JP4810007B2

JP4810007B2 - 膜式ガスメータ及びガス漏洩検知方法

Info

Publication number: JP4810007B2
Application number: JP2001184263A
Authority: JP
Inventors: 勝久山田
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-06-19
Also published as: JP2003004501A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜式ガスメータ及びガス漏洩検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜式ガスメータは、ガス流量を常時マイコンで監視し、ガスの異常流量（過大使用）時には自動的に遮断弁を閉じてガスの供給を止めたり、微小流量が３０日間以上連続して検知されると、ガスメータ下流のガス配管等からのガスの漏洩があると判断して、ＬＥＤを点灯して警報表示をする安全機能を備えている。
【０００３】
ガス流量は計量室の容積、つまりメータの１回転毎にオン・オフするリードスイッチのパルス信号（以下、流量パルスともいう）を電子回路のマイクロコンピュータが監視する。ガスの漏洩の有無は、メータが１回転もしない時間が６０分以上続いた場合は配管等の漏洩が無いと判断する。
【０００４】
メータの１回転毎にリードスイッチをオン・オフさせる流量検知機構は、図１０に示すように、下ケース１内に設けてある第１と第２の膜にそれぞれ連動して各自その軸芯の廻りに往復回動する翼軸２，３に各一端を固着した大ひじ金４，５の各他端にひじ金ピンで連結した小ひじ金６，７の一方の小ひじ金６に取り付けた永久磁石８の移動軌跡に前記リードスイッチを近接配置して構成されている。
【０００５】
リードスイッチ９はマイクロコンピュータ等の電子部品を搭載したプリント配線基板１０の下面に取り付けられ、プリント配線基板１０をガスメータの上ケース１１のガイドレール１２，１３の上面に沿って電子部品室１４内に挿入して所定位置に装着することで永久磁石８の移動軌跡に近接配置される。電子部品室１４の後方（図示手前側）の開口部には、プリント配線基板１０を収納した状態で、図示されてない裏蓋が取り付けられる。
【０００６】
１５は小ひじ金６，７に連動するクランク機構、１６，１７はクランクロッド、１８，１９は扇形のバルブである。上ケース１１は下ケース１の上部にケースがガスケット２０を介して装着固定される。２１はガス流入口、２２はガス流出口である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の膜式ガスメータでは、ガス配管等からのガスの漏洩を検知するには、ガスメータに搭載された前記マイクロコンピュータが、ある時点を起点として例えば１時間単位のように一定の時間単位で前記リードスイッチからの流量パルスの出力の有無を監視し、各１時間毎のうちに少なくとも１つの流量パルスが出力される状態が途切れることなく連続して３０日間続いた場合には、ガス漏れ有りと判定して警報表示をするように設定されている。これは換言すれば、３０日間の途中で、１パルスも検出されない時間が１時間でもあれば、ガス漏れ有りとは判定しないということである。
【０００８】
ところが、上記のガス漏洩検知方法では、間欠的に駆動されるようなガス機器には対応することができない。例えば常に給湯温度を最適に保つように機能する給湯システムや風呂温度調節装置などでは、２４時間休むことなく、単位時間、例えば１時間以下の間隔でガス機器が間欠的に駆動される場合がある。このような場合には、間欠的に消費されるガス流量に対応した流量パルスが、ガス漏れの検出に関する最小単位時間である１時間以下の間隔で検出される。その結果、ガス漏れが実際には発生していないにも関わらず、流量パルスが出力される状態が３０日間に亘って連続することになり、ガス漏れ有りとの判定がなされてしまうという問題点があった。
【０００９】
或いは、このとき実際に微小漏洩のようなガス漏れが発生している可能性もあるが、上記のような従来の検知方法及び膜式ガスメータでは、ガス漏れと判定されたものが本当にガス漏れによるものであるのか、それともガス機器の間欠駆動に起因したものであるかの判別をすることができない。
【００１０】
