(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路と、
前記流路の上流側と下流側とに対向して配置された一対の超音波変換器と、
前記一対の超音波変換器の一方を駆動して、他方の超音波変換器へ向けて超音波を送信させて超音波の伝搬時間を測定する時間回路と、
前記時間回路で測定された伝搬時間から前記流路に流れる流体の流量を演算する制御演算回路と、を備え、
前記時間回路は、超音波送信時のゲート時間を予め設定された最短時間から順次長くすることで超音波を受信する超音波流量計。
【請求項２】
流体が流れる流路と、
前記流路の上流側と下流側とに対向して配置された一対の超音波変換器と、
前記一対の超音波変換器の一方を駆動して、他方の超音波変換器へ向けて超音波を送信させて超音波の伝搬時間を測定する時間回路と、
前記時間回路で測定された伝搬時間から前記流路に流れる流体の流量を演算する制御演算回路と、を備え、
前記時間回路は、超音波送信時のゲート時間を予め設定された最長時間から順次短くすることで超音波を受信する超音波流量計。
【請求項３】
予め設定された最短、最長時間は、一対の超音波変換器間の距離、流体中を伝搬する超音波の伝搬速度、流体の種類と温度および計測系での時間遅れから決定する請求項１又は２記載の超音波流量計。
【請求項４】
流体が流れる流路と、
前記流路の上流側と下流側とに対向して配置された一対の超音波変換器と、
前記一対の超音波変換器の下流側の超音波変換器を駆動して、上流側の超音波変換器へ向けて超音波を送信させて超音波の伝搬時間を測定する時間回路と、
前記時間回路で測定された伝搬時間から前記流路に流れる流体の流量を演算する制御演算回路と、を備え、
前記時間回路は、超音波送信時のゲート時間を予め設定された共通の設定時間から順次長くして超音波を受信する超音波流量計。
【請求項５】
共通の設定時間は、前回の受信時間判定結果から演算する請求項４記載
の超音波流量計。
【請求項６】
流路内を流れる流体の温度を検出する温度検出器を流路に設置し、この温度検出器で検出された流体の温度から、超音波の伝搬時間を演算し、この演算結果から共通の設定時間を設定してなる請求項４記載の超音波流量計。
【請求項７】
温度検出器をサーミスタで構成し、流路内に設置してなる請求項６記載の超音波流量計。
【請求項８】
温度検出器を超音波変換器で構成してなる請求項６記載の超音波流量計。
【請求項９】
超音波変換器を流路内の流体の流れない部分に設置してなる請求項８記載の超音波流量計。
【請求項１０】
超音波変換器を流体の流れる方向と垂直に設置してなる請求項８記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量を計測する超音波流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の流量計としては図１０に示すような流量計１がある。図１０は、断面図を示し、流体の流れる流路２の上流側と下流側とに一対の超音波変換器３、４を対向して設置し、一対の超音波変換器間を伝搬する超音波の伝搬時間から流体の流速を計測し、流量を演算して流量計としていた。なお、図中の片矢印５（実線）は流体の流れる方向を示し、両矢印６（破線）は超音波の伝搬する方向を示している。なお、流体の流れる方向と、超音波の伝搬する方向とは角θで交叉している。
【０００３】
