(57)【要約】【課題】超音波ビームのビーム経路長が変化した場合でも、非満水状態を適切に判定する。【解決手段】第１の音速計算部１４Ｂが、流体の流体温度Ｔに基づいて、超音波ビームＢに関する第１の音速Ｃ１を計算し、第２の音速計算部１４Ｃが、超音波ビームＢの伝搬時間ｔ１，ｔ２と正規のビーム経路の基準ビーム経路長Ｌｓとに基づいて、超音波ビームＢに関する第２の音速Ｃ２を計算し、非満水状態判定部１４Ｄが、少なくとも、第１の音速Ｃ１と第２の音速Ｃ２との音速誤差ΔＣが予め設定されている誤差許容範囲Ｅの範囲外である場合、流体の液位は非満水状態であると判定する。【選択図】  図１
2020106358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第１および第２の超音波送受信器と、前記第１および第２の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置とを備える超音波流量計であって、
前記流量演算装置は、
前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第１の音速を計算する第１の音速計算部と、
前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第２の音速を計算する第２の音速計算部と、
少なくとも、前記第１の音速と前記第２の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定部と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波流量計において、
前記非満水状態判定部は、前記音速誤差が前記誤差許容範囲の範囲内である場合、前記超音波ビームの受信強度が予め設定されている強度しきい値以上であるか否かに応じて、前記流体の液位が満水状態か非満水状態かを判定することを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超音波流量計において、
前記誤差許容範囲は、下限しきい値と上限しきい値との間の範囲からなることを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の超音波流量計において、
前記誤差許容範囲は、任意のしきい値以上または任意のしきい値以下の範囲からなることを特徴とする超音波流量計。
【請求項５】
請求項２に記載の超音波流量計において、
前記非満水状態判定部は、前記音速誤差が前記誤差許容範囲の範囲内であることを示す音速誤差判定結果と、前記超音波ビームの受信強度が前記強度しきい値以上であることを示す信号強度判定結果との論理積に基づいて非満水状態であることを判定することを特徴とする超音波流量計。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の超音波流量計において、
前記超音波ビームのビーム経路は、前記測定管の管軸に対して傾きを有し、かつ、前記測定管の内壁面において少なくとも２点の反射点を有することを特徴とする超音波流量計。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波流量計において、
前記ビーム経路は、前記測定管の管軸と直交する面に投影した軌跡が略三角形をなすことを特徴とする超音波流量計。
【請求項８】
計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第１および第２の超音波送受信器とを備える超音波流量計で用いられて、前記第１および第２の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置であって、
前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第１の音速を計算する第１の音速計算部と、
前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第２の音速を計算する第２の音速計算部と、
少なくとも、前記第１の音速と前記第２の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定部と
を備えることを特徴とする流量演算装置。
【請求項９】
計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第１および第２の超音波送受信器と、前記第１および第２の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置とを備える超音波流量計で用いられる非満水状態判定方法であって、
前記流量演算装置が、前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第１の音速を計算する第１の音速計算ステップと、
