流量计

申请号 CN200780002751.5 申请日 2007-01-22 公开(公告)号 CN101371108A 公开(公告)日 2009-02-18
申请人 株式会社山武; 发明人 村冈学; 木村纯三; 福浦宣幸; 岛田胜介; 藤田俊宣; 濑户实; 神崎基雄; 松下雅彦; 石谷聪;
摘要 本 发明 的流量计包括:可测量 流体 的正向流动和反向流动的瞬时流量的流量 传感器 ;使所测定的瞬时流量平滑化的平滑化手段;将所述平滑化流量累加并输出的累加计数器;监测所述平滑化流量来判定有无所述流体晃动的判定手段;该判定手段进行晃动判定期间和判定为晃动流动时替代所述累加计数器来累加所述平滑化流量的辅助计数器;以及所述判定手段判定为正常流动时,将上述辅助计数器的累加流量与所述累加计数器相加并使该累加计数器对所述平滑化流量的累加重新开始的控制手段。
权利要求

1.一种流量计,其特征在于,包括:
设置在流体流路中、可测量上述流体的正向流动和反向流动的瞬时流量的流量传感器
使该流量传感器所测定的瞬时流量平滑化的平滑化手段;
将该平滑化手段所求得的平滑化流量累加并输出的累加计数器;
监测所述平滑化流量来判定有无所述流体晃动的判定手段;
该判定手段进行晃动判定期间以及判定为晃动流动时替代所述累加计数器来累加所述平 滑化流量的辅助计数器;以及
所述判定手段判定为正常流动时,将上述辅助计数器的累加流量与所述累加计数器相加 并使该累加计数器对所述平滑化流量的累加重新开始的控制手段。
2.如权利要求1所述的流量计,其特征在于,所述判定手段在根据所述平滑化流量检测 出反向流动时判定为有晃动,而在所述平滑化流量表明在预定的期间内为正向流动时则判定 为正常流动。
3.如权利要求1所述的流量计,其特征在于,所述判定手段在根据所述平滑化流量检测 出反向流动时判定为有晃动,而在正向流动的所述平滑化流量超过预先设定的阈值时则直接 判定为正常流动。
4.如权利要求1所述的流量计,其特征在于,所述辅助计数器每当从所述平滑化流量检 测出反向流动均使其累加值复位。
5.如权利要求1所述的流量计,其特征在于,所述辅助计数器为可逆计数器。
6.如权利要求1所述的流量计,其特征在于,所述流量传感器为热式流量传感器,该热 式流量传感器包括夹着加热元件、设置在流体的流经方向上的一对感热电阻元件,根据这些 感热电阻元件分别检测出的温度差求得流体的质量流量和其流经方向。

说明书全文

技术领域

发明涉及防止因流体在流经方向上晃动所引起的测量流量误累加的流量计。

背景技术

设置于流体(气体)供给路并对上述流体的供给量进行测量的流量计,构成为专用流 量传感器对瞬时流量进行测量,并累加该测量流量。而且,通过流量计测量的累加流量可用 作流体供给量、所谓流体(气体)使用收费的计费用信息。因此,对于流量计来说正确测量 流体供给量极其重要。
不过,实际的流量计设置现场,尽管没有使用流体(气体),但往往产生例如流体(气体) 与正常流动同样朝一方向流过之后、朝相反方向缓慢回推这种流体晃动。这种流体晃动的发 生是由于流量计前后的压平衡随另一系统的流体(气体)使用状况而破坏,或者因为排管 内温度分布的偏移等。但流量计只是构成为专门对流量传感器所测定的瞬时流量进行累加, 因而存在重复累加随晃动所测定的流量这种问题。
因此,以往采取例如在流量计的前后组装止回等对策。但存在其构成复杂、而且制造 成本高这种问题。而且,也提倡禁止对发生流体晃动的低流量区域的测量流量进行累加。但 相反由于在没有晃动、其流量微小的情况下不进行流量测量,因而反倒存在测量误差增大这 种问题。
对此提倡根据流体的流经方向在规定时间内加上或者减去流量传感器所测定的瞬时流 量,仅当该加上值超过预先设定的阈值时才将上述加上值与总累加流量相加,而当减去值超 过预先设定的阈值时则使该减去值复位(参照例如专利文献1)。
专利文献1:日本特开2002-81978号公报
但上述公报所示的处理方法中,为了使在规定时间内正反方向流动的微小流量变化相抵 消,流量传感器所测定的瞬时流量的累加值在超过预先设定的阈值之前不与总累加流量相加, 以便因而存在累加流量的最小计量单位(累加单位)由上述阈值规定的问题。而且,如上述 流体晃动那样,在正反方向的流量变动大、而且其变动周期长的情况下,需要在一定程度上 提高设定上述阈值,其最小计量单位越来越大。而且,需要在将晃动周期估计在内的较长周 期内使正反方向的流量变动抵消,因而存在流量的累加周期长这种问题。

