JP3750423B2

JP3750423B2 - ガスメータ

Info

Publication number: JP3750423B2
Application number: JP18002699A
Authority: JP
Inventors: 晃森田
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: JP2001004418A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスメータに係わり、特に瞬時流量を計測する原理に基づいたガスメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばガス需要者である各家庭毎に、ガス使用量を計測表示するガスメータが設置されている。従来、このガスメータは、所謂「容積式」と呼ばれるものが主流である。これは、ガス流路の途中に所定の空間（“部屋”または“袋”）を用意し、その空間の容積を最小分解能として機械的に計測して表示する方式が一般的である。しかしながら、この方式では、上記所定の空間を占める“部屋”が必要である為、ガスメータの小型化が難しく、また上記機械式の計測機構が複雑であるという問題があった。また、積算値（積算流量）では、例えばガス漏れ等の異常が発生した場合、異常発生に至るまでのガス使用状況の詳細な履歴を知ることができず、事故原因の究明が困難であるという問題があった。
【０００３】
このような問題に対して、近年、ガス流路を流れるガスの瞬時流量を測定して、時々刻々と変化する瞬時流量を積算する方式のガスメータが提案されてきている。このような瞬時流量を計測する方式としては、例えば超音波を利用するもの（超音波流量計）、カルマン渦を利用するもの（フルイディックと呼ばれるもの）が挙げられる。
【０００４】
尚、超音波流量計に関しては、例えば特開平１０−１４２０１９号等に記載がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、瞬時流量を計測する方式のガスメータは、従来の容積式のガスメータに比べ、様々な利点があり、実用化が期待されている。
【０００６】
しかしながら、例えば計測値の誤差（精度）に関して課題がある。すなわち、通常、ガスメータには、図４に示す精度が要求されているが、瞬時流量を計測する場合、ノイズ等による測定値の突然変化が生じたり、測定値の変化が生じたりし、その積算値の誤差が増加してしまう。現状、少なくとも本発明の出願人においては、ガスの流量がある程度以上あれば、上記要求される精度を満たせるようになっている（以下、精度保証できる流量という）。しかしながら、ガスの流れが少ない状態（微小流量）において、特に漏洩検知流量（図４では３リットル／ｈ）付近では、ガス漏れの検出のために流量０との識別を行う必要がある為、測定値の変化を特に小さくしないと、流量０との識別が困難になり、積算誤差が大きくなる原因となる。現状では図４に示す精度に十分対応できるものではなく、何等かの対応策が必要とされている。
【０００７】
また、上述したこと以外に、通常、ガスメータでは、例えばゼロ流量状態から突然に流量が流れる場合等の「実使用上での流量急変」に対応できる程度の応答性が要求される。
【０００８】
図４は、ガスメータに要求される流量測定精度（積算値としての精度）を示す図である。同図において、１時間当りの積算流量３（リットル／ｈ）が上記漏洩検知流量であり、漏洩検知流量（３リットル／ｈ）以下での精度は「十数％〜出力ゼロ」の範囲が仕様となっている。つまり、漏洩検知流量以下の場合には測定結果をゼロにして終える（以下、ゼロカット出力という）ことが許されている。
【０００９】
このような仕様に対して、瞬時流量を計測する方式のガスメータを適用させようとすると、上記微小流量、特に漏洩検知流量（３リットル／ｈ）付近では、測定値の変化が大きいと、実際には漏洩検知流量以上であるにも係わらずゼロカット出力されてしまうという問題が生じ、また上記のように漏洩検知流量は、ガス漏れ検知レベルとも呼ばれるように、ガス漏れ検知の基準ともなっており、測定値の変化が大きいと的確なガス漏れ検知ができなくなるという問題が生じる。
【００１０】
このように、特に漏洩検知流量付近では測定値の変化をより抑える必要がある。更に、上記応答性の要求も満たさなければならない。
