(57)【要約】【課題】超音波素子固有の遅延時間を排除して、超音波の真の伝搬時間を求めることを可能にする。【解決手段】順方向片道計測時間Ｔa1を計測し（ステップＳ１０１）、順方向往復計測時間Ｔa2を計測し（ステップＳ１０２）、逆方向片道計測時間Ｔb1を計測し（ステップＳ１０３）、逆方向往復計測時間Ｔb2を計測して（ステップＳ１０４）、予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴt0を求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−ＴudをΔＴ＝（Ｔb2−Ｔa2）＋（Ｔb1−Ｔa1）＋ΔＴt0で求め（ステップＳ１０５）、この結果を用いて流速ｖおよび流量Ｑの演算を行う（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。【選択図】図４
2006292370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、
流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔudとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔduとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔa1と、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔa2と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔb1と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔb2と、を計測する時間計測手段と、
予め流量ゼロでの超音波素子の受信遅延時間差ΔＴr0を、ΔＴr0＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−ＴudをΔＴ＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）−ΔＴr0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、
流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔudとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔduとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔa1と、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔa2と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔb1と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔb2と、を計測する時間計測手段と、
予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴt0を、ΔＴt0＝（Ｔa2−Ｔb2）＋（Ｔa1−Ｔb1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−Ｔudを、ΔＴ＝（Ｔb2−Ｔa2）＋（Ｔb1−Ｔa1）＋ΔＴt0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、
流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を上手側素子送信遅延時間Ｔtaとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔudとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を下手側素子受信遅延時間Ｔrbとし、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を下手側素子送信遅延時間Ｔtbとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔduとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を上手側素子受信遅延時間Ｔraとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔa1＝Ｔta＋Ｔud＋Ｔrbと、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔa2＝Ｔta＋Ｔud＋Ｔdu＋Ｔraと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔb1＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔraと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔb2＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔud＋Ｔrbと、を計測する時間計測手段と、
予め流量ゼロでの超音波素子の受信遅延時間差ΔＴr0を、ΔＴr0＝２（Ｔra−Ｔrb）＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−ＴudをΔＴ＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）−ΔＴr0で求め、この結果を用いて流量演算を行う演算手段と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、
流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を上手側素子送信遅延時間Ｔtaとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔudとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を下手側素子受信遅延時間Ｔrbとし、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を下手側素子送信遅延時間Ｔtbとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔduとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を上手側素子受信遅延時間Ｔraとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔa1＝Ｔta＋Ｔud＋Ｔrbと、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔa2＝Ｔta＋Ｔud＋Ｔdu＋Ｔraと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔb1＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔraと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔb2＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔud＋Ｔrbと、を計測する時間計測手段と、
予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴt0を、ΔＴt0＝２（Ｔta−Ｔtb）＝（Ｔa2−Ｔb2）＋（Ｔa1−Ｔb1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−Ｔudを、ΔＴ＝（Ｔb2−Ｔa2）＋（Ｔb1−Ｔa1）＋ΔＴt0で求め、この結果を用いて流量演算を行う演算手段と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項５】
前記受信遅延時間差ΔＴr0の温度特性を予め超音波流量計内部に記憶する記憶手段を備える請求項１または請求項３記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記送信遅延時間差ΔＴt0の温度特性を予め超音波流量計内部に記憶する記憶手段を備える請求項２または請求項４記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記演算手段が、前記順方向片道計測時間Ｔa1，前記順方向往復計測時間Ｔa2，前記逆方向片道計測時間Ｔb1，および前記逆方向往復計測時間Ｔb2より、伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）＝（Ｔa2＋Ｔb2）−（Ｔa1＋Ｔb1）を計算し、前記上手側素子送信遅延時間Ｔta，前記下手側素子送信遅延時間Ｔtb，前記上手側素子受信遅延時間Ｔra，および前記下手側素子受信遅延時間Ｔrbをキャンセルし、伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）より、温度を算出する請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記演算手段が、前記算出した温度を用いて、前記求めた流量に対する温度補正を行う請求項７記載の超音波流量計。
【請求項９】
一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔa1，または前記逆方向片道計測時間Ｔb1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの前記順方向往復計測時間Ｔa2，または前記逆方向往復計測時間Ｔb2を計測し、その後、予め設定した遅延時間を設けた後、再び、上記動作を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１０】