前記流量演算装置が、前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第２の音速を計算する第２の音速計算ステップと、
前記流量演算装置が、少なくとも、前記第１の音速と前記第２の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定ステップと
を備えることを特徴とする非満水状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計に関し、特に測定管内部が非満水状態であることを判定するための非満水判定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、超音波を用いた流量計測においては、測定管内部が流体で満たされている満水状態であって、超音波ビームが予め流体内に想定したビーム経路を伝搬することを前提としている。このため、測定管内部が流体で満たされていない非満水状態である場合、正しい流体流速の計測ができないだけでなく、測定管の断面積に基づく流体体積の算出が不正確になるため、流量計測に誤差を生ずる原因となる。
【０００３】
従来、このような非満水状態を判定する技術として、超音波の受信信号強度を予め設定しておいたしきい値と比較し、得られた比較結果に基づいて非満水状態を判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１−２など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８４１７３号公報
【特許文献２】特開２０１７−１１６４５８号公報
【特許文献３】特開２０１３−１７８１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波流量計には、測定管に取り付けられた一方の超音波送受信器から他方の超音波送受信器まで超音波ビームが伝搬するビーム経路が、非満水状態で流体液面と交差するものがある。例えば、断面視多角形形状をなす測定管の内壁面で超音波ビームを反射させてビーム経路長を延長することにより、流量の計測精度を向上させたものがある（例えば、特許文献３など参照）。このような構成の場合、測定管内における流体液面の高さによっては、超音波ビームが流体液面で反射し、想定したビーム経路を伝搬しなくなる可能性がある。
【０００６】
前述した従来の非満水判定技術を、このような構成を持つ超音波流量計に対して適用した場合、測定管内における流体液面の高さによっては、超音波ビームが流体液面で反射して、想定したビーム経路とは異なるビーム経路で受信されてしまうケースが考えられる。このようなケースでは、ビーム経路長の短縮／延長に伴って超音波ビームの受信信号強度が増大／低減し、非満水状態であるにも関わらず満水状態であるという誤った判定結果となるという問題点があった。このため、正しい流体流速の計測ができないだけでなく、測定管の断面積に基づく流体体積の算出が不正確になるため、流量計測に誤差を生ずる原因となるという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、超音波ビームのビーム経路長が変化した場合でも、非満水状態を適切に判定できる非満水状態判定技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明にかかる超音波流量計は、計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第１および第２の超音波送受信器と、前記第１および第２の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置とを備える超音波流量計であって、前記流量演算装置は、前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第１の音速を計算する第１の音速計算部と、前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第２の音速を計算する第２の音速計算部と、少なくとも、前記第１の音速と前記第２の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定部とを備えている。
【０００９】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記非満水状態判定部が、前記音速誤差が前記誤差許容範囲の範囲内である場合、前記超音波ビームの受信強度が予め設定されている強度しきい値以上であるか否かに応じて、前記流体の液位が満水状態か非満水状態かを判定するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記誤差許容範囲が、下限しきい値と上限しきい値との間の範囲からなるものである。
