JP2014235108A - ガス遮断装置、及び、そのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】超音波流量計測で計測異常の監視による誤遮断を防止することを目的とする。【解決手段】流路の流れに沿って配置された上流側送受信器１７と下流側送受信器１８とを駆動する送信手段２０と、上流側送受信器１７と下流側送受信器１８の送受信を切替る切替手段１９と、超音波信号を受信する受信手段２１と、受信信号の検出開始時間を制御する信号検出制御手段２２と、受信信号が所定の信号レベル以上かを判定する信号検出手段２４と、送信手段２０が駆動開始し信号検出手段２４で信号検出する迄の時間を計測する伝搬時間計測手段２５と、定期的に信号検出開始時間を早める為のタイマ手段と、伝搬時間計測手段２５で求めた伝搬時間値と補正値とから信号検出開始時間を求める信号検出演算手段２７と、求めた信号検出時間を計時する時間計測手段とからなる。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス遮断装置に関し、特に超音波で流量計測し保安監視するガス遮断装置に関するものである。

従来、この種のガス遮断装置としては、図３に示すようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１のガス遮断装置について、図３を用いて簡単に構成を説明する。図３において、流路１の途中に超音波を送受信する第１超音波振動子２と第２超音波振動子３が流れ方向に角度θで配置されている。

また、第１超音波振動子２と第２超音波振動子３の送受信を切り換える切換手段４、切換手段４で送信側に設定された超音波振動子を駆動する送信手段５、受信側に設定された超音波振動子で受信した信号を増幅する増幅手段６、受信側の超音波振動子の受信信号の通過及び遮断を行う信号遮断手段７が構成されており、信号遮断手段７を通過した信号は比較手段８で基準電圧と比較され、その大小関係が反転した次のゼロクロス点でゼロクロス検知信号として繰返し手段９へ出力される。

更に、繰返し手段９は、比較手段８のゼロクロス検知信号を受けたことをカウントし予め設定された回数だけカウントすると共に、比較手段８からの信号を制御手段１２へ出力する。そして、繰返し手段９で予め設定された回数をカウントした時間が第１計時手段１０で計時され、流量算出手段１１は第１計時手段１０の計時した時間に基づき、管路の大きさや流れの状態を考慮して流量を算出する。

また、制御手段１２の信号を受け予め設定された時間を計時する第２計時手段１３ａ、比較手段８と第２計時手段１３ａの信号の時間差を計時する第３計時手段１３ｂ、第２計時手段１３ａの信号を受け第３計時手段１３ｂで計時された時間を再計時する第４計時手段１３ｃで信号遮断手段７を制御する遮断制御手段１３を構成している。制御手段１２は、流量算出手段１１、繰返し手段９からの信号を受けて送信手段５、遮断制御手段１３の動作を制御する。

次に、上記従来のガス遮断装置について、その構成の動作について説明する。

まず、制御手段１２は、流量計測を開始すると送信手段５を動作させ超音波振動子２より超音波信号を送信すると共に、第２計時手段１３ａに計時開始信号を出力する。第２計時手段１３ａは、この計時開始信号により計時を始め、予め設定された２つの時間（図４における一定時間ｔ０、ｔ１）を計時し、それぞれの計時終了時点（図４におけるＡ点、Ｂ点）で第４計時手段１３ｃと第３計時手段１３ｂへ、計時開始信号を出力する。

第３計時手段１３ｂは、この第２計時手段１３ａからの計時開始信号（図４におけるＢ点）から比較手段８の信号（図４におけるＣ点）を入力するまでの時間Ｃｔ１を計時して、計時終了後、その計時された時間Ｃｔ１を第４計時手段１３ｃへ転送する。

第４計時手段１３ｃは、第２計時手段１３ａからの計時開始信号（図４におけるＡ点）から計時を始め予め設定された時間Ｃｔ０だけ計時を行った時点（図４におけるＤ点）で信号遮断手段７に出力し、信号遮断手段７を遮断状態から通過状態へ切り換え、所定の時
間経過後また遮断状態へ戻す。

一方、第１超音波振動子２より送信された超音波信号は流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６で増幅され信号遮断手段７に入力される。信号遮断手段７が前述のように遮断制御手段１３により遮断から通過状態へ切り換えられると、増幅手段６で増幅された第２超音波振動子３の受信信号は比較手段８へ入力され、基準電圧と比較され、その大小関係が反転した次のゼロクロス点でゼロクロス検知信号として繰り返し手段９へ出力される。ゼロクロス検知信号は繰り返し手段９でカウントされた後、制御手段１２に入力される。

