JP5080489B2 - ガスの計量 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、容積式ガス計量の分野に関する。本願明細書に記載のガス計量技術は、住宅用都市ガスメータでの使用に特に適している。
【背景技術】
【０００２】
住宅用の容積式ガスメータの殆どはダイアフラムガスメータである。これは、完全サイクルごとに固定容量のガスを通過させる容積移送原理で動作する機械式装置である。機械式メータは、平常動作中に摩耗するため、時間と共に精度が下がり、遂には完全に故障する可能性もある。自動計測（ＡＭＲ）の加速的普及は、消費量情報の自動読み取りを可能にするために、極めて多くの場合、何らかの形の符号化器を機械的な読みにインタフェースさせる必要があることを意味する。
【０００３】
ガス消費量の測定値を電子形態で直接入手できる、可動部を含まないガスメータ、すなわち静的ガスメータを提供することが望ましい。このような実装から得られる他の利点としては、使用時間、ピーク需要、またはガス価格設定の地理的格差に基づくより複雑な料金表を設定できること、あるいは他の住宅用エネルギー源、たとえば電気、石油、または再生可能エネルギー資源など、と情報を共有できることが挙げられる。
【０００４】
３種類の静的容積式ガスメータが開発されている。第１は、超音波による飛行時間型メータである。これは、この種のメータの高コストを負担できる隙間市場向けに市販されている。第２の公知技術は、熱式質量流量メータである。これは、当該分野に比較的最近加わったものであり、バイパス方式と微細加工されたセンサとを使用する。第３の種類は、１９５０年代に開発された流体振動子式メータである。これらの計量技術はどれも、機械式メータより高価であるという欠点があり、さらにかなりの電池電力を必要とし、このためコストがさらに増加する。
【０００５】
米国特許第３，６８８，１０６号（ブレイン（Ｂｒａｉｎ））明細書には、ダクト内のガスの速度を測定するためのメータが記載されている。このメータは、イオン発生源と２つのイオンコレクタとを有し、ダクト内のガスは最初にイオン化され、次にコレクタを通過する。電圧パルスを第１のコレクタに印加し、このパルスと第２のコレクタで収集されるイオン数に及ぼされた影響との間の隔たりを測定することによってガス速度を求める。第２のコレクタにおいてパルス間に収集されたイオン数を求めることによってガス密度を測定し、速度と密度の積から質量流量を求める。このシステムにおいては、第１のコレクタに印加される電圧パルスは１００Ｈｚの方形波であり、１２０ボルトの電圧が第２のコレクタの両端に印加される。高電圧および高変調周波数であるため、この設計は、家庭用ガスメータに必要な低電圧の電池式運転には適さない。米国特許第３，８４２，６７０号および米国特許第２，６３２，３２６号の明細書には、イオン化速度式ガスメータの他の構成が記載されている。
【０００６】
米国特許第３，６８８，１０６号（ブレイン）明細書に記載されている一般型ガスメータであって、標準の電池によって経済的に給電できるように数ボルトの動作電圧で機能できるガスメータを提供することが望ましいであろう。ただし、ブレインが説明している計量構造では、各コレクタからガス流へのインピーダンスを皆無にするか、または殆ど無くすために、各コレクタの電極間を十分に離す必要がある。したがって、このメータを機能させるために十分大きな電界を各コレクタに与えるには、１００ボルトを超える動作電圧を必要とする。この同じ電界を数ボルトの動作電圧で発生させるには、ブレイン式メータを取り付けるダクトの直径を１００分の１にする必要があり、家庭用のガス供給の流れを著しく妨げることになろう。
【０００７】
本発明は、少なくとも好適な複数の実施態様において、ガスの速度場とイオン化分布とが作用し合って被検出信号を変化させるという根本原理を用いた、イオン化ガス流の電気的操作および検出の原理に基づき動作する、改良された容積式ガスメータを提供しようとするものである。