(57)【要約】【課題】従来より製造コスト及び消費電力を抑えることが可能な流体状態判別装置及び超音波流量計を提供する。【解決手段】本発明の流体状態判別装置及び超音波流量計では、計測管の中心軸を含む第１素子配置面と、その両側に第２及び第３の素子配置面とが配置されている。そして、第１素子配置面内に、１対の第１超音波素子、第２素子配置面内に１対の第２超音波素子、第３の素子配置面内に１対の第３超音波素子と１対の第４超音波素子とが配置されていて、第１〜第３超音波素子は計測管の軸方向に対して傾斜する方向に並んでいる。また、１対の第４超音波素子は、計測管の中心軸に対して第２超音波素子と１８０度の回転対称に配置されている。これら従来より少ない４対の超音波素子だけで、それらの超音波素子の間の超音波の伝播時間の一致不一致の関係に基づいて旋回流又は偏流の発生の有無を判別することができる。【選択図】図２
2020064002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる断面円形の計測管の中心軸を含む架空の第１素子配置面内で、前記計測管の軸方向に対して傾斜する方向に並ぶ１対の第１超音波素子と、
前記第１素子配置面と平行になって対向する架空の第２素子配置面内で、前記計測管の軸方向に対して傾斜する方向に並ぶ１対の第２超音波素子と、
前記第１素子配置面に対して第２の素子配置面Ｈ２と面対称に配置された架空の第３素子配置面内で、前記計測管の軸方向に対して傾斜する方向に並ぶ１対の第３超音波素子と、
前記第３素子配置面内で、前記中心軸に対して前記１対の第２超音波素子と１８０度の回転対称に配置された１対の第４超音波素子と、
前記１対の第１超音波素子の間の超音波の伝播時間と、前記１対の第２超音波素子の間の超音波の伝播時間と、前記１対の第３超音波素子の間の超音波の伝播時間と、前記１対の第４超音波素子の間の超音波の伝播時間と、の大小関係に基づいて旋回流又は偏流の発生の有無を判別する状態判別部と、を備える流体状態判別装置。
【請求項２】
前記状態判別部は、前記第１〜第４の超音波素子間で超音波が、上流から下流、又は、下流から上流へと、単位距離だけ伝播する時間を第１〜第４の単位距離伝播時間として取得し、
前記第２の単位距離伝播時間に対して前記第４の単位距離伝播時間が予め設定された基準値を超えて大きいか小さいことを条件として偏流の発生を検出し、前記第１の単位距離伝播時間に対して前記第３及び第４の単位距離伝播時間の一方が予め設定された基準値を超えて大きく、他方が予め設定された基準値を超えて小さくなってることを条件として旋回流の発生を検出する請求項１に記載の流体状態判別装置。
【請求項３】
前記状態判別部は、前記第２、第３及び第４の伝播時間が共に計測誤差の範囲内で一致しているときに旋回流及び偏流の発生は無いと判断する請求項２に記載の流体状態判別装置。
【請求項４】
前記状態判別部は、旋回流の発生を検出した場合に、前記第３の単位距離伝播時間に対して前記第４の単位距離伝播時間が予め設定された基準値を超えて大きいか小さいことを条件として旋回流が時計周りであるか又は反時計回りであることを判別する請求項２又は３に記載の流体状態判別装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の流体状態判別装置と、
前記第１の単位距離伝播時間と前記第１の逆方向単位距離伝播時間との差分に基づいて流体の流量を演算する流量演算部とを有する超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回流と偏流の有無を判別する流体状態判別装置及びその流体状態判別装置を有する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流体状態判別装置として、流体の状態を判別するために少なくとも８対の超音波素子を備えたものが知られている（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２