发明内容

本发明正是解决上述问题,其目的在于提供一种可以不受因流量计前后压力平衡破坏、 或排管内温度分布偏移等所发生的流体晃动的影响,简易地进行高精度的流量测量来求得其 累加流量的流量计。
要达到上述目的,本发明的流量计,其特征在于,包括:
设置在流体流路中、可测量上述流体的正向流动和反向流动的瞬时流量的流量传感 器;
使该流量传感器所测定的瞬时流量平滑化的平滑化手段;
将该平滑化手段所求得的平滑化流量累加并输出的累加计数器;
监测所述平滑化流量来判定有无所述流体晃动的判定手段;
在该判定手段进行晃动判定期间以及判定为晃动流动时替代所述累加计数器来累加 所述平滑化流量的辅助计数器;以及
所述判定手段判定为正常流动时,将上述辅助计数器的累加流量与所述累加计数器 相加并使该累加计数器对所述平滑化流量的累加重新开始的控制手段。
理想的是,可以使所述判定手段在根据所述平滑化流量检测出反向流动时判定为有晃动, 而在所述平滑化流量表明在预定的期间内为正向流动时、换言之在规定期间内未检测出反向 流动时则将其状态判定为正常流动。此外,较好是在正向流动的所述平滑化流量超过预先设 定的阈值时直接判定为正常流动。
另外,所述辅助计数器可以设为每当从所述平滑化流量检测出反向流动均使其累加值复 位。而且,作为所述流量传感器来说,例如可以采用这样的热式流量传感器,即包括夹着加 热元件、设置在流体的流经方向上的一对感热
电阻元件,根据这些感热电阻元件分别检测出 的温度差求得流体的质量流量和其流经方向的热式流量传感器。这种情况下,作为流量传感 器的功能来说,能够检测出流体反向流动即可,并不一定要包括能够高精度获得反向流动的 质量流量这种功能(性能)。
利用如上所述构成的流量计,根据已将流量传感器所测定的瞬时流量平滑化的平滑化流 量检测出反向流动时,将其判定为流体晃动。而检测出晃动之前的期间则判定流体为正向流 动的正常流动,并通过累加计数器累加所述流量传感器所测定的瞬时流量的平滑化流量,因 而能够以流量传感器的流量检测精度高精度地求得该累加流量。
而且,检测出流体晃动时,利用辅助计数器替代累加计数器累加上述平滑流量。而确认 恢复为正常流动时将上述辅助计数器累加的流量与所述累加计数器相加,因而避免将随流体 晃动重复检测出的正向流动的流量多重累加。具体来说,每当检测出反向流动,便例如使上 述辅助计数器复位,并且只累加正向流动的流量,结果是其正向流动的分量仅累加1次。因 而,可通过将该辅助计数器的累加值与累加计数器相加,来正确加上流体晃动期间所流过的 正向流量从而求得其累加流量。
具体来说,在进行晃动检测期间在规定时间内未检测出反向流动时、还有正向流量急剧 变多这种情况下,将其判定为正常流动并立即重新开始所述累加计数器对平滑化流量的累加 处理,因而避免其原本的流量测量功能受损。因此,即便是发生正反流量变动的周期长、其 变化缓慢、变动量大的晃动的情况下,也可取得尽管其晃动但能够进行高精度的流量测量等 实用方面巨大的效果。
具体来说,利用本发明流量计,在根据流体的反向流动检测晃动时,用累加计数器累加 伴随晃动的正向流动流量,并在该晃动期间检测出反向流动时使其累加值复位,结果是即便 重复晃动,上述辅助计数器求得的也只是最新的正向流动流量的累加值。而且,晃动平息成 为正常流动时将上述辅助计数器的累加值与累加计数器相加,因而可求得加上该晃动期间的 正向流动流量的、始终为正值的累加流量。
附图说明
图1为其中一部分以剖面图形式示出的本发明一实施方式的流量计概要构成的主视图。
图2为以剖面图形式示出图1所示流量计的一部分的侧视图。
图3为示出流量计中组装的流量传感器的概要构成的立体图。
图4为示出流量计中组装的流量传感器的概要构成的剖面图。
图5图示的为高速流量传感器和低速流量传感器的动作特性和其测量流量区域的切换控 制例。
图6图示的为本发明一实施方式的流量计所包括的流量累加功能的概要构成。
图7图示的为晃动时流量传感器所检测的包含脉动流在内的流量变化和其平滑化流量两 者间的关系。
图8图示的为图6所示的流量计的一例流量累加处理步骤。
图9图示的为图6所示流量计的动作、辅助计数器和累加计数器针对流量变化的累加动 作状态。

