JP4862901B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、各家庭でのガス供給管の入り口部分に設置され、ガス流量を計測する流量計測装置を応用して、ガス器具別料金等の使用器具やその使い方に合わせた新料金や新保安などのサービスを提供するために使用中のガス器具を判別する技術に関するものである。

従来、この種の流量計測装置の事例としては、以下に示すような構成がある。一般的に各家庭にはガス供給ラインの入り口にガスの流量計を内蔵した流量計測装置が取り付けられている。

従来の流量計測装置において器具別料金を実施する場合、流量計測装置に接続された複数の積算装置を用い、特定の時間使用された場合の積算流量や特定の範囲の流量が使用されている場合の積算値を求め、すなわち時間区分別流量や流量区分別流量を求め、その積算値でもって料金体系を決めるものである。図１３をもとに料金体系の一例について説明を加える。予め所定の割引流量区分、及び所定の割引時間帯を設定し、その割引流量区分かつ割引時間帯に該当する流量のガス料金を割引対象とする。すなわち図１３の斜線で区分された部分が対象となる（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この方法では、器具の特定判断が曖昧であり、特定器具に対して料金を課金する等のより消費者にわかりやすく利便性のある料金設定を行うことは困難である。そこで、特定の器具を判別するための方法として、以下に示すような提案がなされている。

提案例の動作について説明する。図１４には、あるガス器具の起動時のガス流量変化パターンとそのパターンをもとにパターンマッチングを行うための参照値（パターンテーブル）を示す。１つのガス器具についてこのパターンテーブルはガス器具の燃焼制御に伴って発生する一連のガスの流量変化パターン分用意する必要があり、また各家庭で使われているガス器具の総台数分必要になる。ガスメータの流量計測装置により計測された流量値の変化とこれらのパターンテーブルを常に比較しながらマッチングするものを抽出し、器具を特定するものである（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−７１４２１号公報 特開２００３−１４９０２７号公報

前記従来の構成における器具の判別においては、流量データのパターンの特徴の抽出し、判別を行うため、器具による流量パターンは種々雑多であり、似たような器具が存在する場合、特定判別が曖昧になる。また特徴抽出のために流量データを加工するための複雑な演算処理が必要で、そのための処理は煩雑となるとともに演算負荷が大きくなるという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡便な判定手段でもって汎用性が高く、演算処理などの能力が低いシステムであっても精度良く判定することが可能な流量計測装置を提供することを目的とする。

本発明に係る流量計測装置は、ガス流量を所定の間隔で計測する計測手段と計測手段が
計測するガス流量の変化を検知する変化検知手段とガス流量の流量パターンのデータを登録する登録手段と、計測手段が計測する流量値と、登録手段に登録されている流量パターンが合致するか判定を行う判別手段を備えるものである。

これにより、簡便な判定手段でもって汎用性が高く、大きな演算負荷をかけず安価なマイコンでも使用可能な器具の判別処理が可能である。

本発明により、簡便で低コストな器具判別が可能となり、それによる付加価値サービスとしてガスの使用者に対して利便性のある種々の料金体系の構築が可能となり、ガスの使用、ガス器具の利用促進が図られるとともに、器具を判別することでガス漏れなどの保安に対してもより高度な設定が可能となり安全にガス器具を使用することも可能となる。

第１の発明は、ガス流量を所定の間隔で計測する計測手段と、ガス器具の使用などによる流量変化のデータを登録する登録手段と、前記計測手段が計測する流量値と、前記登録手段に登録されているデータが合致するか判定して器具を判別する判別手段と、前記計測手段により計測されるガス器具の起動時の任意点のデータに対して前後双方のデータの値に変化の無い場合、前記任意点のデータを読み飛ばすデータを圧縮する圧縮手段を有し、前記判別手段は、前記登録手段に登録されたデータと前記圧縮手段で圧縮されたデータが合致するか否かで器具の判定を行う構成とすることにより、器具が起動する際などの計測される流量変化時に使用器具により使用環境やその他の制御理由などで流量値が変化しない時間が不定ある場合その変化しない部分のデータは無視することで、同一の変化パターンであるとの判断が可能となり、より精度の高い器具判別が可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、計測手段は超音波方式とすることで、よりレンジアビリティの広い高精度な計測が可能となるとともに、サンプリング時間が短い計測が可能であるため、瞬時の計測が必要な用途などにも対応が可能となる。また逆流の計測も可能である。

