JP2003097993A - 超音波式ガスメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】測定管１３内のガス流ＧＦを媒質として超音波
振動子１１、１２間で授受される超音波信号ＵＳの伝播
時間から測定管１３を流れるガスの流量を測定する手段
である送受信制御回路３、送信回路４、受信回路５、流
量演算部２１、保安のため遮断弁１４により測定管１３
へのガスの流入を開閉する手段である遮断弁駆動回路
６、遮断弁制御部２２等を持つ超音波式ガスメータに
て、電源電池の電力消費を低減する。 【解決手段】超音波ガスメータの設置稼働前における遮
断弁の正常な閉鎖状態（出荷モード）において、および
超音波ガスメータの設置稼働後における遮断弁の閉鎖時
点から、遮断弁の機能劣化の有無を調べるべき所定時間
が経過した時点や、圧力センサ１５の検出圧力が変化し
た時点での流量情報により遮断弁が機能劣化したと判定
されるまでの間において、超音波送信周期制御手段２０
が遮断弁が開いている時よりも超音波送信による流量計
測の周期を伸ばす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス中における超
音波の伝播時間からガスの流量を測定する超音波式のガ
スメータであって、遮断弁や圧力センサ等を備えると共
に、特に超音波の送信周期を制御して電源電池の電力消
費を低減するようにした超音波式ガスメータに関する。

【０００２】なお、以下各図において同一の符号は同一
もしくは相当部分を示す。

【０００３】

【従来の技術】従来のガスメータにおけるガスの計量方
式は、膜の移動体積（つまり、膜の１回毎の往復変位に
よって膜が占める空間に生ずる体積の変化分）が一定で
あるような膜を介してガスを移動通過させ、膜の往復変
位ごとに発生する電気パルスを計数して得た膜の往復回
数からガスの通過容積、従ってガスの使用量を計量する
膜式とも呼ばれる容積方式であり、ガスの使用量に応じ
た電気パルスが発生する。

【０００４】そして、この電気パルスによってマイコン
などを起動し、ガス流量が存在する場合のみ計量動作を
行い、電源となる内蔵電池の消費電力を低減している。
遮断弁が閉鎖された状態では、ガス流量が小さいために
マイコンなどが起動する周期が長くなり、低消費電力化
が実現されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種のガスメータの
製品寿命は７年以上であり、この間、電源電池で動作す
る必要がある。そのため、回路の消費電力を低減する必
要がある。一方、超音波を利用してガス流量を計測しよ
うとする超音波式ガスメータにおいて、漏洩流量程度の
少ないガス流量を安定して測定するには、超音波の送信
電圧を高めてＳ／Ｎ比を向上させるか、超音波の送信周
期を短くして多くのサンプリングデータを平均化する方
法が有効である。しかしながら、このどちらの方法も消
費電力が増加するという問題がある。

【０００６】また、ガスメータが設置されるまでは、流
量計測する必要がないため、その期間に消費される電力
を抑える必要がある。本発明はこれらの問題を解消でき
る超音波式ガスメータを提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに請求項１の超音波式ガスメータは、測定管（１３）
を流れるガス（ＧＦ）を媒質として超音波を授受する少
なくとも２つの超音波振動子（１１、１２）と、該超音
波振動子間で授受される超音波の伝播時間から前記測定
管を流れるガスの流量を測定する手段（送受信制御回路
３、送信回路４、受信回路５、流量演算部２１）と、前
記測定管へのガスの流入を開閉するための遮断弁（１
４）と、必要時に該遮断弁を閉鎖する遮断弁制御手段
（遮断弁駆動回路６、遮断弁制御部２２）とを備えた超
音波式ガスメータにおいて、前記遮断弁が閉鎖されてい
る時に、該遮断弁が開いている時よりも前記超音波の授
受における超音波の一回毎の送信周期を長くする超音波
送信周期制御手段（２０）を備えたものとする。

【０００８】また請求項２の超音波式ガスメータは、請
求項１に記載の超音波式ガスメータにおいて、前記遮断
弁が閉鎖された時刻から所定時間が経過した後に計測し
たガスの流量が所定値を越えたときは、前記超音波送信
周期制御手段が、以後の超音波の一回毎の送信周期を少
なくとも前記の長くした送信周期より短くするようにす
る。

