(57)【要約】【課題】本発明の目的は、測定流路を流れるガスなどの流体中の超音波の伝搬時間を計測し、当該伝搬時間から流体の流速や流量等の当該流速に関する流速値を導出する超音波式メータ装置において、簡素化且つ低廉化が可能で、迅速且つ正確に流速値を導出することができる技術を提供する点にある。【解決手段】超音波式メータ装置１において、送受信器６の温度を導出する温度導出手段２７と、送受信器６の温度を調整する温度調整手段としてのヒータ３３と、温度導出手段２７による導出結果に基づいてヒータ３３を制御して、送受信器６の温度を設定温度範囲内に設定する温度設定手段３２を備える。【選択図】図１
2008122102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる測定流路の上流側と下流側とに相互に超音波を送受信可能な一対の超音波送受信器を設置し、前記一対の超音波送受信器のうちの一方側から送信した超音波を他方側で受信して当該一対の超音波送受信器間の超音波の伝播時間を計測する伝播時間計測手段と、前記伝播時間計測手段の計測結果に基づいて前記測定流路を流れる流体の流速に関する流速値を導出する流速値演算手段とを備え、前記伝播時間計測手段が、前記超音波送受信器の超音波の受信時点を、当該超音波送受信器の受信信号と基準電圧との比較により判定するように構成された超音波式メータ装置であって、
前記超音波送受信器の温度を導出する温度導出手段と、
前記超音波送受信器の温度を調整する温度調整手段と、
前記温度導出手段による導出結果に基づいて前記温度調整手段を制御して、前記超音波送受信器の温度を設定温度範囲内に設定する温度設定手段を備えた超音波式メータ装置。
【請求項２】
前記温度調整手段として、前記超音波送受信器を加熱可能なヒータを備え、
前記温度設定手段が、前記温度導出手段により導出された前記超音波送受信器の温度が設定温度範囲を下回る場合に、前記ヒータを作動させる請求項１に記載の超音波式メータ装置。
【請求項３】
前記温度設定手段が、前記超音波送受信器の温度を設定温度範囲の下限値に設定する請求項２に記載の超音波式メータ装置。
【請求項４】
前記超音波送受信器の受信信号のピーク電圧を計測するピーク電圧計測手段を備え、
前記温度導出手段が、前記ピーク電圧計測手段で計測したピーク電圧に基づいて前記超音波送受信器の温度を導出する請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波式メータ装置。
【請求項５】
前記伝播時間計測手段の計測結果に基づいて前記測定流路における音速を導出する音速演算手段を備え、
前記温度導出手段が、前記音速演算手段で導出した音速に基づいて前記超音波送受信器の温度を導出する請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波式メータ装置。
【請求項６】
前記超音波送受信器の受信信号を、設定電圧を最大とするものに増幅させる増幅手段を備えた請求項１〜５の何れか一項に記載の超音波式メータ装置。
【請求項７】
前記超音波送受信器の受信信号のピーク電圧に対する所定比率の電圧に、前記基準電圧を設定する基準電圧設定手段を備える請求項１〜５の何れか一項に記載の超音波式メータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定流路を流れるガスなどの流体中の超音波の伝搬時間を計測し、当該伝搬時間から流体の流速や流量等の当該流速に関する流速値を導出する超音波式メータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の超音波式メータ装置は、流体が流れる測定流路の上流側と下流側とに相互に超音波を送受信可能な一対の超音波送受信器を設置し、その一対の超音波送受信器のうちの一方側から送信した超音波を他方側で受信して一対の超音波送受信器間の超音波の伝播時間を計測する伝播時間計測手段と、その伝播時間計測手段の計測結果に基づいて上記流速値を導出する流速値演算手段とを備えて構成されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
