(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順方向伝搬時間と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの逆方向伝搬時間とを計測し、それらの伝搬時間に基づいて前記流体の流量値を得る流量計測方法において、
所定の学習期間に亘って計測された前記順方向伝搬時間と前記逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておき、
計測して得られた前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組み合わせを、記憶しておいた前記組合せの分布と比較して、前記組合せの分布から逸脱しているか否かを判定する判定プロセスを備えた
ことを特徴とする流量計測方法。
【請求項２】
前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと判定された場合には、前記計測対象の流体が前記所定の流体とは異なった種類のものである旨の警報を聴覚的情報および視覚的情報のうち少なくともいずれか一方により発する警報プロセスをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１記載の流量計測方法。
【請求項３】
前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと判定された場合には、前記計測対象の流体の流れを遮断する遮断プロセスをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１または２記載の流量計測方法。
【請求項４】
前記組合せの分布の初期値をあらかじめ設定しておき、前記学習期間中に計測された伝搬時間の組合せが前記初期値から逸脱した場合には、前記分布の記憶をリセットすると共に改めて前記組合せの分布の記憶を再開する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流量計測方法。
【請求項５】
前記流体の流れが停止状態にあった後、流れが再開した際に、その再開から所定時間が経過するまでの間は、前記順方向伝搬時間と前記逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと判定されても、前記計測対象の流体の流れを遮断しない
ことを特徴とする請求項３記載の流量計測方法。
【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順方向伝搬時間と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの逆方向伝搬時間とを計測する超音波伝搬時間計測手段と、それらの伝搬時間に基づいて前記流体の流量値を演算して得る流量値演算手段とを有する流量計測装置において、
所定の学習期間に亘って計測された前記順方向伝搬時間と前記逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておき、計測して得られた前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組み合わせを、記憶しておいた前記組合せの分布と比較して、前記組合せの分布から逸脱しているか否かを判定する判定手段を備えた
ことを特徴とする流量計測装置。
【請求項７】
前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと前記判定手段が判定した場合には、その判定に基づいて前記計測対象の流体が前記所定の流体とは異なった種類のものである旨の警報を聴覚的情報および視覚的情報のうち少なくともいずれか一方により発する警報手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項６記載の流量計測装置。
【請求項８】
前記流体の流れを遮断する遮断弁と、
前記遮断弁の開閉動作を制御する遮断弁制御手段と
をさらに備え、
前記順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと前記判定手段が判定した場合には、その判定に基づいて前記遮断弁制御手段が前記遮断弁の動作を制御して前記計測対象の流体の流れを遮断する
ことを特徴とする請求項６または７記載の流量計測装置。
【請求項９】
前記学習制御手段は、前記組合せの分布の初期値をあらかじめ設定されており、前記学習期間中に計測された伝搬時間の組合せが前記初期値から逸脱した場合には、それまでに記憶していた前記分布の記憶をリセットすると共に改めて前記組合せの分布の記憶を再開するものである
ことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載の流量計測装置。
【請求項１０】
前記遮断弁制御手段が、前記流体の流れが停止状態にあった後、流れが再開してから所定時間が経過するまでの間は、前記順方向伝搬時間と前記逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが前記所定組合わせから逸脱するものと前記判定手段によって判定されても、前記計測対象の流体の流れを遮断しないものである
