超音波流量計
【課題】メータケースの追加加工又は設計変更や、部品点数及び組み付けの手間を抑えつつ、メータケース内の浸水を検知することが可能な超音波流量計の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の超音波流量計１０は、受波側の超音波送受波器３０にて受波された超音波に含まれる複数のピークのうち、特定のピークの波高が予め設定された基準値を超えて低下した場合に浸水有りと判定する、異常判定手段（ステップＳ１５，Ｓ１６）を備えている。具体的には、受信波を、予め設定された基準波高になるように増幅するために設定された増幅度が、予め設定された所定の基準増幅度を超えたか否かを判定し（Ｓ１５）、基準増幅度を超えた場合（Ｓ１５でＹｅｓ）には、メータケース２０内への浸水有りと判定する（Ｓ１６）。
【解決手段】本発明の超音波流量計１０は、受波側の超音波送受波器３０にて受波された超音波に含まれる複数のピークのうち、特定のピークの波高が予め設定された基準値を超えて低下した場合に浸水有りと判定する、異常判定手段（ステップＳ１５，Ｓ１６）を備えている。具体的には、受信波を、予め設定された基準波高になるように増幅するために設定された増幅度が、予め設定された所定の基準増幅度を超えたか否かを判定し（Ｓ１５）、基準増幅度を超えた場合（Ｓ１５でＹｅｓ）には、メータケース２０内への浸水有りと判定する（Ｓ１６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メータケース内に１対の超音波送受波器を対向配置した超音波流量に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の超音波流量計では、１対の超音波送受波器間における超音波の伝搬時間に基づいて流速を演算し、その流速に気体が流れる流路の断面積を乗じて流量を計測している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８０９８８号公報（段落［００２０］、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述した従来の超音波流量計を、都市ガスメータとして使用した場合には、以下のような問題が生じ得る。即ち、地中に埋設されたガス管の破損によってガス管に入り込んだ水やガスに含まれる水分が、メータケース内に溜まり、この溜まった水によって、気体が実際に通過可能な流路の断面積が、本来の流路断面積よりも小さくなる。そのため、実際の流量（ガス使用量）よりも、本来の流路断面積に基づいて演算された流量（ガス使用量）の方が大きくなり、ガス利用者に不利益をもたらす可能性があった。
【０００５】
この問題を解消する手段としては、メータケース内に溜まった水を検知するための浸水センサを取り付けることが考えられるが、浸水センサを追加するために、既存のメータケースの追加加工又は設計変更が必要になったり、部品点数や組み付けの手間が増えるといった新たな問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、メータケースの追加加工又は設計変更や、部品点数及び組み付けの手間を抑えつつ、メータケース内の浸水を検知することが可能な超音波流量計の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る超音波流量計は、メータケース内に対向配置された１対の超音波送受波器の間における超音波の伝搬時間に基づいて、メータケース内を通過する気体の流量を測定する超音波流量計において、超音波送受波器にて受波された超音波に含まれる複数のピークのうち、特定のピークの波高が予め定められた基準値を超えて低下した場合に、浸水有りと判定する異常判定手段を備えたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、超音波送受波器にて受波された超音波を増幅する増幅部と、増幅後の特定のピークの波高が、予め設定された基準波高になるように増幅部における増幅度を変更して設定する増幅度設定手段とを備え、波高異常判定手段は、増幅度設定手段によって設定された増幅度が予め定められた基準増幅度以上であるか否かを判定し、基準増幅度以上であることを以て、浸水有りと判定するところに特徴を有する。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の超音波流量計において、一方の超音波送受波器が超音波を送波してから他方の超音波送受波器が超音波を受波するまでの伝搬時間が、気体中を伝搬する超音波ではあり得ない所定の基準伝搬時間以下か否かを判定する時間判定手段と、伝搬時間が基準伝搬時間以下である場合に、浸水有りと判定する補助異常判定手段とを備えたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の超音波流量計において、メータケースの内部空間を、メータケースの外部から気体が流入する流入空間とメータケースの外部へと気体が流出する流出空間とに仕切る隔壁と、その隔壁を貫通して流入空間と流出空間を連通する計測管とを備え、１対の超音波送受波器の一部が計測管を介して対向配置されると共に、１対の超音波送受波器のうち、超音波を送受波する送受波面の最下端が、計測管の端部開口より下方に配置されているところに特徴を有する。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４に記載の超音波流量計において、計測管のうち気体が流れる管路の断面が、上下方向に対して水平方向が長い扁平形状をなしたところに特徴を有する。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波流量計において、浸水有りと判定された場合に、メータケースへの気体の供給を遮断する遮断弁を備えたところに特徴を有する。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の超音波流量計において、浸水有りと判定された場合に、警報を発する警報手段を備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１４】
［請求項１及び２の発明］
請求項１の発明によれば、送波側の超音波送受波器がメータケース内に溜まった水と接触した場合、その超音波送受波器から送波された超音波は、メータケース内を通過する気体だけでなく、メータケース内に溜まった水やメータケース自体に伝搬する。このとき、超音波のエネルギーが分散するため、メータケース内を通過する気体を伝搬して受波側の超音波送受波器に受波された超音波の波高が、正常時に比べて小さくなる。従って、受波側の超音波送受波器にて受波された超音波に含まれる複数のピークのうち、特定のピークの波高が予め設定された基準値を超えて低下した場合に、浸水有りと判定することができる。そして、本発明によれば、流量計測用の超音波送受波器を用いて、メータケース内の浸水を検知することができるから、既存の超音波流量計に浸水検知機能を付加する場合に、メータケースの追加加工又は設計変更が不要であり、部品点数や組み付け作業の増加も抑えることができる。なお、１対の超音波送受波器のうち、少なくとも一方の超音波送受波器が水と接触した状態になった時点で、上述の如く浸水を検知することができるので、比較的早期に対処することが可能となる。
【００１５】
ここで、受波された超音波を直接監視して特定のピークが所定の基準値を超えて低下したか否かを判定してもよいが、通常は、気体の流れの影響を受けて波高が変動し得るため、浸水の判定基準である基準値を随時変更する必要がある。これに対し、請求項２の発明によれば、受波した超音波における特定のピーク波高が所定の基準波高になるように増幅度を変更しており、その増幅度が予め設定された基準増幅度以上になったことを以て、浸水有りと判定するので、浸水の判定基準である基準増幅度を一定にすることができる。
【００１６】
［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、送波側の超音波送受波器から送波された超音波が、メータケース内を通過する気体だけでなく、メータケース内に溜まった水やメータケース自体に伝搬すると、１対の超音波送受波器の間における伝搬時間が、気体中を伝搬する超音波ではあり得ない所定の基準伝搬時間以下になる。従って、１対の超音波送受波器間における伝搬時間が、基準伝搬時間以下か否かを判定することで、浸水の有無を判定することができる。また、２つの異なる異常判定手段、即ち、受波した超音波に含まれる特定のピークの波高に基づいて浸水を判定する異常判定手段と、超音波の伝搬時間に基づいて浸水を判定する補助異常判定手段とを備えたので、仮に何れか一方の判定手段が不能となった場合でも他方の判定手段で浸水を検知することができ、浸水検知の確実性が向上する。
