(57)【要約】【課題】音波流量計測の計測精度を低消費電力で行うことを目的とするものである。【解決手段】流路１に設けられ音波信号を送受信する１対の送受信器２，３と、送受信器２，３相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段７と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段８と、送受信器２，３間の音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段１２とを有し、流量演算手段１２の値によって遅延時間を調節することにより、不要な遅延時間を少なくし、消費電力を抑制しながら正確な流量計測を行うようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に設けられ音波信号を送受信する１対の送受信器と、前記送受信器相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、前記送受信器間の音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段の値によって遅延時間を調節する遅延調節手段とを具備した流量計測装置。
【請求項２】
遅延調節手段は、流量値の増加に伴って遅延時間を減少させる請求項１記載の流量計測装置。
【請求項３】
遅延調節手段は、流量値の変動の大きさに伴って遅延時間を減少させる請求項１記載の流量計測装置。
【請求項４】
流路に設けられ音波信号を送受信する１対の送受信器と、前記送受信器相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、前記送受信器の受信検出状態を調節する検出調節手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、前記送受信器間の音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを具備し、前記検出調節手段の調節時に前記遅延手段を調節するようにした流量計測装置。
【請求項５】
検出調節手段は、送受信器の受信電圧の増幅度を調節する請求項４記載の流量計測装置。
【請求項６】
検出調節手段は、送受信器の受信電圧と基準電圧とを比較する比較手段の基準電圧のレベルを調節する請求項４記載の流量計測装置。
【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などの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、図５に示すように、流路１に超音波送受信器２と３を流れの方向に斜めに相対して設け、トリガ手段４で送受信器１から流れ方向に超音波を発生し、この超音波を送受信器２で検出すると増幅手段５で信号を増幅し、比較手段６で基準信号と比較し超音波信号が受信されたことを検出し、繰り返し手段７から遅延手段８を介して再度トリガ手段４で送信する。
【０００３】
このようにして繰り返し手段７が回数設定手段９で設定された回数だけ上記の動作を繰り返した時までの時間を、計時手段１０で計測する。
【０００４】
次に切換手段１１で送受信器２と３の方向を切り替えて同様の計測を行い、計時手段１０で時間を計測する。上記２つの計時手段の値から流量演算手段１２で流量を算出していた。
【０００５】
特に高精度な流量計測においては、送受信器間の反射波によるノイズを低減させるため送信の都度ディレイ時間を設けて、正規の受信波と反射波の干渉を防止していた。（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１２８８７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の流量計測装置ではディレイ発生回路による消費電力が大きく電池で駆動されるガスメータなどでは電池消費量が多くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するもので、消費電力を低減することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、流路に設けられ音波信号を送受信する１対の送受信器と、前記送受信器相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、前記送受信器間の音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段の値によって遅延時間を調節する遅延調節手段とを具備したもので、例えば流量値が大きいときには遅延時間を小さくして、流量の高精度な計測を維持しつつ、計測時間を短縮するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、流路に設けられ音波信号を送受信する１対の送受信器と、送受信器相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、送受信器間の音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、流量演算手段の値によって遅延時間を調節遅延調節手段とを具備したもので、大流量時や脈動時には計測時間を短縮して消費電力を抑制しながら、正確な流量計測を行う。
