(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流路に設けられ超音波信号を発信受信する第１振動子及び第２振動子と、
前記振動子間における超音波信号の伝搬時間を計測する計時手段と、
前記両振動子の送受信方向を切り替えながら、前記計時手段により順逆双方向の超音波信号の伝搬時間を計測する単位計測工程と、前記単位計測工程を連続して実行し、前記実行回数分の伝搬時間を基に流量を演算する流量演算手段と、
前記単位計測工程の順逆両方向の伝搬時間差を求める時間差検出手段と、
連続して実行される一連の単位計測工程のうち任意の単位計測工程を選択し、当該任意の単位計測工程において前記時間差検出手段で求めた時間差に基づいて、後続の単位計測工程の実行回数を制御する計測制御手段と、
を備えたことを特徴とする流量計測装置。
【請求項２】
前記計測制御手段は、前記任意の単位計測工程として、一連の単位計測工程のうちの初期の単位計測工程を選択することを特徴とする、請求項１に記載の流量計測装置。
【請求項３】
前記任意の単位計測工程において前記時間差検出手段で求めた時間差が閾値よりも小さければ、前記計測制御手段は、前記任意の単位計測工程以降の単位計測工程の実行を打ち切ることを特徴とする、請求項１に記載の流量計測装置。
【請求項４】
前記任意の単位計測工程において前記時間差検出手段で求めた時間差が閾値よりも小さければ、前記流量演算手段は、その間の流量をゼロと算出することを特徴とする、請求項３に記載の流量計測装置。
【請求項５】
一連の単位計測工程の開始から流量演算の終了までを単位流量算出工程と定め、流量ゼロが連続した場合には、前記計測制御手段は、前記単位流量算出工程の実行間隔を毎回異なるように変化させることを特徴とする、請求項３または４に記載の流量計測装置。
【請求項６】
連続して実行される一連の単位計測工程のうち任意の単位計測工程において前記時間差検出手段で求めた時間差が閾値よりも大きければ、前記計測制御手段は、継続して複数回の単位計測工程を連続して実行することを特徴とする、請求項１から５いずれか１項に記載の流量計測装置。
【請求項７】
前記計時手段は、基準クロックと前記クロックに基づいて計数を行うカウンタ回路とで構成され、
前記時間差検出手段は、前記カウンタ回路の計数値を用いた減算回路により構成することにより、流量ゼロを判断する過程における乗除算を不要とした構成であることを特徴とする、請求項１から６いずれか１項に記載の流量計測装置。
【請求項８】
前記計時手段は、周波数の異なる少なくとも２つ以上の基準クロックとカウンタ回路とで構成され、
前記時間差検出手段は、前記カウンタ回路毎の計数差を算出し、
前記判定手段は、前記時間差検出手段で求められた全ての前記カウンタ回路の計数差の組み合わせから流量ゼロを判断するよう構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波信号の伝搬時間にもとづき流体の流量を計測するようにした流量計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流量計においては、２つの振動子間の送受信を複数回繰り返すことにより、計測分解能を高めるシングアラウンド法が知られているところである。【０００３】
この種の計測装置を家庭用のガスメータに適用した例について図１１を用いて説明する。【０００４】
すなわち、流体管路１０１の途中に、超音波を送信する第１振動子１０２と送信された超音波を受信する第２振動子１０３とが流れ方向上下流側に対向して設けてあり、流れる流体を超音波が斜めに横切るようにしてある。【０００５】
また、前記第１，２振動子１０２，１０３を用いて超音波の伝搬時間を計測する計測部１０４と、この計測部１０４を制御する制御部１０５、計測部１０４の計測結果を基に流体流量を求める演算部１０６とで構成されている。【０００６】
図１１において、音速をＣ、流速をｖ、第１，２振動子１０２，１０３間の距離をＬ、超音波の伝搬方向と流れの方向とがなす角度をθとし、流体管路１０１の上流側に配置された第１振動子１０２から超音波を送信し、下流側に配置された第２振動子１０３で受信した場合の伝搬時間をｔ１、逆方向の伝搬時間をｔ２とした場合、ｔ１およびｔ２は次式で求めることができる。【０００７】
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ）              （式１）
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖｃｏｓθ）              （式２）
（式１）および（式２）を変形し、（式３）で流速ｖが求まる。【０００８】
ｖ＝Ｌ・（１／ｔ１  −１／ｔ２）／２ｃｏｓθ    （式３）
（式３）で求めた値に流体管路の断面積を掛ければ流体の流量を求めることができる。ところで、（式３）において、括弧内の項は（式４）のように変形できる。【０００９】
（ｔ２−ｔ１）／ｔ１・ｔ２                    （式４）
ここで、（式４）の分母の項は流速の変化に関わらずほぼ一定の値となるが、分子の項は流速とほぼ比例した値となる。【００１０】
