(57)【要約】【課題】低消費電流で超音波信号の送信、受信が可能な超音波流量計を提供することを課題とする。【解決手段】流体の流路の上流と下流とに対向して配置した超音波送受波器３ａおよび超音波送受波器３ｂと、順方向計測時と逆方向計測時とに応じて超音波送波時の超音波送波器に印加する印加電圧を制御する印加電圧制御部４とを備え、逆方向計測時には順方向計測時よりも印加電圧を低くする。【選択図】  図１
2004361167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信を行うための少なくとも一対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を順方向と逆方向にそれぞれ超音波の送受を行い、その各向きの到達時間から流速さらに流量を求める超音波流量計であって、順方向計測時と逆方向計測時とに応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する印加電圧を制御する送波時印加電圧制御手段を設けたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記送波時印加電圧制御手段は、順方向計測時と逆方向計測時に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する印加電圧を、逆方向計測時には順方向計測時より低く制御する請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
送受信を行うための少なくとも一対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を順方向と逆方向にそれぞれ超音波の送受を行い、その各向きの到達時間から流速さらに流量を求める超音波流量計であって、流速判定部を設けて、求めた流速に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する印加電圧を制御する送波時印加電圧制御手段を設けたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
前記送波時印加電圧制御手段は、求めた流速に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する順方向計測時の印加電圧を、流体の流速が小さい場合は大きい場合に比べて前記印加電圧が低く、逆方向計測時の印加電圧を、流体の流速が大きい場合は小さい場合に比べて前記印加電圧が低くなるように制御する請求項３に記載の超音波流量計。
【請求項５】
送受信を行うための少なくとも一対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を順方向と逆方向にそれぞれ超音波の送受を行い、その各向きの到達時間から流速さらに流量を求める超音波流量計であって、温度判定部を設けて、計測温度に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する印加電圧を制御する送波時印加電圧制御手段を設けたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項６】
前記送波時印加電圧制御手段は、計測温度に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する順方向計測時および逆方向計測時の印加電圧を、流体の温度が低い場合は高い場合に比べて前記印加電圧が低くなるように制御する請求項５に記載の超音波流量計。
【請求項７】
送受信を行うための少なくとも一対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を順方向と逆方向にそれぞれ超音波の送受を行い、その各向きの到達時間から流速さらに流量を求める超音波流量計であって、計測体判定部を設けて、検知した計測流体に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する印加電圧を制御する送波時印加電圧制御手段を設けたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項８】
前記送波時印加電圧制御手段は、計測流体に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する順方向計測時および逆方向計測時の印加電圧を、超音波の減衰が小さい計測流体の場合は超音波の減衰が大きい計測流体の場合に比べて前記印加電圧が低くなるように制御する請求項７に記載の超音波流量計。
【請求項９】
