JP2004251686A - 超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象のガス配管の管径が異なっても、同一の超音波ガスメータを用いてガス流量を計測可能な方法を提案すること。
【解決手段】小口径の測定流路を備えた小口径用超音波ガスメータ１を用意し、その測定流路４が形成されている部分を、中口径あるいは大口径のガス配管１１に形成した開口部１２からガス配管１１の内部に挿入する。次に、ガス配管１１にガスを流して、小口径用超音波ガスメータ１の指示値Ｑｏとガス配管１１を流れるガス流量Ｑとの対応関係を直線近似式などの形態で記憶保持しておく。実際のガス流量の計測時には、小口径用超音波ガスメータ１の指示値Ｑｏと直線近似式に基づき、ガス流量を算出する。異なる管径のガス配管に対して、同一種類の小口径用超音波メータを取り付けるだけでガス流量を計測でき、超音波ガスメータの仕様変更などの設計変更が不要であるので、汎用性の高いガス流量の計測方法を実現できる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波ガスメータに関し、特に、管径の異なるガス配管を流れるガスの流量を同一仕様の超音波ガスメータにより計測可能なガス流量計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波ガスメータでは、測定対象となるガス配管の口径に応じて、最適な測定流路を設計する必要がある。例えば、図１４に示すように、ガス配管が小口径、中口径および大口径の場合には、それぞれに最適な超音波素子、超音波素子に与える電圧、計測線の長さ、計測線の角度、流路の断面積、流路断面の縦横比を用いる必要がある。
【０００３】
そこで、従来においては、主流路と副流路が形成されている超音波ガスメータを、ガス配管に対して同軸状態に接続し、当該ガス配管を流れるガスを主流路および副流路に流すことにより、ガス流量を計測するようにしている（下記の特許文献の図７参照）。超音波ガスメータにおける主流路と副流路を流れるガスの分流比は予め定まっており、副流路に取り付けた超音波素子により当該副流路を流れるガスの流量を計測し、計測値と分流比に基づき、ガス配管を流れるガス流量を算出している。
【０００４】
この構成の超音波ガスメータでは、超音波計測が行われる副流路の口径が一定であるので、ガス配管の管径が変わっても超音波ガスメータを設計しなおす必要がない。
【０００５】
【特許文献】
特開２００２−２４３５２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、測定流路のみを備えた超音波ガスメータを用いて、管径の異なるガス配管を流れるガスの流量を計測することのできる汎用性の高いガス流量計測方法を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法では、小口径用の超音波ガスメータを利用して、中口径用および大口径用の超音波ガスメータを構成するようにしている。
【０００８】
そのために、本発明では、小口径用の超音波ガスメータ（基準超音波ガスメータ）の測定流路に、中口径のガス配管あるいは大口径のガス配管を流れるガスの少なくとも一部を流し、当該ガス流量を計測し、これに基づき、中口径、大口径のガス配管を流れるガス流量を計算によって求めるようにしている。超音波ガスメータの指示値から中口径、大口径のガス配管を流れるガス流量を算出するためには、超音波ガスメータの指示値とガス配管を流れる真のガス流量との対応関係を予め求めておき、この対応関係、例えば計算式に基づき、超音波ガスメータの指示値からガス配管を流れるガス流量を算出すればよい。
【０００９】
すなわち、本発明の超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法は、
基準口径の測定流路を備えた基準超音波ガスメータを用意し、
前記基準口径よりも大きな口径のガス流路を流れるガスの少なくとも一部を、前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を経由させて流すことにより、前記基準超音波ガスメータの指示値と前記ガス流路を流れる真の流量との対応関係を予め求め、
前記基準超音波ガスメータの指示値と前記対応関係に基づき、前記ガス流路を流れるガス流量を算出することを特徴としている。
【００１０】
