JP2002039814A

JP2002039814A - 流量計

Info

Publication number: JP2002039814A
Application number: JP2000225017A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Umekage; 康裕梅景; Yukinori Ozaki; 行則尾崎; Bunichi Shiba; 文一芝
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化、システムの簡素化及び計測精度の向
上。【解決手段】流路６に設けられた送受信手段７、８の
少なくとも一方によって検出される音響信号を用いて、
流量検出を行う流量検出手段１０と漏洩検出を行う漏洩
判別手段１３とを兼ね備え、流量検出に使用する送受信
手段により流量検出と漏洩検出を１つのセンサで兼用し
ている。これによって、小型化やシステムの簡素化が容
易にできるとともに、漏洩判別手段１３と送受信手段
７、８とを近づけることができるのでノイズなどの影響
を低下させて漏洩の検出精度を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
気体や液体などの流量を計測する流量計を用いて漏洩を
検出する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の流量計は、実開昭６４−２
７６３８号公報のようなものが知られていた。以下、そ
の構成について図１０を参照しながら説明する。

【０００３】図１６に示すように、水道管１に接続して
水道使用量を積算する流量計量部２と、この流量計量部
２に接続されて漏水に伴う機械振動または水中音圧振動
を電気信号に変換するセンサ３と、このセンサ３からの
信号を別置された漏水検出装置４に接続するケーブル５
とを備えた。

【０００４】上記構成において、流量計量部２に接続さ
れたセンサ３で漏水に伴う機械振動または水中音圧振動
を検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術では、流量計測部と漏洩検出センサをそれぞれ設け
なければならず、小型化やシステムの簡素化ができない
という課題があった。また、ケーブルで漏水検出装置ま
で信号を送らなければならず、ケーブル上の信号にノイ
ズなどが誘起され計測精度を低下させる課題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、流路に設けられて音響信号を送受信する１
対の送受信手段と、前記流路内を伝搬した音響信号の伝
搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段の値に基づ
いて流量を検出する流量検出手段と、前記１対の送受信
手段の少なくとも一方によって検出される音響信号を用
いて漏洩を判別する漏洩判別手段とを備えた構成とし
た。

【０００７】上記発明によれば、流量検出に使用する送
受信手段により流量検出と漏洩検出を１つのセンサで兼
用することができ、小型化やシステムの簡素化が容易に
できるとともに、漏洩判別手段と送受信手段を近づける
ことができるのでノイズなどの影響を低下させて漏洩の
検出精度を向上することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、流路に設けられて音響
信号を送受信する１対の送受信手段と、前記流路内を伝
搬した音響信号の伝搬時間を計測する計時手段と、前記
計時手段の値に基づいて流量を検出する流量検出手段
と、前記１対の送受信手段の少なくとも一方によって検
出される音響信号を用いて漏洩を判別する漏洩判別手段
とを備えた。そして、流量検出に使用する送受信手段に
より流量検出と漏洩検出を１つのセンサで兼用すること
ができ、小型化やシステムの簡素化が容易にできるとと
もに、漏洩判別手段と送受信手段を近づけることができ
るのでノイズなどの影響を低下させて漏洩の検出精度を
向上することができる。

【０００９】また、漏洩判別手段は、流路に発生する音
響信号の大きさと周波数の音響情報と、流量検出手段に
より計測された流量値の少なくとも一方を用いて漏洩の
有無を判別することとした。そして、音響情報と流量情
報を用いることで、器具が使用している流量か否か、あ
るいは流量変化からの音響信号などを判別することで漏
洩か否かがより正確に判別できる。

【００１０】また、漏洩判別手段は、流量値が所定レベ
ル以下の時に動作させる動作制御手段を備えた構成とし
た。そして、低流量の時のみに動作させることで、漏洩
判別の精度を上げ誤動作を防止するとともに、消費電流
を抑制して電池で長期間の動作を可能とすることができ
る。