請求項１または２に記載の送波時印加電圧制御と、請求項３または４に記載の送波時印加電圧制御と、請求項５または６に記載の送波時印加電圧制御との、任意の２以上の結合による送波時印加電圧制御を実行する送波時印加電圧制御手段を含むことを特徴とする超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用してガス、水道等の流体の流速、流量を計測する超音波流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の超音波流量計、例えば、超音波ガス流量計では、流体の流れる流路の上流側と下流側に超音波素子を配置し、上流側の超音波素子を駆動して超音波を送信し、下流側の超音波素子でその出力を受信し、送信開始から受信するまでの時間を計測する。同じく、下流側から超音波素子を駆動して超音波を送信し、上流側の超音波素子でその出力を受信し、送信開始から受信するまでの時間を計測する。この両時間より流速が求まり、流速に流路の断面積を乗じて流量を求めている。
【０００３】
超音波の到達時間検出方法として、予め定めた第何波かの波形の振幅がゼロとなるゼロクロス点までの時間を受信時間とする方法がある。図８は、超音波受信信号を表すもので、第１波を検出しようとすると振幅が小さく、十分なＳ／Ｎ比が確保できないため、例えば、第３波の立下がりゼロクロス点ｃの時間を検出しようとする場合、あるしきい値電圧ＶＴＨを設けて、そのしきい値電圧ＶＴＨを超えた次のゼロクロス点までの時間を計測する方法がある。ゼロクロス点ｃの前のピークとなる波形の部分、この例では、第３波をゼロクロストリガ波という。
【０００４】
上記の説明における、ゼロクロストリガ波でのピークの電圧値（最大振幅）を以下の説明ではピーク電圧という。ところが、このピーク電圧は、流体、流量、圧力、温度などにより、その最大振幅が大きく変化するものである。超音波流量計では、そうした変化に対応することが要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波流量計は、超音波素子を駆動するために常に一定の印加電圧を印加して超音波を発信している。この種の超音波ガス流量計では、例えば、電池駆動で約１０年の間、メンテナンスフリーで稼動することが要求され、従来の方法では、その消費電流が低いとはいえなかった。
【０００６】
本発明は上記した点に鑑みなされたものであって、低消費電流で超音波信号の送信、受信が可能な超音波流量計を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するために本発明超音波流量計は、送受信を行うための少なくとも一対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を順方向と逆方向にそれぞれ超音波の送受を行い、その各向きの到達時間から流速さらに流量を求める超音波流量計であって、順方向計測時と逆方向計測時とに応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する印加電圧を制御する送波時印加電圧制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明者が検討した過程で、超音波送受波器への電圧印加により送波された超音波が相手方の超音波送受波器で受波される際の受波電圧のピークは、順方向計測（送波）時と逆方向（送波）時で相当異なること、例えば、同じ印加電圧で送波しても、逆方向送波時には順方向送波時より高い受波電圧ピークを生じる傾向があり、順方向計測時の受波電圧で測定可能とすれば、逆方向送波計測時に得られる受波電圧は測定可能な程度より高い場合が多いことを検証し、この発明に至ったものである。
【０００９】
具体的には、例えば、送波時印加電圧制御手段は、順方向計測時と逆方向計測時に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する印加電圧を、逆方向計測時には順方向計測時より低く制御する。
【００１０】
上記のように送波時印加電圧制御手段により、順方向計測時と逆方向計測時とで送波時の印加電圧を変えて、送波時における電圧印加を測定が許容される範囲内で送波時印加電圧を選択的に下げることにより、少ない電力消費で流量測定が可能となり、例えば、電源に簡易な電池を使用の場合でも、長期間のメンテナンスフリーを実現できる。
【００１１】
なお、上記において、流れ方向が一定に決まっている場合は、予め決められた順序（順方向計測、その後に逆方向計測、この順序を繰り返す、又は順方向計測を数回繰り返した後に逆方向計測を数回繰り返す、この計測順序を繰り返す）によったり、下流側の超音波送受波器に電圧を印加することを検知すれば、それが逆方向計測判別となり、流れ方向が順方向と逆方向との間で変わる場合には、流れ方向が反転したことを検知して、流れが変わった後において、下流に位置する超音波送受波器に対する電圧印加時を逆方向計測時と判定することができる。