図１１に、上流側（もしくは下流側）の超音波変換器３（もしくは４）を駆動した時の矩形状の駆動波形７と、下流側（もしくは上流側）の超音波変換器４（もしくは３）で受信した時の受信波形８とを示す。横軸に時間を、縦軸に電圧を示す。なお、図中の横線９（破線）は、コンパレータの設定電圧（Ｖｒｅｆ）を示す。なお、コンパレータの設定電圧９（Ｖｒｅｆ）は、受信波形８の第３番目の受信電圧の山（Ｖ３）と第４番目の受信電圧の山（Ｖ４）との間となるよう設定してある。超音波変換器３、４間を伝搬する超音波の伝搬時間Ｔｐは、駆動波形の立ち上がり点１０から、受信波形８が、コンパレータの設定電圧９を越えた次のゼロクロス点１１（黒丸）までとしていた（図中のＴｐ参照）。この場合、真の伝搬時間Ｔｓは、上記の伝搬時間Ｔｐから、受信波形の３．５波分（図中のＴｉ参照）を差し引いた時間となる。即ち、超音波の真の伝搬時間Ｔｓは、Ｔｓ＝Ｔｐ−Ｔｉとして、流量演算に用いていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の流量計１の超音波伝搬時間Ｔｓ（＝Ｔｐ−Ｔｉ）は、例えば、一対の超音波振動子３、４間を伝搬する超音波が、流路２を流れる流体の流速分布や、発生した渦などにより、あるいは、流体の温度変化などにより、受信波形８の受信感度、即ち、受信振幅が変化したり、或いは、受信波形が変形したりしていた。このため、コンパレータの設定電圧９と受信振幅との相対関係、あるいは、超音波の真の伝搬時間Ｔｓと超音波の伝搬時間Ｔｐとの相対関係が変化し、ある時は、その差が２．５波分であったり、またある時は、その差が４．５波分、あるいは、３．０波分になったりしていた。このため、流体の流速計測に誤差が生じ、演算した流体の流量が不正確になるという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、超音波の受信感度、あるいは受信波形が、渦あるいは不規則な流速分布などにより変化しても、流体の流速を正確に計測することができ、精度のよい流量計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計は、流体が流れる流路と、前記流路の上流側と下流側とに対向して配置された一対の超音波変換器と、前記一対の超音波変換器の一方を駆動して、他方の超音波変換器へ向けて超音波を送信させて超音波の伝搬時間を測定する時間回路と、前記時間回路で測定された伝搬時間から前記流路に流れる流体の流量を演算する制御演算回路と、を備え、前記時間回路は、超音波送信時のゲート時間を予め設定された最短時間から順次長くすることで超音波を受信する構成とした。
【０００７】
この構成によって、即ち、順次ゲート時間を更新しながら、超音波の受信時間を判定する構成により、超音波の受信感度、あるいは受信波形が、渦あるいは不規則な流速分布などにより変化しても、流体の流速を正確に計測することができるので、精度のよい流量計を実現することができる。
【０００８】
例えば、超音波伝搬時間よりも短いゲート時間で受信側の超音波変換器を動作させると、コンパレータは、雑音レベル信号によりゼロクロス点を検知するため、伝搬時間をゲート時間と同じ値と判定する。従って、ゲート時間を順次大きく設定し、伝搬時間を検知すると、伝搬時間とゲート時間とは比例関係になり、真の超音波伝搬時間ではないと判定することができる。また、真の超音波伝搬時間を越えて、ゲート時間を設定し、コンパレータを動作させると、コンパレータは、受信波形に依存したゼロクロス点を検知するため、受信波形に応じた超音波伝搬時間が得られることになる。即ち、ある一定のゲート時間以上では、例えば、受信波形の周波数が、２５０［ｋＨｚ］（一波長分、４［μｓｅｃ］）であれば、ゼロクロス点が、約２［μｓｅｃ］ごとの飛び飛びの値を示すことになり、超音波が伝搬して来ていると判定することができる。
【０００９】
