(57)【要約】【課題】計量器の使用量指針値を自動でデジタイジングする方法とそのための装置を得る。【解決手段】回転数カウント対象である計量数字ホイールの外側面に計量発光素子が光を照射して、その反射光を計量受光素子が光検出信号に変換する。その光検出信号はＡ／Ｄ変換過程を経って計量演算部に提供される。これと共に、供給物の使用中の可否に関する判定結果も計量演算部に提供される。計量演算部は光検出信号の大きさが所定時間以上安定状態を見せる時、使用中判定結果を利用して、その安定状態が前記計量数字ホイールの数字値は実際に１だけ増加しないのに、供給物の使用が中断されたために現われたものであるかの可否を判別して、供給物の使用による場合のみに計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして計量する。さらに、容量式ガス計量器で発生されることができる温圧誤差を補正するために容量式ガス計量器を経つガスの温度及び圧力とガス供給時に適用される基準温度及び基準圧力間の差によって発生されることができる計量器検針誤差を補正する温圧誤差の補正装置をさらに採用して、温圧誤差の補正係数を算出して、計量演算部はその自動検針された使用量指針値に算出された温圧誤差の補正係数を適用してより正確なデジタル検針値を算出する。【選択図】図１０
2009521057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の数字ホイールが一列に隣接された数字ホイールトレインの外側面に刻まれた数字の組み合わせで供給物の使用量指針値を示す計量器において、
駆動電源によって光を生成して、回転数カウント対象である計量数字ホイールの外側面の所定領域を向けてその光を照射する計量発光素子部と、
前記計量発光素子部の光が前記計量数字ホイールの外側面で反射して出た反射光を受光するように前記所定領域を向けて配置されて、受光された光をその強さに対応する電気的な光検出信号に変換して出力する計量受光素子部と、
前記計量受光素子部が出力する光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、
前記アナログ／デジタル変換部が提供する前記デジタル信号をリアルタイムでモニタリングしながら、前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持された後、不均一に変動する場合が発生される度に前記計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして判定する方式で前記計量器の使用量指針値を計量する計量演算部と、を具備することを特徴とする機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項２】
前記供給物が現在使用中であるか、それとも不使用中であるかの可否を検出して前記計量演算部に使用中の判定情報をリアルタイムで提供する使用中判定部をさらに具備して、
前記計量演算部は、前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持される時、前記使用中判定情報を利用して、その均一状態が供給物の使用によったものであるか、それとも前記計量数字ホイールの数字値は実際に１だけ増加しないのに、供給物の使用が中断されたから現われたものであるかの可否を判別して、供給物の使用による場合のみに前記計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして計量して、供給物の不使用による安定状態である場合には、無視する機能をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項３】
前記使用中判定情報は、前記数字ホイールトレインの最下位数字ホイールを対象にして、その最下位数字ホイールが回転しないで停止している時間が所定時間以上持続すると、‘不使用'で判定して前記所定時間以内に回転すると‘使用中'であると判定する方式で決定されることを特徴とする請求項２に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項４】
前記使用中判定部は、
駆動電源の印加によって発光して、前記数字ホイールトレインの数字ホイールのうちで前記計量数字ホイールより低い桁の判定数字ホイールの外側面の所定領域を向けて光を照射する判定発光素子部と、
前記判定発光素子部の光が前記判定数字ホイールの外側面に入射された後、反射して出た反射光を受光することができるように配置されて、受光された光をその強さに対応する電気的な光検出信号に変換して出力する判定受光素子部と、
前記判定受光素子部が出力する光検出信号をサンプリングして、デジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、
前記アナログ／デジタル変換部が提供する前記デジタル信号をリアルタイムでモニタリングして、そのデジタル信号の大きさが一定に維持される時間が所定時間以上持続すると、前記供給物を不使用中であるものとして判定して、そうではない場合には、前記供給物を使用中であるものとして判定する判定演算部と、を具備することを特徴とする請求項２に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項５】
前記使用中判定部は、
前記数字ホイールトレインの数字ホイールのうちで前記計量数字ホイールより低い桁の判定数字ホイールに付着して一緒に回転しながら、回転経路周辺に磁界を生成する永久磁石と、
前記永久磁石の回転経路上に配置されて、前記判定数字ホイールの回転によって前記永久磁石の磁界影響圏内に置かれるようになる時、所定の検出信号を生成する磁気センサ部と、
前記磁気センサ部の出力電気信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、
前記アナログ／デジタル変換部が提供する前記デジタル信号をリアルタイムでモニタリングして、そのデジタル信号の大きさが一定に維持される時間が所定時間以上持続すると、前記供給物を不使用中であるものとして判定して、そうではない場合には、前記供給物を使用中であるものとして判定する判定演算部と、を具備することを特徴とする請求項２に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項６】
前記計量数字ホイールは、前記数字ホイールトレインを構成する数字ホイールのうちで最後で二番目、あるいは三番目の数字ホイールであって、前記判定数字ホイールは、前記計量数字ホイールより低い桁の数字ホイールのうちで最後の桁ではない数字ホイールであることを特徴とする請求項４または５に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項７】
前記供給物が気体である場合に前記使用中判定部は、
前記計量器に連結されたガス管の内部に設置されたオリフィスと、該オリフィスの前後支点の圧力差を感知して、それに対応される電気信号を生成する差圧センサ部と、
前記差圧センサ部の出力電気信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、
前記アナログ／デジタル変換部が提供する前記デジタル信号をリアルタイムでモニタリングして、そのデジタル信号の大きさが一定に維持される時間が所定時間以上持続すると、前記気体を不使用中であるものとして判定して、そうではない場合には、前記気体を使用中であるものとして判定する判定演算部を具備することを特徴とする請求項２に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項８】
前記計量発光素子部に必要な駆動電源を提供する電源供給部をさらに具備して、前記駆動電源は周期が２５０msを超過しない駆動パルス信号として、前記駆動パルス信号の持続時間は前記光電素子の反応時間よりは長くて、デューティ比が１／１００を超過しない値で決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項９】
ガスの使用量を体積単位で測定して、多数の数字ホイールが一列に隣接された数字ホイールトレインの外側面に刻まれた数字の組み合わせでガスの使用量指針値を示す容量式ガス計量器において、
駆動電源によって光を生成して、回転数カウント対象である計量数字ホイールの外側面の所定領域を向けてその光を照射する計量発光素子部と、
前記計量発光素子部の光が前記計量数字ホイールの外側面で反射して出た反射光を受光するように前記所定領域を向けて配置されて、受光された光をその強さに対応する電気的な光検出信号に変換して出力する計量受光素子部と、
前記計量受光素子部が出力する光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、
前記ガス計量器、またはこれに連結されたガス管内のガスの瞬時温度値と瞬時圧力値とを周期的に、またはガス使用量が所定値になる度に測定して、その測定された瞬時温度値及び瞬時圧力値とガス供給時に適用された基準温度値と基準圧力値との間の差による温圧誤差の補正係数を第１所定時間ごとに算出する温圧誤差の補正部と、
前記アナログ／デジタル変換部が提供する前記デジタル信号をリアルタイムでモニタリングしながら、前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持された後、不均一に変動する場合が発生される度に前記計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして判定する方式で、前記計量器の使用量指針値を計量して、実際計量された前記第１所定期間の間の使用量指針値に前記温圧誤差の補正部が算出した前記温圧誤差の補正係数を反映して、温圧誤差が補正された使用量指針値を算出する計量演算部と、を具備することを特徴とする機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項１０】
前記ガスが現在使用中であるか、それとも不使用中であるかの可否を検出して、前記計量演算部に使用中判定情報をリアルタイムで提供する使用中判定部をさらに具備して、
前記計量演算部は、前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持される時、前記使用中判定情報を利用して、その均一状態がガスの使用によったものであるか、それとも前記計量数字ホイールの数字値は実際に１だけ増加しないのに、ガスの使用が中断されたから現われたものであるかの可否を判別して、ガスの使用による場合のみに、前記計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして計量して、ガスの不使用による安定状態である場合には、無視する機能をさらに具備することを特徴とする請求項９に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項１１】
前記使用中判定部は、
ｉ）前記数字ホイールトレインの数字ホイールのうちで前記計量数字ホイールより下桁の数字ホイールのうちいずれか一つを判定数字ホイールにして、その判定数字ホイールの回転可否を検出して、その判定数字ホイールが回転しないで停止している時間が第２所定時間以上持続すると、‘不使用'と判定して、前記第２所定時間以内に回転すると、‘使用中'と判定するか、または、ii）前記計量器またはそれに連結されたガス管内部にガスが流れるかの可否をリアルタイムでモニタリングして、前記ガスの使用中の可否を判定することを特徴とする請求項１０に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項１２】
前記計量演算部が算出した前記使用量指針値情報を定期的に指定された宛先に送信するか、または外部で要請がある時、それに応じて送信する通信部をさらに具備することを特徴とする請求項９または１０に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項１３】
