(57)【要約】【課題】容易に経年変化の発生を評価できる装置およびシステムを提供するものである。った。【解決手段】流路１１に配置した第１の超音波振動子１２および第２の超音波振動子１３と、第１と第２の超音波振動子の間で授受される伝搬時間を計測する時間計測手段１６と、時間計測手段の計測値に基づいて流量を算出する流量演算手段１７と、時間計測手段１６および流量演算手段１７を制御する制御手段２０を備え、時間計測手段１６は、第１の超音波振動子１２と第２の超音波振動子１３の出力電圧波形を計測し、制御手段２０は、時間計測手段１６の出力する出力電圧波形データを保持し、所定期間経過後の時間計測手段１６からの出力電圧波形データと比較する。【選択図】図１
2015203581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体計測部に超音波を送信し他方で受信するように配置した第１の超音波振動子および第２の超音波振動子と、前記第１と第２の超音波振動子の間で授受される伝搬時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段の計測値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記時間計測手段を制御する制御手段を備え、
前記時間計測手段は、前記第１の超音波振動子と前記第２の超音波振動子の少なくとも一方の出力電圧波形を計測し、
前記制御手段は、前記時間計測手段の出力する出力電圧波形データを保持し、所定期間経過後の前記時間計測手段からの出力電圧波形データと比較することを特徴とする超音波式流量計測装置。
【請求項２】
前記出力電圧波形データは、出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータであることを特徴とする請求項１記載の超音波式流量計測装置。
【請求項３】
流体計測部に超音波を送信し他方で受信するように配置した第１の超音波振動子および第２の超音波振動子と、前記第１と第２の超音波振動子の間で授受される伝搬時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段の計測値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記時間計測手段を制御する制御手段と、送信手段とを備え、前記第１の超音波振動子と前記第２の超音波振動子の少なくとも一方の出力電圧波形を計測して前記送信手段から送信する複数の超音波式流量計測装置と、
前記超音波式流量計測装置からの送信信号を受信する受信装置と、受信した出力電圧波形データを保存する記憶装置と、所定期間経過後に前記超音波式流量計測装置から受信した出力電圧波形データと前記記憶装置に保存した出力電圧波形データを比較する評価解析装置とを備えた集積装置と、を備えたことを特徴とする経年変化評価システム。
【請求項４】
前記出力電圧波形データは、出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータであることを特徴とする請求項１記載の経年変化評価システム。
【請求項５】
前記超音波式流量計測装置は、個々に付与された識別コードを出力電圧波形データとともに出力することを特徴とする請求項３または４に記載の経年変化評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動子を用いて流体の流量や流速の計測を行う超音波式流量計測装置および経年変化評価システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の超音波式流量計測装置として、例えば、特許文献１に示されるものが知られている。従来の超音波式流量計測装置は、図４に示すように、制御部６からのスタート信号によって、発振回路３が周波数コントロール手段４によって設定した動作周波数により一定時間発振し、第１の超音波振動子２を駆動する。第１の超音波振動子２から発せられた超音波は、被測定流体中を伝搬し、第２の超音波振動子７によって検出される。検出された受信信号を、比較器９において基準電圧８と比較し、基準電圧８と受信信号との電圧の関係が反転したときにストップ信号をタイマー５に送り、タイマー５をストップさせる。
【０００３】
逆に第２の超音波振動子７を駆動し、第２の超音波振動子７の超音波を第１の超音波振動子２により受信し、それぞれの受信時間に基づいて流体の流量や流速を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３０４１３８号公報
【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、前記従来の超音波式流量計測装置では、第１、第２の超音波振動子２、７や、流路等の経年変化によって計測誤差等の異常を生じる場合がある。ガスメータ等に適用した超音波式流量計測装置に経年変化による計測誤差が生じた場合には、正しい計測値を得られず、また使用者が専門知識を持っていないため、各家庭で誤差等の異常を認識できない課題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、経年変化の発生を評価できる超音波式流量計測装置および経年変化評価システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波式流量計測装置は、流体計測部に超音波を送信し他方で受信するように配置した第１の超音波振動子および第２の超音波振動子と、前記第１と第２の超音波振動子の間で授受される伝搬時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段の計測値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記時間計測手段を制御する制御手段を備え、前記時間計測手段は、前記第１の超音波振動子と前記第２の超音波振動子の少なくとも一方の出力電圧波形を計測し、前記制御手段は、前記時間計測手段の出力する出力電圧波形データを保持し、所定期間経過後の前記時間計測手段からの出力電圧波形データと比較するものである。
