【手続補正書】
【提出日】平成16年3月10日(2004.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】超音波流量計
【特許請求の範囲】
【請求項１】超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす流体の流量を求める演算部と、流量測定時の流れ方向への伝搬時間と逆流方向への伝搬時間の平均値と、あらかじめ設定された正常計測時の流れ方向の伝搬時間と逆流方向の伝搬時間の平均値とを比較し、所定の大きさ以上の差があった場合を誤計測と判定する誤測定判定手段とを備えた超音波流量計。
【請求項２】正常に測定できた場合の流れ方向への伝搬時間と逆流方向への伝搬時間を記憶し、測定が正常に終了するたびに前記伝搬時間を更新する伝搬時間記憶手段をさらに備え、前記誤測定判定手段は前記伝搬時間記憶手段に記憶された伝搬時間を用いて誤測定かどうかを判定する請求項1記載の超音波流量計。
【請求項３】前記誤測定判定手段は、流量測定時の流れ方向の伝搬時間と前記伝搬時間記憶手段に記憶された流れ方向の伝搬時間との変化量と、流量測定時の逆流方向の伝搬時間と前記伝搬時間記憶手段に記憶された逆流方向の伝搬時間との変化量を比較し、当該変化量間に所定の大きさ以上の差があった場合に誤計測と判定する請求項２記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波流量計は、図５に示すようなものが一般的であった。この装置は流体の流れる測定流路１に設置した超音波振動子２と、超音波振動子２を駆動する駆動回路３と、駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部５と、伝搬時間測定部５から測定データを受け取る演算部６と、超音波振動子２から送信した超音波を受ける超音波振動子７と、超音波振動子７の出力を増幅するアンプ８と、アンプ８の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときに伝搬時間測定部５を停止させる受信検知回路９とを有していた。
【０００３】
そして、上記超音波流量計は、制御部４からスタート信号を受けた駆動回路３が超音波振動子２を一定時間パルス駆動を行うと同時に伝搬時間測定部５は制御部４からの信号によって時間を計測し始める。パルス駆動された超音波振動子２からは超音波が送信される。超音波振動子２から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し超音波振動子７で受信される。超音波振動子７の受信出力は、アンプ８において制御部４が設定した増幅率によって増幅される。そしてアンプ８の出力を受けた受信検知回路９で超音波の受信を判定し伝搬時間測定部５を停止させる。そして制御部４では伝搬時間測定部５から得た時間情報ｔから（式１）によって流速を求める（但し、伝搬時間測定部５から得た測定時間をｔ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、音速ｃ、被測定流体の流速をｖとする）。
【０００４】
ｖ＝（Ｌ／ｔ）−ｃ  …（式１）
受信信号は、緩やかに立ち上がる波形となっており、超音波振動子の温度特性や、流速によって受信信号のレベルは変化する。前記基準電圧と受信信号のレベルの関係が適正でないと受信検知回路９の動作は安定せず測定精度が悪くなる。
【０００５】
また、他の測定方法として受信検知回路９の判定結果を伝搬時間測定部５ではなく、帰還回路によって駆動回路３に返し、再度送信を行う場合もあった。このような繰り返し動作を予め設定した回数行いその時間を測定し、その測定時間を基に（式２）の計算によって流速を求める方法もあった（但し、繰り返し回数をｎ、測定時間をｔｓ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする）。
【０００６】
ｖ＝Ｌ／（ｔｓ／ｎ）−ｃ  …（式２）
この方法によれば（式１）の方法に比べｎ倍分解度を高くして測定することができる。
【０００７】
また、超音波振動子２と超音波振動子７とを切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、（式３）より速度ｖを求める方法もある（但し、上流から下流への伝搬時間をｔ１、下流から上流の伝搬時間をｔ２とする）。
【０００８】
ｖ＝Ｌ／２（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））  …（式３）
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流速を測定することが出来るので、流速、流量、距離などの測定に広く利用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の超音波流量計では、流量変動による波形や振幅の変化、あるいはノイズなどの影響によって、受信検知しているタイミングがずれ、正確な流量計測ができない場合や、測定流量が多くなり、超音波の伝搬経路に渦などの乱れが発生し、受信信号が短い時間で大きく変動し、受信タイミングがずれ、誤測定してしまう場合があったが、誤測定と判定することができなかった。
【００１０】