前記温圧誤差の補正係数ＫTPは、下の式またはこれの物理的な法則による等価式によって算出されることを特徴とする請求項９に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
ＫTP＝Ｐ×273／｛1013×（273＋Ｔ）｝
但し、Ｐ：ガスの瞬時圧力値、Ｔ：ガスの瞬時温度値
【請求項１４】
前記温圧誤差の補正部が前記温圧誤差の補正係数を算出するにおいて、ガスの温度と圧力との測定時点でも、または測定時間区間の間にガス使用の可否やガス使用量に相応する加重値を適用することを特徴とする請求項１３に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項１５】
前記温圧誤差の補正部は、
前記ガス計量器またはそのガス計量器と隣接したガス管内のガスの温度を測定して、その測定された温度に対応する電気信号に変換して出力する温度測定部と、
前記ガス計量器またはそのガス計量器と隣接したガス管内のガスの圧力を測定して、その測定された圧力に対応される電気信号に変換して出力する圧力測定部と、
周期的にまたはガス使用量が所定値になる度に前記温度測定部と前記圧力測定部から提供される電気信号を利用して、そのガスの瞬時温度値と瞬時圧力値とを測定して、その測定された瞬時温度値及び瞬時圧力値とガス供給時に適用された基準温度値と基準圧力値との間の差による温圧誤差の補正係数を前記第１所定時間ごとに下の式、またはこれの物理的な法則による等価式によって算出する温圧誤差の補正部を具備することを特徴とする請求項９または１０に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
ＫTP＝Ｐ×273／｛1013×（273＋Ｔ）｝
但し、Ｐ：ガスの瞬時圧力値、Ｔ：ガスの瞬時温度値
【請求項１６】
前記圧力測定部は、前記ガス計量器と前記ガス管との間にガス管の一部として結合されるガス管部材と、該ガス管部材に固着されて、内部には一側端は前記ガス管部材と連通されて、反対側端は閉鎖された収納空洞に終端された圧力管路が形成された胴体部と、該胴体部の収納空洞内に配置されて、周辺の圧力の大きさに対応される電気信号を生成する圧力センサと、前記胴体部内の前記圧力管路の中間に配置されて、前記ガス管内のガスの圧力は前記圧力センサに伝達するように許容するが、前記ガスが前記圧力センサと直接接触されることは遮断する隔離手段と、前記胴体部の外部に配置されて、前記圧力センサの出力端と電気的に連結されて、前記圧力センサの出力電気信号を処理して、前記ガスの圧力に対応されるデジタル信号に変換する圧力信号処理部を具備することを特徴とする請求項１５に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項１７】
前記隔離手段は、前記圧力管路の所定支点に前記圧力管路を横切る形態で配置される少なくとも一つのメンブレンと、前記圧力管路のＵ字またはＶ字管路部分に所定高さで満たされた液状物質のうちで少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１６に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項１８】
前記圧力測定部は、前記ガス計量器と前記ガス管との間にガス管の一部として結合されるガス管部材と、該ガス管部材に固着されて、内部には一側端は前記ガス管部材と連通されて、反対側端は閉鎖されて少なくとも一部区間は直立された圧力管路が形成された胴体部と、前記圧力管路の直立区間の所定レベルまで満たされて前記ガス管内の圧力の変化に対応して、液柱の高さが変化する液状物質と、該液状物質に浮かぶ特性を有したフロートの上に安置された永久磁石と前記ガス管内のガスの予想圧力変動範囲に対応する前記液状物質のレベル変動範囲内のおおよそ中間の高さに位置するが、前記胴体部の外部に設置されて前記永久磁石が形成する磁界の強さに対応されるレベルの電気信号を出力する磁界センサと、を含んで前記ガスの圧力の大きさに対応する電気信号を出力する圧力センサ部と、及び前記圧力センサ部の出力電気信号を前記ガスの圧力に対応されるデジタル信号に変換する圧力信号処理部と、を具備することを特徴とする請求項１５に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項１９】
前記温度測定部は、前記ガス管部材の内部または外部に設置されて周辺温度に対応される電気信号に変換する温度センサと、前記胴体部の外部に配置されて前記温度センサの出力端と電気的に連結されて、前記温度センサの出力電気信号を処理して前記周辺温度に対応されるデジタル信号に変換する温度信号処理部を具備することを特徴とする請求項１５に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項２０】
ガスの使用量を体積単位で測定して、多数の数字ホイールが一列に隣接された数字ホイールトレインの外側面に刻まれた数字の組み合わせでガスの使用量指針値を示す容量式ガス計量器において、
駆動電源によって光を生成して回転数カウント対象である計量数字ホイールの外側面の所定領域を向けてその光を照射する計量発光素子部と、
前記計量発光素子部の光が前記計量数字ホイールの外側面で反射して出た反射光を受光するように前記所定領域を向けて配置されて、受光された光をその強さに対応する電気的な光検出信号に変換して出力する計量受光素子部と、
前記計量受光素子部が出力する光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、
前記ガス計量器またはこれに連結されたガス管内のガスの瞬時温度値と瞬時圧力値とを周期的にまたはガス使用量が所定値になる度に測定して、その測定された瞬時温度値と瞬時圧力値を利用して、第１所定時間ごとに平均温度値と平均圧力値を算出する温圧誤差の補正部と、
前記アナログ／デジタル変換部が提供する前記デジタル信号をリアルタイムでモニタリングしながら前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持された後不均一に変動する場合が発生される度に前記計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして判定する方式で前記計量器の使用量指針値を計量して、計量された前記使用量指針値を加重値で使ってガスの瞬時温度または瞬時圧力の加重平均値を算出する計量演算部を具備することを特徴とする機械式計量器の指針値デジタイジング装置。
【請求項２１】
多数の数字ホイールが一列に隣接された数字ホイールトレインの外側面に刻まれた数字の組み合わせで供給物の使用量指針値を示す計量器の前記使用量指針値を自動でデジタイジングする方法において、
計量発光素子と計量受光素子が回転数カウント対象である計量数字ホイールの外側面の所定領域を向けるように配置されて、前記計量発光素子の出力光が前記計量数字ホイールの外側面に入射して反射して出た反射光を前記計量受光素子が受光して光検出信号に変換して出力する第１段階と、
前記光検出信号をアナログ／デジタル変換部を通じてデジタル信号に変換する第２段階と、
前記アナログ／デジタル変換部が提供する前記デジタル信号をリアルタイムでモニタリングしながら前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持された後不均一に変動する場合が発生される度に前記計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして判定する方式で前記計量器の使用量指針値を計量する第３段階と、を具備することを特徴とする機械式計量器の指針値デジタイジング方法。
【請求項２２】
前記供給物が現在使用中であるか、それとも不使用中であるかの可否を検出して前記供給物の使用中判定情報を生成する第４段階をさらに具備して、
前記第３段階で、前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持される時、使用中判定情報を利用して、その均一状態が供給物の使用によったものであるか、それとも前記計量数字ホイールの数字値は実際に１だけ増加しないのに、供給物の使用が中断されたから現われたものであるかの可否を判別して、供給物の使用による場合のみに前記計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして計量して、供給物の不使用による安定状態である場合には無視する処理をすることを特徴とする請求項２１に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング方法。
【請求項２３】
前記第４段階の使用中判定情報は、センサを利用して前記数字ホイールトレインの最下位数字ホイールが回転中であるかを検出して、その検出結果前記最下位数字ホイールが回転しないで、停止している時間が所定時間以上持続すると‘不使用'で判定して、前記所定時間以内に回転すると‘使用中'で間接的に判定する方式で決定されることを特徴とする請求項２２に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング方法。
【請求項２４】
前記供給物がガスである場合、前記第４段階の使用中判定情報は、センサを利用して前記計量器またはその近くのガス管内にガスが流れるかの可否を直接検出する方式で決定されることを特徴とする請求項２２に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング方法。
【請求項２５】
前記供給物がガスである場合、前記計量器またはこれに連結されたガス管内のガスの瞬時温度値と瞬時圧力値とを周期的にまたはガス使用量が所定値になる度に測定して、その測定された瞬時温度値及び瞬時圧力値とガス供給時に適用された基準温度値及び基準圧力値の間の差による温圧誤差の補正係数を第１所定時間ごとに算出する第５段階と、
前記第３段階で実際計量された前記第１所定期間の間の使用量指針値に前記温圧誤差の補正係数を反映して温圧誤差が補正された使用量指針値を算出する第６段階をさらに具備することを特徴とする請求項２１または２２に記載の機械式計量器の指針値デジタイジング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計量器の自動検針技術(Automatic  meter  reading：ＡＭＲ)に関するものであり、より具体的には、機械式計量器の使用量指針値を自動検針してデジタル値に変換させて、その変換されたデジタル指針値を遠隔検針に利用することができるようにする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
(１)従来のデジタイジング技術
【０００３】
一般的な機械式計量器において、ガス、上水道、電気などのような供給物の使用量は数字板上の回転針や数字ホイールトレインが示す数字値(以下、‘指針値’と称する)で表示される。このような機械式計量器の指針値を遠隔で自動検針をするためには、その指針値(アナログ値である)をデジタル値に変換してくれる処理が必要である。
【０００４】
従来の代表的な自動検針技術では光学式、磁気式、音響式、及びイメージ判読式自動検針技術などが知られている。光学式自動検針技術は、光センサを利用して計量器数字板の特定数字ホイール(wheel)、または特定回転針の回転数をカウントすることによって計量器の指針値が分かる技術である。磁気式自動検針は、光センサの代りに磁気センサを利用する点で光学式と差がある。音響式自動検針は、特定数字ホイールまたは回転針が回転する度に固有な音響を器具的に発生させて、音響センサを利用してその音響を検出することで、その数字ホイールまたは回転針の回転数をカウントする技術である。イメージ判読式自動検針は、計量器数字板の指針値をカメラで撮影した後に文字認識技術を適用して、その指針値が示す数字値を判読する技術である。これらの方式は、すべて機械式計量器のアナログ指針値をデジタル値に変換する技術をそれぞれ違うように提案している。本発明者は、この技術のうちで、特に光学式自動検針技術に注目する。
