JP3917345B2

JP3917345B2 - ガス検出装置

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Publication number: JP3917345B2
Application number: JP2000129649A
Authority: JP
Inventors: 正芳杉野; 豪宏齋藤; 篤宏角谷; 基生原田; 修夫渡辺
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001311722A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス検出装置に関し、特に音波を利用してガス検出を行うガス検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスの検出技術として、被測定ガス中の特定の成分ガスの濃度が変化すると被測定ガスにおける混合音速が変化することを利用して成分ガスを検出するものがある。かかる音速を利用するガス検出技術は、防爆構造とするのが容易で可燃性ガスの検出に有利であり、特に水素は単体での音速が空気中の窒素や水蒸気等の他の成分に比して数倍も大きいので水素の検出に適用されている。
【０００３】
特開平１０−３０６３１２号公報では、製鋼工程において鋼中に水素吸蔵金属を添加する際に発生する水素の濃度の測定に用いたものが提案されている。上記水素が含まれた排ガスが流通するダクトに、流通する排ガスを挟んでマイクロフォンとスピーカとを対向させて、スピーカの音量変化からマイクロフォンからの音波の到達タイミングを検出することで音速を測定し、音速を水素濃度に変換している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１０−３０６３１２号公報記載の技術は、マイクロフォンとスピーカとの対向間隔を十分にとらないと十分な精度で音速を測定することができず、用途は大規模プラントの排ガスダクト内の水素濃度測定等に限られる。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、マイクロフォンやスピーカ等の音響素子の設置形態があまり制約を受けずに高精度にガス濃度を測定することのできるガス検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、機械振動と電気振動との間で相互に変換自在な対をなす第１、第２の音響素子を、被測定ガスが流通する配管内に、被測定ガスを挟んで対向しかつ被測定ガスの流通方向と直交する方向に対して音響素子の対向方向が傾斜角をもつように配置するとともに、マイクロフォンとして機能する一方の音響素子から出力された電気信号を増幅しスピーカとして機能する他方の音響素子に出力する増幅回路を設けて、上記他方の音響素子からの音波が上記一方の音響素子にフィードバックしハウリングを発生するフィードバック回路を形成する。かつ上記傾斜角が互いに異なる音響素子配置で上記フィードバック回路を２種類形成自在に構成して、ハウリング周波数を計測する周波数計測手段と、計測されたハウリング周波数に基づいて成分ガス濃度を演算するガス濃度演算手段と、計測されたハウリング周波数に基づいて成分ガスの流量を演算するガス流量演算手段を具備せしめる。
上記ガス濃度演算手段は、予め記憶されたハウリング周波数と音速の関係に基づいて計測されたハウリング周波数を音速に変換する周波数／音速変換手段と、一方のフィードバック回路で計測されたハウリング周波数から変換された音速と他方のフィードバック回路で計測されたハウリング周波数から変換された音速とに基づいて被測定ガスの流速が０のときの音速を算出する基準音速算出手段と、算出された音速を成分ガス濃度に変換する音速／ガス濃度変換手段とを具備しており、
