JP5310001B2

JP5310001B2 - 超音波ガスメータ

Info

Publication number: JP5310001B2
Application number: JP2009001289A
Authority: JP
Inventors: 一高浅野; 康雄木場; 廣純中村; 裕史藤井; 龍志岩本; 光男横畑; 卓久大谷; 武彦重岡; 浩一植木; 肇宮田; 陽一伊藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-01-07
Also published as: JP2010160004A

Description

本発明は、超音波を用いて流量を計測する超音波ガスメータに関し、特に、通常周期より短い周期で超音波計測を行う事により、通常より細かな流量変化を検知する事と、通常周期での計測流量で積算及び微少漏れ検知する事を可能とした超音波ガスメータに関する。

従来、この種の超音波ガスメータは図５に示すように、流路の上流側から下流側へ超音波の送受信を繰返し行った時の第１伝搬時間計測と流路の下流側から上流側へ超音波の送受信を繰返し行った時の第２伝搬時間計測とを１つの計測単位とする送受信繰返手段と、前記送受信繰返手段の計測を複数回繰り返す計測繰返手段と、前記送受信繰返手段と前記計測繰返手段とで繰り返された時の総第１伝搬時間および総第２伝搬時間から流量を検出する流量検出手段と、所定時間内の前記流量検出手段２６による検出流量値から流量変動を検出する変動検出手段３０と、前記変動検出手段が流量変動を検出した場合には高精度流量計測手段に、それ以外の場合には低消費電力流量計測手段に切り替える計測切替手段２９とで構成されていた。なお、前記高精度流量計測手段および低消費電力流量計測手段は、前記送受信繰返手段による送受信繰返し回数と計測繰返手段の計測回数とが以下（１）、（２）のように設定されていることを特徴としていた。

（１）高精度流量計測手段：送受信繰返手段による送受信繰返し回数を少なくし、計測繰返手段による計測回数を多くする。

（２）低消費電力流量計測手段：送受信繰返手段による送受信繰返し回数を多くし、計測繰返手段による計測回数を少なくする。

上記構成において、通常状態では低消費電力流量計測手段で流量計測を行い、変動検出手段が流量変動を検出した場合、高精度流量検出手段で流量計測を行っており、流量変化があればきめ細かい流量計測が可能となっていた（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２７１４９０号公報

近年家庭内の所有ガス器具の推定が必要とされ様々な方式が考案されてはいるが、前記従来の技術のような一般的な超音波ガスメータは、例えば一定の計測周期である「２秒」で流量計測しており、それゆえ、ガス流量の早い変化、つまり細かなガス流量変化は捉える事が困難であった。例えば、給湯器が点火・着火する際、多くの給湯器は給湯器の大きな特徴である緩点火動作を行うが、この緩点火時間が一般的には１秒程度と短く、計測周期が「２秒」の一般的な超音波ガスメータではこの緩点火を捉える事が困難であった。一方、この細かな流量変化を捉えるために計測周期を短くすることは、そのまま消費電力の増加につながる。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、従来の積算精度や微少漏れ精度を確保しつつ、並びに従来の消費電力を保ちつつ、従来より細かな流量変化を検知する事が可能な超音波ガスメータを提供することを目的とする。

前記課題を解決する為に、流路内を流れる流体の上流側と下流側との間で超音波を伝搬させ、その伝搬時間を計測して流速を求める超音波ガスメータであって、超音波信号を送信する送信手段と、超音波信号を受信する受信手段と、前記送信手段と前記受信手段を切
り替えて超音波信号の送受方向を変更する方向切替手段と、前記方向切替手段で指示された方向における前記送信手段からの超音波信号を前記受信手段が受信するまでの伝搬時間を計測する計測制御手段と、を有し、前記計測制御手段は、流量の積算精度及び微小漏れ判定精度を確保するために必要な伝播時間計測の繰り返し回数をＭとするとき、前記方向切替手段で超音波信号の送受方向を変更しながら、それぞれの方向でＭ／Ｎ回伝播時間の計測を行う動作を、通常周期Ｔ１の１／Ｎである周期Ｔ２毎に行い、この周期Ｔ２で計測した伝播時間により流量を求める演算手段１と、前記演算手段１で求めた流量によりガス流量に異常があるかの否かの判断を行う保安ロジック動作手段と、周期Ｔ１毎に、周期Ｔ２で計測したＮ回分の伝播時間により流量を求める演算手段２と、前記演算手段２の結果により積算を行う積算手段と、前記演算手段２の結果により微少な漏れの検出を行う微少漏れ検知手段、とからなる。