このようにして、例えば、超音波の受信感度、あるいは受信波形が、渦あるいは不規則な流速分布などにより変化しても、超音波の伝搬時間を正確に判定することができ、流体の流速を正確に計測することができるので、精度のよい流量計を実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、ゲート時間を予め設定された最短時間から順次長くし超音波伝搬時間を判定するので、効率よく短時間で判定することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、特に請求項１記載のゲート時間を予め設定された最長時間から順次短くし超音波伝搬時間を判定するので、効率よく短時間で判定することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、特に請求項１又は２記載のゲート時間を、一対の超音波変換器間の距離、流体中を伝搬する超音波の伝搬速度、流体の種類と実用的な温度範囲および計測系での時間遅れなどから決定するので、効率よく短時間で決定することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、ゲート時間を、下流側の超音波変換器を送信側、上流側の超音波変換器を受信側とする場合に、予め設定された共通の設定時間から順次長くするよう設定するので、効率よく設定することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、特に請求項４記載の共通の時間を前回の受信時間判定結果から演算するようにしたので、効率よく、簡単に設定することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、流体の温度を計測し、流体の温度から、流体中を伝搬する超音波の伝搬する時間を演算し、共通の設定時間を設定するので、正確に効率よく設定することができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、特に請求項６記載の、温度検出器をサーミスタで小型に構成したので、流路内に設置することができ、流体の温度あるいは温度変化を素早く計測でき、精度のよい流量計を構成することができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、特に請求項６記載の、温度検出器を超音波変換器で構成し、超音波の伝搬時間から流体の温度を計測するようにしたので、得られる温度が超音波的、流体的であるため、正確となり、精度のよい流量計が実現できる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、特に請求項８記載の、超音波変換器を流体には触れるが、流体の流れに影響されない部分に設置したので、流量変化があっても正確に流体の温度を計測することができる。このため、精度のよい流量計が実現できる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、特に請求項８記載の、超音波変換器を流体の流れる方向と垂直に設置したので、流量変化があっても正確に流体の温度を計測することができる。また、流体に温度変化が発生しても応答性よく検知できるので、精度のよい流量計が実現できる。
【００２０】
【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。なお、図中の同一番号を付けているものは、同一なものを示しているので、説明を省略する。
【００２１】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における流量計２１の断面図を示し、流体の流れる流路２２の上流側と下流側とに一対の超音波変換器２３、２４を流体を介し対向して設置し、超音波変換器間の距離Ｌｄは、約１００［ｍｍ］、流路２２の断面積Ｓｒは約３０［ｍｍ＾２］とした。なお、図中の片矢印２５（実線）は流体の流れる方向を示し、両矢印２６（破線）は超音波の伝搬する方向を示している。なお、流体の流れる方向は、超音波の伝搬する方向とは角θ（４５度）で交叉するようにした。
