JP7308732B2 - 水没後復帰装置及び水没後復帰方法 - Google Patents

Description

この発明は、超音波ガスメータの水没後復帰装置及び水没後復帰方法に関するものである。

ガスメータにおいては、災害または事故による水道管破裂、及び、誤施工による水道管直結等によって、その内部に水が入り込んでしまうことがあり、場合によっては、ガス室内が水没してしまう場合がある。このような場合には、ガスメータの内部に溜まった水を抜いて、その内部を乾燥させ、当該ガスメータを応急復帰させることが求められる。即ち、ガスメータに電源を正常に再度供給させる必要がある。

超音波ガスメータの中には、ガス室内に、基板及び電子部品等を備えるものがある。このような超音波ガスメータにおける水濡れ対策としては、防湿剤または防水剤を基板上に施すことが考えられる。しかしながら、基板の端子は、水に暴露するため、水濡れした状態で、電源が供給され続けると、徐々に電極分解を起こし、超音波センサの誤動作または故障を招いてしまう。

従って、基板が収納されるガス室内への水の浸入に対する検出は、応急復帰の観点から、重要なことである。特許文献１，２には、ガス室内に水が浸入したか否かを検出することができる超音波ガスメータが開示されている。

特開２０１１－００２３７４号公報 特開２０１０－４３８８６号公報

ガス室内が水没した超音波ガスメータに対して、応急復帰を確実に行う場合には、基板の端子が水濡れしていないことを確認する必要がある。しかしながら、特許文献１，２に開示された超音波ガスメータは、水のガス室内への浸入を検出するものであって、ガス室内に設けられた基板の端子が水濡れしているか否かを検出するものではない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、計測基板の端子における水濡れに起因した電極分解を抑えて、超音波センサの誤動作または故障を防止することができる水没後復帰装置を提供することを目的とする。

この発明に係る水没後復帰装置は、超音波センサと接続する計測基板が有する複数の端子のうち、対象とする２つの端子を含む経路に、電源を間欠的に短時間に供給する供給部と、供給部による電源供給後において、該当する２つの端子に対する水濡れの有無によって変化するインピーダンスを検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて、該当する２つの端子が水濡れしているか否かを判定する判定部とを備えるものである。

この発明によれば、計測基板の端子における水濡れに起因した電極分解を抑えて、超音波センサの誤動作または故障を防止することができる。

実施の形態１に係る水没後復帰装置の構成を示したブロック図である。 実施の形態１に係る水没後復帰装置が適用された超音波ガスメータの構成を示した概略図である。 コントロール基板の動作を示したフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、下記に示した実施の形態は、水没後復帰装置１０を超音波ガスメータ１００に適用した場合について説明したものである。

実施の形態１．
実施の形態１に係る水没後復帰装置１０が適用された超音波ガスメータ１００について、図１から図３を用いて説明する。

図１は、実施の形態１に係る水没後復帰装置１０の構成を示したブロック図である。図２は、実施の形態１に係る水没後復帰装置１０が適用された超音波ガスメータ１００の構成を示した概略図である。なお、図２に記載した実線の矢印は、ガスの流れ方向を示しており、同様に、図２に記載した点線の矢印は、超音波の伝播経路を示している。

図１に示した水没後復帰装置１０は、例えば、超音波ガスメータ１００に適用されるものであって、供給部１１、検出部１２、及び、判定部１３を備えている。

図１及び図２に示すように、供給部１１は、超音波センサ２５ａ，２５ｂと接続する計測基板３０が有する電源端子３１，３２及び接続端子３３，３４のうち、対象とする２つの接続端子３３，３４を含む経路に、電源を短時間に供給するものである。検出部１２は、供給部１１による電源供給後において、該当する２つの接続端子３３，３４に対する水濡れの有無によって変化するインピーダンスを検出するものである。判定部１３は、検出部１２の検出結果に基づいて、該当する２つの接続端子３３，３４が水濡れしているか否かを判定する。