【０００８】
また、本発明の経年変化評価システムは、流体計測部に超音波を送信し他方で受信するように配置した第１の超音波振動子および第２の超音波振動子と、前記第１と第２の超音波振動子の間で授受される伝搬時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段の計測値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記時間計測手段を制御する制御手段と、送信手段とを備え、前記第１の超音波振動子と前記第２の超音波振動子の少なくとも一方
の出力電圧波形を計測して前記送信手段から送信する複数の超音波式流量計測装置と、
前記超音波式流量計測装置からの送信信号を受信する受信装置と、受信した出力電圧波形データを保存する記憶装置と、所定期間経過後に前記超音波式流量計測装置から受信した出力電圧波形データと前記記憶装置に保存した出力電圧波形データを比較する評価解析装置とを備えた集積装置と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の超音波式流量計測装置によれば、配管から取り外すことなく、超音波振動子の計測精度を評価することができるので、経年変化による劣化等の評価を容易に行うことができ、取り外し作業や、運搬作業等を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態におけるブロック図
【図２】同超音波振動子の電気出力波形を示す図
【図３】同超音波振動子の電気出力波形を変換した波形を図
【図４】従来の超音波式流用計測装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明による超音波式流量計測装置は、流体計測部に超音波を送信し他方で受信するように配置した第１の超音波振動子および第２の超音波振動子と、前記第１と第２の超音波振動子の間で授受される伝搬時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段の計測値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記時間計測手段を制御する制御手段を備え、前記時間計測手段は、前記第１の超音波振動子と前記第２の超音波振動子の少なくとも一方の出力電圧波形を計測し、前記制御手段は、前記時間計測手段の出力する出力電圧波形データを保持し、所定期間経過後の前記時間計測手段からの出力電圧波形データと比較するものである。
【００１２】
設置時に保存した出力電圧波形データと、所定期間経過後（例えば８年後）の経年変化検査時に測定した出力電圧波形データとを比較し、波形形状の差により超音波振動子の感度の劣化の有無を検証することができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明の超音波式流量計測装置において、出力電圧波形データは、出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータとするものである。
【００１４】
出力電圧波形データを出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータとすることにより、データ容量を低減することができ、記憶容量を減少させることができる。
【００１５】
第３の発明による経年変化評価システムは、流体計測部に超音波を送信し他方で受信するように配置した第１の超音波振動子および第２の超音波振動子と、前記第１と第２の超音波振動子の間で授受される伝搬時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段の計測値に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記時間計測手段を制御する制御手段と、送信手段とを備え、前記第１の超音波振動子と前記第２の超音波振動子の少なくとも一方の出力電圧波形を計測して前記送信手段から送信する複数の超音波式流量計測装置と、前記超音波式流量計測装置からの送信信号を受信する受信装置と、受信した出力電圧波形データを保存する記憶装置と、所定期間経過後に前記超音波式流量計測装置から受信した出力電圧波形データと前記記憶装置に保存した出力電圧波形データを比較する評価解析装置とを備えた集積装置と、を備えたものである。
【００１６】
設置時に保存した出力電圧波形データと、所定期間経過後（例えば８年後）の経年変化検査時に測定した出力電圧波形データとを比較し、波形形状の差により超音波振動子の感
度の劣化の有無を検証することができる。
【００１７】
この評価は、集積装置にて行うので、個々の超音波式流量計測装置の機能を削減することが可能となる。
【００１８】
第４の発明は、第３の発明の経年変化評価システムにおいて、出力電圧波形データは、出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータとするものである。
【００１９】
出力電圧波形データを出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータとすることにより、データ容量を低減することができ、記憶容量を減少させることができる。
【００２０】
第５の発明は、第３または第４の発明の経年変化評価システムにおいて、前記超音波式流量計測装置は、個々に付与された識別コードを出力電圧波形データとともに出力するものである。
【００２１】
超音波式流量計測装置が個々に付与された識別コードを出力電圧波形データとともに出力するので、経年変化が発生した装置を容易に特定することが可能となる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態に係る超音波式流量計測装置について、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態１における経年変化評価システムの構成図である。