本発明の課題は、瞬時流量を計測する方式のガスメータにおいて、特に微小流量レベル（ガス漏れ検知レベル）における測定値のフラツキを抑えて適切な精度にでき、以て的確にガス漏れ検知できるガスメータを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるガスメータは、所定の時間間隔でサンプリングした瞬時流量を積算処理することによってガス使用量を測定するガスメータであって、ガス中を伝搬する超音波の伝搬時間から瞬時流量を算出する瞬時流量演算手段と、瞬時流量に対して所定の時定数のローパスフィルタ処理を行なう第１のローパスフィルタと、瞬時流量に対して前記第１のローパスフィルタの時定数より大きい時定数にてローパスフィルタ処理を行う第２のローパスフィルタと、計測した瞬時流量の大きさに基づいて前記第１、第２のローパスフィルタを切り換える手段からなり、時定数の異なる前記第１、第２のローパスフィルタによる処理結果のいずれかを瞬時流量として出力する流量補正処理手段と、前記流量補正処理手段の出力を積算演算して測定結果として出力する出力手段とを備えている。
【００１２】
尚、時定数の異なるローパスフィルタの切り換えは、瞬時流量の大きさが、メータ固有の精度保証できる最小流量値以上であるか否かを条件に行なうようにすることが望ましい。
【００１３】
また、上記ガスメータにおいて、流量補正処理手段は、第１のローパスフィルタによる処理結果と第２のローパスフィルタによる処理結果との差をとり、この差分が予め設定された所定値を超えているか否かを判別する比較・判別手段を有し、所定値を超えた場合には前記第１のローパスフィルタによる処理結果を出力するものとしてもよい。
【００１４】
さらに、測定値が漏洩検知流量未満であるとき、ゼロカット出力することが許容される場合には、前記流量補正処理手段に、出力０を出力するゼロカット出力手段を設け、前記第２のローパスフィルタによる処理結果が、漏洩検知流量のマイナス器差以下になったことを条件に瞬時流量を０として出力するようにしてもよい。
【００１５】
また、上記ガスメータでは、第１または第２のローパスフィルタによる処理を行なう前に計測した瞬時流量からスパイクノイズを除去するノイズ除去手段を付加することが望ましく、このノイズ除去手段にはメジアンフィルタを用いるものとする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
尚、以下に説明する実施形態においては、超音波流量計を用いるガスメータを一例にして説明するが、本発明はこれに限るものではなく、上記フルイディック等、瞬時流量を測定する原理を用いたガスメータ全てに適用できる。
【００１７】
図１は、本実施形態による超音波流量計を用いるガスメータ全体の構成を概略的に示す図である。
同図において、断面積Ｓのガス管（ガス流路）に、一対の超音波振動子１ａ、１ｂが取り付けられている。超音波振動子１ａ、１ｂ間の距離は“Ｌ”である。
【００１８】
このような構成において、上流側の超音波振動子１ａから下流側の超音波振動子１ｂへ送信した場合の超音波パルス伝搬時間ｔdownと、下流側の超音波振動子１ｂから上流側の超音波振動子１ａへ送信した場合の超音波パルス伝搬時間ｔupとの間に、ガスの流れによる伝搬時間差が生じることを利用することにより、流速、流量を測定するのが一般的である。
【００１９】
すなわち、まず、タイミング生成回路２は、スタートパルスを発生して、送信回路３を起動する。上記上流側の超音波振動子１ａから下流側の超音波振動子１ｂへ送信する場合には、２つの切替えスイッチＳw は、同図に示すように▲１▼側に切替えられており、これより上記スタートパルスにより起動された送信回路３は、上流側の超音波振動子１ａに電圧を印加し超音波を発信させる。
【００２０】
この超音波が下流側の超音波振動子１ｂにより受信されると、この受信信号は、増幅回路４により増幅され、同調フィルタ５を介し、受信波検出回路６に入力する。
【００２１】
時間差測定回路７は、タイミング生成回路２がスタートパルスを発生したときから、受信波検出回路６により受信信号が検出されるまでに掛かる時間を測定する回路であり、例えばカウンタ等により構成される回路である。この場合、上流側から下流側への超音波伝搬時間ｔdownが、時間差測定回路７により検出される。
【００２２】
続いて、上記２つの切替えスイッチＳw を、同図に示すように▲２▼側に切替えて、上記上流側から下流側への超音波伝搬時間ｔdownの測定の場合と同じく、今度は、下流側から上流側への超音波伝搬時間ｔupを測定する。
【００２３】
上記測定された超音波伝搬時間ｔup、ｔdownは、演算装置８に入力され、以下の（１）式により、瞬時流量Ｑが求められる。
