(57)【要約】【課題】測定誤差をなくして流量の計測精度を上げることができる超音波流量計。【解決手段】流路の上流側と下流側に一定の距離をおいて一対の超音波振動子２ａ及び２ｂを設け、順方向と逆方向とに送受方向を切り替えて超音波を送受し、各方向における超音波の到達時間に基づき流量を求める超音波流量計であって、一方の超音波振動子に送る送信信号を生成する送信回路４と、他方の超音波振動子からの受信信号を検知する受信検知回路５と、一方の超音波振動子及び他方の超音波振動子を相互に切り替える送受信切替スイッチ３を備え、超音波を順方向に送受する時の送信信号の経路の抵抗値と、超音波を順方向に送受する時の受信信号の経路の抵抗値と、超音波を逆方向に送受する時の送信信号の経路の抵抗値と、超音波を逆方向に送受する時の受信信号の経路の抵抗値とを等しくした。【選択図】図１
2008014840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の上流側と下流側に一定の距離をおいて一対の超音波振動子を設け、流体の流れに沿った順方向と流れに逆らった逆方向とに送受方向を切り替えて超音波を送受し、各方向における超音波の到達時間に基づき流量を求める超音波流量計であって、
一方の超音波振動子に送る送信信号を生成する送信回路と、
他方の超音波振動子からの受信信号を検知する受信検知回路と、
前記一方の超音波振動子及び前記他方の超音波振動子を相互に切り替えるための送受信切替スイッチとを備え、
超音波を順方向に送受するときの送信信号の経路の抵抗値と、超音波を順方向に送受するときの受信信号の経路の抵抗値と、超音波を逆方向に送受するときの送信信号の経路の抵抗値と、超音波を逆方向に送受するときの受信信号の経路の抵抗値とを等しくしたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記送受信切替スイッチは、前記送信回路からの送信信号の一方の超音波振動子への送信を制御する第１スイッチと、前記送信回路からの送信信号の他方の超音波振動子への送信を制御する第２スイッチと、前記一方の超音波振動子からの受信信号の前記受信検知回路への送信を制御する第３スイッチと、前記他方の超音波振動子からの受信信号の前記受信検知回路への送信を制御する第４スイッチとを備え、
前記第１スイッチの内部抵抗値と前記第１スイッチから前記一方の超音波振動子までの配線抵抗値の和と、前記第２スイッチの内部抵抗値と前記第２スイッチから前記他方の超音波振動子までの配線抵抗値の和と、前記第３スイッチの内部抵抗値と前記第３スイッチから前記一方の超音波振動子までの配線抵抗値の和と、前記第４スイッチの内部抵抗値と前記第４スイッチから前記他方の超音波振動子までの配線抵抗値の和とを等しくした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】
前記送受信切替スイッチは、前記送信回路からの送信信号の一方の超音波振動子への送信を制御する第１スイッチと、前記送信回路からの送信信号の他方の超音波振動子への送信を制御する第２スイッチと、前記一方の超音波振動子からの受信信号の前記受信検知回路への送信を制御する第３スイッチと、前記他方の超音波振動子からの受信信号の前記受信検知回路への送信を制御する第４スイッチとを備え、
前記第１スイッチと前記一方の超音波振動子との間に第１可変抵抗を設け、前記第２スイッチと前記他方の超音波振動子との間に第２可変抵抗を設け、前記第３スイッチと前記一方の超音波振動子との間に第３可変抵抗を設け、前記第４スイッチと前記他方の超音波振動子との間に第４可変抵抗を設け、
前記第１可変抵抗、第２可変抵抗、第３可変抵抗及び第４可変抵抗を可変することにより、前記第１スイッチの内部抵抗値と前記第１スイッチから前記一方の超音波振動子までの抵抗値の和と、前記第２スイッチの内部抵抗値と前記第２スイッチから前記他方の超音波振動子までの抵抗値の和と、前記第３スイッチの内部抵抗値と前記第３スイッチから前記一方の超音波振動子までの抵抗値の和と、前記第４スイッチの内部抵抗値と前記第４スイッチから前記他方の超音波振動子までの抵抗値の和とを等しくしたことを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項４】
流路の上流側と下流側に一定の距離をおいて一対の超音波振動子を設け、流体の流れに沿った順方向と流れに逆らった逆方向とに送受方向を切り替えて超音波を送受し、各方向における超音波の到達時間に基づき流量を求める超音波流量計であって、