０１３−２４６４６号公報（図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃ，請求項３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来の流体状態判別装置は、製造コスト及び消費電力が高いことが問題になっていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より製造コスト及び消費電力を抑えることが可能な流体状態判別装置及び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】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、流体が流れる断面円形の計測管の中心軸を含む架空の第１素子配置面内で、前記計測管の軸方向に対して傾斜する方向に並ぶ１対の第１超音波素子と、前記第１素子配置面と平行になって対向する架空の第２素子配置面内で、前記計測管の軸方向に対して傾斜する方向に並ぶ１対の第２超音波素子と、前記第１素子配置面に対して第２の素子配置面Ｈ２と面対称に配置された架空の第３素子配置面内で、前記計測管の軸方向に対して傾斜する方向に並ぶ１対の第３超音波素子と、前記第３素子配置面内で、前記中心軸に対して前記１対の第２超音波素子と１８０度の回転対称に配置された１対の第４超音波素子と、前記１対の第１超音波素子の間の超音波の伝播時間と、前記１対の第２超音波素子の間の超音波の伝播時間と、前記１対の第３超音波素子の間の超音波の伝播時間と、前記１対の第４超音波素子の間の超音波の伝播時間と、の大小関係に基づいて旋回流又は偏流の発生の有無を判別する状態判別部と、を備える流体状態判別装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、前記状態判別部は、前記第１〜第４の超音波素子間で超音波が、上流から下流、又は、下流から上流へと、単位距離だけ伝播する時間を第１〜第４の単位距離伝播時間として取得し、前記第２の単位距離伝播時間に対して前記第４の単位距離伝播時間が予め設定された基準値を超えて大きいか小さいことを条件として偏流の発生を検出し、前記第１の単位距離伝播時間に対して前記第３及び第４の単位距離伝播時間の一方が予め設定された基準値を超えて大きく、他方が予め設定された基準値を超えて小さくなってることを条件として旋回流の発生を検出する請求項１に記載の流体状態判別装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、前記状態判別部は、前記第２、第３及び第４の伝播時間が共に計測誤差の範囲内で一致しているときに旋回流及び偏流の発生は無いと判断する請求項２に記載の流体状態判別装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、前記状態判別部は、旋回流の発生を検出した場合に、前記第３の単位距離伝播時間に対して前記第４の単位距離伝播時間が予め設定された基準値を超えて大きいか小さいことを条件として旋回流が時計周りであるか又は反時計回りであることを判別する請求項２又は３に記載の流体状態判別装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の流体状態判別装置と、前記第１の単位距離伝播時間と前記第１の逆方向単位距離伝播時間との差分に基づいて流体の流量を演算する流量演算部とを有する超音波流量計である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の流体状態判別装置及び超音波流量計では、計測管の中心軸を含む第１素子配置面と、その両側に第２及び第３の素子配置面とが配置されている。そして、第１素子配置面内に、１対の第１超音波素子、第２素子配置面内に１対の第２超音波素子、第３の素子配置面内に１対の第３超音波素子と１対の第４超音波素子とが配置されていて、第１〜第３超音波素子は計測管の軸方向に対して傾斜する方向に並んでいる。