したがって、２つの伝搬時間の差を精度よく計測する必要がある。そのため、流速が遅くなるほど、微小な時間差を求める必要があり、単発現象として計測するには計測部１０４は、例えば、ｎｓ（ナノ秒）オーダーの非常に小さな時間分解能を有する必要がある。【００１１】
これだけの時間分解能を実現するのは難しく、仮に実現できたとしても時間分解能を上げることによる消費電力の増大を招くこととなる。そのため、超音波の送信を何回も繰り返し実行し、その一連の繰り返し計測の所要時間を計測部１０４で計測する。【００１２】
そして、その平均値を求めることにより必要な時間分解能を実現している。すなわち、計測部１０４の時間分解能をＴＡ、繰り返し回数をＭとすれば、この繰り返し計測の間、計測部１０４を連続して動作させることにより、伝搬時間の計測分解能はＴＡ／Ｍとすることができる。【００１３】
この種の計測装置は、流体流路内の圧力が安定している時には精度の高い計測が実現できるが、例えば、一般家庭にエネルギー源として供給されるガス流量を計測するガスメータに適用した場合には、脈動現象と呼ばれる固有の課題に直面する。【００１４】
これは、例えばＧＨＰと呼ばれるガスエンジンを利用した空調機のように、ガスエンジンの回転に同期して周辺のガス供給配管内の圧力に変動を及ぼす現象である。この脈動が発生した場合、ガス器具を使用していない場合であっても、圧力の変動に同期してガスが配管内を移動し、その動きに影響されて、あたかもガスが流れているかの如き計測値が検出されてしまう。【００１５】
この現象による影響を抑える方法として、例えば、繰り返し計測回数Ｍを計測精度が維持できる最低限の回数に抑えた上で、計測間隔を短くして、小刻みに比較的長時間連続してＮ回実行し、連続して計測したＮ回の計測結果を用いて流量演算を行うというものである。【００１６】
特に、計測間隔を圧力変動周期よりも充分短い間隔で行うことで、流速変動波形の位相状態を満遍なく捉えることができるようになり、それらを平均化することで、変動成分を取り除いた真の流速（流量）を検出する効果を狙っている（例えば、特許文献１参照）。【００１７】
しかし、このような計測方法常時続けることは消費電力の点では得策ではない。そこで、不要な消費電力を小さくするために、検出した流速の変動量に応じて、計測回数Ｎを制御する。すなわち、流量変動が小さく脈動がないと判断できる状況下においては計測回数Ｎを小さく、流量変動が大きく脈動があると判断される状況下においては、計測回数Ｎを大きくするというものである（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
特許文献１  特開２００２−３５０２０２号公報
特許文献２  特開２００３−２２２５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、前記従来の構成では、脈動が発生していない場合に、消費電力を低減することは可能であるが、流量の大小に応じた計測方法に関する開示がなされていない。【００２０】
特に、限られた電力資源を有効に使用するためには、脈動がない場合に消費電力を抑えるだけでなく、積算流量に影響を及ぼさない場合、すなわち、流量が流れていない場合には計測頻度を抑えて装置全体の消費電力を低減する方法が求められている。しかも、流量が流れているかどうかを迅速に判断し、応答遅れの小さな計測方法が望まれている。【００２１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、流量の有無を迅速に判定し、流量有無に応じて、電力資源を有効に利用する計測方法に切り替え可能な応答性の高い計測装置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】
【００２２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、流体流路に設けられ超音波信号を発信受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子間における超音波信号の伝搬時間を計測する計時手段と、前記両振動子の送受信方向を切り替えながら、前記計時手段により順逆双方向の超音波信号の伝搬時間を計測する単位計測工程と、前記単位計測工程を連続して実行し、前記実行回数分の伝搬時間を基に流量を演算する流量演算手段と、前記単位計測工程の順逆両方向の伝搬時間差を求める時間差検出手段と、連続して実行される一連の単位計測工程のうち任意の単位計測工程を選択し、当該任意の単位計測工程において前記時間差検出手段で求めた時間差に基づいて、後続の単位計測工程の実行回数を制御する計測制御手段と、を備えている構成である。【００２３】
前記構成によれば、流量の有無を迅速に判定し、流量の有無に応じた計測方法に切り替え可能な応答性の高い計測装置を提供することができる。【００２４】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の流量計測装置は、流量の有無を迅速に判定し、流量の有無に応じた計測方法に切り替え可能な応答性の高い計測が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１における流量計測装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す流量計測装置の動作において、流量算出工程の構成の一例を説明するタイムチャートである。
