特許 7672954 流速センサ及び流速検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-25

(45)【発行日】2025-05-08

(54)【発明の名称】流速センサ及び流速検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 5/04 20060101AFI20250428BHJP

   G01F 1/28 20060101ALI20250428BHJP

【ＦＩ】

G01P5/04 F

G01F1/28 C

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021183776

(22)【出願日】2021-11-11

(65)【公開番号】P2023071188

(43)【公開日】2023-05-23

【審査請求日】2023-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100162031

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 豊彦

(74)【代理人】

【識別番号】100175721

【弁理士】

【氏名又は名称】高木 秀文

(72)【発明者】

【氏名】中平 佑

(72)【発明者】

【氏名】塚原 尚起

(72)【発明者】

【氏名】森村 克

【審査官】岡村 京輔

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５７－６１５６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－３４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１１４６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５６２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２３２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２００５００１１７１（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ ５／０４

Ｇ０１Ｆ １／２８－１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管内の流体の流速を検出する流速センサであって、
前記流体の圧力を受けて変形可能な本体部と、
前記本体部の変形量を検出するセンサ部と、
を有する検出部を具備し、
前記本体部は、
前記センサ部が設けられる変形部と、
前記流体の圧力を受けて前記変形部を変形させる受圧部と、
を有し、
前記検出部は、
高感度検出部及び低感度検出部を含み、
前記高感度検出部の前記変形部の剛性に対する前記高感度検出部の前記受圧部の受圧面積の比は、前記低感度検出部の前記変形部の剛性に対する前記低感度検出部の前記受圧部の受圧面積の比よりも大きく、
前記高感度検出部は、前記流体の流通方向に前記低感度検出部を挟むようにして一対配置され、
前記高感度検出部と前記低感度検出部との間には、所定の隙間が形成されている、
流速センサ。

【請求項2】

管内の流体の流速を検出する流速センサであって、
前記流体の圧力を受けて変形可能な本体部と、
前記本体部の変形量を検出するセンサ部と、
を有する検出部を具備し、
前記本体部は、
前記センサ部が設けられる変形部と、
前記流体の圧力を受けて前記変形部を変形させる受圧部と、
を有し、
前記検出部は、
高感度検出部及び低感度検出部を含み、
前記高感度検出部の前記変形部の剛性に対する前記高感度検出部の前記受圧部の受圧面積の比は、前記低感度検出部の前記変形部の剛性に対する前記低感度検出部の前記受圧部の受圧面積の比よりも大きい、
前記流速センサを用いて、前記センサ部による検出結果に基づいて前記流体の流速を検出する流速検出方法であって、
塑性変形を起こした前記高感度検出部の前記センサ部による検出結果を、前記低感度検出部の前記センサ部による検出結果で補正して、前記流体の流速を検出する、
流速検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、管内の流体の流速を検出する流速センサ及び流速センサを用いた流速検出方法の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水道管内の流体の流速を検出する技術が知られている。例えば特許文献１には、可撓性を有する検出板を用いて、水道管内の流量（流速）を計測する方法が開示されている。上記検出板の表面には歪ゲージが設けられている。歪ゲージは、水道管内の流体に押圧されることによる検出板のたわみを検出し、当該検出値に基づいて水道管内の流量を計測する。

【0003】

このような検出板を用いて水道管内の流量を計測する構成では、低流速での流速を精度よく検出するために検出板を比較的変形し易く形成すれば、流体の圧力により検出板が塑性変形を起こすおそれがある。このため高流速での流速を検出し難いことが考えられる。また、高流速での流速を検出するために検出板の剛性を大きく形成すれば、検出板がたわみ難くなるため、低流速での流速を検出し難いことが考えられる。このため、検出可能な流体の流速範囲が狭くなることが懸念される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１－１５０８５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、幅広い流速範囲で流体の流速を検出することができる流速センサ及び流速検出方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

【0007】

即ち、請求項１においては、管内の流体の流速を検出する流速センサであって、前記流体の圧力を受けて変形可能な本体部と、前記本体部の変形量を検出するセンサ部と、を有する検出部を具備し、前記本体部は、前記センサ部が設けられる変形部と、前記流体の圧力を受けて前記変形部を変形させる受圧部と、を有し、前記検出部は、高感度検出部及び低感度検出部を含み、前記高感度検出部の前記変形部の剛性に対する前記高感度検出部の前記受圧部の受圧面積の比は、前記低感度検出部の前記変形部の剛性に対する前記低感度検出部の前記受圧部の受圧面積の比よりも大きく、前記高感度検出部は、前記流体の流通方向に前記低感度検出部を挟むようにして一対配置され、前記高感度検出部と前記低感度検出部との間には、所定の隙間が形成されているものである。

【0008】

請求項２においては、管内の流体の流速を検出する流速センサであって、前記流体の圧力を受けて変形可能な本体部と、前記本体部の変形量を検出するセンサ部と、を有する検出部を具備し、前記本体部は、前記センサ部が設けられる変形部と、前記流体の圧力を受けて前記変形部を変形させる受圧部と、を有し、前記検出部は、高感度検出部及び低感度検出部を含み、前記高感度検出部の前記変形部の剛性に対する前記高感度検出部の前記受圧部の受圧面積の比は、前記低感度検出部の前記変形部の剛性に対する前記低感度検出部の前記受圧部の受圧面積の比よりも大きい、前記流速センサを用いて、前記センサ部による検出結果に基づいて前記流体の流速を検出する流速検出方法であって、塑性変形を起こした前記高感度検出部の前記センサ部による検出結果を、前記低感度検出部の前記センサ部による検出結果で補正して、前記流体の流速を検出するものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

【0012】

請求項１においては、幅広い流速範囲で流体の流速を検出することができる。また、高感度検出部が塑性変形することを抑制することができる。

【0013】

請求項２においては、幅広い流速範囲で流体の流速を検出することができる。また、流体の流速を精度よく検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】管理システムの側面一部断面図。