また、１対の第４超音波素子は、計測管の中心軸に対して第２超音波素子と１８０度の回転対称に配置されている。これにより、偏流が発生した場合は、第２と第３の超音波素子の各対の間の超音波の伝播時間が同じになるか又は第３と第４の超音波素子の各対の間の超音波の伝播時間が同じになる。換言すれば、第２と第４の超音波素子の各対の間の超音波の伝播時間が相違する事象として現れる。一方、旋回流が発生した場合は、１対の第２超音波素子の間の超音波の伝播時間と、１対の第４超音波素子の間の超音波の伝播時間とは同じになり、１対の第３超音波素子の間の超音波の伝播時間と、１対の第４超音波素子の間の超音波の伝播時間とはとは異なる事象として現れる。即ち、本発明の流体状態判別装置及び超音波流量計では、上述の如く、第１〜第４の超音波素子を配置したことで、従来より少ない４対の超音波素子だけで、それらの超音波素子の間の超音波の伝播時間の大小関係に基づいて旋回流又は偏流の発生の有無を判別することができる。つまり、本発明の流体状態判別装置及び超音波流量計によれば、従来より製造コスト及び消費電力を抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波流量計の概念図
【図２】超音波素子の配置を示した概念図
【図３】超音波流量計のコントローラを示したブロック図
【図４】流体状態の判別を示す表
【図５】判別プログラムのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１には、本実施形態の超音波流量計１０が概念的に示されている。同図に示すように、超音波流量計１０は、断面円形の計測管３０を備える。その計測管３０の中心軸Ｊ４（図２参照）を含む架空の面を第１素子配置面Ｈ１とすると、その第１素子配置面Ｈ１内に１対の第１超音波素子１１，１１が配置されて計測管３０に固定されている。また、その第１素子配置面Ｈ１を、計測管３０の半径未満の範囲で左右対称に平行移動した架空の１対の面を第２素子配置面Ｈ２及び第３素子配置面Ｈ３とすると、第２素子配置面Ｈ２内には１対の第２超音波素子１２，１２が配置されて計測管１４に固定され、第３素子配置面Ｈ３内には１対の第３超音波素子１３，１３と１対の第４超音波素子１４，１４が配置されて固定されている。
【００１４】
図２には、第１〜第３の素子配置面Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３が相互に離間させた状態で示されている。同図に示すように、１対の第１超音波素子１１，１１は、計測管３０の軸方向Ｘ１（即ち、計測管３０の中心軸Ｊ４と平行な方向）に対して傾斜角ζで傾斜する方向で対向し、それらの超音波の送受波面は、概ね計測管３０の内周面上に位置している（図１参照）。それと同様に、１対の第２超音波素子１２，１２も、軸方向Ｘ１に対して傾斜角ζで傾斜する方向で対向し、それらの超音波の送受波面は、概ね計測管３０の内周面上に位置している。また、そのような配置とするために、１対の第２超音波素子１２，１２の間隔は、１対の第１超音波素子１１，１１の間隔より小さくなっている。また、１対の第３超音波素子１３，１３は、第１素子配置面Ｈ１に対して１対の第２超音波素子１２，１２と面対称に配置されている。これに対して、１対の第４超音波素子１４，１４は、１対の第２超音波素子１２，１２を計測管３０の中心軸Ｊ４に対して１８０度回転させた位置に配置されている。
【００１５】
図３に示すように、第１〜第４の超音波素子１１〜１４は、コントローラ１５に接続されている。コントローラ１５は、上流側の第１〜第４の超音波素子１１〜１４を所定間隔を空けて順次、駆動して超音波を送波させると同時に第１〜第４のタイマー２１〜２４を順次起動する。そして、それら超音波を下流側の第１〜第４の超音波素子１１〜１４が順次受波したタイミングで第１〜第４のタイマー２１〜２４を順次停止する。
【００１６】
