JP2014232123A - 超音波式ガスメータ - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えつつ、結露を判断することが可能な超音波式ガスメータを提供する。【解決手段】超音波式ガスメータ４０は、ガス流路内に間欠的に超音波信号を送信すると共に、超音波信号を受信するトランスジューサＴＤ１，ＴＤ２と、トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２により受信された信号を所定の強さまで増幅する増幅器４３ａと、増幅器４３ａによる増幅度を所定時間毎に監視し、監視した増幅度が初期値よりも所定値以上変化した場合、メータ流路内に結露が発生していると判断し、且つ、増幅器４３ａによる増幅度が初期値に対して規定範囲内の場合、初期値を増幅器４３ａによる増幅度に更新するＣＰＵ１４ａと、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、超音波式ガスメータに関する。

従来、超音波式流速センサを使用した超音波式ガスメータが提案されている（例えば、特許文献１）。上述した超音波式ガスメータは、ガス流路内に一定距離だけ離れて配置された超音波周波数で作動する例えば圧電式振動子からなる２つの音響トランスジューサによって超音波式流速センサを構成している。

そして、一方のトランスジューサの発生する超音波信号を他方のトランスジューサに受信させる動作を行って超音波信号がトランスジューサ間で伝搬される伝搬時間を計測し、この計測した伝搬時間に基づいてガス流速を間欠的に求める。

特開２００８−５１５６２号公報

ところで、超音波式ガスメータを含むガス供給システムでは配管に亀裂が入ることなどによって配管内に水が溜まり、水蒸気を多く含んだガスがメータ内に供給されて、超音波式流速センサの表面やメッシュなどの保護部材に水が付着する結露が発生して器差が変化してしまうことがある。そして、器差が変化してしまうと、ガス流量を正確に検出できなくなり、料金上の問題が発生してしまう。

そこで、メータ内に水の浸入を検出するために水分センサを設けることが考えられるが、この場合、センサ費用が掛かるだけでなく、センサ配線のシール構造なども必要となりコスト高となってしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、コストを抑えつつ、結露を判断することが可能な超音波式ガスメータを提供することにある。

本発明の超音波式ガスメータは、ガス流路内に間欠的に超音波信号を送信する送信手段と、前記超音波信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信された信号を所定の強さまで増幅する増幅手段と、前記増幅手段による増幅度を所定時間毎に監視し、監視した増幅度が初期値よりも所定値以上変化した場合、メータ流路内に結露が発生していると判断する結露判断手段と、前記増幅手段による増幅度が初期値に対して規定範囲内の場合、初期値を前記増幅手段による増幅度に更新する更新手段と、を備え、前記送信手段及び前記受信手段は、ガスの流れ方向に対して上流側及び下流側の双方から超音波信号を送信して受信すると共に、前記判断手段は、上流側から送信されて受信された超音波信号の伝搬時間と、下流側から送信されて受信された超音波信号の伝搬時間との和が、所定範囲外の場合には、メータ流路内に結露が発生しているか否かの判断を実行しないことを特徴とする。

この超音波式ガスメータによれば、増幅度を所定時間毎に監視し、監視した増幅度が初期値よりも所定値以上変化した場合、メータ流路内に結露が発生していると判断する。ここで、結露が発生すると水滴等の影響によって超音波信号の屈折や減衰等が発生して、増幅度が変化（増加）する傾向にある。よって、上記場合にメータ流路内に結露が発生していると判断することができる。特に、結露の判断は結露判断手段による処理によって判断されるため、水分センサ等を設ける必要が無く、センサコストやシール構造に要するコストの発生を抑えることができる。従って、コストを抑えつつ、結露を判断することができる。

また、上流側から送信されて受信された超音波信号の伝搬時間と、下流側から送信されて受信された超音波信号の伝搬時間との和が、所定範囲外の場合には、メータ流路内に結露が発生しているか否かの判断を実行しない。ここで、上流側及び下流側からの伝搬時間の和は、流速の影響を受けることなく、ガス種によって変化する傾向にある。よって、伝搬時間の和が所定範囲外の場合とは、計測対象となるガス種が変化したり、混ガス状態が発生したりしたといえる。このようにガス種の変化や混ガス状態のときには、増幅度が変化する傾向にあり、結露の発生判断において誤りを生じやすくなる。よって、伝搬時間の和が所定範囲外の場合に結露の発生判断を実行しないことで、誤判断の可能性を減じることができる。

