JP2011203219A

JP2011203219A - 流体流量計測システム

Info

Publication number: JP2011203219A
Application number: JP2010073495A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Tayama; 洋文多山; Masaya Takashima; 正也高嶋; Terukazu Akehi; 輝一明比; Sei Kasajima; 聖笠嶋
Original assignee: Enegate Co Ltd
Current assignee: Enegate Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-10-13
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP5512347B2

Abstract

【課題】既存のガスメータやガス管に対して非破壊にて簡易にガス流量を把握することができる流体流量計測システムを提供する。
【解決手段】流体流量計測システム1は、流体の流量と相関を持った周期的運動を流体流路内で行う磁性部材から、流体流路の外部にて漏洩磁場を検知する磁気センサ111と、この磁気センサ111の検知データを記憶する記憶手段133と、前記検知データのうち、前記磁性部材の周期的運動に対応する周波数成分を抽出する変動成分抽出手段21と、前記周波数成分と前記相関とを用いて流体の流量を演算する流量演算手段23とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスなどの流体の流量を計測するシステムと、そのシステムの一部を構成する流体流量計測システム用検知デバイス部とに関するものである。特に、既存のガスメータに対して非破壊・非接触にてガス流量を計測できる流体流量計測システムに関する。

一般家庭などで都市ガスの流量を計測する装置として、膜式ガスメータが広く用いられている（例えば特許文献１）。このガスメータMは、図３に示すように、本体ケース50内を、膜板62が設けられた計量膜61で２つの計量室（A室51、B室52）を区画し、計量膜61（膜板62）の往復運動により、各計量室内のガスを交互に本体ケース50外に排出するものである。この計量膜61の往復運動はリンク機構（図示略）を用いて回転運動に変換され、本体ケース50内のバルブ71を駆動して各計量室内へのガスの分配と本体ケース50外へのガスの排出を行う。ガスの積算流量は、この各計量室の容積と計量膜61（膜板62）の動作回数から計測できる。そして、リンク機構により計量膜61（膜板62）の往復運動から変換された回転運動により機械式カウンタ（図示略）を駆動して積算流量が表示される。

特開2010-43903号公報

近年、エネルギーマネジメント会社により、電力とガスの需要者に対し、電力使用量とガス使用量に基づいて、電力とガスのトータルでの省エネに必要な助言を行うサービスが考えられている。このような助言を行うには、エネルギーマネジメント会社が、当該需要者の電力使用量とガス使用量の各々を正確に把握する必要がある。

電力使用量に関しては、テレビ、冷蔵庫、エアコンなどの電気機器ごとに電力使用量を把握することが行われている。例えば、各電力機器のプラグを、電流センサ（CT）を介してコンセントにつなぐことで、その電力機器の電力使用量を容易に把握することができる。この種の電力使用量を計測する機器の具体例としては、株式会社エネゲート製「エコワット」（商品名）などがある。

一方、ガス使用量については、ガスメータがあるものの、エネルギーマネジメント会社がガス使用量を把握するには、ガス管を一旦切断して、ガスメータとは別のガス流量計をガス管の途中等に設置する必要があり、さらに、そのガス流量計を撤去する際には、ガス管を現状復帰させる必要がある。その他、需要者自身が月々のガス利用明細に基づいてエネルギーマネジメント会社にガス使用量を申告するという手法も考えられる。しかし、前者はガス会社の許諾やガス流量計を設置・撤去するための大掛かりな工事が必要となり、後者は月単位でしかガス使用量が把握できない上、申告の確実性を考慮すれば需要者の手間が大きく、いずれの場合もおよそ実用的な手法とはいえない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、既存のガスメータやガス管に対して非破壊にて簡易にガス流量を把握することができる流体流量計測システムを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、上記流体流量計測システムに最適な流体流量計測システム用検知デバイス部を提供することにある。

本発明者らは、膜式ガスメータの計量膜（膜板）が往復運動することに着目し、この往復運動に伴う物理量の変位をガスメータの外部から計測して、ガス流量を計測することを検討した。一般に、膜式ガスメータの膜板には鋼板などの磁性材料が用いられていることが多く、磁性材料は残留磁化などにより微小な磁場を発生する。そのため、膜板の往復運動に伴う物理量として、この微小な磁場を検知することができれば、ガス流量を計測できるのではないかと考えた。ところが、膜板の往復運動に伴う磁場は、非常に小さく、地磁気などの外乱磁場と区別して検知することが困難であることが判明した。そこで、膜板の往復運動が周期的な運動で、膜板からの漏洩磁場も周期的な変動を伴うのに対し、地磁気などの外乱磁場は実質的に定常な値であることに着目し、膜板の往復運動に伴う微小な磁場の変動成分を抽出するようにしたところ、外乱磁場と区別して微小な磁場を検知できるとの知見を得た。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。