特定の実施態様において、本ガスメータは、全国または地域供給網からのガス使用量の計量に特に適している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、住宅用都市ガスメータとして特に適した、ガス消費量の測定値を電子形態で直接入手できる、可動部を含まないガスメータ、すなわち静的ガスメータを提供するのが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、ガスメータであって、ガスの使用時にガス流を通過させる導管と、前記ガスの使用時に前記導管内の前記ガス流をイオン化するために配置されたイオナイザと、前記イオナイザによりイオン化されたガス流中のイオン分布を変調するために配置された変調電極構造と、前記イオン化ガス流において前記変調されたイオン分布を検出するために配置された、前記変調電極構造の下流の少なくとも第１の検出電極構造と、を備える前記ガスメータにおいて、前記変調電極構造は、前記イオナイザの下流に配置され、少なくとも実質的成分が前記イオン化ガス流の方向に平行な電界を発生させるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
更に、請求項２に記載の発明においては、前記請求項１に記載のガスメータであって、前記検出電極構造は、少なくとも実質的成分が前記イオン化ガス流の方向に平行な電界を発生させるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
更に、請求項３に記載の発明においては、前記請求項１または２に記載のガスメータであって、前記発生した電界は前記イオン化ガス流の方向にほぼ平行であることを特徴とするものである。
【００１２】
更に、請求項４に記載の発明においては、前記請求項１から３の何れか１項に記載のガスメータであって、前記変調電極構造は、前記イオン化ガス流の方向に対してほぼ直角に配置されたほぼ平らな一対の電極を互いに向かい合わせた構成からなることを特徴とするものである。
【００１３】
更に、請求項５に記載の発明においては、前記請求項１から４の何れか１項に記載のガスメータであって、前記検出電極構造は、前記イオン化ガス流の方向に対してほぼ直角に配置されたほぼ平らな一対の電極を互いに向かい合わせた構成からなることを特徴とするものである。
【００１４】
更に、請求項６に記載の発明においては、前記請求項４または５に記載のガスメータであって、前記電極は、前記イオン化ガス流の方向に間隔を置いて配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
更に、請求項７に記載の発明においては、前記請求項４、５、または６に記載のガスメータであって、使用時に前記電極間に前記電界を発生させることを特徴とするものである。
【００１６】
更に、請求項８に記載の発明においては、前記請求項４乃至７の何れか１項に記載のガスメータであって、前記イオン化ガス流を通過させる複数の開口が前記電極にそれぞれ画成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
更に、請求項９に記載の発明においては、前記請求項８に記載のガスメータであって、前記電極がメッシュ形態であることを特徴とするものである。
【００１８】
更に、請求項１０に記載の発明においては、前記請求項１から９の何れか１項に記載のガスメータであって、前記変調電極構造は上流の電極と下流の電極とを備え、前記イオン化ガス流における前記イオン分布を変調するために、使用時に各電極にそれぞれの変調用電位が印加され、
前記下流の電極に印加される前記変調用電位は、前記上流の電極に印加される前記変調用電位とは反対の極性であり、前記変調電極構造の下流において、前記上流の電極による前記電界が前記下流の電極による前記電界によって相殺されるように選択された大きさであることを特徴とするものである。
【００１９】
更に、請求項１１に記載の発明においては、前記請求項１から１０の何れか１項に記載のガスメータであって、前記変調電極構造は、一方の極性のイオンを捕捉し、それによって反対極性のイオンの大部分を含むイオン化ガス流を発生させるように配置されることを特徴とするものである。
【００２０】
更に、請求項１２に記載の発明においては、前記請求項１１に記載のガスメータであって、前記検出電極構造は、電荷発生源に接続された電極を少なくとも１つ備え、一方の極性のイオンの大部分を有する前記イオン化ガス流が前記電極に対して移動することによって前記電極に電荷の再分布を発生させ、イオン分布を示す電流を前記電極と前記電荷発生源との間に発生させることを特徴とするものである。
【００２１】
更に、請求項１３に記載の発明においては、前記請求項１２に記載のガスメータであって、前記電荷発生源が地電位であることを特徴とするものである。
【００２２】
更に、請求項１４に記載の発明においては、前記請求項１から１３の何れか１項に記載のガスメータであって、前記第１の検出電極構造の下流に第２の検出電極構造をさらに備え、各検出電極構造は、前記イオン化ガス流において前記変調されたイオン分布を検出するように配置されることを特徴とするものである。