【図2】第一実施形態に係る流速センサの斜視図。

【図3】（ａ）流速がＶ１未満の状態の流速センサの様子を示す側面図。（ｂ）流速がＶ１以上Ｖ２未満の状態の流速センサの様子を示す側面図。（ｃ）流速がＶ２以上の状態の流速センサの様子を示す側面図。

【図4】（ａ）実際の流速の時間変化を示すグラフ。（ｂ）流速センサの検出値の時間変化を示すグラフ。（ｃ）高感度検出部の検出値の補正を行った例を示すグラフ。

【図5】センサ部が検出したひずみと実際の流速との関係を示すグラフ。

【図6】流速の検出結果の一例を示すグラフ。

【図7】（ａ）流速センサの第一変形例の正面図。（ｂ）流速センサの第二変形例の正面図。（ｃ）流速センサの第三変形例の正面図。

【図8】第二実施形態に係る流速センサの斜視図。

【図9】（ａ）流速がＶ１未満の状態の流速センサの様子を示す側面図。（ｂ）流速がＶ１である状態の流速センサの様子を示す側面図。（ｃ）流速がＶ２以上の状態の流速センサの様子を示す側面図。

【図10】センサ部が検出したひずみと実際の流速との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下では、図中の矢印Ｕ、矢印Ｄ、矢印Ｆ及び矢印Ｂで示した方向を、それぞれ上方向、下方向、前方向及び後方向と定義して説明を行う。なお、以下の説明で用いる図は模式図であり、説明の便宜ため各部材の形状や寸法等を適宜誇張して示している。このため、各部材の具体的な形状や寸法等は図示されたものに限定されない。

【0018】

以下では図１を参照して、本発明の一実施形態に係る流速センサ１０を用いた管理システム１について説明する。

【0019】

管理システム１は、流速センサ１０を用いて流路内の流体の管理を行うものである。より詳細には、管理システム１は、水道管２（流路）内を流通する水の流速を取得して確認することができる。以下の説明では、水道管２内の水は前方から後方へ向けて流通しているものとする。

【0020】

管理システム１は、地中に埋設された水道管２の中途部において、上方に分岐した流路である分岐部３を介して水の流速を取得する。分岐部３の上部は、消火栓ボックス５内において、消火栓４と接続されている。消火栓ボックス５は、水道管２の上方に位置するように埋設されている。消火栓ボックス５は、上方へ向けて開口している。上記開口には、開閉可能な蓋（不図示）が設けられている。消火栓４は、必要に応じて水道管２を流通する水を、ホース等の供給先に供給可能なものである。消火栓４は、適宜の開閉弁を備える。消火栓４の内部には、分岐部３と連通する空間が形成される。

【0021】

管理システム１は、流速センサ１０、通信部２０、バッテリ３０及びサーバ４０を具備する。

【0022】

流速センサ１０は、水道管２内の水の流速を検出するものである。なお、流速センサ１０の構成の詳細な説明は後述する。

【0023】

通信部２０は、流速センサ１０と他の機器（本実施形態では、サーバ４０）との間で情報のやり取りを行うための機器である。通信部２０は、適宜の回線を介してサーバ４０と情報のやり取りを行うことができる。通信部２０は、適宜のリード線を介して流速センサ１０と接続される。通信部２０は、消火栓ボックス５内に配置される。

【0024】

バッテリ３０は、流速センサ１０及び通信部２０の電源となるものである。バッテリ３０は、リード線を介して流速センサ１０及び通信部２０と接続される。バッテリ３０は、消火栓ボックス５内に配置される。

【0025】

サーバ４０は、他の機器からの要求に応じて適宜処理を行うものである。サーバ４０は、演算装置（例えば、ＣＰＵ等）、記憶装置（例えば、ＨＤＤ等）及び入出力装置（例えば、マウス、キーボード及びディスプレイ等）を具備する。サーバ４０は、通信部２０を介して流速センサ１０からの信号（後述するセンサ部２２０、３２０の信号）を受信し、上記信号に基づいて水道管２内の水の流速の検出値を取得することができる。

【0026】

また、サーバ４０は、上記流速の検出値を補正する処理を行うことができる。なお、補正の処理の詳細な説明は後述する。また、サーバ４０は、適宜の端末（例えばＰＣやスマートフォン、タブレット端末等）との通信を実行可能である。

【0027】

以下では、図１から図３までを用いて、本発明の第一実施形態に係る流速センサ１０の構成の詳細について説明する。図１に示すように、流速センサ１０は、分岐部３に沿って上下に延びる取付棒６を介して、消火栓４に固定される。取付棒６は、上端部が消火栓４の内部に固定される。取付棒６の下端部は、分岐部３と水道管２との接続部分に位置する。流速センサ１０は、取付棒６の下端部に固定され、水道管２内に位置するように設けられる。流速センサ１０は、検出部１００を有する。

【0028】

図２及び図３に示す検出部１００は、高感度及び低感度で水の流速を検出可能なものである。検出部１００は、高感度検出部２００及び低感度検出部３００を具備する。

【0029】

高感度検出部２００は、比較的高感度で水の流速を検出するものである。高感度検出部２００は、本体部２１０及びセンサ部２２０を具備する。

【0030】

図２及び図３に示す本体部２１０は、水道管２内を流通する水の圧力を受けて弾性変形可能な部分である。本体部２１０は、板面を水の流通方向（前後方向）に向けた板形状に形成される。本体部２１０は、正面視において上下に長尺な略矩形状に形成される。本体部２１０の厚さ寸法は、高感度で水の流速を検出する観点から適宜設定される。本体部２１０は、可撓性を有する材料で形成される。本体部２１０の材料としては、例えばステンレス等の金属材料を採用可能である。本体部２１０は、固定部２１１、変形部２１２及び受圧部２１３を具備する。

【0031】

固定部２１１は、取付棒６の下端部に固定される部分である。固定部２１１は、本体部２１０の上端部を構成する。固定部２１１には、固定に用いられるボルト等の止具（不図示）が挿通される孔部２１１ａが形成される。図例では、孔部２１１ａを左右に一対形成した例を示している。

