(57)【要約】【課題】簡易かつ安価な構成で液体の流量を高精度に測定すること。【解決手段】本発明の超音波流量計（１）は、被測定液体が流れる測定配管（２１）の上流側及び下流側に、一対の超音波振動子（２２）が対向するように取り付けられた測定器（２）と、一対の超音波振動子間を双方向に伝播する超音波の伝播時間差から液体の流量を演算する演算器（３）とを備え、測定器には、測定器の個性情報が記憶された第一記憶部（２３）が設けられ、演算器には、第一記憶部から個性情報を読み取る読み取り部（３４）と、読み取り部に読み取られた個性情報を記憶する第二記憶部（４７）とが設けられ、演算器と測定器を着脱可能に構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定液体を流す測定配管と、該測定配管の流れ方向の上流側と下流側とに配設された一対の超音波振動子と、を備えた測定器と、
該測定器の一対の該超音波振動子の送・受信を切り替える送・受信切り替え部と、該測定器の一対の該超音波振動子間の双方向に超音波が伝播する伝播所要時間を取得し該測定配管の内部を流れる被測定液体の流量を演算する流量演算部と、を備えた演算器と、から構成され、該測定配管内に流れる被測定液体の流量を測定する超音波流量計であって、
該測定器は、被測定液体の流量を演算するための該測定器の個性情報が記憶された第一記憶部を備え、
該演算器は、該測定器の該第一記憶部から個性情報を読み取る読み取り部と、該読み取り部から読み取った該測定器の個性情報を記憶する第二記憶部とを備え、
該測定器を該演算器に接続する際には、該測定器の該第一記憶部に記憶された個性情報を該演算器の該読み取り部が読み取り該第二記憶部に記憶し、
流量測定をする際には、該第二記憶部の個性情報に基づき該流量演算部により被測定液体の流量を演算すること、を特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
該演算器は複数の該測定器を接続可能に構成され、
複数の該測定器を該演算器に接続する際には、各測定器の該第一記憶部に記憶された個性情報を該演算器の該読み取り部が読み取り、該第二記憶部に各測定器毎に個性情報が記憶され、
複数の該測定器で流量測定をする際には、該第二記憶部の各測定器毎の個性情報に基づき該流量演算部により各測定器毎の被測定液体の流量を演算すること、を特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
該測定器の該第一記憶部は、ＩＣタグ又は２次元バーコードが表示された媒体であり、
該演算器の該読み取り部は、ＩＣタグリーダー又はバーコードリーダーであること、を特徴とする請求項１又は２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、測定対象の流体に超音波を伝播させて、流体の流量を測定する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波流量計として、流路内の測定対象となる被測定液体に超音波を伝播させ、流路の上流方向と下流方向の伝播時の時間差から被測定液体の流量を測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の超音波流量計は、直線状の測定管路の両端側に被測定液体の流入部と流出部を設けて、これら流入部と流出部の外側に一対の超音波振動子を対向させて取り付けて構成される。一対の超音波振動子の送受波が交互に切り替えられて、被測定液体の上流方向と下流方向に伝播する超音波の伝播時間の差から被測定液体の流量が測定される。
【０００３】
また、超音波流量計として、測定配管に流す被測定液体の粘度や液温の違い等を考慮して被測定液体の流量を測定するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の超音波流量計は、測定配管内の超音波の伝播時間から被測定液体の流速又は流量を演算する演算器が、測定配管と一体に構成されている。演算器には、超音波振動子の個体差、被測定液体の粘度や液温の違いによる測定配管についての固有のパラメータ情報（個性情報）が記憶されており、これらの固有のパラメータ情報を使用して精度の高い流量の測定が可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−００７７６３号公報