そして、演算装置８は、下記に示す流量補正処理後の流量値を積算演算して、積算流量値を算出し、これを表示装置９に出力して表示させる。
【００２４】
【数１】

【００２５】
上述した瞬時流量Ｑの算出までは、従来より行われているものである。本発明のガスメータの特徴は、演算装置８内に示す２番目の処理、すなわち流量補正処理にある。これについては、後に、図２、図３を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図２は、上記演算装置８で実行する流量補正処理を説明する為のフローチャート図（その１）である。
同図において、上記のように瞬時流量Ｑが求められると、まず、スパイクノイズ除去処理を行う（ステップＳ１）。
【００２７】
本実施形態においては、このスパイクノイズ処理は、メジアンフィルタを用いて行う。メジアンフィルタは、例えば画像処理関係の分野において、ノイズ除去に用いられているフィルタリング手法であり、本実施形態ではこれをスパイクノイズ除去に用いる。“メジアン”とは統計量の中央値のことであり、所定時間間隔で上記のように求められる瞬時流量Ｑの現時刻までの複数個の瞬時流量Ｑの中で中央の値を、現時刻の瞬時流量Ｑの値と見做す手法である。上記「複数」とは、例えば今回（現時刻）、前回、前々回に求められた３つの値であり、例えば今回の瞬時流量Ｑの値がスパイクノイズの影響により極端に高い値であったなら、これが３つの値の中で真ん中の値である可能性は極めて低いものとなるから、このノイズはメジアンフィルタによって除去可能となる。
【００２８】
次に、計測した瞬時流量の変化を低減する為に、時定数の小さなローパスフィルタ処理が行われる（ステップＳ２）。ローパスフィルタ処理の一例として“移動平均処理”がある。尚、この時定数は、実使用上での流量急変に対応できる程度の応答性を保つように決定する。そのため、流量値の変化の低減についてはある程度犠牲にしている。従って、微小流量レベル（ガス漏れ検知レベル）において上記要求される精度を保証できない。
【００２９】
次に、上記ローパスフィルタ処理後の流量値が、精度保証できる最小流量値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。同図に示す例では、図４に示す規格に準じて、例えば一時間当りの流量値に換算してＸ（リットル／ｈ）以上であるか否かを判定する（Ｘ；精度保証できる最小流量値（１時間当り））。
【００３０】
尚、Ｘ（リットル／ｈ）の値は明確には決められないが、例えば、経験上、１０（リットル／ｈ）程度が目安となる。
これより、精度保証できる最小流量値以上である場合には（ステップＳ３，ＹＥＳ）、上記ステップＳ２の「時定数小のローパスフィルタ処理」を施した値を、そのまま現時刻の測定値として出力する（ステップＳ４）。
【００３１】
一方、精度保証できる最小流量値未満である場合には（ステップＳ３，ＮＯ）、上記ステップＳ２の場合より時定数を大きくした（カットオフ周波数を小さくした）ローパスフィルタ処理を行う（ステップＳ５）。この時定数は、測定値の変化の幅がＹ（リットル／ｈ）以下になるように設定される。Ｙの値は、例えば、「漏洩検知流量×器差」により設定される。漏洩検知流量は図４に示すように３（リットル／ｈ）であり、器差が例えば−２０％であるとすると、Ｙの値は３×０．２＝０．６（リットル／ｈ）となる。尚、器差とは、よく知られているように、基準となる機器（ガスメータ）に対して各機器がどの程度誤差を有するかを示すものである。例えば器差が−１０％のガスメータでは上記Ｙの値は３×０．１＝０．３（リットル／ｈ）となる。
【００３２】
上記ステップＳ５の処理では、上述してあるように「微小流量レベルでは通常よりも流量値の変化を小さくする必要がある」為、ステップＳ２の処理とは逆に、応答性は多少犠牲にして、流量値の変化を抑える為の処理を行っている。
【００３３】
このように、微小流量レベルでは、基本的に、ステップＳ５の時定数大のローパスフィルタ処理結果を用いるのであるが、この処理では応答性が悪い為、例えばゼロ流量状態から急にガスが使用された場合のような実使用上の流量急変に対応できない可能性があり、積算誤差が生じる可能性がある。
【００３４】
