JP3589397B2

JP3589397B2 - 流量パルス発生方法及び装置並びに電子式ガスメータ

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Publication number: JP3589397B2
Application number: JP19889199A
Authority: JP
Inventors: 真一田中
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2019-07-13
Also published as: JP2001027554A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスの流速に応じて変化する物理量を間欠的に、すなわち、サンプリング周期にて計測し、この計測した物理量によってガス流速を求め、この流速と流路の断面積とによって瞬時流量を求め、この瞬時流量に間欠時間を乗じて求めた通過体積に応じてガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生する流量パルス発生方法及び装置に関するものである。
本発明は更に、流量パルス発生装置において計測した通過体積を積算して表示する計量表示部と流量パルス発生装置の発生する流量パルスによってガス流の異常を検出する保安論理部とを内蔵した電子式ガスメータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の膜式のガスメータでは、ダイヤフラムからなる隔膜によって仕切られた２つの部屋と、この２つの部屋の各々をガス入口部及びガス出口部に交互に接続する滑弁からなる切換弁と、隔膜と切換弁を連結して隔膜の移動を切換弁に伝達して切換弁を駆動する連結機構とを備えた構造を有している。このガスメータでは、ガスメータの下流側においてガス消費などがあってガス出口部のガス圧が低下すると、ガス入口部とガス出口部との間に差圧が生じ、ガス入口部につながっている一方の部屋にガスが流入し、このガスの流入により隔膜が移動してガス出口部につながっている他方の部屋のガスが排出される。一方の部屋に十分なガスが流入し、他方の部屋のガスが十分に排出される程に隔膜が移動すると、この隔膜の移動が連結機構を介して切換弁に伝達されて切換弁を駆動し、それまでガス入口部に接続されていた一方の部屋をガス出口部に接続し、ガス出口部に接続されていた他方の部屋をガス入口部に接続するようになる。
【０００３】
よって、以後他方の部屋にガスが流入し、一方の部屋のガスが排出されるようになる。また、連結機構の途中から得た動力によって駆動され、隔膜が一往復して所定ガス量を排出したことに応じて１回転するＮＳ極の着磁されたマグネットが取付られており、このマグネットの１回転によってリードスイッチがオン、オフして流量パルスを発生するようになっている。すなわち、隔膜の往復動に連動して回転するマグネットとリードスイッチによって流量センサが構成されている。また、ガスメータには、上述した流量センサからの流量パルスに基づいてガス流を監視してその異常を検出し、ガス事故を防止する各種の保安機能を実行する保安論理部が内蔵されている。
【０００４】
ところで、上述の流量センサがガス流量を検出して発生する流量パルスは、隔膜が一往復して例えば０．７Ｌの単位計量体積を計量する毎に発生される２つのパルスからなっており、この流量パルスの周期はガス流量が大きくなると短くなり、小さくなると長くなる。この流量パルスを利用する保安論理部は、流量パルスの各パルスが入力される毎に前回パルスからの周期を計測処理してガス流量を求め、このガス流量に基づいて論理処理を行って保安のための機能を果たすようになっている。
【０００５】
最近、上述した膜式のガスメータは機械的な動作を伴うため、構造が複雑でかつ小型化に制限があるほか、寿命の点でも問題があるので、膜式のガスメータに代えて完全に電子化した各種の電子ガスメータが提案されている。これらに共通していることは、ガス流の速度によって変化する物理量を計測することによってガス流速を求め、この求めた流速と流路の断面積とによって瞬時流量を求め、この瞬時流量を積分して通過体積を計算し、この通過体積を積算して積算流量を求めるようにしている。例えば、超音波式流量センサでは、ガス流の速度によって超音波の伝達時間が変化することを利用し、ガス流中に超音波を間欠的に発射してその到達時間を計測することによって、ガス流速を計測し、この計測した流速に流路の面積を乗じて瞬時流量を求め、この瞬時流量に間欠時間を乗じて通過流量を算出するようになっている。
【０００６】
したがって、ガスメータの積算流量を求める機能だけを得ようとするのであれば、上述したように、流速と流路の断面積とによって瞬時流量を求め、この瞬時流量を積分して積算流量を求めるようにすればよいが、開発の手間や安全規格の再取得などの観点から、保安論理部に従来からのものを利用しようとした場合には、流量センサの出力によって計測した物理量に基づいて通過体積を求める流量計測部に、通過体積に応じた周期の流量パルスを出力させる機能を付加する必要がある。
【０００７】