ことを特徴とする請求項８記載の流量計測装置。
【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（順方向）に上流側から下流側へと超音波を伝搬させて、その伝搬時間を測定し、その超音波の伝搬が下流側で検出されると、次には流体の流れと逆方向に下流側から上流側へと超音波を伝搬させて、その伝搬時間を測定するという動作を繰り返し、これら両方向での伝搬時間の差を求め、これに基づいて流体の流速あるいは流量を計測していた。
【０００３】
さらに詳細には、いわゆる超音波伝搬方式のガスメータのような流量計測装置では、まず上流側から下流側への超音波の伝搬時間（これをＴ１とする）と下流側から上流側への超音波の伝搬時間（これをＴ２とする）とを測定する。ここで、超音波の伝搬経路は一般に導通管の中心線に対して斜交するように設けられているのでその斜交する角度をθとし、超音波が管内を伝搬する距離をＬ、流体中の音速をＣとすると、Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ），Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖｃｏｓθ）となる。このＴ１，Ｔ２より流速値ｖは、ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／Ｔ１−１／Ｔ２）という計算式によって求めることができる。そして流速値ｖに導通管の面積Ｓを乗算して流量値Ｑを得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上流側での導管工事などに起因してガスに空気が混入した場合、従来のガスメータでは、そのような組成の異なるガスが流れていることを検知することができない。このため、超音波伝搬方式のガスメータなどでは、空気を多く含んだガスがガスメータを通過すると、流量計測値に大幅な誤差が生じる場合があるという問題がある。また、さらにその下流側のガス燃焼機器等では、燃焼の立ち消えや不完全燃焼等が発生するという問題がある。
【０００５】
また、例えば複数種類のガスや液体などを取り扱う化学プラント用の流量計測装置などにおいて、あらかじめ設定された種類の流体とは異なった種類の流体が何らかの要因によって流れた場合、従来の流量計測装置では検知することができない。また、所定の設定とは異なった種類の流体が流れているときに、何らかの遮断あるいは警報を要する異常事態が発生しても、検知条件が異なるために、流量計測装置に内蔵されている検知装置や安全装置等で検知することができないという問題がある。また、そのように設定とは異なった種類の流体が流量計測装置を介してさらにその下流側へと供給されると、下流側での燃焼工程や化学反応工程に不完全燃焼や過燃焼あるいは誤った化学反応など種々の不都合が生じるという問題がある。
【０００６】
しかも、上記のような種々の問題を解消するために、流体の種類あるいは組成を判別するセンサや、そのセンサによって検出された流体の種類を判別するための種類判別装置等を取り付けることも考えられるが、それらを流量計測装置に付設することは、装置全体の繁雑化を来すことになり、またそのためのコストが高価なものとなるという問題がある。
【０００７】
また、特に近年のガスメータでは、内蔵する電池で長年月に亘って正確な計測を継続するために、ガスメータ内での消費電力量をできるだけ低消費電力化することが要請されている。しかしながら、上記のような種々の問題を解消するために、既存の計測装置等の他に、ガスの種類や組成を判別するセンサ等をさらに付設すると、それを長年月に亘って継続して駆動するための消費電力量がさらに増大することになり、低消費電力化を妨げる、あるいはそれに逆行することになるという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、装置の繁雑化や消費電力量の増大を来すことなく、所定の流体の種類や組成とは異なった流体が流れた場合にそれを検知することを可能とする流量計測方法および流量計測装置ならびにガスメータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による流量計測方法は、計測対象の流体に対して上流側から下流側へと音波を伝搬させたときの順方向伝搬時間と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの逆方向伝搬時間とを計測し、それらの伝搬時間に基づいて前記流体の流量値を得る流量計測方法において、所定の学習期間に亘って計測された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておき、計測して得られた順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せを、記憶しておいた組合せの分布と比較して、組合せの分布から逸脱しているか否かを判定する判定プロセスを備えている。
【００１０】
