JP2003114142A - 超音波式ガスメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】規定サイズのハウジング内で、超音波の伝播路
長を拡大して低流量域での測定精度向上が図れるように
測定管，超音波振動子の配置を改良する。 【解決手段】箱形ケーシング１の内部に画成した流入，
流出バッファー室４と５の間にまたがって測定管６を敷
設し、該測定管の上流および下流側端部に超音波振動子
７，８を配備した超音波式ガスメータにおいて、前記測
定管を、少なくとも往路，復路を形成する二つ以上の測
定管路６Ａと６Ｂに分けた上で、往路側管路の出口と復
路側管路の入口との間に中継バッファー室９を画成し、
さらに超音波振動子７，８をそれぞれ往路側管路６Ａの
入口側，復路側管路６Ｂの出口に配置するとともに、往
路側管路の出口端部と復路側管路の入口端部の間にまた
がって超音波の折り返し反射板１０を設け、該反射板を
折り返し点として超音波振動子の間に往路側管路および
復路側管路を経由する伝播経路を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ガス用のガス
メータなどに適用する超音波式ガスメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ガス需要家向けのガスメータとし
て、流体中を伝播する超音波の速さが流体の流速によっ
て変化する超音波の性質を利用した超音波式ガスメータ
が、特開平２００１─５０７８６号公報などで知られて
いる。次に、従来における超音波ガスメータの構成例を
図５に示す。図において、１は上面左右にガス管に接続
するガス流入口１ａ，ガス流出口１ｂを備えた箱形のハ
ウジング、２はガス流入口１ａに設けたガス遮断弁であ
り、ハウジング１の内方には仕切隔壁３を境にして左右
領域にガス流入口１ａに通じる流入バッファー室４，お
よびガス流出口１ｂに通じる流出バッファー室５を画成
した上で、流入バッファー室４と流出バッファー室５と
の間に跨がって測定管６が左右方向に敷設されている。
また、測定管６に対してその入口側端部および出口側端
部には、図示のように傾斜して測定管６の上面側に突き
出したポケット状の導波部６ａ，６ｂを形成し、ここに
一対の超音波振動子７，８を配備した構成になり、超音
波振動子７，８を計測回路に接続して次記のようにガス
流量を測定する。

【０００３】すなわち、ガスメータをガス管に接続した
状態で遮断弁２を開くと、ガス流入口１ａからハウジン
グ１に流入したガス流は矢印で表すように流入バッファ
ー室４に一旦吐出した後、測定管６，流出バッファー室
５，ガス流出口１ｂを経て流出するような経路を辿って
流れる。なお、バッファー室４，５は測定管６に流れる
ガス流の乱れを抑えて層流に近い状態に流れるようにす
る役目を果たす。そして、超音波振動子７，８の一方か
ら超音波を発射すると、超音波は図示点線で表すように
測定管６の管路を斜めに横切り、管路底面の中間部で反
射して他方の超音波振動子に到達するような伝播経路を
辿って送信される。

【０００４】ここで、計測回路からの指令で超音波振動
子７，８の送波，受波モードを切換え、上流側の超音波
振動子７から発射した超音波が下流側の超音波振動子８
に受波される順方向の伝播時間（Tdown)、および下流側
の超音波振動子８から発射した超音波が上流側の超音波
振動子７に受波される逆方向の伝播時間（Tup)を計測回
路で計測し、これを基にガス流量Ｑを次記式の演算によ
って求めることができる。

【０００５】 Tdown ＝Ｌ／ｃ＋ｖ＊cos θ ………(1) Tup ＝Ｌ／ｃ−ｖ＊cos θ ………(2) v ＝（Ｌ／２ cosθ）＊〔（１／Tdown ）−（１／Tup ）〕 ………(3) Ｑ＝ｋ＊Ｓ＊ｖ ………(4) 但し、Ｌ：伝播路長、ｃ：音速、ｖ：ガス流速、θ：ガ
ス流の方向と超音波の伝播方向との間の角度、ｋ：係
数、Ｓ：測定管の管路断面積