一方の超音波振動子に送る送信信号を生成する送信回路と、
他方の超音波振動子からの受信信号を検知する受信検知回路と、
前記一方の超音波振動子及び前記他方の超音波振動子を相互に切り替えるための送受信切替スイッチとを備え、
超音波を順方向に送受するときの送信信号の経路の抵抗値と超音波を順方向に送受するときの受信信号の経路の抵抗値との和と、超音波を逆方向に送受するときの送信信号の経路の抵抗値と超音波を逆方向に送受するときの受信信号の経路の抵抗値との和とを等しくしたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項５】
前記送受信切替スイッチは、前記送信回路からの送信信号の一方の超音波振動子への送信を制御する第１スイッチと、前記送信回路からの送信信号の他方の超音波振動子への送信を制御する第２スイッチと、前記一方の超音波振動子からの受信信号の前記受信検知回路への送信を制御する第３スイッチと、前記他方の超音波振動子からの受信信号の前記受信検知回路への送信を制御する第４スイッチとを備え、
前記第１スイッチの内部抵抗値と前記第１スイッチから前記一方の超音波振動子までの配線抵抗値と前記第４スイッチの内部抵抗値と前記第４スイッチから前記他方の超音波振動子までの配線抵抗値との和が、前記第２スイッチの内部抵抗値と前記第２スイッチから前記他方の超音波振動子までの配線抵抗値と前記第３スイッチの内部抵抗値と前記第３スイッチから前記一方の超音波振動子までの配線抵抗値との和に等しくしたことを特徴とする請求項４記載の超音波流量計。
【請求項６】
流路の上流側と下流側に一定の距離をおいて一対の超音波振動子を設け、流体の流れに沿った順方向と流れに逆らった逆方向とに送受方向を切り替えて超音波を送受し、各方向における超音波の到達時間に基づき流量を求める超音波流量計であって、
一方の超音波振動子に送る送信信号を生成する送信回路と、
他方の超音波振動子からの受信信号を検知する受信検知回路と、
前記一方の超音波振動子及び前記他方の超音波振動子を相互に切り替えるための送受信切替スイッチとを備え、
前記一対の超音波振動子の各々に並列に接続され且つ各々の超音波振動子の内部容量の温度特性と逆特性を有するコンデンサを備えたことを特徴とする超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用してガスなどの流量を計測する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の超音波流量計の構成を示す図である。この超音波流量計は、流路１、一対の超音波振動子２ａ及び２ｂ、送受信切替スイッチ３、送信回路４、受信検知回路５ならびに制御回路６から構成されている。
【０００３】
流路１には測定対象となる流体が流れる。一対の超音波振動子２ａ及び２ｂは、流路１の上流側と下流側に一定の距離をおいてそれぞれ配置されており、超音波振動子２ａは、超音波振動子２ｂへ向けて（以下、「順方向」という）超音波を送信するとともに、超音波振動子２ｂから送信されてくる超音波を受信する。また、超音波振動子２ｂは、超音波振動子２ａへ向けて（以下、「逆方向」という）超音波を送信するとともに、超音波振動子２ａから送信されてくる超音波を受信する。
【０００４】
送受信切替スイッチ３は、超音波を順方向に送信するか逆方向に送信するかを切り替える。具体的には、送受信切替スイッチ３は、送信回路４から送られてきた送信信号を超音波振動子２ａに送って超音波振動子２ｂから得られる受信信号を受信検知回路５に送るか、または、送信回路４から送られてきた送信信号を超音波振動子２ｂに送って超音波振動子２ａから得られる受信信号を受信検知回路５に送るかを切り替える。
【０００５】
図７は、送受信切替スイッチ３の具体的な構成を示す回路図である。送受信切替スイッチ３は、４個の第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４から構成されている。第１スイッチ３１は、送信回路４と超音波振動子２ａとの間に配置されており、送信回路４からの送信信号の超音波振動子２ａへの送信を制御する。第２スイッチ３２は、送信回路４と超音波振動子２ｂとの間に配置されており、送信回路４からの送信信号の超音波振動子２ｂへの送信を制御する。第３スイッチ３３は、受信検知回路５と超音波振動子２ａとの間に配置されており、超音波振動子２ａからの受信信号の受信検知回路５への送信を制御する。第４スイッチ３４は、受信検知回路５と超音波振動子２ｂとの間に配置されており、超音波振動子２ｂからの受信信号の受信検知回路５への送信を制御する。