具体实施方式

下面以所谓的气表为例参照附图说明本发明一实施方式的流量计。
图1和图2示出的是该实施方式流量计(煤气表)的概要构成,图1为其中一部分以剖 面图形式示出的主视图,图2为其中一部分以剖面图形式示出的侧视图。该流量计以流路单 元15为主体构成,所述流路单元15在与流体(气体)的排管(未图示)结合的一对凸缘连 接管11、12之间连接其壁面装着多个热式流量传感器13的流路管14,形成上述流体(气体) 流经路。在该流路单元15中安装有罩盖体16,该罩盖体16覆盖上述流路管14,该罩盖体 16上安装有盒形的流量计本体17。
该盒形的流量计本体17内置的是以例如微型计算机为主体构成的、用上述多个热式流量 传感器13求得流经所述流路单元15的流体(气体)的流量、甚至其累加流量的电子电路单 元(未图示)。而且,在该流量计本体17的前面还设置有显示上述电子电路求得的累加流量 值等的显示器17a、显示切换开关17b等。此外,在流量计本体17的侧部还设置有为其驱动 源的电池单元17c、以及连接信号线的端子盒17d。
另外,所述流路单元15(凸缘连接管11)在流体入口部位置设置有防止垃圾进入的过滤 器18。而且,夹于一对凸缘连接管11、12之间并形成一体的所述流路管14在其管路中央所 组装的所述热式流量传感器13的上游侧位置设置有多片整流用金属网19和蜂窝结构体20, 而在所述热式流量传感器13的下游侧位置设置有保护用金属网21。在所述流路管14中还设 置有检测流经流路单元15的流体的压力的压力传感器22以及检测该流体温度的热敏电阻23。
而多个热式流量传感器13例如如图3所示立体图、图4所示剖面结构那样,包括形成在 薄壁膜片13b上的铂(Pt)等所形成的发热元件(加热器)13h、以及以该发热元件13h为中 间在流体流经方向上并排设置的一对温感电阻元件(温度传感器)13u、13d,所述薄壁膜片 13b形成在基体(片)13a上。上述薄壁膜片13b在形成于基体(硅片)13a上的凹状穴部 13c的上侧面在流体流经方向F的正交方向上架桥设置。该薄壁膜片13b承担将上述发热元 件(加热器)13h以及一对温感电阻元件(温度传感器)13u、13d定位于流体(气体)流动 中的作用。
具有这种元件结构的热式流量传感器13,根据作为上述一对温感电阻元件(温度传感器) 13u、13d的电阻值变化而分别测定的温度之差求得上述流体的流速(流量)。具体来说,上 述热式流量传感器13,利用随发热元件(加热器)13h发热其周围温度分布随沿传感器面流 过的流体(气体)而变化,与上游侧温度相比较下游侧温度较高这一情况以及利用其温度分 布因流体的流速(流量)而变化这一情况,根据上述一对温感电阻元件(温度传感器)13u、 13d所测定的温度差求得上述流体的流速(流量)。另外,根据上述元件结构的流量传感器13 的输出,在例如与温感电阻元件(温度传感器)13u所检测出的温度相比温感电阻元件(温 度传感器)13d所检测出的温度较高的情况下,可以判定流体流动为正向流动。相反温感电 阻元件13u所检测出的温度较高的情况下则可判定流体反向流动。
作为该流量计中的热式流量传感器13,包括高速流区域测量用的2个流量传感器(高速 流量传感器)13HA、13HB,以及低速流区域测量用的2个流量传感器(低速流量传感器)13LA、 13LB。上述流量传感器13HA、13HB、13LA、13LB使其测量流量区域相同的流量传感器彼此相 对,如图2所示对配置于流路管14的壁面。
因而,高速流量传感器13HA、13HB与低速流量传感器13LA、13LB相比,使所述发热元 件(加热器)13h发热量较多,并稍许牺牲低速流量区域的测量精度,来使其测量流量区域 扩大至高速流量区域。与此相反,低速流量传感器13LA、13LB与高速流量传感器13HA、13HB 相比较,使低速流量区域的检测灵敏度较高。而且、上述2种流量传感器13HA、13HB、13LA、 13LB如例如图5所示以预先设定的2个流量阈值QH、QL为切换点,并根据流体的流量以滞 后方式切换控制以用于流量测量。
