JP2006177902A - ガスメータ - Google Patents

Abstract

【課題】計量膜の計量動作によって回転する回転軸に周設された複数の磁石からの磁界を検出してガス流量を計測するガスメータにおいて、複数の磁石を取り付ける位置を、回転軸の回転変動量に基づいて調整可能とする。
【解決手段】ガスメータは、ガスの供給及び排出によって往復運動する計量膜、マグネット２ａ〜２ｄが周設された回転軸１、前記計量膜の往復運動を回転軸１の回転運動に変換するリンク機構３、回転軸１が回転したときにマグネット２ａ〜２ｄが発生する磁界を検出する検出手段を備え、検出した磁界に基づいてガス流量を計測する。リンク機構３が所定の停止位置にあるときに、マグネット２ａ〜２ｄを取り付ける取付位置を回転軸１の回転変動量に基づいて調整可能とし、回転軸１の回転変動量が比較的小さい位置で前記磁界を検出するように所定角度（本例では約１５°）ずらしてマグネット２ａ〜２ｄを取り付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスメータ、より詳細には、計量部の計量動作によって回転する回転軸に周設された複数の磁石からの磁界を磁気センサで検出してガス流量を計測するガスメータに関する。

現在一般に使用されている膜式ガスメータにおいて、その機構動作は内部のガスの流れと大きく関係する。例えば、計量部では計量膜によってガス量を計量する。その計量膜が流路の抵抗の変化などに起因してあおり等を起こしたり、計量膜の往復運動を回転運動に変換するためのリンク機構の特徴的な動作によって、マグネットディスクの回転に変動（回転ムラ）が生じ、このマグネットディスクからの磁界を磁気センサが検出する間隔が一定ではなくなる。ここで、マグネットディスクとは、計量膜の計量動作によってリンク機構を介して回転する回転軸に一体で設けられ、その回転軸を中心として複数の磁石を円状に保持するためのディスク形状の保持部材のことをいう。

一方、ガスメータ内部の積算動作は、消費電力を抑えるために、一定の時間ごとに磁気センサに電力を供給、駆動させて積算を行っている。この際、上記のようにマグネットディスクの回転変動が大きいと、磁気センサの駆動周期によっては積算を落としてしまうことがあり、磁気センサの駆動周期を短くしないと誤積算の原因となる可能性がある。しかし、駆動周期を短くすると、電池の電力消費が大きくなり、電池寿命を短くしてしまう。

図４は、従来のガスメータ内部のガスの流れと機構動作の一例を説明するための図で、図中、１００はガスメータで、該ガスメータ１００は、カウンタ１０１，回転軸１０２，リンク機構１０３，計量膜１０４，計量室１０５を備えている。流入口からのガスは回転軸１０２と共に回転する回転弁の開口部を通過して計量室１０５に流入する。計量室１０５は２枚の計量膜１０４で仕切られた４個の部屋で構成されている。回転軸１０２と共に回転する回転弁の開口部の位置で決まるいずれかの計量室１０５に流入したガスは、その圧力で計量膜１０４を並進移動（往復運動）させ、この往復運動をリンク機構１０３を用いて回転軸１０２の回転運動に変換し、回転軸１０２を回転させる。その回転運動をカウンタ１０１に伝達し、カウンタ１０１は積算流量を表示する。

図５は、従来のガスメータの回転軸及びリンク機構近傍を上面から見た図で、回転軸１０２には、回転軸１０２を中心としてマグネット１０６ａ〜１０６ｄを４個周設するための保持部材１０６が一体で設けられている。以下の説明において、このマグネット１０６ａ〜１０６ｄを取り付けた保持部材１０６をマグネットディスク１０６という。図４において説明したように、計量室に流入したガスはその圧力で計量膜を往復運動させ、この往復運動はリンク機構１０３により回転軸１０２の回転運動に変換される。回転軸１０２の回転運動に伴い、マグネットディスク１０６が回転され、マグネットディスク１０６が発生する磁界が後述の図６に示す磁気センサモジュールにより検出される。

