(57)【要約】【課題】低電力超音波流量計を提供する。【解決手段】流量計は、電源装置電圧を供給するループ電源装置から給電される。負荷が負荷電圧によって給電され、該負荷は、少なくとも、流量を計算する処理装置と、超音波トランスデューサ電力回路と、超音波トランスデューサ受信回路とを含む。電力調整回路が、ループ電源装置と負荷との間に配置され、該回路は、電源装置電圧に応動して、制御信号に応じて負荷電圧を変える電力変換器と、該変換器と負荷との間に配置されて、負荷によって必要とされないときは電力を蓄積し且つ負荷によって必要とされるときは電力を送り出す安全蓄電装置と、負荷によるループ電源装置の設定に基づいて変換器に制御信号を供給する制御サブシステムとを含む。電力管理サブシステムが、負荷電圧を検出して、１つ以上の所定の設定点で負荷の電力消費を低減するように構成される。【選択図】図３
2007530941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置電圧を供給するループ電源装置（４２）と、
負荷電圧によって給電される負荷（５０）であって、少なくとも、流量を計算する処理装置（５２）、超音波トランスデューサ電力回路（５４）及び超音波トランスデューサ受信回路（５８）を含む負荷（５０）と、
前記ループ電源装置（４２）と前記負荷（５０）との間に配置された電力調整回路（７０）と
前記負荷電圧を検出して、１つ以上の所定の設定点で電力消費を低減するように構成されている電力管理サブシステム（６４）と、
を有する流量計（４０）。
【請求項２】
前記電力調整回路は、
前記電源装置電圧に応動して、制御信号に応じて前記負荷電圧を変える電力変換器（８０）と、
前記電力変換器（８０）と前記負荷（５０）との間に配置されて、前記負荷によって必要とされないときは電力を蓄積し且つ前記負荷によって必要とされるときは電力を送り出す安全蓄電装置と、
前記負荷（５０）による前記ループ電源装置（４２）の設定に基づいて前記変換器に制御信号を供給する制御サブシステム（８４）と
を含んでいる、請求項１記載の流量計。
【請求項３】
前記ループ電源装置（４２）は４〜２０ｍＡのループ電源装置である、請求項１記載の流量計。
【請求項４】
前記電力変換器（８０）はスイッチング式電力変換器である、請求項２記載の流量計。
【請求項５】
前記安全蓄電装置はコンデンサ（８２）である、請求項２記載の流量計。
【請求項６】
前記コンデンサは１００μＦ未満の値を持つ、請求項５記載の流量計。
【請求項７】
前記制御サブシステム（８４）は、前記ループ電源装置（４２）に接続された１つの入力及び基準電圧に接続された別の入力を持つ制御増幅器（８６）を含んでいる、請求項２記載の流量計。
【請求項８】
前記処理装置（５２）は、流量に基づいて前記制御増幅器（８６）に基準電圧を出力するようにプログラムされている、請求項７記載の流量計。
【請求項９】
前記電力調整回路（７０）は更に、前記調整回路と前記負荷（５０）との間に、前記負荷電圧を制限するための電圧クランプ（９２）を含んでいる、請求項２記載の流量計。
【請求項１０】
前記電圧クランプ（９２）はツェナーダイオードである、請求項９記載の流量計。
【請求項１１】
前記電力管理サブシステム（６４）は低レベル電力管理部分を含んでいる、請求項１記載の流量計。
【請求項１２】
前記低レベル電力管理部分は少なくとも、前記負荷電圧を第１の設定点電圧と比較して、前記負荷電圧が前記第１の設定点電圧よりも低いときに前記処理装置（５２）に第１の警告信号を出力するように構成されている第１の電圧検出器（１１０）を含んでいる、請求項１１記載の流量計。
【請求項１３】
前記処理装置（５２）は、前記第１の警告信号に応答して第１の電力低減命令セットを開始して、前記負荷電圧を低減するようにプログラムされている、請求項１２記載の流量計。
【請求項１４】
前記低レベル電力管理部分は更に、前記負荷電圧を第２の設定点電圧と比較して、前記負荷電圧が前記第２の設定点電圧よりも低いときに前記処理装置に第２の警告信号を出力するように構成されている第２の電圧検出器（１１２）を含んでいる、請求項１３記載の流量計。
【請求項１５】
前記処理装置（５２）は、前記第２の警告信号に応答して第２の電力低減命令セットを開始して、前記負荷電圧を更に低減するようにプログラムされている、請求項１４記載の流量計。
【請求項１６】
前記電力管理サブシステムは更に高レベル電力管理部分を含んでいる、請求項１１記載の流量計。