【００１１】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記誤差許容範囲が、任意のしきい値以上または任意のしきい値以下の範囲からなるものである。
【００１２】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記非満水状態判定部が、前記音速誤差が前記誤差許容範囲の範囲内であることを示す音速誤差判定結果と、前記超音波ビームの受信強度が前記強度しきい値以上であることを示す信号強度判定結果との論理積に基づいて非満水状態であることを判定するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記超音波ビームのビーム経路が、前記測定管の管軸に対して傾きを有し、かつ、前記測定管の内壁面において少なくとも２点の反射点を有するものである。
【００１４】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記ビーム経路が、前記測定管の管軸と直交する面に投影した軌跡が略三角形をなすものである。
【００１５】
また、本発明にかかる流量演算装置は、計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第１および第２の超音波送受信器とを備える超音波流量計で用いられて、前記第１および第２の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置であって、前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第１の音速を計算する第１の音速計算部と、前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第２の音速を計算する第２の音速計算部と、少なくとも、前記第１の音速と前記第２の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定部とを備えている。
【００１６】
また、本発明にかかる非満水状態判定方法は、計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第１および第２の超音波送受信器と、前記第１および第２の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置とを備える超音波流量計で用いられる非満水状態判定方法であって、前記流量演算装置が、前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第１の音速を計算する第１の音速計算ステップと、前記流量演算装置が、前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第２の音速を計算する第２の音速計算ステップと、前記流量演算装置が、少なくとも、前記第１の音速と前記第２の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定ステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、超音波ビームのビーム経路長が変化した場合でも、非満水状態を適切に判定することが可能となる。したがって、計測した流体の流量とともに非満水状態を上位装置へ通知すれば、流量に誤差を含むことが上位装置で判定できるだけでなく、非満水時様態が発生していることをアラームとして報知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、ビーム経路（満水状態）を示す説明図である。
【図３】図３は、ビーム経路（非満水状態）を示す説明図である。
【図４】図４は、非満水状態判定処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は、従来の非満水状態判定の動作例（超音波受信強度のみ）を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の非満水状態判定の動作例（音速誤差＋超音波受信強度）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［超音波流量計］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる超音波流量計１について説明する。図１は、超音波流量計の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、超音波流量計１は、測定管Ｐの周面に配置された超音波送受信器（トランスデューサ）ＵＡ，ＵＢ間で、測定管Ｐ内を流れる流体を通過する超音波ビームＢを送受信し、得られた超音波ビームＢの伝搬時間ｔ１，ｔ２に基づいて、流体の流量Ｑを計測する機器である。本発明では、これら超音波送受信器ＵＡ，ＵＢを、第１および第２の超音波送受信器という場合がある。
