JP3783831B2

JP3783831B2 - Flow rate measuring method, flow rate measuring apparatus, and gas meter

Info

Publication number: JP3783831B2
Application number: JP2000089981A
Authority: JP
Inventors: 一光温井; 守鈴木; 健一郎湯浅
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP2001281030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流量計測方法および流量計測装置ならびにガスメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
可燃性ガスのような流体中に超音波を伝搬させて、その流体の流速または流量を計測する従来の流量計測方法あるいは流量計測装置では、流体が導通する導通管における流れの方向に距離を隔てて相前後して超音波発／受振器を設けておき、流体の流れと同方向（順方向）に上流側から下流側へと超音波を伝搬させて、その伝搬時間を測定し、その超音波の伝搬が下流側で検出されると、次には流体の流れと逆方向に下流側から上流側へと超音波を伝搬させて、その伝搬時間を測定するという動作を繰り返し、これら両方向での伝搬時間の差を求め、これに基づいて流体の流速あるいは流量を計測していた。
【０００３】
さらに詳細には、いわゆる超音波伝搬方式のガスメータのような流量計測装置では、まず上流側から下流側への超音波の伝搬時間（これをＴ１とする）と下流側から上流側への超音波の伝搬時間（これをＴ２とする）とを測定する。ここで、超音波の伝搬経路は一般に導通管の中心線に対して斜交するように設けられているのでその斜交する角度をθとし、超音波が管内を伝搬する距離をＬ、流体中の音速をＣとすると、Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ），Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖｃｏｓθ）となる。このＴ１，Ｔ２より流速値ｖは、ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／Ｔ１−１／Ｔ２）という計算式によって求めることができる。そして流速値ｖに導通管の面積Ｓを乗算して流量値Ｑを得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上流側での導管工事などに起因してガスに空気が混入した場合、従来のガスメータでは、そのような組成の異なるガスが流れていることを検知することができない。このため、超音波伝搬方式のガスメータなどでは、空気を多く含んだガスがガスメータを通過すると、流量計測値に大幅な誤差が生じる場合があるという問題がある。また、さらにその下流側のガス燃焼機器等では、燃焼の立ち消えや不完全燃焼等が発生するという問題がある。
【０００５】
また、例えば複数種類のガスや液体などを取り扱う化学プラント用の流量計測装置などにおいて、あらかじめ設定された種類の流体とは異なった種類の流体が何らかの要因によって流れた場合、従来の流量計測装置では検知することができない。また、所定の設定とは異なった種類の流体が流れているときに、何らかの遮断あるいは警報を要する異常事態が発生しても、検知条件が異なるために、流量計測装置に内蔵されている検知装置や安全装置等で検知することができないという問題がある。また、そのように設定とは異なった種類の流体が流量計測装置を介してさらにその下流側へと供給されると、下流側での燃焼工程や化学反応工程に不完全燃焼や過燃焼あるいは誤った化学反応など種々の不都合が生じるという問題がある。
【０００６】
しかも、上記のような種々の問題を解消するために、流体の種類あるいは組成を判別するセンサや、そのセンサによって検出された流体の種類を判別するための種類判別装置等を取り付けることも考えられるが、それらを流量計測装置に付設することは、装置全体の繁雑化を来すことになり、またそのためのコストが高価なものとなるという問題がある。
【０００７】
また、特に近年のガスメータでは、内蔵する電池で長年月に亘って正確な計測を継続するために、ガスメータ内での消費電力量をできるだけ低消費電力化することが要請されている。しかしながら、上記のような種々の問題を解消するために、既存の計測装置等の他に、ガスの種類や組成を判別するセンサ等をさらに付設すると、それを長年月に亘って継続して駆動するための消費電力量がさらに増大することになり、低消費電力化を妨げる、あるいはそれに逆行することになるという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、装置の繁雑化や消費電力量の増大を来すことなく、所定の流体の種類や組成とは異なった流体が流れた場合にそれを検知することを可能とする流量計測方法および流量計測装置ならびにガスメータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による流量計測方法は、計測対象の流体に対して上流側から下流側へと音波を伝搬させたときの順方向伝搬時間と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの逆方向伝搬時間とを計測し、それらの伝搬時間に基づいて前記流体の流量値を得る流量計測方法において、所定の学習期間に亘って計測された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておき、計測して得られた順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せを、記憶しておいた組合せの分布と比較して、組合せの分布から逸脱しているか否かを判定する判定プロセスを備えている。
【００１０】
また、本発明による流量計測方法は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定された場合には、計測対象の流体が所定の流体とは異なった種類のものである旨の警報を聴覚的情報および視覚的情報のうち少なくともいずれか一方により発する警報プロセスをさらに備えているようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明による流量計測方法は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定された場合には、計測対象の流体の流れを遮断する遮断プロセスを、さらに備えているようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明による流量計測方法は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間との組合せの分布の初期値をあらかじめ設定しておき、前記学習期間中に計測された伝搬時間の組合せが初期値から逸脱した場合には、前記の分布の記憶をリセットすると共に改めて組合せの分布の記憶を再開するようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明による流量計測方法は、流体の流れが停止状態にあった後、流れが再開した際に、その再開から所定時間が経過するまでの間は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定されても、計測対象の流体の流れを遮断しないようにしてもよい。
【００１５】
本発明による流量計測装置は、計測対象の流体に対して上流側から下流側へと音波を伝搬させたときの順方向伝搬時間と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの逆方向伝搬時間とを計測する超音波伝搬時間計測手段と、それらの伝搬時間に基づいて流体の流量値を演算して得る流量値演算手段とを有する流量計測装置において、所定の学習期間に亘って計測された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておき、計測して得られた順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せを、記憶しておいた組合せの分布と比較して、組合せの分布から逸脱しているか否かを判定する判定手段を備えている。
【００１６】
また、本発明による流量計測装置は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定された場合には、計測対象の流体が所定の流体とは異なった種類のものである旨の警報を聴覚的情報および視覚的情報のうち少なくともいずれか一方により発する警報手段をさらに備えるようにしてもよい。
【００１７】
また、本発明による流量計測装置は、流体の流れを遮断する遮断弁と、遮断弁の開閉動作を制御する遮断弁制御手段とをさらに備え、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定手段が判定した場合には、その判定に基づいて遮断弁制御手段が遮断弁の動作を制御して計測対象の流体の流れを遮断するようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明による流量計測装置は、学習制御手段が、組合せの分布の初期値をあらかじめ設定されており、前記学習期間中に計測された伝搬時間の組合せが初期値から逸脱した場合には、それまで記憶されていた分布の記憶をリセットすると共に改めて組合せの分布の記憶を再開するものであるようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明による流量計測装置は、遮断弁制御手段が、流体の流れが停止状態にあった後に流れが再開してから所定時間が経過するまでの間は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと前記判定手段によって判定されても、計測対象の流体の流れを遮断しないものであるようにしてもよい。
【００２１】
また、本発明によるガスメータは、上記の流体がガスである流量計測装置を用いたものである。
【００２２】
本発明による流量計測方法および流量計測装置ならびにガスメータでは、所定の学習期間に亘って計測された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておき、計測して得られた順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せを、記憶しておいた組合せの分布と比較して、組合せの分布から逸脱しているか否かを判定する。そしてそれが逸脱している場合には、そのとき流れている流体の種類あるいは組成が所定の流体の種類とは異なったものであると判定する。
【００２３】
すなわち、流量計測値を得るための既存の一般的な装置によって測定された伝搬時間のデータに基づいて、流体の種類あるいは組成が所定のものから逸脱したものであるか否かを判定する。
【００２４】
また、そのように異なった種類あるいは組成の流体が流れたことが検知されると、その旨の警報を発したり、遮断弁によって流体の供給を遮断（停止）する。
【００２５】
また、所定の学習期間に亘って実際に計測された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を記憶することにより、流量計測装置が実際に利用されている状態での伝搬時間の正常値を所定組合せとして学習制御的に自動的に学習する。そしてその学習によって得られた所定組合せとその後に計測される伝搬時間の組合せとを比較することにより、流れている流体の種類あるいは組成が所定のものから逸脱したものであるか否かを判定する。これにより、流体の種類判定の基準値である所定組合せを、理論値等に基づいてあらかじめ設定する場合よりもさらにきめ細かく実際に則したものとすることができるので、流体の種類あるいは組成の逸脱を、さらに正確に実際に則して判定することが可能となる。
【００２６】
ただしここで、前記の学習期間中に流れている流体の種類あるいは組成が所定のものから逸脱するものとなる事態が生じた場合には、そのときの伝搬時間の組合せを所定組合せとして学習（記憶）してしまい、判定基準となる正常値としての所定組合せの正確さが損なわれる場合がある。そこで、そのような場合には、それまで記憶されていた伝搬時間の組合せの分布のデータをリセットし、改めてそれから所定の学習期間に亘って計測される伝搬時間の組合せの分布を記憶して行くようすればよい。
【００２７】
また、ガスメータにおいて、例えばその上流側で導管工事が行われる場合、それがあらかじめ下流側の消費者に告知されており、ガスの使用が一時停止されていて、導管工事終了後にガスの使用を再開する場合などには、いわゆる空気抜きとして、ガスメータよりも下流側で空気が多量に混入したガスをしばらくの時間に亘って排出させることなども行われる。しかし、このような場合に空気を多量に含んだガスの流れをガスメータが検知して弁遮断を行うと、空気抜きができなくなる場合がある。そこで、このような不都合を避けるために、ガスの停止状態から空気抜きが十分完了するまでの間は、計測された伝搬時間の組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定されても、計測対象の流体の流れを遮断しないようにすればよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の一実施の形態に係るガスメータの概要構成を模式的に示すブロック図である。なお、本発明の一実施の形態に係るガスメータにおける流量計測方法は本実施の形態に係るガスメータによって具現化されるので、以下それも併せて説明するものとする。
【００３０】
このガスメータは、超音波伝搬時間計測部（超音波伝搬時間計測手段）１００と、流量値演算部（流量値演算手段）２００と、流量値積算部３００と、判定部（判定手段）４００と、警報部（警報手段）５００と、遮断弁６００と、遮断弁制御部（遮断弁制御手段）７００とから、その主要部が構成されている。なお、この他にも、遮断復帰を実行するための復帰スイッチや微少漏洩検知装置など（いずれも図示省略）、ガスメータとして一般に用いられるような各種装置も備えていることは言うまでもないが、そのような種々の装置等の構成は本発明の主要構成とは直接的な関係性が少ないので、それらの説明については省略する。
【００３１】
さらに詳細には、超音波伝搬時間計測部１００は、超音波送／受信機器１０１ａ，１０１ｂと、伝搬時間計測部１０２と、導通路１０３とを備えている。超音波送／受信機器１０１ａ，１０１ｂは、導通路１０３を流れる計測対象であるガスに対して一度の計測デューティ当りに所定の頻度で超音波を上流側から下流側へと伝搬させることと、下流側から上流側へと伝搬させることとを、交互に所定のタイミングで繰り返すものである。伝搬時間計測部１０２は、超音波送／受信機器１０１ａ，１０１ｂから出力された電気信号に基づいて、上流側から下流側へと音波を伝搬させたときの順方向伝搬時間Ｔ１と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの逆方向伝搬時間Ｔ２とを計測するものである。なお、導通路１０３、超音波送／受信機器１０１ａ，１０１ｂ、伝搬時間計測部１０２のハードウェアおよびその制御ロジック等については従来の一般的なものと同様のものを用いても構わない。
【００３２】
流量値演算部２００は、前記の超音波伝搬時間計測部１００によって伝搬時間Ｔ１，Ｔ２が計測されるごとに、その伝搬時間Ｔ１，Ｔ２に基づいてそのときの流速値ｖを求め、さらにその流速値ｖに対応した流量係数ｋを求めて、それらを乗算する演算を行なうことによって、そのときの計測デューティにおけるガスの瞬間流量値Ｑを得るものである。この流量値演算部２００についても、そのハードウェアおよびその制御ロジック等として従来の一般的なものを用いても構わない。
【００３３】
流量値積算部３００は、流量値演算部２００によって得られた流量計測値Ｑを積算する。すなわちこの流量値積算部３００は、流量値演算部２００によって流量計測値Ｑが新たに演算されてそのデータが伝送されて来ると、その新たな流量計測値Ｑのデータを、それまで記憶していた流量積算値ΣＱに加算する。こうして流量値積算部３００は、新たな流量計測値Ｑが伝送されて来ると、流量積算値ΣＱを順次にインクリメントして行く。
【００３４】
判定部４００は、比較部４１０と、学習制御部４２０と、記憶部４３０とを備えている。この判定部４００では、前記の超音波伝搬時間計測部１００によって計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２を一組としたデータを、ガスの種類あるいはその組成成分に対応してあらかじめ設定された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の所定組合せのデータと比較することにより、そのとき流れているガスに空気が混入しているか否かを判定する。
【００３５】
比較部４１０は、計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の組合せを、所定組合せと比較し、それから逸脱していた場合には、そのときのガスには空気が混入しているものと判定するものである。
【００３６】
例えば、図２に一例を示すように縦軸に順方向伝搬時間Ｔ１を取り横軸に逆方向伝搬時間Ｔ２を取った座標中に、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の計測値を（Ｔ１，Ｔ２）の組合せの１点として示すものとすると、判定部４００は、計測結果の（Ｔ１，Ｔ２）の１点のプロットが斜線を付して示した所定領域Ｇｎ内に含まれるものである場合には、このときの計測対象であるガスには空気の混入量が実質的に無視できる程度に純度の高い純正な１３Ａガスであるものと判定する。あるいは前記の計測結果が前記の所定領域Ｇｎから逸脱した領域Ａに含まれるものである場合には、このときの計測対象であるガスには純正な燃料としてのガス中に実質的に不完全燃焼等の不都合を生じるおそれのある多量の空気が混入しているものと判定する。