上記ガス流量演算手段は、上記一方のフィードバック回路で計測されたハウリング周波数から変換された音速と上記他方のフィードバック回路で計測されたハウリング周波数から変換された音速とに基づいて被測定ガスの流速を算出する流速算出手段と、上記流速および上記成分ガス濃度から成分ガスの流量を算出する流量算出手段とを具備する。
【０００７】
ハウリングは上記フィードバック回路において正帰還がかかる条件で発生するから、被測定ガス中の音速が変化するとハウリング周波数が変化する。また被測定ガス中の音速は被測定ガスの組成すなわち成分ガスの濃度により変化するから、予めハウリング周波数と上記成分ガスの濃度との関係を求めておくことで、成分ガスの濃度を測定することができる。そして、両音響素子の対向間隔がむしろ狭まる方がハウリングは良好に生じるから、例えば被測定ガスが流通する管路が細く両音響素子の対向間隔が狭まる場合であっても、高精度にガス濃度の測定を行うことができる。
また、被測定ガスの流通方向と直交する方向に対して音響素子の対向方向が傾斜角をもつようにしたので、音速が音波の媒質である被測定ガスの流速の影響を受けて被測定ガスの流速が０のときの音速よりも増減する。そしてその増減量は上記傾斜角に応じた大きさとなる。ここで、一方のフィードバック回路と他方のフィードバック回路とでは上記傾斜角が異なるので、両フィードバック回路で計測された音速から被測定ガスの流速によらず被測定ガスの流速が０のときの音速を得ることができる。
したがって、被測定ガスの流通方向と音響素子の対向方向とが直交するように音響素子を配置することができなくとも、被測定ガスの流速の影響を受けることなく高精度にガス濃度を測定することができるので、音響素子のレイアウトの自由度が広がる。
さらに、被測定ガスの流通方向と直交する方向に対する音響素子の対向方向の傾斜角が異なる一方のフィードバック回路と他方のフィードバック回路により、音速の計測に与える被測定ガスの流速の影響が知られるから、被測定ガスの流速とガス濃度とに基づいて成分ガスの流量を得ることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明では、上記増幅回路には、マイクロフォンとして機能する上記一方の音響素子から伝送された電気信号を二値化するゼロクロス回路を設ける。
【０００９】
二値化による波形整形で振幅が揃えられハウリングを安定的に発生させることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、第１の音響素子を上記増幅回路の入力端と出力端とのいずれかと切り換え接続するとともに第２の音響素子を上記増幅回路の出力端と入力端とのいずれかと切り換え接続して第１の音響素子がマイクロフォンとして機能し第２の音響素子がスピーカとして機能する第１の設定状態と、第１の音響素子がスピーカとして機能し第２の音響素子がマイクロフォンとして機能する第２の設定状態とのいずれかを選択自在な切り換えスイッチを具備せしめて、上記傾斜角を、被測定ガスの流通方向と直交する方向に対して上記音響素子の対向方向が実質的に被成分ガスの上流側方向と下流側方向とに切り換わるようにする。
【００１４】
対向配置された１組の第１、第２の音響素子でも電気的な切り換えスイッチにより実質的に上記傾斜角を変えることができるので構成が簡単である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明のガス検出装置を示し、図２にガス検出装置における計測制御手順を示す。本実施形態は燃料電池システムに付設されたものとして説明する。本ガス検出装置は、燃料電池システムの改質器で生成された被測定ガスである改質ガス中の水素の濃度および流量を測定するもので、水素を多量に含む改質ガスを改質器から燃料電池本体に供給するための配管１に本体部１１と斜めに交叉する短い筒状部１２が設けられ、配管本体部１１の外周へ膨出する筒状部１２の両端部１２ａ内には対をなす第１の音響素子２ａ、第２の音響素子２ｂが嵌設されている。
