JP2019158763A - ガスメータ - Google Patents

Abstract

【課題】ガス流量の検出の際に、熱式のフローセンサの傾斜角度を検出し、ガス流量の検出結果を補正するガスメータを提供する。【解決手段】本発明の一側面に係るガスメータは、ガスメータの内部のガスが流れる流管に設置され、ガスの流量を検出するガス流量検出装置と、前記流管に前記ガス流量検出装置が設置された際の、前記ガス流量検出装置の傾斜角度を検出する加速度センサと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスメータに関する。

ガスメータに流量検出装置を設け、ガスの流量を検出することが行われている。流量検出装置には、例えば特許文献１−２のようなヒータとサーモパイルを備える熱式のフローセンサが用いられる。

特許第３６５８３２１号公報 特開２０１２−２４７２６６号公報

熱式のフローセンサによって検出される温度情報には、対流現象の影響も含まれる。そして、その温度情報に含まれる対流現象の影響の程度は、ガスメータに設置される熱式のフローセンサの傾斜角度に依存する。換言すれば、熱式のフローセンサの傾斜角度が異なると、ガス流量の検出結果も異なることとなる。すなわち、本発明者は、ガス流量の検出の際に、熱式のフローセンサの傾斜角度を検出し、当該傾斜角度を用いて流量を補正する必要があることを見出した。

本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス流量の検出の際に、熱式のフローセンサの傾斜角度を検出し、ガス流量の検出結果を補正するガスメータを提供することである。

本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。

すなわち本発明の一側面に係るガスメータは、ガスメータの内部のガスが流れる流管に設置され、ガスの流量を検出するガス流量検出装置と、前記流管に前記ガス流量検出装置が設置された際の、前記ガス流量検出装置の傾斜角度を検出する加速度センサと、を備える。

当該構成によれば、ガスメータに設けられるガス流量検出装置によって、ガスの流量を検出することができる。また、ガスメータに設けられる加速度センサによって、ガス流量検出装置の傾斜角度を検出することができる。よって、ガス流量検出装置に熱式のフローセンサを使用する場合、ガスメータは、熱式のフローセンサによってガスの流量を検出することができ、また、傾斜角度を用いて検出された流量から対流現象の影響を取り除く補正を行うことができる。

上記一側面に係るガスメータにおいて、前記ガス流量検出装置は、前記流管内を流れるガスを加熱するヒータと、ガスの流れる方向に前記ヒータを跨いで並んで設けられ、加熱されたガスの温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の出力に基づいてガスの流量を検出する流量検出部と、を備え、前記流量と、前記傾斜角度と、流量補正値の関係を記憶する記憶部と、前記記憶部において記憶された前記流量補正値を使用して前記流量を補正する流量補正部と、をさらに備える。

当該構成によれば、温度検出部によって熱の分布を検出し、ガスの流量を検出することができる。そして、記憶部に記憶される流量補正値の中から、検出した流量と流量測定装置の傾斜角度に最も適した流量補正値を選択し、選択した流量補正値を使用して流量を補正することができる。

すなわち、当該構成は、検出した流量から、対流現象の影響を取り除く補正を行うことができる。また、当該補正は、傾斜角度に応じてなされる。

上記一側面に係るガスメータにおいて、前記ガス流量検出装置は、前記温度検出部の出力に基づいてガスの物性値を検出する物性値検出部をさらに備え、前記記憶部は、前記物性値と、前記傾斜角度と、物性補正値の関係をさらに記憶し、前記流量補正部は、前記記憶部において記憶された前記物性補正値を使用して前記流量をさらに補正してもよい。

当該構成によれば、ガスの流量に加えて物性値を検出することができる。そして、記憶部に記憶される物性補正値の中から、検出した物性値と流量測定装置の傾斜角度に最も適した物性補正値を選択し、選択した物性補正値を使用して流量をさらに補正することができる。よって、流量の検出の精度を高めることができる。

本発明によれば、ガス流量の検出の際に、熱式のフローセンサの傾斜角度を検出し、ガス流量の検出結果を補正するガスメータを提供することができる。

図１は、本実施形態に係るガスメータの断面図の一例を模式的に例示する。 図２は、本実施形態に係る熱式のフローセンサの拡大図の一例を模式的に例示する。 図３は、ガスメータの機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。 図４は、ガスメータの処理手順を示すフローチャートの一例を模式的に例示する。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