具体的に、伝播時間計測手段は、流体の流れ方向に沿った順方向で超音波が一対の超音波送受信器間を伝播する順方向伝播時間ｔ１と、その順方向とは逆の逆方向で超音波が一対の超音波送受信器間を伝播する逆方向伝播時間ｔ２とを計測する。このように計測した順方向伝播時間ｔ１と逆方向伝播時間ｔ２とは、測定流路における超音波送受信器間の対向方向に沿った流体の瞬時流速をｖ’とし、測定流路における流体中の音速をＣとし、超音波送受信器間の距離をＬとしたときに、次式に示すようになる。
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖ’）
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖ’）
【０００４】
そして、上記流速ｖ’は、音速Ｃに関係なく、次式で求めることができる。
ｖ’＝Ｌ・（１／ｔ１−１／ｔ２）／２
【０００５】
よって、流速値演算手段は、上式により求められる流速ｖ’を用いて、測定流路における流体の流速、又は、その流速に測定流路の流路断面積を乗じて求められる流量を、流速値として導出することができる。
【０００６】
また、従来の超音波式メータ装置では、超音波を受信した超音波送受信器の受信信号は、設定電圧を最大とするものに増幅しても、振幅が次第に増大した後に減衰するような波形を有するので、その受信信号が受信された直後の時点は振幅が非常に小さく、その受信時点を正確に認識することは困難である。尚、本願において、受信信号の波形とは、受信信号全体の最大電圧に対する各波の最大電圧の比率を示す。
そこで、上記伝搬時間計測手段は、超音波送受信器の超音波の受信時点を、受信信号の振幅が正確に認識可能な程度に大きくなった時点を基準として判定する形態で、当該超音波送受信器の受信信号と基準電圧との比較により判定するように構成されている。
例えば、上記伝搬時間計測手段は、受信信号が基準電圧に到達した時点の直後に受信信号がゼロレベルとなった時点（以下、「ゼロクロス点」と呼ぶ。）を求める。このように求めたゼロクロス点は、受信信号の波形が一定であると仮定すると、受信時点から特定番目の波（以下、「ターゲット波」と呼ぶ。）のゼロクロス点と一致することから、受信時点からゼロクロス点までの遅れ時間が、受信信号の周期の一定倍の値として予め認識可能となる。
よって、上記伝搬時間計測手段は、上記のように求めたゼロクロス点から上記遅れ時間分前の時点を、上記受信時点として正確に判定することができる。
【０００７】
しかし、受信信号の波形が変化すると、例えば、基準電圧を超える受信信号の波が上記ターゲット波ではなく、その前後の波となってしまい、上記受信時点を正確に判定できなくなる場合がある。
そこで、従来の超音波式メータ装置では、基準電圧を変化させながら、逐次、一対の超音波送受信器間の超音波の伝搬時間や、受信信号が基準電圧に到達した時点からゼロクロス点までの時間差を求めることで、その伝搬時間や時間差の変化状態から、ターゲット波のゼロクロス点を検知するための最適な基準電圧を検出するという最適基準電圧検出処理を実行する。
そして、基準電圧を上記最適基準電圧検出処理で検出した最適なものに設定して計測した超音波の伝搬時間から、流速値を導出するように構成されている。
そして、この種の超音波式メータ装置では、上記受信信号が変化した場合でも、上記最適基準電圧検出処理を実行することにより、ターゲット波のゼロクロス点を検知するための最適な基準電圧を検出して、正確な流速値を導出することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１０６８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載の超音波式メータ装置では、上述したように最適基準電圧検出処理を実行する必要があるので、装置構成の煩雑化及び高コスト化を招き、更には、流速値を導出するまでの時間が長くなるという問題があった。