【００２３】
更に、請求項１５に記載の発明においては、前記請求項１４に記載のガスメータであって、前記第１の検出電極構造は一方の極性のイオンを優先的に捕捉するように配置され、前記第２の検出電極構造は反対極性のイオンを優先的に捕捉するように配置されることを特徴とするものである。
【００２４】
更に、請求項１６に記載の発明においては、前記請求項１５に記載のガスメータであって、前記第１の検出電極構造は間隔を置いて配置された一対の電極を備え、前記イオン化ガス流からイオンを捕捉してイオン分布を示す電流を発生させるために、使用時に前記電極間に電界が印加されることを特徴とするものである。
【００２５】
更に、請求項１７に記載の発明においては、前記請求項１５に記載のガスメータであって、前記第２の検出電極構造は間隔を置いて配置された一対の電極を備え、前記イオン化ガス流からイオンを捕捉してイオン分布を示す電流を発生させるために、使用時に前記電極間に電界が印加されることを特徴とするものである。
【００２６】
更に、請求項１８に記載の発明においては、前記請求項１０に記載のガスメータであって、前記変調電極構造に印加される前記変調用電圧は、周波数が１０Ｈｚ未満であることを特徴とするものである。
【００２７】
更に、請求項１９に記載の発明においては、前記請求項１０に記載のガスメータであって、前記変調電極構造に印加される前記変調用電圧は、交流１０ボルト未満であることを特徴とするものである。
【００２８】
更に、請求項２０に記載の発明においては、前記請求項１に記載のガスメータであって、前記イオナイザが放射線源を備えることを特徴とするものである。
【００２９】
更に、請求項２１に記載の発明においては、前記請求項１に記載のガスメータであって、前記メータが電池式であることを特徴とするものである。
【００３０】
導管は、一般には管であり、断面は円形でもよい。本発明の複数の実施態様において、管の幅（直径）は３０ｍｍ未満である。
【００３１】
本発明をガスメータとして定義してきたが、本発明は、本願明細書に記載されているようなガス計量手段およびガス計量方法にも及ぶ。
【００３２】
以下に、本発明の実施形態を単なる例示として添付図面を参照しながら説明する。
【００３３】
本発明のさまざまな実施形態において、対応する部分には対応する参照数字が使用されている。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は以上のように、電界がガス流の方向に対して、従来技術のように直角ではなく、平行になるため、電極構造の電極間の間隔を変えることによって、導管内のガス流に影響を及ぼすことなく、電界強度を調整することができる。このため、流体力学要件を電気的要件から独立させることができるため、家庭用ガスメータ用として十分な低電圧で動作できるガスメータを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるガスメータの概略図である。
【図２】本発明によるガスメータで使用されるメッシュ電極を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるガスメータの概略図である。
【図４】図３のガスメータの変調電極構造に印加される変調用電圧の概略表現である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は、本発明の第１の実施形態によるガスメータを模式的に示す。ガスメータは、矢印Ａで示すガス流を通過させる導管１を備える。この実施形態において、導管は、内径２３ｍｍの円筒状の管である。導管内のガス流をイオン化するために、管１の側面にイオナイザ２が配置されている。この実施形態において、イオナイザ２は、家庭用煙探知機に使用される種類の、銀フォイルまたは金フォイル内に閉じ込められた１μＣｉアメリシウム２４１放射線源である。線源２の放出率は、一般に秒当たり３７，０００アルファ粒子であり、空気中での範囲は３ｃｍである。イオン化効率は、アルファ粒子当たり２００，０００イオン対であり、１００ｍｓ以内での再結合は５０％である。放射線源２は、その直近のガスをイオン化してイオン化雲３を形成する。イオン化雲３は、ガス流によって管１内を運ばれる。
【００３７】