【００２０】
図２は、ビーム経路（満水状態）を示す説明図である。図３は、ビーム経路（非満水状態）を示す説明図である。この超音波流量計１は、断面視六角形形状をなす測定管Ｐを有し、測定管Ｐの内壁面で超音波ビームＢを反射させてビーム経路長を延長したものである（例えば、特許文献３など参照）。満水状態である場合、図２に示すように、超音波送受信器ＵＡから送信された順方向の超音波ビームＢは、まず内壁面ＰＡで反射した後、内壁面ＰＢで反射し、超音波送受信器ＵＢで受信される。また、超音波送受信器ＵＢから送信された逆方向の超音波ビームＢは、順方向とは逆に内壁面ＰＢで反射した後、内壁面ＰＡで反射し、超音波送受信器ＵＡで受信される。
【００２１】
一方、非満水状態である場合、流体の液位によっては、図３に示すように、超音波送受信器ＵＡから送信された順方向の超音波ビームＢは、まず内壁面ＰＡで反射した後、液体液面Ｆ１で反射して再び内壁面ＰＡで反射した後、液体液面Ｆ２で反射し、超音波送受信器ＵＢで受信される場合がある。この際、図２に示されているような予め満水状態で想定したビーム経路の基準ビーム経路長Ｌｓとは異なるビーム経路長Ｌｘとなるため、超音波ビームＢの受信信号強度が増大／低減する。このため、従来技術のように、受信信号強度を予め設定しておいた強度しきい値と比較することにより、非満水状態を判定した場合、非満水状態であるにも関わらず満水状態であるという誤った判定結果となる。
【００２２】
［本発明の原理］
超音波は、人間の耳には聞こえない高い周波数を持つ音波であると定義されており、一般的には２０ｋＨｚ以上の音波とされている。このような超音波は、人間の耳で聞こえる可聴音と同様の性質を有しており、その１つとして、物質中を伝搬する音の音速は、可聴音や超音波にかかわらず、物質温度によって決定されるという性質がある。
【００２３】
水中を伝搬する音に関する第１の音速Ｃ１は、流体温度Ｔに基づいて、Greenspan-Tschieggの実験式(1957)と呼ばれる次の式（１）で求められる。
【数１】
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【００２４】
一方、超音波流量計において、流体を伝搬する超音波ビームＢの第２の音速Ｃ２は、ビーム経路長Ｌと伝搬時間ｔ１，ｔ２とに基づいて、次の式（２）により求められる。
【数２】
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【００２５】
ここで、式（２）のビーム経路長Ｌとして、予め想定したビーム経路Ｒの基準ビーム経路長Ｌｓが用いられる。このため、図３に示したように、非満水状態のため基準ビーム経路長Ｌｓとは異なるビーム経路長Ｌｘとなった場合、式（２）のビーム経路長Ｌは基準ビーム経路長Ｌｓのままであるが、伝搬時間ｔ１，ｔ２が変化する。このため、式（２）で得られる第２の音速Ｃ２と式（１）で得られる第１の音速Ｃ１との音速誤差ΔＣ（＝Ｃ２−Ｃ１）が大きくなる。
【００２６】
本発明は、このような非満水状態によるビーム経路長Ｌの変化と音速誤差ΔＣとの関係に着目し、流体温度Ｔから第１の音速Ｃ１を求めるとともに、想定した基準ビーム経路長Ｌｓと計測した伝搬時間ｔ１，ｔ２とから第２の音速Ｃ２を求め、両者の音速誤差ΔＣをしきい値処理することにより、非満水状態を判定するようにしたものである。
【００２７】
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる超音波流量計１の構成について詳細に説明する。
図１に示すように、超音波流量計１は、計測対象となる流体が流れる測定管Ｐと、測定管Ｐの周面のうち流体が流れる方向に対して上流側と下流側にそれぞれ配置された一対の超音波送受信器（トランスデューサ）ＵＡ，ＵＢと、これらＵＡ，ＵＢ間で順逆方向に送受信された超音波ビームＢの受信波を信号処理して流量を計算出力する流量演算装置１０とを備えている。なお、本発明において、流体が流れてくる上流側のＵＡから流体が流れていく下流側のＵＢへ超音波ビームＢが伝搬する方向を順方向といい、下流側のＵＢから上流側のＵＡへ超音波ビームＢが伝搬する方向を逆方向という。
【００２８】
また、本実施の形態では、超音波ビームＢのビーム経路は、図１に示すように、測定管Ｐの管軸Ｏに対して傾きを有しており、図２および図３に示すように、測定管Ｐの内壁面において少なくとも２点の反射点（ＰＡ，ＰＢ）を有し、測定管Ｐの管軸Ｏと直交する面に投影した軌跡が略三角形をなす場合を例として説明する。なお、ビーム経路は、これに限定されるものではない。例えば、流体の液位が満水状態から低下した際に、超音波ビームＢが流体液面と交差するようなビーム経路であれば、いずれのビーム経路にも同様に適用可能である。
【００２９】
流量演算装置１０は、図１に示すように、主な回路部として、入出力Ｉ／Ｆ回路１１、記憶回路１２、上位Ｉ／Ｆ回路１３、および演算処理回路１４を備えている。これら回路部は、内部バスＢＵＳを介してデータやり取り可能に接続されている。
