JP3856353B2 - ガスメータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から広く一般に用いられて来たガスメータとして膜方式のガスメータがある。この膜方式のガスメータは、筐体内部にガス流の圧力によって振動を繰り返す膜を有しており、この膜の振動による容積変化に対応してガスの流量を計測するという、いわば機械的な動作を用いてそのガスの体積量を直接計測する方式のメータである。その簡易で実用的な構造と高い耐久性を備えているといった特質から、従来から広く盛んに利用されて来た。
【０００３】
しかしその一方で、前記のような従来の膜方式のガスメータでは機械式であるという特質もあって、近年のマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略称）のような超小型電子回路を用いたガスメータのデジタル化に対しては、馴染み難いという不都合があった。
【０００４】
そこで、前記の膜方式ガスメータのような機械的に直接にガス量を計測する方式のガスメータの他に、ガスの流速などガス流の流体としての物理的数値を計測し、その計測値に対応してガス流量の数値をマイコンのＣＰＵなどの演算回路で演算するという、いわゆる推量式のガスメータが案出されている。
【０００５】
即ち、推量式のガスメータは、ガス流量の数値をその計測段階から電気信号として取り扱っているので、ガス流量の値をその計測後もデータ信号として伝送〜処理〜記憶することができる。従って、そのようなデータ管理を行なうシステム等にも極めて良好に馴染むという特質を備えているので、近年のデジタル化が進むガスメータにおいては特に好適な技術として注目されている。
【０００６】
このような推量式のガスメータとしては、超音波の伝搬時間差を用いた超音波計測方式、ガス流によるタービンの回転数をロータリエンコーダのような機器で計数しこれに基づいてガス流量の値を演算するといったタービン計測方式、ガス流によって生じる２地点での圧力差を用いた差圧計測方式、あるいは、導通路に設けられた渦発生体（流れに対して逆三角形状に配置されるボルテックスジェネレータなど）でガス流に渦を伴うような乱れを発生させることで、そのときのガス流のコアンダ効果により生じる流体的な振動現象を利用してそのガス流の速度を計測するフルイデック式あるいはカルマン渦列の発生に基づいてガス流量を計測するカルマン渦式などの渦流方式等、幾種類かの方式が提案されているが、いずれもガスの流量を連続値で精確に測定できるものとして注目されている。
【０００７】
上記のようないわゆる推量式のガスメータとして大別されるガスメータの技術のうち、特に渦流方式のガスメータは、ガス流量に比例した周波数特性が得られる（つまり計測のリニアリティが良好である）ことや、構造が簡易で機械的可動部を必要としないので機械的故障の心配が無いこと、また流体の組成や密度や温度等に殆ど影響を受けないので安定的に体積流量の計測が可能であることや、圧力損失が小さいので本来使用されるガス流量に悪影響を殆ど与えないことなどの特長を備えていることから、上記のようなガスメータのマイコン制御化の傾向とあいまって、益々その技術的有用性が脚光を浴びるようになってきており、またそのさらなる技術的洗練等が要請されて、その研究・開発が盛んに要請されている。
【０００８】
ところが、そのように高い有用性が見込まれている渦流方式のガスメータにおいては一般に、小流量域で不感帯が存在しており、ガス流量が小さくなるにつれてそのガス流のレイノルズ数が小さくなって渦の発生が困難となることから、ある程度以下の小流量（例えば１５０ｌ／ｈ以下の流量域など）のガス流については実質的に計測不可能となるという不都合があった。
【０００９】
そこで、そのような渦流方式のガスメータにおいては、前記のような渦流量計による計測が不可能な小流量域でのガス流量の計測を補うために、その小流量領域のガス流量の計測が可能な、例えば発熱素子と温度センサとを用いてなる質量流量計などの第２の流量計測手段を、前記の渦流量計と組み合わせて用いる技術が案出され、例えば特開平３−３２０８３１号等により開示されている。
【００１０】