図２に示すように、超音波ガスメータ１００は、流入口２１、流出口２２、ガス室２３、計測管２４、一対の超音波センサ２５ａ，２５ｂ、計測基板３０、及び、コントロール基板４０を備えている。このうち、コントロール基板４０は、水没後復帰装置１０を構成するものである。

流入口２１は、ガス供給源と接続している。流出口２２は、ガス供給先となるガス器具と接続している。ガス室２３は、超音波ガスメータ１００の内部に設けられており、流入口２１及び流出口２２と連通している。計測管２４は、ガス室２３の内部に配置さされている。計測管２４の入口は、ガス室２３の内部に開口しており、計測管２４の出口は、流出口２２に連結されている。

従って、ガス供給源から供給されたガスは、流入口２１を介して、ガス室２３の内部に流入する。次いで、ガス室２３の内部に流入したガスは、計測管２４の内部を通過した後、流出口２２から流出する。そして、流出口２２から流出したガスは、ガス器具に向けて供給される。

超音波センサ２５ａ，２５ｂは、ガス室２３の内部に設けられている。この超音波センサ２５ａ，２５ｂは、計測管２４における上流側及び下流側の所定位置に配置されると共に、当該計測管２４の内部を流れるガスの流れ方向に対して、傾斜するように支持されている。これにより、超音波センサ２５ａ，２５ｂは、互いに超音波の送受信が可能となっており、上流側から下流側への超音波の伝播と、下流側から上流側への超音波の伝播とを、行うことができる。

また、超音波センサ２５ａ，２５ｂは、計測基板３０と接続している。更に、計測基板３０は、コントロール基板４０と接続している。

計測基板３０は、ガス室２３の内部に設けられている。この計測基板３０は、超音波センサ２５ａ，２５ｂ間で送受信された超音波の伝播時間を計測するものである。また、計測基板３０は、その計測した伝播時間を示す信号を、コントロール基板４０に出力する。

コントロール基板４０は、ガス室２３の外部に設けられている。このコントロール基板４０は、計測基板３０の駆動を制御すると共に、計測基板３０から出力された超音波の伝播時間に基づいて、計測管２４の内部を流れるガスの流量を演算する。

次に、計測基板３０とコントロール基板４０との間の回路構成について、図２を用いて説明する。

図２に示すように、計測基板３０とコントロール基板４０とは、電源線５１、グラウンド線５２、及び、信号線５３，５４によって接続されている。

計測基板３０は、電源端子３１，３２、接続端子３３，３４、端子台３５、内部接続線３６、コイルＬ１，Ｌ２、回路内部インピーダンスＲ１、端子間インピーダンスＲ２～Ｒ４、及び、コンデンサＣを備えている。

電源端子３１，３２は、計測基板３０がコントロール基板４０から電源の供給を受けるときに使用されるものである。また、接続端子３３，３４は、計測基板３０が上記伝播時間を示す信号をコントロール基板４０に出力するときに使用されるものである。

電源端子３１，３２及び接続端子３３，３４は、端子台３５を介して、計測基板３０に接続されている。このとき、電源端子３１，３２は、端子台３５の両端部にそれぞれ設けられている。接続端子３３，３４は、端子台３５に中央部に設けられており、電源端子３１，３２間に配置されている。更に、計測基板３０には、防湿剤または防水剤が、接続端子３３，３４以外の部分に施されている。

また、電源端子３１と電源端子３２とは、内部接続線３６及びコイルＬ１，Ｌ２によって接続されている。回路内部インピーダンスＲ１は、内部接続線３６上に設けられている。

端子間インピーダンスＲ２は、電源端子３１及び接続端子３３に対応している。端子間インピーダンスＲ３は、接続端子３３，３４に対応している。端子間インピーダンスＲ４は、電源端子３２及び接続端子３４に対応している。これらの端子間インピーダンスＲ２～Ｒ４は、直列に接続されている。端子間インピーダンスＲ２の一端は、内部接続線３６における回路内部インピーダンスＲ１とコイルＬ１との間に接続されている。また、端子間インピーダンスＲ４の一端は、内部接続線３６における回路内部インピーダンスＲ１とコイルＬ２との間に接続されている。

