JP2002350213A - ガスメータ - Google Patents

ガスメータ

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JP2002350213A
JP2002350213A JP2001162209A JP2001162209A JP2002350213A JP 2002350213 A JP2002350213 A JP 2002350213A JP 2001162209 A JP2001162209 A JP 2001162209A JP 2001162209 A JP2001162209 A JP 2001162209A JP 2002350213 A JP2002350213 A JP 2002350213A
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gas
gas meter
flow
valve
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JP2001162209A
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Shigeru Iwanaga
茂 岩永
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度の高いガス流量の測定ができるガスメー
タの提供。 【解決手段】 ガス流路21と、このガス流路中を流れ
るガスの流量を測定するように設けた超音波送受波器3
4、35と、超音波送受波器34、35からの出力に基
づきガスの流量を測定する制御部とからなり、超音波送
受波器34、35による超音波の送受波によってガス流
量の測定を精度良く行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスの流量を測定す
るガスメータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来この種の流量計測装置として、特開
平8−210893号公報などに示す計量膜を備えた膜
式ガスメータがある。
【0003】この種の膜式ガスメータは、図18に示す
ように被測定流体であるガスが流入する入口1、ガスが
流出する出口2、計量膜(図示せず)を備えた一対の計
量室(図示せず)を収納する計量部3、および計量部3
を通過したガス量を表示する表示部4を有している。
【0004】このような構成において、膜式ガスメータ
の計量動作は従来衆知のように、一定容積を持つ一対の
計量室の中で計量膜をガス圧で往復動作させ、その動作
回数で流量を計測するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来例で
は、ガスメータより下流側におけるガス管路あるいはガ
ス器具からのガスの漏洩を検出し報知する保安機能に対
して、漏洩の検出にはガスメータに設けた計量室の容積
程度のガス量を通過させる必要があり、微少な漏洩(例
えば毎時3リットル程度の流量)になるほど漏洩検出ま
で長時間を要する(例えば計量室の容積3リットルでは
1時間)という課題がある。さらに、ガスメータの使用
最大流量(ガスメータの号数)が大きくなるほど計量室
の容積が大きくなるため、漏洩検出にはより一層長時間
を要するという保安上の課題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、ガス流路中を流れるガスの流量を測定するよ
うに超音波送受波器を設け、この超音波送受波器からの
出力に基づきガスの流量を測定する制御部を備えた構成
としてある。
【0007】本発明は上記構成により超音波によりガス
流量を測定でき、精度の高い流量測定が可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1記載のガスメー
タは、ガス流路と、このガス流路中を流れるガスの流量
を測定するように設けた超音波送受波器と、超音波送受
波器からの出力に基づきガスの流量を測定する制御部と
からなり、超音波送受波器による超音波の送受によって
ガス流量の測定を行う。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1および図2は本発明のガスメータを配