【０００９】また請求項３の超音波式ガスメータは、請
求項１または２に記載の超音波式ガスメータにおいて、
（出口室１Ｂから）ガスの使用端側へ流出するガスの圧
力を測定する圧力センサ（１５）を備え、前記遮断弁が
閉鎖された状態で前記圧力センサの出力が変化した時に
計測したガスの流量が所定値を越えたときは、前記超音
波送信周期制御手段が、以後の超音波の一回毎の送信周
期を少なくとも前記の長くした送信周期より短くするよ
うにする。

【００１０】本発明の作用は次の如くである。即ち、一
般に国内で販売されている保安機能付きガスメータには
遮断弁が実装されており、遮断弁が閉鎖された正常な状
態では流量が０である。そのため流量計測の必要性が低
いので、超音波による流量計測周期を伸ばし消費電力を
低減する。一方、遮断弁が閉鎖されているが、遮断弁の
機能劣化等のため流量計測の必要性が発生した場合に
は、超音波送信周期を早め、漏洩流量程度の低流量を正
確に測定する。この流量計測の必要性は、遮断弁の閉鎖
時点から所定の時間が経過した時点や、圧力が変化した
時点における流量情報から判定する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の１実施例としての
超音波ガスメータの構成を示すブロック図である。同図
において、１はガスの使用端近傍のガス供給路（配管）
に挿入され、次に述べる超音波測定管や遮断弁等を内蔵
する筐体、１Ｄはガスの供給源側の配管からこの筐体１
へ流入するガスの流入口、１Ｅはこの筐体１からガスの
使用端側の配管へ流出するガスの流出口である。

【００１２】また、１Ａは筐体１内の流入口１Ｄ側の室
としての入口室、１Ｂは筐体１内の流出口１Ｅ側の室と
しての出口室、１Ｃは入口室１Ａと出口室１Ｂ間の隔壁
である。次に、１３は隔壁１Ｃを貫いて、入口室１Ａと
出口室１Ｂを結ぶ直線状の超音波測定管、点線矢印で示
すＧＦはこの超音波測定管１３内のガス流、１１および
１２は超音波測定管１３に沿って、それぞれガス流ＧＦ
の上流側および下流側に設けられた超音波振動子、破線
矢印で示すＵＳは超音波振動子１１と１２との間でガス
流ＧＦを媒質として授受される超音波信号である。

【００１３】１４は流入口１Ｄの入口室１Ａ側に設けら
れ、流入口１Ｄから筐体１へのガスの流入を開閉するた
めの遮断弁、１５は出口室１Ｂ内の流出口１Ｅの近傍に
設けられ、ガスの圧力を検出する圧力センサである。次
に２はこの超音波ガスセンサ全体を制御するマイコン、
２１は超音波送受信によりガス流量を求めるマイコン２
の部分機能部としての流量演算部、２２は遮断弁１４の
開閉制御を行うマイコン２の部分機能部としての遮断弁
制御部、２３は圧力センサ１５に対するマイコン２内の
インターフェイス回路である。

【００１４】２０はマイコン２の部分機能部としての超
音波送信周期制御手段で、この手段２０は、流量演算部
２１からのガス流量情報、遮断弁制御部２２からの遮断
弁１４の開閉情報、インターフェイス回路２３を介して
得られる圧力センサ１５からの圧力情報等を入力し、電
源電池の電力消費を低減するために、後述するような流
量演算部２１を介して行われる超音波送信（従ってこれ
に伴う超音波受信および流量演算）の周期を制御する。

【００１５】３はマイコンの流量演算部２１の制御の下
で超音波振動子１１と１２との間の超音波の送受信を切
換える送受信制御回路、４はマイコンの流量演算部２１
から与えられる超音波送信のタイミングにおいて、送受
信制御回路３へ超音波の励振パルスを与える送信回路、
５は送受信制御回路３から超音波の受信信号を受取り、
超音波受信のタイミングを流量演算部２１に伝える受信
回路である。

【００１６】また、６はマイコンの遮断弁制御部２２か
らの指令に応じて遮断弁１４を開閉駆動する遮断弁駆動
回路、７は停止しているマイコン２の動作を開始させる
起動スイッチである。なお、この図１の回路は図外の電
池を電源として作動する。次に図１の基本的な動作を説
明する。この超音波ガスメータが設置された当初は出荷
モードによってマイコン２は動作を停止しており、遮断
弁１４は閉ざされている。

