特開 2024-169449 流量測定装置、流量測定装置を備えたガスメータ及び、ガスメータのための流量測定装置ユニット

(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】P2024169449

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】流量測定装置、流量測定装置を備えたガスメータ及び、ガスメータのための流量測定装置ユニット

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/696 20060101AFI20241128BHJP

   G01F 1/72 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

G01F1/696 Z

G01F1/72

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024157305

(22)【出願日】2024-09-11

(62)【分割の表示】P 2020044496の分割

【原出願日】2020-03-13

(71)【出願人】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】半田 憲一

(72)【発明者】

【氏名】桝井 保幸

(72)【発明者】

【氏名】中尾 秀之

(72)【発明者】

【氏名】山本 克行

(57)【要約】

【課題】流量測定装置において、より精度を高めた流量測定を可能にする技術を提供する。
【解決手段】主流路（２）を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置（１）であって、測定対象流体を加熱する加熱部（１１３）と、測定対象流体の温度を検出する温度検出部（１１１、１１２）と、前記温度検出部による検出値に基づいて、前記主流路を流れる測定対象流体の流量が周期的に変動する脈動に関する脈動周波数を検知するとともに、前記検知された脈動周波数に応じて前記主流路を流れる測定対象流体の流量を補正する流量補正部（１３３）と、を備える。
【選択図】図１５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置であって、
測定対象流体を加熱する加熱部と、
前記測定対象流体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による検出値に基づいて、前記主流路を流れる測定対象流体の流量が周期的に変動する脈動に関する脈動周波数を検知するとともに、前記検知された脈動周波数に応じて前記主流路を流れる測定対象流体の流量を補正する流量補正部と、
を備えることを特徴とする、流量測定装置。

【請求項2】

前記流量補正部は、
前記主流路を流れる測定対象流体の流量の変動に関する変動周期とは異なる周期間隔で前記温度検出部による検出値を取得するとともに、少なくとも、前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列の中から同じ検出値になる２つの検出値間の時間差分に基づいて、前記脈動周波数を検知する、ことを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。

【請求項3】

前記流量補正部は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の数量が所定の条件を満たさないときには、前記周期間隔を変更する、ことを特徴とする請求項２に記載の流量測定装置。

【請求項4】

前記流量補正部は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列における変動幅が所定の範囲内であるときには、前記周期間隔を変更する、ことを特徴とする請求項２または３に記載の流量測定装置。

【請求項5】

前記流量補正部は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列の中に、連続して増加または減少変動する検出値群が存在しないときには、前記周期間隔を変更することを特徴とする。請求項４に記載の流量測定装置。

【請求項6】

前記流量補正部は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列の中に、連続して増加または減少変動する検出値群が存在するときには、前記周期間隔を用いた検出値の取得を所定回数に実行することを特徴とする。請求項５に記載の流量測定装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の流量測定装置と、
前記流量補正部により補正された流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
を備える、流量測定装置ユニット。

【請求項8】

請求項１から６のいずれか一項に記載の流量測定装置と、
前記流量測定装置により測定した流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
前記流量測定装置、表示部及び、統合制御部に電力を供給する電源部と、
前記流量測定装置、表示部及び、統合制御部を収納可能な筐体と、
前記筐体の外部から前記流量測定装置の作動に関する設定が可能な操作部と、
を備える、ガスメータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流量測定装置、流量測定装置を備えたガスメータ及び、ガスメータのための流量測定装置ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ヒータおよびセンサを備え、流体の流れによって変化する温度分布をセンサが検知することにより、流体の流速又は流量を算出する熱式の流量測定装置が提案されている。

【0003】

上述のような、熱式の流量測定装置を備えるガスメータ等においては、例えば、配管等に流れる測定対象の流体が周囲の振動やポンプといった駆動装置の影響により、脈動流となる場合がある。ここで、脈動流の測定に関し、例えば、特許文献１では、「超音波の伝播時間を利用して流量計測を行なう超音波ガスメータにおいて、前記超音波を一定周期でＮ回送信し、その後微小な変動期間を設けた後に、再度超音波を一定周期でＮ回送信する操作を繰り返して流量計測する」とされる超音波式ガスメータが提案されている。また、特許文献２には、「上流側から下流側へと流れる流体の流量または流速の値を一度の計測期間当りに所定の頻度で間欠的に計測することを複数回繰り返し、前記一度の計測期間ごとに得られた値を積算する流量計測方法において、前記計測期間の開始位相を所定の規則性に基づいて変化させる」とされる流量計測方法が提案されている。

【0004】

しかしながら、ヒータを備え、測定対象流体の流れによって変化する温度分布を検知する熱式の流量測定装置においては、脈動流の周波数がヒータによって形成された温度分布に影響を及ぼし、正確な流量値を計測することが困難な場合があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３－２８６８６号公報

【特許文献2】特開２００１－１７４３０６号広報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、熱式の流量測定装置において、脈動が発生した状態であっても、より精度を高めた流量測定を可能にする技術の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するための本発明は、
主流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置であって、
測定対象流体を加熱する加熱部と、
前記測定対象流体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による検出値に基づいて、前記主流路を流れる測定対象流体の流量が周期的に変動する脈動に関する脈動周波数を検知するとともに、前記検知された脈動周波数に応じて前記主流路を流れる測定対象流体の流量を補正する流量補正部と、
を備えることを特徴とする、流量測定装置である。

【0008】

本流量測定装置によれば、測定対象流体に脈動が生じた状態であっても検知された脈動
周波数に基づいて主流路を流れる測定対象流体の流量を補正することが可能になるため、より精度を高めた流量測定が可能になる。

【0009】

また、本発明においては、前記流量補正部は、
前記主流路を流れる測定対象流体の流量の変動に関する変動周期とは異なる周期間隔で前記温度検出部による検出値を取得するとともに、少なくとも、前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列の中から同じ検出値になる２つの検出値間の時間差分に基づいて、前記脈動周波数を検知するようにしてもよい。これにより、測定対象流体の脈動についての変動周期とは異なる周期間隔で取得された検出値の時系列の中から、同じ検出値を示す２点間の時間幅（時間差分）から、脈動周波数を検知することが可能になる。限られた検出期間の中で、数少ない検出値に基づいて、脈度周波数の特定が可能になる。

【0010】

また、本発明においては、前記流量補正部は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の数量が所定の条件を満たさないときには、前記周期間隔を変更するようにしてもよい。これにより、脈動周波数のサンプリングに最適な周期間隔で検出値を取得することが可能になる。

【0011】

また、本発明においては、前記流量補正部は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列における変動幅が所定の範囲内であるときには、前記周期間隔を変更するようにしてもよい。これにより、脈動周波数の変動周期と、検出値をサンプリングする周期間隔とを非同期の状態に導くことが可能になり、脈動周波数の多様な変化に対応できる。

【0012】

また、本発明においては、前記流量補正部は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列の中に、連続して増加または減少変動する検出値群が存在しないときには、前記周期間隔を変更するようにしてもよい。これにより、検出値をサンプリングする期間の長さが制限されるときには、少なくとも連続して増加または減少変動する検出値群を特定することで周期間隔を変更できる。少ないサンプリング数であっても当該周期間隔が脈動周波数の変動周期と同期しているか否かが判断できるため、処理負担を軽減し、電力消費を抑制できる。

【0013】

また、本発明においては、前記流量補正部は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列の中に、連続して増加または減少変動する検出値群が存在するときには、前記周期間隔を用いた検出値の取得を所定回数に実行するようにしてもよい。これにより、特定の周期間隔を用いてサンプリングされたた所定回数分の検出値に基づいて、平均化された脈動周波数を求めることが可能になり、より精度を高めた流量測定が可能になる。

【0014】

また、本発明は、上記した流量測定装置と、
前記流量補正部により補正された流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
を備える、流量測定装置ユニットであってもよい。

【0015】

そうすれば、より容易または効率的に、測定対象流体の流量を出力・表示可能なガスメータを製造することが可能になる。

【0016】

また、本発明は、上記した流量測定装置と、
前記流量測定装置により測定した流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
前記流量測定装置、表示部、及び統合制御部に電力を供給する電源部と、
前記流量測定装置、表示部及び、統合制御部を収納可能な筐体と、
前記筐体の外部から前記流量測定装置の作動に関する設定が可能な操作部と、
を備える、ガスメータであってもよい。

