JP2005300370A - 流体計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の流れを計測するための少なくとも一対の超音波送受信器を温度検知用にも兼用させ、低温時には流体流路を遮断して、安全性を高めることを目的とするものである。
【解決手段】流体通路１の上流側と下流側とに少なくとも一対の超音波送受信器３、４を配置して、上流側の超音波送受信器３から下流側の超音波送受信器４への超音波伝搬期間と下流側の超音波送受信器４から上流側の超音波送受信器３への超音波伝搬期間との伝搬時間差をもとに前記流体通路１を流動する流体の流速およびまたは流量を演算するようにし、一方の超音波送受信器３から他方の超音波送受信器４に至る超音波の伝搬時間をもとに流体の温度を計測して、その計測結果が設定温度値よりも低くなったときに遮断弁２を閉動作させるようにした。したがって、低温度で電源となる電池の性能が低下する以前にガスの供給を停止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも一対の超音波送受信器を有し、これら超音波送受信器間の超音波伝搬時間をもとに流体の流速およびまたは流量を計測するとともに、一方の超音波送受信器から他方の超音波送受信器に至る超音波の伝搬時間をもとに流体の温度を計測し、その計測結果が設定温度値よりも低くなったときに遮断弁を閉動するようにした流体計測装置に関するものである。

従来の流体計測装置、具体的にはガス計測装置は、図３に示すように、ガス通路３１に元栓３２、遮断弁３３および計測部３４をその上流側より順に接続していた。上記計測部３４はガスの流速をもとに流量測定部３５でガス流量を演算するものである。そして流量測定部３５での演算結果は制御装置３６に出力される。

制御装置３６は予め限界ガス流量が記憶されていて、流量測定部３５から出力された演算結果と比較している。演算した流量が限界ガス流量に達すると、制御装置３６からは遮断弁３３を閉動作させる信号を出力し、同時に状態表示を行う表示装置３７を作動させる。電源３８としては電池が一般的に用いられる（例えば、特許文献１参照）。

したがって、ガス機器などが異常使用されてガス流量が設定値を超えるようなことがあれば自動的に遮断弁３３が閉じて、その後のガス供給が停止されるため、ガス爆発、ガス中毒などの発生を未然に防止できるものである。
特許第１５９７８１５号公報

しかしながら、前記従来の計測装置にあっては、設置場所の殆どが屋外であり、特に冬場気温が非常に下がった場合には電源である電池の性能が大幅に低下し、制御回路を介した安全動作ができなくなる課題を生起していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、超音波送受信器を用いた計測部を有するもので、同超音波送受信器を温度検知用にも兼用できるようにして所定温度以下では遮断弁を自動的に閉じ、安全性の向上を図ったものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流体計測装置は、流体通路の上流側と下流側に配置した少なくとも一対の超音波送受信器と、上流側の超音波送受信器から下流側の超音波送受信器への超音波伝搬期間と下流側の超音波送受信器から上流側の超音波送受信器への超音波伝搬期間との伝搬時間差をもとに前記流体通路を流動する流体の流速およびまたは流量を演算する演算部、並びに、一方の超音波送受信器から他方の超音波送受信器に至る超音波の伝搬時間をもとに流体の温度を計測し、その計測結果が設定温度値よりも低くなったときに遮断信号を出力する信号発生部を有する制御回路と、電源となる電池と、上記流体通路に接続され、信号発生部からの遮断信号により閉動作する遮断弁とを具備したものである。

超音波送受信器間の超音波伝搬時間、つまり伝搬速度（音速）は温度と相関関係にあり、超音波伝搬速度から温度を検知できる。したがって、所定温度以下のときはその超音波伝搬速度をもとに遮断弁を閉じ、電池性能低下に伴う不都合を未然に阻止するようにした。

また通常の計測域では音速部分が削除されるので、確実なる流速およびまたは流量の測定が可能である。

本発明の流体計測装置によれば、流速およびまたは流量の測定を高精度に行えるのは勿論、超音波送受信器を温度測定用としても兼用でき、異常低温時に電池性能が低下したときに遮断弁を自動的に閉じることができるので、安全面で優れた効果を奏することとなる。