【特許文献２】特開２００２−０２２５０６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、特許文献２に記載の超音波流量計では、一つの測定配管に対してこの測定配管の固有のパラメータを記憶した演算器が一体に構成されているため、測定配管自体が消耗されて交換を要する場合には同時に演算器も交換する必要があった。このため、超音波流量計の交換時のコストが高くなり、経済的ではないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡易かつ安価な構成で被測定液体の流量を高精度に測定できる超音波流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の超音波流量計は、被測定液体を流す測定配管と、該測定配管の流れ方向の上流側と下流側とに配設された一対の超音波振動子と、を備えた測定器と、該測定器の一対の該超音波振動子の送・受信を切り替える送・受信切り替え部と、該測定器の一対の該超音波振動子間の双方向に超音波が伝播する伝播所要時間を取得し該測定配管の内部を流れる被測定液体の流量を演算する流量演算部と、を備えた演算器と、から構成され、該測定配管内に流れる被測定液体の流量を測定する超音波流量計であって、該測定器は、被測定液体の流量を演算するための該測定器の個性情報が記憶された第一記憶部を備え、該演算器は、該測定器の該第一記憶部から個性情報を読み取る読み取り部と、該読み取り部から読み取った該測定器の個性情報を記憶する第二記憶部とを備え、該測定器を該演算器に接続する際には、該測定器の該第一記憶部に記憶された個性情報を該演算器の該読み取り部が読み取り該第二記憶部に記憶し、流量測定をする際には、該第二記憶部の個性情報に基づき該流量演算部により被測定液体の流量を演算する。
【０００８】
この構成によれば、演算器の読み取り部によって測定器の第一記憶部から測定器の個性情報が読み取られ、演算器の第二記憶部に測定器の個性情報が記憶される。そして、測定器が演算器に接続されることで、演算器によって一対の超音波振動子間を双方向に超音波が伝播する伝播所要時間が取得され、この伝播所要時間と第二記憶部に記憶された測定器の個性情報から被測定液体の流量が精度よく測定される。測定器の第一記憶部に記憶された個性情報を演算器の第二記憶部に読み込むようにしたので、測定器と演算器とをペアで使用する必要がなく、測定器が消耗された場合であっても演算器から測定器だけを取り外して交換することができる。よって、簡易かつ安価な構成で液体の流量を高精度に測定することができる。
【０００９】
また本発明の上記超音波流量計において、該演算器は複数の該測定器を接続可能に構成され、複数の該測定器を該演算器に接続する際には、各測定器の該第一記憶部に記憶された個性情報を該演算器の該読み取り部が読み取り、該第二記憶部に各測定器毎に個性情報が記憶され、複数の該測定器で流量測定をする際には、該第二記憶部の各測定器毎の個性情報に基づき該流量演算部により各測定器毎の被測定液体の流量を演算する。
【００１０】
また本発明の上記超音波流量計において、該測定器の該第一記憶部は、ＩＣタグ又は２次元バーコードが表示された媒体であり、該演算器の該読み取り部は、ＩＣタグリーダー又はバーコードリーダーである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、測定器の第一記憶部に記憶された個性情報を演算器の第二記憶部に読み込むようにしたので、測定器と演算器とを別体に形成することができ、簡易かつ安価な構成で液体の流量を高精度に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態に係る超音波流量計の全体模式図である。