変調電極構造４は、放射線源２の下流の管１内に設けられる。変調電極構造４は、イオン化雲が変調電極構造４の下流において識別可能であるように、イオン化ガス流におけるイオン分布を変調する。この実施形態において、変調電極構造４は、上流の電極５と下流の電極６とを備える。図２に示すように、各電極５、６は、金属板から適切な方法で切り取られたメッシュ（または格子）である。電極５、６の直径は、管１の内径に対応する。電極５、６は、管１の軸、ひいてはガス流の方向、に直角に配置されている。電極５、６の厚みは０．２ｍｍ、ピッチｐは１ｍｍ以下である。電極の充填率（メッシュ材料の面積率）は、２０％以下である。
【００３８】
この実施形態において、上流の変調電極５と下流の変調電極６との間の間隔は、０．１２５ｍｍである。図１に示すように、変調電極５、６の間に印加される変調用電圧は可変である。変調用電圧は、振幅が最大１０ボルト、周波数が１ヘルツから４ヘルツの方形波である。印加された変調用電圧によって、変調電極５、６間に電界が発生する。図１に示すように、上流の変調電極５および下流の変調電極６のメッシュは、一方の電極の隙間の間の導体７が他方の電極の隙間に位置合わせされるように、またこの逆の関係でも位置合わせされるように、メッシュのピッチの半分に等しい量だけ相対的にずれている。このため、変調電極５、６間の電界の最大成分は、ガス流の方向（管１の軸）に対して直角である。２つの電極５、６間の電界がガス流の方向に完全に直角になるように、各電極５、６の各導体７がガス流の方向に直角な同一面において交互に配置されて他方の電極の導体間に挟まれると理想的である。ただし、このような配置は、変調電極構造４が極めて複雑になるため、製造が困難かつ高コストになる。電極５、６をガス流の方向に間隔を置いて配置し、メッシュをずらすことによって、製造の容易さと動作効率との間の妥協点に達する。
【００３９】
変調電極５、６間に印加される変調用電圧がゼロ以外であると、発生した電界によってイオン雲３内の陽および陰のイオンがそれぞれ変調電極５、６に向かって導かれ、変調電極５、６で捕捉される。電界の高成分がガス流の方向に直角であると、変調電極５、６にそれぞれ向かうイオンの逸脱が最大になる。周期的な変調用電圧の作用により、高イオン密度および低イオン密度の領域が変調電極構造４の下流のガス流に順次発生する。これらの領域を検出することによって、以下に説明するように、各領域の飛行時間、ひいてはガスの流速、を求めることができる。
【００４０】
図１のガスメータは、イオン化ガス流において変調されたイオン分布を検出するために、変調電極構造４の下流の管１内に第１の検出電極構造８と第２の検出電極構造９とを備える。第２の電極構造９は、第１の検出電極構造８の下流に位置付けられている。この実施形態において、第１および第２の検出電極構造８、９は、上流の電極１０と下流の電極１１とをそれぞれ備える。各電極１０、１１は、図２に示すように、金属板から適切な方法で切り取られたメッシュ（または格子）を一般的な形態として有する。電極１０、１１の直径は管１の内径に対応する。電極１０、１１は、管１の軸、ひいてはガス流の方向、に直角に配置されている。電極１０、１１の厚みは０．２ｍｍ、ピッチｐは２ｍｍである。電極の充填率（メッシュ材料の面積率）は、１０％以下である。
【００４１】
この実施形態において、上流の検出電極１０と下流の検出電極１１との間の間隔は、０．１２５ｍｍである。図１に示すように、上流の検出電極１０および下流の検出電極１１のメッシュは位置合わせされている。このため、検出電極１０、１１間の電界の最大の成分は、ガス流（管１の軸）の方向に平行である。このため、電極１０、１１の間隔を変えることによって、導管１内の流体の流れに影響を及ぼさずに、検出電極１０、１１間の電界強度を変えることができる。
【００４２】
図１に示すように、検出用電圧が検出電極１０、１１の間に印加される。この実施形態において、検出用電圧は直流＋３ボルトの定電圧であり、電界を検出電極１０、１１間に発生させる。第１の検出電極構造８の場合、上流の検出電極１０は地電位に接続され、下流の検出電極１１は直流＋３ボルトに接続される。第２の検出電極構造９の場合、下流の検出電極１１は地電位に接続され、上流の検出電極１０は直流＋３ボルトに接続される。したがって、第２の検出電極構造９の検出電極１０、１１間の電界の方向は、第１の検出電極構造８の電界の方向の逆になる。
【００４３】
第１の検出電極構造８の下流の電極１１と第２の検出電極構造９の上流の電極１０とは、同一電位であることが分かるであろう。この結果、これらの２つの電極間には電界が存在しないので、これらの電極間のイオン輸送は、ガス流によるものに限られ、電気的効果によるものはないため、高精度のガス流測定に役立つ。さらに、変調電極構造４の下流の電極６および第１の検出電極構造９の上流の電極１０をどちらも同一（地）電位にすることによって、これらの２つの電極間に電界を一切発生させないことも可能である。