図６は、従来のガスメータにおける積算回路（サンプリング回路）の構成例を示すブロック図で、演算回路は、マグネットディスク１０６、マグネットディスク１０６が発生する磁界を検出する磁気センサモジュール１０７、磁気センサモジュール１０７に定期的に電力を供給し、磁気センサモジュール１０７からの信号に基づいてガス流量を計測する制御部（ＣＰＵ）１０８で構成されている。尚、磁気センサモジュール１０７は、磁気センサ１０７ａ及び磁気センサ１０７ｂの２つの磁気センサで構成されている。

図６において、ガスメータにガスが流入すると、マグネットディスク１０６が回転し、磁気センサモジュール１０７に印加される磁界が変化する。制御部１０８は、磁気センサモジュール１０７に定期的に電力を供給し、磁気センサモジュール１０７は、制御部１０８から電力が供給されたときの磁界の状態を信号として制御部１０８に出力する。制御部１０８は、磁気センサモジュール１０７からの信号を入力し、ガスの流量，流速を計測する。

図７は、図６に示した演算回路（サンプリング回路）における各信号のタイミングチャートの一例を示す図である。上から順に、磁気センサ１０７ａに入力される磁界，磁気センサ１０７ｂに入力される磁界，制御部１０８から出力される電力，磁気センサ１０７ａからの信号，磁気センサ１０７ｂからの信号の各タイミングチャートを示す。制御部１０８は、磁気センサモジュール１０７（磁気センサ１０７ａ及び磁気センサ１０７ｂ）に定期的に電力を供給し、磁気センサ１０７ａ及び磁気センサ１０７ｂは電力が供給されたときに磁界の状態を信号として制御部１０８に出力し、制御部１０８は、磁気センサ１０７ａ及び磁気センサ１０７ｂからの信号を入力し、ガスの流量，流速を計測する。

電池の電力消費の関係上、制御部１０８は、定期的に磁気センサ１０７ａ及び磁気センサ１０７ｂに電力を供給しており、当該電力の供給に対応して、磁気センサ１０７ａ及び磁気センサ１０７ｂから出力される信号を通してのみ、ガスの流れの状態を知ることができる。

図８は、従来のガスメータにおけるマグネットディスク１０６の回転角度と回転変動率の関係の一例を示す図で、図中、Ａは計算流量を１００（Ｌ／ｈ）としたガスメータの特性曲線、Ｂは計算流量を５００（Ｌ／ｈ）としたガスメータの特性曲線、Ｃは計算流量を１０００（Ｌ／ｈ）としたガスメータの特性曲線を示し、縦軸に回転軸１０２及びマグネットディスク１０６の回転変動率（％）、横軸に回転軸１０２及びマグネットディスク１０６の回転角度（°）を示す。この縦軸の回転変動率（％）のプラス方向が回転軸１０２及びマグネットディスク１０６の回転が速い（すなわち一定時間の角度の移動量が大きい）ことを示している。

ここで、ガスメータがマグネットディスク１０６からの磁界を検出する位置、すなわち、制御部１０８が磁気センサモジュール１０７に電力を供給して磁気センサモジュール１０７から信号を取り込む位置は、マグネットディスク１０６の回転角度が約４５°，９０°，１３５°，１８０°，２２５°，２７０°，３１５°，３６０°となる８つの点としている。尚、マグネットディスク１０６の回転角度と回転変動率は、以下の式に基づいて算出される。
回転変動率（％）＝（Δθ−Δθの平均）／Δθの平均×１００ … 式（１）
但し、θはマグネットディスク（回転軸）の回転角度：単位（°）

図８において、マグネットディスク１０６の１回転（３６０°）で３回のピークが発生していることがわかる。これは、ガスメータの左計量膜、右計量膜が内側に最大となるとき、及び左右の計量膜が同時に外側に最大となるときにマグネットディスク１０６の回転速度が速くなり、上記ピークを発生させている。上記各検出位置における回転変動率（％）は、順に、約６２．２，−４０，２９．２，−１１．５，２０，８０，３４．６，−２７．６となることから、回転変動率の最大値は約８０％で、絶対値の平均変動率は約３８．１％となることがわかる。

