JP2004093161A - 流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の流量センサを備えた流量計において、整流素子や流量センサ自体へのダストの付着に起因する流量計測精度の劣化を防止した簡易な構成の流量計を提供する。
【解決手段】複数の流量センサにてそれぞれ計測された流量値を互いに比較して、各流量値に所定の閾値以上の差があるか否かを判定する比較手段を備える。そして流量演算手段においては、上記比較手段により各流量値に所定の閾値以上の差があると判定されたときには、レベルの低い流量値を排除し、レベルの高い流量値だけを用いて最終的な流量を求める。また上記所定の閾値以上の差が認められないときには前記各流量値を平均化する等して最終的な流量を求める。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の流量センサによりそれぞれ計測された流量検出信号から所定の流体通路を通流する流体の流量を求める流量計に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
ガスメータ等の流量計は、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検出素子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、前記温度検出素子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検出素子であって、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、上記温度検出素子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検出素子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】
ところで上述した素子構造の熱式流量センサを用いた流量計は、一般的には流体通路をなす配管の周壁に、その周方向に沿って複数の流量センサを設け、これらの流量センサによりそれぞれ計測された流量検出信号（センサ出力）の平均値を求める等してその計測精度を高めている。またこれらの流量センサの上流側に金網等の整流素子を設け、複数の流量センサが設けられた計測領域における流体の流れがその全域に亘って均一になるように工夫している。
【０００６】
しかしながら配管内に進入したダストが上記整流素子（金網）や流量センサの表面に付着（堆積）することがあり、その汚れは流量計測の精度を劣化させる要因となっている。特に前記配管が水平に設けられているような場合には、配管内におけるダストの沈降作用により前記整流素子（金網）の下側部分や、配管の下側面に取り付けられた流量センサの表面にダストが付着し易くなる。すると整流素子（金網）に付着したダストによって前記計測領域の下側における流体の流れが悪くなったり、配管の下側に取り付けられた流量センサの流量検出感度がダストの付着によって低下する等の不具合が生じる。これにも拘わらず前述したように複数の流量センサによりそれぞれ計測された流量検出信号（センサ出力）の平均値を求めると、却ってその計測精度が劣化すると言う問題が生じる。
【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、ダストの付着に起因する流量計測精度の劣化を招くことのない簡易な構成の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、所定の流体通路に設けられた複数の流量センサを備え、これらの各流量センサによりそれぞれ計測された流量検出信号から前記流体通路を通流する流体の流量を求めるものであって、
特に前記各流量センサにてそれぞれ計測された流量検出信号のレベルを互いに比較して、前記各流量検出信号のレベルに所定の閾値以上の差があるか否かを判定する比較手段を備え、
流量演算手段においては、上記比較手段により前記各流量検出信号のレベルに所定の閾値以上の差があると判定されたときには、レベルの高い流量検出信号だけを用いて前記流体通路を通流する流体の流量を求め、一方、上記所定の閾値以上の差が認められないときには前記各流量検出信号のレベルに基づいて前記流体通路を通流する流体の流量を求めるようにしたことを特徴としている。
【０００９】
即ち、本発明は、複数の流量センサによりそれぞれ求められた流量検出信号のレベルに大きな差があるとき、レベルの小さい流量検出信号を得た流量センサ側の計測精度がダスト等の付着に起因して劣化していると看做し、計測精度の劣化のないレベルの大きい流量検出信号だけに基づいて流量を求めることで、その計測精度の低下を防ぐようにしたことを特徴としている。
【００１０】
