JP2006133156A - ガス保安装置 - Google Patents

Abstract

【課題】専用の圧力センサを使用せず、安価に圧力計測を実現できるガス保安装置を提供することを目的とする。
【解決手段】超音波送受信器２Ａ，２Ｂ間の気体中の伝播ゲインは気体の密度に比例し、密度は圧力に比例する。よって、圧力が高いほど受信信号のレベルが高くなるので、受信信号をウィンドコンパレータ等でピーク検出し、ピークレベルを一定になるように可変利得増幅回路４の増幅度を調整するよう構成すれば、可変利得増幅回路４の増幅度指示信号はガス圧力に追従する。この値をもとに圧力値を求める。
【選択図】図１

Description

本発明はガス通路のガス圧力を計測するガス保安装置に関するものである。

近年、都市ガスやＬＰガスが安全に使用されることを目的として、燃料ガス（以下、ガスという）の使用量を計測して異常に使用量が増えた場合や、通常の使用状態と大きく掛け離れた時間使用されていることを検知すると、ガス通路を遮断する保安装置が普及している。

この種の保安装置は、ガス流量の検出信号を保安制御回路に取り込み、内部のマイクロコンピュータで処理してガス流量を監視し、異常があれば遮断信号を出力し、遮断弁を閉止する。

ガス流量の検出には、所定容積の計量室をガスが換気する回数で通過体積を計測する膜式と、所定の断面積のガス通路のガス流速を演算処理して流量を計測する超音波式がある。

超音波式流量検出の原理は、ガス通路内の２点間の超音波の伝搬時間はガス流速を含んだ関数であり、伝搬時間を計測すればガス流速が逆算でき、流速が判れば通過断面積より流量が判ることを応用している。

上記のような流量の異常上昇や異常な長時間使用等、流量監視による保安に加え、圧力監視機能を追加してガス圧力の低下にまつわる危険要因を排除し、保安性能の向上を求める要請が強くなっている。

従来、この種のガス保安装置の圧力検出装置は、専用の圧力センサをガス通路に設置するのが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２５８１１７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、専用の圧力センサや周辺回路が必須で、製品コストを圧迫していた。本ガス保安装置は専用の圧力センサを使用せず、安価に圧力計測を実現することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明のガス保安装置は、ガス通路のガス流動方向に間隔をおいて配置した少なくとも一対の超音波送受信器と、前記超音波送受信器間の超音波伝搬時間を測定する制御測定回路とを備え、前記制御測定回路内には可変利得増幅器および受信信号のピーク検知回路を設け、前記ピーク検出回路での検出値が一定値になるように前記可変利得増幅器の増幅値を調整するようにして、この可変利得増幅器の増幅率指示信号値をもとにガス通路内のガス圧力を計測することを特徴とするもので、可変利得増幅回路の増幅率指示信号の値をもとにガス通路内のガス圧力を計測する。これによって、専用の圧力センサを使用することなくガス圧力が計測可能となる。

本発明のガス保安装置によれば、本来、ガス流量の計量が目的の超音波式ガスメータの計測ユニットで、構成部品の超音波センサを流用して圧力計測を行うので、専用の圧力センサが不要となり、安価に圧力計測を実現できるものである。

第１の発明は、ガス通路のガス流動方向に間隔をおいて配置した少なくとも一対の超音波送受信器と、前記超音波送受信器間の超音波伝搬時間を測定する制御測定回路とを備え、前記制御測定回路内には可変利得増幅器および受信信号のピーク検知回路を設け、前記ピーク検出回路での検出値が一定値になるように前記可変利得増幅器の増幅値を調整するようにして、この可変利得増幅器の増幅率指示信号値をもとにガス通路内のガス圧力を計測するようにした。

気体中の伝播ゲインは気体の密度に比例することを利用しており、同一ガスでは密度は圧力に比例するから、ガス圧力が高いほど受信信号のレベルが高くなる。従って、受信信号をウィンドコンパレータ等でピーク検出し、ピークレベルを一定になるように可変増幅回路の増幅度を調整するよう構成すれば、可変増幅回路の増幅度指示信号はガス圧力に追従するので、この値をもとに圧力値を求める。