そして、制御手段１２は送信手段５を再度動作させ超音波振動子２より超音波信号を送信すると共に第２計時手段１３ａに計時開始信号を再度出力する。従って、図４において比較手段８のゼロクロス検知信号のＣ点から、第２計時手段１３ａは再度、一定時間ｔ０、ｔ１の計時を始め、図４におけるＡ’点、Ｂ’点で第４計時手段１３ｃと第３計時手段１３ｂへ、計時開始信号を出力する。そして、第４計時手段１３ｃは第３計時手段１３ｂから転送された時間Ｃｔ１を計時し、第３計時手段１３ｂは比較手段８の信号（図４におけるＣ’点）を入力するまでの時間Ｃｔ２を計時する。

つまり、第４計時手段１３ｃはひとつ前の動作の第３計時手段１３ｂが計時した時間を計時する。このような動作を予め設定されたｎ回数繰り返し行い、この間の時間を計時手段１０により測定する。そして、第１超音波振動子２と第２超音波振動子３とを切換手段４により切り替えて、前述の動作を行い、その時の時間を計時手段１０により測定する。

そして、これら２つの時間差より流量算出手段１１で流路の大きさや流れの状態を考慮して流量値を求める。以上のように動作することにより信号遮断手段７が遮断から通過状態へ切り換えられる時期は繰り返し動作の１回前の第３計時手段１３ｂが計時した時間を基に決定され、その値は比較手段８のゼロクロス検知信号よりも第２計時手段１３ａが計時する時間ｔ０、ｔ１の時間差（ｔ１−ｔ０）だけ短い時間となる。

つまり、比較手段８のゼロクロス検知信号が前回と同じタイミングで出力されれば（図４において点線の比較手段８の出力）、その出力のｔ１−ｔ０の時間だけ前に信号遮断手段７が遮断から通過状態に切り替わる。

このような比較手段８のゼロクロス検知信号のタイミングは、流体管路の流量変化及び温度による流速変化による変動するが、繰り返し動作中の繰り返し動作間隔は通常、数百μｓの短い時間であるので、この間の流量変化及び温度変化は僅かであり、比較手段８の出力変動ｔ２も僅かとなるからゼロクロス検知信号のタイミングはほとんど変動しない。

ここで、第２計時手段１３ａが計時する時間ｔ０、ｔ１の時間差を比較手段８の出力変動ｔ２の最大変化幅より若干大きな値に設定すれば、受信信号の到達以前で信号遮断手段７が遮断から通過状態に切り替わり、かつ比較手段８の受信信号待ち受け状態から受信信号の到達までの期間を短い時間に設定でき、ノイズの影響を受ける期間を短く、ノイズの影響を受けにくくするというものである。

特許第３４７３５９１号公報

しかしながら、上記従来の構成のガス遮断装置では、使用するガス種毎に流量を計測する場合に備えて、各々のガス種に対応した流量係数を保有しているが、伝搬時間から流量を求める際の流量係数を求める場合には、ガス配管中の空気を抜いて使用するガスに置換したり、逆に使用するガスを抜いて空気に置換する必要がある。

このガス置換途中では、ガス遮断装置の超音波計測部は空気と使用するガス（例えばＬＰガス）が長時間混合状態となっている為、超音波信号は、媒体の伝搬速度が異なる遅い媒体（ＬＰガス）から早い媒体（例えば空気）を通過したり、逆に伝搬速度の速い空気から遅いＬＰガス状態を計測したりと、計測毎媒体の状態により伝搬時間が変わる場合がある。

従って、伝搬速度が遅い媒体から、急に早い媒体での計測に変化すると、信号遮断手段７の第４計時手段で計時する時間は、直前に計測された第３計時手段で伝搬速度が遅い媒体の時に計時された時間、即ち長い伝搬時間をもとに決定されている為、信号を遮断する時間が長くなり、超音波信号が到達しているのに信号遮断手段７がまだ遮断状態の為、ゼロクロス信号を検出できなくなり、正確な伝搬時間を計測できないことがあった。

更に、正しい流量を計測できないばかりか、信号検出可能状態となった以降に検出した遅延して到達する反射波を受信信号と誤って計測してしまい、その後も、反射波は、同じタイミングで到達する為に、遮断制御手段１３は、この反射波を検出するタイミングに合わせて調整され続けることになり、継続して反射波を受信信号と誤って計測することになる。