【請求項１７】
前記高レベル電力管理部分は、前記負荷の選択されたモジュール（５４，５８，６０，６２）の電力引出し量を測定し、且つ各モジュールの電力引出し量に基づいてモジュールの動作を調整するように一組の規則を実行するように構成されている、請求項１６記載の流量計。
【請求項１８】
更に、前記負荷に接続されたトランスデューサ（５６）を含んでいる請求項１記載の流量計。
【請求項１９】
各トランスデューサは複合圧電素子を含んでいる、請求項１８記載の流量計。
【請求項２０】
前記複合圧電素子は、ポッティング材料を充填したチャンネルによって互いから絶縁分離されたセルの配列を含んでいる、請求項１９記載の流量計。
【請求項２１】
更に、前記ループ電源装置に給電するための１つ以上の蓄電池を含んでいる、請求項１記載の流量計。
【請求項２２】
更に、前記ループ電源装置に給電するための１つ以上の太陽電池を含んでいる、請求項１記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に云えば超音波流量計に関し、具体的に云えば本質的に安全で低電力の超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パイプのような導管内の流体（ガス又は液体）の流量を測定するために超音波流量計システムが使用されている。１つの特定のシステムでは、２つのトランスデューサが導管の外部に互いに対して斜めの角度で配置されている。一方のトランスデューサは上流側トランスデューサであり、また他方は下流側トランスデューサである。導管を通る流体の流量を決定するには、先ず、上流側トランスデューサから下流側トランスデューサへパルスを送信する。次いで、下流側トランスデューサから上流側トランスデューサへパルスを送信する。上流側トランスデューサから下流側トランスデューサへ送信されたパルスの走行時間は、逆方向に送信されたパルスの走行時間よりも短い。そこで、これらの２つのパルスの走行時間の差に基づいて流体流量を決定する（計算する）ことができる。当業者に知られているように、トランスデューサは導管の外部にクランプ（締め付け固定）することができ、或いは導管の壁を通して挿入することができる（例えば、湿式トランスデューサ）。
【特許文献１】米国特許第６６２６０４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
典型的な流量計システムは、トランスデューサと、標準的な電源装置によって給電される電子的制御装置とを含んでいる。制御装置はトランスデューサを制御し、且つトランスデューサによって出力された信号に応答して流量を計算する。設備によっては、例えば、危険な爆発性ガスが存在しているとき、制御装置は防爆型格納装置内に配置しなければならない。電源装置接続部はケーブル導管を必要とし、又は防爆型格納装置への配線のために典型的に必要とされる他の特別な取り扱いを必要とする。現在入手可能な超音波流量計は、トランスデューサ及び全ての流量計電子装置を含む全体を危険区域内に設置することができない。と云うには、それらが、例えば、ＥＮ５００２０又は認可基準等級番号３６１０のような危険区域についての特別な要件を満たしていないからである。
【０００４】
また伝統的な電源装置が利用できない超音波流量計についての使用法がある。現在設計されている流量計制御装置は高レベルの電力を消費し、また現在入手可能な超音波流量計システムは、一般に、時間を延長させるために蓄電池又は太陽エネルギ型電源装置のような代替エネルギ源によって給電することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による流量計は低電力で動作し且つ本質的に安全であり、このため制御装置を囲む防爆型格納装置を必要とせずに危険区域内に使用することが可能である。更に、伝統的な電源が利用できないとき制御装置に給電するために蓄電池又は太陽電池を使用することが可能である。独自の回路によって調整される４〜２０ｍＡの電流のループ電源装置によって流量計に給電するようにすることによって、また独自の電力管理サブシステムを含むことによって、且つ高効率のトランスデューサを使用することによって、本発明の流量計は、制御装置を囲む防爆型格納装置を必要とせずに危険区域内に使用することができ、及び／又は、蓄電池、太陽電池、或いはその他の種類の低電力電源装置によって給電することができるので伝統的な電源装置が利用できないような状況でも使用することができる。