【図２】本実施の形態に係る測定器と演算器の機能ブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る超音波の受信波形図の一例である。
【図４】本実施の形態に係る静水時の超音波の伝播時間と水温との相関図の一例である。
【図５】本実施の形態に係る超音波の伝播時間差と流量の相関図の一例である。
【図６】変形例に係る超音波流量計の全体模式図である。
【図７】変形例に係る測定器と演算器の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照して、本実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る超音波流量計の全体模式図である。図２は、本実施の形態に係る測定器と演算器の機能ブロック図である。なお、超音波流量計は、図１に示す構成に限定されず、超音波流量計から測定器が分離可能に構成されていれば、どのように構成されてもよい。
【００１４】
図１に示すように、超音波流量計１は、測定器２内の被測定液体に超音波を伝播させ、演算器３によって被測定液体の流れと順方向及び逆方向の超音波の伝播時間差に応じて流量を測定している。また、超音波流量計１の測定器２と演算器３がケーブル４を介して接続されており、演算器３によって測定器２における超音波の発信処理が制御されている。このように、超音波流量計１は、測定器２と演算器３とが別体に構成されているため、演算器３から測定器２を取り外して新たな測定器２に交換することが可能になっている。
【００１５】
測定器２は、被測定液体を流す測定配管２１に、一対の超音波振動子２２を配設して構成されている。測定配管２１は、直線状の測定路２５の両端に流入路２６と流出路２７とを連通させて、流入路２６から測定路２５を介して流出路２７に向かう被測定液体の流路を形成している。一対の超音波振動子２２は、測定路２５を挟んで対向するように、測定配管２１の被測定液体の流れ方向の上流側と下流側とに配設されている。一対の超音波振動子２２は、例えば、セラミック製の圧電素子等で形成されており、樹脂製の接着材で測定配管２１の外面に接着されている。
【００１６】
ところで、超音波振動子２２がセラミックの焼結体で形成される場合等には、製造過程で必ず個体差が生じており、個体差による測定誤差（バラツキ）が生じている。同様に、超音波振動子２２が接着剤等で測定配管２１に接着される場合にも、接着剤の材質や厚みバラツキ等によって測定誤差が生じている。このように、測定器２には、製造過程等で必ず固有の測定誤差が生じており、完全に同一品質の測定器２を製造することは難しい。本実施の形態の測定器２には、このような測定器２毎の固有の測定誤差を考慮した個性情報が第一記憶部２３に記憶されている。なお、個性情報については後述する。
【００１７】
演算器３のハウジング３１には、ケーブル４を介して測定器２に接続されるチャネル３２、被測定液体の流量等を表示する表示部３３が形成されている。また、演算器３のハウジング３１には、測定器２の第一記憶部２３が近づけられることで第一記憶部２３から個性情報を読み取る読み取り部３４が形成されている。演算器３に読み取り部３４を設けて測定器２の第一記憶部２３から個性情報を読み取るようにしたことで、測定器２と演算器３とをペアで使用せずに、他の測定器２と共通に演算器３を使用できるようにしている。このような構成により、測定器２と演算器３とを別体にすることが可能になっている。
【００１８】
なお、第一記憶部２３は、測定器２の個性情報を記憶できればよく、ＩＣタグや２次元バーコードが表示された媒体で構成されてもよい。この媒体は、２次元バーコードが印刷されたラベルでもよいし、２次元バーコードが表示されたディスプレイでもよい。読み取り部３４は、第一記憶部２３がＩＣタグの場合にはＩＣタグリーダーであり、第一記憶部２３が２次元バーコードを表示した媒体の場合には２次元バーコードリーダーである。また、第一記憶部２３及び読み取り部３４は、接近型の非接触通信で読み取る構成に限らず、有線接続又は無線接続によって個性情報を読み取る構成でもよい。
【００１９】