第３の発明は、特に、第２の発明において流量計測手段が０．５秒以下の時間間隔で測定する機能を有することで、器具の起動時の流量変化のパターンをより正確に捉えることが可能となる。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における流量計測装置のガス供給形態を示す図である。

各家庭のガス供給管１の入口部分にガスメータなる流量計測装置２が設置され、この流量計測装置２を経由した後のガス配管３から分岐して家庭で使用する種々のガス器具が設置された場所まで配管されガスが供給される。

そして、設置されたガス器具が使用されガスの消費が発生すると流量計測装置により使用量が計測されている。

次に、図２を用い流量計測装置構成について説明する。流量計装置２内部はガス管に接続されたガスの流路内に設けられたガス遮断弁４と計測手段５と計測手段５からの信号を演算処理する演算手段６、使用ガス流量を表示する表示部７、及び本発明に係わるガス器具判別を行う判別手段８、計測手段５により計測した流量を一定期間記憶保持する流量記憶手段９、計測手段５が計測する流量値に変化が起こるかどうか検知するための変化検知手段１０、判別するためのデータを記録する登録手段１１および判別の判定の許容値などのデータを記録する設定記憶手段１２と全体を統括する制御回路１３及びそれらの動力源となる電池（図示せず）を内蔵している。

なお、本発明の計測手段５に関しては、後述するような超音波方式の計測手段を使用しているが、計測方式としては、他の流量計測方式でもフルディック方式などの短時間に一定サイクルで連続計測可能であれば使用可能である。

以下、動作について説明する。まず、超音波方式の流速計測に関して図３をもとに説明する。計測流路１４は矩形断面を持っており、計測流路１４のガスの流れる方向と直角方向にある壁面には計測流路１４を挟んで一対の超音波送受信器１５、１６が流路の上流側と下流側で角度φを有して斜めに対向して装着されている。超音波送受信器１５、１６間で交互に超音波を送受信させて流体の流れに対して順方向と逆方向の超音波の伝搬時間の差を一定間隔をおいて計り、伝搬時間差信号として出力する働きを持つ。この伝搬時間差信号を受けて演算手段により被計測流体の流速及び流量を算出するものである。演算式を下記に示す。

式（１） Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓφ（１／ｔ１−１／ｔ２）
ただし、図３においてＬは測定距離であり、ｔ１を上流からの伝達時間、ｔ２を下流か
らの伝達時間、Ｃを音速、流速をＶとする。

計測の時間間隔は超音波の送受信が可能な範囲で設定できる。本発明の実施例では後述するように、０．５秒間隔の計測を行っている。このサンプリング間隔をより短くすることで、さらに分解能を上げて計測することは、ガス器具の起動による流量変化をより適格に判別することを可能とするが、消費電力等の兼ね合いより、本発明の実施例では０．５秒を適切な値として用いている。なお性能重視、または消費電力などのコスト重視などにより０．５秒以外のサンプリング間隔を変えて実施することも可能である。

サンプリング時間の違いにより生じる不具合を以下に説明する。図４にガスの起動パターンの一例を示す。図５に図４の波計を０．５秒間隔でサンプリングした場合の測定ポイントのイメージを示す。図５に示す流量と鎖線で示すサンプリング間隔（０．５秒）とクロスポイント（●印）が計測される流量値となる。図６には図４の波形を２秒間隔でサンプリングした場合の測定ポイントのイメージを示す。

図６においては、サンプリングのタイミングが違う場合の測定ポイントのずれを示す。●と▲では同じ波形をサンプリングしているが、計測タイミングが異なるので図に示すように流量の変化が大きい場合測定される値には大きな差を生じてしまう。

上記したように、サンプリング間隔が広いと器具の起動波形を忠実に再現することが難しいだけでなく、サンプリングのタイミングにより抽出データの誤差が大きくなるため、サンプリングデータと記憶したデータの直接比較においては誤判断が大きくなる。

次に、ガス器具の動作の判別手順について説明する。本発明においては流量計測装置では上記した様に０．５秒間隔毎にガス流量を計測して出力している。

図７に示すようにガスの起動パターンとしてはガス器具の着火動作と同時にガスのバルブが開けられることによりガス流量は０から所定の時間を要して起動時の安定流量に達する。この安定流量は器具により固有のものであり、この安定流量に達するまでの流量変化の軌跡は器具により異なる。

図７に示すように起動閾値を超えて流量変化があった場合（大き目の●のポイント）、図８のフローチャートに示すように、その時点を始点として登録手段に登録されているデータと合致する流量変化かどうかの判別を始める。