【００１２】
さらに、本発明は、送受信を行うための少なくとも一対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を順方向と逆方向にそれぞれ超音波の送受を行い、その各向きの到達時間から流速さらに流量を求める超音波流量計であって、流速判定部を設けて、求めた流速に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する印加電圧を制御する送波時印加電圧制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
超音波送受波器への電圧印加により送波された超音波が相手方の超音波送受波器で受波される際の受波電圧のピークは、流体の速度の大小により相当異なること、例えば順方向計測時には、同じ印加電圧で送波しても、流体の速度が遅いときには速いときより高い受波電圧ピークを生じる傾向があり、逆方向計測時には、同じ印加電圧で送波しても、流体の速度が遅いときには速いときより低い受波電圧ピークを生じる傾向があり、例えば順方向計測時に流速が速い場合の受波電圧で測定可能とすれば、流速が遅い場合の受波電圧は測定可能な程度より高い場合が多く、例えば逆方向計測時に流速が遅い場合の受波電圧で測定可能とすれば、流速が速い場合の受波電圧は測定可能な程度より高い場合が多いことを検証し、それが発明の基礎にある。
【００１４】
具体的には、例えば、送波時印加電圧制御手段は、求めた流速に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する順方向計測時の印加電圧を、流体の流速が小さい場合は大きい場合に比べて印加電圧が低くなるようにし、逆方向計測時の印加電圧を、流体の流速が大きい場合は小さい場合に比べて印加電圧が低くなるように制御する。
【００１５】
上記のように送波時印加電圧制御手段により、流速が速い場合と遅い場合とで送波時の印加電圧を変えて、送波時における電圧印加を測定が許容される範囲内で選択的に下げることにより、少ない電力消費で流量測定が可能となり、例えば、電源に簡易な電池を使用の場合でも、長期間のメンテナンスフリーを実現できる。
【００１６】
さらに、本発明は、送受信を行うための少なくとも一対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を順方向と逆方向にそれぞれ超音波の送受を行い、その各向きの到達時間から流速さらに流量を求める超音波流量計であって、温度判定部を設けて、計測温度に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する印加電圧を制御する送波時印加電圧制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１７】
超音波送受波器への電圧印加により送波された超音波が相手方の超音波送受波器で受波される際の受波電圧のピークは、温度の高低で相当異なること、例えば、同じ印加電圧で送波しても、流体の温度が低いときには高いときより高い受波電圧ピークを生じる傾向があり、例えば、高い温度の場合の受波電圧で測定可能とすれば、温度が低い場合の受波電圧は測定可能な程度より高い場合が多い。
【００１８】
具体的には、例えば、送波時印加電圧制御手段は、計測温度に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する順方向計測時および逆方向計測時の印加電圧を、流体の温度が低い場合は高い場合に比べて印加電圧が低くなるように制御する。
【００１９】
上記のように送波時印加電圧制御手段により、温度が高い場合と低い場合とで送波時の印加電圧を変えて、送波時における電圧印加を測定が許容される範囲内で選択的に下げることにより、測定に要する消費電力が節約され、電源を電池とする場合の長期間の電源保証が可能となる。
【００２０】
さらに、本発明は、送受信を行うための少なくとも一対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を順方向と逆方向にそれぞれ超音波の送受を行い、その各向きの到達時間から流速さらに流量を求める超音波流量計であって、計測体判定部を設けて、検知した計測流体に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する印加電圧を制御する送波時印加電圧制御手段を設けたことを特徴とする。
【００２１】