従って、本来のガス媒体で計測されるべき伝搬時間を計測できなくなり、結果、異常な流量値となり、異常な流量値で各種保安判定し誤遮断が発生したり、誤って異常な積算をするという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するもので、ガス流路内に異なるガス媒体との置換の際に、混合状態が発生しようとも受信信号の検出タイミングを調整することで、誤遮断・誤積算の起きない信頼性や使い勝手の高いガス遮断装置を提供するものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明のガス遮断装置は、流路の流れに沿って対向配置され超音波信号を送受信する一対の送受信器と、前記一対の送受信器の送受信を切替える切替手段と、前記切替手段で送信側に設定された前記送受信器を駆動する送信手段と、前記切替手段で受信側に設定された前記送受信器で受信された超音波信号を受信信号として増幅する受信手段と、前記受信信号が所定の超音波信号レベルか否かを検出する信号検出手段と、前記信号検出手段における前記受信信号の検出開始時間を制御する信号検出制御手段と、前記送信手段の駆動開始から前記信号検出手段で受信信号を検出する迄の伝搬時間を計測する伝搬時間計測手段と、前記伝搬時間より瞬時流量を演算する流量演算手段と、前記信号検出制御手段による検出開始タイミングを早くするための制御信号を定期的に出力するタイマ手段と、前記伝搬時間計測手段で求めた伝搬時間と前記制御信号の有無に基づき、前記信号検出制御手段による検出開始時間を求める信号検出演算手段と、前記信号検出演算手段の演算結果に基づく時間を計時し前記信号検出制御手段に信号検出開始信号を出力する時間計測手段と、前記流量演算手段で求めた瞬時流量より平均流量を求める平均流量演算手段と、前記平均流量演算手段で求めた平均流量から異常の有無を判定する異常判定手段と、前記異常判定手段で異常判定成立時ガスの供給を遮断する遮断手段とからなる。

そして、ガス遮断装置で使用するガス媒体の流量係数を求める際に、ガス配管内やガス
遮断装置の流量計測部が空気や本来の供給ガスとの混合状態となっている場合でも、定期的に信号検出演算手段により通常より早いタイミングで受信信号の検出を開始することで、混合となっている媒体の伝搬速度の速い場合の受信波を確実にとらえ、本来のガス媒体での伝搬時間を検出でき、本来の伝搬時間検出の位置で受信した超音波信号より計時された伝搬時間に基づいて流量を求めることができる。

従って、ガス供給配管内の混合状態発生によって誤って反射波の伝搬時間を継続して計測し異常流量と誤判定することがなく、かつ誤遮断するという不具合がなく、精度や信頼性が高く安全に保安監視を行える。

本発明のガス遮断装置は、通常は、伝搬時間に基づいて求めた信号検出開始時間によって正規の受信信号を検出する直前に受信信号の検出を開始すると共に、タイマ手段により定期的にこの信号検出開始時間を早くすることにより、流量計測部が空気や本来の供給ガスとの混合状態となっている場合やノイズでひどい環境である場合に正規の伝搬時間が変化した時でも、早期に信号検出を開始することが出来、信号検出開始時間を訂正できるので、使用するガス媒体の受信波形を確実に検出することができ、又、ノイズによる誤った伝搬時間計測をすることを防止できる。従って、混合ガス状態やノイズが多い環境においても正しい伝搬時間を計測でき、この伝搬時間によって演算されたガス流量に基づき、器具の異常監視や積算を正常に行え、誤遮断・誤積算するのを防止することができる。

本発明の実施の形態１におけるガス遮断装置の制御ブロック図 本発明の実施の形態１における信号検出制御手段による信号遮断のタイミングを示すタイミングチャート 従来のガス遮断装置の制御ブロック図 従来のガス遮断装置の動作説明図

第１の発明は、流路の流れに沿って対向配置され超音波信号を送受信する一対の送受信器と、前記一対の送受信器の送受信を切替える切替手段と、前記切替手段で送信側に設定された前記送受信器を駆動する送信手段と、前記切替手段で受信側に設定された前記送受信器で受信された超音波信号を受信信号として増幅する受信手段と、前記受信信号が所定の超音波信号レベルか否かを検出する信号検出手段と、前記信号検出手段における前記受信信号の検出開始時間を制御する信号検出制御手段と、前記送信手段の駆動開始から前記信号検出手段で受信信号を検出する迄の伝搬時間を計測する伝搬時間計測手段と、前記伝搬時間より瞬時流量を演算する流量演算手段と、前記信号検出制御手段による検出開始タイミングを早くするための制御信号を定期的に出力するタイマ手段と、前記伝搬時間計測手段で求めた伝搬時間と前記制御信号の有無に基づき、前記信号検出制御手段による検出開始時間を求める信号検出演算手段と、前記信号検出演算手段の演算結果に基づく時間を計時し前記信号検出制御手段に信号検出開始信号を出力する時間計測手段と、前記流量演算手段で求めた瞬時流量より平均流量を求める平均流量演算手段と、前記平均流量演算手段で求めた平均流量から異常の有無を判定する異常判定手段と、前記異常判定手段で異常判定成立時ガスの供給を遮断する遮断手段とからなる。