また、前記リードスイッチのパルス信号はガスメータの１回転当り１発の信号が発生するが、膜式ガスメータの計量室体積はメータの号数毎に定められていて、大きなメータになる程その値が大きくなる。例えば５号メータでは、計量室体積が１．７〔Ｌ／ｒｅｖ〕であるため、１．７〔Ｌ〕のガスが流れて初めて１つの流量パルスが発生する。そのため、上記のような従来の検知方法では、１．７〔Ｌ／ｈ〕以上の流量（換言すれば、１．７〔Ｌ〕）の漏れしか検知できず、漏洩検知の分解能をより小さい値にしたいという要望があった。
【００１１】
そこで本発明は、前記の問題点を解消でき、更にリードスイッチに比較してより微小流量に対する高分解能の電気信号を出力できる膜式ガスメータとこの膜式ガスメータを用いたガス漏洩検知方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、翼軸に連動する小ひじ金に取り付けられ、かつ上下方向に着磁された永久磁石が水平面内でループ状に移動するガスメータにおいて、
永久磁石のループ状移動軌跡の内側で、かつループ状移動軌跡を含む水平面から上方に一定の距離を離して、２個の強磁性磁気抵抗素子を配設し、
この２個の強磁性磁気抵抗素子を、一方の素子の出力信号の山又は谷が他方の素子の出力信号の山又は谷と同時に発生しないように、両素子の相対的位置と角度を定めて配置し、
更に、互いに主電流方向が直交する２つの強磁性薄膜の素子を備えた電気絶縁性の基板を有する強磁性磁気抵抗素子を、前記ループ状移動軌跡を含む水平面に対して前記基板が平行になるように配設し、
前記一方の素子と他方の素子の各出力信号をそれぞれ微分する第１と第２の微分回路と、第１と第２の微分回路の各出力の絶対値を求める第１と第２の絶対値回路と、両絶対値回路の出力を加算する加算回路と、該加算回路の出力が一定時間以上継続して一定値を越えたときに配管等からのガス漏洩があると判定する判定回路とを具備したことを特徴とする膜式ガスメータである。
【００１３】
ループ状移動軌跡の内側とは、後述する実施例の、図４（ａ）とか図９（ａ）のような平面図における永久磁石８のループ状移動軌跡Ｋの内側のことである。
２つの強磁性磁気抵抗素子の各基板と永久磁石のループ状移動軌跡を含む水平面との距離は、同じ距離でも違う距離でも良い。また、両強磁性磁気抵抗素子の基板は共通の１枚の基板で構成することもできる。更にまた、両強磁性磁気抵抗素子を重ね合わせて配設したり、１枚の共通基板に二両強磁性磁気抵抗素子を構成する強磁性薄膜の素子を形成しても良い。
【００１７】
請求項２の発明は、膜式ガスメータの小ひじ金に取り付けられた永久磁石のループ状の移動軌跡に近接配置し、かつ、一方の素子の出力信号の山又は谷が他方の素子の出力信号の山又は谷と同時に発生しないように、両素子の相対的位置と角度を定めて配置した２個の強磁性磁気抵抗素子の各出力信号を監視し、常時少なくとも一方の出力信号が変化している状態が一定時間以上観察されたときに配管等からのガス漏洩があると判定することを特徴とするガス漏洩検知方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態を図面の実施例に従って説明する。
【００１９】
〔実施例１〕
図１〜図３において、小ひじ金６に取り付けた永久磁石８がガスメータの回転につれてループ状の移動軌跡を描く点は図８で説明した従来技術と同一構成であるので、図１〜図３の実施例で図８の従来技術と同一部品には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２０】
ガスが流れてガスメータの計量機構が作動すると、小ひじ金６に取り付けられている永久磁石８は楕円形様のループ状移動軌跡Ｋを描いて水平面内を移動する。軌跡Ｋを図３に示す。この永久磁石８の動きを軌跡Ｋの内側に配設され、かつ強磁性磁気抵抗素子からなる磁気センサ２３と２３′で検出する。磁気センサ２３と２３′を構成する強磁性磁気抵抗素子は周知の電子式水道メータの羽根車の回転検出に用いるものと同様の構造で、図５に示すように１辺が数ｍｍの絶縁基板２４の一表面に主電流方向が互いに直交する折線状の強磁性体の薄膜素子Ａ，Ｂを形成したチップを有し、両素子Ａ，Ｂを電気的に直列接続して、その共通接続点２５を出力端子となし、直列接続の両端２６と２７に直流電圧３Ｖを印加して用いている（図４（ｃ）参照）。なお、図４（ｃ）では、磁気センサ２３′を構成する各要素には、対応する磁気センサ２３の各要素の符号にダッシュを付けて示す。そして、磁気センサ２３と２３′は軌跡Ｋを含む水平面に平行に前記チップが配設され、かつ永久磁石８の上面（上端）から距離Ｈだけ上方に離れた位置に重ね合わせて配設されている。しかも両センサ２３，２３′の対応する前記素子Ａ同士の主電流方向が角度θをなすように両センサの方向を一定角度θだけずらして配設している（図４（ａ）参照）。