【００１７】
［請求項４及び５の発明］
請求項４の発明によれば、メータケースの流入空間に流入した気体が、全て計測管を通って流出空間へと移動し、流出空間からメータケースの外部へと排出される。そして、超音波の伝搬時間から求められた流速に、計測管の管路の断面積を乗じることで流量が演算される。ここで、請求項４の発明によれば、計測管の管路に水が入る水位より低い水位で、超音波送受波器の送受波面が水と接触するので、計測管の管路に水が入る前に浸水を検知することができる。これにより、気体が通過可能な流路断面積が減少して流量計測値に誤差が生じる前に、対策を講じることができる。
【００１８】
ここで、計測管の管路の断面は円形でもよいし、上下方向に対して水平方向が長くなった扁平形状でもよい（請求項５の発明）。扁平断面の計測管にすれば、比較的大きな流量を計測することが可能になる。
【００１９】
［請求項６及び７の発明］
請求項６及び７の発明によれば、不正確な超音波流量計と知らずに使用し続けるということを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波流量計の側断面図
【図２】（Ａ）制御処理部のブロック図、（Ｂ）受波回路のブロック図
【図３】受信波と基準波高との関係を示すグラフ
【図４】増幅度設定プログラムのフローチャート
【図５】浸水状態における超音波流量計の側断面図
【図６】浸水状態における超音波流量計の側断面図
【図７】第２実施形態に係る伝搬時間確定プログラムのフローチャート
【図８】正常時及び浸水時の受信波と基準波高との関係を示すグラフ
【図９】（Ａ）変形例に係る計測管の斜視図、（Ｂ）その計測管と超音波送受波器の位置関係を示す平断面図
【図１０】変形例に係るメータケースの側断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明を適用した超音波流量計に係る第１実施形態を、図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態の超音波流量計１０は、例えば、都市ガスメータであって、都市ガスの配管９０の途中に接続されたメータケース２０を備えている。
【００２２】
メータケース２０は両端有底の筒形構造をなしている。メータケース２０の上面からは、２つの管接続部２１，２１が長手方向に並んで起立しており、メータケース２０の内部の計測管収容室２２に連通している。
【００２３】
メータケース２０のうち、長手方向の両端部壁２３，２３の内面には、１対の超音波送受波器３０，３０が保持されている。
【００２４】
超音波送受波器３０，３０は略円柱構造をなしており、その一方の端面に超音波の送受波面３１が設けられ、他方の端面に接続端子（図示せず）が備えられている。接続端子は、メータケース２０の両端部壁２３，２３を気密状態に貫通して外部に露出しており、この接続端子とメータケース２０の外部に備えた後述する制御処理部４０とが電気接続されている。
【００２５】
メータケース２０の内部には、計測管収容室２２をその長手方向（図１の左右方向）の中央部で２つの部屋に隔絶した隔壁２４が備えられている。即ち、隔壁２４は、計測管収容室２２を上流側の流入部屋２２Ａと下流側の流出部屋２２Ｂとに区画している。これら流入部屋２２Ａ及び流出部屋２２Ｂには、それぞれ超音波送受波器３０，３０が収容されている。また、隔壁２４を円形パイプ状の計測管２５が貫通して、その両端部の開口が流入部屋２２Ａと流出部屋２２Ｂとに配置されている。そして、超音波送受波器３０，３０の一部が計測管２５を介して対向配置されている。以下、１対の超音波送受波器３０，３０を区別する場合は、「上流側の超音波送受波器３０Ａ」、「下流側の超音波送受波器３０Ｂ」という。
【００２６】
両管接続部２１，２１に都市ガスの配管９０が接続されると、図１の点線矢印に示すように、上流側の管接続部２１からメータケース２０の流入部屋２２Ａにガスが流れ込み、計測管２５を通過し、流出部屋２２Ｂを経て下流側の管接続部２１からメータケース２０の外部に排出される。
【００２７】
ここで、本実施形態では、１対の超音波送受波器３０，３０における送受波面３１，３１の最下端が、計測管２５の端部開口より下方に配置されている。
【００２８】
なお、各超音波送受波器３０，３０は、送受波面３１，３１以外の部分が防振部材（例えば、ゴム）で覆われている。
【００２９】
図２（Ａ）には、超音波流量計１０における制御処理部４０の詳細が示されている。この図２を参照しつつ、本実施形態の超音波流量計１０の動作について説明する。
【００３０】
コントロール部４１は、送受切替スイッチ４５，４６を制御して、まずは図２に示すように、上流側の超音波送受波器３０Ａを送波回路４２に接続しかつ、下流側の超音波送受波器３０Ｂを受波回路４３に接続した状態にしてから、送波回路４２及びクロックカウンタ４４に送波指令信号を出力する。すると、送波回路４２が上流側の超音波送受波器３０Ａを駆動し、超音波が上流側の超音波送受波器３０Ａから下流側の超音波送受波器３０Ｂに向けて発信されると同時に、クロックカウンタ４４がクロックパルスに基づいて時間計測を開始する。
【００３１】
上流側の超音波送受波器３０Ａから発信された超音波は、下流側の超音波送受波器３０Ｂにて受波される。受波された超音波（以下、適宜「受信波」という）は下流側の超音波送受波器３０Ｂに接続された受波回路４３に入力し、受波回路４３は、受信波を検知すると受信波検知信号ｄをクロックカウンタ４４に出力する。受信波検知信号ｄの入力によってクロックカウンタ４４はカウントを停止して、そのカウント値（即ち、超音波の伝搬時間）をコントロール部４１に出力し、０リセットされる。
【００３２】
コントロール部４１にカウント値が入力すると、送波回路４２は、上流側の超音波送受波器３０を駆動停止し、次にコントロール部４１から出力される送波指令信号の待ち状態になる。また、この間にコントロール部４１が送受切替スイッチ４５，４６を駆動し、送波回路４２を下流側の超音波送受波器３０Ｂに接続し、受波回路４３を上流側の超音波送受波器３０Ａに接続する。
【００３３】
次いで、コントロール部４１は、送波回路４２に送波指令信号を出力する。これにより、今度は、超音波の送信方向を逆向きにして上記した場合と同様の処理が行われる。そして、コントロール部４１において、ガスの流れに対する順方向と逆方向の両方向で計測されたクロックカウンタ４４のカウント値の逆数差（伝搬時間の逆数差）が求められ、これに基づいて計測管２５を流れるガスの流速が算出される。また、この流速に、計測管２５の管路２５Ａの断面積を乗じて流量が算出される。
【００３４】
図２（Ｂ）には、受波回路４３の詳細が示されている。受波回路４３のうち、基準波高設定部５０には、複数段階（例えば、４段階）の基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４が予め設定されている。
【００３５】
図３には、受波回路４３に備えた増幅部５１による増幅後の受信波Ｗと各基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４との関係が示されている。同図に示すように、本実施形態では、受信波Ｗにおける第１ピークＰ１の波高が、最も低い第１の基準波高Ｌｖ１だけを超えるように増幅部５１の増幅度を設定した場合に、第３ピークＰ３の波高が、第１〜第４の基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４を一気に超えるように各基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４を設定してある。また、増幅部５１は、増幅後の受信波Ｗが、基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４との間で上記関係を満たすように、増幅前の受信波の波高に応じて、増幅度を変更及び設定するようになっている。ここで、第１ピークＰ１及び第３ピークＰ３は、本発明における「特定のピーク」に相当し、第１の基準波高Ｌｖ１は第１ピークＰ１に対する「基準波高」であり、第４の基準波高Ｌｖ４は第３ピークＰ３に対する「基準波高」となっている。なお、増幅度の変更及び設定については後に詳説する。
【００３６】
図３に戻って説明を続けると、基準波高設定部５０は、４段階の基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４のうち、連続した複数段階（例えば、３段階）の基準波高を選択して比較部５２へ出力する。具体的には、最初は、最も小さい基準波高Ｌｖ１を含む第１〜第３の基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ３を選択して出力する。受波側の超音波送受波器３０にて受波された受信波は、増幅部５１に設定された増幅度で増幅された後、比較部５２とゼロクロス検知部５３とに入力する。