【００２２】
図２は、流量計２１のブロック図を示す。この構成において、トリガー回路３０が予め設定された間隔でスタート命令を、駆動回路３１および時間回路３２に出力する。スタート命令を受けた駆動回路３１では、送信側切換ＳＷ３３で選択されている送信側超音波変換器（例えば、上流側の超音波変換器２３）に駆動信号を出力する。送信側超音波変換器が、流路の流体中に送信した超音波は、受信側切換ＳＷ３４で選択されている超音波変換器（例えば、下流側の超音波変換器２４）で受信され、その信号は増幅器３５で増幅される。一方、スタート命令を受けた時間回路３２では、一定間隔の時間パルスを生成する。
【００２３】
また、予め決められた経過時間後、検知回路３７へ、ゲート開放信号を送出する。ゲート開放信号を受けた検知回路３７は、超音波の受信波からゼロクロス点を検出し、超音波受信時間を制御・演算回路に検出時間を出力する。制御・演算回路３６では、検知回路３７からは超音波伝搬を検知したゼロクロス時間を、時間回路３２から一は定間隔の時間パルスを受け取り時間経過を認識し、超音波伝搬時間を判定する。この超音波送信・検知を、順次ゲート時間を更新しながら繰り返す。検知回路３７に出力されるゲート開放信号が、超音波伝搬時間を越えると周期的な検知時間が得られ、超音波が到達したことを検知することができる。以上のことを図３を用いて説明する。図３（ａ）に、２５０［ｋＨｚ］からなる矩形状のバースト信号で構成した駆動信号３８を示す。超音波受信信号３９は、受信側の超音波変換器で受信した信号を示す。図３（ｂ）に、図３（ａ）の○で囲んだ部分４０の拡大図を示す。なお、４１は信号のグランド（ゼロ）レベルを示す。受信信号３９は、２５０［ｋＨｚ］の周期の受信波形であるので、一波長約４［μｓｅｃ］の周期的な信号となり、ゼロクロス点は約２［μｓｅｃ］間隔となっている。なお、超音波の真の伝搬時間をＴｓ、ゲート開放時間をＴｇで示した。ゲート開放時間Ｔｇが、超音波伝搬時間Ｔｓよりも小さい時（Ｔｇ＜Ｔｓ）、検知回路３７はゲート開放時間を受けると同時に雑音レベルにある信号、図３（ｂ）参照、でゼロクロ点を検知するので、超音波の伝搬時間としてゲート開放時間と同程度の大きさの時間を検知時間Ｔｋとして出力する。一方、ゲート開放時間が順次更新され、超音波伝搬時間Ｔｓよりも大きくなると（Ｔｇ＞Ｔｓ）、同図（ａ）より、検知回路３７で検知されるゼロクロス点としての検知時間Ｔｋは、周期的な値となる。
【００２４】
この結果を図４に示す。横軸にゲート開放時間Ｔｇを、縦軸に検知時間Ｔｋを示す。４２は、ゲート開放時間Ｔｇが、ある一定値までの結果を示し、ゲート開放時間Ｔｇと検知時間Ｔｋとが、比例関係に有る部分を示す。４３は、ゲート開放時間Ｔｇが、ある一定値を越えた時の結果を示し、検知時間Ｔｋは階段状の飛び飛びの値（この場合は、約２［μｓｅｃ］）を示すようになる。この階段状を示し始めた時間が、真の超音波到達時間として判定し、認識することができる。なお、この階段状の時間（約２［μｓｅｃ］）は、送信側および受信側の超音波変換器、駆動回路などの特性に大きく依存している。
【００２５】
このようにして得られた超音波伝搬時間Ｔｓを用いて制御・演算回路３６で流体の流量を演算する。
【００２６】
具体的には、上流側の超音波変換器２３から下流側の超音波変換器２４への超音波の到達時間をＴｕｄ、下流側の超音波変換器２４から上流側の超音波変換器２３への超音波の到達時間をＴｄｕとし、超音波の流体中を伝搬する伝搬速度をＶｓ、流体の流速をＶｆとすると、
Ｔｕｄ＝Ｌｄ／［Ｖｓ＋Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）］、Ｔｄｕ＝Ｌｄ／［Ｖｓ−Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）］
