JP2012251967A - 流量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用するガス器具の流量変化プロファイルを設定することなく使用開始を可能にして、ガスの不正使用を防止することができる使い勝手を高めた流量計測装置を提供することを目的とする。
【解決手段】計時手段６で計測された超音波の伝搬時間から計測流路１への空気の混入の有無を判定する空気混入有無判定手段８と、不正な使用と判定した場合に報知を行う報知手段１０を備え、前記空気混入有無判定手段８において空気混入有を検出した場合に、不正使用判定手段９は不正な使用と判定してガスの不正使用を防止するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はガスなどの流量を計測する超音波による流量計測装置に関する。

従来の流量計測装置は、使用ガス器具を判断する器具判別手段と、登録記憶手段に登録された器具判別値とは異なる特定の流量変化プロファイルが発生した場合に、ガスの不正使用が行われていると判断する不正使用判別手段を備えた構成となっている。

特開２００９−１３９３０９号公報

ここで、この流量計測装置は、マイナス流量が所定時間続いた場合など正常なガス器具の流量変化プロファイルとは異なる特定の流量変化プロファイルが発生したことを検出すると、ユーザーがガスメータ装置を取り外す等の不正行為を行ったと判断する。

しかしながら、この流量計測装置は、ユーザーがガスを不正に使用する目的でガスメータ装置を取り外す、もしくは配管を改造してガスメータ装置をバイパスするといったような不正行為を行った際に、マイナス流量などの異常な流量変化プロファイルがもし発生しなかった場合は、ガスの不正使用を見逃す可能性があることが課題となっていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、使用するガス器具の流量変化プロファイルを設定することなく使用開始を可能にして、ガスの不正使用を防止することができる使い勝手を高めた流量計測装置を提供することを目的とする。

本発明に係る流量計測装置は、前記の課題を解決するために、被計測流体が流れる計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波センサと、送信側に設定された前記超音波センサを駆動する送信手段と、受信側に設定された前記超音波センサで受信された超音波信号を検知する受信手段と、一方の前記超音波センサから送信された超音波信号を、他方の前記超音波センサが受信するまでの伝搬時間を計測する計時手段と、前記伝搬時間より前記被計測流体の流量を演算する流量演算手段と、前記計時手段で計測された伝搬時間から前記計測流路への空気の混入の有無を判定する空気混入有無判定手段と、不正な使用を判定する不正使用判定手段と、不正な使用と判定した場合に報知を行う報知手段を備え、前記空気混入有無判定手段において空気混入有を検出した場合に不正な使用と判定するようにした構成である。

以上のように、本発明では、空気混入有無判定手段において空気混入有を検出後に空気混入無を検出した場合に不正な使用と判定してガスの不正使用を防止し、使用するガス器具の流量変化プロファイルを設定することなく簡便に使用開始を可能にして、使い勝手を高めた流量計測装置を提供することができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る流量計測装置の一例を示すブロック図 図１に示す流量計測装置における、超音波の伝搬時間に異常が生じた場合の一例を示す特性図

第１の発明は、燃料ガスとしての被計測流体が流れる計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波センサと、送信側に設定された前記超音波センサを駆動する送信手段と、受信側に設定された前記超音波センサで受信された超音波信号を検知する受信手段と、一方の前記超音波センサから送信された超音波信号を、他方の前記超音波センサが受信するまでの伝搬時間を計測する計時手段と、前記伝搬時間より前記被計測流体の流量を演算する流量演算手段と、前記計時手段で計測された伝搬時間から前記計測流路への空気の混入の有無を判定する空気混入有無判定手段と、不正な使用を判定する不正使用判定手段と、不正な使用と判定した場合に報知を行う報知手段を備え、前記不正使用判定手段は、前記空気混入有無判定手段において空気混入有を検出した場合に、不正な使用と判定するようにした構成の流量計測装置である。