【0017】

これによれば、より精度を高めた流量測定が可能なガスメータを提供することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、熱式の流量測定装置において、脈動が発生した状態であってもより精度を高めた流量測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施例１における流量測定装置の一例を示す分解斜視図である。

【図2】本発明の実施例１における流量測定装置の一例を示す断面図である。

【図3】本発明の実施例１における副流路部を示す平面図である。

【図4】本発明の実施例１におけるセンサ素子の一例を示す斜視図である。

【図5】本発明の実施例１におけるセンサ素子の仕組みを説明するための断面図である。

【図6】本発明の実施例１における流量検出部の概略構成を示す平面図である。

【図7】本発明の実施例１における物性値検出部の概略構成を示平面図である。

【図8】本発明の実施例１における回路基板の機能構成を示すブロック図である。

【図9】流体の流量を一定に保った状態で脈動を加えた場合における流量値の変動を示すグラフである。

【図10】脈動が生じた場合における流量検出装置内の温度分布を説明する図である。

【図11】脈動の周波数に対するセンサ出力値のずれ量を示すグラフである。

【図12】本発明の実施例１における脈動の周波数を測定するためのサンプリング周期を説明する図である。

【図13】本発明の実施例１におけるゼロクロス法による周波数特定を説明する図である。

【図14】本発明の実施例１における加熱期間における流量値のサンプリングを説明する図である。

【図15】本発明の実施例１における流量測定処理のフローチャートである。

【図16】本発明の実施例１における流量測定処理のフローチャートである。

【図17】本発明の実施例１における流量測定処理による脈動周波数の測定結果の一例を示す図である。

【図18】本発明の実施例２におけるガスメータの機能構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

〔適用例〕
以下、本発明の適用例について、図面を参照しつつ説明する。本発明は例えば、図１に示すような熱式の流量測定装置１に適用される。流量測定装置１は、図２に示すように、主流路部２を流れる流体を分流し、その一部を流量検出部１１に導いて、主流路部２の流体の流量と高い相関を有する、流量検出部１１における流量を測定するものである。流量検出部１１に用いられるセンサ素子は、図４に示すように、マイクロヒータ（加熱部）１０１を挟んで二つのサーモパイル（温度検出部）１０２が配置された構成を有する。

【0021】

測定原理としては、流体の流れがない場合、図５（ａ）に示すようにマイクロヒータ１０１の周囲の温度分布はほぼ均等になる。一方、例えば、図５（ｂ）において破線の矢印
で示す方向に流体が流れた場合、未加熱の流体が移動するため、マイクロヒータ１０１の上流側よりも下流側の方が温度は高くなる。このように、二つのサーモパイル（温度検出部）１０２で検出される温度の温度差ΔＴと、その上を通過する流体の流量との間の、ヒータ熱の分布の偏りに伴う相関関係を利用したものである。

【0022】

また、流量測定装置１の機能ブロック図８に示すように、流量検出部１１の出力は、回路基板５に配置されたＣＰＵ（Central Processing Unit）により実現される制御部１３
の検出値取得部１３１に送信され、流量算出部１３３において必要な補正などが施された上で、最終的な出力としての流量が算出される。

【0023】

しかしながら、熱式の流量測定装置を備えるガスメータ等においては、配管等に流れる測定対象の流体が周囲の振動やポンプといった駆動装置の影響により脈動流となる場合には、図９から図１１に示すように、脈動流の周波数が流量値の真値に干渉することになり、正確な流量値を計測することが困難な状況が生じていた。

【0024】

そこで、本発明においては、脈動流の変動に関する周波数を特定し、特定された脈動周波数に応じて真値とのずれ量を補正する構成とした。これにより、測定対象流体に脈動が生じた状態であっても検知された脈動周波数に基づいて主流路を流れる測定対象流体の流量を補正することが可能になるため、より精度を高めた流量測定が可能になる。また、本発明においては、脈動流の変動に関する周波数を特定するためにゼロクロス法を採用する。これにより、ヒータの限られた加熱期間内で効率よく流量値のデータをサンプリングすることが可能になる。さらに、本発明においてはサンプリングされたデータおよびデータ数が所定条件を満たさないときには、当該データのサンプリング周波数を変更して再計測を行う構成とした。ここで、所定条件とは、脈動の周期とサンプリング周期が同期する場合、所定数のデータが得られない場合等である。これにより、所定条件を満たさないデータ計測が行われたときには、サンプリング周波数を高周波数方向または低周波数方向に変化させて再サンプリングを繰り返すことができるため、脈動周波数に最適な周期間隔によるデータ計測が可能になり、周波数検知精度を高めることが可能になる。

【0025】

なお、本発明は上記のような熱式の流量測定装置１に適用してもよいし、流量測定装置１を備えた図１８に示すようなガスメータ１５０に適用しても構わない。ガスメータ１５０は、流量測定装置１の他、表示部１５１、電源部１５２、操作部１５３、振動検出部１５４、遮断部１５５、ガスメータ制御部１５６、ガスメータ記憶部１５７、及び、ガスメータ通信部１５８を備えている。

【0026】

また、本発明は、図１８において、流量測定装置１、表示部１５１、電源部１５２、振動検出部１５４、ガスメータ制御部１５６、ガスメータ記憶部１５７、ガスメータ通信部１５８をユニット化し、ガスメータ１５０を製造する際に組み込み容易とした、流量測定装置ユニット１５０ａに適用しても構わない。

【0027】

〔実施例１〕
以下では、本発明の実施例に係る流量測定装置について、図面を用いて、より詳細に説明する。

【0028】

＜装置構成＞
図１は、本実施例に係る流量測定装置１の一例を示す分解斜視図である。図２は、流量測定装置１の一例を示す断面図である。流量測定装置１は、例えばガスメータや燃焼機器、自動車等の内燃機関、燃料電池、その他医療等の産業機器、組込機器に組み込まれ、流路を通過する流体の量を測定する。なお、図１及び図２の破線の矢印は、流体の流れる方向を例示している。

【0029】

また、図１に示すように、本実施例に係る流量測定装置１は、主流路部２と、副流路部３と、シール４と、回路基板５と、カバー６とを備えている。図１及び図２に示すように、本実施例では、流量測定装置１は主流路部２から分岐した副流路部３を有する。また副流路部３には、流量検出部１１と、物性値検出部１２が備えられる。流量検出部１１及び物性値検出部１２は、マイクロヒータによって形成される加熱部とサーモパイルによって形成される温度検出部とを含む熱式のフローセンサによって構成されている。また、本実施例では、物性値検出部１２を利用して流体の物性値を検出し、流量検出部１１によって検出される流量を流体の物性値に基づいて補正するものとするが、流量測定装置１は、物性値検出部１２を備えていなくてもよい。

【0030】

主流路部２は、測定対象である流体の流路（以下、主流路ともいう）が長手方向に貫通した管状の部材である。図２に示すように、主流路部２の内周面には、流体の流れ方向に対して、上流側に流入口（第１流入口）３４Ａが形成され、下流側に流出口（第１流出口）３５Ａが形成されている。例えば主流路部２の軸方向の長さは約５０ｍｍであり、内周面の直径（主流路部２の内径）は約２０ｍｍであり、主流路部２の外径は約２４ｍｍであるが、主流路部２の寸法はこれらに限定されない。また、主流路部２には、流入口３４Ａと流出口３５Ａとの間にオリフィス２１が設けられている。オリフィス２１は、主流路部２においてその前後よりも内径が小さくなった抵抗体であり、オリフィス２１の大きさによって副流路部３へ流入する流体の量を調整することができる。

【0031】

図１及び図２においては、主流路から分岐した副流路を内部に含む部分である副流路部３は主流路部２の鉛直上方に設けられている。また、副流路部３内の副流路は、流入用流路３４と、物性値検出用流路３２と、流量検出用流路３３と、流出用流路３５とを含む。副流路部３には、主流路部２を流れる流体の一部が分岐して流入する。

【0032】

流入用流路３４は、主流路部２を流れる流体を流入させて、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流させるための流路である。流入用流路３４は、主流路部２における流体の流れ方向と垂直な方向に沿って形成されており、一端が流入口３４Ａに連通し、他端は物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に連通している。主流路部２を流れる流体の一部は、流入用流路３４を介して、さらに物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流する。このような物性値検出用流路３２及び流量検出用流路３３には、主流路部２を流れる流体の量に応じた量の流体が流入する。したがって、流量検出部１１は、主流路部２を流れる流体の量に応じた値を検出することができる。