ところで、従来のガスメータにおいては、危険な状態や事故等に繋がる可能性の高いガス漏れなどの発生を迅速かつ確実に検知するために、ガスの圧力値を特定の時間間隔ごとに３０日間など特定の期間に亙って監視（モニタリング）し、そのガス圧力値が、正常なガス圧力値として妥当なしきい値であるものと予め定めておいた正常範囲の値と比較してその正常値から逸脱して低い値となった場合には、ガス漏れが発生したものと判定してその警報をブザー鳴動等により発する、いわゆる圧力式微少漏洩警告装置や、燃焼器具使用時の調整圧力を検出し、それを上記同様に正常値と比較して、その正常値の範囲から逸脱していた場合には、異常事態が発生したものと判定してその警報をブザー鳴動等により発する、いわゆる調整圧力異常警告装置や、その他にも、燃焼器具使用停止時の調整圧力を検出し、それを上記同様に正常値と比較して、その正常値から逸脱して高い圧力値となった場合には、異常事態が発生したものと判定してその警報をブザー鳴動等により発する、いわゆる閉塞圧力異常警告装置などか用いられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のガスメータにおいては、上記の高／低２つの計測手段を備えた方式のガスメータばかりでなくその他の例えば容積計量方式などのガスメータにおいても、一般に圧力監視用の圧力センサ自体の異常をチェック（検知）する機能が無いので、圧力センサ自体に動作不良等の異常が発生した場合には、正常な圧力が供給されていても異常と判定されてしまう場合がある。あるいは逆に、異常な圧力が供給されていたり、ガス漏れ等が発生して圧力の異常低下が生じているのにもかかわらず、それが正しくは検知されない場合がある。従って、圧力センサの異常に起因して、圧力異常の発生を確実に正確には検知できない場合が生じるという問題があった。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決するために成されたもので、ガスメータに内蔵される圧力センサ自体の異常を、繁雑な監視装置等を付加することなしに、検知することができ、それによって、まず圧力センサ自体の動作異常を検知して、より正確で確実な圧力異常の監視が可能であるガスメータを提供することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１に、本発明のガスメータは、ガスの流量を計測する少なくとも１つのガス流量計測手段と、前記計測された流量の値に基づいて前記ガスの積算流量を演算するガス積算流量演算手段と、該積算流量の値を表示する表示手段と、前記ガスの圧力を予め定められた時間間隔ごとに計測する圧力センサとを有するガスメータにおいて、前記ガス流量計測手段で計測された前記ガス流が流れている状態のときに、前記圧力センサで計測された前記のガスの圧力が、予め定められた計測回数または該回数に対応する時間に亙って継続的に、予め定められた圧力しきい値以上の値で変化しなかった場合には、前記圧力センサに計測異常が発生したものと判定する圧力センサ異常判定手段を備えたことを特徴としている。
【００２１】
即ち、ガス流量計測手段は１個だけで良い。そしてその場合の圧力センサの異常判定の手法については、ガスの通常使用時には、ある程度高い圧力が長い時間に亙って継続するという事象が生じることは稀であって、一般には、例えば特徴的な例を挙げると、閉塞圧力上昇等の現象があるが、それは一時的なものであって、通常は時間の経過につれて徐々にでも圧力は低下して行く。このとき、仮に異常に高い圧力状態が短時間には続いたとしても、やがてはその圧力は一般に低下する方向に変化するのであって、その状態がずっと継続することは、調整器の閉塞圧力異常以外には考えられない。しかもそれはガス流が停止している場合（つまり流量０の場合）に生じる事象であって、ガス使用中でガス流が流れている場合にそのような事象が発生することは殆ど稀である。従って、そのような場合に圧力センサで計測された圧力が、予め定められた計測回数またはその回数に対応する時間に亙って継続的に、予め定められた圧力しきい値以上の値で変化しなかった場合には、前記圧力センサに計測異常が発生したものと判定しても、かなりの高い信頼性（精度）で妥当であると言える。このようにして、圧力センサの異常を正確かつ確実に判定することができる。しかもそのような圧力センサの異常検知専用の装置等を付加することも必要ないので、ガスメータ全体としての繁雑化を全く解消することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスメータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のガスメータの主旨を理解するのに役立つ参考例のガスメータの主要部の構成を示す図である。