一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔa1，または前記逆方向片道計測時間Ｔb1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの間に、一方の超音波素子の残響を低減することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１１】
一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔa1，または前記逆方向片道計測時間Ｔb1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの前記順方向往復計測時間Ｔa2，または前記逆方向往復計測時間Ｔb2を求めるため、受信される超音波変換信号をサンプリングし、サンプリングした出力からノイズ成分を除去した後、補間処理を行うことで前記順方向往復計測時間Ｔa2，または前記逆方向往復計測時間Ｔb2を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１２】
前記補間処理が、サイン補間であることを特徴とする請求項１１記載の超音波流量計。
【請求項１３】
流量ゼロ時に、前記受信遅延時間差ΔＴr0の計算結果、または前記送信遅延時間差ΔＴt0の計算結果、もしくは前記受信遅延時間差ΔＴr0および前記送信遅延時間差ΔＴt0の両計算結果を更新する請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１４】
前記受信遅延時間差ΔＴr0がΔＴr0＝０、および前記送信遅延時間差ΔＴt0がΔＴt0＝０となるように、前記一対の超音波素子のペアリング特性を一致させた請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【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、特に超音波を利用してガス、水道等の流体の流速、流量を計測する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市ガス、水などの流体の流量を計測する流量計測装置として、超音波を利用して流速を測定する超音波流量計が知られている。その際の測定原理として、一般には、「伝搬時間差法」が用いられる。これは、流路の流体の流れ方向上手側および下手側に一対の超音波送受信部（超音波素子）を設け、超音波信号の送受信を交互に切り替えて、流れ方向上手側の超音波送信部（送信側超音波素子）から流れ方向下手側の超音波受信部（受信側超音波素子）に到達するまでの時間（以下、順方向到達時間という）と、流れ方向下手側の超音波送信部（送信側超音波素子）から流れ方向上手側の超音波受信部（受信側超音波素子）に到達するまでの時間（以下、逆方向到達時間という）とを計測して、両者の時間差から流路を流れる流体の平均流速および流量を求める方法である。
【特許文献１】特開２００４−２３９８６８
【特許文献２】特開２００３−３２９５０２
【特許文献３】特開昭５８−１６７９１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の超音波流量計では、送信側超音波素子に電気的に超音波発振信号（駆動パルス）を印加し、電気−機械変換させることにより、超音波素子内の圧電体が動作し始め、圧電体の動作により超音波を発振させ、発振させた超音波が音響整合層を通過して流体に送出されるまでの送信遅延時間Ｔｔが存在する。
【０００４】
一方、受信側超音波素子でも、流体中を伝搬してきた超音波が受信側超音波素子の端面に到着してから、音響整合層を通過し、超音波素子内の圧電体で超音波が検出され、圧電体が機械的動作をすることで、機械−電気変換され、出力された受信波が検出可能レベルとなる受信第３波のゼロクロスポイントまでの時間を含む受信遅延時間Ｔｒが存在する。
【０００５】
送信遅延時間Ｔｔおよび受信遅延時間Ｔｒが存在し、かつ、送信遅延時間Ｔｔおよび受信遅延時間Ｔｒは、温度や経年変化により変化する。実使用環境下で、送信遅延時間Ｔｔおよび受信遅延時間Ｔｒを正確に計測できれば、計測精度を低下させることはなく、より正確な流量演算が可能となるが、実使用環境下で、送信遅延時間Ｔｔおよび受信遅延時間Ｔｒを実際に計測するのは、回路規模、コスト、電力などの観点から現実的ではなく、極めて困難である。
【０００６】
流量演算に必要な伝搬時間は、超音波が流体中に送出され、一方の超音波素子の端面から他方の超音波素子の端面まで伝搬する時間であり、この時間は流体の音速ｃや流速ｖによって変化する。
【０００７】
上記の時間を整理すると、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの上手側素子送信遅延時間Ｔtaと、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの順方向伝搬時間Ｔudと、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの下手側素子受信遅延時間Ｔrbとである。これらを含んで計測した順方向片道計測時間Ｔa1は、下式となる。
【０００８】
Ｔa1＝Ｔta＋Ｔud＋Ｔrb
【０００９】
一方、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの下手側素子送信遅延時間Ｔtbと、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの逆方向伝搬時間Ｔduと、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの上手側素子受信遅延時間Ｔraとである。これらを含んで計測した逆方向片道計測時間Ｔb1は、下式となる。
【００１０】
Ｔb1＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔra
【００１１】
一対の超音波素子間の伝搬長をＬとすると、順方向片道計測時間Ｔa1および逆方向片道計測時間Ｔb1より求めた流速ｖは、数１となる。ただし、θは、一対の超音波素子間を結ぶ直線と流体の流れ方向とのなす角（測線角）を表す（図１参照）。
【００１２】
【数１】
2006292370.tif 000003
【００１３】
数１で、送信遅延時間差（Ｔtb−Ｔta）＝０、かつ、受信遅延時間差（Ｔra−Ｔrb）＝０ならば、ほぼ正しい流速ｖは求められるが、実際は、送信遅延時間差（Ｔtb−Ｔta）≒０、かつ、受信遅延時間差（Ｔra−Ｔrb）≒０であり、流速ｖが大きい場合、つまり、伝搬時間差ΔＴ＝（Ｔud−Ｔdu）＞＞（Ｔtb−Ｔta），（Ｔra−Ｔrb）であれば、これら送信遅延時間差（Ｔtb−Ｔta）および受信遅延時間差（Ｔra−Ｔrb）はほぼ無視できるが、流速ｖが小さい場合は、無視できなくなる。
【００１４】
また、順方向片道計測時間Ｔa1および逆方向片道計測時間Ｔb1で音速ｃを求めると、数２となる。
【００１５】
【数２】
2006292370.tif 000004
【００１６】
その後、流体の絶対温度τを検出しようとすると、数２で、送信遅延時間和（Ｔta＋Ｔtb）および受信遅延時間和（Ｔra＋Ｔrb）がゼロでなければ、絶対温度τを正確に求められない。
【００１７】
本願出願人は、特許文献１で、超音波素子の端面で反射される超音波に着目して、より正しい伝搬時間を求める方法を確立した。ここでは、流体にさらされている時間のみを計測しようと試みたが、各超音波素子の遅延時間を排除するには至らず、一方の超音波素子が超音波を発振してから他方の超音波素子で超音波を受信するまでの直接到達時間を求めるとともに、他方の超音波素子で反射した超音波を一方の超音波素子で受信するまでの反射到達時間を計測しただけで、超音波素子の送受信の遅延時間を考慮した流量演算および超音波素子特性の温度ドリフトや経年変化対策についての検証が十分ではなかった。
【００１８】
他の例として、特許文献２がある。これは、一対の超音波素子の特性差と、各超音波素子の過去の特性とを記憶しておき、現在の特性を検出し、それらの値を比較することで、自己診断するものである。特性検出の一つとして反射波を検出し、その出力を包絡線検波したり、駆動信号と反射信号との定在波比などを検出したり、反射波の位相などを検出したりすることで、特性差および各超音波素子の特性を検出している。しかし、両超音波素子の反射波を検出し、共振周波数における入力インピーダンスと送信回路の出力インピーダンスとを等しくすることが前提条件であり、仮に、両超音波素子の特性として、入力インピーダンスが同一で、反射波が完全に一致したとしても、温度変化や経年変化により、超音波素子の特性は変化する。このため、特許文献２は、特性変化分を反射波の包絡線検波することにより検出しているが、その変化分に対する具体的補正方法がなく、あくまでも故障判定手段に過ぎない。
【００１９】
また、特許文献３は、一対の超音波素子をほぼ同時に駆動し、ほぼ同時に放射された超音波パルスがそれぞれ他方の超音波素子に受信されるまでの時間差を検出し、他方の超音波素子で受信されるまでの時間差を計測し、反射波が受信されるまでの時間差を差し引き、係数を乗じて流量を求めるものである。特許文献３では、超音波素子の駆動を同時に行い、超音波が超音波素子間を伝搬するその往復時間に差が生じていれば、それは、流量ゼロ時のオフセットと等しいとしている。しかし、厳密には、超音波が超音波素子間を伝搬するその往復時間差をΔα0とすると、下式となる。
【００２０】
Δα0＝（Ｔta−Ｔtb）＋（Ｔra−Ｔrb）
【００２１】
一方、直接伝搬された超音波伝搬時間差Δβ０は、下式となる。
【００２２】
Δβ0＝（Ｔta−Ｔtb）−（Ｔra−Ｔrb）
【００２３】
往復時間差Δα0は、各超音波素子の送信遅延時間差（Ｔta−Ｔtb）と受信遅延時間差（Ｔra−Ｔrb）との和時間であり、超音波伝搬時間差Δβ0は、各超音波素子の送信遅延時間差（Ｔta−Ｔtb）と受信遅延時間差（Ｔra−Ｔrb）との差時間であり、Δα0≠Δβ0である。これらが等しくないため、流量ゼロのオフセット項として流量演算できない。