【００１１】また、漏洩が検出されたとき、流路の開度
を調整する流路の開度調整手段を備えた構成とした。そ
して、漏洩が検出されたとき流路の開度を小さくするこ
とで下流側の流路内圧を低下せしめ、漏洩量を低減する
ことができるとともに、器具が必要最低限で使用できる
ようにすることができる。

【００１２】また、流路に設けられて音響信号を送受信
する１対の送受信手段と、前記流路内を伝搬した音響信
号の伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段の値
に基づいて流量を検出する流量検出手段と、前記送受信
手段の少なくとも一方によって検出される音響信号検出
手段と、前記流量値と前記音響信号間の時間情報を検出
する時間検出手段と、前記流量値と前記音響信号と前記
時間情報との少なくとも一方を用いて流路に接続された
器具を判別する器具判別手段とを備えた構成とした。そ
して、使用される器具を判別することで、器具の標準使
用時間に比べて大きく異なる場合は漏洩と判別すること
ができ、漏洩判別の精度を向上することができる。

【００１３】また、器具判別手段は、音響信号と流量値
と時間情報の少なくとも一方を用いて器具の設置位置を
検出する器具位置判別手段を備えた構成とした。そし
て、器具の位置を判別することで、漏洩の有無と漏洩位
置の両方を判別することができ漏洩を速やかに対策する
ことができる。

【００１４】また、流路に設けられた器具近傍に設置さ
れた状態表示手段と送受信手段の発する音響信号により
通信を行う報知手段を備えた構成とした。そして、流量
計測用の送受信手段で器具に報知する通信を兼用するこ
とで、新たな通信手段の設置や通信線の敷設が不要であ
り、小型で省施工なシステムとすることができる。

【００１５】また、報知手段と状態表示手段は、漏洩状
態や流量値のデータを送受信手段により音響信号を用い
て通信する通信手段を備えた構成とした。そして、器具
近傍の状態表示手段に漏洩状態が報知されることで使用
者が早期に発見することができる。

【００１６】また、報知手段と状態表示手段は、近接す
る流量計の報知手段と状態表示手段と、それぞれの送受
信手段により音響信号を用いてデータ通信を行う通信手
段を備えた構成とした。そして、近接する流量計の間で
データの通信を行うことで、１個のデータを遠方の流量
計に表示することができ、ひとつひとつは少ないパワー
でも遠距離の通信ができる。

【００１７】また、超音波の送受信の間隔を変えながら
繰返し送受信を行う繰返手段を備えた構成とした。そし
て、超音波の送受信の間隔を変えながら送受信手段を用
いることで、超音波のオンオフ間隔を変更することがで
き、デジタル通信を行うことができる。

【００１８】また、発電式電源と充電式電源の少なくと
も一方を備えた構成とした。そして、発電式と充電式の
電源の少なくとも一方を備えることで、電源のないとこ
ろでも使用することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２０】（実施例１）図１は本発明の実施例１の流
量計のブロック図である。図１において、流路６に設け
られて超音波を送受信する第１振動手段としての第１振
動子７と、第２振動手段としての第２振動子８と、前記
流路内を伝搬した前記各振動子７、８の信号から音波の
伝搬時間を計測する第１計時手段としての流路計時手段
９と、前記流路計時手段９の値に基づいて流量を検出す
る流量検出手段１０を備えた構成とした。そして、振動
子８を送受信手段に使用するか、音響信号の検出に使用
するかを選択する選択手段１１と、音響信号検出手段１
２と、漏洩判別手段１３とを備えて漏洩を判別する構成
とした。ここで、１４は開度調整手段、１５は切換手
段、１６は超音波信号を発振する送信器、１７は超音波
信号を受信する受信器、１８は超音波の送受信を繰返し
行う繰返手段、１９は状態報知手段、２０は太陽光を利
用して発電する発電式電池、２１は発電式電池の電力を
充電する充電式電池、２２は開度調整手段の調整弁、２
３は漏洩孔、２４は漏洩音の伝搬を示す矢印、２５は流
れ方向を示す矢印である。