因みに、通過流量が１００（ｍ^３／ｈ）で４０（Ｌ／パルス）の流量パルスを出力する場合には、流量パルスの信号周波数は０．６９４Ｈｚ（周期は１．４４秒）となるが、流量パルスを精度良く出力するためには、超音波式センサでは超音波を発射して流速を計測する周期、すなわち、サンプリング周期を１．４４秒以下にしなければならない。これは、ガス流速或いはガス流量を反映した周期の流量パルスを出力しようとしたとき、その出力周期がくる前に計測を終わっていなければならないからである。このため、１００（ｍ^３／ｈ）以上の通過流量のものを考えたときには、流量計測部におけるサンプリング周期が限りなく短くなっていく。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、流量パルスを発生する毎にサンプリングを行うようにしたものにおいては、短い周期の流量パルスを発生する場合、サンプリング周期をそれに伴って短くしておくことが必要となる。例えば、超音波式の流量センサでは、サンプリング毎に超音波を発射して信号処理を行わなければならず、電力消費が大きくなり、電源として電池を使用しているが、電池交換をできるだけ避けたいガスメータに上述のような流量パルス発生方法及び装置を適用することが難しくなる。
【０００９】
よって、本発明は、上述した点に鑑み、サンプリング周期を短くすることなく、ガスの通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生できるようにした流量パルス発生方法及び装置を提供することを課題としている。
【００１０】
本発明はまた、サンプリング周期を短くすることなく、ガスの通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生できるようにした流量パルス発生装置と、該流量パルス発生装置の発生する流量パルスを利用する保安論理部とを有する電子式ガスメータを提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため成された請求項１記載の発明は、通過体積を一定周期で間欠的に算出し、通過体積を算出する毎に、該算出した通過体積の１／Ｎ値を算出し、該算出した１／Ｎ値をそれ以前の積算値に順次積算し、該積算値が単位通過体積の１／２以上となる毎にその積算回数を求めるとともに積算値から単位通過体積の１／２の値を減算することを前記１／Ｎ値をＮ回積算するまで繰り返して求めた前記積算回数に前記一定周期の１／Ｎを乗じて出力を反転するタイミングを事前に決定し、その後、次の通過体積の算出までに、前記決定したタイミングで出力を反転して前記通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生することを特徴とする流量パルス発生方法に存する。
【００１２】
請求項１記載の流量パルス発生方法の手順によれば、一定周期で間欠的に算出した通過体積の１／Ｎ値を、その算出毎に、算出した通過体積の１／Ｎ値を算出し、該算出した１／Ｎ値をそれ以前の積算値に順次積算し、該積算値が単位通過体積の１／２以上となる毎にその積算回数を求めるとともに積算値から単位通過体積の１／２の値を減算することを１／Ｎ値をＮ回積算するまで繰り返す。積算回数に一定周期の１／Ｎを乗じて決定したタイミングで出力を反転して通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生する。
【００１３】
以上により、算出した通過体積が小さいときには１／Ｎ値が小さくなって、その積算値が単位通過体積の１／２以上となることがなく、次の通過体積が算出されるまでに出力を反転するタイミングが決定されることがない。また、通過体積が大きいときには１／Ｎ値が大きくなって、その積算値が単位通過体積の１／２以上となることが複数回となって、次の通過体積が算出されるまで出力を反転するタイミングが複数決定されることになる。よって、積算した通過体積が小さいときすなわち流量が小さいときには、１回間欠的に算出した通過体積によっても流量パルスを出力しなくなり、また積算した通過体積が大きいときすなわち流量が大きいときには、１回間欠的に算出した通過体積でも単位通過体積の１／２毎に反転する複数の流量パルスを出力するようになるので、通過体積が大きい場合にも、間欠的な通過体積の算出周期を短くすることなく、すなわち、サンプリング周期を短くすることなく、通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生できる。また、流量パルスは単位通過体積の１／２すなわち半分の積算値毎に反転するので、流量パルスの立ち上がり又は立ち下がりから立ち下がり又は立ち上がりによって、単位通過体積を検出することができる。
【００１４】
上記課題を解決するため成された請求項２記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、通過体積を一定周期で間欠的に算出する通過体積算出手段１４ａ−１と、該通過体積算手段によって通過体積が算出される毎に、前記通過体積の１／Ｎ値を算出する１／Ｎ算出手段１４ａ−２と、前記１／Ｎ値を順次積算する積算手段１４ａ−３と、前記１／Ｎ値をＮ回積算するまで、前記積算手段による積算値が単位通過体積の１／２以上となるまでの積算回数を計数することを繰り返す積算回数計数手段１４ａ−４と、前記１／Ｎ値をＮ回積算するまで、前記積算値が単位通過体積の２分の１となる毎に前記積算値から単位通過体積の１／２の値を減算することを繰り返す減算手段１４ａ−５と、前記積算回数に前記一定周期の１／Ｎを乗じ、前記通過体積算出手段が通過体積を次に算出するまでの出力を反転するタイミングを決定するタイミング決定手段１４ａ−６と、該タイミング決定手段によって決定したタイミングで出力を反転して前記通過体積に応じた周期の単位通過体積に対応する流量パルスを発生するパルス発生手段１４ａ−７とを備えることを特徴とする流量パルス発生装置に存する。
【００１５】