【００２７】
このガスメータは、ガス２００を導通路２０１中に導通させ、そのガス２００のガス流中に渦を発生させてその渦による前記ガス流の変化の状態に対応して前記ガス流の高流量域ΔＱHl〜ΔＱHhでの流量ΔＱH を計測する渦流量計方式の第１のガス流量計測手段２０１と、前記高流量域ΔＱHl〜ΔＱHhの最低限界値ΔＱHlよりも上の領域の最高限界値であるΔＱlh以下の低い領域の流量である低流量域ΔＱll〜ΔＱlhでの流量ΔＱL を計測する第２のガス流量計測手段２０２と、前記計測された流量ΔＱH ，ΔＱL に基づいて前記ガスの流量値ΔＱを演算するガス流量演算手段１０１と、前記流量値ΔＱの積算値Ｑを演算するガス積算流量演算手段１０２と、その積算流量値Ｑを表示する表示手段２０３と、前記ガス１００の圧力Ｐを計測する圧力センサ２０４とを有するガスメータであって、前記第１のガス流量計測手段２０１および前記第２のガス流量計測手段２０２の両者で計測された前記ガス流量ΔＱL ，ΔＱH がいずれも、予め定められた流量しきい値ΔＱｔｈ以上であって、かつ前記両者で計測された前記ガス流量ΔＱL ，ΔＱH が予め定められた誤差（±σ）の許容範囲内で一致しているときに、前記圧力センサ２０４で計測された前記ガスの圧力Ｐが、予め定められた圧力しきい値Ｐｔｈ以下であった場合には、前記圧力センサ２０４に計測異常が発生したものと判定する圧力センサ異常発生判定手段１０３を備えている。
【００２８】
またこの他にも、前記の圧力センサと接続されて、その圧力センサ２０４で計測（検出）されたガス２００の圧力Ｐをデータ化してその圧力Ｐが異常値であった場合にはその異常発生を警報する圧力監視装置等（図示省略）も有しているが、この圧力監視装置等に関しては従来の一般的なガス圧力監視装置、即ち、ガスの圧力値を特定の時間間隔ごとに３０日間など特定の期間に亙って監視（モニタリング）し、そのガス圧力値が、正常なガス圧力値として妥当なしきい値であるものと予め定めておいた正常範囲の値と比較してその正常値から逸脱して低い値となった場合には、ガス漏れが発生したものと判定してその警報をブザー鳴動等により発する、いわゆる圧力式微少漏洩警告装置や、燃焼器具使用時の調整圧力を検出し、それを上記同様に正常値と比較して、その正常値の範囲から逸脱していた場合には、異常事態が発生したものと判定してその警報をブザー鳴動等により発する、いわゆる調整圧力異常警告装置や、その他にも、燃焼器具使用停止時の調整圧力を検出し、それを上記同様に正常値と比較して、その正常値から逸脱して高い圧力値となった場合には、異常事態が発生したものと判定してその警報をブザー鳴動等により発する、いわゆる閉塞圧力異常警告装置などが用いられるが、それらはいずれも従来の一般的なもので構わないので、その構成および機能の詳述および図示は、説明の簡潔化のために省略し、本発明の技術の主要部である、圧力センサ自体の異常発生判定の機能および構成についてを中心に述べる。
【００２９】
次に、上記のようなガスメータの動作を、図２の概要フローチャートに基づいて、その圧力センサ異常の判定を中心として説明する。
低流量域ΔＱll〜ΔＱlhでの流量ΔＱL を計測する低流量センサである第２のガス流量計測手段２０２によってその低流量領域内の流量が検出されると、その出力に基づいてそのときの流量値ΔＱL を、ガス流量演算手段１０１が演算する（ｓ１）。そしてその流量値ΔＱL を、圧力センサ異常発生判定手段１０３は、予め定められた流量しきい値ΔＱｔｈと比較して（ｓ２）、それがΔＱL ≧ΔＱｔｈだった場合には（ｓ２のＹ）、これに続いて高流量域ΔＱHl〜ΔＱHhでの流量ΔＱH を計測する高流量センサである第１のガス流量計測手段２０１で検出される出力に基づいてそのときの流量値ΔＱH を、ガス流量演算手段１０１が演算する（ｓ３）。