【００３７】
比較部５２では、増幅後の受信波Ｗの第１ピークＰ１が、第１〜第３の基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ３と比較される。増幅後の受信波が図４に示す受信波形である場合、第１ピークＰ１は、第１の基準波高Ｌｖ１を超えるが、第２及び第３の基準波高Ｌｖ２，Ｌｖ３を超えない。このとき、比較部５２は、第１ピークＰ１が第１の基準波高Ｌｖ１を超えたことをゼロクロス検知部５３に伝える。
【００３８】
すると、ゼロクロス検知部５３は第１ピークＰ１の直後のゼロクロス点を検知し、ゼロクロス検知信号ａを基準波高設定部５０に出力する。また、比較部５２は、第１ピークＰ１が３つの基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ３のうち、第１の基準波高Ｌｖ１だけを超えたことを意味する信号ｂを基準波高設定部５０に送信する。
【００３９】
基準波高設定部５０は、比較部５２からの信号ｂに基づき、第１ピークＰ１が超えた第１の基準波高Ｌｖ１に替えて、新たに第４の基準波高Ｌｖ４を設定し、この第４の基準波高Ｌｖ４と、第１ピークＰ１が超えなかった第２及び第３の基準波高Ｌｖ２，Ｌｖ３を比較部５２へ出力する。
【００４０】
上記した基準波高の切り替えは、ゼロクロス検知信号ａ及び信号ｂが入力すると直ちに行われる。即ち、第１ピークＰ１の次に第１基準波高Ｌｖ１を超える第３ピークＰ３が、比較部５２に入力する前に、新たな３つの基準波高Ｌｖ２〜Ｌｖ４が比較部５２に設定される。そして、第３ピークＰ３が、これら３つの基準波高Ｌｖ２〜Ｌｖ４を一気に超えると、比較部５２は、この第３ピークＰ３を狙った特定のピークであると判断して、特定ピーク検知信号ｃをゼロクロス検知部５３へと出力する。ゼロクロス検知部５３は、この第３ピークＰ３の直後のゼロクロス点を検知して、受信波検知信号ｄをクロックカウンタ４４に出力する。
【００４１】
ところで、増幅部５１は、増幅度（利得）を、例えば、段階的に変更可能な「利得可変増幅器」であり、増幅前の受信波の波高に応じて、最適な増幅度を設定するようになっている。増幅度の設定は、例えば、通常の流量計測の合間に定期的（例えば、１分間隔）に行われる。
【００４２】
増幅度の設定は、以下に説明する増幅度設定プログラムＰＧ１に従って行われる。即ち、図４に示すように、まず、増幅度を最低値に設定（Ｓ１１）し、受波側の超音波送受波器３０で実際に受波した受信波を、設定した増幅度で増幅する。そして、増幅された受信波によって受信波検知に成功するか否か、即ち、上述したように、増幅後の受信波が各基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４との間で、図４に示した関係を満たすようになり、狙った特定のピーク（具体的には、第３ピークＰ３）を検知可能か否かを判定する（Ｓ１２）。
【００４３】
増幅度が小さく、受信波検知が成功しなかった場合（Ｓ１２でＮｏ）には、増幅度を１段階上げて（Ｓ１３）、再度、受信波の増幅を行い、受信波検知（Ｓ１２）を試みる。受信波検知が成功するまで増幅度を１段階ずつ上げていき、受信波検知が成功した場合（Ｓ１２でＹｅｓ）に、その増幅度（受信波検知可能な最低増幅度）を増幅部５１に設定する（Ｓ１４）。
【００４４】
上記した増幅度設定処理（Ｓ１１〜Ｓ１４）は、ガスの流れに沿った順方向で超音波を送受波した場合と、ガスの流れに逆行した逆方向で超音波を送受波した場合とでそれぞれ行われ、順方向用の増幅度と逆方向用の増幅度とが設定される。そして、少なくとも次回の増幅度設定時（例えば、１分後）までは、この増幅度で受信波を増幅して流量計測を行う。なお、増幅度設定処理（Ｓ１１〜Ｓ１４）は、本発明の「増幅度設定手段」に相当する。
【００４５】
ところで、何らかの原因で都市ガス配管に水が入り込んだり、ガスに含まれる水分が結露すると、メータケース２０内に少しずつ水が溜まる。そして、図５又は図６に示すように、溜まった水が少なくとも何れか一方の超音波送受波器３０の送受波面３１に接触した状態になると、水に接触した超音波送受波器３０から送波された超音波が、計測管２５の管路２５Ａを流れるガスだけでなく、溜まった水又は、水を介して計測管２５に伝搬する。このとき、超音波のエネルギーが分散するため、計測管２５を流れるガス中を伝搬して受波側の超音波送受波器３０で受波される受信波の大きさ、即ち、受信波に含まれる各ピークの波高が、正常時に比べて小さくなる。すると、上述した増幅度設定処理（Ｓ１１〜Ｓ１４）において設定される増幅度（受信波検知可能な最低増幅度）が、正常時に比較して大きくなる。
【００４６】
そこで、本実施形態の超音波流量計１０では、図４に示すように、増幅度設定処理（Ｓ１１〜Ｓ１４）において増幅部５１に設定された増幅度が、予め設定された所定の基準増幅度を超えたか否かを判定し（Ｓ１５）、基準増幅度を超えた場合（Ｓ１５でＹｅｓ）には、メータケース２０内への浸水有りと判定して（Ｓ１６）、メータケース２０の外部に設けた警報器４７（既存の流量表示器やランプを含む。図２参照）によって、異常（浸水）を報知する。また、メータケース２０に内蔵された遮断弁１８（図２参照）を作動させて、ガスの供給を停止する。さらに、通信手段を備えている場合には、ガス会社やガスメータの管理者に自動通報する。なお、ステップＳ１５，Ｓ１６は本発明の「異常判定手段」に相当する。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、流量計測用の超音波送受波器３０，３０を用いて、メータケース２０内の浸水を検知することができるから、既存の超音波流量計に浸水検知機能を付加する場合に、メータケース２０の追加加工や設計変更が不要であり、部品点数や組み付け作業の増加も抑えることができる。また、１対の超音波送受波器３０，３０のうち、少なくとも一方の超音波送受波器３０が水と接触した状態になった時点（図５に示す状態）で、浸水を検知することができ、比較的早期に対処することが可能になる。
【００４８】
また、超音波送受波器３０，３０の送受波面３１，３１の最下端が、計測管２５の端部開口より下方に配置されているので、計測管２５の管路２５Ａに水が侵入する水位より低い水位で、送受波面３１，３１が溜まった水と接触し、受信波のピーク波高低下が起きる。従って、計測管２５の管路２５Ａにおけるガスが通過可能な断面積が狭まる前、即ち、流量計測の誤差が生じる前に浸水を検知して、超音波流量計１０の交換等の対策を講じることができる。
【００４９】
さらに、浸水を検知した場合に、警報器４７や遮断弁１８を作動させるので、不正確な超音波流量計１０と知らずに使用し続けるということを防止することができる。
【００５０】
［第２実施形態］
この第２実施形態は、上記第１実施形態の構成に対し、超音波の伝搬時間に基づいて浸水を検知する機能を追加した構成となっている。以下、第１実施形態との相違点についてのみ説明し、第１実施形態と同一の部位については同一符号を付すことで重複した説明は省略する。
【００５１】
図６に示すように、メータケース２０内に溜まった水が１対の超音波送受波器３０，３０と計測管２５との間に介在して、超音波送受波器３０，３０間が水及び計測管２５で繋がった状態になると、水及び計測管２５を伝搬した超音波が、ガス中を伝搬する超音波よりも速く受波側の超音波送受波器３０に受波される。これに対し、本実施形態の超音波流量計１０では、例えば、ガス中の音速、温度、使用時のガスの最大流速、その他使用条件等に基づいて予め設定された、ガス（都市ガス）中を伝搬する超音波ではあり得ない所定の基準伝搬時間が設定されており、１対の超音波送受波器３０，３０間における超音波の伝搬時間が、基準伝搬時間以下である場合にも、メータケース２０内への浸水有りと判定するようになっている。
【００５２】
詳細には、図７に示すように、伝搬時間確定プログラムＰＧ２では、まず、クロックカウンタ４４のカウント値に基づいて、送波側の超音波送受波器３０が超音波を送波してから所定の制限時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２１）。制限時間は、例えば、最大流速のガスの流れと逆行した方向で超音波を送受波した場合の、超音波の伝搬時間より僅かに長くなっている。
【００５３】
制限時間を超えていない場合（Ｓ２１でＮｏ）には、受波側の超音波送受波器３０が、所定の条件を満たす超音波を受波したか否かを判定する（Ｓ２２）。具体的には、増幅後の受信波が各基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４との間で、図４に示した関係を満たし、狙った特定のピーク（例えば、第３ピークＰ３）を検知したか否かを判定する。この処理（Ｓ２２）は、所定の条件を満たす受信波を検知するまで繰り返し行われる。そして、所定の条件を満たす受信波を検知する前に制限時間が経過した場合（Ｓ２１でＹｅｓ）は、受信波検知失敗（Ｓ２３）であり、直ちにこの処理を抜ける。