【図３】図２に示す流量算出工程の計測間隔を説明するタイムチャートである。
【図４】図１に示す流量計測装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】図１に示す流量計測装置において、流量ゼロの時の動作を説明するタイムチャートである。
【図６】図１に示す流量計測装置における計時手段の回路構成の一例を示す模式図である。
【図７】図６に示す計時手段の動作を説明するタイムチャートである。
【図８】図６に示す計時手段において、図７に示すタイムチャートを更に詳細に説明するタイムチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２における流量計測装置が備える計時手段の動作を説明するタイムチャートである。
【図１０】図９に示すタイムチャートの要部を説明するタイムチャートである。
【図１１】従来の流量計測装置の構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  流体流路
２  第１振動子
３  第２振動子
７  計測制御手段
１２  計時手段
１５  流量演算手段
１６  時間差検出手段
１７  判定手段
３３  カウンタ回路
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、流体流路に設けられ超音波信号を発信受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子間における超音波信号の伝搬時間を計測する計時手段と、前記両振動子の送受信方向を切り替えながら、前記計時手段により順逆双方向の超音波信号の伝搬時間を計測する単位計測工程と、前記単位計測工程を連続して実行し、前記実行回数分の伝搬時間を基に流量を演算する流量演算手段と、前記単位計測工程の順逆両方向の伝搬時間差を求める時間差検出手段と、連続して実行される一連の単位計測工程のうち任意の単位計測工程を選択し、当該任意の単位計測工程において前記時間差検出手段で求めた時間差に基づいて、後続の単位計測工程の実行回数を制御する計測制御手段を備えた構成の流量計測装置である。それゆえ、流量の有無を応答遅れなく判定し、流量の有無に応じた計測方法に切り替え可能な応答性の高い計測が可能である。
【００２９】
さらに、その任意の単位計測工程を一連の単位計測工程のうちの初期の単位計測工程とすることで、応答性をより高めることが可能である。
【００３０】
さらに、連続して実行される一連の単位計測工程のうち任意の単位計測工程において時間差検出手段で求めた時間差が閾値よりも小さければ、計測制御手段が、以降の計測工程の実行を打ち切る構成としているので、流量がない場合の消費電力を低減することが可能である。
【００３１】
さらに、連続して実行される一連の単位計測工程のうち任意の単位計測工程において時間差検出手段で求めた時間差が閾値よりも小さければ、流量演算手段が、その間の流量をゼロと算出する構成としているので、流量がない場合に、複雑な流量演算を省力できるため、更に消費電力を低減することが可能である。
【００３２】
さらに、一連の単位計測工程の開始から流量演算の終了までを単位流量算出工程と定め、流量ゼロが連続した場合には、計測制御手段が、単位流量算出工程の実行間隔を毎回異なるように変化させる構成としているので、流路内に周期的な脈動が発生している場合であっても、誤って流量をゼロと判断することがなくなり、計測精度の向上が図れる。
【００３３】
さらに、連続して実行される一連の単位計測工程のうち任意の単位計測工程において時間差検出手段で求めた時間差が閾値よりも大きければ、計測制御手段が、継続して複数回の単位計測工程を連続して実行する構成としているので、流量がある場合には、精度の高い計測が可能である。
【００３４】
さらに、計時手段は基準クロックと前記クロックに基づいて計数を行うカウンタ回路とで構成され、時間差検出手段は、前記カウンタ回路の計数値を用いた減算回路により構成し、流量ゼロを判断する過程における乗除算を不要とした構成としているので、減算回路を動作させるだけの簡単な演算手法で流量の有無を判定できるので、迅速性の高い制御が可能となる。
【００３５】
さらに、計時手段は周波数の異なる少なくとも２つ以上の基準クロックとカウンタ回路とで構成され、時間差検出手段はカウンタ回路毎の時間差を算出し、判定手段は、時間差検出手段で求められた全てのカウンタの計数差の組み合わせから流量ゼロを判断する構成としているので、流量ゼロの判定精度を高めることが可能である。
【００３６】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
また、以下の実施の形態は、本発明を限定するものではない。
【００３７】
（実施の形態１）
まず、図１、図２および図３を参照して、本実施の形態における流量計測装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態における流量計測装置の構成例を示すブロック図である。
【００３８】