第２の発明は、本来の機能である流量計測の計測値に閾値を設定しておき、設定閾値以下の時にのみ圧力計測が可能なように構成する。大流量域では、超音波の伝達効率が低下し、且つレベルも変動しやすいので、閾値をこえた流量では圧力の計測を禁止し、閾値以下の低流量で安定した領域で圧力計測する。

第３の発明は、設置後の実ガス、実圧力の状態で圧力キャリブレーションを行い、補正値をメモリに書き込み、以後メモリの補正値をもとにガス圧力を計測する。ガス保安装置は設置後ガス漏れ検査を目的として配管のガス圧力を検査するよう義務づけられており、この時の標準圧力計で測定した圧力値を設定器等でガス保安装置内のメモリに書き込む。この値をもとに本計測原理での圧力値を補正し、超音波送受信器の感度差や、地域のガス差による計測誤差を修正する。

第４の発明は、サーミスタ等で温度検出を行い、検出した温度でガス圧力を補正する。ガスの密度は絶対温度に反比例するので、検出した温度で計測圧力を補正し、温度による
計測誤差を防止する。

第５の発明は、設置場所の標高データをメモリに書き込み、以後メモリの補正値をもとにガス圧力を計測する。ガスの圧力調整器（レギュレータ）は設置場所の大気圧を基準にするから、ガス圧力は大気圧に影響される。標高による大気圧差を補正し、標高差による計測誤差を補正する。

第６の発明は、ガス圧力の補正を第４の発明の温度と、第５の発明の標高データとの両方で行うようにし、測定精度をより一層高めたものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１において、ガス通路１内のガス流れ方向に適宜の距離をおいて超音波送受信器２Ａ，２Ｂを配置し、出力ドライブ回路３を介して超音波送受信器２Ａを発振させると、超音波が他方の超音波送受信器２Ｂで受信されるようにしている。受信信号は可変利得増幅回路４で増幅され、ピーク検出回路５に入力される。

ピーク検出回路５はウィンドコンパレータなどで構成され、設定ウィンドを昇るとＥＲ−Ｈ信号が、下るとＥＲ−Ｌ信号がそれぞれ出力される。

マイクロコンピュータ６は可変利得増幅回路４の増幅度指示信号（ＧＡＩＮ−ＣＯＮＴ）を調整し、ＥＲ−Ｈ、ＥＲ−Ｌが出力されないよう自動調整を行い、可変利得増幅回路３の出力ピーク値を設定ウィンドに収まるよう制御する。

超音波送受信器２Ａ、２Ｂ間の超音波伝播ゲインは気体の密度に比例し、密度は圧力に比例するから、ガス圧力が高いほど受信信号のレベルが高くなる。

従って、ピークレベルを一定に保つよう、可変利得増幅回路４を自動制御すれば、増幅度指示信号（ＧＡＩＮ−ＣＯＮＴ）がガス圧力に追従するので、この値をもとに圧力値を求める。

また、可変利得増幅回路４の出力は伝播時間計測回路７にも接続され、超音波送受信器２Ａ，２Ｂ間の超音波伝播時間を計測する。マイクロコンピュータ５は上記超音波伝播時間をもとにそのときのガスの流速を計測するとともに、ガス通路１の断面積および補正係数を乗じて流量を算出する機能をも有するものである。

上記の構成において、超音波送受信器２Ａ，２Ｂ間の超音波伝播時間を測定することで本来の流量測定ができるものである。

また、超音波送受信器Ａ、２Ｂ間の超音波伝播ゲインは、上記したように、気体の密度に比例し、密度は圧力に比例するところからガス圧力が高いほど受信信号のレベルが高くなる。

