(57)【要約】【課題】経年劣化や温度変化などによる超音波振動子の特性変化に影響されることなく測定精度の高い超音波流量計を提供する。【解決手段】超音波流量計１は、測定部３と校正部４を備え、流量の測定に前だってパルス信号の補正を行う。パルス信号の補正は、振動子で受信したパルス信号と、基準となる校正用パルス信号との差分に基づいて行う。これにより、温度変化や経年劣化などの原因で受信信号Rsの振幅および周期が変化し誤計測が発生する場合においても、高精度の流量計測の実現が可能となる。【選択図】図１
2018136276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を振動子間で送受信することで、振動子間を流れる流体の流量を計測する超音波流量計において、
前記振動子で受信したパルス信号と、基準となる校正用パルス信号との差分の算出を行う校正部と、
前記差分に基づいて前記パルス信号の補正を行う補正部と、
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記校正部は、
前記振動子で受信したパルス信号の振幅を検出する振幅検出部と、
検出したパルス信号の振幅と、校正用パルス信号との振幅差を検出する振幅比較部と、
を備え、
前記補正部は、前記振幅差に基づいて前記パルス信号の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記校正部は、
前記振動子で受信したパルス信号の周期を検出する周期検出部と、
検出したパルス信号の周期と、校正用パルス信号との周期差を検出する周期比較部と、
を備え、
前記補正部は、前記周期差に基づいて前記パルス信号の補正を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
検出した前記パルス信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部を更に備え、
前記周波数検出部は、デジタル信号に変換した前記パルス信号の周期を検出することを特徴とする請求項３に記載の超音波流量計。
【請求項５】
定周期で前記流量の計測を行う測定部を更に備え、
前記補正部は、前記パルス信号と、基準となる校正用パルス信号との差分の算出に基づいて、次周期以降のパルス信号の補正を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項６】
所定温度における前記流体の流量が０の場合に検出したパルス信号の振幅及び周波数を、前記校正用パルス信号の振幅及び周波数として記憶するパルス信号記憶部を、更に備えることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記パルス信号記憶部は、複数の温度における前記流体の流量が０の場合に検出したパルス信号の振幅及び周波数を記憶することを特徴とする請求項６に記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記校正部が算出する差分は、前記パルス信号と、及び前記校正用パルス信号の第３波形同士の差分、第４波形同士の差分、または第５波形同士の差分であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか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、超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波流量計とは、流体が流れる流路内の上流側と下流側に、超音波振動子を一定の距離をおいて対向設置した流量計である。超音波流量計は、対向配置した超音波振動子の間で相互に超音波信号の送信と受信を複数回行ない、上流側から下流側への順方向の超音波信号の伝播時間と、下流側から上流側への逆方向の超音波信号の伝播時間をそれぞれ測定する。そして、順方向の超音波信号の伝播時間と、逆方向の超音波信号の伝播時間の時間差から流路内を流れる流体の流量値を求める。
【０００３】