【００５４】
一方、制限時間内に所定の条件を満たす超音波を受波した場合（Ｓ２２でＹｅｓ）は、受信波検知成功であり（Ｓ２４）、クロックカウンタ４４に受信波検知信号ｄが出力され、超音波の伝搬時間が確定する（Ｓ２５）。次いで、計測された伝搬時間が基準伝搬時間と比較され（Ｓ２６）、伝搬時間が基準伝搬時間を超えている場合（Ｓ２６でＮｏ）は、受信波が、ガスを伝搬した超音波であるとしてこの処理を抜ける。一方、伝搬時間が基準伝搬時間以下である場合（Ｓ２６でＹｅｓ）には、ガス以外の伝搬媒体、即ち、図６に示すように、メータケース２０内に溜まった水及び計測管２５を伝搬媒体として超音波が伝搬したとして、浸水有りと判定する（Ｓ２７）。浸水有りと判定した場合には、警報器４７で、異常を報知すると共に遮断弁１８を作動させてガスの供給を停止する。
【００５５】
ここで、ステップＳ２６の処理は、本発明の「時間判定手段」に相当する。また、ステップ２６，Ｓ２７の処理を有する伝搬時間確定プロクラムＰＧ２は、本発明の「補助異常判定手段」に相当する。なお、伝搬時間確定プロクラムＰＧ２におけるステップＳ２１〜Ｓ２７の処理を、流量計測時の毎回の超音波送受波時に行うようにしてもよいし、通常時は、ステップＳ２１〜Ｓ２５の処理を行い、定期的にステップＳ２６，Ｓ２７の処理を追加して行うようにしてもよい。
【００５６】
本実施形態によれば、上記第１実施形態と同等の効果を奏すると共に、以下の効果を奏する。即ち、２つの異なる手法の異常判定処理、つまり、受波した超音波に含まれる特定のピークの波高に基づいて浸水を判定する処理（図４におけるステップＳ１５，Ｓ１６の処理）と、超音波の伝搬時間に基づいて浸水を判定する処理（図７におけるステップＳ２６，Ｓ２７の処理）とを行うことができるので、仮に何れか一方の判定処理が不能となった場合でも他方の判定処理で浸水を検知することができ、浸水検知の確実性が向上する。
【００５７】
なお、本願発明の技術的範囲には含まれないが、受信波の伝搬時間に基づいた浸水検知（図８参照）だけを行い、受波した超音波に含まれる特定のピークの波高に基づいた浸水検知（図４参照。より詳細には、ステップＳ１５，Ｓ１６）を行わない構成としてもよい。
【００５８】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５９】
（１）上記第１実施形態では、増幅度の大きさに基づいて受信波に含まれる特定のピーク（第３ピークＰ３）の波高が所定の基準波高を超えて低下したか否かを判定するようにしていたが、増幅部５１が、常に一定の増幅度で受信波を増幅するようにした場合は、以下のようにしてもよい。
【００６０】
図８において実線で示された波形は、正常時における増幅後の受信波形であり、点線で示された波形は、送波側の超音波送受波器３０が水と接触した場合における増幅後の受信波形である。このとき、所定の基準波高Ｌｖは、正常時の受信波における第３ピークＰ３より小さく、送波側の超音波送受波器３０が水と接触した場合の受信波における第３ピークＰ３より大きい値に設定されている。
【００６１】
そして、図８に示すように、増幅後の受信波に含まれる複数のピークのうち、所定の基準波高Ｌｖ以上のピーク数が、予め設定した基準数未満（図８で示した受信波形では、５つ未満）となったことを以て、受波した超音波に含まれる特定のピーク（第３ピークＰ３）の波高が所定の基準波高Ｌｖを超えて低下したと判定するようにしてもよい。
【００６２】
（２）また、超音波の送波（クロックカウンタ４４に送波指令信号が入力したとき）から、所定の基準波高Ｌｖを最初に超えたピーク（図８では第５ピークＰ５）の直後のゼロクロス点を検知するまでの時間Ｔ２が、正常時に予め実験的に求めておいた第３ピークＰ３のゼロクロス点を検知し得る最も遅い時間Ｔ１を超えた場合に、受波した超音波に含まれる特定のピーク（第３ピークＰ３）の波高が所定の基準波高Ｌｖを超えて低下したと判定するようにしてもよい。
【００６３】
（３）上記実施形態では、計測管２５を円形パイプ状としていたが、図９（Ａ）に示すように、管路２６Ａの断面が上下方向に対して水平方向が長くなった扁平形状の計測管２６でもよい。このような計測管２６とした場合には、図９（Ｂ）に示すように、１対の超音波送受波器３０，３０を、計測管２６の長手方向に対して斜めに交差する方向で対向配置させてもよい。このような扁平断面の計測管２６を使用すれば、比較的大きな流量を計測することが可能になる。
【００６４】
（４）上記実施形態では、メータケース２０内に計測管２５を収容した構成であったが、図１０に示すメータケース２７のように、計測管を備えず、メータケース２７の長手方向の中間部分を絞って管路２７Ａを形成した構成としてもよい。
【００６５】
（５）上記実施形態では、ガスの流れの順方向と逆方向とで交互に超音波を送受波して、それらの伝搬時間に基づいて流量を演算していたが、以下のようにしてもよい。即ち、まずは、順方向で所定の複数回超音波を送受波し、１回目の送波開始から複数回目の受波検知までに要した時間をクロックカウンタ４４にて計測する。次に、逆方向で所定の複数回超音波を送受波し、１回目の送波開始から複数回目の受波検知までに要した時間をクロックカウンタ４４にて計測する。そして、順方向と逆方向の両方向で計測されたクロックカウンタ４４のカウント値に基づいてガスの流速・流量を演算する。このようにすれば、上記第１実施形態に構成に比べて分解能が向上し、測定精度が向上する。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 超音波流量計
１８ 遮断弁
２０ メータケース
２４ 隔壁
２５ 計測管
２５Ａ 管路
２６ 計測管
２６Ａ 管路
２７ メータケース
２７Ａ 管路
３０ 超音波送受波器
３１ 送受波面
４０ 制御処理部
４３ 受波回路
４７ 警報器
５１ 増幅部
Ｌｖ 基準波高
Ｌｖ１〜Ｌｖ４ 基準波高
Ｐ１ 第１ピーク
Ｐ３ 第３ピーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メータケース内に１対の超音波送受波器を対向配置した超音波流量に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の超音波流量計では、１対の超音波送受波器間における超音波の伝搬時間に基づいて流速を演算し、その流速に気体が流れる流路の断面積を乗じて流量を計測している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８０９８８号公報（段落［００２０］、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述した従来の超音波流量計を、都市ガスメータとして使用した場合には、以下のような問題が生じ得る。即ち、地中に埋設されたガス管の破損によってガス管に入り込んだ水やガスに含まれる水分が、メータケース内に溜まり、この溜まった水によって、気体が実際に通過可能な流路の断面積が、本来の流路断面積よりも小さくなる。そのため、実際の流量（ガス使用量）よりも、本来の流路断面積に基づいて演算された流量（ガス使用量）の方が大きくなり、ガス利用者に不利益をもたらす可能性があった。
【０００５】