また、本発明による流量計測方法は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定された場合には、計測対象の流体が所定の流体とは異なった種類のものである旨の警報を聴覚的情報および視覚的情報のうち少なくともいずれか一方により発する警報プロセスをさらに備えているようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明による流量計測方法は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定された場合には、計測対象の流体の流れを遮断する遮断プロセスを、さらに備えているようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明による流量計測方法は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間との組合せの分布の初期値をあらかじめ設定しておき、前記学習期間中に計測された伝搬時間の組合せが初期値から逸脱した場合には、前記の分布の記憶をリセットすると共に改めて組合せの分布の記憶を再開するようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明による流量計測方法は、流体の流れが停止状態にあった後、流れが再開した際に、その再開から所定時間が経過するまでの間は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定されても、計測対象の流体の流れを遮断しないようにしてもよい。
【００１５】
本発明による流量計測装置は、計測対象の流体に対して上流側から下流側へと音波を伝搬させたときの順方向伝搬時間と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの逆方向伝搬時間とを計測する超音波伝搬時間計測手段と、それらの伝搬時間に基づいて流体の流量値を演算して得る流量値演算手段とを有する流量計測装置において、所定の学習期間に亘って計測された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておき、計測して得られた順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せを、記憶しておいた組合せの分布と比較して、組合せの分布から逸脱しているか否かを判定する判定手段を備えている。
【００１６】
また、本発明による流量計測装置は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定された場合には、計測対象の流体が所定の流体とは異なった種類のものである旨の警報を聴覚的情報および視覚的情報のうち少なくともいずれか一方により発する警報手段をさらに備えるようにしてもよい。
【００１７】
また、本発明による流量計測装置は、流体の流れを遮断する遮断弁と、遮断弁の開閉動作を制御する遮断弁制御手段とをさらに備え、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定手段が判定した場合には、その判定に基づいて遮断弁制御手段が遮断弁の動作を制御して計測対象の流体の流れを遮断するようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明による流量計測装置は、学習制御手段が、組合せの分布の初期値をあらかじめ設定されており、前記学習期間中に計測された伝搬時間の組合せが初期値から逸脱した場合には、それまで記憶されていた分布の記憶をリセットすると共に改めて組合せの分布の記憶を再開するものであるようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明による流量計測装置は、遮断弁制御手段が、流体の流れが停止状態にあった後に流れが再開してから所定時間が経過するまでの間は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと前記判定手段によって判定されても、計測対象の流体の流れを遮断しないものであるようにしてもよい。
【００２１】
また、本発明によるガスメータは、上記の流体がガスである流量計測装置を用いたものである。
【００２２】
本発明による流量計測方法および流量計測装置ならびにガスメータでは、所定の学習期間に亘って計測された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておき、計測して得られた順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せを、記憶しておいた組合せの分布と比較して、組合せの分布から逸脱しているか否かを判定する。そしてそれが逸脱している場合には、そのとき流れている流体の種類あるいは組成が所定の流体の種類とは異なったものであると判定する。
【００２３】
すなわち、流量計測値を得るための既存の一般的な装置によって測定された伝搬時間のデータに基づいて、流体の種類あるいは組成が所定のものから逸脱したものであるか否かを判定する。
【００２４】
また、そのように異なった種類あるいは組成の流体が流れたことが検知されると、その旨の警報を発したり、遮断弁によって流体の供給を遮断（停止）する。