また、増幅度が初期値に対して規定範囲内の場合、初期値を前記増幅手段による増幅度に更新するため、温度変化やダストの付着などによって変化してしまった増幅度に基づいて結露と判断してしまうことを抑制でき、誤判断の可能性を減じることができる。

また、本発明の超音波式ガスメータにおいて、前記判断手段によるメータ流路内に結露が発生しているか否かの判断について、実行及び非実行を切替可能な切替手段をさらに備えることが好ましい。

この超音波式ガスメータによれば、メータ流路内に結露が発生しているか否かの判断について、実行及び非実行を切替可能となっているため、メンテナンス時にガスメータを取り外して混ガス状態になった場合などに、結露であると誤判断しないように結露の発生判断について非実行とすることができ、誤判断の可能性を減じることができる。

本発明によれば、コストを抑えつつ、結露を判断することができる。

本発明の実施形態に係る超音波式ガスメータを含むガス供給システムの構成図である。 本発明の実施形態に係る超音波式ガスメータを示す構成図である。 図２に示したμＣＯＭの内部を示す構成図である。 本実施形態に係る超音波式ガスメータの動作の概要を示すグラフである。 本実施形態に係る超音波式ガスメータの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る超音波式ガスメータを含むガス供給システムの構成図である。ガス供給システム１は、各ガス器具１０に燃料ガスを供給するものであって、複数のガス器具１０と、配管３１，３２と、超音波式ガスメータ４０とを備えている。

上流側配管３１は、ガス供給元と超音波式ガスメータ４０とを接続するものである。下流側配管３２は超音波式ガスメータ４０とガス器具１０とを接続する配管である。超音波式ガスメータ４０は、超音波信号の伝搬時間に基づいてガス流量を求め、求めたガス流量を積算して表示するものである。このようなガス供給システム１では、ガスメータ４０内に上流側配管３１及び下流側配管３２とつながる流路が形成されており、燃料ガスは上流側配管３１からガスメータ４０、及び下流側配管３２を通じてガス器具１０に到達し、ガス器具１０において燃焼されることとなる。

ここで、従来のガス供給システム１では上流側配管３１の亀裂等により上流側配管３１に水Ｗが溜まる可能性がある。そして、上流側配管３１に水Ｗが溜まると、水蒸気を多く含んだガスが超音波式ガスメータ４０に供給され、超音波式流速センサの表面やメッシュなどの保護部材に水が付着する結露が発生して器差が変化してしまうことがある。そして、器差が変化してしまうと、ガス流量を正確に検出できなくなり、料金上の問題が発生してしまう。

そこで、本実施形態に係る超音波式ガスメータ４０は、結露を判断することができる構成となっている。図２は、本発明の実施形態に係る超音波式ガスメータ４０を示す構成図である。同図に示す超音波式ガスメータ４０は、ガス流路内に距離Ｌだけ離され、かつ、ガス流方向Ｙに対して角度θをなすように、互いに対向して配置された２つの音響トランスジューサ（送信手段，受信手段）ＴＤ１，ＴＤ２を有している。

２つの音響トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２は、超音波周波数で作動する例えば圧電式振動子から構成されている。ガス流路には、両音響トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２の上流側に弁閉によってガス流路を遮断するガス遮断弁４７が設けられている。

各トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２はトランスジューサインタフェース（Ｉ／Ｆ）回路４１ａ，４１ｂをそれぞれ介して送信回路４２及び受信回路４３に接続されている。送信回路４２は、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）４４の制御の下で、トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２の一方を駆動して超音波信号を発生させる信号を間欠的に送信する。このため、トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２は、ガスの流れ方向Ｙに対して上流側及び下流側の双方から間欠的に超音波信号を送信して受信することとなる。

受信回路４３は、ガス流路を通過した超音波信号を受信した他方のトランスジューサＴＤ１，ＴＤ２からの信号を入力して超音波信号を所定の強さまで増幅する増幅器（増幅手段）４３ａを内蔵している。この増幅器４３ａの増幅度は、μＣＯＭ４４によって調整することができる。また、μＣＯＭ４４には、表示器４５が接続されている。

また、トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２が設けられる流路には複数の仕切板４６が設けられている。複数の仕切板４６は、ガス流入時における渦の発生などを防止するものであり、正確な流量測定に寄与するものである。なお、図２において仕切板４６と超音波信号の送受信方向とは交差するように図示されているが、実際には両者は並行関係にあり、仕切板４６は超音波信号の送受信を阻害しないように設置されている。