【０００６】
本発明は、電源装置電圧を供給するループ電源装置と、負荷電圧によって給電される負荷であって、少なくとも、流量を計算する処理装置、超音波トランスデューサ電力回路及び超音波トランスデューサ受信回路を含む負荷とを有している流量計を特徴とする。電力調整回路が、ループ電源装置と負荷との間に配置される。好ましい電力調整回路は、電源装置電圧に応動して、制御信号に応じて負荷電圧を変える電力変換器と、該変換器と負荷との間に配置されて、負荷によって必要とされないときは電力を蓄積し且つ負荷によって必要とされるときは電力を送り出す安全蓄電装置と、負荷によるループ電源装置の設定に基づいて変換器に制御信号を供給する制御サブシステムとを含む。また、負荷電圧を検出して、少なくとも１つの所定の設定点で負荷の電力消費を低減するように構成される電力管理サブシステムを含むことができる。
【０００７】
典型的には、ループ電源装置は４〜２０ｍＡのループ電源装置であり、電力変換器はスイッチング式電力変換器であり、安全蓄電装置は１００μＦ未満の値を持つコンデンサである。
【０００８】
制御サブシステムは、ループ電源装置に接続された１つの入力と基準電圧に接続された別の入力とを持つ制御増幅器を含むことができる。このとき、処理装置は、流量に基づいて制御増幅器に基準電圧を出力するようにプログラムされている。電力調整回路は更に、負荷電圧を制限するために調整回路と負荷との間にツェナーダイオードのような電圧クランプを含むことができる。
【０００９】
電力管理サブシステムは、負荷の選択されたモジュールの電力引出し量を測定し、且つ各モジュールの電力引出し量に基づいてモジュールの動作を調整するための一組の規則を実行するように構成されている高レベル電力管理部分を含むことができる。
【００１０】
電力管理サブシステムは更に、低レベル電力管理部分を含むことができ、該低レベル電力管理部分は、少なくとも、負荷電圧を第１の設定点電圧と比較して、負荷電圧が第１の設定点電圧よりも低いときに処理装置に第１の警告信号を出力するように構成されている第１の電圧検出器を含む。処理装置は、第１の警告信号に応答して第１の電力低減命令セットを開始して、負荷電力消費を低減するようにプログラムされる。低レベル電力管理部分は更に、負荷電圧を第２の設定点電圧と比較して、負荷電圧が第２の設定点電圧よりも低いときに処理装置に第２の警告信号を出力するように構成されている第２の電圧検出器を含むことができる。このとき、処理装置は、第２の警告信号に応答して第２の電力低減命令セットを開始して、負荷電圧を更に低減するようにプログラムされている。
【００１１】
トランスデューサは、典型的には、負荷に接続されており、また複合圧電素子を含むことができる。圧電素子は、ポッティング材料を充填したチャンネルによって互いから絶縁分離されたセルの配列を有する。１つ以上の蓄電池によりループ電源装置に給電することができる。この代わりに、１つ以上の太陽電池によりループ電源装置に給電することができる。
【００１２】
本発明による流量計は、電源装置電圧を供給するループ電源装置と、負荷電圧によって給電される負荷であって、少なくとも、流量を計算する処理装置、超音波トランスデューサ電力回路及び超音波トランスデューサ受信回路を含む負荷と、ループ電源装置と負荷との間に配置された電力調整回路と、負荷電圧を検出して、１つ以上の所定の設定点で負荷の電力消費を低減するように構成されている電力管理サブシステムと、を含むことができる。好ましくは、電力調整回路は、電源装置電圧に応動して、制御信号に応じて負荷電圧を変える電力変換器と、該電力変換器と負荷との間に配置されて、負荷によって必要とされないときは電力を蓄積し且つ負荷によって必要とされるときは電力を送り出す安全蓄電装置と、負荷によるループ電源装置の設定に基づいて変換器に制御信号を供給する制御サブシステムと、を含む。
【００１３】
本発明による流量計は、電源装置電圧を供給するループ電源装置と、負荷電圧によって給電される負荷であって、少なくとも、流量を計算する処理装置、超音波トランスデューサ電力回路及び超音波トランスデューサ受信回路を含む負荷と、ループ電源装置と負荷との間に配置された電力調整回路と、を含むことができる。電力調整回路は、典型的には、電源装置電圧に応動して、制御信号に応じて負荷電圧を変える電力変換器と、該電力変換器と負荷との間に配置されて、負荷によって必要とされないときは電力を蓄積し且つ負荷によって必要とされるときは電力を送り出す安全蓄電装置と、負荷によるループ電源装置の設定に基づいて変換器に制御信号を供給する制御サブシステムと、を含む。