【００２５】
また、所定の学習期間に亘って実際に計測された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を記憶することにより、流量計測装置が実際に利用されている状態での伝搬時間の正常値を所定組合せとして学習制御的に自動的に学習する。そしてその学習によって得られた所定組合せとその後に計測される伝搬時間の組合せとを比較することにより、流れている流体の種類あるいは組成が所定のものから逸脱したものであるか否かを判定する。これにより、流体の種類判定の基準値である所定組合せを、理論値等に基づいてあらかじめ設定する場合よりもさらにきめ細かく実際に則したものとすることができるので、流体の種類あるいは組成の逸脱を、さらに正確に実際に則して判定することが可能となる。
【００２６】
ただしここで、前記の学習期間中に流れている流体の種類あるいは組成が所定のものから逸脱するものとなる事態が生じた場合には、そのときの伝搬時間の組合せを所定組合せとして学習（記憶）してしまい、判定基準となる正常値としての所定組合せの正確さが損なわれる場合がある。そこで、そのような場合には、それまで記憶されていた伝搬時間の組合せの分布のデータをリセットし、改めてそれから所定の学習期間に亘って計測される伝搬時間の組合せの分布を記憶して行くようすればよい。
【００２７】
また、ガスメータにおいて、例えばその上流側で導管工事が行われる場合、それがあらかじめ下流側の消費者に告知されており、ガスの使用が一時停止されていて、導管工事終了後にガスの使用を再開する場合などには、いわゆる空気抜きとして、ガスメータよりも下流側で空気が多量に混入したガスをしばらくの時間に亘って排出させることなども行われる。しかし、このような場合に空気を多量に含んだガスの流れをガスメータが検知して弁遮断を行うと、空気抜きができなくなる場合がある。そこで、このような不都合を避けるために、ガスの停止状態から空気抜きが十分完了するまでの間は、計測された伝搬時間の組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定されても、計測対象の流体の流れを遮断しないようにすればよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の一実施の形態に係るガスメータの概要構成を模式的に示すブロック図である。なお、本発明の一実施の形態に係るガスメータにおける流量計測方法は本実施の形態に係るガスメータによって具現化されるので、以下それも併せて説明するものとする。
【００３０】
このガスメータは、超音波伝搬時間計測部（超音波伝搬時間計測手段）１００と、流量値演算部（流量値演算手段）２００と、流量値積算部３００と、判定部（判定手段）４００と、警報部（警報手段）５００と、遮断弁６００と、遮断弁制御部（遮断弁制御手段）７００とから、その主要部が構成されている。なお、この他にも、遮断復帰を実行するための復帰スイッチや微少漏洩検知装置など（いずれも図示省略）、ガスメータとして一般に用いられるような各種装置も備えていることは言うまでもないが、そのような種々の装置等の構成は本発明の主要構成とは直接的な関係性が少ないので、それらの説明については省略する。
【００３１】
さらに詳細には、超音波伝搬時間計測部１００は、超音波送／受信機器１０１ａ，１０１ｂと、伝搬時間計測部１０２と、導通路１０３とを備えている。超音波送／受信機器１０１ａ，１０１ｂは、導通路１０３を流れる計測対象であるガスに対して一度の計測デューティ当りに所定の頻度で超音波を上流側から下流側へと伝搬させることと、下流側から上流側へと伝搬させることとを、交互に所定のタイミングで繰り返すものである。伝搬時間計測部１０２は、超音波送／受信機器１０１ａ，１０１ｂから出力された電気信号に基づいて、上流側から下流側へと音波を伝搬させたときの順方向伝搬時間Ｔ１と下流側から上流側へと音波を伝搬させたときの逆方向伝搬時間Ｔ２とを計測するものである。なお、導通路１０３、超音波送／受信機器１０１ａ，１０１ｂ、伝搬時間計測部１０２のハードウェアおよびその制御ロジック等については従来の一般的なものと同様のものを用いても構わない。
【００３２】
流量値演算部２００は、前記の超音波伝搬時間計測部１００によって伝搬時間Ｔ１，Ｔ２が計測されるごとに、その伝搬時間Ｔ１，Ｔ２に基づいてそのときの流速値ｖを求め、さらにその流速値ｖに対応した流量係数ｋを求めて、それらを乗算する演算を行なうことによって、そのときの計測デューティにおけるガスの瞬間流量値Ｑを得るものである。この流量値演算部２００についても、そのハードウェアおよびその制御ロジック等として従来の一般的なものを用いても構わない。
【００３３】
流量値積算部３００は、流量値演算部２００によって得られた流量計測値Ｑを積算する。すなわちこの流量値積算部３００は、流量値演算部２００によって流量計測値Ｑが新たに演算されてそのデータが伝送されて来ると、その新たな流量計測値Ｑのデータを、それまで記憶していた流量積算値ΣＱに加算する。こうして流量値積算部３００は、新たな流量計測値Ｑが伝送されて来ると、流量積算値ΣＱを順次にインクリメントして行く。
【００３４】
