JP2001091328A - 流量計測装置及び電子式ガスメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量計測精度の低下を招くことなく、より一
層の消費電力の低減を図れる流量計測装置を提供する。 【解決手段】 計測停止手段１４ａ−１が、計測手段１
００により計測した物理量に基づいて所定時間以上継続
してガス流路１０中にガスが流れていない状態を検出し
たとき、ガスが未使用状態であるとして計測手段１００
による物理量の計測を停止し、その後ガスの使用に伴っ
て圧力が所定値以下に低下すると、この圧力低下を検出
スイッチ１６が検知してオン又はオフすることによりガ
スが使用されたことを検出し、この検出スイッチ１６の
オン又はオフに応じて計測再開手段１４ａ−２が計測手
段１００による物理量の計測を再開させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流量計測装置及び電
子式ガスメータに係り、特に、ガス流路中のガスの流速
に応じて変化する物理量を間欠的に計測する計測手段を
備え、該計測した物理量とガス流路の断面積と間欠時間
とを乗ずることによってガス流路を通過したガスの通過
流量を計測する流量計測装置及び、該装置によって計測
したガスの流量を積算し表示する電子式ガスメータに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の流量計測装置として、例
えば特公平７−１１９６３８号公報に開示されている超
音波式センサを使用した超音波式流量計測装置や、特公
平６−４３９０６号公報に開示されている熱式センサを
使用した熱式流量計測装置などがある。

【０００３】超音波式流量計測装置は、ガス流路内に一
定距離だけ離れて配置された超音波周波数で作動する例
えば圧電式振動子からなる２つの音響トランスジューサ
により流量センサを構成し、一方のトランスジューサの
発生する超音波信号を他方のトランスジューサに受信さ
せる動作を交互に行って超音波信号がトランスジューサ
間でガス流方向と、ガス流方向と逆方向に伝搬される時
間から成る物理量を間欠的にそれぞれ計測し、この計測
した２つの伝搬時間に基づいてガス流路内を流れている
ガスの流速を間欠的に求め、この流速にガス流路の断面
積を乗じて瞬時流量を求める演算処理を行うようになっ
ている、この瞬時流量に間欠時間を乗じて通過流量を求
め、更にこの通過流量を積算して求めた積算流量を表示
することによって、電子式ガスメータを構成することが
できる。

【０００４】熱式流量計測装置は、ガス流路内を加熱す
るヒータと、ガス流路の上下流方向にそれぞれ設けられ
た温度センサとから流量センサを構成し、ヒータの発す
る熱の上下流方向への伝達が流速の大きさによって変化
することを利用して、ヒータの上下流に設けた温度セン
サにより間欠的に検知した温度差からなる物理量によっ
て流速を間接的に測定するものである。

【０００５】何れの装置も、流量センサを間欠的に駆動
させているとはいえ、その駆動に比較的大きな電力消費
をともなう。そこで、消費電力を抑えつつ流量検出精度
を高めることを目的として、流量変動の大きなときには
センサを駆動して行う測定間隔を短く、小さいときには
測定間隔を長くするとともに、この測定間隔に合わせて
流速を間欠的に測定する間欠時間、すなわち、サンプリ
ング時間を変更することが、例えば特開平９−２１６６
７号公報や特開平１０−８２６７０号公報において提案
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した提案の流量計
測装置では、測定間隔が一番長い状態のとき、図８
（ａ）に示すように、サンプリング直後にガスが使用さ
れると、次のサンプリングまでの計測される機会がな
く、斜線を付したほぼサンプリング間隔に相当する期間
の間の流量が積算されないことになる。このような状態
は、図８（ｂ）に示すようにサンプリング直前にガスが
使用された場合と比較すると明らかなように、計測した
流量に基づく積算値に大きな誤差を含んでいることが分
かる。したがって、流量の変動が小さいくても、センサ
を駆動して行う測定間隔を極端には長くすることはでき
ない。すなわち、従来の流量計測装置では、サンプリン
グ間隔を長くすると、計測した流量にサンプリング間隔
を乗じてものを積算して求める例えばガス使用量に誤差
が生じてしまうため、測定間隔を極端に大きくすること
ができず、この点から消費電力の低減には自ずから限度
があった。

【０００７】また、ガス圧を検出する圧力センサをガス
流路内に設け、流量センサにより一定時間以上継続して
流量が検出されなかった場合、サンプリングを停止し、
その後、ガスを使用に伴って圧力センサにより検出され
たガス圧が降下して所定値以下となったとき、流量計測
装置のサンプリングを再び開始させることにより、測定
精度を向上させることも考えられる。しかしながら、流
量計測を停止している間、圧力センサの出力をＡ／Ｄ変
換して取り込んで、常時監視する必要があるため消費電
力の低減に効果的であるとはいえない。

【０００８】そこで、本発明は、上記のような問題に着
目し、流量計測精度の低下を招くことなく、より一層の
消費電力の低減を図れる流量計測装置を提供することを
課題としている。