本発明は、流体通路の上流側と下流側に配置した少なくとも一対の超音波送受信器と、上流側の超音波送受信器から下流側の超音波送受信器への超音波伝搬期間と下流側の超音波送受信器から上流側の超音波送受信器への超音波伝搬期間との伝搬時間差をもとに前記流体通路を流動する流体の流速およびまたは流量を演算する演算部、並びに、一方の超音波送受信器から他方の超音波送受信器に至る超音波の伝搬時間をもとに流体の温度を計測し、その計測結果が設定温度値よりも低くなったときに遮断信号を出力する信号発生部を有する制御回路と、電源となる電池と、上記流体通路に接続され、信号発生部からの遮断信号により閉動作する遮断弁とを具備したもので、超音波伝搬速度から流体温度を検知し、所定温度以下のときはその超音波伝搬速度をもとに遮断弁を閉じるようにした。

上記設定温度値は電池の最低作動温度設定値よりも高くして遮断弁の閉動作が確実に行われるようにしておくことが望ましい。

遮断弁の遮断動作を報知手段で報知するようにしておけば、使用者にとって勝手がよく、また、計測した流体温度が設定温度値に所定値近づいたときに警報手段を作動させるようにすれば低温時の事前対応が可能となる。

そして、これら遮断弁の遮断状況や警報手段の動作状況を通信手段を介して所定箇所に伝えるようにすれば、保安業者などによる対応を速やかに行うことができることとなる。

以下、その実施例を図面を参照して説明する。

（実施例１）
図１において、ガスなどの流体が流れる流体流路１には遮断弁２が配置してあり、またその下流側には上記流体流路１を流動する流体を超音波が斜めに横切るように設定した少なくとも一対の超音波送受信器３，４が設けてある。

さらに述べれば、一方の超音波送受信器３から送信された超音波が流体の流れを斜めに順方向に横切り、他方の超音波送受信器４に受信され、次いで、この他方の超音波送受信器４から超音波が送信される。このとき、超音波送受信器４からの超音波は流体の流れを斜めに逆方向に横切り一方の超音波送受信器３に達するものである。

計測部５は上記した超音波伝搬時間差を計測するとともに、それをもとに流体流路１を流れる流体の流速を計測し、必要に応じて、それに流体流路１の断面積、補正係数を乗じることで流量を演算するようにしている。演算結果は次段の制御回路６に入力される。

また、一方の超音波送受信器３から送信された超音波が流体の流れを斜めに順方向に横切り、他方の超音波送受信器４に受信されまでの伝搬時間も制御回路６を介して温度検出部７に入力されるようにしてある。

図２に示すように、温度と超音波伝搬時間との間には相関関係があり、温度が低くなればなるほど同伝搬時間が長く、すなわち、伝搬速度が遅くなるものである。したがって、この伝搬時間を検知することで温度を知ることができる訳である。

温度検出部７は超音波送受信器３から送信された超音波が超音波送受信器４に到達するまでの伝搬時間をもとに温度を検知し、その結果が遮断制御部８の設定値より低下した場合は制御回路６を経由して遮断弁駆動回路９を駆動して遮断弁２を閉じ、また検知温度が設定値に近づいた場合にも同じく制御回路６を経由して警報手段１０を作動させるようにしている。

また制御回路６は遮断弁駆動回路９を介しての遮断弁２の閉成状態を報知手段１１で報知するとともに、通信手段１２を通してガス保安業者などに報知するようにしている。１３は電源となる電池を示す。

上記の構成において、一応超音波による計測動作を説明しておく。上流側の超音波送受信器３から送信された超音波が流体の流れを斜めに順方向に横切り、他方の超音波送受信器４に受信され、計測部５がその伝搬時間Ｔ１を計測する。次いで、この下流側の超音波送受信器４から超音波が送信される。このとき、超音波送受信器４からの超音波は流体の流れを斜めに逆方向に横切り一方の超音波送受信器３に達するもので、計測部５がその伝搬時間Ｔ２を計測する。

このようにして計測された伝播時間Ｔ１およびＴ２をもとに、以下の演算式により計測部５は流体の流速およびまたは流量を演算するものである。

なお、次式において、流速をＶ、流れの方向と超音波伝搬方向とがなす角度をθ、超音波伝搬路の長さをＬ、音速をＣとする。

Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）
Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）
Ｔ１の逆数からＴ２の逆数を引き算する式より音速Ｃを消去して
Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）［（１／Ｔ１）−（１／Ｔ２）］
θおよびＬは既知なのでＴ１およびＴ２の実測置より流速Ｖが、またこの流速Ｖに流体流路１の断面積および補正係数を乗ずれば流量が算出できるものである。