図２に示すように、演算器３は、電圧源４１、送・受信切り替え部４２、増幅器４３、ＡＤ演算器４４、流量演算部４５、読み取り部３４、第二記憶部４７を備えている。一対の超音波振動子２２は、送・受信切り替え部４２によって送・受信が切り替え可能になっており、この送・受信切り替え部４２を介して電圧源４１から一対の超音波振動子２２のいずれか一方に交流電圧が印加される。これにより、一方の超音波振動子２２から測定配管２１内に超音波Ｓ１が送出され、測定配管２１内の被測定液体を伝播した超音波Ｓ１が他方の超音波振動子２２で受信されて電圧信号を生じさせる。
【００２０】
また、送・受信切り替え部４２によって一対の超音波振動子２２の送・受信が切り替えられて、送・受信切り替え部４２を介して電圧源４１から一対の超音波振動子２２のいずれか他方に交流電圧が印加される。これにより、他方の超音波振動子２２から測定配管２１内に超音波Ｓ２が送出され、測定配管２１内の被測定液体を伝播した超音波Ｓ２が一方の超音波振動子２２で受信されて電圧信号を生じさせる。このように、超音波振動子２２の送・受信が切り得られることで、被測定液体の流れと順方向及び逆方向の超音波に対応した電圧信号が演算器３に出力される。
【００２１】
超音波振動子２２から出力された電圧信号は、増幅器４３で増幅された後に、ＡＤ演算器４４によってアナログ電圧信号がデジタル電圧信号に変換されて流量演算部４５に出力される。一方で、読み取り部３４によって測定器２の第一記憶部２３から測定器２の個性情報が読み取られると、測定器２の固定情報が第二記憶部４７に記憶される。そして、流量演算部４５では、ＡＤ演算器４４からの電圧信号から一対の超音波振動子２２間の双方向に超音波が伝播する伝播所要時間が取得され、伝播所要時間と第二記憶部４７に記憶された測定器２の個性情報とに基づいて被測定液体の流量が演算される。
【００２２】
なお、第二記憶部４７は、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。また、演算器３による送・受信の切り替え処理、被測定液体の流量の演算処理等の各部の処理はプロセッサ等で実行されている。
【００２３】
以下、図３から図５を参照して、測定器の個性情報と被測定液体の流量の演算方法について説明する。図３は、本実施の形態に係る超音波の受信波形図の一例である。図４は、本実施の形態に係る静水時の超音波の伝播時間と水温との相関図の一例である。図５は、本実施の形態に係る超音波の伝播時間差と流量の相関図の一例である。なお、以下の被測定液体の流量の演算方法は一例に過ぎず、測定器毎の個性情報を用いて被測定液体の流量を測定可能な方法であれば、どのような演算方法でもよい。
【００２４】
測定器２の第一記憶部２３（図２参照）には、測定器２毎の個性情報として、図３に示す超音波の波形形状、図４に示す静水時の超音波の伝播時間と水温との相関図（以下、Ｔｔ−水温相関図と称する）、図５に示す超音波の伝播時間差と流量の相関図（以下、Δｔ−流量相関図と称する）が記憶されている。これらの個性情報は、測定器２毎の固有の特性や測定誤差を考慮した情報になっている。個性情報は、測定器２の第一記憶部２３から読み出されて演算器３による流量測定に用いられる。なお、個性情報は、超音波波形、Ｔｔ−水温相関図、Δｔ−流量相関図に限らず、測定器２毎に固有の情報であればよい。
【００２５】
図３に示すように、被測定液体の流れと順方向に超音波が送出されると、上流側の超音波振動子２２（図２参照）から下流側の超音波振動子２２に超音波が到達して受信波形Ｗ１が検出される。続いて、被測定液体の流れと逆方向に超音波が送出されると、下流側の超音波振動子２２から上流側の超音波振動子２２に超音波が到達して受信波形Ｗ２が検出される。このとき、個性情報として第二記憶部４７（図２参照）に記憶された超音波の波形形状と比較することによって受信波形Ｗ１、Ｗ２のピークが検出され、発振指令Ｗｃから各受信波形Ｗ１、Ｗ２のピークまでの伝播所要時間Ｔ１、Ｔ２が測定される。
【００２６】