また、コントローラ１５は、下流側の第１〜第４の超音波素子１１〜１４も、所定間隔を空けて順次、駆動して超音波を送波させると同時に第５〜第８のタイマー２５〜２８を順次起動し、それら超音波を上流側の第１〜第４の超音波素子１１〜１４が順次受波したタイミングで第５〜第８のタイマー２５〜２８を順次停止する。
【００１７】
そして、第１のタイマー２１により、上流側の第１超音波素子１１から下流側の第１超音波素子１１へと超音波が流体を伝播した時間を第１の順方向伝播時間Ｔａ１として計測し、第５のタイマー２５により、下流側の第１超音波素子１１から上流側の第１超音波素子１１へと超音波が流体を伝播した時間を第１の逆方向伝播時間Ｔｂ１として計測する。これと同様にして、第２と第６のタイマー２２，２６により第２超音波素子１２に係る第２の順方向伝播時間Ｔａ２と第２の逆方向伝播時間Ｔｂ２とを計測し、第３と第７のタイマー２３，２７により第３超音波素子１３に係る第３の順方向伝播時間Ｔａ３と第３の逆方向伝播時間Ｔｂ３とを計測し、第４と第８のタイマー２３，２８により第４超音波素子１４に係る第４の順方向伝播時間Ｔａ４と第４の逆方向伝播時間Ｔｂ４とを計測する。
【００１８】
なお、コントローラ１５は、所定周期でクロック信号を出力するクロック回路１６を有し、第１〜第８のタイマー２１〜２８は、例えば、起動してから停止するまでのクロック信号をカウントして時間を計測する。
【００１９】
コントローラ１５の図示しないＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することで、コントローラ１５の流量演算部１７及び状態判別部１８として機能する。
【００２０】
流量演算部１７は、公知な信号処理により第１の順方向伝播時間Ｔａ１と第１の逆方向伝播時間Ｔｂ１とから計測管３０の流量を演算する。具体的には、図２に示すように、計測管３０の内径をＤ、第１素子配置面Ｈ１内の平均の流速をｖ、超音波が流体を伝播する速度（即ち、音速）をＣ、第１超音波素子１１，１１同士の間の距離をＬ１、θ＝π／２−ζ、とすると、公知の以下の式（１）〜（３）が成立する。
【００２１】
Ｔａ１＝Ｌ１／（Ｃ＋ｖ・ｓｉｎθ）      ・・・・・・・・（１）
Ｔｂ１＝Ｌ１／（Ｃ−ｖ・ｓｉｎθ）      ・・・・・・・・（２）
Ｌ１＝Ｄ／ｃｏｓθ                    ・・・・・・・・（３）
【００２２】
そして、流量演算部１７は、上記式（１）〜（３）から求められる流速ｖに計測管３０の断面積を乗じて単位時間当りに計測管３０を通過する流体の流量と積算流量とを演算する。これにより、本実施形態の超音波流量計１０がガスメータとして使用された場合に、例えば、ガスの一月の使用量を計測することができる。
【００２３】
状態判別部１８は、第１〜第４の順方向伝播時間Ｔａ１〜Ｔａ４から旋回流と偏流の発生の有無を判別する。その偏流とは、計測管３０の断面のうち特定箇所に流れが集中する現象を意味する。また、旋回流とは、流体が計測管３０の中心軸Ｊ４を中心に時計回り又は反時計回りに旋回する現象を意味する。
【００２４】
なお、旋回流の流速は、軸方向Ｘ１を向いた主成分Ｖｘと、計測管３０の周速方向を向いた旋回成分Ｖｙとに分けることができる。そして、その旋回成分Ｖｙは、第１素子配置面Ｈ１に対して直交するので、第１素子配置面Ｈ１内での計測には、旋回成分Ｖｙは含まれない。一方、第２及び第３の素子配置面Ｈ２，Ｈ３に対しては、旋回成分Ｖｙは斜めに交差するので、第２及び第３の素子配置面Ｈ２，Ｈ３内での計測には、旋回成分Ｖｙは含まれる。
【００２５】
状態判別部１８は、第１の順方向伝播時間Ｔａ１と第２〜第４の順方向伝播時間Ｔａ２〜Ｔａ４とを同じ条件で比較するために、第１の順方向伝播時間Ｔａ１を、第１超音波素子１１，１１同士の間の距離Ｌ１で除して、超音波が、第１超音波素子１１，１１間の単位距離（＝１／Ｌ１）を上流側から下流側に伝播する時間を第１の単位距離伝播時間Ｔｃ１を求める。それと同様に、第２〜第４の順方向伝播時間Ｔａ２〜Ｔａ４を第２超音波素子１２，１２同士の間の距離Ｌ２で除して、超音波が、第２超音波素子１２，１２間の単位距離（＝１／Ｌ２）を上流側から下流側に伝播する時間である第２の単位距離伝播時間Ｔｃ２と、第３超音波素子１３，１３間の単位距離を上流側から下流側に伝播する時間である下記第３の単位距離伝播時間Ｔｃ３と、第４超音波素子１４，１４間の単位距離を上流側から下流側に伝播する時間である下記第４の単位距離伝播時間Ｔｃ４とを求める。