【０００９】本発明はまた、消費電力の低減を図って
も、通過流量の誤差を低減してガス使用量を正確に積算
表示できるようにした電子式ガスメータを提供すること
を課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた請求項１記載の発明は、図１の基本構成図に
示すように、ガス流路１０中のガスの流速に応じて変化
する物理量を間欠的に計測する計測手段１００を備え、
該計測した物理量と前記ガス流路の断面積と間欠時間と
を乗ずることによって前記ガス流路を通過したガスの通
過流量を計測する流量計測装置において、前記計測手段
により計測した物理量に基づいて所定時間以上継続して
前記ガス流路中にガスが流れていない状態を検出したと
き、前記計測手段による物理量の計測を停止させる計測
停止手段１４ａ−１と、ガス使用に伴う所定値以下への
圧力低下を検知したとき、オン又はオフしてガスが使用
されたことを検出する検出スイッチ１６と、該検出スイ
ッチのオン又はオフに応じて前記計測手段による物理量
の計測を再開させる計測再開手段１４ａ−２とを更に備
えることを特徴とする流量計測装置に存する。

【００１１】請求項１記載の発明によれば、計測停止手
段１４ａ−１が、計測手段１００により計測した物理量
に基づいて所定時間以上継続してガス流路１０中にガス
が流れていない状態を検出したとき、ガスが未使用状態
であるとして計測手段１００による物理量の計測を停止
し、その後ガスの使用に伴って圧力が所定値以下に低下
すると、この圧力低下を検出スイッチ１６が検知してオ
ン又はオフすることによりガスが使用されたことを検出
し、この検出スイッチ１６のオン又はオフに応じて計測
再開手段１４ａ−２が計測手段１００による物理量の計
測を再開させる。

【００１２】以上のようにガスが未使用状態であるとき
は計測停止手段１４ａ−１により計測手段１００による
物理量の計測を停止させるため、一切の計測動作が行わ
れなくなり、この計測動作に伴う電力消費が全くなくな
る。その後、ガス使用に伴い圧力が所定値以下に低下す
ると検出スイッチ１６がオン又はオフされ、この検出ス
イッチ１６のオン又はオフをきっかけに計測再開手段１
４ａ−２が計測手段１００による物理量の計測を再開さ
せるため、ガスの使用開始時の物理量の計測も正確に行
うことができる。しかも、検出スイッチ１６のオン又は
オフに応じて物理量の計測を再開させているため、圧力
センサにより検出された圧力を監視する必要がなくな
り、この圧力センサの監視動作に伴う電力消費を必要と
しない。

【００１３】請求項２記載の発明は、前記検出スイッチ
は、前記ガス流路中の圧力に応じて弾性変形する弾性素
子１６ａと、該弾性素子上の弾性変形方向と垂直な一面
に設けられたマグネット１６ｂと、前記ガス流路中の圧
力が前記所定値以下のとき、前記マグネットによりオン
又はオフされる接点を持つ機械式スイッチＳＷとを有す
ることを特徴とする請求項１記載の流量計測装置に存す
る。

【００１４】請求項２記載の発明によれば、検出スイッ
チ１６において、ガス流路１０中の圧力が所定値以下と
なったとき、ガス流路１０中の圧力に応じて弾性変形す
る弾性素子１６ａ上の弾性変形方向と垂直な一面に設け
られたマグネット１６ｂにより機械式スイッチＳＷの接
点をオン又はオフさせる。以上のように検出スイッチ１
６は、機械的な構造となっているため、検出スイッチ１
６をオン又はオフさせるための動作電源を必要としな
い。

【００１５】請求項３記載の発明は、前記検出スイッチ
は、一端が前記弾性素子上の弾性変形方向と垂直な一面
に設けられ、他端が固定壁Ｗに設けられたスプリング１
６ｃを更に有することを特徴とする請求項２記載の流量
計測装置に存する。

【００１６】請求項３記載の発明によれば、検出スイッ
チ１６において、弾性素子１６ａ上の弾性変形方向と垂
直な一面に、他端が固定壁Ｗに設けられたスプリング１
６ｃの一端が設けられている。従って、このスプリング
１６ｃの弾性力により弾性素子１６ａの弾性変形が制限
されるため、所定値はスプリング１６ｃの弾性係数に依
存する。このため、所定値に応じた弾性係数を有するス
プリング１６ｃを弾性素子１６ａに設けるだけで所定値
を設定することができる。

【００１７】請求項４記載の発明は、前記検出スイッチ
は、前記所定値以下の圧力を検知したとき、オンしてオ
ン信号Ｓ１を出力し、前記計測再開手段は、前記オン信
号の出力に応じて前記計測手段による物理量の計測を再
開させることを特徴とする請求項１〜３何れか記載の流
量計測装置に存する。

【００１８】請求項４記載の発明によれば、検出スイッ
チ１６が、ガスの使用に伴う所定値以下への圧力低下を
検知したときオンしてオン信号Ｓ１を出力し、このオン
信号Ｓ１の出力に応じて計測再開手段１４ａ−２が計測
手段１００による物理量の計測を再開させる。ところ
で、ガス未使用状態の期間はガス使用状態の期間より長
いことが多く特に一般家庭ではこの傾向が顕著である。
従って、以上のようにガスの使用に伴う所定値以下への
圧力低下を検知したときにオン信号Ｓ１を出力するよう
にすることによって、ガス使用状態の短い期間のみオン
信号Ｓ１を出力することができる。