コンデンサＣの一端は、内部接続線３６に対して、回路内部インピーダンスＲ１の一端と、内部接続線３６と端子間インピーダンスＲ２の一端との接続点との間に、接続されている。一方、コンデンサＣの他端は、内部接続線３６に対して、回路内部インピーダンスＲ１の他端と、内部接続線３６と端子間インピーダンスＲ４の一端との接続点との間に、接続されている。

コントロール基板４０は、演算処理器４１、検出回路４２、電源電圧ＶＣＣ、スイッチＳＷ１～ＳＷ４、グラウンドＧＮＤ３，ＧＮＤ４、及び、抵抗Ｒｕ，Ｒｄを備えている。更に、演算処理器４１は、入出力ポートＰ１，Ｐ２及びスイッチ開閉用出力ポートＥＮ１～ＥＮ４を有している。この演算処理器４１は、計測基板３０から出力された超音波の伝播時間に基づいて、ガスの流量を演算するものである。

また、演算処理器４１は、供給部１１及び判定部１３を構成するものである。検出回路４２は、検出部１２を構成するものであり、Ａ／Ｄコンバータ、コンパレータ、及び、トランジスタ等から構成されている。

即ち、演算処理器４１は、計測基板３０の電源端子３１，３２に対する電源の供給を制御する供給機能、及び、後述する検出回路４２の検出結果に基づいて、接続端子３３，３４が水濡れしているか否かを判定する判定機能を有している。検出回路４２は、接続端子３３，３４に対する水濡れの有無によって変化するインピーダンスを検出する検出機能を有している。

電源電圧ＶＣＣと電源端子３１とは、電源線５１を介して接続されている。スイッチＳＷ１は、電源線５１上に設けられている。また、電源電圧ＶＣＣは、スイッチＳＷ２及び抵抗Ｒｕを介して、信号線５３に接続されている。即ち、スイッチＳＷ２の一端は、電源電圧ＶＣＣと接続し、スイッチＳＷ２の他端は、抵抗Ｒｕの一端と接続している。更に、抵抗Ｒｕの他端は、信号線５３と接続している。

グラウンドＧＮＤ４と電源端子３２とは、グラウンド線５２を介して接続されている。スイッチＳＷ４は、グラウンド線５２上に設けられている。

入出力ポートＰ１と接続端子３３とは、信号線５３を介して接続されている。この信号線５３は、接続端子３３を通過して、端子間インピーダンスＲ２，Ｒ３間に到達している。入出力ポートＰ２と接続端子３４とは、信号線５４を介して接続されている。この信号線５４は、接続端子３４を通過して、端子間インピーダンスＲ３，Ｒ４間に到達している。

検出回路４２は、信号線５４上に設けられている。グラウンドＧＮＤ３は、スイッチＳＷ３及び抵抗Ｒｕを介して、信号線５４に接続している。即ち、抵抗Ｒｄの一端は、信号線５４における接続端子３４と検出回路４２との間に接続し、抵抗Ｒｄの他端は、スイッチＳＷ３の一端と接続している。更に、スイッチＳＷ３の他端は、グラウンドＧＮＤ３と接続している。

スイッチ開閉用出力ポートＥＮ１～ＥＮ４は、スイッチＳＷ１～ＳＷ４とそれぞれ接続されており、当該スイッチＳＷ１～ＳＷ４を開閉制御するための信号を出力する。スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、例えば、スイッチ開閉用出力ポートＥＮ１～ＥＮ４からの信号が入力されている期間だけ閉じている。

従って、ガスの流量を計測（演算）する場合には、演算処理器４１は、スイッチ開閉用出力ポートＥＮ１，ＥＮ４から信号を連続的に出力させて、スイッチＳＷ１，ＳＷ４を、常時、閉状態とする。また、演算処理器４１は、スイッチ開閉用出力ポートＥＮ２，ＥＮ３から信号を出力させることなく、スイッチＳＷ２，ＳＷ３を、常時、開状態とする。