【００２１】次に動作、作用について図２から図４を用
いて説明する。図２に示すように、本発明の流量計は、
流量計測に用いる第２振動子８によって流路内の音響信
号を検出する。通常は音圧Ｐ１であるが、漏洩が発生す
ると漏洩しているところから漏洩音が発生する。すると
流路内の音圧はＰ２に上昇するので、その音圧の変化に
より漏洩が発生したか否かが判別できるのである。

【００２２】また、図３に示すように、漏洩音の周波数
を分析して比較すると、漏洩がない時は、例えばＦ１に
山ができるような周波数特性を示すが、漏洩が発生する
とＦ２にも山が発生するような特性に変化する。この変
化を漏洩判別手段が判別して漏洩ありの判別を行うもの
である。

【００２３】また、図４に示すように、流路内の音と計
測される流量を常に監視していると、流量変化の時の音
の変化を識別することができ、流量変化がない時に音が
変化した時を漏洩と判別することで漏洩判別の精度を向
上することができる。例えば、Ｐ１の音とＱ１の流量の
時から、流量がＱ２に変化したために音の大きさもＰ２
に変化する。これは音の大きさが変化しても漏洩と判別
せず、流量Ｑ２の状態が続いているにもかかわらず、音
がＰ３に変化したときを漏洩と判別するのである。ま
た、流量変化と音の大きさの変化で説明したが、流量変
化と音の周波数変化をとらえて判別することも同様に行
える。

【００２４】なお、音響信号検出手段は、流量計測の送
受信とは異なる周波数帯域で行うため、漏洩音が検出で
きる周波数帯の感度を向上するように設定した。例え
ば、１００Hzから２００００Hzの帯域にすることで、流
量の送受信に用いる帯域である２００００Hz以上と区別
することができる。このように使用する帯域が異なるの
で、それぞれ異なった検出手段を備えることで、お互い
の計測を妨害することなく検出することができるのであ
る。また、送受信に用いる振動子は、圧電型を用いるこ
とで幅広い周波数帯域を検出することができる。

【００２５】このように、流量検出に使用する送受信手
段により流量検出と漏洩検出を１つのセンサで兼用する
ことができ、システムの小型化や簡素化が容易にできる
とともに、漏洩判別手段と送受信手段を近づけることが
できるのでノイズなどの影響を低下させて漏洩の検出精
度を向上することができる。また、音の変化で判別する
ことができるので、流量値のみで漏洩を判別するよりも
短時間で判別することができる。

【００２６】なお、本流量計は、超音波の送受信を繰り
返して行った伝搬時間の逆数差を用いて流量を計測する
伝搬時間逆数差法を用いた超音波流量計で説明している
が、ガスメーターや水道メーターはもとより、プラント
向上などで用いる流量計に用いた場合に適用できること
は明白である。特に、液体のように比重が大きいもの
が、狭い流路から大気のような開放空間に漏洩したとき
の音は、気体などに比べて大きいので漏洩を容易にする
ことができる。そして、振動子は第２振動子を用いて説
明したが、第１と第２の振動子のどちらでもできること
は明白である。また、一方が故障しても他方を用いるこ
とができるし、両方を用いて行うことで他方の故障を診
断することができる。そして、発電式電池は、太陽光を
利用する方式で説明したが、流体が流れる流力により回
転式発電機を駆動して電力を発電する方法でも同様の効
果を発揮することができる。

【００２７】（実施例２）図５は本発明の実施例２の流
量計を示すブロック図、図６はその設置例を示す構成図
である。実施例１と異なる点は、流量計に使用する一方
の第２振動子８を用いて、流路の下流側に設置された器
具としての水栓２６に近接して設置された状態表示手段
の一部としての送受信手段２７と通信を行い、流量情報
や漏洩情報を転送して表示する状態表示手段２８を備え
たことにある。ここで、２９は流量計本体、３０は建て
屋の壁である。