具体的には、例えば、送波時印加電圧制御手段は、計測流体に応じて超音波送波時の超音波送受波器に印加する順方向計測時および逆方向計測時の印加電圧を、超音波の減衰が小さい計測流体の場合は超音波の減衰が大きい計測流体の場合に比べて印加電圧が低くなるように制御する。
【００２２】
上記のように送波時印加電圧制御手段により、被計測対象である流体の種別に応じて送波時の印加電圧を変えることにより、測定に要する消費電力が節約され、電源を電池とする場合の長期間の電源保証が可能となる。
【００２３】
さらに、本発明は、請求項１または２に記載の送波時印加電圧制御と、請求項３または４に記載の送波時印加電圧制御と、請求項５または６に記載の送波時印加電圧制御との、任意の２以上の結合による送波時印加電圧制御を実行する送波時印加電圧制御手段を含むことを特徴とする。
【００２４】
上記構成により、流体の流れ方向や流速および温度に応じて、これを任意に組み合わせて送波時の印加電圧を変えて計測が行なわれることにより、測定に要する消費電力が節約され、その効果は相乗的に高められ、例えば、電源に簡易な電池を使用の場合でも、長期間のメンテナンスフリーを実現できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき図面に示す実施例を参照して説明する。図１は、本発明の超音波流量計の概念を示す全体構成図であり、超音波流量計１は、流体の流路２に対向して配置され、圧電素子を含み構成される一対の超音波送受波器３ａと超音波送受波器３ｂと（これら総称して超音波送受波器３という場合がある）、超音波送受波器３の圧電素子を駆動し超音波を発信する駆動用の印加電圧を制御する印加電圧制御部４と、超音波送受波器３の圧電素子が駆動されたことにより送信された超音波信号を受信する超音波受信部５と、流路２の流れに対し順方向に超音波を送信したり、あるいは逆方向に超音波を送信したり、その方向を切替えるために超音波送受波器３と印加電圧制御部４との間、および超音波送受波器３と超音波受信部５の間に接続された送受切替部６と、超音波受信部５に接続され超音波の到達時間から流速を計算する処理を行う演算処理部７とを含み構成される。印加電圧制御部４の入力側に、流速判定部８と、順逆計測判定部９と、温度判定部１０と、流体判定部１１とが接続され印加電圧の制御をする信号が送信される。印加電圧制御部４は、送受切替部６を介し超音波送受波器３ａと３ｂとの印加電圧の制御（印加電圧の高低や印加時間の制御）を行う。なお、超音波受信部５は、流れに対し順方向と逆方向に送信された超音波の受信手段として兼用される。
【００２６】
次に、流量の計測方法について説明する。流体の流れは図１に示す矢印の方向（流体の流速をＶ）とする。先ず、流れに沿った方向（順方向）に超音波を送信した場合の到達時間を計測する。送受切替部６により、超音波送受波器３ａを送信側とし、一方、超音波送受波器３ｂを受信側とする。印加電圧制御部４により超音波送受波器３ａの圧電素子が駆動され超音波が送信され、流路２内を横切って、超音波送受波器３ｂまで到達する。超音波送受波器３ｂから超音波受信信号が超音波受信部５に入力される。
【００２７】
次に、図２に一例として示す計測部のブロック図と図３に示すタイミングチャートとに基づいて超音波受信部５で行われる動作について説明する。図２に示すように、受信側超音波素子（圧電素子）出力は、増幅器２０（例えばオペアンプ）で電圧増幅（例えば非反転増幅）され、増幅信号Ｖａがゼロクロス型コンパレータ２１（第一コンパレータ）に入力（例えば非反転入力）され、差動型コンパレータ２２（第二コンパレータ）に入力（例えば反転入力）される。コンパレータ出力Ｖｂ，Ｖｃは、ＲＳフリップフロップ回路（以下、ＲＳＦＦ回路という）２３のポート＃Ｓ，＃Ｒへ各々入力される。ＲＳＦＦ回路２３のポート＃Ｑ出力Ｖｄにより、単安定マルチバイブレータ等で構成されるゼロクロスポイントパルス発生回路２４が出力波形Ｖａにおける超音波到達時点を検出し、ゼロクロスポイント検出信号Ｖｅを出力する。ゼロクロスポイント検出信号Ｖｅに基づき、クロックパルス発生回路２５（例えば水晶発振子、無安定マルチバイブレータ）からのクロックパルス数をパルスカウンタ回路２６（例えばＪＫフリップフロップ回路）でカウントして到達時間検出信号Ｖｆが出力される。なお、ゼロクロスポイント検出信号Ｖｅは１回のみの出力で終了するように制御されている（図示せず）。
【００２８】