【００１４】
ループ電源装置と負荷電圧によって給電される負荷との間の電力を調整するための本発明による一方法は、制御信号に応答して負荷電圧を変える段階と、負荷にとって必要とされないときに電力を蓄積する段階と、負荷に給電する必要があるときに負荷に電力を送り出す段階と、ループ電源装置の設定に基づいて制御信号を調節する段階と、負荷電圧を検出する段階と、１つ以上の所定の設定点で負荷の電力消費を低減する段階と、を含む。
【００１５】
ループ電源装置は典型的には４〜２０ｍＡのループ電源装置である。制御信号を調節する段階は、典型的には、ループ電源装置を基準電圧と比較することを含む。基準電圧レベルは、典型的には、流量に基づいて定められる。本方法は更に、負荷電圧を所定の限界にクランプする段階を含むことができる。
【００１６】
電力消費を低減する段階は、負荷電圧を第１の設定点電圧と比較し、負荷電圧が第１の設定点電圧よりも低いときに第１の警告信号を出力し、次いで第１の警告信号に応答して第１の電力低減命令セットを開始して、負荷電力消費を低減することを含むことができる。負荷電圧を低減する段階は更に、負荷電圧を第２の設定点電圧と比較し、負荷電圧が第２の設定点電圧よりも低いときに第２の警告信号を出力し、次いで第２の警告信号に応答して第２の電力低減命令セットを開始して、負荷電力消費を更に低減することを含むことができる。負荷電力消費を低減する段階はまた、負荷の選択されたモジュールの電力引出し量を測定し、次いで各モジュールの電力引出し量に基づいてモジュールの動作を調整するための一組の規則を実行することを含むことができる。
【００１７】
他の目的、特徴及び利点は、以下の説明及び添付の図面から当業者に明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に開示する具体例又は実施形態とは別に、本発明は他の実施形態も可能であり、また様々なやり方で実施し又は実行することが可能である。従って、本発明がその用途において以下に述べる又は図面に例示する構成の細部及び構成要素の配置に制限されないことを理解されたい。
【００１９】
図１に示される１つの典型的な従来技術の流量計１０は、上流側超音波トランスデューサ１２及び下流側超音波トランスデューサ１４を含む。超音波トランスデューサ１２及び１４はクランプ・オン・トランスデューサ又は湿式トランスデューサであってよく、また導管１６の同じ側に配置することができ、或いは導管１６の互いに反対の側に配置することができる。トランスデューサ１２は導管１６内の流れ（液体又は気体）を通ってトランスデューサ１４で受け取られるように信号を送信し、またトランスデューサ１４は導管１６内の流れを通ってトランスデューサ１２で受け取られるように信号を送信する。前に背景技術の項で述べたように、結果として導管１６内の流量が求められるように流量計１８によって２つの信号の間の走行時間の差を計算する。図示のように、流量計１８は電源装置２０によって給電される。
【００２０】
図２に示されるように、流量計１８が危険区域３０内で使用されるとき、電源装置２０は安全区域３２内に配置して、ケーブル導管３４を介して流量計１８に接続しなければならない。その上、流量計１８の電子的及び電気的構成要素によって熱が発生され且つ危険区域３０内の爆発性ガスが火花点火される恐れがあるので、流量計１８は適当な安全格納装置３６内に収容しなければならない。
【００２１】
前に背景技術の項で述べたように、現在入手可能な超音波流量計は、危険区域３０内に配置される電気的又は電子的装置についての典型的な危険区域固有の安全規格を満足していない。と云うのは、防爆型格納装置内に収容しないと、流量計の電子装置全体を危険区域内に設置することができないからである。
【００２２】
図３に示す、本発明の好ましい実施形態による流量計４０は、電源装置電圧ＶＰＳを供給するループ電源装置４２を含む。典型的には、ループ電源装置４２は、電源装置４６によって給電される制御装置４４の一部である。電源装置４６は通常の電源装置とすることができるが、本発明の流量計の低電力要件に起因して１つの蓄電池又は一組の蓄電池、或いは太陽エネルギ（太陽電池）型電源装置であってもよい。他の低電力源を使用することもできる。場合によっては、電源装置４６が電力調整回路７０に直接給電することができ、電源装置４２は使用しない。
