【手続補正書】
【提出日】平成15年6月13日(2003.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】流量計測装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】流体管路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子へ周期的駆動信号を送出する送信回路と、前記両振動子間相互の超音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、前記送信回路の駆動周期を基準として遅延時間を変更するタイマ変更手段と、前記タイマ変更手段によって前記繰り返し時に信号伝達を遅らせる遅延手段と、前記両振動子間の超音波の伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えた流量計測装置。
【請求項２】タイマ変更手段は予め設定した固定値を有し、この固定値に送信回路の駆動周期をｎ分割した時間を基準とした時間を付加して遅延時間を順次変更する請求項１記載の流量計測装置。
【請求項３】タイマ変更手段で送信回路の駆動周期をｎ分割した時間は繰り返し手段の設定している繰り返し回数の公約数になるように分割数を調節する請求項１記載の流量計測装置。
【請求項４】超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切り替え設定する切り替え手段を有し、送受信する方向にかかわらず同じ遅延状態で遅延時間を調節する請求項１、２又は３記載の流量計測装置。
【請求項５】超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切り替え設定する切り替え手段を有し、送受信する方向にかかわらず同じ総遅延時間になるよう遅延時間を調節する請求項１、２又は３記載の流量計測装置。
【請求項６】タイマ変更手段は超音波の伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段の出力を入力し流量に応じて前記送信回路の駆動周期をｎ分割した時間を基準として遅延時間を順次変更するタイマ変更手段と、前記タイマ変更手段によって前記繰り返し時に信号伝達を遅らせる遅延時間を調節する請求項１〜５のいずれか１項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、特に超音波によってガスなどの流体の流量を測定する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、特開昭６１−１０４２２４号公報に示すように送信指令パルスから遅延手段を介して送信回路に供給することが行われていた。遅延手段は図９に示すようにトリガ入力Ｙが入ると、増幅器と１とコンデンサ２〜４、トランジスタ５および抵抗器６〜８からなる遅延手段が作動し交流信号Ａの重畳によってモノステーブルマルチバイブレータ９の出力幅を例えば数μ〜数１００μ秒の間で不規則に変化させるものである。
【０００３】
【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この遅延時間の再現性が十分でなく、１時間に３リットル／時間のような微少な流量を計測する際に必要なナノ秒の再現性を得ることができず、流量計測の分解能を高くすることができなかった。
【０００４】
【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、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子へ周期的駆動信号を送出する送信回路と、前記両振動子間相互の超音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、前記送信回路の駆動周期を基準として遅延時間を変更するタイマ変更手段と、前記タイマ変更手段によって前記繰り返し時に信号伝達を遅らせる遅延手段と、前記両振動子間の超音波の伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、タイマ変更手段の駆動周期を基準として遅延時間を変更し、遅延時間と送信周期とを調節することで、再現性の高い遅延時間と送信周期を得、流量計測精度を高める。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば都市ガス、プロパンガス等の燃料ガスの流量計測部に実施して極めて有用である。それは燃料ガスにおける流量計測は１時間あたり３リットルを越える流量変化を的確に把握することが、わが国においては必要とされているからである。そこで本発明は、流量の変化が極めて少ない場合から１時間あたり何万リットルという様な広範囲にわたって、流量を計測できる便利なものとしたものである。以上の趣旨に沿う正確な流量を計測する必要のある各分野において本発明は実施して有用なものである。