増幅信号Ｖａ（超音波受信出力）は、図３に示すように受信初期においてはノイズ混入等の影響により十分な振幅（発生電圧）レベルを有しない不規則波形信号であり、先頭から第ｎ番目（図では第▲３▼番目）の波形部分においてようやく安定して測定可能な振幅レベルに達するのが通常である。そこで、超音波受信出力の増幅信号Ｖａにおいて精度のよい時間測定を可能にするために、以下に述べるゼロクロス法が一般に採用されている。つまり、差動型コンパレータ２２（図２参照）に入力設定されたしきい値ＶＴＨを超える（又は下回る）に至る波形部分（図では第▲３▼波）をトリガ波とし、このトリガ波の振幅（又は位相）がゼロとなるゼロクロス点を、増幅信号Ｖａ（又はその派生信号）の波形上でゼロクロスポイントパルス発生回路２４（図２参照）により検出する方法である。
【００２９】
具体的には、増幅信号Ｖａの波形に対してゼロクロス法は次のように適用される。増幅信号Ｖａが非反転入力されたゼロクロス型コンパレータ２１では、増幅信号Ｖａの波形のうち振幅（発生電圧）が正の波形部分（第▲１▼波，第▲３▼波，第▲５▼波…）に対応してＨとなるパルスが、第一コンパレータ出力Ｖｂとして断続的に出力される。一方、負極性の増幅信号Ｖａと正極性のしきい値ＶＴＨとが入力された差動型コンパレータ２２では、しきい値ＶＴＨを超える波形部分（第▲３▼波，第▲５▼波…の頂部）に対応してＬとなるパルスが、第二コンパレータ出力Ｖｃとして断続的に出力される。
【００３０】
第二コンパレータ出力Ｖｃで最初にしきい値ＶＴＨを超えるトリガ波（第▲３▼波）のパルス信号が入力されるまではＲＳＦＦ回路２３のポート＃ＲにはＨが継続して入力されるので、ＲＳＦＦ回路２３のポート＃Ｑ出力ＶｄはＬに維持される。第一コンパレータ出力Ｖｂから第▲３▼波の波形検出パルス信号がＲＳＦＦ回路２３のポート＃Ｓに入力（Ｈ）されている状態において、第二コンパレータ出力Ｖｃからトリガ波（第▲３▼波）のしきい値ＶＴＨ検出パルス信号がポート＃Ｒに入力（Ｌ）されたとき、ポート＃Ｑ出力ＶｄはＨに変化する。そして、第一コンパレータ出力Ｖｂから第▲３▼波の波形検出パルス信号がＲＳＦＦ回路２３のポート＃Ｓに入力されなくなるまでポート＃Ｑ出力ＶｄはＨに維持され、ポート＃Ｓへの入力がＬとなったときにポート＃Ｑ出力ＶｄはＬとなる。
【００３１】
ゼロクロスポイントパルス発生回路２４は、ＲＳＦＦ回路２３のポート＃Ｑ出力Ｖｄの立ち下がりエッジを検出し、ゼロクロス点に対応してＨとなるパルスをゼロクロスポイント検出信号Ｖｅとして出力する。パルスカウンタ回路２６は、ゼロクロスポイント検出パルス信号（Ｖｅ）と送信側超音波素子（圧電素子）の超音波送信パルス信号との間のクロックパルス数をカウントして、到達時間検出信号Ｖｆを出力する。このようにして到達時間検出信号Ｖｆで得られた検出到達時間（順方向の到達時間Ｔｄ）は、実際の（真の）到達時間より長くなっている。つまり、受信開始からトリガ波（第▲３▼波）のゼロクロス点までの間（第▲１▼波〜第▲３▼波の１．５周期分）の経過時間を補正値として、検出到達時間から差し引くと実際の到達時間が得られる。
【００３２】
次に、流れに逆らう方向（逆方向）に超音波を送信した場合の到達時間を計測する。送受切替部６により、超音波送受波器３ｂを送信側とし、一方、超音波送受波器３ａを受信側とする。印加電圧制御部４により超音波送受波器３ｂの圧電素子が駆動され超音波が送信され、流路２内を横切って、超音波送受波器３ａまで到達する。同様にして、逆方向の到達時間Ｔｕが計測される。
【００３３】
超音波受信部５において、到達時間を計測したデータは、印加電圧制御部４からのタイミング信号を受けて、演算処理部７に送信される。演算処理部７は到達時間から流速を計算する。
【００３４】
上記で計測された順方向の到達時間Ｔｄと逆方向の到達時間Ｔｕから流速Ｖ（ｍ／ｓ）と流量Ｑ（ｍ３／ｓ）が次の式から求められる。図１において、流体の流速をＶ、流体を伝播する音速をＣ、超音波の伝播距離をＬ、流路２の断面積をＡとする。
Ｔｄ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）                  （１）
Ｔｕ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖ）                  （２）
Ｖ＝（１／Ｔｄ−１／Ｔｕ）Ｌ／２      （３）
Ｑ＝Ｖ・Ａ                            （４）
【００３５】
次に、本発明の超音波送受波器３の印加電圧の制御について説明する。図４は、超音波送受波器３への電圧印加により送波された超音波が相手方の超音波送受波器３で受波される際の受波電圧のピーク電圧（最大振幅電圧）との関係を示す特性図である。圧電素子に印加される電圧と圧電素子の振動は比例する。印加電圧を高くするほどピーク電圧は高くなる。従って、図４のＡの印加電圧における受波電圧で測定が可能であれば、例えば、図４のＢの印加電圧にすることは、超音波流量計において、電圧過多となり消費電流を無駄に消費することになる。
【００３６】