そして、上記発明によれば、ガス遮断装置で使用するガス媒体の流量係数を測定する際、ガス配管内やガス遮断装置の流量計測部が空気や本来の供給ガスとの混合状態となっている場合、伝搬速度の違いによりガス媒体により伝搬時間が長い超音波受信波や伝搬時間が短い超音波受信波を交互に受信する場合があるが、タイマ手段により定期的に信号検出開始時間を早期に設定することにより、伝搬時間が突然速くなったり短くなったりして、
受信も正常に受信した超音波信号より流量を求めることができ、ガス供給配管内の混合状態発生による異常流量による誤判定を回避することができ、かつ誤遮断するという不具合がなく、信頼性が高く、誤遮断などによりガス事業者が不要な出動をすることなく安全に保安監視を行える。

第２の発明は、第１の発明のガス遮断装置の手段の全てもしくは一部をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

そして、プログラムであるのでマイコン等を用いて本発明のガス遮断装置の一部あるいは全てを容易に実現することができる。また、記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布やインストール作業が簡単にできる。

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は本発明の実施の形態１におけるガス遮断装置の制御ブロック図であり、図３と同相当物には同一番号を付している。図２は、送信信号と受信信号の検出の関係及び、信号検出制御手段による信号遮断のタイミングを示すタイミングチャートである。

図示していないが、ガス遮断装置は各家庭の庭等に設置され、このガス遮断装置を経由した後、各家庭で使用する種々のガス器具が設置された場所まで配管され、ガスが供給される。そのガス遮断装置の内部構成要素としては流路と制御装置とがある。流路はガス遮断装置の流入口より入口側流路を介し、底部の流路を経て、出口側流路を介し、各ガス器具へガスを供給する供給口につながっている。

図１において、流量検出手段１６は、間欠制御手段１５により数秒毎（例えば２秒毎等）に駆動され、定期的に流量計測を行う。そして、超音波信号を送受信する一対の送受信器（上流側送受信器１７と下流側送受信器１８）とは、ガス遮断装置内の流路の流れ方向に距離を置いて対向して取り付けられている。

流量検出手段１６は、上流側送受信器１７、下流側送受信器１８、切替手段１９、送信手段２０、受信手段２１、信号検出制御手段２２、初期設定手段２３、信号検出手段２４、伝搬時間計測手段２５、タイマ手段２６、信号検出演算手段２７、及び時間計測手段２８とからなる。この上流側送受信器１７と下流側送受信器１８は、切替手段１９によって超音波信号を出力する送信手段２０または受信手段２１に選択的に接続されることにより、送信側に設定された送受信器から送信された超音波信号が、受信側に設定された送受信器で受信される。

また、信号検出制御手段２２は、信号検出手段２４での受信信号の検出を制御するもので、具体的には、送信開始から所定時間（以降、信号遮断時間と言う）、受信信号の信号検出手段２４への伝達を遮断することで、信号検出手段２４での受信信号の検出を停止させる。

ここで、切替手段１９で上流側送受信器１７が送信手段２０に接続され、下流側送受信器１８が受信手段２１に接続された状態で、送信手段２０により上流側送受信器１７で超音波信号を送信開始すると、伝搬時間計測手段２５は時間計測を開始する。そして、超音波信号は流路内の流体を伝搬した後に下流側送受信器１８で受信することになるが、信号検出制御手段２２は、送信開始から設定された信号遮断時間が経過する迄は、受信信号の信号検出手段２４への伝達を遮断する。

初期設定手段２３は、信号検出制御手段２２における信号遮断時間の初期値（ｔ０）を設定するもので、空気や本来使用するガス種だけでなくあらゆるガス種全てを想定した計測が可能となるように、受信信号を遮断する信号遮断時間を短い時間に設定することで、信号検出可能期間が長くなるようにしている（図２の信号検出制御手段の動作１を参照）。