請求項２記載の流量パルス発生装置によれば、通過体積算出手段１４ａ−１が一定周期で間欠的に通過体積を算出し、その算出毎に、１／Ｎ算出手段１４ａ−２が通過体積の１／Ｎ値を算出する。積算手段１４ａ−３が１／Ｎ値を順次積算し、１／Ｎ値をＮ回積算するまで、積算手段による積算値が単位通過体積の１／２以上となるまでの積算回数を積算回数計数手段１４ａ−４が計数することを繰り返す。また、１／Ｎ値をＮ回積算するまで、積算値が単位通過体積の２分の１となる毎に減算手段１４ａ−５が積算値から単位通過体積の１／２の値を減算することを繰り返す。タイミング決定手段１４ａ−６が積算回数に一定周期の１／Ｎを乗じ、通過体積算出手段が通過体積を次に算出するまでの出力を反転するタイミングを決定する。パルス発生手段１４ａ−７がタイミング決定手段によって決定したタイミングで出力を反転して前記通過体積に応じた周期の単位通過体積に対応する流量パルスを発生する。
【００１６】
以上により、算出した通過体積が小さいときには１／Ｎ値が小さくなって、その積算値が単位通過体積の１／２以上となることがなく、次の通過体積が算出されるまでに出力を反転するタイミングが決定されることがない。また、通過体積が大きいときには１／Ｎ値が大きくなって、その積算値が単位通過体積の１／２以上となることが複数回となって、次の通過体積が算出されるまで出力を反転するタイミングが複数決定されることになる。よって、積算した通過体積が小さいときすなわち流量が小さいときには、１回間欠的に算出した通過体積によっても流量パルスを出力しなくなり、また積算した通過体積が大きいときすなわち流量が大きいときには、１回間欠的に算出した通過体積でも単位通過体積の１／２毎に反転する複数の流量パルスを出力するようになるので、通過体積が大きい場合にも、間欠的な通過体積の算出周期を短くすることなく、すなわち、サンプリング周期を短くすることなく、通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生できる。また、流量パルスは単位通過体積の１／２すなわち半分の積算値毎に反転するので、流量パルスの立ち上がり又は立ち下がりから立ち下がり又は立ち上がりによって、単位通過体積を検出することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の流量パルス発生装置において、前記タイミング決定手段は、前記積算回数に前記一定周期の１／Ｎを乗じて求めた時間を格納する時間格納手段１４ｃ−１と、該時間格納手段に格納された時間を順次読み出し計時するタイマ手段１４ｃ−２とを有し、該タイマ手段が前記読み出した時間を計時した時点を、前記通過体積算出手段が通過体積を次に算出するまでの出力を反転するタイミングとして決定することを特徴とする流量パルス発生装置に存する。
【００１８】
請求項３記載の流量パルス発生装置によれば、時間格納手段１４ｃ−１が積算回数に一定周期の１／Ｎを乗じて求めた時間を格納し、タイマ手段１４ｃ−２が格納されている時間を順次読み出し計時し、タイマ手段が読み出した時間を計時した時点を、通過体積算出手段が通過体積を次に算出するまでの出力を反転するタイミングとして決定するので、通過体積を算出した直前に積算値があるときの積算回数は前の積算値を反映し１／Ｎ値を積算する回数が小さく、その後の積算回数は大きくなる。よって、時間格納手段１４ｃ−１には、積算回数に一定周期の１／Ｎを乗じて求めた複数の時間が格納されることがあるが、タイマ手段１４ｃ−２が格納された時間を順次読出して計時し、ガスの通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスに変換して出力することができる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の流量パルス発生装置と、該流量パルス発生装置の前記通過体積算出手段によって求めた通過体積を積算する通過体積積算手段１４ａ−８と、該通過体積積算手段により積算した通過体積を表示する表示手段１５と、前記流量パルス発生装置の発生する流量パルスによってガス流の異常を検出する保安論理手段２０とを備えることを特徴とする電子式ガスメータに存する。
【００２０】
請求項４記載の電子式ガスメータによれば、流量パルス発生装置が通過体積に応じた周期の流量パルスを発生するので、保安論理手段２０として流量パルスの各パルスの周期によってガス流の異常を検出するものを使用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は本発明による流量パルス発生方法を実施する装置及び流量計測装置を組み込んだ電子式ガスメータ１を示している。図示の電子式ガスメータ１は流量計測部１００と保安論理部２０とを有する。
【００２２】
流量計測部１００は、ガスの流速に応じて変化する物理量を間欠的に、すなわち、サンプリング周期にて計測し、この計測した物理量によってガス流速を求め、この流速と流路の断面積とによって瞬時流量を求め、この瞬時流量に間欠時間を乗じて通過体積を求めると共に、この求めた通過体積によりガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生し、この流量パルスを保安論理部２０に供給するようになっている。保安論理部２０は、流量計測部１００からの流量パルスによってガス流の異常を検出する。
【００２３】