【０００５】
光学式自動検針技術の代表的な例は、ベンチャーコリアが出願した大韓民国特許公開番号第１０−２０００−５２０４８号(発明の名称：光感知による計量器の使用量信号発生装置)、第１０−２０００−６６２４５号(発明の名称：計量器数字ホイールの回転数計数装置)、大韓民国実用新案登録番号第２０−２７３０２６号(考案の名称：計量器の数字ホイールの回転数計数装置)などがある。これらベンチャーコリアの発明は、機械式計量器の数字ホイールトレインの特定数字ホイールの回転数を光センサを利用して、カウントすることで、計量器の指針値をデジタイジングする。図１ないし図３は、これと係わる従来の自動検針装置の構成を示す図面である。図１に示すように、計量器２の使用量指針部１４の数字ホイールトレイン１２が表示する数字値は供給物の使用量を示す。この数字ホイールトレイン１２を構成する数字ホイールのうちで回転数計量対象である数字ホイール１２ａ(以下、‘計量数字ホイール'と称する)の外側面の一部区間を光反射部２０で作って(例えば、光反射効率が優秀な素材をその区間に熱圧着する方式で)、またケース３５に内蔵した計量発光素子３２と計量受光素子３４で構成された光センサユニット３０をハウジング４０に装着して、そのハウジングを使用量指針部１４に結合させる。これによって計量発光素子３２と計量受光素子３４の指向点はその光反射部２０の回転経路上の特定領域になる。計量発光素子３２は電源供給部から駆動信号を供給されて発光して、その光は計量数字ホイール１２ａの外側面に入射される。このように入射された光が計量数字ホイール１２ａの外側面のうちで光反射部２０に入射される場合には大部分の光が反射して反射光の強さが強いが、光反射部２０を除いた残り区間に入射される場合には、その表面の反射率が低くて反射光の強さは弱い。この反射光は計量受光素子３４に入射されて電気信号に変換される。供給物の使用によって計量数字ホイール１２ａが回転する間に光反射部２０と残り区間が交替しながら計量発光素子３２と計量受光素子３４が志向する特定領域を通過するようになるので、計量受光素子３４が出力する光検出信号のレベルも高低が交代に繰り返される。  このような計量受光素子３４の光検出信号をデジタル信号に変換して、その信号のレベル変化の挙動を分析して、その計量数字ホイール１２ａの１回転完成可否を判別する機能を有するプログラムを、例えば、マイコンのような演算装置で行って計量数字ホイール１２ａの回転数をカウントする。カウントされた計量数字ホイール１２ａの回転数は計量器の指針値と等価的関係であるので、計量器の指針値を前記回転数から分かる。このような回転数カウント方式が可能なことは、計量数字ホイール１２ａに光反射区間が形成されていて、その光反射区間と残り区間は光反射率が大きく差があって、これら二つの区間によって反射した光の強さもお互いに大きく違うように現われるからである。
【０００６】
ところで、上のようなベンチャーコリアの発明は、計量数字ホイールの外側面に光反射区間を設けることを必ず前提する方式である。光反射区間を作らなければ計量の誤差発生率が高いからである。数字ホイールトレイン(wheel  train)を製作する時、計量数字ホイールの外側面の一部を光反射区間に作る作業は煩わしい作業である。特に、既に各需用家に設置されて使用中の幾多の既存の計量器の場合、光反射部を設置するためには、その計量器を収去して光反射部を用意しなければならないが、これは現実的に不可能である。
【０００７】
このようなベンチャーコリア発明の問題を解決するための方案として、大韓民国特許公開番号第１０−２００５−６６０７３号(発明の名称：多重光電素子の出力信号変化パターン分析を利用した計量器用遠隔検針方法と装置)は、図４ないし図６に示されたところのように計量数字ホイール１２ａの外側面に別途の光反射部を用意しなくても、その計量数字ホイール１２ａの回転数をカウントすることで自動検針ができるようにしてくれる技術を提案した。
【０００８】
この発明によると、計量数字ホイール１２ａの回転を検出する光センサユニット３０ａは、その計量数字ホイール１２ａの外側面の特定領域に入射光を照射する少なくとも一つの計量発光素子３２ａ、３２ｂと、計量発光素子３２ａ、３２ｂの入射光が計量数字ホイール１２ａの表面で反射して出る反射光を受光して、対応される電気信号を出力する多数の受光素子を特定領域に密集配置した計量受光素子アレイ３４ａを一つのケース３６に一体化した形態で構成される。計量数字ホイール１２ａの外側面には０から９までの数字が等間隔で表示されている。ところが、その数字の識別を容易にするために、一般的にその外側面は黒い色の材質で作って数字は白で表示されて、数字と背景間の光反射度が大きくて、また各数字の表示領域ごとに固有な光反射パターンを有する。この発明はこのような点に着眼して、計量受光素子アレイ３４ａの各計量受光素子の出力信号(光検出信号)をデジタル信号に変えた後マイコンのような演算装置を利用して、そのデジタル信号の時間によるレベルの変化パターンを分析することで、計量数字ホイール１２ａが１回転を完成したかを判別し出す。
【０００９】
しかし、この発明は計量数字ホイールに光反射部を別途に用意しない代りに、光センサユニット３０ａを構成するにおいて、多くの数の受光素子を要して発光素子もそれによって複数個を採用しなければならない必要がある。これにより、光センサユニット３０ａの製造単価が高くなるようになって、また多数の受光素子から獲得される比較的多い量のデータ(測定値)を処理することができる能力を備えたマイクロプロセッサーを採用しなければならないので、マイクロプロセッサーの単価も高くなるようになるなどの問題がある。また、反射光のパターンを比べて計量数字ホイールの１回転完成可否を判定する方式であるので、光センサユニットの精密度が高くなければならないという点も負担として作用する。
【００１０】
（２）ガス計量器の温圧誤差の補正技術
【００１１】
一般に、家庭用または産業用ガスの‘供給料金'体系は卸売者と小売者との間には‘ガス重量’を基準に策定されている一方、小売者と各需用家(各需用家に設置されたガス計量器は容量式ガス計量器であることを仮定)の間には‘ガス体積'を基準に策定される。例えば、韓国の場合、需用家に直接ガスを販売する各地域のガス会社(小売者)とこれら会社にガスを供給する韓国ガス公社(卸売者)の間のガス取り引きは液化状態でなされて取り引き料金は‘重量’単位で計算される反面、各地域ガス会社(小売者)が需用家らにガスを販売する時は、ガスをガス管を通じて気体状態で供給するので、各需用家別のガス販売料金は‘体積’単位で計算される。
【００１２】
ところが、各地域別ガス会社(小売者)が韓国ガス公社(卸売者)から買い入れたガスの量と全体需用家に販売したガスの量の間には誤差があってはいけないのが望ましいが、実際には相当な程度の誤差が発生するものとして知られている。その理由は、ガス会社側が適用するガス供給基準点(整圧機が設置された支点)での供給ガスの基準温度及び基準圧力と各需用家のガス計量器を通過するガスの実際温度と圧力との間の差がこのようなガス体積の誤差(以下、‘温圧誤差’と称する)を発生させるからである。
【００１３】
ガスはその特性上単位重量に対する体積が温度と圧力との大きさによって変わる。ガス供給者(小売者)は、整圧機が設置されたガス供給基準点で所定の基準温度と基準圧力で(韓国の場合、０℃、１気圧である)各需用家に連結されたガス管を通じて各需用家側にガスを送り出すようになる。この時、整圧機で各需用家のガス計量器までのガス圧力の減少を考慮して整圧機では、おおよそ２０〜２５ミリバールのゲージ圧力でガスを送る。容量式ガス計量器の体積測定容器は、柔軟性がある膜でなされていて、同一な質量のガスでも周辺の温度と圧力との大きさによってそのガスの体積(すなわち、ガス計量器で測定されるガス使用量)は変わる。ところで、ガスは整圧機で配管を通じて各需用家に伝達する間に周辺の温度と大気圧などの影響を受けるので、各需用家の容量式ガス計量器でのガスの温度と圧力とは、前記基準温度及び基準圧力と必ず一致するものではない。このように両支点でのガスの温度と圧力が違えば、両支点でガスの密度が変わって各需用家のガス計量器で測定されたガス体積は前記供給基準点で供給したガス重量に対応されるガス体積と差を見せる。このような差によって、各需用家のガス計量器で測定されたガス使用量(使用ガスの体積)には誤差が含まれて、これによって需用家は自分が実際使ったガス量に比べてさらに多いか、またはさらに少ない料金を負担するようになる。例えば、暑い地域や高地帯でガスを使用する時、寒い地域や低地帯に比べて少ない熱量(熱量は体積に比例するものではなくモル数に比例する)を使ってからも同じ費用を出費しなければならない不合理が発生されることがある。
【００１４】
本発明者はこのような温圧誤差の発生原因を認知して、その原因の解決方案を捜し出して特許出願をしたことがある(韓国特許出願第１０−２００３−００５３６２７号、発明の名称：‘ガス計量器用の温圧補正機能を有する遠隔検針装置'を参照)。ところで、その特許出願で提案した温圧補正器は温度の場合は、それぞれの計量器ごとに一つずつ温度測定機が設置される形態(例えば、温度センサをガス管内部、あるいは表面に付着するか、または計量器の内部や表面、あるいは計量器周辺に温度センサを付着する方式)を取るが、圧力に対しては単位地域に設置された多数の計量器に対して一つの圧力測定機(それもガスの圧力ではない大気圧を測定するもの)を設置した後、その測定された大気圧情報を無線ネットワーク(遠隔検針の無線ネットワーク)を利用して幾つかの台の計量器に送って共有する形態を取る。
【００１５】
ところが、各需用家のガス計量器を通過するガスの温度や圧力はお互いに違うことがある。各需用家別の計量支点でのガス温度と圧力はガス供給時に適用する基準温度と圧力とも差があるのが一般的である。それで、温圧誤差を最小化するのに最も正確なデータは各需用家のガス計量器を通過するガスのその当時の温度と圧力情報である。しかし、特許出願番号第１０−２００３−００５３６２７号の発明は、圧力誤差を補正するためにガス自体の圧力情報ではない大気圧情報を利用するだけでなく、各需用家の計量器設置支点ではない単位地域内のある一支点での大気圧情報をその地域内のすべての計量器の誤差補正に活用する方式を取る。その結果、圧力誤差の正確な補償がなされることができなかった。上の発明は圧力測定部(気圧測定部)と温度測定部の設置位置を異にするものであるので、圧力測定部と温度測定部とをそれぞれ別に作らなければならないし、設置もそれぞれ別にしなければならない非効率と不便なことも引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