さらに、超音波式ガスメータ４０は、切替スイッチ（切替手段）４８を備えている。切替スイッチ４８は、後述する結露判断機能の有効・無効を切替可能なものである。

図３は、図２に示したμＣＯＭ４４の内部を示す構成図である。μＣＯＭ４４は、図３に示すように、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）４４ａ、ＣＰＵ４４ａが行う処理のプログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ４４ｂ、及び、ＣＰＵ４４ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ４４ｃなどを内蔵している。また、これらはバスライン４４ｄによって互いに接続されている。

また、ＣＰＵ４４ａは、サンプリング時間毎に２つのトランスジューサＴＤ１，ＴＤ２にて送受信された超音波信号の伝搬時間に基づいてガス流速を計測し、計測したガス流速にガス流路の断面積を乗じて瞬時流量を計測する流量計測機能を備えている。ここでサンプリング時間は、例えば２秒である。

さらに、本実施形態に係るＣＰＵ４４ａは、増幅器４３ａによる増幅度を所定時間（例えば２４時間）毎に監視し、監視した増幅度が初期値よりも所定値（例えば「１０」）以上変化した場合、メータ流路内に結露が発生していると判断する結露判断機能（判断手段）を有している。ここで、結露が発生すると水滴等の影響によって超音波信号の屈折や減衰等が発生して、増幅度が変化（増加）する傾向にある。よって、増幅度が初期値よりも所定値以上変化した場合、にメータ流路内に結露が発生していると判断することができる。なお、上記初期値とは、例えばガス種に応じて決定され、４３Ａガスの場合には「４０」程度となり、ＬＰガスの場合には「２０」程度となる。

また、結露判断機能は、下記の２つの場合にはメータ流路内に結露が発生しているか否かの判断を実行しない。１つ目は、上流側から送信されて受信された超音波信号の伝搬時間と、下流側から送信されて受信された超音波信号の伝搬時間との和が所定範囲外の場合である。ここで、上流側及び下流側からの伝搬時間の和は、流速の影響を受けることなく、ガス種によって変化する傾向にある。例えば、流速が高くなり上流側からの超音波信号が早期に受信されるようになったとしても、下流側からの超音波信号は遅めに受信されることとなり、結果としては流速の影響を受けることなく、伝搬時間の和はあまり変化しないこととなる。よって、伝搬時間の和は流速に応じて変化しない。これに対し、伝搬時間の和はガス種によって変化する傾向にある。従って、伝搬時間の和が所定範囲外の場合とは、計測対象となるガス種が変化したり、混ガス状態が発生したりした場合といえる。そして、ガス種の変化や混ガス状態のときには、増幅度が変化する傾向にあり、結露の発生判断において誤りを生じやすくなる。よって、伝搬時間の和が所定範囲外の場合、結露判断機能は結露の発生判断を実行しないこととなる。

２つ目は、流量計測機能により計測された流量が所定流量を超える場合である。ここで、流量が所定流量（例えば１０００Ｌ／ｈ）を超えると、流路内において偏流や渦流が発生して増幅度が安定しなくなる傾向にある。このため、結露の発生判断において誤りを生じやすくなる。よって、結露判断機能は、流量が所定流量を超える場合に結露の発生判断を実行しないこととなる。

また、本実施形態に係るＣＰＵ４４ａは、更新機能（更新手段）を備えている。更新機能は、初期値を更新する機能である。例えば増幅器４３ａによる増幅度は、超音波式ガスメータ４０の周囲温度に応じて変化する傾向にある。同様に、増幅度は、トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２の表面やその保護部材にダストが付着した場合に変化する傾向にある。このような場合、結露が発生しなくとも増幅度が変化してしまい、誤って結露と判断してしまう可能性がある。そこで、更新機能は初期値を更新する。

具体的に説明すると、周囲温度が変化した場合、増幅度は「２」程度増加又は減少する傾向にある。また、ダストが付着した場合に、増幅度は「１」〜「２」程度長期の時間をかけて緩やかに変化する傾向にある。そこで、更新機能は、増幅器４３ａによる増幅度を所定期間（例えば１５日）毎に計測し、計測した増幅度が初期値に対して規定範囲内（例えば±２）である場合、初期値を増幅器４３ａによる増幅度に更新する。これにより、微小な増幅度の変化が蓄積して結露であると誤判断してしまう可能性を減じることができる。