前記構成によれば、空気混入有無判定手段において空気混入有を検出した場合に、不正使用判定手段は装置が外されて配管の改造などが行われた不正な使用と判定することで、ガスの不正使用を迅速に防止し、使用するガス器具の流量変化プロファイルを設定することなく簡便に使用開始を可能にして、使い勝手を高めることができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記不正使用判定手段は、前記計時手段により検出される伝搬時間が、被計測流体の伝搬時間から空気混入時の伝搬時間に変化する際の伝搬時間の変化パターンが所定の変化パターンである場合に不正な使用と判定するようにしたものである。

前記構成によれば、被計測流体の伝搬時間から空気混入時の伝搬時間に変化する際の伝搬時間の変化パターンに着目し、空気混入時の伝搬時間に至る途中経過を加味して検出精度を高めることができる。

第３の発明は、特に第１または２の発明において、前記不正使用判定手段は、前記空気混入有無判定手段で空気の混入有が所定時間継続して検出された場合に不正な使用と判定するようにしたものである。

前記構成によれば、空気混入有無判定手段で空気の混入有を短時間検出しても不正な使用と判定しないので、ガス配管の上流側に存在した空気溜りが流動してきた場合など無用な報知動作を防止してユーザーの使い勝手を向上できる。

第４の発明は、燃料ガスとしての被計測流体が流れる計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波センサと、送信側に設定された前記超音波センサを駆動する送信手段と、受信側に設定された前記超音波センサで受信された超音波信号を検知する受信手段と、一方の前記超音波センサから送信された超音波信号を、他方の前記超音波センサが受信するまでの伝搬時間を計測する計時手段と、前記伝搬時間より前記被計測流体の流量を演算する流量演算手段と、前記計時手段で計測された伝搬時間から前記計測流路への空気の混入の有無を判定する空気混入有無判定手段と、不正な使用を判定する不正使用判定手段と、不正な使用と判定した場合に報知を行う報知手段と、を備え、前記不正使用判定手段は、前記空気混入有無判定手段において空気混入有を検出後に空気混入無を検出した場合に不正な使用と判定するようにした構成の流量計測装置である。

前記構成によれば、空気混入有で装置の取り外し、さらに空気混入有を検出後の空気混入無で装置の取り付けと二重に判断して判定するので、ガス配管の改造を確実に検出して
、ガスの不正使用を確実に防止できる。

第５の発明は、特に第４の発明において、前記不正使用判定手段は、前記計時手段により検出される伝搬時間が、被計測流体の伝搬時間から空気混入時の伝搬時間に変化する際の伝搬時間の変化パターンが所定の変化パターンである場合に不正な使用と判定するようにしたものである。

前記構成によれば、被計測流体の伝搬時間から空気混入時の伝搬時間に変化する際の伝搬時間の変化パターンに着目し、空気混入時の伝搬時間に至る途中経過を加味してより一層検出精度を高めることができる。

第６の発明は、特に第４または５の発明において、前記不正使用判定手段は、前記空気混入有無判定手段で空気の混入有が所定時間継続して検出された場合に不正な使用と判定するようにしたものである。

前記構成によれば、空気混入有無判定手段で空気の混入有を短時間検出しても不正な使用と判定しないので、ガス配管の上流側に存在した空気溜りが流動してきた場合など無用な報知動作を防止してユーザーの使い勝手をより一層向上できる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、これら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）
本発明の実施の形態１に係る流量計測装置について、図１を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る流量計測装置のブロック図である。