【０００６】
送信回路４は、制御回路６からのトリガ信号に応じて、送信側の超音波振動子２ａまたは２ｂに送信信号を送って駆動する。受信検知回路５は受信側の超音波振動子２ａまたは２ｂで受信された受信信号を検知し、制御回路６へ送る。制御回路６では、送信信号が送出されてから受信信号が受信されるまでの伝播時間を計測する。すなわち、流路１内の流体の流れが順方向であるか逆方向であるかによって超音波の伝播時間差が生じるので、制御回路６は、順方向と逆方向の伝播時間差を測定することにより流体の流速を求め、この求めた流速に基づいて流量を計測する。
【０００７】
ところで、超音波振動子２ａ及び２ｂの製造ばらつきにより、流体が流れていない場合であっても、超音波を順方向に送信する場合と逆方向に送信する場合とで超音波の伝播時間に差が生じる。
【０００８】
このような問題を解消するために、特許文献１は、測定される流体が流れる管路の上流側及び下流側に対向してそれぞれ配設された送受波器を交互に切換えて超音波の送波ならびに受波を行い流体の流量を測定する超音波流量計において、送受波器に用いられる圧電振動子の直列共振インピーダンスより小さい出力インピーダンスを呈し一方の送受波器を付勢する送信回路と、送信回路の出力インピーダンスに略等しい入力インピーダンスを呈し他方の送受波器からの信号を受信する受信回路とを備え、各送受波器は直列共振状態近傍にて作動する超音波流量計を開示している。
【０００９】
この超音波流量計においては、送受波器に係る送信回路及び受信回路のインピーダンスは共に圧電振動子の直列共振インピーダンスより小さく、各送受波器は直列共振状態近傍にて作動する。したがって、送受波器に用いられる圧電振動子の周波数特性、温度特性及びバッキング材の構造などによりその特性が相違しても、超音波の伝搬方向切換えによる伝搬時間差に基づくオフセット量を小さくできる。
【００１０】
特に送信回路と受信回路とのインピーダンス整合がとれるとオフセット量は最少になる。また、直列共振状態においては送信回路と受信回路は共に低インピーダンスになるので、干渉雑音の影響が軽減され信号対雑音比が改善される。さらに、受信回路には入力抵抗器を用いていないので、信号レベルの低下や熱雑音の発生がなく信号対雑音比の優れた信号が加えられ、口径の小さい管路における各種流体に用いて再現性や安定性が向上し測定誤差が低減した流量測定ができる。
【特許文献１】実公平７−１０２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した従来の超音波流量計では、特許文献１に示すように受信検知回路５（特許文献１では受信回路）の入力インピーダンスが低い場合は、超音波振動子の内部容量、送受信切替スイッチ３の内部抵抗及び送受信切替スイッチから超音波振動子までの配線抵抗によって信号の遅延時間が決定される。
【００１２】
ところで、図７に示した送受信切替スイッチ３を構成する第１スイッチ３１〜第４スイッチ３４の各々は、内部抵抗を有する。また、第１スイッチ３１または第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの配線は、配線抵抗を有する。同様に、第２スイッチ３２または第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの配線は、配線抵抗を有する。
【００１３】
今、第１スイッチ３１の内部抵抗値と第１スイッチ３１から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和をＲ、第２スイッチ３２の内部抵抗値と第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和をＲ＋Ｒａ、第３スイッチ３３の内部抵抗値と第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和をＲ＋Ｒｂ、第４スイッチ３４の内部抵抗値と第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和をＲ＋Ｒｃとする。また、超音波振動子２ａの内部容量をＣ＋Ｃａ、超音波振動子２ｂの内部容量をＣとする。
【００１４】
順方向に超音波を送受する場合、第１スイッチ３１及び第４スイッチ３４がオンにされ、逆方向に超音波を送受する場合、第２スイッチ３２及び第３スイッチ３３がオンにされるので、順方向遅れ時間及び逆方向遅れ時間はそれぞれ下記で表すことができる。
【００１５】
順方向遅れ時間∝（Ｃ＋Ｃａ）Ｒ＋Ｃ（Ｒ＋Ｒｃ）
