JP2019184350A

JP2019184350A - ガス遮断装置

Info

Publication number: JP2019184350A
Application number: JP2018073619A
Authority: JP
Inventors: 羽迫　里志; Satoshi Hasako; 里志羽迫; 政則中村; Masanori Nakamura; 貴士萱場; Takashi Kayaba
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: JP7117598B2

Abstract

【課題】テストスイッチとしてＭＲセンサを用いたガス遮断装置において、省電力化を図ること。【解決手段】マイコン２０１がＭＲセンサ２０２を駆動する駆動信号２０３の出力モードとして、パルス周期の短い高速モードと、パルス周期の長い低速モードの２つのモードを有し、高速モードのパルス周期ＴＨは、ＴＨとＮ−１を掛けた時間がノイズ継続時間よりも長く、連続Ｎ回検知したあと遮断するようにしたことで、磁石が接近していないにも関わらずノイズに反応してしまう誤検知が防止され、誤遮断の発生が抑制され、且つ消費電流が低減される。【選択図】図１

Description

本発明は、磁石をメータの所定位置に近づけたことを検知して所定の処理を実行するガス遮断装置に関するものである。

従来、ユーザが磁石をメータの所定位置に近づけたことを検知してテスト遮断動作の指示を受けたものと解釈しガスの流れを遮断するガス遮断装置、または、ユーザが磁石をメータの第２の所定位置に近づけたことを検知して容器リセット動作の指示を受けたものと解釈し容器リセット処理を実行するガス遮断装置がある。このガス遮断装置にテスト遮断もしくは容器リセットの指示を与える際のスイッチ（テスト遮断スイッチ、容器リセットスイッチと言う）として、磁石の接近を検知する素子であるリードスイッチが多く用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。

以下、従来のリードスイッチによるテスト遮断もしくは容器リセット操作を検知するスイッチ回路の構成について、図４を用いて説明する。

１０１はマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）、１０２はプルアップ抵抗、１０３はリードスイッチ、１０４は電源、１０５はグランドを示す。

マイコン１０１は、ガスの流量計測、積算、図示していない遮断弁の開閉駆動等を行うと共に、リードスイッチ１０３の検出を行っており、リードスイッチのＯＮを検出すると、遮断弁を閉じる等の制御を行う。

磁石の接近を検知していないときのリードスイッチ１０３の状態はオープンであり、その場合、マイコン１０１の入力端子はプルアップ抵抗１０２を通じて電源１０４に接続されているのでＨｉｇｈ電圧となる。一方、磁石の接近を検知したときのリードスイッチ１０３の状態はショートとなり、マイコン１０１の入力端子はグランド１０５に接続されているのでＬｏｗ電圧となる。リードスイッチ１０３は外部磁界により素子内部の電極が動きショートする事で電流が流れるが、磁界がかかっていないときは電極がオープン状態なので素子自体の消費電流はない。

また、ガス遮断装置において、リードスイッチが素子単独で使われることは少なく、ガラス管の保護や、基板への実装を容易にする等の目的で、樹脂などの保護ケースに組み込んで使われることが多い。

また、リードスイッチの代わりにＭＲセンサを用い、検知された磁力の大きさに応じて複数の処理を行うことが出来るようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１１７１７１号公報特許第４１０９８２０号公報

しかしながら、特許文献１のようにリードスイッチを用いる構成では、省電力化が図れるものの、樹脂などの保護ケースに組み込んで使用されることで部品サイズが大きくなり
、更なる小形化が難しいという課題を有していた。

また、特許文献２の従来技術のようなＭＲセンサを用いる方法では、ＭＲセンサが電源を必要とすることから、電池を電源とするガス遮断装置においては、電池を消耗するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ガス遮断装置のスイッチとしてＭＲセンサを用いる場合の消費電流を低減することを目的とする。

前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、外部からの磁石の近接を検知し磁石検知信号を出力するＭＲセンサと、遮断弁と、前記ＭＲセンサの磁石検知信号を受信、及び前記遮断弁の駆動を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記ＭＲセンサを間欠駆動する駆動信号を出力し、前記駆動信号に同期して得られる前記ＭＲセンサから磁石検知信号を複数回連続して受信したときに、外部からの磁石の近接と判断することで、テスト遮断スイッチや容器リセットスイッチとしてＭＲセンサを用いる構成において、消費電流の低減を実現することができる。