【００３７】
なお、所定領域Ｇｎは図２に一例を示すような（Ｔ１，Ｔ２）の組合せの分布領域として、このガスメータの設計時点からあらかじめ固定的に設定しておいてもよいが、さらに本実施の形態では、後述するように、実際に正常なガスが流れている状況下で計測される伝搬時間（Ｔ１，Ｔ２）を学習制御部４２０によって所定の学習期間に亘って学習する。これにより、判定基準となる（Ｔ１，Ｔ２）の所定組合せである定領域Ｇｎを、個別のガスメータごとに実際の使用条件に則したものとして、さらにきめ細かく設定することができる。
【００３８】
学習制御部４２０は、例えば半年間あるいは１年など所定の学習期間に亘って計測された順方向伝搬時間Ｔ１と逆方向伝搬時間Ｔ２とを一組とする組合せの分布を、記憶部４３０に格納する（記憶させる）ことにより、所定組合せの分布すなわち前記の所定領域Ｇｎのデータを、実際のガスメータの使用条件に則して学習して得るものである。また、この学習制御部４２０は、ガスメータの出荷時点から前記の所定組合せの分布の初期値があらかじめ設定されており、所定の学習期間中に計測された伝搬時間の組合せがその初期値から逸脱するという事態が発生した場合には、それまでに学習して記憶部４３０に記憶させていたデータをリセットすると共に、改めて所定の期間に亘って組合せの分布の学習を行ない、その新たに学習して得たデータを記憶部４３０に記憶させるものである。
【００３９】
記憶部４３０は、所定組合せの分布の初期値のデータおよび学習制御部４２０によって学習して得られた所定組合せの分布のデータを記憶するものである。この記憶部４３０としては、例えばＲＡＭあるいはＥＥＰＲＯＭのようなデータの書き込み／読み出しが可能な記憶素子などを好適に用いることができる。
【００４０】
警報部５００は、順方向伝搬時間Ｔ１と逆方向伝搬時間Ｔ２とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定部４００が判定した場合には、ガス配管経路などに何らかの亀裂や漏れなどが発生している可能性が高いので、その判定に基づいて計測対象のガスに空気が混入している旨の警報を電子アラーム５１０の鳴動およびＬＥＤ５２０の発光によって発するものである。
【００４１】
遮断弁６００は、電磁弁のような弁機構を備えており、その弁の開閉動作を行うことによってガスの流れの遮断／開放を行うものである。
【００４２】
遮断弁制御部７００は、遮断弁６００の開閉動作を制御するものである。さらに詳細には、内管漏洩や地震感知などのいわゆる遮断事由が発生したことが感震センサ（図示省略）などによって感知された場合に、弁閉動作を行うように遮断弁６００を制御することは言うまでもないが、さらにそれに加えて、ガスに多量の空気が混入していることが判定部４００によって判定された場合には、ガス配管経路などに何らかの亀裂や漏れなどが発生している可能性が高いので、その判定に基づいて弁閉動作を行うように遮断弁６００を制御する。ただし、ガスが停止状態にあった後、流れが再開した場合には、その再開時点から所定時間に亘っての間は、いわゆる空気抜きを行うことができるようにするために、たとえその間に多量の空気が混入しているものと判定部４００が判定しても遮断弁６００は遮断を実行しない。このような所定時間としては、空気抜きを必要十分に行うことができるような時間に設定することが好ましい。
【００４３】
なお、前記の遮断弁６００の復帰動作は、この遮断弁制御部７００によって電気的に制御されて実行されるだけでなく、図示しない一般的な復帰スイッチの操作によっても実行可能であることは言うまでもない。
【００４４】
次に、計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２を１組とする組合せに基づいてそのときのガス中に空気が多量に混入しているか否かを判定することが可能であることを確証する実験結果およびその理論的な解析について述べる。
【００４５】
図３は、１３Ａガスの場合と空気の場合とで、計測結果のＴ１，Ｔ２を１組とする組合せがどのような分布を示すのかについて調べた実験結果を示す図である。なお、この図３のグラフの縦軸には順方向伝搬時間Ｔ１を、横軸には逆方向伝搬時間Ｔ２を、それぞれ［μｓ］の単位で取っている。また、１つの流量状態における計測回数は１００〜５００回とし、図３にはそれらを全て重ねてプロットしてある。このようなグラフの仕様については図２ないし図６も同様である。
【００４６】
この実験結果の図３から、高純度の１３Ａガスの場合と空気の場合との伝搬時間のプロットの分布は、領域Ｇと領域Ａとの、明らかに乖離した２つの領域に別れるものとなることが確認された。しかも、ガスや空気の流速を種々に変更した場合や、ガス流中に脈動が発生した場合でも、領域Ｇと領域Ａとが明らかに乖離した状態を保つことが確認された。
【００４７】
またさらには、１３Ａガス中に空気が混入した場合に計測される伝搬時間（Ｔ１，Ｔ２）のプロットの分布領域（これをＧ／Ａと呼ぶ。以下同様）は、図３に示したような高純度の１３Ａガスの場合の分布領域Ｇと空気の場合の分布領域Ａとの中間のいずれかの帯域に分布するものであることが分かった。
【００４８】
さらに詳細に、１３Ａのガスを計測対象として、その流量が２５［Ｌ／ｈ（リットル／時間；以下同様）］，４０［Ｌ／ｈ］，２００［Ｌ／ｈ］，４００［Ｌ／ｈ］，６００［Ｌ／ｈ］，１９００［Ｌ／ｈ］，３８００［Ｌ／ｈ］，６０００［Ｌ／ｈ］の各場合で、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の計測値がどのような分布パターンを示すかについての実験を行った。その結果、図４に示すように、１３Ａガスを計測対象とした場合の全流量域での伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の全体的な分布は、近似的にほぼ１直線上に分布していることが確認された。なお、さらに正確には計測結果のプロットは曲線上に分布しているのであるが、この図４に示した範囲が局所的なものであるために、図４では近似的に直線上に分布した状態となっているものと考えられる。
【００４９】
さらには、このような計測結果のプロットのうち、２５［Ｌ／ｈ］のプロットは、脈動が若干発生している条件下で計測されたものであるが、このプロットの分布パターンは、前記の全体的な分布の直線に対してほぼ直交方向に振れた（分散した）分布パターンとなっている。一方、流量が１９００［Ｌ／ｈ］や３８００［Ｌ／ｈ］や６０００［Ｌ／ｈ］での計測結果のプロットは、この１３Ａに関する全体的なプロットの直線上に沿うように分布しているが、このような分布パターンを示すのは、計測対象のガスに脈動が発生していない場合か、あるいは低周波数のうねりが生じている場合である。
【００５０】
このように、脈動が発生した場合に計測される計測結果の分布パターンは、脈動が発生していない場合やうねりが発生している場合の直線状の分布パターンに対してほぼ直交する方向あるいは交差する方向に振れたものとなる。
【００５１】
また、流量計測装置の周囲環境の温度変化等に起因して、計測対象であるガスのような流体の温度に変化が生じると、その流体中を伝搬する音速も変化する。このため、流体の流量は実際には一定であってもそのとき計測される流速値は温度変化に起因して真値とは有意に異なった値となる場合があり得る。このような温度変化に起因してＴ１，Ｔ２の計測値が変化する現象を実験により確認した。その結果を図６に示す。１３Ａのガスを２５〜６０００［Ｌ／ｈ］の各流量で流した場合に計測されるＴ１，Ｔ２の分布は、流体の温度が−１０℃、２３℃、４０℃の各場合で明らかに異なった領域に分布している。その分布は、温度変化に対応して、直線状の分布パターンに対してほぼ直交する方向あるいは交差する方向に振れたものとなっている。
【００５２】
このように、脈動や温度変化に起因して分布領域Ｇに振れが生じるので、その振れを考慮に入れた上で、ガス中に空気が混入しているか否かを判定するための基準となる所定領域Ｇｎを設定することが望ましい。そこで、このような脈動や温度変化に起因した分布領域Ｇの振れを含めて所定領域Ｇｎを設定するために、本実施の形態に係るガスメータでは、実際のガス使用条件下での伝搬時間の組合せを所定の学習期間に亘って学習し、所定領域Ｇｎをより実態に則した設定とするようにしている。
【００５３】
ここで、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布に基づいて、ガス中に空気が混入しているか否かを判定することが可能であることについてを理論的に解析する。従来の技術の項目でも述べたように、一般に伝搬時間Ｔ１，Ｔ２はＴ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ），Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖｃｏｓθ）と書くことができるが、この２つの式から流速ｖを消去することができ、１／Ｔ１＋１／Ｔ２＝２Ｃ／Ｌなる関係式が得られる。この関係式から、Ｌおよび被測定流体の圧力、温度等の条件が一定の条件下では、Ｔ１，Ｔ２の組み合わせの分布は被測定流体中の音速Ｃのみによって変化するものであることが分かる。流体中の音速Ｃは一般にその流体の密度ρによって変化するが、さらにその密度ρは流体の成分組成によって変化するから、要するにガスのような流体の種類に対応して、計測される伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布が変化することとなる。このように、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布に基づいて、流体の組成や空気の混入を判別することができるものと解析することができる。
【００５４】
また、流体中に生じる脈動は一般に粗密波であるから、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２を計測した時間間隔よりも十分に短い周期の脈動が発生している状態の流体には局所的かつ瞬間的に本来の密度とは異なった状態が生じているので、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の計測値の分布は脈動が発生していない場合の全体的な計測値の分布の直線上から外れた分布、すなわちその直線と交差する方向（図４に示した実験結果では，ほぼ直交方向）に振れた分布となるものと解析することができる。一方、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２を計測した時間間隔よりも十分に長い周期の脈動、すなわち、いわゆるうねりが生じている場合には、計測タイミングごとで単に流量が若干上下しているだけであるから、そのとき計測される伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布は、単にその全体的な計測値の分布の直線上に沿って上下するだけとなるものと解析することができる。
【００５５】
また、１３Ａのような純正のガス中に空気が混入すると、その混合ガスの密度は純正ガスの密度とは異なったものとなる。すなわち空気の混入量に対応して混合ガスの密度ρが変化する。従って、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の計測値の分布は空気の混入量に対応して全体的な計測値の分布の直線と交差する方向に振れたものとなるものと解析することができる。
【００５６】
なお、初期値としての所定領域Ｇｎの設定は、図２に示したような１つの境界線を設けてその一方側と設定するという手法の他にも、図５に示すように上限および下限を有する１つの帯域として設定するようにしてもよい。すなわち、所定領域Ｇｎの帯域よりも上側の領域Ｇｈや下側の領域Ｇｌに含まれるようなＴ１，Ｔ２が計測された場合には、純正ガスとは組成の異なるガスあるいは濃度や密度の異なるガスが流れているものと判定することができる。このような異種のガスや流体を検知して警報を発したり遮断を実行する技術は、本実施の形態に係るガスメータの他にも、例えば化学プラントにて用いられるような原料流量計測装置や、液体燃料を用いる車両用エンジンの燃料流量計測装置など、複数種類の流体が取り扱われる可能性のある流量計測装置などにも適用可能である。
【００５７】
また、計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２を１組として、その１組ずつを所定組合せと比較してもよく、あるいは計測された伝搬時間の組合せを複数まとめてその平均値を取るなどして、その平均値を所定組合せと比較してもよい。
【００５８】
また、計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の組合せが所定組合せから逸脱したことが判定された場合には、上記のような警報や遮断の他にも、その逸脱した旨を担持する情報を管理センタなどに送信するようにしてもよい。
【００５９】
以上のように、本実施の形態に係るガスメータおよびその流量計測方法では、比較部４１０が、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せを、所定のガスの種類に対応してあらかじめ定められた所定組合せの領域（所定領域Ｇｎ）と比較して、その所定組合せから逸脱しているか否かを判定する。そしてそれが逸脱している場合には、そのとき流れているガスが所定の組成あるいは種類とは異なったものであると判定する。
【００６０】
すなわち、流量計測値を得るための既存の一般的な装置である超音波伝搬時間計測部１００によって測定された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２のデータに基づいて、ガスの種類あるいは組成が所定のものから逸脱したものであるか否かを判定することができる。従って、繁雑な組成センサや組成分析装置などを付設することなく、計測対象のガスの組成（空気の混入等）が許容範囲内にあるか否かを判定することができる。また、計測対象のガスが所定の許容範囲から逸脱した組成と判定されると、警報部５００がその旨の警報を発し、また遮断弁６００によって流体の供給を遮断（停止）することができる。
【００６１】
また、実際に計測された順方向伝搬時間Ｔ１と逆方向伝搬時間Ｔ２とを一組とする組合せの分布を学習制御部４２０によって所定の学習期間に亘って学習し、そのデータを記憶部４３０に記憶させることにより、ガスメータが実際に利用されている状態での伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の正常値を所定組合せとして学習制御的に自動的に学習する。そしてその学習によって得られた所定組合せとその後に計測される伝搬時間の組合せとを比較部４１０が比較することにより、そのとき流れているガスの種類あるいは組成が所定のものから逸脱したものであるか否かを判定する。このような学習制御の手法によって、ガスの組成判定の基準値である伝搬時間の所定組合せを、理論値等に基づいてあらかじめ設定する場合よりもさらにきめ細かく実際に則したものとすることが可能となる。
【００６２】
しかも、学習期間中に流れているガスの種類あるいは組成が初期値としてあらかじめ定められた所定組合せから逸脱するという事態が生じた場合には、それまでに学習制御部４２０によって記憶部４２０に記憶させていた伝搬時間の組合せのデータをリセットし、改めてそれから所定の学習期間に亘って計測される伝搬時間の組合せの分布を記憶して行く。これにより、ガスの種類あるいは組成から逸脱したデータを学習することを回避することができる。
【００６３】
また、ガス停止状態から所定時間に亘っての間は、計測された伝搬時間の組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定されても、遮断弁制御部７００は遮断弁６０による弁遮断を実行しない。これにより、例えばガスメータの上流側で導管工事が行われ、その終了後にガスの使用を再開する際などに、いわゆる空気抜きとして、空気を多量に含んだガスを妨げることなく排出することが可能となる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし５のいずれかに記載の流量計測方法、請求項６ないし１０のいずれかに記載の流量計測装置、請求項１１記載のガスメータによれば、流量計測値を得るための既存の一般的な装置によって測定された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せを、所定の学習期間に亘って計測された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておいた組合せの分布と比較して、その所定組合せから逸脱しているか否かを判定するようにしたので、既存の超音波発／受振器とは別のセンサ等は何ら付設することなく、所定の流体とは異なった種類あるいは組成の流体が流れた場合に、それを検知（判定）することができるという効果を奏する。
【００６５】
また、請求項２記載の流量計測方法または請求項７記載の流量計測装置あるいは請求項１１記載のガスメータによれば、伝搬時間の組合せが所定組合せから逸脱していると判定された場合には、そのとき流量計測装置を流れている流体の種類あるいは組成が所定のものから逸脱した異種のものであるとして、その旨の警報を発することができるという効果を奏する。また同様の場合、請求項３記載の流量計測方法あるいは請求項８記載の流量計測装置あるいは請求項１１記載のガスメータによれば、計測対象の流体の流れを遮断することができるという効果を奏する。
【００６６】
そしてその結果、ガスメータや流量計測装置の下流側での、燃焼の立ち消えや不完全燃焼等の発生あるいは誤った化学反応の発生などを、未然に防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るガスメータの概要構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】１３Ａガスに対応した所定領域Ｇｎと空気が混入したガスに対応した伝搬時間の分布領域Ａとを示す図である。