【００２３】
一般に、二線式で４〜２０ｍＡのループ電源装置４２を使用することに起因して、本発明の流量計は５０〜６０ｍＷ未満の電力を費やすが、該電力はごく通常の流量計のものより２０分の１である。その結果は、通常の電源装置が利用できないときに使用することのできる流量計であり、また本質的に安全であり、且つ流量計の全ての電気的及び電子的構成要素が危険区域についての典型的な規格の要件を満たすので防爆型格納装置を必要とせずに危険区域内に使用することのできる流量計である。
【００２４】
負荷５０は、前に述べたように（とりわけ）流量を計算する処理装置５２と、トランスデューサ５６を付勢する超音波トランスデューサ電力回路５４と、トランスデューサ５６によって検出された信号を受け取る超音波トランスデューサ受信回路５８と、表示モジュール６０と、信号処理回路６２と、超音波流量計の制御用電子装置に関連すると当業者によって理解されている他の回路及びモジュール（図示せず）と、を代表する。本発明の一実施形態に特有のものは、以下に述べる電力管理サブシステム６４である。
【００２５】
４〜２０ｍＡの電源装置４２は負荷５０と関連して以下のように動作する。最初に構成されるとき、電源装置４２からの４ｍＡの電流引出し量が幾分低い流量、例えば、０ｇｐｍに対して設定され、且つ２０ｍＡの電流引出し量が異なる高い値、例えば、４００ｇｐｍに対して設定される。これらの特別な値は流量計４０の特定の具現化に依存して定められる。次いで、制御装置４４は電源装置４２からの電流引出し量に基づいて導管内の実際の流量を決定する（例えば、１２ｍＡの電流引出し量で２００ｇｐｍの流量を表すことができる）。当業者なら、制御装置４４、負荷５０及び電力調整回路７０を同じ物理的な電子的流量計ユニット４０内に収容してもよいこと、或いは別々にしてもよいことが理解されよう。
【００２６】
本発明の電力調整回路７０は電源装置４２と負荷５０との間に接続される。好ましい実施形態では、図４に示されるように、電力調整回路７０は電力変換器８０を含み、電力変換器８０は、ループ電源装置４２によって出力された電源装置電圧ＶＰＳに応動して、制御信号ＶＣ  に応じて負荷５０に供給される負荷電圧ＶＬ  を変える。変換器８０と負荷５０との間にあるコンデンサ８２（例えば、９０μＦ）のような危険区域安全蓄電装置が、負荷５０によって必要とされないときに電力を蓄積し且つ必要とされるときに負荷５０へ電力を送り出す。制御サブシステム８４が、負荷５０によるループ電源装置の現在の設定に基づいて変換器８０に制御信号ＶＣ  を供給する。好ましい実施形態では、制御サブシステム８４は、ループ電源装置４２に接続された１つの入力８８と基準電圧Ｖｒｅｆ  に接続された入力９０とを持つ制御増幅器８６（例えば、Analog Devices, Inc.社の部品番号ＡＤ８５４１）を含む。負荷５０の処理装置（図３の５２）は、計算された流量に基づいて増幅器８６に対して基準電圧Ｖｒｅｆ  を出力するようにプログラムされており、これにより増幅器８６が、変換器８０に入力される適切な制御信号ＶＣ  を発生し、次いで変換器８０がこの制御信号に応答しては負荷電圧ＶＬ  を調節する。
【００２７】
このようにして、例えば、処理装置により流量が４００ｇｐｍであると決定するとき、ループ電源装置４２で２０ｍＡが要求され、これに対応してＶｒｅｆ  が設定される。制御増幅器８６はＶｒｅｆ  に応答して、変換器８０がコンデンサ８２に印加される電力を増大させ且つ同時にループ電流を２０ｍＡへ増大させるように、ＶＣ  を適切な値に設定する。
【００２８】
また、例えば、処理装置により流量が２００ｇｐｍであると決定するとき、ループ電源装置４２で１２ｍＡが要求され、これに対応してＶｒｅｆ  が設定される。制御増幅器８６はＶｒｅｆ  に応答して、変換器８０がコンデンサ８２に印加される電力を減少させ且つ同時にループ電流を１２ｍＡへ減少させるように、ＶＣ  を適切な値に設定する。
【００２９】
電力調整回路７０についてのこの新規な設計は、本質的に安全な設計を提供すると共に、負荷５０の計器用電子装置に給電するために使用される入力電力を効率よく供給し且つ調整する。本回路は過剰な入力電力（利用可能であるが計器用電子装置によって利用されない電力）をコンデンサ８２に自動的に蓄積させ、コンデンサ８２は、電力調整回路７０と共に、計器用電子装置の電力消費が瞬時入力電力を越えた過渡的な時間にわたって貯蔵装置を構成する。回路７０はまた電源装置４２のループ電流を厳密に制御する。