上述のように、流速値を導出するまでの時間が長くなると、当該時間が経過する間に流体の流速が大幅に変化する場合があり、上記最適基準電圧検出処理で検出した基準電圧が、次に流速値を導出するために最適なものではなくなって、正確な流速値を導出できなくなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定流路を流れるガスなどの流体中の超音波の伝搬時間を計測し、当該伝搬時間から流体の流速や流量等の当該流速に関する流速値を導出する超音波式メータ装置において、簡素化且つ低廉化が可能で、迅速且つ正確に流速値を導出することができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る超音波式メータ装置は、流体が流れる測定流路の上流側と下流側とに相互に超音波を送受信可能な一対の超音波送受信器を設置し、前記一対の超音波送受信器のうちの一方側から送信した超音波を他方側で受信して当該一対の超音波送受信器間の超音波の伝播時間を計測する伝播時間計測手段と、前記伝播時間計測手段の計測結果に基づいて前記測定流路を流れる流体の流速に関する流速値を導出する流速値演算手段とを備え、前記伝播時間計測手段が、前記超音波送受信器の超音波の受信時点を、当該超音波送受信器の受信信号と基準電圧との比較により判定するように構成された超音波式メータ装置であって、その第１特徴構成は、前記超音波送受信器の温度を導出する温度導出手段と、前記超音波送受信器の温度を調整する温度調整手段と、前記温度導出手段による導出結果に基づいて前記温度調整手段を制御して、前記超音波送受信器の温度を設定温度範囲内に設定する温度設定手段を備えた点にある。
【００１２】
上記第１特徴構成によれば、上記温度導出手段と上記温度調整手段と上記温度設定手段とを備えるという比較的簡単な構成により、所定の基準電圧を予め定めておいた場合において、逐次、基準電圧を背景技術の欄で説明したような最適基準電圧検出処理で検出する必要なしに、受信信号の受信時点を正確に特定し、正確な伝播時間を得ることで正確な流速値を得ることができる。
すなわち、超音波送受信器の温度を、設定温度範囲内に設定することで、超音波送受信器の温度が変化することによる超音波送受信器の受信信号の波形の変化を防止できる。この様な比較的簡単な構成を採用することにより、基準電圧を所定の値にして正確な流速値を導出できる理由は、受信信号の波形の変化要因が、主として温度に支配されることを本願の発明者が見出して、超音波送受信器の温度を所定の設定温度範囲内にしたことによる。よって、基準電圧を所定の値としても、受信時点を正確に特定できるとともに、正確な伝播時間を得ることで正確な流速値を導出することができる。
【００１３】
本発明に係る超音波式メータ装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記温度調整手段として、前記超音波送受信器を加熱可能なヒータを備え、前記温度設定手段が、前記温度導出手段により導出された前記超音波送受信器の温度が設定温度範囲を下回る場合に、前記ヒータを作動させる点にある。
【００１４】
超音波送受信器の温度が設定温度範囲を下回る低温状態において、低温状態にある超音波送受信器の受信信号の波形は、設定温度範囲における超音波送受信器の受信信号の波形と比較して変化する。そこで、上記第２特徴構成によれば、超音波送受信器の温度がヒータの加熱によって設定温度範囲内に維持されるので、受信信号の波形の変化を防止して、所定のターゲット波を用いてゼロクロス点を導き、正確な流速値を導出することができる。
【００１５】
本発明に係る超音波式メータ装置の第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、前記温度設定手段が、前記超音波送受信器の温度を設定温度範囲の下限値に設定する点にある。
【００１６】
上記第３特徴構成によれば、温度設定手段が、超音波送受信器の温度が設定温度範囲を下回る低温状態において、超音波送受信器の温度を設定温度範囲の下限値に設定することで、低温状態から設定温度範囲内へのヒータによる温度調整幅や加熱時間を短くできることにより、加熱に必要なエネルギーを節減することができる。
【００１７】
本発明に係る超音波式メータ装置の第４特徴構成は、上記第１〜３の何れか一つの特徴構成に加えて、前記超音波送受信器の受信信号のピーク電圧を計測するピーク電圧計測手段を備え、前記温度導出手段が、前記ピーク電圧計測手段で計測したピーク電圧に基づいて前記超音波送受信器の温度を導出する点にある。