このような超音波流量計では、経年劣化や温度変化によって超音波振動子の送受信感度の悪化で、ＳＮ比の低下や共振周波数の変化が起こる。そのため、伝播時間を特定する受信ポイントである受信信号のゼロクロスポイントの時間的な位置が変化する。その結果、流量が一定であるにも拘わらず伝播時間が変化してしまい、流量を誤計測する問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９―２３６４６３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、超音波流量計では、経年劣化や温度変化によって超音波振動子を構成する圧電素子や整合層などの物性値の変化や、温度変化で膨張や収縮による内部応力変化などの要因により、超音波振動子自身のインピーダンスが変化する。温度変化によるインピーダンスへの影響は一過性である一方、経年劣化によるインピーダンスへの影響は徐々に顕在化する傾向がある。そのため、経年劣化によるものであるのか、温度変化による一過性の誤計測なのかの判断が困難であり、また誤計測の発生割合を定量的に算出することは難しい。
【０００６】
本発明の実施形態は、上記のような問題点を解決するために提案されたものである。実施形態の目的は、経年劣化や温度変化などによる超音波振動子の特性変化に影響されることなく測定精度の高い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】
【０００７】
本発明の実施形態における超音波流量計は、パルス信号を振動子間で送受信することで、振動子間を流れる流体の流量を計測する超音波流量計において、前記振動子で受信したパルス信号と、基準となる校正用パルス信号との差分の算出を行う校正部と、前記差分に基づいて前記パルス信号の補正を行う補正部と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の構成における機能ブロック図である。
【図３】第１の実施形態の受信信号Ｒｓを示すグラフである。
【図４】第１の実施形態の超音波流量計の動作を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態の測定工程を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態の送信信号Ｔｓ、受信信号Ｒｓ、受信信号をコンパレータした波形、超音波信号の伝播時間Ｔを示すグラフである。
【図７】第１の実施形態の受信信号Ｒｓの拡大図を示すグラフである。
【図８】第１の実施形態の受信信号Ｒｓを示すグラフである。
【図９】第１の実施形態の受信信号Ｒｓの拡大図を示すグラフである。
【図１０】第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［１．第１の実施形態］
［１−１．構成］
以下では、図１〜図１０を参照しつつ、本実施形態に係る超音波流量計について説明する。図１は、本実施形態に係る流量計の構成を示すブロック図であり、図２は、本実施形態の超音波流量計の構成をより具体的に示す機能ブロック図である。
【００１０】
図１に示すように、超音波流量計１は、対になる超音波振動子２１、２２（図２参照）を備えるセンサ部２を備え、各超音波振動子２１、２２間にパルス信号を送受信させて流路２３を流れる流体の速度の計測を行う。センサ部２では、経年劣化や温度変化によって超音波振動子を構成する圧電素子や整合層などの物性値の変化や、温度変化で膨張や収縮で内部応力の変化が起こる恐れがある。物性値や内部応力の変化が発生すると、超音波振動子自身のインピーダンスが変化し、送受信の感度や共振周波数が変化する。この送受信の感度や共振周波数の変化が、超音波流量計１における流量の測定の誤差として作用する虞がある。超音波流量計１は、センサ部２で発生した誤差を算出し、その誤差に基づいて校正を行う。超音波流量計１は、センサ部２、計測部、校正部４、基準波形記憶部５、補正値記憶部６、補正部６１、入力インターフェース（以下、入力ＩＦとする）７、出力インターフェース（以下、出力ＩＦ）８を備える。
【００１１】