管接続した設置状態を示す正面図および側面図である。
図において、ガスメータ本体5の左上側に設けた入口側
口金6および右上側に設けた出口側口金7を流入側配管
8および流出側配管9に配管接続している。10はガス
メータ本体5の前面に設けた本体蓋、11はガスメータ
本体5の前面下方に設けた電池収納蓋であり、12はガ
スメータ本体5の下方に設けた底蓋である。13は瞬時
流量値、積算流量値、異常報知などの表示を切替えて表
示する表示窓であり、14は異常時にガス流路を閉止し
た後に再度利用できる状態にリセットするための復帰ボ
タンであり、表示窓13および復帰ボタン14は本体蓋
10に配置している。
【0010】次に図3〜図5に本発明のガスメータ本体
5の内部の構成を示す。図3は本体蓋10および電池収
納蓋11を外した正面図であり、本体蓋10を外した方
に制御基板15が収容されており、電池収納蓋11を外
した方に電池16が収納されている。17は制御基板1
5に設けた表示部である。図4は図3に示した状態から
制御基板15を取り外したもので、入口側口金6に連通
する弁ブロック18(一部破断して示す)に双方向弁1
9を配置するとともに、弁ブロック18と出口側口金7
に連通する出口ブロック20とを連結するガス流路21
を備えた計測流路22を設けている。
【0011】図5は側方から見た断面図であり、ガスメ
ータ本体5に本体蓋10、電池収納蓋11および底蓋1
2をパッキン10a、11aおよび12aを介して取付
けて形成した気密室23内に制御基板15、電池16、
双方向弁19および計測流路21を収納している。な
お、24は本体蓋10の表示窓13を形成するガラスな
どの透明体であり、この透明体24は本体蓋10に接着
剤などで気密に取付けられている。25はガス流路21
の圧力を測定する圧力センサであり、出口ブロック20
を介してガス流路21に連通(図示せず)している。こ
の圧力センサ25は、気密室23とは隔壁26により分
離されるとともに開放穴27によりガスメータ本体5の
後面側で大気に連通する大気開放室28に設けている。
29は大気開放室28にゴミなどが進入しないように設
けた後蓋である。
【0012】このように、ガスメータ本体5内は完全気
密に形成できるとともに、電池交換時では配管に設置し
た状態のまま作業のし易い前方から電池収納蓋11を外
すことで電池の交換を容易にできる。
【0013】図6〜図8は制御基板15を示したもの
で、図6の正面図では本体蓋10の表示窓13に対向す
る位置に表示部17を配置すると共に、図7に示す裏面
には地震を検知する感震器30を設けている。この感震
器30には地震の強さを複数の強度で検出し検出した震
度に応じた制御動作を行うため複数の感震部30a、3
0bを設けている。例えば、感震部30aは震度5を検
出し、感震部30bは震度6以上を検出する。ここでは
ボール式の検出部としているので複数の震度を検出する
ためには複数の感震部30a、30bが必要であるが、
圧電式加速度センサ(図示せず)を応用すれば単一の感
震部とすることができるのは言うまでもない。31は流
量の演算、保安機能の制御、表示部17への表示内容の
制御などシステム全体を制御するマイクロコンピュータ
(以下マイコンと称す)であり、32は超音波の伝搬時
間を計測する信号処理素子である。図8に示すように制
御基板15を側面から見ると、多数の部品を基板の両面
に配置して実装密度を高め、制御基板15の小型化を推
進してガスメータの小型化に寄与させている。
【0014】図9は計測流路22の横断面を示し、ガス
流路21は流路壁33に囲まれるとともに、この流路壁
33に上流側および下流側の超音波送受波器34および
35が互いに対向するように設置している。上流側の超
音波送受波器34と下流側の超音波送受波器35はガス
流路21の幅W方向を横切るように距離Lを隔てるとと
もにガス流路21の流体の流動方向に対して角度θ傾け
て設置されている。
【0015】36a、36bは超音波送受波器34、3
5をガス流路21に臨ませる上流側および下流側の開口
穴である。37はガス流路21の上流側に設け被計測流
体の入口となる導入部であり、38はガス流路21の下
流側に設け被計測流体の出口となる導出部である。39
は開口穴36a、36bのガス流路21の開口部に設け