基本上来说,如上所述构成的流量计中,本发明其特征在于,基本上如图6所示包括根 据流量传感器13的输出测量其瞬时流量的瞬时流量测量部31以及使所测定的瞬时流量平滑 化的瞬时流量平滑化部32。该瞬时流量平滑化部32进行将图7所示这种计量周期引起的短 周期脉动、流体阀全部闭合时反作用所引起的反向流动等这种外部干扰分量去除,仅将其长 期的变动分量作为晃动分量提取的处理。该平滑化处理通过对瞬时流量求移动平均来进行, 该瞬时流量由例如所述瞬时流量测量部31在每一规定的测量周期求出。
晃动判定部33通过根据如上所述求出的平滑化流量检测其反向流动分量来检测晃动的 发生。而且,该晃动判定部33通过监测在晃动检测后在预先设定的期间内正向流动是否继续、 进一步监测是否检测出预先设定的阈值以上的正向流动的流量,来检测向正常流动的恢复。 具体来说,晃动判定部33在通过流量传感器13判定流体流动为正常流动的期间进行控制, 将前面所述的平滑化流量按原样输出给累加计数部34,并由该累加计数部34求得平滑化流 量的累加值(累加流量)。
而晃动判定部33检测出晃动时,控制为停止将所述平滑化流量输出给累加计数部34, 并且用辅助计数器35累加上述平滑化流量。具体来说,每当晃动判定部33检测到反向流动, 则使辅助计数器35复位(清零)。而且,晃动判定部33在如前面所述检测出向正常流动的恢 复时,将辅助计数器35所累加的流量相加到所述累加计数器34后重新开始累加计数器34对 前面所述平滑化流量的累加处理。
现稍稍具体地说明该晃动判定部33的晃动判定处理和晃动期间采用辅助计数器25的流 量检测处理。该流量计按照例如图8所示的概要处理步骤执行流量测量处理。具体来说,瞬 时流量测量部31根据流量传感器13的输出检测出瞬时流量Qx的话[步骤S1],瞬时流量平 滑化部32对上述瞬时流量Qx进行平滑化处理,并去除短期的变动分量,来求得流量的较长 周期的变动分量[步骤S2]。这样,晃动判定部33先通过判定经过平滑化的流量Qx是否为零 (0)或正值,来判定是否有反向流动发生[步骤S3]。而没有反向流动发生的情况下,晃动 判定部33判定表明流体流动为正常流动的正常流动标志F是否为ON[步骤S4],在确认为正 常流动的基础上通过前面所述的累加计数器34使上述流量Qx累加[步骤S5]。
与此相反,停止流体(气体)的供给,如图9中作为时间t1所示的那样经过平滑化的流 量Qx为负值的情况下,表明流体(气体)反向流动,因而晃动判定部33判定其发生晃动[步 骤S4]。这种情况下,晃动判定部33将用于监测晃动时正向流动的持续时间的计时器t清零 (0)[步骤S6],并且将前面所述的辅助计数器35清零(0)[步骤S7]。晃动判定部33还使 所述标志F为OFF[步骤S8],以准备下一测量时刻的瞬时流量的输入。而且,晃动判定部33 重复上述处理直到瞬时流量Qx为零(0)或正值为止。
此后,瞬时流量Qx为零(0)或正值,检测出正向流动的流量(正向流动)的情况下, 所述晃动判定部33判定前面所述的标志F是否为ON[步骤S4]。而标志F为OFF,如稍后说 明的那样未检测出向正常流动的恢复的情况下,所述晃动判定部33继续判定向正常流动的恢 复,其间仍判定为流体处于晃动状态中。而此时检测出的流量Qx通过所述辅助计数器35按 原样累加[步骤S9]。
然后,所述晃动判定部33判定前面所述的计时器t计时的时间是否超过预先设定的时间 ΔT、即流体(气体)在正方向上流动的持续时间是否超过上述设定时间ΔT[步骤S10]。而 流体(气体)在正方向上流动的持续时间不足设定时间ΔT的情况下,所述晃动判定部33判 定所述流量Qx是否超过预先设定的阈值TH而急剧增大[步骤S11]。利用上述2种判定,可 根据上述晃动状态判定向正常流动的恢复。