【００１８】
音響素子２ａ，２ｂは機械振動と電気振動との間で相互に変換可能な素子であり、例えば一般的な圧電スピーカが用いられ得る。両音響素子２ａ，２ｂはその音波受信面であり音波送信面である前面を配管１の内側に向けた状態で、配管１内を流通する改質ガスを挟んで対向位置に配置され、後述するようにスピーカとして機能する一方の音響素子２ａ，２ｂから放射された音波を、マイクロフォンとして機能する他方の音響素子２ｂ，２ａで受けるようになっている。
【００１９】
音響素子２ａ，２ｂは切り換えスイッチ３１，３２を介して信号増幅器４１の入力端または電力増幅器４３の出力端と接続されており、電力増幅器４３の出力端と接続される音響素子２ａ，２ｂがスピーカとして機能し、信号増幅器４１の入力端と接続される音響素子２ｂ，２ａがマイクロフォンとして機能する。図の状態は第１の音響素子２ａがスピーカとして機能し、第２の音響素子２ｂがマイクロフォンとして機能している。
【００２０】
信号増幅器４１の出力信号はゼロクロス回路４２に入力し、ゼロクロス回路４２において入力信号をその正負により二値化し、それを電力増幅器４３に出力するようになっている。
【００２１】
これら信号増幅器４１、ゼロクロス回路４２、電力増幅器４３は、マイクロフォンとして機能する音響素子２ｂ，２ａからの入力信号を増幅してスピーカとして機能する音響素子２ａ，２ｂに出力する増幅回路４を構成している。そして、スピーカとして機能する音響素子２ａ，２ｂからの音波がマイクロフォンとして機能する音響素子２ｂ，２ａにフィードバックするフィードバック回路が形成されてハウリングが発生する。フィードバック回路は切り換えスイッチ３１，３２の設定により２種類形成されることになる。
【００２２】
ゼロクロス回路４２からの二値の出力信号は上記のごとく電力増幅器４３に出力されるとともに、分周器５１に入力する。分周器５１は、後述する基準クロック発生器５２、ＡＮＤ回路５３、およびカウンタ５４とともに上記フィードバック回路におけるハウリングの周波数を演算する周波数計測手段５を構成している。分周器５１はゼロクロス回路４２からの出力信号（ａ）を所定の分周率にて分周し、この分周された分周器５１の出力信号（ｂ）は基準クロック発生器５２からのクロック信号（ｃ）とともにＡＮＤ回路５３に入力し、ＡＮＤ回路５３の出力信号（ｄ）がカウンタ５４に入力する。
【００２３】
分周器５１およびカウンタ５４は、ＣＰＵ６から測定開始を意味するリセット信号が入力するとリセットするように構成されており、図３に示すようにリセット信号の入力後、分周器５１はゼロクロス回路４２から上記分周率に対応した数のパルスが入力する間、Ｈレベル信号を出力し、ＡＮＤ回路５３が、この、リセット信号の入力後、分周器５１の出力がＬレベルとなるまでの間、実質的にカウンタ５４へのクロック信号の入力を許容することとなる。カウンタ５４はこの間のクロック信号をカウントし、カウント値Ｃを上記ハウリング周波数の計測信号としてＣＰＵ６に出力する。このカウント値Ｃは、分周器５１の出力の１／２周期に相当する時間に比例し、したがって分周率に対応したゼロクロス回路４２の出力の数周期に相当する時間に比例する。図例ではカウント値Ｃはゼロクロス回路の出力の３周期に相当する時間に比例した値となる。このカウント値Ｃよりゼロクロス回路４２の出力の周波数、すなわち上記フィードバック回路のハウリング周波数が知られることになる。
【００２４】
ＣＰＵ６にはまた、配管１の管壁を貫通して設けられた温度センサ７１により検出された、配管１内を流通する改質ガスの温度の検出信号が入力している。
【００２５】