図１に示すように、本実施の形態における流量計測装置においては、流体流路１の途中上下流側には、超音波信号を送、受信する第１，第２振動子２，３が斜めに対向して配置されており、超音波が流れる流体を斜めに横切るように伝搬するようにしている。これら第１振動子２および第２振動子３としては、超音波の送受信を兼ねた公知の圧電セラミック振動子を好適に用いることができるが、特に限定されず、公知の他の超音波送受信素子を用いることができる。
【００３９】
送信手段４は第１振動子２へ駆動信号を出力し、その第１振動子２から出力された超音波信号を第２振動子３が受信し、その受信信号が受信手段５で信号処理される。
【００４０】
切換手段６は第１振動子２と第２振動子３の送受信の役割の切り換えを行う。
【００４１】
計測制御手段７は、前記第１，第２振動子２，３間で実行される送受信の動作全般を制御し、トリガ手段８、繰り返し手段９、遅延手段１０、計測工程制御手段１１とで構成されている。
【００４２】
まず、トリガ手段８により計測開始のトリガ出力がなされると、切換手段６が第１振動子２と送信手段４、第２振動子３と受信手段５を接続して、第１振動子２を送信側、第２振動子３を受信側とする計測が開始される。以降の説明のため、これを流れの順方向の計測と称する。
【００４３】
送信手段４から駆動信号が出力されると、第１振動子２から超音波信号が出力され、これが第２振動子３に到達すると受信手段５で受信処理を行う。一旦、受信処理が行われると、繰り返し手段９の作用により、所定の繰り返し回数からなる、流れの順方向のシングアラウンド計測が実行される。本実施の形態では繰り返し回数を４回とするが、これに限られるものではなく、計測分解能が高ければシングアラウンド計測ではなく１回のみの計測としても良い。
【００４４】
４回の繰り返しが完了すると、遅延手段１０から所定の遅延時間が発生された後、トリガ手段８が切換手段６に対して送受信の切換信号を出力し、今度は、第２振動子３と送信手段４、第１振動子２と受信手段５が各々接続され、第２振動子３を送信側、第１振動子２を受信側とする計測が開始される。以降の説明のため、これを流れの逆方向の計測と称する。
【００４５】
また、この時、トリガ手段８から計測開始のトリガ信号が出力される。送受信の役割が切り換った、逆方向の計測においても、４回の繰り返し計測が実行される。
【００４６】
以上のように、流れの順方向のシングアラウンド計測（４回の繰り返し計測）と、逆方向のシングアラウンド計測（４回の繰り返し計測）を交互に１回行う一連の動作を単位計測工程と称する。この単位計測工程と流量算出工程とについて、図２および図３のフローチャートを参照して説明する。
【００４７】
図２に示すように、最初に実行される単位計測工程を第１計測工程とした場合、これが完了すると、遅延手段１０から遅延信号が出力されて、第１計測工程同様の動作が繰り返される。これを第２計測工程とする。以下同様の単位計測工程が規定の回数繰り返されるので、第ｎ回目の単位計測工程を第ｎ計測工程という。
【００４８】
計測工程制御手段１１によって、規定の回数（ｎ＝Ｎ回）の単位計測工程が実行された後、流量演算が実行される。この規定の回数の単位計測工程をまとめて流量算出工程と称する。本発明の流量計測装置は、図３に示すように、この流量算出工程を一定の計測間隔ごとに実行することで流量を測定している。なお、この一定の計測間隔の長さも、前記単位計測工程の規定の回数も特に限定されるものではなく、種々の条件に応じて適切な時間または回数を設定することができる。
【００４９】
計時手段１２は、トリガ手段８のトリガ信号出力タイミングからシングアラウンド終了までの時間を計測し、第１加算手段１３は、各単位計測工程の順方向の計測における計時手段１２の計測値を積算し、第２加算手段１４は、各単位計測工程の逆方向の計測における計時手段１２の計測値を積算する。
【００５０】
そして、定められたＮ回の単位計測工程の動作が完了すると、流量演算手段１５が第１加算手段１３および第２加算手段１４の出力値を用いて流量値を算出する。
【００５１】
一方、時間差検出手段１６は、第１計測工程が完了すると順方向の計測における計時手段１２の計測値と、逆方向の計測における計時手段１２の計測値の差を求める。
【００５２】
判定手段１７は時間差検出手段１６の出力を判定閾値と比較し、閾値より大ならば流量あり、閾値より小ならば流量なし（流量ゼロ）と判定し、その判定結果を計測工程制御手段１１に出力する。
【００５３】
計測工程制御手段１１は、判定手段１７の判定結果に応じて、単位計測工程を何回実行して流量を求めるかを設定する。
【００５４】
なお、前述した送信手段４、受信手段５、切換手段６、および計測制御手段７としては、具体的には、公知の構成の送信回路、受信回路、切換回路、制御器が用いられるが、これら構成に特に限定されない。
【００５５】
また、計測制御手段７を構成するトリガ手段８、繰り返し手段９、遅延手段１０、および計測工程制御手段１１の具体的構成も特に限定されず、公知のトリガ出力回路、繰り返し制御回路、遅延回路、単位計測工程の回数を設定するための回路が用いられ、これらによって計測制御回路が構成されてもよいし、計測制御手段７が単一の制御器で構成される場合には、トリガ手段８、繰り返し手段９、遅延手段１０、および計測工程制御手段１１は、前記制御器の機能構成であってもよい。つまり、トリガ手段８、繰り返し手段９、遅延手段１０、および計測工程制御手段１１は、制御器としての例えばＣＰＵが、図示されないメモリ等の記憶部に格納されるプログラムに従って動作することにより実現される構成であってもよい。