§１ 適用例
図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、ガスメータ２００の断面図の一例を模式的に例示する。ガスメータ２００は、ガスが通過するガス管５０を備え、ガス管５０には、ガス流量検出装置１００が固定されている。また、ガス流量検出装置１００は、熱式のフローセンサ１を備える。熱式のフローセンサ１は、中央にマイクロヒータ２と、マイクロヒータ２の両側にサーモパイル３Ａ、３Ｂを備える。また、ガス流量検出装置１００は、コントローラ５を備える。また、ガス流量検出装置１００は、熱式のフローセンサ１と、コントローラ５が実装される回路基板６を備える。また、ガス管５０の中には、所定のガスが通過する。

また、ガスメータ２００は、サーモパイルの傾斜角度を検出する３軸加速度センサ４を
備える。また、ガスメータ２００内には、第二の回路基板２０１を備え、第二の回路基板２０１上には、ガスメータ２００の機能を制御するメインコントローラ２０２を備える。

ここで、ガスの流量は次のように算出される。ガス管５０にガスが流れている際に、マイクロヒータ２を起動し、周囲を加熱する。この際、マイクロヒータ２からの熱は、ガスの流れによって下流側に拡散される。当該熱の拡散は、サーモパイル３Ａ及び３Ｂによって検出される。具体的には、サーモパイル３Ａ及び３Ｂは、温度に関する検出信号を出力する。ガスの流量は、サーモパイル３Ａ及び３Ｂの出力の差分から算出される。

また、図１に示すように、マイクロヒータ２によってガスの加熱が行われると、マイクロヒータ２の周囲では、対流現象が起こり、熱が水平面に対して上方へ運ばれる。つまり、サーモパイル３Ａ又は３Ｂの出力には、対流現象の影響が含まれるため、検出した流量から対流現象の影響を取り除く補正を行う必要がある。また、サーモパイル３Ａ又は３Ｂの出力に含まれる対流現象の影響の程度は、サーモパイルの傾斜角度によって異なる。よって、傾斜角度に応じて流量の補正を行う。また、サーモパイル３Ａ又は３Ｂの出力に含まれる対流現象の影響の程度は、ガスの物性によっても異なる。よって、ガスの物性に応じて検出された流量の補正を行う。

ガスの流量の補正は、検出した流量に補正係数を乗じることによってなされる。ここで、補正係数は、ガスの流量、物性、及び傾斜角度に依存する係数である。

以上のように、ガス流量の検出の際に、熱式のフローセンサが備えるサーモパイルの傾斜角度を検出し、ガス流量の検出結果を補正するガスメータを提供することができる。

§２ 構成例
［ハードウェア構成］
次に、本実施形態に係るガス流量検出装置の一例について説明する。図１に示すように、ガスメータ２００は、ガスが通過するガス管５０を備え、ガス管５０には、ガス流量検出装置１００が固定されている。ガス流量検出装置１００は、熱式のフローセンサ１を備える。熱式のフローセンサ１は、中央にマイクロヒータ２と、マイクロヒータ２の両側にサーモパイル３Ａ、３Ｂを備える。また、ガス流量検出装置１００は、コントローラ５を備える。ここで、マイクロヒータ２は、本発明の「ヒータ」の一例であり、サーモパイル３Ａ、３Ｂは、本発明の「温度検出部」の一例である。

また、ガス流量検出装置１００は、熱式のフローセンサ１と、コントローラ５が実装される回路基板６を備える。また、ガス管５０の中には、所定のガスが通過する。

図２は、本実施形態に係る熱式のフローセンサ１の拡大図の一例を模式的に例示する。熱式のフローセンサ１は、マイクロヒータ２及びサーモパイル３Ａ、３Ｂを備える。マイクロヒータ２は、例えばポリシリコンで形成された抵抗体であり、熱式のフローセンサ１の中央部分に設けられる。また、サーモパイル３Ａ、３Ｂは、マイクロヒータ２の両側に設けられる。

また、図１に示す通り、マイクロヒータ２及びサーモパイル３Ａ、３Ｂの上下には絶縁薄膜７が形成される。また、熱式のフローセンサ１は、サーモパイル３Ａがガスの流れる方向の上流側、サーモパイル３Ｂが下流側となるように設置される。

また、ガスメータ２００内には、サーモパイルの傾斜角度を検出する３軸加速度センサ４を備える。ここで、３軸加速度センサ４は、本発明の「加速度センサ」の一例である。また、ガスメータ２００内には、第二の回路基板２０１を備え、第二の回路基板２０１上
には、ガスメータ２００の機能を制御するメインコントローラ２０２を備える。メインコントローラ２０２は、ガスメータ２００に設けられる流量測定装置１００、３軸加速度センサ４やその他の装置と信号の送受信を行うことができる。