上述の図８に示したように、マグネットディスクの回転は、リンク機構の動作、計量膜のあおりなどの影響により、回転速度にばらつきが出るため、従来のガスメータではマグネットディスクからの磁界を磁気センサが検出する間隔が一定でなくなる。マグネットディスクの回転変動が大きいと、磁気センサの駆動周期によっては積算を落としてしまうことがあり、磁気センサの駆動周期を短くしないと誤積算の原因となる可能性があった。しかし、駆動周期を短くすると、電池の電力消費が大きくなり、電池寿命を短くしてしまう。

また、今後益々必要性が増してくるガスメータの安全監視のために、一定の時間におけるガス流量（すなわち、瞬時流量）の監視が必要となってきた。この瞬時流量の監視においても、上記のように、マグネットディスクの回転変動が大きいために積算を落としてしまうと正確な瞬時流量を計測することができない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、計量部の計量動作によって回転する回転軸に周設された複数の磁石（マグネットディスク）からの磁界を磁気センサで検出してガス流量を計測するガスメータにおいて、複数の磁石を取り付ける位置を、回転軸の回転変動量に基づいて調整できるようにすること、を目的としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、ガスの供給及び排出によって往復運動する計量膜と、複数の磁石が周設された回転軸と、前記計量膜の往復運動を前記回転軸の回転運動に変換するリンク機構と、該回転軸が回転したときに前記複数の磁石が発生する磁界を検出する検出手段とを備え、該検出した磁界に基づいてガス流量を計測するガスメータにおいて、前記リンク機構が所定の停止位置にあるときに、前記複数の磁石を取り付ける取付位置を、前記回転軸の回転変動量に基づいて調整できるようにしたことを特徴としたものである。

第２の技術手段は、請求項１に記載のガスメータにおいて、前記回転軸の回転変動量は、以下の式、
回転変動（％）＝（Δθ−Δθの平均）／Δθの平均×１００
（但し、θは回転軸の回転角度）
に基づいて算出されることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記回転軸は、該回転軸を中心として前記複数の磁石を周設するための保持部材を一体で有し、前記リンク機構により回転したときに、前記回転軸の回転変動量の比較的小さい位置で前記検出手段が前記複数の磁石からの磁界を検出するように前記複数の磁石を取り付けていることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記回転軸の回転変動量が比較的小さい位置は、前記回転軸の回転角度に対して一定間隔で設定可能な複数の角度であって、該各角度に対応する回転変動率の絶対値の平均が最小となる角度であることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記回転軸の回転変動量は、前記リンク機構の構造に応じて異なることを特徴とするガスメータである。

本発明によれば、計量部の計量動作によって回転する回転軸に周設された複数の磁石（マグネットディスク）からの磁界を磁気センサで検出してガス流量を計測するガスメータにおいて、複数の磁石を取り付ける位置を、回転軸の回転変動量に基づいて調整することにより、回転軸の回転変動が比較的小さい（安定した）位置で、磁気センサを駆動させて磁界の状態を信号として取得できるため、誤って積算を落とすことがなく、さらに、磁気センサの駆動周期を短くする必要がないため、電池の長寿命化を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るガスメータの回転軸及びリンク機構近傍を上面から見た図で、回転軸１は、回転軸１を中心としてマグネット２ａ〜２ｄを周設するための保持部材２を一体で設けている。尚、以下の説明では、マグネット２ａ〜２ｄを設けた保持部材２をマグネットディスク２という。また、リンク機構３は所定の停止位置にあるものとする。前述した図５において説明したように、図示しない計量室に流入したガスはその圧力で計量膜を往復運動させ、この往復運動はリンク機構３により回転軸１の回転運動に変換される。回転軸１の回転運動に伴い、マグネットディスク２が回転され、マグネットディスク２が発生する磁界が後述の図２に示す磁気センサモジュールにより検出される。尚、マグネット２ａ〜２ｄの数は４個に限定されず、少なくとも２個配設されていればよい。