そこで、上記実使用上の流量急変が起こっている場合には、上記ステップＳ２による「時定数小のローパスフィルタ処理」の結果を用いるようにする。これは、例えば上記ステップＳ２による時定数小のローパスフィルタ処理結果と、ステップＳ５による時定数大のローパスフィルタ処理結果とを比較して、その差がある程度以上大きい場合には（ステップＳ６，ＹＥＳ）、上記実使用上の流量急変が起こっているものとして、ステップＳ２の時定数小のローパスフィルタ処理の結果を現時刻の測定値として出力する（ステップＳ７）。尚、上記「差がある程度以上」については、明確な値に限定されるものではなく、実使用上の流量急変が起こっているか否かを判別できるような値を適宜決定すればよい。
【００３５】
一方、そうでない場合には（ステップＳ６，ＮＯ）、上記ステップＳ５の「時定数大のローパスフィルタ処理」の結果を現時刻の測定値として出力するが、ガスメータの仕様上、通常、測定値が漏洩検知流量未満である場合には、ゼロカット出力することも許容されており、これよりステップＳ８において漏洩検知流量以上／未満を判定し、漏洩検知流量未満である場合にはゼロカット出力し（ステップＳ９）、漏洩検知流量以上である場合には「時定数大のローパスフィルタ処理」の結果を出力する（ステップＳ１０）。
【００３６】
尚、同図において、ステップＳ８の判定が「漏洩検知流量×０．８以上？」となっているのは、上記ステップＳ５の処理の説明における器差が２０％（この場合はマイナス側に２０％とする）の例に対応させているのであり、上記と同様に、例えば器差が１０％（マイナス側に１０％）のガスメータにおいてはステップＳ８の判定は「漏洩検知流量×０．９以上？」となる。
【００３７】
上述した本実施形態による流量補正処理によれば、特に漏洩検知流量の判定付近（微小流量レベル）では瞬時流量の計測精度がガスメータの仕様の要求を満たすことができない場合でも、上記「時定数大のローパスフィルタ処理」により測定値の変化を抑えることにより、漏洩検知流量判定を的確に行えるようになり、誤ってゼロカット出力してしまう確率は非常に低くなり、以て的確なガス漏れ検知を行えるようになる。また、場合によって「時定数小のローパスフィルタ処理」の結果を用いることにより、実使用上の流量急変にも対応できる。
【００３８】
上述したローパスフィルタ処理を、「移動平均」を求めることにより行う例について、以下、図３を参照して説明する。
図３は、上記演算装置８で実行する流量補正処理を説明する為のフローチャート図（その２）である。
【００３９】
同図において、スパイクノイズ除去処理（ステップＳ１１）は、図２のステップＳ１の処理であり、説明は省略する。
次に、時定数小の移動平均（Ｎ１）を求める（ステップＳ１２）。時定数小の移動平均（Ｎ１）は、例えば、瞬時流量の測定は一定時間間隔で行うものとし、時刻ｔn における瞬時流量を計測したものとすると、今回、及び前回、前々回、すなわちｔn 、ｔn-1、ｔn-2の３つの測定値（上記スパイクノイズ除去処理後の測定値）の平均を求める。尚、次の測定時ｔn+1 には、ｔn+1 、ｔn 、ｔn-1 の３つの測定値の平均を求めることになる。
【００４０】
次のステップＳ１３の処理は、ステップＳ３と略同様であり、説明は省略する。精度保証ができる最小流量（Ｘリットル／ｈ）以上である場合には（ステップＳ１３，ＹＥＳ）、時定数小の移動平均処理（Ｎ１）の結果を現時刻の測定値として出力する（ステップＳ１４）。
【００４１】
精度保証ができる最小流量（Ｘリットル／ｈ）未満である場合（ステップＳ１３，ＮＯ）、測定値の変化の幅がＹ（リットル／ｈ）以下になるように設定された時定数大の移動平均（Ｎ２）を求める（ステップＳ１５）。尚、Ｙは、例えば上記０．６（リットル／ｈ）である。
【００４２】
上記時定数小の移動平均処理（Ｎ１）は、３つの測定値の平均をとったが、時定数大の移動平均処理（Ｎ２）では、対象となる測定値の個数（移動平均の母数）を多くする。この個数は、上記測定値の変化の幅がＹ（リットル／ｈ）以下になるように適宜決定すればよいものであるが、ここでは上記ステップＳ１２の「時定数小の移動平均処理（Ｎ１）」との違いを明確に示す為に、例えば１０００個の測定値の平均をとるものとする。すなわち、時刻ｔnから時刻ｔn-999までの１０００個の測定値の平均をとる。
【００４３】
このようにすることで、例えば次回ｔn+1 の測定値に多少変動があっても、その平均値（時刻ｔn+1 から時刻ｔn-998 の平均値）は今回の平均値とほとんど変わらないことは明らかであり、測定値の変化の幅は非常に小さくなる。
【００４４】