対応関係を、例えば、直線近似式により近似し、直線近似式に基づきガス流量を計算によって求めることができる。
【００１１】
ここで、前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を前記ガス流路内に挿入することにより、ガス流路を流れるガスの一部を前記測定流路に流すことができる。
【００１２】
また、前記ガス流路内を複数の分流路に分割し、前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を前記分流路の一つに挿入してもよい。
【００１３】
前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を前記ガス流路内に挿入する代わりに、前記ガス流路から外側に分岐させた後に前記ガス流路の下流側の部分に合流する分岐流路を形成し、前記分岐流路に前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を挿入してもよい。
【００１４】
この場合、前記ガス流路を流れるガス流量が所定流量以下の場合には、前記ガス流路を流れるガス全量を前記分岐流路を経由させて流すことにより、小流量のガス流量を精度良く計測できる。
【００１５】
また、前記分岐流路として、第１の分岐流路と、この第１の分岐流路よりも大きな口径の第２の分岐流路とを形成し、前記第１の分岐流路に前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を挿入してもよい。
【００１６】
この場合には、前記ガス流路を流れるガス流量が第１の流量以下（小流量）の場合には、前記ガス流路を流れるガス全てを前記第１の分岐流路を経由させて流すことが望ましい。また、前記ガス流路を流れるガス流量が前記第１の流量を超え第２の流量以下（中流量）の場合には、前記ガス流路を流れるガス全てを前記第１および第２の分岐流路を経由させて流すことが望ましい。さらに、前記ガス流路を流れるガス流量が前記第２の流量を超える（大流量）場合には、前記ガス流路を流れるガスの一部を前記第１および第２の分岐流路を経由させて流すことが望ましい。このようにすれば、小流量から大流量まで精度良くガス流量を計測できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法の各実施の形態を説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係るガス流量計測方法を示す説明図である。図１（ａ）に示すように、実施の形態１において使用する小口径用超音波ガスメータ（基準超音波ガスメータ）１は、メータケース２と、メータケース２の表面に配置された表示部３と、メータケース２を横方向に貫通する状態に形成した小口径（基準口径）の測定流路４を備えている。測定流路４には、一対の超音波素子（図示せず）が測定流路４を挟み対向配置されている。
【００１９】
ここで、図２は超音波ガスメータ１の基本的な計測原理を示す説明図である。超音波ガスメータ１では、超音波の到達時間がガスの流速により変化することを利用して流量を計測する。ガスは図２に示すように、測定流路４内を速度ｖで流れる。超音波素子５、６は交互に超音波（速度ｃ）を送信し、他方の超音波素子６、５が音波を受信し、到達時間（ｔ１、ｔ２）を測定する。到達時間に基づき速度ｖは次のように表される。
ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖｃｏｓθ）
ｔ２＝Ｌ／（ｃ−ｖｃｏｓθ）
ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／ｔ１−１／ｔ２）
但し、Ｌは伝搬距離、ｔ１は順方向の伝搬時間、ｔ２は逆方向の伝搬時間、ｖはガス流速、ｃは音速である。ガス流量Ｑは、流速ｖと流路の断面積ｓの積として求まる。
Ｑ＝ｖ・ｓ
【００２０】
この構成の小口径用超音波ガスメータ１を用いて、小口径のガス配管を流れるガス流量を計測する場合には、図１（ｂ）に示すように、計測流路４を直接にガス配管に接続すればよい。
【００２１】
次に、この小口径用超音波ガスメータ１を用いて、中口径のガス配管、大口径のガス配管を流れるガス流量を計測する場合には、図１（ｃ）に示すように、小口径用超音波ガスメータ１の計測流路４を、その軸線４ａがガス配管１１の軸線１１ａと平行となるように、ガス配管１１の内部に挿入する。すなわち、ガス配管１１に小口径用超音波ガスメータ１の計測流路４の部分を挿入可能な開口部１２を形成しておき、ここに小口径用超音波ガスメータ１を挿入し、開口部１２と小口径用超音波ガスメータ１のメータケース２の間を気密封止する。