３軸加速度センサ４は、例えば、互いに直交する３軸方向の加速度を検出する。そして、３軸方向の加速度から、例えば水平面に対する、マイクロヒータ２及びサーモパイル３Ａ、３Ｂを含む面に存在する２つの直交する軸（以下、Ｘ軸、Ｙ軸という）の傾斜角度と、水平面に対する、Ｘ軸とＹ軸に垂直な軸（Ｚ軸）の傾斜角度を検出する。すなわち、３軸加速度センサ４によって、サーモパイルの傾斜角度が検出される。

［流量検出原理］
次に、熱式のフローセンサ１を用いた流量検出の原理を説明する。ガス管５０にガスが流れていない場合、マイクロヒータ２からの熱は、マイクロヒータ２を中心として対称に拡散する。よって、サーモパイル３Ａと３Ｂの出力には差は生じない。一方、ガス管５０にガスが流れている場合、マイクロヒータ２からの熱は、ガスの流れの影響を受け、マイクロヒータ２を中心として対称に広がらず、下流のサーモパイル３Ｂ側へ、より拡散していく。よって、サーモパイル３Ａと３Ｂの出力に差は生じる。また、ガスの流量と上記の出力の差とは、比例関係にある。
上記のガスの流量とサーモパイル３Ａと３Ｂの出力の差との関係は、例えば下記の式（１）のように表される。
・・・（１）
ここで、ΔＶはガスの流量、Ｔ_Ａはサーモパイル３Ａの出力値、Ｔ_Ｂはサーモパイル３Ｂの出力値、ｖ_ｆは流速を表す。また、Ａ、ｂは定数である。本実施形態では上記の原理に従って流量を算出する。

また、サーモパイル３Ａ及び３Ｂの出力は、温度に関する信号である。よって、マイクロヒータ２を停止すれば、サーモパイル３Ａ又は３Ｂの出力からガス管５０内を流れるガスの温度を検出できることができる。また、マイクロヒータ２の周囲の熱の拡散は、ガスの流量のみならず、ガスの物性に依存する。換言すれば、サーモパイル３Ａ又は３Ｂの出力から、ガスの物性を検出することができる。

［機能構成］
図３は、ガスメータ２００の機能構成を示すブロック図の一例を模式的に例示する。ガス流量検出装置１００の回路基板６に設けられるコントローラ５は、サーモパイル３Ａ及び３Ｂから出力される信号を受信し、サーモパイル３Ａと３Ｂの出力の差分からガスの流量を検出する流量検出部８を備える。流量検出部８は、本発明の「流量検出部」の一例である。サーモパイル３Ａと３Ｂの出力の差分からガスの流量を算出する際には、式（１）が用いられる。

また、コントローラ５は、物性値検出部１１を備える。物性値検出部１１は、サーモパイル３Ａ又は３Ｂから出力される信号を受信し、当該信号に基づいてガスの物性値を算出する。ガスの物性値を算出する際、サーモパイル３Ａ又は３Ｂからの出力値とガスの物性値との対応関係表が使用されてもよい。

一方で、第二の回路基板２０１上に実装されるメインコントローラ２０２は、３軸加速度センサ４からの出力を受信し、サーモパイルの傾斜角度を検出する傾斜角度検出部１２を備える。また、メインコントローラ２０２は、検出された傾斜角度と、流量検出部８に
おいて検出されたガスの流量又は物性値検出部１１において検出されたガスの物性に基づいて流量を補正する流量補正部１０を備える。ここで、流量補正部１０は、本発明の「流量補正部」の一例である。

また、ガスメータ２００は、情報を記憶する記憶部１３を備え、記憶部１３には、算出した流量から対流現象によって生じた熱の移動の影響を取り除く補正値が記憶されている。記憶部１３は、本発明の「記憶部」の一例である。当該補正値は、流量補正部１０において流量を補正する際に使用される。補正値のうちの１つは、サーモパイルの傾斜角度とガスの流量に関する流量補正値である。また、補正値のうちの１つは、サーモパイルの傾斜角度とガスの物性値に関する物性補正値である。

また、メインコントローラ２０２は、補正された流量を、ガスメータにおいて検出された流量と決定する流量決定部１４を備える。

§３ 動作例
次に、図４を用いて、ガスメータ２００の動作例を説明する。図４は、ガスメータ２００の処理手順を示すフローチャートの一例を模式的に例示する。なお、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。

（ステップＳ２０１）
ステップＳ２０１では、マイクロヒータ２を起動する。マイクロヒータ２が起動されると、マイクロヒータ２の周囲が加熱される。そして、サーモパイル３Ａ及び３Ｂからは、マイクロヒータ２の周囲における温度に関する信号が出力される。サーモパイル３Ａ及び３Ｂの出力は流量検出部８へ送信される。そして、流量検出部８において、サーモパイル３Ａ及び３Ｂの出力の差分に基づいて、式（１）よりガスの流量は算出される。