センサ部２は対になる超音波振動子２１、２２を有し、流路２３を流れる流体の流量の変化を検出する。超音波振動子２１、２２は、同一の構成の超音波振動子である。超音波振動子２１、２２は、流路２３における上流側と下流側に距離Lの間隔をおいて同軸上に対向させて設置される。対向設置される超音波振動子２１、２２のうち、一方が送信側となり他方が受信側となる。送信側となる超音波振動子は、駆動信号となる送信信号Tsを受け付け超音波信号を発信する。受信側の超音波振動子は、流体を伝播した超音波信号を受け付け、その超音波信号の音圧や周期に応じた受信信号Ｒｓを出力する。
【００１２】
測定部３は、流路２３を流れる流体の流量値を計測する。測定部３は、送信側の超音波振動子２１、または超音波振動子２２に対して複数回、送信信号Tsを出力する。そして、測定部３は、対向配置した超音波振動子２１、２２の間で相互に超音波信号の送信と受信を複数回行ない、上流側から下流側への順方向の超音波信号の伝播時間Ｔ１と、下流側から上流側への逆方向の超音波信号の伝播時間Ｔ２をそれぞれ測定する。そして、順方向の超音波信号の伝播時間Ｔ１と、逆方向の超音波信号の伝播時間Ｔ２の時間差から流路内を流れる流体の流量値を求める。
【００１３】
校正部４は、受信側の超音波振動子が受信した受信信号Rsを、基準となる基準波形とを比較することで受信信号Rsに含まれる誤差を検出する。校正用パルス信号とも言うべき基準波形は、流量の測定前に予め基準波形記憶部５に記憶されている。校正部４は、受信信号Rsに誤差が含まれると判定した場合には、誤差を０にするために必要な補正値を算出する。算出した補正値は、補正値記憶部６に記憶される。
【００１４】
補正値記憶部６は、測定部３において流体の流量値を計測する際に、生じる誤差を解消するための補正値を記憶する。補正値は、超音波振動子から発信する送信信号Tsに対する補正値であり、補正部６１が、送信側の超音波振動子に対して印加する送信信号Tsに補正値を反映することで、受信信号Rsに発生する誤差を補正する。
【００１５】
入力ＩＦ７は、ユーザの入力を受け付けるキーボード、ダイヤル、ボタンまたはタッチパネルや設定信号を受け付ける入力端子も含まれる。出力ＩＦ８は、流量や各種の設定値を出力するための表示部である。
【００１６】
以下では、図２を参照し、本実施形態の超音波流量計の構成をより具体的に説明する。
【００１７】
（測定部）
測定部３は、信号発生部３１、送信部３２、送受信切替部３３、受信部３４、フィルタ部３５、コンパレータ部３６、伝播時間検出部３７、流量計測部３８を備える。
【００１８】
信号発生部３１は、送信側の超音波振動子を駆動させるパルス信号の条件を設定する。例えば、パルス信号の条件とは、パルス信号の振幅、周波数及び回数である。信号発生部３１は、入力ＩＦ７を介してユーザが入力した振幅Ｈ、周波数τをパルス信号の振幅Ｈ及び周波数τとし、パルス信号の発信回数をｎ回と設定する。
【００１９】
送信部３２は、信号発生部３１で設定した条件のパルス信号を、送受信切替部３３に対して発信する。送信部３２が発信するパルス信号を送信信号Tsとする。
【００２０】
送受信切替部３３は、送信部３２が発信する送信信号Tsを受け付け、送信信号Tsを上流側及び下流側の超音波振動子に対して交互に出力する共に、受信側の超音波振動子から受信信号Rsを受け付け、受信部３４に対して出力する。
【００２１】
受信部３４は、送受信切替部３３を経由した受信信号Rsを受信し、受信信号Rsの増幅を行う。
【００２２】
フィルタ部３５は、増幅した受信信号Rsに含まれるノイズの除去を行う。
【００２３】
コンパレータ部３６は、ノイズを除去した受信信号Rsをデジタル信号に変換するとともに、変換した受信信号Rsをゼロクロスで信号を反転させる。
【００２４】
伝播時間検出部３７は、デジタル信号に変換した受信信号Rsと、送信部３２が出力する送信信号Tsより、超音波振動子２１からの超音波振動子２２への順方向の伝播時間Ｔ１と、超音波振動子２２からの超音波振動子２１への逆方向の伝播時間Ｔ２をそれぞれ検出する。
【００２５】