【００２２】
この後は、図３に示すように基準器を用いて、ガス配管１１のガス流量Ｑを零から増加させながら、小口径用超音波ガスメータ１の指示値Ｑｏ（計測ガス流量）を記録する。このようにして求めたガス配管１１のガス流量Ｑと小口径用超音波ガスメータ１の指示値Ｑｏとの対応関係を、小口径用超音波ガスメータ１のメモリに記憶しておく。例えば、この対応関係を直線近似式（Ｑ＝ｆ（Ｑｏ））として記憶しておく。図４は直線近似式の一例を示すグラフである。
【００２３】
実際の計測においては、図１（ｃ）に示すように、ガス配管１１を流れるガス流の一部が挿入された小口径用超音波ガスメータ１の測定流路４を通って流れ、当該測定流路４を流れるガス流量Ｑｏが算出され、この値Ｑｏと、上記のように予め記憶保持されているガス流量Ｑｏとガス流量Ｑとの対応関係、例えば、直線近似式に基づき、ガス流量Ｑが算出される。算出されたガス流量Ｑが表示部３に表示される。
【００２４】
ここで、小口径用超音波ガスメータ１の挿入方法としては、図１（ｃ）に示すように、ガス配管１１内の外周側の部分に測定流路４を挿入する方法と、図５に示すように、ガス配管１１と同軸状態となるように計測流路４を挿入する方法がある。
【００２５】
また、図６に示すように、ガス配管１１の内部を複数の分流路１３に分割し、一つの分流路１３内に小口径用超音波ガスメータ１の計測流路４を挿入することもできる。この場合には、各分流路１３は断面積、縦横比とも同一条件とする。
【００２６】
（実施の形態２）
図７は、本発明を適用した実施の形態２に係るガス流量計測方法を示す説明図である。実施の形態２においても小口径用超音波ガスメータ１を用いて、中口径のガス配管や大口径のガス配管を流れるガス流量を計測する。
【００２７】
実施の形態２では、ガス配管１４から外側に分岐流路１５を引き出し、分岐位置１６よりも下流側のガス配管１４の部位（合流位置）１７において分岐流路１５を再び当該ガス配管１４に合流させるようにしてある。この分岐流路１５に開けた挿入部１８に小口径用超音波ガスメータ１の測定流路４を気密状態で挿入してある。
【００２８】
この場合においても、予め、小口径用超音波ガスメータ１の指示値Ｑｏとガス配管１４を流れる全ガス流量Ｑの対応関係を測定し、これを記憶させておく。実際の計測時には、この対応関係に基づきガス流量Ｑを算出する。
【００２９】
ここで、ガス配管１４を流れるガスの一部を分岐流路１５に導く方法としては、図８に示すように、分岐流路１５の分岐位置１６からガス配管１４の内部に整流板１９を突出させておく方法がある。また、図９に示すように、分岐流路１５の分岐位置１６および合流位置１７の間においてガス配管１４の内部に断面絞り部分２０を形成して、圧力差を利用してガス流を導く方法がある。
【００３０】
（実施の形態３）
図１０は本発明を適用した実施の形態３によるガス流量計測方法を示す説明図である。実施の形態３の基本的な構成は、実施の形態２と同一であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３１】
実施の形態３では、分岐流路１５の分岐位置１６よりも僅かに下流側におけるガス配管１４の内部に当該ガス配管部分を開閉可能なフラッパ２１が配置されている。このフラッパ２１は、例えば、ガスの流れの力（ガスが流れる時の運動エネルギー）が大きくなると自然に開き、流れの力が弱くなると自然に閉じるものである。フラッパ２１が開き位置にあるのか閉じ位置にあるのかは、フラッパ近傍にセンサを取り付け、センサ出力に基づき小口径用超音波ガスメータ１により検出すればよい。この代わりに、小口径用超音波ガスメータ１の制御により、ガス配管１１を流れるガス流量が予め定めた流量以下の小流量の場合には、ガス配管１１を全閉状態にし、ガス流量が予め定めた流量を超える状態では、フラッパ２１を全開状態に保持してもよい。いずれの場合においても、フラッパ２１が閉じると、ガス流は全てが分岐流路１５を経由して流れる。従って、小流量のガス流量計測の計測精度を上げることができる。逆に、フラッパ２１が開くと、一部のガス流のみが分岐流路１５を経由して流れることになる。
【００３２】