従って、ピークレベルを一定に保つよう可変利得増幅回路４を自動制御することによって、増幅度指示信号（ＧＡＩＮ−ＣＯＮＴ）の値をもとに圧力値を計測できるものである。

なお、超音波の送受信は超音波送受信器２Ａ，２Ｂ間で相互に行ってもよく、例えば、超音波送受信器２Ａから送信した超音波を超音波送受信器２Ｂで受信したら、今度は超音波送受信器２Ｂから超音波を送信して超音波送受信器２Ａで受信するように数回を繰り返し、超音波伝搬時間差の平均からガス通路１内のガスの流速を測定することも考えられるものである。

また、本来の機能である流量計測の計測値に閾値を設定しておき、設定閾値以下の時にのみ圧力計測が可能なように構成すれば、大流量域では、超音波の伝達効率が低下し、且つレベルも変動しやすいので、閾値をこえた流量では圧力の計測を禁止し、閾値以下の低流量で安定した領域で圧力計測することができる。

さらに、設置後の実ガス、実圧力の状態で圧力キャリブレーションを行い、補正値をメモリに書き込み、以後メモリの補正値をもとにガス圧力を計測するようにしてもよい。

すなわち、ガス保安装置は設置後ガス漏れ検査を目的として配管のガス圧力を検査するよう義務づけられており、この時の標準圧力計で測定した圧力値を設定器等でガス保安装置内のメモリに書き込んでおけば、この値をもとに本計測原理での圧力値を補正し、超音波送受信器の感度差や、地域のガス差による計測誤差を修正することができる。

（実施の形態２）
図２はサーミスタなどからなる温度検出器７の情報をマイクロコンピュータ６に入力してガス圧力を補正するようにして、温度による計測誤差を抑制したものである。

図１と同一部分については同一符号を付して、動作などの説明は実施の形態１を援用した。

（実施の形態３）
図３は設置場所の標高データをメモリに書き込み、そのメモリにもとづき設定器８で大気圧との誤差をマイクロコンピュータ６に入力してガス圧力を補正するようにしたもので、標高による計測誤差を抑制したものである。

図１と同一部分については同一符号を付して、動作などの説明は実施の形態１を援用した。

もちろん、実施の形態２の温度補正と本実施例の標高データにもとづく補正とを同時に行うようにすれば、より一層の計測精度の向上が図れることは、今更云うまでもないことであろう。

以上のように、本発明にかかるガス保安装置は、従来、流量の異常上昇や異常な長時間使用のみの監視を行っていた保安機能付きガスメータに、圧力監視機能を追加してガス圧力の低下にまつわる危険要因を排除し、保安性能の向上を求める昨今の時代要請に対応し、低価格で安全性の高い装置を供給するのに、きわめて有効に適用できる。

本発明の実施の形態１におけるガス保安装置のブロック図 本発明の実施の形態２におけるガス保安装置のブロック図 本発明の実施の形態３におけるガス保安装置のブロック図

符号の説明

１ ガス通路
２Ａ，２Ｂ 超音波送受信器
４ 可変利得増幅回路
５ ピーク検出回路
７ 伝播時間計測回路
８ 温度検出器
９ 設定器

Claims (6)

1. ガス通路のガス流動方向に間隔をおいて配置した少なくとも一対の超音波送受信器と、前記超音波送受信器間の超音波伝搬時間を測定する制御測定回路とを備え、前記制御測定回路内には可変利得増幅器および受信信号のピーク検知回路を設け、前記ピーク検出回路での検出値が一定値になるように前記可変利得増幅器の増幅値を調整するようにして、この可変利得増幅器の増幅率指示信号値をもとにガス通路内のガス圧力を計測することを特徴とするガス保安装置。
2. 流量閾値を設け、閾値流量以下の時にのみにガス圧力の計測を可能にした請求項１記載のガス保安装置。
3. 基準計測値との比較データをメモリに書き込み、以後メモリのデータをもとにガス圧力を補正して計測するようにした請求項１記載のガス保安装置。
4. 温度によりガス圧力を補正するようにした請求項１記載のガス保安装置。
5. 標高によりガス圧力を補正するようにした請求項１記載のガス保安装置。
6. 温度および標高データをもとにガス圧力を補正するようにした請求項１記載のガス保安装置。

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