特開 2023-89775 流量検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023089775

(43)【公開日】2023-06-28

(54)【発明の名称】流量検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20220101AFI20230621BHJP

   F16T 1/48 20060101ALI20230621BHJP

   G01F 1/00 20220101ALI20230621BHJP

【ＦＩ】

G01F1/66 Z

F16T1/48 D

F16T1/48 Z

G01F1/00 G

G01F1/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021204498

(22)【出願日】2021-12-16

(71)【出願人】

【識別番号】000133733

【氏名又は名称】株式会社テイエルブイ

(74)【代理人】

【識別番号】100121728

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 勝守

(74)【代理人】

【識別番号】100170896

【弁理士】

【氏名又は名称】寺薗 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100131200

【弁理士】

【氏名又は名称】河部 大輔

(72)【発明者】

【氏名】時岡 良宜

【テーマコード（参考）】

2F030

2F035

【Ｆターム（参考）】

2F030CA03

2F030CC12

2F030CE02

2F030CE04

2F030CF03

2F035DA08

(57)【要約】

【課題】ドレントラップにおける流量の検出精度を向上させる。
【解決手段】流量検出装置１０は、スチームトラップ２の振動を検出して振動信号を出力するプローブ１８と、基準信号を発信する発信部１５１と、プローブ１８から出力された振動信号を、発信部１５１から発信された基準信号に対して周波数変調する変調部１５２と、変調部１５２で周波数変調された振動信号において所定の周波数帯の成分を抽出するフィルタ部１５４と、予め用意されたスチームトラップ２の振動と蒸気漏洩流量との相関関係に基づいて、フィルタ部１５４で抽出された振動信号に応じた振動から蒸気漏洩流量を導出する導出部１６とを備える。発信部１５１は、基準信号の周波数を所定範囲で時間の経過に伴ってスイープさせる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ドレントラップの振動を検出して前記振動の振動信号を出力する検出部と、
基準信号を発信する発信部と、
前記検出部から出力された前記振動信号を、前記発信部から発信された前記基準信号に対して周波数変調する変調部と、
前記変調部で周波数変調された前記振動信号において所定の周波数帯の成分を抽出するフィルタ部と、
予め用意された前記ドレントラップの振動と流量との相関関係に基づいて、前記フィルタ部で抽出された前記振動信号に応じた振動から流量を導出する導出部とを備え、
前記発信部は、前記基準信号の周波数を所定範囲で時間の経過に伴ってスイープさせる
ことを特徴とする流量検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の流量検出装置において、
前記所定範囲は、前記検出部から出力される前記振動信号の周波数のバラツキ幅を含む範囲である
ことを特徴とする流量検出装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の流量検出装置において、
前記検出部は、検出した振動の前記振動信号における前記検出部の共振周波数乃至その近傍の成分を増幅して出力する
ことを特徴とする流量検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術は、流量検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ドレントラップなどのドレン流量を検出する装置が知られている。例えば特許文献１に開示されている検出装置は、弁の振動を検出する振動センサと、予め記憶されているドレン流量と振動との相関関係に基づいて、振動センサによる検出振動からドレン流量を求める導出部とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９－１９６７１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前述した特許文献１の装置では、振動センサによる検出振動値にはバラツキがあるため、ドレン流量の検出精度が低下する場合がある。

【0005】

本開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドレントラップにおける流量の検出精度を向上させることができる流量検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の技術は、検出部と、発信部と、変調部と、フィルタ部と、導出部とを備えている。前記検出部は、ドレントラップの振動を検出して前記振動の振動信号を出力する。前記発信部は、基準信号を発信する。前記変調部は、前記検出部から出力された前記振動信号を、前記発信部から発信された前記基準信号に対して周波数変調する。前記フィルタ部は、前記変調部で周波数変調された前記振動信号において所定の周波数帯の成分を抽出する。前記導出部は、予め用意された前記ドレントラップの振動と流量との相関関係に基づいて、前記フィルタ部で抽出された前記振動信号に応じた振動から流量を導出する。そして、前記発信部は、前記基準信号の周波数を所定範囲で時間の経過に伴ってスイープさせる。

【発明の効果】

【0007】

前記の流量検出装置によれば、ドレントラップにおける流量の検出精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、流量検出装置の構成を示す概略図である。

【図2】図２は、信号処理部の構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、流量検出装置による検出動作を示すフローチャートである。