この問題を解消する手段としては、メータケース内に溜まった水を検知するための浸水センサを取り付けることが考えられるが、浸水センサを追加するために、既存のメータケースの追加加工又は設計変更が必要になったり、部品点数や組み付けの手間が増えるといった新たな問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、メータケースの追加加工又は設計変更や、部品点数及び組み付けの手間を抑えつつ、メータケース内の浸水を検知することが可能な超音波流量計の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る超音波流量計は、メータケース内に対向配置された１対の超音波送受波器の間における超音波の伝搬時間に基づいて、メータケース内を通過する気体の流量を測定する超音波流量計において、超音波送受波器にて受波された超音波に含まれる複数のピークのうち、特定のピークの波高が予め定められた基準値を超えて低下した場合に、浸水有りと判定する異常判定手段を備えたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、超音波送受波器にて受波された超音波を増幅する増幅部と、増幅後の特定のピークの波高が、予め設定された基準波高になるように増幅部における増幅度を変更して設定する増幅度設定手段とを備え、波高異常判定手段は、増幅度設定手段によって設定された増幅度が予め定められた基準増幅度以上であるか否かを判定し、基準増幅度以上であることを以て、浸水有りと判定するところに特徴を有する。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の超音波流量計において、一方の超音波送受波器が超音波を送波してから他方の超音波送受波器が超音波を受波するまでの伝搬時間が、気体中を伝搬する超音波ではあり得ない所定の基準伝搬時間以下か否かを判定する時間判定手段と、伝搬時間が基準伝搬時間以下である場合に、浸水有りと判定する補助異常判定手段とを備えたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の超音波流量計において、メータケースの内部空間を、メータケースの外部から気体が流入する流入空間とメータケースの外部へと気体が流出する流出空間とに仕切る隔壁と、その隔壁を貫通して流入空間と流出空間を連通する計測管とを備え、１対の超音波送受波器の一部が計測管を介して対向配置されると共に、１対の超音波送受波器のうち、超音波を送受波する送受波面の最下端が、計測管の端部開口より下方に配置されているところに特徴を有する。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４に記載の超音波流量計において、計測管のうち気体が流れる管路の断面が、上下方向に対して水平方向が長い扁平形状をなしたところに特徴を有する。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波流量計において、浸水有りと判定された場合に、メータケースへの気体の供給を遮断する遮断弁を備えたところに特徴を有する。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の超音波流量計において、浸水有りと判定された場合に、警報を発する警報手段を備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１４】
［請求項１及び２の発明］
請求項１の発明によれば、送波側の超音波送受波器がメータケース内に溜まった水と接触した場合、その超音波送受波器から送波された超音波は、メータケース内を通過する気体だけでなく、メータケース内に溜まった水やメータケース自体に伝搬する。このとき、超音波のエネルギーが分散するため、メータケース内を通過する気体を伝搬して受波側の超音波送受波器に受波された超音波の波高が、正常時に比べて小さくなる。従って、受波側の超音波送受波器にて受波された超音波に含まれる複数のピークのうち、特定のピークの波高が予め設定された基準値を超えて低下した場合に、浸水有りと判定することができる。そして、本発明によれば、流量計測用の超音波送受波器を用いて、メータケース内の浸水を検知することができるから、既存の超音波流量計に浸水検知機能を付加する場合に、メータケースの追加加工又は設計変更が不要であり、部品点数や組み付け作業の増加も抑えることができる。なお、１対の超音波送受波器のうち、少なくとも一方の超音波送受波器が水と接触した状態になった時点で、上述の如く浸水を検知することができるので、比較的早期に対処することが可能となる。
【００１５】
ここで、受波された超音波を直接監視して特定のピークが所定の基準値を超えて低下したか否かを判定してもよいが、通常は、気体の流れの影響を受けて波高が変動し得るため、浸水の判定基準である基準値を随時変更する必要がある。これに対し、請求項２の発明によれば、受波した超音波における特定のピーク波高が所定の基準波高になるように増幅度を変更しており、その増幅度が予め設定された基準増幅度以上になったことを以て、浸水有りと判定するので、浸水の判定基準である基準増幅度を一定にすることができる。
【００１６】
［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、送波側の超音波送受波器から送波された超音波が、メータケース内を通過する気体だけでなく、メータケース内に溜まった水やメータケース自体に伝搬すると、１対の超音波送受波器の間における伝搬時間が、気体中を伝搬する超音波ではあり得ない所定の基準伝搬時間以下になる。従って、１対の超音波送受波器間における伝搬時間が、基準伝搬時間以下か否かを判定することで、浸水の有無を判定することができる。また、２つの異なる異常判定手段、即ち、受波した超音波に含まれる特定のピークの波高に基づいて浸水を判定する異常判定手段と、超音波の伝搬時間に基づいて浸水を判定する補助異常判定手段とを備えたので、仮に何れか一方の判定手段が不能となった場合でも他方の判定手段で浸水を検知することができ、浸水検知の確実性が向上する。
【００１７】
［請求項４及び５の発明］
請求項４の発明によれば、メータケースの流入空間に流入した気体が、全て計測管を通って流出空間へと移動し、流出空間からメータケースの外部へと排出される。そして、超音波の伝搬時間から求められた流速に、計測管の管路の断面積を乗じることで流量が演算される。ここで、請求項４の発明によれば、計測管の管路に水が入る水位より低い水位で、超音波送受波器の送受波面が水と接触するので、計測管の管路に水が入る前に浸水を検知することができる。これにより、気体が通過可能な流路断面積が減少して流量計測値に誤差が生じる前に、対策を講じることができる。
【００１８】
ここで、計測管の管路の断面は円形でもよいし、上下方向に対して水平方向が長くなった扁平形状でもよい（請求項５の発明）。扁平断面の計測管にすれば、比較的大きな流量を計測することが可能になる。
【００１９】
［請求項６及び７の発明］
請求項６及び７の発明によれば、不正確な超音波流量計と知らずに使用し続けるということを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波流量計の側断面図
【図２】（Ａ）制御処理部のブロック図、（Ｂ）受波回路のブロック図
【図３】受信波と基準波高との関係を示すグラフ
【図４】増幅度設定プログラムのフローチャート
【図５】浸水状態における超音波流量計の側断面図
【図６】浸水状態における超音波流量計の側断面図
【図７】第２実施形態に係る伝搬時間確定プログラムのフローチャート
【図８】正常時及び浸水時の受信波と基準波高との関係を示すグラフ
【図９】（Ａ）変形例に係る計測管の斜視図、（Ｂ）その計測管と超音波送受波器の位置関係を示す平断面図
【図１０】変形例に係るメータケースの側断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明を適用した超音波流量計に係る第１実施形態を、図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態の超音波流量計１０は、例えば、都市ガスメータであって、都市ガスの配管９０の途中に接続されたメータケース２０を備えている。
【００２２】
メータケース２０は両端有底の筒形構造をなしている。メータケース２０の上面からは、２つの管接続部２１，２１が長手方向に並んで起立しており、メータケース２０の内部の計測管収容室２２に連通している。
【００２３】
メータケース２０のうち、長手方向の両端部壁２３，２３の内面には、１対の超音波送受波器３０，３０が保持されている。
【００２４】
超音波送受波器３０，３０は略円柱構造をなしており、その一方の端面に超音波の送受波面３１が設けられ、他方の端面に接続端子（図示せず）が備えられている。接続端子は、メータケース２０の両端部壁２３，２３を気密状態に貫通して外部に露出しており、この接続端子とメータケース２０の外部に備えた後述する制御処理部４０とが電気接続されている。
【００２５】
メータケース２０の内部には、計測管収容室２２をその長手方向（図１の左右方向）の中央部で２つの部屋に隔絶した隔壁２４が備えられている。即ち、隔壁２４は、計測管収容室２２を上流側の流入部屋２２Ａと下流側の流出部屋２２Ｂとに区画している。これら流入部屋２２Ａ及び流出部屋２２Ｂには、それぞれ超音波送受波器３０，３０が収容されている。また、隔壁２４を円形パイプ状の計測管２５が貫通して、その両端部の開口が流入部屋２２Ａと流出部屋２２Ｂとに配置されている。そして、超音波送受波器３０，３０の一部が計測管２５を介して対向配置されている。以下、１対の超音波送受波器３０，３０を区別する場合は、「上流側の超音波送受波器３０Ａ」、「下流側の超音波送受波器３０Ｂ」という。
【００２６】
両管接続部２１，２１に都市ガスの配管９０が接続されると、図１の点線矢印に示すように、上流側の管接続部２１からメータケース２０の流入部屋２２Ａにガスが流れ込み、計測管２５を通過し、流出部屋２２Ｂを経て下流側の管接続部２１からメータケース２０の外部に排出される。