以上のような従来技術の問題点を解決するために、本発明は機械式計量器の数字ホイールトレインが表示する供給物の使用量指針値を、その計量器に対する構造や構成上の変化を誘発しなくても、簡単な構成の光センサを利用してデジタイジング(digitizing)することができる方法と装置を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明はまた特に、容量式ガス計量器の使用量指針値を自動検針するためにその指針値をデジタイジングすることと、その指針値に含まれた温圧誤差を補正することを統合して、温圧誤差が除去された使用量指針値のデジタルデータを獲得する方法とそのための装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するための本発明の一側面によると、多数の数字ホイールが一列に隣接された数字ホイールトレインの外側面に刻まれた数字の組み合わせで供給物の使用量指針値を示す計量器において、駆動電源によって光を生成して回転数カウント対象である計量数字ホイールの外側面の所定領域を向けてその光を照射する計量発光素子部と、前記計量発光素子部の光が前記計量数字ホイールの外側面で反射して出た反射光を受光するように前記所定領域を向けて配置されて、受光された光をその強さに対応する電気的な光検出信号に変換して出力する計量受光素子部と、該計量受光素子部が出力する光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、及び該アナログ／デジタル変換部が提供する前記デジタル信号をリアルタイムでモニタリングしながら前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持された後、不均一に変動する場合が発生される度に前記計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして判定する方式で、前記計量器の使用量指針値を計量する計量演算部と、を具備することを特徴とする機械式計量器の指針値デジタイジング装置が提供される。
【００１９】
ガスの使用量を体積単位で測定して、多数の数字ホイールが一列に隣接された数字ホイールトレインの外側面に刻まれた数字の組み合わせでガスの使用量指針値を示す容量式ガス計量器の場合に温圧誤差を含まない使用量指針値をデジタイジングする必要がある。このために、本発明の他の側面によると、温圧誤差の補正機能を具備したデジタイジング装置を提供する。このデジタイジング装置は、駆動電源によって光を生成して回転数カウント対象である計量数字ホイールの外側面の所定領域を向けてその光を照射する計量発光素子部と、該計量発光素子部の光が前記計量数字ホイールの外側面で反射して出た反射光を受光するように前記所定領域を向けて配置されて、受光された光をその強さに対応する電気的な光検出信号に変換して出力する計量受光素子部と、該計量受光素子部が出力する光検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、前記ガス計量器またはこれに連結されたガス管内のガスの瞬時温度値と瞬時圧力値とを周期的に、またはガス使用量が所定値になる度に測定して、その測定された瞬時温度値及び瞬時圧力値とガス供給時に適用された基準温度値と基準圧力値との間の差による温圧誤差の補正係数を第１所定時間ごとに算出する温圧誤差の補正部と、前記アナログ／デジタル変換部が提供する前記デジタル信号をリアルタイムにモニタリングしながら、前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持された後、不均一に変動する場合が発生される度に前記計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして判定する方式で前記計量器の使用量指針値を計量して、実際計量された前記第１所定期間の間の使用量指針値に前記温圧誤差の補正部が算出した前記温圧誤差の補正係数を反映して、温圧誤差が補正された使用量指針値を算出する計量演算部と、を具備する。
【００２０】
前記デジタイジング装置は、より正確な自動検針のために、前記供給物が現在使用中であるか、それとも不使用中であるかの可否を検出して、前記計量演算部に使用中の判定情報をリアルタイムで提供する使用中判定部をさらに具備するのが望ましい。そしてこの場合、前記計量演算部は前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持される時、前記使用中判定情報を利用して、その均一状態が供給物の使用によったものであるか、それとも前記計量数字ホイールの数字値は実際に‘１’だけ増加しないのに、供給物の使用が中断されたために現われたものであるかの可否を判別して、供給物の使用による場合のみに前記計量数字ホイールの数字値が‘１'だけ増加したことで計量して、供給物の不使用による安定状態である場合には無視する機能をさらに具備するのが望ましい。前記使用中判定情報は、前記数字ホイールトレインの最下位数字ホイールを対象にして、その最下位数字ホイールが回転しないで停止している時間が所定時間以上持続すると、‘不使用'で判定して前記所定時間以内に回転すると‘使用中'で判定する方式で決定される。使用中判定部が提供する判定結果を活用すると、計量数字ホイールの数字値は実際に‘１’だけ増加しないのに、供給物の使用が中断されたために、光検出信号の大きさが所定時間以上安定状態を見せるかの可否が分かって、計量数字ホイールの数字値増加が二重で計量されるエラーを防止することができる。
【００２１】
一方、前記目的を達成するための本発明のまた他の側面によると、多数の数字ホイールが一列で隣接された数字ホイールトレインの外側面に刻まれた数字の組み合わせで供給物の使用量指針値を示す計量器の前記使用量指針値を自動でデジタイジングする方法が提供される。このデジタイジング方法は、計量発光素子と計量受光素子が回転数カウント対象である計量数字ホイールの外側面の所定領域を向けるように配置されて、前記計量発光素子の出力光が前記計量数字ホイールの外側面に入射して反射して出た反射光を前記計量受光素子が受光して、光検出信号に変換して出力する第１段階と、前記光検出信号をアナログ／デジタル変換部を通じてデジタル信号に変換する第２段階と、及び前記アナログ／デジタル変換部が提供する前記デジタル信号をリアルタイムでモニタリングしながら前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持された後、不均一に変動する場合が発生される度に前記計量数字ホイールの数字値が‘１'だけ増加したものとして判定する方式で、前記計量器の使用量指針値を計量する第３段階と、を具備する。
【００２２】
さらに、前記デジタイジング方法は、より正確な計量のために前記供給物が現在使用中であるか、それとも不使用中であるかの可否を検出して、前記供給物の使用中判定情報を生成する第４段階をさらに具備するのが望ましい。この場合、前記第３段階で、前記デジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持される時、使用中判定情報を利用して、その均一状態が供給物の使用によったものであるか、それとも前記計量数字ホイールの数字値は実際に‘１’だけ増加しないのに、供給物の使用が中断されたから現われたものであるかの可否を判別して、供給物の使用による場合のみに前記計量数字ホイールの数字値が‘１’だけ増加したものとして計量して、供給物の不使用による安定状態である場合には無視する処理をする必要がある。そして、前記第４段階の使用中判定情報はセンサを利用して、前記数字ホイールトレインの最下位数字ホイールが回転中であるかを検出して、その検出結果前記最下位数字ホイールが回転しないで、停止している時間が所定時間以上持続すると‘不使用'で判定して、前記所定時間以内に回転すると‘使用中'で間接的に判定する方式で決定されるのが望ましい。
【００２３】
また、前記供給物がガスである場合前記第４段階の使用中判定情報は、センサを利用して前記計量器、またはその近くのガス管内にガスが流れるかの可否を直接検出する方式で決定されるのが望ましい。
【００２４】
さらに、前記デジタイジング方法は、前記供給物がガスである場合、前記計量器またはこれに連結されたガス管内のガスの瞬時温度値と瞬時圧力値を周期的に、またはガス使用量が所定値になる度に測定して、その測定された瞬時温度値及び瞬時圧力値とガス供給時に適用された基準温度値及び基準圧力値の間の差による温圧誤差の補正係数を第１所定時間ごとに算出する第５段階と、及び前記第３段階で実際計量された前記第１所定期間の間の使用量指針値に前記温圧誤差の補正係数を反映して、温圧誤差が補正された使用量指針値を算出する第６段階と、をさらに具備するのが望ましい。
【発明の効果】
【００２５】
以上で説明した本発明のデジタイジング装置は、既存の計量器にどのような構造的な変更を誘発しないで簡単に付着することで、設置がなされるという点で光反射部を計量数字ホイールに用意しなければならない従来の技術に比べて適用が便利である。
【００２６】
また、本発明によるデジタイジング装置は、光センサユニットの構成がとても簡単で、光反射部を計量数字ホイールに用意しない代りに計量発光素子と計量受光素子をたくさん使ってマトリックスアレイ形態で光センサユニットを構成しなければならない従来技術に比べても有利である。従来のマトリックスアレイ形態の光センサユニットは、設置空間の制限によって採用することができる受光素子の個数が制限的であったし、それによって正確な自動検針を完全に保障してくれることはできない問題点があるのに比べて、本発明はこのような問題点をすっきり解消させてくれることができる。
【００２７】
また、本発明は温圧誤差の補正機能を計量器デジタイジング装置に付与することで、ガスの温度と圧力との変動に影響を受けないで使用量指針値をより正確にデジタル化できるようにしてくれる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明のさらなる目的および効果は、添付図面を組み合わせて、以下の詳細説明にもとづけば充分に理解できるであろう。
【００２９】
図１ないし図３は、計量数字ホイールの外側面に光反射部を用意して光センサユニットを利用して、その計量数字ホイールの回転数をカウントする従来の自動検針装置の構成を示すものであり、図１と図２は、光センサユニットを計量器に締結する前と後の状態をそれぞれ示して、図３は図２の切断線“Ａ−Ａ”に沿って見た断面図である。
【００３０】
図４ないし図６は、計量数字ホイールに別途の光反射部を用意しない代りに多数の受光素子が密集配置された形態の光センサユニットを利用して、その計量数字ホイールの回転数をカウントする従来の自動検針装置の構成を示すものであり、図４と図５は、光センサユニットを計量器に締結する前と後の状態をそれぞれ示して、図６は、図５の切断線“Ｂ−Ｂ”に沿って見た断面図である。
【００３１】
図７は、本発明の第１実施例によるものであり、計量数字ホイールに‘別途の光反射区間を用意しないで‘簡単な構成の光センサユニットの波形分析だけで計量器指針値をデジタイジングする装置の構成を示す。
【００３２】
図８は、図７のデジタイジング装置で計量数字ホイールが回転する間の計量受光素子の光検出信号のレベル変化パターンを示す。
【００３３】
図９は、図７のデジタイジング装置で計量数字ホイールが回転する間に供給物が不使用され始めた時、現われることができる計量受光素子の光検出信号のレベル変化パターンを示す。
【００３４】
図１０は、本発明の望ましい第２実施例によるものであり、第１実施例によるデジタイジング装置に供給物が使用中であるかの可否を判定する‘使用中判定部'をさらに具備したデジタイジング装置の構成を示す。
【００３５】
図１１は、図１０の使用中判定部の望ましい構成例を含んだデジタイジング装置の構成を示す。
【００３６】
図１２は、差圧センサを利用したガス流れの感知方法を説明するための図面である。
【００３７】
図１３は、本発明の第３実施例によるものであり、図１０のデジタイジング装置に温圧誤差の補正手段をさらに付け加えて温圧誤差が除去されたデジタル使用量の指針値を獲得することができるデジタイジング装置の構成を示す。
【００３８】
図１４は、図１３のデジタイジング装置の実際設置状態を例示的に示す。
【００３９】
図１５ないし図１８は、本発明の望ましい実施例による温度測定部と圧力測定部とを含む温圧測定部の実際具現例を示すものであり、図１４の切断線Ｃ−Ｃで見た断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下では添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施例を説明する。
【００４１】
(１)数字ホイールトレインの回転方式
【００４２】