流量計測部１００として、図３に示す超音波式のものを例にして以下説明する。超音波式の流量計測部１００は、ガスを流すガスメータ中の流路としてのガス流路１０内にガス流方向において距離Ｌだけ離され互いに対向し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ＴＤ１及びＴＤ２と、ガス流路１０に連通した空所１０ａ内に距離ｌだけ離れた管壁１０ｂに対向して配置された音響トランスジューサＴＤ３とを有する。ガス流路１０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１０を遮断する遮断弁１０ｃが設けられている。
【００２４】
各トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２、ＴＤ３はトランスジューサインタフェース（Ｉ／Ｆ）回路１１ａ及び１１ｂをそれぞれ介して送信回路１２及び受信回路１３に接続されている。送信回路１２は、マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）１４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パルスバーストの形で送信し、このための発振回路（図示せず）を内蔵している。受信回路１３は、ガス流路１０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処理する前置増幅器（図示せず）を内蔵している。トランスジューサＴＤ３については、トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２に対するとは別のタイミングでμＣＯＭ１４が送信回路１２と受信回路１３を制御し、トランスジューサＴＤ３を駆動して超音波信号を発生させるように送信回路１２を制御するとともに、同じトランスジューサＴＤ３が管壁１０ｂから反射されてくる超音波信号を受信して発生する信号を入力させるように受信回路１３を制御する。
【００２５】
μＣＯＭ１４はまた、ＭＯＤＥＭ（変復調回路）１８、ＮＣＵ（網制御ユニット）１９を介して公衆通信網である電話回線に接続され、遠隔の管理センタとの間で通信を行う通信処理も行うようになっている。
【００２６】
なお、μＣＯＭ１４は、図４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）１４ａ、ＣＰＵ１４ａ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ＲＯＭ１４ｂ、ＣＰＵ１４ａ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ＲＡＭ１４ｃなどを内蔵し、これらがバスライン１４ｄによって相互接続されている。
【００２７】
μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、送信回路１２から信号を供給するトランスジューサと受信回路１３で超音波信号を受信するトランスジューサとを交互に切り替える制御を行うと共に、２つのトランスジューサ間で交互に送受信した超音波信号の伝搬時間を測ってガス流路１０内を流れているガスの流速を間欠的に求めるための流速算出処理の他に、この算出した流速とガス流路１０の断面積とに基づいて瞬時流量を求める流量算出処理、算出した瞬間流量に間欠時間を乗じて通過体積を算出する通過体積算出処理、算出した通過体積を積算して積算通過体積を求める通過体積積算処理、この通過体積積算処理によって求めた通過体積積算値を表示器１５に表示させる表示処理を行う。これらはガスメータとしての本来の機能にかかわるものである。この他、μＣＯＭ１４内のＣＰＵ１４ａは、算出した通過体積を利用してガスの単位通過体積に対応した流量パルスを出力ポートＯに発生する流量パルス発生処理を行うようになっている。
【００２８】
上述したガスメータとして働くための流量計測の原理を以下に説明する。μＣＯＭ１４の内蔵するＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力してパルスバースト信号を発生させ、これを一方のトランスジューサＴＤ１、ＴＤ２に供給させて、この一方のトランスジューサに超音波信号を発生させる。また、一方のトランスジューサから送信された超音波信号を受信する他方のトランスジューサからの信号を受信回路１３に受信させ、これに応じて受信回路１３が発生する信号を取り込む。その後、μＣＯＭ１４の内蔵するＣＰＵ１４ａは、超音波信号を発生するトランスジューサと超音波信号を受信するトランスジューサを逆にして同じ動作をもう一度繰り返す制御を行う。そして、μＣＯＭ１４のＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力して一方のトランスジューサに超音波信号を発生させて、この超音波信号を受信する他方のトランスジューサが発生する信号を受信回路１３を介して取り込むまでの時間Ｔ１、Ｔ２をそれぞれ測り、この測った時間Ｔ１、Ｔ２からガス流の流速を後述のようにして求める。
【００２９】
また、μＣＯＭ１４のＣＰＵ１４ａは、トランスジューサＴＤ１、ＴＤ２についての制御とは別のタイミングで、トランスジューサＴＤ３についての制御を行い、送信回路１２にトリガ信号を出力してパルスバースト信号を発生させ、これをトランスジューサＴＤ３に印加させて、このトランスジューサＴＤ３に超音波信号を発生させる。また、トランスジューサＴＤ３から送信され管壁１０ｂで反射された超音波信号を受信する同じトランスジューサＴＤ３からの信号を受信回路１３に受信させ、これに応じて受信回路１３が発生する信号を取り込む。そして、ＣＰＵ１４ａは、送信回路１２にトリガ信号を出力してトランスジューサＴＤ３に超音波信号を発生させて、この超音波信号の反射の第１波と第２波を受信する同じトランスジューサＴＤ３が発生する信号を受信回路１３を介して取り込むまでの時間Ｔｒ１、Ｔｒ２をそれぞれ測り、この測った時間Ｔｒ１、Ｔｒ２からガス流路１０内と同じ温度、圧力、ガス種であるが、ガス流のない雰囲気における音速を後述のようにして求める。