となる。これらより、
Ｖｓ＋Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）＝Ｌｄ／Ｔｕｄ、Ｖｓ−Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）＝Ｌｄ／Ｔｄｕとなり、これらの両辺を引き算すると、
２＊Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）＝（Ｌｄ／Ｔｕｄ）−（Ｌｄ／Ｔｄｕ）＝Ｌｄ＊［（１／Ｔｕｄ）−（１／Ｔｄｕ）］
となる。よって、
Ｖｆ＝｛Ｌｄ／［２・ｃｏｓ（θ）］｝＊［（１／Ｔｕｄ）−（１／Ｔｄｕ）］
となり、流体の流速Ｖｆが得られたことになる。
【００２７】
さらに、流路２２の断面積Ｓｒを乗じ、流量Ｑｍとなる。
【００２８】
即ち、Ｑｍ＝Ｓｒ＊Ｖｆが、計測した流量値となる。
【００２９】
このように、上流側の超音波変換器２３から下流側の超音波変換器２４への到達時間Ｔｕｄ、および下流側の超音波変換器２４から上流側の超音波変換器２３への到達時間Ｔｄｕとから流路を流れる流体の流量Ｑｍが得られることになる。
【００３０】
なお、上記実施例において、流体の流れる方向と、超音波が伝搬する方向との交叉角を４５度としたが、流体の流れが超音波の伝搬時間に影響を与える角度であればよく、垂直方向以外であればよく、平行であってもよい。
【００３１】
また、上記実施例に示した伝搬時間判定方法は、単発計測として説明したが、シングアラウンド法などにも充分応用できるものである。
【００３２】
（実施例２）
図５に、図４の拡大図を示す。実線４４は正極性（立ち上がり）のゼロクロス検知時間を、破線４５は負極性（立ち下がり）のゼロクロス検知時間を示す。この場合、実線での検知時間が最も短い時間を示した。この最も短い時間が超音波の到達時間Ｔｓである。流体（空気）の温度および超音波変換器間の距離、Ｌｄを種々変えて実験したところ、この最も小さい時間よりも、さらに約２．０波長分短い時間を真の超音波伝搬時間とするのが妥当であることを確かめた。即ち、実施例１で示した、超音波到達時間、ＴｕｄおよびＴｄｕを用い、超音波の伝搬速度Ｖｓを評価すると以下のようになる。
【００３３】
Ｔｕｄ＝Ｌｄ／（Ｖｓ＋Ｖｆ・ｃｏｓ（θ））、Ｔｄｕ＝Ｌｄ／（Ｖｓ−Ｖｆ・ｃｏｓ（θ））
となる。これらより、
Ｖｓ＋Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）＝Ｌｄ／Ｔｕｄ、Ｖｓ−Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）＝Ｌｄ／Ｔｄｕとなり、これらの両辺を加算すると、
２＊Ｖｓ＝（Ｌｄ／Ｔｕｄ）＋（Ｌｄ／Ｔｄｕ）＝  Ｌｄ  ＊［（１／Ｔｕｄ）＋（１／Ｔｄｕ）］
となる。よって、
Ｖｓ＝（Ｌｄ／２）＊［（１／Ｔｕｄ）＋（１／Ｔｄｕ）］
となり、流体中を伝搬する超音波の伝搬速度、Ｖｓが得られたことになる。この値を、理科年表などに記載されている空気の音速と比較することにより、上記の結果を確認した。この時間は、送信側および受信側の超音波変換器の特性および駆動回路に大きく依存していることをも確認した。また、計測系でのＳ／Ｎおよび時間遅れなども関与していると考えられる。従って、流量演算に用いる超音波到達時間Ｔｐは検知時間Ｔｋよりも、実測・経験上得れた２．０波長分（この場合、約８．０［μｓｅｃ］）短い時間とした。このようにすることにより、より精度の高い、流量計を実現することができた。
【００３４】
（実施例３）
通常の場合、流量計として使用する時、流体および超音波変換器間の距離Ｌｄは予め決まっているので、例えば、流体を空気、超音波変換器間の距離Ｌｄを１００［ｍｍ］、実用的な温度範囲を、−３０〜＋７０［℃］とすると、超音波の伝搬速度は、理科年表によると、３１３．２〜３７３．９［ｍ／ｓｅｃ］となるので、