本実施形態におけるマグネットディスク２は、リンク機構３が所定の停止位置にあるときに、マグネット２ａ〜２ｄのうち互いに対向する磁石対（本例では、マグネット２ａ及び２ｃ、マグネット２ｂ及び２ｄ）が、所定の取付角度（本例では約１５°）をなすように回転軸１に取り付けられている。この取付角度は、後述する図３に基づいて、回転軸１の回転変動量が比較的小さい位置でマグネット２ａ〜２ｄの磁界を検出するように決定される。この回転軸１の回転変動量が比較的小さい位置とは、回転軸１の回転角度（０°〜３６０°の範囲）に対して一定間隔（例えば４５°間隔）で設定可能な複数の角度であって、その各角度（例えば、約３０°，７５°，１２０°・・・）に対応する回転変動率の絶対値の平均が最小となる角度のことをいうものとする。回転軸１の回転変動量は、前述の式（１）により算出される。尚、この回転変動量は、ガスメータが備えるリンク機構３や計量膜の構造などによって異なるため、ガスメータの種類（タイプ）別、あるいはそのロット別、あるいは個々の機器別に算出して上記取付角度を決定するようにしてもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係るガスメータにおける積算回路（サンプリング回路）の構成例を示すブロック図で、演算回路は、マグネットディスク２、マグネットディスク２が発生する磁界を検出する磁気センサモジュール４、磁気センサモジュール４に定期的に電力を供給し、磁気センサモジュール４からの信号に基づいてガス流量を計測する制御部（ＣＰＵ）５で構成されている。尚、磁気センサモジュール４は、磁気センサ４ａ及び磁気センサ４ｂの２つの磁気センサで構成されている。

図２において、ガスメータにガスが流入すると、回転軸１及びマグネットディスク２が回転し、磁気センサモジュール４に印加される磁界が変化する。制御部５は、磁気センサモジュール４に定期的に電力を供給し、磁気センサモジュール４は、制御部５から電力が供給されたときの磁界の状態を信号として制御部５に出力する。制御部５は、磁気センサモジュール４からの信号を入力し、ガスの流量，流速を計測する。尚、磁気センサモジュール４及び制御部５により本発明の検出手段を構成する。

図３は、本発明のガスメータにおけるマグネットディスク２の回転角度と回転変動率の関係の一例を示す図で、図８に示した特性曲線と同様に、Ａは計算流量を１００（Ｌ／ｈ）としたガスメータの特性曲線、Ｂは計算流量を５００（Ｌ／ｈ）としたガスメータの特性曲線、Ｃは計算流量を１０００（Ｌ／ｈ）としたガスメータの特性曲線を示し、縦軸に回転軸１及びマグネットディスク２の回転変動率（％）、横軸に回転軸１及びマグネットディスク２の回転角度（°）を示す。

図３に示した特性曲線Ａ，Ｂ，Ｃから、回転軸１及びマグネットディスク２の回転変動率の比較的小さい位置（角度）を探すと、約３０°、以下４５°間隔で、７５°，１２０°，１６５°，２１０°，２５５°，３００°，３４５°の位置において比較的回転変動率が小さいことがわかる。これらの各位置における回転変動率（％）は、順に、約−２０，−４０，−１０．７，−２．３，−８．４，４９．２，４３．８，−２０となることから、回転変動率の最大値は約４９．２％で、絶対値の平均変動率は約２４．３％となることがわかる。

そこで、本発明では、回転軸１及びマグネットディスク２の回転変動率の比較的小さい位置、すなわち、約３０°,７５°，１２０°，１６５°，２１０°，２５５°，３００°，３４５°の位置においてパルスで電力を供給している磁気センサモジュール４に磁界の状態を信号として取得できるようにする。前述の図８において、回転変動率の最大値が約８０％で、絶対値の平均変動率が約３８．１％であったのに比較して大きく改善されることになる。前述したように、回転軸１の回転変動量が比較的小さい位置とは、回転軸１の回転角度（０°〜３６０°の範囲）に対して一定間隔（例えば４５°間隔）で設定可能な複数の角度であって、その各角度（例えば、上記約３０°，７５°，１２０°・・・）に対応する回転変動率の絶対値の平均が最小となる角度のことをいうものとする。

