(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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第１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第２伝搬時間とを計測し、これら第１および第２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計測方法において、
前記第１伝搬時間および第２伝搬時間をそれぞれ複数回計測して得られた、前記第１伝搬時間と前記第２伝搬時間との組み合わせの分布のパターンを、前記流体の種類ごとに対応して予め設定された分布のパターンと比較して、前記計測対象の流体の種類を判別するプロセスを備えたことを特徴とする流量計測方法。
【請求項２】
前記判別された流体の種類に対応して、前記流体の流量値を得る際に行われる演算の設定を変更する演算設定変更プロセスをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の流量計測方法。
【請求項３】
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第１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第２伝搬時間とを計測し、これら第１および第２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、
前記第１伝搬時間および第２伝搬時間をそれぞれ複数回計測して得られた、前記第１伝搬時間と前記第２伝搬時間との組み合わせの分布のパターンを、前記流体に脈動が発生した場合に想定されるものとして予め設定された分布のパターンと比較して、そのパターンと合致する場合には前記流体に脈動が発生しているものと判定する脈動発生判定プロセスを備えたことを特徴とする流量計測方法。
【請求項４】
前記音波の伝搬を所定の周期ごとに繰り返す流量計測方法であって、前記脈動が発生しているものと判定された場合には、前記音波を伝搬させる周期を前記周期よりも短周期化するプロセスおよび前記周期の位相を所定の位相からずらすプロセスのうち少なくともいずれか一方のプロセスをさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の流量計測方法。
【請求項５】
前記流体の温度を計測し、その温度に対応して前記流量値を補正するプロセスをさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流量計測方法。
【請求項６】
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第１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第２伝搬時間とを計測する超音波伝搬時間計測手段と、これら第１および第２伝搬時間に基づいて前記流体の流量値を得る流量値演算手段とを有する流量計測装置において、
前記第１伝搬時間および第２伝搬時間をそれぞれ複数回計測して得られた、前記第１伝搬時間と前記第２伝搬時間との組み合わせの分布のパターンを、前記流体の種類ごとに対応して予め設定された分布のパターンと比較して、前記計測対象の流体の種類を判別する流体種類判別手段を備えたことを特徴とする流量計測装置。
【請求項７】
前記判別された流体の種類に対応して、前記流体の流量値を得る際に行われる演算の設定を変更する演算設定変更手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の流量計測装置。
【請求項８】
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第１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第２伝搬時間とを計測する超音波伝搬時間計測手段と、これら第１および第２伝搬時間に基づいて前記流体の流量値を得る流量値演算手段とを有する流量計測装置において、
前記第１伝搬時間および第２伝搬時間をそれぞれ複数回計測して得られた、前記第１伝搬時間と前記第２伝搬時間との組み合わせの分布のパターンを、前記流体に脈動が発生した場合に想定されるものとして予め設定された分布のパターンと比較して、そのパターンと合致する場合には前記流体に脈動が発生しているものと判定する脈動発生判定手段を備えたことを特徴とする流量計測装置。
【請求項９】
前記超音波伝搬時間計測手段が、前記音波の伝搬を所定の周期ごとに繰り返すものであって、脈動が発生していると前記脈動発生判定手段によって判定された場合には、前記音波を伝搬させる周期を前記周期よりも短周期化することおよび前記周期の位相を所定の位相からずらすことのうち少なくともいずれか一方を実行するものであることを特徴とする請求項８に記載の流量計測装置。
【請求項１０】
前記流体の温度を計測し、その温度に対応して前記流量値を補正する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載の流量計測装置。
【請求項１１】
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。
【発明の詳細な説明】
【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。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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の超音波伝搬方式のガスメータをはじめとした流量計測装置では、計測対象であるガスのような流体の流速値を精確に計測するための最適な性能あるいは設定が所定の流体の種類に対応して予め所定の範囲に設定されており、それとは異なる密度や粘性などの物理的特質を有する別種類の流体の流量値を精確に計測することができなかった。