【００２７】
ここで、本実施形態では、１対の超音波送受波器３０，３０における送受波面３１，３１の最下端が、計測管２５の端部開口より下方に配置されている。
【００２８】
なお、各超音波送受波器３０，３０は、送受波面３１，３１以外の部分が防振部材（例えば、ゴム）で覆われている。
【００２９】
図２（Ａ）には、超音波流量計１０における制御処理部４０の詳細が示されている。この図２を参照しつつ、本実施形態の超音波流量計１０の動作について説明する。
【００３０】
コントロール部４１は、送受切替スイッチ４５，４６を制御して、まずは図２に示すように、上流側の超音波送受波器３０Ａを送波回路４２に接続しかつ、下流側の超音波送受波器３０Ｂを受波回路４３に接続した状態にしてから、送波回路４２及びクロックカウンタ４４に送波指令信号を出力する。すると、送波回路４２が上流側の超音波送受波器３０Ａを駆動し、超音波が上流側の超音波送受波器３０Ａから下流側の超音波送受波器３０Ｂに向けて発信されると同時に、クロックカウンタ４４がクロックパルスに基づいて時間計測を開始する。
【００３１】
上流側の超音波送受波器３０Ａから発信された超音波は、下流側の超音波送受波器３０Ｂにて受波される。受波された超音波（以下、適宜「受信波」という）は下流側の超音波送受波器３０Ｂに接続された受波回路４３に入力し、受波回路４３は、受信波を検知すると受信波検知信号ｄをクロックカウンタ４４に出力する。受信波検知信号ｄの入力によってクロックカウンタ４４はカウントを停止して、そのカウント値（即ち、超音波の伝搬時間）をコントロール部４１に出力し、０リセットされる。
【００３２】
コントロール部４１にカウント値が入力すると、送波回路４２は、上流側の超音波送受波器３０を駆動停止し、次にコントロール部４１から出力される送波指令信号の待ち状態になる。また、この間にコントロール部４１が送受切替スイッチ４５，４６を駆動し、送波回路４２を下流側の超音波送受波器３０Ｂに接続し、受波回路４３を上流側の超音波送受波器３０Ａに接続する。
【００３３】
次いで、コントロール部４１は、送波回路４２に送波指令信号を出力する。これにより、今度は、超音波の送信方向を逆向きにして上記した場合と同様の処理が行われる。そして、コントロール部４１において、ガスの流れに対する順方向と逆方向の両方向で計測されたクロックカウンタ４４のカウント値の逆数差（伝搬時間の逆数差）が求められ、これに基づいて計測管２５を流れるガスの流速が算出される。また、この流速に、計測管２５の管路２５Ａの断面積を乗じて流量が算出される。
【００３４】
図２（Ｂ）には、受波回路４３の詳細が示されている。受波回路４３のうち、基準波高設定部５０には、複数段階（例えば、４段階）の基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４が予め設定されている。
【００３５】
図３には、受波回路４３に備えた増幅部５１による増幅後の受信波Ｗと各基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４との関係が示されている。同図に示すように、本実施形態では、受信波Ｗにおける第１ピークＰ１の波高が、最も低い第１の基準波高Ｌｖ１だけを超えるように増幅部５１の増幅度を設定した場合に、第３ピークＰ３の波高が、第１〜第４の基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４を一気に超えるように各基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４を設定してある。また、増幅部５１は、増幅後の受信波Ｗが、基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４との間で上記関係を満たすように、増幅前の受信波の波高に応じて、増幅度を変更及び設定するようになっている。ここで、第１ピークＰ１及び第３ピークＰ３は、本発明における「特定のピーク」に相当し、第１の基準波高Ｌｖ１は第１ピークＰ１に対する「基準波高」であり、第４の基準波高Ｌｖ４は第３ピークＰ３に対する「基準波高」となっている。なお、増幅度の変更及び設定については後に詳説する。
【００３６】
図３に戻って説明を続けると、基準波高設定部５０は、４段階の基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４のうち、連続した複数段階（例えば、３段階）の基準波高を選択して比較部５２へ出力する。具体的には、最初は、最も小さい基準波高Ｌｖ１を含む第１〜第３の基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ３を選択して出力する。受波側の超音波送受波器３０にて受波された受信波は、増幅部５１に設定された増幅度で増幅された後、比較部５２とゼロクロス検知部５３とに入力する。
【００３７】
比較部５２では、増幅後の受信波Ｗの第１ピークＰ１が、第１〜第３の基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ３と比較される。増幅後の受信波が図４に示す受信波形である場合、第１ピークＰ１は、第１の基準波高Ｌｖ１を超えるが、第２及び第３の基準波高Ｌｖ２，Ｌｖ３を超えない。このとき、比較部５２は、第１ピークＰ１が第１の基準波高Ｌｖ１を超えたことをゼロクロス検知部５３に伝える。
【００３８】
すると、ゼロクロス検知部５３は第１ピークＰ１の直後のゼロクロス点を検知し、ゼロクロス検知信号ａを基準波高設定部５０に出力する。また、比較部５２は、第１ピークＰ１が３つの基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ３のうち、第１の基準波高Ｌｖ１だけを超えたことを意味する信号ｂを基準波高設定部５０に送信する。
【００３９】
基準波高設定部５０は、比較部５２からの信号ｂに基づき、第１ピークＰ１が超えた第１の基準波高Ｌｖ１に替えて、新たに第４の基準波高Ｌｖ４を設定し、この第４の基準波高Ｌｖ４と、第１ピークＰ１が超えなかった第２及び第３の基準波高Ｌｖ２，Ｌｖ３を比較部５２へ出力する。
【００４０】
上記した基準波高の切り替えは、ゼロクロス検知信号ａ及び信号ｂが入力すると直ちに行われる。即ち、第１ピークＰ１の次に第１基準波高Ｌｖ１を超える第３ピークＰ３が、比較部５２に入力する前に、新たな３つの基準波高Ｌｖ２〜Ｌｖ４が比較部５２に設定される。そして、第３ピークＰ３が、これら３つの基準波高Ｌｖ２〜Ｌｖ４を一気に超えると、比較部５２は、この第３ピークＰ３を狙った特定のピークであると判断して、特定ピーク検知信号ｃをゼロクロス検知部５３へと出力する。ゼロクロス検知部５３は、この第３ピークＰ３の直後のゼロクロス点を検知して、受信波検知信号ｄをクロックカウンタ４４に出力する。
【００４１】
ところで、増幅部５１は、増幅度（利得）を、例えば、段階的に変更可能な「利得可変増幅器」であり、増幅前の受信波の波高に応じて、最適な増幅度を設定するようになっている。増幅度の設定は、例えば、通常の流量計測の合間に定期的（例えば、１分間隔）に行われる。
【００４２】
増幅度の設定は、以下に説明する増幅度設定プログラムＰＧ１に従って行われる。即ち、図４に示すように、まず、増幅度を最低値に設定（Ｓ１１）し、受波側の超音波送受波器３０で実際に受波した受信波を、設定した増幅度で増幅する。そして、増幅された受信波によって受信波検知に成功するか否か、即ち、上述したように、増幅後の受信波が各基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４との間で、図４に示した関係を満たすようになり、狙った特定のピーク（具体的には、第３ピークＰ３）を検知可能か否かを判定する（Ｓ１２）。
【００４３】
増幅度が小さく、受信波検知が成功しなかった場合（Ｓ１２でＮｏ）には、増幅度を１段階上げて（Ｓ１３）、再度、受信波の増幅を行い、受信波検知（Ｓ１２）を試みる。受信波検知が成功するまで増幅度を１段階ずつ上げていき、受信波検知が成功した場合（Ｓ１２でＹｅｓ）に、その増幅度（受信波検知可能な最低増幅度）を増幅部５１に設定する（Ｓ１４）。
【００４４】
上記した増幅度設定処理（Ｓ１１〜Ｓ１４）は、ガスの流れに沿った順方向で超音波を送受波した場合と、ガスの流れに逆行した逆方向で超音波を送受波した場合とでそれぞれ行われ、順方向用の増幅度と逆方向用の増幅度とが設定される。そして、少なくとも次回の増幅度設定時（例えば、１分後）までは、この増幅度で受信波を増幅して流量計測を行う。なお、増幅度設定処理（Ｓ１１〜Ｓ１４）は、本発明の「増幅度設定手段」に相当する。
【００４５】