またＴ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）若しくはＴ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）からその時の温度が検知できることとなる。

次に、温度に係わる関連について説明すると、今、遮断制御部８が遮断弁駆動回路９を駆動する設定温度をｔ１、警報手段１０が作動する温度をｔ２、電池１３の最低作動温度設定値をｔ３としたとき、ｔ２＞ｔ１＞ｔ３の関係にあり、したがって実測した温度ｔがｔ≦ｔ２まで下がると、まず、警報手段１０が作動して温度が電池１３の最低作動温度設定値ｔ３に近づきつつあることを報知し、さらに温度が下がりｔ≦ｔ１となると、制御回路６を介して遮断制御部８の信号が遮断弁駆動回路９に出力され、遮断弁２を閉状態とする。

勿論、この遮断弁２の閉状態は報知手段１１で報知されるようにしてあり、同時に通信手段１２を介して所定箇所、例えば、保安業者に伝えられる。そのため、その後のメンテナンスが合理的に行われるものである。

このとき、遮断弁駆動回路９を駆動する設定温度をｔ１が電池１３の最低作動温度設定値ｔ３よりも高く設定してあるため、上記遮断弁２の遮断動作は確実に行われることとなる。

このように、本実施例１においては、
（１）流体の流速およびまたは流量を計測する少なくとも一対の超音波送受信器を利用して流体の温度、すなわち雰囲気温度を検知するようにしているため、特別に温度センサーを併設する必要がなくなり、構成的にシンプルなものが得られるとともに、電池を電源とするものにあって、安全性を向上できるものである。

（２）遮断弁駆動回路９を駆動する設定温度をｔ１と電池１３の最低作動温度設定値ｔ３との関係がｔ１＞ｔ３であるため、電池性能として余裕のある状態で遮断弁が閉動作でき、安全動作の確実化が図れる。

（３）遮断弁駆動回路９を駆動する設定温度ｔ１と警報手段１０が作動する温度ｔ２との関係をｔ２＞ｔ１としているところから、電池が設置されている環境温度がその最低作動温度に近づきつつあることを事前に警報でき、使用者に対策を促すことが可能である。

（４）また遮断弁の閉状態は報知手段で報知されるとともに、通信手段１２を介して所定箇所、例えば、保安業者に伝えられる。そのため、その後のメンテナンスが合理的に行える。

通信手段１２を介しての状況伝達は、警報手段が作動する温度ｔ２でもよく、この場合は、事前のメンテナンスができ一段と利便性が高められる。

以上のように、本発明によれば、流体の流れ計測を行う少なくとも一対の超音波送受信器を温度検知用にも兼用させ、電源電池が低温で所定の性能を発揮できなくなる前に遮断装置を働かせて安全性の向上を図ったもので、特に可燃性ガスなど気体流体の計測安全用として適合する。

本発明の実施例を示す流体計測装置のブロック図 温度と超音波伝播時間との関係を示すグラフ 従来の流体計測装置のブロック図

符号の説明

１ 流体流路
２ 遮断弁
３、４ 超音波送受信器
５ 計測部
６ 制御回路
１０ 警報手段
１１ 報知手段
１２ 通信手段
１３ 電池

Claims (5)

1. 流体通路の上流側と下流側に配置した少なくとも一対の超音波送受信器と、上流側の超音波送受信器から下流側の超音波送受信器への超音波伝搬期間と下流側の超音波送受信器から上流側の超音波送受信器への超音波伝搬期間との伝搬時間差をもとに前記流体通路を流動する流体の流速およびまたは流量を演算する演算部、並びに、一方の超音波送受信器から他方の超音波送受信器に至る超音波の伝搬時間をもとに流体の温度を計測し、その計測結果が設定温度値よりも低くなったときに遮断信号を出力する信号発生部を有する制御回路と、電源となる電池と、上記流体通路に接続され、信号発生部からの遮断信号により閉動作する遮断弁とを具備した流体計測装置。
2. 設定温度値は電池の最低作動温度設定値よりも高くした請求項１記載の流体計測装置。
3. 遮断弁の遮断動作を報知手段で報知するようにした請求項１記載の流体計測装置。
4. 計測した流体温度が設定温度値に所定値近づいたときに警報手段を作動させるようにした請求項１〜３いずれか１項記載の流体計測装置。
5. 遮断弁の遮断状況または警報手段の動作状況を通信手段を介して所定箇所に伝えるようにした請求項３または４記載の流体計測装置。

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