【００２６】
ところで、計測管３０内を流れる流体の流速は、計測管３０内の位置に応じて流速が異なる大きさになって分布する。その計測管３０内の流速分布は、例えば、図２に示した流速分布図のように、計測管３０の断面のうち径方向の位置に応じて流速の相違をベクトルの大きさの相違で表すことができる。
【００２７】
ここで、第２の素子配置面Ｈ２と第３の素子配置面Ｈ３とは、第１素子配置面Ｈ１に対して面対称に配置されているので、旋回流も偏流も発生していない「正常状態」の場合、第２及び第３の素子配置面Ｈ２，Ｈ３内の流速は一致すると考えることができる。そこで、第２及び第３の素子配置面Ｈ２，Ｈ３内の平均の流速をｗとすると、第１素子配置面Ｈ１内の平均の流速ｖに概ね比例して小さくなると考えられるから、ｗ＝ｋ・ｖ（ｋは定数）とおくことができる。すると、上述した式（１）と同様に、以下の式（５）〜（７）が成立する。
【００２８】
Ｔａ２＝Ｌ２／（Ｃ＋ｋ・ｖ・ｓｉｎθ）      ・・・・・・・・（５）
Ｔａ３＝Ｌ２／（Ｃ＋ｋ・ｖ・ｓｉｎθ）      ・・・・・・・・（６）
Ｔａ４＝Ｌ２／（Ｃ＋ｋ・ｖ・ｓｉｎθ）      ・・・・・・・・（７）
【００２９】
そして、第１〜第４の単位距離伝播時間Ｔｃ１〜Ｔｃ４は、下記式（８）〜（１１）の通りになる。
【００３０】
Ｔｃ１＝１／（Ｃ＋ｖ・ｓｉｎθ）              ・・・・・・・・（８）
Ｔｃ２＝１／（Ｃ＋ｋ・ｖ・ｓｉｎθ）          ・・・・・・・・（９）
Ｔｃ３＝１／（Ｃ＋ｋ・ｖ・ｓｉｎθ）          ・・・・・・・・（１０）
Ｔｃ４＝１／（Ｃ＋ｋ・ｖ・ｓｉｎθ）          ・・・・・・・・（１１）
【００３１】
また、第１の単位距離伝播時間Ｔｃ１で第２〜第４の単位距離伝播時間Ｔｃ２〜Ｔｃ４を除した伝播時間比Ｒ２、Ｒ３，Ｒ４は、下記式（１２）〜（１４）の通りになる。
【００３２】
Ｒ２＝Ｔｃ２／Ｔｃ１          ・・・・・・・・（１２）
Ｒ３＝Ｔｃ３／Ｔｃ１          ・・・・・・・・（１３）
Ｒ４＝Ｔｃ４／Ｔｃ１          ・・・・・・・・（１４）
【００３３】
上記式（８）〜（１４）から、「正常状態」の場合には、伝播時間比Ｒ２〜Ｒ４は計測誤差Δの範囲で一致する。よって、「正常状態」の場合は図４に示したようになる。つまり、伝播時間比Ｒ２〜Ｒ４が計測誤差Δの範囲で一致していない場合には、旋回流か偏流が発生していると判断することができる。
【００３４】
ここで、偏流が発生している場合を考慮して、第２超音波素子１２，１２間に発する超音波の平均の流速をｋ・ｖ１、第３超音波素子１３，１３間に発する超音波の平均の流速をｋ・ｖ２、第４超音波素子１４，１４間に発する超音波の平均の流速をｋ・ｖ３とし、旋回流が発生している場合を考慮して第２及び第３の素子配置面Ｈ２，Ｈ３内において流体が流れる方向が、計測管３０の軸方向Ｘ１に対して傾斜する傾斜角をα（図２参照）とすると、第２〜第４の単位距離伝播時間Ｔｃ２〜Ｔｃ４は、以下の式（１５）〜（１７）で表すことができる。式（１５）と（１７）で、ｓｉｎの（）内が同じ「θ＋α」となるのは、１対の第２超音波素子１２，１２と１対の第４超音波素子１４，１４とが回転対称に配置されているからである。
【００３５】
Ｔｃ２＝１／（Ｃ＋ｋ・ｖ１・ｓｉｎ（θ＋α））    ・・・・・・・・（１５）
Ｔｃ３＝１／（Ｃ＋ｋ・ｖ２・ｓｉｎ（θ―α））      ・・・・・・・（１６）
Ｔｃ４＝１／（Ｃ＋ｋ・ｖ３・ｓｉｎ（θ＋α））      ・・・・・・・（１７）
【００３６】