【００３０】
入出力Ｉ／Ｆ回路１１は、超音波送受信器（トランスデューサ）ＵＡ，ＵＢとの間で、超音波の送受信を制御するための制御信号や、受信した超音波の信号強度を示す受信信号を、配線Ｌ１を介してやり取りするとともに、配線Ｌ２を介して測定管Ｐに取り付けられた温度センサＫで計測された流体温度Ｔを示す計測信号を取得する回路部である。
【００３１】
記憶回路１２は、半導体メモリなどの記憶装置からなり、演算処理回路１４での流量計測処理や非満水状態判定処理に用いる各種の処理データやプログラムを記憶する回路部である。
【００３２】
上位Ｉ／Ｆ回路１３は、演算処理回路１４で計測された流量を示す流量データや、非満水状態を示すステータスデータを、通信回線Ｌ３を介してコントローラなどの上位装置へ送信する回路部である。
【００３３】
演算処理回路１４は、ＣＰＵとその周辺回路を有し、記憶回路１２のプログラムを読み込んでＣＰＵで実行し、ハードウェアとソフトウェアを協働させることにより、流量計測処理や非満水状態判定処理に用いる各種の処理部を実現する回路部である。
演算処理回路１４で実現される主な処理部として、計測部１４Ａ、第１の音速計算部１４Ｂ、第２の音速計算部１４Ｃ、非満水状態判定部１４Ｄ、および流量計算部１４Ｅがある。
【００３４】
計測部１４Ａは、一定の計測周期ごとに、入出力Ｉ／Ｆ回路１１および配線Ｌ１を介して超音波送受信器ＵＡ，ＵＢを制御することにより、所定回数分だけ繰り返し、超音波送受信器ＵＡ，ＵＢ間で、測定管Ｐ内を流れる流体を通過する超音波ビームＢを順逆方向に送受信し、得られた受信信号を統計処理することにより、伝搬時間ｔ１，ｔ２を計算して記憶回路１２に保存する機能と、一定の計測周期ごとに、入出力Ｉ／Ｆ回路１１および配線Ｌ２を介して温度センサＫを制御することにより、測定管Ｐ内を流れる流体の流体温度Ｔを取得して記憶回路１２に保存する機能とを有している。
【００３５】
第１の音速計算部１４Ｂは、記憶回路１２から取得した流体温度Ｔに基づいて、例えば前述した式（１）を用いることにより、第１の音速Ｃ１を計算する機能を有している。
第２の音速計算部１４Ｃは、記憶回路１２から取得した伝搬時間ｔ１，ｔ２と、予め記憶回路１２に設定されている基準ビーム経路長Ｌｓとに基づいて、例えば前述した式（２）を用いることにより、第２の音速Ｃ２を計算する機能を有している。
【００３６】
非満水状態判定部１４Ｄは、第１の音速Ｃ１と第２の音速Ｃ２との音速誤差ΔＣを計算し、得られた音速誤差ΔＣと記憶回路１２に予め設定されている誤差許容範囲Ｅとを比較する機能と、少なくとも、音速誤差ΔＣが予め設定されている誤差許容範囲Ｅの範囲外である場合、流体の液位Ｈは非満水状態であると判定し、記憶回路１２に保存する機能とを有している。
【００３７】
また、非満水状態判定部１４Ｄは、記憶回路１２から取得した超音波受信強度Ｓと記憶回路１２に予め設定されている強度しきい値Ｓｔｈとを比較する機能と、音速誤差ΔＣが誤差許容範囲Ｅの範囲内である場合、超音波受信強度Ｓが強度しきい値Ｓｔｈ以上であるか否かに応じて、流体の液位が満水状態か非満水状態かを判定し、記憶回路１２に保存する機能を有している。
【００３８】
流量計算部１４Ｅは、記憶回路１２から取得した伝搬時間ｔ１，ｔ２、流体温度Ｔ、基準ビーム経路長Ｌｓ、および第１の音速Ｃ１または第２の音速Ｃ２に基づいて、測定管Ｐ内を流れる流体の流量Ｑを計算し、記憶回路１２に保存する機能を有している。
【００３９】
測定管Ｐ内を流れる流体の流量Ｑは、流速Ｖと測定管Ｐの断面積Ａとの積で求められる。また、流速Ｖは、伝搬時間ｔ１，ｔ２、音速Ｃ、ビーム経路長Ｌ、ビーム経路と流体の流れる方向との間の角度θに基づいて、次の式（３）により求められる。
【数３】
2020106358.tif 000005
【００４０】
［本実施の形態の動作］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかる超音波流量計１の動作について説明する。図４は、非満水状態判定処理を示すフローチャートである。
演算処理回路１４は、計測部１４Ａで新たな伝搬時間ｔ１，ｔ２および流体温度Ｔが得られるごとに、図４の非満水状態判定処理を実行する。
【００４１】
まず、第１の音速計算部１４Ｂは、記憶回路１２から取得した流体温度Ｔに基づいて、例えば前述した式（１）を用いることにより、第１の音速Ｃ１を計算する（ステップＳ１００）。また、第２の音速計算部１４Ｃは、記憶回路１２から取得した伝搬時間ｔ１，ｔ２と、予め記憶回路１２に設定されている基準ビーム経路長Ｌｓとに基づいて、例えば前述した式（２）を用いることにより、第２の音速Ｃ２を計算する（ステップＳ１０１）。
【００４２】
続いて、非満水状態判定部１４Ｄは、第１の音速Ｃ１と第２の音速Ｃ２との音速誤差ΔＣを計算し（ステップＳ１０２）、得られた音速誤差ΔＣと記憶回路１２に予め設定されている誤差許容範囲Ｅとを比較する（ステップＳ１０３）。