超音波の到達時間は、２６７．５〜３１９．４［μｓｅｃ］となる。従って、下流側の超音波変換器２４から上流側の超音波変換器２３への超音波到達時間を検知する場合、
Ｔｄｕ＝Ｌｄ／［Ｖｓ−Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）］であり、Ｖｆ≧０［ｍ／ｓｅｃ］
であるから、
Ｔｄｕ≧Ｌｄ／Ｖｓ
となる。このため、ゲート開放時間、Ｔｇは最も大きい超音波伝搬速度（３７３．９［ｍ／ｓｅｃ］）で決定される時間（２６７．５［μｓｅｃ］）を下限として、順次長くすることにより、効率よく、短時間で超音波到達時間を検知することができる。
【００３５】
（実施例４）
実施例３と同様にして、上流側の超音波変換器２３から下流側の超音波変換器２４への超音波到達時間を検知する場合、
Ｔｕｄ＝Ｌｄ／［Ｖｓ＋Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）］であり、Ｖｆ≧０［ｍ／ｓｅｃ］
であるから、
Ｔｕｄ≦Ｌｄ／Ｖｓ
となる。このため、ゲート開放時間、Ｔｇは最も小さい超音波伝搬速度（３１３．２［ｍ／ｓｅｃ］）で決定される時間（３１９．４［μｓｅｃ］）を上限として、順次短くすることにより、効率よく、短時間で超音波到達時間を検知するこができる。
【００３６】
（実施例５）
流体が空気と異なり、例えば、メタン、エチレンなどの可燃性気体の場合、超音波伝搬速度Ｖｓは、温度をｔ［℃］とすると、
メタンの場合、
Ｖｓ（メタン）＝４３０．０＋０．６２＊ｔ［ｍ／ｓｅｃ］、
エチレンの場合、
Ｖｓ（エチレン）＝３１４．０＋０．５６＊ｔ［ｍ／ｓｅｃ］
となる。
【００３７】
従って、実施例３および４に記載したように、超音波変換器間の距離Ｌｄが、既知であれば、ゲート開放時間の最長時間および最短時間を予め決定することができ、超音波到達時間を効率よく短時間で検知することができる。
【００３８】
また、流体が水や石油などの液体の場合、同様に水の場合、
Ｖｓ（水）＝１５００＋０．３３＊ｔ［ｍ／ｓｅｃ］、
石油の場合、
Ｖｓ（石油）＝１３００−３．６＊ｔ［ｍ／ｓｅｃ］
となる。
【００３９】
従って、この場合も予め、ゲート開放時間の最長および最短時間を決定することができるので、効率よく音波到達時間を決定することができる。
【００４０】
なお、水の場合、実用的な温度範囲は、０〜４０［℃］なので、より素早く設定できることになる。
【００４１】
（実施例６）
超音波到達時間は、実施例１で示したように、
Ｔｕｄ＝Ｌｄ／（Ｖｓ＋Ｖｆ）、Ｔｄｕ＝Ｌｄ／（Ｖｓ−Ｖｆ）
であるので、
流体の流れていない時、即ち、Ｖｆ＝０の時、
Ｔｃｏｍ＝Ｔｕｄ＝Ｔｄｕ＝Ｌｄ／Ｖｓ
となるので、
例えば、流体が空気であれば、Ｖｓの実用上の最大値が３７３．９［ｍ／ｓｅｃ］であるので、共通の最小時間Ｔｃｏｍ（最小）＝２６７．５［μｓｅｃ］となり、共通の最大時間Ｔｃｏｍ（最大）＝３１９．４［μｓｅｃ］となる。
【００４２】
このため、下流側の超音波変換器を送信側、上流側の超音波変換器を受信側として用いる場合、ゲート開放時間を、２６７．５〜３１９．４［μｓｅｃ］と順次長く設定して、超音波到達時間を検知することができるので、効率よく検知することができる。また、この時間設定内に検知できない場合は、異常と判断することもできるので、より実用的な流量計を実現できる。
【００４３】
（実施例７）
超音波到達時間は、実施例１で示したように、
Ｔｕｄ＝Ｌｄ／（Ｖｓ＋Ｖｆ）、Ｔｄｕ＝Ｌｄ／（Ｖｓ−Ｖｆ）
であるので、
流体の流れていない時、即ち、Ｖｆ＝０の時、
Ｔｃｏｍ＝Ｔｕｄ＝Ｔｄｕ＝Ｌｄ／Ｖｓ