計量器の数字ホイールトレイン１２は、隣接して一列に配置された多数の数字ホイールを含む。実際使われる大部分の計量器の数字ホイールトレイン１２は普通小数点以上４〜６桁と小数点以下２桁を示す６〜８個の数字ホイールで構成される。各数字ホイールは、一般的に黒い色のプラスチック樹脂で平たい円筒状で作られて、その外側面には０から９までの数字が一定な間隔で刻まれて、その内に白ペイントが塗られる形態で作られる。隣接された数字ホイール同士は、お互いの間の回転比が１０：１になるように連関されている。それで、いずれか一つの数字ホイールの回転数をカウントするとその数字ホイールより大きい桁数の指針値が分かることができる。
【００４３】
ところが、数字ホイールトレイン１２の各数字ホイールの回転原理は次のような特徴がある。数字ホイールトレイン１２の全体数字ホイールのうちで最下位の数字ホイールは供給物の使用によって連続的に動くが、残り数字ホイールは大部分の時間の間には停止していながら、自分の真下桁の数字ホイールが‘９'から‘０'に移る間のみに３６゜回転して、以前値より‘１'が増加する。すなわち、最下位数字ホイールを除いた他の数字ホイールは、決して連続的な回転をしないで‘断続的な回転'をするようになる。
【００４４】
計量器の特定数字ホイールの回転数をカウントすると、その計量器の使用量指針値を自動検針することができる。ある数字ホイールを回転数カウント対象数字ホイールで決定するかと係わって、数字ホイールトレイン１２の上のような回転方式を考慮する時、最下位の数字ホイールは除外される必要がある。また、使用量指針値の算定に有効に考慮される桁(普通は小数点以上の桁がこれに該当される)にある数字ホイールもカウント対象数字ホイールから除外される必要がある。このようないくつかの点と正確な検針値確保を考慮する時、最下位の真上の桁にある数字ホイールを計量数字ホイール１２ａにするのが望ましくて、数字ホイールトレイン１２で通常的に小数点以下の桁数が２〜３である点を勘案すると、計量数字ホイールは数字ホイールトレインを構成する数字ホイールのうちで最後から二番目、あるいは三番目の数字ホイールで決定するのが最も望ましい。
【００４５】
（２）第１実施例
【００４６】
図７は、本発明の第１実施例によるデジタイジング装置１００の構成を示すものであり、デジタイジング装置１００が既存の計量器２に適用された場合を示す。このデジタイジング装置１００は、使用量指針値を数字ホイールトレインで表示する計量器ならどのような種類の計量器にも制限なしに適用されることができるし、適用時に計量器に対するどのような構造的変更(例えば、数字ホイールに光反射部を設けるなどのような変更など)を誘発しない。また、デジタイジング装置１００を適用するにおいて、計量数字ホイール１２ａは最下位の真上桁の数字ホイールで選定した。
【００４７】
デジタイジング装置１００は、光センサユニット３０を含む。その光センサユニット３０は計量発光素子３２と計量受光素子３４とをおおよそ六面体型ケース３５の一側面に形成された二つの収納孔３８ａ、３８ｂ内に装着した構造である。ケース３５はハウジング４０の内部空間に設けられたホルダー４８内に装着されて、ハウジング４０の係止部材４６は、使用量指針部１４の側面に設けられたフランジ１６に締結される。計量器の数字ホイールトレイン１２を覆うハウジング４０の部分は、透明窓で作って指針値が確実に見えるようにする。この場合透明窓は、外部で光ノイズがハウジング内部に流入されることができないようにする光ノイズ遮断機能を有するのが望ましい。
【００４８】
ハウジング４０が計量器２に装着されれば、光センサユニット３０は計量数字ホイール１２ａの外側面上に配置される。そしてこの時、ケース３５の二つの収納孔３８ａ、３８ｂの出口は傾くように設けられて、計量数字ホイール１２ａの外側面上の所定領域(以下、‘照射領域'と称する)を共通的に志向する。それで、計量発光素子３２から出た光は前記照射領域に入射されて、そこで再び反射して計量受光素子３４に入射される。ケース３５に設けられた二つの収納孔３８ａ、３８ｂはお互いに隔離されていて、計量発光素子３２の出力光が計量受光素子３４に直接入力されることはできなくて、前記照射領域に反射した後に入力されることができる。
【００４９】
デジタイジング装置１００は、電源供給部５０を有することができる。計量発光素子３２は電源供給部５０が提供する駆動電源によって光を生成する。バッテリーを電源で利用する場合、電力消耗を最小化するために駆動電源は、パルス信号形態で提供されるのが望ましい。パルス信号が駆動電源に提供される場合、その駆動パルス信号の持続時間は、前記光電素子の反応時間よりは長くて、デューティ比が１／１００を超過しない値で決定されるのが望ましい。また、駆動パルス信号の周期が２５０msを超過しないのが望ましい。電源供給部５０が計量発光素子３２の駆動電源用パルスを生成するタイマー５６が電源供給部５０にクロック信号を提供する。計量発光素子３２から生成された光は、計量数字ホイール１２ａの外側面の照射領域に照射された後反射する。この反射光の相当部分は計量受光素子３４に入射される。そして、計量受光素子３４は自分に入射された光をその強さに対応する電気信号に変換して出力する。
【００５０】
また、デジタイジング装置１００は、計量受光素子３４の出力端に連結されたアナログ／デジタル変換器(ＡＤＣ)５２と、このＡＤＣ５２に連結された計量演算部５４を有する。計量演算部５４はプログラムとデータとの保存能力、そして、後述するデータ演算処理能力などを有した素子、例えば、マイコンのような装置を含んだ構成である。計量演算部５４の動作に必要なクロック信号はタイマー５６が提供する。計量演算部５４は、例えばデータと本発明による計量ロジックを具現したプログラムなどを保存するメモリー素子と、前記プログラムを実行して、使用量指針値を計量するのに必要な演算の遂行及び演算結果のメモリーに保存などを遂行する中央処理装置を有する。
【００５１】
デジタイジング装置１００は、計量数字ホイール１２ａの回転数をカウントすることによって指針値を自動で検針することができる。これを説明するために、まず供給物を連続的に使用する場合を仮定する。その場合、最下位数字ホイール１２ｂは連続的に回転するが、最下位数字ホイール１２ｂの真上桁に位置した計量数字ホイール１２ａは前で説明したように断続的な(すなわち、不連続的な)回転をする。すなわち、その最下位数字ホイール１２ｂが‘０'から‘９'まで変化する間には全然回転しないで、数字値が‘９'から‘０'に移る間のみに回転して、その回転によって表示する数字値が以前より‘１'が増加するようになる。本発明は、計量数字ホイール１２ａのこのような回転特性を利用してその回転数をカウントする。
【００５２】
計量数字ホイール１２ａが回転する間に、計量発光素子３２の光は計量数字ホイール１２ａの外側面に入射された後に反射して計量受光素子３４に入射されて、計量受光素子３４は入射光の強さに対応する電気信号(光検出信号)を出力する。この時、計量発光素子３２の駆動電源がパルス信号に提供されれば、計量受光素子３４の出力電気信号も図８に示されたところのように、パルス信号形態で現われるであろう。実際に、ＡＤＣ５２を通じて計量数字ホイール１２ａから出る反射光の強さを観察すると、計量数字ホイール１２ａの各数字ごとに差がある。しかし、このような反射光の差を直接利用して、計量数字ホイール１２ａの回転を判断することは違った結果を生むこともある。なぜなら、計量器の種類によって反射光の差の程度は違うはずで、同種の計量器であっても組立された状態によっても違うだろうからである。むしろ、最下位数字ホイール１２ｂがずっと回転する間に、計量数字ホイール１２ａは断続的な回転をする特徴を活用するのが望ましい。
【００５３】
最下位数字ホイール１２ｂが回転を続けることによって、計量受光素子３４から出力される電気信号をサンプリングした信号は、例えば、図８の(ａ)のような波形図を見せてくれる。計量数字ホイール１２ａが数字５、６、７で停止している区間(Ｐ1、Ｐ3、Ｐ5区間)は最下位数字ホイール１２ｂが０から９まで回転する時間に対応されて、計量数字ホイール１２ａが数字５から６に回転する区間(Ｐ2区間)と数字６から７に回転する区間(Ｐ4区間)は、最下位数字ホイール１２ｂが数字９から０に回転する時間に対応される。計量数字ホイール１２ａが停止している区間(Ｐ1、Ｐ3、Ｐ5区間)では光反射表面が変わらないので、前記サンプリング信号は一定な振幅(ｍ1iまたは、ｍ7iまたは、ｍ13i)を有する。しかし、計量数字ホイール１２ａがその表示値がある数字値から次の数字値に変更されるように回転をする間には、例えば、‘５'から‘６'に変更中、または‘６'から‘７'に変更する間(Ｐ2、Ｐ4区間)には光反射表面が変わる。それによって光反射率と光反射パターンも変わるので、計量受光素子３４に入射される反射光の強さにも変化がある。その結果、計量受光素子３４の出力信号をサンプリングしたサンプリング信号ら([ｍ2、ｍ3、ｍ4、ｍ5、ｍ6]、または[ｍ8、ｍ9、ｍ10、ｍ11、ｍ12])の大きさも不均一である。計量数字ホイール１２ａが数字値‘１'が増加する時に現われるこのような現象は、計量数字ホイール１２ａに表示されたすべての数字に対して共通的に現われる。振幅不均一区間(例：Ｐ2、Ｐ4)での信号の振幅変動幅は、充分に大きいので容易に感知することができるし、数字ホイールの印刷状態や組み立て状態にほとんど無関係に感知が容易である。計量数字ホイール１２ａが特定数字値(例えば、‘５'または‘６')で停止している間(Ｐ2、Ｐ4区間)にも供給物が使用中なら、その下桁の数字ホイール、すなわち、最下位数字ホイール１２ｂは継続的に回転をしている。上で各区間(Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4、Ｐ5)の持続時間は、供給物の瞬間使用量によって変わる。
【００５４】
計量演算部５４は、図８の(ｂ)に示されたように、ＡＤＣ５２で提供されるデジタル信号の値を分析して、その値の変動幅が一定時間内に所定の限界範囲以内で現われる区間(Ｐ1、Ｐ3、Ｐ5各区間)と、その限界範囲を超過する区間(Ｐ2、Ｐ4区間)を判別し出して図８の(ｂ)に示されたことのように、例えば‘ロジックロー'と‘ロジックハイ'値をそれぞれ付与する。すなわち、ＡＤＣ５２が出力するデジタル信号の大きさをリアルタイムでモニタリングしながら、そのデジタル信号の大きさが所定時間以上均一に維持された後、不均一に変動する場合が発生される度に、その均一区間と不均一区間に対してロジックローとロジックハイをそれぞれ付与して、計量数字ホイール１２ａの数字値が‘１’だけ増加したものとして判定する。言い換えれば、‘ロジックハイ'の現われる区間は、計量数字ホイール１２ａの数字値が１だけ増加する区間に対応されるので、‘ロジックハイ'が現われた回数をカウントして、その値が１０回になる度に計量数字ホイール１２ａが１回転を完成したものとして見做せば良い。
【００５５】
このような計量方式をプログラムで具現して、計量演算部５４に設置する。そして、そのプログラムを計量演算部５４が実行することで、計量器２の使用量指針値を自動でデジタル化(digitizing)できるようになる。ここで、前記限界範囲を決定するにおいて、理論的に見れば計量数字ホイール１２ａが停止しているある区間(Ｐ1、Ｐ3、Ｐ5各区間)のすべてのサンプリング信号は振幅がまったく同一でなければならないが、実際にはノイズなどによって少しの偏差があり得る。それで、限界範囲はそのような偏差の範囲よりは大きい値で決定されなければならないであろう。また、限界範囲をすぎるほど大きく決定すれば、計量数字ホイール１２ａが回転する区間(Ｐ2、Ｐ4区間)を判別し出すことができないので、この点を考慮してその最大範囲を決めなければならないであろう。
【００５６】
(３)第２実施例
【００５７】
１)過計量誤差の発生可能性
【００５８】