ステップＳ１０３で、音速誤差ΔＣが誤差許容範囲Ｅ内である場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、非満水状態判定部１４Ｄは、記憶回路１２から取得した超音波受信強度Ｓと記憶回路１２に予め設定されている強度しきい値Ｓｔｈとを比較する（ステップＳ１０４）。
【００４３】
ステップＳ１０４で、超音波受信強度Ｓが強度しきい値Ｓｔｈ以上である場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、非満水状態判定部１４Ｄは、測定管Ｐが満水状態にあると判定し、記憶回路１２に保存し（ステップＳ１０５）、一連の非満水状態判定処理を終了する。
【００４４】
一方、ステップＳ１０３で、音速誤差ΔＣが誤差許容範囲Ｅ内にない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、および、ステップＳ１０４で、超音波受信強度Ｓが強度しきい値Ｓｔｈ未満の場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、非満水状態判定部１４Ｄは、測定管Ｐが非満水状態にあると判定し、記憶回路１２に保存し（ステップＳ１０６）、一連の非満水状態判定処理を終了する。
【００４５】
図４において、ステップＳ１０３とステップＳ１０４の実行処理順序については、両者を入れ替えてもよい。また、ステップＳ１０３とステップＳ１０４を並行して実行し、得られた両比較結果の論理積に基づいて、ステップＳ１０５またはステップＳ１０６を選択実行してもよい。具体例としては、後述の図６に示すような、音速誤差ΔＣが誤差許容範囲Ｅの範囲内であることを示す音速誤差判定結果Ｒｃと、超音波ビームＢの超音波受信強度Ｓが強度しきい値Ｓｔｈ以上であることを示す信号強度判定結果Ｒｓとの論理積に基づいて非満水状態であることを判定するようにしてもよい。
【００４６】
［本実施の形態の動作例］
まず、図５を参照して、従来の非満水状態判定の動作例について説明する。図５は、従来の非満水状態判定の動作例（超音波受信強度のみ）を示すグラフである。図５には、時間の経過とともに液位Ｈを満水状態から徐々に低下させた場合における、超音波受信強度Ｓの変化がグラフで示されている。
【００４７】
液位Ｈが満水状態から低下するにつれて、超音波ビームＢが流体液面で反射したり、超音波送受信器ＵＡ，ＵＢが気中へ露出したりする。このため、超音波ビームＢのビーム経路は乱れや、送信される超音波信号強度の低下が生じる。図５に示すように、時刻Ｔ１に、超音波受信強度Ｓが強度しきい値Ｓｔｈを下回った場合、信号強度判定結果Ｒｓは、Ｈ（Ｈｉｇｈ）レベルからＬ（Ｌｏｗ）レベルに変化する。信号強度判定結果Ｒｓは、Ｓ≧Ｓｔｈである場合にはＨレベルを示し、Ｓ＜Ｓｔｈである場合にはＬレベルを示す、非満水状態判定部１４Ｄ内部の論理値である。
【００４８】
この後、続く時刻Ｔｓ１において、例えば図３に示したように、流体液面Ｆ１，Ｆ２で超音波ビームＢがたまたま受信された場合、超音波受信強度Ｓは、一時的に強度しきい値Ｓｔｈより高いレベルまで上昇する。これにより、Ｓ≧Ｓｔｈの状態となった時刻Ｔｓ１から時刻Ｔｓ２までの期間Ｗｓで、信号強度判定結果ＲｓがＨレベルとなる。
【００４９】
したがって、信号強度判定結果Ｒｓに基づき非満水状態を判定している場合、非満水状態判定結果Ｒｍは、実際の液位Ｈとは異なり、期間Ｗｓにおいて満水状態を示すＨレベルを示すことになる。非満水状態判定結果Ｒｍは、満水状態である場合にはＨレベルを示し、非満水状態である場合にはＬレベルを示す、非満水状態判定部１４Ｄ内部の論理値である。
【００５０】
次に、図６を参照して、本発明の非満水状態判定の動作例について説明する。図６は、本発明の非満水状態判定の動作例（音速誤差＋超音波受信強度）を示すグラフである。図６には、時間の経過とともに液位Ｈを満水状態から徐々に低下させた場合における、音速誤差ΔＣの変化がグラフで示されている。ここでは、誤差許容範囲Ｅとして、下限しきい値ＥＬと上限しきい値ＥＨとからなる帯状の許容範囲が設定されているものとする。なお、参考として図５の超音波受信強度Ｓも併記されている。
【００５１】
液位Ｈの低下に伴って、超音波ビームＢのビーム経路は乱れや、送信される超音波信号強度の低下が生じた場合、ビーム経路長Ｌが変化して伝搬時間ｔ１，ｔ２が変化する。このため、前述した式（２）で得られる第２の音速Ｃ２が変化して音速誤差ΔＣが変化する。具体的には、ビーム経路長Ｌが延長された場合、伝搬時間ｔ１，ｔ２が長くなってＣ２が小さくなりΔＣも小さくなる。ビーム経路長Ｌが短縮された場合、伝搬時間ｔ１，ｔ２が短くなってＣ２が大きくなりΔＣも大きくなる。
【００５２】