［流量計測装置の構成］
まず、本実施の形態に係る流量計測装置の構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る流量計測装置は、被計測流体が流れる計測流路１の上流と下流に配置された一対の超音波センサ２、３と、送信側に設定された超音波センサ２あるいは超音波センサ３を駆動する送信手段４と、受信側に設定された超音波センサ３あるいは超音波センサ２で受信された超音波信号を検知する受信手段５と、一方の超音波センサ２あるいは超音波センサ３から送信された超音波信号を、他方の超音波センサ３あるいは超音波センサ２が受信するまでの伝搬時間を計測する計時手段６と、前記伝搬時間より前記被計測流体の流量を演算する流量演算手段７と、計時手段６で計測された伝搬時間から計測流路１への空気の混入の有無を判定する空気混入有無判定手段８と、不正な使用を判定する不正使用判定手段９と、不正な使用と判定した場合に報知を行う報知手段１０と、超音波センサ２、超音波センサ３の一方を受信側に設定し他方を送信側に設定する切替手段１１と、超音波での計測を制御する計測制御手段１２から構成されている。ここで、超音波センサ２、超音波センサ３は、被測定流体の流れる計測流路１の流路軸に角度φで交わるように、対向して配置されている。

［流量計測装置の動作］
次に、前記構成の流量計測装置の動作について説明する。計測制御手段１２により切替手段１１を制御して、まず超音波センサ２を送信側に、超音波センサ３を受信側に設定する。そして、送信手段４から出力される駆動信号が送信側に設定された超音波センサ２に入力され、超音波センサ２から超音波信号が発信される。発信された超音波の信号が受信側の超音波センサ３で受信されるまでの伝搬時間を計時手段６で計測する。

なお、この送受信動作を所定の回数（ｎ回）だけ繰り返されたときの時間を計時手段６で求めることにより、計測精度を高めることができる。

次に、切替手段１１で超音波センサ２と超音波センサ３の送受信を切り替えて、超音波センサ３を送信側、超音波センサ２を受信側に設定して超音波信号を送信し、この送受信を前述のように行い、その超音波の伝搬に要した伝搬時間を計時する。

このようにして、切替手段１１により、超音波センサ２、超音波センサ３の送信側と受信側との設定を切り替え、それぞれの伝搬時間を上述のように測定し、流量演算手段７において（式１）ようにして流量Ｑを求める。

Ｑ＝Ｓ・ｖ＝Ｓ・Ｌ／２・ｃｏｓφ｛（１／ｔ１）−（１／ｔ２）｝・・・（式１）
但し、（式１）においては、Ｌが超音波センサ２と超音波センサ３間の流れ方向の有効距離であり、ｔ１が超音波センサ２から超音波センサ３への伝搬時間であり、ｔ２が超音波センサ３から超音波センサ２への伝搬時間であり、ｖが被測定流体の流速であり、Ｓが計測流路１の断面積であり、φは超音波センサが計測流路１の軸となす角度であり、Ｑが流量である。このような流量計測を順次繰り返し、時間経過とともに流量を積算して積算流量を計測する。

ここで、本実施の形態に係る流量計測装置では、流量演算手段７で流量ゼロと検出している時の計時手段６で計測した超音波の伝搬時間を、空気混入有無判定手段８で記録し続け、流量ゼロでの伝搬時間の変化を監視する。

図２は、超音波の伝搬時間に異常が発生した場合の一例を示したもので、縦軸を超音波の伝搬時間ｔとし、横軸を計測状態における経過時間Ｔとして伝搬時間ｔの変化特性を表している。

図２において、使用する所定のガス中での超音波の伝搬時間をｔｇ、空気混入時での超音波の伝搬時間をｔａで示し、ここでは使用するガス種はメタンを主成分とする場合（ｔｇ＜ｔａ）で説明する。

装置の設置および試運転チェック後、装置の使用開始とともに空気混入有無判定手段８では流量ゼロでの伝搬時間を記録し続ける。

図２のように、装置を使用開始してから使用するガス中での既定の伝搬時間ｔｇを検知する状態で推移し、経過時間Ｔ１で空気混入有無判定手段８では伝搬時間の変化を検出し始め、経過時間Ｔ１から経過時間Ｔ２では空気混入有無判定手段８は伝搬時間の不規則な変化を検出するもので、空気混入の進行より伝搬時間が増加傾向で変動する増加変動域を形成し、この増加変動域が配管取り外し時の空気混入により見られる伝搬時間の不規則な変化を伴う所定の変化パターンを示している。