図５は、一定の印加電圧を超音波送受波器３に印加し、順方向で計測のときと、逆方向で計測のときとにおけるピーク電圧と流路を通過する計測体の流速との関係を示す特性図である。順方向で計測（送波）のときと、逆方向で計測（送波）のときでピーク電圧は相当異なり、逆方向計測のときは、順方向計測のときより高くなる傾向にある。順方向計測のときの受波電圧で測定可能であれば、逆方向計測のときに得られる受波電圧は測定可能な程度より高い場合が多い。順逆計測判定部９により、これから計測する計測方向が順方向か逆方向かを判定する。順逆計測判定部９からの信号を受けて、印加電圧制御部４により逆方向に超音波を送信して計測する場合、図５の破線で示すように、順方向に計測（送波）する場合より低い電圧を印加する。このように、順方向計測時と逆方向計測時とで送波時の印加電圧を変えて、送波時における電圧印加を測定が許容される範囲内で選択的に下げることにより、少ない電力消費で流量測定が可能となり、例えば、電源に簡易な電池を使用の場合でも、長期間のメンテナンスフリーを実現できる。
【００３７】
順逆計測判定方法としては、流れ方向が一定に決まっている場合は、予め決められた順序（順方向計測、その後に逆方向計測、この順序を繰り返す、又は順方向計測を数回繰り返した後に逆方向計測を数回繰り返す、この計測順序を繰り返す）によったり、下流側の超音波送受波器３に電圧を印加することを検知すれば、それが逆方向計測判別となる。流れ方向が順方向と逆方向との間で変わる場合には、流れ方向が反転したことを検知して、流れが変わった後において、下流に位置する超音波送受波器に対する電圧印加時を逆方向計測時と判定することができる。そして、順方向を数回計測した後、逆方向を計測して、前記ピーク電圧が変わる傾向をとらえ、順逆の判定をする方法がある。また、順方向、逆方向のその到達時間差から順逆の判定をする方法もある。
【００３８】
また、流速が速くなるほど、逆方向計測のときのピーク電圧は高くなり、順方向計測のときのピーク電圧は低くなる傾向にある。順方向計測のとき、図５に示すＣ点における受波電圧で測定可能であれば、流速が遅い場合の受波電圧は測定可能な電圧よりも高い場合が多い。流速判定部８により、これから計測する流体の流速を判定する。流速判定部８からの信号を受けて、印加電圧制御部４により順方向計測の場合に、図５に示す１点鎖線ｖ１のように、流速がＤになるまでは低い印加電圧を印加する。Ｄ以上の流速を検知したときにｖ２のように高くする（元の電圧に戻す）。逆方向計測時には、流速が速い場合は遅い場合より低い印加電圧を印加する。このように、流速が速い場合と遅い場合とで送波時の印加電圧を変えて、送波時における電圧印加を測定が許容される範囲内で選択的に下げることにより、少ない電力消費で流量測定が可能となり、例えば、電源に簡易な電池を使用の場合でも、長期間のメンテナンスフリーを実現できる。
【００３９】
流速判定方法としては、計測する流体の流速が、予め設定されている複数の流速判定値に対して、その判定値に達したかどうかを判定する方法がある。この判定に基づき、印加電圧制御部４に対して複数の段階的な印加電圧の変更ができるようにする。つまり、流速判定部８は、演算処理部７から送信されてくる流速データから低い印加電圧を印加させるか否かを判定し印加電圧制御部４に対して出力する。
【００４０】
図６は、一定の印加電圧を印加したときの、ピーク電圧と計測体（流体）の温度との関係を示す特性図である。計測体の温度が低くなるほど、ピーク電圧は高くなる傾向にある。図６に示すＥ点における受波電圧で測定可能であれば、それより低い温度で計測した時の受波電圧は測定可能な程度よりも高い場合が多い。順方向と逆方向とに関係なく、全体的に温度が低いと減衰が小さく受波電圧は高い。温度判定部１０により、計測時の温度が、例えば、図６におけるＦ点以下の温度と判定した場合、温度判定部１０からの信号を受けて、印加電圧制御部４により、低い印加電圧を印加する。このように、温度が高い場合と低い場合とで送波時の印加電圧を変えて、送波時における電圧印加を測定が許容される範囲内で選択的に下げることにより、測定に要する消費電力が節約され、電源を電池とする場合の長期間の電源保証が可能となる。
【００４１】
温度判定方法としては、サーミスタ等のＩＣによって温度計測を行い、計測した温度が予め定められた温度以下に達したかどうか判定する方法がある。この判定に基づき、印加電圧制御部４に対して複数の段階的な印加電圧の変更ができるようにする。つまり、温度判定部１０は、設定した温度に達しているかどうかを判定し低い印加電圧を印加させるか否かの信号を印加電圧制御部４に対して出力する
【００４２】
なお、温度は、実施例のように計測体の温度とするのが好ましいが、超音波流量計が設置される場所の温度（周囲環境温度）に置き換えることができる。
【００４３】