流速計測部３８は、伝播時間検出部３７で検出した順方向と逆方向の伝播時間Ｔ１、Ｔ２の時間差から流路２３に流れる流体の流量を算出する。伝播時間Ｔ１、Ｔ２は、順方向と逆方向のそれぞれで複数回の測定を行い、流量計測部３８でそれぞれ積算した積算値の時間差から流路２３内の流量を算出し、その流量と流路２３の断面積とを乗算して流路２３内を流れる流体の体積流量値を求め流量値として出力する。
【００２６】
（校正部）
校正部４は、予め基準波形記憶部５に記憶してある基準波形と、検出した受信信号Rsとを比較し、振幅及び周期の誤差の検出を行う。誤差を検出した場合、校正部４は、誤差が０とするための補正値を算出する。校正部４は、信号発生部３１、送信部３２、送受信切替部３３、受信部３４、フィルタ部３５、振幅検出部４４、振幅比較部４５、コンパレータ部３６、周期検出部４６、周期比較部４７を備える。このうち、信号発生部３１、送信部３２、送受信切替部３３、受信部３４、フィルタ部３５、コンパレータ部３６は、測定部３と共用である。
【００２７】
振幅検出部４４は、受信信号Rsの所定の波数の波高値Vhを検出する。図３は、＋６０℃の時の受信信号Rsと＋２０℃の時の基準波形とを示すグラフである。振幅検出部４４は、波高値Vhとして、図３に示す受信信号Rsの第５波の波形値Vhを検出する。波形値Vhの検出するタイミングとしては、流体が流れていない（ゼロ流量）とする。
【００２８】
振幅比較部４５は、検出した受信信号Rsの第５波の波高値Vhを、基準波形記憶部５に記憶してある基準波形の振幅である基準振幅値Vrと比較する。基準振幅値Vrは、例えば温度２０℃のゼロ流量での波形から算出する。波高値Vhと基準振幅値Vrとを比較し、Vr-Vh＝Δvを算出する。そして、差分Δvを補正値記憶部６に出力する。
【００２９】
周期検出部４６は、受信信号Rsにおける所定の周期thを検出する。所定の周期thは、例えば、図３に示すように受信信号Rsの第４波のゼロクロスポイントと第５波のゼロクロスポイントの差分より算出する。検出するタイミングとしては、波形値Vhと同様に流体が流れていない（ゼロ流量）とする。
【００３０】
周期比較部４７は、検出した受信信号Rsから検出した周期thを、基準波形記憶部５に記憶してある基準波形の振幅である基準周期trと比較する。基準周期trは、例えば温度２０℃のゼロ流量での第４波と第５波間の周期である。thとtrとを比較し、tr−th＝Δttを算出し、補正値記憶部６に出力する。
【００３１】
［１−２．作用］
以下では、本実施形態に係る超音波流量計１の電力変換部の動作について説明する。図４は、超音波流量計１の電力変換部の動作を示すフローチャートである。
【００３２】
超音波流量計１は、図４に示すように流量測定工程（Ｓ１０１）と、校正工程（Ｓ１０２〜Ｓ１０６）とに大きく２つの工程に分けることができる。また、校正工程には、誤差検出工程（Ｓ１０２）、誤差判定工程（Ｓ１０３）、補正値更新工程（Ｓ１０５）からなる。また、誤差検出工程（Ｓ１０２）には、振幅誤差検出工程と、周期誤差検出校正工程とが含まれる。以下、それぞれの工程ごとに詳細に説明する。説明においては、図２に図示した流路２３に設置された上流側の超音波振動子２１を超音波信号の送信側、下流の超音波振動子２２を超音波信号の受信側として実施形態を説明する。
【００３３】
（流量測定工程）
図５は、流量測定工程（Ｓ１０１）における超音波流量計１の動作を示すフローチャートである。図５に示すように、流量測定工程（Ｓ１０１）では、送信部２２で生成したパルスを送受信切替部３３を介して超音波振動子２１に印加する（Ｓ１１１）。図６（ａ）は、超音波振動子２１に印加される送信信号Ｔｓを示す。送信側の超音波振動子２１は、送信信号Ｔｓの振幅Hの大きさに応じた音圧の超音波を下流側の超音波振動子２２に向けて出力する。なお、パルス幅τは超音波振動子２１固有の共振周波数の周期とし、例えば共振周波数が２００kHzの場合、その周期は５μsである。
【００３４】
超音波振動子２１から出力した超音波信号は、その流路２３内部の気体の種類および温度によって決まる音速と距離Ｌおよび気体の流量で決まる伝播時間Ｔ１で下流側の超音波振動子２２に到達する（Ｓ１１２）。超音波振動子２２は受信した超音波を図６（ｂ）に示す受信信号Rsとして出力する。受信信号Rsは送受信切替部３３を介して、受信部３４に内蔵した増幅器で増幅された後、フィルタ部３５でノイズの除去を行い（Ｓ１１３）、その出力信号をコンパレータ部３６と振幅検出部４４に出力する。