本発明では０．５秒毎の計測手段により計測される流量の起動判定後のデータと登録データ（図９にデータのイメージを示す）の流量が０を超えた（大きな●のポイント）の流量値データとが順次比較され判定期間内のデータが同一であれば登録データと同じ器具が起動したと判定する。

なお、同一機種であっても個体差、計測のサンプリングのタイミングで流量起動のパターンが全く同じになる保障は無いため、比較のためにはある程度の許容値を持って同一とする判断が必要になる。

発明においてはデータ（流量値）が同一であるかどうかの許容範囲は、計測データの絶対流量に対して±５％に設定している。

なお、±５％以外でも使われている器具や環境または判別に求める精度により適切な割合に設定することは可能である。

また許容範囲の設定値を図１０に示すような参照テーブルとして設定記憶手段に持たせることにより、計測手段により得られる流量値から参照テーブルの値を参照しつつ許容範囲を決定して行くことで、より適応力の高い判別精度を得ることができる。

また図１１に示すように、器具によっては起動時の燃焼パターンの制御方法により、流量一定の区間の時間（図１１上の○囲み部分）が異なる器具が存在する、この場合登録されたデータと測定されたデータが同じ器具であっても合致しない可能性もある。

本発明においては、測定したデータを一旦バッファである流量記憶手段に記録し、判定中の任意時点のデータに対して一個前及び後のデータと比較して変化が無い場合はそのデータを読み飛ばすようなデータの圧縮手段（図示せず）を有しており、判別手段が判別を行う際に、判別のデータをこの圧縮手段を通すことで、図１１に示す計測データ及び図９の登録データも図１２に示すように同一のデータとなるため判別が容易になる。

以上のように、本発明にかかる流量計測装置は、ガス流量を計測する計測手段と計測手段が計測するガス流量の変化を検知する変化検知手段とガス流量の流量変化パターンを所定間隔の流量値の時系列データとして登録された登録手段と変化検知手段からの始動信号により、計測手段が所定間隔で計測する流量値と、登録手段に登録されたデータが合致するか判定を行う判別手段を有する構成で、簡便かつ低コストで器具判別が可能となり、それによる付加価値サービスとしてガスの使用者に対して利便性のある種々の料金体系の構築が可能となり、ガスの使用、ガス器具の利用促進が図られるとともに、器具を判別することでガス漏れなどの保安に対してもより高度な設定が可能となり安全にガス器具を使用することも可能となる。

本発明の実施の形態における流量計測装置のガス供給形態を示す図 本発明の実施の形態における流量計測装置の構成図 本発明の実施の形態における流量の計測部構成図 本発明の実施の形態におけるガス器具流量波形の図 本発明の実施の形態における流量サンプリング概念図 本発明の実施の形態における流量サンプリング概念図 本発明の実施の形態におけるガス器具流量波形の図 本発明の実施の形態における判別動作の流れ図 本発明の実施の形態におけるガス器具の流量登録値概念図 本発明の実施の形態における判別許容値参照テーブル概念図 本発明の実施の形態におけるガス器具流量波形の図 本発明の実施の形態における圧縮処理後のガス器具流量波形の図 従来の流量計測装置の判別方法概念図 従来の流量計測装置の判別方法データ構成図

１ ガス供給管
２ 流量計測装置
３ ガス配管
４ ガス遮断弁
５ 計測手段
６ 演算手段
７ 表示部
８ 判別手段
９ 流量記憶手段
１０ 変化検知手段
１１ 登録手段
１２ 設定記憶手段
１３ 制御回路
１４ 計測流路
１５、１６ 超音波送受信器

Claims (3)

1. ガス流量を所定の間隔で計測する計測手段と、
   ガス器具の使用などによる流量変化のデータを登録する登録手段と、
   前記計測手段が計測する流量値と、前記登録手段に登録されているデータが合致するか判定して器具を判別する判別手段と、
   前記計測手段により計測されるガス器具の起動時の任意点のデータに対して前後双方のデータの値に変化の無い場合、前記任意点のデータを読み飛ばすデータを圧縮する圧縮手段を有し、
   前記判別手段は、前記登録手段に登録されたデータと前記圧縮手段で圧縮されたデータが合致するか否かで器具の判定を行う流量計測装置。
2. 計測手段は、超音波流量計を用いた請求項１記載の流量計測装置。
3. 計測手段が０．５秒以下の時間間隔で測定する機能を有する請求項２記載の流量計測装置。