好ましくは前記流量演算手段においては、レベルの高い流量検出信号だけを用いて前記流体通路を通流する流体の流量を求める際、流量計測に用いない流量センサが存在する旨のメッセージを出力する警告手段を備え、そのメインテナンスを促すことが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る流量計について説明する。
この熱式流量計は、概略的には図２に示すように、所定の流体通路をなす配管１０の周壁に該配管１０内を通流する流体（ガス）の流速（流量）を計測する為の複数（例えば４個）の熱式流量センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを設けて構成される。これらの４つの熱式流量センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、基本的には前述した図１に示す素子構造を有するものである。ちなみにこれらの熱式流量センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、例えば低流量域検出用の低速流量センサ１１ａ，１１ｂと、高流量域検出用の高速流量センサ１１ｃ，１１ｄとからなる。そしてこれらの流量センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、円筒状の配管１０の周方向に沿って９０°間隔で、その左上側、右上側、左下側、および右下側からなる対角方向の４箇所にそれぞれ対向して設けられる。
【００１２】
尚、低速流量センサ１１ａ，１１ｂおよび高速流量センサ１１ｃ，１１ｄは、前述したヒータ素子Ｒｈと一対の温度検出素子Ｒｕ，Ｒｄとの離間距離を異ならせることで、流速（流量）に対する計測レンジを異ならせたものからなる。そしてこれらの各流量センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、そのヒータ素子Ｒｈの駆動回路や一対の温度検出素子Ｒｕ，Ｒｄの抵抗値差（温度差）を検出するセンシング回路（ブリッジ回路）と共に所定の回路基板に搭載されて前記配管１０に組み込まれている。
【００１３】
これらの各流量センサ（回路基板）１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、前記配管１０の外周壁に取り付けられたセレクタ回路基板１４からの制御を受けて作動するものであって、またそのセンサ出力（検出信号）を上記セレクタ回路基板１４を介して出力するようになっている。このセレクタ回路基板１４は、後述する計測装置本体２０にケーブル１６を介して接続されるもので、前記各流量センサ（回路基板）１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのインターフェース部をなす。
【００１４】
またこの熱式流量計は、前記流体の温度を検出する為の温度センサ１２と、前記流体の圧力を検出する為の圧力センサ１３とを前記配管１０にそれぞれ設けている。特にサーミスタ等からなる温度センサ１２は、配管１０の略中央部に向けて突出して位置付けられ、配管１０を介する外気温の影響を受けることなく該配管１０内の流体（ガス）の温度を正確に検出するように設けられる。これらの温度センサ１２および前記圧力センサ１３も前述したインターフェース部としての前記セレクタ回路基板１４を介して計測装置本体２０に接続される。
【００１５】
さてＣＰＵを主体として構成される計測装置本体２０は、基本的には前記流量センサ（回路基板）１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄによりそれぞれ求められる検出信号（センサ出力）に従って、前記配管１０を通流する流体（ガス）の瞬時流量Ｑを算出する流量演算部２１を備える。この流量演算部２１は、基本的には前記各流量センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄにてそれぞれ求められた検出信号（センサ出力）を、その検出特性に応じて流量値に変換する流量変換機能を備える。更に流量演算部２１は、前記流体の流速に応じて前記低速流量センサ１１ａ，１１ｂにてそれぞれ計測された流量値の平均値を最終的な計測値として求めたり、或いは前記高速流量センサ１１ｃ，１１ｄにてそれぞれ計測された流量値の平均値を最終的な計測値として求める平均処理機能を備える。
【００１６】
またこの計測装置本体２０は、前記温度センサ１２により検出される流体（ガス）の温度に応じて、前記各検出信号（センサ出力）を温度補正する為の温度補正テーブル２２を備えると共に、前記圧力センサ１３により検出される流体（ガス）の圧力に応じて、前記各検出信号（センサ出力）を圧力補正する為の圧力補正テーブル２３を備えている。更に前記流体のガス種に応じて前記流量センサ１１の検出感度を調整するべく前記各検出信号（センサ出力）のレベルを補正するガス種補正テーブル２４を備える。