【００５６】
また、第１加算手段１３、第２加算手段１４、流量演算手段１５、時間差検出手段１６、および判定手段１７としては、具体的には、公知の加算回路、演算器、時間差検出回路、判定回路が用いられるが、これら構成に特に限定されない。また、例えば、第１加算手段１３、第２加算手段１４、流量演算手段１５、時間差検出手段１６、および判定手段１７は、前述した計測制御手段７と同様に、単一の制御器により実現される機能構成であってもよい。なお、計時手段１２の具体的構成については後述するが、本発明はこれに限定されず、公知の他の構成を採用することもできる。
【００５７】
更に、送信手段４、受信手段５、切換手段６、計測制御手段７（およびこれを構成するトリガ手段８、繰り返し手段９、遅延手段１０、および計測工程制御手段１１）、計時手段１２、第１加算手段１３、第２加算手段１４、流量演算手段１５、時間差検出手段１６、および判定手段１７は、本実施の形態の流量計測装置が備える構成要素であり、他の構成要素を備えていてもよいことは言うまでもないが、これら構成要素は、前述したように、流量計測装置における回路ユニットまたは機能ユニットを構成するものである。したがって、これら構成要素は、本実施の形態において、例えば、送信部または送信器、受信部または受信器、切換部または切換器、計測制御部または計測制御器（トリガ部、繰り返し部、遅延部、および計測工程制御部）、計時部またはタイマー、第１または第２加算部若しくは第１または第２加算器、流量演算部または流量演算器、時間差検出部または時間差検出器、および判定部または判定器と読み替えることができる。
【００５８】
次に、図４を参照して、先に説明した各部の動作の流れを説明する。図４は第１計測工程で流れの順方向の計測開始を示すトリガ手段８の出力タイミングを原点として横軸が原点からの経過時間、縦軸が各部の動作を示したタイムチャートである。
【００５９】
まず、時間ｔ１で、計時手段１２で計測された第１計測工程の順方向の計測値Ｔｄ１が、時間差検出手段１６に出力されると同時にＴｄ１が第１加算手段１３に加算される。その後、所定の遅延時間Ｔｉｎｔ経過した時間ｔ２から流れの逆方向の計測が開始され、時間ｔ３で、計時手段１２で計測された第１計測工程の逆方向の計測値Ｔｕ１が時間差検出手段１６に出力される。
【００６０】
ここで、時間差検出手段１６はふたつの計測値Ｔｄ１とＴｕ１の差、Ｔｄｉｆ１を（式５）を使って求める。
【００６１】
Ｔｄｉｆ１＝Ｔｕ１−Ｔｄ１          （式５）
また、それと同時にＴｕ１が第２加算手段１４に加算される。なお、（式５）を使って求めた時間差に基づく制御の切り替えについては後述する。
【００６２】
以下、同様に第２計測工程以降においても、順方向、逆方向の計測が終わる毎に第１加算手段１３と第２加算手段１４で交互に加算処理が実行される。
【００６３】
そして、定められた回数の単位計測工程が全て終了する時間ｔｄにおいて、第１加算手段１３および第２加算手段１４に加算された順方向、逆方向それぞれの伝搬時間の合計値を用いて、流量演算手段１５で流量演算を行う。
【００６４】
流量演算手段１５では、まず、第１加算手段１３および第２加算手段１４のそれぞれに保持された値から伝搬時間１回当たりの平均値ｔ１およびｔ２が求められた後、前記した（式３）を用いて流速を求め、更に必要な係数を乗じることで、流量値が求められる。なお、ここで、時間ｔ＝０から流量演算が実行される時間ｔｄまでを単位流量算出工程と称することとする。
【００６５】
なお、ここで、単位計測工程毎に、流量演算を実行しないのは、省電力化のためである。流体の流れが生じている場合には、図４で示すＴｉｎｔをある程度短い間隔（例えば数ｍｓ）に設定した上で流れの状態（流量と相関のある何らかの物理量）をサンプリングすることで、流体の状態を捉えて精度を上げる必要があるが、その都度、流量を求めていると計算量が膨大となり、消費電力の増大を招くのは明白である。
【００６６】
そのため、伝搬時間だけを、このような短い間隔でサンプリングしておいて、ある程度（例えば数１０回）単位計測工程を重ねた段階で、サンプリング結果の平均値を使って流量を演算することで、単位計測工程毎に流量を演算する場合に比べて演算量を劇的に減らすことが可能である。
【００６７】
次に、図５を参照して、流路内に流れが発生していない場合の動作について説明する。図４の場合と同様、第１計測工程が終了する時間ｔ３において、時間差検出手段１６によって、（式５）を用いて順方向、逆方向の伝搬時間差Ｔｄｉｆ１が求められる。
【００６８】
流体の流れがない場合には、この値はほぼゼロに等しくなる。そこで、流れがゼロとみなせる適当な閾値を設定し、この閾値を越えているかどうかによって、以降の動作を変更するように計測制御手段７が動作する。
【００６９】
図５は、Ｔｄｉｆ１が閾値より小さい場合、すなわち、流量がない場合の動作のタイムチャートを示すものである。まず、時間ｔ３において、判定手段１７でＴｄｉｆ１と判定閾値の大小比較が行われ、その結果、Ｔｄｉｆ１が判定閾値より小さければ、計測制御手段７において、計測工程制御手段１１は、第２計測工程以降のトリガ信号の出力を停止する。これによって、第１計測工程から後の単位計測工程の実行が打ち切られる。また、流量演算手段１５は、前記（式３）を含めた一切の流量演算を実行せず、流量をゼロと算出する。