【０００６】
そして、当業者が本発明を実施するには各請求項に記載した構成とすることにより実現できるものであるが、本発明の内容の理解を助けて容易に実施形態を把握することができるように各請求項の作用効果を手段、構成に加えて以下に説明する。
【０００７】
すなわち、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子へ周期的駆動信号を送出する送信回路と、前記振動子間相互の超音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、前記送信回路の駆動周期をｎ分割した時間を基準として遅延時間を順次変更するタイマ変更手段と、前記タイマ変更手段によって前記繰り返し時に信号伝達を遅らせる遅延手段と、前記振動子間の超音波の伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えることで，タイマ変更手段の駆動周期をｎ分割した時間を基準として遅延時間を順次変更し、遅延時間と送信周期とを調節することで、再現性の高い遅延時間と送信周期を得、流量計測精度を高めることができる。
【０００８】
また、タイマ変更手段は予め設定した固定値に送信回路の駆動周期をｎ分割した時間を基準とした時間を付加して遅延時間を順次変更することで送信周期をより最適化し、流量計測精度を高めることができる。
【０００９】
また、タイマ変更手段で送信回路の駆動周期をｎ分割した時間は繰り返し手段の設定している繰り返し回数の公約数になるように分割数を調節することで、順次変更していく遅延時間の変更状態が常に繰り返し回数内で一定回数で安定し、遅延時間のバラツキが測定時毎に大きくずれてしまうことが無くなり安定した計測状態を維持することが可能になる。
【００１０】
また、超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切り替え設定する切り替え手段を有し、送受信する方向にかかわらず同じ遅延状態で遅延時間を調節することで流量計測精度を高めることができる。
【００１１】
また、超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切り替え設定する切り替え手段を有し、送受信する方向にかかわらず同じ総遅延時間になるよう遅延時間を調節することで送信方向による流量計測の誤差を少なくすることができる。
【００１２】
また、タイマ変更手段は流量に応じて繰り返し時に信号伝達を遅らせる遅延時間を調節することで、最適な流量計測精度を維持することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１は請求項１に係る実施例１に関する流量計測装置の構成ブロック図である。
【００１５】
図１において、流体管路１０の途中に超音波を発信する第１振動子１１Ａと受信する第２振動子１１Ｂが流れ方向に配置されている。１２は第１振動子１１Ａへの送信回路、１３は第２振動子１１Ｂで受信した信号の増幅回路で、この増幅された信号は基準信号と比較回路１４で比較され、基準信号以上の信号が検出されたとき設定された回数だけ繰り返し手段１５で遅延手段１６によって信号を遅延させた後超音波信号を繰り返し送信する。遅延手段１６は前記送信回路１２の駆動周期をｎ分割した時間を基準とするタイマ変更手段１７の出力で順次変更して遅延時間を設定する。
【００１６】
この遅延時間は繰り返し超音波を送信させたとき受信側の振動子からの反射と送信、または受信と第ｍ次反射波が重なって波形が乱れないように設定される。超音波の送信が設定された回数が繰り返されて終了したときの時間をタイマカウンタのような計時手段１８で求める。次に切換手段１９で第１振動子１１Ａと第２振動子１１Ｂの発信受信を切り換えて、第２振動子１１Ｂから第１振動子１１Ａすなわち下流から上流に向かって超音波信号を送信し、この送信を前述のように繰り返しその時間を計時する。そしてその時間差から管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段２０で流量値を求める。
【００１７】
タイマ変更手段１７は図２に示すように送信手段１２の周期Ｔをｎ分割する分割手段１７ａと、分割した時間成分を基準として遅延時間を組み立てる時間組み立て手段１７ｂから成る。
【００１８】
