(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスを計量するシステム、及び方法を提供する。【解決手段】システム２００は、入り口ポート２０４と出口ポート２０６との間を、ガスが流れることができるように構成されたハウジング２０２を含む。また、システム２００は、ハウジング２０２内に配置され、ハウジング２０２内のガスの流れにおける、少なくとも１つの物理的特性を修正するように構成された流量マネージャ２０８を含む。さらに、システム２００は、ハウジング２０２内に配置され、ハウジング２０２内のガスの流れ特性に応じて、電気信号を生成するように構成された流量センサ２１０を含む。システム２００はまた、電気信号の振幅特性、電気信号の時間特性、又は電気信号の振幅特性と時間特性との両方に基づき、ガスの少なくとも１つの流れパラメータを判定するように構成されたプロセッサ２１２を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを計量するシステム（１００、２００）であって、
入り口ポート（１０４、２０４）、及び出口ポート（１０６、２０６）を有するハウジング（１０２、２０２）であって、前記入り口ポート（１０４、２０４）と、前記出口ポート（１０６、２０６）との間を、前記ガスが流れることができるように構成されたハウジング（１０２、２０２）と、
前記ハウジング（１０２、２０２）内に配置され、前記ハウジング（１０２、２０２）内の前記ガスの前記流れにおける、少なくとも１つの物理的特性を修正するように構成された流量マネージャ（１０８、２０８）と、
前記ハウジング（１０２、２０２）内に配置され、前記ハウジング（１０２、２０２）内の前記ガスの流れ特性に応じて、電気信号を生成するように構成された流量センサ（１１０、２１０）と、
前記流量マネージャ（１０８、２０８）、及び前記流量センサ（１１０、２１０）に、動作可能に結合され、前記電気信号の振幅特性、前記電気信号の時間特性、又は前記電気信号の前記振幅特性と前記時間特性との両方に基づき、前記ガスの少なくとも１つの流れパラメータを判定するように構成されたプロセッサ（１１２、２１２）とを備えるシステム（１００、２００）。
【請求項２】
前記ガスの前記流れにおける、前記少なくとも１つの物理的特性が、前記ガスの前記流れの分離性、前記ガスの不純物のレベル、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項３】
前記流量マネージャ（１０８、２０８）が、前記ガスの前記流れを制御するように構成された流量制御装置（２２６）、前記ガスの前記流れの分離性を制御するように構成された流量調節装置（２２８）、及び不純物を、前記ガスから除去するように構成された不純物分離装置（２３０）のうち、少なくとも１つを備える、請求項１に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項４】
前記流量マネージャ（１０８、２０８）が、前記ガスの前記流れに、乱れを付与するように構成された、第１の流れかく乱装置（２０９）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項５】
前記流量センサ（１１０、２１０）が、１つ以上の第１の感知素子（２１１）を備え、前記１つ以上の第１の感知素子（２１１）が、マイクロ電気機械流量感知素子（２１１）、サーモパイル、温度流量センサ感知素子（２１１）、感圧素子、又はこれらの組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項６】
前記流量センサ（１１０、２１０）が、第１の流導管（２２２）、及び第１のバイパスチャネル（２２４）のうち、少なくとも１つを備える、請求項５に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項７】
前記流量センサ（１１０、２１０）が、前記第１の流導管（２２２）に配置された、第２の流れかく乱装置（２０９）をさらに備え、前記第２の流れかく乱装置（２０９）、前記第１の流導管（２２２）、及び前記１つ以上の第１の感知素子（２１１）が、互いとの所定の幾何学的関係を有するように並べられている、請求項６に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの流れパラメータが、前記ガスの質量流量、前記ガスの積算量、前記ガスの体積流量、所定の時間単位毎の累積ガス量、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項９】
第１の流れ様式（３０６）では、前記プロセッサ（１１２、２１２）が、前記電気信号の前記振幅特性に基づき、前記少なくとも１つの流れパラメータを判定するように構成され、第２の流れ様式（３０８）では、前記プロセッサ（１１２、２１２）が、前記電気信号の前記時間特性に基づき、前記少なくとも１つの流れパラメータを判定するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１０】
前記第１の流れ様式（３０６）が、前記ガスの前記流れに対して、乱れを与えることを妨げる、前記ハウジング（１０２、２０２）内の前記ガスの、流量の範囲を含む、請求項９に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１１】
前記第２の流れ様式（３０８）が、前記ガスの前記流れに対して、乱れが付与されることを可能にする、前記ハウジング（１０２、２０２）内の前記ガスの、流量の範囲を含む、請求項９に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１２】
前記プロセッサ（１１２、２１２）が、第３の流れ様式（３１０）に基づき、校正関数を決定するようにさらに構成され、前記第３の流れ様式（３１０）が、前記第１の流れ様式（３０６）と、前記第２の流れ様式（３０８）との重複領域を有し、前記第１の流れ様式（３０６）では、前記校正関数が、少なくとも前記ガスの体積流量と、前記ガスの質量流量との間の関係を示す、請求項９に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１３】
前記ハウジング（１０２、２０２）内に配置され、前記ハウジング（１０２、２０２）内の前記ガスの前記流れに対して、乱れを付与するように構成された、第３の流れかく乱装置（２０９）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１４】
前記ハウジング（１０２、２０２）内に配置され、前記ガスの非流量特性のうち、１つ以上を判定するように構成されたガス分析計（２０７）をさらに備え、前記ガスの非流量特性のうち前記１つ以上が、ガス密度、ガス温度、ガス圧、ガス混合、前記ガスのエネルギー含量、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１５】
前記ガス分析計（２０７）が、前記ガスの非流量特性のうち前記１つ以上の前記判定に役立つように構成された、第４の流れかく乱装置（２０９）を備える、請求項１４に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１６】
前記ハウジング（１０２、２０２）が、前記入り口ポート（１０４、２０４）、前記流量マネージャ（１０８、２０８）、前記流量センサ（１１０、２１０）、及び前記出口ポート（１０６、２０６）のうち、少なくとも１つと流体連通している、第２の流導管（２２２）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１７】
前記ハウジング（１０２、２０２）が、前記第２の流導管（２２２）と流体連通している、第２のバイパスチャネル（２２４）をさらに備える、請求項１６に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１８】
前記ハウジング（１０２、２０２）が、前記第２のバイパスチャネル（２２４）に配置された、１つ以上の第２の感知素子（２１１）をさらに備え、前記１つ以上の第２の感知素子（２１１）が、マイクロ電気機械流量感知素子（２１１）、サーモパイル、温度流量センサ感知素子（２１１）、感圧素子、又はこれらの組み合わせを備える、請求項１７に記載のシステム（１００、２００）。
【請求項１９】
ガスを計量する方法であって、
ハウジング（１０２、２０２）内の前記ガスの流れにおける、少なくとも１つの物理的特性を修正することと、