（ステップＳ２０２）
次に、ステップＳ２０２では、傾斜角度検出部１２は、３軸加速度センサ４から互いに直交する３軸方向の加速度に関する出力を受信する。そして、３軸方向の加速度に関する出力から、水平面に対するＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の３つの傾斜角度を検出する。すなわち、水平面に対するサーモパイルの傾斜角度を検出する。

（ステップＳ２０３）
次に、ステップＳ２０３では、物性値検出部において、サーモパイル３Ａ又は３Ｂから出力される信号を受信し、ガスの物性値が検出される。ガスの物性値としては、例えば、熱拡散率、熱伝導率等が挙げられる。

（ステップＳ２０４）
マイクロヒータ２によってガスの加熱が行われると、マイクロヒータ２の周囲では、対流現象が起こり、熱が水平面に対して上方へ拡散される。そして、流量検出部８において流量を算出する際に使用されるサーモパイル３Ａ、３Ｂの出力には、この対流現象による上方への熱の拡散の影響が含まれている。換言すれば、検出された流量から、対流現象の影響を取り除く補正を行う必要がある。また、対流現象の影響の程度は、ガスの流量によって変化するものである。また、サーモパイル３Ａ、３Ｂによって検出される対流現象の影響による熱の拡散の程度は、サーモパイルの傾斜角度によっても変化するものである。よって、ステップＳ２０４では、当該補正を行うために、上記のステップにおいて検出された熱式のフローセンサ１の傾斜角度と流量に最も適した補正値を、記憶部１３に記憶される流量補正値の中から選択する。流量補正値を選択する際、検出した流量と傾斜角度に
最も近い流量補正値を選択する。

（ステップＳ２０５）
また、熱の拡散は、ガスの流量のみならず、物性にも依存する。つまり、対流現象による上方への熱の拡散の影響を取り除く補正を行う際、ガスの物性も考慮する必要がある。ステップＳ２０５では、ガスの物性を考慮した補正を行うために、上記のステップにおいて算出されたガスの物性とサーモパイルの傾斜角度に最も適した補正値を、記憶部１３に記憶される物性補正値の中から選択する。また、物性補正値を選択する際、検出した物性と熱式のフローセンサ１の傾斜角度に最も近い物性補正値を選択する。

（ステップＳ２０６）
ステップＳ２０６では、ステップＳ２０４、Ｓ２０５において決定された流量補正値及び物性補正値を使用して、流量の補正を行う。具体的には、流量補正部１０は、ステップＳ２０１にて流量検出部８において算出した流量に、ステップＳ２０４において決定された流量補正値を乗じる。また、流量にＳ２０５において決定された物性補正値を乗じる。

（ステップＳ２０７）
ステップＳ２０７では、流量決定部１４において、ステップＳ２０６にて補正された流量をガスメータにおいて検出された流量として決定する。

上記のステップＳ２０１からステップＳ２０７を実行し、ガスメータ２００は、ガス流量の検出を行う。

［作用・効果］
以上のように、本実施形態では、ガスメータ２００は、ガス流量検出装置１００において、ガスの流れによって生じた熱の分布を、熱式のフローセンサ１によって検出し、ガスの流量を検出することができる。また、ガスメータ２００は、３軸加速度センサ４を使用し、例えば水平面に対するサーモパイルの傾斜角度を算出することができる。そして、記憶部１３に記憶される補正値から、検出した傾斜角度に最も適した補正値を選択し、選択した補正値を検出した流量に乗じることによって、流量を補正することができる。すなわち、ガスメータ２００は、検出した流量から対流現象によって生じた熱の移動の影響を取り除く補正を行うことができる。

また、当該補正は、サーモパイルの傾斜角度に応じてなされている。すなわち、ガスメータ２００は、傾斜角度に応じて、流量を精密に補正し、精度高く流量を検出することができる。

また、ガスメータ２００は、ガス流量検出装置１００において、ガスの流量に加えてガスの物性値を検出することができる。そして、記憶部１３に記憶される物性補正値の中から、検出した物性値と傾斜角度に最も適した物性補正値を選択し、選択した物性補正値を使用して流量をさらに補正することができる。すなわち、上記の複数のガスの物性に基づいて流量を補正することができるため、流量の検出の精度を高めることができる。