送信手段１２から振動子を駆動する高周波信号を送出するが、この高周波信号の周期Ｔを分割手段１７ａでｎ分割し、このｎ分割した時間成分を基準として時間組み立て手段１７ｂが遅延時間を組み立てる。組み立てられた遅延時間は遅延手段１６に送られる。遅延手段１６は比較手段１４で信号を受信したことを検知した後、この遅延時間だけ時間を遅らせてから送信信号を送出する送信手段に信号を伝達する。
【００１９】
ここで周期をｎ分割する分割手段１７ａは実際に周期を測定してからそれを分割する回路でも、予め周期を設定しておく送信手段１４であればｎ分割した時間をつくるＣＲタイマ回路等で実現しても良い。
【００２０】
このように遅延時間を発振周期のｎ分割した時間を単位を基準として順次変更していくことで受信側から反射してきた前回発振した信号の位相に影響される発振信号を送出することや、反対に前回発振した信号の２回反射波と今回発振した信号の合成信号が受信することが無くなり受信波形も反射波が重畳したノイズ成分が入ることが無くなる。このため信号波形がひずむことが無く受信を判断する比較回路での精度が上がり、その結果流量精度が向上する。
【００２１】
一連の流れは図３に示すタイミング図のようになる。
【００２２】
（実施例２）
図４は本発明の実施例２の流量計測装置のタイマ変更手段１７を示したもので実施例１と異なるところは、固定値設定手段１７ｃを有し、組み立て手段１７ｂは分割手段１７ａの時間成分に前記固定値設定手段１７ｃの固定時間を付加して遅延時間を組み立てるものである。
【００２３】
これにより、タイマ変更手段１７は予め設定した固定値に送信回路１４の駆動周期をｎ分割した時間を基準とした時間を付加して遅延時間を順次変更することで送信周期をより最適化し、流体管路内に反射波による残響が十分減衰してから、または送信や受信に影響の無い時間帯に送信信号を送出するため流量計測精度を高めることができる。
【００２４】
（実施例３）
図５は本発明の実施例３の流量計測装置のブロック図を示したもので実施例１と異なるところは、タイマ変更手段１７の内部で送信回路１４の駆動周期をｎ分割する際に、そのｎ分割した時間を繰り返し手段１５の設定している繰り返し回数の公約数になるように分割数を調節するものである。
【００２５】
送信手段１２から振動子を駆動する高周波信号を送出するが、この高周波信号の周期Ｔを分割手段１７ａでｎ分割し、このｎ分割した時間成分を基準として時間組み立て手段１７ｂが遅延時間を組み立てる。この時、ｎ分割する分割数は繰り返し手段１５で設定している繰り返し回数の公約数になるよう分割する。分割方法は図５のように繰り返し手段１５からの信号を基に行っても良いし予め繰り返し回数が設定されている場合はその公約数を分割手段１７ａで設定しても良い。
【００２６】
このように繰り返し回数の公約数で分割した時間を基準として遅延時間を順次変更していくことにより、順次変更していく遅延時間の変更状態が常に繰り返し回数内で一定回数で安定する。このため遅延時間のバラツキが測定時毎に大きくずれてしまうことが無くなり安定した計測状態を維持することが可能になる。その結果流量精度が安定する。
【００２７】
（実施例４）
図６は本発明の実施例４の流量計測装置のブロック図を示したもので実施例１と異なるところは、切換手段１９の切換え信号をタイマ変更手段１７が入力しているものである。
【００２８】
繰り返し手段で設定している回数だけ第１振動子１１Ａを送信側として超音波信号を繰り返し送信した後は、第２発進子１１Ｂが送信側となるよう切換手段１９を切換える。この時に切換えたことをタイマ変更手段１７にも伝達する。タイマ変更手段１７はこの切換え信号を入力すると、前回第１振動子１１Ａを送信側としていた時の順次変更していた遅延時間と同じ状態で第２振動子１１Ｂを送信側とした時も遅延時間を順次変更していく。
【００２９】
このように超音波を上流から下流に向かって発振する時と、反対に下流から上流に向かって発振する時で繰り返し時における順次変更していく遅延時間の状態を同じにすることで、送受信する方向にかかわらず同じ遅延状態で遅延時間を調節することができ繰り返し回路における誤差を無くすことができ測定も同じ状態でできることから流量計測精度を高めることができる。
【００３０】
（実施例５）
図７は本発明の実施例５の流量計測装置のブロック図を示したもので実施例４と異なるところは、タイマ変更手段１７内部で遅延時間を組み立てる組み立て手段を少なくとも２つ有し切換手段１９の切換え信号でこの組み立て手段を切り替えて使用するものである。
【００３１】
例えば第１振動子１１Ａを送信側として超音波信号を繰り返し送信している時は組み立て手段１７ｂ−１を使用し、第２発進子１１Ｂが送信側となる時は組み立て手段１７ｂ−２を使用することで遅延時間の組み立ては異なるが総遅延時間を同じとするように調節するものである。