ガス濃度演算手段、ガス流量演算手段であるＣＰＵ６はこれらカウント値および改質ガス温度に基づいて改質ガス中の水素濃度および流量を演算する。
【００２６】
ＣＰＵ６は、上記のごとく上記分周器５１およびカウンタ５４にリセット信号を出力して分周器５１およびカウンタ５４をリセットするとともに、上記切り換えスイッチ３１，３２を制御する。
【００２７】
ＣＰＵ６における測定手順を示す図２において、ステップＳ１１０では切り換えスイッチ３１，３２を、第１音響素子２ａと電力増幅器４３の出力端とが接続し、第２音響素子２ｂと信号増幅器４１の入力端とが接続する設定とする。これにより、第１音響素子２ａがスピーカとして機能し、第２音響素子２ｂがマイクロフォンとして機能する。
【００２８】
ステップＳ１２０では分周器５１およびカウンタ５４にリセット信号を出力し、ステップＳ１３０で上記のごとくカウンタ５４からカウント値Ｃを得る。
【００２９】
ステップＳ１４０では、カウント値Ｃからハウリング周波数に変換する。
【００３０】
ステップＳ１５０は周波数／音速変換手段としての手順で、ハウリング周波数を音速Ｖａへ変換する。図４はハウリング周波数と音速との関係を示すもので、水素濃度の測定レンジをカバーする範囲で配管１内を流通する改質ガス中の水素濃度を違えてハウリング周波数と音速との関係を予め実験的に求めておくことで得る。かかるハウリング周波数と音速との関係はマップあるいは計算式としてＣＰＵ６のメモリに記憶しておく。
【００３１】
続くステップＳ１６０では切り換えスイッチ３１，３２を、第１音響素子２ａと信号増幅器４１の入力端とが接続し、第２音響素子２ｂと電力増幅器４３の出力端とが接続する設定とする。これにより、第２音響素子２ｂがスピーカとして機能し、第１音響素子２ａがマイクロフォンとして機能する。
【００３２】
ステップＳ１７０〜Ｓ２００は上記ステップＳ１２０〜Ｓ１５０と同じで、分周器５１およびカウンタ５４にリセット信号を出力し（ステップＳ１７０）、カウンタ５４からカウント値Ｃを得（ステップＳ１８０）、カウント値Ｃに基づいてハウリング周波数を得る（ステップＳ１９０）。そして周波数／音速変換手段としての手順であるステップＳ２００ではハウリング周波数を音速Ｖｂへ変換する。
【００３３】
ステップＳ２１０は基準音速算出手段としての手順で、第１音響素子２ａがスピーカとして機能し第２音響素子がマイクロフォンとして機能するフィードバック回路のハウリング周波数（カウント値Ｃ）から得られた上記音速Ｖａ、および第２音響素子２ｂがスピーカとして機能し第１音響素子２ａがマイクロフォンとして機能するフィードバック回路のハウリング周波数（カウント値Ｃ）から得られた上記音速Ｖｂに基づいて、配管１内を流通する改質ガス中の流速＝０としたときの音速Ｖ0 および改質ガスの流速Ｖ1 を算出する。
【００３４】
ここで、筒状部１２は配管本体部１１と斜めに交叉するように設けられ、筒状部１２の軸線方向すなわち音響素子２ａ，２ｂの対向方向が配管本体部１１の軸線すなわち改質ガスの流通方向と直交する方向に対して傾斜角をもつようにしてあるから、音波の媒質である改質ガスは音波の進行方向に流れる成分を有する。そして、切り換えスイッチ３１，３２の第１の設定状態ではスピーカとして機能する音響素子２ａが改質ガスの流通方向と直交する方向に対して改質ガス流れの上流側に位置し、第２の設定状態ではスピーカとして機能する音響素子２ｂが改質ガスの流通方向と直交する方向に対して改質ガス流れの下流側に位置することになる。
【００３５】
したがって、かかる、第１の設定状態のときと第２の設定状態のときとの上記傾斜角の実質的な相違により、音波の進行方向に流れる改質ガスの成分の方向は、第１の設定状態では音波の進行方向と同じとなり、第２の設定状態では音波の進行方向と逆となり、これにより音速Ｖａ，Ｖｂが増減する。また、その大きさは、配管本体部１１の軸線と直交する方向と筒状部１２の軸線方向とのなす角度をθとして、Ｖ1 ｓｉｎθと表せる。しかして式（１−１）、（１−２）が成立し、これより、上記音速Ｖａ，Ｖｂに基づいて改質ガス中の音速Ｖ0 、改質ガスの流速Ｖ1 を算出する式（２−１）、（２−２）が得られる。ＣＰＵ６はかかる算出式にしたがい改質ガス中の音速Ｖ0 、燃料ガスの流速Ｖ1 を得る。