となるので、例えば、流体が空気であれば、Ｖｓの実用上の最大値が３７３．９［ｍ／ｓｅｃ］であるので、共通の最小時間Ｔｃｏｍ（最小）＝２６７．５［μｓｅｃ］となり、共通の最大時間Ｔｃｏｍ（最大）＝３１９．４［μｓｅｃ］となる。
【００４４】
このため、上流側の超音波変換器を送信側、下流側の超音波変換器を受信側として用いる場合、ゲート開放時間を、３１９．４〜２６７．５［μｓｅｃ］と順次短く設定して、超音波到達時間を検知することができるので、効率よく検知することができる。また、この設定時間内に検知できない場合は、異常と判断することもできるので、より実用的な流量計を実現できる。
【００４５】
（実施例８）
流路を流れる流体の温度は、熱容量などの関係から、数十［℃／ｓｅｃ］のように急激に変化することがないので、例えば、数秒〜数十秒間隔で計測する場合、前回に検知した時間（Ｔｂｅｆｏｒｅ）を参照して、前記実施例に示した共通の時間として採用することにより、例えば、空気の場合、常に実用上の時間範囲（２６７．５〜３１９．４［μｓｅｃ］）を検知することなく、Ｔｂｅｆｏｒｅ〜３１９．４［μｓｅｃ］間、もしくは、２６７．５［μｓｅｃ］〜Ｔｂｅｆｏｒｅ間を検知範囲とすることができるので、より効率よく、超音波の到達時間を検知することができる。この場合、前回の設定時間（Ｔｂｅｆｏｒｅ）に、若干余裕を持たせておくと、誤検知することが少なくなる。
【００４６】
（実施例９）
図６に、本発明の実施例９における流量計４６を示す。同図において、４７は流路２２内に設けた温度検出器を示す。この構成により、流体の温度を検出することができるので、上記実施例で記載した共通の時間を、上記に記載した温度と超音波の伝搬速度との関係を用い、簡単に計算することができる。このため、簡単に、また短時間で共通の時間Ｔｃｏｍを得ることができ、より一層効率よく超音波到達時間を検知することができる。この場合、検出した温度から演算される設定時間に、若干余裕を持たせておくと、誤検知することが少なくなる。
【００４７】
（実施例１０）
上記温度検出器をサーミスタで構成することにより、熱応答性に優れた、精度のよい温度検出器を、非常に小さく構成することができ、流体の流れを乱すことなく流路内に簡単に設置することができ、高精度な流量計を実現することができる。また、流体に温度変化が発生しても、追従性よく応答するため高精度な流量計を実現することができる。図６において、温度検出器４７は超音波が伝搬する部分よりも上流側に設置したので、流体に温度変化が発生した場合、素早く検知できるので、熱応答性に優れた流量計が実現できる。また、温度検出器４７を超音波が伝搬する部分よりも下流側に設置してもよい。この場合には、温度検出器が流体の流れを乱さないので、高精度な流量計を実現できる。
【００４８】
（実施例１１）
図７に、本発明の実施例１１における、温度検出器としての一対超音波変換器４８、４９を備えた流量計５０を示す。温度検出器としての一対超音波変換器４８、４９は、流体が細孔５１により導入されるが、流路２２を流体が流れても流れが発生しない淀み部５２に、一定の距離Ｌｔをおいて対向して設置した。この一対の超音波変換器４８、４９を伝搬する超音波の伝搬時間と、既知の距離Ｌｔから、超音波の伝搬速度が得られるので、それより流体の温度を演算できる。従って、上記実施例に記載した共通の時間、Ｔｃｏｍ、を簡単に設定することができる。流体の温度を超音波的に検出すので、精度よく検出することができる。このため、高精度な流量計を実現できる。
【００４９】
（実施例１２）