一方、信号検出制御手段２２は、一番最初の伝搬時間が求まるまでは初期設定手段２３で設定される初期設定値で検出開始時間を制御する。そして、初期設定手段２３で設定された時間経過後、信号検出制御手段２２は受信信号の遮断を解除し、受信信号は信号検出制御手段２２を通過し信号検出手段２４に入力される。

信号検出手段２４は、受信信号が所定レベル以上の振幅かを判定し所定レベル以上を検出すると受信完了と判断し、伝搬時間計測手段２５は、送信開始から受信完了までの伝搬時間（上流側伝搬時間）を求める。

なお、信号検出制御手段２２は、受信信号の検出から予め設定された時間（ｔｃ）経過すると、再び、受信信号を遮断する。

次に、切替手段１９で送受信を切替えて同様に下流から上流に向かって超音波信号を送信し、上記の上流側伝搬時間の計測と同様の方法で下流側から上流側までの伝搬時間（下流側伝搬時間）を求める。

以上のような動作を、間欠制御手段１５により所定回数だけ繰返し、上流側、下流側伝搬時間を測定する。信号検出制御手段２２は所定時間経過後信号遮断状態に戻る。そして、間欠制御手段１５により所定周期毎計測し伝搬時間計測手段２５で求めた伝搬時間は流量演算手段２９で瞬時流量に換算される。

又、信号検出演算手段２７は、求めた上流側伝搬時間、下流側伝搬時間の内の短い方の伝搬時間と予め設定された第１の信号検出補正値（ｔ１ｄ）とから信号検出制御手段２２における受信信号の遮断時間、即ち、送信開始から受信手段２１による受信信号の検出が可能となるまでの第１の信号遮断時間（ｔ１）を次式で求める。

ｔ１＝計測された伝搬時間−ｔ１ｄ （式１）
ここで、第１の信号検出補正値（ｔ１ｄ）はノイズを誤検出しないように信号検出手段２４で超音波信号を検出する直前に検出可能状態とするための補正値であり、数μｓ程度であり、この第１の信号検出補正値を短くすることで、検出可能となってから受信波までの時間が短くなり、ノイズが受信波より前に入り、誤って超音波信号と誤判定することを防止できる（図２の信号検出制御手段の動作２を参照）。

そして、時間計測手段２８は、この信号検出演算手段２７で求めた信号遮断時間を計時する。なお、信号検出演算手段２７は、一度、伝搬時間が求まると、以降、前回の計測で得られた伝搬時間をもとに（式１）に基づいて今回設定する第１の信号遮断時間（ｔ１ａ）を演算する。

次に、タイマ手段２６は、間欠制御手段１５の間欠制御する時間より長く設定された所定時間（例えば、５分や１０分）を定期的に計時し、この所定時間が経過する度に信号検出演算手段２７に第１の信号検出補正値よりも大きく設定された第２の信号検出補正値（例えば、第１の信号検出補正値の倍程度）を出力する。
信号検出演算手段２７では、前回計測された伝搬時間とタイマ手段２６より定期的に出力
される第２の信号検出補正値（ｔ２ｄ）とからガス置換状態おける第２の信号遮断時間（ｔ２）を次式で求める。

ｔ２＝計測された伝搬時間−ｔ２ｄ （式２）
この第２の信号検出補正値（ｔ２ｄ）は、ガス媒体中の伝搬速度が速い場合に受信波を検出可能とするための時間である。

例えば、前回の計測と今回の計測の間で伝搬速度の遅いガス媒体から伝搬速度の速いガス媒体に変化した場合、信号検出制御手段２２に設定された信号遮断時間（ｔ１ａ）は前回の計測（図２における受信信号Ａに基づく計測）で得られた伝搬速度の遅いガス媒体に基づき（式１）で求められた時間に設定されているため、今回の伝搬速度が速い媒体での計測（図２における受信信号Ｂに基づく計測）においては信号遮断状態の時間中に超音波信号の受信波が到着し、その後、信号検出制御手段２２が検出可能となった後に、最初の受信波である反射波を検出し伝搬時間として計測することになる（図２の信号検出制御手段の動作２を参照）。

そして、この伝搬時間に基づき信号検出演算手段２７で演算される信号遮断時間（ｔ１ｂ）は、いつまでたっても受信信号Ｂの反射波を検出する為の設定時間のままとなり、正しい伝搬時間を検出することができない（図２の信号検出制御手段の動作３を参照）。