【００３０】
今、静止ガス中での音の伝搬速度（音速）をｃ、ガス流の流速をｖとすると、ガス流の順方向の超音波信号の伝搬速度は（ｃ＋ｖ）となる。トランスジューサＴＤ１及びＴＤ２間の距離をＬとすると、トランスジューサＴＤ１からの超音波信号がガス流と同じ方向に進んでトランスジューサＴＤ２に到達する時間Ｔ１と、トランスジューサＴＤ２からの超音波信号がガス流と逆方向に進んでトランスジューサＴＤ１に到達する時間Ｔ２とは、
Ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖ）（１）
Ｔ２＝Ｌ／（ｃ−ｖ）（２）
となる。（１）、（２）式より
ｖ＝（Ｌ／２）・（１／Ｔ１−１／Ｔ２）
＝（Ｌ／２）・（（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｔ２・Ｔ１））（３）
となり、Ｌが既知であるときには、Ｔ１及びＴ２を計測することによって流速ｖを求めることができる。
【００３１】
なお、Ｔ２・Ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖ）・（ｃ−ｖ）＝Ｌ／（ｃ^２−ｖ^２）であり、流速ｖは音速ｃに比べて極めて小さな数値であるので、式中のｖ^２はｃ^２に比べて極めて小さく無視でき、Ｔ２・Ｔ１＝Ｌ／ｃ^２
とすることができる。そして、上式（３）は最終的には、

と書き直すことができる。ここで、Ｔｄ＝（Ｔ２−Ｔ１）とすると、

ただし、ｋ＝ｃ^２／２
となる。
【００３２】
流速ｖが求められたときには、瞬時流量Ｑｉはガス流路１０の既知の断面積をＳ、物の構造その他によって変化する補正係数をαとすると、

となり、瞬時流量Ｑｉが求められる。ただし、
Ｋ＝α・Ｓ・ｋ（６）
とする。なお、Ｋは上述の説明から明らかなように、音速、ガス温度、ガス圧力など多くの要素を含んだ補正のための係数である。
【００３３】
なお、式（６）中の静止ガス中の音速ｃについては、図３に示したように、ガス流路１０に連通しているが、ガス流路１０中のガス流に影響されない静止ガスの空所１０ａ中において、第３の音響トランスジューサＴＤ３から発した超音波信号が管壁１０ｂの内表面で反射してトランスジューサに戻ってくるまでの時間を計測し、この時間によってトランスジューサＴＤ３から管壁１０ｂまでの往復距離２ｌを割ることによって求めることができるので、この計測を適宜行って求めた音速ｃを用いるようにすればよい。
【００３４】
従って、瞬時流量Ｑｉを求める毎に、すなわち、サンプリングする毎に、この流量Ｑｉに前回求めた（サンプリングした）時点からの経過時間（サンプリング間隔の時間）を乗じることによって通過体積Ｑｔが求まり、これを積算することによって、積算した積算体積Ｑｓ、すなわち、ガス供給量（ガス使用量）を求めることができるようになる。そして、この積算通過体積Ｑｓを表示器１５に表示させることによって電子式ガスメータを構成することができる。
【００３５】
次に、算出した通過体積を利用してガスの単位通過体積に対応した流量パルスをＣＰＵ１４ａが出力ポートＯに出力する処理を以下説明する。
【００３６】
流量計測処理において、ＣＰＵ１４ａが一定周期のサンプリング時間の経過毎にサンプリングして計測した物理量であるガスの流速に流路の断面積を乗じて求めた瞬時流量にサンプリング間隔の時間を乗じる計算を行うことによって、サンプリング間隔の間に通過したガス体積を通過体積として算出する。この算出した通過体積を、ＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成した通過体積格納手段に一時格納する。次に、通過体積格納手段に一時格納した通過体積をＮ分の１して１／Ｎ値を算出し、これをＲＡＭ１４ｃの他の所定エリアに形成した１／Ｎ値格納手段に一時格納する。
【００３７】
続いて、算出した１／Ｎ値を順次積算するが、それ以前にパルス出力すべき積算値がなければ、順次積算した１／Ｎ値が予め定められた単位通過流量の２分の１の値すなわち１／２以上になるときまでの積算回数を計数して求めるとともに積算値から単位通過流量の１／２の値を減算して積算値を０にし、この処理を１／Ｎ値をＮ回積算するまで繰り返す。また、それ以前にパルス出力すべき積算値があれば、その積算値に１／Ｎ値を順次積算し、順次積算した１／Ｎ値が予め定められた単位通過流量の２分の１の値すなわち１／２以上になるときまでの積算回数を求めるとともに積算値から単位通過流量の１／２の値を減算して積算値を０にし、この処理を１／Ｎ値をＮ回積算するまで繰り返す。なお、順次積算した１／Ｎ値が予め定められた単位通過流量の１／２以上になるときまでの積算回数が求まる毎に、これをＲＡＭ１４ｃの他の所定エリアに形成した積算回数格納手段に一時格納し、その後の出力を反転するタイミングを決定するために利用する。
【００３８】
その後、積算回数格納手段に格納した積算回数に、一定周期のサンプリング時間、すなわちサンプリング周期をＮ分の１して求めたサンプリング周期の１／Ｎをそれぞれ乗じて出力を反転するタイミングを決定する。このために、サンプリング周期の１／Ｎをそれぞれ乗じて求めた時間をＲＡＭ１４ｃの他の所定エリアに形成した時間格納手段に一時格納し、時間格納手段に格納した時間を順次読み出し、この読み出した時間を、ＲＡＭ１４ｃの他の所定エリアに形成したタイマ手段により計時する。そして、タイマ手段が読み出した時間を計時した時点を、通過体積を次に算出するまでの出力を反転するタイミングとして決定する。
