ガスメーター

ガスメーターは、天然ガスや液化石油ガスなどの燃料ガスの体積を測定するために使用される特殊な流量計です。ガスメーターは、ガス会社から供給される燃料ガスを消費する住宅、商業、工業ビルで使用されます。ガスは、測定された体積が温度と圧力に大きく影響されるため、液体よりも測定が困難です。ガスメーターは、メーターを流れるガスの加圧量や品質に関係なく、定義された体積を測定します。メーターを通過するガスの実際の量と値を測定するには、温度、圧力、および発熱量の補正を行う必要があります。

測定するガスの体積流量、予想される流量の範囲、測定するガスの種類、およびその他の要因に応じて、いくつかの異なる設計のガスメーターが一般的に使用されています。

1970 年代以前に建てられた建物の寒冷地にあるガスメーターは、通常、地下室やガレージなどの屋内に設置されていました。それ以降、特に古い都市では例外もありますが、現在では大多数が屋外に設置されています。

これらは最も一般的なタイプのガスメーターで、ほとんどすべての住宅および小規模商業施設で見られます。メーター内には、可動ダイアフラムによって形成された 2 つ以上のチャンバーがあります。内部バルブによってガスの流れが方向付けられ、チャンバーは交互にガスを充填および排出し、メーターを通るほぼ連続した流れを生成します。ダイアフラムが膨張および収縮すると、クランクに接続されたレバーがダイアフラムの直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換します。クランクシャフトは主要な流れ要素として機能します。このシャフトは、オドメーターのようなカウンター機構を駆動したり、フローコンピューター用の電気パルスを生成したりできます。

ダイヤフラム式ガスメーターは容積式メーターです。

ロータリー メーターは、ダイヤフラム メーターよりも高い容量と圧力を処理できる、高度に機械加工された精密機器です。メーター内では、2 つの 8 の字型のローブ、つまりローター (インペラーまたはピストンとも呼ばれます) が正確に一列に並んで回転します。回転するたびに、一定量のガスがメーターを通過します。動作原理は、ルーツ ブロワーに似ています。クランク シャフトの回転運動は、主要なフロー要素として機能し、フロー コンピューター用の電気パルスを生成したり、オドメーターのようなカウンターを駆動したりします。

タービン式ガスメーターは、メーター内を流れるガスの速度を測定することでガス量を推定します。ガス量は流量から推定されるため、流量条件が良好であることが重要です。内部の小さなタービンがガスの速度を測定し、その速度が機械的または電子式カウンターに機械的に伝達されます。これらのメーターはガスの流れを妨げませんが、低流量の測定には限界があります。

オリフィス ガス メーターは、内部の正確に把握されたオリフィス プレートが圧力降下を生じ、それによって流量に影響を与える直線のパイプで構成されています。オリフィス メーターは差圧メーターの一種で、意図的に設計および設置された流れの乱れの圧力差を測定することでガスの流量を推測します。メーターが流体を正確に測定するには、差圧に加えて、ガスの静圧、密度、粘度、および温度を測定するか、または把握する必要があります。オリフィス メーターは、多くの場合、広範囲の流量を処理できません。ただし、現場でのサービスが容易で可動部品がないため、産業用途では受け入れられ、理解されています。

超音波流量計は、信号処理と計算能力がかなり必要となるため、純粋に機械的な流量計よりも複雑です。超音波流量計は、パイプ内のガス媒体中を伝わる音速を測定することでガスの移動速度を測定します。米国ガス協会^{[1]は、これらの流量計の適切な使用法と設置方法を規定しており、圧力、温度、}組成が既知のガス中の音速を予測する標準化された音速計算を規定しています。

最も精巧なタイプの超音波流量計は、パイプ内の複数の経路にわたって音速を平均化します。各経路の長さは工場で正確に測定されます。各経路は、一方の端にある超音波トランスデューサともう一方の端にあるセンサーで構成されています。流量計はトランスデューサで「ピング」音を出し、センサーが音波パルスを受信するまでの経過時間を測定します。これらの経路の一部は上流に向いているため、音波パルスの飛行時間の合計を飛行距離の合計で割ると、上流方向の平均音速が得られます。この速度は、ガスがパイプ内を移動する速度によってガス内の音速と異なります。他の経路は、音波パルスが下流に移動する点を除いて、同一または類似しています。流量計は、上流と下流の速度の差を比較して、ガス流の速度を計算します。

