JP2000337938A - ガスメータ - Google Patents

ガスメータ

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JP2000337938A
JP2000337938A JP15365799A JP15365799A JP2000337938A JP 2000337938 A JP2000337938 A JP 2000337938A JP 15365799 A JP15365799 A JP 15365799A JP 15365799 A JP15365799 A JP 15365799A JP 2000337938 A JP2000337938 A JP 2000337938A
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gas
flow velocity
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time
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Yutaka Tanaka
豊 田中
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Aichi Tokei Denki Co Ltd
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Aichi Tokei Denki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスが流れているときの超音波の到達時間か
ら、ガス種を特定して流速を補正する。ガスメータの精
度を向上する。 【解決手段】 上流の送受波器1から下流の送受波器2
への超音波の順方向到達時間t1 と、下流の送受波器2
から上流の送受波器1への超音波の逆方向到達時間t2
とから、時間逆数差を求めてガスの流速Vを求める。ま
た、時間逆数和を求めて音速Cを求める。求めた音速C
に照らしてガス種を特定し、ガス種に応じた2次曲線の
補正式を用いて流速Vの補正値V′を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波計測方式のガ
スメータに関する。
【0002】
【従来の技術】ガスの流れの流体的な物理量のデータを
計測するガス流体データ計測手段と、前記物理量のデー
タとガス流量とを対応付ける関数に基いて、前記計測さ
れたガスの流れの流体的な物理量のデータから前記ガス
のガス流量を演算するガス流量演算手段とを有する推量
方式のガスメータで、前記ガスの流れが停止していると
きに該停止中のガスに超音波を伝播させて、該超音波の
伝播時間のデータを計測し、該計測されたデータに基い
て前記ガスの種類を判別するガス種類判別手段と、前記
判別するガスの種類に適合するように前記関数を補正す
る関数補正手段と、前記補正された関数に基いて、前記
計測されたガスの流体的な物理量のデータから前記ガス
のガス流を演算するガス流量演算手段とを備え、前記ガ
ス流体データ計測手段は、ガス流が筒内を通過するよう
に形成されたガス導通路と、互いに対向するように配置
されて前記筒内のガス流中に超音波を伝播させ該伝播し
た超音波の物理量を検知する超音波発振器及び超音波受
信器とを備えて、前記伝播した超音波の物理量のデータ
に基いて前記ガス流量を演算するガス流体データ計測手
段であり、前記ガス種類判別手段は、前記超音波発振器
及び超音波受信器を用いて、前記停止中のガスに超音波
を伝播させて、該超音波の伝播時間のデータを計測し、
該計測されたデータに基いて前記ガスの種類を判別する
ガス種類判別手段であるガスメータが特開平11−51
727号公報で公知である。
【0003】このガスメータは図3に示す構成で、停止
中のガスに超音波を伝播させてその超音波の伝播時間t
のデータを計測し、この計測されたデータ(t)に基い
てガス種類判別手段102で判別されたガスの種類Gx
に適合するように関数補正手段103が前記の関数Fx
を選択する。つまりガスの種類Gxに適合するテーブル
Fxを選択する。こうして補正された関数Fxに基い
て、前記の伝播時間Tのデータから前記ガス流のガス流
量ΔV=Fx(T)を演算する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のガスメータ
は、ガスの流れが停止しているときに計測したデータに
基いてガスの種類を特定しているため、ガスの流れが停
止していることを判別する機能が必要となり、ガスメー
タの構成が複雑になるという問題点があった。
【0005】また、前記従来のガスメータは、温度、圧
力等のガスの状態について考慮していない。超音波流量
計の伝播特性の特定要因は密度×音速で表現される音響
インピーダンスにも関係するため、ガスの種類の特定の
みではガスメータの計測精度の維持に不備となる。
【0006】また、筒内の流れはレイノルズ数に相関す
るため、動粘度(粘性/密度)を把握し、超音波計測か
ら求められる線平均流速を筒内平均流速に変換する際に
も温度、圧力が必要である。超音波TECHNO'97.2.