前記ハウジング（１０２、２０２）内の前記ガスの流れ特性に応じて、電気信号を生成することと、
前記電気信号の振幅特性、前記電気信号の時間特性、又は前記電気信号の前記振幅特性と前記時間特性との両方に基づき、前記ガスの少なくとも１つの流れパラメータを判定することとを含む方法。
【請求項２０】
前記ガスの非流量特性、システム（１００、２００）の改ざん、前記システム（１００、２００）からのガス漏れ、及び１つ以上の環境条件を判定することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ハウジング（１０２、２０２）内の前記ガスの前記流れに対して、乱れを付与するために、前記ガスの前記流れをかく乱することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
第１の流れ様式（３０６）において、前記電気信号の前記振幅特性に基づき、前記少なくとも１つの流れパラメータを判定することと、第２の流れ様式（３０８）において、前記電気信号の前記時間特性に基づき、前記少なくとも１つの流れパラメータを判定することとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記プロセッサ（１１２、２１２）が、第３の流れ様式（３１０）に基づき、校正関数を決定することをさらに含み、前記第３の流れ様式（３１０）が、前記第１の流れ様式（３０６）と、前記第２の流れ様式（３０８）との重複領域を有し、前記校正関数が、前記第１の流れ様式（３０６）では、少なくとも前記ガスの体積流量と、前記ガスの質量流量との間の関係を示す、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の流れ様式（３０６）において、少なくとも前記校正関数に基づき、前記少なくとも１つの流れパラメータを判定することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、流体の流れの測定に関し、より詳細には、ガスを計量するシステム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ガスの計量には、流体の質量流量を測定する質量流量感知装置等の、様々なタイプの流れ感知装置を使用することが必要である。流量センサには、振幅測定に基づき、ガスの質量流量を判定するものもある。他の流れ感知装置は、渦ベースの感知を含み、ここでは例えば、渦が形成される周波数が、基本的には、流体の流量に比例する。したがって、体積流量は、渦が形成される周波数に基づき判定される。
【０００３】
一般に、現在入手可能なガス計量システムは、低流量範囲において、感度が高いという利点を提供する。しかしながら、このようなガス計量システムは、ガス密度の変動、水分の変動、ガス混合の変動等により、通常悪影響を受ける。したがって、このようなガス計量システムは、直接的、かつ正確な体積流量測定を提供することができない。例えば、ガスの密度は、ガスの圧力、温度、及び組成等の要因に応じて変動する場合がある。これらの要因は、流れ測定の質、及び精度に悪影響を及ぼす。反対に、渦ベースの感知装置は、直接的な体積流量測定を伴う。しかしながら、渦ベースの感知装置を使用する流量の測定は、ガスの速度が低い場合、ガスの速度が渦の形成に影響を及ぼすため、悪影響を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１５１００３号パンフレット
【発明の概要】
【０００５】
本明細書の態様によれば、ガスを計量するシステムが開示される。システムは、入り口ポート、及び出口ポートを有するハウジングを含み、ここでハウジングは、入り口ポートと、出口ポートとの間を、ガスが流れることができるように構成されている。また、システムは、ハウジング内に配置された流量マネージャを含む。流量マネージャは、ハウジング内のガスの流れにおける、少なくとも１つの物理的特性を修正するように構成されている。さらに、システムは、ハウジング内に配置された流量センサを含む。流量センサは、ハウジング内のガスの流れ特性に応じて、電気信号を生成するように構成されている。その上、システムはまた、流量マネージャ、及び流量センサに、動作可能に結合されたプロセッサを含む。プロセッサは、電気信号の振幅特性、電気信号の時間特性、又は電気信号の振幅特性と時間特性との両方に基づき、ガスの少なくとも１つの流れパラメータを判定するように構成されている。
【０００６】
本明細書の別の態様によれば、ガスを計量する方法が開示される。方法は、ハウジング内のガスの流れにおける、少なくとも１つの物理的特性を修正することを含む。その上、方法はまた、ハウジング内のガスの流れ特性に応じて、電気信号を生成することを含む。さらに、方法は、電気信号の振幅特性、電気信号の時間特性、又は電気信号の振幅特性と時間特性との両方に基づき、ガスの少なくとも１つの流れパラメータを判定することを含む。
【０００７】
本明細書における、これら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の詳細な説明が、添付の図面を参照して読まれた場合に、よりよく理解されるであろう。貼付の図面では、同様の符号が、図面を通して、同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本明細書の態様による、ガスを計量するシステムの概略図である。
【図２】本明細書の態様による、ガスを計量する別のシステムの概略図である。
【図３】本明細書の態様による、異なる流れ様式でのセンサの応答を示すグラフである。
【図４Ａ】本明細書の態様による、ガスを計量する例示的な方法を示すフローチャートである。
【図４Ｂ】本明細書の態様による、ガスを計量する例示的な方法を示す、別のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書は、本明細書に記載された詳細な図、及び説明を参照することにより、最もよく理解されるであろう。様々な実施形態が、図を参照して、以下に説明される。しかしながら、これらの図に対する、本明細書に付与される詳細な記載は、説明を目的としたものであり、方法、及びシステムは、説明される実施形態を超えて拡大することを、当業者ならば容易に理解するであろう。
【００１０】
以下の明細書、及び特許請求の範囲では、単数形、及び「この」は、文脈が明確に否定しない限り、複数の指示対象を含む。本明細書で使用される場合、「又は」という用語は、文脈が明確に否定しない限り、排他的であることを意味するものではなく、存在する言及された部品のうち、少なくとも１つを指し、言及された部品の組み合わせが存在する可能性のある事例を含む。
【００１１】
本明細書で使用される場合、「得る」、及び「であり得る」という用語は、一連の状況、特定の性質、特性、もしくは機能の所持における、発生の可能性を示し、かつ／又は、資格を与えられた動詞に関連する、能力、性能、もしくは可能性のうち１つ以上を表現することにより、別の動詞に資格を与える。したがって、「得る」、及び「であり得る」の使用は、修飾された用語が、示された容量、機能、又は使用に対して、明らかに適切であるか、能力があるか、又は適しているということを示す一方で、何らかの状況では、修正された用語は、適切でないか、能力がないか、又は適していないことが、時にはあり得ることを、考慮に入れるものである。
【００１２】
図１は、本明細書の態様による、ガスを計量するシステム１００の概略図である。システム１００は、入り口ポート１０４、及び出口ポート１０６を有するハウジング１０２を含む。また、システム１００は、流量マネージャ１０８、流量センサ１１０、及びプロセッサ１１２を含む。必要に応じて、システム１００はまた、表示装置１１６を含んでもよい。流量マネージャ１０８、及び流量センサ１１０は、ハウジング１０２内に配置されてもよい。プロセッサ１１２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）（不図示）上に配置されてもよい。一実施形態では、ＰＣＢは、ハウジング１０２に接して、又はその周囲に配置されてもよい。その上、システム１００はまた、流量マネージャ１０８、流量センサ１１０、及びプロセッサ１１２に結合された電池（不図示）等の、エネルギー源を含んでもよい。エネルギー源は、流量マネージャ１０８、流量センサ１１０、及びプロセッサ１１２に、エネルギーを供給することができる。一実施形態では、流量マネージャ１０８は、入り口ポート１０４の近くに配置されてもよい。別の実施形態では、流量マネージャ１０８は、出口ポート１０６の近くに配置されてもよい。