逆方向遅れ時間∝Ｃ（Ｒ＋Ｒａ）＋（Ｃ＋Ｃａ）（Ｒ＋Ｒｂ）
したがって、順方向遅れ時間と逆方向遅れ時間との間には、
順逆の遅れ時間の差∝Ｃ（Ｒａ＋Ｒｂ−Ｒｃ）＋ＣａＲｂ
が生じる。
【００１６】
この順逆の遅れ時間の差が一定であれば測定誤差は生じないが、超音波振動子２ａ及び２ｂの内部容量、送受信切替スイッチ３の内部抵抗値、及び送受信切替スイッチ３と超音波振動子２ａまたは２ｂとの間の配線抵抗値は、たとえば温度によって変化するので、従来の超音波流量計では、温度による内部容量、内部抵抗値及び配線抵抗値の変化が測定誤差になって現れるという問題がある。
【００１７】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、温度変化による測定誤差をなくして流量の計測精度を向上させることができる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】
【００１８】
上述した課題を解決するために、本発明は、流路の上流側と下流側に一定の距離をおいて一対の超音波振動子を設け、流体の流れに沿った順方向と流れに逆らった逆方向とに送受方向を切り替えて超音波を送受し、各方向における超音波の到達時間に基づき流量を求める超音波流量計であって、一方の超音波振動子に送る送信信号を生成する送信回路と、他方の超音波振動子からの受信信号を検知する受信検知回路と、一方の超音波振動子及び他方の超音波振動子を相互に切り替えるための送受信切替スイッチとを備え、超音波を順方向に送受するときの送信信号の経路の抵抗値と、超音波を順方向に送受するときの受信信号の経路の抵抗値と、超音波を逆方向に送受するときの送信信号の経路の抵抗値と、超音波を逆方向に送受するときの受信信号の経路の抵抗値とを等しくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、超音波を順方向に送受するときの送信信号の経路の抵抗値と、超音波を順方向に送受するときの受信信号の経路の抵抗値と、超音波を逆方向に送受するときの送信信号の経路の抵抗値と、超音波を逆方向に送受するときの受信信号の経路の抵抗値とを等しくしたので、超音波振動子の特性の違いに関係なく順逆の遅れ時間の差をゼロにすることができ、測定誤差を低減することができる。また、温度変化によって超音波振動子の内部容量が変化しても、また、送受信切替スイッチの内部抵抗及び送受信切替スイッチと超音波振動子との間の配線抵抗が変化しても順逆の遅れ時間の差が生じることがなく、測定誤差を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、背景技術の欄で説明した超音波流量計と同一または相当する構成部分には、背景技術の欄で使用した符号と同一の符号を付して説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１に係る超音波流量計の構成及び動作は、送受信切替スイッチ３を除けば、背景技術の欄において図６を参照しながら説明した従来の超音波流量計の構成及び動作と同じである。以下では、従来の超音波流量計と異なる部分を中心に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係る超音波流量計に適用される送受信切替スイッチ３の構成を示す回路図である。この送受信切替スイッチ３は、第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４から構成されている。
【００２３】
送受信切替スイッチ３を構成する第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４の各々は内部抵抗を有する。また、第１スイッチ３１から超音波振動子２ａまでの配線、第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂまでの配線、第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの配線及び第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの配線は、それぞれ配線抵抗を有する。
【００２４】