【0032】

変形部２１２は、後述するセンサ部２２０が設けられる部分である。変形部２１２は、本体部２１０の上部のうち、固定部２１１の下方の部分を構成する。具体的には変形部２１２は、本体部２１０のうち、当該本体部２１０に設けられたセンサ部２２０の上下幅の範囲の部分である。

【0033】

受圧部２１３は、水道管２内を流通する水の圧力を受けて、変形部２１２を変形させる部分である。受圧部２１３は、本体部２１０のうち、変形部２１２よりも下方の部分を構成する。受圧部２１３は、分岐部３を挿通すると共に、少なくとも下部が水道管２内に位置するように設けられる（図１を参照）。

【0034】

センサ部２２０は、変形部２１２の変形量（ひずみ）を検出するものである。より詳細には、センサ部２２０は、本体部２１０が前後方向に屈曲した際の変形部２１２の変形量を電気信号として検出する。センサ部２２０としては、ひずみゲージを採用可能である。センサ部２２０は、ひずみを検出可能な方向（測定軸方向）を上下方向に向けて配置される。センサ部２２０は、変形部２１２の前面及び後面にそれぞれ設けられる。センサ部２２０は、リード線を介して、通信部２０及びバッテリ３０と接続される。また、センサ部２２０は、防水処置が施される。上記防水処置としては、例えば保護テープ等によるコーティングを採用可能である。

【0035】

低感度検出部３００は、比較的低感度で水の流速を検出するものである。すなわち、低感度検出部３００は、高感度検出部２００よりも低い感度で水の流速を検出する。低感度検出部３００は、本体部３１０及びセンサ部３２０を具備する。低感度検出部３００は、高感度検出部２００とは別体に形成される。低感度検出部３００は、高感度検出部２００の側方（左方）に配置される。なお、低感度検出部３００の構成は、一部を除いて高感度検出部２００の構成と概ね同様である。従って、以下では、本体部３１０及びセンサ部３２０の詳細な説明を適宜省略する。

【0036】

図２及び図３に示す本体部３１０は、本体部２１０の左方において、水道管２内を流通する水の圧力を受けて弾性変形可能な部分である。図２に示すように、本体部２１０及び本体部３１０は、左右方向（板面方向）に並べて配置される。

【0037】

本体部３１０は、厚さ寸法が本体部２１０の厚さ寸法よりも大きい点を除いて、本体部２１０と同様に形成される。すなわち、本体部３１０は、厚さ寸法を除いた他の寸法が、本体部２１０と同様な板形状に形成される。従って、本体部３１０の正面視における面積は、本体部２１０の正面視における面積と同様である。なお、本体部３１０の厚さ寸法は、低感度で水の流速を検出する観点から適宜設定される。

【0038】

本体部３１０は、固定部３１１、変形部３１２及び受圧部３１３を具備する。なお、固定部３１１（孔部３１１ａ）、変形部３１２及び受圧部３１３は、本体部２１０の各部（固定部２１１（孔部２１１ａ）、変形部２１２及び受圧部２１３）と概ね同様である。

【0039】

センサ部３２０は、変形部３１２の変形量（ひずみ）を検出するものである。センサ部３２０は、変形部３１２の前面及び後面にそれぞれ設けられる。センサ部３２０の構成は、高感度検出部２００のセンサ部２２０と同様である。

【0040】

上述の如き流速センサ１０において、高感度検出部２００の本体部２１０は、低感度検出部３００の本体部３１０よりも変形し易く形成される。より詳細には、高感度検出部２００の変形部２１２の剛性に対する受圧部２１３の受圧面積の比は、低感度検出部３００の変形部３１２の剛性に対する受圧部３１３の受圧面積の比よりも大きく形成される。剛性に対する受圧面積の比が大きい程、部材は変形し易い。

【0041】

ここで、「剛性」とは、部材の変形のし難さを示す度合いである。本体部２１０及び本体部３１０のような板形状の部材では、部材の厚さ寸法や部材の幅寸法（左右寸法）が大きい程、剛性が高くなる（変形し難くなる）。剛性が高くなれば、本体部２１０及び本体部３１０の強度は向上する一方、変形部２１２及び変形部３１２の変化量は小さくなり、センサ部２２０及びセンサ部３２０による検出が行い難くなる（感度が低くなる）。すなわち、剛性と感度とは、トレードオフの関係である。

【0042】

また、「受圧面積」とは、水道管２内を流通する水の圧力を受ける面の面積である。本実施形態では、「受圧面積」は、受圧部２１３及び受圧部３１３のうち、水道管２内に突出している部分の正面視における面積を指す。受圧面積が大きい程、部材が水の圧力を受け易くなるため、当該部材は変形し易くなる。本実施形態では、受圧部２１３及び受圧部３１３の受圧面積が同じになるように、受圧部２１３及び受圧部３１３が同じ面積だけ水道管２内に突出するように、高感度検出部２００及び低感度検出部３００を配置している。

【0043】

本実施形態では、高感度検出部２００の本体部２１０（変形部２１２）の厚さ寸法が、低感度検出部３００の本体部３１０（変形部３１２）の厚さ寸法よりも小さく、また、変形部２１２及び変形部３１２の幅寸法は同じである。従って、変形部２１２の剛性は、変形部３１２の剛性よりも小さい。

【0044】

また、本実施形態では、受圧部２１３及び受圧部３１３の受圧面積は同じである。以上から、高感度検出部２００の変形部２１２の剛性に対する受圧部２１３の受圧面積の比は、低感度検出部３００の変形部３１２の剛性に対する受圧部３１３の受圧面積の比よりも大きいと言える。