【００１３】
システム１００は、図１に示されるように、管路１１４に動作可能に結合されてもよく、管路１１４を通って流れるガスを計量するように構成され得る。より詳細には、システム１００は、管路１１４を通って流れるガスが、入り口ポート１０４で受け入れられるように、管路１１４に、動作可能に結合されてもよい。その上、ハウジング１０２、及び出口ポート１０６は、ガスが、出口ポート１０６から排出されるように、並べられてもよい。一実施形態では、ハウジング１０２内を流れるガスの、少なくとも一部による流路が、破線１１８によって示され得る。管路１１４は、天然ガス等のガスを供給するための、家庭用設備、又は工業用設備の一部である場合がある。一実施形態では、入り口ポート１０４、及び出口ポート１０６が、ハウジング１０２の本体における必須の部分をなしている可能性がある。いくつかの他の実施形態では、入り口ポート１０４、及び出口ポート１０６は、ハウジング１０２に、動作可能に結合されてもよい。前述のように、システム１００は、管路１１４を通って流れるガスを計量するように構成され得る。本明細書で使用される場合、「計量する」という用語は、以下に限定されないが、質量流量、ガスの積算量、体積流量、所定の時間単位毎の累積ガス量、又はこれらの組み合わせを含む、ガスに関する１つ以上の流れパラメータを判定することを指すために使用される場合がある。
【００１４】
ハウジング１０２は、入り口ポート１０４から、ガスを受け入れるように構成され得る。また、ハウジング１０２は、入り口ポート１０４から、出口ポート１０６に、ガスが流れることができるように、さらに構成され得る。前述のように、流量マネージャ１０８、及び／又は流量センサ１１０は、ハウジング１０２内に配置されてもよい。より詳細には、一実施形態では、流量マネージャ１０８、及び／又は流量センサ１１０は、流量マネージャ１０８、及び／又は流量センサ１１０が、入り口ポート１０４から出口ポート１０６に流れるガスの、少なくとも一部の流路１１８に存在するように、ハウジング１０２内で並べられてもよい。
【００１５】
理解されるであろうように、以下に限定されないが、ガスの流れの分離性、ガスの圧力、ガスの温度、及びガスの不純物のレベルを含む、システム１００内を流れるガスの流れに関連する、様々な物理的特性が、測定結果に影響を及ぼす。したがって、ガスを計量する際、これらの物理的特性のうち、１つ以上に対処することが望ましい場合がある。本明細書の態様によれば、流量マネージャ１０８は、システム１００によって判定される測定結果における、１つ以上の物理的特性の影響を最小化するために、ハウジング１０２内のガスの流れにおける、少なくとも１つの物理的特性を修正するように構成される。
【００１６】
本明細書で使用される場合、「ガスの流れの分離性」という用語は、ガスの粘性の効果が重要であり得る、ハウジング１０２の表面等の表面の近傍で、ガスの流れの剥離を引き起こす能力を指すために使用される場合がある。通常、流体力学では、境界層とは、ガスの粘性の効果が重要であり得る、ハウジング１０２の表面等の、境界面の近傍における、流体（例えば、ガス）の層のことである。理解されるであろうように、、ガスの流れの剥離は、境界層が、圧力勾配に逆らって十分に移動し、物体（例えば、ハウジング１０２の表面）に対する境界層の速度が、実質的にゼロに近くなった場合に起こる。したがって、ガス流の剥離は、渦巻き、及び渦の形成に至り得る。例として、ガスの流れの分離性は、ガスの流れにおける層流性の不足と関係している場合がある。より詳細には、ガスの流れの分離性は、層流境界層等の境界層の剥離につながる可能性がある。
【００１７】
一実施形態では、ガスの少なくとも一部が、流量マネージャ１０８によって流れる。その上、ハウジング１０２内のガスの一部はまた、流量センサ１１０を通って流れることができる。流量センサ１１０は、ハウジング１０２内のガスの流れ特性に応じて、電圧信号、又は電流信号等の電気信号を生成するように構成され得る。「電気信号」という用語は、以下では、信号とも呼ばれる。流量センサ１１０のいくつかの例には、熱量測定流量センサ、熱線風速計、質量流量センサ、体積流量センサ、圧力センサ、温度センサ、又はこれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されるわけではない。その上、流量センサ１１０はまた、１つ以上の感知素子（図１には示されていない）を含んでもよい。感知素子の例には、マイクロ電気機械流量感知素子、サーモパイル、感温素子、感圧素子、又はこれらの組み合わせが含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。流量センサ１１０によって生成される電気信号は、振幅特性、及び時間特性を有し得る。振幅特性には、大きさ、規模、幅、又はこれらの組み合わせが含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。同様に、時間特性には、信号の期間、周波数、ゼロ交差率、位相、時間分解復調、周波数分解復調、又はこれらの組み合わせが含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。
【００１８】
また、プロセッサ１１２は、流量マネージャ１０８、及び流量センサ１１０に、動作可能に結合されている。一実施形態では、プロセッサ１１２は、ハウジング１０２内のガスの流れにおける、物理的特性の修正に役立つように、流量マネージャ１０８の機能を制御するように構成され得る。より詳細には、プロセッサ１１２は、流量マネージャ１０８が、ハウジング１０２内のガスの、１つ以上の物理的特性を修正することを可能にするために、流量マネージャ１０８を制御するように構成され得る。１つ以上の物理的特性の値を、対応する望ましい値の範囲内に維持することが、望ましい場合があることに留意されたい。一実施形態では、１つ以上の物理的特性における望ましい値の範囲は、プロセッサ１１２と関連するメモリ（不図示）に記憶される場合がある。
【００１９】
別の実施形態では、プロセッサ１１２は、流量センサ１１０によって生成される電気信号を受信するように構成され得る。また、プロセッサ１１２はまた、流量センサ１１０から受信された電気信号に基づき、ガスに関する少なくとも１つの流れパラメータを判定するように構成され得る。流れパラメータのいくつかの例には、ガスの質量流量、ガスの積算量、ガスの体積流量、所定の時間単位毎の累積ガス量、又はこれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されるわけではない。より詳細には、プロセッサ１１２は、電気信号の振幅特性、時間特性、又は振幅特性と時間特性との両方に基づき、流れパラメータを判定するように構成される。
【００２０】
一例では、プロセッサ１１２は、信号プロセッサであってもよい。この実施形態では、プロセッサ１１２は、流量センサ１１０から受信された電気信号の、スペクトル分析を実施するように構成され得る。スペクトル分析を実施するために、プロセッサ１１２によって実現され得る信号処理技法のいくつかの例には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、ヘテロダインの原理、位相ロックループ、又はこれらの組み合わせが含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。
【００２１】
また、特定の実施形態では、システム１００が、表示装置１１６を含んでもよい。一実施形態では、プロセッサ１１２によって判定される流れパラメータの値は、表示装置１１６上に可視化される場合がある。例として、表示装置１１６には、発光ダイオード（ＬＥＤ）表示装置、液晶表示装置（ＬＣＤ）等が含まれる場合がある。一実施形態では、表示装置１１６は、ハウジング１０２に接して配置されてもよい。しかしながら、特定の実施形態では、表示装置１１６は、遠隔地に配置されている場合がある。表示装置１１６は、プロセッサ１１２に、通信可能に結合され得る。一実施形態では、表示装置１１６は、有線媒体を介して、プロセッサ１１２に結合され得る。そのような例では、シリアル通信プロトコル、又はパラレル通信プロトコルが、プロセッサ１１２と、表示装置１１６との間のデータ通信に役立つように、実装され得る。
【００２２】