実施例１に係る超音波流量計では、第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４として、内部抵抗の温度特性が揃ったスイッチが採用されている。また、第１スイッチ３１から超音波振動子２ａまでの配線、第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂまでの配線、第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの配線及び第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの配線の各々は、配線長が揃えられており、各配線は略同一の配線抵抗値を有するように構成されている。
【００２５】
図２は、上記内部抵抗の温度特性及び配線長を揃えるために、第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３、第４スイッチ３４、送信回路４及び受信検知回路５を集積回路５１（以下、「ＩＣ」と略する）で構成し、このＩＣ５１と超音波振動子２ａ及び２ｂとを基板に搭載して超音波流量計の一部を構成した例を示す。図２において、５２はＩＣ内の上層配線禁止領域を示し、５３は基板上の配線を示し、５４はＩＣ内の上層配線を示し、５５はＩＣ内の下層配線を示す。
【００２６】
第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４は半導体スイッチから構成されており、同じ半導体ウエハ上に形成されている。これにより、第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４の各々の内部抵抗及び温度特性を略等しくすることができる。
【００２７】
また、ＩＣ５１では、上層配線抵抗、下層配線抵抗、上層と下層との接続抵抗はそれぞれ異なるので、上層配線５４の長さ、下層配線５５の長さ及び配線幅が、第１スイッチ３１から超音波振動子２ａへの接続端子に至る経路、第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂへの接続端子に至る経路、第３スイッチ３３から超音波振動子２ａへの接続端子に至る経路及び第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂへの接続端子に至る経路の各々で略等しくなるように構成されている。
【００２８】
また、上層と下層との接続数も、第１スイッチ３１から超音波振動子２ａへの接続端子に至る経路、第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂへの接続端子に至る経路、第３スイッチ３３から超音波振動子２ａへの接続端子に至る経路及び第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂへの接続端子に至る経路の各々で同じ数になるように構成されている。
【００２９】
さらに、ＩＣ５１の超音波振動子２ａへの接続端子から超音波振動子２ａまでの基板上の配線５３の長さ及び配線幅は、ＩＣ５１の超音波振動子２ｂへの接続端子から超音波振動子２ｂまでの基板上の配線５３の長さ及び配線幅とそれぞれ略等しくなるように構成されている。
【００３０】
以上の構成により、第１スイッチ３１から超音波振動子２ａまでの送信信号の経路の配線抵抗値、第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂまでの送信信号の経路の配線抵抗値、第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの受信信号の経路の配線抵抗値及び第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの受信信号の経路の配線抵抗値の各々は、略同一の抵抗値Ｒを有するように調整されている。
【００３１】
今、第１スイッチ３１の内部抵抗値と第１スイッチ３１から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和、第２スイッチ３２の内部抵抗値と第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和、第３スイッチ３３の内部抵抗値と第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和、第４スイッチ３４の内部抵抗値と第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和のすべてが抵抗値Ｒに調整されたものとする。また、超音波振動子２ａの内部容量をＣ＋Ｃａ、超音波振動子２ｂの内部容量をＣとする。
【００３２】