ここで、「旋回流なし、偏流あり」の場合を考える。軸方向をＸ１を向いた時に計測管３０の中心軸Ｊ４に対して上又は下に偏流が発生している場合には、「ｖ１＝ｖ２かつｖ２≠ｖ３」となる一方、計測管３０の中心軸Ｊ４に対して左側又は右側に偏流が発生している場合には、「ｖ２＝ｖ３かつｖ１≠ｖ２」が成立する。また、「α＝０」であるから、上記式（１５）〜（１７）において、第２及び第３の単位距離伝播時間Ｔｃ２，Ｔｃ３が一致するか、第３及び第４の単位距離伝播時間Ｔｃ３，Ｔｃ４が一致するかのどちらかとなる。換言すれば、伝播時間比Ｒ２とＲ４とが所定の基準値（以下、「第１基準値ε１」という）の範囲を超えて相違する。よって、「旋回流なし、偏流あり」の場合は図４に示したようになる。
【００３７】
ここで、「偏流なし、旋回流あり」の場合を考える。このとき、「ｖ＝ｖ１＝ｖ２＝ｖ３」が成立し、上記式（１５）〜（１７）は下記式（１８）〜（２０）となる。
【００３８】
Ｔｃ２＝１／（Ｃ＋ｋ・ｖ・ｓｉｎ（θ＋α））    ・・・・・・・・（１８）
Ｔｃ３＝１／（Ｃ＋ｋ・ｖ・ｓｉｎ（θ−α））      ・・・・・・・（１９）
Ｔｃ４＝１／（Ｃ＋ｋ・ｖ・ｓｉｎ（θ＋α））      ・・・・・・・（２０）
【００３９】
よって、「偏流なし、旋回流あり」の場合は、第２と第４の単位距離伝播時間Ｔｃ２，Ｔｃ４は一致するが、第３と第４の単位距離伝播時間Ｔｃ３，Ｔｃ４が所定の基準値の範囲を超えて相違する。換言すれば、伝播時間比Ｒ３とＲ４とが所定の基準値（以下、「第２基準値ε２」という）の範囲を超えて相違する。よって、「偏流なし、旋回流あり」の場合は、図４に示したようになる。
【００４０】
また、「旋回流なし、偏流あり」の場合でも、「ｖ２＝ｖ３かつｖ１≠ｖ２」が成立する時には、伝播時間比Ｒ３とＲ４とが相違するが、「旋回流なし、偏流あり」の場合には、伝播時間比Ｒ２とＲ４とが必ず、第１基準値ε１の範囲を超えて相違する一方、「偏流なし、旋回流あり」の場合は、伝播時間比Ｒ２とＲ４とが第１基準値ε１の範囲を超えて相違することはないので判別は可能である。
【００４１】
ここで、旋回流は、時計回りに旋回する場合と反時計回りに旋回する場合とがあるが、伝播時間比Ｒ３とＲ４との大小関係を比較することによりどちら回りかを判別することができる。本実施形態では、図２に示される時計回りの旋回流が発生している場合、１対の第４超音波素子１４，１４は、旋回流の旋回方向に沿った超音波を発する一方、１対の第３超音波素子１３，１３は、旋回流の旋回方向に逆らった超音波を発する。つまり、伝播時間比Ｒ４よりも伝播時間比Ｒ３の方が大きくなる。これに対して、本実施形態では、伝播時間比Ｒ３よりも伝播時間比Ｒ４の方が大きい場合は反時計回りの旋回流が発生していると判別できる。
【００４２】
図５には、前述のＣＰＵを状態判別部１８として機能させる判別プログラムＰＧ１の一例が示されている。状態判別部１８は、複数回分の第１〜第４の順方向伝播時間Ｔａ１〜Ｔａ４の平均から第１〜第４の単位距離伝播時間Ｔｃ１〜Ｔｃ４を演算し、判別プログラムＰＧ１を実行する。
【００４３】
この判別プログラムＰＧ１では、先ずは、伝播時間比Ｒ２，Ｒ３の差分及び伝播時間比Ｒ２，Ｒ４の差分が共に計測誤差Δの範囲内で一致しているか否かが判別され（Ｓ１０）、一致している場合には（Ｓ１０でＹＥＳ）、状態判別部１８が、流体が「正常」に流れていることを意味する判別結果をモニタ１９Ａ等に出力する（Ｓ１７）。
【００４４】
伝播時間比Ｒ２，Ｒ３の差分及び伝播時間比Ｒ２，Ｒ４の差分が共に計測誤差Δの範囲を超えている場合には（Ｓ１０でＮＯ）、伝播時間比Ｒ２，Ｒ４の差分が第１基準値ε１を超えて相違しているか否かが判別され（Ｓ１１）、第１基準値ε１を超えて相違している場合には（Ｓ１１でＹＥＳ）、状態判別部１８が、「偏流あり」を意味する判別結果をモニタ１９Ａ又は無線回路１９Ｂに出力する（Ｓ１４）。
【００４５】
伝播時間比Ｒ２，Ｒ４の差分が第１基準値ε１を超えていない場合（Ｓ１１でＮＯ）は、伝播時間比Ｒ３，Ｒ４の差分が第２基準値ε２の範囲内で一致しているか否かが判別され（Ｓ１２）、一致している場合には（Ｓ１２でＹＥＳ）、状態判別部１８が、流体が「正常」に流れていることを意味する判別結果をモニタ１９Ａ等に出力する（Ｓ１７）。