具体例としては、図１及び図２において、リンク機構３が所定の停止位置にあるときに、約１５°ずらしてマグネットディスク２を回転軸１に取り付けるようにする。この状態のマグネットディスク２を約３０°回転させたときに、ガスメータの検出位置（図８に示した約４５°の位置）にくるため、回転変動率が比較的小さい約３０°の位置で磁界の検出を行うことができる。このように、回転軸１及びマグネットディスク２の回転変動が比較的小さい位置で、磁気センサモジュール４を駆動させて磁界の状態を信号として取得できるため、誤って積算を落とすことがなく、さらに、磁気センサモジュール４の駆動周期を短くする必要がないため、電池の長寿命化を図ることができる。

尚、ガスメータが備えるリンク機構や計量膜の構造などが異なる場合、各ガスメータにおいて、前述した式（１）を用いてマグネットディスクの回転角度と回転変動率との関係を求めることにより、マグネットディスクの取付角度を決定するようにすればよい。これにより、どのガスメータに対しても回転軸及びマグネットディスクの回転変動の比較的小さい位置で、磁気センサを駆動させて磁界の状態を信号として取得することができる。

本発明の一実施形態に係るガスメータの回転軸及びリンク機構近傍を上面から見た図である。 本発明の一実施形態に係るガスメータにおける積算回路（サンプリング回路）の構成例を示すブロック図である。 本発明のガスメータにおけるマグネットディスクの回転角度と回転変動率の関係の一例を示す図である。 従来のガスメータ内部のガスの流れと機構動作の一例を説明するための図である。 従来のガスメータの回転軸及びリンク機構近傍を上面から見た図である。 従来のガスメータにおける積算回路（サンプリング回路）の構成例を示すブロック図である。 図６に示した演算回路（サンプリング回路）における各信号のタイミングチャートの一例を示す図である。 従来のガスメータにおけるマグネットディスクの回転角度と回転変動率の関係の一例を示す図である。

符号の説明

１，１０２…回転軸、２，１０６…保持部材（マグネットディスク）、２ａ〜２ｄ，１０６ａ〜１０６ｄ…マグネット、３，１０３…リンク機構、４，１０７…磁気センサモジュール、４ａ，４ｂ，１０７ａ，１０７ｂ…磁気センサ、５，１０８…制御部（ＣＰＵ）、１００…ガスメータ、１０１…カウンタ、１０４…計量膜、１０５…計量室。

Claims (5)

1. ガスの供給及び排出によって往復運動する計量膜と、複数の磁石が周設された回転軸と、前記計量膜の往復運動を前記回転軸の回転運動に変換するリンク機構と、該回転軸が回転したときに前記複数の磁石が発生する磁界を検出する検出手段とを備え、該検出した磁界に基づいてガス流量を計測するガスメータにおいて、前記リンク機構が所定の停止位置にあるときに、前記複数の磁石を取り付ける取付位置を、前記回転軸の回転変動量に基づいて調整できるようにしたことを特徴とするガスメータ。
2. 請求項１に記載のガスメータにおいて、前記回転軸の回転変動量は、以下の式、
   回転変動（％）＝（Δθ−Δθの平均）／Δθの平均×１００
   （但し、θは回転軸の回転角度）
   に基づいて算出されることを特徴とするガスメータ。
3. 請求項１又は２に記載のガスメータにおいて、前記回転軸は、該回転軸を中心として前記複数の磁石を周設するための保持部材を一体で有し、前記リンク機構により回転したときに、前記回転軸の回転変動量の比較的小さい位置で前記検出手段が前記複数の磁石からの磁界を検出するように前記複数の磁石を取り付けていることを特徴とするガスメータ。
4. 請求項３に記載のガスメータにおいて、前記回転軸の回転変動量が比較的小さい位置は、前記回転軸の回転角度に対して一定間隔で設定可能な複数の角度であって、該各角度に対応する回転変動率の絶対値の平均が最小となる角度であることを特徴とするガスメータ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１に記載のガスメータにおいて、前記回転軸の回転変動量は、前記リンク機構の構造に応じて異なることを特徴とするガスメータ。

Images