ところで、何らかの原因で都市ガス配管に水が入り込んだり、ガスに含まれる水分が結露すると、メータケース２０内に少しずつ水が溜まる。そして、図５又は図６に示すように、溜まった水が少なくとも何れか一方の超音波送受波器３０の送受波面３１に接触した状態になると、水に接触した超音波送受波器３０から送波された超音波が、計測管２５の管路２５Ａを流れるガスだけでなく、溜まった水又は、水を介して計測管２５に伝搬する。このとき、超音波のエネルギーが分散するため、計測管２５を流れるガス中を伝搬して受波側の超音波送受波器３０で受波される受信波の大きさ、即ち、受信波に含まれる各ピークの波高が、正常時に比べて小さくなる。すると、上述した増幅度設定処理（Ｓ１１〜Ｓ１４）において設定される増幅度（受信波検知可能な最低増幅度）が、正常時に比較して大きくなる。
【００４６】
そこで、本実施形態の超音波流量計１０では、図４に示すように、増幅度設定処理（Ｓ１１〜Ｓ１４）において増幅部５１に設定された増幅度が、予め設定された所定の基準増幅度を超えたか否かを判定し（Ｓ１５）、基準増幅度を超えた場合（Ｓ１５でＹｅｓ）には、メータケース２０内への浸水有りと判定して（Ｓ１６）、メータケース２０の外部に設けた警報器４７（既存の流量表示器やランプを含む。図２参照）によって、異常（浸水）を報知する。また、メータケース２０に内蔵された遮断弁１８（図２参照）を作動させて、ガスの供給を停止する。さらに、通信手段を備えている場合には、ガス会社やガスメータの管理者に自動通報する。なお、ステップＳ１５，Ｓ１６は本発明の「異常判定手段」に相当する。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、流量計測用の超音波送受波器３０，３０を用いて、メータケース２０内の浸水を検知することができるから、既存の超音波流量計に浸水検知機能を付加する場合に、メータケース２０の追加加工や設計変更が不要であり、部品点数や組み付け作業の増加も抑えることができる。また、１対の超音波送受波器３０，３０のうち、少なくとも一方の超音波送受波器３０が水と接触した状態になった時点（図５に示す状態）で、浸水を検知することができ、比較的早期に対処することが可能になる。
【００４８】
また、超音波送受波器３０，３０の送受波面３１，３１の最下端が、計測管２５の端部開口より下方に配置されているので、計測管２５の管路２５Ａに水が侵入する水位より低い水位で、送受波面３１，３１が溜まった水と接触し、受信波のピーク波高低下が起きる。従って、計測管２５の管路２５Ａにおけるガスが通過可能な断面積が狭まる前、即ち、流量計測の誤差が生じる前に浸水を検知して、超音波流量計１０の交換等の対策を講じることができる。
【００４９】
さらに、浸水を検知した場合に、警報器４７や遮断弁１８を作動させるので、不正確な超音波流量計１０と知らずに使用し続けるということを防止することができる。
【００５０】
［第２実施形態］
この第２実施形態は、上記第１実施形態の構成に対し、超音波の伝搬時間に基づいて浸水を検知する機能を追加した構成となっている。以下、第１実施形態との相違点についてのみ説明し、第１実施形態と同一の部位については同一符号を付すことで重複した説明は省略する。
【００５１】
図６に示すように、メータケース２０内に溜まった水が１対の超音波送受波器３０，３０と計測管２５との間に介在して、超音波送受波器３０，３０間が水及び計測管２５で繋がった状態になると、水及び計測管２５を伝搬した超音波が、ガス中を伝搬する超音波よりも速く受波側の超音波送受波器３０に受波される。これに対し、本実施形態の超音波流量計１０では、例えば、ガス中の音速、温度、使用時のガスの最大流速、その他使用条件等に基づいて予め設定された、ガス（都市ガス）中を伝搬する超音波ではあり得ない所定の基準伝搬時間が設定されており、１対の超音波送受波器３０，３０間における超音波の伝搬時間が、基準伝搬時間以下である場合にも、メータケース２０内への浸水有りと判定するようになっている。
【００５２】
詳細には、図７に示すように、伝搬時間確定プログラムＰＧ２では、まず、クロックカウンタ４４のカウント値に基づいて、送波側の超音波送受波器３０が超音波を送波してから所定の制限時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２１）。制限時間は、例えば、最大流速のガスの流れと逆行した方向で超音波を送受波した場合の、超音波の伝搬時間より僅かに長くなっている。
【００５３】
制限時間を超えていない場合（Ｓ２１でＮｏ）には、受波側の超音波送受波器３０が、所定の条件を満たす超音波を受波したか否かを判定する（Ｓ２２）。具体的には、増幅後の受信波が各基準波高Ｌｖ１〜Ｌｖ４との間で、図４に示した関係を満たし、狙った特定のピーク（例えば、第３ピークＰ３）を検知したか否かを判定する。この処理（Ｓ２２）は、所定の条件を満たす受信波を検知するまで繰り返し行われる。そして、所定の条件を満たす受信波を検知する前に制限時間が経過した場合（Ｓ２１でＹｅｓ）は、受信波検知失敗（Ｓ２３）であり、直ちにこの処理を抜ける。
【００５４】
一方、制限時間内に所定の条件を満たす超音波を受波した場合（Ｓ２２でＹｅｓ）は、受信波検知成功であり（Ｓ２４）、クロックカウンタ４４に受信波検知信号ｄが出力され、超音波の伝搬時間が確定する（Ｓ２５）。次いで、計測された伝搬時間が基準伝搬時間と比較され（Ｓ２６）、伝搬時間が基準伝搬時間を超えている場合（Ｓ２６でＮｏ）は、受信波が、ガスを伝搬した超音波であるとしてこの処理を抜ける。一方、伝搬時間が基準伝搬時間以下である場合（Ｓ２６でＹｅｓ）には、ガス以外の伝搬媒体、即ち、図６に示すように、メータケース２０内に溜まった水及び計測管２５を伝搬媒体として超音波が伝搬したとして、浸水有りと判定する（Ｓ２７）。浸水有りと判定した場合には、警報器４７で、異常を報知すると共に遮断弁１８を作動させてガスの供給を停止する。
【００５５】
ここで、ステップＳ２６の処理は、本発明の「時間判定手段」に相当する。また、ステップ２６，Ｓ２７の処理を有する伝搬時間確定プロクラムＰＧ２は、本発明の「補助異常判定手段」に相当する。なお、伝搬時間確定プロクラムＰＧ２におけるステップＳ２１〜Ｓ２７の処理を、流量計測時の毎回の超音波送受波時に行うようにしてもよいし、通常時は、ステップＳ２１〜Ｓ２５の処理を行い、定期的にステップＳ２６，Ｓ２７の処理を追加して行うようにしてもよい。
【００５６】
本実施形態によれば、上記第１実施形態と同等の効果を奏すると共に、以下の効果を奏する。即ち、２つの異なる手法の異常判定処理、つまり、受波した超音波に含まれる特定のピークの波高に基づいて浸水を判定する処理（図４におけるステップＳ１５，Ｓ１６の処理）と、超音波の伝搬時間に基づいて浸水を判定する処理（図７におけるステップＳ２６，Ｓ２７の処理）とを行うことができるので、仮に何れか一方の判定処理が不能となった場合でも他方の判定処理で浸水を検知することができ、浸水検知の確実性が向上する。
【００５７】
なお、本願発明の技術的範囲には含まれないが、受信波の伝搬時間に基づいた浸水検知（図８参照）だけを行い、受波した超音波に含まれる特定のピークの波高に基づいた浸水検知（図４参照。より詳細には、ステップＳ１５，Ｓ１６）を行わない構成としてもよい。
【００５８】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５９】
（１）上記第１実施形態では、増幅度の大きさに基づいて受信波に含まれる特定のピーク（第３ピークＰ３）の波高が所定の基準波高を超えて低下したか否かを判定するようにしていたが、増幅部５１が、常に一定の増幅度で受信波を増幅するようにした場合は、以下のようにしてもよい。
【００６０】
図８において実線で示された波形は、正常時における増幅後の受信波形であり、点線で示された波形は、送波側の超音波送受波器３０が水と接触した場合における増幅後の受信波形である。このとき、所定の基準波高Ｌｖは、正常時の受信波における第３ピークＰ３より小さく、送波側の超音波送受波器３０が水と接触した場合の受信波における第３ピークＰ３より大きい値に設定されている。
【００６１】
そして、図８に示すように、増幅後の受信波に含まれる複数のピークのうち、所定の基準波高Ｌｖ以上のピーク数が、予め設定した基準数未満（図８で示した受信波形では、５つ未満）となったことを以て、受波した超音波に含まれる特定のピーク（第３ピークＰ３）の波高が所定の基準波高Ｌｖを超えて低下したと判定するようにしてもよい。
【００６２】
（２）また、超音波の送波（クロックカウンタ４４に送波指令信号が入力したとき）から、所定の基準波高Ｌｖを最初に超えたピーク（図８では第５ピークＰ５）の直後のゼロクロス点を検知するまでの時間Ｔ２が、正常時に予め実験的に求めておいた第３ピークＰ３のゼロクロス点を検知し得る最も遅い時間Ｔ１を超えた場合に、受波した超音波に含まれる特定のピーク（第３ピークＰ３）の波高が所定の基準波高Ｌｖを超えて低下したと判定するようにしてもよい。