【0045】

以下では、上述の如き流速センサ１０を用いて水道管２内を流通する水の流速を検出する様子を説明する。

【0046】

図３に示すように、流速センサ１０の検出部１００（高感度検出部２００及び低感度検出部３００）は、水道管２内を流通する水の圧力を受けて、本体部２１０及び本体部３１０が変形する。具体的には、本体部２１０及び本体部３１０は、前方から後方へ流通する水の圧力を、受圧部２１３及び受圧部３１３の前面で受ける。これにより変形する変形部２１２及び変形部３１２の変形量（ひずみ）を、センサ部２２０及びセンサ部３２０で検出する。

【0047】

上記センサ部２２０及びセンサ部３２０の検出結果は、通信部２０によりサーバ４０に送信される。サーバ４０は、上記検出結果に基づいて流速を検出する。サーバ４０は、例えば、本体部２１０及び本体部３１０の特性（寸法や剛性等）に基づいて、センサ部２２０及びセンサ部３２０が検出した変形量（ひずみ）を変換することで流速を検出する。このようにして、管理システム１は、流速センサ１０を用いた流速の検出を行うことができる。

【0048】

本実施形態では、変形部２１２及び変形部３１２の前後両面にセンサ部２２０及びセンサ部３２０が設けられている。これにより、流速センサ１０は、前後方向の両方の流速を検出することができる。サーバ４０は、前後の各センサ部の検出値に基づき、水が流通する方向（流向）を判定する。また、サーバ４０は、前後の各センサ部の検出値を用いることで、温度変化による各変形部のひずみを無効化（キャンセル）することができる。

【0049】

また、サーバ４０は、水道管２内を流通する水の流速に応じて、高感度検出部２００及び低感度検出部３００のうち、流速の検出に適した方の検出結果を用いて流速の検出を行うことができる。

【0050】

以下では、図３から図６までを用いて、流速センサ１０を用いた流速検出方法を説明する。

【0051】

まず、図３から図５までを用いて、流速センサ１０の高感度検出部２００及び低感度検出部３００が検出可能な流速の範囲について説明する。

【0052】

図４に示すグラフは、水道管２内を流通する水の流速の時間変化を示したものである。図４（ａ）において二点鎖線で示す線は、水道管２内を流通する水の実際の流速を示すものである。上記実際の流速は、途中までは時間の経過と共に上昇し、その後時間の経過と共に下降している。

【0053】

図４（ｂ）、（ｃ）で実線及び一点鎖線で示す線（太い線）は、それぞれ高感度検出部２００及び低感度検出部３００のそれぞれの流速の検出値を示す。上記グラフに示す高感度検出部２００及び低感度検出部３００の検出値が実際の流速と一致していれば、流速センサ１０による流速の検出が正確であることが示される。

【0054】

図５に示すグラフは、検出部１００（高感度検出部２００及び低感度検出部３００）におけるセンサ部２２０及びセンサ部３２０の検出結果（ひずみ）と、実際の流速と、の関係を示すものである。図５では、高感度検出部２００の塑性変形前と塑性変形後のそれぞれの検出結果を示している。なお、図５では、変形部２１２及び変形部３１２が弾性変形可能なひずみの範囲（弾性域）を実線及び一点鎖線で示し、弾性域を超える（塑性変形を起こす可能性のある）ひずみの範囲（塑性域）を破線で示している。

【0055】

図３（ａ）は、水道管２内の水の流速が、低流速（例えば０．１ｍ／ｓ程度）である場合を示している。この状態では水の圧力は小さいため、低感度検出部３００の変形部３１２の変形量は小さい。このため、流速がある程度の大きさになるまでセンサ部３２０による検出を行い難い。具体的には、図４（ｂ）に示すように、流速がＶ１以上となるまで、低感度検出部３００の検出値は実際の流速を下回っている。また、図５に示すように、流速がＶ１近傍になるまで、センサ部３２０によるひずみの検出は行われていない。すなわち、低感度検出部３００では、Ｖ１未満の流速の範囲（流速範囲）を検出し難い。

【0056】

一方、図３（ａ）に示すように、低流速の場合でも、高感度検出部２００の変形部２１２の変形量は大きい。このため、センサ部２２０による検出を行い易い。具体的には、図４（ｂ）に示すように、高感度検出部２００の検出値は、Ｖ１未満の流速範囲（流速が上昇している部分）で、実際の流速と概ね一致している。すなわち、上記流速範囲では、高感度検出部２００により流速を精度よく検出可能である。

【0057】

図３（ｂ）は、流速が、図３（ａ）の流速よりも上がった場合を示している。この状態では変形部２１２及び変形部３１２の変化量は、流速がＶ１未満の場合と比べて大きくなる。図４（ｂ）に示すように、流速がＶ２以上となるまでは、高感度検出部２００及び低感度検出部３００の検出値はいずれも、実際の流速と概ね一致している。すなわち、流速がＶ１以上Ｖ２未満の流速範囲（より詳細には、図４（ｂ）におけるＶ１以上Ｖ２未満の流速範囲において、流速が時間経過と共に上昇している範囲）では、高感度検出部２００及び低感度検出部３００の両方で流速を精度よく検出可能である。なお、図５に示すように、Ｖ２未満の範囲では、変形部２１２及び変形部３１２のひずみは弾性域である。

【0058】

図３（ｃ）は、流速が高流速（例えば２．０ｍ／ｓ程度）である場合を示している。この状態では、変形部２１２及び変形部３１２の変化量は更に大きくなる。この場合、剛性が低い高感度検出部２００の変形部２１２は、過剰に変形するおそれがある。図５に示すように、流速がＶ２以上の場合、変形部２１２のひずみは塑性域となり、変形部２１２は、弾性変形可能な範囲を超えて変形する（図４（ｂ）も参照）。例えば、流速がＶ２より大きい流速Ｖ３となった場合、変形部２１２は塑性変形を起こす。この場合、図４（ｂ）に示すように、高感度検出部２００の検出値は、実際の流速を上回る。このため、高感度検出部２００では、Ｖ２より大きい流速範囲を正確に検出できない。