順方向に超音波を送受する場合、第１スイッチ３１及び第４スイッチ３４がオンにされ、逆方向に超音波を送受する場合、第２スイッチ３２及び第３スイッチ３３がオンにされるので、順方向遅れ時間及び逆方向遅れ時間はそれぞれ下記で表すことができる。
【００３３】
順方向遅れ時間∝（Ｃ＋Ｃａ）Ｒ＋ＣＲ
逆方向遅れ時間∝ＣＲ＋（Ｃ＋Ｃａ）Ｒ
したがって、順方向遅れ時間と逆方向遅れ時間との差は、
順逆の遅れ時間の差＝０
となる。
【００３４】
したがって、超音波振動子２ａ及び２ｂの特性の違いに関係なく順逆の遅れ時間の差をゼロにすることができるので、測定誤差を低減することができる。また、温度変化によって超音波振動子２ａ及び２ｂの内部容量が変化しても、また、第１スイッチ３１〜第４スイッチ３４の内部抵抗及び送受信切替スイッチ３と超音波振動子２ａ及び２ｂとの間の配線抵抗が変化しても順逆の遅れ時間の差が生じることがなく、測定誤差を低減することができる。
【実施例２】
【００３５】
図３は、本発明の実施例２に係る超音波流量計に適用される送受信切替スイッチ３の構成を示す回路図である。この送受信切替スイッチ３は、実施例１の送受信切替スイッチに、第１可変抵抗Ｒ１、第２可変抵抗Ｒ２、第３可変抵抗Ｒ３及び第４可変抵抗Ｒ４が追加されて構成されている。
【００３６】
第１可変抵抗Ｒ１は、第１スイッチ３１と超音波振動子２ａとの間に配置されており、第１スイッチ３１から超音波振動子２ａに至る経路の配線抵抗値を調整するために使用される。第２可変抵抗Ｒ２は、第２スイッチ３２と超音波振動子２ｂとの間に配置されており、第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂに至る経路の配線抵抗値を調整するために使用される。第３可変抵抗Ｒ３は、第３スイッチ３３と超音波振動子２ａとの間に配置されており、第３スイッチ３３から超音波振動子２ａに至る経路の配線抵抗値を調整するために使用される。第４可変抵抗Ｒ４は、第４スイッチ３４と超音波振動子２ｂとの間に配置されており、第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂに至る経路の配線抵抗値を調整するために使用される。
【００３７】
第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４の各々は内部抵抗を有する。また、第１スイッチ３１から超音波振動子２ａに至る経路、第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂに至る経路、第３スイッチ３３から超音波振動子２ａに至る経路及び第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂに至る経路は、配線抵抗を有する。また、第１可変抵抗Ｒ１、第２可変抵抗Ｒ２、第３可変抵抗Ｒ３及び第４可変抵抗Ｒ４としては、抵抗の温度特性が揃ったものが採用される。
【００３８】
今、背景技術の欄で説明した超音波流量計と同様に、第１スイッチ３１の内部抵抗値と第１スイッチ３１から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和がＲ、第２スイッチ３２の内部抵抗値と第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和がＲ＋Ｒａ、第３スイッチ３３の内部抵抗値と第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和がＲ＋Ｒｂ、第４スイッチ３４の内部抵抗値と第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和がＲ＋Ｒｃであるとする。
【００３９】
また、第１可変抵抗Ｒ１が抵抗値Ｒ、第２可変抵抗Ｒ２が抵抗値Ｒ−Ｒａ、第３可変抵抗Ｒ３が抵抗値Ｒ−Ｒｂ及び第４可変抵抗Ｒ４が抵抗値Ｒ−Ｒｃに調整されているものとする。さらに、超音波振動子２ａの内部容量をＣ＋Ｃａ、超音波振動子２ｂの内部容量をＣとする。
【００４０】
順方向に超音波を送受する場合、第１スイッチ３１及び第４スイッチ３４がオンにされ、逆方向に超音波を送受する場合、第２スイッチ３２及び第３スイッチ３３がオンにされるので、順方向遅れ時間及び逆方向遅れ時間はそれぞれ下記で表すことができる。
【００４１】
順方向遅れ時間∝２（Ｃ＋Ｃａ）Ｒ＋２ＣＲ
逆方向遅れ時間∝２ＣＲ＋２（Ｃ＋Ｃａ）Ｒ
したがって、順方向遅れ時間と逆方向遅れ時間との差は、
順逆の遅れ時間の差＝０
となる。
【００４２】