【００２４】
本発明の目的は、上述の点に鑑み、超音波素子固有の遅延時間を排除して、超音波の真の伝搬時間が得られるようにした超音波流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００２５】
請求項１記載の超音波流量計は、流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔudとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔduとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔa1と、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔa2と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔb1と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔb2と、を計測する時間計測手段と、予め流量ゼロでの超音波素子の受信遅延時間差ΔＴr0を、ΔＴr0＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−ＴｕｄをΔＴ＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）−ΔＴr0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段とを備えることを特徴とする。請求項１記載の超音波流量計によれば、流れ方向上手側の超音波素子を発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔa1と、かつ、同時に流れ方向下手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向上手側の超音波素子で受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2と、流れ方向下手側の超音波素子で発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔb1と、かつ、同時に流れ方向上手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向下手側の超音波素子で受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔb2との４つの時間を計測して、計測した４つの時間より、超音波素子固有の受信時の遅延時間を排除することが可能になり、超音波が流体中を伝搬され、流れに沿う順方向の伝搬時間と逆らう逆方向の伝搬時間とである真の伝搬時間を求めることが可能となり、流量演算精度の向上が期待できる。
【００２６】
請求項２記載の超音波流量計は、流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔｕｄとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔduとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔa1と、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔa2と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔb1と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔb2と、を計測する時間計測手段と、予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴt0を、ΔＴt0＝（Ｔa2−Ｔb2）＋（Ｔa1−Ｔb1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−Ｔudを、ΔＴ＝（Ｔb2−Ｔa2）＋（Ｔb1−Ｔa1）＋ΔＴt0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段とを備えることを特徴とする。請求項２記載の超音波流量計によれば、流れ方向上手側の超音波素子を発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔa1と、かつ、同時に流れ方向下手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向上手側の超音波素子で受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2と、流れ方向下手側の超音波素子で発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔb1と、かつ、同時に流れ方向上手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向下手側の超音波素子で受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔb2との４つの時間を計測して、計測した４つの時間より、超音波素子固有の送信時の遅延時間を排除することが可能になり、超音波が流体中を伝搬され、流れに沿う順方向の伝搬時間と逆らう逆方向の伝搬時間とである真の伝搬時間を求めることが可能となり、流量演算精度の向上が期待できる。
【００２７】
請求項３記載の超音波流量計は、流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を上手側素子送信遅延時間Ｔtaとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔｕｄとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を下手側素子受信遅延時間Ｔrbとし、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を下手側素子送信遅延時間Ｔtbとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔduとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を上手側素子受信遅延時間Ｔraとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔa1＝Ｔta＋Ｔｕｄ＋Ｔrbと、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔa2＝Ｔta＋Ｔｕｄ＋Ｔdu＋Ｔraと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔb1＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔraと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔb2＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔud＋Ｔrbと、を計測する時間計測手段と、予め流量ゼロでの超音波素子の受信遅延時間差ΔＴr0を、ΔＴr0＝２（Ｔra−Ｔrb）＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−ＴudをΔＴ＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）−ΔＴr0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段とを備えることを特徴とする。請求項３記載の超音波流量計によれば、流れ方向上手側の超音波素子を発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔa1と、かつ、同時に流れ方向下手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向上手側の超音波素子で受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2と、流れ方向下手側の超音波素子で発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔb1と、かつ、同時に流れ方向上手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向下手側の超音波素子で受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔb2との４つの時間を計測して、計測した４つの時間より、超音波素子固有の受信時の遅延時間を排除することが可能になり、超音波が流体中を伝搬され、流れに沿う順方向の伝搬時間と逆らう逆方向の伝搬時間とである真の伝搬時間を求めることが可能となり、流量演算精度の向上が期待できる。
【００２８】