Ｖa ＝Ｖ0 ＋Ｖ1 ｓｉｎθ・・・（１−１）
Ｖb ＝Ｖ0 −Ｖ1 ｓｉｎθ・・・（１−２）
Ｖ0 ＝（Ｖa ＋Ｖb ）／２・・・（２−１）
Ｖb ＝（Ｖa −Ｖb ）／２ｓｉｎθ・・・（２−２）
【００３６】
ステップＳ２２０では、温度センサ７１により検出された改質ガス温度を読み込み、改質ガス温度に基づいて改質ガス中の音速Ｖ0 を温度補正し、基準温度（例えば８０°Ｃ）における速度にする。図５は水素濃度が３０〜５０％の範囲における音速と改質ガス温度との関係を示すもので、温度が高くなると音速も直線状に速くなり、温度補正は、例えば、上記ステップＳ２１０で算出された音速Ｖ0 に対して上記ステップＳ２２０で読み込まれた改質ガス温度Ｔと基準温度との温度差に応じた補正値を増減すればよい。
【００３７】
ステップＳ２３０では、音速Ｖ0 を水素濃度Ｄに変換する。図６は音速による水素濃度の検定線を示すもので、ＣＰＵ６はかかる音速と水素濃度との関係をメモリに記憶しており、かかる関係に基づいて水素濃度Ｄを得る。あるいは、水素濃度と音速との関係については、気体の混合音速について気体を構成する成分ガスの濃度の関数で表される計算式を用いてもよい。
【００３８】
続くステップＳ２４０は流量算出手段としての手順で、式（３）にしたがって配管１内を流通する改質ガス中の水素の容積流量Ｑv を算出する。なお、式中、Ｓは配管の通路断面積であり、ＣＰＵ６の初期データとしてメモリに記憶されている。
Ｑv ＝Ｄ×Ｖ1 ×Ｓ・・・（３）
【００３９】
このように、本ガス検出装置によれば、１対の音響素子と温度センサを配管に設けることにより水素濃度と容量流量を測定することができる。ハウリングを発生させることにより水素濃度を得る構成としたので、音響素子の対向間隔を大きくとる必要はなく細管を流れる被測定ガスの測定にも好適であり、また、配管の通路断面積によって音響素子の対向間隔が大きくなる場合には増幅回路の利得を上げればよく、幅広い用途に適用することができる。
【００４０】
なお、被測定ガスの温度変動が小さい場合や要求される測定精度によっては温度センサを省略してもよい。
【００４１】
（第２実施形態）
図７に第２実施形態のガス検出装置の構成を示し、図８にガス検出装置のＣＰＵで実行される測定手順を示す。第１実施形態では水素の流量を容量流量で得ているが、本実施形態は質量流量で得るようにしたものである。図中、第１実施形態と同じ番号を付した部分は第１実施形態と実質的に同じ作動をするので、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４２】
配管１の管壁を貫通して圧力センサ７２が設けてあり、配管１内を流通する改質ガスの圧力を検出するようになっている。圧力センサ７２の出力信号は、圧力回路８２で信号処理され、アナログスイッチ８３を介してＣＰＵ６ＡのＡ／Ｄ変換回路に入力しており、また、上記測温回路８１から出力された温度検出信号もアナログスイッチ８３を介してＣＰＵ６ＡのＡ／Ｄ変換回路に入力している。アナログスイッチ８３はＣＰＵ６Ａで切り換え制御するようになっており、ＣＰＵ６Ａでは，改質ガスの圧力、温度のそれぞれが知られるようになっている。
【００４３】
ＣＰＵ６Ａは基本的に第１実施形態のＣＰＵ６と同じもので、相違点は上記のごとく水素の流量を質量流量で得る点であり、図８に示すように、基準音速Ｖ0 、流速Ｖ1 の算出（ステップＳ２１０）の後、ステップＳ２１１でアナログスイッチ８３を測温回路８２側に切り換え温度Ｔの読み込みを可能とする。