本発明の流体流量計測システムは、磁気センサと、記憶手段と、変動成分抽出手段と、流量演算手段とを備える。磁気センサは、流体の流量と相関を持った周期的運動を流体流路内で行う磁性部材から、流体流路の外部にて漏洩磁場を検知する。記憶手段は、磁気センサの検知データを記憶する。変動成分抽出手段は、検知データのうち、前記磁性部材の周期的運動に対応する周波数成分を抽出する。流量演算手段は、前記周波数成分と前記相関とを用いて流体の流量を演算する流量演算手段とを備える。

この構成によれば、流路内で周期的運動をする磁性部材からの漏洩磁場を、流路の外部から検知することで、流路に対して非破壊で流量の検知を行うことができる。また、磁性部材からの漏洩磁場が所定の周波数成分を有する一方、地磁気などの外乱磁場は、ほぼ定常的な磁場とみなせるため、変動成分抽出手段により検知データから所定の周波数成分を抽出することで、外乱磁場と区別して漏洩磁場を精度よく検知することができる。そして、この抽出した周波数成分は、磁性部材の周期的運動に対応しており、さらに磁材部材の周期的運動は流体の流量と相関しているため、周波数成分の波長と前記相関を利用すれば、流体の流量を流量演算手段にて演算することができる。

一方、本発明の流体流量計測システム用検知デバイス部は、流体の流量と相関を持った周期的運動を流体流路内で行う磁性部材から、流体流路の外部にて漏洩磁場を検知する磁気センサと、この磁気センサの検知データを記憶する記憶手段と、前記磁気センサ及び記憶手段を動作させるための電源とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、上述した本発明の流体流量計測システム用の検知デバイス部として、好適に利用することができる。特に、電源としてバッテリを用いれば、屋外に設置されているガスメータなどの流体流路の近傍に検知デバイス部を設置するだけで、格別の工事を必要とすることなく、流体流量を計測するための検知データを取得することができる。

本発明の計測システム又は検知デバイス部の一形態として、前記磁気センサを磁気インピーダンスセンサとすることが挙げられる。

磁気インピーダンスセンサは極めて小さな磁場も検知することができる上、小型・省電力であるため、本発明計測システム又は検知デバイス部の磁気センサとして用いれば、検知精度の向上とシステムの小型化を図ることができる。

本発明の計測システム又は検知デバイス部の一形態として、さらに、前記磁気センサを収納するセンサケースを備え、このセンサケースは、前記漏洩磁場が前記磁気センサに到達することを許容する検知面と、検知面以外の面であって、地磁気などの外乱磁場を遮蔽するシールド面とを有することが挙げられる。

この構成によれば、磁気センサをセンサケースで覆うことで、磁気センサを外部環境から保護することができる。特に、検知面以外の面は地磁気などの外乱磁場を遮蔽するシールド面とすることで、流体流路からの漏洩磁場を検知面側から検知できるように磁気センサに指向性を持たせ、かつ外乱磁場の影響を極力排除して漏洩磁場を検知することができる。

本発明の計測システムの一形態として、前記磁気センサ及び前記記憶手段を有し、前記流体流路の近傍に設置される検知デバイス部と、前記変動成分抽出手段及び流量演算手段を有し、前記検知デバイス部とは独立して設置されるデータ処理部と、前記検知デバイス部から前記データ処理部に検知データを伝送する伝送手段とを備えることが挙げられる。

この構成によれば、検知デバイス部とデータ処理部とを分離し、主として検知デバイス部では検知データの取得と記憶を行って、データ処理部では検知データの演算処理を行うことで、流体流路の近傍に設置される検知デバイス部を小型化し、かつ演算処理を検知デバイス部で行わないことで、検知デバイス部での消費電力を削減することができる。

本発明の検知デバイス部の一形態として、前記磁気センサを有して流体流路の近傍に設置されるセンサ部と、前記記憶手段及び電源を有して、前記センサ部とは独立して設置される制御部と、前記センサ部から制御部に前記検知データを伝送する接続ケーブルとを備えることが挙げられる。