一方、このようにすれば、上記実使用上の流量急変に対応できないことになる。よって、実使用上の流量急変が起こったか否かを判定して、判定結果に応じて上記ステップＳ１２、Ｓ１５のいずれかの移動平均値を採用する（ステップＳ１６）。すなわち、時定数小の移動平均処理（Ｎ１）結果と時定数大の移動平均処理（Ｎ２）結果との差が、測定値の変動によるものとは考えられない程度に大きい場合（ステップＳ１６，ＹＥＳ）、時定数小の移動平均処理（Ｎ１）の結果を用いることで（ステップＳ１７）上記実使用上の流量急変に対応する。一方、そうでない場合には（ステップＳ１６，ＮＯ）、時定数大の移動平均処理（Ｎ２）の結果が漏洩検知流量以上であるか否かを判定し（ステップＳ１８）、これより小さい場合にはゼロカット出力し（ステップＳ１９）、そうでなければ時定数大の移動平均処理（Ｎ２）結果を出力する（ステップＳ２０）。尚、ステップＳ１８の処理については、図２の場合と同様に、器差が−２０％の例に対応させて「漏洩検知流量×０．８以上？」としているが、上述してあるように、当該処理は、各ガスメータ毎の器差に対応して変わるものである。
【００４５】
尚、通常、ガスメータにおいては、上記測定値の変化以外に、長期的な環境変化（温度変化等）による測定値のズレ（ドリフト）が生じるが、上記流量補正処理はこのようなドリフトと区別することができる。
【００４６】
尚、上記演算装置８は、例えばＣＰＵ、メモリ等から構成され、メモリ等に格納されるプログラムをＣＰＵが読出し／実行することにより、上記瞬間流量演算、流量補正処理、積算演算等が行われる。よって、このようなプログラムが格納された上記メモリ自体、あるいはこのようなプログラムを上記メモリにダウンロードさせて演算装置８が上記演算／処理を行えるようにすることを可能にする全ての記録媒体（上記プログラムが記録されている記録媒体）自体も、本発明に含まれる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のガスメータによれば、瞬時流量を計測する原理を用いたガスメータにおいて、特に微小流量レベル（ガス漏れ検知レベル）における測定値の変化を抑えて漏洩検知流量付近での流量０の判定精度を高めると共に応答性も確保することができ、積算誤差を少なくし、ガスメータに要求される精度仕様を満たすことができ、以て的確にガス漏れ検知できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態による超音波流量計を用いるガスメータ全体の構成を概略的に示す図である。
【図２】演算装置で実行する流量補正処理を説明する為のフローチャート図（その１）である。
【図３】演算装置で実行する流量補正処理を説明する為のフローチャート図（その２）である。
【図４】ガスメータに対して要求される精度の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ超音波振動子
２タイミング生成回路
３送信回路
４増幅回路
５同調フィルタ
６受信波検出回路
７時間差測定回路
８演算装置
９表示装置

Claims

所定の時間間隔でサンプリングした瞬時流量を積算処理することによってガス使用量を測定するガスメータにおいて、
ガス中を伝搬する超音波の伝搬時間から瞬時流量を算出する瞬時流量演算手段と、
瞬時流量に対して所定の時定数のローパスフィルタ処理を行なう第１のローパスフィルタと、瞬時流量に対して前記第１のローパスフィルタの時定数より大きい時定数にてローパスフィルタ処理を行う第２のローパスフィルタと、計測した瞬時流量の大きさに基づいて前記第１、第２のローパスフィルタを切り換える手段からなり、時定数の異なる前記第１、第２のローパスフィルタによる処理結果のいずれかを瞬時流量として出力する流量補正処理手段と、
前記流量補正処理手段の出力を積算演算して測定結果として出力する出力手段とを備え、
前記流量補正処理手段は、第１のローパスフィルタによる処理結果と第２のローパスフィルタによる処理結果との差をとり、この差分が予め設定された所定値を超えているか否かを判別する比較・判別手段を有し、所定値を超えた場合には前記第１のローパスフィルタによる処理結果を出力することを特徴とするガスメータ。
請求項１に記載のガスメータにおいて、前記流量補正処理手段は、出力０を出力するゼロカット出力手段を有し、前記第２のローパスフィルタによる処理結果が、漏洩検知流量のマイナス器差以下になった場合には、瞬時流量を０として出力することを特徴とするガスメータ。
請求項１に記載のガスメータにおいて、前記流量補正処理手段は、計測した瞬時流量からスパイクノイズを除去するためのノイズ除去手段を有し、該ノイズ除去手段としてメジアンフィルタを用いることを特徴とするガスメータ。