【００２４】
図１において、各家庭のそれぞれに設置されたガスメータ２２は、それぞれデータを送信するための送受信装置２３を有している。送受信装置２３からの信号は、送信アンテナ２４を介して無線信号として出力される。
【００２５】
集積装置であるデータ収集センター２８には、送受信装置２６が設けられており、送受信装置２６に記憶装置２５および解析評価装置２７が接続されている。
【００２６】
各家庭のそれぞれに設置されたガスメータ２２、およびデータ収集センター２８の送受信装置２６、記憶装置２５、解析評価装置２７により、経年変化評価システムが構築される。
【００２７】
次に、本実施の形態のガスメータ２２を以下に説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態におけるガスメータ２２の概略構成を示す。図２は、同超音波振動子の電気出力波形を示す図である。図３は、同超音波振動子の電気出力波形を変換した波形を示す図である。
【００２９】
図１において、流路１１の上流側と下流側とに第１の超音波振動子１２、第２の超音波振動子１３を設けている。流路１１内の白抜き矢印が流体の流れ方向を示し、超音波の伝播路（破線）とは角度を有して交叉している。そして、第１の超音波振動子１２または第２の超音波振動子１３を駆動する送信手段１４、第１の超音波振動子１２または第２の超音波振動子１３からの超音波信号を受信する受信手段１５、超音波信号の送受信の伝播時間を計時する時間計測手段１６、時間計測手段１６により計測した伝播時間から流体の流速を計測し、該流速から体積流量を算出する流量演算手段１７、時間計測手段１６における時間計測のための基準クロックを発生する発振回路１８を有している。
【００３０】
そして、制御手段２０からのスタート信号により、送信手段１４から送信信号が切換手
段１９を介して上流側の第１の超音波振動子１２に伝達され、超音波が流路１１内に送信され、下流側の第２の超音波振動子１３で受信される。受信された超音波信号は、切換手段１９を介して受信手段１５に伝達される。この時、時間計測手段１６において送信から受信までの時間が計測される。
【００３１】
次に、送信手段１４から送信信号が切換手段１９を介して下流側の第２の超音波振動子１３に伝達され、超音波が流路１１内に送信され、上流側の第１の超音波振動子１２で受信される。受信された超音波信号は切換手段１９を介して受信手段１５に伝達される。この時、時間計測手段１６において送信から受信までの時間が計測される。
【００３２】
ここで、第１の超音波振動子１２、第２の超音波振動子１３間の有効距離をＬ、流体の流速をＶ、流体中を伝播する超音波の音速をＣ、流体の流れ方向と超音波の伝播方向の交差角をθとすると、上流側の第１の超音波振動子１２から下流側の第２の超音波振動子１３への超音波の伝播時間Ｔａおよび下流側の第２の超音波振動子１３から上流側の第１の超音波振動子１２への超音波伝播時間Ｔｂは、以下のように示される。
Ｔａ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）
Ｔｂ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）
これより、
Ｃ＋Ｖｃｏｓθ＝Ｌ／Ｔａ
Ｃ−Ｖｃｏｓθ＝Ｌ／Ｔｂ
よって、２×Ｃ＝Ｌ（１／Ｔａ＋１／Ｔｂ）
これより、超音波の音速は、上記２式を足し算し、
Ｃ＝（Ｌ／２）×（１／Ｔａ＋１／Ｔｂ）となる。
【００３３】
また、流体の流速Ｖは、上記２式を引き算し、
２×Ｖｃｏｓ（θ）＝Ｌ（１／Ｔａ−１／Ｔｂ）となる。
【００３４】
これより、流体の流速Ｖは、
Ｖ＝Ｌ／２×ｃｏｓθ×（１／Ｔａ−１／Ｔｂ）と演算される。
【００３５】
ここで、超音波送受信器間の有効距離Ｌおよび交差角θは、予め決められた定数であるから、超音波の伝播時間ＴａおよびＴｂを時間計測手段１６で計測することにより、流体の流速Ｖが得られる。また、予め決められた流路１１の断面積を乗算することにより、流体の流量Ｑが演算される。以上の演算処理は流量演算手段１７で行われる。
【００３６】
図２に、第１の超音波振動子１２、第２の超音波振動子１３で送信、受信される信号を示す。正弦波状の受信信号は、第１の超音波振動子１２あるいは第２の超音波振動子１３で受信され、増幅された受信信号を示す。
【００３７】
図２に示すように、伝播してきた超音波が第１の超音波振動子１２或いは第２の超音波振動子１３によって受信される時刻は、受信信号の先頭である。そして、受信信号の最初の電圧波形のピーク値の電圧をＶ１とし、ピーク値Ｖ１の後の立下り時点を時間ｔ１とする。２番目の電圧波形のピーク値の電圧をＶ２とし、ピーク値Ｖ２の後の立下り時点の時間をｔ２とする。以降、３番目、４番目の電圧波形のピーク値の電圧をＶ３、Ｖ４とし、立下り時点の時間をｔ３、ｔ４とする。図２には、電圧波形のピーク値の電圧と立下り時点の時間をそれぞれＶ４とｔ４までしか記載していないが、電圧以降の波形のピーク値の電圧と立下り時点の時間も出力値とする。
【００３８】
なお、時間は、第１の超音波振動子１２あるいは第２の超音波振動子１３に送信信号が印加されたときからの経過時間を示している。
【００３９】
図２に示す実線は、ガスメータ２２の設置時の出力電圧波形であり、ガスメータ２２設置時の出力電圧波形データが制御手段２０に出力される。制御手段２０は、図３に実線にて示す、出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータを記憶する。ピーク値の電圧と時間からなるデータを記憶するので、出力波形データすべてを記憶する構成に比較して、記憶容量を低減することが可能となる。第１の超音波振動子１２および第２の超音波振動子１３のいずれにも劣化が発生する可能性があるため、第１の超音波振動子１２が出力したデータと第２の超音波振動子１３が出力したデータとが別々に保存される。