本発明のガス遮断装置は、ＭＲセンサをテスト遮断スイッチおよび容器リセットスイッチとして用いることで回路基板の小型化が容易であり、消費電流を低減することができる。

本発明の実施の形態１，２におけるガス遮断装置の構成図（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるガス遮断装置のＭＲセンサ制御のタイミングチャート（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態２におけるガス遮断装置のＭＲセンサ制御のタイミングチャート従来のリードスイッチを用いたスイッチ検知回路の構成図

第１の発明は、外部からの磁石の近接を検知し磁石検知信号を出力するＭＲセンサと、遮断弁と、前記ＭＲセンサの磁石検知信号を受信、及び前記遮断弁の駆動を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記ＭＲセンサを間欠駆動する駆動信号を出力し、前記駆動信号に同期して得られる前記ＭＲセンサから磁石検知信号を複数回連続して受信したときに、外部からの磁石の近接と判断するガス遮断装置で、ＭＲセンサを磁石の近接を検知するスイッチとして用いることで回路基板の小型化が容易となり、消費電流を低減することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記制御部は、前記駆動信号を第１の周期で出力する第１の駆動モードと第１の周期よりも長い第２の周期で出力する第２の駆動モードを有し、前記第２の駆動モード中に磁石検知信号を受信すると、前記第１の駆動モードに切り替わり、その後、磁石の検知信号を複数回連続して受信したときに、外部からの磁石の近接と判断することを特徴とするもので、更なる省電力化、若しくは、スイッチ検出のレスポンス性能を向上することができる。

第３の発明は、特に第１または２の発明において、前記制御部は、外部からの磁石の近接と判断した場合に、前記遮断弁を駆動し閉止することを特徴とするものである。

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、本発明の第１の実施の形態におけるガス遮断装置の構成図を示すものであり、以下、ＭＲセンサをテスト遮断スイッチとして利用する場合について説明する。

図１において、マイコン２０１は本発明のガス遮断装置全体の制御をつかさどっており、流量検知部２０７で検知された流量信号からガスの流量を算出し、積算をして表示装置２０８で表示したり、あるいは、算出されたガスの流量から異常な使用状態であると判断した場合は遮断弁２０５でガスを遮断するといった制御を行っている。

ＭＲセンサ２０２は磁石の接近を検知し、マイコン２０１は、ＭＲセンサ２０２の信号からテスト遮断の指示が与えられたことを判定する。駆動信号２０３はマイコン２０１から出力されＭＲセンサ２０２を間欠駆動する。磁石検知信号２０４は、磁石の接近を検知した事を示す信号である。遮断弁２０５は、マイコン２０１から閉止信号２０６を受信したときに、ガス流路を閉止することで、ガスの流れを遮断する。

図２に、本実施の形態におけるＭＲセンサ２０２の駆動信号と磁石検知信号を示すタイミングチャートを示す。ノイズによる誤遮断を避けるため、磁石検知信号を連続で複数回（Ｎ回）受信した事を以ってユーザが磁石を近づけたと判断し、遮断動作を行う。図２では、この回数がＮ＝２の例である。

図２（ａ）において、信号３０１Ａはマイコン２０１がＭＲセンサ２０２に出力する駆動信号の波形であり、０．２秒周期でＨｉｇｈレベルの駆動パルスが発生している様子を示している（ＨｉｇｈレベルでＭＲセンサが動作する）。なお、説明のためパルス幅Ｔｐを大きく図示しているが、実際にはパルスの周期に比べて無視できる程度に小さいものである。信号３０２ＡはＭＲセンサ２０２にかかる磁界の変化であり、Ｌｏｗレベルは検知できない磁界レベル、Ｈｉｇｈレベルは検知できる磁界レベルを示しており、信号３０２ＡがＨｉｇｈになった後、信号３０１Ａの２つ目の駆動パルスの直後に、磁石の接近を検知してＨｉｇｈレベルに変化する様子を示している。