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の超音波
式ガスメータでは、特に低流量域での測定精度が低くな
る課題がある。すなわち、前記式(4) から判るように、
流量Ｑが小さい低流量域では、測定管を流れるガス流速
ｖが小さいことから、超音波の順方向の伝播時間Tdown
と逆方向の伝播時間Tup との時間差がガス流速ｖの低下
とともに小さくなり、大流量域での測定と比べて演算に
よって求める流量Ｑの測定精度が低下するようになる。
このために、例えばガス管からのガス漏れなどでガスメ
ータに通流する小流量のガスを的確に検知することが困
難となる。

【０００７】なお、上記の問題に関しては、前記式(1),
(2) から超音波の伝播路長Ｌ、つまり図５における測定
管６の全長を長く設定すれば、伝播時間Tdown とTup の
時間差が大きくなって低流量域での測定精度が向上する
が、図５の従来構造のままで測定管６の長さを大きくす
ると、測定管６を内蔵したハウジング１の外形サイズが
横に長くなってガスメータが規定サイズ以上に大形化す
ることから、その取扱い，輸送，現地での設置などに問
題がある。

【０００８】そこで、本発明はガスメータのハウジング
を大きくすることなしに、ハウジングに内蔵した測定管
での超音波の伝播路長を拡大して低流量域での測定精度
の向上化が図れるように測定管の構造，および超音波振
動子の配置を改良した超音波式ガスメータを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、箱形ケーシングの内部にガス流入
口に通じる流入バッファー室, およびガス流出口に通じ
る流出バッファー室を画成した上で、流入バッファー室
と流出バッファー室の間にまたがって測定管を敷設する
とともに、該測定管のガス流路の上流側および下流側に
超音波振動子を配備し、該超音波振動子の間でガス流の
順方向, 逆方向に超音波を送波した際の伝播時間差を基
にガス流量を測定する超音波式ガスメータにおいて、前
記測定管を、少なくとも往路，復路を形成する二つ以上
の測定管路に分割した上で、往路側管路の出口と復路側
管路の入口との間を連通してケーシング内に折り返し用
の中継バッファー室に画成し、かつ超音波振動子の一方
を往路側管路の入口側，他方を復路側管路の出口に配置
するとともに、往路側管路の出口端部と復路側管路の入
口端部の間にまたがって超音波の折り返し反射板を設
け、該反射板を折り返し点として超音波振動子の間に往
路側管路および復路側管路を経由する伝播経路を形成す
る（請求項１）。

【００１０】この構成によれば、規定されたガスメータ
の外形サイズ範囲内で測定管の全長を一定として、図５
に示した従来構造と比べて、超音波の伝播路長が測定管
路の分割数に相応して整数倍に拡大する。これにより、
先記した順方向と逆方向の超音波の伝播時間差が大きく
なって低流量域での測定精度が向上し、例えばガス管か
らのガス漏れなども的確に検知できる。また、往路側管
路の出口と復路側管路の入口との間を連通してケーシン
グ内に折り返し用の中継バッファー室に画成すること
で、各管路を流れるガス流の乱れを抑えて高い測定精度
を確保できる。

【００１１】また、本発明によれば、前記構成を基本と
してその高い測定精度を確保するために、測定管，およ
び超音波の折り返し反射板部を次記のような具体的態様
で構成することができる。 (1) 超音波振動子と超音波反射板の間に測定管の内壁面
を反射する超音波伝播経路を設定した上で、その伝播経
路に対応して測定管の内面には超音波振動子と超音波反
射板を焦点とする楕円状の反射凹面を形成し、一方の超
音波振動子から発射した超音波が折り返し反射板を経て
他方の超音波振動子に効率よく伝播されるようにする
（請求項２）。

【００１２】(2) 往路側管路と復路側管路の間にまたが
って超音波反射板の設置箇所に開口した超音波透過口
に、超音波の透過を許容してガス流の透過を抑止する超
音波透過膜（例えば細かなメッシュの金網）を布設し、
測定管路を流れるガス流の乱れを抑制するようにする
（請求項３）。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図４に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例
の図中で図５に対応する部材には同じ符号を付してその
説明は省略する。すなわち、図示実施例においては、ケ
ーシング１内に敷設した測定管６をその全長域に亘って
前後二列に並ぶ直線状の往路側管路６Ａと復路側管路６
Ｂに分けた上で、その往路側管路６Ａの入口（図の左側
端）をケーシング１のガス流入口１ａに通じてる流入バ
ッファー室４に、復路側管路６Ｂの出口（図示の左側
端）をガス流出口１ａにガス導管１ｂ-1を介して連通す
る流出バッファー室５に開放するとともに、往路側管路
６Ａの出口（図示右側端）および復路側管路６Ｂの入口
端（図示右側端）はケーシング１内の右側寄りに画成し
たガス流の折り返し中継バッファー室９に開放する。