【図4】図４は、変調部における動作を説明するための図である。

【図5】図５は、変調部による周波数変調後の振動信号を示す図である。

【図6】図６は、従来の変調部による周波数変調後の振動信号を示す図である。

【図7】図７は、フィルタ部における動作を説明するための図である。

【図8】図８は、フィルタ部による抽出後の振動信号を示す図である。

【図9】図９は、従来のフィルタ部による抽出後の振動信号を示す図である。

【図10】図１０は、ＡＤ変換部による変換後の振動レベルを測定毎にプロットした図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0010】

図１は、流量検出装置１０の構成を示す概略図である。本実施形態の流量検出装置１０は、例えば蒸気システム等に設けられるスチームトラップ２における蒸気漏洩流量、即ちスチームトラップ２から下流側へ漏洩している蒸気の漏洩流量を検出する。蒸気漏洩流量は、流量の一例である。スチームトラップ２は、ドレントラップの一例であり、例えばドレン配管１に設けられている。スチームトラップ２は、ドレン配管１からドレンが流入してきた場合はそのドレンを下流側へ流出させる一方、ドレン配管１から蒸気が流入してきた場合はその蒸気の流出を阻止する、いわゆる自動弁である。

【0011】

図１に示すように、流量検出装置１０は、装置本体１１およびプローブ１８を有している。

【0012】

プローブ１８は、スチームトラップ２の振動（例えば、振動レベル）を検出する検出部の一例である。プローブ１８は、例えばスチームトラップ２のケーシングに押し当てられることで、スチームトラップ２の振動を検出する。プローブ１８は、検出した振動の振動信号を出力する。例えば、プローブ１８は、圧電素子（図示省略）を有している。プローブ１８をスチームトラップ２のケーシングに押し当てると、スチームトラップ２の機械的振動が圧力変動として圧電素子に作用する。そうすると、圧電素子に電圧変動が生じ、この電圧変動に関する振動信号が出力される。

【0013】

プローブ１８は、ケーブル１８ａを介して装置本体１１と接続されている。プローブ１８は、スチームトラップ２に関する振動信号をケーブル１８ａを介して装置本体１１に出力する。より詳しくは、プローブ１８は、検出した振動の振動信号におけるプローブ１８の共振周波数乃至その近傍の成分を増幅して出力する。

【0014】

なお、装置本体１１とプローブ１８とは、一体に形成されていてもよい。また、装置本体１１とプローブ１８とは、Bluetooth（登録商標）等の無線通信規格によって無線で接続されていてもよい。

【0015】

装置本体１１は、プローブ１８から出力された振動信号に基づいて、スチームトラップ２における蒸気漏洩流量を導出する。具体的に、装置本体１１は、入力部１２と、記憶部１３と、表示部１４と、信号処理部１５と、導出部１６とを有している。

【0016】

入力部１２は、ユーザ（例えば、作業員）からの入力操作を受け付ける。入力部１２は、ユーザの入力操作に応じた入力信号を出力する。入力部１２は、例えば、入力キー、または後述する表示部１４に重ね合わされるタッチパネルである。

【0017】

記憶部１３は、各種プログラム及び各種データを記憶する、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体である。記憶部１３は、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭおよびＤＶＤ等の光ディスク、または半導体メモリによって形成されている。具体的に、記憶部１３は、スチームトラップ２の振動（振動レベル）と蒸気漏洩流量との相関関係（以下、相関データとも称する）を予め記憶している。より詳しくは、記憶部１３は、スチームトラップ２の型式ごとに相関データを記憶している。

【0018】

表示部１４は、例えば、導出部１６によって導出された蒸気漏洩流量を表示する。表示部１４は、蒸気漏洩流量に加え、信号処理部１５から導出部１６へ出力された振動レベルも表示してもよい。表示部１４は、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイである。

【0019】

信号処理部１５は、プローブ１８から装置本体１１に出力された振動信号に対して所定の処理を行う。信号処理部１５は、所定の処理を行った振動信号に応じた振動レベルを導出部１６に出力する。信号処理部１５の具体的な構成については後述する。

【0020】

導出部１６は、予め用意されたスチームトラップ２の振動と蒸気漏洩流量との相関関係に基づいて、後述するフィルタ部１５５で抽出された振動信号に応じた振動から蒸気漏洩流量を導出する。つまり、導出部１６は、記憶部１３から相関関係を読み出し、その相関関係に基づいて、信号処理部１５から出力された振動レベルから蒸気漏洩流量を導出する。導出部１６は、例えば、マイクロコンピュータまたはプロセッサと、各種半導体メモリとによって実現される。