この構成によれば、センサ部と制御部とを接続ケーブルでつながれた個別の構成とすることで、小型・軽量のセンサ部を流体流路の近傍に設置すればよく、センサ部に比べてサイズと重量の大きい制御部の設置個所が流体流路の近傍に制約されることを回避できる。

本発明の流体流量計測システムによれば、流体流路に対して非破壊にて流体流量を計測することができる。また、本発明の流体流量計測システム用検知デバイス部によれば、流体流路に対して非破壊にて流体流量を計測するための検知データを取得することができる。

本発明の実施形態に係る流体流量計測システムの利用状態を示す模式説明図である。（A）はガスメータからの漏洩磁場と地磁気との複合磁場を示す模式グラフ、（B）は地磁気と区別して抽出した漏洩磁場を示す模式グラフである。ガスメータ内での膜板の動作を示し、（A）はA室にガスを導入するとき、（B）はB室にガスを導入するときの説明図である。本発明の計測システムを用いた試験例において、流量が「少」の場合の漏洩磁場の変動成分を示すグラフである。本発明の計測システムを用いた試験例において、流量が「中」の場合の漏洩磁場の変動成分を示すグラフである。本発明の計測システムを用いた試験例において、流量が「大」の場合の漏洩磁場の変動成分を示すグラフである。

以下、図１〜図３に基づいて本発明の実施の形態を説明する。ここでは、計測膜に鋼製の膜板（磁性部材）が設けられた膜式ガスメータの外部から非破壊・非接触にてガス流量を計測するシステムを例として説明する。各図において、同一符号は同一部材を示す。

〔システム構成〕
図１に示すように、この流量計測システム1は、ガス流量と相関する周期的運動を行う膜板62（図３）からの漏洩磁場をガスメータMからの検知データとして取得する検知デバイス部10と、この検知データを処理してガス流量を演算するデータ処理部20とを備える。そのうち、検知デバイス部10は、ガスメータMの近傍に設置され、データ処理部20は、ガスメータMから離れた任意の場所に設置される。検知デバイス部10は、センサ部11、制御部13及び接続ケーブル15を備え、データ処理部20は変動成分抽出手段21と流量演算手段23とを備える。センサ部11に備える磁気センサ111で膜板62からの漏洩磁場を含む検知データを取得し、この検知データをデータ処理部20に取り込む。この検知データの取り込みには、必要に応じて伝送手段30が用いられる。そして、変動成分抽出手段21で検知データから地磁気などの外乱磁場成分を除去して、さらに外乱磁場成分を除去した検知データから流量演算手段13でガス流量を求める。以下、各部の構成を詳しく説明する。

{検知デバイス部}
検知デバイス部10は、ガスメータMの近傍に設置されるため、屋外設置を前提としており、その構成要素はいずれも防水構造となっている。

(センサ部)
センサ部11は、磁気センサ111とセンサケース113を主たる構成部材とする。

《磁気センサ》
磁気センサ111は、膜板の往復運動に伴う微小な磁場の変動を検出する。この磁気センサ111には、10^-4ガウス（10^-8テスラ）オーダ以下程度の微小な磁気を検知できる高感度な磁気インピーダンスセンサやフラックスゲートセンサが好適に利用できる。特に、磁気インピーダンスセンサは、小型で高精度に磁場を検知することができ、磁気センサ111として好適に利用できる。この磁気センサ11は、例えば愛知製鋼株式会社製のMIセンサが利用できる。

《センサケース》
センサケース113は、磁気センサ111やその検知信号を増幅するアンプ（図示略）などを実装した基板（図示略）を収納している。本例では、ライター程度の大きさで、箱型のセンサケース113としている。このケース113を構成する面のうち、ガスメータMに向ける検知面113Dは非磁性材料で、検知面113D以外のシールド面113Sは磁性材料で構成している。この構成により、周期的運動をする膜板からの漏洩磁場は検知面113Dを通して検知し、シールド面113Sにより地磁気などの外乱磁場が磁気センサ111に到達することを防止する。ここでの非磁性材料としては、プラスチックの他、アルミニウムや銅などの金属が挙げられる。また、磁性材料としては、低周波の磁気遮蔽にはフェライト系磁気遮蔽材料が、高周波の磁気遮蔽には軟磁性アモルファス合金が好適に利用できる。