【００１９】請求項５記載の発明は、前記所定値は、圧
力変動による圧力低下を検知しない値に設定されている
ことを特徴とする請求項１〜４何れか記載の流量計測装
置に存する。

【００２０】請求項５記載の発明によれば、所定値が圧
力変動による圧力低下を検知しない値に設定されてい
る。ところで、一般にマンションなどの集合住宅の場合
は、１つのＬＰガス容器からのガスを各家ごとに分配し
ているため、燃焼器としてガス使用中に供給ガス圧に圧
力変動を生じさせる例えばＧＨＰ（ガスヒートポンプ）
を使用している家があると、その使用によって他の家に
供給されるガス圧も圧力変動する。そこで、所定値を圧
力変動による圧力低下を検知しない値に設定すれば、ガ
ス未使用状態で圧力変動が生じ、この圧力変動によって
圧力が低下しても計測手段１００による物理量の計測が
再開されることがない。

【００２１】請求項６記載の発明は、請求項１〜５記載
の流量計測装置と、前記流量計測装置によって計測した
ガスの流量を積算する流量積算手段１４ａ−３と、該流
量積算手段によって積算した積算流量を表示する表示手
段１５とを備えることを特徴とする電子式ガスメータに
存する。

【００２２】請求項６記載の発明によれば、流量積算手
段１４ａ−３が請求項１〜５記載の流量計測装置によっ
て計測したガスの流量を積算し、表示手段１５が流量積
算手段１４ａ−３によって積算した積算流量を表示する
ので、流量計測精度の低下を招くことなく、より一層の
消費電力の低減を図れる流量計測装置により計測した正
確な通過流量を積算し、表示することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図２は本発明の流量計測装置を組
み込んだ電子式ガスメータを示している。図示の電子式
ガスメータは超音波式として構成されており、流体であ
るガスを流すガスメータ中の流路としてのガス流路１０
内にガス流方向において距離Ｌだけ離され、互いに対向
して配置された超音波周波数で作動する例えば圧電式振
動子からなる２つの音響トランスジューサＴＤ１及びＴ
Ｄ２と、ガス流路１０に連通した空所１０ａ内に距離ｌ
だけ離れた管壁１０ｂに対向して配置された音響トラン
スジューサＴＤ３とを有する。ガス流路１０には、両音
響トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２の上流側に弁閉によ
ってガス流路１０を遮断する遮断弁１０ｃが設けられて
いる。ガス流路１０の管壁には、ガス使用に伴う所定値
以下への圧力低下を検知したとき、オンしてガスが使用
されたことを検出する検出スイッチ１６が設けられてい
る。

【００２４】各トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２及びＴ
Ｄ３はトランスジューサインタフェース（Ｉ／Ｆ）回路
１１ａ及び１１ｂをそれぞれ介して送信回路１２及び受
信回路１３に接続されている。送信回路１２は、マイク
ロコンピュータ（μＣＯＭ）１４の制御の下で、トラン
スジューサＴＤ１、ＴＤ２の一方を駆動して超音波信号
を発生させる信号をパルスバーストの形で送信し、この
ための発振回路（図示せず）を内蔵している。

【００２５】受信回路１３は、ガス流路１０を通過した
超音波信号を受信した他方のトランスジューサＴＤ１、
ＴＤ２からの信号を入力して超音波信号を処理する前置
増幅器（図示せず）を内蔵している。トランスジューサ
ＴＤ３については、トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２
に対するとは別のタイミングでμＣＯＭ１４が送信回路
１２と受信回路１３を制御し、トランスジューサＴＤ３
を駆動して超音波信号を発生させるように送信回路１２
を制御するとともに、同じトランスジューサＴＤ３が管
壁１０ｂから反射されてくる超音波信号を受信して発生
する信号を入力させるように受信回路１３を制御する。

【００２６】検出スイッチ１６はスイッチＩ／Ｆ回路１
７を介してμＣＯＭ１４に接続されている。上記検出ス
イッチ１６は、図３に示すように、半導体基板をエッチ
ングして形成した弾性素子であるダイヤフラム１６ａ
と、弾性変形方向と垂直なダイヤフラム１６ａの下面に
設けられたマグネット１６ｂと、一端がダイヤフラム１
６ａの上面に設けられ、他端が固定壁Ｗにそれぞれ設け
られたスプリング１６ｃとを備える。さらに、マグネッ
ト１６ｂの下には一端が電池電源と接続され、他端がス
イッチＩ／Ｆ回路１７と接続されている常開の機械式ス
イッチＳＷが設けられている。

【００２７】上述したダイヤフラム１６ａは下面がガス
流路１０内に、上面が大気中にそれぞれ設けられるた
め、ガス未使用状態にあり、ガス流路１０内が高圧力状
態（＞大気中の圧力）にあると、矢印１６ｄ方向に大き
な応力がかかるため、ダイヤフラム１６ａは実線で示す
ようにスプリング１６ｃの弾性力に逆らって機械式スイ
ッチＳＷ側に弾性変形する。従って、機械式スイッチＳ
Ｗは、その接点がマグネット１６ｂから離れることによ
り開す。