【０００４】
例えばガスメータでは、ガスの種類ごとで密度や粘性などの物理的特質が異なっているので、流量値を精確に計測するためには、ガスの種類ごとにガスメータの機能を最適な設定に変更することが望まれる。従来のガスメータでそのような設定を変更するためには、超音波発受信器のような電子部品や導通路のような構造部品などのハードウェアを最適なものに取り替えると共に、超音波発受信器から検出された電気信号をデータ処理するための演算処理回路系における演算則（演算手法）等をソフトウェア上で最適なものに取り替えることが必要となるが、製品として完成しているガスメータの計量器として最も重要な部分のハードウェアおよびソフトウェアに関する設定を変更することは容易ではない。強いて設定変更するならば、そのガスメータを使用中の場所から一旦取り外して、改造工程を行う工場などに送り、ガスメータ内部の電子部品や電子回路を取り替えると共に、新たなソフトウェアを再インストールして、実質的に別の新たなガスメータとして再出荷するといった、極めて煩雑な処理が必要である。
【０００５】
あるいは、超音波発受信器や導通管などのハードウェアについては共通部品とし、その発振周波数や演算則などを制御するソフトウェアを、使用中のガスメータを取り外すことなくその外部からソフトウェア的にアクセスして比較的容易に変更することができるようにしておき、ガスメータの設定をガスの種類に最適なものに変更するという手法も考えられる。ところが、計量器であるガスメータの機能の主要部に関する設定が外部から比較的容易に変更できるということは、例えばその設定を故意に変更するなどしてガスメータを不正使用されてしまうといった実用上の不都合が生じる可能性もあり得るということになる。
【０００６】
また、都市ガスとして使用されるガスの種類は、燃料としての都市ガスという観点から規定される許容範囲内となるように設定されているが、その許容範囲内の種類のばらつきに起因してガスの密度などが異なるものとなるため、同じ都市ガスであっても、例えばその原料である天然ガスの原産地が異なるガスでは、そのガス中での音速が異なったものとなる。しかも、実際に使用されるガスの組成は使用中にその時々で上記のような許容範囲内で変化することが多いので、そのような使用中のガスの組成変化に起因した音速の変化に逐一対応して計測誤差の発生を防ぐためには、ガスメータの使用中にその設定を逐一変更することが必要となる。
【０００７】
ところが、従来の超音波伝搬方式のガスメータでは、ガスの使用中にその設定を変更することができないので、同じ都市ガスを使用している状況下であってもガスメータによって計測される流量値に誤差が生じることがあり、本来精確な流量計測が可能である筈の超音波伝搬方式のガスメータの特質を十分には生かすことができないという問題がある。
【０００８】
さらには、使用中のガスには脈動が生じることがあるので、その脈動の悪影響を受けて、超音波伝搬方式のガスメータによって計測されるガス流量値に誤差が生じる場合がある。このような脈動に起因した誤差と、前記の音速の変化による誤差とが重畳すると、計量器として無視できない誤差が生じる場合もあり得るので、まずそのような脈動の発生を正確に検知あるいは判定して、ガスメータの計測値に誤差が生じることを防ぐための対処を的確に施すことが必要となるが、従来の超音波伝搬方式のガスメータを初めとする流量計測装置では、そのような音速の変化による誤差と脈動に起因した誤差とが重畳して生じる誤差に対処することは実質的に成されていなかったので、そのような無視できない程度の誤差が流量計測値に生じる（混入する）ことが危惧されるという問題があった。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みて成されたもので、その目的は、ガスのような流体に超音波を伝搬させて、その伝搬時間に基づいてその流体の流量値を計測するに際して、計測対象である流体が流れている状況下で、その流体の種類を判別することが可能であ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。
【００１０】
また、そのようにして判別された流体の種類に対応して流量計測の設定を最適な設定に変更することが可能であ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。
【００１１】
さらには、脈動の発生を正確に判定することができ、その脈動の発生に起因した誤差の発生に対処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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の流量計測方法は、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第１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第２伝搬時間とを計測し、これら第１および第２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計測方法において、前記第１伝搬時間および第２伝搬時間をそれぞれ複数回計測して得られた、前記第１伝搬時間と前記第２伝搬時間との組み合わせの分布のパターンを、前記流体の種類ごとに対応して予め設定された分布のパターンと比較して、前記計測対象の流体の種類を判別するプロセスを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２に記載の流量計測方法は、前記判別された流体の種類に対応して、前記流体の流量値を得る際に行われる演算の設定を変更する演算設定変更プロセスを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に記載の流量計測