(制御部)
制御部13は、センサ部11での検知データの取得と、その記憶とを制御しており、マイクロコンピュータ（マイコン）131、記憶手段133、通信インターフェイス135及び電源（バッテリ）137を備える。本例では、弁当箱程度のサイズの筐体に制御部13を収納している。

《マイクロコンピュータ》
マイコン131は、所定のサンプリング間隔で漏洩磁場を検知するように磁気センサ111を制御し、その検知データを記憶手段133に記憶させる。

《記憶手段》
記憶手段133は、磁気センサ111の検知データを記憶する。この記憶手段133には、各種公知のメモリが利用できる。具体的には、フラッシュメモリなどが利用できる。

《通信インターフェイス》
通信インターフェイス135は、記憶手段133の検知データをUSBメモリなどの可搬型メモリに出力したり、検知データを後述する伝送手段30で伝送するための出力端末部である。検知データを可搬型メモリに出力するには、USBやメモリカードのスロットを用い、伝送手段30に出力する場合はLANポートなどを通信インターフェイス135として利用すれば良い。

《電源》
電源137は、磁気センサ111やマイコン131、記憶手段133の駆動に必要な電力を供給する。この電源137の代表例としては、バッテリが挙げられる。バッテリであれば、商用電源のとれない場所にも検知デバイス部10を設置することができる。より特定的には、小型で電池容量の大きいリチウムイオン電池やニッケル水素二次電池が好適に利用できる。バッテリを電源137に用いる場合、ガスの利用傾向が把握できる程度の期間、例えば数ヶ月〜１年程度の間、計測システム１を駆動することができる程度の容量を備えることが好ましい。勿論、商用電源が利用できる場所であれば、その商用電源を検知デバイス部10の電源としてもよい。その場合は、バッテリのように交換や充電の必要がない。

(接続ケーブル)
接続ケーブル15は、センサ部11に必要な電力を制御部13から供給すると共に、センサ部11の検知データを制御部13に伝送する。この接続ケーブル15には、公知の各種ケーブルが利用できる。接続ケーブル15を用いた有線通信とすれば、無線送信とする場合に比べて検知デバイス部10の構成を簡易にすることができる。

{データ処理部}
一方、データ処理部20は、検知デバイス部10で取得した検知データに所定の処理を施してガス流量を求めるための演算を行う。

(変動成分抽出手段)
変動成分抽出手段21は、検知データのうち、周期的運動をする膜板62からの漏洩磁場成分を地磁気などの外乱磁場成分と区別して抽出する。膜板62からの漏洩磁場は、地磁気などの外乱磁場よりもかなり小さいため、単に漏洩磁場を検知しただけでは、図２（A）に示すように、漏洩磁場は外乱磁場に埋もれて適切に検知することができない。しかし、地磁気などの外乱磁場が定常的であるのに対し、膜板62からの漏洩磁場は所定の周波数で変動しているため、この周波数成分を検知データから抽出すれば、図２（B）に示すように、漏洩磁場成分を外乱磁場成分から区別して抽出することができる。具体的には、検知データに高速フーリエ変換を行う。そして、その変換データから、外乱磁場成分に相当するゼロヘルツ近傍の周波数成分をカットすることで、所定の周波数成分のみを抽出することができる。このゼロヘルツ近傍の周波数成分のカットは、例えばハイパスフィルタを用いればよい。

また、一般に、流体の流量が多くなると膜板62の周期的運動が速くなり、流量が少なくなると膜板62の周期的運動が遅くなる。そして、この周期的運動の速度は、ガスメータMがガスの流通を許容する限度に制約される。そのため、抽出する周波数成分は、一定の上限値を設けておいて、高周波の外乱磁場を磁気センサ111が検知することがあっても、その高周波の外乱磁場とも区別して所定の周波数成分を抽出できるようにすることが好ましい。この場合は、ローパスフィルタを用いることで、高周波の外乱磁場成分をカットすればよい。