【００２８】一方、ガスの使用に伴ってガス流路１０内
の圧力が低下するにつれて、矢印１６ｄ方向の応力が弱
まるため、スプリング１６ｃの弾性力によりダイヤフラ
ム１６ａは破線で示すように固定壁Ｗ側に弾性変形し、
これに伴ってマグネット１６ｂも固定壁Ｗ側に移動す
る。そして、圧力が所定値以下にまで低下すると、マグ
ネット１６ｂによって機械式スイッチＳＷは閉し、Ｈレ
ベルのオン信号Ｓ１がスイッチＩ／Ｆ回路１７に対して
供給される。なお、この検出スイッチ１６は、ガスの使
用により急激に圧力が低下するガス流路１０の出口付近
に設置されている。

【００２９】上述したように検出スイッチ１６は、機械
的な構造となっているため、検出スイッチ１６をオン又
はオフさせるための動作電源を必要とせず、消費電力の
低減を図ることができる。また、このスプリング１６ｃ
の弾性力によりダイヤフラム１６ａの弾性変形が制限さ
れるため、上記所定値はスプリング１６ｃの弾性係数に
依存する。このため、所定値に応じた弾性係数を有する
スプリング１６ｃをダイヤフラム１６ａに設けるだけで
所定値を設定することができ、所定値に応じたダイヤフ
ラム１６ａをそれぞれ量産する必要がないためコストダ
ウンと図ることができる。

【００３０】また、μＣＯＭ１４は、図４に示すよう
に、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニ
ット（ＣＰＵ）１４ａ、ＣＰＵ１４ａが行う処理のプロ
グラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯ
Ｍ１４ｂ、ＣＰＵ１４ａでの各種の処理過程で利用する
ワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリア
などを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡ
Ｍ１４ｃなどを内蔵し、これらがバスライン１４ｄによ
って相互接続されている。

【００３１】μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、送信回
路１２から信号を供給するトランスジューサと受信回路
１３で超音波信号を受信するトランスジューサとを交互
に切り替えるように制御する計測処理を行うと共に、２
つのトランスジューサ間で交互に送受信した超音波信号
の伝搬時間（＝物理量）を測ってガス流路１０内を流れ
ているガスの流速を間欠的に求めるための流速演算処理
を行う。

【００３２】μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａはまた、流
速演算処理の他に、この演算した流速とガス流路１０の
断面積とに基づいて瞬時流量を求める流量演算処理、演
算した瞬時流量に間欠時間を乗じて通過流量を演算する
通過流量演算処理、通過流量を積算して積算流量を求め
る積算流量処理（＝流量積算手段１４ａ−３としての働
き）、この流量積算処理によって求めた流量積算値を表
示器１５（＝表示手段）に表示させる表示処理を行う。

【００３３】μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａはさらに、
流量演算処理により求められた瞬時流量に基づいて所定
時間以上継続してガス流路１０中にガスが流れていない
状態を検出したとき、その後計測停止手段１４ａ−１と
して働き、流量の計測を停止する。その後、検出スイッ
チ１６の状態を監視して、検出スイッチ１６がガスの使
用に伴う所定値以下への圧力を検知して、ガスが使用さ
れたことを検出するオン信号Ｓ１が出力されると計測再
開手段１４ａ−２として働き、再び流量の計測を開始す
る。

【００３４】上述した動作を、圧力と流量の関係を示す
図５を参照して具体的に説明すると、ガス未使用状態に
あるとき、高い圧力状態あるが、ガスの使用に伴って圧
力が低下し、所定値まで低下する図５（ａ）にＡで示す
タイミングで機械式スイッチＳＷがオンしてオン信号Ｓ
１が出力されるので、図５（ｂ）に示すように流量計測
のためのサンプリングが開始される。なお、図中ｘ印は
サンプリングタイミングを示している。その後、ガスの
使用がなくなり、流量演算処理により求められた瞬時流
量に基づいて所定時間Ｔ以上継続してガス流路１０中に
ガスが流れていない状態を検出されるＢで示すタイミン
グで、流量計測のためのサンプリングが停止されるよう
になる。このとき、ガス流路１０内は高圧力状態となる
ため、機械式スイッチＳＷはオフとなっている。なお、
上記所定時間Ｔは、シャワーなど間欠的に使用される燃
焼器を考慮して、１０〜３０分に設定してある。

【００３５】上述したようにガスが未使用状態であると
きは流量の計測を停止させるため、一切の計測動作が行
われなくなり、この計測に伴う電力消費が全くなくな
る。またその後、ガス使用に伴い圧力が所定値以下に低
下すると検出スイッチ１６からオン信号Ｓ１が出力さ
れ、このオン信号Ｓ１をきっかけに流量の計測を再開さ
せるため、ガスの使用開始時の流量の計測も正確に行う
ことができる。しかも、検出スイッチ１６からのオン信
号Ｓ１に応じて流量の計測を再開させているため、圧力
センサにより検出された圧力を監視する必要がなくな
り、この圧力センサの監視動作に伴う電力消費を必要と
しない。以上のことにより、流量計測精度の低下を招く
ことなく、より一層の消費電力の低減を図ることができ
る。