そして、受信波形Ｗ１、Ｗ２の伝播所要時間Ｔ１、Ｔ２から伝播時間差Δｔが算出される。また、受信波形Ｗ１、Ｗ２の伝播所要時間Ｔ１、Ｔ２から静水（流量０）時の伝播時間Ｔｔが算出される。静水時の伝播所要時間Ｔｔは、被測定液体の流れと順方向及び逆方向の超音波の伝播所要時間Ｔ１、Ｔ２の平均値（Ｔｔ＝（Ｔ１＋Ｔ２）／２）で算出される。なお、超音波波形は、波形形状自体が第二記憶部４７に記憶される構成に限らず、波形形状を特定するための振幅等の情報が第二記憶部４７に記憶されてもよい。
【００２７】
次に、図４に示すように、個性情報として第二記憶部４７（図２参照）に記憶されたＴｔ−水温相関図を参照して、静水時の伝播所要時間Ｔｔから被測定液体の水温が求められる。Ｔｔ−水温相関図の縦軸は静水時の伝播所要時間Ｔｔ［ｍｓ］を示し、同図の横軸は被測定液体の水温［℃］を示している。静水時の伝播所要時間Ｔｔが長くなるほど、被測定液体の水温が高くなっている。なお、静水時の伝播所要時間Ｔｔと被測定液体の水温と相関関係は、相関図として第二記憶部４７に記憶される構成に限らず、数式として第二記憶部４７に記憶されてもよいし、テーブルとして第二記憶部４７に記憶されてもよい。
【００２８】
次に、図５に示すように、個性情報として第二記憶部４７（図２参照）に記憶されたΔｔ−流量相関図を参照して、上記した受信波形Ｗ１、Ｗ２の伝播時間差Δｔと被測定液体の水温とから被測定液体の流量が算出される。Δｔ−流量相関図の縦軸は伝播時間差Δｔ［ｍｓ］を示し、同図の横軸は流量［ｌ／ｍｉｎ］を示している。被測定液体の水温毎に伝播時間差Δｔと被測定液体の流量とが変化しており、各水温において伝播時間差Δｔが大きくなるほど、被測定液体の流量が大きくなっている。ここでは、説明の便宜上、５［℃］置きの相関を示しているが、実際にはより細かい温度間隔で相関が設定されている。
【００２９】
なお、受信波形Ｗ１、Ｗ２の伝播時間差Δｔと被測定液体の流量との相関関係は、相関図として第二記憶部４７に記憶される構成に限らず、水温毎に数式として第二記憶部４７に記憶されてもよいし、水温毎にテーブルとして第二記憶部４７に記憶されてもよい。ここでは、被測定液体の流量相関図が使用されたが、被測定液体の流速を求めて、流速から流量を求めるようにしてもよい。このように、本実施の形態に係る超音波流量計１は、測定器２毎の固有の測定誤差を考慮した個性情報を用いて、被測定液体の流量が精度よく算出される。
【００３０】
次に、図６及び図７を参照して、変形例に係る超音波流量計について説明する。図６は、変形例に係る超音波流量計の全体模式図である。図７は、変形例に係る測定器と演算器の機能ブロック図である。なお、変形例に係る超音波流量計は、演算器に複数の測定器を接続可能にした点において、上記実施の形態に係る超音波流量計と相違している。したがって、主に相違点について説明する。また、変形例においては、説明の便宜上、上記実施の形態と同一の名称については同一の符号を付して説明する。
【００３１】
図６に示すように、超音波流量計１の演算器３にはケーブル４を介して複数の測定器２が接続されており、単一の演算器３で複数の測定器２の流量を測定可能にしている。演算器３のハウジング３１には、各測定器２に接続される複数のチャネル３２、被測定液体の流量等を表示する表示部３３、測定器２の第一記憶部２３から個性情報を読み取る読み取り部３４が形成されている。変形例に係る超音波流量計１においても、複数の測定器２と演算器３とが別体に構成されているため、演算器３から測定器２を取り外して新たな測定器２に交換可能になっている。
【００３２】
図７に示すように、演算器３は、電圧源４１、送・受信切り替え部４２、増幅器４３、ＡＤ演算器４４、流量演算部４５、読み取り部３４、第二記憶部４７に加えて、測定先の測定器２を切り替える切り替え部４９を備えている。すなわち、変形例に係る演算器３は、送・受信切り替え部４２によって一対の超音波振動子２２の送・受信が切り替えられ、切り替え部４９によって測定先の測定器２が切り替えられる。これにより、測定先の測定器２が切り替えられ、超音波振動子２２の送・受信が切り得られることで、測定器２毎に被測定液体の流れと順方向及び逆方向の超音波に対応した電圧信号が演算器３に出力される。
【００３３】