【0033】

図１に示すように、物性値検出用流路３２は、主流路部２の鉛直上方に形成され、主流路部２と平行な方向に延在する、上側から見た断面が略Ｕ字型の流路である。物性値検出用流路３２は、その内部に、測定対象流体の物性値を検出するための物性値検出部１２が配置されている。物性値検出用流路３２の一端は、流入用流路３４を介して流入口３４Ａに連通しており、他端は、流出用流路３５を介して流出口３５Ａに連通している。

【0034】

流量検出用流路３３も、主流路部２における流体の流れ方向と平行な方向に延在する、上側から見た断面が略Ｕ字型の流路である。流量検出用流路３３には、その内部に、流体の流量を検出するための流量検出部１１が配置されている。また、流量検出用流路３３の一端は、流入用流路３４を介して流入口３４Ａに連通しており、他端は、流出用流路３５を介して流出口３５Ａに連通している。なお、物性値検出部１２、流量検出部１１は、それぞれ回路基板５上に実装される。そして、回路基板５は、上部に開口を有する物性値検出用流路３２、流量検出用流路３３の上部を覆うと共に、物性値検出用流路３２に物性値検出部１２が位置し、流量検出用流路３３に流量検出部１１が位置するように配置される。

【0035】

流出用流路３５は、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を通過した測定対象流体を、主流路部２に流出させるための流路である。流出用流路３５は、主流路部２と垂直な方向に沿って形成されており、一端が流出口３５Ａに連通し、他端は物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に連通している。物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を通過した測定対象流体は、流出用流路３５を介して、主流路部２に流出する。

【0036】

本実施例では、上述のように、１つの流入口３４Ａから流入させた測定対象流体を、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流させている。これにより、流量検出部１１および物性値検出部１２は、それぞれ温度、密度などの条件がほぼ等しい流体に基づいて、測定対象の流体の物性値や流量を検出することができる。なお、流量測定装置１は、副流路部３にシール４を嵌め込んだ後、回路基板５が配置され、さらにカバー６によって回路基板５を副流路部３に固定することで、副流路部３の内部の気密性を確保している。

【0037】

図３は、図１に示される副流路部３の平面図である。図３に示すように、物性値検出用流路３２と流量検出用流路３３とは、平面視で流入用流路３４の中心軸の位置と流出用流路３５の中心軸の位置とを結ぶ線（不図示）に対して対称に配置されている。また、矢印Ｐ及びＱは、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流する流体の流量の比率を模式的に表している。本実施例では、分流される流体の量がＰ対Ｑの割合になるように、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の断面積が定められている。

【0038】

実際に物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を流れる流体の量は、主流路部２を流れる流体の流量に応じて変動するが、通常の使用態様において、物性値検出用流路３２を流れる流体の量は物性値検出部１２の検出レンジ内の値となり、流量検出用流路３３を流れる流体の量は流量検出部１１の検出レンジ内の値となるように、主流路部２に対する副流路部３の大きさやオリフィス２１の大きさ、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の幅がそれぞれ設定されている。なお、物性値検出用流路３２及び流量検出用流路３３の幅は例示であり、図３に示す例には限定されない。

【0039】

このように、流量測定装置１では、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３に分流する流体の流量を、それぞれの幅を調整することで個別に制御することが可能である。このため、物性値検出部１２の検出レンジに応じて物性値検出用流路３２を流れる流体の流量を制御し、流量検出部１１の検出レンジに応じて流量検出用流路３３を流れる流体の流量を制御することができる。

【0040】

物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３は、何れも上面視において略コ字型に形成された構成には限定されない。すなわち、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３は、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を通過する流体の流量が制御可能な幅（断面積）に設定されていれば、他の形状を採用するようにしてもよい。

【0041】

また、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３において物性値検出部１２、流量検出部１１が配置される空間の形状を上面視において略正方形にしているが、本発明はこれに限定されない。物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３の形状は、物性値検出部１２または流量検出部１１が配置可能であればよく、配置される物性値検出部１２および流量検出部１１の形状等に応じて決定することができる。

【0042】

したがって、例えば、物性値検出用流路３２の幅よりも、物性値検出部１２のサイズが小さい場合には、物性値検出用流路３２において物性値検出部１２が配置される空間の幅
を、物性値検出用流路３２の他の部分の幅に一致させてもよい。すなわち、この場合は、物性値検出用流路３２の長手方向に延在する部分は、幅がほぼ一定の形状になる。なお、流量検出用流路３３についても同様である。

【0043】

以上のように、物性値検出用流路３２および流量検出用流路３３を流れる流体の量は、主流路部２を流れる流体の量よりも少ないが、それぞれ主流路部２を流れる流体の量に応じて変化する。仮に流量検出部１１や物性値検出部１２を主流路部２に配置する場合は、主流路部２を流れる流体の量に応じて流量検出部１１および物性値検出部１２の規模を大きくする必要が生じるが、本実施形態では主流路部２から分岐する副流路部３を設けることにより、規模の小さい流量検出部１１および物性値検出部１２によって流体の流量を測定できるようにしている。

【0044】

また、本実施例においては、物性値検出用流路３２の断面積の方が流量検出用流路３３の断面積よりも小さく、図３において矢印Ｐ及びＱの大きさで表したように物性値検出用流路３２を流れる流体の量の方が流量検出用流路３３を流れる流体の量よりも少なくなっている。このように、流量検出部１１を流れる流体の量よりも物性値検出部１２を流れる流体の量の方を少なくすることにより、物性値検出部１２が流体の物性値や温度を検出する際の流量の影響による誤差を小さくすることができる。

【0045】

図４は、流量検出部１１及び物性値検出部１２に用いられるセンサ素子の一例を示す斜視図である。また、図５は、センサ素子の仕組みを説明するための断面図である。センサ素子１００は、マイクロヒータ（加熱部ともいう）１０１と、マイクロヒータ１０１を挟んで対称に設けられた二つのサーモパイル（温度検出部ともいう）１０２とを備える。すなわち、マイクロヒータ１０１と二つのサーモパイル１０２とは、所定の方向に並ぶように配置されている。これらの上下には、図５に示すように絶縁薄膜１０３が形成され、マイクロヒータ１０１、サーモパイル１０２及び絶縁薄膜１０３はシリコン基台１０４上に設けられている。また、マイクロヒータ１０１及びサーモパイル１０２の下方のシリコン基台１０４には、エッチング等により形成されるキャビティ（空洞）１０５が設けられている。

【0046】

マイクロヒータ１０１は、例えばポリシリコンで形成された抵抗である。図５においては、破線の楕円によって、マイクロヒータ１０１が発熱した場合の温度分布を模式的に示している。なお、破線が太いほど温度が高いことを示すものとする。流体の流れがない場合、図５（ａ）に示すようにマイクロヒータ１０１の周囲の温度分布はほぼ均等になる。一方、例えば図５（ｂ）において破線の矢印で示す方向に流体が流れた場合、流体が移動するため、マイクロヒータ１０１の上流側には未加熱の流体が流入し、マイクロヒータ１０１の上流側よりも下流側の方が温度は高くなる。センサ素子１００は、このようなヒータ熱の分布の偏りを利用して、流量を示す値を出力する。

【0047】

センサ素子の出力電圧ΔＶは、例えば次のような式（１）で表される。
ΔＶ＝Ａ×（Ｔｈ－Ｔａ）×^ｂ√（Ｖｆ） ・・・（１）
なお、Ｔｈはマイクロヒータ１０１の温度（サーモパイル１０２におけるマイクロヒータ１０１側の端部の温度）、Ｔａはサーモパイル１０２におけるマイクロヒータ１０１から遠い側の端部の温度のうち低い方の温度（図５（ａ）では左側のサーモパイル１０２の左端の温度又は右側のサーモパイル１０２の右端の温度であり、図５（ｂ）では上流側の端部である左側のサーモパイル１０２の左端の温度）、Ｖｆは流速の平均値、Ａ及びｂは所定の定数である。

【0048】

また、流量測定装置１の回路基板５は、ＩＣ（Integrated Circuit）等により実現される制御部（図示せず）を備え、流量検出部１１の出力に基づいて流量を算出する。また、
回路基板５は、物性値検出部１２の出力に基づいて所定の特性値を算出し、特性値を用いて流量を補正してもよい。