したがって、超音波振動子２ａ及び２ｂの特性の違いに関係なく順逆の遅れ時間の差をゼロにすることができ、測定誤差を低減することができる。また、温度変化によって超音波振動子２ａ及び２ｂの内部容量が変化しても、また、第１スイッチ３１〜第４スイッチ３４の内部抵抗及び第１可変抵抗Ｒ１〜第４可変抵抗Ｒ４の値が変化しても順逆の遅れ時間に差が生じることがないので、測定誤差を低減することができる。
【実施例３】
【００４３】
図４は、本発明の実施例３に係る超音波流量計に適用される送受信切替スイッチ３の構成を示す回路図である。この送受信切替スイッチ３は、実施例１において、第１スイッチ３１の内部抵抗値と第１スイッチ３１から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和がＲ、第２スイッチ３２の内部抵抗値と第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和がＲ＋Ｒａ、第３スイッチ３３の内部抵抗値と第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和がＲ、第４スイッチ３４の内部抵抗値と第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和がＲ＋Ｒａになるように構成されている。
【００４４】
すなわち、この実施例３に係る超音波流量計では、第１スイッチ３１及び第３スイッチ３３として、内部抵抗の温度特性が揃ったスイッチが採用され、第２スイッチ３２及び第４スイッチ３４として、内部抵抗の温度特性が揃ったスイッチが採用されている。また、第１スイッチ３１から超音波振動子２ａまでの配線及び第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの配線の配線長が揃えられており、各配線は略同一の配線抵抗値を有するように構成されるとともに、第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂまでの配線及び第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの配線の配線長が揃えられており、各配線は略同一の配線抵抗値を有するように構成されている。
【００４５】
今、第１スイッチ３１の内部抵抗値と第１スイッチ３１から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和がＲ、第２スイッチ３２の内部抵抗値と第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和がＲ＋Ｒａ、第３スイッチ３３の内部抵抗値と第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和がＲ、第４スイッチ３４の内部抵抗値と第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和がＲ＋Ｒａであり、また、超音波振動子２ａの内部容量をＣ＋Ｃａ、超音波振動子２ｂの内部容量をＣとする。
【００４６】
順方向に超音波を送受する場合、第１スイッチ３１及び第４スイッチ３４がオンにされ、逆方向に超音波を送受する場合、第２スイッチ３２及び第３スイッチ３３がオンにされるので、順方向遅れ時間及び逆方向遅れ時間はそれぞれ下記で表すことができる。
【００４７】
順方向遅れ時間∝（Ｃ＋Ｃａ）Ｒ＋Ｃ（Ｒ＋Ｒａ）
逆方向遅れ時間∝Ｃ（Ｒ＋Ｒａ）＋（Ｃ＋Ｃａ）Ｒ
したがって、順方向遅れ時間と逆方向遅れ時間との差は、
順逆の遅れ時間の差＝０
となる。
【００４８】
したがって、超音波振動子２ａ及び２ｂの特性の違いに関係なく順逆の遅れ時間の差をゼロにすることができ、測定誤差を低減することができる。また、送受信切替スイッチ、温度変化によって超音波振動子２ａ及び２ｂの内部容量が変化しても、また、第１スイッチ３１〜第４スイッチ３４の内部抵抗及び送受信切替スイッチ３と超音波振動子２ａ及び２ｂとの間の配線抵抗が変化しても順逆の遅れ時間に差が生じることがないので、測定誤差を低減することができる。
【実施例４】
【００４９】
図５は、本発明の実施例４に係る超音波流量計の一部の構成を示す回路図である。この超音波流量計３は、従来の超音波流量計において、超音波振動子２ａに並列に第１コンデンサＣ１が接続されるとともに、超音波振動子２ｂに並列に第２コンデンサＣ２が接続されて構成されている。
【００５０】