【００３２】
このように超音波を上流から下流に向かって発振する時と、反対に下流から上流に向かって発振する時で繰り返し時における順次変更していく遅延時間の総時間を同じにすることで、送受信する方向にかかわらず総遅延時間を調節することができ繰り返し回路における誤差を無くすことができ測定もほぼ同じ状態でできることから流量計測精度を高めることができる。
【００３３】
（実施例６）
図８は本発明の実施例６の流量計測装置のブロック図を示したもので実施例１と異なるところは、流量演算手段２０の信号をタイマ変更手段１７が受け流量に応じて遅延時間を調節するものである。
【００３４】
例えば流量が多い場合と微少の場合では遅延時間による流量誤差の考え方は大きく異なる。流量が数千リットル／時間の場合と数リットル／時間では同じ遅延時間でも流量に対する誤差が大きく違ってくる。このため流量が多い場合は組み立て手段による順次変更する遅延時間は流量が少ない場合の遅延時間よりやや大き目に設定しても問題は無い。微少流量では遅延時間の差がすぐに流量誤差となってしまうため、順次変更する遅延時間の組み立て方を上下方向で極力誤差のでないようにする。
【００３５】
このように、タイマ変更手段は流量に応じて繰り返し時に信号伝達を遅らせる遅延時間を調節することで、最適な流量計測精度を維持することができる。
【００３６】
以上のように、各実施例によれば次の効果が得られる。
【００３７】
（１）タイマ変更手段の駆動周期をｎ分割した時間を基準として遅延時間を順次変更し、遅延時間と送信周期とを調節することで、再現性の高い遅延時間と送信周期を得、流量計測精度を高めることができる。
【００３８】
（２）固定値に送信回路の駆動周期をｎ分割した時間を基準とした時間を付加して遅延時間を順次変更することで送信周期をより最適化し、流体管路内に反射波による残響が十分減衰してから、または送信や受信に影響の無い時間帯に送信信号を送出するため流量計測精度を高めることができる。
【００３９】
（３）繰り返し回数の公約数で分割した時間を基準として遅延時間を順次変更していくことにより、順次変更していく遅延時間の変更状態が常に繰り返し回数内において一定回数で安定するため、遅延時間のバラツキが測定時毎に大きくずれてしまうことが無くなり安定した計測状態を維持することが可能になり、結果流量精度が安定する。
【００４０】
（４）超音波を上流から下流に向かって発振する時と、反対に下流から上流に向かって発振する時で繰り返し時における順次変更していく遅延時間の状態を同じにすることで、送受信する方向にかかわらず同じ遅延状態で遅延時間を調節することができ繰り返し回路における誤差を無くすことができ測定も同じ状態でできることから流量計測精度を高めることができる。
【００４１】
（５）超音波を上流から下流に向かって発振する時と、反対に下流から上流に向かって発振する時で繰り返し時における順次変更していく遅延時間の総時間を同じにすることで、送受信する方向にかかわらず総遅延時間を調節することができ繰り返し回路における誤差を無くすことができ測定もほぼ同じ状態でできることから流量計測精度を高めることができる。
【００４２】
（６）タイマ変更手段は流量に応じて繰り返し時に信号伝達を遅らせる遅延時間を調節することで、最適な流量計測精度を維持することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明の流量計測装置によれば、タイマ変更手段の駆動周期を基準として遅延時間を変更し、遅延時間と送信周期とを調節することで、再現性の高い遅延時間と送信周期を得、流量計測精度を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の流量計測装置を示すブロック図
【図２】同タイマ変更手段を示すブロック図
【図３】（ａ）同流量計測装置の送信波の動作を示すタイミングチャート（ｂ）同流量計測装置の受信波の動作を示すタイミングチャート（ｃ）同流量計測装置の遅延手段の動作を示すタイミングチャート
【図４】本発明の実施例２のおける流量計測装置を示すブロック図
【図５】本発明の実施例３における流量計測装置を示すブロック図
【図６】本発明の実施例４における流量計測装置を示すブロック図
【図７】本発明の実施例５における流量計測装置を示すブロック図
【図８】本発明の実施例６における流量計測装置を示すブロック図
【図９】従来の流量計測装置の遅延回路図
【符号の説明】
１０  流体管路
１１Ａ  第１振動子
１１Ｂ  第２振動子
１２  送信回路
１５  繰り返し手段
１６  遅延手段
１７  タイマ変更手段
１７ａ  分割手段
１７ｂ  組み立て手段
１７ｃ  固定値設定手段
１８  計時手段
１９  切換手段
２０  流量演算手段