【００１４】一方、一対の超音波振動子７，８のうち、
一方の超音波振動子７は往路側管路６Ａの入口側端部
に、他方の超音波振動子８は復路側管路６Ｂの出口側端
部に配備し、さらに測定管６の右側端部には、往路側管
路６Ａの出口側端部と復路側管路６Ｂの入口側端部の間
にまたがってＶ字形（角度９０°）になる超音波の折り
返し用反射板１０が新たに追加装備されている。また、
前記反射板１０の設置に合わせて管路６Ａ側と６Ｂ側と
の間に開口した超音波の透過窓には、図４で示すように
超音波の透過は許容するがガス流の透過を防止する手段
として超音波透過膜（細かなメッシュの金網）１１が布
設されている。

【００１５】さらに、測定管６の底面中央部位には、管
路６Ａ，６Ｂと個々に対応して、超音波振動子７，８お
よび折り返し用反射板１０を焦点とする楕円状の反射凹
面６ｂが形成されている。なお、１２は測定管６の各管
路６Ａ，６Ｂに対応してその両端開口部に配したガス流
導風ガイドである。上記の構成で、ケーシング１のガス
流入口１ａを通じて流入バッファー室４に吐出したガス
流は、図示実線矢印で表すように測定管６の往路側管路
６Ａを右向きに通流して中継バッファー室９に出て拡散
した後、向きを転換して復路管路６Ｂの中を左向きに流
れ、その出口から流出バッファー室５を経てガス流出口
１ｂより流出する。

【００１６】一方、超音波振動子７から発射した超音波
は、点線矢印で表すように往路側管路６Ａを斜めに横切
り、その底面側の反射凹面６ｂで反射した後に折り返し
用反射板１０に反射して１８０°方向反転し、さらに復
路側管路６Ｂの反射凹面６ｂで反射して超音波振動子８
で受波されるような経路を辿って伝播する。また、超音
波振動子８から発射した超音波は前記と逆の経路を辿っ
て超音波振動子７で受波される。

【００１７】上記の超音波伝播経路から判るように、測
定管６の往路側および復路側管路６Ａ，６Ｂにおける個
々の超音波伝播路長をＬとして 超音波振動子７と８の
間の伝播路長は２×Ｌとなる。つまり、測定管６の全長
を同一として図５に示した従来構成と比べて超音波の伝
播路長が２倍に拡大する。これにより、低流量域の測定
条件でも、先記式(1) 〜(4) における順方向と逆方向の
超音波伝播時間差が大きくなって測定精度が向上し、ガ
ス管からのガス漏れなども的確に検知できるようにな
る。

【００１８】しかも、図示実施例のように、往路側管路
６Ａの出口と復路側管路６Ｂの入口とを直結せずに中継
バッファー室９に開放したことにより、測定管路を流れ
るガス流分布に対する乱れを低く抑えることができる。
また、往路側管路６Ａ，復路側管路６Ｂに対応して測定
管６の底面中央部位に楕円状の反射凹面６ｂを形成した
ことにより、一方の超音波振動子から発射して各管路内
を伝播する超音波が効率よく他方の超音波振動子に受波
される。さらに、反射板１０を設けた超音波の折り返し
地点で、往路側管路６Ａと復路側管路６Ｂとの間にまた
がる超音波の透過窓に超音波透過膜（金網）１１を布設
したことで、該超音波透過窓を通じてバイパスするガス
流を防止して管路内のガス流分布の乱れを防ぐことがで
き、これらの効果を含めてガスメータの測定精度が向上
する。