【００１８】
上記第４特徴構成によれば、超音波送受信器の温度が低いほど、受信信号のピーク電圧（増幅前の受信信号全体の最大電圧）が小さくなることを利用して、上記温度導出手段により、上記ピーク電圧計測手段で計測した超音波送受信器の受信信号のピーク電圧が小さいほど超音波送受信器の温度が低いと判定する形態で、そのピーク電圧に基づいて超音波送受信器の温度を容易に導出することができる。
【００１９】
本発明に係る超音波式メータ装置の第５特徴構成は、上記第１〜３の何れか一つの特徴構成に加えて、前記伝播時間計測手段の計測結果に基づいて前記測定流路における音速を導出する音速演算手段を備え、前記温度導出手段が、前記音速演算手段で導出した音速に基づいて前記超音波送受信器の温度を導出する点にある。
【００２０】
上記伝播時間計測手段により、流体の流れ方向に沿った順方向で超音波が一対の超音波送受信器間を伝播する順方向伝播時間と、その順方向とは逆の逆方向で超音波が一対の超音波送受信器間を伝播する逆方向伝播時間とを計測すれば、伝搬時間から音速を求めることができる。
更に、測定流路における音速は、測定流路における温度の関数で表せられるので、その音速を求めれば、測定流路における温度を求めることができ、その温度を超音波送受信器の温度とすることができる。なお、超音波送受信器は測定流路内に設置されているので、超音波送受信器の温度は測定流路における温度若しくはそれに近い温度になる。
即ち、上記第５特徴構成によれば、上記音速演算手段により伝播時間計測手段の計測結果に基づいて測定流路における音速を導出し、上記温度導出手段により、当該音速に基づいて超音波送受信器の温度を容易に導出することができる。
【００２１】
本発明に係る超音波式メータ装置の第６特徴構成は、上記第１〜５の何れか一つの特徴構成に加えて、前記超音波送受信器の受信信号を、設定電圧を最大とするものに増幅させる増幅手段を備えた点にある。
【００２２】
上記第６特徴構成によれば、超音波送受信器の受信信号が全体的に弱い場合、言い換えれば超音波送受信器の受信信号の電圧が全体的に小さい場合でも、当該受信信号を上記増幅手段により増幅させることで、増幅後の受信信号の全体的な強さをある程度安定させることができる。よって、超音波送受信器における超音波の受信時点を、増幅された受信信号と基準電圧との比較により、より正確に判定することができる。
【００２３】
本発明に係る超音波式メータ装置の第７特徴構成は、上記第１〜５の何れか一つの特徴構成に加えて、前記超音波送受信器の受信信号のピーク電圧に対する所定比率の電圧に、前記基準電圧を設定する基準電圧設定手段を備える点にある。
【００２４】
即ち、上記第７特徴構成によれば、超音波送受信器の受信信号の強度が全体的に変動する場合でも、基準電圧を当該受信信号のピーク電圧に対する所定比率の電圧に設定することで、受信信号の全体的な強度に対する基準電圧の相対的な高さをある程度安定させることができる。よって、超音波送受信器における超音波の受信時点を、受信信号と基準電圧との比較により、より正確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る超音波式メータ装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の超音波式メータ装置（以下、「本装置」と略称する。）１により測定流路２を流れるガスｇ（流体の一例）の流速や流量等の当該流速に関する流速値の導出を実施している状態における本装置の側断面図である。
尚、図１において、測定流路２でのガスｇの流れ方向は、左から右に向かう方向とされている。
【００２６】
先ず、本装置の基本構成について説明する。
本装置は、図１及び図２に示すように、上記測定流路２を上流側と下流側との間で斜めに横断する方向の両端部に配置されて相互に当該横断方向に沿って超音波を送受信可能な一対の超音波送受信器（以下、「送受信器」と略称する。）６と、その一対の送受信器６により計測した測定流路２における超音波の伝搬状態により測定流路２を流通するガスｇの流速値を導出するように構成された制御装置５０を備える。また、本装置は、測定流路２の上流側に、比較的大きな上流側空間３を備え、ガスｇはその上流側空間３を介して測定流路２に流入する。