【0059】

一方、図５に示すように、剛性が高い低感度検出部３００の変形部３１２は、流速がＶ３となっても、変形部３１２のひずみは弾性域であるため、センサ部３２０による検出を行うことができる。図４（ｂ）に示すように、低感度検出部３００の検出値は、Ｖ２以上の流速範囲で、実際の流速と概ね一致している。すなわち、上記流速範囲では、低感度検出部３００により流速を精度よく検出可能である。

【0060】

上述のように、流速センサ１０によれば、高感度検出部２００及び低感度検出部３００の両方を用いることで、幅広い流速範囲で水の流速を検出することができる。すなわち、流速が小さい場合には、比較的変形し易く低流速の検出に適した高感度検出部２００を用いて流速を検出することができる。また、流速が大きい場合には、比較的変形し難く高流速の検出に適した低感度検出部３００を用いて流速を検出することができる。

【0061】

ここで、図４（ｂ）及び図５に示すように、変形部２１２のひずみが塑性域となり、変形部２１２が塑性変形を起こした場合、高感度検出部２００は、実際の流速よりも所定量大きい検出値を検出し続ける。すなわち、図５に示すように、高感度検出部２００は、変形部２１２の本来の変形量（塑性変形前の変形量）に、塑性変形により生じた変形量（塑性ひずみ）を加えた値を検出し続ける。このため、図４（ｂ）に示すように、変形部２１２が塑性変形した後は、流速がＶ２未満になったとしても、高感度検出部２００で流速を精度よく検出することは困難となる。また、Ｖ１未満の流速範囲では、高感度検出部２００及び低感度検出部３００の両方が正確な流速を検出できないことになる。

【0062】

そこで、管理システム１（サーバ４０）は、高感度検出部２００の本体部２１０が塑性変形を起こした場合に、高感度検出部２００による検出結果を、低感度検出部３００による検出結果を用いて補正することを可能としている。

【0063】

図４（ｃ）では、塑性変形を起こした高感度検出部２００の検出値を補正した例を示している。図４（ｃ）で示す例では、時刻ｔｘにおいて高感度検出部２００の検出値の誤差を補正することで、時刻ｔｘ以降の高感度検出部２００の検出値を実際の流速と概ね一致させている。なお、検出結果の補正の詳細な説明は後述する。

【0064】

次に、図６を用いて、上述の如き流速センサ１０を用いて実際に流速を取得した例について説明する。

【0065】

図６に示すグラフは、ある時刻における検出部１００（高感度検出部２００及び低感度検出部３００）の検出結果（流速）を示すものである。本実施形態において、サーバ４０は、所定の時間間隔（例えば１５分間隔）を空けて、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３の検出結果を取得している。なお、上記時間間隔は上述した例に限られず、種々の時間間隔を採用可能である。

【0066】

また、サーバ４０は、流速センサ１０の各時刻の検出値に基づいて、必要に応じて検出結果の補正を行う。

【0067】

図６では、時刻ｔ１において高感度検出部２００及び低感度検出部３００により検出された流速が、Ｖ１未満の流速範囲であることが示されている。上述したように、Ｖ１未満の流速範囲では、低感度検出部３００は正確な検出値を検出し難い（図４及び図５を参照）。このため、サーバ４０は、Ｖ１未満の流速範囲では、上記検出結果のうち低感度検出部３００の検出結果を無効とし、高感度検出部２００の検出結果に基づいて流速を取得する。なお、この場合は、検出結果の補正は行われない。

【0068】

また、図６では、時刻ｔ２及び時刻ｔ３において高感度検出部２００及び低感度検出部３００により検出された流速が、Ｖ１以上Ｖ２未満の流速範囲であることが示されている。

【0069】

ここで、サーバ４０は、高感度検出部２００及び低感度検出部３００の検出結果が流速がＶ１以上Ｖ２未満の場合、各検出結果に基づいて、検出結果の補正の要否の判定を行う。

【0070】

具体的には、上述したように高感度検出部２００が塑性変形を起こしている場合、高感度検出部２００の検出結果と低感度検出部３００の検出結果とに差が生じる。サーバ４０は、上記検出結果の差が所定の範囲以上である場合に、誤差が生じていると判断する。この場合、サーバ４０は、検出値の補正が必要であると判断する。上記所定の範囲は、例えば低感度検出部３００の検出結果に対する上記検出結果の差の割合（％）に基づいて設定可能である。

【0071】

図６では、時刻ｔ２において高感度検出部２００及び低感度検出部３００により検出された流速が概ね一致しており、流速の差が所定の範囲内である例を示している。この場合、サーバ４０は、検出値の補正が必要でないと判断すると共に、高感度検出部２００及び低感度検出部３００の検出結果に基づいて流速を取得する。なお、この場合は、サーバ４０は、高感度検出部２００及び低感度検出部３００の検出結果のうちの一方の検出結果のみを用いて流速を取得してもよく、両方の検出結果を用いて（例えば両方の検出結果の平均値を算出して）、流速を取得してもよい。

【0072】

また、図６では、時刻ｔ３において高感度検出部２００及び低感度検出部３００により検出された流速の差が所定の範囲以上である例を示している。すなわち、図６に示す例では、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に管内の流速がＶ２以上となり、高感度検出部２００の本体部２１０に塑性変形が起きたものと考えられる。この場合、サーバ４０は、検出値の補正が必要であると判断すると共に、検出値の補正を行う。

【0073】

サーバ４０は、検出値の補正が必要であると判断した場合、例えばディスプレイ等の入出力装置により、管理システム１の管理者や利用者等に、補正の処理を行う旨を報知する。上記報知は、入出力装置に限られず、例えば適宜の端末でも実行可能である。

【0074】

補正の処理において、サーバ４０は、図５に示す塑性変形前の高感度検出部２００検出値と、塑性変形後の高感度検出部２００検出値と、の差である塑性ひずみを、測定誤差として算出する。