さらに、ＣＰＵ４４ａは、切替スイッチ４８からのスイッチ信号に応じて結露判断機能を有効としたり、無効としたりする。すなわち、切替スイッチ４８が有効側に設定されている場合、結露判断機能は結露の発生判断について実行し、切替スイッチ４８が無効側に設定されている場合、結露判断機能は結露の発生判断について非実行とする。

次に、本実施形態に係る超音波式ガスメータ４０の動作の概要を説明する。図４は、本実施形態に係る超音波式ガスメータ４０の動作の概要を示すグラフである。図４に示すように、まず増幅度の初期値は「４０」であるとする。そして、１５日経過後の増幅度が「４１」になっていたとする。この場合、ＣＰＵ４４ａの更新機能は、増幅器４３ａの増幅度が初期値「４０」の±２の範囲に収まっていることから、初期値を更新する。すなわち、更新機能は初期値を「４１」に更新する。

そして、３０日経過時点において増幅器４３ａの増幅度が「４４」になっているとする。この場合、更新機能は、増幅度が初期値「４１」より「３」以上変化（増加）していることから、初期値を更新しない。

次いで、４５日経過時点において増幅器４３ａによる増幅度が「４７」になっていたとする。この場合、更新機能は、増幅器４３ａの増幅度が初期値の±２の範囲に収まっていないことから、初期値を更新しない。

その後、６０日経過時点において増幅器４３ａによる増幅度が「５６」となっていたとする。この場合、更新機能は初期値を更新しない。また、結露判断機能は、初期値（初期値「４１」）に対して所定値（例えば「１０」）以上増幅度が変化したことから、メータ流路内に結露が発生していると判断する。さらに、ＣＰＵ４４ａは、初期値に対して所定値以上増幅度が変化したことから、表示器４５に警告表示を行わせる。なお、警告は、表示に限らず音声出力、管理センターへの通知、及び警報器への通知などであってもよい。

図５は、本実施形態に係る超音波式ガスメータ４０の動作を示すフローチャートである。まず、ＣＰＵ４４ａは規定時間経過したか否かを判断する（Ｓ１）。ここで、規定時間とは例えば２秒である。規定時間経過していないと判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、経過したと判断されるまで、この処理が繰り返される。規定時間経過したと判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、トランスジューサＴＤ１，ＴＤ２は間欠的に超音波信号を送信する（Ｓ２）。

次いで、増幅器４３ａは、受信した超音波信号を所定レベルまで増幅し（Ｓ３）、流量計測機能は伝搬時間を計測する（Ｓ４）。その後、流量計測機能は伝搬時間からガス流速を演算し（Ｓ５）、ガス流速と流路径などからガス流量を演算する（Ｓ６）。

その後、ＣＰＵ４４ａは所定時間経過したか否かを判断する（Ｓ７）。所定時間経過していないと判断した場合（Ｓ７：ＮＯ）、処理はステップＳ１に移行する。一方、所定時間経過したと判断した場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４４ａは切替スイッチ４８が有効側に設定されているか否かを判断する（Ｓ８）。

切替スイッチ４８が有効側に設定されていないと判断した場合（Ｓ８：ＮＯ）、処理はステップＳ１に移行する。切替スイッチ４８が有効側に設定されていると判断した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、結露判断機能は伝搬時間の和が所定範囲内であるか否かを判断する（Ｓ９）。

伝搬時間の和が所定範囲内でない場合（Ｓ９：ＮＯ）、すなわち所定範囲外である場合、結露判断機能は、後述のステップＳ１４における結露判断を実行することなく、処理はステップＳ１に移行する。伝搬時間の和が所定範囲内であると判断した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、すなわち所定範囲外でない場合、結露判断機能はステップＳ６において演算された流量が所定流量以下であるか否かを判断する（Ｓ１０）。

流量が所定流量以下でないと判断した場合（Ｓ１０：ＮＯ）、すなわち所定流量を超えると判断した場合、結露判断機能は、後述のステップＳ１４における結露判断を実行することなく、処理はステップＳ１に移行する。流量が所定流量以下であると判断した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、すなわち所定流量を超えないと判断した場合、結露判断機能はステップＳ３における増幅度が初期値より所定値以上変化したか否かを判断する（Ｓ１１）。