経過時間Ｔ２では、空気が混入したと認められる伝搬時間ｔａに達し、空気混入有無判定手段８は空気混入有を検出している。

経過時間Ｔ２から経過時間Ｔ３の間は、空気混入有の状態が続く空気混入域を示し、この空気混入有の状態が所定時間ΔＴを超えて検出し続けている。

経過時間Ｔ３から経過時間Ｔ４では、空気混入有と判定した状態のまま、伝搬時間が不規則に変動しながらガス中での伝搬時間ｔｇに向けて不規則に小さくなっていく低減変動
域を示し、経過時間Ｔ４でガス中での伝搬時間ｔｇを検知する状態に戻り、空気混入有無判定手段８は空気混入無を検出している。

なお、図２では空気混入有を判定する時の伝搬時間ｔａは１００％空気の場合で示したが、空気混入有を判定する閾値は１００％空気の値で設定する必要は無く、空気と使用する所定のガスとの任意の混合濃度での値にすることで、検出精度を高めることができるのは言うまでもない。ただし、この場合は空気混入有を判定する伝搬時間ｔａに達した後、伝搬時間が空気混入を判定する伝搬時間ｔａよりも大きい値で推移することが生じることがある。また、空気混入有を判定した後に空気混入無を判定する伝搬時間は、ｔｇよりも少し空気混入時寄りの伝搬時間ｔｇｇ（ｔａ＞ｔｇｇ＞ｔｇ）にしても良い。

このような伝搬時間の変化をもとに、空気が混入したと認められる伝搬時間ｔａに達し、空気混入有無判定手段８が空気混入有を検出すると、不正使用判定手段９はガスの不正使用が発生したと判定して異常を知らせる報知を報知手段１０で行わせる。

このように、空気混入有無判定手段８が空気混入有を検出するとガスの不正使用が発生したと判定することで、ガスの不正使用を発生時に迅速に検出できるので、ガスの不正使用の迅速な防止ができる。

また、ガス中での伝搬時間ｔｇから空気混入時の伝搬時間ｔａに変化する際の伝搬時間の変化パターンが前記した増加変動域のような所定の変化パターンを経て空気混入有を検出した場合に、不正使用判定手段９は不正な使用と判定することで、故意による空気混入の発生をより一層確実に検出できるので、ガスの不正使用の検出精度を高めることができる。

また、空気混入有無判定手段８で空気混入有が所定時間ΔＴを継続して検出された場合に、不正使用判定手段９は不正な使用と判定するようにして、所定時間ΔＴより短い時間の空気混入有が生じても不正な使用と判定しないので、ガス配管の上流側に存在した空気溜りが流動してきた場合など無用な報知動作を防止してユーザーの使い勝手を向上できる。

なお、ここでは報知手段１０で不正使用を示す異常の報知をする場合を示したが、装置での不正使用の報知だけでなくガスの供給者まで通報することや、装置での遮断弁（図示せず）によるガス供給の遮断などが行われても良いのは言うまでもない。

このように、超音波の伝搬時間でガスの不正使用を検出することで、使用開始に先立って装置の下流側で使用するガス器具とそのガス器具の運転時に発生する流量変化プロファイルを事前に設定する必要がなく、簡便に使用開始できる。さらに、使用開始に伴う使用ガス器具の抽出や登録などの煩わしい手間が削減され、ガス供給者あるいはユーザーにとって使い易く利便性が高くなる。さらに、装置構成の簡略化や使用開始時の手間削減により低コスト化できる。

以上のように、不正使用判定手段９は、空気混入有無判定手段８において空気混入有を検出した場合に不正な使用と判定することで、空気混入が発生したのはユーザーがガスを不正に使用する目的でガスメータ装置を取り外す、もしくは配管を改造して装置をバイパスさせるような不正行為を行ったことで配管中に空気が混入したものと判断することで、ガス配管の改造を確実に検出して、ガスの不正使用を迅速に防止できる。