しかしながら、タイマ手段２６で所定時間が計時されると、信号検出演算手段２７は第２の信号検出補正値（ｔ２ｄ）を用いて、（式２）により信号遮断時間（ｔ２）を演算し、信号検出制御手段２２は、この信号遮断時間（ｔ２）の経過後に、信号遮断を解除する。そして、第２の信号検出補正値（ｔ２ｄ）は、反射波より前の本来の超音波信号受信波の波形を検出できる時間としているので、受信信号Ｂを正規のタイミングで検出できる（図２の信号検出制御手段の動作４を参照）。

その後は、伝搬時間計測手段２５で計測される伝搬時間は正しい伝搬時間に訂正されるので、信号検出演算手段２７で（式１）により演算される信号遮断時間（ｔ１ｃ）は、受信信号Ｂに合った時間で設定される。従って、間欠制御手段１５による次回の計測時は、確実に正規の受信波形を計測できる（図２の信号検出制御手段の動作５を参照）。かつ、信号検出可能時間が第１の信号検出補正時間の場合に比較しても長くない為、ノイズを検出する確率が低く、ノイズに強い計測状態となっている。

以上のように、信号検出制御手段２２における信号遮断時間をタイマ手段２６で計時される時間で周期的に第１の信号補正検出値の場合より短く制御することで、ガス置換状態中も如何なるガス媒体であろうとも確実に本来の超音波受信信号を検出し、送信から受信まで伝搬時間を確実に求めることが出来る。

なお、以上のようにして計測された伝搬時間に基づいて流量演算手段２９で求めた瞬時流量値は平均流量演算手段３０に入力され、所定個数の瞬時流量値を集合して平均流量値として算出され、求めた平均流量値は異常判定手段３１に出力され、異常判定手段３１は、求められた平均流量で使用器具の時間監視を行ったり、現在使用している器具の使用流量より異常はないか監視を行う。

即ち、流量域毎に対応した使用時間の制限時間値、あるいは使用最大流量の監視判定値等の初期値、例えばストーブ等へガスを供給するホースが何らかの原因で外れた時、異常な大流量が発生するが、そのような状態を監視するための合計流量遮断値や、器具の通常使用する最大使用時間よりはるかに長く使用された場合に対応して使用時間の制限時間を規定した使用時間遮断の制限時間等が図示しない記憶手段に記憶されており、異常判定手
段３１は、この設定値と平均流量値とを比較判定することで、流量値が使用最大流量値を超えていないか、或いは器具の使用時間が登録流量に対応した連続使用の制限時間を超えていないか等監視する。

そして、この異常判定手段３１で異常成立と判定した時、遮断手段３２に遮断信号を送ってガス供給を停止する。又、流量演算手段２９で求めた瞬時流量は積算手段３３で使用量として積算する。報知通信手段３４は、遮断状態や遮断内容、積算値を液晶表示素子等に表示すると共にガスの安全監視を行っているガス事業者のセンターに電話回線等の通信により通報する。

次に、以上のように構成されたガス遮断装置の動作を説明する。

ガス遮断装置を住宅に設置したり、新たに大型の器具を設置したり、或いは何らかの工事により、ガス配管内に混入した空気やガス遮断装置内の空気は、ガス需要家が保有する器具を用いて供給ガス（即ち、使用するガス）に置換される。

この時、ガステーブルのような小流量器具を用いて供給ガスの置換を行う場合があるが、戸建てのようにガス遮断装置からガス器具迄の配管長が長い場合、ガス置換するのに長い時間を要する場合がある為、ガス遮断装置としては、如何なるガス媒体であろうと如何なるノイズ信号にも影響されにくく、確実に超音波受信波形を捕らえ伝搬時間を計測する必要がある。

又、ガス遮断装置は、流量計測したいガス媒体、例えば空気とＬＰガス、或いは１３Ａ等の都市ガスの流量係数を予め計測し設定する必要がある。流量係数Ｒｋは、瞬時流量Ｑと伝搬時間Ｔと流量定数Ｋとから求まった瞬時流量と実際に流れた真の瞬時流量Ｑｒｋとの補正係数である。

上流側からの伝搬時間をＴｕ、下流側からの伝搬時間をＴｄとすると、真の瞬時流量Ｑｒｋは、次式で求めることができる。

Ｑｒｋ＝Ｒｋ*（Ｋ*（１／Ｔｕ−１／Ｔｄ））
そして、ガス遮断装置が使用するガス媒体と空気の流量係数を求め、ガス遮断装置に設定する際、例えばＬＰガスと空気を入れ替えて測定する。