そしてその流量値ΔＱH を、圧力センサ異常発生判定手段１０３は、予め定められた流量しきい値ΔＱｔｈと比較して（ｓ４）、それがΔＱH ≧ΔＱｔｈだった場合には（ｓ４のＹ）、さらに前記の流量値ΔＱH とΔＱL とを比較して、それらが予め定められた誤差（±σ）の許容範囲内で一致していれた場合には（ｓ５のＹ）、圧力センサ２０４から検出された圧力Ｐを、予め定められた圧力しきい値Ｐｔｈと比較して（ｓ６）、Ｐ≦Ｐｔｈであった場合には（ｓ６のＹ）、圧力センサ異常発生判定手段１０３は、圧力センサ２０４に異常が発生したものと判定する（ｓ７）。そして再びｓ１に戻り、ΔＴ経過後の次回の検出タイミングまでの（つまりｓ８のＹとなるまでの）間、待ち状態（ｓ８のＮ）に入る。
【００３０】
このような一連の動作（つまりｓ１〜ｓ８の繰り返し動作）を繰り返すことにより、圧力センサ２０４の異常発生判定を確実に行なうことができる。
なお、前記の圧力Ｐを比較する際に用いられる手法としては、本実施形態の如く、その圧力値Ｐを予め定められた圧力しきい値Ｐｔｈと比較しても良いが、この他にも、前記の圧力Ｐと、変動しやすい大気圧Ｐ0 との相対的な圧力差ΔＰ＝Ｐ−Ｐ0 を取り、その圧力差ΔＰを、予め定めておいた正常な圧力差のしきい値ΔＰｔｈと比較して、ΔＰ≦ΔＰｔｈであった場合に圧力センサ異常と判定するようにしても良い。
【００３１】
図３は、他の参考例のガスメータの主要部の構成を示す図である。このガスメータは、図３に示すように、ガス２００の流量を計測するガス流量計測手段２０１と、前記計測された流量に基づいて前記ガス２００の流量値ΔＱを演算するガス流量演算手段１０１と、前記ガス２００の流量値ΔＱを積算して積算流量Ｑを演算するガス積算流量演算手段１０２と、その積算流量の値Ｑを表示する表示手段２０３と、前記ガス２００の圧力をＰ予め定められた時間間隔ΔＴごとに計測する圧力センサ２０４と、少なくとも前記圧力センサ２０４および前記ガス流量計測手段２０１および前記ガス流量演算手段１０１の作動を開始させる作動開始手段１０４とを有するガスメータであって、前記作動開始手段１０４により前記作動が開始された際に、前記圧力センサ２０４からの前記圧力Ｐの計測に関する出力が無かった場合には、前記圧力センサ２０４が異常であるものと判定する圧力センサ異常発生判定手段１０３´を備えているガスメータである。
【００３２】
次に、このようなガスメータの動作を、図４の概要フローチャートに基づいて、その圧力センサ異常の判定を中心として説明する。
作動開始手段１０４に設置された作動開始スイッチ（図示省略）が押下されて出荷モードが解除されると（ｓ１）、圧力センサ２０４、ガス流量計測手段２０１、ガス流量演算手段１０１が作動を開始する（ｓ２）。
【００３３】
そして圧力センサ２０４で圧力が検出されるが（ｓ３）、このとき圧力センサ２０４に異常がなければ、何らかの電気信号が電圧として検知されるような形で出力される筈である。そこで圧力センサ異常判定手段１０３´は、そのときの出力電圧Ｖを、予め定めておいた正常値の範囲Ａ〜Ｂと比較し（ｓ４）、そのＶがＡ≦Ｖ≦Ｂなる正常値の範囲内にあれば（ｓ４のＹ）正常と判定し（ｓ５）、それ以外の場合には（ｓ４のＮ）異常と判定する（ｓ６）。このような一連の動作（つまりｓ１〜ｓ６の繰り返し動作）を繰り返すことにより、圧力センサ２０４の異常発生判定を確実に行なうことができる。
【００３４】
なお、圧力センサ異常判定手段１０３´は、後述の本発明の実施形態のガスメータ等にも併せ用いても良いことは言うまでもない。
また、本実施形態では圧力センサ２０４の圧力検出方式としては、上記の如く検出された圧力に対応した電圧値（Ｖ）を出力するものとしたが、これのみには限定されない。この他にも、例えば検出された圧力に対応して変化するパルス波形を出力する、あるいは検出された圧力に対応してパルス周波数を変化させて出力する方式の圧力センサを用いることもできる。つまり、本発明の技術の要点は、むしろこの圧力センサのような従来のハードウェア資源を可能な限り改造することなく、その圧力センサ自体の異常を簡易な手段によって確実に判定することにあるのであって、圧力センサ自体の方式としては従来のものを好適に用いることができることは言うまでもない。
【００３５】
（実施形態）
図５は本発明の実施形態のガスメータの動作を、特にその圧力センサ異常判定を中心として示す概要フローチャートである。