別の実施形態では、表示装置１１６は、無線通信リンクを介して、プロセッサ１１２に結合され得る。そのような構成では、システム１００は、無線通信リンクによる、プロセッサ１１２と、表示装置１１６との間のデータ通信に役立つように、無線通信装置（不図示）をさらに含んでもよい。例として、無線通信装置は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標）、又はＷｉ−Ｆｉ等の無線通信プロトコルを使用する場合がある。表示装置１１６が遠隔地に配置されている特定の実施形態では、無線通信装置は、Ｗｉ−Ｍａｘ等の無線通信プロトコル、及び／又は２Ｇ、３Ｇ、又は４Ｇ等の、セルラー方式の通信プロトコルを使用する場合がある。
【００２３】
さらに別の実施形態では、さらなる表示装置が、ハウジング１０２に配置された表示装置１１６に加えて、遠隔地に設置される場合がある。さらなる表示装置は、無線通信リンクを介して、プロセッサ１１２に結合され得る。無線通信装置は、無線通信リンクによる、プロセッサ１１２と、遠隔地に配置された表示装置との間のデータ通信に役立つ場合がある。
【００２４】
図１に対して説明されるように、ガスを計量するシステム１００を実現することにより、ガスの質量流量、ガスの積算量、ガスの体積流量、所定の時間単位毎の累積ガス量、又はこれらの組み合わせ等の流れパラメータを判定するのに役立つ。その上、こうして判定された流れパラメータは、ガス密度の変動、水分の変動、ガス混合の変動等による影響を受けない可能性がある。
【００２５】
図２は、本明細書の態様による、ガスを計量するシステム２００の、別の実施形態の概略図である。図２は、図１の要素を用いて論じられている。システム２００は、入り口ポート２０４、及び出口ポート２０６を有するハウジング２０２を含む。現在検討されている構成では、システム２００は、流量マネージャ２０８、ガス分析計２０７、流量センサ２１０、プロセッサ２１２、状態検出装置２１８、及び改ざん検出装置２２０をさらに含んでもよい。システム２００はまた、表示装置２１６を含んでもよい。その上、システム２００はまた、電池（不図示）等のエネルギー源、及び無線通信装置（不図示）を含んでもよい。エネルギー源は、流量マネージャ２０８、ガス分析計２０７、流量センサ２１０、プロセッサ２１２、状態検出装置２１８、及び改ざん検出装置２２０に、エネルギーを供給することができる。無線通信装置は、プロセッサ２１２に結合され得る。ハウジング２０２、入り口ポート２０４、出口ポート２０６、流量マネージャ２０８、流量センサ２１０、プロセッサ２１２、管路２１４、表示装置２１６、エネルギー源、及び無線通信装置の配置、及び／又は機能性は、図１の対応する要素と同様であり得ることに留意されたい。
【００２６】
一実施形態では、システム２００は、管路２１４に、動作可能に結合されてもよく、管路２１４を通って流れるガスを計量するように構成され得る。例として、図２の実施形態では、システム２００は、管路２１４を通って流れるガスの体積流量等の流れパラメータを判定するように構成される。システム２００はまた、以下に限定されないが、ガスの質量流量、ガスの積算量、所定の時間単位毎の累積ガス量、又はこれらの組み合わせを含む、他の流れパラメータを判定するように構成され得る。
【００２７】
一実施形態では、流量マネージャ２０８は、ハウジング２０２内で並べられてもよい。流量マネージャ２０８は、ハウジング２０２内のガスの流れにおける、少なくとも１つの物理的特性を修正するように構成される。例示的な一実施形態では、流量マネージャ２０８は、流量制御装置２２６、流量調節装置２２８、及び不純物分離装置２３０を含んでもよい。
【００２８】
流量制御装置２２６は、入り口ポート２０４から出口ポート２０６、又はその逆のガスの流れを、選択的に停止させるように構成された遮断弁（不図示）を含んでもよい。一実施形態では、遮断弁は、入り口ポート２０４の近くに配置されてもよい。別の実施形態では、遮断弁は、出口ポート２０６の近くに配置されてもよい。その上、流量調節装置２２８は、ハウジング２０２内の、ガスの流れの分離性を制御するように構成され得る。ガスの流れの分離性を制御することには、乱流、スワール、及び／又はガスの流れにおける、非対称な流れの外形を低減させることが含まれる場合がある。
【００２９】
不純物分離装置２３０は、ハウジング２０２を通って流れるガスから、不純物を除去するように構成され得る。天然ガス等のガスの不純物には、塵、異物、グリコール、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、二酸化硫黄（ＳＯ2）、メチルメルカプタン（ＣＨ4Ｓ）、硫化カルボニル（ＯＣＳ）、二硫化炭素（ＣＳ2）、窒素、二酸化炭素（ＣＯ2）、水蒸気、及びこれらの組み合わせの１つ以上が含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。不純物分離装置２３０の様々な例には、サイクロン式塵分離装置、炭、活性炭素、モノエチルアミン（ＭＥＡ）溶液、敷き詰めた鉄屑等が含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。一実施形態では、不純物分離装置２３０は、ハウジング１０２の内面に近接して配置されてもよい。より詳細には、不純物分離装置２３０は、ハウジング２０２のいずれかの角に近接して配置されてもよい。そのような構成では、不純物分離装置２３０によって除去された不純物は、ハウジング２０２の角の周りに堆積する場合がある。しかしながら、特定の実施形態では、不純物分離装置２３０は、ハウジング２０２内の他の場所に、位置付けられる可能性がある。
【００３０】
また、特定の実施形態では、ガス分析計２０７も、ハウジング２０２内に配置され得る。一実施形態では、ガス分析計２０７は、ガス分析計２０７が、流量マネージャ２０８の１つ以上の要素と整列するように、配置されてもよい。他の実施形態では、ガス分析計２０７は、ハウジング２０２内の他の場所に配置されてもよい。ガス分析計２０７は、ガスの非流量特性のうち１つ以上を判定するように構成される。一例では、ガスの非流量特性には、ガス密度、ガスの混合及び組成、ガス温度、ガス圧、湿度、ガスのエネルギー含量、ガスに含まれる様々な不純物のレベル、又はこれらの組み合わせ等の特性が含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。また、ガス分析計２０７は、ガスの構成、温度、圧力、及びガスの（エネルギー含量を示す）カロリー値、並びに／又はハウジング２０２を通って流れるガスの様々な不純物のレベルを判定するのに役立つ、１つ以上のセンサを含んでもよい。ガス分析計２０７はまた、非流量特性の判定された値を、プロセッサ２１２に伝えるように構成され得る。
【００３１】
その上、流量センサ２１０はまた、ハウジング２０２内に配置されている。流量センサ２１０のいくつかの例には、熱量測定流量センサ、熱線風速計、質量流量センサ、体積流量センサ、圧力センサ、温度センサ、又はこれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されるわけではない。説明を簡単にするために、図２の一例では、流量センサ２１０が、質量流量センサ、及び体積流量センサの組み合わせとして描かれている。本明細書の一実施形態では、流量センサ２１０は、流導管２２２、バイパスチャネル２２４、流れかく乱装置２０９、及び感知素子２１１等の、１つ以上の感知素子のうち、１つ以上を含んでもよい。流導管２２２は、ハウジング２０２内を流れるガスの流れの少なくとも一部が、流導管２２２を通ることが可能なように構成され得る。
【００３２】
その上、一実施形態では、流れかく乱装置２０９が、図２に示されるように、流導管２２２内に配置されてもよい。図２の実施形態では、流れかく乱装置２０９は、流量センサ２１０の一部であると示されているが、流量マネージャ２０８、及び／又はガス分析計２０７と併せた流れかく乱装置２０９の使用も、検討される。流れかく乱装置２０９が、ガス分析計２０７内に配置される事例では、流れかく乱装置は、ガスの非流量特性の判定に役立つ場合がある。特定の実施形態では、流れかく乱装置２０９は、ハウジング２０２内で、流量センサ２１０の外側に配置されてもよい。
【００３３】
流れかく乱装置２０９は、ハウジング２０２、及び／又は流導管２２２内のガスの流れに、乱れを付与するように構成され得る。ガスの流れに生じた乱れは、渦の変動、圧力の変動、及び／又は速度の変動という形態である可能性がある。流れかく乱装置２０９は、丸みのある流れかく乱装置、平面状の流れかく乱装置、長方形の流れかく乱装置、及びこれらの組み合わせを含む形状を有する場合があるが、これらに限定されるわけではない。
【００３４】