【００１７】ここで起動スイッチ７を操作すると、マイ
コン２は動作を開始する。即ち、マイコン２の遮断弁制
御部２２は遮断弁駆動回路６を介し遮断弁１４を開いて
ガスの使用を可能にし、同時に超音波送信周期制御手段
２０は流量演算部２１に対し、短い超音波送信周期での
流量測定を開始させる。ガスの流量測定は次のように超
音波振動子１１と１２との間の超音波の伝播時間を計測
して行われる。

【００１８】即ち、マイコンの流量演算部２１は、ガス
流ＧＦを媒質として上流側振動子１１および下流側振動
子１２から交互に超音波信号ＵＳを切り換えて送信する
ために、超音波送信周期制御手段２０によって指示され
た超音波送信周期ごとに、送信側とする（つまり励振対
象の）超音波振動子１１あるいは１２を指定する図外の
信号を送受信制御回路３に与えると共に、超音波送信の
タイミングを示す信号を送信回路４に与える。ここでは
先ず、上流側振動子１１を送信側に指定したとする。

【００１９】これにより送受信制御回路３は、上流側振
動子１１を送信側、下流側振動子１２を受信側に切り換
え、また送信回路４は超音波送信のタイミング信号を電
力増幅し送信側振動子に対する励振パルスとして送出す
る。これによりこの励振パルスは送受信制御回路３を介
して上流側振動子１１に与えられて、上流側振動子１１
は超音波信号ＵＳを送信し、他方、下流側振動子１２は
この超音波信号ＵＳを受信して発生した電気信号として
の超音波受信信号を送受信制御回路３を介して受信回路
５に送る。

【００２０】受信回路５では超音波受信信号を増幅し、
その波形を調べて超音波受信のタイミングを示す信号を
流量演算部２１に送信する。これにより流量演算部２１
は前記超音波送信のタイミング信号と超音波受信のタイ
ミング信号とから上流側振動子１１を送信側とする（つ
まり下り送信時の）超音波伝播時間を演算する。次の超
音波送信周期で、流量演算部２１は下流側振動子１２を
送信側に指定する信号を送受信制御回路３に与えると共
に、超音波送信のタイミングを示す信号を送信回路４に
与える。

【００２１】これにより送受信制御回路３は、下流側振
動子１２を送信側、上流側振動子１１を受信側に切り換
え、また送信回路４は超音波送信のタイミング信号を電
力増幅した励振パルスを送出する。この励振パルスは送
受信制御回路３を介して下流側振動子１２に与えられ
て、下流側振動子１２は超音波信号ＵＳを送信し、上流
側振動子１１はこの超音波信号ＵＳを受信して発生した
超音波受信信号を送受信制御回路３を介して受信回路５
に送る。

【００２２】受信回路５では超音波受信信号を増幅し、
その波形を調べて超音波受信のタイミングを示す信号を
流量演算部２１に送信する。これにより流量演算部２１
は今回の超音波送信のタイミング信号と超音波受信のタ
イミング信号とから下流側振動子１２を送信側とする
（つまり上り送信時の）超音波伝播時間を演算する。そ
して流量演算部２１は、下り送信時と上り送信時の２つ
の超音波伝播時間からガスの流速、従って流量を演算す
る。

【００２３】同様に以後も、流量演算部２１は送信側振
動子を上流側と下流側に交互に切換え指定して超音波伝
播時間を求め、そのつど（つまり、各超音波送信のつ
ど）、当該の超音波送信時と前回の超音波送信時との対
の（つまり、上りおよび下りの２つの）超音波伝播時間
から流量を演算する。なお、マイコンの遮断弁制御部２
２は保安上必要と判別したとき等に遮断弁駆動回路６を
介して遮断弁１４を閉じる。

【００２４】次に本発明の核心となる超音波送信周期制
御手段２０の動作を述べる。 （実施例１）図２は本発明の第１の実施例としての超音
波送信周期制御手段２０の動作を示すタイムチャートで
ある。このタイムチャートは本発明を実施する超音波ガ
スメータが設置されて配管され稼働開始する前、具体的
には前記した起動スイッチ７が押され、遮断弁制御部２
２等を介して遮断弁１４が開かれる以前における遮断弁
１４の開閉状態と超音波送信周期との関係を示してい
る。