【００４０】
次に、ガスメータ２２の設置から所定期間経過後、所定期間は、第１の超音波振動子１２、第２の超音波振動子１３、あるいは流路１１に経年劣化が発生している可能性が生じる期間経過であり、例えば、８年経過後に第１の超音波振動子１２あるいは第２の超音波振動子１３で受信され、増幅された受信信号を制御手段２０に出力する。所定期間経過後の出力波形を、図２に破線にて示している。
【００４１】
所定時間経過後の出力電圧波形は、ガスメータ２２設置時の出力電圧波形に対して、ピーク値の電圧が高くなっている。制御手段２０は、上述した設置時と同様に、図２に破線にて示す所定時間経過後の出力電圧波形を、出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータに変換する。図３に破線にて示す出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータが所定時間経過後の出力電圧波形を変換したものであり、制御手段２０は、このデータを記憶していた設置時のデータと比較し、評価する。この評価は、第１の超音波振動子１２と第２の超音波振動子１３の両方に対して行う。
【００４２】
制御手段２０は、ピーク値の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４・・・および時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４・・・をそれぞれ比較し、差が所定範囲を超えていた場合には、経年劣化が発生していると判断する。
【００４３】
差が所定範囲を超えていない場合には、さらに一定期間経過後、例えば、１年後に再度第１の超音波振動子１２あるいは第２の超音波振動子１３で受信され、増幅された受信信号を制御手段２０に出力し、制御手段２０は、出力電圧波形を図２に破線にて示すピーク値と時間からなるデータに変換し、変換したデータを、記憶していた設置時のデータと比較し、評価する。以降、経年変化が発生していると判断されるまで一定期間ごとに評価を繰り返す。
【００４４】
制御手段２０は、経年変化が発生したと判断した場合には、送受信回路２３から送信アンテナ２４を介してデータ収集センター２８に警報を出力するとともに、ガスメータ２２の表示手段に警報を表示する。ガスメータ２２からデータ収集センター２８に送信されるデータには、ガスメータ２２の個々に付与された固有の識別コードが含まれている。データ収集センター２８は、識別コードに基づいて経年変化が生じたガスメータ２２を特定して表示し、作業者にガスメータ２２の点検、交換作業を促す。
【００４５】
なお、上述した第１の超音波振動子１２あるいは第２の超音波振動子１３の経年変化の計測は、ガスメータ２２の設置時、設置から所定期間経過後、および一定期間経過後のいずれにおいても、ガスの流量がない時に計測し、評価を行う。同一の計測条件にするためである。
【００４６】
また、本実施の形態においては、ガスメータ２２の制御手段２０にて経年変化の評価を行ったが、データ収集センター２８において経年変化の評価を行うようにしても良い。
【００４７】
即ち、ガスメータ２２は、設置時に第１の超音波振動子１２および第２の超音波振動子
１３で受信され増幅された出力電圧波形データを、出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータに変換し、送受信装置２３から送信アンテナ２４を介して無線信号としてデータ収集センター２８に送信する。データ収集センター２８は、図２に示す出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータを記憶装置２５に記憶する。出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータは、ガスメータ２２それぞれに付与される固有の識別コードと設置日等とともに記憶される。そして、解析評価装置２７がガスメータ２２の設置から所定期間経過後に送信されたデータを、記憶装置２５に記憶していたデータと比較し、経年変化の評価を行う。
【００４８】
データ収集センター２８にて経年変化が発生していると判断すると、経年劣化が発生したガスメータ２２を表示し、作業員にガスメータ２２の点検、交換作業を促す。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、制御手段２０は、出力電圧波形データを、出力電圧波形のピーク値の電圧と時間からなるデータに変換して記憶するよう構成したが、設置時の出力電圧波形データを変換することなく記憶し、経年変化の評価に用いるようにしてもよい。
【００５０】
なお、本実施の形態は、ガスメータに基づいて説明したが、ガスメータに限定するものではなく、流量測定基準器や熱量計または水道メータ等の用途にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかる超音波式流量計測装置は、従来の超音波式流量計測装置に比べてメータを取り外すことなく超音波振動子の経年劣化の有無を評価できるため、流量測定基準器及びガスメータや熱量計または水道メータ等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１１  流路
１２  第１の超音波振動子
１３  第２の超音波振動子
１４  送信手段
１５  受信手段
１６  時間計測手段
１７  流量演算手段
２０  制御手段
２２  ガスメータ
２３  送受信回路
２５  記憶装置
２６  送受信装置
２７  解析評価装置
２８  データ収集センター
【図１】
2015203581.tif 000003
【図２】
2015203581.tif 000004
【図３】
2015203581.tif 000005
【図４】
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