バイパスチャネル２２４は、流導管２２２と流体連通していてもよい。より詳細には、図２に示されるように、一実施形態では、バイパスチャネル２２４は、バイパスチャネル２２４が流導管２２２の外部に配置されるように、位置付けられてもよい。他の実施形態では、バイパスチャネル２２４は、流導管２２２内に配置されてもよい。
【００３５】
例示的な一実施形態では、流導管２２２、バイパスチャネル２２４、流れかく乱装置２０９、及び／又は感知素子２１１は、幾何学的関係を有するように構成され得る。バイパスチャネル２２４、流導管２２２、流れかく乱装置２０９、及び感知素子２１１の間の幾何学的関係を判定するために使用され得る、いくつかの例示的なパラメータには、バイパスチャネル２２４、流導管２２２、及び流れかく乱装置２０９のそれぞれの寸法、バイパスチャネル２２４、及び／又は感知素子２１１に対する、流導管２２２内での、流れかく乱装置２０９の位置付け、流導管２２２の寸法に対する流れかく乱装置２０９の寸法、又はこれらの組み合わせが含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。また、流導管２２２、バイパスチャネル２２４、流れかく乱装置２０９、及び／又は感知素子２１１の間の幾何学的関係は、幾何学的関係が、バイパスチャネル２２４の入り口でのガス流の圧力と、バイパスチャネル２２４の出口でのガス流の圧力との間の位相差を確立するのに役立つように、選択され得る。さらに、この位相差の値は、位相差が、感知素子２１１によって生成される電気信号の、信号対ノイズ比を高める結果になるように、選択され得る。例として、位相差は、バイパスチャネル２２４の入り口での流圧と、バイパスチャネル２２４の出口での流圧とでは、互いに対して、実質的に位相が異なるように、選択され得る。このような位相差は、感知素子２１１によって生成される電気信号の、コモンモードのノイズの影響を、効果的に抑制するのに役立つ場合がある。
【００３６】
一実施形態では、バイパスチャネル２２４、及び流れかく乱装置２０９は、バイパスチャネル２２４内を流れるガスの、少なくともいくつかの流れ特性が、影響を受けるように、流導管２２２内に並べられる。例として、バイパスチャネル２２４、及び流れかく乱装置２０９は、バイパスチャネル２２４内を流れるガスの流量が変動するように、位置付けられてもよい。より詳細には、一実施形態では、流導管２２２、バイパスチャネル２２４、及び流れかく乱装置２０９は、流導管２２２を通って流れるガスの流量が低い（層流である）場合、流導管２２２内のガスの流れに、乱れが付与されないような寸法にされ、並べられ得る。したがって、渦は、ガスの流れが層流である場合、流導管２２２内に形成されない。渦が流導管２２２内に形成されない、このような低流量の範囲は、一般に、第１の流れ様式と呼ばれる場合がある。
【００３７】
別の実施形態では、流導管２２２、バイパスチャネル２２４、及び流れかく乱装置２０９は、流導管２２２を通って流れるガスの流量が高い場合、乱れが、流れかく乱装置２０９により、ガスの流れに付与され得るような寸法にされ、並べられ得る。したがって、渦は、ガスの流量が高い場合に、流導管２２２内を流れるガスに形成される。「第２の流れ様式」という用語が、流導管２２２内を流れるガスにおける渦の形成につながる、このような高流量の範囲を指すために使用される場合がある。第２の流れ様式では、渦は、時間特性、例えば渦の周波数（Ｖf）が、流導管２２２を通って流れるガスの体積流量に比例するように、形成され得る。
【００３８】
また、一実施形態では、感知素子２１１が、バイパスチャネル２２４に配置されてもよい。別の実施形態では、感知素子２１１は、流導管２２２に配置されてもよい。感知素子２１１の例には、マイクロ電気機械流量感知素子、サーモパイル、感温素子、感圧素子が含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。一実施形態では、サーモパイル、感温素子、及び感圧素子は、１つ以上のマイクロ電気機械感知（ＭＥＭＳ）素子を含んでもよい。第２の流れ様式において、流れかく乱装置２０９によって付与される乱れは、バイパスチャネル２２４の入り口、及び／又は出口で、振動圧力の変動を引き起こす場合がある。このような振動圧力の変動は続いて、バイパスチャネル２２４を通って流れるガスの流れにおける、測定可能な周波数変調を引き起こす場合がある。第１の流れ様式に対応する流量は、バイパスチャネル２２４の入り口、及び出口での実質的な定常圧力、又はバイパスチャネル２２４における定常流につながる可能性があることに留意されたい。
【００３９】
前述のように、流量センサ２１０の感知素子２１１は、ハウジング２０２内を流れるガスの流れ特性に応じて、電気信号を生成するように構成される。例えば、電気信号は、電圧（Ｖ）信号、又は電流（Ｉ）信号であってもよい。したがって、渦が流導管２２２を通って流れるガスに形成される第２の流れ様式では、感知素子２１１は、交流電流（ＡＣ）電圧信号を生成することができる。こうして生成されるＡＣ電圧信号の周波数（Ｖf）は、ハウジング２０２を通って流れるガスの体積流量（例えば、リットル／秒）に、比例するか、又は直接関係する。説明を簡単にするために、周波数（Ｖf）等のパラメータが、ＡＣ電圧信号の時間特性を表すために使用される。しかしながら、本明細書の実施形態はまた、ＡＣ電圧信号の他の時間特性に適用可能である。一実施形態では、生成されたＡＣ電圧信号は、ゼロ値からずれている場合がある。したがって、こうして生成されたＡＣ電圧信号はまた、直流（ＤＣ）値を有する場合がある。
【００４０】
しかしながら、渦が形成されない第１の流れ様式では、流量センサ２１０の感知素子２１１は、ハウジング２０２を通って流れるガスの質量流量（例えば、キログラム／秒）に関する、ある大きさを有するＤＣ電圧（Ｖamp）を生成することができる。理解されるであろうように、ガスの体積流量は、少なくともガスの密度に基づいて判定され得る。また、前述のように、ガスの密度は、圧力、温度、ガス組成、又はこれらの組み合わせ等の、ガスに関連する様々な要因に応じて、実質的に変動する可能性がある。したがって、第１の流れ様式では、ガスの質量流量は、ガスの体積流量の明確な指標にはなり得ない。したがって、質量流量に基づき体積流量を判定することは、困難な仕事である恐れがある。
【００４１】
図３は、本明細書の態様による、異なる流れ様式における、図２の流量センサ２１０等のセンサの応答を示すグラフ３００である。図３は、図２の要素を用いて説明される。グラフ３００のＸ軸３０２は、流量を表し、Ｙ軸３０４は、流量センサ２１０の感知素子２１１によって生成される電圧信号の大きさ（Ｖamp）、及び周波数（Ｖf）を表す。流量センサ２１０によって生成される電圧信号の大きさ（Ｖamp）、及び周波数（Ｖf）は、センサ応答と呼ばれる場合がある。グラフ３００に示されるように、第１の流れ様式は、湾曲３０６によって表すことができ、第２の流れ様式は、湾曲３０８によって表すことができる。図３では、湾曲３０６、及び湾曲３０８は、説明を簡単にするために、直線として描かれており、流量３０２と、センサ応答３０４との間の線形関係を示すと解釈されるべきではないことに留意されたい。
【００４２】
また、参照数字３１０が、以下に第３の流れ様式と呼ばれる流れ様式を表すために使用される。ここでは、第１の流れ様式３０６、及び第２の流れ様式３０８が、重複する。図３に示されるように、第３の流れ様式３１０は、第２の流れ様式３０８の下端の近くに配置されている。したがって、第３の流れ様式３１０では、渦が、流導管２２２を流れるガスに形成される可能性がある。第３の流れ様式３１０での、ガスにおける渦の形成の結果、ＡＣ電圧信号が、流量センサ２１０の感知素子２１１によって生成され得る。しかしながら、第３の流れ様式３１０は、第１の流れ様式３０６にも近接しており、これにより、感知素子２１１によって生成される電圧信号の大きさ（Ｖamp）等の、振幅特性の測定が可能になる。したがって、第３の流れ様式３１０は、流量センサ２１０によって生成される電圧信号の、時間特性と振幅特性との両方が測定可能な、流量の範囲によって特徴付けられ得る。一実施形態では、電圧信号の大きさ（Ｖamp）等のパラメータが、説明を簡単にするために、電圧信号の振幅特性を表すために使用される。しかしながら、本明細書の実施形態は、以上に列挙されたものとは別の振幅特性にも適用可能である。
【００４３】