超音波振動子２２から出力された電圧信号は、増幅器４３で増幅された後に、ＡＤ演算器４４によってアナログ電圧信号がデジタル電圧信号に変換されて流量演算部４５に出力される。一方で、読み取り部３４によって複数の測定器２の第一記憶部２３から測定器２毎の個性情報が読み取られ、測定器２毎に固定情報が第二記憶部４７に記憶される。そして、流量演算部４５では、ＡＤ演算器４４からの電圧信号から一対の超音波振動子２２間の双方向に超音波が伝播する伝播所要時間が取得され、測定器２毎の伝播所要時間と第二記憶部４７に記憶された測定器２毎の個性情報とに基づいて測定器２毎の被測定液体の流量が演算される。なお、測定器２毎の被測定液体の流量の演算方法は、上記図３から図５に示す方法と同様である。
【００３４】
以上のように、本実施の形態によれば、演算器３の読み取り部３４によって測定器２の第一記憶部２３から測定器２の個性情報が読み取られ、演算器３の第二記憶部４７に測定器２の個性情報が記憶される。そして、測定器２が演算器３に接続されることで、演算器３によって一対の超音波振動子２２間を双方向に超音波が伝播する伝播所要時間が取得され、この伝播所要時間と第二記憶部４７に記憶された測定器の個性情報から被測定液体の流量が精度よく測定される。測定器２の第一記憶部２３に記憶された個性情報を演算器３の第二記憶部４７に読み込むようにしたので、測定器２と演算器３とをペアで使用する必要がなく、測定器２が消耗された場合であっても演算器３から測定器２だけを取り外して交換することができる。よって、簡易かつ安価な構成で液体の流量を高精度に測定することができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００３６】
例えば、上記した本実施の形態及び変形例では、測定配管２１が測定路２５の両端に流入路２６と流出路２７を設けて屈曲される構成にしたが、この構成に限定されない。測定配管２１は、一対の超音波振動子２２間における双方向の超音波の伝播所要時間を測定可能な構成であれば、どのような形状をしていてもよい。
【００３７】
また、上記した本実施の形態及び変形例では、一対の超音波振動子２２が測定配管２１の測定路２５の両端に設けられる構成にしたが、この構成に限定されない。一対の超音波振動子２２は、測定配管２１の上流側及び下流側で対向するように配設されればよい。例えば、一対の超音波振動子２２は、測定路２５に交差する斜め方向で対向するように配設されてもよい。
【００３８】
また、上記した本実施の形態及び変形例では、受信波形Ｗ１、Ｗ２の伝播時間差Δｔ、Ｔｔ−水温相関図、Δｔ−流量相関図を用いて、被測定液体の流量を測定する構成にしたが、この構成に限定されない。被測定液体の流量の演算方法は、個性情報を用いて被測定液体の流量を測定する構成であれば、どのように被測定液体を演算してもよい。
【００３９】
また、上記した変形例では、測定先の測定器２が切り替えられ、測定器２毎に被測定液体の流量を測定する構成にしたが、この構成に限定されない。複数の測定器２の被測定液体の流量を同時に測定する構成にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上説明したように、本発明は、簡易かつ安価な構成で液体の流量を高精度に測定できるという効果を有し、特に、半導体デバイスの製造装置の各部に使用される超音波流量計に有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１  超音波流量計
２  測定器
３  演算器
２１  測定配管
２２  超音波振動子
２３  第一記憶部
３４  読み取り部
４２  送・受信切り替え部
４５  流量演算部
４７  第二記憶部
【図１】
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【図２】
2015206593.tif 000004
【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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