たメッシュなどで形成した流入抑制体ものである。
【0016】40はガス流路21の上流側に設けた流れ
安定手段であり、ガス流路21の断面を分割して流れ方
向を整える格子状の方向規制部40aとメッシュなどの
網状体で形成した変動抑制部40bを備えている。41
は超音波送受波器34、35に接続され超音波の送受信
をさせる計測制御部42と、計測制御部42での信号を
基に流速を計算し流量を算出する演算部43及び各種制
御機能部を備えた制御部である。この制御部41は信号
処理素子32に収納されている。
【0017】次に、この超音波流量計測装置の動作につ
いて説明する。導入部37から流入した被計測流体はガ
ス流路21の入口側に設けられた流れ安定手段40によ
り流れ方向を整えられるとともに速度変動を安定化させ
るものである。
【0018】次に超音波による流量計測動作を説明す
る。ガス流路21では、安定化された流れに対して計測
制御部42の作用により超音波送受波器34、35間で
ガス流路21の流路断面の幅Wを横切るようにして超音
波の送受が行われる。すなわち、上流側の超音波送受波
器34から発せられた超音波が下流側の超音波送受波器
35で受信されるまでの伝搬時間T1を計測する。また
一方、下流側の超音波送受波器35から発せられた超音
波が上流側の超音波送受波器34で受信されるまでの伝
搬時間T2を計測する。
【0019】このようにして測定された伝搬時間T1お
よびT2を基に、以下の演算式に示す時間差方式により
演算部43で流量が算出される。
【0020】いま、ガス流路21の流動方向の被計測流
体の流速Vと超音波伝搬路Pとのなす角度をθとし、超
音波送受波器34、35間の距離をL、被測定流体の音
速をCとすると、流速Vは以下の式にて算出される。
【0021】T1=L/(C+Vcosθ) T2=L/(C−Vcosθ) T1の逆数からT2の逆数を引き算する式より音速Cを
消去して V=(L/2cosθ)((1/T1)−(1/T2)) θおよびLは既知なのでT1およびT2の値より流速V
が算出できる。この計測結果をもとにマイコン31を介
して表示部17に流量値などを表示させる。
【0022】なお、シングアラウンド方式を用いればよ
り高精度な計測ができる。また、超音波による流量計測
は時間分解能が高いので微少な低流速域まで計測するこ
とができ、流量3L/hの漏洩検出ができる。このた
め、微少流量3L/hから従来のガスメータに要求され
る使用最大流量の約2倍の大流量まで計測でき、6号メ
ータの計測範囲を満たすことができたので、6号メータ
と4号メータの号数共用化が可能となった。
【0023】ところで、上述のようにして求めた流速V
はガス流路21を斜めに横切る超音波伝搬路で計測した
ものであり、超音波伝搬路で計測した平均流速は断面位
置により流れの発達状態が違うため、補正係数を加えて
流量を算出し、超音波送受波器34、35の流れ方向に
直交する横断面積Sより、流量Qは Q=KVS ここで、Kは横断面積Sにおける流速分布を考慮した流
量係数である。
【0024】このようにして演算部43で流量を求める
ことができる。
【0025】図10は流量係数の流量変化特性を示した
ものであり、流量の少ない層流域、流量の多い乱流域、
および層流域から乱流域に移行する遷移域においてガス
流路21内の流速分布が変化するため流量係数が変化す
る形状となる。超音波による計測ではこの流量係数曲線
は温度変化、ガス種変化に因らず滑らかな曲線として得
られる。この流量係数を導入することにより、図11の
ように十分検定公差(Qmax〜0.1Qmaxは器差±1.
5%、0.1Qmax〜Qminは器差±3%)を満たす器差
特性を得ることができる。
【0026】図12はガス流路21を有する計測流路2
2の上流側および下流側を示す断面図である。図におい
て、双方向弁19を設置した弁ブロック18には弁体4
4に対向する位置に弁座45を設けるとともに、弁座4
5の下流には導入部37に連通する導入通路46を設け
ている。47は入口側口金6に連通する流入通路であ
る。48は弁体44を弁座45の方向に付勢するスプリ
ングであり、49は弁体44を開成あるいは閉成させる
べく駆動するソレノイドやモータなどの駆動部である。
計測流路22の下流側に配置した出口ブロック20に
は、一端は導出部38に連通し他端は出口側口金7に連
通する導出通路50を設けている。