これにより、電源電圧ＶＣＣから出力された電源は、電源線５１を介して、電源端子３１に供給される。次いで、電源端子３１に供給された電源は、内部接続線３６を介して、電源端子３２に供給される。そして、電源端子３２に供給された電源の残りの部分は、グラウンドＧＮＤ４から排出される。

このように、コントロール基板４０から計測基板３０に電源が供給されると、当該計測基板３０は、超音波センサ２５ａ，２５ｂを駆動させて、それらの間で送受信された超音波の伝播時間を計測する。次いで、計測基板３０は、その計測した伝播時間を示す信号を、接続端子３３，３４から信号線５３，５４を介して入出力ポートＰ１，Ｐ２に出力する。そして、演算処理器４１は、超音波の伝播時間に基づいて、ガスの流量を演算する。

これに対して、接続端子３３，３４が水濡れしているか否かを判定する場合には、演算処理器４１は、スイッチ開閉用出力ポートＥＮ２，ＥＮ３から信号を間欠的（例えば、３０分ごと）に出力させて、スイッチＳＷ２，ＳＷ３を短時間（例えば、数秒）だけ閉状態とする。また、演算処理器４１は、スイッチ開閉用出力ポートＥＮ１，ＥＮ４から信号を出力させることなく、スイッチＳＷ１，ＳＷ４を、常時、開状態とする。

これにより、電源電圧ＶＣＣから出力された電源は、抵抗Ｒｕを介して、信号線５３に進入し、接続端子３３に供給される。次いで、接続端子３３に供給された電源は、端子間インピーダンスＲ３を介して、接続端子３４に供給される。そして、接続端子３４に供給された電源は、信号線５４を介して、検出回路４２に供給される。

このように、コントロール基板４０から計測基板３０に電源が供給されると、検出回路４２は、接続端子３３，３４に対する水濡れの有無によって変化するインピーダンスを検出する。即ち、検出回路４２は、接続端子３４と抵抗Ｒｄとの間の電圧を検出する。

具体的には、接続端子３３，３４が乾いた状態では、検出回路４２は、「抵抗Ｒｕ+（端子間インピーダンスＲ３と計測基板３０との合成抵抗）」と「抵抗Ｒｄ」との間の分圧となる、電圧Ｖを検出する。そして、検出回路４２は、検出した電圧Ｖを、入出力ポートＰ２に出力する。

また、接続端子３３，３４が水濡れしている状態においては、電源端子３１と接続端子３３との間に、水の抵抗成分Ｒｗ１が存在し、接続端子３３と接続端子３４との間に、水の抵抗成分Ｒｗ２が存在し、接続端子３４と電源端子３２との間に、水の抵抗成分Ｒｗ３が存在する。更に、抵抗成分Ｒｗ１～Ｒｗ３の値が十分に低い状態では、検出回路４２は、「抵抗Ｒｕ+抵抗成分Ｒｗ２」と「抵抗Ｒｄ」との間の分圧となる、電圧Ｖ´を検出する。そして、検出回路４２は、検出した電圧Ｖ´を、入出力ポートＰ２に出力する。

これに対して、演算処理器４１は、検出回路４２から電圧Ｖが入力された場合には、接続端子３３，３４が乾いていると判定する。このように、演算処理器４１は、接続端子３３，３４が乾いていると判定すると、電源電圧ＶＣＣから電源端子３１，３２に向けて電源を再度供給する。

また、演算処理器４１は、検出回路４２から電圧Ｖ´が入力された場合には、接続端子３３，３４が水濡れしていると判定する。このように、演算処理器４１は、接続端子３３，３４が水濡れしていると判定すると、電源電圧ＶＣＣから計測基板３０への電源供給を引き続き中止する。

これにより、演算処理器４１は、専用の水検出センサを用いることなく、接続端子３３，３４の水濡れ状態から乾燥状態への変化を検出することができる。そして、演算処理器４１は、接続端子３３，３４が乾燥していることを確認してから、電源端子３１，３２に電源を再度供給することができる。この結果、演算処理器４１は、接続端子３３，３４における水濡れに起因した電極分解を抑えることができるので、超音波センサ２５ａ，２５ｂの誤動作または故障を防止することができる。