【００１１】
遅延時間の調節手段は、例えば、流量値の増加とか、流量値の変動の大きさに伴ってその遅延時間を減少させるようにする。
【００１２】
また、流路に設けられ音波信号を送受信する１対の送受信器、送受信器相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、送受信器の受信検出状態を調節する検出調節手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、送受信器間の音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを具備し、前記検出調節手段の調節時に遅延手段を調節するようにしたもので、受信電圧の増幅度を調節する可変利得増幅器や、受信電圧と基準電圧とを比較する比較手段の基準電圧のレベルを調節する比較設定器の調節時に遅延時間を短縮し、不要な消費電力をなくすことができる。
【００１３】
検出調節手段の調節手段としては、送受信器の受信電圧の増幅度を調節するようにしたものとか、送受信器の受信電圧と基準電圧とを比較する比較手段の基準電圧のレベルを調節するようにしたものが考えられる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例を示し、従来例と同一のものについては同一番号を付与する。
【００１６】
図１において、流路１の一部に超音波送受信器２と３を流れの方向に相対して設け、トリガ手段４で送信信号を送出し、上流側の送受信器１から流れと同一方向に超音波を発生する。
【００１７】
この超音波は流れの中を音速で伝搬し、送受信器２で検出されて電気信号に変換され、増幅手段５でその信号を増幅し、比較手段６で基準信号と比較し超音波信号が受信されたことを検出する。
【００１８】
この比較信号の変化は繰り返し手段７へ送られて、遅延手段８を介して再度トリガ手段４で送信する。
【００１９】
この繰り返し回数は回数設定手段９で設定された回数で終了する。計時手段１０は、最初のトリガ信号が送信されたときにタイマをリセットされ、繰り返しが終了したときまでの時間を計測する。
【００２０】
上流から下流への超音波の送信を終了すると、切換手段１１により送受信の方向が切り換えられる。
【００２１】
送受信器３から送受信器２に向けて、すなわち下流から上流に向けて送信が行われ、前述と同様に繰り返して送信が行われその時間が計時される。上流から下流へこの時間と下流から上流への時間差から、流量演算手段１２で伝搬時間逆数差などの演算式によって流量が算出される。
【００２２】
この流量値が比較的小さい場合には遅延手段８には所定の遅延時間が設定されて送受信器間２と３の反射による影響をなくしている。
【００２３】
しかし流量値が大きくて反射波による計測誤差が許される場合には遅延時間を設けず、受信後直ちに送信を繰り返す。
【００２４】
遅延手段８の設定は、超音波のくり返し計測を行う場合に送受信器間で反射した信号が真の信号に重畳してノイズになり計測精度が悪化するのを防止するために設けられる。
【００２５】
ガスメータのように広い範囲の流量を計測する場合には、低流量では高い精度が求められる。
【００２６】
例えば流量５０Ｌ／ｈの気体が流れているときの超音波信号の伝搬時間差が５０ナノ秒とすると、許容される流量の誤差を読み値の３％以内とすると流量値の許容誤差は１．５Ｌ／ｈになり、許容される伝搬時間の誤差は１．５ナノ秒になる。
【００２７】
したがって小さい反射波の影響をも受けないように遅延時間を設定しなければならない。
【００２８】
一方６０００Ｌ／ｈの気体が流れているときは許容される誤差を読み値の１．５％とすると許容される流量は９０Ｌ／ｈであり、許容される伝搬時間の誤差は９０ナノ秒になる。
【００２９】
９０ナノ秒の誤差であれば遅延時間を正確に設ける必要はなく、あるいは遅延時間をなくしても十分な性能を得ることができる。
【００３０】
すなわち、流量演算手段１２で算出した流量に基づいて遅延調節手段１３で遅延時間を設定すると、流量演算手段１２の値が小さいときには遅延時間を最適値に調節し、流量演算の値が大きいとき遅延手段の遅延値を小さくあるいはなくすようにする。
【００３１】
このようにして流量精度を維持しながら消費電力を低減することができる。また計測時間が短くなることで、過大な流量を早く検出でき、異常時に弁を遮断するなど迅速に対応できる。
【００３２】
（実施例２）
図２は本発明の第２の実施例を示すものである。
【００３３】
図２は流体の流量が時間的に変動している（脈動）場合の実施例であり、超音波流量計はその瞬時の値をそれぞれ計測し平均流量を算出している。脈動時の計測の場合には、計測値が極めて大きく変動するので反射波の影響は小さくなって、遅延時間を小さくあるいはなくなしても計測精度を維持できる。
【００３４】