図２を再度参照すると、第３の流れ様式３１０（図３参照）の特性が、校正関数を開発するために利用され得る。一実施形態では、校正関数は、システム２００の学習フェーズ中に開発される場合がある。別の実施形態では、校正関数は、システム２００が、ガスを計量するために稼働している際に、開発される場合がある。さらに別の実施形態では、学習フェーズ中に開発される校正関数は、システム２００が、ガスを計量するために稼働している際に、（継続的に、又は定期的に）更新され得る。システム２００が稼働している際の、校正関数のこの動的更新は、システム２００の自動再校正と呼ばれる場合がある。
【００４４】
理解されるであろうように、第２の流れ様式における渦の存在により、ハウジング２０２内のガスの、体積流量の測定が可能になる。しかしながら、第１の流れ様式では、ガスにおける渦の不在により、体積流量を判定することは、実行可能ではない場合がある。本明細書の一態様によれば、システム２００は、システム２００が、第１の流れ様式において、体積流量を得ることが可能なように、校正関数を決定するように構成され得る。校正関数は、第３の流れ様式において、電圧信号の周波数（Ｖf）に基づき判定された体積流量と、電圧信号の大きさ（Ｖamp）に基づき判定された質量流量との間の関係を表す。
【００４５】
一実施形態では、学習フェーズ中、システム２００は、第３の流れ様式において、異なる流量に関する、ガスの体積流量と、ガスの質量流量との両方を判定するように構成され得る。例えば、学習フェーズでは、第３の流れ様式に対応する流量を有するガスが、ハウジング２０２を通って流される。プロセッサ２１２は、感知素子２１１によって生成される電圧信号の、周波数（Ｖf）、及び大きさ（Ｖamp）のそれぞれに基づき、体積流量と、質量流量との両方を判定するように構成され得る。一実施形態では、学習フェーズ中、プロセッサ２１２はまた、体積流量、及び質量流量を判定しつつ、ガス分析計２０７から、ガスの非流量特性の値を得るように構成され得る。前述のように、ガスの非流量特性のいくつかの例には、ガスの構成、温度、圧力、及びガスのカロリー値、並びに／又はガスに含まれる様々な不純物のレベルのうち、１つ以上が含まれる場合がある。この処理は、第３の流れ様式に対応する流量の、異なる値のために繰り返される場合がある。プロセッサ２１２は、体積流量の値、質量流量の値、及び第３の流れ様式に関連する、異なる流量に対応する、ガスの１つ以上の非流量特性の値に基づき、校正関数を開発するように構成され得る。
【００４６】
校正関数が、学習フェーズ中に、システム２００によって決定されると、システム２００は、管路２１４に動作可能に結合され得る。理解されるであろうように、渦は、管路２１４内のガスの流量に応じて、流導管２２２内に形成される場合もあり、形成されない場合もある。一実施形態では、ガスの流量により、ガスにおける渦の形成が可能になる場合（例えば、第２の流れ様式）、ＡＣ電圧信号が、感知素子２１１によって生成される。プロセッサ２１２は、感知素子２１１によって生成されたＡＣ電圧信号の周波数（Ｖf）基づき、ガスの体積流量等の流れパラメータを判定するように構成され得る。一実施形態では、プロセッサ２１２は、電圧信号から、ガスの体積流量を判定するために、スペクトル分析を利用する場合がある。その上、一実施形態では、プロセッサ２１２はまた、判定されたガスの体積流量を、表示装置２１６上に表示するように構成され得る。
【００４７】
別の実施形態では、ガスの流量が、流導管２２２内での渦の形成を伴わない（例えば、第１の流れ様式）場合、ＤＣ電圧信号が、感知素子２１１によって生成され得る。したがって、プロセッサ２１２は、ＤＣ電圧信号の大きさ（Ｖamp）を判定することができる。そのような例では、プロセッサ２１２は、電圧信号の大きさ（Ｖamp）に基づき、ガスの質量流量を判定するように構成され得る。また、プロセッサ２１２は、システム２００の学習フェーズ中に開発された校正関数に基づき、ガスの体積流量を判定するように構成され得る。その上、一実施形態では、プロセッサ２１２はまた、判定されたガスの体積流量を、表示装置２１６上に表示するように構成され得る。
【００４８】
さらに、システム２００はまた、状態検出装置２１８を含んでもよい。一実施形態では、状態検出装置２１８は、ハウジング２０２に接して、又はその周囲に配置されてもよい。状態検出装置２１８は、１つ以上の環境条件の発生、及び／又はシステム２００からのガス漏れを検出するように構成され得る。１つ以上の環境条件には、地震、火事、洪水、吹雪、嵐、又はこれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されるわけではない。環境条件、及び／又はガス漏れを検出するために、状態検出装置２１８は、地震、火事、洪水、吹雪、ガス漏れ、嵐、又はこれらの組み合わせの検出に役立つ、１つ以上のセンサを含んでもよい。その上、改ざん検出装置２２０はまた、ハウジング２０２に接して、又はその周囲に配置されてもよく、システム２００のいかなる改ざんも検出するように構成され得る。
【００４９】
一実施形態では、状態検出装置２１８は、環境条件、及び／又はガス漏れの検出を示す信号を、プロセッサ２１２に伝えるように構成され得る。また、一実施形態では、改ざん検出装置２２０は、システム２００の改ざんを示す信号を、プロセッサ２１２に伝えるように構成され得る。１つ以上のこのような信号を、状態検出装置２１８、及び／又は改ざん検出装置２２０から受信すると、プロセッサ２１２は、ハウジング２０２を通るガスの流れを停止させるために、遮断弁を稼働させるように構成され得る。
【００５０】
図２に示される現在検討されている構成では、流導管２２２は、流量センサ２１０内に配置されているものとして示されている。しかしながら、いくつかの実施形態では、流導管２２２は、ハウジング２０２の内側で、入り口ポート２０４と出口ポート２０６との間で流体連通している場合がある。その上、特定の実施形態では、ガス分析計２０７、流量マネージャ２０８、及び／又は流れかく乱装置２０９は、流導管２２２内に配置されてもよい。そのような構成では、流量センサ２１０は、バイパスチャネル２２４に配置された感知素子２１１を含んでもよい。
【００５１】
前述のように、第１の流れ様式では、渦が、ハウジング２０２内を流れるガスに形成されず、流量センサ２１０の感知素子２１１は、大きさ（Ｖamp）等の振幅特性を有するＤＣ電圧を生成することができる。また、第２の流れ様式では、渦が、ハウジング２０２内を流れるガスに形成され、感知素子２１１は、周波数（Ｖf）等の時間特性を有するＡＣ電圧信号を生成することができる。本明細書の態様によれば、システム２００は、システム２００の１つ以上の部品が誤作動した場合、自己診断を実施するように構成され得る。一実施形態では、プロセッサ２１２は、システム２００の自己診断に役立つように、用いられる場合がある。一実施形態では、プロセッサ２１２は、１つ以上の誤作動している部品を識別するために、用いられる場合がある。例として、プロセッサ２１２は、ＤＣ電圧の振幅特性が、第２の流れ様式において、著しく測定できる場合、及び／又はＡＣ電圧信号の時間特性が、第１の流れ様式において、著しく測定できる場合に、流量センサ２１０が誤作動していると診断するように構成され得る。流量センサ２１０のこのような誤作動に関する、１つの考えられる理由は、感知素子２１１の表面、又は周囲における、不純物の蓄積である可能性がある。本明細書の態様によれば、流量センサ２１０の誤作動が識別されると、プロセッサ２１２は、校正関数を更新し、これによりシステム２００を再校正するように構成され得る。システム２００を再校正することは、感知素子２１１の表面、又は周囲における、不純物の蓄積の影響を相殺するのに役立つ。
【００５２】
図１に対して説明されるように、ガスを計量するシステム２００を実現することは、ガスの質量流量、ガスの積算量、ガスの体積流量、所定の時間単位毎の累積ガス量、又はこれらの組み合わせ等の流れパラメータを判定するのに役立つ。より詳細には、流れパラメータは、異なる流れ様式に対応して判定され得る。その上、こうして判定された流れパラメータは、ガス密度の変動、水分の変動、ガス混合の変動等による影響を受けない可能性がある。
【００５３】
図４Ａ、及び図４Ｂは、本明細書の態様による、ガスを計量する例示的な方法を表す、フローチャート４００を示す。図４Ａ、及び図４Ｂの方法は、図２の要素を用いて説明される。前述のように、システム２００は、ハウジング２０２、入り口ポート２０４、出口ポート２０６、ガス分析計２０７、流量マネージャ２０８、及び流量センサ２１０を含む。流量センサ２１０は、流導管２２２、バイパスチャネル２２４、流れかく乱装置２０９、及び感知素子２１１のうち、１つ以上を含んでもよい。システム２００は、ハウジング２０２に接して、又はその周囲に配置された、プロセッサ２１２、表示装置２１６、状態検出装置２１８、及び改ざん検出装置２２０をさらに含んでもよい。例示的な一実施形態では、システム２００は、管路２１４に動作可能に結合されてもよく、管路２１４を通って流れるガスを計量するように構成され得る。