上で説明した第１実施例は、しかし、供給物を断続的に使用する場合、すなわち、計量数字ホイール１２ａが回転する間に供給物の使用を中断する場合には、計量演算部５４がカウントした計量数字ホイール１２ａの回転数の不正確な可能性がある。供給物がずっと使われることによって、計量数字ホイール１２ａが回転をする途中であるt１の時点からその供給物の使用が中止されて、その後所定時間経過後t2の時点から供給物の使用が再開される場合を仮定する。このように仮定した場合には、ＡＤＣ５２のサンプリング信号は、例えば、図９の(ｂ)のような波形で現われる。供給物の使用が続く場合には、計量受光素子３４のサンプリング信号は図９の(ａ)のような波形が現われる。しかし、上で仮定したところのように、計量数字ホイール１２ａが回転する途中である(すなわち、Ｐ2またはＰ4区間に移行中である)ことを計量演算部５４が充分に感知した後(t1の時点がこれに該当すると仮定する)に供給物の使用が中断されたら、数字が完全に変更されることができなかった状態であるにもかかわらず、反射光の強さ(図９の(ｂ)でｍ41、ｍ42、ｍ43、ｍ44、ｍ45、ｍ46、ｍ47がこれに該当)が一定になる。供給物の使用が中断された不使用区間(Ｑ2)では最下位数字ホイール１２ｂと計量数字ホイール１２ａがすべて停止しているので、計量受光素子３４に入射される反射光の強さもほとんど一定であるからである。
【００５９】
ところで、第１実施例のロジックとおりなら、計量演算部５４は、このような経過過程、すなわち、‘一定レベルのサンプリング信号ｍ1iが現われた後に不規則なレベルのサンプリング信号ｍ2とｍ3が現われて、その後再び安定的なレベルのサンプリング信号ｍ41〜ｍ47が現われるまで'の過程を計量数字ホイール１２ａが数字値１増加のための回転の完了で認定してロジックハイ(Ｒ1)を付与するであろう。しかし、この状態は実際では計量数字ホイール１２ａは、数字値１増加に対応する回転を完了することができなかった状態である。このような状態で一定時間が経った後から(すなわち、t2の時点から)供給物の使用が再開されれば、再び計量受光素子３４に入射される反射光の強さ、すなわち、計量受光素子３４の光検出信号のレベルは再び不均一に変動する過程(サンプリング信号ｍ5とｍ6がこれに該当)を経った後、計量数字ホイール１２ａが実際に数字値１増加のための回転を完全に完了すると、計量受光素子３４の光検出信号のレベルは再び安定化される(ｍ7iがこれに相当する)。この時にも計量演算部５４は、計量数字ホイール１２ａが数字値１増加のための回転を完了したものとして認定して、ロジックハイ(Ｒ2)を付与するであろう。結果的に、このような方式でカウントされた計量数字ホイール１２ａの回転数データは、誤差を含むようになる。計量数字ホイール１２ａの数字値が実際では１程度のみ、増加したにもかかわらず、計量演算部５４は計量数字ホイール１２ａの数字値が２だけ増加したものとして認識する場合(以下、‘過計量誤差'と称する)が発生することがあるからである。
【００６０】
第２実施例は、このような過計量誤差を予防するために図１０に示されたデジタイジング装置を提示する。第１実施例によるデジタイジング装置１００と比較する時、第２実施例のデジタイジング装置１００−１は、供給物が現在使用中であるかの可否に関してリアルタイムで判定して、その判定結果を計量演算部５４に提供する機能を有する使用中判定部５８をさらに具備するものである。
【００６１】
過計量誤差の原因は、計量受光素子３４に印加される反射光の強さ(すなわち、計量受光素子３４の光検出信号の大きさ)が所定時間以上安定状態を見せる時、その安定状態が計量数字ホイール１２ａの数字値は実際に１だけ増加しないのに、供給物の使用が中断されたから現われたことにもかかわらず、まるで計量数字ホイール１２ａの数字値を１だけ増加させる回転が実際にあったと見做した誤った判断である。したがって、計量演算部５４は、使用中判定部５８からリアルタイムで提供を受ける‘現在の供給物が使用中であるかの可否に関する情報'に基礎して、計量受光素子３４から出力される光検出信号の大きさが所定時間以上均一に維持される時(安定状態を見せる時)、そのような安定状態が供給物の使用によったものであるか、それとも供給物の不使用によるものであるかを判別して、その判別結果、後者に該当する場合は無視して、前者に該当する場合のみに計量数字ホイール１２ａがその数字値を１だけ増加させる回転を完了したものとしてカウントすると良い。計量演算部５４に設置される計量プログラムのロジックにこのような事項を反映すると良いであろう。具体的には二重カウントを防止するための方案として、図９の(ｃ)でＲ1パルスやＲ2パルスのうちでいずれか一つを無視するロジックを構成すると良いであろう。
【００６２】
２)使用中判定部５８の具体例
【００６３】
最下位数字ホイール１２ｂは、供給物を使用中である間には連続的に回転して供給物の不使用中である場合には、当然停止している特性を有するので、最下位数字ホイール１２ｂが停止しているか、それとも回転中であるかを検出して、現在供給物が使用中であるかの可否を判別することができる。図１１は、供給物の使用中の可否を光センサユニットを利用して、最下位数字ホイール１２ｂが現在回転しているかどうかを判別することで、供給物が現在使用中であるかを判別するように構成された使用中判定部５８ａの具体的な構成例を示す。
【００６４】
使用中判定部５８ａは、ケース３５−１に判定発光素子３２−１と判定受光素子３４−１を内蔵した構成を有する光センサユニット３０−１を有する。この光センサユニット３０−１は、光センサユニット３０と同一な構成を有するが、前者が判定用光センサユニットなら、後者は計量用光センサユニットである。実際において、光センサユニット二つを隣接して配置して、一つは判定用として使用して、他の一つは計量用として使用するか、または一つのケースに発光素子と受光素子をそれぞれ二個ずつ内蔵して、判定用と計量用光センサユニットを一体で構成することもできるであろう。判定発光素子３２−１には駆動パルスを提供する電源供給部５０−１が連結されて、判定受光素子３４−１にはＡＤＣ５２−１が連結されて、光検出信号の入力を受けて、そのＡＤＣ５２−１には判定演算部５４−１が連結されてサンプリング信号値の入力を受けて、電源供給部５０−１と判定演算部５４−１にはタイマー５６−１が連結されてクロック信号を提供する。
【００６５】
判定受光素子３４−１に入力される反射光の強さをＡＤＣ５２−１の出力信号であるサンプリング信号を通じてリアルタイムで観察すると、供給物が不使用中である時には、そのサンプリング信号の値が一定時間以上の間に続いて固定されて、これと反対に供給物が使用中である時は、そのサンプリング信号の値が続いて変動する。判定演算部５４−１は、最下位数字ホイール１２ｂが回転しないで停止している時間が所定時間以上持続すると、供給物を不使用中であるものとして判定する基準に基づいて、ＡＤＣ５２−１が提供するサンプリング信号を分析して、供給物が現在使用中であるかの可否を判別する。判定演算部５４−１の判定結果は、計量演算部５４にリアルタイムで提供される。計量演算部５４は、その判定結果を利用することで、ｉ）計量数字ホイール１２ａが実際に数字値１の増加に該当する回転を完全に完了して安定化された場合と、ii)計量数字ホイール１２ａが回転途中に供給物の使用が中断されて、計量受光素子３４に入射される反射光の強さが一定になる場合を区別することができるようになって、前で言及した過計量誤差を防止することができる。
【００６６】
判定用光センサユニット３０−１の設置位置が最下位数字ホイール１２ｂが最も望ましいが、それより上桁の数字ホイールに設置することも可能である。その場合、計量用光センサユニット３０は、それより一桁上の数字ホイールに設置すると良い。例えば、計量数字ホイール１２ａより低い桁のうちで、最後の桁ではない数字ホイールは次のような特徴を有している(この場合は、計量数字ホイールは少なくとも最後で三番目の桁、またはその上桁の数字ホイールになる)。すなわち、その特徴はまさに計量数字ホイールの数字が変動する時は、必ずその下の数字ホイールはすべて回転をして、その数字値が‘９−>０'に同時に移るようになるという点である。ここで、図４の１２ａと１２ｃを判定数字ホイールと計量数字ホイールで採用した場合を仮定する。そうすると、判定数字ホイールに判定発光素子と判定受光素子を有する判定用光センサユニットを設置すると、次のようなロジックによって前で言及した過計量誤差を防止することができる。すなわち、計量数字ホイールの反射光が変動(すなわち、計量受光素子３４の光検出信号、またはＡＤＣ５２の出力デジタル信号の変動)しながら、安定化された時に次のような二つの現象が現われるようになる。
【００６７】
一番目の現象は、判定数字ホイールの反射光の強さが所定時間一定に維持されていながら、再び変動が発生する場合である。この場合は、供給物がずっと使用中であることを意味する。したがって、判定演算部５４−１はこのような場合が確認されると、計量演算部５４に現在は供給物が使用中という判定情報を提供すると良い。また、計量数字ホイールの反射光が安定化されたことは、実際に数字変更が完了したからであるものとして見られる。それで、計量演算部５４は計量数字ホイールの値が実際に‘１'が増加したものとしてカウントすると良い。ここで、前記所定時間は供給物を最小限に使用する時、判定数字ホイールの反射光が安定状態で変動を起こすまでかかる時間として、供給物の種類や計量器の種類などによって変わる値であるので、実験的に獲得される必要がある。
【００６８】
二番目の現象は、判定数字ホイールの反射光の強さが前記所定時間が経過された後にも変動しないで、ずっと一定に維持される場合である。このような現象は、供給物の使用が中断された場合に現われる。それで、判定演算部５４−１は計量演算部５４に、現在は供給物が不使用中であることを知らせてくれる。もちろん、この時にも計量数字ホイールの反射光は安定化されて現われるものの、実際には計量数字ホイールは数字変更が完了することができなかった状態にとどまっている。それで、計量演算部５４は計量数字ホイールの数字値カウントで二重で加算されないように適切な措置、例えば、今度の計量数字ホイールの反射光変動を無視するか、または次の番に発生される一番目の反射光変動現象を無視する方法を取る。
【００６９】
使用中判定部５８は、光センサユニットの代りに永久磁石と磁気センサ(例えば、リードスィッチやホールセンサなど)でなされる磁気センサユニット(図示せず)で構成することができる。すなわち、永久磁石(図示せず)を、例えば、最下位数字ホイール１２ｂに付着して、その永久磁石が最下位数字ホイール１２ｂと共に回転するように配置する。磁気センサは、永久磁石の回転経路上に配置される。光センサユニットを磁気センサユニットに取り替えること以外は、使用中判定部５８の残りの構成は同一である。このような磁気センサユニットを利用した使用中判定部によると、供給物が連続的に使用されると、その最下位数字ホイール１２ｂが一度回転する度に、前記磁気センサは永久磁石の磁界影響圏内に一度属するようになってから脱するようになる。永久磁石の磁界影響圏に磁気センサが一度ずつ属してから脱する度に、磁気センサはそれに対応して、例えばスイチング信号(オン／オフ)を出力するようになる。このような磁気センサユニットの出力信号の後処理は光センサユニットの場合と同じである。
【００７０】
上で言及した二つの使用中判定部は、供給物の種類に構わなく適用されることができる。供給物が、例えば、ガスのような気体である場合には、気体の流れを感知することができるセンサを計量器やその近くのガス管路に装置する方式も採用することができる。具体的な例として、図１２に例示されたところのように、計量器に連結されたガス管９０内部に設置されたオリフィス６と、該オリフィス６の前後支点の圧力差を感知して、それに対応される電気信号を生成する差圧センサ９８を具備する差圧センサユニットを利用して、ガスの流れを感知することができる。差圧センサ９８が感知結果に対応する電気信号を出力すると、その出力電気信号をＡＤＣ５２−１でデジタル信号に変換した後、判定演算部５４−１でデジタル信号の値をリアルタイムでモニタリングして、そのデジタル信号のレベルが一定な値を維持する時間が所定時間持続すると、その気体を不使用中であるものとして判定して、そうではない場合には、その気体を使用中であるものとして判定することは、前で光センサユニット、あるいは磁気センサユニット方式と同一である。