【0049】

＜流量検出部及び物性値検出部＞
図６は、図１に示した流量検出部１１の概略構成を示す平面図であり、図７は、図１に示した物性値検出部１２の概略構成を示す平面図である。図６に示すように、流量検出部１１は、測定対象の流体の温度を検出する第１サーモパイル（温度検出部ともいう）１１１および第２サーモパイル（温度検出部ともいう）１１２と、測定対象流体を加熱するマイクロヒータ（加熱部ともいう）１１３とを備えている。加熱部１１３と、温度検出部１１１および温度検出部１１２とは、流量検出部１１内において、測定対象流体の流れ方向Ｐに沿って並べて配置されている。また、加熱部１１３、温度検出部１１１、および温度検出部１１２の形状は、平面視においてそれぞれ略矩形であり、各々の長手方向は測定対象流体の流れ方向Ｐと直交する。

【0050】

温度検出部１１１および温度検出部１１２は、加熱部１１３の上流側に温度検出部１１２が配置され、下流側に温度検出部１１１が配置されて、加熱部１１３を挟んで対称な位置の温度を検出する。

【0051】

流量測定装置１では、物性値検出部１２および流量検出部１１に、実質的に同一構造のセンサ素子１００が用いられている。物性値検出部１２のセンサ素子１００と流量検出部１１のセンサ素子１００とは、流体の流れ方向に対する配置角度を、センサ素子１００の平面視上、９０度異ならせて配置されている。これにより、同一構造のセンサ素子１００を物性値検出部１２及び流量検出部１１に使用することができ、流量測定装置１の製造コストを抑制することができる。

【0052】

一方、図７に示すように、物性値検出部１２は、測定対象流体の温度を検出する第１サーモパイル（温度検出部ともいう。）１２１および第２サーモパイル（温度検出部ともいう。）１２２と、測定対象流体を加熱するマイクロヒータ（加熱部ともいう。）１２３とを備えている。加熱部１２３と、温度検出部１２１および温度検出部１２２とは、物性値検出部１２内において、測定対象流体の流れ方向Ｑと直交する方向に並んで配置されている。また、加熱部１２３、温度検出部１２１、および温度検出部１２２の形状は、平面視においてそれぞれ略矩形であり、各々の長手方向は測定対象流体の流れ方向Ｑに沿っている。また、温度検出部１２１および温度検出部１２２は、加熱部１２３を挟んで左右対称に配置されており、加熱部１２３の両側の対称な位置の温度を検出する。したがって、温度検出部１２１および温度検出部１２２の測定値はほぼ同一であり、平均値を採用するようにしてもよいし、いずれか一方の値を採用するようにしてもよい。

【0053】

ここで、流体の流れによって温度分布は下流側に偏るため、流れ方向と直交する方向の温度分布の変化は、流体の流れ方向の温度分布の変化に比べて小さい。このため、温度検出部１２１と、加熱部１２３と、温度検出部１２２とを、この順で測定対象流体の流れ方向と直交する方向に並べて配置することにより、温度分布の変化による温度検出部１２１および温度検出部１２２の出力特性の変化を低減することができる。したがって、流体の流れによる温度分布の変化の影響を低減して、物性値検出部１２による検出精度を向上させることができる。

【0054】

また、加熱部１２３の長手方向が測定対象流体の流れ方向に沿って配置されているため、加熱部１２３は測定対象流体の流れ方向の広範囲に亘って測定対象流体を加熱することが可能となる。このため、測定対象流体の流れによって温度分布が下流側に偏った場合であっても、温度検出部１２１および温度検出部１２２の出力特性の変化を低減することができる。同様に、流体温度を測定する場合においては、流速により生じる測定値の誤差を
低減することができる。なお、流体温度は、温度検出部１２１および温度検出部１２２が検出した温度から、加熱部１２３による加熱での温度上昇分を減じて求めるようにしてもよいし、加熱部１２３が加熱を行わない状態で検出するようにしてもよい。物性値検出部１２によれば、測定対象流体の流れによる温度分布の変化の影響を抑え、物性値及び流体温度の検出精度を向上させることができる。

【0055】

さらに、温度検出部１２１および温度検出部１２２の長手方向が測定対象流体の流れ方向に沿って配置されているため、温度検出部１２１および温度検出部１２２は測定対象流体の流れ方向に亘って広範囲に温度を検出することが可能となる。このため、測定対象流体の流れによって温度分布が下流側に偏った場合であっても、温度検出部１２１および温度検出部１２２の出力特性の変化を低減することができる。したがって、測定対象流体の流れによる温度分布の変化の影響を低減して、物性値検出部１２による検出精度を向上させることができる。

【0056】

＜機能構成＞
図８は、流量測定装置１の機能構成の一例を示すブロック図である。流量測定装置１は、流量検出部１１と、物性値検出部１２と、制御部１３と、記憶部１４と、通信部１５とを備えている。流量検出部１１は、温度検出部１１１と、温度検出部１１２とを備える。物性値検出部１２は、温度検出部１２１と、温度検出部１２２とを備える。なお、図６に示した加熱部１１３及び図７に示した加熱部１２３は、図示を省略している。また、制御部１３は、検出値取得部１３１と、特性値算出部１３２と、流量算出部１３３とを含む。記憶部１４は、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体を含み、補正テーブル１４１が保持される。

【0057】

流量検出部１１は、温度検出部１１１において検出された温度に応じた信号と温度検出部１１２において検出された温度に応じた信号との差分を算出し、制御部１３の検出値取得部１３１に出力する。物性値検出部１２は、温度検出部１２１において検出された温度に応じた信号を特性値算出部１３２に出力する。なお、物性値検出部１２は、温度検出部１２１および温度検出部１２２において検出された温度に応じた信号の平均値を求め、特性値算出部１３２に出力するようにしてもよい。また、温度検出部１２１又は温度検出部１２２のいずれか一方を用いて温度に応じた信号を取得するようにしてもよい。

【0058】

検出値取得部１３１は、所定の測定間隔（サンプリング周期）で、流量検出部１１が出力する流体の流量に応じた検出値を取得する。特性値算出部１３２は、物性値検出部１２の温度検出部１２１及び温度検出部１２２の少なくともいずれかの検出値に基づいて特性値を算出する。なお、特性値算出部１３２は、物性値検出部１２のマイクロヒータの温度を変化させ、変化の前後において温度検出部１２１や温度検出部１２２が検出した測定対象流体の温度の差に所定の係数を乗じて特性値を算出するようにしてもよい。

【0059】

流量算出部１３３は、検出値取得部１３１が取得した検出値に基づいて、流量を算出する。このとき、流量算出部１３３は、物性値検出部１２が算出した特性値を用いて流量を補正するようにしてもよい。また、通信部１５は、制御部１３において処理した情報を外部に対して無線または有線で送信し、外部から指令や設定値を無線または有線で受信し制御部１３に伝達する。なお、外部から受信された設定値には、記憶部１４の補正テーブル１４１に保持されるデータが含まれる。補正テーブル１４１には、例えば、後述するように、算出された脈動流の周波数（脈動周波数）に応じた流量補正値が格納される。

【0060】

ところで、従来の流量算出部１３３では、（１）式で得られるΔＶ式に基づき、流体の体積流量（Ｌ／ｍｉｎ）が算出される。配管等に脈動が発生する場合には、図１および図２に示す主流路部２を流れる流体の流量が脈動の影響を受けて変化することになる。

【0061】

図９には、主流路部２を流れる流体の流量を一定（２[Ｌ／ｍｉｎ]）に保った状態で、主流路部２に対して脈動を加えた場合におけるセンサ出力値（流量値）の変動を示す図が例示される。図９において、実線で示されるグラフｇ１には脈動を与えない場合のセンサ出力値の推移が例示される。同様にして、破線で示されるグラフｇ２には周波数「５Ｈｚ」で変動する周期間隔の脈動を与えた場合におけるセンサ出力値の推移が例示され、細破線で示されるグラフｇ３には周波数「１０Ｈｚ」で変動する周期間隔の脈動を与えた場合におけるセンサ出力値の推移が例示される。さらに、一点鎖線で示されるグラフｇ４には、周波数「２０Ｈｚ」で変動する周期間隔の脈動を与えた場合におけるセンサ出力値の推移が例示される。なお、図９における縦軸は、センサ出力値として出力された流量値（Ｌ／ｍｉｎ）を表し、横軸は時間（ｓ）を表す。