【００３６】ところで、ガス未使用状態の期間はガス使
用状態の期間より長いことが多く特に一般家庭ではこの
傾向が顕著である。従って、上述したように検出スイッ
チ１６が、ガスの使用に伴う所定値以下への圧力低下を
検知したときオンしてオン信号Ｓ１を出力し、このオン
信号Ｓ１の出力に応じて流量の計測を再開させれば、ガ
ス使用状態の短い期間のみオン信号Ｓ１を出力すること
ができ、より一層消費電力の低減を図ることができる。

【００３７】上述した構成の装置における流量計測の原
理を以下に説明する。μＣＯＭ１４の内蔵するＣＰＵ１
４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力してパルスバ
ースト信号を発生させ、これを一方のトランスジューサ
ＴＤ１、ＴＤ２に供給させて、この一方のトランスジュ
ーサに超音波信号を発生させる。また、一方のトランス
ジューサから送信された超音波信号を受信する他方のト
ランスジューサからの信号を受信回路１３に受信させ、
これに応じて受信回路１３が発生する信号を取り込む。

【００３８】その後、μＣＯＭ１４の内蔵するＣＰＵ１
４ａは、超音波信号を発生するトランスジューサと超音
波信号を受信するトランスジューサを逆にして同じ動作
をもう一度繰り返す制御を行う。そして、μＣＯＭ１４
のＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力し
て一方のトランスジューサに超音波信号を発生させてか
ら、この超音波信号を受信する他方のトランスジューサ
が発生する信号を受信回路１３を介して取り込むまでの
時間Ｔ１、Ｔ２をそれぞれ測り、この測った時間Ｔ１、
Ｔ２からガス流の流速を後述のようにして求める。

【００３９】また、μＣＯＭ１４のＣＰＵ１４ａは、ト
ランスジューサＴＤ１、ＴＤ２についての制御とは別の
タイミングで、トランスジューサＴＤ３についての制御
を行い、送信回路１２にトリガ信号を出力してパルスバ
ースト信号を発生させ、これをトランスジューサＴＤ３
に印加させて、このトランスジューサＴＤ３に超音波信
号を発生させる。また、トランスジューサＴＤ３から送
信され管壁１０ｂで反射された超音波信号を受信する同
じトランスジューサＴＤ３からの信号を受信回路１３に
受信させ、これに応じて受信回路１３が発生する信号を
取り込む。そして、ＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にト
リガ信号を出力してトランスジューサＴＤ３に超音波信
号を発生させて、この超音波信号の反射の第１波と第２
波を受信する同じトランスジューサＴＤ３が発生する信
号を受信回路１３を介して取り込むまでの時間Ｔｒ１、
Ｔｒ２をそれぞれ測り、この測った時間Ｔｒ１、Ｔｒ２
からガス流路１０内と同じ温度、圧力、ガス種である
が、ガス流のない雰囲気における音速を後述のようにし
て求める。

【００４０】今、静止ガス中での音の伝搬速度（音速）
をｃ、ガス流の流速をｖとすると、ガス流の順方向の超
音波信号の伝搬速度は（ｃ＋ｖ）となる。トランスジュ
ーサＴＤ１及びＴＤ２間の距離をＬとすると、トランス
ジューサＴＤ１からの超音波信号がガス流と同じ方向に
進んでトランスジューサＴＤ２に到達する時間Ｔ１と、
トランスジューサＴＤ２からの超音波信号がガス流と逆
方向に進んでトランスジューサＴＤ１に到達する時間Ｔ
２とは、 Ｔ１=Ｌ／（ｃ＋ｖ） （１） Ｔ２=Ｌ／（ｃ−ｖ） （２） となる。（１）、（２）式より ｖ=（Ｌ／２）・（１／Ｔ１−１／Ｔ２） =（Ｌ／２）・（（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｔ２・Ｔ１）） （３） となり、Ｌが既知であるときには、Ｔ１及びＴ２を計測
することによって流速ｖを求めることができる。

【００４１】なお、Ｔ２・Ｔ１=Ｌ／（ｃ＋ｖ）・（ｃ
−ｖ）=Ｌ／（ｃ² −ｖ² ）であり、流速ｖは音速ｃ
に比べて極めて小さな数値であるので、式中のｖ² は
ｃ² に比べて極めて小さく無視でき、Ｔ２・Ｔ１=Ｌ／
ｃ²とすることができる。そして、上式（３）は最終的
には、 ｖ=（（Ｔ２−Ｔ１）・ｃ² ）／２ =（Ｔ２−Ｔ１）・（ｃ² ）・（１／２） と書き直すことができる。ここで、Ｔｄ=（Ｔ２−Ｔ
１）とすると、 ｖ=Ｔｄ・（ｃ²／２） =Ｔｄ・ｋ （４） ただし、ｋ=ｃ²／２となる。すなわち、ガス流方向とこ
れと逆方向の超音波伝搬時間の差Ｔｄに定数ｋを乗じて
ガス流速ｖが求められる。以上のことから明らかなよう
に、上記演算するＣＰＵ１４ａとトランスジューサＴＤ
１及びＴＤ２とは計測手段１００を構成している。

【００４２】流速ｖが求められたときには、瞬時流量Ｑ
はガス流路１０の既知の断面積をＳ、物の構造その他に
よって変化する補正係数をαとすると、 Ｑ=Ｔｄ・α・Ｓ・ｋ =Ｋ・Ｔｄ （５） となり、瞬時流量Ｑが求められる。ただし、 Ｋ=α・Ｓ・ｋ （６） とする。なお、Ｋは上述の説明から明らかなように、音
速、ガス温度、ガス圧力など多くの要素を含んだ補正の
ための係数である。