判定部４００は、比較部４１０と、学習制御部４２０と、記憶部４３０とを備えている。この判定部４００では、前記の超音波伝搬時間計測部１００によって計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２を一組としたデータを、ガスの種類あるいはその組成成分に対応してあらかじめ設定された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の所定組合せのデータと比較することにより、そのとき流れているガスに空気が混入しているか否かを判定する。
【００３５】
比較部４１０は、計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の組合せを、所定組合せと比較し、それから逸脱していた場合には、そのときのガスには空気が混入しているものと判定するものである。
【００３６】
例えば、図２に一例を示すように縦軸に順方向伝搬時間Ｔ１を取り横軸に逆方向伝搬時間Ｔ２を取った座標中に、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の計測値を（Ｔ１，Ｔ２）の組合せの１点として示すものとすると、判定部４００は、計測結果の（Ｔ１，Ｔ２）の１点のプロットが斜線を付して示した所定領域Ｇｎ内に含まれるものである場合には、このときの計測対象であるガスには空気の混入量が実質的に無視できる程度に純度の高い純正な１３Ａガスであるものと判定する。あるいは前記の計測結果が前記の所定領域Ｇｎから逸脱した領域Ａに含まれるものである場合には、このときの計測対象であるガスには純正な燃料としてのガス中に実質的に不完全燃焼等の不都合を生じるおそれのある多量の空気が混入しているものと判定する。
【００３７】
なお、所定領域Ｇｎは図２に一例を示すような（Ｔ１，Ｔ２）の組合せの分布領域として、このガスメータの設計時点からあらかじめ固定的に設定しておいてもよいが、さらに本実施の形態では、後述するように、実際に正常なガスが流れている状況下で計測される伝搬時間（Ｔ１，Ｔ２）を学習制御部４２０によって所定の学習期間に亘って学習する。これにより、判定基準となる（Ｔ１，Ｔ２）の所定組合せである定領域Ｇｎを、個別のガスメータごとに実際の使用条件に則したものとして、さらにきめ細かく設定することができる。
【００３８】
学習制御部４２０は、例えば半年間あるいは１年など所定の学習期間に亘って計測された順方向伝搬時間Ｔ１と逆方向伝搬時間Ｔ２とを一組とする組合せの分布を、記憶部４３０に格納する（記憶させる）ことにより、所定組合せの分布すなわち前記の所定領域Ｇｎのデータを、実際のガスメータの使用条件に則して学習して得るものである。また、この学習制御部４２０は、ガスメータの出荷時点から前記の所定組合せの分布の初期値があらかじめ設定されており、所定の学習期間中に計測された伝搬時間の組合せがその初期値から逸脱するという事態が発生した場合には、それまでに学習して記憶部４３０に記憶させていたデータをリセットすると共に、改めて所定の期間に亘って組合せの分布の学習を行ない、その新たに学習して得たデータを記憶部４３０に記憶させるものである。
【００３９】
記憶部４３０は、所定組合せの分布の初期値のデータおよび学習制御部４２０によって学習して得られた所定組合せの分布のデータを記憶するものである。この記憶部４３０としては、例えばＲＡＭあるいはＥＥＰＲＯＭのようなデータの書き込み／読み出しが可能な記憶素子などを好適に用いることができる。
【００４０】
警報部５００は、順方向伝搬時間Ｔ１と逆方向伝搬時間Ｔ２とを一組とする組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定部４００が判定した場合には、ガス配管経路などに何らかの亀裂や漏れなどが発生している可能性が高いので、その判定に基づいて計測対象のガスに空気が混入している旨の警報を電子アラーム５１０の鳴動およびＬＥＤ５２０の発光によって発するものである。
【００４１】
遮断弁６００は、電磁弁のような弁機構を備えており、その弁の開閉動作を行うことによってガスの流れの遮断／開放を行うものである。
【００４２】
遮断弁制御部７００は、遮断弁６００の開閉動作を制御するものである。さらに詳細には、内管漏洩や地震感知などのいわゆる遮断事由が発生したことが感震センサ（図示省略）などによって感知された場合に、弁閉動作を行うように遮断弁６００を制御することは言うまでもないが、さらにそれに加えて、ガスに多量の空気が混入していることが判定部４００によって判定された場合には、ガス配管経路などに何らかの亀裂や漏れなどが発生している可能性が高いので、その判定に基づいて弁閉動作を行うように遮断弁６００を制御する。ただし、ガスが停止状態にあった後、流れが再開した場合には、その再開時点から所定時間に亘っての間は、いわゆる空気抜きを行うことができるようにするために、たとえその間に多量の空気が混入しているものと判定部４００が判定しても遮断弁６００は遮断を実行しない。このような所定時間としては、空気抜きを必要十分に行うことができるような時間に設定することが好ましい。
【００４３】