(流量演算手段)
流量演算手段23は、抽出された漏洩磁場成分を用いて流体の流量を演算する。膜式ガスメータは、図３に示すように、ガスメータMの本体ケース50内で計量膜61と一体の膜板62が往復運動し、その運動に伴って計量室となるA室51とB室52の一方にガスを充填すると共に他方からガスを本体ケース50の外部に排出する。つまり、ガスの充填と排出がA室51とB室52で交互に繰り返される。そのため、A室51及びB室52の容積と膜板62の動作回数がわかれば、この容積と動作回数から演算にてガス流量を求めることができる。A室51及びB室52の容積はガスメータMの仕様から既知であり、膜板62の動作回数は漏洩磁場の検知データうち、膜板62の周期的運動に対応する周波数成分の周波数に相当する。

{伝送手段}
伝送手段30は、検知デバイス部10で取得した検知データをデータ処理部20に伝送するもので、必要に応じて用いられる。伝送手段30の具体例としては、有線通信や無線通信が挙げられる。この伝送手段30を用いれば、例えば検知デバイス部10をガスメータMの近傍に設置し、データ処理部20となるサーバをガスメータMから離隔した場所に設置して、インターネットなどの公衆通信網を含む伝送手段30を介して検知デバイス部10の検知データをサーバのデータ処理部20に伝送することができる。その場合、複数のガスメータMからの検知データをサーバに集約して処理することもできる。一方、伝送手段30として通信手段を用いない場合、検知デバイス部10の検知データを一旦可搬型メモリに記憶させ、その可搬型メモリをデータ処理部20の設置場所にまで持ち帰り、可搬型メモリから検知データを読み出してデータ処理部20で処理してもよい。

〔計測対象〕
本発明流量計測システム1では、都市ガスなどの気体の他、液体や、蒸気などの気液混合体などの各種流体の流量を計測対象とすることができる。また、これら流体の流路内において、流体の流量と相関を有する周期的運動をする磁性部材が存在することが計測の前提となる。このような磁性部材の具体例としては、膜式ガスメータMにおける膜板62の他、膜板の往復運動に連動するリンク機構やバルブ71などの部材が挙げられる。これらの磁性部材は、通常、ガスメータMの筐体内部に設けられているが、筐体自体は非磁性材料であることが望ましい。筐体自体が非磁性材料であれば、筐体が膜板62などからの漏洩磁場を遮蔽することがなく、磁気センサ111による漏洩磁場の検知が阻害されることがない。なお、計測対象が膜式ガスメータ以外であっても、流体の流量と相関する周期的運動を行う磁性部材を備えた流路であれば、本発明流量計測システム1の計測対象とできる。

〔システムの設置〕
上述したシステム1の設置は、ガスメータMの周辺に検知デバイス部10を設置することにより行う。より具体的には、センサ部11をガスメータMの近傍に、制御部13をセンサ部11周辺の適宜な位置に設置する。

例えば、ガスメータMの後方で、ガスメータMの筐体を構成する面から20cm以下、より好ましくは、15cm以下、さらに好ましくは10cm以下となる位置にセンサ部11を設置する。膜板62からの漏洩磁場は微小であるため、この距離が近いほど的確に漏洩磁場の検知ができる。理論上、ガスメータMの筐体に接触してセンサ部11を設置しても構わない。但し、この筐体に非接触でセンサ部11を設置すれば、センサ部11が検針の妨げにならないことは勿論、ガスメータMに対して何らかの工事が必要になった際でも、工事の妨げになることもない。

センサ部の検知面113Dは、ガスメータMの膜板62の往復方向に向けることが好ましい。この方向にセンサ部11を向けることで、往復運動に伴う膜板からセンサ部11までの距離の変位が大きく、検知データから周波数成分の抽出が容易に行える。例えば、ガスメータMの背面に検知面113Dを向けてセンサ部11を設置すれば良い。

センサ部11の固定は、例えば、ガスメータMの後方が家屋の壁面であれば、その壁面に適宜なブラケットでセンサ部11を取り付けることで行えば良い。検知デバイス部10の電源137にバッテリを用い、伝送手段30も用いない場合は、センサ部11の設置には、さらに追加の作業を必要としない。

また、制御部13は、接続ケーブル15の長さが許容する範囲で、センサ部11の近傍の適宜な場所に設置することができる。制御部13は、センサ部11に比べれば大型であり、地面の上などに適宜な取付具を用いて固定すれば良い。

一方、データ処理部20は、検知デバイス部10とは離れた任意の場所に設置できる。このデータ処理部20は、屋内に設置することが好適である。検知デバイス部10から検知データを伝送手段30によりデータ処理部20に伝送する場合、事実上、検知デバイス部10とデータ処理部20との距離に制約はない。