【００４３】なお、式（６）中の静止ガス中の音速ｃに
ついては、図２に示したように、ガス流路１０に連通し
ているが、ガス流路１０中のガス流に影響されない静止
ガスの空所１０ａ中において、第３の音響トランスジュ
ーサＴＤ３から発した超音波信号が管壁１０ｂで反射し
てトランスジューサに戻ってくるまでの時間を計測し、
この時間によってトランスジューサＴＤ３から管壁１０
ｂまでの往復距離２ｌを割ることによって求めることが
できるので、この計測を適宜行って求めた音速ｃを用い
るようにすればよい。

【００４４】従って、瞬時流量Ｑを求める毎に、すなわ
ち、サンプリングする毎に、この瞬時流量Ｑに前回求め
た（サンプリングした）時点からの経過時間（サンプリ
ング間隔時間）を乗じることによって通過流量Ｑｔが求
まり、これを積算することによって、積算したガス積算
流量Ｑｓ、すなわち、ガス供給量（ガス使用量）を求め
ることができるようになる。そして、この積算流量Ｑｓ
を表示器１５に表示させることによって電子式ガスメー
タを構成することができる。

【００４５】ところで、一般にマンションなどの集合住
宅の場合は、１つのＬＰガス容器からのガスを各家ごと
に分配しているため、燃焼器としてガス使用中に供給ガ
ス圧に圧力変動を生じさせる例えばＧＨＰ（ガスヒート
ポンプ）を使用している家があると、その使用によって
他の家に供給されるガス圧にも影響が及ぼされる。つま
り、図５（ａ）に示すようにガス未使用では、ガス圧は
高圧状態例えば３００ｍｍＨ₂Ｏで一定に保たれること
となるが、このとき隣家などで上述したＧＨＰが使用さ
れると、ガス圧は１０〜２０Ｈｚの周波数で約±数１０
ｍｍＨ₂Ｏの変動が生じる。このため、設定した所定値
によってはガス未使用状態であるにもかかわらずこの圧
力変動による圧力低下を検出スイッチ１６が検知してし
まい流量の計測が再開される可能性がある。そこで、圧
力変動が生じても圧力は２５０ｍｍＨ₂Ｏ（＝３００ｍ
ｍＨ₂Ｏ−５０ｍｍＨ₂Ｏ）より低下することがないの
で、このような事態を防止するために、所定値を２５０
ｍｍＨ₂Ｏより小さい例えば２００ｍｍＨ₂Ｏに設定すれ
ば、圧力変動による圧力低下を検知することがない。

【００４６】以上概略で説明した流量計測装置を組み込
んだ電子式ガスメータの詳細な動作をμＣＯＭ１４が有
するＣＰＵ１４ａの処理手順を説明する図６のフローチ
ャートを参照して以下説明する。ＣＰＵ１４ａは例えば
電池電源の投入によって動作を開始し、図示しない初期
ステップにおいて、μＣＯＭ１４内のＲＡＭ１４ｃに形
成した各種のエリアの初期設定を行ってからその最初の
ステップＳＰ１に進む。ここで音響トランスジューサＴ
Ｄ１から超音波信号を送信し、この送信した超音波信号
が音響トランスジューサＴＤ２に到達するまでかかった
時間を伝搬時間Ｔ１として計測する。続いてステップＳ
Ｐ２に進み、ここで音響トランスジューサＴＤ２から超
音波信号を送信し、この送信した超音波信号が音響トラ
ンスジューサＴＤ１に到達するまでにかかった時間を伝
搬時間Ｔ２として計測する。

【００４７】その後ステップＳＰ３に進んでステップＳ
Ｐ１で計測した伝搬時間Ｔ１とステップＳＰ２で計測し
た伝搬時間Ｔ２との差をとり、これを時間エリアＴｄに
格納してからステップＳＰ４に進む。ステップＳＰ４に
おいては、上記式（４）に示すように、上記時間エリア
ＴｄとＲＡＭ１４ｃとの係数エリアｋの値を乗じて流速
を求め、これをＲＡＭ１４ｃ内の流速エリアｖに格納す
る。次にステップＳＰ５に進んで上記ステップＳＰ４に
おいて求めた流速を格納した流速エリアｖの値とサンプ
リングタイマエリアＳＴの値とを乗じて通過流量Ｑｔを
求め、これをＲＡＭ１４ｃの通過流量エリアＱｔに格納
する。この通過流量Ｑｔがガス流路１０中にガスが流れ
ていないとみなせる所定流量以下であると、ステップＳ
Ｐ６の判定がＹＥＳとなってステップＳＰ７に進むよう
になる。