【図３】計測結果のＴ１，Ｔ２を１組とする組合せの分布を１３Ａガスの場合と空気の場合とでそれぞれ調べた実験結果を示す図である。
【図４】１３Ａガスを計測対象とした場合の全流量域での伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の全体的な分布を示す図である。
【図５】所定領域Ｇｎを上限および下限を有する１つの帯域として設定した場合の一例を示す図である。
【図６】温度変化に起因してＴ１，Ｔ２の計測値が変化する現象の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１００…超音波伝搬時間計測部、２００…流量値演算部、３００…流量値積算部、４００…判定部、５００…警報部、６００…遮断弁、７００…遮断弁制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow rate measuring method, a flow rate measuring device, and a gas meter.
[0002]
[Prior art]
In a conventional flow rate measurement method or flow rate measurement device in which ultrasonic waves are propagated in a fluid such as flammable gas and the flow velocity or flow rate of the fluid is measured, a distance is separated in the direction of flow in a conducting tube through which the fluid is conducted. Then, an ultrasonic generator / receiver is installed before and after the ultrasonic wave is propagated from the upstream side to the downstream side in the same direction (forward direction) as the fluid flow, and the propagation time is measured. When the propagation of sound waves is detected on the downstream side, the operation of propagating the ultrasonic waves from the downstream side to the upstream side in the opposite direction to the fluid flow and measuring the propagation time is repeated in both directions. The flow rate or flow rate of the fluid was measured based on the difference in the propagation time of the fluid.
[0003]
More specifically, in a flow rate measuring device such as a so-called ultrasonic propagation type gas meter, first, the propagation time of ultrasonic waves from the upstream side to the downstream side (referred to as T1) and the ultrasonic waves from the downstream side to the upstream side. , And the propagation time of this (referred to as T2) is measured. Here, since the propagation path of ultrasonic waves is generally provided so as to be oblique to the center line of the conducting tube, the oblique angle is θ, the distance that the ultrasonic wave propagates in the tube is L, If the sound speed of C is C, then T1 = L / (C + vcos θ) and T2 = L / (C−vcos θ). From these T1 and T2, the flow velocity value v can be obtained by the following equation: v = (L / 2 cos θ) · (1 / T1-1 / T2). The flow rate value Q is obtained by multiplying the flow velocity value v by the area S of the conducting tube.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when air is mixed into the gas due to the construction of the conduit on the upstream side, the conventional gas meter cannot detect the flow of such different gases. For this reason, in an ultrasonic wave propagation type gas meter or the like, when a gas containing a large amount of air passes through the gas meter, there is a problem that a large error may occur in the flow rate measurement value. Further, in the gas combustion device on the downstream side, there is a problem that combustion disappears or incomplete combustion occurs.
[0005]
In addition, for example, in a flow measurement device for a chemical plant that handles a plurality of types of gases and liquids, when a fluid of a type different from a preset type of fluid flows due to some factor, It cannot be detected. In addition, when a fluid of a type different from the predetermined setting is flowing, even if an abnormal situation requiring some interruption or alarm occurs, the detection condition is different, so the detection device built in the flow measurement device There is a problem that it cannot be detected by a safety device or the like. In addition, if a fluid of a type different from the setting is supplied further downstream through the flow rate measuring device, the combustion process or chemical reaction process on the downstream side may cause incomplete combustion, overcombustion, or error. There is a problem that various inconveniences such as chemical reactions occur.
[0006]
Moreover, in order to solve the various problems as described above, it is conceivable to attach a sensor for discriminating the type or composition of the fluid, a type discriminating device for discriminating the type of fluid detected by the sensor, or the like. However, attaching them to the flow rate measuring device causes a complication of the entire device, and there is a problem that the cost for that is expensive.
[0007]
In particular, in recent gas meters, in order to continue accurate measurement with a built-in battery for many years, it is required to reduce the power consumption in the gas meter as much as possible. However, in order to solve the various problems as described above, in addition to the existing measuring device, if a sensor for discriminating the type and composition of the gas is further provided, it is continuously driven for many years. Therefore, there is a problem in that the amount of power consumption for increasing the power consumption further increases, preventing the reduction in power consumption, or going against it.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is that a fluid different from a predetermined fluid type and composition has flowed without causing the device to become complicated and increase the power consumption. It is an object of the present invention to provide a flow rate measuring method, a flow rate measuring device, and a gas meter that can detect the situation in case.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The flow rate measuring method according to the present invention includes a forward propagation time when a sound wave is propagated from the upstream side to the downstream side with respect to a fluid to be measured and a reverse direction when the sound wave is propagated from the downstream side to the upstream side. In the flow measurement method for measuring the propagation time and obtaining the flow value of the fluid based on the propagation time, Obtained by storing and measuring the distribution of a combination of a forward propagation time and a backward propagation time measured over a predetermined learning period in correspondence with a predetermined fluid type. A combination of a forward propagation time and a backward propagation time as a set, Memorized distribution of combinations Compared to Distribution of combinations A determination process for determining whether or not the vehicle deviates from the above is provided.
[0010]
In addition, the flow rate measuring method according to the present invention is such that when it is determined that the combination of the forward propagation time and the backward propagation time deviates from the predetermined combination, the fluid to be measured is a predetermined fluid. An alarm process may be further provided that generates an alarm indicating that the fluid is of a different type from at least one of audio information and visual information.
[0011]
In addition, the flow rate measuring method according to the present invention, when it is determined that the combination of the forward propagation time and the backward propagation time as one set deviates from the predetermined combination, the flow of the fluid to be measured is determined. You may make it further provide the interruption | blocking process to interrupt | block.
[0013]
Further, the flow rate measurement method according to the present invention sets an initial value of the distribution of the combination of the forward propagation time and the backward propagation time in advance, and the combination of the propagation times measured during the learning period starts from the initial value. In the case of deviation, the storage of the distribution may be reset and the storage of the combination distribution may be restarted.
[0014]
In addition, the flow rate measuring method according to the present invention provides a forward propagation time and a backward propagation time until a predetermined time elapses after the flow resumes after the fluid flow is stopped. Even if it is determined that the combination of the two sets deviates from the predetermined combination, the flow of the fluid to be measured may not be blocked.