【００３０】
変換器８０と負荷５０との間のツェナーダイオード電圧クランプ９２が負荷電圧ＶＬ  を制限し、また危険な環境についての安全限界（図５の線１００）内にあるコンデンサ８２のキャパシタンス値を定めるためにクランプ電圧レベル（図５）を設定することによってコンデンサ８２のキャパシタンス値を最大にする。
【００３１】
好ましい実施形態では、図３に示す流量計４０はまた電力管理サブシステム６４を含み、電力管理サブシステム６４は、負荷電圧ＶＬ  を検出し且つ少なくとも１つの所定の設定点で負荷５０の電力消費（例えば、ＶＬ  ）を低減して、負荷の電子サブシステムを動作状態に保つために充分な電力が常に利用可能であることを保証するように構成されている。一例では、電力管理サブシステムは高レベル電力管理部分及び低レベル電力管理部分の両方を含む。
【００３２】
低レベル電力管理部分の好ましい実施形態では、図６に示すように電圧検出器１１０が、（図７に処理段階１３０〜１３２で示されるように）負荷電圧ＶＬ  を第１の設定点電圧Ｖｒｅｆ１と比較して、負荷電圧ＶＬ  が設定点電圧基準Ｖｒｅｆ１よりも低いときに処理装置５２（図６）へ第１の警告信号Ｓ１  を出力するように構成されている。そこで、処理装置５２は、信号Ｓ１  に応答して第１の電力低減命令セットを開始して（図７の段階１３４）、負荷電力消費を低減するようにプログラムされている。また、図６に示すように電圧検出器１１２が、負荷電圧ＶＬ  を第２の設定点Ｖｒｅｆ２と比較して、負荷電圧ＶＬ  が第２の設定点電圧Ｖｒｅｆ２よりも低いとき（図７の段階１３６）に処理装置５２へ第２の警告信号Ｓ２  を出力するように構成されている。そこで、処理装置５２（図６）は、第２の警告信号Ｓ２  に応答して第２の電力低減命令セットを開始して（図７の段階１３８）、負荷電力消費を更に低減するようにプログラムされている。
【００３３】
一例では、電圧検出器１１０（図６）はＭＡＸ６３８０ＸＲ４４であって、Ｖｒｅｆ１は４．４ボルトであり、他方、電圧検出器１１２はＭＡＸ６３８０ＸＲ３８であって、Ｖｒｅｆ２は３．８である。従って、ＶＬ  が４．４ボルトよりも低いとき、処理装置５２は、検出器１１０によって出力された中断信号Ｓ１  に応答して、送信回路５４（図３）によって送信された超音波パルス相互の間の間隔を長くして、ＶＬ  が再び４．４ボルトを越えるまで電力を節約することができる。また、ＶＬ  が３．４ボルトよりも低いとき、処理装置５２は、検出器１１２によって出力された中断信号Ｓ２  に応答して、それ自身を停止させると共に、所定の時間にわたって負荷５０の他のモジュールを停止させる作用を開始し、もって電力を節約し且つ何らメモリ・データが失われないように保証することができる。しかしながら、これらの電力低減命令は模範例にすぎず、流量計毎に、また設備毎に変えることができる。
【００３４】
電力管理サブシステム６４（図３）の高レベル電力管理部分は、典型的には、処理装置５２によって実行されるコードで具現化され、従って、図６に示すように処理装置５２は、（図７の段階１４０で示されるように）負荷の選択されたモジュール５４、５８、６０及び６２（そして多分、他のもの）の電力引出し量を測定して、利用可能なシステム電力を計算し（段階１４１）、且つ電力引出し量に基づいて様々なモジュールの動作を調整するように一組の規則を実行する（図７の段階１４２）ように構成されている。再び、この一組の規則は異なる流量計モジュールの間で変えることができるが、処理装置は任意の所与の時間に利用可能である最大電力を計算し続け、また送信回路５４（図３）によって発生された相次ぐ超音波パルス間の時間間隔を長くし又は短くし、信号処理モジュール６２を停止又は減速させ、又は電力を保存するための同様な行為を取ることができる。
【００３５】
２つのレベルの電力管理により、流量計は広範な入力電力で動作することが可能になる。高レベル電力管理はマイクロ制御装置５２（図３）を利用して、モジュール電力を動的に測定し且つ入力電力を動的に測定して、様々なモジュール動作時間の「スケジュール」を定める。制御装置５３は各モジュールについて動作電力を動的に測定する（図７の段階１４０）。次に、入力電圧を測定し且つループ電流を計算することによって利用可能な全電力を決定する（段階１４１）。利用可能な全電力と全モジュール動作電力との差に基づいて、制御装置５３はマイクロ制御装置が動作するために残されている電力量を決定する。次いで、マイクロ制御装置はこの残っている電力に基づいてデューティサイクルが定められる。