請求項４記載の超音波流量計は、流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を上手側素子送信遅延時間Ｔtaとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔudとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を下手側素子受信遅延時間Ｔrbとし、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を下手側素子送信遅延時間Ｔtbとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔduとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を上手側素子受信遅延時間Ｔraとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔa1＝Ｔta＋Ｔud＋Ｔrbと、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔa2＝Ｔta＋Ｔud＋Ｔdu＋Ｔraと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔb1＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔraと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔb2＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔud＋Ｔrbと、を計測する時間計測手段と、予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴt0を、ΔＴt0＝２（Ｔta−Ｔtb）＝（Ｔa2−Ｔb2）＋（Ｔa1−Ｔb1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−Ｔudを、ΔＴ＝（Ｔb2−Ｔa2）＋（Ｔb1−Ｔa1）＋ΔＴt0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段とを備えることを特徴とする。請求項４記載の超音波流量計によれば、流れ方向上手側の超音波素子を発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔa1と、かつ、同時に流れ方向下手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向上手側の超音波素子で受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2と、流れ方向下手側の超音波素子で発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔb1と、かつ、同時に流れ方向上手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向下手側の超音波素子で受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔb2との４つの時間を計測して、計測した４つの時間より、超音波素子固有の送信時の遅延時間を排除することが可能になり、超音波が流体中を伝搬され、流れに沿う順方向の伝搬時間と逆らう逆方向の伝搬時間とである真の伝搬時間を求めることが可能となり、流量演算精度の向上が期待できる。
【００２９】
請求項５記載の超音波流量計は、請求項１または請求項３記載の超音波流量計において、予め受信遅延時間差ΔＴr0の温度特性を超音波流量計内部に記憶する記憶手段を備えることを特徴とする。請求項５記載の超音波流量計によれば、予め、受信時における各超音波素子の受信遅延時間差ΔＴr0の温度特性を内部に記憶しているので、環境温度が変化した場合でも、計測した環境温度よりその値を参照して、容易に流量演算が可能となる。
【００３０】
請求項６記載の超音波流量計は、請求項２または請求項４記載の超音波流量計において、予め送信遅延時間差ΔＴt0の温度特性を超音波流量計内部に記憶する記憶手段を備えることを特徴とする。請求項６記載の超音波流量計によれば、予め、送信時における各超音波素子の送信遅延時間差ΔＴt0の温度特性を内部に記憶しているので、環境温度が変化した場合でも、計測した環境温度よりその値を参照して、容易に流量演算が可能となる。
【００３１】
請求項７記載の超音波流量計は、請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の超音波流量計において、前記演算手段が、前記順方向片道計測時間Ｔa1，前記順方向往復計測時間Ｔa2，前記逆方向片道計測時間Ｔb1，および前記逆方向往復計測時間Ｔb2より、伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）＝（Ｔa2＋Ｔb2）−（Ｔa1＋Ｔb1）を計算し、前記上手側素子送信遅延時間Ｔta，前記下手側素子送信遅延時間Ｔtb，前記上手側素子受信遅延時間Ｔra，および前記下手側素子受信遅延時間Ｔrbをキャンセルし、伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）より、温度を算出することを特徴とする。請求項７記載の超音波流量計によれば、流れ方向上手側の超音波素子を発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔa1と、かつ、同時に流れ方向下手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向上手側の超音波素子で受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2と、流れ方向下手側の超音波素子で発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔb1と、かつ、同時に流れ方向上手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向下手側の超音波素子で受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔb2との４つの時間を計測して、真の上下流方向の伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）＝（Ｔa2＋Ｔb2）−（Ｔa1＋Ｔb1）を計算し、送信遅延項である上手側素子送信遅延時間Ｔta，下手側素子送信遅延時間Ｔtb、および受信遅延項である上手側素子受信遅延時間Ｔra，下手側素子受信遅延時間Ｔrbをキャンセルでき、求めた伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）より、環境温度を正確、かつ、容易に算出することが可能となる。
【００３２】
請求項８記載の超音波流量計は、請求項７記載の超音波流量計において、前記演算手段が、前記算出した温度を用いて、前記求めた流量に対する温度補正を行うことを特徴とする。請求項８記載の超音波流量計によれば、前記順方向片道計測時間Ｔa1，前記順方向往復計測時間Ｔa2，前記逆方向片道計測時間Ｔb1，および前記逆方向往復計測時間Ｔb2を計測したことにより求めた温度を用いて、前記順方向片道計測時間Ｔa1，前記順方向往復計測時間Ｔa2，前記逆方向片道計測時間Ｔb1，および前記逆方向往復計測時間Ｔb2より求めた流量に対する温度補正が容易に行え、流量計測精度が向上する。
【００３３】
請求項９記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の超音波流量計において、一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔa1，または前記逆方向片道計測時間Ｔb1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの前記順方向往復計測時間Ｔa2，または前記逆方向往復計測時間Ｔb2を計測し、その後、予め設定した遅延時間を設けた後、再び、上記動作を複数回繰り返すことを特徴とする。請求項９記載の超音波流量計によれば、反射時間計測を粗クロックで計測することが可能になり、回路制御および流量演算が容易になる。
【００３４】
請求項１０記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の超音波流量計において、一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔa1，または前記逆方向片道計測時間Ｔb1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの間に、一方の超音波素子の残響を低減することを特徴とする。請求項１０記載の超音波流量計によれば、一方の超音波素子で送信した超音波を受信するときの受信信号のＳ／Ｎ比が確保でき、計測精度が向上する。
【００３５】
請求項１１記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の超音波流量計において、一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔa1，または前記逆方向片道計測時間Ｔb1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの前記順方向往復計測時間Ｔa2，または前記逆方向往復計測時間Ｔb2を求めるため、受信される超音波変換信号をサンプリングし、サンプリングした出力からノイズ成分を除去した後、補間処理を行うことで前記順方向往復計測時間Ｔa2，または前記逆方向往復計測時間Ｔb2を算出することを特徴とする。請求項１１記載の超音波流量計によれば、受信時のＳ／Ｎ比が確保でき、補間処理により、さらに高精度な反射伝搬時間の計測が可能になる。
【００３６】
請求項１２記載の超音波流量計は、請求項１１記載の超音波流量計において、前記補間処理が、サイン補間であることを特徴とする。請求項１２記載の超音波流量計によれば、超音波受信出力はほぼサイン波と判断できるため、補間処理をサイン補間としたことで、より正確な超音波変換信号が再現でき、正しい伝搬時間が求められる。
【００３７】
請求項１３記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の超音波流量計において、流量ゼロ時に、前記受信遅延時間差ΔＴr0の計算結果、または前記送信遅延時間差ΔＴt0の計算結果、もしくは前記受信遅延時間差ΔＴr0および前記送信遅延時間差ΔＴt0の一方または双方の計算結果を更新することを特徴とする。請求項１３記載の超音波流量計によれば、経年変化により超音波素子の特性差が変化しても特性差を検出することで流量補正が可能になり、経年変化に対して影響を受けない超音波流量計を実現できる。
