JP3693350B2 - ガス値を測定するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス値を測定する装置、特に、可燃性燃料ガスの発熱量またはウォッベ指標あるいはこれら両方を測定する装置に関するものであり、また、可燃性燃料ガスの形で提供されるエネルギ量を測定する装置に関する。
本発明によれば、可燃性燃料ガスの発熱量またはウォッベ指標あるいはこれら両方を測定する装置は、前記ガスを通る経路をたどるように超音波信号を発し、この経路をたどってきた前記信号を受け取る超音波発信・受信手段と、発信と受信の間の信号の減衰量を測定する手段と、前記測定された減衰量から発熱量またはウォッベ指標あるいはこれら両方を導く手段とを含む。
可燃性ガスの供給源によって提供されるエネルギー供給量を測定するメータは、本発明に従って形成された前記装置を備えていてもよく、供給されたガスの体積量を測定する手段と、この体積量および前記発熱量またはウォッベ指標あるいはこれら両方を使用して供給されたエネルギ量の値を導く手段とを更に含んでいてもよい。
以下、添付図面を参照しながら実施例によって本発明を説明する。添付図面は、通過する可燃性燃料ガスの体積測定を行い、本発明に従って形成された装置を含むガス・メータの概略横断面図である。
図面を参照して、ここには、体積測定用ガス・メータあるいはエネルギ・メータとして考えてもよいメータ２が示してあり、これは、端壁６、８を備えた外部ケーシング４と、外部ケーシング４に囲まれている内部ケーシング１０と、内部ケーシング１０に囲まれている端部開放の中央チューブ１２とを含む。不透過性の仕切り壁１４が中央チューブ１２の中間部を囲んでおり、仕切り壁１４は中央チューブ１２に気密状態で取付けられており、内部ケーシング１０および外部ケーシング４と気密状態にある。外部ケーシング４は内部ケーシング１０を囲む空間を形成している。この空間は、仕切り壁１４によって、内部ケーシング１０を囲む２つの別個のチャンバ１６、１８に分けられている。内部ケーシング１０は中央チューブ１２を囲む空間を形成している。この空間は、仕切り壁１４によって２つの別個のチャンバ２０、２２に分割されている。各チャンバ２０、２２は、チューブ１２の端２８、３０に対面した壁２４、２６によって画成されている。この壁２４、２６は、端壁６、８及び内部ケーシング１０と共に、チャンバ３２、３４を画成している。チャンバ３２、３４の壁２４、２６の各々は、少なくとも１つの開口つまり窓３６、３８を有し、各窓３６、３８は中央チューブ１２の開放端２８、３０に対面している。所望に応じて、開口３６、３８は、透明な超音波透過性・ガス透過性のゲージまたは膜４０、４２によって覆ってもよい。チャンバ３２、３４は吸音材で裏張りして超音波周波数での不必要な反射を回避するようにしてもよい。チャンバ１６は複数の開口４４を通してチャンバ２０に通じており、そして、チャンバ２２は複数の開口４６を通してチャンバ１８に通じている。チューブ４８が可燃性燃料ガスの入口となっており、チューブ５０がガスの出口となっている。入口４８から導入されたガスは、中央チューブ１２の入口端２８まで入り組んだ経路をたどって移動し、次に出口端３０まで中央チューブ１２に沿って流れ、入り組んだ経路を経て出口５０に至る。開口３６、３８によって、ガスはチャンバ３２、３４も満たす。制御手段５６で制御される超音波トランスジューサ５２、５４（コンピュータ手段からなる計算手段を含む）が、開口３６、３８を通して、中央チューブ１２の内部に沿って移動する超音波信号を発信、受信する。
トランスジューサ５２、５４間の信号は、制御手段５６でガスの音速を計算するために公知の方法で用いられる。この音速は、単位時間、すなわち、容積流量でメータ２を通過するガスの量を計算するために公知の方法で用いられる。制御手段５６は、公知の方法で、時間に関して流量を積分し、これにより、レコーダ手段５８が或る時間にわたってメータ２を通過したガスの全体積の記録または示度を生成することができる。ガスの温度が変化する場合、メータ２においてガスに晒される温度検知手段６０を設け、音速および体積流量計算を行う際に制御手段５６によって公知の方法で使用するためのガス温度を表す信号を与えてもよい。また、ガスが可変圧力でメータ２に供給される場合、圧力センサ６２を設けて、音速および体積流量の計算を行う際に制御手段５６によって使用するためにガス圧力を表す信号を与えてもよい。
温度センサ６０または圧力センサ６２あるいはこれら両方は、メータ内の入り組んだガス流路にあってもよいし、比較的動かないガス領域（たとえば図面ではチャンバ３２内）にあってもい。後者の場合、ガスの動きは少しかあるいは全くない。
制御手段５６は、トランスジューサ５２、５４間を通過した結果として生じる超音波信号の減衰量を観測するように構成してもよい。減衰量を観測される超音波信号は、メータ２が体積流量を測定しているときにガス内の超音波速度を測定するのに使用される信号と同じであってもよいし、あるいは、異なった時点で発せられるという意味で異なった信号であってもよい。後者の場合、超音波信号は超音波測定値速度において使用される周波数から減衰量を測定するのに使用されるとき異なった周波数で発せられてもよい。
所与の燃料ガスについて種々のセットの所定基準データが制御手段５６に記憶される。各セットのデータは、ガス値における超音波の減衰量およびガス値における超音波の速度（すべて、基準温度、圧力に訂正され得る）を含む。そして、各セットは、特定の発熱量及び／又はウォッベ指標と相関している。超音波信号減衰量および超音波速度の測定値は、制御手段５６において、温度センサ６０及び／又は圧力センサ６２によって観測された温度及び／又は圧力を用いて標準の温度及び／又は圧力に訂正され得る。それによって、測定値に最も近い基準セットに合わされる。こうして、基準セットに相関される発熱量及び／又はウォッベ指標がメータ２を通過する燃料ガスの発熱及び／又はウォッベ指標であるということが制御手段５６によって推定される。そして、制御手段５６は、発熱量及び／又はウォッベ指標の記録を適当な形で行うレコーダ手段５８へ推定された発熱量及び／又はウォッベ指標を運ぶ経路６４に信号を送ることができる。
変形例として、又は、燃料ガスの発熱量及び／又はウォッベ指標を測定する目的で超音波信号減衰量及び／又は超音波速度を測定する際にトランスジューサ５２、５４を使用することに加えて、別の超音波トランスジューサ６６が、超音波反射体６８、７０と関連してチャンバ３２に配置される。制御手段５６の制御の下にトランスジューサ６６から発せられる超音波信号は反射体７０から反射して戻ってきた後この同じトランスジューサで受信される。トランスジューサの発した信号とこのトランスジューサで受信された信号の信号強度差は、制御手段５６によって観測される信号減衰量の示度であり、標準の温度及び／又は圧力に訂正され、そして、どんな発熱量及び／又はウォッベ指標であるかについて推定する際に用いるための基準データを比較されることになる。制御手段５６によって決定される種々の周波数の超音波信号は、トランスジューサによって発せられ、それぞれの減衰量が観測され、発熱量及び／又はウォッベ指標の判定に使用されてもよい。
ガスにおける超音波の速度を測定するために装置５６、６６、６８、７０も使用し得る。この測定値は、標準の温度及び／又は圧力に訂正され、発熱量及び／又はウォッベ指標について推定するのに用いられる。超音波測速度測定において使用される超音波信号の周波数は、信号減衰量測定において使用される周波数と異なっていてもよい。
発熱量及び／又はウォッベ指標と相関している前述の基準データは、各セットで、データにおいて熱伝導率及び／又はガス比熱値を含むデータを含んでいてもよい。ガスの熱伝導率及び／又はガスの比熱の値は、熱伝導率センサ７２（それ自体公知である）、Hartmann & Braunの販売するＴＣＳ２０熱伝導率センサからの信号に応答して制御手段５６によって測定される。センサ７２は、動かないガス領域（図面に示すようなもの）に設けるのが好ましい。ガス熱伝導率値及び／又はガス比熱の観測値は、標準の温度及び／又は圧力に訂正され、ガスの発熱量及び／又はウォッベ指標を推定するプロセスで前記の基準データ・セットと比較するのに使用してもよい。
メータ２は、エネルギ・メータとしても使用することができる。制御手段５６は、燃料ガスの供給に与えられるエネルギ量を導く計算または方法において体積流量および発熱量及び／又はウォッベ指標の値を使用してもよい。エネルギはガスが燃やされたときに感知可能な熱となる。供給されるエネルギは、適当な形式においてレコーダ手段５８に記録され得る。このレコーダ手段５８は、メータ２からいくらか距離を隔てるのがよく、制御手段５６は供給されるエネルギの瞬間値を導き出す計算を行うように構成してもよい。この瞬間値は適当な形式において前記レコーダ手段に記録してもよい。