【００２５】即ち、このガスメータが設置されて稼働開
始するまでの間、一般的には起動スイッチ７は押圧され
ず、遮断弁１４が閉鎖されている。この状態は一般的に
言われている出荷モードに相当する。この出荷モードで
は、マイコン２内において超音波送信周期制御手段２０
は、遮断弁制御部２２が遮断弁１４を閉鎖する指令を発
していることを検出したときは、流量演算部２１が超音
波の送信周期を伸ばすか、もしくは超音波の送信を停止
するように制御する。なお、図２は超音波の送信を停止
した場合を示す。

【００２６】このことにより、この超音波ガスメータの
製造時から設置時までの間の無駄な超音波送受信に消費
する電力を削減することができる。 （実施例２）図３は本発明の第２の実施例としての、こ
の超音波ガスメータが稼働開始した後における超音波送
信周期制御手段２０の各種の動作を示すタイムチャート
である。

【００２７】（実施例２−１）図３のＡ）は本ガスメー
タが設置された後で、遮断弁１４が閉鎖している場合の
遮断弁１４の開閉状態と超音波送信周期との関係を示
す。ガスメータ設置後に遮断弁が閉じて場合は、１）配
管系統に異常がありガス供給を停止している状態、２）
ガス機器の消し忘れなどで危険回避のためガス供給を停
止している状態に相当し、遮断弁１４が破損していない
限りは流量は０である。

【００２８】なお、上記１）の状態は、マイコン２の遮
断弁制御部２２が「ガス流量の計測値が異常に大き
い」、「圧力センサ１５によるガス圧の計測値が異常に
低い」等を検出して遮断弁１４を閉じることにより、ま
た、上記２）の状態は、同じく遮断弁制御部２２が「通
常レベルのガス流量が異常に長時間継続して計測されて
いる」等を検出して遮断弁１４を閉じることにより出現
する。

【００２９】しかしながら、遮断弁１４の本来の機能は
安全のための機能であるから、遮断弁１４の破損も考慮
した設計としておくことが望ましい。そこで、ガスメー
タ設置後、超音波送信周期制御手段２０は、図３，Ａ）
の時点ｔ１において遮断弁制御部２２から遮断弁１４の
閉鎖指令が出力されたことを検出した場合には、流量演
算部２１がしばらくそのまま通常通りに短い超音波送信
周期による流量計測を実施するようにする。

【００３０】そして、超音波送信周期制御手段２０は、
遮断弁１４が閉じたままでガス漏洩の恐れがないこと、
具体的には遮断弁制御部２２から遮断弁１４の閉鎖指令
が出力されており、且つ流量演算部２１から得たガス流
量が０で、しかも圧力センサ１６によるガスの検出圧力
が所定値以上であることを確認した後の時点ｔ２におい
て、流量演算部２１が超音波送信周期を伸ばすかもしく
は超音波送信を停止するように制御する。なお、図３，
Ａ）は超音波送信を停止した場合を示す。

【００３１】（実施例２−２）図３のＢ）は、同図Ａ）
の時点ｔ２のように遮断弁１４がガス漏洩の恐れなく正
常に閉鎖されていることが確認された後の超音波送信周
期の推移の例を示す。即ち、超音波送信周期制御手段２
０は、時点ｔ２に超音波送信を停止させた場合には、遮
断弁１４の経時的な機能劣化により漏洩する場合を想定
し、ある一定時間Ｔαの後の時点ｔ４において、流量演
算部２１に超音波を短周期で送信させ、遮断弁１４の機
能劣化の有無を確認する。

【００３２】そして、時点ｔ５において超音波送信周期
制御手段２０は、流量演算部２１から得たガス流量が０
で、且つ圧力センサ１６によるガスの検出圧力が所定値
以上である（つまり、遮断弁１４が正常に閉じている）
ことを判別すると、再度、流量演算部２１が超音波送信
周期を伸ばすかもしくは停止するように制御する。な
お、図３，Ｂ）は超音波送信を停止した場合を示す。