【0075】

上記測定誤差は、種々の方法により算出することができる。例えば、Ｖ１以上Ｖ２未満の流速範囲では、低感度検出部３００の検出結果は概ね正確であると考えられるため、当該流速範囲における低感度検出部３００と高感度検出部２００の検出結果の差を、測定誤差として算出することができる。またその他、塑性変形前後の高感度検出部２００の検出結果の差（図５参照）を、測定誤差として算出することができる。

【0076】

次に、サーバ４０は、塑性変形後の高感度検出部２００の検出値から、測定誤差を減算する。これにより、高感度検出部２００の検出結果が補正される。図４（ｃ）のｔｘ以降では、補正後の高感度検出部２００の検出結果を示している。上記補正後の検出値は、実際の流速と概ね一致している。

【0077】

上述したように、本実施形態においては、高感度検出部２００及び低感度検出部３００が共に正確な検出値を検出可能な流速範囲（Ｖ１以上Ｖ２未満の流速範囲）において、各検出値の差（測定誤差）を取得し、上記測定誤差の分、高感度検出部２００の検出値を補正することができる。上記補正を行うことで、変形部２１２が塑性変形を起こした場合であっても、高感度検出部２００を用いた流速の検出を続けることができる。

【0078】

また、上記補正を行った後に再び変形部２１２が塑性変形を起こした場合、サーバ４０は、上記補正を繰り返し行う。

【0079】

なお、上述した流速測定方法は一例であり、流速センサ１０を用いた流速測定方法は上述した例に限られない。例えば、上述した例では、所定の時間間隔を空けて、サーバ４０が時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３の検出結果を取得する例を示したが、このような態様に限られず、サーバ４０が常時、検出結果を取得する構成としてもよい。

【0080】

以上の如く、本実施形態に係る流速センサ１０は、
管内の流体（水道管２内の水）の流速を検出する流速センサ１０であって、
前記流体の圧力を受けて変形可能な本体部（本体部２１０及び本体部３１０）と、
前記本体部（本体部２１０及び本体部３１０）の変形量を検出するセンサ部（センサ部２２０及びセンサ部３２０）と、
を有する検出部１００を具備し、
前記本体部（本体部２１０及び本体部３１０）は、
前記センサ部（センサ部２２０及びセンサ部３２０）が設けられる変形部（変形部２１２及び変形部３１２）と、
前記流体の圧力を受けて前記変形部（変形部２１２及び変形部３１２）を変形させる受圧部（受圧部２１３及び受圧部３１３）と、
を有し、
前記検出部１００は、
高感度検出部２００及び低感度検出部３００を含み、
前記高感度検出部２００の前記変形部２１２の剛性に対する前記高感度検出部２００の前記受圧部２１３の受圧面積の比は、前記低感度検出部３００の前記変形部３１２の剛性に対する前記低感度検出部３００の前記受圧部３１３の受圧面積の比よりも大きいものである。
このように構成することにより、幅広い流速範囲で流体の流速を検出することができる。すなわち、流体の流速が小さい場合には、比較的変形し易く低流速の検出に適した高感度検出部２００を用いて流速を検出することができる。また、流体の流速が大きい場合には、比較的変形し難く高流速の検出に適した低感度検出部３００を用いて流速を検出することができる。このように、高感度検出部２００及び低感度検出部３００を用いることで、幅広い流速範囲で流体の流速を検出することができる。

【0081】

また、前記高感度検出部２００の前記本体部２１０及び前記低感度検出部３００の前記本体部３１０は、
それぞれ板形状に形成され、板面方向に並べて配置されるものである。このように構成することにより、流速センサ１０の小型化を図ることができる。すなわち、板形状の高感度検出部２００及び低感度検出部３００を、板面方向に並べて配置したことで、板厚さ方向の寸法の小型化を図ることができる。

【0082】

また、本実施形態に係る流速検出方法は、
流速センサ１０を用いて、前記センサ部（センサ部２２０及びセンサ部３２０）による検出結果に基づいて前記流体の流速を検出する流速検出方法であって、
前記高感度検出部２００の前記センサ部２２０による検出結果を、前記低感度検出部３００の前記センサ部３２０による検出結果で補正して、前記流体の流速を検出するものである。
このように構成することにより、流体の流速を精度よく検出することができる。
すなわち、比較的変形し易い高感度検出部２００は、流体の流速が想定以上に高くなると塑性変形することも考えられるが、この場合に低感度検出部３００の検出結果を用いて高感度検出部２００の検出結果を補正することで、塑性変形後も精度よく流速の検出を行うことができる。

【0083】

なお、流速センサ１０の検出部１００（高感度検出部２００及び低感度検出部３００）の構成としては、上述した例に限られない。以下では、図７を参照して、検出部１００の各変形例について説明する。

【0084】

以下に示す各変形例は、高感度検出部２００の本体部２１０及び低感度検出部３００の本体部３１０の厚さ寸法を、互いに同寸法とした点で、検出部１００とは異なる。

【0085】

図７（ａ）に示す第一変形例に係る検出部１００Ａでは、一枚の板形状の部材を左右に分割するようにして、本体部２１０及び本体部３１０を形成している。具体的には、本体部２１０は、上部より下部の幅寸法（左右寸法）が大きく、本体部３１０は、下部より上部の幅寸法が大きく形成されている。本体部２１０の上部と本体部３１０の下部の幅寸法は同寸法であり、本体部２１０の下部と本体部３１０の上部の幅寸法は同寸法である。

【0086】

検出部１００Ａでは、センサ部２２０及びセンサ部３２０は、各本体部（本体部２１０及び本体部３１０）の上部に設けられている。すなわち、各本体部の上部が、変形部２１２及び変形部３１２に相当する。従って、変形部２１２の幅寸法は、変形部３１２の幅寸法よりも小さく形成される。このため、変形部２１２の剛性は、変形部３１２の剛性よりも小さい。

【0087】

また、検出部１００Ａでは、受圧部２１３及び受圧部３１３は、本体部２１０及び本体部３１０の下部に形成されている。従って、受圧部２１３の幅寸法は、受圧部３１３の幅寸法よりも大きく形成される。このため、受圧部２１３の受圧面積は、受圧部３１３の受圧面積よりも大きい。