【００１７】
さてこの発明に係る流量計が特徴とするところは、前記計測装置本体２０が更に流量値比較手段２５を備え、この流量値比較手段２５の比較結果に応じて前記流量演算部２１における流量演算処理の形態を変えるようにした点にある。
即ち、流量値比較手段２５は、前記低速流量センサ１１ａ，１１ｂにてそれぞれ計測された流量値を、或いは前記高速流量センサ１１ｃ，１１ｄにてそれぞれ計測された流量値を互いに比較し、これらの流量値が予め設定された閾値以上の差があるか否かを判定する役割を担っている。上記閾値は、例えば流量計測精度が５％未満であるとして設定されている場合、計測された一方の流量値の１０％等として設定される。従って低速流量センサ１１ａ，１１ｂにてそれぞれ計測された流量値が、或いは前記高速流量センサ１１ｃ，１１ｄにてそれぞれ計測された流量値が、その計測値の１０％以上の違いを有するとき、前記閾値以上の差があるとして判定される。
【００１８】
前記流量演算部２１は、このような流量値比較手段２５による判定結果を受けてその流量演算処理の形態を変更するもので、前記流量値の差が閾値に満たないとき（流量値の差が小さいとき）には前述したように前記低速流量センサ１１ａ，１１ｂにてそれぞれ計測された流量値の平均値を最終的な計測値として求め、或いは前記高速流量センサ１１ｃ，１１ｄにてそれぞれ計測された流量値の平均値を最終的な計測値として求めている。
【００１９】
これに対して前記流量値の差が閾値を越える場合（流量値の差が大きいとき）には、前記流量演算部２１は、流量値の小さい側の流量センサ１１がダストの付着による影響を受けて、その検出感度が大幅に低下していると看做している。そしてこの場合には、レベルの大きい流量値だけに着目し、その流量値を最終的な流量値として求めるものとなっている。即ち、流量センサ１１や整流素子へのダストの付着により該流量センサ１１での流量検出能力が低下し、この結果、この流量センサ１１により計測された流量値は大きな計測誤差を含んでいるものとして最終的な流量の算出データから除去している。そして流量値の大きい流量センサ１１から求められた流量値だけに基づいて最終的な流量値を算出するものとなっている。この際、流量演算部２１は、流量値の小さいものを排除して最終的な流量値を求めた旨をメッセージ等として出力し、これによって整流素子（金網）の清掃・交換等のメインテナンスの必要性を促すものとなっている。
【００２０】
より具体的には前記流量演算部２１は、図３にその概略的な処理手順を示すように流量算出処理を実行する。即ち、先ず流量センサ１１からのセンサ出力を入力し［ステップＳ１］、次いで前記流体の種別（ガス種）に応じて前記流量センサ１１の検出感度を調整するべくガス種補正テーブル２４を参照して上記センサ出力を補正する［ステップＳ２］。更には前記流体の圧力に応じて前記圧力補正テーブル２３を参照して前記センサ出力を圧力補正すると共に［ステップＳ３］、前記流体の温度に応じて前記温度補正テーブル２２を参照して前記センサ出力を温度補正する［ステップＳ４］。即ち、前記流量センサ１１の検出特性の、流体の種別に依存する変化分、およびその圧力と温度に依存する変化をそれぞれ補正する。その後、前記流量センサ１１の基準検出特性に応じてその個体差を補正し［ステップＳ５］、これらの補正を施したセンサ出力に従って前記配管１０を通流した流体の流量（流速）を求める［ステップＳ６］。
【００２１】
尚、以上の補正処理と、補正したセンサ出力に基づく流量（流速）の算出処理は、前述した４つの流量センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ毎にそれぞれ行われる。ちなみにこれらの処理は並列的に行っても良く、或いは前述したセレクタ回路基板１４を介して前記各流量センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのセンサ出力を所定の周期で巡回的に入力する場合には、時分割的に実行することも勿論可能である。この場合、前記流体の流速に応じて低速流量センサ１１ａ，１１ｂだけを駆動しながら、或いは高速流量センサ１１ｃ，１１ｄだけを駆動しながら流量算出処理を実行するようにしても良い。
【００２２】
このようにして前記低速流量センサ１１ａ，１１ｂ、または高速流量センサ１１ｃ，１１ｄの各センサ出力からそれぞれ流体の流量（流速）が求められたならば、次に前記流量値比較手段２５を用いて各流量（流速）を相互に比較する［ステップＳ７］。そしてその流量値の差が前述した閾値よりも小さい場合には、その流量値の平均値を求める［ステップＳ８］。そしてこの流量値の平均値を最終的な流量値として出力する［ステップＳ９］。
【００２３】