図６に示すように、時刻Ｔ１で超音波受信強度Ｓが強度しきい値Ｓｔｈを下回った場合、信号強度判定結果Ｒｓが、ＨレベルからＬレベルに変化する。その後、時刻Ｔ２で音速誤差ΔＣが下限しきい値ＥＬを下回った場合、音速誤差判定結果Ｒｃは、ＨレベルからＬレベルに変化する。音速誤差判定結果Ｒｃは、ΔＣが誤差許容範囲Ｅ内である場合にはＨレベルを示し、ΔＣが誤差許容範囲Ｅ外である場合にはＬレベルを示す、非満水状態判定部１４Ｄ内部の論理値である。
【００５３】
続くＴｓ１から時刻Ｔｓ２までの期間ＷｓでＳ≧Ｓｔｈとなって、信号強度判定結果Ｒｓが、一時的にＬレベルからＨレベルに変化する。その後、時刻Ｔｃ１において、音速誤差ΔＣが下限しきい値ＥＬ以上となって誤差許容範囲Ｅ内のレベルまで上昇し、その後の時刻Ｔｃ２に上限しきい値ＥＨを超えた場合、時刻Ｔｃ１から時刻Ｔｃ２までの期間Ｗｃで、音速誤差判定結果ＲｃがＨレベルとなる。
【００５４】
したがって、信号強度判定結果Ｒｓと音速誤差判定結果Ｒｃとの論理積に基づいて非満水状態を判定した場合、非満水状態判定結果Ｒｍは、ＲｓとＲｃの両方がＨレベルである時刻Ｔ１より以前の期間においてのみ満水状態を示すＨレベルを示すことになり、実際の液位Ｈと同様に、それ以降においては、期間Ｗｓや期間ＷｃなどＲｓとＲｃの一方がＨレベルとなった場合でも、非満水状態を示すＬレベルを示すことになる。
【００５５】
なお、以上では、誤差許容範囲Ｅが下限しきい値ＥＬと上限しきい値ＥＨとからなる帯状の範囲で規定される場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。超音波流量計１の超音波ビームＢのビーム経路は、超音波送受信器ＵＡ，ＵＢの配置や測定管Ｐの内壁面の配置と、液位Ｈとによって決定される。このため、ビーム経路によっては、超音波受信強度Ｓが強度しきい値Ｓｔｈを上回る期間Ｗｓと、音速誤差ΔＣが下限しきい値ＥＬを下回る期間とが発生する条件が固定化される場合もある。
【００５６】
例えば、図６に示したように、音速誤差ΔＣが下限しきい値ＥＬを下回る期間でのみ、期間Ｗｓが発生する場合、誤差許容範囲Ｅから上限しきい値ＥＨを省くこともできる。これにより、誤差許容範囲Ｅは、任意のしきい値Ｅｔｈ以上の範囲として規定されることになる。逆に、音速誤差ΔＣが上限しきい値ＥＨを上回る期間でのみ、期間Ｗｓが発生する場合、誤差許容範囲Ｅから下限しきい値ＥＬを省くこともできる。これにより、誤差許容範囲Ｅは、任意のしきい値Ｅｔｈ以下の範囲として規定されることになる。
【００５７】
［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、第１の音速計算部１４Ｂが、流体の流体温度Ｔに基づいて、超音波ビームＢに関する第１の音速Ｃ１を計算し、第２の音速計算部１４Ｃが、超音波ビームＢの伝搬時間ｔ１，ｔ２と正規のビーム経路の基準ビーム経路長Ｌｓとに基づいて、超音波ビームＢに関する第２の音速Ｃ２を計算し、非満水状態判定部１４Ｄが、少なくとも、第１の音速Ｃ１と第２の音速Ｃ２との音速誤差ΔＣが予め設定されている誤差許容範囲Ｅの範囲外である場合、流体の液位は非満水状態であると判定するようにしたものである。
【００５８】
また、より具体的には、非満水状態判定部１４Ｄが、音速誤差ΔＣが誤差許容範囲Ｅの範囲内である場合、超音波ビームＢの超音波受信強度Ｓが予め設定されている強度しきい値Ｓｔｈ以上であるか否かに応じて、流体の液位が満水状態か非満水状態かを判定するようにしたものである。
これにより、超音波ビームＢのビーム経路長Ｌが変化した場合でも、非満水状態を適切に判定することが可能となる。したがって、計測した流体の流量Ｑとともに非満水状態を上位装置へ通知すれば、流量Ｑに誤差を含むことが上位装置で判定できるだけでなく、非満水時様態が発生していることをアラームとして報知することができる。
【００５９】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１…超音波流量計、１０…流量演算装置、１１…入出力Ｉ／Ｆ回路、１２…記憶回路、１３…上位Ｉ／Ｆ回路、１４…演算処理回路、１４Ａ…計測部、１４Ｂ…第１の音速計算部、１４Ｃ…第２の音速計算部、１４Ｄ…非満水状態判定部、１４Ｅ…流量計算部、Ｐ…測定管、ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ…内壁面、ＵＡ…超音波送受信器（第１の超音波送受信器），ＵＢ…超音波送受信器（第２の超音波送受信器）、Ｋ…温度センサ、Ｂ…超音波ビーム、ｔ１，ｔ２…伝搬時間、Ｌ…ビーム経路長、Ｌｓ…基準ビーム経路長、Ｔ…流体温度、Ｃ１…第１の音速、Ｃ２…第２の音速、ΔＣ…音速誤差、Ｅ…誤差許容範囲、ＥＬ…下限しきい値、ＥＨ…上限しきい値、Ｓ…超音波受信強度、Ｓｔｈ…強度しきい値、Ｖ…流速、Ａ…断面積、Ｑ…流量、Ｌ１，Ｌ２…配線、Ｌ３…通信回線、ＢＵＳ…内部バス。
【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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