【００４４】
また、水素濃度Ｄへの変換（ステップＳ２４０）後、ステップＳ２４１でアナログスイッチ８３を圧力回路８２側に切り換え、ステップＳ２４２で改質ガスの圧力Ｐを読み込む。
【００４５】
続くステップＳ２５１は流量算出手段としての手順で、質量流量Ｑm を次式（４）により算出する。
Ｑm ＝ＲＴ／ＰＭr ×Ｄ×Ｖ1 ×Ｓ・・・（４）
【００４６】
ここで、Ｒは気体定数、Ｔは改質ガス温度、Ｐは改質ガス圧力である。また、Ｍr は改質ガスの分子量であり、水素濃度Ｄを用いて式（５）により表される。式は改質ガスの代表的な組成比であるＨ₂Ｏ：ＣＯ₂：Ｎ₂＝１３：１０：６を用いている。

【００４７】
このように本実施形態では水素の流量を質量流量で得ることができる。
【００４８】
なお、上記各実施形態において、水素濃度のみが必要であれば、流速Ｖ1 の算出に関する手順は省略することもできる。この場合、図９のように切り換えスイッチを省略した構成として第１の音響素子２ａをマイクロフォン機能専用とし、第２の音響素子２ｂをスピーカ機能専用とすることもできる。この場合、音速はカウント値Ｃから得られた値で代表されることになるが、式（１−１）や式（１−２）より明らかなように流速成分の項Ｖ1 ｓｉｎθが誤差となり得る。この誤差をなくすには、音響素子２ａ，２ｂの対向方向と配管の軸線方向とが直交するように配管筒状部を作り、音速に対する改質ガスの流れの影響をなくせばよい。なお、かかる構成とする場合には、ＣＰＵ６ＢＩおいて、カウント値と水素濃度との関係を示すマップ等にしたがって、カウント値から直接水素濃度に変換が可能である。勿論、かかるカウント値または水素濃度について温度補正を行うのもよい。
【００４９】
なお、音響素子設置場所によっては音響素子の対向方向と配管の方向とが直交するように筒状部を構成することができないこともあり得るので、その場合は、上記各実施形態のごとく音響素子をスピーカ機能とマイクロフォン機能との間で切り換え可能に構成し、上記式（２−１）にしたがって音速Ｖ0 を高精度に測定するのがよい。流速成分の項Ｖ1 ｓｉｎθを含まない正確な音速Ｖ0 を得ることができるからである。
【００５０】
また、上記各実施形態では、音響素子は切り換えスイッチによりスピーカとして機能する場合とマイクロフォンとして機能する場合とを切り換えることで実質的に傾斜角θが改質ガスの上流側と下流側とに切り換わるようにし、２元連立方程式（１−１）、（１−２）が成立するようになっているが、配管内に、被測定ガスの流通方向と直交する方向に対して音響素子の対向方向が第１の傾斜角をもつように第１の組の音響素子を配置して第１の上記フィードバック回路を形成するとともに、被測定ガスの流通方向と直交する方向に対して音響素子の対向方向が第２の傾斜角をもつように、上記第１の組の音響素子とは別の第２の組の音響素子を配置して第２の上記フィードバック回路を形成するのもよい。この場合は音響素子の数が増えることになるが、音響素子に指向性のよいものを用いて組間の干渉を抑制すれば２組同時にハウリングを発生させて改質ガスの流れの影響度が異なる２つの音速を同時に得ることができ、測定時間を短縮することができる。
【００５１】
なお、上記各実施形態は、水素濃度を数値で得る構成としているが、上記ゼロクロス回路の出力信号が可聴域となるように設定して、あるいはゼロクロス回路の出力信号の高調波等が可聴域となるように設定して音色で水素濃度の高低を知る構成とするのもよい。
【００５２】
また、上記各実施形態は燃料電池システムに付設したものを示したが、他の用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス検出装置の構成図である。
【図２】上記ガス検出装置のＣＰＵにおける制御内容を示すフローチャートである。