増幅度が初期値より所定値以上変化していないと判断した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、更新機能はステップＳ３における増幅度が規定範囲内であるか否かを判断する（Ｓ１２）。増幅度が規定範囲内でないと判断した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、処理はステップＳ１に移行する。一方、増幅度が規定範囲内であると判断した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、更新機能は、初期値をステップＳ３における増幅度に更新する（Ｓ１３）。そして、処理はステップＳ１に移行する。

ところで、増幅度が初期値より所定値以上変化したと判断した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、結露判断機能は、メータ流露内に結露が発生していると判断する（Ｓ１４）。その後、ＣＰＵ４４ａは表示器４５に警告表示させ（Ｓ１５）、図５に示す処理は終了する。

このようにして、本実施形態に係る超音波式ガスメータ４０によれば、増幅度を所定時間毎に監視し、監視した増幅度が初期値よりも所定値以上変化した場合、メータ流路内に結露が発生していると判断する。ここで、結露が発生すると水滴等の影響によって超音波信号の屈折や減衰等が発生して、増幅度が変化（増加）する傾向にある。よって、上記場合にメータ流路内に結露が発生していると判断することができる。特に、結露の判断は結露判断機能による処理によって判断されるため、水分センサ等を設ける必要が無く、センサコストやシール構造に要するコストの発生を抑えることができる。従って、コストを抑えつつ、結露を判断することができる。

また、上流側から送信されて受信された超音波信号の伝搬時間と、下流側から送信されて受信された超音波信号の伝搬時間との和が、所定範囲外の場合には、メータ流路内に結露が発生しているか否かの判断を実行しない。ここで、上流側及び下流側からの伝搬時間の和は、流速の影響を受けることなく、ガス種によって変化する傾向にある。よって、伝搬時間の和が所定範囲外の場合とは、計測対象となるガス種が変化したり、混ガス状態が発生したりしたといえる。このようにガス種の変化や混ガス状態のときには、増幅度が変化する傾向にあり、結露の発生判断において誤りを生じやすくなる。よって、伝搬時間の和が所定範囲外の場合に結露の発生判断を実行しないことで、誤判断の可能性を減じることができる。

また、増幅度が初期値に対して規定範囲内の場合、初期値を増幅器４３ａによる増幅度に更新するため、温度変化やダストの付着などによって変化してしまった増幅度に基づいて結露と判断してしまうことを抑制でき、誤判断の可能性を減じることができる。

また、メータ流路内に結露が発生しているか否かの判断について、実行及び非実行を切替可能となっているため、メンテナンス時にガスメータ４０を取り外して混ガス状態になった場合などに、結露であると誤判断しないように結露の発生判断について非実行とすることができ、誤判断の可能性を減じることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、上記に示した各数値については超音波式ガスメータ４０の使用環境や仕様等によって様々な値に変更可能である。

１…ガス供給システム
１０…ガス器具
２０…調整器
３１…上流側配管
３２…下流側配管
４０…超音波式ガスメータ
４１ａ，４１ｂ…トランスジューサＩ／Ｆ回路
４２…送信回路
４３…受信回路
４３ａ…増幅器（増幅手段）
４４…μＣＯＭ
４４ａ…ＣＰＵ（判断手段、更新手段）
４４ｂ…ＲＯＭ
４４ｂ…ＲＡＭ
４４ｂ…バスライン
４５…表示器
４６…仕切板
４７…ガス遮断弁
４８…切替スイッチ（切替手段）
ＴＤ１，ＴＤ２…トランスジューサ（送信手段、受信手段）

Claims (2)

1. ガス流路内に間欠的に超音波信号を送信する送信手段と、
   前記超音波信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信された信号を所定の強さまで増幅する増幅手段と、
   前記増幅手段による増幅度を所定時間毎に監視し、監視した増幅度が初期値よりも所定値以上変化した場合、メータ流路内に結露が発生していると判断する結露判断手段と、
   前記増幅手段による増幅度が初期値に対して規定範囲内の場合、初期値を前記増幅手段による増幅度に更新する更新手段と、を備え、
   前記送信手段及び前記受信手段は、ガスの流れ方向に対して上流側及び下流側の双方から超音波信号を送信して受信すると共に、
   前記判断手段は、上流側から送信されて受信された超音波信号の伝搬時間と、下流側から送信されて受信された超音波信号の伝搬時間との和が、所定範囲外の場合には、メータ流路内に結露が発生しているか否かの判断を実行しない
   ことを特徴とする超音波式ガスメータ。
2. 前記判断手段によるメータ流路内に結露が発生しているか否かの判断について、実行及び非実行を切替可能な切替手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のガスメータ。

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