【００６３】
（３）上記実施形態では、計測管２５を円形パイプ状としていたが、図９（Ａ）に示すように、管路２６Ａの断面が上下方向に対して水平方向が長くなった扁平形状の計測管２６でもよい。このような計測管２６とした場合には、図９（Ｂ）に示すように、１対の超音波送受波器３０，３０を、計測管２６の長手方向に対して斜めに交差する方向で対向配置させてもよい。このような扁平断面の計測管２６を使用すれば、比較的大きな流量を計測することが可能になる。
【００６４】
（４）上記実施形態では、メータケース２０内に計測管２５を収容した構成であったが、図１０に示すメータケース２７のように、計測管を備えず、メータケース２７の長手方向の中間部分を絞って管路２７Ａを形成した構成としてもよい。
【００６５】
（５）上記実施形態では、ガスの流れの順方向と逆方向とで交互に超音波を送受波して、それらの伝搬時間に基づいて流量を演算していたが、以下のようにしてもよい。即ち、まずは、順方向で所定の複数回超音波を送受波し、１回目の送波開始から複数回目の受波検知までに要した時間をクロックカウンタ４４にて計測する。次に、逆方向で所定の複数回超音波を送受波し、１回目の送波開始から複数回目の受波検知までに要した時間をクロックカウンタ４４にて計測する。そして、順方向と逆方向の両方向で計測されたクロックカウンタ４４のカウント値に基づいてガスの流速・流量を演算する。このようにすれば、上記第１実施形態に構成に比べて分解能が向上し、測定精度が向上する。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 超音波流量計
１８ 遮断弁
２０ メータケース
２４ 隔壁
２５ 計測管
２５Ａ 管路
２６ 計測管
２６Ａ 管路
２７ メータケース
２７Ａ 管路
３０ 超音波送受波器
３１ 送受波面
４０ 制御処理部
４３ 受波回路
４７ 警報器
５１ 増幅部
Ｌｖ 基準波高
Ｌｖ１〜Ｌｖ４ 基準波高
Ｐ１ 第１ピーク
Ｐ３ 第３ピーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メータケース内に対向配置された１対の超音波送受波器の間における超音波の伝搬時間に基づいて、前記メータケース内を通過する気体の流量を測定する超音波流量計において、
前記超音波送受波器にて受波された超音波に含まれる複数のピークのうち、特定のピークの波高が予め定められた基準値を超えて低下した場合に、浸水有りと判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記超音波送受波器にて受波された超音波を増幅する増幅部と、
増幅後の前記特定のピークの波高が、予め設定された基準波高になるように前記増幅部における増幅度を変更して設定する増幅度設定手段とを備え、
前記波高異常判定手段は、前記増幅度設定手段によって設定された増幅度が予め定められた基準増幅度以上であるか否かを判定し、前記基準増幅度以上であることを以て、浸水有りと判定することを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
一方の前記超音波送受波器が超音波を送波してから他方の前記超音波送受波器が前記超音波を受波するまでの伝搬時間が、前記気体中を伝搬する超音波ではあり得ない所定の基準伝搬時間以下か否かを判定する時間判定手段と、
前記伝搬時間が前記基準伝搬時間以下である場合に、浸水有りと判定する補助異常判定手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記メータケースの内部空間を、前記メータケースの外部から前記気体が流入する流入空間と前記メータケースの外部へと前記気体が流出する流出空間とに仕切る隔壁と、その隔壁を貫通して前記流入空間と前記流出空間を連通する計測管とを備え、
前記１対の超音波送受波器の一部が前記計測管を介して対向配置されると共に、
前記１対の超音波送受波器のうち、超音波を送受波する送受波面の最下端が、前記計測管の端部開口より下方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記計測管のうち前記気体が流れる管路の断面が、上下方向に対して水平方向が長い扁平形状をなしたことを特徴とする請求項４に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記浸水有りと判定された場合に、前記メータケースへの前記気体の供給を遮断する遮断弁を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記浸水有りと判定された場合に、警報を発する警報手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１】
メータケース内に対向配置された１対の超音波送受波器の間における超音波の伝搬時間に基づいて、前記メータケース内を通過する気体の流量を測定する超音波流量計において、
前記超音波送受波器にて受波された超音波に含まれる複数のピークのうち、特定のピークの波高が予め定められた基準値を超えて低下した場合に、浸水有りと判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記超音波送受波器にて受波された超音波を増幅する増幅部と、
増幅後の前記特定のピークの波高が、予め設定された基準波高になるように前記増幅部における増幅度を変更して設定する増幅度設定手段とを備え、
前記波高異常判定手段は、前記増幅度設定手段によって設定された増幅度が予め定められた基準増幅度以上であるか否かを判定し、前記基準増幅度以上であることを以て、浸水有りと判定することを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
一方の前記超音波送受波器が超音波を送波してから他方の前記超音波送受波器が前記超音波を受波するまでの伝搬時間が、前記気体中を伝搬する超音波ではあり得ない所定の基準伝搬時間以下か否かを判定する時間判定手段と、
前記伝搬時間が前記基準伝搬時間以下である場合に、浸水有りと判定する補助異常判定手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記メータケースの内部空間を、前記メータケースの外部から前記気体が流入する流入空間と前記メータケースの外部へと前記気体が流出する流出空間とに仕切る隔壁と、その隔壁を貫通して前記流入空間と前記流出空間を連通する計測管とを備え、
前記１対の超音波送受波器の一部が前記計測管を介して対向配置されると共に、
前記１対の超音波送受波器のうち、超音波を送受波する送受波面の最下端が、前記計測管の端部開口より下方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記計測管のうち前記気体が流れる管路の断面が、上下方向に対して水平方向が長い扁平形状をなしたことを特徴とする請求項４に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記浸水有りと判定された場合に、前記メータケースへの前記気体の供給を遮断する遮断弁を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記浸水有りと判定された場合に、警報を発する警報手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の超音波流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１５４６６７（Ｐ２０１２−１５４６６７Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８１２（Ｐ２０１１−１１８１２）
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【出願人】（０００１１６６３３）愛知時計電機株式会社 (126)
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（３０９０４２０７１）東光東芝メーターシステムズ株式会社 (41)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【出願人】（０００１１６６３３）愛知時計電機株式会社 (126)
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（３０９０４２０７１）東光東芝メーターシステムズ株式会社 (41)
【Ｆターム（参考）】
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