【００７０】
図４を参照した先の説明で、単位計測工程を連続して実行する場合の実行間隔は数ｍｓ程度の値に設定されているが、流量ゼロを検出した後は、計測制御手段７は、この時間より十分長い時間間隔（例えば１００ｍｓ）を置いたのち、時間ｔ４で次の流量算出工程のスタートにあたる第１計測工程を開始するよう制御する。
【００７１】
逆に、Ｔｄｉｆ１が閾値より大きい場合には、計測制御手段７は、図４に示すタイムチャートに基づく動作、すなわち、数ｍｓの間隔をおいて、連続してＮ回の単位計測工程が連続して実行するよう制御することになる。
【００７２】
したがって、流体の流れがない場合のみ、１００ｍｓ程度の間隔をおいて１つの単位計測工程のみの計測が実行されることになるが、流量が発生している場合のように数ｍｓ間隔で単位計測工程が実行される場合に比べて、動作時間が短く、かつ複雑な流量演算も省略されるので、大幅な消費電力の低減が可能である。
【００７３】
特に、家庭用のガスメータに適用された場合を考えると、一日のうち、大半はガス器具を使わない時間帯であるため、ガスが流れていない場合には省電力化が図れる。ガスメータは屋外設置の形態を取るため電池電源が使用されるが、限られた電力エネルギーをガス器具を使っている時間帯に振り分けることができるようになる。
【００７４】
また、一旦、流量ゼロを検出した場合、次の流量算出工程を実行するまでの時間間隔は１００ｍｓ一定ではなく、ランダム性を持たせた値で、常に変更するようにしておけば、流路内で周期的な脈動が発生しているような場合に、流量が発生しているにもかかわらず、流量ゼロと誤って判断されることが防止できる。
【００７５】
なお、本実施の形態では、計測制御手段７は、連続して実行される一連の単位計測工程として、第１計測工程を選択しているが、本発明はもちろんこれに限定されず、第２計測工程より後の単位計測工程を任意に選択することができる。ここで、単位計測工程がＮ回繰り返されるときに、第Ｎ計測工程を選択しても、後続の単位計測工程を打ち切ることができないので、計測制御手段７は、任意の単位計測工程として、第１回から第Ｎ−１回までの単位計測工程のいずれかを選択するように構成されていることが好ましい。
【００７６】
また、消費電力を低減させる観点から、計測制御手段７は、一連の単位計測工程のうち、なるべく初期の単位計測工程を選択するように構成されていると、より好ましい。ここでいう初期とは、第１回からＮ／２より小さい整数回まで（すなわち全Ｎ回のうち半分より前までの回）のいずれかの単位計測工程であればあればよい。選択可能な回数の上限値をＮｍａｘとすれば、Ｎｍａｘは、少なくともＮ／２未満の最大の整数であればよく、Ｎの大きさに応じて、例えば、Ｎ／３より小さい整数であってもよいし、Ｎ／４より小さい整数であってもよいし、さらに小さい整数であってもよい。
【００７７】
また、本実施の形態では、計測制御手段７は、任意の単位計測工程以降の単位計測工程の実行を打ち切るように構成されているが、実行回数の制御としては、実行を打ち切る以外の制御であってもよい。例えば、単位計測工程を数回行った後に打ち切ったり、回数を大幅に減らしたり、予め設定された条件で回数を間引いたりする制御が挙げられる。
【００７８】
なお、本実施の形態の構成であれば、流量の有無を実質的に瞬時に判定し、この判定に基づいて、流量の有無に応じた計測方法に実質的に瞬時に切り替え可能となっているが、消費電力を有意に低減できるのであれば、瞬時でなくても、流量の有無を迅速に判定し、かつ、適切な計測方法に迅速に切り替えるように構成されていればよい。
【００７９】
次に、計時手段１２の構成について、図６および図７を用いて説明する。図６に示すように、計時手段１２は、クロック信号（ａ）を生成する発振回路３１、発振回路３１から出力されるクロック信号の供給／停止を切り換える信号（ｃ）とクロック信号（ａ）のＡＮＤ回路で構成されたゲート回路３２、ゲート回路３２を介して出力される基準クロック（ｄ）をカウントするカウンタ回路３３、カウンタ回路３３の計数値を適当なタイミングで読み出すラッチ回路３４とで構成されている。また、図６における（ａ）〜（ｇ）は計時手段１２と各構成要素の間を伝送されるデジタル信号を示している。
【００８０】
トリガ手段８から計測開始のトリガ信号が出力されると、信号（ｂ）が"Ｌ"となり、カウンタ回路３３がクリアされる。同時に、信号（ｃ）が"Ｈ"となり、ゲート回路３２がアクティブとなるため、発振回路３１から出力されるクロック（ａ）がゲート回路３２を介して基準クロック（ｄ）としてカウンタ回路３３に供給される。
【００８１】
カウンタ回路３３は、基準クロックが供給される毎に１カウントずつインクリメントされるアップカウンタである。（ｅ）はカウンタ回路３３の計数値を示している。
【００８２】
そして、所定の繰り返し回数が終了すると、繰り返し手段９から制御信号が出力され、信号（ｃ）が"Ｌ"となりゲート回路３２がインアクティブとなり、以降、カウンタ回路３３への基準クロック（ｄ）の供給が停止される。それと同時に信号（ｆ）が"Ｈ"となるので、このタイミングで、カウンタ回路３３の計数値がラッチ回路３４に出力される。ラッチ回路３４で読み込んだ値は信号（ｇ）として、時間差検出手段１６や、第１加算手段１３、第２加算手段１４へ出力される。