【００５４】
一実施形態では、学習フェーズ中、システム２００は、第３の流れ様式において、ガスの体積流量と質量流量との関係を示す校正関数を開発するようにトレーニングされる場合がある。前述のように、第３の流れ様式は、第１の流れ様式と、第２の流れ様式との重複領域を有する。別の実施形態では、校正関数は、システム２００が、ガスを計量するために稼働している際に、開発される場合がある。さらに別の実施形態では、学習フェーズ中に開発される校正関数は、システム２００がガスを計量するために稼働している際に、継続的、又は定期的に、更新され得る。
【００５５】
ガスが、入り口ポート２０４を通って、システム２００に入ると、ガスの一部は、流量センサ２１０を通過する場合がある。ハウジング２０２からのガスは、出口ポート２０６から出ることができる。
【００５６】
ステップ４０２によって示されるように、システム２００は、環境条件、システム２００からのガス漏れ、及び／又はシステム２００の改ざんのうち、１つ以上を監視するように構成され得る。環境条件のいくつかの例には、地震、火事、洪水、吹雪、嵐、又はこれらの組み合わせが含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。前述のように、環境条件、及び／又はガス漏れのうち１つ以上は、状態検出装置２１８によって監視され得る。システム２００の改ざんは、改ざん検出装置２２０によって監視され得る。
【００５７】
また、環境条件、システム２００からのガス漏れ、及び／又はシステム２００の改ざんのうち、１つ以上の発生を判定するために、ステップ４０４で、チェックが実行される場合がある。一実施形態では、状態検出装置２１８、及び／又は改ざん検出装置２２０は、環境条件、システム２００からのガス漏れ、及び／又はシステム２００の改ざんの発生を示す信号を生成するように構成される。プロセッサ２１２は、状態検出装置２１８、及び／又は改ざん検出装置２２０から受信された信号に基づき、環境条件、システム２００からのガス漏れ、及び／又はシステム２００の改ざんのうちいずれかの発生を検出するように構成される。ステップ４０４では、環境条件、ガス漏れ、又は改ざんのいずれかの発生が判定された場合、システム２００は、ステップ４０６によって示されるように、停止され得る。別の実施形態では、システム２００は、特定の課金に関する問題が発生した場合、停止され得る。例えば、システム２００は、顧客が所定の期間内に支払いをしなかった場合、停止される場合がある。システム２００を停止するために、一実施形態では、プロセッサ２１２は、流導管２２２を通るガスの流れを停止するために、流量マネージャ２０８内に配置された遮断弁を稼働させるように構成される。
【００５８】
図４Ａ〜図４Ｂのフローチャート４００は、ステップ４０２、ステップ４０４、及びステップ４０６を、最初に実施されるものとして示しているが、ステップ４０２〜ステップ４０６は、ガスを計量する過程のいつ実施されてもよいことに留意されたい。一実施形態では、環境条件、ガス漏れ、及びシステム２００の改ざんは、システム２００が稼働している間、継続的に監視され得る。
【００５９】
しかしながら、ステップ４０４では、環境条件、又はガス漏れが起こっておらず、かつ／又はシステム２００が改ざんされていないと判定された場合、流導管２２２におけるガスの流れの、少なくとも１つの物理的特性が、ステップ４０８によって示されるように、修正され得る。理解されるであろうように、以下に限定されないが、ガスの流れの分離性、ガスの圧力、ガスの温度、ガスの不純物のレベル、又はこれらの組み合わせを含む物理的特性は、測定結果に影響を及ぼす可能性がある。したがって、ガスの計量中、これらの物理的特性のうち、１つ以上に対処することが望ましい場合がある。このため、ガスの流れにおける物理的特性のうち、少なくとも１つが、ステップ４０８によって示されるように、修正される。一例では、少なくとも１つの物理的特性が、プロセッサ２１２の制御下で、流量マネージャ２０８によって修正される場合がある。
【００６０】
その後、ステップ４１０では、ガスの非流量特性のうち１つ以上が、判定され得る。一実施形態では、１つ以上の非流量特性が、ガス分析計２０７によって判定され得る。非流量特性のいくつかの例には、ガス密度、ガス温度、ガス圧、ガス混合、ガスのエネルギー含量、ガスに含まれる様々な不純物のレベル、又はこれらの組み合わせが含まれる場合があるが、これらに限定されるわけではない。一実施形態では、流れかく乱装置２０９等の流れかく乱装置が、ガス分析計２０７内に配置された場合、流れかく乱装置２０９はまた、非流量特性の判定に役立つ可能性がある。
【００６１】
また、ステップ４１２では、ハウジング２０２、及び／又は流導管２２２内でのガスの流れは、流れかく乱装置２０９によってかく乱され得る。一実施形態では、ガスの流れ特性のうち、少なくともいくつかが、ガスの流れにおける、流れかく乱装置２０９によって付与された乱れにより、修正される場合がある。例えば、ガスの流量に応じて、渦が、流導管２２２を流れるガスに形成され得る。
【００６２】
また、電気信号が、ステップ４１４によって示されるように、ハウジング２０２内のガスの流れ特性に応じて、流量センサ２１０によって生成され得る。一実施形態では、感知素子２１１が、電気信号を生成するために、流量センサ２１０内で用いられる場合がある。前述のように、渦がガスに形成されない場合、ＤＣ電圧信号が、感知素子２１１によって生成され得る。しかしながら、渦がガスに形成される場合、ＡＣ電圧信号が、感知素子２１１によって生成され得る。特定の実施形態では、ＡＣ電圧信号はまた、ＤＣ値を有し得る。電圧信号の振幅特性、及び／又は時間特性は、流導管２２２を通って流れるガスの流量に、比例するか、又は直接関係する可能性がある。感知素子２１１によって生成された電気信号（例えば、電圧信号）はその後、ステップ４１６によって示されるように、ガスの流れに対応する流れ様式を判定するために処理され得る。一実施形態では、電圧信号は、流れ様式を判定するために、電気信号のスペクトル分析を実施することにより、プロセッサ２１２によって処理され得る。
【００６３】
したがって、ステップ４１８では、システム２００を通って流れるガスの流れに対応する流れ様式が、第１の流れ様式かどうかを判定するために、チェックが実行される場合がある。一実施形態では、プロセッサ２１２は、システム２００を通って流れるガスの流れに対応する流れ様式を判定するために、使用される場合がある。
【００６４】
一実施形態では、ＤＣ信号が、流量センサ２１０から、プロセッサ２１２によって受信された場合、プロセッサ２１２は、ガスの流量の流れ様式が、第１の流れ様式であると判定するように構成され得る。例として、流量センサ２１０から受信された電圧信号の周波数の値が、ゼロであった場合、プロセッサ２１２は、ガスの流量の流れ様式が、第１の流れ様式であると判定するように構成され得る。別の例では、プロセッサ２１２は、電圧信号のＤＣ電圧レベルに基づき、ガスの流量の流れ様式が第１の流れ様式であると判定するように構成され得る。
【００６５】
ステップ４１８では、ガスの流れに対応する流れ様式が、第１の流れ様式であると判定された場合、質量流量は、ステップ４２２によって示されるように、ＤＣ電圧信号の振幅特性に基づいて判定され得る。一実施形態では、ガスの質量流量は、プロセッサ２１２によって判定される。
【００６６】
その上、ステップ４２３では、校正関数が更新される。校正関数は、ガスの構成、温度、圧力、及びガスのカロリー値、並びに／又はガスに含まれる様々な不純物のレベルのうち、１つ以上等の、非流量特性の瞬時値に応じて、更新され得る。一実施形態では、システム２００の初めての使用に関して、校正関数を更新することは、校正関数を開発することを含む。
【００６７】
その後、ステップ４２４では、ガスの体積流量が、ステップ４２２で判定されたガスの質量流量に基づき、プロセッサ２１２によって判定され得る。別の実施形態では、プロセッサ２１２は、学習フェーズ中に決定された校正関数、又はステップ４２３で決定された、更新された校正関数を使用して、ガスの質量流量を処理することにより、ガスの体積流量を判定するように構成され得る。制御は、ステップ４２６に進み得る。
【００６８】