次に、コントロール基板４０の動作について、図３を用いて説明する。図３は、コントロール基板４０の動作を示したフローチャートである。

ステップＳＴ１１において、演算処理器４１は、ガス室２３が水没したと判定する。この水没判定方法については、従来から提供されているため、ここでは、その説明を省略するが、例えば、特許文献１，２に開示された水没判定方法等を用いれは良い。

ステップＳＴ１２において、演算処理器４１は、スイッチ開閉用出力ポートＥＮ１からの信号の出力を中止して、計測基板３０への電源供給を止める。

ステップＳＴ１３において、演算処理器４１は、スイッチ開閉用出力ポートＥＮ２，ＥＮ３から信号を間欠的に出力させて、スイッチＳＷ２，ＳＷ３を短時間だけ閉状態とする。これにより、検出回路４２は、接続端子３３，３４に対する水濡れの有無によって変化する電圧（分圧）を検出する。

ステップＳＴ１４において、演算処理器４１は、検出回路４２によって検出された電圧の値が、所定の設定範囲内に存在する否かを判定する。この設定範囲とは、接続端子３３，３４が乾いた状態のときに検出される電圧Ｖに基づいて、予め設定された範囲である。ここで、電圧の値が所定の設定範囲内に存在すると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、コントロール基板４０の動作は、ステップＳＴ１５に進む。一方、電圧の値が所定の設定範囲内に存在しないと判定された場合（ＮＯの場合）には、コントロール基板４０の動作は、ステップＳＴ１６に進む。

ステップＳＴ１５において、演算処理器４１は、検出回路４２によって検出された電圧の値が、連続した所定回数において、所定の設定範囲内に存在するか否かを判定する。ここで、電圧の値が、連続した所定回数において、所定の設定範囲内に存在すると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、コントロール基板４０の動作は、ステップＳＴ１７に進む。一方、電圧の値が、連続した所定回数において、所定の設定範囲内に存在しないと判定された場合（ＮＯの場合）には、コントロール基板４０の動作は、ステップＳＴ１６に進む。

ステップＳＴ１６において、演算処理器４１は、検出回路４２によって検出された電圧が電圧Ｖ´であるとし、接続端子３３，３４が水濡れしていると判定する。

ステップＳＴ１７において、演算処理器４１は、検出回路４２によって検出された電圧が電圧Ｖであるとし、接続端子３３，３４が乾燥していると判定する。

ステップＳＴ１８において、演算処理器４１は、スイッチ開閉用出力ポートＥＮ１，ＥＮ４から信号を連続的に出力させて、スイッチＳＷ１，ＳＷ４を閉状態とし、電源電圧ＶＣＣから電源端子３１，３２に向けて電源を再度供給する。

なお、上述した超音波ガスメータ１００においては、接続端子３３，３４が水濡れしているか否かを判定する構成としているが、この構成を基にして、電源端子３１，３２が水濡れしているか否かを判定する構成とすることも可能である。

また、超音波ガスメータ１００においては、接続端子３３，３４に対応する計測基板３０の表面に対して、親水性を有し、且つ、水を含んだ場合に導電率が上昇する材料を、塗布しても構わない。これにより、電圧Ｖ´は、電圧Ｖに対する変化量が大きくなるため、検出回路４２は、電圧Ｖ´を容易に検出することができる。

更に、検出回路４２は、接続端子３３，３４に対する水濡れの有無によって変化するインピーダンスとして、電圧Ｖ、Ｖ´を検出しているが、これに替えて、演算処理器４１は、入出力ポートＰ１の静電容量を検出するようにしても構わない。このとき、演算処理器４１は、検出部１２として機能する。

そこで、上述した検出方法を用いて、接続端子３３，３４が水濡れしているか否かを判定する場合には、演算処理器４１は、スイッチ開閉用出力ポートＥＮ３から信号を連続的に出力させて、スイッチＳＷ３を、常時、閉状態とする。また、演算処理器４１は、スイッチ開閉用出力ポートＥＮ２から信号を間欠的に出力させて、スイッチＳＷ２を短時間だけ閉状態とする。