[0015]
The flow rate measuring device according to the present invention has a forward propagation time when a sound wave is propagated from the upstream side to the downstream side with respect to the fluid to be measured, and a reverse direction when the sound wave is propagated from the downstream side to the upstream side. In a flow rate measuring device having an ultrasonic propagation time measuring means for measuring a propagation time and a flow rate value calculating means obtained by calculating a fluid flow value based on the propagation time, Obtained by storing and measuring the distribution of a combination of a forward propagation time and a backward propagation time measured over a predetermined learning period in correspondence with a predetermined fluid type. A combination of a forward propagation time and a backward propagation time as a set, Memorized distribution of combinations Compared to Distribution of combinations The determination means which determines whether it deviates from is provided.
[0016]
In addition, the flow rate measuring device according to the present invention enables the fluid to be measured to be a predetermined fluid when it is determined that the combination of the forward propagation time and the backward propagation time as a set deviates from the predetermined combination. You may make it further provide the alarm means which issues the alarm to the effect that it is a thing different from a fluid by at least any one of auditory information and visual information.
[0017]
The flow rate measuring device according to the present invention further includes a shut-off valve that shuts off a fluid flow, and a shut-off valve control unit that controls opening and closing operations of the shut-off valve, and sets a forward propagation time and a reverse propagation time as a set. When the determination means determines that the combination to be deviated from the predetermined combination, based on the determination, the shutoff valve control means controls the operation of the shutoff valve so as to shut off the flow of the fluid to be measured. It may be.
[0019]
Further, in the flow rate measuring device according to the present invention, the learning control means is preset with an initial value of the distribution of combinations, and when the combination of propagation times measured during the learning period deviates from the initial value, The storage of the distribution stored so far may be reset and the storage of the distribution of the combination may be restarted.
[0020]
In addition, the flow rate measuring device according to the present invention is configured so that the forward valve propagation means and the backward propagation time are not increased until a predetermined time elapses after the flow resumes after the fluid flow is stopped. Even if it is determined by the determination means that the combination of time and the set deviates from the predetermined combination, the flow of the fluid to be measured may not be blocked.
[0021]
A gas meter according to the present invention uses a flow rate measuring device in which the fluid is a gas.
[0022]
In the flow measurement method, the flow measurement device, and the gas meter according to the present invention, Obtained by storing and measuring the distribution of a combination of a forward propagation time and a backward propagation time measured over a predetermined learning period in correspondence with a predetermined fluid type. A combination of a forward propagation time and a backward propagation time as a set, Memorized distribution of combinations Compared to Distribution of combinations It is determined whether or not it deviates from the above. If it deviates, it is determined that the type or composition of the fluid flowing at that time is different from the predetermined fluid type.
[0023]
That is, based on the propagation time data measured by an existing general device for obtaining a flow rate measurement value, it is determined whether or not the fluid type or composition deviates from a predetermined value.
[0024]
When it is detected that fluids of different types or compositions have flowed, an alarm to that effect is generated or the supply of fluid is shut off (stopped) by a shut-off valve.
[0025]
In addition, by storing a distribution of combinations of a forward propagation time and a reverse propagation time that are actually measured over a predetermined learning period, the flow measurement device can be used in actual use. The learning value is automatically learned in a learning control manner with a normal value of the propagation time of a predetermined combination. Then, by comparing a predetermined combination obtained by the learning with a combination of propagation times measured thereafter, it is determined whether or not the type or composition of the flowing fluid deviates from the predetermined one. . As a result, the predetermined combination, which is a reference value for determining the type of fluid, can be made more finely and actually compliant than the case of presetting based on the theoretical value or the like. In addition, it is possible to make a more accurate determination based on the actual situation.
[0026]
However, here, when a situation occurs in which the type or composition of the fluid flowing during the learning period deviates from a predetermined value, the combination of propagation times at that time is learned (stored). In some cases, the accuracy of the predetermined combination as a normal value serving as a determination criterion may be impaired. Therefore, in such a case, the distribution data of the propagation time combinations stored so far is reset, and then the distribution of the propagation time combinations measured over the predetermined learning period is stored again. You can do that.
[0027]
Also, in the gas meter, for example, when the pipe work is performed on the upstream side, it is notified to the downstream consumers in advance, the use of the gas is temporarily stopped, and the use of the gas is resumed after the pipe work is completed. In such a case, as a so-called air vent, a gas mixed with a large amount of air downstream from the gas meter is discharged for a while. However, in such a case, if the gas meter detects the flow of gas containing a large amount of air and shuts off the valve, it may not be possible to vent the air. Therefore, in order to avoid such inconvenience, even if it is determined that the combination of the measured propagation times deviates from the predetermined combination from the gas stop state until the air venting is sufficiently completed, the measurement target It is sufficient not to block the flow of fluid.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of a gas meter according to an embodiment of the present invention. In addition, since the flow measuring method in the gas meter which concerns on one embodiment of this invention is embodied by the gas meter which concerns on this Embodiment, it shall also be demonstrated collectively below.
[0030]
This gas meter includes an ultrasonic propagation time measuring unit (ultrasonic propagation time measuring unit) 100, a flow rate value calculating unit (flow rate value calculating unit) 200, a flow rate value integrating unit 300, a determining unit (determining unit) 400, An alarm unit (alarm unit) 500, a shut-off valve 600, and a shut-off valve control unit (shut-off valve control unit) 700 constitute the main part. In addition to this, it goes without saying that various devices that are generally used as a gas meter, such as a return switch for performing shut-off return and a micro-leakage detection device (all not shown), are included. These various devices and the like are not directly related to the main configuration of the present invention, and thus the description thereof is omitted.