【００２７】
測定流路２の上流側に設置された送受信器６ａと、測定流路２の下流側に設置された送受信器６ｂとは、距離Ｌを隔てた位置に互いに対向して設置され、それら一対の送受信器６の対向方向と測定流路２を流通するガスｇの流れ方向（測定流路２の中心軸に沿った方向）とが角度θをなす。
【００２８】
また、この送受信器６は、制御装置５０側から電気信号である駆動パルスが入力されると、超音波を他方の送受信器６側に向けて送信し、一方、他方の送受信器６側から送信された超音波を受信すると、電気信号である受信信号を制御装置５０側に出力するように構成されている。
【００２９】
制御装置５０は、メモリ等からなる記憶媒体、ＣＰＵ、入出力部等を備えたマイクロコンピュータで構成され、そのコンピュータが所定のプログラムを実行することにより、後述の伝搬時間計測手段１０、流速値演算手段２０、基準電圧設定手段２５、温度導出手段２７、温度設定手段３２等の様々な手段として機能する。以下、各手段の詳細構成について説明を加える。
【００３０】
制御装置５０が機能する伝播時間計測手段１０は、一対の送受信器６の夫々に対する駆動パルスの送信及び受信信号の受信の状態を切り換える切換部１１、上記切換部１１を通じて上記送受信器６に超音波を発生させるための駆動パルスを出力する駆動部１２、上記切換部１１を通じて入力された送受信器６の受信信号を増幅させる増幅部１３、上記増幅部１３で増幅された受信信号を後述する基準電圧と比較して送受信器６の超音波の受信時点を判定する受信時点判定部１４、上記受信時点判定部１４の判定結果に基づいて一対の送受信器６間の超音波の伝播時間として計測する計時部１５とからなる。
【００３１】
上記切換部１１は、一対の送受信器６のうち上流側の送受信器６ａに駆動部１２から入力された駆動パルスを送信すると共に、下流側の送受信器６ｂから受信した受信信号を増幅部１３に出力する順方向伝播状態と、逆に、一対の送受信器６のうち下流側の送受信器６ｂに駆動部１２から入力された駆動パルスを送信すると共に上流側の送受信器６ａから受信した受信信号を増幅部１３に出力する逆方向伝播状態とを切り換えるように構成されている。
【００３２】
上記受信時点判定部１４は、図２に示すように、増幅部１３で増幅された受信信号が、後述する基準電圧設定手段２５により設定された所定の基準電圧に到達した時点の直後にゼロレベルとなったゼロクロス点を求め、そのゼロクロス点から予め設定されている所定の遅れ時間分前の時点を、上記受信時点として判定するように構成されている。
【００３３】
そして、上記計時部１５は、タイマ２８で計測される時間を参照しながら駆動部１２で駆動パルスを出力した送信時点から受信時点判定部１４で判定した受信時点までの時間を、一対の送受信器６間の超音波の伝播時間として計測するように構成されている。
【００３４】
そして、制御装置５０は、上記切換部１１を上記順方向伝搬状態と上記逆方向伝搬状態とを切り換えることで、上記計時部１５において、測定流路２を流れるガスｇの流れ方向に沿った順方向で超音波が一対の送受信器６間を伝播する順方向伝播時間ｔ１と、測定流路２を流れるガスｇの流れ方向に沿った上記順方向とは逆の逆方向で超音波が一対の送受信器６間を伝播する逆方向伝播時間ｔ２とを計測するように構成されている。
【００３５】
制御装置５０が機能する流速値演算手段２０は、上記伝搬時間計測手段１０の計測結果に基づいて、測定流路２を流れるガスｇの流速に関する流速値を導出するように構成されており、その流速値の導出方法について、以下に説明を加える。
【００３６】
一対の送受信器６間の対向方向に沿ったガスｇの瞬時流速をｖ’とし、測定流路２の流れ方向に沿った瞬時流速をｖとし、これら対向方向と流れ方向とがなす角度をθとし、一対の送受信器６間の距離をＬとし、ガスｇ内の音速をＣとすると、上記伝搬時間計測手段１０で計測される順方向伝播時間ｔ１と逆方向伝播時間ｔ２とは、次式に示すように表すことができる。
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖ’）＝Ｌ／（Ｃ＋ｖ・ｃｏｓθ）