ここで、信号３０３ＡはＭＲセンサ２０２がマイコン２０１に出力する磁石検知信号であり、信号３０２ＡがＬｏｗレベルの間はＬｏｗのままだが、信号３０２ＡがＨｉｇｈレベルになる、即ち、磁石が近接すると、信号３０１Ａと同期してパルス波形が発生し、磁石の接近を検知したことをマイコン２０１に伝達しはじめる様子を示している。そして、信号３０２ＡがＨｉｇｈになってから、Ｎ＝２回の磁石検知信号を受信してテスト遮断の操作と検出するまでの時間は約０．４秒となる。

また、図２（ｂ）において、信号３０１Ｂは信号３０１Ａと同様、マイコン２０１がＭＲセンサ２０２に出力する駆動信号の波形を示している。ここで、信号３０２ＢはＭＲセンサにかかる磁界の変化であるが、信号３０２Ａとは変化のタイミングが異なり、信号３０１Ｂの３つ目のパルスの直前に、磁石の接近を検知してＨｉｇｈレベルに変化する様子を示している。信号３０３Ｂは信号３０２Ｂの磁石の接近を検知して発生しはじめるパルスを示しているが、１回目のパルスの発生タイミングは信号３０２ＢがＨｉｇｈになった直後であり、３０２ＡがＨｉｇｈになってから、Ｎ＝２回の磁石検知信号を受信して遮断動作を行うまでの時間は約０．２秒となる。

以上、図２を用いた説明より、磁石が接近してから遮断動作が行われるまでの時間、すなわちユーザから見たスイッチのレスポンス時間は、最短で約０．２秒、最長で約０．４
秒となることが分かる。なお、約０．２秒あるいは約０．４秒と表現したのは、パルス幅Ｔｐの誤差を含んでいることを意味している。

以上のように、本実施の形態においては、ＭＲセンサ２０２を間欠駆動することで省電力化を図ることができるので、電池を電源とするガス遮断装置においてＭＲセンサを用いたテスト遮断スイッチを実現することができる。

（実施の形態２）
従来例のリードスイッチを用いた構成と違い、本実施の形態のＭＲセンサを用いた構成では、ＭＲセンサ２０２が能動素子であるため、磁石を検知するためには電源を供給しなければならない。消費電流を削減するためには、常時駆動ではなく間欠駆動とし、駆動信号の周期をできるだけ長く設定したほうが有利となる。しかし、駆動信号の周期を長くしすぎると、スイッチのレスポンス時間が長くなり、スイッチの操作感は遅くなる。つまり、消費電流とスイッチのレスポンス時間はトレードオフの関係にある。

以下に述べる本発明の第２の実施の形態は、スイッチのレスポンス時間をできるだけ犠牲にせずに、消費電流の低減をはかることを目的としている。

図３に、本実施形態のＭＲセンサの駆動信号と磁気の検知信号を示すタイミングチャートを示す。なお、本実施の形態における構成図は、図１と同じである。

図４において、信号４０１Ａ、信号４０２Ａ、信号４０３Ａは図２の信号３０１Ａ、信号３０２Ａ、信号３０３Ａのそれぞれの波形に対応している。また、信号４０１Ｂ、信号４０２Ｂ、信号４０３Ｂは図３の信号３０１Ｂ、信号３０２Ｂ、信号３０３Ｂのそれぞれの波形に対応している。そして、実施の形態１では駆動信号の出力周期が０．２秒で固定だったが、本実施の形態では周期が可変となっている点が異なる。

通常、マイコン２０１は、ＭＲセンサ２０２の駆動信号の出力周期を０.３秒として動作している（この動作状態を低速モードという）。実施の形態１の０．２秒周期に比べると、ＭＲセンサ２０２の駆動頻度が少ないため、低速モードでは消費電流は３分の２に削減される。そしてＭＲセンサ２０２が磁石の接近を検知して信号４０２Ａもしくは信号４０２Ｂ波形がＨｉｇｈになると、磁石検知信号が出力されはじめると同時に、マイコン２０１は、駆動信号の出力周期を０．１秒に変更する（この動作を高速モードという）。そして２回目の磁石検知信号は０．１秒後に出力されることになる。

高速モードでは、ＭＲセンサ２０２の駆動頻度が多くなり、実施の形態１の０．２秒周期に比べると消費電流は２倍となる。この消費電流の増加は一時的なもので、本実施形態の場合では０．２秒程度と非常に短い時間であり、通常ガスメータの検針が月１回であり磁石操作が稀である事を考えると、その影響はわずかである。