【００３８】
請求項１４記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の超音波流量計において、前記受信遅延時間差ΔＴr0がΔＴr0＝０、および前記送信遅延時間差ΔＴt0がΔＴt0＝０となるように前記一対の超音波素子のペアリング特性を一致させたことを特徴とする。請求項１４記載の超音波流量計によれば、初期時に超音波素子の送信遅延時間差ΔＴt0および受信遅延時間差ΔＴr0を一致させ、ペアリング特性を一致させているので、流量計測精度が確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００４０】
図１は、本発明の実施例１に係る超音波流量計１の基本構成を示すブロック図である。本実施例１に係る超音波流量計１は、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波流量計であり、一対の超音波素子（超音波トランスジューサ）２ａ，２ｂと、流量測定用の流路３と、送信手段５および受信手段６を含む切替手段４と、増幅手段７と、マスク時間設定手段８と、ゼロクロスポイント検出手段９と、時間計測手段１０と、演算手段１１とを含んで構成されている。
【００４１】
超音波素子２ａは流路３の流れ方向上手側の壁面に、超音波素子２ｂは流路３の流れ方向下手側の壁面に互いの端面を対向させるように取り付けられている。超音波素子２ａおよび超音波素子２ｂを取り付けたときに流体の流れ方向となす測線角をθとし、超音波素子２ａの端面と超音波素子２ｂの端面との間の距離をＬとする。
【００４２】
流路３には、流量測定用ガス（流体）が、図１中の矢印で示すように、流れ方向左から右に流通（平均流速ｖ）している。流路３は、少なくとも超音波素子２ａ−超音波素子２ｂ間において流れ方向に沿って、軸断面の形状および断面積が流れ方向において同一に形成されている。測定対象がガスの場合、流路３の軸断面形状は壁面により閉鎖された空間を形成するものであればよく、例えば、円形状、楕円形状、正方形状、矩形状等のいずれを採用してもよい。図１に示す流路３は、矩形状に形成されているものとする。
【００４３】
切替手段４は、流れに沿う順方向に超音波を送信する場合には、超音波素子２ａを送信側とするために送信手段５と超音波素子２ａとを接続する一方、超音波素子２ｂを受信側とするために受信手段６と超音波素子２ｂとを接続する。また、切替手段４は、流れに逆らう逆方向に超音波を送信する場合には、超音波素子２ｂを送信側とするために送信手段５と超音波素子２ｂとを接続する一方、超音波素子２ａを受信側とするために受信手段６と超音波素子２ａとを接続する。
【００４４】
増幅手段７は、受信手段６により受信された超音波を所定の増幅率で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定手段８に入力する。ただし、増幅手段７は、送信側の超音波素子から送出された超音波を受信側の超音波素子で直接受信した場合の直接波用の増幅率と、送信側の超音波素子から送出された超音波が受信側の超音波素子で反射されて、反射された超音波を送信側の超音波素子で受信した場合の反射波用の増幅率とを切り替えることができる。もしくは、直接波と反射波の増幅率は同じとする。
【００４５】
マスク時間設定手段８は、ノイズ対策のため、超音波素子２ａまたは２ｂより超音波を送出してから、流路３を伝搬される超音波が到達しない最低の時間を設けるものである。
【００４６】
ゼロクロスポイント検出手段９は、受信した超音波の第３波のゼロクロスポイントを検出する。
【００４７】
時間計測手段１０は、超音波素子２ａを発振することで、超音波を伝搬し、超音波素子２ｂで超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔa1（図２参照）と、かつ、同時に超音波素子２ｂで反射した超音波を超音波素子２ａで受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2（図２参照）と、超音波素子２ｂで発振することで、超音波を伝搬し、超音波素子２ａで超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔb1（図３参照）と、かつ、同時に超音波素子２ａで反射した超音波を超音波素子２ｂで受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔb2（図３参照）との４つの時間を計測する。
【００４８】
演算手段１１は、予め流量ゼロでの超音波素子の受信遅延時間差ΔＴr0を、ΔＴr0＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−ＴudをΔＴ＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）−ΔＴr0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う。また、演算手段１１は、予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴt0を、ΔＴt0＝（Ｔa2−Ｔb2）＋（Ｔa1−Ｔb1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−Ｔudを、ΔＴ＝（Ｔb2−Ｔa2）＋（Ｔb1−Ｔa1）＋ΔＴt0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う。
【００４９】
図２は、流れ方向上手側の超音波素子２ａから超音波を送出した場合における、各点での超音波のタイミングチャートを示す。
【００５０】
図３は、流れ方向下手側の超音波素子２ｂから超音波を送出した場合における、各点での超音波のタイミングチャートを示す。
【００５１】
図４は、本実施例１に係る超音波流量計１における流量計算処理を示すフローチャートである。
【００５２】
次に、このように構成された実施例１に係る超音波流量計１の動作について説明する。
【００５３】
例えば、流路３内の流れが、図１中の矢印で示すように、左から右としたときに、まず、演算手段１１は、順方向片道計測時間Ｔa1（図２参照）を計測するために、切替手段４により、送信手段５と超音波素子２ａとを接続する一方、受信手段６と超音波素子２ｂとを接続する。
【００５４】
次に、演算手段１１は、送信手段５より超音波素子２ａに超音波発振信号（駆動パルス）を印加する。すると、超音波素子２ａより超音波が送出され、流体中を流れの順方向に進む。
【００５５】
超音波素子２ａから送出されて、超音波素子２ｂまで到達した超音波は、超音波素子２ｂで機械−電気変換され、超音波変換信号が受信手段６により受信されて、増幅手段７に入力される。
【００５６】
増幅手段７は、受信した超音波変換信号を直接波用の増幅率で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定手段８に入力する。
【００５７】
マスク時間設定手段８は、超音波素子２ａより超音波を送出してから、流路３を伝搬される超音波が超音波素子２ｂに到達しない最低の時間をマスクする。
【００５８】
マスク時間設定手段８により設定された時間が経過したならば、ゼロクロスポイント検出手段９は、増幅された超音波変換信号の第３波のゼロクロスポイントを検出する。
【００５９】
時間計測手段１０は、送信手段５により超音波素子２ａに超音波発振信号（駆動パルス）を印加してから、ゼロクロスポイント検出手段９により超音波の第３波のゼロクロスポイントが検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔa1を計測する（ステップＳ１０１）。この順方向片道計測時間Ｔa1は、図２に示すように、超音波素子２ａの端面から超音波が出力されるまでの上手側素子送信遅延時間Ｔtaと、超音波素子２ａから超音波が流体中に送出されて、超音波素子２ｂの端面に伝搬するまでの順方向伝搬時間Ｔudと、超音波素子２ｂの端面から超音波が検出されるまでの下手側素子受信遅延時間（受信第３波のゼロクロスポイントまでの時間）Ｔrbとを含む（式（１）参照）。
【００６０】
Ｔa1＝Ｔta＋Ｔud＋Ｔrb          （１）
【００６１】
超音波素子２ａより送出された超音波は、超音波素子２ｂの端面に到達すると、超音波素子２ｂで機械−電気変換されると同時に、超音波素子２ｂの端面で反射され、流体中を流れに逆らう逆方向に進む。このため、演算手段１１は、順方向往復計測時間Ｔa2（図２参照）を計測するために、切替手段４により、送信手段５と超音波素子２ａとを切り離し、受信手段６と超音波素子２ａとを接続する。
【００６２】
超音波素子２ｂの端面で反射されて、超音波素子２ａまで到達した反射波は、超音波素子２ａで機械−電気変換され、超音波変換信号が受信手段６により受信されて、増幅手段７に入力される。
【００６３】
増幅手段７は、入力された超音波変換信号を反射波用の増幅率で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定手段８に入力する。
【００６４】
マスク時間設定手段８は、超音波素子２ｂで反射されてから、流路３を伝搬される反射波が超音波素子２ａに到達しない最低の時間をマスクする。
【００６５】
マスク時間設定手段８により設定された時間が経過したならば、ゼロクロスポイント検出手段９は、増幅された超音波変換信号の第３波のゼロクロスポイントを検出する。
【００６６】
時間計測手段１０は、送信手段５により超音波素子２ａに超音波発振信号（駆動パルス）を印加してから、超音波素子２ａで受信された反射波の第３波のゼロクロスポイントがゼロクロスポイント検出手段９により検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔa2を計測する（ステップＳ１０２）。この順方向往復計測時間Ｔa2は、図２に示すように、超音波素子２ａの端面から超音波が出力されるまでの上手側素子送信遅延時間Ｔtaと、超音波素子２ａから超音波が流体中に送出されて、超音波素子２ｂの端面に伝搬するまでの順方向伝搬時間Ｔudと、反射波が超音波素子２ａの端面に伝搬するまでの逆方向伝搬時間Ｔduと、超音波素子２ａの端面から超音波が検出されるまでの上手側素子受信遅延時間（受信第３波のゼロクロスポイントまでの時間）Ｔraとを含む（式（２）参照）。