超音波メーターは高価で、測定対象のガスに液体がまったく存在しない場合に最もよく機能するため、主にユーティリティ パイプライン メーター ステーションなどの高流量、高圧の用途で使用されます。これらの用途では、ガスは常に乾燥しており希薄で、多額の費用がかかることから、わずかな比例誤差は許容されません。超音波メーターのターンダウン比は、おそらく天然ガス メーター タイプの中で最も大きく、高品質の超音波メーターの精度と範囲能力は、実際に、その性能が実証されているタービン メーターよりも優れています。

安価な超音波流量計にはクランプオン式流量計があり、これを使用すると、パイプに侵入的な変更を加えることなく、あらゆる直径のパイプの流量を測定できます。このようなデバイスは、(1) 飛行時間または通過時間、および (2) 相互相関の 2 種類の技術に基づいています。どちらの技術も、パイプにクランプで固定し、パイプのサイズとスケジュールでプログラムするだけで流量を計算できるトランスデューサーを使用します。このような流量計は、天然ガス、窒素、圧縮空気、蒸気など、ほぼすべての乾燥ガスの測定に使用できます。クランプオン式流量計は、液体の流量測定にも使用できます。

コリオリ流量計は通常、共振周波数で振動するように励起される縦方向または軸方向に変位したセクションを持つ 1 つ以上のパイプです。コリオリ流量計は液体と気体で使用されます。変位セクション内の流体が静止している場合、変位セクションの上流と下流の両方の部分が互いに同位相で振動します。この振動の周波数は、パイプの全体的な密度 (内容物を含む) によって決まります。これにより、流量計はガスの流れる密度をリアルタイムで測定できます。ただし、流体が流れ始めると、コリオリの力が作用します。この効果は、上流セクションと下流セクションの振動の位相差と、パイプに含まれる流体の質量流量との間に関係があることを意味します。

繰り返しになりますが、コリオリ メーターには推論、アナログ制御、計算が大量に必要となるため、メーターは物理的なコンポーネントだけで完結するわけではありません。メーターが機能するには、作動、感知、電子、計算の各要素が必要です。

コリオリ流量計は、広範囲の流量に対応でき、質量流量を出力する独自の機能を備えています。これにより、質量流量測定で現在利用可能な最高の流量測定精度が得られます。コリオリ流量計は流動密度を測定するため、流動状態でのガス流量も推定できます。

アメリカガス協会レポート第 11 号では、コリオリ計を使用して天然ガスを測定する際に良好な結果を得るためのガイドラインが示されています。

ガスメーターで表示されるガス流量は、その名の通り、体積の測定値です。ガス量には、ガスの品質や燃焼時に得られる熱量は考慮されません。公共料金の顧客は、ガスで得られる熱量に応じて料金を請求されます。ガスの品質は、各請求サイクルで測定され、調整されます。これは、発熱量、発熱量、またはサーム値など、さまざまな名前で知られています。

天然ガスの発熱量は、ガスの各成分の量を測定する プロセスガスクロマトグラフを使用して得ることができます。

• メタン
• エタン
• 水素
• 一酸化炭素
• 水蒸気

さらに、体積から熱エネルギーに変換するには、ガスの圧力と温度を考慮する必要があります。圧力は通常問題にはなりません。メーターは圧力調整器のすぐ下流に設置するだけで、その圧力で正確に読み取れるように調整されます。その後、圧力補正はユーティリティの課金システムで行われます。温度の変化は簡単には処理できませんが、一部のメーターは温度補正を組み込んで設計されており、設計温度範囲で十分な精度を維持します。その他のメーターは電子的に温度補正されます。

ガスメーターには、さまざまなインジケーターを備えたタイプがあります。最も一般的なのは、複数の時計の針を使用するインジケーター（ポインター スタイル）または走行距離計に似たデジタル表示ですが、さまざまなタイプのリモート表示も人気が高まっています。自動メーター読み取りとスマート メーターを参照してください。