【００１９】なお、図示実施例では測定管６を往路と復
路の二つの管路６Ａと６Ｂに分けた例を示したが、測定
管をそれ以上の数に分割した上で、被測定ガスが各管路
を直列に流れるように構成して実施することもできる。
なお、この場合には超音波振動子を配した測定管路の始
端と終端を除く各折り返し地点に、図示実施例と同様な
超音波の折り返し用反射板１０を配備するものとする。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、ケーシング内に敷設した測定管を、少なくとも往
路，復路を形成する二つ以上の測定管路に分割した上
で、往路側管路の出口と復路側管路の入口との間を連通
してケーシング内に折り返し用の中継バッファー室に画
成し、かつ超音波振動子の一方を往路側管路の入口側，
他方を復路側管路の出口に配置するとともに、往路側管
路の出口端部と復路側管路の入口端部の間にまたがって
超音波の折り返し反射板を設け、該反射板を折り返し点
として超音波振動子の間に往路側管路および復路側管路
を経由する伝播経路を形成したことにより、ケーシング
の外形サイズを大形化することなしに、規定されたガス
メータの外形サイズ範囲内で測定管に付設した一対の超
音波振動子の間の超音波伝播路長を従来と比べて整数倍
に拡大することかでき、これにより低流量域の測定条件
での測定精度が向上してガス漏れなども的確に検知可能
な超音波式ガスメータを提供できる。

【００２１】しかも、往路側管路の出口と復路側管路の
入口との間に中継バッファー室を介在させたことによ
り、測定管路を流れるガス流分布に対する乱れを低く抑
えることができる。また、往路側管路，復路側管路に対
応して測定管の中間部位に楕円状の反射凹面を形成した
請求項２により、一方の超音波振動子から発射して各管
路内を伝播する超音波が効率よく他方の超音波振動子に
受波される。さらに、超音波の折り返し反射板を設けた
地点で、往路側管路と復路側管路との間にまたがる超音
波の透過窓に超音波透過膜（金網）を布設した請求項３
により、超音波透過窓を通じて一方の管路から他方の管
路へバイパスするガス流を抑制して管路内のガス流分布
の乱れを防止できるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による超音波式ガスメータの内
部構造を示す横断平面図

【図２】図１における矢視Ｘ−Ｘの縦断面図

【図３】図１における矢視Ｙ−Ｙの縦断面図

【図４】図１における折り返し反射板設置部の詳細構造
を表す斜視図

【図５】従来における超音波式ガスメータの内部構造図

【符号の説明】

１ ケーシング １ａ ガス流入口 １ｂ ガス流出口 ２ 遮断弁 ４ 流入バッファー室 ５ 流出バッファー室 ６ 測定管 ６Ａ 往路側管路 ６Ｂ 復路側管路 ６ｂ 反射凹面 ７，８ 超音波振動子 ９ 中継バッファー室 １０ 超音波の折り返し反射板 １１ 超音波透過膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】箱形ケーシングの内部にガス流入口に通じ
   る流入バッファー室, およびガス流出口に通じる流出バ
   ッファー室を画成した上で、流入バッファー室と流出バ
   ッファー室の間にまたがって測定管を敷設するととも
   に、該測定管のガス流路の上流側および下流側に超音波
   振動子を配備し、該超音波振動子の間でガス流の順方
   向, 逆方向に超音波を送波した際の伝播時間差を基にガ
   ス流量を測定する超音波式ガスメータにおいて、 前記測定管を、少なくとも往路，復路を形成する二つ以
   上の測定管路に分割した上で、往路側管路の出口と復路
   側管路の入口との間を連通してケーシング内に折り返し
   用の中継バッファー室に画成し、かつ超音波振動子の一
   方を往路側管路の入口側，他方を復路側管路の出口に配
   置するとともに、往路側管路の出口端部と復路側管路の
   入口端部の間にまたがって超音波の折り返し反射板を設
   け、該反射板を折り返し点として超音波振動子の間に往
   路側管路および復路側管路を経由する伝播経路を形成し
   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記載のガスメータにおいて、超音
   波振動子と超音波反射板の間に測定管の内壁面を反射す
   る超音波伝播経路を設定した上で、その伝播経路に対応
   して測定管の内面には超音波振動子と超音波反射板を焦
   点とする楕円状の反射凹面を形成したことを特徴とする
   超音波式ガスメータ。
3. 【請求項３】請求項１記載のガスメータにおいて、往路
   側管路と復路側管路の間にまたがって超音波反射板の設
   置箇所に開口した超音波透過口に、超音波の透過を許容
   してガス流の透過を抑止する超音波透過膜を布設したこ
   とを特徴とする超音波式ガスメータ。