〔計測手順〕
このシステムを用いたガス流量の計測は、次の手順により行う。

磁気センサ111でガスメータMの膜板62の往復運動に伴う漏洩磁場の変位を検知し、その検知データを記憶手段133に記憶する。

検知データの取得を開始してから所定の期間経過後、定期的又は不定期に、或いは伝送手段30を用いて逐次に、記憶手段133の検知データをデータ処理部20に取り込む。

データ処理部20では、変動成分抽出手段21にて膜板62の往復運動に伴う所定の周波数成分を検知データから抽出する。

膜板62の一回の往復により計量室（A室51、B室52）から排出されるガスの容積は既知であるから、この容積と抽出した所定の周波数成分の周波数とから流量演算手段23によりガスの流量を求めることができる。このガス流量の演算は、時間・日・週・月などの所望の期間単位における流量として演算することも容易にできるため、例えば１日のどの時間帯にガス使用量が多いかどうかも容易に把握することができる。

以上の手順によりガス流量を把握することができたら、どの期間或いはどの時間帯にガス使用量が多いかを需要者に知らせ、そのガス使用量が多い期間におけるガス器具の使用を控えるよう助言することで、ガス代の削減を提案できる。

〔作用効果〕
以上のシステムによれば、次の効果を奏することができる。

ガスメータM内の膜板62の往復運動に伴う漏洩磁場の変動をガスメータMの外部から検知することで、非破壊・非接触にてガス流量を把握することができる。

変動成分抽出手段21により、ガスメータMからの漏洩磁場を地磁気と区別して抽出することができ、精度よくガス流量を検知することができる。

検知デバイス部10のガスメータM近傍への設置は、ガスメータMやガス管に対して格別の工事をすることなく容易に行え、検知デバイス部10の撤去も同様に容易に行える。

検知面113Dとシールド面113Sを有するセンサケース113とすることで、磁気センサ111に対する外乱磁場の影響を低減し、高精度の流量計測を行うことができる。

検知デバイス部10とデータ処理部20とを分離し、検知デバイス部10では検知データの取得・記憶を行い、その検知データから流量を得るための演算はデータ処理部23で行うことで、検知デバイス部10の小型化と消費電力の削減ができ、より長期間にわたる流量の計測を可能にする。

〔試験例〕
上述した流量計測システムを用いて、ガスメータの外部からガス流量が計測できるかどうかを模擬試験した。

試験に用いた主な機器は次の通りである。
ガスメータ：愛知時計電機株式会社製膜式ガスメータ
ガス供給源：コンプレッサー
ガス圧調整器：単段式調整器
ガス器具：鋳物ガスコンロ
磁気センサ：愛知製鋼株式会社製MIセンサ

この試験では、単段式調整器を介してコンプレッサーをガスメータMのガス入口につなぎ、ガス出口に鋳物ガスコンロをつないで計測対象とした。コンプレッサーは都市ガスの代わりに空気を加圧して単段式調整器に供給する。単段式調整器は、コンプレッサーから供給された空気圧を都市ガスに相当する所定の圧力に調整してガスメータMに供給する。鋳物ガスコンロでは、コックを所定時間、所定開度だけ開けることで、所定量の空気の送出を行う。

このガスメータMの背面から所定距離離れた位置に検知デバイス部10をセットし、ガスメータMに対して非破壊・非接触にて空気流量の計測を行う。ガスメータM内の膜板62の往復に伴う漏洩磁場の検知を所定時間行い、その検知データを制御部13の記憶手段133に記憶する。

検知デバイス部10で取得した検知データは、USB接続型A/Dコンバータを用いてパソコンに取り込む。このパソコンでは、検知データに高速フーリエ変換を行って、変換データのゼロヘルツ近傍の周波数成分をカットすることで、膜板の往復に伴う漏洩磁場の周波数成分を抽出する。

そして、ガスメータMの機械式カウンタを検針して鋳物ガスコンロから送出された空気の流量を求めると共に、抽出した周波数成分の周期数を求めて、検針した空気の流量を周期数で除して一周期流量を求めた。

計測条件は次の通りである。
センサ部の設置位置：ガスメータ背面から10cmの位置
サンプリングレート：100ms間隔で計測
計測時間：100秒
空気送出条件：大・中・小の3種類（0.0066、0.0098、0.0106m³）の定常流