例として、検針回数が月１回、磁石操作が１回の検針あたり１０回の場合について試算を行う。１か月に高速モードで動く時間は、０．１秒×１０回＝１秒となる。１か月を３０日とすれば、トータルの秒数は６０×６０×２４×３０＝２５９２万秒となり、低速モードで動く時間は、１か月から１秒を差し引いて、２５９１万９９９９秒となる。実施形態１に対する消費電流の倍率を、時間の加重平均で計算すると、（２／３）×（１／２５９２００００）＋２×（２５９１９９９９／２５９２００００）≒０．６７となる。これは低速モードの消費電流倍率である３分の２にほぼ等しい値であり、実施の形態１の周期０．２秒に対する低速モード周期ＴＬ＝０．３秒の比率が、ほぼそのまま効果として現れたことを意味する。

また、信号４０２Ａまたは信号４０２ＢがＨｉｇｈになってから、Ｎ＝２回の磁石検知信号を受信して遮断動作を行うまでの時間であるが、図３（ａ）では約０．４秒、図３（ｂ）では０．１秒なので、磁石が接近してから遮断動作が行われるまでの時間、すなわちユーザから見たスイッチのレスポンス時間は、最短で約０．１秒、最長で約０．４秒となる。

従って、実施の形態１の駆動信号のパルス周期一定の場合のスイッチのレスポンス時間は、最短で約０．２秒、最長で約０．４秒だったので、本実施の形態ではこれと同等以上のレスポンス性能が得られていることがわかる。

なお、信号４０３Ｂの波形の中に、継続時間０．０５秒のノイズを示しているが、周期０．１秒以下であるため、ノイズを磁石検知信号と間違えて検知したとしても、Ｎ＝２回連続検知することが遮断を行う条件であるため、このノイズによる誤検知は回避され、誤ってガスが遮断されることはない。即ち、本実施の形態におけるノイズ継続時間の限界値は０．１秒となり、信号４０３Ｂに示したノイズに対しては０．０５秒のマージンを有していることとなる。

なお、上記実施の形態において、高速モードにおける駆動信号出力の周期を０．１秒としてたが、高速モードの周期は想定されるノイズの継続時間に応じて誤検知が発生しない最短の周期に適宜設定することで、レスポンス性能を向上することができる。

また、本実施の形態では、省電力の観点から低速モードの周期を０．３秒としたが、電力消費に関して低速モードが支配的であることを考慮すると、実施の形態１と同様の０．２秒とし、高速モード時に０．１秒とすることで、消費電力は実施の形態１とほぼ同じで、スイッチのレスポンス時間は、最短で約０．１秒、最長で約０．３秒とすることができ、レスポンス性能を向上することができる。

以上のように、本発明にかかるガス遮断装置は、スイッチのレスポンスを犠牲にすることなくＭＲセンサの消費電流を低減することが可能であるが、必ずしもテスト遮断スイッチと容器リセットスイッチという特定の用途のスイッチに限定されるものではなく、その他の間欠駆動されるＭＲセンサ回路にも適用できる。

２０１マイコン（制御部）
２０２ＭＲセンサ
２０３駆動信号
２０４磁石検知信号
２０５遮断弁

Claims

外部からの磁石の近接を検知し磁石検知信号を出力するＭＲセンサと、遮断弁と、前記ＭＲセンサの検知信号を受信、及び前記遮断弁の駆動を行う制御部とを備え、
前記制御部は、
前記ＭＲセンサを間欠駆動する駆動信号を出力し、前記駆動信号に同期して得られる前記ＭＲセンサから磁石検知信号を複数回連続して受信したときに、外部からの磁石の近接と判断することを特徴とするガス遮断装置。
前記制御部は、前記駆動信号を第１の周期で出力する第１の駆動モードと第１の周期よりも長い第２の周期で出力する第２の駆動モードを有し、
前記第２の駆動モード中に磁石の磁石検知信号を受信すると、前記第１の駆動モードに切り替わり、その後、磁石検知信号を複数回連続して受信したときに、外部からの磁石の近接と判断することを特徴とする請求項１に記載のガス遮断装置。
前記制御部は、外部からの磁石の近接と判断した場合に、前記遮断弁を駆動し閉止することを特徴とする請求項１または２に記載のガス遮断装置。