方法は、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第１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第２伝搬時間とを計測し、これら第１および第２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、前記第１伝搬時間および第２伝搬時間をそれぞれ複数回計測して得られた、前記第１伝搬時間と前記第２伝搬時間との組み合わせの分布のパターンを、前記流体に脈動が発生した場合に想定されるものとして予め設定された分布のパターンと比較して、そのパターンと合致する場合には前記流体に脈動が発生しているものと判定する脈動発生判定プロセスを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に記載の流量計測方法は、前記音波の伝搬を所定の周期ごとに繰り返す流量計測方法であって、前記脈動が発生しているものと判定された場合には、前記音波を伝搬させる周期を前記周期よりも短周期化するプロセスおよび前記周期の位相を所定の位相からずらすプロセスのうち少なくともいずれか一方のプロセスをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５に記載の流量計測方法は、前記流体の温度を計測し、その温度に対応して前記流量値を補正するプロセスを、さらに備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６に記載の流量計測装置は、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第１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第２伝搬時間とを計測する超音波伝搬時間計測手段と、これら第１および第２伝搬時間に基づいて前記流体の流量値を得る流量値演算手段とを有する流量計測装置において、前記第１伝搬時間および第２伝搬時間をそれぞれ複数回計測して得られた、前記第１伝搬時間と前記第２伝搬時間との組み合わせの分布のパターンを、前記流体の種類ごとに対応して予め設定された分布のパターンと比較して、前記計測対象の流体の種類を判別する流体種類判別手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項７に記載の流量計測装置は、前記判別された流体の種類に対応して、前記流体の流量値を得る際に行われる演算の設定を変更する演算設定変更手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項８に記載の流量計測装置は、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第１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第２伝搬時間とを計測する超音波伝搬時間計測手段と、これら第１および第２伝搬時間に基づいて前記流体の流量値を得る流量値演算手段とを有する流量計測装置において、前記第１伝搬時間および第２伝搬時間をそれぞれ複数回計測して得られた、前記第１伝搬時間と前記第２伝搬時間との組み合わせの分布のパターンを、前記流体に脈動が発生した場合に想定されるものとして予め設定された分布のパターンと比較して、そのパターンと合致する場合には前記流体に脈動が発生しているものと判定する脈動発生判定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項９に記載の流量計測装置は、前記超音波伝搬時間計測手段が、前記音波の伝搬を所定の周期ごとに繰り返すものであって、前記脈動発生判定手段によって脈動が発生していると判定された場合には前記音波を伝搬させる周期を前記周期よりも短周期化するものであることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１０に記載の流量計測装置は、前記流体の温度を計測し、その温度に対応して前記流量値を補正する手段をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１１に記載のガスメータは、前記流体がガスである流量計測装置を用いたことを特徴とするものである。
【００２７】
すなわち、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第１伝搬時間（これを仮にＴ１とする）と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの第２伝搬時間（これを仮にＴ２とする）との組み合わせの分布のパターンが、流体の種類あるいは組成成分ごとで異なった分布を示すことを、本発明者らは種々の実験により確認した。また、流体中に脈動が発生した場合にも、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の複数組の分布のパターンが特徴的な分布を示すことを、本発明者らは種々の実験により確認した。そこで、このような実験および解析の結果に基づいて、本発明に係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、流体が流れている状態のときに複数回の計測によって得られた複数組の伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布のパターンに基づいて、そのとき計測対象となっている流体の種類を判別する。また、複数回の計測によって得られた複数組の伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布のパターンに基づいて、そのとき計測対象となっている流体中に脈動が発生しているか否かを判定する。
【００２８】