【図３】上記ガス検出装置の各部の作動状態を示すタイミングチャートである。
【図４】上記ガス検出装置におけるハウリング周波数と音速との関係を示すグラフである。
【図５】上記ガス検出装置における音速と改質ガス温度の関係を示すグラフである。
【図６】上記ガス検出装置における水素濃度と音速の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の別のガス検出装置の構成図である。
【図８】上記ガス検出装置のＣＰＵにおける制御内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明のさらに別のガス検出装置の構成図である。
【符号の説明】
１配管
２ａ，２ｂ音響素子
３１，３２切り換えスイッチ
４増幅回路
４１信号増幅器
４２ゼロクロス回路
４３電力増幅器
５周波数計測手段
５１分周器
５２基準クロック発生器
５３ＡＮＤ回路
５４カウンタ
６，６ＡＣＰＵ（ガス濃度演算手段、周波数／音速変換手段、基準音速算出手段、流量算出手段）
６ＢＣＰＵ（ガス濃度演算手段）

Claims

被測定ガス中の成分ガスの濃度を検出するガス検出装置であって、機械振動と電気振動との間で相互に変換自在な対をなす第１、第２の音響素子を、被測定ガスが流通する配管内に、被測定ガスを挟んで対向しかつ被測定ガスの流通方向と直交する方向に対して音響素子の対向方向が傾斜角をもつように配置するとともに、マイクロフォンとして機能する一方の音響素子から出力された電気信号を増幅しスピーカとして機能する他方の音響素子に出力する増幅回路を設けて、上記他方の音響素子からの音波が上記一方の音響素子にフィードバックしハウリングを発生するフィードバック回路を形成し、かつ上記傾斜角が互いに異なる音響素子配置で上記フィードバック回路を２種類形成自在に構成して、ハウリング周波数を計測する周波数計測手段と、計測されたハウリング周波数に基づいて成分ガス濃度を演算するガス濃度演算手段と、計測されたハウリング周波数に基づいて成分ガスの流量を演算するガス流量演算手段を具備せしめ、
上記ガス濃度演算手段は、予め記憶されたハウリング周波数と音速の関係に基づいて計測されたハウリング周波数を音速に変換する周波数／音速変換手段と、一方のフィードバック回路で計測されたハウリング周波数から変換された音速と他方のフィードバック回路で計測されたハウリング周波数から変換された音速とに基づいて被測定ガスの流速が０のときの音速を算出する基準音速算出手段と、算出された音速を成分ガス濃度に変換する音速／ガス濃度変換手段とを具備し、
上記ガス流量演算手段は、上記一方のフィードバック回路で計測されたハウリング周波数から変換された音速と上記他方のフィードバック回路で計測されたハウリング周波数から変換された音速とに基づいて被測定ガスの流速を算出する流速算出手段と、上記流速および上記成分ガス濃度から成分ガスの流量を算出する流量算出手段とを具備することを特徴とするガス検出装置。
請求項１記載のガス検出装置において、上記増幅回路には、マイクロフォンとして機能する上記一方の音響素子から伝送された電気信号を二値化するゼロクロス回路を設けたガス検出装置。
請求項１または２いずれか記載のガス検出装置において、第１の音響素子を上記増幅回路の入力端と出力端とのいずれかと切り換え接続するとともに第２の音響素子を上記増幅回路の出力端と入力端とのいずれかと切り換え接続して第１の音響素子がマイクロフォンとして機能し第２の音響素子がスピーカとして機能する第１の設定状態と、第１の音響素子がスピーカとして機能し第２の音響素子がマイクロフォンとして機能する第２の設定状態とのいずれかを選択自在な切り換えスイッチを具備せしめて、上記傾斜角を、被測定ガスの流通方向と直交する方向に対して上記音響素子の対向方向が実質的に被成分ガスの上流側方向と下流側方向とに切り換わるようにしたガス検出装置。