P14〜18には線平均流速と筒内平均流速との関係が
詳細に記載されている。
【0007】従って、温度、圧力等のガスの状態につい
て考慮していない前記従来のガスメータは、計測精度の
面で不備であるという問題点があった。そこで、本発明
はこれらの問題点を解消できる超音波計測方式のガスメ
ータを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、ガスを流す流管の上流と下流に
一定距離を離して設けた1組の超音波送受波器間の超音
波の順方向到達時間t 1 と逆方向到達時間t2 の時間逆
数差 Δf=(1/t1 )−(1/t2 ) と、時間逆数和 F=(1/t1 )+(1/t2 ) の関係から、ガスが流れているときにガスの流速Vと音
速Cとを求め、求めた音速Cに照らしてガス種を特定
し、ガス種に応じた定数を乗ずる補正式を用いて流速V
の補正値V′を演算することを特徴とするガスメータで
ある。
【0009】請求項2の発明は、請求項1のガスメータ
において、流速Vの補正値V′を演算する補正式が2次
曲線であることを特徴とするものである。請求項3の発
明は、請求項1のガスメータにおいて、流速Vの補正値
V′を演算する補正式が折れ線であることを特徴とする
ものである。
【0010】そして、請求項4の発明は、請求項1,2
又は3のガスメータにおいて、ガス種の代わりに音速C
又は音響インピーダンスρ・Cで代表させることを特徴
とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施の形態
を図面の実施例に基いて説明する。図1に示すように、
ガスの流れ中に距離Lを離して流管3の上流と下流に1
組の超音波送受波器1と2を配置する。
【0012】一方の送受波器1から他方の送受波器2へ
の超音波の順方向到達時間t1 は、静止流体中の超音波
の音速をC、ガスの流速、即ち線平均流速をVとする
と、 t1 =L/(C+V) ・・・(1) となる。
【0013】また、送受波器2から送受波器1への超音
波の逆方向到達時間t2 は、 t2 =L/(C−V) ・・・(2) となる。
【0014】周知の時間逆数差法を用いる超音波流量計
では、上記の(1)(2)式を用いて、時間逆数差(即
ち周波数差)Δfを次の(3)式から求めている。 Δf=(1/t1 )−(1/t2 )=2V/L ・・・(3) この3式で、ガスの流速Vを求めるのが周知の時間逆数
差法を用いた超音波流量計であるが、実際の測定では、
真の順方向到達時間と逆方向到達時間を精度良く検出で
きずにガス種、ガス状態に起因する誤差要因が残る。そ
こで、実施例においてはこれらの誤差要因が残っても適
切な補正をすることで真の値により近い流管内平均流速
V′を求めるようにする。
【0015】先ず、順方向到達時間t1 と逆方向到達時
間t2 とから時間逆数和Fを求めると、 F=(1/t1 )+(1/t2 )=2C/L ・・・(4) となり、音速Cは、 C=(F/2)L ・・・(5) で算出できる。
【0016】ガスメータの測定対象ガスの種類は、13
A、メタン(6c)、プロパンガス等の数種類に限定さ
れ、表1にその密度(ρ)、音速(C)等を空気と比較
して示す。
【0017】
【表1】
【0018】図2に示すように、両到達時間t1 ,t2
を到達時間計測手段4で計測し、計測した両到達時間に
基いて音速演算手段5で音速Cを上記(5)式のように
して演算する。
【0019】ガス種判別手段6に設けたメモリには表1
のテーブルが記憶されている。ガス種判別手段6は、音
速演算手段5で演算した音速Cをメモリのテーブル(表
1)に照らして音速Cの範囲からガス種を特定(判別)
する。
【0020】時間逆数和F=2C/Lから音速Cを求
め、この音速Cに基いてガス種を上述のように特定し、
先に時間逆数差Δf=2V/Lから求めたガスの流速V
に、ガス種を応じた定数を乗ずる補正式を使って補正し
た流速V′を求める。この補正は流速補正手段7で行
う。
【0021】補正式は、F値から選択した定数ai,b