これにより、電源電圧ＶＣＣから出力された電源は、抵抗Ｒｕを介して、入出力ポートＰ１に供給される。このとき、入出力ポートＰ１の静電容量は、当該入出力ポートＰ１への電源供給時間に相当する。従って、演算処理器４１は、電源供給時間を計測し、この計測した電源供給時間に基づいて、入出力ポートＰ１の静電容量を求めることができる。

そして、演算処理器４１は、入出力ポートＰ１の静電容量が所定の設定範囲内に存在する場合には、接続端子３３，３４が水濡れしていないと判定する。また、演算処理器４１は、入出力ポートＰ１の静電容量が所定の設定範囲内に存在しない場合には、接続端子３３，３４が水濡れしていると判定する。

以上より、実施の形態１に係る水没後復帰装置１０は、超音波センサ２５ａ，２５ｂと接続する計測基板３０が有する電源端子３１，３２及び接続端子３３，３４のうち、対象とする２つの接続端子３３，３４を含む経路に、電源を短時間に供給する供給部１１と、供給部１１による電源供給後において、該当する２つの接続端子３３，３４に対する水濡れの有無によって変化するインピーダンスを検出する検出部１２と、検出部１２の検出結果に基づいて、該当する接続端子３３，３４が水濡れしているか否かを判定する判定部１３とを備えている。これにより、水没後復帰装置１０は、計測基板３０の接続端子３３，３４における水濡れに起因した電極分解を抑えて、超音波センサ２５ａ，２５ｂの誤動作または故障を防止することができる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは、実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１０ 水没後復帰装置
１１ 供給部
１２ 検出部
１３ 判定部
２１ 流入口
２２ 流出口
２３ ガス室
２４ 計測管
２５ａ，２５ｂ 超音波センサ
３０ 計測基板
３１，３２ 電源端子
３３，３４ 接続端子
３５ 端子台
３６ 内部接続線
Ｒ１ 回路内部インピーダンス
Ｒ２～Ｒ４ 端子間インピーダンス
Ｒｗ１～Ｒｗ３ 抵抗成分
Ｃ コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２ コイル
４０ コントロール基板
４１ 演算処理器
４２ 検出回路
ＶＣＣ 電源電圧
Ｐ１，Ｐ２ 入出力ポート
ＥＮ１～ＥＮ４ スイッチ開閉用出力ポート
ＳＷ１～ＳＷ４ スイッチ
ＧＮＤ３，ＧＮＤ４ グラウンド
Ｒｕ，Ｒｄ 抵抗
５１ 電源線
５２ グラウンド線
５３，５４ 信号線
１００ 超音波ガスメータ

Claims (4)

1. 超音波センサと接続する計測基板が有する複数の端子のうち、対象とする２つの端子を含む経路に、電源を間欠的に短時間に供給する供給部と、
   前記供給部による電源供給後において、該当する２つの端子に対する水濡れの有無によって変化するインピーダンスを検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて、前記該当する２つの端子が水濡れしているか否かを判定する判定部とを備える
   ことを特徴とする水没後復帰装置。
2. 前記該当する２つの端子に対応する前記計測基板の表面に対して、親水性を有し、且つ、水を含んだ場合に導電率が上昇する材料を塗布する
   ことを特徴とする請求項１記載の水没後復帰装置。
3. 前記検出部は、前記該当する２つの端子間に存在する抵抗成分、または、前記該当する２つの端子のうちのいずれか一方の端子と接続する入出力ポートの静電容量を、インピーダンスとして検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の水没後復帰装置。
4. 供給部が、超音波センサと接続する計測基板が有する複数の端子のうち、対象とする２つの端子を含む経路に、電源を間欠的に短時間に供給し、
   検出部が、前記供給部による電源供給後において、該当する２つの端子に対する水濡れの有無によって変化するインピーダンスを検出し、
   判定部が、前記検出部の検出結果に基づいて、前記該当する２つの端子が水濡れしているか否かを判定する
   ことを特徴とする水没後復帰方法。

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