【００６７】
Ｔa2＝Ｔta＋Ｔud＋Ｔdu＋Ｔra          （２）
【００６８】
次に、演算手段１１は、逆方向片道計測時間Ｔb1（図３参照）を計測するために、切替手段４により、送信手段５と超音波素子２ｂとを接続する一方、受信手段６と超音波素子２ａとを接続する。
【００６９】
続いて、演算手段１１は、送信手段５より超音波素子２ｂに超音波発振信号（駆動パルス）を印加する。すると、超音波素子２ｂより超音波が送出され、流体中を流れに逆らう逆方向に進む。
【００７０】
超音波素子２ｂから送出されて、超音波素子２ａまで到達した超音波は、超音波素子２ａで機械−電気変換され、超音波変換信号が受信手段６により受信されて、増幅手段７に入力される。
【００７１】
増幅手段７は、受信した超音波変換信号を直接波用の増幅率で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定手段８に入力する。
【００７２】
マスク時間設定手段８は、超音波素子２ｂより超音波を送出してから、流路３を伝搬される超音波が超音波素子２ａに到達しない最低の時間をマスクする。
【００７３】
マスク時間設定手段８により設定された時間が経過したならば、ゼロクロスポイント検出手段９は、増幅された超音波変換信号の第３波のゼロクロスポイントを検出する。
【００７４】
時間計測手段１０は、送信手段５により超音波素子２ｂに超音波発振信号（駆動パルス）を印加してから、ゼロクロスポイント検出手段９により超音波の第３波のゼロクロスポイントが検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔb1を計測する（ステップＳ１０３）。この逆方向片道計測時間Ｔb1は、図３に示すように、超音波素子２ｂの端面から超音波が出力されるまでの下手側素子送信遅延時間Ｔtbと、超音波素子２ｂから超音波が流体中に送出されて、超音波素子２ａの端面に伝搬するまでの逆方向伝搬時間Ｔduと、超音波素子２ａの端面から超音波が検出されるまでの上手側素子受信遅延時間（受信第３波のゼロクロスポイントまでの時間）Ｔraとを含む（式（３）参照）。
【００７５】
Ｔb1＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔra          （３）
【００７６】
超音波素子２ｂより送出された超音波は、超音波素子２ａの端面に到達すると、超音波素子２ａで機械−電気変換されると同時に、超音波素子２ａの端面で反射され、流体中を流れの順方向に進む。このため、演算手段１１は、逆方向往復計測時間Ｔb2（図３参照）を計測するために、切替手段４により、送信手段５と超音波素子２ｂとを切り離し、受信手段６と超音波素子２ｂとを接続する。
【００７７】
超音波素子２ａの端面で反射されて、超音波素子２ｂまで到達した反射波は、超音波素子２ｂで機械−電気変換され、超音波変換信号が受信手段６により受信されて、増幅手段７に入力される。
【００７８】
増幅手段７は、受信した超音波変換信号を反射波用の増幅率で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定手段８に入力する。
【００７９】
マスク時間設定手段８は、超音波素子２ａで反射されてから、流路３を伝搬される超音波が超音波素子２ｂに到達しない最低の時間をマスクする。
【００８０】
マスク時間設定手段８により設定された時間が経過したならば、ゼロクロスポイント検出手段９は、増幅された超音波変換信号の第３波のゼロクロスポイントを検出する。
【００８１】
時間計測手段１０は、送信手段５により超音波素子２ｂに超音波発振信号（駆動パルス）を印加してから、超音波素子２ｂで受信された反射波の第３波のゼロクロスポイントがゼロクロスポイント検出手段９により検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔb2を計測する（ステップＳ１０４）。この逆方向往復計測時間Ｔb2は、図３に示すように、超音波素子２ｂの端面から超音波が出力されるまでの下手側素子送信遅延時間Ｔtbと、超音波素子２ｂから超音波が流体中に送出されて、超音波素子２ａの端面に伝搬するまでの逆方向伝搬時間Ｔduと、反射波が超音波素子２ｂの端面に伝搬するまでの順方向伝搬時間Ｔudと、超音波素子２ｂの端面から超音波が検出されるまでの下手側素子受信遅延時間（受信第３波のゼロクロスポイントまでの時間）Ｔrbとを含む（式（４）参照）。
【００８２】
Ｔb2＝Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔud＋Ｔrb          （４）
【００８３】
ここで、式（１）−式（３）を求めると、下式（５）となる。
【００８４】
Ｔa1−Ｔb1＝（Ｔta＋Ｔud＋Ｔrb）−（Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔra）
＝（Ｔta−Ｔtb）＋（Ｔud−Ｔdu）−（Ｔra−Ｔrb）          （５）
【００８５】
また、式（４）−式（２）を求めると、下式（６）となる。
【００８６】
Ｔa2−Ｔb2＝（Ｔta＋Ｔdu＋Ｔud＋Ｔra）−（Ｔtb＋Ｔdu＋Ｔud＋Ｔrb）
＝（Ｔta−Ｔtb）＋（Ｔra−Ｔrb）            （６）
【００８７】
さらに、式（６）−式（５）を求めると、下式（７）となる。
【００８８】
（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）＝（Ｔdu−Ｔud）＋２（Ｔra−Ｔrb）    （７）
【００８９】
流量ゼロでは、Ｔud＝Ｔduなので、式（７）より下式（８）となる。
【００９０】
ΔＴr0＝２（Ｔra−Ｔrb）＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）          （８）
【００９１】
そこで、流量ゼロでの受信遅延時間差ΔＴr0＝２（Ｔra−Ｔrb）を求めておく。
【００９２】
一方、受信遅延時間Ｔra，Ｔrbは、受信時の超音波素子２ａ，２ｂ固有の遅延なので、流速ｖには依存しない。
【００９３】
よって、演算手段１１は、式（７）より、伝搬時間差ΔＴ＝（Ｔdu−Ｔud）を式（９）として求める（ステップＳ１０５）。
【００９４】
ΔＴ＝（Ｔdu−Ｔud）＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）−ΔＴr0          （９）
【００９５】
他方、流速演算式は、数３で求められる。
【００９６】
【数３】
2006292370.tif 000005
【００９７】
よって、演算手段１１は、式（９）で得られた伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−Ｔudを、数３に代入することにより、真の流速ｖを計算する（ステップＳ１０６）。
【００９８】
最後に、演算手段１１は、得られた流速ｖに流路３の断面積Ｓを乗算することにより、流量Ｑを、Ｑ＝Ｓ・ｖで求める（ステップＳ１０７）。
【００９９】
実施例１によれば、順方向片道計測時間Ｔa1，順方向往復計測時間Ｔa2，逆方向片道計測時間Ｔb1，および逆方向往復計測時間Ｔb2の４つの時間を計測したことにより、超音波素子２ａ，２ｂ固有の受信遅延時間Ｔra，Ｔrbを排除することが可能になり、順方向伝搬時間Ｔud，および逆方向伝搬時間Ｔduを求めることが可能となり、流量演算精度の向上を図ることができる。
【実施例２】
【０１００】
本発明の実施例２に係る超音波流量計１も、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１およびその説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。
【０１０１】
また、このように構成された実施例２に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１０２】
実施例１において、式（６）＋式（５）を求めると、下式（１０）となる。
【０１０３】
（Ｔa2−Ｔb2）＋（Ｔa1−Ｔb1）＝（Ｔud−Ｔdu）＋２（Ｔta−Ｔtb）    （１０）
【０１０４】
流量ゼロでは、Ｔud＝Ｔduとなるので、式（１０）より、下式が得られる。
【０１０５】
ΔＴt0＝２（Ｔta−Ｔtb）＝（Ｔa2−Ｔb2）−（Ｔa1−Ｔb1）
【０１０６】
そこで、流量ゼロでの送信遅延時間差ΔＴt0＝２（Ｔta−Ｔtb）を求めておく。
【０１０７】
一方、送信遅延時間Ｔta，Ｔtbは、送信時の超音波素子２ａ，２ｂ固有の遅延なので、流速ｖには依存しない。
【０１０８】
よって、演算手段１１は、式（１０）より、伝搬時間差ΔＴ＝（Ｔdu−Ｔud）を式（１１）として求める（ステップＳ１０５）。
【０１０９】
ΔＴ＝（Ｔdu−Ｔud）＝（Ｔb2−Ｔa2）＋（Ｔb1−Ｔa1）＋ΔＴt0        （１１）
【０１１０】
次に、演算手段１１は、式（１１）で得られた伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−Ｔudを、数３に代入することにより、真の流速ｖを計算する（ステップＳ１０６）。
【０１１１】
最後に、演算手段１１は、得られた流速ｖに流路３の断面積Ｓを乗算することにより、流量Ｑを、Ｑ＝Ｓ・ｖで求める（ステップＳ１０７）。
【０１１２】
実施例２によれば、順方向片道計測時間Ｔa1，順方向往復計測時間Ｔa2，逆方向片道計測時間Ｔb1，および逆方向往復計測時間Ｔb2の４つの時間を計測したことにより、超音波素子２ａ，２ｂ固有の送信遅延時間Ｔta，Ｔtbを排除することが可能になり、順方向伝搬時間Ｔud，および逆方向伝搬時間Ｔduを求めることが可能となり、流量演算精度の向上を図ることができる。
【実施例３】
【０１１３】