【００２１】
なお、図４（ａ）では、図面が煩雑になるのを避けるために素子ＡとＢをそれぞれ複数の平行線で簡略化して示しているが、実際には図５に拡大図示するように、素子ＡとＢはそれぞれ折線（ジグザグ）状に形成されている。折線の長手方向が主電流方向である。
【００２２】
磁気センサ２３には、図４（ａ）に示すように、平面図で、ループ状軌跡Ｋの内側ほぼ中央に配設される。そして、各素子Ａ，Ｂ（Ａ′，Ｂ′）の抵抗値は、その主電流方向と平行に磁界が印加されると増大し、主電流方向と直に磁界が印加されると減少する。もっとも、これらのときの磁界は磁気センサの基板面に平行又はほぼ平行に印加される。
【００２３】
従って、図４（ａ）の位置に永久磁石８がくると、同図（ｂ）に示すように永久磁石８からの磁力線が磁気センサ２３，２３′の基板面に平行に印加され、素子Ａの主電流方向に平行に、かつ素子Ｂの主電流方向に直角に印加される。そして、永久磁石の位置が水平面内でループ状軌跡Ｋに沿って移動すると、出力端子２５の出力電圧は、例えば図６のように山形に変化する。なお、永久磁石８は円柱形で、その軸線方向（上下方向）に着磁されている。また、磁気センサ２３，２３′は、図１に示すように、プリント配線基板１０Ａの下面にそのリードをハンダ付けすることで実装されている。プリント配線基板１０Ａを収納する電子部品室１４は、隔壁１１ａによりガスの流れと遮断されている。なお、磁界を印加しないときの素子Ａ，Ｂ（Ａ′，Ｂ′）の抵抗値の比は、実施例ではほぼ１：２である。
【００２４】
図６は磁気センサ２３と２３′の出力Ｖ₁とＶ₂で、横軸はガスメータのクランク機構１５のクランク軸の回転角で、この回転角の３６０度がメータのいわゆる１回転になる。クランク軸２８は、図１に示すようにウォーム２９と共に回動して、ウォームホイール３０を駆動する。従ってウォームホイール軸３１が回動して、表示機構３２を駆動してガス使用量を表示する。
【００２５】
図６に示す出力電圧は、プリント配線基板に実装された電子回路で処理される。この電子回路の要部ブロック図を図７に示すが、これらの回路は図７に限らないで、例えばガスメータの安全機能のための前記マイクロコンピュータを用いて、ソフトウェアで処理することもできる。
【００２６】
図７で、磁気センサ２３の出力は、シュミットトリガ回路からなる波形整形回路３３で矩形波に整形される。従って、図６に示す回転角３６０度の間の２つの山は、２つの矩形波に整形される。そして、周期測定回路３４で周期Ｔを測定する（図８）。この周期はガス流量の逆数に比例するので、測定した周期からガス使用量（流量）の過大などの異常を検知して周知の遮断弁を閉じてガスの供給を止めるなどの処理ができる。
【００２７】
また、磁気センサ２３の出力信号は、出力信号が変化しているかどうかを検知する出力変化検出回路３５Ａで変化の有無が検知され、かつ出力変化検出回路３５の変化有りの出力が継続時間測定回路３６で３０日間継続していると確認されたときはガスの漏洩有りと判定する。
【００２８】
出力変化検出回路３５Ａは、図７のように微分回路３７，３７′、絶対値回路３８，３８′、加算回路３９及び比較器４０等で構成されている。磁気センサ２３，２３′の信号Ｖ₁，Ｖ₂は、図８に示すように三角波状に変化する。なお、図８では、両信号Ｖ₁とＶ₂を模式的に三角波で示した。信号Ｖ₁とＶ₂はそれぞれ微分回路３７と３７′で微分されて、信号Ｖ₄，Ｖ₅となる。信号Ｖ₄，Ｖ₅はそれぞれ絶対値回路３８，３８′で全波整流されて、絶対値信号Ｖ₆，Ｖ₇となる。両信号Ｖ₆，Ｖ₇は加算回路３９で加算されて信号Ｖ₈となる。この信号Ｖ₈は、比較器４０で一定電圧Ｖ₀と比較され、一定電圧Ｖ₀を信号Ｖ₈が越えたときに比較器の出力が出て、この出力の継続時間が継続時間測定回路３６で測定される。比較器４０の出力が３０日間継続していると確認されたときはガスの漏洩有りと判定する。
【００２９】
磁気センサ２３，２３′の出力信号Ｖ₁，Ｖ₂は、図８に示すように、横軸の時間変化に伴って三角波に変化し、その山（極大点）と谷（極小点）では変化が零になる。従って、これらの山と谷では、微分値Ｖ₄，Ｖ₅は一時的に零になるが、出力信号Ｖ₁とＶ₂の位相角のずれがあるため、出力信号Ｖ₁の山・谷と、Ｖ₂の山・谷が同時には生じない。そのため、加算回路３９の出力信号Ｖ₈は、ガスメータが回転している限り零になることはなく、比較器４０の出力の継続時間を測定することでガス漏洩の有無が判定できることになる。