【００３９】
以上により、一定周期のサンプリング後に算出した１／Ｎ値を順次積算して求めた積算値が単位通過流量の１／２以上になるときまでの積算回数を求めるとともに積算値から単位通過流量の１／２の値を減算して、この処理を１／Ｎ値をＮ回積算するまで繰り返し、積算回数に、サンプリング周期の１／Ｎをそれぞれ乗じて出力を反転するタイミングを決定し、通過体積の値が流量パルスを形成している単位通過体積１個以上に相当する値になっているときには、その大きさに応じた周期のパルスからなる流量パルスを出力することができるようになる。
【００４０】
上述の流量パルス出力処理によって発生される流量パルスは、保安論理部２０に入力される。保安論理部２０は、図４の流量計測部１０のμＣＯＭ１４と同様に、図５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）２１ａ、ＣＰＵ２１ａ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ＲＯＭ２１ｂ、ＣＰＵ２１ａ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ＲＡＭ２１ｃなどがバスライン２１ｄによって相互接続されているμＣＯＭ２１によって形成されている。
【００４１】
保安論理部２０を形成しているμＣＯＭ２１内のＣＰＵ１４ａは、流量計測部１０から入力する流量パルスを形成している各パルス毎に処理を行って、保安論理によって実行される機能の１つ、例えば合計流量遮断機能において、ガスメータの設置先の燃焼器具の合計ガス消費量が学習により自動設定された遮断値を越えた場合、元栓の誤開放やゴムホースの抜けなどによる大量のガス漏れと判断して遮断弁１０ｃを弁閉しガスを遮断する。また、増加流量遮断機能において、ガスの流量が増大したとき、設置先の燃焼器具のうち、最大消費のガス器具に比べて異常に大きな流量の増加があった場合、元栓の誤開放やゴムホースの抜けなどによるガス漏れと判断して遮断弁１０ｃを弁閉しガスを遮断するなどの保安動作を行わせる。また、保安動作によって何らかの警報を行う場合には警報部２２の発音装置やインジケータに警報を発生させる。またさらに、遠隔の管理センタに警報を通報するときには、ＭＯＤＥＭ（変復調回路）１８、ＮＣＵ（網制御ユニット）１９を介して公衆通信網である電話回線に接続され、遠隔の管理センタとの間で通信を行う通信処理も行うようになっている。
【００４２】
以上、電子式ガスメータの概略動作を説明したが、ＣＰＵ１４ａが行う流量パルス出力処理を示す図６のフローチャートを参照して、以下、流量パルス発生装置としての動作の詳細を説明する。
【００４３】
ＣＰＵ１４ａは流量計測処理の一環として流量パルス出力処理を行い、その最初のステップＳ１においてサンプリング時間が経過したか否かを判定し、サンプリング時間が経過するのを待つ。この待っている時間の間、小電力モードに入る。そして、サンプリング時間が経過すると、ステップＳ２に進んでサンプリングを実行する。このサンプリングには、上述した超音波式の流量計測処理では超音波の発射処理、受信処理及び超音波の伝搬時間を算出する処理等が含まれる。次に、ステップＳ３に進み、ここでサンプリングの実行によって計測されるガス流速より得られる瞬時流量にサンプリング時間を乗じる計算を行うことによって通過体積を算出する。
【００４４】
ステップＳ３において算出されたサンプリング間隔の間に通過するガスの通過体積は、ＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成した通過体積格納手段に一時格納される。次にステップＳ４に進んで、ＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成した積算回数カウンタ手段のカウント値である積算回数ｉをクリアして０にすると共に反転回数カウンタ手段のカウント値である反転回数ｊもクリアして０にする。続いてステップＳ５に進んで、ＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成した積算値格納手段の積算値に通過体積のＮ分の１の値すなわち１／Ｎ値を積算してからステップＳ６に進む。
【００４５】
ステップＳ６においては、上記ステップＳ５において１／Ｎ値を積算した後の積算値格納手段の積算値が単位通過体積の２分の１すなわち１／２以上であるか否かを判定し、このステップＳ６の判定がＮＯのときにはステップＳ７及びＳ８を飛ばしてステップＳ９に進む。ステップＳ９においては、積算回数カウンタ手段のカウント値である積算回数ｉをインクリメントしてからステップＳ１０に進んで、積算値ｉがＮに等しいか否かを判定する。ステップＳ１０の判定がＮＯのときには、上記ステップＳ５に戻ってＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成した積算値格納手段の積算値に通過体積のＮ分の１の値すなわち１／Ｎ値を積算してステップＳ６に進むが、ステップＳ６の判定がＹＥＳのときにはステップＳ７に進む。
【００４６】