【００４４】
第１の検出電極構造８は、陽イオンを優先的に捕捉する。この陽イオンは、下流の陽電極１１と上流の接地電極１０との間の電界によって減速される。この同じ電界は、第１の検出電極構造８を通過する陰イオンを加速するために働く。減速される陽イオンは、上流の接地電極１０に到達すると、接地から電流として引き込まれた電子によって中和される。この電流を電流計１２または他の電流測定装置で測定できる。
【００４５】
第２の電極構造９は、陰イオンを捕捉する。この陰イオンは、上流の陽電極１０と下流の接地電極１１との間の電界によって減速される。減速される陰イオンは上流の陽電極１０によって捕捉され、電流を発生させる。この電流を電流計１２または他の電流測定装置によって測定できる。このため、本ガスメータは、実質上、２つの独立した測定チャネルを有する。すなわち、第１の検出電極構造８における陽イオン、および第２の検出電極構造９における陰イオンである。
【００４６】
変調電極構造４の下流の電極６と第１の検出電極構造８の上流の電極１０との間の距離は、８ｍｍである。変調電極構造４の下流の電極６と第２の検出電極構造９の上流の電極１０との間の距離は、７０ｍｍである。２つの検出電極構造８、９を離して設けると、ガスメータのダイナミックレンジが大きくなる。家庭用の場合、所定の精度を必要とする一般的なガス流測定範囲は、１時間当たり４０リットルと１時間当たり６，０００リットルとの間であり、このダイナミックレンジは１５０：１である。本発明のこの実施形態によると、第１の検出電極構造８は、低流速を求めるために使用される。ここでは、変調されたイオン雲から再結合により多くのイオンが失われる前に、変調されたイオン雲を検出する必要がある。第２の検出電極構造９は、高流速を求めるために使用される。ここでは、変調されたイオン雲がメータ全体を通過する前に、変調されたイオン雲を検出する必要がある。両方の検出電極構造８、９からの信号を用いることによって、メータの精度を測定範囲全体にわたって最大化できる。
【００４７】
図３は、本発明の第２の実施形態によるガスメータを模式的に示す。本ガスメータは、矢印Ａで示すガス流を通過させる導管１を備える。この実施形態において、この導管は、内径２３ｍｍの円筒状の管である。この導管内のガス流をイオン化するために、管１の側面にイオナイザ２が配置されている。この実施形態において、イオナイザ２は、家庭用煙探知機に使用される種類の、銀フォイルまたは金フォイル内に閉じ込められた１μＣｉアメリシウム２４１放射性線源である。線源２の放出率は、一般に、秒当たり３７、０００アルファ粒子であり、空気中での範囲は３ｃｍである。イオン化効率は、アルファ粒子当たり２００，０００イオン対であり、１００ｍｓ以内での再結合は５０％である。放射線源２は、その直近のガスをイオン化してイオン化雲３を形成する。イオン化雲３は、ガス流によって管１内を運ばれる。
【００４８】
放射線源２の下流の管１内に変調電極構造４が設けられている。変調電極構造４は、イオン化雲が変調電極構造４の下流において識別可能であるように、イオン化ガス流におけるイオン分布を変調する。この実施形態において、変調電極構造４は、上流の電極５と下流の電極６とを備える。図２に示すように、各電極５、６は、金属板から適切な方法で切り取られたメッシュ（または格子）である。電極５、６の直径は、管１の内径に対応する。電極５、６は、管１の軸、ひいてはガス流の方向、に直角に配置されている。電極５、６の厚みは０．２ｍｍ、ピッチｐは１ｍｍ以下である。電極の充填率（メッシュ材料の面積率）は、２０％以下である。
【００４９】
この実施形態において、上流の変調電極５と下流の変調電極６との間の間隔は０．１２５ｍｍである。図３に示すように、上流の変調電極５および下流の変調電極６のメッシュは位置合わせされている。このため、変調電極５、６間の電界の最大成分は、ガス流の方向（管１の軸）に平行である。このため、変調電極５、６の間隔を変えることによって、導管１内の流体の流れに影響を及ぼさずに、検出電極５、６間の電界強度を変えることができる。
【００５０】