i及びKを用い、2次曲線で補正して(6)式とする。 V′=(ai+bi・Δf2 )K・Δf ・・・(6) Kは流路構造及び測定方法、演算方法に起因する定数で
ある。Fの測定間隔は例えば1時間毎とする等任意で良
い。
【0022】また、折れ線で補正することもできる。こ
の場合は、毎回Δfi値のn区分から選定した定数a
i,biを用いて、 V′=(ai+bi・Δfi)K・Δfi・・・(7) とする。なお、ai,biはまずF値から一次選択した
値であり、Fの測定間隔は例えば1時間毎とする等任意
で良い。計測範囲を流速Δf→Vに応じてnに分割す
る。
【0023】なお、表1に基いて、音速Cの範囲からガ
ス種を特定するに当り、必要であれば地域別であると
か、季節データ等温度範囲を特定することも考慮した
り、受信側の送受波器1又は2で受信した受信波の大き
さとの合わせ技等も考えることができる。
【0024】例えば、時間逆数和Fから求めた音速Cの
範囲を表1に照らしてガス種を特定し、音速Cと特定し
たガス種とから温度を知ることができる。温度はρ・C
の補正や動粘度補正に活用する。
【0025】また、受信波の大きさから圧力(密度)を
知り、この面からガス種を特定することもできる。これ
は、受信波の大きさがガス種毎の密度にほぼ比例するか
らである。圧力(密度)はρ・Cの補正や動粘度補正に
活用する。
【0026】また、ガス種を特定することなく、表1で
明らかなように音速C又は音響インピーダンスρ・Cで
代表させてガス種の代わりにすることもできる(請求項
4)。
【0027】こうして、(6)式の2次曲線の補正式と
か、(7)式のn折れ線の補正式で求めた流管(筒)内
平均流速V′を用いてガス使用量を演算する。この演算
は図2のガス使用量演算手段で行う。
【0028】
【発明の効果】本発明のガスメータは、上述のように構
成されているので、ガス種毎に違う流体の特性値に対応
した補正式を、外部からの設定を要することなく、かつ
特別な部材を付加することなく用いることができるた
め、高精度のガスメータが構築できる。
【0029】また、ガスの圧力(密度)を検知し、動粘
度を知って線平均流速Vから流管内平均流速V′への最
適補正式を用いることができるため、この面からもガス
メータの精度向上ができる。
【0030】更に又、ガス流量にかかわらず、ガス流量
が0でなくてもガス種等の特定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波方式のガスメータの原理を説明する略図
である。
【図2】本発明の実施例の要部ブロック図である。
【図3】従来技術の構成の概要を示す図である。
【符号の説明】
1,2 超音波送受波器 3 流管 4 到達時間計測手段 5 音速演算手段 6 ガス種判別手段 7 流速補正手段 8 ガス使用量演算手段

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスを流す流管の上流と下流に一定距離
    を離して設けた1組の超音波送受波器間の超音波の順方
    向到達時間t1 と逆方向到達時間t2 の時間逆数差 Δf=(1/t1 )−(1/t2 ) と、時間逆数和 F=(1/t1 )+(1/t2 ) の関係から、ガスが流れているときにガスの流速Vと音
    速Cとを求め、求めた音速Cに照らしてガス種を特定
    し、ガス種に応じた定数を乗ずる補正式を用いて流速V
    の補正値V′を演算することを特徴とするガスメータ。
  2. 【請求項2】 流速Vの補正値V′を演算する補正式が
    2次曲線であることを特徴とする請求項1記載のガスメ
    ータ。
  3. 【請求項3】 流速Vの補正値V′を演算する補正式が
    折れ線であることを特徴とする請求項1記載のガスメー
    タ。
  4. 【請求項4】 ガス種の代わりに音速C又は音響インピ
    ーダンスρ・Cで代表させることを特徴とする請求項
    1,2又は3記載のガスメータ。
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