なお、前記の遮断弁６００の復帰動作は、この遮断弁制御部７００によって電気的に制御されて実行されるだけでなく、図示しない一般的な復帰スイッチの操作によっても実行可能であることは言うまでもない。
【００４４】
次に、計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２を１組とする組合せに基づいてそのときのガス中に空気が多量に混入しているか否かを判定することが可能であることを確証する実験結果およびその理論的な解析について述べる。
【００４５】
図３は、１３Ａガスの場合と空気の場合とで、計測結果のＴ１，Ｔ２を１組とする組合せがどのような分布を示すのかについて調べた実験結果を示す図である。なお、この図３のグラフの縦軸には順方向伝搬時間Ｔ１を、横軸には逆方向伝搬時間Ｔ２を、それぞれ［μｓ］の単位で取っている。また、１つの流量状態における計測回数は１００〜５００回とし、図３にはそれらを全て重ねてプロットしてある。このようなグラフの仕様については図２ないし図６も同様である。
【００４６】
この実験結果の図３から、高純度の１３Ａガスの場合と空気の場合との伝搬時間のプロットの分布は、領域Ｇと領域Ａとの、明らかに乖離した２つの領域に別れるものとなることが確認された。しかも、ガスや空気の流速を種々に変更した場合や、ガス流中に脈動が発生した場合でも、領域Ｇと領域Ａとが明らかに乖離した状態を保つことが確認された。
【００４７】
またさらには、１３Ａガス中に空気が混入した場合に計測される伝搬時間（Ｔ１，Ｔ２）のプロットの分布領域（これをＧ／Ａと呼ぶ。以下同様）は、図３に示したような高純度の１３Ａガスの場合の分布領域Ｇと空気の場合の分布領域Ａとの中間のいずれかの帯域に分布するものであることが分かった。
【００４８】
さらに詳細に、１３Ａのガスを計測対象として、その流量が２５［Ｌ／ｈ（リットル／時間；以下同様）］，４０［Ｌ／ｈ］，２００［Ｌ／ｈ］，４００［Ｌ／ｈ］，６００［Ｌ／ｈ］，１９００［Ｌ／ｈ］，３８００［Ｌ／ｈ］，６０００［Ｌ／ｈ］の各場合で、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の計測値がどのような分布パターンを示すかについての実験を行った。その結果、図４に示すように、１３Ａガスを計測対象とした場合の全流量域での伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の全体的な分布は、近似的にほぼ１直線上に分布していることが確認された。なお、さらに正確には計測結果のプロットは曲線上に分布しているのであるが、この図４に示した範囲が局所的なものであるために、図４では近似的に直線上に分布した状態となっているものと考えられる。
【００４９】
さらには、このような計測結果のプロットのうち、２５［Ｌ／ｈ］のプロットは、脈動が若干発生している条件下で計測されたものであるが、このプロットの分布パターンは、前記の全体的な分布の直線に対してほぼ直交方向に振れた（分散した）分布パターンとなっている。一方、流量が１９００［Ｌ／ｈ］や３８００［Ｌ／ｈ］や６０００［Ｌ／ｈ］での計測結果のプロットは、この１３Ａに関する全体的なプロットの直線上に沿うように分布しているが、このような分布パターンを示すのは、計測対象のガスに脈動が発生していない場合か、あるいは低周波数のうねりが生じている場合である。
【００５０】
このように、脈動が発生した場合に計測される計測結果の分布パターンは、脈動が発生していない場合やうねりが発生している場合の直線状の分布パターンに対してほぼ直交する方向あるいは交差する方向に振れたものとなる。
【００５１】
また、流量計測装置の周囲環境の温度変化等に起因して、計測対象であるガスのような流体の温度に変化が生じると、その流体中を伝搬する音速も変化する。このため、流体の流量は実際には一定であってもそのとき計測される流速値は温度変化に起因して真値とは有意に異なった値となる場合があり得る。このような温度変化に起因してＴ１，Ｔ２の計測値が変化する現象を実験により確認した。その結果を図６に示す。１３Ａのガスを２５〜６０００［Ｌ／ｈ］の各流量で流した場合に計測されるＴ１，Ｔ２の分布は、流体の温度が−１０℃、２３℃、４０℃の各場合で明らかに異なった領域に分布している。その分布は、温度変化に対応して、直線状の分布パターンに対してほぼ直交する方向あるいは交差する方向に振れたものとなっている。
【００５２】
このように、脈動や温度変化に起因して分布領域Ｇに振れが生じるので、その振れを考慮に入れた上で、ガス中に空気が混入しているか否かを判定するための基準となる所定領域Ｇｎを設定することが望ましい。そこで、このような脈動や温度変化に起因した分布領域Ｇの振れを含めて所定領域Ｇｎを設定するために、本実施の形態に係るガスメータでは、実際のガス使用条件下での伝搬時間の組合せを所定の学習期間に亘って学習し、所定領域Ｇｎをより実態に則した設定とするようにしている。
【００５３】