【００３５】
コンパレータ部３６は、入力した受信信号Rsのゼロクロスで信号が反転する図６（c）に示すパルス列に変換する（Ｓ１１４）。変換した信号は、伝播時間検出部３７と周期検出部４６に出力する。
【００３６】
伝播時間検出部３７は、伝播時間の検出を行う（Ｓ１１５）。伝播時間の検出方法は、図６（ａ）に示す送信部２２の送信信号Tsと図６（ｃ）に示すコンパレータ部３６のパルス列を入力して、図６（ｄ）に示す送信から受信までの伝播時間Ｔを検出することで行う（Ｓ１１６）。
【００３７】
伝播時間Ｔを検出において、図６（ｄ）での受信ポイントとして、図６（b）および（c）に示す第５波目のパルスが立上るポイントＺＣ5としたが第３波や第４波のパルス列が立上るＺＣ3や立ち下がるポイントＺＣ4であってもよい。ただし、第１波や第２波または第６波以降の受信信号Rsは振幅が第３波、第４波、第５波に比べて小さく、ゼロクロスポイント部の信号の傾きや受信信号Rsに重畳する微小ノイズによってゼロクロスポイントがふらつき、伝播時間が変移し測定精度に影響するためゼロクロスポイントの対象波形とはしない。
【００３８】
図６（ｄ）の伝播時間Ｔは、順方向と逆方向のそれぞれで複数回の測定を行い、流量計測部３８でそれぞれ積算した積算値の時間差から流路２３内の流量を算出し、その流量と流路２３の断面積とを乗算して流路２３内を流れる流体の体積流量値を求め流量値として出力する。
【００３９】
（校正工程）
また、図４に示すように、流量測定工程後に校正工程（Ｓ１０２〜Ｓ１０６）が実施される。超音波流量計１には、Ｓ１０１の計測工程に先立って、基準波形が記憶される。基準波形としては、基準振幅値Vr及び基準周期trを有する波形である。基準振幅値Vrは、例えば温度２０℃のゼロ流量での第５波の波高値である。基準周期trは、例えば温度２０℃のゼロ流量での第４波と第５波間の周期である。
【００４０】
校正工程（Ｓ１０２〜Ｓ１０６）においては、受信信号Rsと基準波形との振幅の誤差である電圧差Δvと、受信信号Rsと基準波形との周期の誤差である時間差Δttの検出を行い、誤差が検出された場合には、検出された電圧差Δv及び時間差Δttを補正値記憶部６に記憶する。
【００４１】
誤差判定工程（Ｓ１０３）及び補正値更新工程（Ｓ１０５）では、補正値記憶部６に記憶された電圧差Δvの極性と大きさに応じて、送信部３２に出力する信号Vsの大きさを調整する。例えば極性が＋（プラス）の場合は、Vsの信号振幅を図示しない基準振幅よりΔvだけ増加させて出力し、-（マイナス）の場合は逆にVsの信号振幅をΔvだけ減少させて出力する。よってΔvの電圧値が大きいほど、振幅は増加または減少し、逆に小さいほど増加または減少が小さくなる。以上の送信側の超音波振動子に印加する信号の振幅を調整することで、振幅検出回路１１２での波高値Vhと基準振幅値Vrが同一値になるように制御される。
【００４２】
波高値Vhと基準振幅値Vrを同一にすることで、前述した受信信号Rsの信号振幅の大きさで変化するゼロクロスポイントの変移を防止でき、精度の高い計測が可能となる。
【００４３】
また、誤差判定工程（Ｓ１０３）及び補正値更新工程（Ｓ１０４）では、補正値記憶部６に記憶されたΔttの極性と大きさに応じて、送信部３２に出力する信号Vsの周波数を調整する。例えば極性が＋（プラス）の場合は、Vsの周波数を図示しない基準周波数より時間差Δttだけ減少させた周波数に変更して出力し、-（マイナス）の場合は逆にVsの周波数をΔttだけ増加させて出力する。よってΔttの時間差が大きいほど、周波数は減少または増加し、逆に小さいほど減少または増加が小さくなる。以上の調整により、送信側の超音波振動子に印加する信号の周波数を調整することにより、しいては周期検出部での周期thと基準周期値ｔrが同一値になるように制御する。
【００４４】