また、ガスメータ２００は、３軸加速度センサ４によって、サーモパイルの３つの傾斜角度（水平面に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾き）を検出している。よって、ガス流量検出装置１００の傾きを立体的に把握することができる。そして、ガス流量検出装置１００の傾きに基づいて、流量を精密に補正することができる。よって、精度高く流量を検出することができる。

また、上記の実施形態では、ステップＳ２０４において、流量補正値を選択する際、検
出した流量と傾斜角度に最も近い流量補正値を選択しているが、検出した流量と傾斜角度に最も近い前後２つの補正値を選択し、２つの補正値を按分して、流量補正値としてもよい。

また、上記の実施形態では、ステップＳ２０５において、物性補正値を選択する際、検出した物性と傾斜角度に最も近い物性補正値を選択しているが、検出した物性と傾斜角度に最も近い前後２つの補正値を選択し、２つの補正値を按分して、物性補正値としてもよい。

また、上記のステップでは、検出した流量に各種補正値を乗じているが、補正値を使用して加算、減算、除算などの計算を行い、流量を補正してもよい。

また、流量検出部８において検出された流量情報は、流量補正部１０へ送信される前に、物性値検出部１１において検出された物性値に基づいて補正されてもよい。

以上で開示した実施形態や変形例はそれぞれ組み合わせる事ができる。

なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
＜発明１＞
ガスメータ（２００）の内部のガスが流れる流管（５０）に設置され、ガスの流量を検出するガス流量検出装置（１００）と、
前記流管（５０）に前記ガス流量検出装置（１００）が設置された際の、前記ガス流量検出装置（１００）の傾斜角度を検出する加速度センサ（４）と、を備える、
ガスメータ（２００）。
＜発明２＞
前記ガス流量検出装置（１００）は、
前記流管（５０）内を流れるガスを加熱するヒータ（２）と、
ガスの流れる方向に前記ヒータ（２）を跨いで並んで設けられ、加熱されたガスの温度を検出する温度検出部（３Ａ、３Ｂ）と、
前記温度検出部（３Ａ、３Ｂ）の出力に基づいてガスの流量を検出する流量検出部（８）と、を備え、
前記流量と、前記傾斜角度と、流量補正値の関係を記憶する記憶部（１３）と、
前記記憶部（１３）において記憶された前記流量補正値を使用して前記流量を補正する流量補正部（１０）と、をさらに備える、
発明１に記載のガスメータ（２００）。
＜発明３＞
前記ガス流量検出装置（１００）は、前記温度検出部（３Ａ、３Ｂ）の出力に基づいてガスの物性値を検出する物性値検出部（１１）をさらに備え、
前記記憶部（１３）は、前記物性値と、前記傾斜角度と、物性補正値の関係をさらに記憶し、
前記流量補正部（１０）は、前記記憶部（１３）において記憶された前記物性補正値を使用して前記流量をさらに補正する、
発明２に記載のガスメータ（２００）。

１・・・フローセンサ
２・・・マイクロヒータ
３Ａ、３Ｂ・・・サーモパイル
４・・・３軸加速度センサ
５・・・コントローラ
６・・・回路基板
７・・・絶縁薄膜
８・・・流量検出部
１０・・・流量補正部
１１・・・物性値検出部
１２・・・傾斜角度検出部
１３・・・記憶部
１４・・・流量決定部
５０・・・ガス管
１００・・・ガス流量検出装置
２００・・・ガスメータ
２０１・・・第二の回路基板
２０２・・・メインコントローラ

Claims (3)

1. ガスメータの内部のガスが流れる流管に設置され、ガスの流量を検出するガス流量検出装置と、
   前記流管に前記ガス流量検出装置が設置された際の、前記ガス流量検出装置の傾斜角度を検出する加速度センサと、を備える、
   ガスメータ。
2. 前記ガス流量検出装置は、
   前記流管内を流れるガスを加熱するヒータと、
   ガスの流れる方向に前記ヒータを跨いで並んで設けられ、加熱されたガスの温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部の出力に基づいてガスの流量を検出する流量検出部と、を備え、
   前記流量と、前記傾斜角度と、流量補正値の関係を記憶する記憶部と、
   前記記憶部において記憶された前記流量補正値を使用して前記流量を補正する流量補正部と、をさらに備える、
   請求項１に記載のガスメータ。
3. 前記ガス流量検出装置は、前記温度検出部の出力に基づいてガスの物性値を検出する物性値検出部をさらに備え、
   前記記憶部は、前記物性値と、前記傾斜角度と、物性補正値の関係をさらに記憶し、
   前記流量補正部は、前記記憶部において記憶された前記物性補正値を使用して前記流量をさらに補正する、
   請求項２に記載のガスメータ。