【0021】

図２は、信号処理部１５の構成を示すブロック図である。信号処理部１５は、発信部１５１と、変調部１５２と、増幅部１５３と、フィルタ部１５４と、ＡＤ変換部１５５とを有している。

【0022】

発信部１５１は、基準信号を発信する。つまり、発信部１５１は、基準信号を変調部１５２に出力する。そして、発信部１５１は、基準信号の周波数を所定範囲（以下、所定の変動範囲とも称する）で時間の経過に伴ってスイープさせる。より詳しくは、発信部１５１は、所定の測定時間内に、基準信号の周波数を所定範囲で１回あるいは複数回往復させて変動させる。所定の測定時間とは、プローブ１８による１回当りの振動の測定時間（即ち、検出時間）である。つまり、プローブ１８は、所定の測定時間の間、スチームトラップ２に押し当てられ続ける。所定の測定時間は、例えば１５秒である。

【0023】

より詳しくは、所定の変動範囲は、プローブ１８から出力される振動信号の周波数のバラツキ幅を含む範囲である。バラツキ幅は、プローブ１８による検出毎（測定毎）の振動信号の周波数の誤差である。つまり、プローブ１８から出力される振動信号の何れの周波数も、所定の変動範囲内にある。

【0024】

変調部１５２は、プローブ１８から出力された振動信号を、発信部１５１から発信された基準信号に対して周波数変調する。変調部１５２は、周波数変調した振動信号を増幅部１５３へ出力する。増幅部１５３は、変調部１５２から出力された振動信号を増幅してフィルタ部１５４へ出力する。フィルタ部１５４は、変調部１５２で周波数変調された前記振動信号において所定の周波数帯の成分を抽出する。つまり、フィルタ部１５４は、増幅部１５３から出力された振動信号において所定の周波数帯の成分を抽出する。ＡＤ変換部１５５は、フィルタ部１５４で抽出された振動信号をＡＤ変換によって振動レベルに変換する。ＡＤ変換部１５５で変換された振動レベルは、導出部１６に入力される。

【0025】

次に、以上のように構成された流量検出装置１０による蒸気漏洩流量の検出動作について、図３を参照しながら説明する。図３は、流量検出装置１０による検出動作を示すフローチャートである。

【0026】

まず、ステップＳ１に先立って、ユーザは、検出対象となるスチームトラップ２の形式を入力部１２によって入力する。続いて、ユーザは、検出対象となるスチームトラップ２にプローブ１８を押し当てることで、スチームトラップ２の振動を検出する（ステップＳ１）。具体的には、所定の測定時間（例えば、１５秒）の間、プローブ１８がスチームトラップ２に押し当てられ続けることで、１回の振動の測定（検出）が行われる。

【0027】

続くステップＳ２では、プローブ１８が、検出した振動の振動信号を増幅する。具体的に、プローブ１８では、振動信号におけるプローブ１８の共振周波数乃至その近傍の成分が増幅される。そのため、振動信号が強調される。この例では、共振周波数は４２ＫＨｚとする。こうしてプローブ１８によって増幅された振動信号は、装置本体１１の変調部１５２へ出力される。

【0028】

図４は、変調部１５２における動作を説明するための図である。図５は、変調部１５２による周波数変調後の振動信号Ａ１～Ａ３を示す図である。図６は、従来の変調部による周波数変調後の振動信号Ａ１～Ａ３を示す図である。

【0029】

続くステップＳ３では、変調部１５２が、プローブ１８から出力された振動信号を周波数変調する。具体的に、変調部１５２では、プローブ１８から出力された振動信号が、発信部１５１から発信された基準信号に対して周波数変調される。ここでは、説明の便宜上、図４に示すように、互いにバラツキがある３つの振動信号Ａ１～Ａ３（即ち、３回測定した分の振動信号）をまとめて表記する。また、この例では、振動信号Ａ１～Ａ３は、変調部１５２によって可聴域の周波数である２ＫＨｚに変調される。つまり、変調部１５２は、超音波領域にあるスチームトラップ２の振動を可聴域に移す。発信部１５１から発信された基準信号Ｂの基準周波数は、この例では４０ＫＨｚに設定される。そして、基準信号Ｂの周波数は、所定の変動範囲Ｘで時間の経過に伴ってスイープする。さらに、この例では、変動範囲Ｘは、４０ＫＨｚ（即ち、基準周波数）～４５ＫＨｚとし、３つの振動信号Ａ１～Ａ３の周波数のバラツキ幅Ｙとフィルタ部１５４の通過帯域を考慮した範囲に設定されている。バラツキ幅Ｙは、共振周波数（４２ＫＨｚ）を含む範囲である。