本発明は上記のような誤測定と正常測定を判別し、誤測定による測定精度の低下を防止することを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、被測定流体の流速を測定するために求めた超音波の伝搬時間と正常測定時の伝搬時間を比較し、流量測定が正常に行えたかどうかを判定する誤測定判定手段を設けることによって、誤測定による測定精度の低下を防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の手段による超音波流量計は、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす流体の流量を求める演算部と、流量測定時の流れ方向への伝搬時間と逆流方向への伝搬時間の平均値と、あらかじめ設定された正常計測時の流れ方向の伝搬時間と逆流方向の伝搬時間の平均値を比較し、所定の大きさ以上の差があった場合を誤計測と判定する誤測定判定手段とを備えることによって、不規則な流量変動や電気的ノイズによる誤測定で測定精度が低下することを防止できる。
【００１３】
本発明の第２の手段による超音波流量計は、正常に測定できた場合の流れ方向への伝搬時間と逆流方向への伝搬時間を記憶し、測定が正常に終了するたびに前記伝搬時間を更新する伝搬時間記憶手段をさらに備え、前記誤測定判定手段は前記伝搬時間記憶手段に記憶された伝搬時間を用いて誤測定かどうかを判定することによって、周囲の環境変化に合った正常測定時の伝搬時間と比較できるようになり、より正確な誤測定の判別できるようになる。
【００１４】
本発明の第３の手段による超音波流量計は、前記誤測定判定手段が、流量測定時の流れ方向の伝搬時間と前記伝搬時間記憶手段に記憶された流れ方向の伝搬時間との変化量と、流量測定時の逆流方向の伝搬時間と前記伝搬時間記憶手段に記憶された逆流方向の伝搬時間との変化量を比較し、当該変化量間に所定の大きさ以上の差があった場合に誤計測と判定する。このため、伝搬時間の変動より不規則な流量変動や電気的ノイズによる誤測定が判別できるようになる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１は本発明の第１の手段による超音波流量計を示す構成図である。基本的な構成は従来例の説明と同じで、本実施例と従来例との差異は超音波振動子２、７として送受信可能なものを採用し、切り替えスイッチ１０を備えることによって流れ方向と逆流方向の伝搬時間を計測できるようにしたことと、誤測定判定手段１１を備えたことである。誤計測判定手段の動作について図２に基づいて説明する。まず伝搬時間測定部５で計測された流れ方向と逆流方向の伝搬時間ｔ１、ｔ２の平均値ｈを求め、あらかじめ設定された正常計測時の伝搬時間Ｔ１、Ｔ２の平均値Ｈとの差を求める。伝搬時間は流れの大きさによって変化するが、流速方向と逆流方向の平均値は流れの大きさに関係無く一定となる。よって前記平均値が著しく変化するということは計測系になんらかの異常があったと考えられることから、前記平均値の差が所定の値Ａより大きい場合は誤計測と判断できる。ここで、Ａは伝搬時間測定時の環境変化による変動を考慮した値となっている。
【００１７】
（実施例２）
図３は本発明の第２の手段による超音波流量計を示す構成図である。基本的な構成は本発明の実施例１の説明と同じで、本実施例と実施例１との差異は伝搬時間記憶手段１２を備えたことである。伝搬時間記憶手段１２では計測が正常に終了する度に誤測定判定手段１１で判定に用いる正常時の伝搬時間を更新するため、周囲の環境変化等によって伝搬時間が変化することを考慮して設定している所定の値Ａを実施例１より小さくできるため、より精度よく誤測定の判定ができる。
【００１８】
（実施例３）
図４は本発明の第３の手段による超音波流量計の誤測定判定手段１１を示したものである。本実施例と実施例１との差異は誤測定の判定に伝搬時間の平均値を利用せずに流れ方向と逆流方向それぞれの変動値を利用することにしたことである。流量が変化した場合、流れ方向と逆流方向の伝搬時間の変化量ｔｓ１、ｔｓ２は符号が反対となるがほぼ同じ大きさになり、また、計測流体の温度が変化した場合は流れ方向と逆流方向の伝搬時間の変化量ｔｓ１、ｔｓ２は同じとなることより、流れ方向と逆流方向の伝搬時間の変化量の絶対値の差が所定の大きさＡ以上だと誤測定だとみなすことができる。
【００１９】
以上のように本発明の各実施例によれば、次のような効果を奏する。
【００２０】
従来の超音波流量計に比べて、不規則な流量変動や電気的ノイズによって流量計測が正常に終了できていないことが判定できるため、誤計測によって測定精度が低下することを防止できる。
【００２１】
さらに、正常時の伝搬時間を更新することによって環境変化による伝搬時間の変動を考慮して判定基準となる所定の大きさＡを大きく設定する必要がないため、より誤測定の判定精度を向上できる。
【００２２】
さらにまた、超音波流量計の周囲温度が変化することによって音速自体が変化した場合も誤って誤測定と判定してしまうことがなく、測定精度の低下をさらに防止することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明の第１の手段による超音波流量計によれば、従来の超音波流量計に比べて、不規則な流量変動や電気的ノイズによって流量計測が正常に終了できていないことが判定できるため、誤計測によって測定精度が低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における超音波流量計の構成図
【図２】同流量の計誤測定判定手順を示す図
【図３】本発明の実施例２における超音波流量計の構成図
【図４】本発明の実施例３における超音波流量計の誤測定判定手順を示す図
【図５】従来の超音波流量計の構成図
【符号の説明】
１  測定流路
２  超音波振動子
３  駆動回路
４  制御部
５  伝搬時間測定部
６  演算部
７  超音波振動子
８  アンプ
９  受信検知回路
１０  切り替えスイッチ
１１  誤測定判定手段
１２  伝搬時間記憶手段