また、そのようにして流体の種類を判別した上で、流体の流量値を得る際に行われる演算の設定をその流体の種類に対応して最適なものに変更することも可能である。
【００２９】
【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。図１は本発明の一実施の形態に係る流量計測装置、例えばガスを計測対象とするガスメータの概要構成を示す図である。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部手段）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、流体種類判別部（流体種類判別手段）４００と、演算設定変更部（演算設定変更部手段）５００と、脈動発生判定部（脈動発生判定手段）６００とから、その主要部が構成されている。
【００３０】
この他にも、遮断弁装置やそのテスト遮断を行なうテスト遮断装置、あるいは微少漏洩検知装置（いずれも図示省略）など、ガスメータとして必要な各種の装置や制御回路などもこのガスメータに備えられ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】
なお、本発明の一実施の形態に係る流量計測方法は、本実施の形態に係る流量計測装置であるガスメータによって具現化されるものであるから、以下それらを併せて説明する。
【００３２】
さらに詳細には、超音波伝搬時間計測部１００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超音波送／受信機器１０１ａ，１０１ｂと、それら超音波送／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伝搬時間Ｔ２とを計測する伝搬時間計測部１０２とを備えている。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
流体種類判別部４００は、前記の超音波伝搬時間計測部１００によって所定回数に亘って計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布のパターンを、ガスの種類（あるいはその組成成分）ごとに対応して予め設定された分布のパターンと比較することにより、そのガスの種類を判別する。
【００３６】
さらに詳細には、この流体種類判別部４００は、一度の計測デューティあたりに例えば３００回の計測を行なって得られた３００組の伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の計測結果が、ガスの種類ごとに定まる複数の領域のうち、どの領域に含まれるかによって、そのときの計測対象であるガスの種類を判別するものである。
【００３７】
例えば、その一例を図２に示すように、ある流量で流れている状態のガスにおける伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の計測結果が、特定の領域Ｇ内に分布している場合には、このときの計測対象であるガスの種類は１３Ａであると判定される。また計測結果が特定の領域Ａ内に分布している場合には、このときの計測対象であるガスの種類は燃料ではなく空気であると判定される。この一例では、計測結果の分布が顕著に現れるようにするために、計測対象の例として１３Ａと空気（Ａｉｒ）とを対比させて示したが、実際にはそれらの間にも多数種類の（換言すれば組成成分比等の異なった設定の）ガスがあり、それに対応して多数の異なる分布パターンが存在していることは言うまでもない。従って、ガスの種類ごとに、それに対応したＴ１，Ｔ２の組み合わせの分布パターン（換言すれば分布領域）を予め実験等により確認しておき、その分布パターンのうちのどのパターンに、実際に計測されたＴ１，Ｔ２の組み合わせの分布パターンが該当するかによって、そのときの計測対象のガスの種類を判別することができる。しかもこのとき、計測対象のガスが停止状態でなくとも、計測結果のＴ１，Ｔ２に基づいてガスの種類を判別することができる。むしろ、停止していない方が計測結果の分布パターンを把握しやすくなるので望ましいと言える。
【００３８】
このようなガス種類を判別するために予め定めておく分布パターンとしては、さらに具体的には、例えば図２に示した場合を一例にとると、１３Ａのガスの分布パターンは、計測結果のＴ１，Ｔ２が共に１７００００〜１７５０００の領域内に含まれるものとし、また空気の分布パターンは計測結果のＴ１，Ｔ２が共に２１００００以上の領域内に含まれるものと、あらかじめ設定（定義）すればよい。このような分布パターンの設定（定義）に基づいて、計測結果のＴ１，Ｔ２が共に１７００００〜１７５０００の領域内に含まれている場合には、そのときの計測対象のガスの種類は１３Ａであるものと判定し、計測結果のＴ１，Ｔ２が共に２１００００以上の領域内に含まれている場合には、そのときの計測対象のガスの種類は空気であるものと判定することができる。
【００３９】
あるいは、図２に示した一例では、１３Ａの分布もＡｉｒの分布も、明らかに異なった直線上に分布しているので、このようにガスの種類ごとに異なった固有の近似的な直線上、あるいはその直線を中心としてある程度の幅を持たせた領域を、ガスの各種類ごとに固有の分布パターンとして予め定めておいてもよい。なお、図２の縦軸および横軸の数値は、この実験を行なった際の伝搬時間Ｔ１，Ｔ２［μｓ］をプロットしたものである。またこのとき、１つの流量状態における計測回数は１００〜５００回とし、図２にはそれらを全て重ねてプロットしてある。
【００４０】
ここで、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布に基づいて、ガスの種類を判別することが可能であること、および脈動の発生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は流体の種類すなわち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、流体の種類を判別することができるものと解析することができる。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３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。