上記発明によれば、従来周期Ｔ１の１／Ｎの周期Ｔ２にて流量計測する事により、従来よりＮ倍の分解能での流量変化の監視を行う事が可能で、従来よりも短い時間の燃焼を捉えるが事でき、器具判別率向上に繋がる。一方周期Ｔ２毎にて取得したデータをＮ回分加算・記憶しておき、Ｎ回分のデータを取得した時点（即ち周期Ｔ１でのタイミング）でＮ回分のデータの総和で流量演算する事で、従来通りの流量計測が可能となり、その計測流量は積算並びに微少な漏れ検知に使用することで、従来通りの積算の誤差や微少漏れ検知レベルを確保できる事が可能となる。

また周期Ｔ２での超音波送受信回数は従来の１／Ｎとしているので、超音波送受信回数は従来周期Ｔ１での超音波送受信回数と同じになるので、従来と同程度の消費電流で従来通りの積算精度や従来通りの微少漏れ検知機能を有すると同時に従来よりも高い分解能を持つ超音波ガスメータを提供する事が可能となる。

第１の発明は、流路内を流れる流体の上流側と下流側との間で超音波を伝搬させ、その伝搬時間を計測して流速を求める超音波ガスメータであって、超音波信号を送信する送信手段と、超音波信号を受信する受信手段と、送信手段と受信手段を切り替えて超音波信号の送受方向を変更する方向切替手段と、方向切替手段で指示された方向における送信手段からの超音波信号を受信手段が受信するまでの伝搬時間を計測する計測制御手段と、を有し、計測制御手段は、流量の積算精度及び微小漏れ判定精度を確保するために必要な伝播時間計測の繰り返し回数をＭとするとき、前記方向切替手段で超音波信号の送受方向を変更しながら、それぞれの方向でＭ／Ｎ回伝播時間の計測を行う動作を、通常周期Ｔ１の１／Ｎである周期Ｔ２毎に行い、この周期Ｔ２で計測した伝播時間により流量を求める演算手段１と、前記演算手段１で求めた流量によりガス流量に異常があるかの否かの判断を行う保安ロジック動作手段と、周期Ｔ１毎に、周期Ｔ２で計測したＮ回分の伝播時間により流量を求める演算手段２と、演算手段２の結果により積算を行う積算手段と、前記演算手段２の結果により微少な漏れの検出を行う微少漏れ検知手段、とを備えた構成としたものである。

これにより、従来周期Ｔ１の１／Ｎの周期Ｔ２にて並びにその際の超音波送受信回数を同じく１／Ｎにて流量計測する事により、従来よりＮ倍の分解能での流量変化の監視を行う事が可能となり、従来よりも短い時間の燃焼を捉えるが事でき、器具判別率向上に繋がる。

一方周期Ｔ２毎にて取得したデータをそのままＮ回分加算して記憶しておき、Ｎ回分のデータを取得した時点（即ち周期Ｔ１でのタイミング）でＮ回分のデータの総和で流量演算する事で、従来通りの流量計測が可能となり、その計測流量は積算並びに微少な漏れ検知に使用することで、従来通りの積算の誤差や微少漏れ検知レベルを確保できる事が可能
となる。

また、超音波の送受信回数は従来と同じであるので、従来と同程度の消費電流で従来通
りの積算精度や従来通りの微少漏れ検知機能を有すると同時に従来よりも高い分解能を持つ事が可能となる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における超音波ガスメータの全体ブロック図、図２は本発明での超音波ガスメータの超音波送受信タイミング図である。

従来周期Ｔ１の１／Ｎの周期Ｔ２で計測指示を計測手段１が出力し、それを受けて送信手段２は超音波センサ２１に送信出力する。超音波センサ２２は超音波を受信し、計測制御手段１送信出力した時点から受信するまでの伝播時間を計測する。また計測制御手段１は方向切替手段３を作動させ、送受信方向を逆転させて同様の動作を繰り返し、その際の伝播時間も併せて計測する。計測制御手段１は周期Ｔ２の間に従来の所定回数の１／Ｎだけこの動作を繰り返す。

更に計測制御手段６は周期Ｔ２での上記動作をＮ回繰り返し、Ｎ回分の伝播時間も併せて記憶しておく。

第１の演算手段５は周期Ｔ２毎に得られる計測時間で流量演算を行い、保安ロジック動作手段６はその流量値でもってＴ２毎にガス流量に異常があるか否かを常に監視している。

一方、第２の演算手段７は、計測制御手段１が持っているＴ２×Ｎ＝Ｔ１毎に計測したＮ回分の伝播時間データから流量を求め、積算手段８は第２演算手段７で求めた流量で積算処理を行い、また微小漏れ検知手段９は第２演算手段７で求めた流量から微少な漏れがあるか否かを常時監視している。