また、本実施の形態に係る流量計測装置において、不正使用判定手段９は、計時手段６により検出される伝搬時間が、被計測流体の伝搬時間ｔｇから空気混入時の伝搬時間ｔａ
に変化する際の伝搬時間の変化パターンが所定の変化パターンである場合に不正な使用と判定するようにした構成である。

このようにして、伝搬時間の変化パターンに着目し、空気混入時の伝搬時間ｔａに至る途中経過が所定の変化パターンである場合に不正な使用と判定することで、検出精度を高めることができる。

また、本実施の形態に係る流量計測装置において、不正使用判定手段９は、空気混入有無判定手段８で空気の混入有が所定時間ΔＴ継続して検出された場合に不正な使用と判定するようにした構成である。

このようにして、空気混入有無判定手段８で空気の混入有を所定時間ΔＴより短い時間検出しても不正な使用と判定しないので、ガス配管の上流側に存在した空気溜りが流動してきた場合など無用な報知動作を防止してユーザーの使い勝手を向上できる。

［変形例］
本実施の形態に係る流量計測装置の変形例について、図１および図２を参照して具体的に説明する。

本実施の形態に係る変形例の流量計測装置は、不正使用判定手段９は、空気混入有無判定手段８において空気混入有を検出後に空気混入無を検出した場合に、不正な使用と判定するように構成してもよい。つまり、実施例１では、空気混入有を検出した場合に不正な使用と判定する構成となっていたが、本変形例のように、空気混入有を検出後に空気混入無を検出した場合（図２に示す伝搬時間の変化特性図で経過時間Ｔ４での空気混入無を検出時）に不正な使用と判定するようにしてもよい。

このように空気の混入が発生し、その後空気混入無を検出した場合は、ユーザーがガスを不正に使用する目的でガスメータ装置を取り外す、もしくは配管を改造して装置をバイパスさせるような不正行為を行ったことで配管中に空気が混入し、空気混入有を検出後に空気混入無を検出したのは、ガス供給配管を改造後に装置を再び取り付けたと見なすもので、この二重の判断で不正な使用と判定するものであり、ガス配管の改造を確実に検出して、ガスの不正使用を確実に防止できる。

なお、図２では、空気の混入有が所定時間ΔＴ継続して検出された後、空気混入無を検出した場合を示したが、空気の混入有が所定時間ΔＴ継続しないで空気混入無を検出した場合でも不正な使用と判定するのは言うまでもない。

また、ガス中での伝搬時間ｔｇから空気混入時の伝搬時間ｔａに変化する際の伝搬時間の変化パターンが前記した増加変動域のような所定の変化パターンを経て空気混入有を検出した場合に、不正使用判定手段９は不正な使用と判定することで、故意による空気混入の発生をより一層確実に検出できるので、ガスの不正使用の検出精度をより一層高めることができる。

また、空気混入有無判定手段８で空気混入有が所定時間ΔＴを継続して検出された場合に、不正使用判定手段９は不正な使用と判定するようにして、所定時間ΔＴより短い時間の空気混入有が生じても不正な使用と判定しないので、ガス配管の上流側に存在した空気溜りが流動してきた場合など無用な報知動作を防止してユーザーの使い勝手をより一層向上できる。

以上のように、不正使用判定手段９は、空気混入有無判定手段８において空気混入有を
検出後に空気混入無を検出した場合に不正な使用と判定するように構成したものであり、ガス配管の改造を確実に検出して、ガスの不正使用を確実に防止できる。

また、本実施の形態に係る変形例の流量計測装置において、不正使用判定手段９は、計時手段６により検出される伝搬時間が、被計測流体の伝搬時間ｔｇから空気混入時の伝搬時間に変化する際の伝搬時間の変化パターンが所定の変化パターンである場合に不正な使用と判定するようにした構成である。