[0031]
More specifically, the ultrasonic propagation time measurement unit 100 includes ultrasonic transmission / reception devices 101a and 101b, a propagation time measurement unit 102, and a conduction path 103. The ultrasonic transmission / reception devices 101a and 101b propagate the ultrasonic wave from the upstream side to the downstream side at a predetermined frequency per measurement duty for the gas to be measured flowing through the conduction path 103, and downstream. Propagating from the side to the upstream side is repeated alternately at a predetermined timing. The propagation time measuring unit 102 is based on the electrical signals output from the ultrasonic transmission / reception devices 101a and 101b, and the forward propagation time T1 when the sound wave is propagated from the upstream side to the downstream side and the upstream side from the downstream side. The backward propagation time T2 when the sound wave is propagated to the side is measured. It should be noted that the conductive path 103, the ultrasonic transmission / reception devices 101a and 101b, the hardware of the propagation time measurement unit 102, the control logic thereof, and the like may be the same as those of a conventional general one.
[0032]
Each time the ultrasonic propagation time measuring unit 100 measures the propagation times T1 and T2, the flow rate value calculating unit 200 obtains the flow velocity value v at that time based on the propagation times T1 and T2, and further determines the flow velocity value v. The flow rate coefficient k corresponding to the value v is obtained and an operation of multiplying them is performed to obtain the instantaneous gas flow rate value Q at the measurement duty at that time. As for the flow rate value calculation unit 200, conventional hardware may be used as its hardware and its control logic.
[0033]
The flow value integration unit 300 integrates the flow rate measurement value Q obtained by the flow value calculation unit 200. That is, when the flow rate value calculation unit 200 newly calculates the flow rate measurement value Q and the data is transmitted, the flow rate value integration unit 300 stores the data of the new flow rate measurement value Q until then. Is added to the integrated flow rate value ΣQ. In this way, when a new flow rate measurement value Q is transmitted, the flow rate integration unit 300 sequentially increments the flow rate integration value ΣQ.
[0034]
The determination unit 400 includes a comparison unit 410, a learning control unit 420, and a storage unit 430. In this determination unit 400, a set of propagation times T1 and T2 measured by the ultrasonic propagation time measuring unit 100 is used as a set of propagation times T1 set in advance corresponding to the type of gas or its composition component. , T2 to determine whether or not air is mixed in the flowing gas.
[0035]
The comparison unit 410 compares the measured combination of propagation times T1 and T2 with a predetermined combination, and if it deviates from that, it determines that the gas at that time is mixed with air. is there.
[0036]
For example, as shown in FIG. 2, the measured values of the propagation times T1 and T2 are expressed as (T1, T2) in coordinates with the forward propagation time T1 on the vertical axis and the reverse propagation time T2 on the horizontal axis. Assuming that one point of the combination is shown, the determination unit 400, when the one-point plot of the measurement result (T1, T2) is included in the predetermined region Gn indicated by hatching, At this time, it is determined that the gas to be measured is a genuine 13A gas having such a high purity that the mixed amount of air can be substantially ignored. Alternatively, when the measurement result is included in the region A deviating from the predetermined region Gn, the gas to be measured at this time is substantially incompletely burned in the gas as pure fuel. It is determined that a large amount of air that may cause inconveniences is mixed.
[0037]
The predetermined region Gn may be set in advance from the design point of the gas meter as a distribution region of a combination of (T1, T2) as shown in FIG. 2 as an example. Then, as will be described later, the learning control unit 420 learns the propagation time (T1, T2) measured under the condition where the normal gas is actually flowing over a predetermined learning period. As a result, the constant region Gn, which is a predetermined combination of (T1, T2) serving as a determination criterion, can be set more finely as being in accordance with actual use conditions for each individual gas meter.
[0038]
The learning control unit 420 stores, in the storage unit 430, a distribution of combinations in which the forward propagation time T1 and the backward propagation time T2 that are measured over a predetermined learning period such as a half year or one year are set. By doing (storing), the distribution of the predetermined combination, that is, the data of the predetermined region Gn is learned according to the actual use condition of the gas meter. Further, the learning control unit 420 has an initial value of the distribution of the predetermined combination set in advance from the time of shipment of the gas meter, and the combination of propagation times measured during the predetermined learning period deviates from the initial value. If this happens, the data learned so far and stored in the storage unit 430 is reset, and the distribution of the combination is learned again over a predetermined period, and the new learning is performed. The obtained data is stored in the storage unit 430.
[0039]
The storage unit 430 stores data of initial values of a predetermined combination distribution and data of a predetermined combination distribution obtained by learning by the learning control unit 420. As the storage unit 430, for example, a storage element capable of writing / reading data such as a RAM or an EEPROM can be preferably used.
[0040]
If the determination unit 400 determines that the combination of the forward propagation time T1 and the reverse propagation time T2 as a set deviates from the predetermined combination, the alarm unit 500 may cause some cracks in the gas piping path or the like. Therefore, a warning that air is mixed in the measurement target gas is generated by the sound of the electronic alarm 510 and the light emission of the LED 520 based on the determination.
[0041]
The shut-off valve 600 includes a valve mechanism such as an electromagnetic valve, and shuts off / opens the gas flow by opening and closing the valve.
[0042]
The shut-off valve control unit 700 controls the opening / closing operation of the shut-off valve 600. More specifically, the shutoff valve 600 is controlled so as to perform the valve closing operation when a seismic sensor (not shown) detects that a so-called shutoff event such as inner pipe leakage or earthquake detection has occurred. Needless to say, in addition to this, when the determination unit 400 determines that a large amount of air is mixed in the gas, there is a possibility that some cracks or leaks have occurred in the gas piping path or the like. Therefore, the shutoff valve 600 is controlled so as to perform the valve closing operation based on the determination. However, when the flow is resumed after the gas is stopped, a large amount of air is taken in the meantime in order to allow so-called air venting for a predetermined time from the resumption point. Even if the determination unit 400 determines that air is mixed, the shutoff valve 600 does not execute shutoff. As such a predetermined time, it is preferable to set the time so that the air can be removed sufficiently and sufficiently.
[0043]
Needless to say, the return operation of the shut-off valve 600 is not only electrically executed by the shut-off valve control unit 700 but also executed by operating a general return switch (not shown). Yes.
[0044]