【0030】

このように、変調部１５２では、基準信号Ｂの周波数が所定の変動範囲Ｘでスイープしながら、振動信号Ａ１～Ａ３が周波数変調される。そのため、図５に示すように、３つの振動信号Ａ１～Ａ３のそれぞれは、一定の周波数帯で振幅が実質平均化される。つまり、変動範囲Ｘに相当する周波数の範囲Ｒ内における一定の周波数帯で、それぞれの振幅が実質平均化される。しかも、変動範囲Ｘはバラツキ幅Ｙとフィルタ部１５４の通過帯域を考慮した範囲であるので、フィルタ部１５４の通過帯域の全体に対応して振幅が平均化される。

【0031】

仮に、従来のように、基準信号Ｂの周波数をスイープさせずに、即ち、基準信号Ｂの周波数を基準周波数に保持しながら、振動信号Ａ１～Ａ３を周波数変調した場合は、図６に示すように、３つの振動信号Ａ１～Ａ３の何れの振幅も平均化されない。

【0032】

変調部１５２で周波数変調された振動信号Ａ１～Ａ３は、増幅部１５３へ出力される。増幅部１５３では、変調部１５２から出力された振動信号Ａ１～Ａ３が増幅される（ステップＳ４）。これにより、振幅が実質平均化された振動信号Ａ１～Ａ３が強調される。増幅部１５３で増幅された振動信号Ａ１～Ａ３は、フィルタ部１５４へ出力される。

【0033】

図７は、フィルタ部１５４における動作を説明するための図である。図８は、フィルタ部１５４による抽出後の振動信号Ａ１～Ａ３を示す図である。図９は、従来のフィルタ部による抽出後の振動信号Ａ１～Ａ３を示す図である。

【0034】

続くステップＳ５では、フィルタ部１５４が、増幅部１５３から出力された振動信号Ａ１～Ａ３において所定の周波数帯Ｚの成分を抽出する。つまり、フィルタ部１５４では、例えば図７に示すように、所定の周波数帯Ｚを通過帯域とするバンドパスフィルタによって、所定の周波数帯Ｚの成分が抽出される。こうしてフィルタ部１５４で処理された３つの振動信号Ａ１～Ａ３は、例えば図８に示すように、互いにバラツキが少ない信号として抽出される。つまり、３つの振動信号Ａ１～Ａ３における振幅が実質平均化されている周波数帯Ｚの成分を抽出することで、互いにバラツキが少ない３つの振動信号Ａ１～Ａ３が得られる。

【0035】

仮に、従来のように、基準信号Ｂの周波数をスイープさせずに周波数変調した振動信号Ａ１～Ａ３をフィルタ部１５４で処理した場合は、例えば図９に示すように、互いにバラツキが大きい３つの振動信号Ａ１～Ａ３として抽出される。

【0036】

続くステップＳ６では、ＡＤ変換部１５５が、フィルタ部１５４で抽出された振動信号Ａ１～Ａ３をＡＤ変換して振動レベルを導出する。図１０は、ＡＤ変換部１５５による変換後の振動レベルを測定毎にプロットした図である。なお、図１０では、一例として、２５回の測定分の振動レベルがプロットされている。こうしてＡＤ変換部１５５で変換されて導出された振動レベル（図１０に〇印で示す振動レベル）は、従来の振動レベル（図１０に△印で示す振動レベル）に比べて、測定毎のバラツキが低減されていることが分かる。この振動レベルは、導出部１６へ出力される。

【0037】

続くステップＳ７では、導出部１６が、蒸気漏洩流量を導出する。具体的に、導出部１６は、入力部１２によって入力されたスチームトラップ２の型式に対応する相関データを記憶部１３から読み出す。そして、導出部１６は、記憶部１３から読み出した相関データに基づいて、信号処理部１５（詳しくは、ＡＤ変換部１５５）から出力された振動レベルから蒸気漏洩流量を導出する。前述したように振動レベルの測定毎のバラツキが少ないことから、精度の高い蒸気漏洩流量が導出される。

【0038】

続くステップＳ８では、導出部１６によって導出された蒸気漏洩流量が、表示部１４に表示される。これにより、ユーザは、検出した蒸気漏洩流量を具体的に把握することができる。なお、このステップＳ８では、蒸気漏洩流量に加え、信号処理部１５（詳しくは、ＡＤ変換部１５５）から導出部１６に出力された振動レベルも表示部１４に表示するようにしてもよい。ステップＳ８が完了すると、蒸気漏洩流量の検出動作が終了する。