この実施形態のガスメータは、上記他の参考例のガスメータにおいて、前記圧力センサ異常判定手段１０３´の代りに、前記ガス流量計測手段１０１で計測された前記ガス流が流れている状態のときに（Ｓ１のＮ）、前記圧力センサ２０４で計測（Ｓ２）された前記のガス２００の圧力Ｐｉ（ｉ＝１，２，３…ｎ）が、予め定められた計測回数ｎまたはその回数ｎに対応する時間ｔ＝ΔＴ×ｎに亙って継続的に、予め定められた圧力しきい値Ｐｔｈ以上の値で（Ｓ３のＹ）かつそれが変化しなかった場合つまりＰ１＝Ｐ２＝…Ｐｎの場合には（Ｓ３のＹ〜Ｓ５のＹ）、前記圧力センサ２０４に異常が発生したものと判定する（Ｓ７）、圧力センサ異常判定手段１０３´´（図示省略；但し、図３における１０３´の代りにこの１０３´´を配置可能）を備えたことを特徴とするガスメータである。なお、前記の計測回数ｎのカウントは、Ｓ４で示したようにカウント用のフラグｎを用いて行ない、その途中でＰが圧力しきい値Ｐｔｈ未満となった場合には（Ｓ３のＮ）、そのｎをｎ＝０にリセットする（Ｓ６）などの手法を採用すれば良いことは言うまでもない。
【００３６】
本実施形態では、前記圧力Ｐの計測に関する出力電圧Ｖが正常範囲内の出力電圧では無かったときにそれを異常と判定する場合について述べたが、この他にも、そのような電圧Ｖの出力自体が無かった場合や、マイナスの圧力に対応するような出力が成された場合なども、上記同様に異常と判定して良いので、このような出力が成された場合にもそれを検知して異常発生の判定を行なっても良いことは言うまでもない。
【００３７】
このような一連の動作（つまりｓ１〜ｓ８の繰り返し動作）を繰り返すことにより、圧力センサ２０４の異常発生判定を確実に行なうことができる。
なお、上記の各実施形態において、ガス流量演算手段１０１，ガス積算流量演算手段１０２，圧力センサ異常判定手段１０３あるいは１０３´は、図１および図３中に一点鎖線で囲んで示したようにその部分をマイコン（マイクロコンピュータ）のような半導体集積回路のＣＰＵおよびその周辺回路系（共に図示省略）を用いて構築可能であることは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
以上、詳細な説明で明示したように、本発明によれば、ガスメータに内蔵される圧力センサ自体の異常を、繁雑な監視装置等を付加することなしに、検知することができ、それによって、まず圧力センサ自体の動作異常を検知して、より正確で確実な圧力異常の監視が可能であるガスメータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のガスメータの主旨を理解するのに役立つ参考例のガスメータの主要部の構成を示す図である。
【図２】 図１のガスメータの動作を、特にその圧力センサ異常の判定を中心として示す概要フローチャートである。
【図３】 他の参考例のガスメータの主要部の構成を示す図である。
【図４】 図３のガスメータの動作を、特にその圧力センサ異常の判定を中心として示す概要フローチャートである。
【図５】 本発明の実施形態のガスメータの動作を、特にその圧力センサ異常の判定を中心として示す概要フローチャートである。
【符号の説明】
１０１…ガス流量演算手段
１０２…ガス積算流量演算手段
１０３…圧力センサ異常発生判定手段
２０１…第１のガス流量計測手段
２０２…第２のガス流量計測手段
２０３…表示手段
２０４…圧力センサ

Claims (1)

1. ガスの流量を計測する少なくとも１つのガス流量計測手段と、前記計測された流量の値に基づいて前記ガスの積算流量を演算するガス積算流量演算手段と、該積算流量の値を表示する表示手段と、前記ガスの圧力を予め定められた時間間隔ごとに計測する圧力センサとを有するガスメータにおいて、
   前記ガス流量計測手段で計測された前記ガス流が流れている状態のときに、前記圧力センサで計測された前記のガスの圧力が、予め定められた計測回数または該回数に対応する時間に亙って継続的に、予め定められた圧力しきい値以上の値で変化しなかった場合には、前記圧力センサに計測異常が発生したものと判定する圧力センサ異常判定手段を備えたことを特徴とするガスメータ。

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