ここで、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布に基づいて、ガス中に空気が混入しているか否かを判定することが可能であることについてを理論的に解析する。従来の技術の項目でも述べたように、一般に伝搬時間Ｔ１，Ｔ２はＴ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ），Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖｃｏｓθ）と書くことができるが、この２つの式から流速ｖを消去することができ、１／Ｔ１＋１／Ｔ２＝２Ｃ／Ｌなる関係式が得られる。この関係式から、Ｌおよび被測定流体の圧力、温度等の条件が一定の条件下では、Ｔ１，Ｔ２の組み合わせの分布は被測定流体中の音速Ｃのみによって変化するものであることが分かる。流体中の音速Ｃは一般にその流体の密度ρによって変化するが、さらにその密度ρは流体の成分組成によって変化するから、要するにガスのような流体の種類に対応して、計測される伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布が変化することとなる。このように、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布に基づいて、流体の組成や空気の混入を判別することができるものと解析することができる。
【００５４】
また、流体中に生じる脈動は一般に粗密波であるから、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２を計測した時間間隔よりも十分に短い周期の脈動が発生している状態の流体には局所的かつ瞬間的に本来の密度とは異なった状態が生じているので、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の計測値の分布は脈動が発生していない場合の全体的な計測値の分布の直線上から外れた分布、すなわちその直線と交差する方向（図４に示した実験結果では，ほぼ直交方向）に振れた分布となるものと解析することができる。一方、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２を計測した時間間隔よりも十分に長い周期の脈動、すなわち、いわゆるうねりが生じている場合には、計測タイミングごとで単に流量が若干上下しているだけであるから、そのとき計測される伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の分布は、単にその全体的な計測値の分布の直線上に沿って上下するだけとなるものと解析することができる。
【００５５】
また、１３Ａのような純正のガス中に空気が混入すると、その混合ガスの密度は純正ガスの密度とは異なったものとなる。すなわち空気の混入量に対応して混合ガスの密度ρが変化する。従って、伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の計測値の分布は空気の混入量に対応して全体的な計測値の分布の直線と交差する方向に振れたものとなるものと解析することができる。
【００５６】
なお、初期値としての所定領域Ｇｎの設定は、図２に示したような１つの境界線を設けてその一方側と設定するという手法の他にも、図５に示すように上限および下限を有する１つの帯域として設定するようにしてもよい。すなわち、所定領域Ｇｎの帯域よりも上側の領域Ｇｈや下側の領域Ｇｌに含まれるようなＴ１，Ｔ２が計測された場合には、純正ガスとは組成の異なるガスあるいは濃度や密度の異なるガスが流れているものと判定することができる。このような異種のガスや流体を検知して警報を発したり遮断を実行する技術は、本実施の形態に係るガスメータの他にも、例えば化学プラントにて用いられるような原料流量計測装置や、液体燃料を用いる車両用エンジンの燃料流量計測装置など、複数種類の流体が取り扱われる可能性のある流量計測装置などにも適用可能である。
【００５７】
また、計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２を１組として、その１組ずつを所定組合せと比較してもよく、あるいは計測された伝搬時間の組合せを複数まとめてその平均値を取るなどして、その平均値を所定組合せと比較してもよい。
【００５８】
また、計測された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の組合せが所定組合せから逸脱したことが判定された場合には、上記のような警報や遮断の他にも、その逸脱した旨を担持する情報を管理センタなどに送信するようにしてもよい。
【００５９】
以上のように、本実施の形態に係るガスメータおよびその流量計測方法では、比較部４１０が、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せを、所定のガスの種類に対応してあらかじめ定められた所定組合せの領域（所定領域Ｇｎ）と比較して、その所定組合せから逸脱しているか否かを判定する。そしてそれが逸脱している場合には、そのとき流れているガスが所定の組成あるいは種類とは異なったものであると判定する。
【００６０】
すなわち、流量計測値を得るための既存の一般的な装置である超音波伝搬時間計測部１００によって測定された伝搬時間Ｔ１，Ｔ２のデータに基づいて、ガスの種類あるいは組成が所定のものから逸脱したものであるか否かを判定することができる。従って、繁雑な組成センサや組成分析装置などを付設することなく、計測対象のガスの組成（空気の混入等）が許容範囲内にあるか否かを判定することができる。また、計測対象のガスが所定の許容範囲から逸脱した組成と判定されると、警報部５００がその旨の警報を発し、また遮断弁６００によって流体の供給を遮断（停止）することができる。