【0088】

上述の如き検出部１００Ａにおいても、変形部２１２の剛性に対する受圧部２１３の受圧面積の比は、変形部３１２の剛性に対する受圧部３１３の受圧面積の比よりも大きい。従って、検出部１００Ａは、検出部１００と概ね同様な効果を奏する。

【0089】

また、図７（ａ）に示すように、検出部１００Ａでは、本体部３１０の上部の幅寸法を大きくした分、本体部２１０の上部の幅寸法を小さく形成し、本体部２１０の下部を大きくした分、本体部３１０の下部の幅寸法を小さく形成し、両部材を組み合わせることで、全体として正面視矩形状に形成している。これにより、検出部１００Ａの幅方向のコンパクト化を図ることができる。

【0090】

図７（ｂ）に示す第二変形例に係る検出部１００Ｂでは、一枚の板形状の部材にスリットを入れて、本体部２１０及び本体部３１０を形成している。具体的には、板形状の部材の正面視右下の角から対角に向かって延びるスリットを形成することで、左右に分割された本体部２１０及び本体部３１０を形成している。また、検出部１００Ｂは、共通の固定部３１１を有する。

【0091】

検出部１００Ｂでは、左側の本体部２１０の幅寸法は、下方に向かうに従い大きく形成される。一方、右側の本体部３１０の幅寸法は、下方に向かうに従い小さく形成される。検出部１００Ｂでは、各本体部（本体部２１０及び本体部３１０）の上部にセンサ部２２０及びセンサ部３２０が設けられている。すなわち、各本体部の上部が変形部２１２及び変形部３１２に相当し、上記各変形部より下方の部分が受圧部２１３及び受圧部３１３に相当する。

【0092】

検出部１００Ｂでは、変形部２１２の幅寸法が変形部３１２の幅寸法よりも小さいため、変形部２１２の剛性は、変形部３１２の剛性よりも小さい。また、検出部１００Ｂは、受圧部２１３及び受圧部３１３の下部において、水圧を受ける。受圧部２１３の下部の幅寸法は、受圧部３１３の下部の幅寸法よりも大きいため、受圧部２１３の受圧面積は、受圧部３１３の受圧面積よりも大きい。

【0093】

上述の如き検出部１００Ｂにおいても、変形部２１２の剛性に対する受圧部２１３の受圧面積の比は、変形部３１２の剛性に対する受圧部３１３の受圧面積の比よりも大きい。従って、検出部１００Ｂは、検出部１００と概ね同様な効果を奏する。

【0094】

また、図７（ｂ）に示すように、検出部１００Ｂでは、高感度検出部２００及び低感度検出部３００を一体的に形成している。このため、検出部１００Ｂの脱着等の作業性を向上させることができる。

【0095】

図７（ｃ）に示す第三変形例に係る検出部１００Ｃは、一枚の板形状の部材に適宜の切欠き等を形成することで形成される。具体的には、検出部１００Ｃは、共通の固定部２１１を構成する上端部１００Ｃａの下方に、上端部１００Ｃａよりも幅寸法が小さい幅狭部１００Ｃｂが形成されている。また、検出部１００Ｃは、幅狭部１００Ｃｂの下方に、上端部１００Ｃａよりも幅寸法が大きい幅広部１００Ｃｃが形成されている。幅広部１００Ｃｃには、下端部から上方に向かって延びると共に、左右方向に間隔を空けて形成される一対のスリットが形成される。上記一対のスリットが形成されたことで、各スリットの間に中央部１００Ｃｄが形成される。中央部１００Ｃｄの幅寸法は、幅狭部１００Ｃｂの幅寸法と同じである。

【0096】

検出部１００Ｃでは、幅狭部１００Ｃｂにセンサ部２２０が設けられる。すなわち、幅狭部１００Ｃｂのうちセンサ部２２０が設けられた部分が変形部２１２に相当する。また、検出部１００Ｃでは、変形部２１２より下方の部分（幅広部１００Ｃｃ全体を含む部分）が受圧部２１３に相当する。

【0097】

また、検出部１００Ｃでは、中央部１００Ｃｄにセンサ部３２０が設けられる。すなわち、中央部１００Ｃｄのうちセンサ部３２０が設けられた部分が変形部３１２に相当する。また、検出部１００Ｃでは、変形部３１２より下方の部分が受圧部３１３に相当する。すなわち、検出部１００Ｃでは、高感度検出部２００の本体部２１０の受圧部２１３に、低感度検出部３００の本体部３１０（変形部３１２及び受圧部３１３）が含まれる。

【0098】

検出部１００Ｃは、変形部２１２の幅寸法と変形部３１２の幅寸法とが同じである。また、受圧部２１３の受圧面積は、受圧部３１３の受圧面積よりも大きい。

【0099】

上述の如き検出部１００Ｃにおいても、変形部２１２の剛性に対する受圧部２１３の受圧面積の比は、変形部３１２の剛性に対する受圧部３１３の受圧面積の比よりも大きい。従って、検出部１００Ｃは、検出部１００と概ね同様な効果を奏する。

【0100】

また、図７（ｃ）に示すように、検出部１００Ｃでは、高感度検出部２００及び低感度検出部３００を一体的に形成している。このため、検出部１００Ｃの脱着等の作業性を向上させることができる。

【0101】

また、以下では、本願発明の第二実施形態について説明する。

【0102】

上述の第一実施形態では、図２に示すように、高感度検出部２００及び低感度検出部３００を、左右方向に並べて配置するものとしたが、図８及び図９に示す第二実施形態のように、高感度検出部２００及び低感度検出部３００を前後方向に配置することも可能である。

【0103】

本発明の第二実施形態に係る流速センサ１０Ａは、図８に示すように、低感度検出部３００を挟むようにして、前後一対の高感度検出部２００を配置している。なお、流速センサ１０Ａの高感度検出部２００及び低感度検出部３００は、第一実施形態に係る流速センサ１０の高感度検出部２００及び低感度検出部３００と概ね同様である。