周期thと基準周期trを同一にすることで、前述した受信信号Rsの信号の周期の違いで変化するゼロクロスポイントの変移を防止でき、精度の高い計測を可能となる。
【００４５】
［１−３．効果］
以上のように超音波流量計１は、パルス信号を振動子間で送受信することで、振動子間を流れる流体の流量を計測する。超音波流量計１は、信号比較部と補正部を備え、流量の測定に前だって測定用のパルス信号の補正を行う。測定用パルス信号の補正は、振動子で受信したパルス信号と、基準となる校正用パルス信号との差分に基づいて行う。これにより、温度変化や経年劣化などの原因で受信信号Rsの振幅および周期が変化し誤計測が発生する場合においても、高精度の流量計測の実現が可能となる。このように、超音波流量計１の信頼性の向上も同時に実現することが可能となる
【００４６】
図７は、受信信号の振幅の大きさで変化するゼロクロスポイントの変移を説明する図である。図８に示す振幅の異なる受信信号RsLとRsSでは、その傾きが異なりコンパレータ部３６におけるゼロクロスポイントZCLとZCSの時間的な位置が数ｎｓ程度の差が発生する。この数ｎｓ程度の差によっても、コンパレータ部３６の出力するパルス列の立下がり位置が変化する。故に、流量が同じであるにも拘わらず伝播時間Tに時間差Δtが生じ、計測結果が異なる結果となり、流量換算で数リットル／時間の違いとなり計測誤差となる。本実施形態よれば、受信信号Rsにおける振幅を補正することができ、振幅の差による立下がり位置の変化をなくすことが可能となる。
【００４７】
また、図８は、超音波振動子２１、２２を流体温度−１０℃と＋６０℃の中に設置し、流体の流量を０とした場合における受信信号RSである。図９は、図８に示す受信信号RSの第４波から第５波付近の受信信号を拡大した図である。図８及び図９に示す受信信号RSでは、振幅調整を行い−１０℃と＋６０℃での第５波の振幅の電圧差Δｖを０（ゼロ）としている。しかし、図８を拡大した図９では、ゼロクロスポイントでΔtfの時間差がある。このΔｔfの発生原因は、温度変化で超音波振動子の共振周波数が変化し、それによる周期の変化で発生した時間差である。この時間差は、流量が同じであるにも拘わらず伝播時間Ｔに時間差Δtｆが生じ、計測結果が異なる結果となり、流量換算で数リットル／時間の違いの計測誤差となる。本実施形態よれば、受信信号Rsにおける時間差Δtｆを補正することができ、温度変化で超音波振動子の共振周波数が変化したことによる時間差Δtｆの差による立下がり位置の変化をなくすことが可能となる。
【００４８】
また、校正部４は、振動子で受信したパルス信号の振幅を検出する振幅検出部４４と、パルス信号の振幅と、校正用パルス信号との振幅差を検出する振幅比較部４５と、を備えても良い。基準値と比較を行いその差分Δｖを送信側の信号にフィードバックを行い送信信号Tsの振幅を調整することで、受信信号Rsのを一定にすることができるので、高精度の流量計測が可能となる。
【００４９】
また、校正部４は、振動子で受信したパルス信号の周期を検出する周期検出部と、検出したパルス信号の周期と、校正用パルス信号との周期差を検出する周期比較部と、を備えても良い。周期を検出し、基準値と比較を行い、その差分Δｔｆを送信側の信号にフィードバックを行い送信信号Tsの周波数を調整することで、受信信号Rsの周期を一定にすることができるので、高精度の流量計測が可能となる。
【００５０】
本実施形態では、検出した前記パルス信号をデジタル信号に変換するコンパレータ部３６を更に備えた。これにより、ゼロクロス点を正確に検出することができ、パルス信号の周期を正確に検出することが可能となる。しかしながら、受信信号Rsの周期の検出が可能であれば、他の方法を用いることも可能である。
【００５１】
本実施形態では、経年劣化や温度変化などによる超音波振動子の特性変化に基づく誤差の検出を行った。しかしながら、超音波流量計における誤差は、それだけに留まらない。例えば、上流と下流の超音波振動子の特性の違いによっても、誤差は生じる。本実施形態の超音波流量計では、予め記憶した基準波形と受信波形Rsに基づいて誤差の検出を行う。このため、上流と下流の超音波振動子の特性の違いによる誤差を修正し、高精度の流量計測が可能となる。