第１コンデンサＣ１は、超音波振動子２ａの内部容量と同一の容量であって、その温度特性の逆特性を有する。ここで、逆特性とは、温度の上昇に伴って容量が増加する特性に対し、温度の上昇に伴って容量が減少する特性をいう。同様に、第２コンデンサＣ２は、超音波振動子２ｂの内部容量と同一の容量であって、その温度特性の逆特性を有する。
【００５１】
今、第１スイッチ３１の内部抵抗値と第１スイッチ３１から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和をＲ、第２スイッチ３２の内部抵抗値と第２スイッチ３２から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和をＲ＋Ｒａ、第３スイッチ３３の内部抵抗値と第３スイッチ３３から超音波振動子２ａまでの配線抵抗値との和をＲ、第４スイッチ３４の内部抵抗値と第４スイッチ３４から超音波振動子２ｂまでの配線抵抗値との和をＲ＋Ｒａとする。また、超音波振動子２ａの内部容量をＣ＋Ｃａ、超音波振動子２ｂの内部容量をＣ、第１コンデンサの容量をＣ＋Ｃａ、第２コンデンサの容量をＣとする。
【００５２】
順方向に超音波を送受する場合、第１スイッチ３１及び第４スイッチ３４がオンにされ、逆方向に超音波を送受する場合、第２スイッチ３２及び第３スイッチ３３がオンにされるので、順方向遅れ時間及び逆方向遅れ時間はそれぞれ下記で表すことができる。
【００５３】
順方向遅れ時間∝（２Ｃ＋２Ｃａ）Ｒ＋２Ｃ（Ｒ＋Ｒｃ）
逆方向遅れ時間∝２Ｃ（Ｒ＋Ｒａ）＋（２Ｃ＋２Ｃａ）（Ｒ＋Ｒｂ）
したがって、順方向遅れ時間と逆方向遅れ時間との差は、
順逆の遅れ時間の差∝２Ｃ（Ｒａ＋Ｒｂ−Ｒｃ）＋２ＣａＲｂ
≒２Ｃ（Ｒａ＋Ｒｂ−Ｒｃ）  （但し、Ｃ≫Ｃａ）
となる。
【００５４】
ここで、温度などによって超音波振動子２ａ及び２ｂの内部容量が変化しても、超音波振動子２ａ及び２ｂと並列に、その内部容量の温度特性と逆特性をもつ第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２をそれぞれ接続することにより、２Ｃは温度によって変化しないので、測定誤差を低減することができる。
【００５５】
なお、この実施例４に係る超音波流量計では、従来の超音波流量計の超音波振動子２ａに並列に第１コンデンサＣ１を接続し、超音波振動子２ｂに並列に第２コンデンサＣ２を接続して構成したが、上述した実施例１〜実施例３に係る超音波流量計の超音波振動子２ａに並列に第１コンデンサＣ１を接続し、超音波振動子２ｂに並列に第２コンデンサＣ２を接続して構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る超音波流量計は、ガスメータや水道メータといった流体の流量を測定する流量計に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例１に係る超音波流量計に適用される送受信切替スイッチの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施例１に係る超音波流量計において、送受信切替スイッチ、送信回路及び受信検知回路とをＩＣで構成した例を示す図である。
【図３】本発明の実施例２に係る超音波流量計に適用される送受信切替スイッチの構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施例３に係る超音波流量計に適用される送受信切替スイッチの構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施例４に係る超音波流量計の一部の構成を示す回路図である。
【図６】従来の超音波流量計の構成を示す図である。
【図７】図６に示した送受信切替スイッチの具体的な構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  流路
２ａ、２ｂ  超音波振動子
３  送受信切替スイッチ
４  送信回路
５  受信検知回路
６  制御回路
３１〜３４  第１スイッチ〜第４スイッチ
Ｒ１〜Ｒ４  第１可変抵抗〜第４可変抵抗
Ｃ１  第１コンデンサ
Ｃ２  第２コンデンサ
【図１】
2008014840.tif 000003
【図２】
2008014840.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008014840.tif 000006
【図５】
2008014840.tif 000007
【図６】
2008014840.tif 000008
【図７】
2008014840.tif 000009