ステップＳ７においては、そのときの積算回数カウンタ手段のカウント値である積算回数ｉに、サンプリング時間をＮ分の１した（サンプリング時間／Ｎ）を乗じて求めた時間をそのときの反転回数ｊ番目の反転タイミング時間ｔ（ｊ）としてＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成した反転タイミング格納手段に格納する。例えばｊ＝０のときには、ｔ（０）、ｊ＝１のときはｔ（１）として格納する。また、ステップＳ７においては、ＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成した反転回数カウンタ手段のカウント値である反転回数ｊをインクリメントする。続いてステップＳ８に進んで、ＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成した積算値格納手段をの積算値から単位通過体積の１／２の値を減算してからステップＳ１０に進む。
【００４７】
ステップＳ１０の判定がＹＥＳのとき、すなわち、積算回数カウンタ手段のカウント値である積算回数ｉがＮに等しいときには、ステップＳ１１に進んでＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成した反転回数カウンタ手段のカウント値である反転回数ｊが０であるか否かを判定する。ステップＳ１１の判定がＹＥＳで通過体積の１／Ｎ値をＮ回積算しても単位通過体積の１／２に満たないときには、流量パルスを発生すべき通過体積のガス量がないとして上記ステップＳ１に戻り、次のサンプリングを行うべくサンプリング時間の経過を待つ。この待機中は小電力モードとなる。
【００４８】
ステップＳ１１の判定がＮＯのときには、通過体積の１／Ｎ値をＮ回積算した時点で反転回数カウンタ手段のカウント値である反転回数ｊが１以上となり、単位通過体積の１／２以上となった回数が少なくとも１回あったときには、ステップＳ１２に進んでＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成した実際に出力を反転した回数を計数する反転実行カウンタ手段のカウント値Ｊをクリアして０にしてからステップＳ１３に進む。ステップＳ１３においては、反転実行カウンタ手段のカウント値Ｊの値に対応する反転タイミングｔ時間（ｊ）を読み出し、この読み出した反転タイミング時間の計時をＲＡＭ１４ｃの所定エリアに形成したタイマ手段に開始させてからステップＳ１４に進む。
【００４９】
ステップＳ１４においては、反転タイミングｔ時間（ｊ）が経過したか否かを判定し、時間が経過するのを待つ。この待っている時間の間、小電力モードに入る。そして、時間が経過すると、ステップＳ１５に進んで出力を反転すると共にカウント値ＪをインクリメントしてからステップＳ１６に進んで実際に出力を反転した回数を計数するカウント値Ｊが反転回数ｉに等しいか否かを判定する。ステップＳ１６の判定がＮＯのときには上記ステップＳ１３に戻ってインクリメントしたカウント値Ｊの値に対応する次の反転タイミングｔ時間（ｊ）を読み出し、ステップＳ１６の判定がＹＥＳとなるまでステップＳ１４〜Ｓ１６を繰り返し実行する。ステップＳ１６の判定がＹＥＳとなったときには、上記ステップＳ１に戻って次のサンプリングを待つ。
【００５０】
なお、ステップＳ６の判定がＹＥＳとならないステップＳ５における積算値があるときには、この残余の積算値に次のサンプリングによって算出された通過体積の１／Ｎ値が積算されるようになるので、相前後するサンプリングによって算出された通過体積を反映した流量パルスが単位通過体積毎に出力されるようになる。また、出力される流量パルスは、通過体積が小さいときには長い周期にて、大きいときには短い周期となることは勿論のことである。
【００５１】
図６のフローチャートに従って行った説明から明らかなように、ＣＰＵ１４ａは、通過体積を一定周期で間欠的に算出する通過体積算出手段１４ａ−１として、通過体積が算出される毎に、通過体積の１／Ｎ値を算出する１／Ｎ算出手段１４ａ−２として、１／Ｎ値を順次積算する積算手段１４ａ−３として、１／Ｎ値をＮ回積算するまで、積算値が単位通過体積の１／２以上となるまでの積算回数を計数することを繰り返す積算回数計数手段１４ａ−４として、１／Ｎ値をＮ回積算するまで、積算値が単位通過体積の２分の１となる毎に積算値から単位通過体積の１／２の値を減算することを繰り返す減算手段１４ａ−５として、積算回数に一定周期（サンプリング時間）の１／Ｎを乗じ、通過体積を次に算出するまでの出力を反転するタイミングを決定するタイミング決定手段１４ａ−６として、決定したタイミングで出力を反転して通過体積に応じた周期の単位通過体積に対応する流量パルスを発生するパルス発生手段１４ａ−７として、求めた通過体積を積算する通過体積積算手段１４ａ−８としてそれぞれ働いている。
【００５２】
また、ＲＡＭ１４ｃは、積算回数に一定周期の１／Ｎを乗じて求めた（反転タイミング）時間を格納する時間格納手段１４ｃ−１と、格納された時間を順次読み出し計時するタイマ手段１４ｃ−２とを形成している。
【００５３】
以上説明した流量パルス発生装置によれば、流量、サンプリングタイミング、積算値、出力反転タイミングの関係を示す図７からも明らかなように、サンプリング毎に前回のサンプリングからの通過体積を算出し、この算出した通過体積をＮ分割して、次回のサンプリングまでをＮ分割したタイミングで積算したとき、単位通過体積の１／２を越えるタイミングを算出して出力を反転する。積算値は出力反転毎に単位通過体積の１／２を減算する。また、ＣＰＵ１４ａは、サンプリング時間毎に、流速センサの出力を読み込み、上述した処理を行った後、出力を反転する時間まで、省電力の待機モードとなる。
【００５４】