【００８３】
図７はゲート信号（ｃ）が"Ｈ"となる期間をクロックの３周期＋αという短い期間に定めた場合の各信号の動作を示したものである。図７に示す場合であれば、計時手段１２の計測値は３ということになる。
【００８４】
図８は、計時手段１２の動作を更に詳細に示すタイムチャートであり、横軸が経過時間、縦軸が（ａ）〜（ｃ）の信号の電圧レベルを示している。
【００８５】
信号（ａ）は送信手段４から出力される超音波駆動信号であり、周波数５００ｋＨｚ程度の矩形の交流信号が出力される。信号（ｂ）は受信手段５で信号処理される超音波受信波形である。
【００８６】
受信手段５では閾値電圧Ｖｒｅｆを超えた後に、最初に０Ｖに達する点（ゼロクロス点）を以って、受信完了とみなす波形整形回路（図示せず）をなしており、受信完了を検知すると再度、送信手段４から超音波駆動信号が出力される。
【００８７】
図８に示す例は、途中の繰り返し部分を省略し、最後のシングアラウンドの受信完了点を示したものである。図８に示す例において、シングアラウンドの開始時間をτ０と終了時間をτ１とすると、所要時間正確な値は
Ｔｘ＝τ１−τ０      （式６）
で表せるが、図８で示したように、計時手段１２はτ１の手前のクロックの立ち上がりタイミングτｓまでの時間を計数するので、この場合の計測値は、
Ｔｙ＝τｓ−τ０      （式７）
と表せる。
【００８８】
この時、τ１とτｓの差は基準クロック１周期以内であるので、計測誤差は１クロック以内であることはいうまでもない。
【００８９】
説明を簡単とするため、超音波受信波形の周期と基準クロックの周期は同程度で示しているが、実際の計測においては基準クロックの方を超音波受信波形の周期に比べて充分小さく取って、１クロック分の誤差は問題のない範囲に設定することは可能である。
【００９０】
また、基準クロックの周期をＴｓｃとすれば、Ｔｙは
Ｔｙ＝Ｎ×Ｔｓｃ        （式８）
で表せる。ここで、Ｎはカウンタ回路３３の計数値である。したがって、時間差検出手段１６における演算は順逆両方向におけるカウンタ回路３３の計数値の差を求める減算回路のみで構成できる。そればかりか、判定手段１７の閾値判定までを単純な減算回路だけで構成できる。
【００９１】
このように、計時手段１２の構成を、基準クロック生成手段（発振回路３１およびゲート回路３２）と、これに同期してカウントされるカウンタ手段（カウンタ回路３３）のみの単純な構成にすれば、時間差検出手段１６における時間差演算および、判定手段１７の閾値判定までを単純な減算回路だけで構成できる。
【００９２】
したがって、乗除算をも行わずに流量有無の判定が可能となり、単位計測工程が終わった直後に短時間で結果を出すことが可能であり、応答遅れも大きな電力消費もなく、流量ゼロの判定が可能である。
【００９３】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、計時手段１２を構成するカウンタ手段が１つのカウンタ回路３３から構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、カウンタ手段は、２つ以上のカウンタ回路で構成されてもよい。この構成の一例について具体的に説明する。なお、本実施の形態における流量計測装置の具体的な構成は、計時手段１２のカウンタ手段を除いて実施の形態１と同一であるので、その具体的な説明は省略する。
【００９４】
前記実施の形態１で説明した構成の流量計測装置においては、計測誤差を小さくするには、計時手段１２における基準クロック周波数を上げれば良いが、周波数を上げ過ぎることは省電力の観点からは得策ではない。そこで、周波数の異なる２つのカウンタを使って、計時手段１２を構成する方法が従来から取られているが、この場合であっても、本発明においては、流量ゼロ判定は、減算回路のみの簡便な構成で実現可能である。
【００９５】
これについて、図９を使って説明する。図９に示す例では、計時手段１２が備えるカウンタ手段が、低速カウンタ回路および高速カウンタ回路の２つから構成されている（いずれも図示せず）。図９における「（ｃ）低速クロック」が、図８における「（ｃ）クロック」に対応し、低速カウンタ回路は、この低速クロックを基準クロックとして用いている。また、高速カウンタ回路は、低速クロックよりも更に遥かに高い周波数（例えば数１００倍）の高速クロックを基準クロックとして用いている。
【００９６】
ここで、低速クロック側の動作は先の図８と同じであるため説明を省略し、高速クロック側の動作について、図９に加えて図１０を参照して説明する。図９においては、低速クロックの周波数が明確となるようにタイムチャートを記載しているが、図１０においては、低速クロックと高速クロックとの関係が明確となるように、図９のタイムチャートの一部を抜き出すような形式のタイムチャートを記載している。
【００９７】
高速クロックは、受信点τ１から動作を開始し、τ１の次の低速クロックの立ち上がりタイミングであるτ２まで動作し、高速カウンタ回路は、τ１からτ２までの時間を計数する。この時、高速カウンタ回路の動作時間をＴｚとすると次のような演算式でシングアラウンドの所要時間Ｔｙ２を求めることができる。
【００９８】
Ｔｘ≒Ｔｙ２＝（τ２−τ０）−Ｔｚ＝（τｓ＋Ｔｓｃ−τ０）−Ｔｚ      （式９）