Claims (3)

1. 可燃性ガスの発熱量及び／又はウオッベ指標を測定する装置であって、ガスが通る経路をたどるように超音波信号を発信して、前記経路をたどった後に前記信号を受信する超音波発信・受信手段と、
   発信と受信との間での前記信号の減衰量を測定するための手段と、
   発熱量及び／又はウオッベ指標を前記測定した減衰量から導き出す手段とを有し、
   前記発信手段は、互いに異なる複数の周波数の超音波信号を発信し、
   発信と受信との間での前記信号の減衰量を測定するための前記手段は、異なる周波数で発信される各々の超音波信号の減衰量を測定する、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記ガス内における超音波信号の速度特性値を測定するシステムを備え、発熱量及び／又はウオッベ指標を導き出す手段が、発熱量及び／又はウオッベ指標を導き出す際に、速度の測定値を使用するように構成されている、請求の範囲１に記載の装置。
3. ガスの熱伝導率の特性値およびガスの比熱の特性値のうち少なくとも１つの値を測定する検知手段を有し、また、
   発熱量及び／又はウオッベ指標を導き出す手段が、前記発熱量及び／又はウオッベ指標を導き出す際に、熱伝導率の特性値および比熱の特性値のうちの少なくとも１つを使用するように構成されている、請求の範囲２に記載の装置。

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