これに対して上記流量値の差が前述した閾値よりも大きい場合には［ステップＳ７］、流量値の大きいものだけを選択する［ステップＳ１０］。そして選択した大きい値の流量値を最終的な流量値として出力する［ステップＳ１１］。そして前述したように流量値の小さいものを排除して最終的な流量値を求めた旨をメッセージ等として出力する［ステップＳ１２］。以降、上述した処理を繰り返し実行することで、前記配管１０を通流する流体の流量計測を継続して実行する。
【００２４】
かくして上述した如く構成された熱式流量計によれば、複数の流量センサを用いてそれぞれ計測される流量値を互いに比較している。そしてその流量値の差が大きい場合には、流量値の小さい側の流量センサにおける流量検出性能が整流素子（金網）や流速センサ自体へのダストの付着によって劣化していると看做し、流量値の大きいものだけを用いて最終的な流量を求めるものとなっている。従って計測精度の悪い流量センサ側から求められる流量値を、最終的な流量値の算出から除外することができるので、その計測精度を高く維持することができる。
【００２５】
換言すれば計測精度の高い流量値を、計測精度の悪い流量値と平均化することで、却ってその計測精度が損なわれるような不具合を効果的に回避することができる。そして複数の流量センサからそれぞれ求められた流量値の計測精度が高いものだけを用いて最終的な流量を算出するので、その計測精度を十分に高く維持することができる。
【００２６】
しかも特定の流量センサの計測精度の劣化を、各流量センサからそれぞれ求められた流量値を互いに比較し、その差が大きいときに、流量値の小さいものをダストの影響を受けて流量検出特性が劣化していると看做すので、その検出特性の劣化を容易に判定することができる。即ち、複数の流量センサの各センサ出力の比較だけにより、簡単に、しかも確実に検出性能が劣化したものを見出すことができるので、流量計としての性能を十分に高く維持することができる。
【００２７】
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。ここでは低流量域計測用、および高流量域計測用の流量センサとしてそれぞれ２個の流量センサを用いた例を示したが、３個以上の流量センサをそれぞれ用いる場合にも同様に適用することができる。この場合には流量値が小さくなったものを除き、流量値の大きいものだけを用いて、その平均値を最終的な流量値として求めるようにすれば良い。また実施形態においては、低速流量センサと高速流量センサとを使い分けたが、１種類の流量センサを複数個設けた流量計にも適用可能なことは言うまでもない。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。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の流量センサによりそれぞれ求められる流量値を互いに比較し、その差が大きいときには流量値の小さいものを除いて最終的な流量値を求めるので、簡易にして効果的にその流量検出精度を常に高く維持することができる。しかも複数の流量センサによりそれぞれ求められた流量値の差が大きい場合には、適宜、メッセージを出力するので、メインテナンスの容易化を図ることができ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】熱式流量センサの概略的な素子構造を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係る流量計の要部概略構成図。
【図３】流量演算部の概略的な流量演算処理の手順を示す図。
【符号の説明】
１０　配管（流体流路）
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ　熱式流量センサ
１２　温度センサ（流体温度検出用）
１３　圧力センサ
２１　流量演算部
２４　流量値比較手段

Claims (2)

1. 所定の流体通路に設けられた複数の流量センサを備え、これらの各流量センサによりそれぞれ計測された流量検出信号から前記流体通路を通流する流体の流量を求める流量計であって、
   前記各流量センサにてそれぞれ計測された流量検出信号のレベルを互いに比較して、前記各流量検出信号のレベルに所定の閾値以上の差があるか否かを判定する比較手段と、
   この比較手段により前記各流量検出信号のレベルに所定の閾値以上の差があると判定されたときには、レベルの高い流量検出信号だけを用いて前記流体通路を通流する流体の流量を求めると共に、上記所定の閾値以上の差が認められないときには前記各流量検出信号のレベルに基づいて前記流体通路を通流する流体の流量を求める流量演算手段と
   を具備したことを特徴とする流量計。
2. 前記流量演算手段は、レベルの高い流量検出信号だけを用いて前記流体通路を通流する流体の流量を求める際、流量計測に用いない流量センサが存在する旨のメッセージを出力する警告手段を備えてなる請求項１に記載の流量計。

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