【0104】

高感度検出部２００と低感度検出部３００との間には、所定の隙間が形成されている。上記所定の隙間は、対向するセンサ部（センサ部２２０及びセンサ部３２０）同士が接触することなく、高感度検出部２００の変形量が弾性域の範囲内で、高感度検出部２００が低感度検出部３００に接触することができるように形成される（図９（ｂ）、（ｃ）を参照）。上記隙間は、例えば高感度検出部２００と低感度検出部３００との間にスペーサを配置することで形成可能である。

【0105】

図９（ａ）に示すように、水道管２内の水の流速が比較的小さい場合は、一対の高感度検出部２００のうち、水の水圧を受ける方（上流側）の本体部２１０が、低感度検出部３００との隙間の範囲で変形する。また、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、流速が比較的大きい場合は、上記本体部２１０が、低感度検出部３００の本体部３１０に接触する。また、本体部３１０は、本体部２１０を介した圧力を受けることで、本体部２１０と共に変形する。

【0106】

以下では、図９及び図１０を用いて、異なる流速ごとに場合分けして流速センサ１０Ａによる流速検出方法を説明する。具体的には、比較的小さい流速Ｖ１と、比較的大きい流速Ｖ２を基準として流速検出方法を説明する。

【0107】

図９（ａ）は、水道管２内の水の流速がＶ１未満である場合を示している。この状態では水の圧力は小さいため、高感度検出部２００の本体部２１０は、低感度検出部３００との隙間の範囲で変形する。なお、図１０に示すように、Ｖ１未満の流速範囲では、低感度検出部３００は殆ど変形しない。このため、サーバ４０は、Ｖ１未満の流速範囲では、低感度検出部３００の検出結果を無効とし、高感度検出部２００の検出結果に基づいて流速を取得する。

【0108】

図９（ｂ）は、水道管２内の水の流速がＶ１である場合を示している。この状態では、本体部２１０が、本体部３１０に接触する。

【0109】

水道管２内の水の流速がＶ１より大きい場合（例えばＶ２）、図９（ｃ）及び図１０に示すように、本体部３１０は、本体部２１０を介して水圧を間接的に受けることで変形する。サーバ４０は、Ｖ１より大きい流速範囲では、低感度検出部３００の検出結果に基づいて流速を取得する。

【0110】

上述の如き流速センサ１０Ａでは、高感度検出部２００が所定量以上変形すると低感度検出部３００に接触し、変形が抑制されるため、当該高感度検出部２００が過剰に変形して塑性変形することを抑制することができる。

【0111】

また、本実施形態では、前後に低感度検出部３００を挟むようにして、一対の高感度検出部２００を配置しているため、前後方向の両方の流速を検出することができる。

【0112】

なお、上記流速センサ１０Ａでは、本体部２１０及び本体部３１０の形状を、第一実施形態に係る流速センサ１０の本体部２１０及び本体部３１０の形状と同様な構成としたが、このような態様に限られない。例えば、高感度検出部２００の感度をより向上させる観点から、本体部２１０の変形部２１２の幅寸法を、受圧部２１３の幅寸法よりも小さくしてもよい。その他、本体部２１０及び本体部３１０の形状としては種々の形状を採用可能である。

【0113】

また、本実施形態においても、高感度検出部２００による検出結果を、低感度検出部３００による検出結果で補正して流速を取得するように構成してもよい。

【0114】

以上の如く、本実施形態に係る流速センサ１０Ａは、
前記高感度検出部２００は、前記流体の流通方向に前記低感度検出部３００を挟むようにして一対配置され、
前記高感度検出部２００と前記低感度検出部３００との間には、所定の隙間が形成されているものである。
このように構成することにより、高感度検出部２００が塑性変形することを抑制することができる。すなわち、高感度検出部２００が所定量以上変形すると低感度検出部３００に接触し、変形が抑制されるため、当該高感度検出部２００が過剰に変形して塑性変形することを抑制することができる。

【0115】

以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

【0116】

例えば、上記各実施形態では、流速センサ１０（１０Ａ）を消火栓４に設けた例を示したが、流速センサ１０（１０Ａ）の設置対象は消火栓４に限定されるものではなく、バルブ等の種々の設備に適用可能である。

【0117】

また、上記実施形態では、センサ部２２０及びセンサ部３２０を、本体部２１０及び本体部３１０の両面に設けた例を示したが、このような態様に限られない。例えば、センサ部２２０及びセンサ部３２０を、本体部２１０及び本体部３１０の前後方向一方面にのみ設けてもよい。

【0118】

また、上記第二実施形態では、センサ部２２０及びセンサ部３２０を、高感度検出部２００及び低感度検出部３００の両方に設けた例を示したが、このような態様に限られない。例えば、高感度検出部２００のみにセンサ部２２０を設け、低感度検出部３００にはセンサ部３２０を設けないようにしてもよい。この場合は、サーバ４０は、センサ部２２０が検出した検出値のみを用いて流速を取得する。

【0119】

また、上記実施形態では、流速センサ１０（１０Ａ）の本体部２１０及び本体部３１０を板形状に形成した例を示したが、本体部２１０及び本体部３１０の形状は板形状に限定されるものではなく、任意の形状に形成することが可能である。

【0120】

また、上記実施形態では、流速センサ１０（１０Ａ）を、取付棒６に固定した例を示したが、このような態様に限られない。例えば、取付棒６を介さずに、流速センサ１０（１０Ａ）を消火栓４に直接固定してもよい。

【0121】

また、上記実施形態では、流速センサ１０（１０Ａ）を、水道管２内の水の流速を検出するものとしたが、このような態様に限られない。流速センサ１０（１０Ａ）は、種々の管内の流体の流速を検出可能である。

【符号の説明】

【0122】

１０ 流速センサ
１００ 検出部
２００ 高感度検出部
３００ 低感度検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】