Next, an experimental result confirming that it is possible to determine whether or not a large amount of air is mixed in the gas at that time based on the combination of the measured propagation times T1 and T2 as one set. And the theoretical analysis is described.
[0045]
FIG. 3 is a diagram showing an experimental result obtained by examining what distribution a combination of T1 and T2 of the measurement result shows in the case of 13A gas and air. In FIG. 3, the vertical axis represents the forward propagation time T1 and the horizontal axis represents the backward propagation time T2 in units of [μs]. In addition, the number of times of measurement in one flow rate state is 100 to 500 times, and these are all plotted in FIG. The specifications of such a graph are the same as in FIGS.
[0046]
From the experimental results shown in FIG. 3, the distribution of the plots of the propagation times for the high-purity 13A gas and the air is divided into two regions that are clearly separated from each other. Was confirmed. In addition, it was confirmed that the region G and the region A remained clearly separated even when the flow rates of gas and air were variously changed or when pulsation occurred in the gas flow.
[0047]
Furthermore, the distribution region of the plot of the propagation time (T1, T2) measured when air is mixed in the 13A gas (this is called G / A. The same applies hereinafter) is as shown in FIG. It was found that it was distributed in any band between the distribution region G in the case of high purity 13A gas and the distribution region A in the case of air.
[0048]
More specifically, the flow rate is 25 [L / h (liters / hour; the same applies hereinafter)], 40 [L / h], 200 [L / h], 400 [L / h] with 13A gas as a measurement target. , 600 [L / h], 1900 [L / h], 3800 [L / h], and 6000 [L / h], what distribution pattern shows the measured values of the propagation times T1 and T2? The experiment was conducted. As a result, as shown in FIG. 4, the overall distribution of the propagation times T1 and T2 in the entire flow rate region when 13A gas is the measurement target is approximately distributed on one straight line. confirmed. More precisely, the plot of the measurement result is distributed on the curve, but since the range shown in FIG. 4 is local, it is approximately distributed on a straight line in FIG. It is thought that it is in a state.
[0049]
Furthermore, among the plots of such measurement results, the plot of 25 [L / h] was measured under conditions where slight pulsation occurred, and the distribution pattern of this plot is The distribution pattern is shaken (distributed) in a substantially orthogonal direction with respect to the straight line of the overall distribution. On the other hand, plots of measurement results at flow rates of 1900 [L / h], 3800 [L / h], and 6000 [L / h] are distributed along the straight line of the overall plot for 13A. However, such a distribution pattern is shown when there is no pulsation in the measurement target gas or when low-frequency undulation occurs.
[0050]
In this way, the distribution pattern of the measurement result measured when pulsation occurs is in a direction substantially perpendicular to or intersecting with the linear distribution pattern when pulsation does not occur or when undulation occurs. It will swing in the direction to do.
[0051]
Further, when a change occurs in the temperature of a fluid such as a gas to be measured due to a temperature change in the surrounding environment of the flow rate measuring device, the speed of sound propagating through the fluid also changes. For this reason, even if the flow rate of the fluid is actually constant, the flow velocity value measured at that time may be a value significantly different from the true value due to the temperature change. The phenomenon that the measured values of T1 and T2 change due to such a temperature change was confirmed by experiments. The result is shown in FIG. The distribution of T1 and T2 measured when 13A gas is flowed at each flow rate of 25 to 6000 [L / h] is clearly different in each case where the fluid temperature is -10 ° C, 23 ° C, and 40 ° C. Are distributed in different areas. The distribution fluctuates in a direction substantially perpendicular to or intersecting with the linear distribution pattern corresponding to the temperature change.
[0052]
As described above, the distribution region G is shaken due to pulsation or temperature change, so that it becomes a reference for determining whether or not air is mixed in the gas after taking the shake into consideration. It is desirable to set the predetermined area Gn. Therefore, in order to set the predetermined region Gn including the fluctuation of the distribution region G caused by such pulsation and temperature change, the gas meter according to the present embodiment uses a combination of propagation times under actual gas use conditions. Is learned over a predetermined learning period, and the predetermined region Gn is set to a more realistic setting.
[0053]
Here, it is theoretically analyzed that it is possible to determine whether or not air is mixed in the gas based on the distribution of the propagation times T1 and T2. As described in the section of the prior art, the propagation times T1 and T2 can be generally written as T1 = L / (C + v cos θ) and T2 = L / (C−v cos θ). The relational expression 1 / T1 + 1 / T2 = 2C / L can be obtained. From this relational expression, it is understood that the distribution of the combination of T1 and T2 changes only with the sound velocity C in the fluid under measurement under conditions where the pressure, temperature, etc. of L and the fluid under measurement are constant. The speed of sound C in the fluid generally varies depending on the density ρ of the fluid. Further, since the density ρ varies depending on the component composition of the fluid, in short, the measured propagation time T1 corresponding to the type of fluid such as gas. , T2 distribution changes. Thus, it can be analyzed that the composition of the fluid and the mixing of air can be determined based on the distribution of the propagation times T1 and T2.
[0054]
In addition, since the pulsation generated in the fluid is generally a dense wave, the fluid in a state where the pulsation having a period sufficiently shorter than the time interval in which the propagation times T1 and T2 are measured is locally and instantaneously inherent. Therefore, the distribution of the measured values of the propagation times T1 and T2 deviates from the straight line of the overall measured value distribution when no pulsation occurs, that is, the straight line. It can be analyzed that the distribution fluctuates in the direction intersecting with (in the experimental result shown in FIG. 4, substantially orthogonal). On the other hand, when a pulsation with a period sufficiently longer than the time interval at which the propagation times T1 and T2 are measured, that is, when a so-called undulation occurs, the flow rate is merely slightly increased or decreased at each measurement timing. It can be analyzed that the distribution of the propagation times T1 and T2 measured at that time simply goes up and down along the straight line of the overall distribution of measured values.
[0055]
Further, when air is mixed in a genuine gas such as 13A, the density of the mixed gas is different from the density of the genuine gas. That is, the density ρ of the mixed gas changes in accordance with the amount of air mixed. Therefore, it can be analyzed that the distribution of the measured values of the propagation times T1 and T2 swings in a direction crossing the straight line of the entire measured value distribution corresponding to the amount of air mixed.
[0056]