ここで、実施の形態３においても、分岐流路１５にガス流を流すための方法としては、図１１に示すように整流板１９を用いる方法、および図１２に示すようにガス配管内部に断面絞り部分２０を形成して圧力差を利用する方法がある。
【００３３】
（実施の形態４）
図１３は、本発明を適用した実施の形態４のガス流量計測方法を示す説明図である。この方法においても小口径用超音波ガスメータ１を用いて、中口径あるいは大口径のガス配管３１を流れるガス流量を計測する。
【００３４】
本実施の形態では、ガス配管３１には、同一位置（分岐位置３２）から２本の分岐流路３３、３４が分岐しており、これらの分岐流路３３、３４は同一位置（合流位置３５）において再びガス配管３１に合流している。分岐流路３３は小断面であり、分岐流路３４はこれよりも大きな断面であるが、ガス配管３１よりも小断面である。
【００３５】
分岐位置３２の僅かに下流側の部位にはガス配管３１の当該部分を開閉するためのフラッパ３６が取り付けられており、分岐流路３４の上流側の端にも分岐流路３４のみを開閉するためのフラッパ３７が取り付けられている。小断面の分岐流路３３には小口径用超音波ガスメータ１の測定流路４が挿入されて気密封止されている。フラッパ３６、３７はガスの流れの力が大きくなると自然に開き、流れの力が小さくなると自然に閉じる。フラッパ３６、３７が開き位置にあるのか、閉じ位置にあるのかは、位置センサを取り付けて、小口径用超音波ガスメータ１によって検出する。この代わりに、小口径用超音波ガスメータ１によって開閉を制御してもよい。
【００３６】
すなわち、ガス配管３１を流れるガス流量が予め定めた第１の流量以下の場合（小流量の場合）には、フラッパ３６、３７が閉じ、ガス流の全てを小断面の分岐流路３３を経由して流れる。この結果、小流量域におけるガス流量の計測精度を上げることができる。
【００３７】
次に、ガス配管３１を流れるガス流量が第１の流量を超えるが第２の流量以下の場合（中流量の場合）には、フラッパ３６のみが閉じる。この結果、ガス流は分岐流路３３、３４を経由して流れる。ここで、小口径用超音波ガスメータ１のメモリには、指示値と、双方の分岐流路３３、３４を流れるガス流量との対応関係が予め記憶保持されている。この対応関係に基づき、中流量域におけるガス流量が求められる。
【００３８】
一方、ガス配管３１を流れるガス流量が第２の流量を超える場合（大流量の場合）には、フラッパ３６、３７は開状態に保持される。従って、ガス流の一部が分岐流路３３、３４を経由して流れる。小口径用超音波ガスメータ１のメモリには、この場合における指示値とガス流量との対応管径が記憶保持されており、この対応関係に基づき、大流量域におけるガス流量が求められる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法においては、基準超音波ガスメータの測定流路を、これよりも大口径のガス配管の内部、あるいはガス配管から引き出した分岐流路に挿入し、ガス配管を流れるガス流量と基準超音波ガスメータの指示値の対応関係を求めて記憶しておき、ガス配管を流れるガス流量を基準超音波ガスメータの指示値と記憶保持されている対応関係とに基づき算出している。
【００４０】
従って、本発明によれば、基準超音波ガスメータを測定対象のガス配管あるいはそこから分岐している分岐流路に取り付けるだけで、管径の異なるガス配管を流れるガス流量を測定できる。従って、測定対象のガス配管の管径が異なっても、基準超音波ガスメータの仕様変更などの設計変更を必要としない汎用性の高いガス流量計測方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るガス流量計測方法を示す説明図であり、（ａ）は小口径用超音波ガスメータ（基準超音波ガスメータ）を示す説明図、（ｂ）は小口径のガス配管のガス流量を計測する場合の説明図、（ｃ）は中口径あるいは大口径のガス配管のガス流量を計測する場合の説明図である。
【図２】超音波ガスメータの基本的な計測原理を示す説明図である。
【図３】小口径用超音波ガスメータの指示値とガス配管を流れるガス流量との対応関係を求める場合の説明図である。
【図４】小口径用超音波ガスメータの指示値とガス配管を流れるガス流量との対応関係を示す直線近似式を示すグラフである。
【図５】図１の小口径用超音波ガスメータの挿入状態の例を示す説明図である。
【図６】図１のガス流量計測方法の変形例を示す説明図である。
【図７】本発明を適用した実施の形態２の説明図である。
【図８】分岐流路にガス流の一部を整流板を用いて導く場合の説明図である。