【0027】図13は双方向弁19の構成を示した断面
図であり、駆動部49をステッピングモータとするもの
で、外周部に永久磁石による磁極51を有するロータ5
2と励磁コイル53を囲み磁性材料で形成したステータ
54を備えている。55はロータ52に設けたロータ回
転軸であり、ロータ回転軸55の外周部には送り手段5
6が設けられ、この実施例では螺旋状の溝(あるいは突
起)による雄ねじを送り手段56として用いている。5
7は送り手段56に螺合する雌ねじを設けた移動体であ
り、58は移動体57がロータ回転軸55に対して回転
しないようにする回動防止体である。59は移動体57
と弁体44の間に介在させ軸方向に互いに離れようとす
る付勢力を加えるスプリングであり、弁閉時には弁体4
4を弁座45に押え付ける力を発生する。60は流体側
にあるロータ52およびそれに連なる弁体44側とステ
ータ54側とを気密に分離する隔壁である。61はロー
タ52の回転を支持する支持軸である。62は弁体44
の移動位置を検出する位置検知センサであり、弁体44
が弁座45に当接して弁閉状態位置にあることを検出す
る弁閉位置検知部62aと、弁体44が駆動部49側に
完全に移動して弁全開状態位置にあることを検出する弁
全開位置検知部62bを備えている。63は弁体に設け
た位置発信部であり、弁閉位置検知部62aあるいは弁
全開位置検知部62bと位置発信部63が接近して相互
の位置が合致することにより位置を検出する。従って、
弁体44位置の確定とフィードバック制御を行うことで
確実な弁閉止および弁開放ができる。
【0028】図14は制御部41で行なう双方向弁動作
のフローチャートである。図14において、64は異常
検知命令、65は弁駆動命令、66は弁閉止検知命令で
ある。
【0029】次に動作、作用について説明する。いま、
流量計測値が異常な値になったとする。図14におい
て、異常検知命令64により、弁駆動命令65が指示さ
れ、弁が閉止方向に移動する。移動が終了すると、弁閉
止検知命令が実行される。
【0030】図15は制御部41で行なう感震器動作の
フローチャートである。図15において、67は感震器
信号入力命令、68は震度判定命令である。69は双方
向弁の遮断未実施命令、70、71は即遮断命令であ
る。72は双方向弁の復帰判断命令、73は復帰命令、
74は遮断継続命令である。
【0031】次に動作、作用について説明する。いま、
地震により感震器が作動したとする。このとき、感震器
信号入力命令67により、信号が入力され、震度判定命
令68により、震度判定が行われる。
【0032】判定の結果、震度が5より小さいときは遮
断未実施命令69により、双方向弁の遮断は行われな
い。また、震度が5の時は即遮断命令70により、遮断
される。その後、復帰判断命令72により復帰可の場合
は復帰命令73により双方向弁が再び開放され、自動復
帰が行われる。また、復帰不可の場合は遮断継続命令7
4により、遮断状態が継続される。
【0033】また、震度判定の結果、震度が6以上の場
合には、即遮断命令71が実行され、その場合は自動復
帰不可としてその状態が維持される。
【0034】図16は制御部41で行なう個別最大流量
判定動作のフローチャートである。図16において、7
5は流量計測命令、76は個別最大流量判定命令、77
は遮断命令である。78はインターバル設定命令であ
る。
【0035】次に動作、作用について説明する。いま、
流量計測命令75により計測された値がそのメータ号数
にて定められた個別最大流量値以上であったとする。こ
のときは、個別最大流量判定命令76による判定はYe
sの側になり、双方向弁の遮断命令77によりガスが停
止される。また、流量計測命令75により計測された値
が個別最大流量値より小さかったとすると、このとき
は、個別最大流量判定命令76による判定はNoの側に
なり、インターバル設定命令78を経たのち、再度、流
量計測が実施される。
【0036】図17は制御部41で行なう器具判別動作
のフローチャートである。図17において、79は流量
パターン計測命令、80は器具判別命令、81は器具特
定命令、82は器具条件の選択命令である。83はイン
ターバル設定命令である。
【0037】次に動作、作用について説明する。いま、
あるガス器具が使われているとする。このとき、流量パ