ただし、Ｔｓｃは低速クロックの周期である。ここで、（式７）を用いると
Ｔｙ２＝Ｔｙ＋Ｔｓｃ−Ｔｚ        （式１０）
と表せる。更に、低速カウンタ回路の計数値をＮ、高速カウンタ回路の計数値をＭ、高速クロックの周期をＴｆｃとすれば（式１０）は更に次のように変形できる。
【００９９】
Ｔｙ２＝（Ｎ＋１）×Ｔｓｃ−Ｍ×Ｔｆｃ        （式１１）
図９および図１０に示す例では、計測誤差は高速カウンタの周期Ｔｆｃの１クロック分となり図８に比べて格段に時間精度が高まる。しかも、消費電流の大きな高速クロックの動作時間が極めて短いので、いたずらに消費電力を増やすこともない。
【０１００】
ここで、ふたつのカウンタ回路で求めたそれぞれの値について、時間差検出手段１６で順方向の計測値と逆方向の計測値の時間差を求めるならば、例えば次のような判定で流量ゼロを判定できる。
【０１０１】
・Δｓｎ＝０のかつ｜Δｆｎ｜≦２の時  流量ゼロ
・｜Δｓｎ｜≧１の時  流量あり
ただし、ここでΔｓｎ、Δｆｎはそれぞれ時間差検出手段１６で求められた、低速カウンタ回路側の差分値、高速カウンタ回路側の差分値を示している。つまり、流量ゼロならば、低速カウンタ回路側の差分は０であり、高速カウンタ回路側で求めた値のみが僅かに異なるだけであるという考えに基づく。
【０１０２】
したがって、計時手段１２を周波数の異なるふたつのカウンタ回路で構成した場合であったとしても、減算回路だけで、流量の有無が判定できることに変わりはない。
【０１０３】
ここでは、周波数が異なる２つのカウンタ回路を用いて計時手段１２を構成する例について示したが、更に時間精度を上げるため周波数の異なる３つ以上のカウンタ回路を組合せて、計時手段１２を構成した場合であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１０４】
以上、実施の形態１および２において説明してきたように、本発明の流量計測装置は、連続して実行される一連の計測工程（前述した例では「単位計測工程」）のうち任意の計測工程において前記時間差検出手段で求めた時間差に基づいて、後続の計測工程の実行回数を制御する計測制御手段を備えた構成としているので、流量の有無を応答遅れなく判定し、流量の有無に応じた計測方法に切り替え可能な応答性の高い計測が可能である。
【０１０５】
また、その任意の計測工程を一連の計測工程のうちの初期の計測工程とすることで、応答性をより高めることが可能である。
【０１０６】
また、連続して実行される一連の計測工程のうち任意の計測工程において時間差検出手段で求めた時間差が閾値よりも小さければ、計測制御手段が、以降の計測工程の実行を打ち切る構成としているので、流量がない場合の消費電力を低減することが可能である。
【０１０７】
また、連続して実行される一連の計測工程のうち任意の計測工程において時間差検出手段で求めた時間差が閾値よりも小さければ、流量演算手段が、その間の流量をゼロと算出する構成としているので、流量がない場合に、更に消費電力を低減することが可能である。
【０１０８】
また、一連の計測工程の開始から流量演算の終了までを単位流量算出工程と定め、流量ゼロが連続した場合には、計測制御手段が、単位流量算出工程の実行間隔を毎回異なるように変化させる構成としているので、流路内に周期的な脈動が発生している場合であっても、誤って流量をゼロと判断することがなくなり、計測精度の向上が図れる。
【０１０９】
また、連続して実行される一連の計測工程のうち任意の計測工程において時間差検出手段で求めた時間差が閾値よりも大きければ、計測制御手段が、継続して複数回の計測工程を連続して実行する構成としているので、流量がある場合には、精度の高い計測が可能である。
【０１１０】
また、計時手段は基準クロックと前記クロックに基づいて計数を行うカウンタ回路とで構成され、時間差検出手段は、前記カウンタ回路の計数値を用いた減算回路により構成し、流量ゼロを判断する過程における乗除算を不要とした構成としているので、減算回路を動作させるだけの簡単な演算手法で流量の有無を判定できるので、即時性の高い制御が可能となる。
【０１１１】
更に、計時手段が周波数の異なる少なくとも２つ以上の基準クロックとカウンタ回路とで構成され、時間差検出手段はカウンタ回路毎の時間差を算出し、判定手段は、時間差検出手段で求められた全てのカウンタの計数差の組み合わせから流量ゼロを判断する構成としているので、流量ゼロの判定精度を高めることが可能である。
【０１１２】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明の流量計測装置は、流量の有無を迅速に判定し、流量の有無に応じた計測方法に切り替え可能な応答性の高い計測装置を提供できるので、ガスメータのみならず気体用流量計や液体用流量計にも適用可能である。 
【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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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図９】
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