Note that the predetermined area Gn as an initial value is set by setting one boundary line as shown in FIG. 2 and setting it as one side thereof, as shown in FIG. You may make it set as one band which has. That is, when T1 and T2 included in the upper region Gh and the lower region Gl of the predetermined region Gn are measured, a gas having a composition different from that of a genuine gas or a gas having a different concentration or density is used. Can be determined to be flowing. In addition to the gas meter according to the present embodiment, the technology for detecting such different types of gases and fluids to issue an alarm or shut off the raw material flow rate measuring device used in a chemical plant, for example, The present invention can also be applied to a flow rate measuring device that can handle a plurality of types of fluids, such as a fuel flow rate measuring device for a vehicle engine that uses liquid fuel.
[0057]
Alternatively, the measured propagation times T1 and T2 may be set as one set, and each set may be compared with a predetermined combination, or a plurality of combinations of measured propagation times may be collected and an average value thereof may be taken. The average value may be compared with a predetermined combination.
[0058]
In addition, when it is determined that the combination of the measured propagation times T1 and T2 has deviated from the predetermined combination, in addition to the alarm and the interruption as described above, information carrying the deviation is stored in the management center. You may make it transmit to.
[0059]
As described above, in the gas meter and the flow rate measurement method according to the present embodiment, the comparison unit 410 corresponds to the combination of the forward propagation time and the backward propagation time as a set for a predetermined gas type. Then, it is compared with a predetermined combination area (predetermined area Gn) to determine whether or not the predetermined combination is deviated. If it deviates, it is determined that the gas flowing at that time is different from the predetermined composition or type.
[0060]
That is, the type or composition of the gas deviates from a predetermined one based on the data of the propagation times T1 and T2 measured by the ultrasonic propagation time measuring unit 100 which is an existing general device for obtaining the flow rate measurement value. It is possible to determine whether or not Therefore, it is possible to determine whether or not the composition of the gas to be measured (mixing of air, etc.) is within an allowable range without adding a complicated composition sensor or composition analyzer. When it is determined that the gas to be measured has a composition deviating from a predetermined allowable range, the alarm unit 500 issues an alarm to that effect, and the supply of fluid can be shut off (stopped) by the shutoff valve 600.
[0061]
Further, the learning control unit 420 learns the distribution of the combination of the actually measured forward propagation time T1 and reverse propagation time T2 as a set over a predetermined learning period, and stores the data in the storage unit 430. By storing the values, the normal values of the propagation times T1 and T2 in a state where the gas meter is actually used are automatically learned in a learning control as a predetermined combination. The comparison unit 410 compares the predetermined combination obtained by the learning with the combination of the propagation times measured thereafter, so that the type or composition of the flowing gas deviates from the predetermined one. It is determined whether or not. By such learning control technique, it is possible to make the predetermined combination of the propagation times, which are the reference values for determining the composition of the gas, more precisely in accordance with the actual situation than when setting in advance based on theoretical values and the like. Become.
[0062]
In addition, when a situation occurs in which the type or composition of the gas flowing during the learning period deviates from a predetermined combination that is set as an initial value, the learning control unit 420 stores it in the storage unit 420 until then. The data of the combination of propagation times that have been reset is reset, and then the distribution of the combination of propagation times measured over a predetermined learning period is stored again. Thereby, it is possible to avoid learning data deviating from the type or composition of the gas.
[0063]
Further, during a predetermined time from the gas stop state, even if it is determined that the combination of the measured propagation times deviates from the predetermined combination, the cutoff valve control unit 700 performs the valve cutoff by the cutoff valve 60. Do not execute. Thereby, for example, when pipe construction is performed on the upstream side of the gas meter and the use of the gas is resumed after the completion, so-called air venting can be performed without disturbing the gas containing a large amount of air. .
[0064]
【The invention's effect】
As explained above, claims 1 to 5 The flow measurement method according to any one of claims 1 to 3, 6 Or 10 The flow measurement device according to any one of claims 1 to 3, 11 According to the described gas meter, a combination of a forward propagation time and a backward propagation time measured by an existing general apparatus for obtaining a flow rate measurement value as a set, Distribution of combinations in which the distribution of combinations in which the forward propagation time and the backward propagation time measured over a predetermined learning period are set in correspondence with a predetermined fluid type is stored. Compared to the predetermined fluid, it is determined whether or not it deviates from the predetermined combination. Therefore, a sensor other than the existing ultrasonic generator / vibrator is not attached, and it is different from the predetermined fluid. When a fluid of a different type or composition flows, it can be detected (determined).
[0065]
Further, the flow rate measuring method according to claim 2 or claim 7 The flow rate measuring device or claim 11 According to the described gas meter, when it is determined that the combination of the propagation times deviates from the predetermined combination, the kind or composition of the fluid flowing through the flow rate measuring device at that time is different from the predetermined one. As a result, it is possible to issue an alarm to that effect. In the same case, the flow rate measuring method according to claim 3 or the claim 8 The flow rate measuring device or claim 11 According to the described gas meter, there is an effect that the flow of the fluid to be measured can be blocked.
[0066]
As a result, it is possible to prevent the occurrence of combustion extinction, incomplete combustion, or the occurrence of an erroneous chemical reaction on the downstream side of the gas meter or the flow rate measuring device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of a gas meter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a predetermined region Gn corresponding to 13A gas and a propagation time distribution region A corresponding to gas mixed with air.
FIG. 3 is a diagram showing experimental results obtained by examining distributions of combinations in which T1 and T2 of measurement results are one set in the case of 13A gas and air.
FIG. 4 is a diagram showing an overall distribution of propagation times T1 and T2 in the entire flow rate region when 13A gas is a measurement target.
FIG. 5 is a diagram showing an example when a predetermined region Gn is set as one band having an upper limit and a lower limit.
FIG. 6 is a diagram showing experimental results of a phenomenon in which measured values of T1 and T2 change due to a temperature change.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Ultrasonic propagation time measurement part, 200 ... Flow rate value calculation part, 300 ... Flow rate value integration part, 400 ... Determination part, 500 ... Alarm part, 600 ... Shut-off valve, 700 ... Shut-off valve control part