【００３６】
相対的に低レベルの電力管理は電圧比較器を利用して、負荷電圧が或る特定の基準点以下に低下したときに「フラグ（警告信号）」を出力する。これらのフラグは規則的な間隔で連続的に監視される。相対的に低レベルの電力管理部分は、メータが高レベル電力管理部分において対処されない動的な状態（すなわち、負荷の過渡状態、電力計算及びモジュール電力測定におけるエラー）の下で連続的に動作することを可能にする。
【００３７】
ほぼ４．４ボルトの第１の設定点は、負荷電圧がこの設定点を超えるまで、マイクロ制御装置５３に作用して負荷電力消費を低減させる。この設定点は、メータの動作停止を生じさせることなく、システムがより低い電力で増大した応答時間を達成することを可能にする。それはまた、電力計算に余裕を与える。ほぼ３．８ボルトの第２の設定点は、マイクロ制御装置を直ちに遮断し、これによりデータを持続性メモリに保存させる。
【００３８】
図８では、データ更新レートがＸ軸であり、電力消費がＹ軸である。本発明の電力管理サブシステムは、線２００で示すように、更新レートを、任意の所与の時点で利用可能である電力に基づいて調節する。これに対し、従来の流量計は、常に充分に大きい電力を引き出すことができたので、一定の高レベルの更新レートで作動されている。
【００３９】
流量計４０を動作させるのに必要な電力を更に低減するために、トランスデューサ５６は好ましくは、引用によって本書に取り入れる米国特許第６６２６０４９号に述べられているような非常に効率の良い複合圧電作動器を含む。このような複合トランスデューサはより高い信号対ノイズ比を生じ、且つトランスデューサ励起電圧を低下させて、本発明の超音波流量計の動作中に引き出される電力量をかなり低減することを可能にする。
【００４０】
本発明の特定の特徴を幾つかの図面に示し、他の図面には示していないが、これは単に便宜のためであり、各特徴は本発明に従って他の特徴の任意のもの又は全てと組み合わせることができる。本書で用いる用語「含む」、「有する」、「持つ」及び「備える」は広義に且つ包括的に解釈すべきであり、どのような物理的な相互接続に制限されるものではない。更に、本願で開示したどの実施形態も唯一つの可能な実施形態であると考えるべきではない。
【００４１】
当業者には、特許請求の範囲内にある他の実施形態が考えられよう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】典型的な超音波流量計システムの設備の概略図である。
【図２】危険区域内に設置された流量計システムを示すブロック図である。
【図３】本発明による一例の超音波流量計に関連した主要な構成要素を示すブロック図である。
【図４】図３の電力調整回路の一実施形態の回路図である。
【図５】図４の電力調整回路のツェナーダイオードのクランプ電圧が本発明に従って設定される方法を示すグラフである。
【図６】図３に示した流量計のための一例の低レベル電力管理サブシステムの一部分の回路図である。
【図７】図３の電力管理モジュールの高レベル電力管理及び低レベル電力管理部分の両方に関連した主要な段階を示す流れ図である。
【図８】本発明の超音波流量計について電力消費の特徴に基づいて可変のデータ更新レートを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１２  上流側超音波トランスデューサ
１４  下流側超音波トランスデューサ
１６  導管
３４  ケーブル導管
４０  流量計
４６  電源装置
５２  処理装置
７０  電力調整回路
８２  コンデンサ
８４  制御サブシステム
８６  制御増幅器
８８、９０  入力
９２  ツェナーダイオード電圧クランプ
１００：  安全限界
１１０、１１２  電圧検出器
【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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【国際調査報告】
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