ターン計測命令79により、その器具の流量パターンが
計測される。次に、器具判別命令80により、使われて
いる器具が既に登録されたパターンと比較され、該当の
ものがあれば、器具特定命令81にて特定がなされる。
その後、器具条件の選択命令82により、その器具に対
応した条件が設定される。
【0038】もし、器具判別命令80において、該当器
具がなければ、Noの側に分岐され、インターバル設定
命令83を経たのち、再びもとのルーチンに戻る。
【0039】なお、上記の実施例において、超音波計測
の構成としていわゆるZパスのものを示したがこれに限
るものではない。Iパス、Wパスなど伝搬時間差を用い
て計測する方式も可能である。
【0040】また、ガスメータの設置形態として、口金
が上部にあるものを示したが、口金が下部に有る構成、
側方にある場合も可能である。
【0041】以上説明したように本実施例のガスメータ
は、超音波を用いて流量を測定するので、以下次のよう
な効果を奏する。
【0042】例えば、屋内屋外いずれでも使用でき、使
用される環境が−30℃〜+70℃の保存温度範囲であ
って、動作温度を−25℃〜+55℃内とし、かつ95
%以下の湿度の条件下(結露ありなし両条件下)で以下
のような効果を奏する。なお、ガスメータとしては20
年以上使用可(但し電源となる電池は10年ごとに交
換)という条件を満足するという前提である。
【0043】(1)3リッタ/hという微小漏洩検知が
可能となるうえに、0リッタ/hと3リッタ/hの識別
も可能となる。したがって、下記に示す最小流量とし
て、4号メータの場合は25リッタ/h、6号メータの
場合は40リッタ/hの範囲に対して余裕を持って行
え、かつハード構成を変更することなく兼用して対応す
ることができる。
【0044】(2)ガスメータとして器差範囲内の精度
が確保できる。すなわち、 (a)0〜最小流量はもちろん最大流量の2倍の流量ま
で単調増加出力が得られ、最小流量〜最大流量の2倍の
流量までの単調増加出力は流量の読み値に対して、±3
%の誤差範囲(最大流量の4/3倍の流量、最大流量の
5/3倍の流量、最大流量の2倍の流量で測定した場
合)にあり、最小流量〜最大流量の0.1倍の流量まで
の誤差は±3%(最小流量と最小流量の3倍の流量で測
定した場合)、かつ最大流量の0.1倍の流量〜最大流
量までの誤差は±1.5%(最大流量の0.1倍、同
0.2倍、同0.4倍、同0.7倍、最大流量で測定し
た場合)で、器差曲線は最大流量の0.1倍〜最大流量
の最大と最小が2%、実力的には1%を越えず、かつ測
定を上方、下降方向に各3回行っても最小流量〜最大流
量の0.1倍の流量で誤差が1%範囲、最大流量の0.
1倍の流量〜最大流量の誤差が0.6%の範囲に収ま
る。そして上記の精度はガスメータが±5°の傾斜範囲
で設置されても得られる。またガスメータ個々の個体差
は1%を越えないようになる。
【0045】(b)最大流量における空気での圧力損失
が遮断弁込みでも180Pa以下と少なくできる。
【0046】(c)−25℃〜+55℃と広い温度範囲
でも最小流量〜最大流量の0.1倍の流量までの誤差は
±3%で、最大流量の0.1倍の流量〜最大流量までは
±1.5%の範囲に収まる。
【0047】(d)ガスの組成が例えば13Aの範囲内
で変動しても最小流量〜最大流量の0.1倍の流量まで
の誤差は±3%で、最大流量の0.1倍の流量〜最大流
量までは±1.5%の範囲に収まる。
【0048】(e)ダストに強い構成となる。すなわ
ち、ダスト試験後、最小流量〜最大流量の0.05倍の
流量の範囲では−7%〜+4%、最大流量の0.05倍
の流量〜最大流量の範囲では±4%の範囲に収まり、実
力的には最小流量〜最大流量の0.1倍の流量の範囲で
は±3%、最大流量の0.1倍の流量〜最大流量の範囲
では±1.5%の範囲に収まり、そのときの最大流量で
の圧力損失は遮断弁込みで180Pa以下、かつ0リッ
タ/hの時は指針が動かず、かつ1時間では±1リッタ
未満となる。
【0049】(f)ミストに強い構成となる。すなわ
ち、最小流量〜最大流量の0.05倍の流量の範囲では
では−7%〜+4%、最大流量の0.05倍の流量〜最
大流量の範囲では±4%の範囲に収まり、実力的には最
小流量〜最大流量の0.1倍の流量の範囲では±3%、
最大流量の0.1倍の流量〜最大流量の範囲では±1.