なお、上述の実施の形態では流量センサとして超音波式のものを例示したが、本発明はガス流量に応じて変化する物理量をサンプリングによって計測する超音波式以外のものにも等しく適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、通過体積が大きい場合にも、間欠的な通過体積の算出周期を短くすることなく、すなわち、サンプリング周期を短くすることなく、通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生できるので、電力消費の小さな流量パルス発生方法が得られ、また流量パルスの立ち上がり又は立ち下がりから立ち下がり又は立ち上がりによって、単位通過体積を検出することもできる。
【００５６】
更に、請求項２記載の発明によれば、通過体積が大きい場合にも、間欠的な通過体積の算出周期を短くすることなく、すなわち、サンプリング周期を短くすることなく、通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生できる。また、流量パルスは単位通過体積の１／２すなわち半分の積算値毎に反転するので、流量パルスの立ち上がり又は立ち下がりから立ち下がり又は立ち上がりによって、単位通過体積を検出することができる流量パルス発生装置が得られる。
【００５７】
請求項３記載の発明によれば、積算回数に一定周期の１／Ｎを乗じて求めた複数の時間が格納されることがあるが、格納された時間を順次読出して計時し、ガスの通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスに変換して出力することができるので、流量パルスを通過体積に応じた正確な周期で発生することのできる流量パルス発生装置が得られる。
【００５８】
請求項４記載の発明によれば、保安論理手段として流量パルスの各パルスの周期によってガス流の異常を検出するものを使用でき、開発の手間や安全規格の再取得などの観点から有利な電子式ガスメータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による流量パルス発生装置及び電子式ガスメータの基本構成を示す図である。
【図２】本発明による電子式ガスメータの一実施の形態を示すブロック図である。
【図３】図２中の各部の具体的な構成を示す図である。
【図４】図３中の一部分の具体的な構成を示す図である。
【図５】図３中の他の一部分の具体的な構成を示す図である。
【図６】図３中の流量計測部のμＣＯＭのＣＰＵが行う流量パルス出力処理を示すフローチャートである。
【図７】図６の処理によって出力される流量パルスとサンプリング間隔との関係を示すタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１５表示手段（表示器）
２０保安論理手段（保安論理部）
１４ａ−１通過体積算出手段（ＣＰＵ）
１４ａ−２１／Ｎ算出手段（ＣＰＵ）
１４ａ−３積算手段（ＣＰＵ）
１４ａ−４積算回数計数手段（ＣＰＵ）
１４ａ−５減算手段（ＣＰＵ）
１４ａ−６タイミング決定手段（ＣＰＵ）
１４ａ−７パルス発生手段（ＣＰＵ）
１４ａ−８通過体積積算手段（ＣＰＵ）
１４ｃ−１時間格納手段（ＲＡＭ）
１４ｃ−２タイマ手段（ＲＡＭ）

Claims

通過体積を一定周期で間欠的に算出し、
通過体積を算出する毎に、該算出した通過体積の１／Ｎ値を算出し、該算出した１／Ｎ値をそれ以前の積算値に順次積算し、該積算値が単位通過体積の１／２以上となる毎にその積算回数を求めるとともに積算値から単位通過体積の１／２の値を減算することを前記１／Ｎ値をＮ回積算するまで繰り返して求めた前記積算回数に前記一定周期の１／Ｎを乗じて出力を反転するタイミングを事前に決定し、
その後、次の通過体積の算出までに、前記決定したタイミングで出力を反転して前記通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生する
ことを特徴とする流量パルス発生方法。
通過体積を一定周期で間欠的に算出する通過体積算出手段と、
該通過体積積算手段によって通過体積が算出される毎に、前記通過体積の１／Ｎ値を算出する１／Ｎ算出手段と、
前記１／Ｎ値を順次積算する積算手段と、
前記１／Ｎ値をＮ回積算するまで、前記積算手段による積算値が単位通過体積の１／２以上となるまでの積算回数を計数することを繰り返す積算回数計数手段と、
前記１／Ｎ値をＮ回積算するまで、前記積算値が単位通過体積の２分の１となる毎に前記積算値から単位通過体積の１／２の値を減算することを繰り返す減算手段と、
前記積算回数に前記一定周期の１／Ｎを乗じ、前記通過体積算出手段が通過体積を次に算出するまでの出力を反転するタイミングを決定するタイミング決定手段と、
該タイミング決定手段によって決定したタイミングで出力を反転して前記通過体積に応じた周期のガスの単位通過体積に対応した流量パルスを発生するパルス発生手段と
を備えることを特徴とする流量パルス発生装置。
前記タイミング決定手段は、
前記積算回数に前記一定周期の１／Ｎを乗じて求めた時間を格納する時間格納手段と、
該時間格納手段に格納された時間を順次読み出し計時するタイマ手段とを有し、
該タイマ手段が前記読み出した時間を計時した時点を、前記通過体積算出手段が通過体積を次に算出するまでの出力を反転するタイミングとして決定する
ことを特徴とする請求項２記載の流量パルス発生装置。
請求項２又は３記載の流量パルス発生装置と、
該流量パルス発生装置の前記通過体積算出手段によって求めた通過体積を積算する通過体積積算手段と、
該通過体積積算手段により積算した通過体積を表示する表示手段と、
前記流量パルス発生装置の発生する流量パルスによってガス流の異常を検出する保安論理手段と
を備えることを特徴とする電子式ガスメータ。