このようにして、伝搬時間の変化パターンに着目し、空気混入時の伝搬時間ｔａに至る途中経過が所定の変化パターンである場合に不正な使用と判定することで、より一層検出精度を高めることができる。

また、本実施の形態に係る変形例の流量計測装置において、不正使用判定手段９は、空気混入有無判定手段８で空気の混入有が所定時間ΔＴ継続して検出された場合に不正な使用と判定するようにした構成である。

このようにして、空気混入有無判定手段８で空気の混入有を所定時間ΔＴより短い時間検出しても不正な使用と判定しないので、配管の取り外しと再取付けによる空気混入ではなく、ガス配管の上流側に存在した空気溜りが流動してきた場合など無用な報知動作を防止してユーザーの使い勝手をより一層向上できる。

なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以上のように、本発明に係る流量計測装置は、空気混入有無判定手段において超音波の伝搬時間をもとに空気混入の有無を検出するもので、流体を計測する分野であれば、被測定流体がどのようなものであっても好適に用いることができる。

１ 計測流路
２ 超音波センサ
３ 超音波センサ
４ 送信手段
５ 受信手段
６ 計時手段
７ 流量演算手段
８ 空気混入有無判定手段
９ 不正使用判定手段
１０ 報知手段
１１ 切替手段
１２ 計測制御手段

Claims (6)

1. 燃料ガスとしての被計測流体が流れる計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波センサと、
   送信側に設定された前記超音波センサを駆動する送信手段と、
   受信側に設定された前記超音波センサで受信された超音波信号を検知する受信手段と、
   一方の前記超音波センサから送信された超音波信号を、他方の前記超音波センサが受信するまでの伝搬時間を計測する計時手段と、
   前記伝搬時間より前記被計測流体の流量を演算する流量演算手段と、
   前記計時手段で計測された伝搬時間から前記計測流路への空気の混入の有無を判定する空気混入有無判定手段と、
   不正な使用を判定する不正使用判定手段と、
   不正な使用と判定した場合に報知を行う報知手段と、を備え、
   前記不正使用判定手段は、前記空気混入有無判定手段において空気混入有を検出した場合に不正な使用と判定する流量計測装置。
2. 前記不正使用判定手段は、前記計時手段により検出される伝搬時間が、被計測流体の伝搬時間から空気混入時の伝搬時間に変化する際の伝搬時間の変化パターンが所定の変化パターンである場合に不正な使用と判定する請求項１記載の流量計測装置。
3. 前記不正使用判定手段は、前記空気混入有無判定手段で空気の混入有が所定時間継続して検出された場合に不正な使用と判定する請求項１又は２記載の流量計測装置。
4. 燃料ガスとしての被計測流体が流れる計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波センサと、
   送信側に設定された前記超音波センサを駆動する送信手段と、
   受信側に設定された前記超音波センサで受信された超音波信号を検知する受信手段と、
   一方の前記超音波センサから送信された超音波信号を、他方の前記超音波センサが受信するまでの伝搬時間を計測する計時手段と、
   前記伝搬時間より前記被計測流体の流量を演算する流量演算手段と、
   前記計時手段で計測された伝搬時間から前記計測流路への空気の混入の有無を判定する空気混入有無判定手段と、
   不正な使用を判定する不正使用判定手段と、
   不正な使用と判定した場合に報知を行う報知手段と、を備え、
   前記不正使用判定手段は、前記空気混入有無判定手段において空気混入有を検出後に空気混入無を検出した場合に不正な使用と判定する流量計測装置。
5. 前記不正使用判定手段は、前記計時手段により検出される伝搬時間が、被計測流体の伝搬時間から空気混入時の伝搬時間に変化する際の伝搬時間の変化パターンが所定の変化パターンである場合に不正な使用と判定する請求項４記載の流量計測装置。
6. 前記不正使用判定手段は、前記空気混入有無判定手段で空気の混入有が所定時間継続して検出された場合に不正な使用と判定する請求項４又は５記載の流量計測装置。