【００７１】
以上で説明した第２実施例によるデジタイジング方法のロジックは、プログラムに具現されてメモリーに保存されて、ＣＰＵがそのプログラムを行うことで実施されることができる。使用中判定部５８と計量演算部５４は、ハードウェア的には、例えば、メモリーとＣＰＵを有するマイクロプロセッサーを利用して具現されることができる。
【００７２】
(４)第３実施例
【００７３】
図１３は、本発明の第３実施例によるデジタイジング装置１００−２の構成を示す。このデジタイジング装置１００−２は、図１０の第２実施例によるデジタイジング装置１００−１に温圧誤差の補正手段６０をさらに付け加えて、温圧誤差が除去されたデジタル使用量指針値を獲得することができるブロック図である。
【００７４】
温圧誤差の補正手段６０は、温度測定部６２と圧力測定部６４とを含む。温度測定部６２と圧力測定部６４とは、ガス計量器２またはこれに連結されたガス管９０内のガスの瞬時温度値と瞬時圧力値を周期的に、またはガス使用量が所定値になる度に測定する。温圧誤差の補正手段６０は、またその測定された瞬時温度値と所定の基準温度値との間の差、そして測定された瞬時圧力値と所定の基準圧力値との間の差による瞬時温圧誤差の補正係数ＫTPを算出する温圧誤差の補正部６６を具備する。ここで、基準温度値と基準圧力値とは、ガス供給者が供給基準点(例えば、地域別整圧機)で適用する基準温度値と基準圧力値とを意味する。
【００７５】
温圧誤差の補正手段６０が算出した温圧誤差の補正係数ＫTPは、計量演算部５４に提供される。計量演算部５４は上の二つの実施例で説明した方式によって実際計量された所定期間の間の使用量指針値に温圧誤差の補正部６６が算出した温圧誤差の補正係数を反映して、温圧誤差が補正された使用量指針値を算出する。
【００７６】
温圧誤差の補正手段６０は、その測定された瞬時温度値と瞬時圧力値を利用して所定時間ごとに例えば、１時間ごとにまたは２時間ごとに、あるいは毎日その時間の間の平均温度値と平均圧力値とを算出する機能を有することもできる。そして、計量演算部５４は計量された使用量指針値を‘加重値'で使ってガスの瞬時温度、または瞬時圧力の加重平均値を算出する機能を有することもできる。
【００７７】
図１４は、第３実施例による温圧誤差の補正機能を有するデジタイジング装置を採用した自動検針装置の実際設置状態を例示的に示す。例示された容量式(膜式)ガス計量器２で温度測定部６２と圧力測定部６４とは、ネジ組み立て型ケース６８に内蔵して、ガス管９０と一体で結合されて、そのガス管９０は、例えば、カップリング９２ａ、９２ｂを利用して、既存のガス供給管９４とガス計量器２との間に密閉的に結合される。光センサユニット３０は、計量器の指針部の前面に装着される。デジタイジング装置１００−２の残り構成要素、すなわち、電源供給部５０、ＡＤＣ５２、タイマー５６、計量演算部５４、温圧誤差の補正部６６、通信部７０などは印刷回路基板(図示せず)上に具現されて、回路ボックス１５０に内蔵する。光センサユニット３０と温圧測定部６２、６４とは、電線８２を通じて印刷回路基板に連結される。温圧誤差の補正部６６と計量演算部５４、そして、使用中判定部５８は、それぞれが担当する機能をプログラムで具現されてメモリーに保存されて、そのプログラムはＣＰＵによって実行される形態で具現されることができる。それで、温圧誤差の補正部６６と計量演算部５４、そして、使用中判定部５８は、ハードウェア的には、例えば、メモリーとＣＰＵなどを内包するマイクロプロセッサー８０を利用して具現することができるであろう。その他に回路ボックス１５０には、使用者が自動検針及び温圧補正などと係わって必要な指示を下逹するための使用自用操作ボタン１５２とＣＰＵが獲得、または算出したさまざまな情報を表示するためのディスプレイ部１５４などがさらに装置されることもできる。この場合、使用者操作ボタン１５２やディスプレイ部１５４はＣＰＵに連結されて、使用者の命令がＣＰＵに伝達して、計量結果がＣＰＵから提供される。
【００７８】
デジタイジング装置１００−２は、各ガス需用家ごとに設置される。効率的な自動検針のためにガス供給会社は自社がガスを供給する地域を多くの単位地域で区分して、各単位地域ごとにローカル無線集中器７２を設置するのが望ましい。各単位地域に設置されたローカル無線集中器７２は、ガス供給会社のコンピューター７６に有線通信網、または無線通信網(例えば、移動電話通信網を利用したデータ通信)などで連結される。計量演算部５４が算出した、温圧誤差が補正されたデジタル使用量情報(補正前の自動検針値、温圧誤差の補正係数、補正された使用量など)は、各需用家情報と共に通信部７０を通じてローカル無線集中器７２、または無線中継器に送信されて、ローカル無線集中器７２は、担当地域内の各需用家から収集された情報を通信網７４を通じてガス会社のコンピューター７６に送る。これによってガス供給会社は、遠隔地の各需用家のガス計量器を正確に自動検針できるものである。
【００７９】
一方、瞬時温圧誤差の補正係数ＫTPは、Ｔ、Ｐ、Ｔ０、Ｐ０をそれぞれ瞬時温度(°Ｋ)、瞬時圧力(ｈＰａ)、基準温度(°Ｋ)、基準圧力(ｈＰａ)という時、ＫTP=T０・P／T・P０であって、基準温度と基準圧力とが通常０°Ｋ(=273℃)１気圧(=1013ｈＰａ)であるので、下の式(１)で表示される。
【００８０】
ＫTP＝Ｐ×273／｛1013×（273＋Ｔ）｝  ……(１)
【００８１】
瞬時温圧誤差の補正係数ＫTPは、式(１)または、これの物理的な法則による等価式によって算出されることができる。式(１)は、ボイル−シャルルの法則を利用して得られる。さらに具体的に説明すると、気体の体積は温度と圧力とによって、次のような式２で表現される。
【００８２】
Ｐ・Ｖ＝Ｚ・ｎ・Ｒ・Ｔ  ……(２)
【００８３】
ここで、Ｐは気体の絶対圧力、Ｖは気体の体積、Ｚは圧縮係数として温度、圧力の影響を受ける値であり、ｎは気体のモル(mole)数、Ｒは定数、そして、Ｔは気体の温度(絶対温度(°Ｋ))を示す。ところで、計量器２を通過するガスの圧力と温度とが比較的低い、絶対圧で1013〜1399ｈＰａであって、温度も常温辺りであるので、Ｚ＝１にしても大きい差がない。式２を利用して、ガス会社がガス供給時に適用する基準温度(Ｔ0)及び基準圧力(Ｐ0)――韓国の場合、一般的に０℃(273°Ｋ)、１気圧(1013ｈＰａ)である――でのガスの体積(Ｖ0)に対して、任意の温度(Ｔ)圧力(Ｐ)でのガスの体積(Ｖ)を式で表現すると次のようである。
【００８４】
Ｐ・Ｖ／Ｔ＝Ｐ0・Ｖ0／Ｔ0  ……(３)
【００８５】
上の式(３)は、気体に関して明確に記述された、よく知られた“ボイル−シャルルの法則”である。この式を利用すると、‘任意の温度(Ｔ)及び圧力(Ｖ)で測定したガスの体積(Ｖ)'を‘基準温度(Ｔ０)と基準圧力(Ｐ０)でのガスの体積(Ｖ0)、すなわち、補正されたガス使用量(Ｖ０)'に換算することができる。すなわち、式(３)を補正されたガス使用量(Ｖ0)に関して整理すると次のようである。
【００８６】
Ｖ0＝（Ｔ0・Ｐ）／（Ｔ・Ｐ0）×Ｖ  ……(４)
【００８７】
ガス供給時に適用した基準温度(例えば、Ｔ0=０℃273°Ｋ)及び基準圧力(例えば、Po=1013ｈＰａ)でのガス使用量(Ｖ0)は下の式(５)で計算することができる。下の式(５)で、右辺で体積Ｖを除いた残りの値がまさに式(１)で表現された瞬時温圧誤差の補正係数ＫTPである。すなわち、Ｖ0=ＫTP×Ｖになる。
【００８８】
Ｖ0＝（273・Ｐ）／（Ｔ・1013）×Ｖ  ……(５)
【００８９】
瞬時温圧誤差の補正係数ＫTPを利用して、温圧誤差を補正する方法を説明する。
【００９０】
一つの方法として、所定時間ごとに瞬時温度値と瞬時圧力値とを測定して、それに対応する瞬時温圧誤差の補正係数ＫTPを算出して、その所定時間の間にガス使用量Ｖを測定した後、算出されたガス使用量指針値Ｖに瞬時温圧誤差の補正係数ＫTPを掛けて補正されたガス使用量Ｖ０を求める。他の方法として、毎日一日の間に算出される全体瞬時温圧誤差の補正係数の平均値である日別温圧誤差の補正係数を算出して、各日別温圧誤差の補正係数と該当日のガス使用量指針値を掛けて補正された日別使用量を算出して、その日別使用量を月別に累積して、補正された月別使用量を算出することができる。また、毎月ごとにその月に算出される全体瞬時温圧誤差の補正係数、または全体日別温圧誤差の補正係数の平均値である月別温圧誤差の補正係数を算出して、該当月のガス使用量指針値と掛ける方法も可能である。ここで、補正対象であるガス使用量自動検針値(Ｖ)は、計量演算部５４がＡＤＣ５２の出力信号を利用して、デジタイジングした計量数字ホイール１２ａの回転数から分かる値である。
【００９１】
一方、温圧誤差の補正係数を利用して、温圧誤差をより正確に補正するためには、温圧誤差の補正部６６が前記温圧誤差の補正係数を算出するか、または補正されたガス使用量を算出するにおいて、ガスの温度と圧力の測定時点でも、または測定時間区間の間にガス使用可否やガス使用量に相応する加重値を適用するのが望ましい。加重値(weight  factor)を適用する一つの方法として、温度と圧力とを測定する時間の間隔、言い換えれば、瞬時温圧誤差の補正係数を算出する時間間隔をガスの使用可否、または使用量と連携させて可変的に調整する方法を使用する。ガスの使用可否に関する情報は、使用中判定部５８が生成するので計量演算部５４は、その使用中判定情報を活用して加重値を付与すると良い。加重値適用のための他の例示的な一つの方法として、温圧誤差の補正部６６は温度測定部６２から獲得される温度値の時間による変化様態、または圧力測定部６４から獲得される圧力値の時間による変化様態を分析して、ガスが現在使用中であるかを判別して、ガスが使用中である場合には、不使用中である場合に比べてさらに短い時間間隔で温圧誤差の補正係数を算出する方法を利用することもできる。このようにして算出された瞬時温圧誤差の補正係数を利用して、日別または月別温圧誤差の補正係数を算出するにおいて、その瞬時温圧誤差の補正係数を単純に算術平均するとガス使用の可否、または使用量による加重値が自動で反映される。
【００９２】
図１５ないし図１８は、本発明の望ましい実施例による温度測定部６２と圧力測定部６４とを含む温圧測定部の実際具現例を示すものであり、図１４の切断線Ｃ−Ｃから見た断面図である。図１５に例示された温圧測定部の構成によると、圧力測定のための要素として、ガス管９０、胴体部６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、圧力センサ２２０、隔離手段、そして、圧力信号処理部２３０ａを有する。ガス管９０は、ガス供給管９４とガス計量器２との間に結合されて、そのガス供給管９４の一部を構成する。胴体部６８ａ、６８ｂ、６８ｃはこのガス管９０に固着されて、内部には一側端は前記ガス管と連通されて、反対側端は閉鎖された収納空洞で終端された圧力管路２４２が形成されて、ネジ２４６ａ、２４６ｂによってガス管９０に固着する。圧力センサ２２０は胴体部６８ｂの収納空洞内に配置されて、周辺の圧力の大きさに対応される電気信号を生成する。隔離手段は、例えば、メンブレン２２４のようなもので構成されるが、これは胴体部６８ｂ内の圧力管路２４２の中間に圧力管路２４２を横切る形態で配置されて、ガス管９０内のガスの圧力は圧力センサ２２０に伝達するように許容するが、ガスが圧力センサ２２０と直接接触されることは遮断する。圧力信号処理部２３０ａは胴体部６８ｂ外部に配置されて、圧力センサ２２０の出力端と電線２２２で連結されて、圧力センサ２２０の出力電気信号を処理してガスの圧力に対応されるデジタル信号に変換する。使用可能な圧力センサは測定された気圧値を電気信号に変換して、デジタル値の形態で提供することができるものなら特別な制限はない。例えば、靜電容量式圧力センサ、ストレインゲージ形圧力センサ、半導体抵抗型圧力センサ、圧電素子形圧力センサなどがその例になることができる。