5%の範囲に収まる。
【0050】(g)圧力変動に強い構成となる。すなわ
ち、上流側の隣家でガスヒートポンプが動作し、あるい
は自家でガスヒートポンプが作動している場合でも、最
小流量〜最大流量の0.05倍の流量の範囲では−7〜
+4%、最大流量の0.05倍の流量〜最大流量の範囲
では±4%の範囲に収まり、実力的には最小流量〜最大
流量の0.1倍の流量の範囲では±3%、最大流量の
0.1倍の流量〜最大流量の範囲では±1.5%の範囲
に収まる。そのときの0リッタ/hの時は指針が動か
ず、かつ1時間では±1リッタ未満となる。また、3リ
ッタ/hの時指針がすすみ、流量計測が行われる。この
場合、ガス内管漏洩警報をリセットすることのないよう
にしてある。
【0051】(3)コンパクトな構成が可能となった。
例えば、縦130mm以下(口金部を含まず)、横180
mm以下、奥行き90mm以下の外形寸法が実現できる。
【0052】(4)積算流量表示と瞬時流量表示の切り
替え表示が可能となる。
【0053】(5)検定時のパルス表示精度が向上す
る。例えば検定時は0.1リッタ/パルス、通常時は1
リッタ/パルスとする事ができる。
【0054】(6)双方向遮断弁を用いて双方向遮断す
る事ができ、フィードバック制御機能を持たせることに
より開閉状態を確実に検知することもできる。
【0055】(7)制御基板、電池、センサ取付けを気
密構造とし、且つ電池は現場で交換する構成とすること
ができる。
【0056】(8)入口、出口とも垂直方向とし、左上
側を入口、右上側を出口としたことにより現行ガスメー
タとの交換が容易になる。
【0057】(9)ガスメータとしての保安機能が向上
する。すなわち、 (a)判定時間の短縮が可能となり、例えば個別最大流
量判定時間を10秒以下に短縮でき、安全性が向上す
る。
【0058】(b)精度が良く、かつ短時間で器具判別
が可能となる。
【0059】(c)使用器具の判別により、継続時間遮
断の時間の変更、遮断の有無などを実施することができ
る。
【0060】(d)多段感震機能の採用等により震度別
の対応が可能となる。例えば震度5と震度6以上の判別
を行い、震度5検出時には即遮断、自動復帰とし、震度
6検出時には即遮断、自動復帰なしとする事ができる。
【0061】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、超音波を用いてガスの流量を測定するので、精
度の良い流量測定ができると共に、超音波を用いている
からコンパクトに構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスメータ設置状態を示す正面図
【図2】本発明のガスメータの設置状態を示す側面図
【図3】本発明のガスメータの内部構成を示す正面図
【図4】本発明のガスメータの内部構成を示す正面部分
断面図
【図5】本発明のガスメータの内部構成を示す側面部分
断面図
【図6】本発明のガスメータの制御基板の正面図
【図7】本発明のガスメータの制御基板の裏面図
【図8】本発明のガスメータの制御基板の側面図
【図9】本発明のガスメータの計測流路の横断面図
【図10】本発明のガスメータの流量係数の流量変化特
性図
【図11】本発明のガスメータの器差特性図
【図12】本発明のガスメータの流体通路の断面図
【図13】双方向弁の構成断面図
【図14】双方向弁動作のフローチャート
【図15】感震器動作のフローチャート
【図16】個別最大流量判定動作のフローチャート
【図17】器具判別動作のフローチャート
【図18】従来の膜式ガスメータの構成図
【符号の説明】
18 弁ブロック 19 双方向弁 20 出口ブロック 21 ガス流路 22 計測流路 30 感震器 34、35 超音波送受波器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス流路と、このガス流路中を流れるガ
    スの流量を測定するように設けた超音波送受波器と、超
    音波送受波器からの出力に基づきガスの流量を測定する
    制御部とからなるガスメータ。
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