【００２８】次に動作、作用について説明する。上流側
の第２振動子８によって超音波のオンとオフを間隔を変
えて繰返すことによって、流路６を通じて下流側に設置
された送受信手段２７に送信する。このとき、漏洩情
報、流量情報は、オンとオフの信号で表すデジタル信号
に変換されて送信されるものである。そして、下流側の
送受信手段２７では、このデジタル信号を受信して、元
の漏洩情報、流量情報に再現し、状態表示手段２８に表
示するものである。図７に示すように、状態表示手段２
８では、漏洩の有無、経過時間、漏洩流量などを知らせ
る状態表示とともに、使用している瞬時瞬時の流量値を
表示する瞬時流量表示と、積算流量を表示する積算流量
表示を備えた構成とした。そして、積算流量は、日単
位、月単位、１年単位など所定の単位で表示することが
できると、使用状況が一目でわかるようになる。水道で
例えると、水道の使用状況が、一目でわかるようにな
り、水道料金に変換するモードなどを備えると更に実使
用感が増し消費者の節約を啓蒙することができる。ガス
も同様である。

【００２９】このように、流量計測に使用する振動子を
用いて送受信の通信を行い、下流側に設けた表示装置に
様々な情報を転送して屋内に設置された表示装置に表示
することができるのである。そして、流量計測用の送受
信手段で器具に報知する通信を兼用することで、新たな
通信手段の設置や通信線の敷設が不要であり、小型で省
施工なシステムとすることができる。

【００３０】なお、超音波の伝送は、流路内の流体を通
じても行えるし、流路の管壁を通じても行えることは明
白である。そして、振動子は第２振動子を用いて説明し
たが、第１と第２の振動子のどちらでもできることは明
白である。また、一方が故障しても他方を用いることが
できるし、両方を用いて行うことで他方の故障を診断す
ることができる。

【００３１】（実施例３）図８は本発明の実施例３の流
量計を示す構成図である。実施例１と異なる点は、音響
信号検出手段１２の信号を受けて超音波の伝搬時間を計
測する時間情報検出手段３２と、時間情報検出手段３２
によって器具の設置位置である振動子からの距離を検出
する器具判別手段としての器具位置判別手段３３を備え
た点にある。ここで、３４は超音波の伝搬を示す矢印で
ある。

【００３２】次に動作、作用について図９を用いて説明
する。例えば、超音波の送信波Ｗ１から時間Ｔ１遅れて
受信された受信波Ｗ２と、時間Ｔ２送れて受信された受
信波Ｗ３と、時間Ｔ３送れて受信された受信波Ｗ４と、
時間Ｔ４送れて受信された受信波Ｗ５が観測されたとす
る。音波が反射して来たものと考えると、その伝搬距離
Ｌは、Ｌ＝Ｔ＊Ｃ／２で表される。ここで、Ｔは反射波
の時間、Ｃは音速である。そして、超音波のレベルと到
達時間を参考にして、器具の設置されている位置、すな
わち振動子からの距離Ｌを検出するものである。例え
ば、超音波のレベルが小さいもの（受信Ｗ２と受信Ｗ
４）は、曲がり管などによって反射されたものと判定
し、レベルが大きいもの（受信Ｗ３と受信Ｗ５）を器具
のからの反射と判定する。これによって、距離Ｌ３＝Ｔ
３＊Ｃ／２とＬ５＝Ｔ５＊Ｃ／２の位置に何らかの器具
が設置されているものと判別する。

【００３３】また、流量値の変化と、その流量値が変化
した後に到達してきた音波の到達時間との時間差によっ
て、どの程度の流量の器具がどの位置に設置されている
かを判別することもできる。さらに、実施例１のような
方法で漏洩が検出されたときでも、器具が使用されると
流路内の圧力が低下し漏洩の信号が検出できなくなる。
この現象を利用することで、使用している器具が設置さ
れている流路に漏洩があると判別することで、漏洩の発
生流路を特定することも可能である。

【００３４】このように、流量計測に使用する送受信手
段の第２振動子で超音波を送信した信号が、下流側に設
けた水栓に反射して帰ってきた超音波を受信してその伝
搬時間を測定することによって、第２振動子から水栓ま
で距離を測定することができるので、流路に設けられた
器具の位置を判別することができるのである。