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖ’）＝Ｌ／（Ｃ−ｖ・ｃｏｓθ）
【００３７】
そして、これらの式から、瞬時流速ｖは、次式に示すように、順方向伝播時間ｔ１、逆方向伝播時間ｔ２、距離Ｌのみで求められる関数となる。
ｖ＝Ｌ・（１／ｔ１−１／ｔ２）／（２・ｃｏｓθ）
【００３８】
よって、流速値演算手段２０は、伝播時間計測手段１０により計測された順方向伝播時間ｔ１と逆方向伝播時間ｔ２とから、上記の関数を用いて、測定流路２を流れるガスｇの瞬時流速ｖを導出し、その瞬時流速ｖ自身、又は、その瞬時流速ｖに測定流路２の断面積を乗じて求めた瞬時流量、又は、単位時間における瞬時流量を時間積分して求めた単位時間あたりの流量等を、上記流速値として導出する。
また、制御装置５０は、このように導出した流速値を表示又は記憶したり、外部に出力することができる。
【００３９】
次に、本装置の特徴構成について説明する。
上記増幅部１３は、送受信器６の増幅後の受信信号の強さを安定させるために、切換部１１を通じて入力された送受信器６の受信信号を、予め設定された設定電圧を最大とするものに増幅させる増幅手段として構成されている。
そして、超音波を受信した送受信器６の受信信号（増幅部１３の出力）は、図２に示すように、振幅が次第に増大した後に減衰するような波形を有し、超音波の送受信時での送受信器６の温度の変化により、その受信信号の波形が変化するので、上記受信時点判定部１４により、送受信器６の超音波の受信時点を、送受信器６の受信信号と基準電圧との比較により判定するにあたり、基準電圧を所定の値とすると、その基準電圧を越える受信信号の波が、所定のターゲット波ではなくなってしまい、結果、上記受信時点を正確に判定できなくなる場合がある。
【００４０】
そこで、本装置は、簡素化且つ低廉化が可能で、迅速且つ正確に流速値を導出するために、図１に示すように、送受信器６の温度を導出する温度導出手段２７と、送受信器６の温度を調整する温度調整手段としてのヒータ３３と、温度導出手段２７による導出結果に基づいてヒータ３３を制御して、送受信器６の温度を設定温度範囲内に設定する温度設定手段３２と、を備えており、これらの詳細構成について以下に説明する。
【００４１】
増幅手段としての増幅部１３に入力された、送受信器６における増幅前の受信信号のピーク電圧を計測する上記ピーク電圧計測手段２６を備え、上記温度導出手段２７は、上記ピーク電圧計測手段２６により計測されたピーク電圧に基づいて、送受信器６の温度を導出するように構成されている。
【００４２】
即ち、送受信器６の温度が低いほど上記ピーク電圧が低下することを利用し、その送受信器６の温度と、送受信器６の受信信号のピーク電圧との相関関係を予め実験等により求めておくことができる。
また、上記ピーク電圧計測手段２６は、上記伝播時間計測手段１０による伝搬時間の計測に先立って、一方側の送受信器６に駆動部１２から入力された駆動パルスを送信して他方側の送受信器６から受信した増幅前の受信信号の最大電圧を上記ピーク電圧として計測する。
【００４３】
そして、上記温度導出手段２７は、上記予め求めておいた送受信器６の温度と当該ピーク電圧との相関関係を参照して、上記ピーク電圧計測手段２６により導出した受信信号のピーク電圧から、上記送受信器６の温度を導出することができる。
【００４４】
上記温度設定手段３２は、上記温度導出手段２７により導出された送受信器６の温度が設定温度範囲を下回る場合には、当該温度を設定温度範囲内に設定すべく、上記ヒータ３３を作動させるように構成されている。
当該構成により、送受信器６の温度が、設定温度範囲内に維持されるので受信信号の波形の変化が防止される。
よって、上記伝搬時間計測手段１０の受信時点判定部１４で受信信号における受信時点を判定するために使用される基準電圧が、上記基準電圧設定手段２５により所定の値に適宜設定されるので、受信信号において最初に上記基準電圧を超える波が略確実に受信時点から特定番目のターゲット波となり、そのターゲット波における受信信号が基準電圧に到達した時点を基準に、ゼロクロス点及び受信時点が正確に判定され、正確な伝搬時間が計測されることになる。
【００４５】