【００４１】
演算設定変更部５００は、前記の流体種類判別部４００によって判別されたガスの種類に対応して、そのガスの流量値を得る際に行われる演算の設定を変更するものである。さらに詳細には、流量値演算部２００がガスの瞬間流量値Ｑを得るにあたって、流速値ｖに対応した流量係数ｋを求め、それら流速値ｖと流量係数ｋとを乗算するが、このとき用いられる流量係数ｋを、ガスの種類に対応して変更すればよい。あるいは、流速値ｖと流量係数ｋとの対応関係を定めた関数のデータ（テーブル）を、ガスの種類に対応して変更してもよい。ここで、流速値ｖと流量係数ｋとの対応関係や、ガスの種類と流量係数ｋとの対応関係などについては一般的に用いられているものを利用すればよいことは言うまでもない。
【００４２】
脈動発生判定部６００は、伝搬時間を複数回計測して得られた計測結果の分布のパターンを、ガスに脈動が発生した場合に想定されるものとして予め設定された分布のパターンと比較して、そのパターンと合致する場合にはガスに脈動が発生しているものと判定するものである。
【００４３】
さらに詳細には、計測対象のガスに脈動が生じている場合には、計測される複数組のＴ１，Ｔ２の組み合わせの分布は特徴的な分布パターンを示す。
【００４４】
例えば図３に示した一例では、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］の各場合に、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結果を示している。この図３から明らかなように、同じ１３Ａという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分かる。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３に示した範囲が局所的なものであるために、図３では近似的に直線上に分布した状態となっている。
【００４５】
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。換言すれば、この計測された２５［Ｌ／ｈ］の分布パターンのように、脈動がほとんど無い場合の４０〜６０００［Ｌ／ｈ］の全体的な分布パターンが形成する直線に対してほぼ直交方向（あるいはそれに近い角度で交差する方向）に振れた分布パターンとなっている場合には、計測対象のガスに脈動が発生しているものと判定することができるということを、この実験結果は示している。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。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分布パターンとは異なる特徴的な分布パターンを示す。従って、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の複数回の計測結果の分布パターンが、脈動が発生した場合に特徴的な分布パターンすなわち全体的な分布パターンの直線に対して交差方向に振れたものとなっている場合には、そのときの計測対象であるガスに脈動が発生しているものと判定することができる。
【００４６】
なお、ガスの代りに空気についても上記のガス１３Ａと同様にして伝搬時間を計測した結果、図４に示すようにほぼ直線状に分布することが確認された。特にこの図４に示した空気の場合には、単に空気を流しただけであって脈動が殆ど発生しない条件下で計測を行なったものであり、直線上の全体的な分布パターンに対して交差方向に振れるようなプロットは殆ど全く生じていない。
【００４７】
このように、本実施の形態によれば、計測対象であるガスが流れている状況下であっても、計測された複数組の伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布のパターンを、流体種類判別部４００によってガスの種類ごとに対応して予め設定された分布のパターンと比較することにより、そのときのガスの種類を判別することができ、さらには、その判別されたガスの種類に対応して演算設定変更部５００がガスの流量値を得る際に行われる演算の設定を変更することができる。
【００４８】
また、伝搬時間を複数回計測して得られた計測結果の分布のパターンを、脈動発生判定部６００によって、ガスに脈動が発生した場合に想定されるものとして予め設定された分布のパターンと比較することにより、脈動の発生を正確に判定することができ、延いてはその脈動の発生に起因した誤差の発生に対処することを可能とすることができる。
【００４９】
また、流体種類判別部４００によってガスの種類を判別して、そのガスの種類に対応して演算設定変更部５００によってガスの流量値を得る際に行われる演算の設定を変更すると共に、このとき脈動が発生しているか否かを脈動発生判定部６００によって判定し、それが発生していると判定された場合には、その脈動に起因した誤差の発生を防ぐための対処を施すことにより、ガスの種類ごとに異なる音速の変化による誤差と脈動に起因した誤差とが重畳して生じる無視できない誤差に対処することを可能とすることもできる。そのような脈動に起因した誤差の発生を防ぐ対処手法としては、例えば計測手段を駆動して、ガス中に音波を伝搬させることを１つの計測周期内で時間間隔を置きながら複数回繰り返し、その計測周期内の音波の伝搬時間の累積値を計測して、その累積値に基づいて計測周期内でのガスの流速または流量を計測するような場合に、計測周期の長さをガス中に発生する脈動の１周期のほぼ整数倍または１周期の長さよりも長くするという手法や、ガスに生じる脈動の周期または位相を計測し、計測期間の開始タイミングの周期または位相を脈動の周期または位相とは異ならせるように計測期間の開始位相を所定の規則性に基づいて変化させるといった手法などを好適に用いることができる。