【００３５】なお、振動子は第２振動子を用いて説明し
たが、振動子は第２振動子を用いて説明したが、第１と
第２の振動子のどちらでもできることは明白である。そ
して、第１と第２の振動子の両方を用いることで、それ
ぞれ伝搬時間が異なることを利用すれば、さらに精度よ
く設置位置を検出することができる。また、一方が故障
しても他方を用いることができるし、両方を用いて行う
ことで他方の故障を診断することができる。また、それ
ぞれの検出を行うたびに、過去の検出データを参照しな
がら学習する方法を用いれば更に精度よく検出すること
ができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の流量計によ
れば、次の効果が得られる。

【００３７】流路に設けられて音響信号を送受信する１
対の送受信手段と、前記流路内を伝搬した音響信号の伝
搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段の値に基づ
いて流量を検出する流量検出手段と、前記１対の送受信
手段の少なくとも一方によって検出される音響信号を用
いて漏洩を判別する漏洩判別手段とを備えることで、流
量検出に使用する送受信手段により流量検出と漏洩検出
を１つのセンサで兼用することができ、小型化やシステ
ムの簡素化が容易にできるとともに、漏洩判別手段と送
受信手段を近づけることができるのでノイズなどの影響
を低下させて漏洩の検出精度を向上することができる。

【００３８】また、漏洩判別手段は、流路に発生する音
響信号の大きさと周波数の音響情報と、流量検出手段に
より計測された流量値の少なくとも一方を用いて漏洩の
有無を判別することで、音響情報と流量情報を用いるこ
とで、器具が使用している流量か否か、あるいは流量変
化からの音響信号などを判別することで漏洩か否かがよ
り正確に判別できる。

【００３９】また、漏洩判別手段は、流量値が所定レベ
ル以下の時に動作させる動作制御手段を備えることで、
低流量の時のみに動作させることで、漏洩判別の精度を
上げ誤動作を防止するとともに、消費電流を抑制して電
池で長期間の動作を可能とすることができる。

【００４０】また、漏洩が検出されたとき、流路の開度
を調整する流路の開度調整手段を備えることで、漏洩が
検出されたとき流路の開度を小さくすることで下流側の
流路内圧を低下せしめ、漏洩量を低減することができる
とともに、器具が必要最低限で使用できるようにするこ
とができる。

【００４１】また、流路に設けられて音響信号を送受信
する１対の送受信手段と、前記流路内を伝搬した音響信
号の伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段の値
に基づいて流量を検出する流量検出手段と、前記送受信
手段の少なくとも一方によって検出される音響信号検出
手段と、前記流量値と前記音響信号間の時間情報を検出
する時間検出手段と、前記流量値と前記音響信号と前記
時間情報との少なくとも一方を用いて流路に接続された
器具を判別する器具判別手段とを備えることで、使用さ
れる器具を判別することで、器具の標準使用時間に比べ
て大きく異なる場合は漏洩と判別することができ、漏洩
判別の精度を向上することができる。

【００４２】また、器具判別手段は、音響信号と流量値
と時間情報の少なくとも一方を用いて器具の設置位置を
検出する器具位置判別手段を備えることで、器具の位置
を判別することで、漏洩の有無と漏洩位置の両方を判別
することができ漏洩を速やかに対策することができる。

【００４３】また、流路に設けられた器具近傍に設置さ
れた状態表示手段と送受信手段の発する音響信号により
通信を行う報知手段を備えることで、流量計測用の送受
信手段で器具に報知する通信を兼用することができ、新
たな通信手段の設置や通信線の敷設が不要となり、小型
で省施工なシステムとすることができる。

【００４４】また、報知手段と状態表示手段は、漏洩状
態や流量値のデータを送受信手段により音響信号を用い
て通信する通信手段を備えることで、器具近傍の状態表
示手段に漏洩状態が報知されることで使用者が早期に発
見することができる。

【００４５】また、報知手段と状態表示手段は、近接す
る流量計の報知手段と状態表示手段と、それぞれの送受
信手段により音響信号を用いてデータ通信を行う通信手
段を備えることで、近接する流量計の間でデータの通信
を行うことで、１個のデータを遠方の流量計に表示する
ことができ、ひとつひとつは少ないパワーでも遠距離の
通信ができる。