図７は、一定の印加電圧を印加したときの、ピーク電圧と計測体の種類との関係を示す特性図である。計測体の種類としては、例えば、計測体Ａは空気、計測体Ｂは天然ガスがあげられる。計測体の種類によって、ピーク電圧の高さが変化する。空気の方が超音波の減衰が小さく超音波が伝わり易く、天然ガスの方が超音波の減衰が大きく超音波が伝わり難いといえる。図７に示す計測体Ｂ（天然ガス）の受波電圧で測定可能であれば、計測体Ａ（空気）の計測時に得られる受波電圧は測定可能な程度より高い場合が多い。順方向と逆方向とに関係なく、超音波の減衰の小さい計測体であれば受波電圧は高い。初めに異なる複数の種類の流体の流速を計測した後、流体判定部１１により、これから計測する流体の種類を判定して、例えば、計測体Ａを計測する場合、流体判定部１１からの信号を受けて、印加電圧制御部４により、送波時に低い印加電圧を印加する。これにより、測定に要する消費電力が節約され、電源を電池とする場合の長時間の電源保証が可能になる。
【００４４】
流体判定方法としては、超音波密度検出器があげられる。流路の壁に流体に接して密度検出用の超音波発信器を取りつけ、それに一定の電圧を与えて共振振動をさせ、その出力を検出する。計測した密度から流体の種類を判定する方法がある。この判定に基づき、印加電圧制御部４に対して複数の段階的な印加電圧の変更ができるようにする。つまり、異なる種類の流体の流速を計測した後、流体の種類毎の受信波の電圧波形のピーク電圧のデータに基づき、最も低い流体の種類を抽出し、その流体とは異なる他の種類の流体と決定したとき、流体判定部１１は、印加電圧を低くする信号を印加電圧制御部４に対して出力する。
【００４５】
なお、流体判定の手段として、超音波受信部５の到達時間のデータを用いて到達時間差から流体の種別を判定してもよい。また、音響インピーダンスの測定により流体の種別を判定してもよい。
【００４６】
図９は、送波印加電圧制御のフローチャートで超音波ガス流量計を例に説明する。Ｓ１において、流体の流れに対し逆方向で計測かどうかを判定する。ＹＥＳの場合（逆方向計測）、Ｓ２において、送波印加電圧を低く設定する。Ｓ３おいて、流速が予め設定したしきい値より小さいかどうかを判定する。ＹＥＳの場合（流速が遅い）、Ｓ４において、送波印加電圧を低く設定する。Ｓ５において、流体の温度が予め設定したしきい値より小さいかどうかを判定する。ＹＥＳの場合（温度が低い）、Ｓ６において、送波印加電圧を低く設定する。Ｓ７において、種別が計測体Ａかどうかを判定する。ＹＥＳの場合、Ｓ８において、送波印加電圧を低く設定する。Ｓ９において、超音波の計測のステップにおける超音波の送波のタイミングかどうかを判定する。ＹＥＳの場合、Ｓ１０において、上記で設定された送波電圧が印加される。このように、流体の流れ方向や流速および温度、流体の種別に応じて、送波時の印加電圧を変えて計測が行なわれることにより、測定に要する消費電力が節約される。上記条件は、いずれかを使いそれに応じて送波時の印加電圧を変えて計測を行ってもよく、または、これを任意に組み合わせて送波時の印加電圧を変えて計測を行ってもよい。これにより、測定に要する消費電力が節約され、その効果は相乗的に高められ、例えば、電源に簡易な電池を使用の場合でも、長期間のメンテナンスフリーを実現できる。なお、上記におけるＳ７およびＳ８の流体の種別を判定するステップは省略化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波流量計の概念を示す全体構成図。
【図２】本発明に係る計測部のブロック図。
【図３】図２のタイミングチャート。
【図４】本発明に係る超音波送受波器に印加する印加電圧とゼロクロストリガ波のピーク電圧との関係を示す特性図。
【図５】本発明に係る順方向で計測のときおよび逆方向で計測のときの、ピーク電圧と流路を通過する計測体の流速との関係を示す特性図。
【図６】本発明に係るピーク電圧と環境温度との関係を示す特性図。
【図７】ピーク電圧と計測体の種類との関係を示す特性図。
【図８】ゼロクロス点の説明のための超音波信号波形図。
【図９】本発明に係る送波印加電圧制御のフローチャート。
【符号の説明】
２  流路
３ａ，３ｂ  超音波送受波器
４  印加電圧制御部
５  超音波受信部
６  送受切替部
７  演算処理部
８  流速判定部
９  順逆計測判定部
１０  温度判定部
１１  流体判定部
【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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【図９】
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