【００５２】
［２．第２の実施形態］
第１の実施形態では、基準波形として、流体の流量が０の場合における流体の温度が＋２０℃の波形を基準波形とした。本実施形態では、基準波形として、流体の流量が０の場合における流体の温度が＋２０℃の波形に加えて、流体の流量が０の場合における流体の温度が＋１０℃の波形の２つの波形を記憶する。そして、流量計を使用する場所や季節に合わせて、受信信号Rsと比較する基準波形を切り替える。
【００５３】
［２−１．構成］
図９は、第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図９に示すように、基準波形記憶部５に、第１の基準波形５１と第２の基準波形５２とを記憶する。加えて、超音波流量計１は、基準波形切替部９を備える。
【００５４】
基準波形切替部９は、入力ＩＦ７からの指令に基づいて、誤差検出部４１が参照する基準波形の切り替えを行う。
【００５５】
［２−２．作用効果］
以上のような本実施形態に係る超音波流量計１では、超音波流量計１を使用する際の条件に合わせて、誤差検出部４１が受信信号Rsと比較する基準波形を切り替えることが可能となる。
【００５６】
超音波流量計１では、差分ΔｖやΔｔｆを基に送信信号Ｔｓに対してフィードバックを行う。このフィードバックには、電力を必要とし、差分ΔｖやΔｔｆの値が大きければ大きいほど消費電力が多くなる。例えば、超音波流量計１を屋外の水道管やガス管などに設置する場合などは家庭用電源から電力の供給を受けることができないこともある。その場合には、超音波流量計１が、電池や小型のバッテリーなどで駆動させるが、消費電力が大きくなると、電池を頻繁に交換する必要がある。
【００５７】
そこで、複数の温度に対応した基準波形を用意しておき、超音波流量計１の使用環境に応じて、誤差検出部４１で受信信号Rsと比較する基準波形を切り替えることで、超音波流量計１の消費電力を抑制することが可能となる。
【００５８】
［３．他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００５９】
例えば、校正部４において、受信信号Rsと基準波形とから検出する振幅差は、第５波形同士の差分とし、受信信号Rsと基準波形とから検出する周期差は、２つ波形の第４波と第５波とのゼロクロス点から算出したが周期の差分とした。独立波たるパルス波が送信側の超音波振動子から発信されると、流体を伝播していく過程の共振などの影響により、複数サイクルのパルス波となる。この複数サイクルのパルス波においては、第１波や第２波にいては振幅が小さい。そして、３〜５波で、振幅の大きさのピークが来る。このような波形では、振幅の大きさがピークとなるところで、ノイズなどの影響を低減させ振幅や周期の検出を行うことで、正確な検出を行うことが可能となる。一方、正確な周期差や振幅差の検出が可能であるならば、３〜５波以外の波形同士を比較しても良い。
【００６０】
また、超音波流量計１を構成する各部は、各部の動作を実現する回路で構成することも可能である。各部を回路で構成することで、安価で信頼性の高い超音波流量計を実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
１…超音波流量計
２…センサ部
２１、２２…超音波振動子
２３…流路
３…測定部
３１…信号発生部
３２…送信部
３３…送受信切替部
３４…受信部
３５…フィルタ部
３６…コンパレータ部
３７…伝播時間検出部
３８…流量計測部
４…校正部
４４…振幅検出部
４５…振幅比較部
４６…周期検出部
４７…周期比較部
５…基準波形記憶部
５１…第１の基準波形
５２…第２の基準波形
６…補正値記憶部
６１…補正部
７…入力ＩＦ
８…出力ＩＦ
９…基準波形切替部 
【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９】
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【図１０】
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