【0062】

図９のグラフｇ１に示すように、脈動がない場合には、本実施例に係る流量測定装置１で測定された流量値は、相対的に所定値２（Ｌ／ｍｉｎ）近傍で安定して推移する。しかしながら、脈動が与えられた場合には、グラフｇ２からグラフｇ４に示されるように、流量測定装置１のセンサ出力値が与えられた脈動の周波数に応じて変化することがわかる。具体的には、周波数「５Ｈｚ」の周期間隔の脈動では、センサ出力値として得られる流量値が、－６（Ｌ／ｍｉｎ）から１０（Ｌ／ｍｉｎ）の間で変動することがわかる。同様にして、周波数「１０Ｈｚ」の場合には、－１（Ｌ／ｍｉｎ）から８（Ｌ／ｍｉｎ）の間で変動し、周波数「２０Ｈｚ」の場合には、３（Ｌ／ｍｉｎ）から７（Ｌ／ｍｉｎ）の間で変動することがわかる。流量測定装置１のセンサ出力値における変動幅の傾向は、脈動として与えられた周波数が低い場合には相対的に大きく、周波数が高い場合には相対的に小さくなることがわかる。また、グラフｇ２からグラフｇ４におけるセンサ出力値（流量値）の最大値および最小値を平均値とすると、当該平均値は周波数の高さに応じて、＋側にシフトしていく傾向があることがわかる。例えば、周波数「５Ｈｚ」のときに、平均値「２（Ｌ／ｍｉｎ）」であった流量値は、周波数「１０Ｈｚ」において「３．５（Ｌ／ｍｉｎ）」にシフトし、周波数「２０Ｈｚ」においては「５（Ｌ／ｍｉｎ）」となることがわかる。

【0063】

図１０は、脈動が生じた場合における流量検出装置内の温度分布を説明する図である。図１０においては、図５で説明した、流量検出装置内における温度分布の模式図に相当する図が例示され、本実施例に係る流量測定装置１を流量方向に沿って観た側面断面図が例示されている。図１０に示すように、本図の左側は図２に示す主流路部２において、流体が流れる上流側Ａ５を表し、右側は流体が流れる下流側Ａ６を表している。なお、図例の流量測定装置１では、上流側Ａ５には上流側サーモパイル１０２が例示され、下流側Ａ６には下流側サーモパイル１０２が例示され、上流側サーモパイル１０２と下流側サーモパイル１０２との間には、マイクロヒータ１０１が例示されている。上流側サーモパイル１０２において、上流側Ａ５方向には当該サーモパイルの冷接点１０２ａが位置し、下流側Ａ６方向には温接点１０２ｂが位置する。同様にして、下流側サーモパイル１０２においては、上流側Ａ５方向に当該サーモパイルの温接点１０２ｃが位置し、下流側Ａ６方向には冷接点１０２ｄが位置する。

【0064】

また、破線で区切られた領域Ａ１には、無風時の脈動が生じない場合のマイクロヒータ１０１による温度分布が、ハッチングされた楕円領域Ａ１ａにより例示されている。同様にして、領域Ａ２には、無風時の脈動が生じた場合のマイクロヒータ１０１による温度分布がハッチングされた楕円領域Ａ２ａ、Ａ２ｂにより例示されている。また、領域Ａ３には、風が有り、脈動が生じない場合のマイクロヒータ１０１による温度分布がハッチングされた楕円領域Ａ３ａにより例示されている。領域Ａ４には、風が有り、脈動が生じた場合のマイクロヒータ１０１による温度分布がハッチングされた楕円領域Ａ４ａ、Ａ４ｂにより例示されている。

【0065】

無風かつ脈動が存在しない場合には、図１０の楕円領域Ａ１ａに示すように、マイクロヒータ１０１の周囲の温度分布はほぼ均等に分布することになる。無風時において、脈動が存在するときには、領域Ａ２の楕円領域Ａ２ａおよびＡ２ｂに示すように、脈動による負圧変動および正圧変動に応じて温度分布が上流側Ａ５および下流側Ａ６にシフトすることが推定される。すなわち、脈動による圧力変動が負圧の場合には、マイクロヒータ１０１近傍に均等に形成された温度分布が上流側Ａ５に移動し、圧力変動が正圧の場合にはマイクロヒータ１０１近傍に均等に形成された温度分布が下流側Ａ６に移動することが推定される。このため、負圧時には、上流側サーモパイル１０２の上流側Ａ５に位置する温接点１０２ｂが、正圧時には下流側サーモパイル１０２の上流側Ａ５に位置する温接点１０２ｃが、脈動による温度分布の変動を検知することになりと推定される。この結果、流量測定装置１のセンサ出力値の変動幅は、脈動の周波数に依存して変化するものと推定される。

【0066】

次に、主流路部２内に流体の移動（風）があるときには、脈動がない場合には領域Ａ３の楕円領域Ａ３ａに示すように、マイクロヒータ１０１の周囲の温度分布は流体の移動方向側、すなわち、下流側Ａ６に偏ることが推定される。そして、さらに脈動が生じた場合には、脈動による圧力変動が正圧のときには楕円領域Ａ４ｂに示すように、下流側Ａ６に偏った温度分布がさらに下流側に偏り、脈動による圧力変動が負圧のときには、楕円領域Ａ４ａに示すように、下流側Ａ６に偏った温度分布がやや上流側Ａ５に移動するものの、相対的には下流側サーモパイル１０２近傍に形成されることになる。この、主流路部２内に流体の移動（風）があるときの、脈動による圧力変動が生じたときの温度分布の偏りは、当該脈動の変動周期（周波数）に応じて変動位置が変化するものと推定される。つまり、脈動の周波数が高い場合には、より下流側に温度分布が偏って形成される傾向になるものと推定できる。

【0067】

図１１は、脈動の周波数に対するセンサ出力値のずれ量を示す図である。図１１においては、２重破線に示す脈動流がない状態に対し、所定周波数の脈動を与えた場合における真値からのずれ量がグラフｇ５に例示されている。ここで、真値に対するずれ量は、例えば、図９の主流路部２を流れる流体の流量を一定（２[Ｌ／ｍｉｎ]）に保った状態で、主流路部２に対して脈動を加えた場合におけるセンサ出力値（流量値）の平均により求められる。

【0068】

図１１のグラフｇ５に示すように、脈動の周波数が低い場合には、真値に対するずれ量が相対的に小さい。例えば、脈動の周波数が５（Ｈｚ）の場合には、真値（２（Ｌ／ｍｉｎ））とのずれ量が約１（Ｌ／ｍｉｎ）であるのに対し、当該周波数が１０（Ｈｚ）のときには約２（Ｌ／ｍｉｎ）となり、周波数が２０（Ｈｚ）においては約３（Ｌ／ｍｉｎ）に増大することがわかる。

【0069】

本実施形態に係る流量測定装置１においては、上述した脈動の変動周期（周波数）に依存した、流量の測定誤差を抑制するため、マイクロヒータ１０１の加熱期間中にサンプリングされたセンサ出力値に基づいて、脈動の周波数を特定する。そして、本流量測定装置は、特定された脈動周波数に応じて、センサ出力値のズレ量を補正する。本実施形態に係る流量測定装置１によれば、配管等に流れる測定対象の流体が周囲の振動やポンプ等の影響により脈動流になる場合であっても、より精度を高めた流量測定が可能になる。

【0070】

図１２は、脈動の周波数を測定するためのサンプリング周期を説明する図である。図１２においては、脈動流が生じた場合における脈動流量の推移を示すグラフが例示される。なお、図１２の縦軸は正規化された流量を表し、横軸は正規化された周期間隔を表す。

【0071】

図１２において、（ａ）には、脈動の周期とサンプリング周期が同期し、脈動によって変化する流量の０値近傍を常にサンプリングした場合のグラフが例示される。また、（ｂ）においては、脈動の周期とサンプリング周期が同期し、脈動によって変化する流量の最大値近傍を常にサンプリングした場合のグラフが例示される。図１２（ａ）に示すように、サンプリング周期が脈動周期と同期し、脈動によって変化する流量の０値近傍が常にサンプリングされる場合には、平均値は「０」となり、脈動の周期がサンプリング周期と同期しているか否かが不明である。また、図１２（ｂ）に示すように、サンプリング周期が脈動周期と同期し、脈動によって変化する流量の最大値近傍が常にサンプリングされる場合においいても、平均値は「ｍａｘ値」となるため、流量値が真値（０値）とは異なるものの、やはり脈動の周波数がサンプリング周期と同期しているか否かが不明である。