図３に示すように、変調用交番電圧が変調電極５、６の間に印加される。この変調用電圧は、振幅が最大１０ボルト、周波数が１ヘルツから４ヘルツの方形波である。印加された変調用電圧によって、変調電極５、６間に電界が発生する。上流の変調電極５が下流の変調電極６に対して陽であると、上流の変調電極５はイオン雲３から陰イオンを捕捉し、変調電極構造４を通る陽イオンを加速する。このため、変調電極構造４の下流のイオン雲は、主に陽イオンを含む。上流の変調電極５が下流の変調電極６に対して陰であると、上流の変調電極５はイオン雲３から陽イオンを捕捉し、変調電極構造４を通る陰イオンを加速する。このため、変調電極構造４の下流のイオン雲は、主に陰イオンを含む。変調用交番電圧の作用により、陽イオン密度の領域と陰イオン密度の領域とが変調電極構造４の下流のガス流に順次発生する。これらの領域を検出することによって、以下に説明するように、各領域の飛行時間、ひいてはガスの流速、を求めることができる。
【００５１】
図３のガスメータは、イオン化ガス流において変調されたイオン分布を検出するために、変調電極構造４の下流の管１内に第１の検出電極構造８と第２の電極構造９とを備える。第２の電極構造９は、第１の検出電極構造８の下流に位置付けられている。この実施形態において、第１および第２の検出電極構造８、９は、上流の電極１０と下流の電極１１とをそれぞれ備える。各電極１０、１１は、図２に示すように、金属板から適切な方法で切り取られたメッシュ（または格子）を一般的な形態として有する。電極１０、１１の直径は、管１の内径に対応する。電極１０、１１は、管１の軸、ひいてはガス流の方向に直角に配置されている。電極１０、１１の厚みは０．２ｍｍ、ピッチｐは２ｍｍである。電極の充填率（メッシュ材料の面積率）は、１０％以下である。
【００５２】
この実施形態において、上流の検出電極１０と下流の検出電極１１との間の間隔は０．１２５ｍｍである。図３に示すように、上流の検出電極１０および下流の検出電極１１のメッシュは位置合わせされている。このため、電極１０、１１の相対的電気特性を変えることによって、導管１内の流体の流れに影響を及ぼさずに、検出電極１０、１１間の電界強度を変えることができる。
【００５３】
図３に示すように、検出電極１０、１１はそれぞれ地電位に接続される。陽イオン密度の領域と陰イオン密度の領域とが順次検出電極構造８、９に近づいて通り過ぎてゆくとき、上流の検出電極１０内でゼロ電位を維持するために、電荷の再分布が電極１０内で発生する。この電荷の再分布によって、電極１０と地電位との間に電流が流れる。同様に、下流の検出電極１１内でゼロ電位を維持するために、電荷の再分布が電極１１内で発生する。この電荷の再分布によって、下流の検出電極１１と地電位との間に電流が流れる。この電流を電流計１２または他の電流測定装置で測定できる。この電流は交番信号の形態を取るので、変調用電圧との比較によってイオン雲の飛行時間を求めることができる。下流の検出電極１１は、再分布電流の測定のために選択される。その理由は、上流の検出電極１０が下流の検出電極１１をイオン分布の接近から電磁的に遮蔽するため、陽イオン分布と陰イオン分布との間の遷移は、上流の検出電極１０に比べ、下流の検出電極１１においてより顕著であるからである。
【００５４】
変調電極構造４の下流の電極６と第１の検出電極構造８の上流の電極１０との間の距離は、８ｍｍである。変調電極構造４の下流の電極６と第２の検出電極構造９の上流の電極１０との間の距離は、７０ｍｍである。２つの検出電極構造８、９を離して設けると、ガスメータのダイナミックレンジが大きくなる。家庭用の場合、所定の精度を必要とする一般的なガス流測定範囲は、１時間当たり４０リットルと１時間当たり６，０００リットルとの間であり、このダイナミックレンジは１５０：１である。本発明のこの実施形態によると、第１の検出電極構造８は、低流速を求めるために使用される。ここでは、変調されたイオン雲から再結合により多くのイオンが失われる前に、変調されたイオン雲を検出する必要がある。第２の検出電極構造９は高流速を求めるために使用される。ここでは、変調されたイオン雲がメータ全体を通過する前に、変調されたイオン雲を検出する必要がある。両方の検出電極構造８、９からの信号を用いることによって、メータの精度を測定範囲全体にわたって最大化できる。
【００５５】
上記の実施形態の改良版においては、上流の変調用電位Ｕおよび下流の変調用電位Ｄを変調電極構造の上流および下流の変調電極５、６にそれぞれ印加することによって、電極５、６間に変調用電圧を与えうる。図４に示すように、下流の変調用電位Ｄは、上流の変調用電位Ｕに対して逆位相になるように選択し、上流の変調電極５に対応する電界の遠方界効果を補償するように選択された振幅を有してもよい。言い換えると、上流および下流の変調電極５、６の組み合わされた電磁効果は、変調電極構造４の下流において下流の変調用電位Ｄによって相殺される。このため、変調電極構造４自体は、発生させたイオン分布とは対照的に、第１および第２の検出電極構造８、９によって生成された信号に影響しない。
