実施例では流量計測の方法について記載したが、その演算の途中結果である流速値で脈動を判断したり、あるいは最終出力値として流速を算出することも可能である。またこれらの技術をガスメータなどの計量器に応用することができる。
【００５９】
また流量検出手段は、音波式以外に熱式や渦式にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる流量計測装置によれば、脈動時に適切な計測時間を選択して平均流量を短時間のうちに正確に計測できるもので、ガスなどの気体流体から水などの液体流体まで広範囲に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図２】同装置での流量計測の状態を示した脈動時の流量波形図
【図３】同装置での流量計測の状態を示した脈動時の流量波形図
【図４】同装置での流量計測の状態を示した脈動時の流量波形図
【図５】従来の流量計測装置の制御ブロック図
【図６】同装置での流量計測の状態を示した脈動時の流量波形図
【符号の説明】
【００６２】
２、３  超音波送受信器
８  遅延手段
９  回数設定手段
１０  計時手段
１２  流量演算手段
１３  遅延調節手段
１６  脈動流変化演算手段
１７  計測時間変更手段
１８  脈動計測学習手段
１９  流量検出器
【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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