計測結果を図４〜図６のグラフに示す。各グラフは、縦軸が磁気センサからの検出電圧、横軸が計測時間である。検出電圧は、2.5Vを漏洩磁場の変動がゼロであるとし、5Vを正方向検出限界、0Vを負方向検出限界としている。ここでは縦軸は相対値で示している。

このグラフを見れば、各グラフにおける定常波数が漏洩磁場の変動に伴う周波数成分の周期数であり、地磁気による外乱磁場成分と区別して膜板の往復運動に伴う漏洩磁場の変動成分が明確に抽出できていることがわかる。

各グラフとガスメータMの検針結果から1周期流量とその誤差、及び平均誤差、並びに1周期流量の平均を求めた。その結果を表1に示す。

この表に示すように、1周期流量の平均誤差は4％であった。計測された漏洩磁場が膜板の往復運動に起因するものであれば、各グラフの周期数と1周期流量との間に相関関係が成り立つ。その場合、1周期流量はガスメータに依存する固定値になるはずである。今回の試験結果での1周期流量の平均誤差は4％と相当程度小さく、本発明システムによれば、十分実用的な流体流量の計測ができるものと期待される。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施し得ることは言うまでもない。例えば、上記の実施形態では変動成分抽出手段をデータ処理部に持たせたが、代わりに変動成分抽出手段を制御部に持たせても良い。

本発明の流体流量計測システム及び流体流量計測システム用検知デバイス部は、都市ガスの流量など、流体の流量計測に好適に利用することができる。

1 流量計測システム
10 検知デバイス部
11 センサ部
111 磁気センサ 113 センサケース 113D 検知面 113S シールド面
13 制御部
131 マイクロコンピュータ 133 記憶手段 135 通信インターフェイス
137 電源
15 接続ケーブル
20 データ処理部
21 変動成分抽出手段 23 流量演算手段
30 伝送手段
M 膜式ガスメータ
50 本体ケース 51 A室 52 B室 61 計量膜 62 膜板 71 バルブ

Claims

流体の流量と相関を持った周期的運動を流体流路内で行う磁性部材から、流体流路の外部にて漏洩磁場を検知する磁気センサと、
この磁気センサの検知データを記憶する記憶手段と、
前記検知データのうち、前記磁性部材の周期的運動に対応する周波数成分を抽出する変動成分抽出手段と、
前記周波数成分と前記相関とを用いて流体の流量を演算する流量演算手段とを備えることを特徴とする流体流量計測システム。
前記磁気センサが磁気インピーダンスセンサであることを特徴とする請求項1に記載の流体流量計測システム。
さらに、前記磁気センサを収納するセンサケースを備え、
このセンサケースは、
前記漏洩磁場が前記磁気センサに到達することを許容する検知面と、
検知面以外の面であって、地磁気などの外乱磁場を遮蔽するシールド面とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の流体流量計測システム。
前記磁気センサ及び前記記憶手段を有し、前記流体流路の近傍に設置される検知デバイス部と、
前記変動成分抽出手段及び流量演算手段を有し、前記検知デバイス部とは独立して設置されるデータ処理部と、
前記検知デバイス部から前記データ処理部に検知データを伝送する伝送手段とを備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の流体流量計測システム。
流体の流量と相関を持った周期的運動を流体流路内で行う磁性部材から、流体流路の外部にて漏洩磁場を検知する磁気センサと、
この磁気センサの検知データを記憶する記憶手段と、
前記磁気センサ及び記憶手段を動作させるための電源とを備えることを特徴とする流体流量計測システム用検知デバイス部。
前記磁気センサが、磁気インピーダンスセンサであることを特徴とする請求項5に記載の流体流量計測システム用検知デバイス部。
さらに、前記磁気センサを収納するセンサケースを備え、
このセンサケースは、
前記漏洩磁場が前記磁気センサに到達することを許容する検知面と、
検知面以外の面であって、地磁気などの外乱磁場を遮蔽するシールド面とを有することを特徴とする請求項5又は6に記載の流体流量計測システム用検知デバイス部。
前記磁気センサを有して流体流路の近傍に設置されるセンサ部と、
前記記憶手段及び電源を有して、前記センサ部とは独立して設置される制御部と、
前記センサ部から制御部に前記検知データを伝送する接続ケーブルとを備えることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の流体流量計測システム用検知デバイス部。