【0039】

以上のように、前記実施形態の流量検出装置１０は、プローブ１８（検出部）と、発信部１５１と、変調部１５２と、フィルタ部１５４と、導出部１６とを備えている。プローブ１８は、スチームトラップ２（ドレントラップ）の振動レベル（振動）を検出してその振動レベルの振動信号Ａ１～Ａ３を出力する。発信部１５１は、基準信号Ｂを発信する。変調部１５２は、プローブ１８から出力された振動信号Ａ１～Ａ３を、発信部１５１から発信された基準信号Ｂに対して周波数変調する。フィルタ部１５４は、変調部１５２で周波数変調された振動信号Ａ１～Ａ３において所定の周波数帯Ｚの成分を抽出する。導出部１６は、予め用意されたスチームトラップ２の振動と蒸気漏洩流量との相関関係に基づいて、フィルタ部１５４で抽出された振動信号Ａ１～Ａ３に応じた振動レベルから蒸気漏洩流量を導出する。そして、発信部１５１は、基準信号Ｂの周波数を所定の変動範囲Ｘ（所定範囲）で時間の経過に伴ってスイープさせる。

【0040】

この構成によれば、基準信号Ｂの周波数が所定の変動範囲Ｘでスイープしながら、振動信号Ａ１～Ａ３が周波数変調されるので、振動信号Ａ１～Ａ３は、一定の周波数帯で振幅が実質平均化される。そして、変調部１５２から出力された振動信号Ａ１～Ａ３において振幅が実質平均化されている周波数帯Ｚの成分がフィルタ部１５４によって抽出されることで、測定毎のバラツキが少ない振動信号Ａ１～Ａ３が得られる。そのため、測定毎のバラツキが少ない振動レベルを得ることができる。そして、このような振動レベルから蒸気漏洩流量が導出されるので、精度の高い蒸気漏洩流量を導出することができる。したがって、蒸気漏洩流量の検出精度を向上させることができる。

【0041】

また、前記実施形態の流量検出装置１０において、所定の変動範囲X（所定範囲）は、プローブ１８から出力される振動信号Ａ１～Ａ３の周波数のバラツキ幅Ｙとフィルタ部１５４の通過帯域を考慮した範囲である。

【0042】

この構成によれば、変動範囲Ｘがバラツキ幅Ｙとフィルタ部１５４の通過帯域を考慮した範囲であるため、フィルタ部１５４の通過帯域の全体に対応して振幅が平均化される。そのため、振動信号Ａ１～Ａ３のバラツキひいては振動レベルのバラツキをより低減することができる。したがって、蒸気漏洩流量の検出精度を一層向上させることができる。

【0043】

また、前記実施形態の流量検出装置１０において、プローブ１８は、検出した振動の振動信号Ａ１～Ａ３におけるプローブ１８の共振周波数乃至その近傍の成分を増幅して出力する。

【0044】

この構成によれば、振動信号Ａ１～Ａ３における共振周波数乃至その近傍の成分が増幅されるので、振動信号Ａ１～Ａ３がより強調される。そのため、変調部１５２において、振動信号Ａ１～Ａ３をより適切に変調処理を行うことができる。

【0045】

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0046】

例えば、振動レベルのバラツキが許容範囲まで低減されるのであれば、基準信号Ｂの変動範囲Ｘは、振動信号Ａ１～Ａ３のバラツキ幅Ｙよりも狭い範囲に設定されてもよい。

【0047】

また、プローブ１８の共振周波数や基準信号Ｂの基本周波数、基準信号Ｂの変動範囲Ｘの数値については、前述したものに限られない。

【0048】

また、前記実施形態では、流量として蒸気漏洩流量の検出について説明したが、本開示の技術は、流量としてドレン流量の検出についても適用することができる。その場合、記憶部１３は、スチームトラップ２の振動（振動レベル）とドレン流量との相関関係を予め記憶している。そして、導出部１６は、スチームトラップ２の振動とドレン流量との相関関係に基づいて、フィルタ部１５４で抽出された振動信号に応じた振動からドレン流量を導出する。

【産業上の利用可能性】

【0049】

以上説明したように、本開示の技術は、流量検出装置について有用である。

【符号の説明】

【0050】

２ スチームトラップ（ドレントラップ）
１０ 流量検出装置
１６ 導出部
１８ プローブ（検出部）
１５１ 発信部
１５２ 変調部
１５４ フィルタ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】