【００４８】ステップＳＰ７において、タイマエリアＴ
Ｒに格納されたカウント値をカウントアップさせる。こ
のタイマエリアＴＲに格納されたカウント値が所定時間
Ｔ以上であると、ステップＳＰ８の判定がＹＥＳとなり
その後、スイッチＩ／Ｆ回路１７を監視して、検出スイ
ッチ１６からオン信号Ｓ１が入力されたことを検出し、
ステップＳＰ９の判定がＹＥＳとなるのを待って、ステ
ップＳＰ１に戻る。また、ステップＳＰ５で求めた通過
流量Ｑｔが所定流量以上であると、ステップＳＰ６の判
定がＮＯとなってステップＳＰ１０に進み、タイマエリ
アＴＲのカウント値をリセットしてステップＳＰ１１に
進む。

【００４９】ステップＳＰ１１においては、ＲＡＭ１４
ｃ内の流量積算エリアＱに上記ステップＳＰ５において
求めた通過流量Ｑｔを加算した後、ステップＳＰ１２に
おいて表示器１５に流量積算エリアＱの内容を表示させ
て、ステップＳＰ１に戻る。また、ステップＳＰ５で求
めた通過流量Ｑｔが所定流量以下であっても、タイマエ
リアＴＲに格納されたカウント値が所定時間Ｔより小さ
ければ、ステップＳＰ８の判定がＮＯとなり、ステップ
ＳＰ１１に進む。

【００５０】なお、上述した実施例では、所定時間以上
継続してガス流路１０中のガスが流れていない状態を検
出したとき、その後スイッチＩ／Ｆ回路１７を介して検
出スイッチ１６の状態を常時監視し、オン信号Ｓ１が出
力されたことを検出すると再び流量の計測動作を再開さ
せていたが、例えば、その後ＣＰＵ１４ａがリセット動
作を行い自己の動作を停止し、このリセット動作を検出
スイッチ１６からのオン信号Ｓ１を外部から入力するこ
とによって解除して、再び処理動作を開始するようにし
てもよい。

【００５１】具体的には、図７に示すように、ＣＰＵ１
４ａのクロック出力ｃｋにウオッチドックタイマ回路１
８を接続する。ウオッチドックタイマ回路１８はその入
力にクロックパルスが一定周期で入力されているとき、
その出力がＨレベルに保持されるが、クロックパルスの
入力がなくなると、その出力がＨからＬレベルに立ち下
がるように働く。

【００５２】従って、ＣＰＵ１４ａのリセット入力ポー
トＲは、ＣＰＵ１４ａが動作してクロックパルスを出力
している間、Ｈレベルに保たれている。また、ＣＰＵ１
４ａは、所定時間以上継続してガス流路１０中のガスが
検出されない状態を検出すると、クロックパルスの出力
を停止する。このため、ウオッチドックタイマ回路１８
の出力がＨレベルからＬレベルに立ち下がり、この立ち
下がりに応じてＮＡＮＤ回路１９の一方の入力がＬレベ
ルに、ＮＡＮＤ回路２０の一方の入力がＨレベルに保た
れる。従って、ガス未使用状態がそのまま継続してＨレ
ベルのオン信号Ｓ１が出力されていないときは、ＮＡＮ
Ｄ回路２０の出力はＬレベルとなりＮＡＮＤ回路１９の
他方の入力がＬレベルに保たれるため、リセット入力ポ
ートＲはＨレベルからＬレベルに反転し、これに応じて
ＣＰＵ１４ａはリセット動作を行う。

【００５３】その後、ガスが使用され、Ｈレベルのオン
信号Ｓ１が出力されると、ＮＡＮＤ回路２０の入力が両
方ともＨレベルとなるため、ＮＡＮＤ回路１９の出力が
ＬレベルからＨレベルに反転し、これに応じてＣＰＵ１
４ａのリセットが解除される。つまり、この場合ウオッ
チドックタイマ回路１８及びＮＡＮＤ１９、２０は、計
測停止手段１４ａ−１及び計測再開手段１４ａ−２とし
て働き、所定時間以上継続してガス流路１０中のガスが
流れていない状態を検出するとその後リセット動作を行
い自己の動作を停止させると共に、このリセット動作
は、検出スイッチ１６からのオン信号Ｓ１を外部から入
力することによって解除され、再び処理動作を開始させ
るようにしている。以上のようにガスが未使用状態であ
るとき、流量の計測を停止させるだけでなくＣＰＵ１４
ａ自体の処理動作も停止するため、より一層の消費電力
の低減を図ることができる。

【００５４】また、上述した実施例では、弾性素子とし
てダイヤフラムを使用していたが、圧力に応じて弾性変
形するもんであれば、ベローズなどの他の弾性素子を使
用してもよい。さらに、上述した実施例においては、流
量計測装置として超音波式のものを例示したが、ガス流
路１０中のガスの流速に応じて変化する物理量を間欠的
に計測することのできるものであれば、フルイディック
式流量計などの他の形式のものであってもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、ガスが未使用状態であるときは計測停止手
段により計測手段による物理量の計測を停止させるた
め、一切の計測動作が行われなくなり、この計測動作に
伴う電力消費が全くなくなる。その後、ガス使用に伴い
圧力が所定値以下に低下すると検出スイッチがオン又は
オフされ、この検出スイッチのオン又はオフをきっかけ
に計測再開手段が計測手段による物理量の計測を再開さ
せるため、ガスの使用開始時の物理量の計測も正確に行
うことができる。しかも、検出スイッチのオン又はオフ
に応じて物理量の計測を再開させているため、圧力セン
サにより検出された圧力を監視する必要がなくなり、こ
の圧力センサの監視動作に伴う電力消費を必要としない
ので、流量計測精度の低下を招くことなく、より一層の
消費電力の低減を図れる流量計測装置を得ることができ
る。