Claims

計測対象の流体に対して上流側から下流側へと音波を伝搬させたときの順方向伝搬時間と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの逆方向伝搬時間とを計測し、それらの伝搬時間に基づいて前記流体の流量値を得る流量計測方法において、
所定の学習期間に亘って計測された前記順方向伝搬時間と前記逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておき、
計測して得られた前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組み合わせを、記憶しておいた前記組合せの分布と比較して、前記組合せの分布から逸脱しているか否かを判定する判定プロセスを備えた
ことを特徴とする流量計測方法。Measure the forward propagation time when the sound wave is propagated from the upstream side to the downstream side to the fluid to be measured and the reverse propagation time when the sound wave is propagated from the downstream side to the upstream side. In the flow rate measurement method for obtaining the flow rate value of the fluid based on the propagation time of
Storing a distribution of a combination of the forward propagation time and the backward propagation time measured over a predetermined learning period in association with a predetermined fluid type;
Whether or not the combination of the forward propagation time and the backward propagation time obtained by the measurement deviates from the distribution of the combination in comparison with the stored distribution of the combination A flow measurement method comprising a determination process for determining the flow rate.

前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと判定された場合には、前記計測対象の流体が前記所定の流体とは異なった種類のものである旨の警報を聴覚的情報および視覚的情報のうち少なくともいずれか一方により発する警報プロセスをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１記載の流量計測方法。When it is determined that a combination of the forward propagation time and the backward propagation time as a set deviates from the predetermined combination, the measurement target fluid is different from the predetermined fluid. The flow rate measuring method according to claim 1, further comprising an alarm process for issuing an alarm to the effect of at least one of audio information and visual information.

前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと判定された場合には、前記計測対象の流体の流れを遮断する遮断プロセスをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１または２記載の流量計測方法。When it is determined that the combination of the forward propagation time and the backward propagation time as a set deviates from the predetermined combination, the method further includes a shutoff process for shutting off the flow of the fluid to be measured. The flow rate measuring method according to claim 1 or 2, wherein

前記組合せの分布の初期値をあらかじめ設定しておき、前記学習期間中に計測された伝搬時間の組合せが前記初期値から逸脱した場合には、前記分布の記憶をリセットすると共に改めて前記組合せの分布の記憶を再開する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流量計測方法。An initial value of the distribution of the combination is set in advance, and when the combination of the propagation times measured during the learning period deviates from the initial value, the storage of the distribution is reset and the distribution of the combination is newly performed. The flow rate measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the storage of the data is resumed.

前記流体の流れが停止状態にあった後、流れが再開した際に、その再開から所定時間が経過するまでの間は、前記順方向伝搬時間と前記逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと判定されても、前記計測対象の流体の流れを遮断しない
ことを特徴とする請求項３記載の流量計測方法。When the flow resumes after the fluid flow is stopped, the forward propagation time and the backward propagation time are a set until the predetermined time elapses after the restart. The flow rate measurement method according to claim 3, wherein the flow of the fluid to be measured is not interrupted even if it is determined that the combination deviates from the predetermined combination.

計測対象の流体に対して上流側から下流側へと音波を伝搬させたときの順方向伝搬時間と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの逆方向伝搬時間とを計測する超音波伝搬時間計測手段と、それらの伝搬時間に基づいて前記流体の流量値を演算して得る流量値演算手段とを有する流量計測装置において、
所定の学習期間に亘って計測された前記順方向伝搬時間と前記逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておき、計測して得られた前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組み合わせを、記憶しておいた前記組合せの分布と比較して、前記組合せの分布から逸脱しているか否かを判定する判定手段を備えた
ことを特徴とする流量計測装置。Ultrasonic waves that measure the forward propagation time when a sound wave is propagated from the upstream side to the downstream side with respect to the fluid to be measured and the reverse propagation time when the sound wave is propagated from the downstream side to the upstream side In a flow rate measuring device having a propagation time measuring means and a flow rate value calculating means obtained by calculating the flow rate value of the fluid based on the propagation time,
A distribution of a combination of the forward propagation time and the backward propagation time measured over a predetermined learning period as a set is stored in correspondence with a predetermined fluid type and obtained by measurement. A determination means for comparing a combination of the forward propagation time and the backward propagation time with a stored distribution of the combination and determining whether or not the distribution of the combination deviates. A flow rate measuring device comprising:

前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと前記判定手段が判定した場合には、その判定に基づいて前記計測対象の流体が前記所定の流体とは異なった種類のものである旨の警報を聴覚的情報および視覚的情報のうち少なくともいずれか一方により発する警報手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項６記載の流量計測装置。When the determination means determines that the combination of the forward propagation time and the reverse propagation time as a set deviates from the predetermined combination, the fluid to be measured is based on the determination. 7. The flow rate measuring apparatus according to claim 6 , further comprising alarm means for issuing an alarm indicating that the fluid is of a type different from the predetermined fluid based on at least one of audio information and visual information. .

前記流体の流れを遮断する遮断弁と、
前記遮断弁の開閉動作を制御する遮断弁制御手段と
をさらに備え、
前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと前記判定手段が判定した場合には、その判定に基づいて前記遮断弁制御手段が前記遮断弁の動作を制御して前記計測対象の流体の流れを遮断する
ことを特徴とする請求項６または７記載の流量計測装置。A shutoff valve for shutting off the flow of the fluid;
And a shutoff valve control means for controlling the opening and closing operation of the shutoff valve,
When the determination means determines that the combination of the forward propagation time and the reverse propagation time as one set deviates from the predetermined combination, the shut-off valve control means based on the determination The flow rate measuring device according to claim 6 or 7, wherein an operation of a shutoff valve is controlled to shut off a flow of the fluid to be measured.

前記学習制御手段は、前記組合せの分布の初期値をあらかじめ設定されており、前記学習期間中に計測された伝搬時間の組合せが前記初期値から逸脱した場合には、それまでに記憶していた前記分布の記憶をリセットすると共に改めて前記組合せの分布の記憶を再開するものである
ことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載の流量計測装置。The learning control means is preset with an initial value of the distribution of the combination, and when the combination of propagation times measured during the learning period deviates from the initial value, the learning control means stores the initial value. The flow rate measuring device according to any one of claims 7 to 9, wherein the memory of the distribution is reset and the memory of the distribution of the combination is restarted.

前記遮断弁制御手段が、前記流体の流れが停止状態にあった後、流れが再開してから所定時間が経過するまでの間は、前記順方向伝搬時間と前記逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと前記判定手段によって判定されても、前記計測対象の流体の流れを遮断しないものである
ことを特徴とする請求項８記載の流量計測装置。After the fluid flow is in a stopped state, the shutoff valve control means sets the forward propagation time and the backward propagation time as a set until a predetermined time elapses after the flow resumes. The flow rate measuring device according to claim 8 , wherein even if the combination is determined to deviate from the predetermined combination by the determination unit, the flow of the fluid to be measured is not interrupted.

前記流体がガスである請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の流量計測装置を用いたことを特徴とするガスメータ。11. A gas meter using the flow rate measuring device according to claim 6 , wherein the fluid is a gas.