【００６１】
また、実際に計測された順方向伝搬時間Ｔ１と逆方向伝搬時間Ｔ２とを一組とする組合せの分布を学習制御部４２０によって所定の学習期間に亘って学習し、そのデータを記憶部４３０に記憶させることにより、ガスメータが実際に利用されている状態での伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の正常値を所定組合せとして学習制御的に自動的に学習する。そしてその学習によって得られた所定組合せとその後に計測される伝搬時間の組合せとを比較部４１０が比較することにより、そのとき流れているガスの種類あるいは組成が所定のものから逸脱したものであるか否かを判定する。このような学習制御の手法によって、ガスの組成判定の基準値である伝搬時間の所定組合せを、理論値等に基づいてあらかじめ設定する場合よりもさらにきめ細かく実際に則したものとすることが可能となる。
【００６２】
しかも、学習期間中に流れているガスの種類あるいは組成が初期値としてあらかじめ定められた所定組合せから逸脱するという事態が生じた場合には、それまでに学習制御部４２０によって記憶部４２０に記憶させていた伝搬時間の組合せのデータをリセットし、改めてそれから所定の学習期間に亘って計測される伝搬時間の組合せの分布を記憶して行く。これにより、ガスの種類あるいは組成から逸脱したデータを学習することを回避することができる。
【００６３】
また、ガス停止状態から所定時間に亘っての間は、計測された伝搬時間の組合わせが所定組合わせから逸脱するものと判定されても、遮断弁制御部７００は遮断弁６０による弁遮断を実行しない。これにより、例えばガスメータの上流側で導管工事が行われ、その終了後にガスの使用を再開する際などに、いわゆる空気抜きとして、空気を多量に含んだガスを妨げることなく排出することが可能となる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし５のいずれかに記載の流量計測方法、請求項６ないし１０のいずれかに記載の流量計測装置、請求項１１記載のガスメータによれば、流量計測値を得るための既存の一般的な装置によって測定された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せを、所定の学習期間に亘って計測された順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを一組とする組合せの分布を所定の流体の種類に対応して記憶しておいた組合せの分布と比較して、その所定組合せから逸脱しているか否かを判定するようにしたので、既存の超音波発／受振器とは別のセンサ等は何ら付設することなく、所定の流体とは異なった種類あるいは組成の流体が流れた場合に、それを検知（判定）することができるという効果を奏する。
【００６５】
また、請求項２記載の流量計測方法または請求項７記載の流量計測装置あるいは請求項１１記載のガスメータによれば、伝搬時間の組合せが所定組合せから逸脱していると判定された場合には、そのとき流量計測装置を流れている流体の種類あるいは組成が所定のものから逸脱した異種のものであるとして、その旨の警報を発することができるという効果を奏する。また同様の場合、請求項３記載の流量計測方法あるいは請求項８記載の流量計測装置あるいは請求項１１記載のガスメータによれば、計測対象の流体の流れを遮断することができるという効果を奏する。
【００６６】
そしてその結果、ガスメータや流量計測装置の下流側での、燃焼の立ち消えや不完全燃焼等の発生あるいは誤った化学反応の発生などを、未然に防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るガスメータの概要構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】１３Ａガスに対応した所定領域Ｇｎと空気が混入したガスに対応した伝搬時間の分布領域Ａとを示す図である。
【図３】計測結果のＴ１，Ｔ２を１組とする組合せの分布を１３Ａガスの場合と空気の場合とでそれぞれ調べた実験結果を示す図である。
【図４】１３Ａガスを計測対象とした場合の全流量域での伝搬時間Ｔ１，Ｔ２の全体的な分布を示す図である。
【図５】所定領域Ｇｎを上限および下限を有する１つの帯域として設定した場合の一例を示す図である。
【図６】温度変化に起因してＴ１，Ｔ２の計測値が変化する現象の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１００…超音波伝搬時間計測部、２００…流量値演算部、３００…流量値積算部、４００…判定部、５００…警報部、６００…遮断弁、７００…遮断弁制御部
【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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