上記のような、ＬＰガスと空気を入れ替えて測定する状況下で流量計測が行われると、以下のような現象となることがある。

置換を開始して時間が経過するにつれ流路内は、対流等により供給ガスと空気等の異なるガスが混合状態となり、ガス遮断装置内の上流側送受信器１７、下流側送受信器１８の付近も長い時間空気と供給ガスとの混合状態となる。上流側送受信器１７、或いは下流側送受信器１８により送信される超音波は、混合気体の中を伝搬することとなり、間欠制御手段１５で計測する時間毎に、伝搬時間の速いガス中を伝搬する場合と伝搬時間の遅いガス中を伝搬する場合とが不連続に発生する。例えば、ＬＰガスと空気の場合、空気中の伝搬時間がＬＰガス中よりも速くなる。又、空気と１３Ａ等の都市ガスの場合はその逆となる。

間欠制御手段１５により流量検出手段１６が駆動されるると、まず、送信手段２０より上流側送受信器１７が駆動されて超音波信号が送信され、下流側送受信器１８で受信される。受信手段２１は受信した超音波信号を増幅させ、受信信号として信号検出制御手段２２に出力する。

信号検出制御手段２２は、信号検出演算手段２７で求めた信号遮断時間が時間計測手段２８で計時される間、受信信号の信号検出手段への伝達を停止している。この信号遮断時間は、一番最初の上流側・下流側伝搬時間が求まるまで初期値の短い設定時間のため、早期に信号検出停止が解除されるが、間欠制御手段１５による次の計測からは前回計測された伝搬時間より求めた信号遮断時間となる。

時間計測手段２８によってこの信号遮断時間が計時されると信号検出制御手段２２は、受信信号を信号検出手段２４に出力し、信号検出手段２４は、所定(電圧)レベル以上に振幅成長した受信信号かを判定する。そして、所定(電圧)レベル以上の振幅の受信信号を検出すると受信完了と判定し伝搬時間計測手段２５に完了通知を行う。伝搬時間計測手段２５は完了通知を受けて伝搬時間を計測し、流量演算手段２９は、この伝搬時間に基づいて瞬時流量を求める。

置換開始して直後、まだガス遮断装置内がＬＰガスばかりの場合、流量演算手段２９で求めた瞬時流量は安定した流量状態であり、信号検出演算手段２７ではＬＰガス媒体での伝搬時間と第１の信号検出補正値とから信号遮断時間を求める。そして、求めた信号遮断時間を時間計測手段２８で計時さされると、信号検出制御手段２２で信号遮断が解除され、信号検出手段２４による受信信号の判定が行われ、所定振幅以上の超音波信号の検出を行うと伝搬時間計測手段２５は伝搬時間計測完了と判定し、計測された伝搬時間を流量演算手段２９に出力する。そして、この動作を繰り返すが、ガス配管内がＬＰガスのみで満たされている場合、ＬＰガスは空気に比較し伝搬速度が遅い為、長い伝搬時間が伝搬時間計測手段２５で計測される。
。

次に、ガス置換が進み、次第にガス遮断装置内に空気が侵入し空気と供給ガスとが混ざり合いながら流れていく状態となり、このような状態で超音波信号を送信すると、超音波は供給ガス或いは空気、或いは空気と供給ガスが均一にならず伝搬途中で交互に現れる中を通過しながら受信側の送受信器に到達する。この時、ＬＰガスのような伝搬速度の遅い媒体から急に密度の異なる空気内を通過すると伝搬速度が速いため伝搬時間が短くなる。

ここで、信号検出制御手段２２は、前回、ＬＰガスのみの状態で計測した長い伝搬時間より求めた信号遮断時間で制御されている為、所定振幅レベル以上の受信信号は遮断されてしまい、信号検出手段２４に達しないこととなる。その後、信号検出制御手段２２は、信号遮断解除の状態となり、正規の超音波信号より遅れてくる超音波信号の反射波が受信信号として信号検出手段２４に達し、受信信号として誤検出されてしまい、受信完了を判断すると、伝搬時間計測手段２５は、この反射波によって計測された時間を媒体での伝搬時間とすることになる。

しかしながら、本実施の形態におけるガス遮断装置では、このような伝搬時間が変動した信号が入力されるような混合ガス状態のような場合でも、定期的にタイマ手段２６より第２の信号検補正値を信号検出演算手段２７に出力することで、信号検出演算手段２７は前回の計測で求めた伝搬時間と第２の信号検出補正値とから信号遮断時間を求める事で、受信信号の判定開始を早めることができる。

結果、使用ガスが空気とＬＰガスの場合、第２の信号検出補正値は短い伝搬時間を検出できる値である為、早期に信号検出制御手段２２は信号遮断を解除でき、混合ガス状態により計測する伝搬時間が変化しようとも常に正規の超音波信号を検出することができる。