【0072】

したがって、測定対象の流体に生じた脈動流の変動する周波数を特定するためには、図１２（ｃ）に示すように、脈動の周期とサンプリング周期は非同期である必要がある。そして、脈動の周期と非同期のサンプリング周期で計測された流量値の平均値を演算することにより、最終的には真値（例えば、「０値」）に収束することになる。

【0073】

熱式の流量測定装置においては、脈動の周波数を測定するためのサンプリング時期がマイクロヒータ１０１の加熱期間（ヒータＯＮ期間）に限定される。このため、本実施形態に係る流量測定装置１では、限られたサンプリング期間で計測される脈動流の周波数精度を向上させるため、サンプリング方法としてゼロクロス法を採用する。

【0074】

図１３は、本実施形態で処理されるゼロクロス法による周波数特定を説明するための図である。図１３のグラフｇ６に示すように、脈動が生じた流量の変化に対し、計測点[１]に示すようにサンプリングされた計測点の中から基準となる計測値を決定する（基準点）。ここで、基準点の選定は任意である。そして、基準点となる計測値と同じ値の計測点[
ｍ]が得られた時に、基準点[１]と計測点[ｍ]との時間差から脈動に関する周波数を特定
するようにすればよい。このゼロクロス法を用いることで、限られたサンプリング期間の中で、測定対象の流体に生じた脈動流の周波数を特定することが可能になる。

【0075】

図１４は、流量測定装置１の加熱期間における流量値のサンプリングを説明する図である。図１４において、脈動が生じた流体における流量値の推移はグラフｇ７で表され、流量測定装置１におけるヒータの加熱期間はグラフｇ８で表されている。なお、縦軸は流量値を表し、横軸は時間を表す。図１４に示すように、ゼロクロス法においては、脈動周波数を特定するためのサンプリング間隔が、当該周波数の検知精度に影響するためのパラメータの一つになる。すなわち、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、周波数が不明な脈動に対して同期するサンプリング周期では、正しい平均流量値が取得できない。また、流量測定装置１が内蔵するメモリ容量には限りがあるため、脈動周波数を特定するために記憶可能な流量値のサンプル数は限定される。本実施形態においては、流量値を取得するための取得間隔を少しずつ変更し、予め用意されたメモリ容量に格納可能なデータ数で脈動流の１周期以上の周期を特定する。このような周期として、例えば、脈動流の変動周期に対して、１．５周期程度のサンプル数を取得できることが望ましい。

【0076】

＜流量測定処理＞
図１５は、本流量測定装置における流量測定処理の一例を示すフローチャートである。本フローは、流量測定装置１の回路基板５に備えられたＣＰＵ等のプロセッサ（図示せず）から、流量検出部１１、物性値検出部１２、制御部１３に指令を発信することで実行される。本フローの処理が実行されると、ステップＳ１０１においては、脈動流の周波数が検知される。脈動流の周波数の検知に関し、具体的な処理の詳細は、図１６のフローチャートに例示される。

【0077】

図１６のステップＳ１０１の詳細を示すフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１１１では、流量検出部１１の加熱部１１３がＯＮされるタイミングを契機として、制御部１３に対して、検出値取得部１３１の、流量検出部１１が出力する流体の流量に応じた検出値を取得するための測定間隔（サンプリング周期）に初期値をセットすると、処理はステップＳ１１２に進む。ここで、サンプリング周期の初期値は、例えば、加熱部１１３の加熱期間と、予め用意されたメモリ容量に格納可能なデータ数とにより設定される値である。但し、サンプリング周期の初期値は、流量測定装置１の構成、性能、流量の測定対象になる流体の物性等に応じて任意に設定することが可能である。

【0078】

ステップＳ１１２において、設定された初期値の測定間隔で複数回の測定が行われる。ここで、複数回の測定とは、加熱期間において、脈動する流体の周波数（脈動周波数）を計測するための周期間隔条件を決定するための予め定められたサンプリング数（複数回）である。流量検出部１１から出力された、流体の流量に応じた検出値が所定数（複数回）取得されると、処理はステップＳ１１３に進む。ステップＳ１１３においては、測定対象の流体に生じた脈動周波数の計測を開始するためのスタートフラグ値がリセットされると、処理がステップＳ１１４に進む。

【0079】

ステップＳ１１４においては、メモリに格納されたデータ（ｎ個）の読込みが行われると、処理がステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５においては、スタートフラグ値が「１」であるか否（リセット値）かが判定される。ステップＳ１１５において、スタートフラグ値が「１」の場合には（ステップＳ１１５、“Ｙｅｓ”）、処理がステップＳ１１６に進み、そうでない場合には（ステップＳ１１５、“Ｎｏ”）、処理がステップＳ１１７に進む。

【0080】

ステップＳ１１６においては、メモリに格納された測定データが、ゼロクロス法による脈動の周波数を特定するためのエンド条件に合致するか否かが判定される。すなわち、図１３に示すように、サンプリング測定されたデータの中に、基準点、および、当該基準点と同じ流量値を示す他の計測点があるか否かが判定される。ステップＳ１１６において、サンプリング測定されたデータの中に、基準点、および、当該基準点と同じ流量値を示す他の計測点がある場合には、エンド条件に合致すると判定し（ステップＳ１１６、“Ｙｅｓ”）、処理がステップＳ１２２に進む。そうでない場合には、エンド条件に合致しないと判定し（ステップＳ１１６、“Ｎｏ”）、処理がステップＳ１１９に進む。

【0081】

ステップＳ１１７においては、図１３で説明したように、メモリに格納された測定データが、ゼロクロス法による脈動の周波数を計測するための開始条件（スタート条件）に合致しているか否かが判定される。すなわち、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、測定間隔と脈動の周期とが合致する場合には粗同じ流量値が連続的に測定されることになる。また、測定間隔と脈動の周期とが合致せずに適宜の測定間隔（ゼロクロス法を用いた脈動周波数の特定が可能な測定間隔）の場合には、図１２（ｃ）や図１４に示すように、サンプリング順に連続して増加または減少する流量値が得られることになる。したがって、ステップＳ１１７においては、複数に計測された流量値（測定データ）の中に、上記サンプリング順に連続して増加または減少する複数の流量値が存在するか否かを判定する。なお、サンプリング順に連続して増加または減少する流量値のデータ数は、３個以上であることが望ましい。ステップＳ１１７において、複数に計測された流量値の中に、サンプリング順に連続して増加または減少する流量値のデータ数が所定数（３個以上）に存在する場合には（ステップＳ１１７、“Ｙｅｓ”）、スタート条件に合致していると判断し、処理がステップＳ１１８に進む。そうでない場合には（ステップＳ１１７、“Ｎｏ”）、処理がステップＳ１１９に進む。

【0082】

ステップＳ１１８においては、測定対象の流体に生じた脈動周波数の計測を開始するた
めのスタートフラグ値がセットされると、処理がステップＳ１１９に進む。ステップＳ１１９では、データ数（ｎ）がインクリメントされて、処理がステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０においては、インクリメントされたデータ数がメモリに格納可能なデータ数であることを示す最終格納データか否かが判断される。メモリに格納可能なデータ数は予め定められる。ステップＳ１２０において、最終格納データである場合には（ステップＳ１２０、“Ｙｅｓ”）、処理がステップＳ１２１に進む。そうでない場合には（ステップＳ１２０、“Ｎｏ”）、処理はステップＳ１１４に戻る。

【0083】

ステップＳ１２１では、脈動する流体の周波数（脈動周波数）を計測するための測定間隔が更新されると処理は、ステップＳ１１２に進む。測定間隔の更新ステップは、任意に設定可能である。測定間隔の更新により、当該測定間隔が狭まるように（高周波数方向）、あるいは、広がるように（低周波数方向）更新される。更新後のステップＳ１１２においては、更新ステップによって更新された測定間隔に従って、流量値の測定が行われる。

【0084】

ステップＳ１２２においては、対象流体に生じた脈動の波数がインクリメントされると、処理はステップＳ１２３に進む。ステップＳ１２３においては、ゼロクロス法を用いた脈動の周波数を特定するために予め定められた「Ｎ波数」分の測定が完了したか否かが判定される。ここで、対象流体に生じた脈動の周波数を特定するための「Ｎ波数」は、任意に設定可能である。但し、図１４において説明したように、少なくとも、対象流体に生じた脈動の１．５周期に相当する波数に対して計測されることが望ましい。ステップＳ１２３において、Ｎ波数分の測定が完了した場合には（ステップＳ１２３、“Ｙｅｓ”）、処理はステップＳ１２４に進む。そうでない場合には（ステップＳ１２３、“Ｎｏ”）、処理がステップＳ１１２に戻る。