すなわち図２に示すように流量演算手段１２の値に基づいて脈動が所定値以上であるか否かを演算する脈動判別手段１４を設ける。
【００３５】
脈動判別手段１４は流量演算手段１２の値のばらつき度合によって判定でき、ばらつきが所定値以上であれば大きな脈動が発生していると判定し、遅延手段８の時間を小さくあるいは動作させないようにする。
【００３６】
脈動の判別は脈動変化値そのもの、あるいは平均値に対する脈動変化値の割合で行うことができる。また平均流量が小さいときには脈動変化値で行い、平均流量が大きいときには前記の割合で行うこともできる。
【００３７】
このようにして脈動がある場合には消費電力を低減して流量計測を行うことができる。
【００３８】
（実施例３）
図３は本発明の第３の実施例を示すものである。
【００３９】
図３は、送受信器２、３の受信検出状態を調節する受信調節手段１５を動作させたときの実施例である。
【００４０】
送受信器２、３の増幅手段５の増幅度を換える可変利得手段５Ａにより比較手段６に入力する信号レベルをほぼ同じ大きさにするものである。
【００４１】
音波の送受信器２、３の信号は製造時のばらつきや経時変化あるいは気体の密度などによって変化する。この信号を安定して精度よく検出するには比較手段６の入力信号を一定の大きさにすることが必要である。
【００４２】
具体的な手段としては信号のピーク値をある範囲にすることで達成される。
【００４３】
比較手段６とは別のピーク比較手段６Ａを設け、このピーク比較手段６Ａが動作する大きさまで可変利得手段５Ａで信号の増幅度を変化させる。ピーク値をある一定の範囲内に制御したり、あるいはピーク値の確認のためには、しばしば受信調節手段１５を作動させる必要がある。
【００４４】
波形整形手段１６から信号が送出されると送受信器２、３との間で送受信が行われ、ピーク比較手段６Ａのピーク値の検出が行われ、所定値以外であれば可変利得手段５Ａの値を変えて再度送信される。
【００４５】
このとき多少の反射波があってもピーク値検出には影響を及ぼさないので、遅延手段８は遅延時間を小さくまたはゼロに設定される。このようにして受信信号を調節している際には消費電力を低減できる。
【００４６】
（実施例４）
図４は本発明の第４の実施例を示すものであり、送受信器２、３の信号の比較手段６（例えばコンパレータ）の比較基準電圧を変更するレベル設定手段６Ｂを設け、受信波形の形状の変化に対応して比較手段６の基準電圧を調節する。
【００４７】
流量値をゼロにしておいて、波形調節手段１６から信号が送出されると送受信器２、３との間で送受信が行われ、流量を計測する。
【００４８】
この流量値が適切でない場合にはレベル設定手段６Ｂで比較手段６の基準電圧を変化させ、再度流量を計測し正常な値になるまで繰り返す。
【００４９】
いくつかの基準電圧で正常な流量値が存在するので、その中心となる基準電圧となるようにレベル設定手段６Ｂで設定する。
【００５０】
このとき多少の反射波があってもレベル設定に影響を及ぼさないので、波形調節手段１６の信号により、遅延手段８は遅延時間を小さくまたはゼロに設定される。
【００５１】
このようにして信号の比較基準電圧を調整している間、消費電力を低減できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、送受信器相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、送受信器間の音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、流量演算手段の値によって遅延時間を調節したので、消費電力を抑制しながら正確な流量計測を行なうことができる。
【００５３】
また、送受信器の受信検出状態を調節する検出調節手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、送受信器間の音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを有し、検出調節手段の調節時に遅延手段を調節したので、不要な消費電力をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図２】本発明の第２の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図３】本発明の第３の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図４】本発明の第４の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図５】従来の流量計測装置の制御ブロック図
【符号の説明】
１  流路
２、３  送受信器
７  繰り返し手段
８    遅延手段
１２  流量演算手段
１３  遅延調節手段
１５  検出調節手段
【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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