而流体的晃动状态持续的情况下,每当检测出正方向的微小流量Qx,辅助计数器35累 加上述微小流量Qx[步骤S9]。而且,在这种向正常流动的恢复的判定期间检测出反向流动的 情况下,所述晃动判定部33如图9所示将上述辅助计数器35的累加值复位(清零),同时计 数器t也清零[步骤S6、S7]。因而标志F也维持OFF的状态,只要该标志F维持OFF,便重 复执行上述处理。因此,正向流动持续期间的流量Qx由所述辅助计数器35累加。
不过,在上述正常流动的判定期间流体在正方向上流动的持续时间超过设定时间ΔT时 [步骤S10]、或者流量Qx超过预先设定的阈值TH的情况下[步骤S11],所述晃动判定部33 则判定为没有流体晃动,回复至正常流动。接着,所述晃动判定部33将所述标志F设定为 ON[步骤S12]。于是,这种情况下所述晃动判定部33先将所述辅助计数器35所累加的在正 方向上流动的流体流量Qx的累加值Mx与所述累加计数器34相加[步骤S13],由此正常流动 的判定期间(晃动期间)所流过的流量与该累加流量值相加。此后,所述晃动判定部33重新 开始所述累加计数器34对当前时刻所测定的流量Qx的累加[步骤S5],接着重复执行前面所 述的处理步骤。
如上所述,本发明的流量计具有这样的功能:用辅助计数器35累加晃动时的流量,并当 回复为正常流动时将上述辅助计数器35的累加流量与累加计数器34相加,并重新开始该累 加计数器34对流量Qx的累加。因而,利用该流量计,基本上仅在检测出晃动时用辅助计数 器35在该晃动期间测量在正方向上流动的流体流量,而为正常流动的情况下则按原样累加流 量传感器13所求得的流量(经过平滑化的流量)Qx。因此,能够以与流量传感器13的测量 精度相应的精度求得其累加流量。
而且,本发明的流量计,晃动时每当检测出反向流动,则将辅助计数器35清零,同时由 该辅助计数器35累加其持续的正向流动的流量。因而,即便是重复晃动的情况下,也始终能 够仅求得最新的正向流动的累加流量。具体来说,随流体的晃动有反向流动发生时,本发明 的流量计使此前累加的流量清零,因而能够可靠抵消该反向流动量,实质上仅测量在正方向 上流动的流体的流量。接下来将该辅助计数器35的累加流量与累加计数器35相加,因而能 够如图9所示将累加计数器35的流量累加中止期间所流过的流量可靠补足到其累加流量中。
而且,晃动判定部33在流体持续微小且在正方向上流动的情况下,将此判定为正常流动 并重新开始累加计数器34的流量累加。而且,上述晃动判定部33在正方向流量急剧变大这 种情况下,将其判定为随着流体(气体)的供给开始的正常流动的开始,并使所述累加计数 器34的流量累加重新开始。因而,可以迅速返回至所述累加计数器34通常的流量累加动作。 因此可无损于流量计原本具有的功能,避免关闭阀门时所产生晃动的影响。
另外,本发明不限于上述实施方式。举例来说,如前面所述包括2个高速用流量传感器 13HA、13HB以及2个低速用流量传感器13LA、13LB的情况下,也可将上述高速用流量传感 器13HA、13HB、低速用流量传感器13LA、13LB输出的平均值作为瞬时流量Qx来检测。这时, 上述各流量传感器13LA、13LB、13HA、13HB分别检测出的流量差较大的情况下,可以设法进 行适当的变差判定来将可靠性高的流量值用作瞬时流量Qx。
而且,也可控制为通过高速用流量传感器13HA、13HB进行流量测量的情况下判定为正常 流动,而仅在用低速用流量传感器13LA、13LB进行流量测量的情形进行上述晃动检测。而且, 也可由可逆计数器构成所述辅助计数器35,使晃动判定期间的正向流动流量递增计数,而使 反向流动流量递减计数。此外,将晃动判定期间上述辅助计数器35所测定的、从正向流动流 量当中减去反向流动流量的流量与累加计数器34相加的话,便可正确求得不受晃动影响的真 正累加流量。另外,本发明可以在不背离其实质的范围内进行种种变形来实施。
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