【００５６】請求項２記載の発明によれば、検出スイッ
チは、機械的な構造となっているため、検出スイッチを
オン又はオフさせるための動作電源を必要としないの
で、より一層の消費電力の低減を図れる流量計測装置を
得ることができる。

【００５７】請求項３記載の発明によれば、所定値に応
じた弾性係数を有するスプリングを弾性素子に設けるだ
けで所定値を設定することができるので、所定値に応じ
た弾性素子をそれぞれ量産する必要がないためコストダ
ウンと図った流量計測装置を得ることができる。

【００５８】請求項４記載の発明によれば、ガスの使用
に伴う所定値以下への圧力低下を検知したときにオン信
号を出力するようにすることによって、ガス使用状態の
短い期間のみオン信号を出力することができるので、よ
り一層消費電力の低減を図れる流量計測装置を得ること
ができる。

【００５９】請求項５記載の発明によれば、圧力変動に
よって圧力が低下しても計測手段による物理量の計測が
再開されることがないので、ガス未使用状態であるにも
かかわらず圧力変動により物理量の計測が再開されるこ
とを防止することができる流量計測装置を得ることがで
きる。

【００６０】請求項６記載の発明によれば、流量計測精
度の低下を招くことなく、より一層の消費電力の低減を
図れる流量計測装置により計測した正確な通過流量を積
算し、表示することができるので、通過流量の誤差を低
減してガス使用量を正確に積算表示できるようにした電
子式ガスメータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流量計測装置及び電子式ガスメータの
基本構成図を示すブロック図である。

【図２】本発明の流量計測装置を組み込んだ電子式ガス
メータの一実施の形態を示す図である。

【図３】図２に示す流量計測装置を組み込んだ電子式ガ
スメータを構成する検出スイッチの詳細を示す図であ
る。

【図４】図２に示す流量計測装置を組み込んだ電子式ガ
スメータを構成するマイクロコンピュータの詳細を説明
する図である。

【図５】本発明の流量計測装置を組み込んだ電子式ガス
メータの動作を説明するための図である。

【図６】図４に示すマイクロコンピュータを構成するＣ
ＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

【図７】流量の計測を停止する他の構成を示す図であ
る。

【図８】従来の流量計測装置及び電子式ガスメータの問
題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１０ ガス流路 １００ 計測手段 １４ａ−１ 計測停止手段（ＣＰＵ） １６ 検出スイッチ １４ａ−２ 計測再開手段（ＣＰＵ） １６ａ 弾性素子（ダイヤフラム） １６ｂ マグネット ＳＷ 機械式スイッチ Ｗ 固定壁 １６ｃ スプリング Ｓ１ オン信号 １４ａ−３ 流量積算手段（ＣＰＵ） １５ 表示手段（表示器）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス流路中のガスの流速に応じて変化す
   る物理量を間欠的に計測する計測手段を備え、該計測し
   た物理量と前記ガス流路の断面積と間欠時間とを乗ずる
   ことによって前記ガス流路を通過したガスの通過流量を
   計測する流量計測装置において、 前記計測手段により計測した物理量に基づいて所定時間
   以上継続して前記ガス流路中にガスが流れていない状態
   を検出したとき、前記計測手段による物理量の計測を停
   止させる計測停止手段と、 ガス使用に伴う所定値以下への圧力低下を検知したと
   き、オン又はオフしてガスが使用されたことを検出する
   検出スイッチと、 該検出スイッチのオン又はオフに応じて前記計測手段に
   よる物理量の計測を再開させる計測再開手段とを更に備
   えることを特徴とする流量計測装置。
2. 【請求項２】 前記検出スイッチは、前記ガス流路中の
   圧力に応じて弾性変形する弾性素子と、該弾性素子上の
   弾性変形方向と垂直な一面に設けられたマグネットと、
   前記ガス流路中の圧力が前記所定値以下のとき、前記マ
   グネットによりオン又はオフされる接点を持つ機械式ス
   イッチとを有することを特徴とする請求項１記載の流量
   計測装置。
3. 【請求項３】 前記検出スイッチは、一端が前記弾性素
   子上の弾性変形方向と垂直な一面に設けられ、他端が固
   定壁に設けられたスプリングを更に有することを特徴と
   する請求項２記載の流量計測装置。
4. 【請求項４】 前記検出スイッチは、前記所定値以下の
   圧力を検知したとき、オンしてオン信号を出力し、 前記計測再開手段は、前記オン信号の出力に応じて前記
   計測手段による物理量の計測を再開させることを特徴と
   する請求項１〜３何れか記載の流量計測装置。
5. 【請求項５】 前記所定値は、圧力変動による圧力低下
   を検知しない値に設定されていることを特徴とする請求
   項１〜４何れか記載の流量計測装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５何れか記載の流量計測装置
   と、 前記流量計測装置によって計測したガスの流量を積算す
   る流量積算手段と、 該流量積算手段によって積算した積算流量を表示する表
   示手段とを備えることを特徴とする電子式ガスメータ。