【００３０】
〔実施例２〕
図９の実施例２において、強磁性磁気抵抗素子からなる２つの磁気センサ２３と２３′は、永久磁石８の移動軌跡Ｋの内側に、かつ移動軌跡Ｋを含む水平面から上方に距離Ｈ離れた平行平面内に近接配置されている（同図（ａ））。この実施例２の電気回路は前記実施例１と同じである。同図（ｂ）は実施例２で、ガス漏洩があってガスメータが連続回転しているときの、磁気センサ２３と２３′の出力信号Ｖ₁，Ｖ₂の波形を示す。この実施例でもほぼ三角波であるが、出力信号Ｖ₁，Ｖ₂の位相角関係が途中で入れ替わるように変化する。しかしこの場合も、出力信号Ｖ₁の山・谷と、出力信号Ｖ₂の山・谷の位置がずれるので、メータが回転中は両磁気センサ２３，２３′の少なくとも一方の出力信号が必ず時間的に変化する。そのため、実施例１と同様に、加算回路３９の出力が必ず一定値Ｖ₀を越え、これが３０日を越えるとガス漏洩有りと判断される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の膜式ガスメータは上述のように構成されているので、ガスメータの回転検出の分解能を検出できる。また、間欠作動するガス機器を用いているガス配管等のガス漏れを検知するのに有効なガスメータを実現できる。
【００３２】
そして、強磁性磁気抵抗素子からなる磁気センサを２個用いているので、ガス漏洩時はいずれかの磁気センサの出力信号が必ず時間的に変化するため、これを検出することで効果的にガス洩れを検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜式ガスメータの実施例の一部縦断面図。
【図２】図１の実施例の横断面図。
【図３】図２の横断面図に永久磁石の移動軌跡を記入した図。
【図４】本発明の実施例１の要部で、（ａ）は永久磁石と磁気センサの配置を説明する平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ視図、（ｃ）は磁気センサの電気回路図。
【図５】本発明の実施例に用いる磁気センサのチップの平面図。
【図６】本発明の実施例１の磁気センサの出力電圧の図。
【図７】本発明の実施例の電気回路の要部ブロック図。
【図８】本発明の実施例１の各部の電気信号の波形を示す図。
【図９】本発明の実施例２で、（ａ）は永久磁石と磁気センサの配置を説明する平面図、（ｂ）は磁気センサの出力信号の波形を示す図。
【図１０】従来技術のガスメータの分解斜視図。
【符号の説明】
２，３翼軸
６，７小ひじ金
８永久磁石
２３，２３′ 強磁性磁気抵抗素子からなる磁気センサ
２４絶縁基板
Ａ，Ｂ、Ａ′，Ｂ′ 薄膜素子
Ｈ距離
Ｋ移動軌跡
３５Ａ出力変化検出回路
３６継続時間測定回路
３７，３７′ 微分回路
３８，３８′ 絶対値回路
３９加算回路
４０比較器

Claims

翼軸に連動する小ひじ金に取り付けられ、かつ上下方向に着磁された永久磁石が水平面内でループ状に移動するガスメータにおいて、
永久磁石のループ状移動軌跡の内側で、かつループ状移動軌跡を含む水平面から上方に一定の距離を離して、２個の強磁性磁気抵抗素子を配設し、
この２個の強磁性磁気抵抗素子を、一方の素子の出力信号の山又は谷が他方の素子の出力信号の山又は谷と同時に発生しないように、両素子の相対的位置と角度を定めて配置し、
更に、互いに主電流方向が直交する２つの強磁性薄膜の素子を備えた電気絶縁性の基板を有する強磁性磁気抵抗素子を、前記ループ状移動軌跡を含む水平面に対して前記基板が平行になるように配設し、
前記一方の素子と他方の素子の各出力信号をそれぞれ微分する第１と第２の微分回路と、第１と第２の微分回路の各出力の絶対値を求める第１と第２の絶対値回路と、両絶対値回路の出力を加算する加算回路と、該加算回路の出力が一定時間以上継続して一定値を越えたときに配管等からのガス漏洩があると判定する判定回路とを具備したことを特徴とする膜式ガスメータ。
膜式ガスメータの小ひじ金に取り付けられた永久磁石のループ状の移動軌跡に近接配置し、かつ、一方の素子の出力信号の山又は谷が他方の素子の出力信号の山又は谷と同時に発生しないように、両素子の相対的位置と角度を定めて配置した２個の強磁性磁気抵抗素子の各出力信号を監視し、常時少なくとも一方の出力信号が変化している状態が一定時間以上観察されたときに配管等からのガス漏洩があると判定することを特徴とするガス漏洩検知方法。