図５は、本発明の実施例３に係る超音波流量計の基本構成を示す説明図である。本実施例３に係る超音波流量計１も、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１とほぼ同様に構成されているが、予め、受信遅延時間差ΔＴr0の温度特性を記憶する記憶手段１２が付加されている点だけが相違する。したがって、特に言及しない部分には、同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。
【０１１４】
また、このように構成された実施例３に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１１５】
実施例３に係る超音波流量計１では、予め、受信遅延時間差ΔＴr0の温度特性を超音波流量計１の内部の記憶手段１２に記憶されているため、演算手段１１は、超音波流量計１の環境温度τが変化しても、その環境温度τに対応する予め記憶した受信遅延時間差ΔＴr0の値に基づき、受信遅延時間差ΔＴr0を求めることができる。
【０１１６】
そして、演算手段１１は、記憶手段１２に記憶された温度特性から求めた受信遅延時間差ΔＴr0を式（９）に代入することにより、伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−Ｔudを求める（ステップＳ１０５）。
【０１１７】
以下、実施例１に係る超音波流量計１と同様にして、流速ｖおよび流量Ｑを求めることができる（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。
【０１１８】
実施例３によれば、予め、受信時における超音波素子２ａ，２ｂの受信遅延時間差ΔＴr0の温度特性を記憶手段１２に記憶しているので、環境温度τが変化した場合でも、計測した環境温度τよりその値を参照して、容易に流量演算が可能となるという効果がある。なお、経年変化に対するドリフトに関しては、使用形態がガスメータである場合、明らかに未使用である遮断弁を閉栓した状態など、流量ゼロ時に受信遅延時間差ΔＴr0を計測し、記憶手段１２に記憶された受信遅延時間差ΔＴr0の値を更新しておけば、計測精度はさらに向上する。
【実施例４】
【０１１９】
本発明の実施例４に係る超音波流量計１も、図５に示した実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図３およびその説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。ただし、記憶手段１２に予め記憶されているのが、受信遅延時間差ΔＴr0の温度特性ではなく、送信遅延時間差ΔＴt0の温度特性である点だけが相違する。
【０１２０】
また、このように構成された実施例４に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１２１】
実施例４に係る超音波流量計１では、予め、送信遅延時間差ΔＴt0の温度特性を超音波流量計１の内部の記憶手段１２に記憶させているため、超音波流量計１の環境温度τが変化しても、演算手段１１は、その環境温度τに対応する予め記憶した送信遅延時間差ΔＴt0の値に基づき、送信遅延時間差ΔＴt0を求めることができる。
【０１２２】
そして、演算手段１１は、記憶手段１２に記憶された温度特性から求めた送信遅延時間差ΔＴt0を式（１１）に代入することにより、伝搬時間差ΔＴ＝Ｔdu−Ｔudを求める（ステップＳ１０５）。
【０１２３】
以下、実施例１に係る超音波流量計１と同様にして、流速ｖおよび流量Ｑを求めることができる（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。
【０１２４】
実施例４によれば、予め、送信時における超音波素子２ａ，２ｂの送信遅延時間差ΔＴt0の温度特性を記憶手段１２に記憶しているので、環境温度τが変化した場合でも、計測した環境温度τよりその値を参照して、容易に流量演算が可能となるという効果がある。なお、経年変化に対するドリフトに関しては、使用形態がガスメータである場合、明らかに未使用である遮断弁を閉栓した状態など、流量ゼロ時に送信遅延時間差ΔＴt0を計測し、記憶手段１２に記憶された送信遅延時間差ΔＴt0の値を更新しておけば、計測精度はさらに向上する。
【実施例５】
【０１２５】
本発明の実施例５に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例４に係る超音波流量計１において、順方向片道計測時間Ｔa1，順方向往復計測時間Ｔa2，逆方向片道計測時間Ｔb1，および逆方向往復計測時間Ｔb2より、伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）＝（Ｔa2＋Ｔb2）−（Ｔa1＋Ｔb1）を計算し、上手側素子送信遅延時間Ｔta，下手側素子送信遅延時間Ｔtb，上手側素子受信遅延時間Ｔra，および下手側素子受信遅延時間Ｔrbをキャンセルし、伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）より、温度τを算出するものである。よって、本発明の実施例５に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。
【０１２６】
また、このように構成された実施例５に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１２７】
時間計測手段１０は、順方向片道計測時間Ｔa1，順方向往復計測時間Ｔa2，逆方向片道計測時間Ｔb1，および逆方向往復計測時間Ｔb2を計測する（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）。
【０１２８】
演算手段１１は、伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）＝（Ｔa2＋Ｔb2）−（Ｔa1＋Ｔb1）を計算する。
【０１２９】
一方、数４で、音速ｃを完全に求めることができる。
【０１３０】
【数４】
2006292370.tif 000006
【０１３１】
よって、演算手段１１は、伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）＝（Ｔa2＋Ｔb2）−（Ｔa1＋Ｔb1）で求めた値を数４に代入し、空気であれば、空気の音速簡易式ｃ＝３３１．５＋０．６１τにより、環境温度τがほぼ完全に求められる。
【０１３２】
実施例５によれば、順方向片道計測時間Ｔa1，順方向往復計測時間Ｔa2，逆方向片道計測時間Ｔb1，および逆方向往復計測時間Ｔb2を計測して、伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）＝（Ｔa2＋Ｔb2）−（Ｔa1＋Ｔb1）を計算することにより、上手側素子送信遅延時間Ｔta，下手側素子送信遅延時間Ｔtb、上手側素子受信遅延時間Ｔra，および下手側素子受信遅延時間Ｔrbをキャンセルでき、求めた伝搬時間和（Ｔud＋Ｔdu）より、環境温度τを正確、かつ、容易に算出することが可能となる。
【実施例６】
【０１３３】
本発明の実施例６に係る超音波流量計１は、実施例５に係る超音波流量計において、演算手段１１が、算出した温度τを用いて、求めた流量Ｑに対する温度補正を行うものである。よって、本実施例６に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。
【０１３４】
また、このように構成された実施例６に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１３５】
実施例６に係る超音波流量計１では、演算手段１１は、実施例５で求めた温度τを用いて、求められた流量Ｑの温度補正を行うことができる。
【０１３６】
実施例６によれば、順方向片道計測時間Ｔa1，順方向往復計測時間Ｔa2，逆方向片道計測時間Ｔb1，および逆方向往復計測時間Ｔb2を計測したことにより求めた温度τを用いて、順方向片道計測時間Ｔa1，順方向往復計測時間Ｔa2，逆方向片道計測時間Ｔb1，および逆方向往復計測時間Ｔb2より求めた流量Ｑに対する温度補正が容易に行え、流量計測精度を向上させることができる。
【実施例７】
【０１３７】
本発明の実施例７に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例６の超音波流量計１において、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で発振させた超音波を、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で受信するまでの順方向片道計測時間Ｔa1（または逆方向片道計測時間Ｔb1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2（または逆方向往復計測時間Ｔb2）を計測し、その後、予め設定した遅延時間を設けた後、再び、上記動作を複数回繰り返すようにしたものである。よって、本実施例７に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。
【０１３８】
また、このように構成された実施例７に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１３９】
実施例７に係る超音波流量計１では、実施例１に係る超音波流量計１において、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で発振させた超音波を、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で受信するまでの順方向片道計測時間Ｔa1（または逆方向片道計測時間Ｔb1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2（または逆方向往復計測時間Ｔb2）を計測し、その後、予め設定した遅延時間を設けた後、再び、上記動作を複数回繰り返し、シングアラウンドループを構成する。
【０１４０】