【0085】

ステップＳ１２４においては、測定されたデータの中の、基準点および基準点と同じ流量値を示す他の計測点との間の時間差に基づいて、測定対象の流体に生じた脈動の平均周波数が算出される。脈動の平均周波数は、Ｎ波数分の測定で取得された時間差の平均によって算出される。なお、ステップＳ１２４においては、脈動の周波数として予め設定された最大周波数未満であることを条件として、平均周波数を算出するとしてもよい。このような最大周波数は、例えば、主流路部２の管径や測定対象になる流体の物性等に応じて任意に設定することが可能である。また、例えば、所定数の周期内（例えば、１０周期内等）において、測定データから算出された周波数の最大値と最小値の比が所定倍数（例えば、１．２倍等）であることを条件として、平均周波数の算出を行うとしてもよい。計測対象の流体に生じた脈動周波数の検知精度を高めることが可能になる。ステップＳ１２４の終了後、本ルーチンを終了し、処理は図１５に示すステップＳ１０２に進む。

【0086】

図１５に戻り、ステップＳ１０２においては、ステップＳ１２４で算出された平均周波数に基づいて、測定対象の流体に対する最適な流量サンプリング時間を算出すると処理はステップＳ１０３に進む。プロセッサは、例えば、算出されたサンプリング時間を、検出値取得部１３１の、流量検出部１１が出力する流体の流量に応じた検出値を取得するための測定間隔に設定する。ステップＳ１０３においては、設定されたサンプリング時間で流量に応じた検出値が取得され、当該検出値に基づいて測定対象の流量の平均値が算出される。そして、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０１で算出された脈動周波数に応じて、ステップＳ１０３で算出された平均値に対する流量補正が実施される。例えば、図１１に示すように、測定対象の流体に生じた脈動の周波数に応じた、真値に対するずれ量を流量補正値として補正テーブル１４１に保持する。そして、ステップＳ１０１で算出された脈動周波数に対応する流量補正値を補正テーブル１４１から取得し、ステップＳ１０３で算出された流量値の平均値を補正するようにすればよい。ステップＳ１０４の処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。

【0087】

図１７に、本実施形態に係る流量測定処理によって計測された脈動周波数の測定結果の一例を例示する。脈動周波数の計測においては、測定対象の流体に対してテスト周波数（５．０Ｈｚ、１０．０Ｈｚ、１５．０Ｈｚ、２０．０Ｈｚ）で示される周期の脈動を与えた。計測された脈動周波数は「判定周波数」として例示されている。なお、脈動周波数の測定においては、図１６に示すフローにおける「Ｎ」を「１０」として、１０回測定の平均値で周波数を算出した。図１７の判定周波数に示すように、テスト周波数が「５．０Ｈｚ」では「５．０７Ｈｚ」が算出され、「１０．０Ｈｚ」では「１０．１０Ｈｚ」、「１５．０Ｈｚ」では「１５．０３Ｈｚ」、「２０．０Ｈｚ」は「２０．５３Ｈｚ」が算出された。各テスト周波数に対する判定周波数の誤差［％］は、それぞれ順に、「１．４％」、「１．０％」、「０．２％」、「２．７％」となり、概ね良好な周波数精度が得られた。

【0088】

以上のように、本実施例においては、流量検出部１１から出力される流体の流量に応じた検出値から、当該流体に生じた脈動による流量変動の周波数を求めるように構成した。具体的には、計測されたデータが、所定の条件を満たさない場合には、検出値を取得する際のサンプリング周期の間隔を所定の更新ステップで更新しながらサンプリングを複数に繰り返す。そして、所定の条件が満たされた計測データに対して、ゼロクロス法を適用して、脈動による流量変動の周波数を算出することとした。これにより、加熱期間が限られた熱式の流量測定装置であっても、数少ないデータサンプル数に基づいて、測定対象の流体に生じた脈動の周波数を精度よく検知することが可能になる。

【0089】

また、測定対象の流体に脈動が生じる場合には、脈動の変動周期（周波数）に対応して、流量値の真値に対するずれ量が変化する。このずれ量は、脈動の周波数が低い場合には、相対的に小さく、周波数の増加に伴って増加する傾向にある。本実施形態に係る流量測定装置１においては、脈動の周波数に応じた、真値に対するずれ量を流量補正値として補正テーブル１４１に保持できる。そして、検知された脈動周波数に対応するずれ量を補正テーブル１４１から取得し、測定された流量値に対して補正することが可能になる。本実施形態によれば、脈動が生じた場合であっても、より精度を高めた流量測定装置が提供できる。

【0090】

〔実施例２〕
次に、実施例２として、実施例１に係る流量測定装置が組み込まれたガスメータ及び、流量測定装置ユニットについて説明する。本実施例は、実施例１に係る流量測定装置１を、ガスの使用量測定のためのガスメータに組み込んだ例である。図１８は、流量測定装置１が組み込まれたガスメータ１５０の機能構成の一例を示すブロック図である。ガスメータ１５０は、流量測定装置１の他、表示部１５１、電源部１５２、操作部１５３、振動検出部１５４、遮断部１５５、統合制御部としてのガスメータ制御部１５６、ガスメータ記憶部１５７、ガスメータ通信部１５８を備えている。なお、操作部１５３を除き、これらの構成は筐体１５０ｂ内に収納されている。

【0091】

ここで、表示部１５１は、流量測定装置１によって測定・出力された流量（熱量流量（Ｊ／ｍｉｎ）、体積流量（ｌ／ｍｉｎ）、または両方）に基づくガス使用量の他、日付、遮断処理の有無（後述）等が表示されるディスプレイであり、液晶表示板等が用いられてもよい。電源部１５２は、流量測定装置１及び、ガスメータ１５０の他の構成に対して電力を供給する部分で、アルカリ電池等のバッテリーで構成されてもよい。操作部１５３は、ガスメータ１５０の外部に設けられており、ガス契約者または検針者等が操作する部分である。例えば、ガスメータ１５０のリセット、時刻調整、表示・出力する流量（熱量流量か体積流量か、あるいは両方か）の切換、後述する遮断状態の解除等の操作を行うことが可能としてもよい。

【0092】

振動検出部１５４は、例えば加速度センサ（不図示）等を含み、ガスメータ１５０自身の振動を検出する。遮断部１５５は、ソレノイド等のアクチュエータと主流路部２を閉塞するバルブを有し、振動検出部１５４において閾値以上の振動が検出された場合には、地震が発生したと判断して主流路部２を通過するガスを遮断する。ガスメータ制御部１５６は、流量測定装置１、表示部１５１、電源部１５２、操作部１５３、振動検出部１５４、遮断部１５５、ガスメータ記憶部１５７、ガスメータ通信部１５８と電気的に接続されており、各部の制御を行う。例えば、操作部１５３からの入力情報を受信し、入力情報に応じた指令を各部に送信する。また、振動検出部１５４において閾値以上の加速度信号が検出された場合には、遮断部１５５に遮断信号を送信する。ガスメータ記憶部１５７は、流量測定装置１や、振動検出部１５４からの出力を時系列で所定の期間に亘り記憶する部分であり、ＳＲＡＭやＤＲＡＭ等のメモリ素子により構成されてもよい。ガスメータ通信部１５８は、ガスメータ制御部１５６で処理する各情報を外部へ無線または有線で送信可能であり、外部からの指令や設定値を受信してガスメータ制御部１５６に伝達する。また、流量測定装置１が有する通信部１５と通信することで、流量測定装置１の制御部１３で処理する情報を受信し、また、流量測定装置１に対する制御信号や設定値を送信するようにしてもよい。

【0093】

なお、ガスメータ１５０の構成のうち、例えば、流量測定装置１、表示部１５１、電源部１５２、振動検出部１５４、ガスメータ制御部１５６、ガスメータ記憶部１５７、ガスメータ通信部１５８をユニット化し、この流量測定装置ユニット１５０ａに、操作部１５３、遮断部１５５を電気的に接続して、筐体１５０ｂ内に組み込むことで、ガスメータ１５０を構成可能にしておいてもよい。このようにすることで、より効率的にガスメータ１５０を製造することが可能である。

【0094】

なお、本実施例において、ガスメータ１５０、流量測定装置ユニット１５０ａに属する構成は一例であり、ガスメータ１５０の機能や、製造上の条件に応じて変更が可能である。また、本発明に係る流量測定装置は、上記の実施例で示した構成には限定されない。上記の実施例の構成は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。