【００４６】
伝播時間比Ｒ３，Ｒ４の差分が第２基準値ε２を超えて相違している場合は（Ｓ１２でＮＯ）、伝播時間比Ｒ３，Ｒ４の大小関係が比較され（Ｓ１３）、伝播時間比Ｒ３の方が大きい場合には、状態判別部１８が、流体が「時計回りの旋回流あり」を意味する判別結果をモニタ１９Ａ等に出力する（Ｓ１５）。また、そうでない場合は、「反時計回りの旋回流あり」を意味する判別結果をモニタ１９Ａ等に出力する（Ｓ１６）。
【００４７】
なお、本実施形態の状態判別部１８は、偏流、旋回流の有無を、第２〜第４の単位距離伝播時間Ｔｃ２〜Ｔｃ４を第１の単位距離伝播時間Ｔｃ１で標準化した超音波の伝播時間比Ｒ２〜Ｒ４で評価している。このように、伝播時間比Ｒ２〜Ｒ４で評価することによって、計測管３０内を流れる流体の流速の違いによる影響を抑えることができる。
【００４８】
本実施形態の超音波流量計１０の構成に関する説明は、以上である。また、上記超音波流量計１０の流量演算部１７を除いた部分は、本発明に係る「流体状態判別装置」に相当する。これら本実施形態の流体状態判別装置及び超音波流量計１０によれば、上述の如く、従来より少ない４対の超音波素子（第１〜第４の超音波素子１１〜１４）だけで、それらの超音波素子の間の超音波の伝播時間の大小関係に基づいて旋回流又は偏流の発生の有無を判別することができる。つまり、本発明の流体状態判別装置及び超音波流量計１０によれば、従来より製造コスト及び消費電力を抑えることが可能になる。
【００４９】
なお、状態判別部１８が出力する判別結果は、モニタ１９Ａ又は無線回路１９Ｂを通して流体（例えば、燃料ガス）の監視局等に報知される。
【００５０】
［他の実施形態］
前記実施形態以外にも以下に例示する構成が考えられる。
【００５１】
（１）前記実施形態の超音波流量計１０の状態判別部１８は、第１〜第４の順方向伝播時間Ｔａ１〜Ｔａ４を利用して流体の状態を判別していたが、第１〜第４の逆方向伝播時間Ｔｂ１〜Ｔｂ４を利用して流体の状態を判別してもよい。また、第１〜第４の順方向伝播時間Ｔａ１〜Ｔａ４と第１〜第４の逆方向伝播時間Ｔｂ１〜Ｔｂ４の両方を使用して、同じ判別結果になったか否かを確認してもよい。
【００５２】
（２）前記実施形態の超音波流量計１０の状態判別部１８は、偏流、旋回流の有無を、第１の単位距離伝播時間Ｔｃ１で第２〜第４の単位距離伝播時間Ｔｃ２〜Ｔｃ４を除した伝播時間比Ｒ２、Ｒ３，Ｒ４の大小関係に基づいて判別していたが、第１〜第４の単位距離伝播時間Ｔｃ１〜Ｔｃ４の大小関係に基づいて偏流、旋回流の有無を判別してもよい。
【００５３】
（３）前記実施形態の超音波流量計１０では、１対の第４超音波素子１４，１４は、１対の第２超音波素子１２，１２を計測管３０の中心軸Ｊ４に対して１８０度回転させた状態で第３素子配置面Ｈ３内に配置されていたが、第２素子配置面Ｈ２内に配置されていてもよい。また、１対の第４超音波素子１４，１４は、第２素子配置面Ｈ２内及び第３素子配置面Ｈ３内のそれぞれに１対ずつ配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０    超音波流量計
１１    第１超音波素子
１２    第２超音波素子
１３    第３超音波素子
１４    第４超音波素子
１７    流量演算部
１８    状態判別部
３０    計測管
Ｈ１    第１素子配置面
Ｈ２    第２素子配置面
Ｈ３    第３素子配置面
Ｊ４    中心軸
Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３，Ｔｃ４    単位距離伝播時間
【図１】
2020064002.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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