【００５６】
本ガスメータは、さらなる変調および検出電極構造をイオナイザのもう一方の側、つまり上記の変調電極構造および検出電極構造とは反対の側、に設けることによって、導管内の逆方向のガス流を測定することも可能である。追加する変調および検出電極構造は、上記の変調電極構造および検出電極構造の鏡像として配置してもよい。ただし、家庭用の計量の場合は、逆方向の流れは検出のみが必要とされ、測定は必要ないこともある。したがって、イオナイザの上流において（逆方向の流れに起因する）イオン化されたガスの存在を検出できる電極構造の提供のみが必要とされうる。たとえば、ガス流のインピーダンスを測定するために、この電極構造を配置してもよい。
【００５７】
要約すると、本ガスメータは、ガス流Ａを通過させる導管１と、導管１内のガス流をイオン化するように配置されたイオナイザ２とを備える。このイオナイザ２の下流の変調電極構造４は、イオン化ガス流におけるイオン分布を変調する。変調電極構造４の下流の第１の検出電極構造８および第２の電極構造９は、イオン化ガス流において変調されたイオン分布を検出する。変調電極構造４および検出電極構造８、９は、少なくとも実質的成分がガス流の方向に平行な電界を発生させるように構成できる。変調電極構造４および検出電極構造８、９は、ガス流を通過させる複数の開口がそれぞれ画成された一対の電極５、６、１０、１１を備えることができる。一方の極性のイオンを捕捉するように変調電極構造４を配置することによって、反対極性のイオンの大部分を含むイオン化ガス流を発生させることができる。この場合、検出電極構造は、電荷発生源に接続された電極１１を少なくとも１つ備えることができる。イオン化ガス流が電極に対して移動することによって、電荷の再分布が電極に発生するため、イオン分布を示す電流が電極１１と電荷発生源との間に発生する。
【００５８】
これらのさまざまな配置により提供されるガスメータは、１０ボルト未満の変調用電圧で動作できるため、家庭用ガスメータとして適切である。このガスメータは、既存の計量方式に比べ、重要な利点を多数有する。既存の計量方式は、自立型容積式ガスメータのコスト、電力消費、または性能要件を満たすためにはそのままでは使用できないからである。その代表的な理由を以下に示す。
【００５９】
（ａ）電極にバイアスをかけるために高電圧を必要とするため、電力を使用し、潜在的に安全上の問題がある。
【００６０】
（ｂ）全国規格団体によって規定された計測要件を満たす十分なダイナミックレンジまたは直線性を有していない。
【００６１】
（ｃ）使用される放射線源の活量が住宅用に通常許容されるレベルより大きい。
【００６２】
（ｄ）容積式ガスメータに必要な一般的な測定帯域幅および信号対雑音比向けに最適化されていない。
【００６３】
本発明の特定の実施形態は、これらの問題を克服するか、または少なくとも低減する。
【００６４】
相異なる具体的な実施形態に関して本発明を説明してきたが、これは本開示の範囲の限定を意図するものではない。したがって、当業者は、明示的には言及されていなくても、１つの実施形態の特徴を別の実施形態の特徴と組み合わせて使用しうることを理解されるであろう。
【符号の説明】
【００６５】
１ 導管
２ イオナイザ
３ イオン雲
４ 変調電極構造
５ 変調電極
６ 変調電極
８ 第１の検出電極構造
９ 第２の検出電極構造
１０ 電極
１１ 電極
１２ 電流計

Claims (21)

1. ガスメータであって、
   ガスの使用時にガス流を通過させる導管と、
   前記ガスの使用時に前記導管内の前記ガス流をイオン化するために配置されたイオナイザと、
   前記イオナイザによりイオン化されたガス流中のイオン分布を変調するために配置された変調電極構造と、
   前記イオン化ガス流において前記変調されたイオン分布を検出するために配置された、前記変調電極構造の下流の少なくとも第１の検出電極構造と、を備える前記ガスメータにおいて、
   前記変調電極構造は、前記イオナイザの下流に配置され、少なくとも実質的成分が前記イオン化ガス流の方向に平行な電界を発生させるように構成されていることを特徴とするガスメータ。
2. 前記請求項１に記載のガスメータであって、前記検出電極構造は、少なくとも実質的成分が前記イオン化ガス流の方向に平行な電界を発生させるように構成されていることを特徴とするガスメータ。