【００４６】また、超音波の送受信の間隔を変えながら
繰返し送受信を行う繰返手段を備えることで、超音波の
送受信の間隔を変えながら送受信手段を用いることで、
超音波のオンオフ間隔を変更することができ、デジタル
通信を行うことができる。

【００４７】また、発電式電源と充電式電源の少なくと
も一方を備えることで、発電式と充電式の電源の少なく
とも一方を備えることで、電源のないところでも使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の流量計のブロック図

【図２】同流量計の動作を説明する信号特性図

【図３】同流量計の動作を説明する信号特性図

【図４】同流量計の動作を説明する信号特性図

【図５】本発明の実施例２の流量計のブロック図

【図６】同流量計の設置形態を示す構成図

【図７】同流量計の状態表示部を示す構成図

【図８】本発明の実施例３の流量計のブロック図

【図９】同流量計の動作を説明する信号波形図

【図１０】従来の流量計を示す構成図

【符号の説明】

６流路７第１振動子８第２振動子９計時手段１０流量検出手段１２音響信号検出手段１３漏洩判別手段１４開度調整手段１８繰返手段１９報知手段２０発電式電池２１充電式電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者芝文一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2F030 CA03 CB02 CE02 CE09 CE24 CE25 CE27 CE40 CF08 2F031 AA01 AE00 2F035 DA16 2F073 AA19 AB01 AB06 BB20 BC05 CC03 CC08 CD01 CD15 DD01 EE11 GG01 GG04 GG09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路に設けられて音響信号を送受信する
１対の送受信手段と、前記流路内を伝搬した音響信号の
伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段の値に基
づいて流量を検出する流量検出手段と、前記１対の送受
信手段の少なくとも一方によって検出される音響信号を
用いて漏洩を判別する漏洩判別手段とを備えた流量計。
【請求項２】漏洩判別手段は、流路に発生する音響信
号の大きさと周波数の音響情報と、流量検出手段により
計測された流量値の少なくとも一方を用いて漏洩の有無
を判別する請求項１記載の流量計。
【請求項３】漏洩判別手段は、流量値が所定レベル以
下の時に動作させる動作制御手段を備えた請求項１又は
２記載の流量計。
【請求項４】漏洩が検出されたとき、流路の開度を調
整する流路の開度調整手段を備えた請求項１、２又は３
記載の流量計。
【請求項５】流路に設けられて音響信号を送受信する
１対の送受信手段と、前記流路内を伝搬した音響信号の
伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段の値に基
づいて流量を検出する流量検出手段と、前記送受信手段
の少なくとも一方によって検出される音響信号検出手段
と、前記流量値と前記音響信号間の時間情報を検出する
時間検出手段と、前記流量値と前記音響信号と前記時間
情報との少なくとも一方を用いて流路に接続された器具
を判別する器具判別手段とを備えた流量計。
【請求項６】器具判別手段は、音響信号と流量値と時
間情報の少なくとも一方を用いて器具の設置位置を検出
する器具位置判別手段を備えた請求項５記載の流量計。
【請求項７】流路に設けられた器具近傍に設置された
状態表示手段と送受信手段の発する音響信号により通信
を行う報知手段を備えた請求項１〜６のいずれか１項記
載の流量計。
【請求項８】報知手段と状態表示手段は、漏洩状態や
流量値のデータを送受信手段により音響信号を用いて通
信する通信手段を備えた請求項７記載の流量計。
【請求項９】報知手段と状態表示手段は、近接する流
量計の報知手段と状態表示手段と、それぞれの送受信手
段により音響信号を用いてデータ通信を行う通信手段を
備えた請求項７記載の流量計。
【請求項１０】超音波の送受信の間隔を変えながら繰
返し送受信を行う繰返手段を備えた請求項１〜９のいず
れか１項記載の流量計。
【請求項１１】発電式電源と充電式電源の少なくとも
一方を備えた請求項１〜１０のいずれか１項記載の流量
計。