また、器具を使用することにより供給配管内が充分供給ガスに置換され、供給ガスに切
り替わった状態となった以降、何らかの異常で正規の受信信号が検出できなくなっても、信号検出演算手段２７はタイマ手段２６により定期的に第２の信号検出補正値を用いて信号遮断時間を演算することで、正規の受信信号を検出でき、正常な計測に復帰することができる。

一方並行して、平均流量演算手段３０では、流量演算手段２９で求めた瞬時流量を所定個数毎に平均した平均流量値が演算される。同時に瞬時流量は積算手段３３で使用量として積算される。そして、異常判定手段３１では、求められた平均流量と記憶している流量域毎に対応した使用時間の制限時間値、あるいは使用最大流量の監視判定値等とを比較、監視して、異常と判定時、遮断手段３２を駆動し供給ガスを停止する。

このようにガス遮断装置は、複数のガス媒体で流量計測を行うが、密度の異なる供給ガスとそれ以外のガス（例えば空気とＬＰガス、或いは空気と都市ガス１３Ａ等）とが一旦、混合状態となり継続すると超音波の受信位置が交互に異なるが、タイマ手段で定期的に信号検出補正値を切替えて信号検出制御手段２２の信号遮断時間を可変するために、例え混合状態になり媒体種によって伝搬時間が突然速くなったり短くなったりしても確実に超音波信号をとらえ、かつ伝搬時間を計測することができる。

従って、異常な受信位置で伝搬時間を計測し異常な流量となり、誤計測した流量で流量係数を求めるのを防止し、このため流量計測性能が悪化したり、最悪計量法で規定された器差範囲を逸脱したりすることがなく、ガス遮断装置に正確に流量係数を設定できるので、精度や信頼性が極めて高く、また、市場においても、ノイズに影響されず誤計測・誤遮断によりガス事業者が不要出動することなく使い勝手が高い効果がある。

なお、本実施の形態に使用した構成は一例であり、又使用形態も本実施の形態に限定されるものではない。

以上のように、本発明に係るガス遮断装置は、伝搬速度が異なるガス媒体毎の流量係数を計測し設定する際、外部環境のノイズによる誤計測を排除しつつガス置換時に誤って受信した波形の本来の計測位置でないタイミングで伝搬時間をご計測するのを防止する為のものであり、同様に液体や気体の混合となる各種計測メータ等の流量計測装置全般に適用できるものである。

１７ 上流側送受信器（送受信器）
１８ 下流側送受信器（送受信器）
１９ 切替手段
２０ 送信手段
２１ 受信手段
２２ 信号検出制御手段
２４ 信号検出手段
２５ 伝搬時間計測手段
２６ タイマ手段
２７ 信号検出演算手段
２８ 時間計測手段
２９ 流量演算手段
３０ 平均流量演算手段
３１ 異常判定手段
３２ 遮断手段

Claims (2)

1. 流路の流れに沿って対向配置され超音波信号を送受信する一対の送受信器と、
   前記一対の送受信器の送受信を切替える切替手段と、
   前記切替手段で送信側に設定された前記送受信器を駆動する送信手段と、
   前記切替手段で受信側に設定された前記送受信器で受信された超音波信号を受信信号として増幅する受信手段と、
   前記受信信号が所定の超音波信号レベルか否かを検出する信号検出手段と、
   前記信号検出手段における前記受信信号の検出開始時間を制御する信号検出制御手段と、前記送信手段の駆動開始から前記信号検出手段で受信信号を検出する迄の伝搬時間を計測する伝搬時間計測手段と、
   前記伝搬時間より瞬時流量を演算する流量演算手段と、
   前記信号検出制御手段による検出開始タイミングを早くするための制御信号を定期的に出力するタイマ手段と、
   前記伝搬時間計測手段で求めた伝搬時間と前記制御信号の有無に基づき、前記信号検出制御手段による検出開始時間を求める信号検出演算手段と、
   前記信号検出演算手段の演算結果に基づく時間を計時し前記信号検出制御手段に信号検出開始信号を出力する時間計測手段と、
   前記流量演算手段で求めた瞬時流量より平均流量を求める平均流量演算手段と、
   前記平均流量演算手段で求めた平均流量から異常の有無を判定する異常判定手段と、
   前記異常判定手段で異常判定成立時ガスの供給を遮断する遮断手段と、を備えたガス遮断装置。
2. 請求項１のガス遮断装置の手段の全てもしくは一部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

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