次に本発明の構成を図３及び図４にて、また例えば従来周期が２秒、従来の超音波送受信回数を６４回、として場合の説明を行う。

計測タイミングになった時（図４のＡ点）、計測制御手段１は超音波を送信し、送信時点から受信するまでの伝播時間を計測する。計測制御手段１はこれを６４回繰り返す。６４回送受信終了すると（図４のＢ点）、第２の演算手段７は伝播時間を基に現在流量を求め、その流量値から保安動作ロジック動作手段６、積算手段８、微少漏れ検知手段９が動作する。図４のＡ点から２秒後上記動作を繰り返し、超音波ガスメータの標準的な動作となる。

次にＮ＝４、とした場合、つまり周期０．５秒で１６回の送受信回数で超音波計測している場合の動作を図１及び図２にて説明する。

計測タイミングになった時、計測制御手段１は超音波を送信し、送信時点から受信するまでの伝播時間を計測する。計測制御手段１はこれを１６回繰り返す。１６回送受信終了すると（図２のＢ点）、第１の演算手５は伝播時間を基に現在流量を求め、その流量値から保安ロジック動作手段６が動作し、ガス流量に異常があるか否かを判断している。図２
のＡ点から０．５秒後上記動作を繰り返し、０．５秒後の流量を求め同じく保安動作ロジック動作手段６を動作させる。この事より０．５秒毎に保安ロジック動作手段６が動作する事になり、今回の場合では４倍の分解能を得る事ができる。

この事より、例えば燃焼器具の着火時の短時間の流量変化を検知できるような器具判別が可能となる。更に求めた流量を監視する事により、需要家の器具の異常要因を推定でき、需要家の保安を担保できる事が可能となる。

次に１６回の超音波送受信を４回繰り返した時点で、第１の演算手段５は上記動作を繰り返すと同時に、第２の演算手段７が過去４回分の伝播時間を基に流量を求め、その流量値から積算手段８、微少漏れ検知手段９が動作する。つまり超音波送受信回数は６４回と従来と同じ回数になり、従来通りの積算精度や微少漏れ流量のバラツキを得る事が可能となる。

以上のように、従来周期Ｔ１の１／Ｎの周期Ｔ２にて流量計測する事により、従来よりＮ倍の分解能での流量変化の監視を行う事が可能となり、一方、周期Ｔ２毎にて取得したデータをＮ回分加算、記憶しておき、Ｎ回分のデータを取得した時点（即ち周期Ｔ１でのタイミング）でＮ回分のデータの総和で流量演算する事で、従来通りの流量計測が可能となり、その計測流量は積算並びに微少な漏れ検知に使用することで、従来通りの積算の誤差や微少漏れ検知レベルを確保できる事が可能となる。

本発明は、従来と同程度の消費電流で従来通りの積算精度や従来通りの微少漏れ検知機能を有すると同時に従来よりも高い分解能を持つため、例えば水道メータでの水量計、或いは電力メータでの電流計測等に適用・応用が可能である。

本発明の実施の形態１における超音波ガスメータ全体のブロック図同超音波ガスメータの超音波送受信のタイミング図同超音波ガスメータの全体のブロック図同超音波ガスメータの超音波送受信のタイミング図従来の超音波ガスメータ全体のブロック図

１計測制御手段
２送信手段
３受信手段
４方向切替手段
５第１の演算手段
６保安ロジック動作手段
７第２の演算手段
８積算手段
９微少漏れ検知手段

Claims

流路内を流れる流体の上流側と下流側との間で超音波を伝搬させ、その伝搬時間を計測して流路内を流れる流体の流速を計測する超音波ガスメータであって、
超音波信号を送信する送信手段と、
超音波信号を受信する受信手段と、
前記送信手段と前記受信手段とを切り替えて超音波信号の送受方向を変更する方向切替手段と、
前記方向切替手段で指示された方向における前記送信手段からの超音波信号を前記受信手段が受信するまでの伝搬時間を計測する計測制御手段と、を有し、
前記計測制御手段は、
流量の積算精度及び微小漏れ判定精度を確保するために必要な伝播時間計測の繰り返し回数をＭとするとき、前記方向切替手段で超音波信号の送受方向を変更しながら、それぞれの方向でＭ／Ｎ回伝播時間の計測を行う動作を、通常周期Ｔ１の１／Ｎである周期Ｔ２毎に行い、この周期Ｔ２で計測した伝播時間により流量を求める演算手段１と、
前記演算手段１で求めた流量によりガス流量に異常があるかの否かの判断を行う保安ロジック動作手段と、
周期Ｔ１毎に、周期Ｔ２で計測したＮ回分の伝播時間により流量を求める演算手段２と、前記演算手段２の結果により積算を行う積算手段と、
前記演算手段２の結果により微少な漏れの検出を行う微少漏れ検知手段、とを備えた超音波ガスメータ。