ガスメーターは、消費されたガスの量を許容範囲内の精度で記録する必要があります。記録された量に重大な誤差があると、ガス供給業者に損失が生じたり、消費者に過剰請求されたりする可能性があります。精度は、通常、メーターが設置されている場所の法律で定められています。法律の規定には、精度に異議がある場合に従うべき手順も指定する必要があります。

^{英国では、欧州計量機器指令[2]}以前に製造されたガスメーターの許容誤差は±2%です。^[3]しかし、欧州計量機器指令により、欧州全域でガスメーターの誤差が統一されたため、指令発効後に製造されたメーターは±3%以内で読み取る必要があります。顧客が精度に異議を唱えたメーターは、認定されたメーター検査官による検査のために取り外さなければなりません。^[4]メーターの指示値が規定の制限外であることが判明した場合、供給者は、消費者がメーターを使用していた間に誤って測定されたガスの代金を消費者に返金する必要があります（逆の場合はありません）。返金は過去6年間に制限されます。^[5]メーターをテストできない場合、またはその指示値が信頼できない場合、消費者と供給者は和解を交渉する必要があります。メーターの指示値が制限内であることが判明した場合、消費者は検査の費用（および未払いの料金）を支払わなければなりません。これは電気メーターの場合とは対照的だ。電気メーターの場合、検査は無料で、メーターが不正確な値を示し始めた日付が判明した場合にのみ払い戻しが行われる。

ガスメーターの遠隔読み取りは普及しつつあります。これは、メーターに取り付けられた電子パルス出力を介して行われることが多いです。さまざまなスタイルがありますが、最も一般的なのは接点閉鎖スイッチです。

タービン、ロータリー、およびダイヤフラム式メーターは、アメリカガス協会レポート No. 7 で指定された計算を使用して補正できます。この標準化された計算は、測定された体積量を一連の基本条件での体積量に補正します。AGA 7 の計算自体は単純な比率であり、本質的には、流動条件でのガスの体積または速度を基本条件での体積または速度に変換する密度補正アプローチです。

オリフィス メーターは非常に一般的に使用されているタイプのメーターであり、その広範な使用により、オリフィス メーターを通過するガスの流れの特性が綿密に研究されてきました。米国ガス協会レポート No. 3 では、天然ガスのオリフィス計測に関する幅広い問題を取り上げており、既知の組成を持つガスの差圧、静圧、温度に基づいて天然ガスの流量を計算するアルゴリズムを規定しています。

これらの計算は、部分的に理想気体の法則に依存しており、実際の気体が理想的ではないという事実を考慮するために、気体の圧縮率計算も必要です。非常に一般的に使用される圧縮率計算は、米国ガス協会レポート No. 8 の詳細な特性です。

住宅用、商業用、工業用のガスメーターには、それぞれ標準のねじサイズがあります。ガスメーターは、専用のねじサイズセットを持つスイベルとナットを介して顧客の配管に接続されます。これらのねじサイズは、もともとガスランプを基準に流れるガスの量にちなんで名付けられました。たとえば、30 リットルのメーターは 30 個の灯に十分なガスを供給でき、19 世紀後半には 30 灯ガスメーターと呼ばれていました。^[6] これらのサイズは通常 10 リットル、20 リットル、30 リットル、45 リットル、または 60 リットルですが、これより小さいサイズや大きいサイズもあります。ねじサイズは、スイベル内の適切な内径に対応するために、最も近いサイズのNPTサイズよりもわずかに、約1 ⁄ 16インチ (1.6 mm) 大きくなっています。 ^[7]

• 自動メーター読み取り
• フローコンディショニング#流量測定装置への影響
• 電気メーター
• 流量測定
• ガス流量コンピュータ
• ガスメーター試験装置
• メーターバス
• ユリウス・ピンチ
• スマートメーター
• 熱式質量流量計
• ターンアラウンド文書（データ収集方法）
• ユーティリティサブメーター
• 水道メーター

ウィキメディア・コモンズには、ガスメーターに関連するメディアがあります。