【図９】分岐流路にガス流の一部を圧力差を利用して導く場合の説明図である。
【図１０】本発明を適用した実施の形態３の説明図である。
【図１１】分岐流路にガス流の一部を整流板を用いて導く場合の説明図である。
【図１２】分岐流路にガス流の一部を圧力差を利用して導く場合の説明図である。
【図１３】本発明を適用した実施の形態４の説明図である。
【図１４】口径の異なるガス配管の場合の計測流路を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 小口径用超音波ガスメータ
２ メータケース
３ 表示部
４ 測定流路
５、６ 超音波素子
１１ ガス配管
１２ 開口部
１３ 分流路
１４ ガス配管
１５ 分岐流路
１６ 分岐位置
１７ 合流位置
１８ 挿入部
１９ 整流板
２０ 断面絞り部分
３１ ガス配管
３２ 分岐位置
３３、３４ 分岐流路
３５ 合流位置
３６、３７ フラッパ

Claims (7)

1. 基準口径の測定流路を備えた基準超音波ガスメータを用意し、
   前記基準口径よりも大きな口径のガス流路を流れるガスの少なくとも一部を、前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を経由させて流すことにより、前記基準超音波ガスメータの指示値と前記ガス流路を流れる真の流量との対応関係を予め求め、
   前記基準超音波ガスメータの指示値と前記対応関係に基づき、前記ガス流路を流れるガス流量を算出する超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法。
2. 請求項１において、
   前記対応関係を直線近似式により近似することを特徴とする超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法。
3. 請求項１または２において、
   前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を前記ガス流路内に挿入することにより、前記測定流路にガスを流すことを特徴とする超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法。
4. 請求項１または２において、
   前記ガス流路内を複数の分流路に分割し、
   前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を前記分流路の一つに挿入することにより、前記測定流路にガスを流すことを特徴とする超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法。
5. 請求項１または２において、
   前記ガス流路から外側に分岐させた後に前記ガス流路の下流側の部分に合流する分岐流路を形成し、
   前記分岐流路に前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を挿入することにより、前記測定流路にガスを流すことを特徴とする超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法。
6. 請求項５において、
   前記ガス流路を流れるガス流量が所定流量以下の場合には、前記ガス流路を流れるガス全量を前記分岐流路を経由させて流すことを特徴とする超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法。
7. 請求項５において、
   前記分岐流路として、第１の分岐流路と、この第１の分岐流路よりも大きな口径の第２の分岐流路とを形成し、
   前記第１の分岐流路に前記基準超音波ガスメータの前記測定流路を挿入し、
   前記ガス流路を流れるガス流量が第１の流量以下の場合には、前記ガス流路を流れるガス全てを前記第１の分岐流路を経由させて流し、
   前記ガス流路を流れるガス流量が前記第１の流量を超え第２の流量以下の場合には、前記ガス流路を流れるガス全てを前記第１および第２の分岐流路を経由させて流し、
   前記ガス流路を流れるガス流量が前記第２の流量を超える場合には、前記ガス流路を流れるガスの一部を前記第１および第２の分岐流路を経由させて流すことを特徴とする超音波ガスメータを用いたガス流量計測方法。

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