ここで、設定温度範囲とは、その範囲内で送受信器６の温度が変化したとしても、送受信器６における受信信号の波形が略一定であって、上記受信時点判定部１４が、上記受信時点を判定する際に温度の変化による影響を略受けない温度範囲をいう。
例えば、送受信器６の温度が、２０℃〜６０℃の範囲内であれば、受信信号の波形が略一定で、温度による影響を略受けないことから当該温度範囲を上記設定温度範囲とすることができる。
【００４６】
また、本装置において、上記ヒータ３３は、上記上流側空間３に設置されているので、測定流路２内に設置された送受信器６の温度を上記設定温度範囲内にまで迅速に上昇させることができ、上記流速値を導出するまでの待ち時間を短縮することができる。
【００４７】
更に、温度設定手段３２は、送受信器６の温度が、上記設定温度範囲を下回っている場合に、ヒータ３３を作動させ、送受信器６の温度を上記設定温度範囲の下限値（例えば２０℃）に設定するように構成されている。これにより、上記流速値を導出するまでの待ち時間を短縮させつつ、温度上昇に必要なエネルギーを節減することができる。
【００４８】
なお、基準電圧設定手段２５は、上記受信時点を正確に判定することができるように適宜、基準電圧を設定する手段である。本実施形態においては、受信信号を、増幅部１３により設定電圧を最大とするものに増幅しているため、基準電圧は、上記設定電圧に対応して適宜設定することができる。
【００４９】
次に、本装置を用いて、実際に、流速値を導出するフローを図３に基づいて説明する。
【００５０】
まず、制御装置５０におけるピーク電圧計測手段２６が、伝播時間計測手段１０による伝搬時間の計測に先立って、増幅前の受信信号の最大電圧をピーク電圧として計測する（ステップ＃１）。
【００５１】
次に、制御装置５０における温度導出手段２７が、予め求めておいた送受信器６の温度とピーク電圧との相関関係を参照して、当該相関関係とピーク電圧計測手段２６により計測されたピーク電圧とから送受信器６の温度を導出する（ステップ＃２）。
【００５２】
そして、制御装置５０における温度設定手段３２が、送受信器６の温度が設定温度範囲の下限値（例えば２０℃）よりも高いかどうかを確認して（ステップ＃３）、当該温度が設定温度範囲の下限値よりも高い場合には、温度設定手段３２がヒータ３３を停止して（ステップ＃４）上記流速値を導出し（ステップ＃５）、送受信器６の温度が設定温度範囲の下限値よりも高くない場合には、温度設定手段３２がヒータ３３を作動して（ステップ＃６）、再度上記ステップ＃１〜＃３の処理を実行する。よって、ステップ＃３で送受信器６の温度を設定温度範囲の下限値よりも高いと判定されてから、上記ステップ＃５で上記流速値が導出されることになる。
【００５３】
したがって、本装置においては、送受信器６の温度が、所定の設定温度範囲の下限値よりも高くなってから、流速値を導出するための伝播時間の計測が行われることになる。よって、基準電圧を所定の値としても、受信信号において最初に上記基準電圧を超える波が略確実に受信時点から特定番目のターゲット波となり、そのターゲット波における受信信号が基準電圧に到達した時点を基準に、ゼロクロス点及び受信時点が正確に判定され、正確な伝搬時間が計測されることになり、正確な流速値を導出することができる。
【００５４】
〔別実施形態〕
（１）
上記実施の形態では、上記温度導出手段２７を、送受信器６の受信信号のピーク電圧に基づいて送受信器６の温度を導出するように構成したが、別に、以下のように構成することもできる。
【００５５】
即ち、図４に示す本装置は、伝播時間計測手段１０の計測結果に基づいて測定流路２における音速を導出する音速演算手段３０を備え、制御装置５１が機能する温度導出手段３１は、その音速に基づいて送受信器６の温度を導出するように構成されている。なお、送受信器６は測定流路２内に設置されているので、送受信器６の温度は測定流路２における温度になるとする。
なお、図４に示す本装置の説明において、図１に示す本装置と同様の構成については、同じ符号を付すことで、説明を割愛する。
【００５６】
測定流路２における音速Ｃは、次式に示すように、送受信器６の温度Ｔｈの関数となるので、その音速Ｃを求めれば、送受信器６の温度Ｔｈを求めることができる。
Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２・Ｔｈ
但し、Ｃ１，Ｃ２は定数。
【００５７】
そして、上記音速演算手段３０は、次式に示すように、例えば直前に上記伝搬時間計測手段１０により計測した順方向伝播時間ｔ１と逆方向伝播時間ｔ２とから音速Ｃを導出することができる。
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖ’）＝Ｌ／（Ｃ＋ｖ・ｃｏｓθ）
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖ’）＝Ｌ／（Ｃ−ｖ・ｃｏｓθ）
Ｃ＝Ｌ・（１／ｔ１＋１／ｔ２）／（２・ｃｏｓθ）
【００５８】
そして、上記温度導出手段３１は、上記音速演算手段３０により導出した音速Ｃを、その音速Ｃと上記送受信器６の温度Ｔｈとの関数に代入して、送受信器６の温度Ｔｈを求めることができる。
【００５９】
尚、当然、温度導出手段３１は、送受信器６の近傍に設置した温度センサの出力により直接送受信器６の温度を導出するように構成しても構わない。
【００６０】
（２）
上記実施の形態では、受信時点判定部１４が、上記増幅部１３から増幅された後の受信信号が基準電圧に到達した時点の直後にゼロレベルとなったゼロクロス点から遅れ時間分前の時点を、上記受信時点として判定するように構成したが、例えば、上記受信信号が基準電圧に到達した時点や上記ゼロクロス点自身を上記受信時点として判定するなどのように、別の形態で、受信信号を基準電圧と比較して送受信器６の超音波の受信時点を判定するように構成することもできる。
【００６１】
（３）
上記実施の形態では、送受信器６の受信信号を、設定電圧を最大とするものに増幅させる増幅部１３を設けたが、特に問題がなければ、この増幅部１３を、受信信号を一定割合で増幅させるものに改変したり、増幅部１３を省略しても、構わない。
また、このように増幅部を改変又は省略する場合には、基準電圧設定手段が、送受信器の受信信号のピーク電圧に対して所定の比率の電圧を、基準電圧として設定することができる。
【００６２】
（４）
上記実施の形態では、測定流路２を流れる流体をガスｇとしたが、当然、別の流体が流れる場合でも本願発明を適用することができる。
【００６３】
（５）
上記実施の形態では、温度調整手段をヒータ３３によって構成したが、送受信器６を加熱することができるものであれば、特に制限なく温度調整手段として用いることができる。例えば、抵抗加熱器などが挙げられる。又、温度調整手段を、高精度の温度調整を行うために、加熱と冷却との両方を行うように構成してもよい。
【００６４】
（６）
上記実施の形態では、温度調整手段を上流側空間３に設けたが、ガスｇの流れ及び超音波の送受信を阻害しなければ、設置場所は特に制限されない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る超音波式メータ装置は、測定流路を流れるガスなどの流体中の超音波の伝搬時間を計測し、当該伝搬時間から流体の流速や流量等の当該流速に関する流速値を導出する超音波式メータ装置であって、簡素化且つ低廉化が可能で、迅速且つ正確に流速値を導出することができるものとして有効に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施形態の超音波式メータ装置の概略構成図
【図２】受信信号の状態を示す図
【図３】実施形態において流速値を導出する際のフロー図
【図４】別実施形態の超音波式メータ装置の概略構成図
【符号の説明】
【００６７】
１：超音波式メータ装置
２：測定流路
６，６ａ，６ｂ：超音波送受信器
１０：伝播時間計測手段
１３：増幅部（増幅手段）
１４：受信時点判定部
２０：流速値演算手段
２５：基準電圧設定手段
２６：ピーク電圧計測手段
２７、３１：温度導出手段
３０：音速演算手段
３２：温度設定手段
３３：ヒータ（温度調整手段）
ｇ：ガス（流体）
ｔ１，ｔ２：伝播時間
Ｃ：音速
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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