【００５０】
なお、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５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。
【００５１】
そこで、このように計測対象である流体に温度変化が生じた場合にも、正確な流量値の計測を可能とするためには、計測時の流体の温度を例えば温度センサ等によって把握し、その温度に基づいて、計測されたＴ１，Ｔ２の値をシフトするなどの補正を施すことが有効である。例えば、流量値演算部２００にて流量値Ｑを演算する際に用いられる流量係数ｋを、Ｔ１，Ｔ２の計測時の温度に対応して変更すればよい。このような設定変更は演算設定変更部５００によって実行することが好適である。あるいは、流量係数ｋは変化させずに、計測されたＴ１，Ｔ２の値をその計測時の温度に対応してシフト（補正あるいは換算）するようにしてもよい。例えば図５に示した実験値を一例として述べると、流量係数ｋが２３℃±１０℃といった常温状態下での流体に対応して定められたものである場合、Ｔ１，Ｔ２を計測したときの流体の温度が４０℃であれば、その計測されたＴ１，Ｔ２の値を１．０１５倍して２３℃の分布領域にシフトさせて、流量係数ｋを適用できるようにしてもよい。このようなＴ１，Ｔ２のシフトは演算設定変更部５００によって実行するようにしてもよい。あるいは演算設定変更部５００とは別段にＴ１，Ｔ２を温度に対応してシフトする手段を設けてもよい。
【００５２】
また、流体種類判別部４００は、ガス種判別の他にも、例えばガスメータにおいてガスに空気が混入したことを検知し、その旨の警報を発したり遮断を行うことなどへの応用も可能である。すなわち、図２に示すように、流量が同じであっても、ガス（１３Ａ）と空気（Ａｉｒ）とでは計測されるＴ１，Ｔ２の分布が顕著に異なったものとなる。このため、例えば図２において、ガス中に数１０％の空気が混入した場合に計測されるＴ１，Ｔ２の分布は、空気の分布領域（Ａ）とガス１３Ａの分布領域（Ｇ）との間に位置することになる。これは換言すれば、ガスに空気が混入すると、その混入量が多くなるにつれて、計測されるＴ１，Ｔ２の分布は通常の分布領域から大幅にずれたものとなる。従って、このようなＴ１，Ｔ２の計測値の分布が通常のガスにおけるＴ１，Ｔ２の分布からずれたことを検知することにより、ガスに空気が混入したことを判定することができる。このような分布のずれの検知は、流体種類判別部５００によって実行することが好適である。そしてＴ１，Ｔ２の計測値のずれが検知された場合には、例えば警報装置（図示省略）などによってその旨の警報を発するようにしてもよい。あるいはさらに、ガス中に空気が混入したということ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、安全性を確保するために遮断弁装置（図示省略）などによって遮断を行うようにしてもよい。あるいはその他にも、本発明に係るガス中の成分組成を判別する技術はパージチェッカ等にも適用可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２に記載の流量計測方法、または請求項６または７に記載の流量計測装置、または請求項１１に記載のガスメータによれば、流体が流れている状態のときに複数回の計測によって得られた複数組の伝搬時間の分布のパターンに基づいて、そのとき計測対象となっている流体の種類を判別するようにしたことにより、計測対象である流体が流れている状況下で、その流体の種類を判別することが可能になるという効果を奏する。
【００５４】
特に、請求項２に記載の流量計測方法または請求項７に記載の流量計測装置または請求項９に記載のガスメータによれば、判別された流体の種類に対応して、その流体の流量値を得る際に行われる演算の設定を、その流体の種類に対して最適なものに変更することができるという効果を奏する。
いう効果を奏する。
【００５５】
また、請求項３または４に記載の流量計測方法、あるいは請求項８または９に記載の流量計測装置、あるいは請求項１１に記載のガスメータによれば、脈動の発生を正確に判定することができ、その脈動の発生に起因した誤差の発生に対処することを可能とするという効果を奏する。
【００５６】
特に、請求項４に記載の流量計測方法または請求項９に記載の流量計測装置によれば、脈動が発生していることを確実に判定し、そのような場合には音波を伝搬させる周期を通常時の所定の周期よりも短周期化することにより、脈動の発生に起因した流量計測値の誤差の発生を低減あるいは解消することができるという効果を奏する。
【００５７】
また、請求項５に記載の流量計測方法または請求項１０に記載の流量計測装置によれば、計測対象である流体に温度変化が生じた場合にも、それに起因した計測値を補正して、正確な流量値の計測が可能となるという効果を奏する。
【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示す図である。
【図２】ガスおよび空気における伝搬時間の計測結果の分布パターンを比較して示す図である。
【図３】ガスにおける伝搬時間の計測結果の分布パターンを示す図である。
【図４】空気における伝搬時間の計測結果の分布パターンを示す図である。
【図５】計測対象である流体の温度変化に対応して計測結果の分布パターンがシフトすることの一例を示す図である。
【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  流体種類判別部、５００  演算設定変更部、６００  脈動発生判定部
【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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