実施例７によれば、順方向片道計測時間Ｔa1（または逆方向片道計測時間Ｔb1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2（または逆方向往復計測時間Ｔb2）を計測し、シングアラウンドループを構成したことにより、シングアラウンドループにおける時間の計測は水晶発振子などの基準クロック数をカウントすることにより行うので、超音波反射時間を粗クロックで正確に計測することが可能になり、回路制御および流量演算が容易になるという効果が得られる。このため、超音波の伝搬時間を低コストで精度良く測定することができ、ひいてはシングアラウンド法を汎用の超音波流量計にきわめて経済的に適用することが可能になる。
【実施例８】
【０１４１】
本発明の実施例８に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例７に係る超音波流量計１において、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で発振させた超音波を、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で受信するまでの順方向片道計測時間Ｔa1（または逆方向片道計測時間Ｔb1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの間に、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）の残響を低減するものである。本実施例８に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。
【０１４２】
また、このように構成された実施例８に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１４３】
実施例８に係る超音波流量計１では、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を発振し、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で超音波を受信するまでの順方向片道計測時間Ｔa1（または逆方向片道計測時間Ｔb1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの間に、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）の残響を低減しておく。
【０１４４】
実施例８によれば、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの間に、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）の残響を低減するようにしたので、反射波受信時に高Ｓ／Ｎ比で受信可能となり、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で送信した超音波を受信するときの受信信号のＳ／Ｎ比が確保でき、計測精度が向上する。
【実施例９】
【０１４５】
本発明の実施例９に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例８に係る超音波流量計１において、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で発振させた超音波を、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で受信するまでの順方向片道計測時間Ｔa1（または逆方向片道計測時間Ｔb1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2（または逆方向往復計測時間Ｔb2）を求めるため、受信される超音波変換信号をサンプリングし、サンプリングした出力からノイズ成分を除去した後、補間処理を行うことで順方向往復計測時間Ｔa2，（または逆方向往復計測時間Ｔb2）を算出するものである。よって、本実施例９に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。
【０１４６】
また、このように構成された実施例９に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１４７】
実施例９に係る超音波流量計１では、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）を発振させた後、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で超音波を受信するまでの順方向片道計測時間Ｔa1（または逆方向片道計測時間Ｔb1）を計測し、かつ、超音波が超音波素子２ｂで反射した後、超音波素子２ａで超音波を受信するまでの順方向往復計測時間Ｔa2（または逆方向往復計測時間Ｔb2）を求めるため、受信される超音波変換信号をサンプリングし、サンプリングした出力からノイズ成分を除去した後、補間処理を行う。
【０１４８】
実施例９によれば、受信時のＳ／Ｎ比が確保でき、補間処理により、受信波に埋もれるノイズを除去することが可能となり、さらに高精度な反射伝搬時間の計測が可能になって、計測時間の精度が向上する。
【実施例１０】
【０１４９】
本発明の実施例１０に係る超音波流量計１は、実施例９に係る超音波流量計１において、補間処理が、サイン補間であるものである。よって、本実施例１０に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。
【０１５０】
また、このように構成された実施例１０に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１５１】
実施例１０に係る超音波流量計１では、実施例９に係る超音波流量計１で超音波変換信号をサンプリングし、求めた受信波形をサイン補間する。
【０１５２】
実施例１０によれば、超音波受信出力はほぼサイン波と判断できるため、補間処理をサイン補間としたことにより、より正確な受信波が検出でき（より正確な超音波変換信号が再現でき）、伝搬時間の計測精度が向上して、正しい伝搬時間が求められる。
【実施例１１】
【０１５３】
本発明の実施例１１に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例１０に係る超音波流量計１において、流量ゼロ時に、受信遅延時間差ΔＴr0の計算結果、または送信遅延時間差ΔＴt0の計算結果、もしくは受信遅延時間差ΔＴr0および送信遅延時間差ΔＴt0の両計算結果を更新するものである。本実施例１１に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。
【０１５４】
また、このように構成された実施例１１に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１５５】
実施例１１に係る超音波流量計１では、経年変化による超音波素子２ａ，２ｂの特性変化を考慮し、初期特性として記憶した流量ゼロ時の受信遅延時間差ΔＴr0または送信遅延時間差ΔＴt0が初期特性より変化する可能性がある。超音波素子自体が経年変化しているにもかかわらず、初期時に記憶した流量ゼロ時の受信遅延時間差ΔＴr0または送信遅延時間差ΔＴt0をそのまま使用していると、求めた流量計測精度が低下するので、それを防止するために、流量ゼロの状態における受信遅延時間差ΔＴr0または送信遅延時間差ΔＴt0を逐次更新する。
【０１５６】
実施例１１によれば、経年変化により超音波素子２ａ，２ｂの特性が変化しても、特性差を検出することで流量補正が可能になり、特性値を逐次更新することで、計測精度の低下を防止でき、経年変化に対して影響を受けない超音波流量計を実現できる。
【実施例１２】
【０１５７】
本発明の実施例１２に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例１１に係る超音波流量計１において、受信遅延時間差ΔＴr0がΔＴr0＝０、および送信遅延時間差ΔＴt0がΔＴt0＝０となるように、一対の超音波素子２ａ，２ｂのペアリング特性を一致させたようにしたものである。本実施例１２に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。
【０１５８】
また、このように構成された実施例１２に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。
【０１５９】
実施例１２に係る超音波流量計１では、実施例１における送信遅延時間差ΔＴt0をΔＴt0＝０、および受信遅延時間差ΔＴr0をΔＴr0＝０となるように、一対の超音波素子２ａ，２ｂのペアリング特性を一致させる。
【０１６０】
実施例１２によれば、初期時に一対の超音波素子２ａ，２ｂの送信遅延時間差ΔＴt0および受信遅延時間差ΔＴr0を一致させ、ペアリング特性を一致させているので、流量計測精度が確保でき、実地設置当初より計測精度が十分に確保された超音波流量計１が実現できる。
【０１６１】
以上、本発明の各実施例を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】本発明の実施例１に係る超音波流量計の基本構成を示す説明図。
【図２】図１中の流れ方向上手側の超音波素子から超音波を送出した場合における各点での超音波のタイミングチャート。
【図３】図１中の流れ方向下手側の超音波素子から超音波を送出した場合における各点での超音波のタイミングチャートを示す。
【図４】本実施例１に係る超音波流量計における流量計算処理を示すフローチャート。
【図５】本発明の実施例３に係る超音波流量計の基本構成を示す説明図。
【符号の説明】
【０１６３】
１  超音波流量計
２ａ，２ｂ  超音波素子
３  流路
４  切替手段
５  送信手段
６  受信手段
７  増幅手段
８  マスク時間設定手段
９  ゼロクロスポイント検出手段
１０  時間計測手段
１１  演算手段
１２  記憶手段
【図１】
2006292370.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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