【００９３】
さらに、温圧測定部は、温度測定のための要素として、ガス管９０内部または外部に設置されて、周辺温度に対応される電気信号に変換する温度センサ２１０と、その温度センサ２１０の出力端と電線２１２で連結されて、温度センサ２１０の出力電気信号を処理して、周辺温度に対応されるデジタル信号に変換する温度信号処理部２３０ｂを有する。図面は圧力信号処理部２３０ａと温度信号処理部２３０ｂとが同じ印刷回路基板２３０ｃに具現された場合を仮定して示したものである。メンブレン２２４と圧力センサ２２０のまわりにはオーリング(O-ring)２５０ａ、２５０ｃが装着されて、ガスが外部に漏出されないように密封してくれて、圧力センサ２２０の設置のために設けられた周辺隙間は、シーリング材２２８で仕上げされる。使用することができる温度センサは、温度値を電気信号に変換させて出力することができるものならば良くて、その例としては、熱電対や白金などの金属製温度低抗体、非金属温度抵抗体(サーミスター)、半導体温度センサ、または放射形温度測定機、メタルコア型温度センサなどを挙げることができる。
【００９４】
図１６と図１７に例示された温圧測定部は、ガス管９０内のガスと圧力センサ２２０の間の直接的な接触を遮断するための手段がさらに強化された構成である。図１６の場合、胴体部６８ｂ内部に形成された圧力管路２４２−１にはオーリング２５０ａ、２５０ｂに密封された二つのメンブレン２２４ａ、２２４ｂが配置される。これら二つのメンブレン２２４ａ、２２４ｂの間にはＵ字形圧力管路が設けられて、そのＵ字形圧力管路内には液状物質２２６が満たされる。液状物質２２６を満たし入れるために胴体部６８ｂの側面には、Ｕ字形圧力管路に連結された溝が設けられて、液状物質２２６がその溝を通じて注入された後栓２４４で閉鎖されて、オーリング２５０ｄでその栓２４４が密封される。図１７は、圧力管路２４２−２がＶ字形である場合を示す。図１６と図１７で、メンブレン２２４ａ、２２４ｂと液状物質２２６の二つのうちでいずれか一つのみを採用することもできるであろう。
【００９５】
図１８は、上の三つの温圧測定部と比べる時、温度測定部は同一であるが、圧力測定部は他の方式で構成された温圧測定部を示す。圧力測定部の構成を説明すると、胴体部６８ａ、６８ｂ、６８ｃの内部には一側端はガス管９０と連通されて、反対側端は閉鎖されて、少なくとも一部の区間は直立された圧力管路２４２−３が形成される。そして、その圧力管路２４２−３の直立区間には液状物質２２６が所定レベルまで満たされて、その内に液状物質２２６に浮かぶ特性を有したフロート上に安置された永久磁石２４８が配置される。液状物質２２６はガス管９０内の圧力の変化に対応して液柱の高さが変化する特性を有する。また、ガス管９０内のガスの予想圧力の変動範囲に対応する液状物質２２６のレベル変動範囲内のおおよそ中間の高さに位置するが、胴体部６８ｂの外部に磁界センサ２５２が設置される。この磁界センサ２５２は、永久磁石２４８が形成する磁界の強さに対応されるレベルの電気信号を出力する。磁界センサ２５２の出力電気信号は、圧力信号処理部２３０ａに提供されて、ガスの圧力に対応されるデジタル信号に変換される。液状物質２２６は栓２４４とオーリング２５０ｄによって密封される。
【００９６】
次に、温圧誤差が補正されたガス使用量の算出は、次のような手続きでなされる。先ず、基本モード動作を説明すると、リアルタイムで０時００分経過後、例えば、毎１０分ごとに１回ずつ温圧誤差の補正部６６は、温度測定部６２と圧力測定部６４から瞬時温度(Ｔ)と瞬時圧力(Ｐ)情報を獲得して、前記式(１)を利用して温圧誤差の補正係数(ＫTP)を算出した後、‘瞬時_Ｔ／Ｐ／ＫTP(瞬時_温度／圧力／補正係数)'をマイクロプロセッサー８０内のメモリーに保管する。２４時００分に、マイクロプロセッサー８０は、２４時間の間の‘瞬間_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を平均して、‘日平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を算出して、その‘日平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を日付と共にマイクロプロセッサー８０内のメモリーに保管する。また、直ちに該当日までの‘１ヶ月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を算出して保管する。毎日毎日を基準で過去１ヶ月の平均値を有していながら、毎月末日になると末日を基準にした‘１ヶ月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を該当月の‘月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'でコピーしてマイクロプロセッサー８０内のメモリーに別途に保存しておく。しかし、‘１ヶ月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'は続いて毎日更新していく。ここで、‘月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'は現在から１ヶ月以前から現在(２４時００分)までの平均であり、この時１ヶ月の日数は最終日が属する月を基準にする。すなわち、２月３日２４時００分までの平均なら、１ヶ月が２８日であるので、１月７日から２月３日までの２８日間の‘日平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を‘単純算術平均'して算出する。以上の過程を反復的に遂行する。そして、使用者操作部１５２を通じて使用者の指示が与えられると、その指示内容によって次のような特別モードの動作を遂行する。
【００９７】
特別モードの一つは、ガス使用可否の確認モードである。このモードは先ず、マイクロプロセッサー８０はリアルタイムで０時００分経過後、例えば毎３０秒ごとに使用中判定部５８の判定結果を利用して、ガス使用可否を確認する。‘ガス使用中'ではない場合には、マイクロプロセッサー８０はリアルタイムで０時００分経過後から、例えば毎６０分に１回ずつ温度測定部６２と圧力測定部６４とから温度(Ｔ)と圧力(Ｐ)を確保して、‘瞬時_Ｔ／Ｐ／ＫTP'をマイクロプロセッサー８０内のメモリーに保管する。‘ガス使用中'である場合、マイクロプロセッサー８０はリアルタイムで０時００分経過後から、例えば毎６分ごとに１回ずつ温度(Ｔ)と圧力(Ｐ)値を確保して、‘瞬時_Ｔ／Ｐ／ＫTP'をマイクロプロセッサー８０内のメモリーに保管する。そのような作業を繰り返しながら、マイクロプロセッサー８０は２４時００分に、２４時間の間の‘瞬時_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を平均して‘日平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を算出する。平均値算出方法は‘ガス使用中'の可否にかかわらず、その日のすべての資料(資料数の差があり得るが、最大１０×２４=２４０個を超えない)を算術平均する。サンプリング間隔の差が６０分：６分であるので、その程度の加重値が自動で反映される。ガスを使わない場合にも１／１０程度の加重値を反映する理由は、‘ガス使用中確認機能'の誤作動に備えるものである。続いて、マイクロプロセッサー８０は、正常モードの場合と同様に、‘日平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を日付と共にマイクロプロセッサー８０内のメモリーに保管後に、直ちに該当日までの‘１ヶ月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を算出して、同様にマイクロプロセッサー８０内のメモリーに保管する。毎日毎日を基準に過去１ヶ月の平均値を有していながら、毎月末日になると末日を基準にした‘１ヶ月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を該当月の‘月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'でコピーしてマイクロプロセッサー８０内のメモリーに別途に保管する。しかし、‘１ヶ月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'は続いて毎日更新していく。
【００９８】
他の特別モードの一つは、ガス使用量の確認モードである。このモードの遂行手続きは、先ず、マイクロプロセッサー８０がリアルタイムで０時００分経過後、例えば、毎２秒ごとに使用中判定部５８を作動してガス使用可否を確認する。使用中判定部５８が光センシング方式でガス使用可否を確認する場合、特定数字ホイールが１回転することを確認する方式を取る。そして、その特定数字ホイールの回転数が、例えば１／２／４／８回転する度にマイクロプロセッサー８０は、温度測定部６２と圧力測定部６４から温度(Ｔ)と圧力(Ｐ)値を獲得して、‘瞬時_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を算出、保管する。続いて、マイクロプロセッサー８０は２４時００分に、２４時間の間の‘瞬時_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を平均して、‘日平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'とその日の‘一日使用量'を算出して一緒に保管する。平均する方法は、その日のすべての資料を算術平均する。‘一日使用量'を一緒に保管することは、月平均計算に使用する加重値として使用するためである。マイクロプロセッサー８０は‘日平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を日付と共にマイクロプロセッサー８０内のメモリーに保管後に、直ちに該当日までの‘１ヶ月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'を算出して、再びマイクロプロセッサー８０内のメモリーに保管する。‘１ヶ月平均_Ｔ／Ｐ／ＫTP'は続いて毎日更新していく。
【００９９】
以上のような動作モードらを通じて獲得された温圧誤差の補正係数を計量演算部５４がカウントした自動検針値に反映すると、温圧誤差が補正されたガス使用量の算出が可能になる。このような各動作モードの実行内容はプログラムで作成されて温圧誤差の補正部６６にあらかじめ設置される。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
以上で本発明によるデジタイジング方法を、機械式ガス計量器を例にして説明したが、供給物の使用量をアナログ値で表示する機械式計量器なら、その種類に制限なしに広く利用されることができる。このデジタイジング方法は、機械式計量器の使用量指針値をデジタルデータに変換させてくれるので、その変換されたデジタルデータを計量器の遠隔自動検針に利用することができる。さらに、ガス計量器に応用する場合、ガス供給地の基準温度及び基準圧力と各需用家のガス計量器でのガス温度とガス圧力との間の偏差によるガス体積の誤差(温圧誤差)も容易に補正することができるので、正確な遠隔自動検針をすることができる。
【０１０１】
以上では本発明の実施例によって本発明が説明されたが、本発明の思想を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能であることは、本発明が属する技術分野の当業者なら明確に認知することができるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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