ステップ４１８に戻って参照すると、ＡＣ電圧信号が、流量センサ２１０から、プロセッサ２１２によって受信された場合、プロセッサ２１２は、ガスの流れに対応する流れ様式が、第１の流れ様式ではないと判定するように構成され得る。例として、電圧信号の周波数の値が、ゼロではない場合、プロセッサ２１２は、ガスの流量に対応する流れ様式が、第１の流れ様式ではないと判定するように構成され得る。
【００６９】
ステップ４１８では、ガスの流れに対応する流れ様式が、第１の流れ様式ではないと判定された場合、ガスの流れに対応する流れ様式が、第３の流れ様式かどうか、又は非流量特性の何らかの瞬時値が変化したかどうかを判定するために、ステップ４１９で、さらなるチェックが実行される場合がある。ガスの流れに対応する流れ様式が、第３の流れ様式であると判定されるか、又は非流量特性の何らかの瞬時値が変化したと判定された場合、学習フェーズ中に決定された校正関数は、ステップ４２１によって示されるように、更新され得る。校正関数は、ガスの構成、温度、圧力、及びガスのカロリー値、並びに／又はガスに含まれる様々な不純物のレベルのうち、１つ以上等の、非流量特性の瞬時値に応じて、更新され得る。一実施形態では、システム２００の初めての使用に関して、校正関数を更新することは、校正関数を開発することを含む場合がある。
【００７０】
しかしながら、ステップ４１９では、ガスの流れに対応する流れ様式が、第３の流れ様式であるとも、非流量特性の瞬時値に何らかの変化があるとも、判定されない場合、プロセッサ２１２は、ガスの流量に対応する流れ様式が、第２の流れ様式であると判定するように構成され得る。したがって、ガスの体積流量は、ステップ４２０によって示されるように、ＡＣ電圧信号の時間特性に基づき判定され得る。一実施形態では、ガスの体積流量は、プロセッサ２１２によって判定される。制御は、ステップ４２６に進み得る。
【００７１】
ステップ４２６では、さらなる流れパラメータが、判定され得る。一実施形態では、ガスの積算量等のさらなる流れパラメータが、ステップ４２０、又はステップ４２４のいずれかで判定された体積流量に基づき、プロセッサ２１２によって判定され得る。前述のように、校正関数は、温度の瞬時値、及び／又はハウジング２０２内のガスの圧力に応じて、開発済み、かつ／又は更新済みである。したがって、体積流量、及び／又はさらなる流れパラメータが、更新された校正関数により、ガスの質量流量を処理した後に判定されるため、体積流量、及び／又はさらなる流れパラメータの判定された値は、体積流量、及び／又はさらなる流れパラメータに関する、温度、及び／又は圧力の訂正された値を表すことができる。
【００７２】
その上、体積流量、及び／又はさらなる流れパラメータの判定された値は、ステップ４２８で示されるように、表示装置上に可視化され場合がある。一実施形態では、プロセッサ２１２は、体積流量、及び／又はさらなる流れパラメータを、表示装置２１６上に表示するように構成される。
【００７３】
また、特定の実施形態では、体積流量、及び／又はさらなる流れパラメータの値は、ステップ４３０によって示されるように、遠隔地に伝えられる場合がある。いくつかの実施形態では、体積流量、及び／又はさらなる流れパラメータの値は、遠隔地に配置された１つ以上の表示装置に伝えられる場合がある。一実施形態では、プロセッサ２１２は、無線通信を通じて、体積流量、及び／又はさらなる流れパラメータの値を、１つ以上の遠隔地に配置された表示装置に伝えるように構成され得る。
【００７４】
特定の実施形態では、体積流量、及びガスの積算量等のさらなる流れパラメータの判定された値は、それぞれの顧客に対して請求を行うために使用される場合がある。より詳細には、請求額は、ガスの積算量に基づき判定され得る。
【００７５】
前述のステップ、及び／又はシステムの要素のいずれも、適切に置き換えられるか、再度順序付けられるか、又は省かれる可能性があり、さらなるステップ、及び／又はシステムの要素が、特定の用途の必要性に応じて挿入可能である。前述の実施形態のシステムは、多種多様な適切な処理、及びシステムの要素を用いて実現される可能性があり、いかなる特定のコンピュータハードウェア、ソフトウェア、ミドルウェア、ファームウェア、マイクロコード等にも限定されない。
【００７６】
前述のガスを計量するシステム、及び方法により、ガスの体積流量等の、ガスの流れパラメータの測定における精度が、著しく向上する。校正関数の開発において、ガスの非流量特性を使用することは、流れパラメータの測定の精度を高めるのに役立つ。その上、流量マネージャは、ガスの流れに関する１つ以上の物理的特性を、対応する所望の限度内に維持し、これにより、流れパラメータの測定の精度における、物理的特性の影響を最小化するするのに役立つ。また、システムは、地震、火事、洪水、雪、ガス漏れ、津波、又はシステムの改ざんの発生が検出されると、ガスの流れを停止させるように構成されているため、危険のない設備を増進する。さらに、電子感知素子の使用は、大量生産につながり、このようなガス計量システムを製造する全体的なコストを減少させる。
【００７７】
さらに、システムはまた、システムの１つ以上の部品が誤作動した場合、自己診断を実施することができる。また、システムの自動化された再校正は、システムによって実施される測定における、ガスの不純物の影響を緩和するのに役立つ。したがって、測定の精度を、システムの耐用期間中、及び稼働中、維持することができる。また、渦に基づく体積流量の測定は、ガスのいかなる不純物にも影響されない。
【００７８】
システムによって実施され得るような、前述の例、実証、及び方法ステップは、汎用コンピュータ、又は専用コンピュータ等の、プロセッサ−ベースのシステム上の適切なコードによって実現され得る。システム、及び方法の別々の実施態様は、本明細書に説明されるステップのいくつか、又はすべてを、別々の順序で、平行して、又は実質的に同時に実施する可能性がある。また、関数は、Ｃ＋＋、又はＪａｖａ(登録商標）を含む、様々なプログラミング言語に実装され得るが、これらに限定されるわけではない。このようなコードは、格納されたコードを実行するために、プロセッサ−ベースのシステムによってアクセスされ得る、データリポジトリチップ、ローカルハードディスク、もしくはリモートハードディスク、光ディスク（即ち、ＣＤ、又はＤＶＤ）、メモリ、又は他の媒体等の、１つ以上の有形のコンピュータ可読媒体に、格納されるか、又は格納するために適合させられる場合がある。有形の媒体には、指示が印刷される、紙、又は他の適切な媒体が含まれてもよいことに留意されたい。例えば、指示は、紙、又は他の媒体の光学的な走査により、電子的に保存され、その後、コンパイルされ、解釈され、あるいは必要に応じて、適切な方式で処理され、その後、データリポジトリ、又はメモリに格納され得る。
【００７９】
以上に開示された特徴及び機能、並びに他の特徴及び機能の変形形態、又はこれらの変更形態が、組み合わされ、多くの他の別個のシステム、又は用途を生み出す可能性があることが、理解されるであろう。それらにおける、様々な予期されていない変更、修正、変形、又は改善が、その後、当業者によってなされる可能性があり、これらはまた、以下の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００８０】
１００  システム
１０２  ハウジング
１０４  入り口ポート
１０６  出口ポート
１０８  流量マネージャ
１１０  流量センサ
１１２  プロセッサ
１１４  管路
１１６  表示装置
１１８  流路
２００  システム
２０２  ハウジング
２０４  入り口ポート
２０６  出口ポート
２０７  ガス分析計
２０８  流量マネージャ
２０９  流れかく乱装置
２１０  流量センサ
２１１  感知素子
２１２  プロセッサ
２１４  管路
２１６  表示装置
２１８  状態検出装置
２２０  改ざん検出装置
２２２  流導管
２２４  バイパスチャネル
２２６  流量制御装置
２２８  流量調節装置
２３０  不純物分離装置
３００  グラフ
３０２  Ｘ軸、流量
３０４  Ｙ軸、センサ応答
３０６  第１の流れ様式
３０８  第２の流れ様式
３１０  第３の流れ様式
４００  フローチャート
４０２  ステップ
４０４  ステップ
４０６  ステップ
４０８  ステップ
４１０  ステップ
４１２  ステップ
４１４  ステップ
４１６  ステップ
４１８  ステップ
４１９  ステップ
４２０  ステップ
４２１  ステップ
４２２  ステップ
４２３  ステップ
４２４  ステップ
４２６  ステップ
４２８  ステップ
４３０  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【外国語明細書】
2016128801000001.pdf