【0095】

また、上記の実施例においては、流量測定装置１では、流量検出部１１の温度検出部１１１、１１２の検出値を用いた脈動周波数に対応する補正処理を説明したが、これを物性値検出部１２からの検出値としても略同様の内容が成立する。なお、流量測定装置１は、流量検出部１１、物性値検出部１２の何れか一方の構成のみを含む形態であってもよい。

【0096】

なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
＜発明１＞
主流路（２）を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置（１）であって、
測定対象流体を加熱する加熱部（１１３）と、
前記測定対象流体の温度を検出する温度検出部（１１１、１１２）と、
前記温度検出部による検出値に基づいて、前記主流路を流れる測定対象流体の流量が周期的に変動する脈動に関する脈動周波数を検知するとともに、前記検知された脈動周波数に応じて前記主流路を流れる測定対象流体の流量を補正する流量補正部（１３３）と、
を備えることを特徴とする、流量測定装置。
＜発明２＞
前記流量補正部（１３３）は、
前記主流路を流れる測定対象流体の流量の変動に関する変動周期とは異なる周期間隔で前記温度検出部による検出値を取得するとともに、少なくとも、前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列の中から同じ検出値になる２つの検出値間の時間差分に基づいて
、前記脈動周波数を検知することを特徴とする、発明１に記載の流量測定装置。
＜発明３＞
前記流量補正部（１３３）は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の数量が所定の条件を満たさないときには、前記周期間隔を変更することを特徴とする、発明２に記載の流量測定装置。
＜発明４＞
前記流量補正部（１３３）は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列における変動幅が所定の範囲内であるときには、前記周期間隔を変更することを特徴とする、発明２または３に記載の流量測定装置。
＜発明５＞
前記流量補正部（１３３）は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列の中に、連続して増加または減少変動する検出値群が存在しないときには、前記周期間隔を変更することを特徴とする、発明４に記載の流量測定装置。
＜発明６＞
前記流量補正部（１３３）は、
前記異なる周期間隔で取得された検出値の時系列の中に、連続して増加または減少変動する検出値群が存在するときには、前記周期間隔を用いた検出値の取得を所定回数に実行することを特徴とする、発明５に記載の流量測定装置。
＜発明７＞
発明１から６のいずれか一項に記載の流量測定装置（１）と、
前記流量補正部により補正された流量を表示する表示部（１５１）と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部（１５６）と、
を備える、流量測定装置ユニット（１５０ａ）。
＜発明８＞
発明１から７のいずれか一項に記載の流量測定装置（１）と、
前記流量測定装置により測定した流量を表示する表示部（１５１）と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部（１５６）と、
前記流量測定装置（１）、表示部（１５１）及び、統合制御部（１５６）に電力を供給する電源部（１５２）と、
前記流量測定装置（１）、表示部（１５１）及び、統合制御部（１５６）を収納可能な筐体（１５０ｂ）と、
前記筐体（１５０ｂ）の外部から前記流量測定装置の作動に関する設定が可能な操作部（１５３）と、
を備える、ガスメータ（１５０）。

【符号の説明】

【0097】

１ ：流量測定装置
１１ ：流量検出部
１１１ ：温度検出部
１１２ ：温度検出部
１１３ ：加熱部
１２ ：物性値検出部
１２１ ：温度検出部
１２２ ：温度検出部
１２３ ：加熱部
１３ ：制御部
１３１ ：検出値取得部
１３２ ：特性値算出部
１３３ ：流量算出部
１４ ：記憶部
１４１ ：補正テーブル
１５ ：通信部
２ ：主流路部
２１ ：オリフィス
３ ：副流路部
３２ ：物性値検出用流路
３３ ：流量検出用流路
３４ ：流入用流路
３５ ：流出用流路
４ ：シール
５ ：回路基板
６ ：カバー
１００ ：センサ素子
１０１ ：マイクロヒータ
１０２ ：サーモパイル
１０３ ：絶縁薄膜
１０４ ：シリコン基台
１０５ ：キャビティ
１５０ ：ガスメータ
１５０ａ ：流量測定装置ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【手続補正書】

【提出日】2024-10-29

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置であって、
前記測定対象流体を加熱する加熱部と、
前記測定対象流体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による検出値に基づいて、前記流路を流れる測定対象流体の流量が周期的に変動する脈動に関する脈動周波数を検知するとともに、前記検知された脈動周波数に応じて前記流路を流れる測定対象流体の流量を補正する流量補正部と、を備え、
前記流量補正部は、前記脈動周波数を検知する処理の過程において、
前記流路を流れる測定対象流体の流量に対して任意の周期間隔で前記温度検出部による検出値を取得する工程と、
取得された前記検出値の読込み数を増加させつつ、前記検出値の時系列における変動幅が所定の範囲を超えて増加または減少変動する連続した所定数以上の検出値群を検出する工程と、
前記検出値群が検出された場合に、さらに前記検出値の読込み数を増加させ、前記検出値の時系列の中で、同じ値を示す検出値が存在するか否かを判定する工程と、
前記検出値の時系列の中で、同じ値を示す検出値が存在する場合に、該同じ値を示す検出値間の時間差に基づいて前記脈動周波数を検知する工程と、
前記検出値の読込み数が所定の最終格納データに到達したときには、前記検出値の周期間隔を変更して、前記温度検出部による検出値を取得する工程に戻る工程と、
を実行することを特徴とする、流量測定装置。

【請求項2】

流路を流れる測定対象流体の流量を検出する流量測定装置であって、
前記測定対象流体を加熱する加熱部と、
前記測定対象流体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による検出値に基づいて、前記流路を流れる測定対象流体の流量が周期的に変動する脈動に関する脈動周波数を検知するとともに、前記検知された脈動周波数に応じて前記流路を流れる測定対象流体の流量を補正する流量補正部と、を備え、
前記流量補正部は、
前記流路を流れる測定対象流体の流量に対して任意の周期間隔で前記温度検出部による検出値を取得する（Ｓ１１２）とともに、
前記検出値を読込み（Ｓ１１４）、前記検出値の時系列における変動幅が所定の範囲を超えて増加または減少変動する連続した所定数以上の検出値群が存在するか否かの開始条件を判定し（Ｓ１１７）、前記検出値の読込み数を増加させ（Ｓ１１９）、前記検出値の読込み数が、所定の最終格納データに達したか否か判定し（Ｓ１２０）、前記検出値の読込み数が、所定の最終格納データ未満の場合には、再度前記検出値を読込む（Ｓ１２０、Ｓ１１４）という、処理ルーチンを、繰り返し実行可能であり、
前記流量補正部は、
前記処理ルーチンにおいて、
前記開始条件が成立する場合には（Ｓ１１５）、少なくとも、前記任意の周期間隔で取得された検出値の時系列の中から同じ検出値が存在するか否かの終了条件を判定する（Ｓ１１６）とともに、
前記終了条件が成立する場合（Ｓ１１６）には、前記２つの検出値間の時間差分に基づいて、前記脈動周波数を検知する処理を行い、
前記終了条件が成立しない場合（Ｓ１１６）には、前記検出値の読込み数を増加させる処理（Ｓ１１９）から、前記処理ルーチンに戻り、
前記流量補正部は、
前記処理ルーチンにおいて、
前記開始条件が成立しない場合には（Ｓ１１５）、前記検出値の読込み数を増加させる処理（Ｓ１１９）から、前記処理ルーチンを継続し、
前記処理ルーチンにおいて、
前記検出値の読込み数が、所定の最終格納データに達したと判定した場合（Ｓ１２０）には、前記検出値の周期間隔を変更して（Ｓ１２１）、前記温度検出部による検出値を取得し（Ｓ１１４）、前記処理ルーチンを開始する、
ことを特徴とする、流量測定装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の流量測定装置と、
前記流量補正部により補正された流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
を備える、流量測定装置ユニット。

【請求項4】

請求項１または２に記載の流量測定装置と、
前記流量測定装置により測定した流量を表示する表示部と、
前記流量測定装置及び前記表示部を制御する統合制御部と、
前記流量測定装置、表示部及び、統合制御部に電力を供給する電源部と、
前記流量測定装置、表示部及び、統合制御部を収納可能な筐体と、
前記筐体の外部から前記流量測定装置の作動に関する設定が可能な操作部と、
を備える、ガスメータ。