3. 前記請求項１または２に記載のガスメータであって、前記発生した電界は前記イオン化ガス流の方向にほぼ平行であることを特徴とするガスメータ。
4. 前記請求項１から３の何れか１項に記載のガスメータであって、前記変調電極構造は、前記イオン化ガス流の方向に対してほぼ直角に配置されたほぼ平らな一対の電極を互いに向かい合わせた構成からなることを特徴とするガスメータ。
5. 前記請求項１から４の何れか１項に記載のガスメータであって、前記検出電極構造は、前記イオン化ガス流の方向に対してほぼ直角に配置されたほぼ平らな一対の電極を互いに向かい合わせた構成からなることを特徴とするガスメータ。
6. 前記請求項４または５に記載のガスメータであって、前記電極は、前記イオン化ガス流の方向に間隔を置いて配置されていることを特徴とするガスメータ。
7. 前記請求項４、５、または６に記載のガスメータであって、使用時に前記電極間に前記電界を発生させることを特徴とするガスメータ。
8. 前記請求項４乃至７の何れか１項に記載のガスメータであって、前記イオン化ガス流を通過させる複数の開口が前記電極にそれぞれ画成されていることを特徴とするガスメータ。
9. 前記請求項８に記載のガスメータであって、前記電極がメッシュ形態であることを特徴とするガスメータ。
10. 前記請求項１から９の何れか１項に記載のガスメータであって、前記変調電極構造は上流の電極と下流の電極とを備え、前記イオン化ガス流における前記イオン分布を変調するために、使用時に各電極にそれぞれの変調用電位が印加され、
    前記下流の電極に印加される前記変調用電位は、前記上流の電極に印加される前記変調用電位とは反対の極性であり、前記変調電極構造の下流において、前記上流の電極による前記電界が前記下流の電極による前記電界によって相殺されるように選択された大きさであることを特徴とするガスメータ。
11. 前記請求項１から１０の何れか１項に記載のガスメータであって、前記変調電極構造は、一方の極性のイオンを捕捉し、それによって反対極性のイオンの大部分を含むイオン化ガス流を発生させるように配置されることを特徴とするガスメータ。
12. 前記請求項１１に記載のガスメータであって、前記検出電極構造は、電荷発生源に接続された電極を少なくとも１つ備え、一方の極性のイオンの大部分を有する前記イオン化ガス流が前記電極に対して移動することによって前記電極に電荷の再分布を発生させ、イオン分布を示す電流を前記電極と前記電荷発生源との間に発生させることを特徴とするガスメータ。
13. 前記請求項１２に記載のガスメータであって、前記電荷発生源が地電位であることを特徴とするガスメータ。
14. 前記請求項１から１３の何れか１項に記載のガスメータであって、前記第１の検出電極構造の下流に第２の検出電極構造をさらに備え、各検出電極構造は、前記イオン化ガス流において前記変調されたイオン分布を検出するように配置されることを特徴とするガスメータ。
15. 前記請求項１４に記載のガスメータであって、前記第１の検出電極構造は一方の極性のイオンを優先的に捕捉するように配置され、前記第２の検出電極構造は反対極性のイオンを優先的に捕捉するように配置されることを特徴とするガスメータ。
16. 前記請求項１５に記載のガスメータであって、前記第１の検出電極構造は間隔を置いて配置された一対の電極を備え、前記イオン化ガス流からイオンを捕捉してイオン分布を示す電流を発生させるために、使用時に前記電極間に電界が印加されることを特徴とするガスメータ。
17. 前記請求項１５に記載のガスメータであって、前記第２の検出電極構造は間隔を置いて配置された一対の電極を備え、前記イオン化ガス流からイオンを捕捉してイオン分布を示す電流を発生させるために、使用時に前記電極間に電界が印加されることを特徴とするガスメータ。
18. 前記請求項１０に記載のガスメータであって、前記変調電極構造に印加される前記変調用電圧は、周波数が１０Ｈｚ未満であることを特徴とするガスメータ。
19. 前記請求項１０に記載のガスメータであって、前記変調電極構造に印加される前記変調用電圧は、交流１０ボルト未満であることを特徴とするガスメータ。
20. 前記請求項１に記載のガスメータであって、前記イオナイザが放射線源を備えることを特徴とするガスメータ。
21. 前記請求項１に記載のガスメータであって、前記メータが電池式であることを特徴とするガスメータ。

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