【００３３】（実施例２−３）図３のＣ）は、同図Ｂ）
の時点ｔ２のように遮断弁１４の閉鎖時に超音波送信が
停止された場合の圧力センサ１５の検出圧力の高低の状
態と超音波送信周期との関係の例を示す。即ち、時点ｔ
２において遮断弁１４の閉鎖時に超音波送信を停止させ
た場合には、超音波送信周期制御手段２０は、圧力セン
サ１５からの圧力情報を監視し、時点ｔ３１のようにガ
ス圧力が変化（この場合、圧力低下）した場合には、流
量演算部２１に短い周期の超音波送信による流量計測を
実施させ、遮断弁１４の機能確認を実施する。

【００３４】その結果、超音波送信周期制御手段２０は
流量演算部２１に対し、時点ｔ３２のように、計測した
流量が０であれば超音波の送信周期を伸ばさせ、流量が
０でなければ短周期のまま超音波送信を継続させる。な
お、超音波の送信は高い電圧を必要とするため消費電力
が大きいので、圧力センサ１６には低消費電力のものを
使用し、全体としての消費電力低下を実現する。

【００３５】以上のように本発明の超音波ガスメータは
いずれの実施例においても、遮断弁１４を閉じた状態に
おいて遮断弁１４が機能劣化したと判別するまでは、通
常状態に比べて超音波の送受信周期を長くするために、
電源電池の消費電力を低減することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、超音波ガスメータの設
置稼働前における遮断弁の正常な閉鎖状態（出荷モー
ド）において、および超音波ガスメータの設置稼働後に
おける遮断弁の閉鎖時点から、遮断弁の機能劣化の有無
を調べるべき所定時間が経過した時点や、圧力が変化し
た時点での流量情報により遮断弁が機能劣化したと判定
されるまでの間において、超音波による流量計測の周期
を、遮断弁が開いている通常の計測動作時より少なくと
も伸ばすようにしたので、電源電池の電力消費を低滅す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての構成を示すブロック
図

【図２】図１の超音波送信周期制御手段の第１の実施例
としての動作を示すタイムチャート

【図３】図１の超音波送信周期制御手段の第２の実施例
としての動作を示すタイムチャート

【符号の説明】

１ 筐体 １Ａ 入口室 １Ｂ 出口室 １Ｃ 隔壁 １Ｄ 流入口 １Ｅ 流出口 ２ マイコン ３ 送受信制御回路 ４ 送信回路 ５ 受信回路 ６ 遮断弁駆動回路 ７ 起動スイッチ １１，１２ 超音波振動子 １３ 超音波測定管 ＧＦ ガス流 ＵＳ 超音波信号 １４ 遮断弁 １５ 圧力センサ ２０ 超音波送信周期制御手段 ２１ 流量演算部 ２２ 遮断弁制御部 ２３ インターフェイス回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定管を流れるガスを媒質として超音波を
   授受する少なくとも２つの超音波振動子と、該超音波振
   動子間で授受される超音波の伝播時間から前記測定管を
   流れるガスの流量を測定する手段と、前記測定管へのガ
   スの流入を開閉するための遮断弁と、必要時に該遮断弁
   を閉鎖する遮断弁制御手段とを備えた超音波式ガスメー
   タにおいて、 前記遮断弁が閉鎖されている時に、該遮断弁が開いてい
   る時よりも前記超音波の授受における超音波の一回毎の
   送信周期を長くする超音波送信周期制御手段を備えたこ
   とを特徴とする超音波式ガスメータ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の超音波式ガスメータにお
   いて、 前記遮断弁が閉鎖された時刻から所定時間が経過した後
   に計測したガスの流量が所定値を越えたときは、前記超
   音波送信周期制御手段が、以後の超音波の一回毎の送信
   周期を少なくとも前記の長くした送信周期より短くする
   ことを特徴とする超音波式ガスメータ。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の超音波式ガスメ
   ータにおいて、 ガスの使用端側へ流出するガスの圧力を測定する圧力セ
   ンサを備え、 前記遮断弁が閉鎖された状態で前記圧力センサの出力が
   変化した時に計測したガスの流量が所定値を越えたとき
   は、前記超音波送信周期制御手段が、以後の超音波の一
   回毎の送信周期を少なくとも前記の長くした送信周期よ
   り短くすることを特徴とする超音波式ガスメータ。