図８に、本発明の実施例１２における、温度検出器としての一対超音波変換器５３、５４を備えた流量計５５を示す。温度検出器としての一対超音波変換器５３、５４は、流路内の流体の流れ方向に対し、垂直方向に超音波が伝搬するように、一定の距離Ｌｔはなして対向して設置した。この一対の超音波変換器５３、５４間を伝搬する超音波の伝搬時間と、既知の距離Ｌｔから、流体の温度を演算できるので、上記実施例に記載した共通の時間、Ｔｃｏｍ、を簡単に設定することができる。流体の温度を、流路を流れる流体を用いて超音波的に検出すので、精度よく検出することができる。また、流体の温度が変化しても、追従性よく流体の温度を検出することができる。このため、高精度な流量計を実現できる。
【００５０】
なお、この場合、温度検出用の超音波変換器間を伝搬する超音波は、流体の流れと垂直に交叉するので、流路内を流体が流れても、超音波の伝搬時間が影響を受けることがないので、精確に温度を検出することができる。この場合、流速を計測する部分の上流側に一対の超音波変換器５３、５４を設置すると、温度変化に対する追従性が向上し、より優れた温度検出器を構成することがきるので、より高精度な流量計を実現することができる。また、下流側に設置すると、流速を計測する部分の流れを乱すことなく流体の温度を検出することができ、高精度な流量計を実現することができる。
【００５１】
なお、上記実施例１１および１２に記載した一対の超音波変換器間の距離Ｌｔを、流速を計測する一対の超音波変換器間の距離Ｌｄと同じ長さに構成しておくと、流体の温度検出用に設置した一対の超音波変換器間を伝搬する超音波伝搬時間を上記実施例に記載した共通の時間Ｔｃｏｍとして採用することができるので、超音波の到達時間から、流体の温度を演算する必要がなくなり、より一層効率よく、設定までの時間を非常に短時間にすることがきる。
【００５２】
また、温度検出用の一対の超音波変換器の片側を、超音波反射板で構成し、超音波の往復時間から流体の温度を検出しても、共通の時間、Ｔｃｏｍを設定するようにすることもできる。この場合、超音波変換器を一つ少なく構成できるので、低コストな流量計を実現することができる。この場合も、超音波が伝搬する距離を同一にしておくと、上記と同様の効果が得られる。
【００５３】
（実施例１３）
図９に、本発明の実施例１３における、流量計５６を示す。一対の超音波変換器５７、５８は、流体の流れる流路５９の上流側と下流側とに流体を介して対向して設置した。これらの超音波変換器は、ある時は温度検出用として、またある時は流体の流速検出用として用いる。温度検出用として動作する場合を説明する。超音波の伝搬時間は、上記実施例で説明したように、上流側の超音波変換器５７から下流側の超音波変換器５８への超音波の到達時間をＴｕｄ、下流側の超音波変換器５８から上流側の超音波変換器５７への超音波の到達時間をＴｄｕとし、超音波の流体中を伝搬する伝搬速度をＶｓ、流体の流速をＶｆとすると、
Ｔｕｄ＝Ｌｄ／［Ｖｓ＋Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）］、Ｔｄｕ＝Ｌｄ／［Ｖｓ−Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）］
となる。これらより、超音波変換器間を往復する時間Ｔｔｒは、
Ｔｔｒ＝Ｔｕｄ＋Ｔｄｕ＝Ｌｄ／［Ｖｓ＋Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）］＋Ｌｄ／［Ｖｓ−Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）］＝（２・Ｌｄ・Ｖｓ）／［（Ｖｓ）＾２−（Ｖｆ・ｃｏｓ（θ））＾２］
流体が空気の場合、超音波の伝搬速度Ｖｓは約３４０［ｍ／ｓｅｃ］、流体の流速Ｖｆは約１〜１０［ｍ／ｓｅｃ］程度であるので、往復する時間Ｔｔｒは以下のように近似することができ、即ち、
（Ｖｓ）＾２≫（Ｖｆ・ｃｏｓ（θ））＾２
であるので、
Ｔｔｒ≒（２・Ｌｄ・Ｖｓ）／（Ｖｓ）＾２＝（２・Ｌｄ）／Ｖｓ
となる。
【００５４】
これより、超音波変換器間を超音波が往復する時間Ｔｔｒは、流体の流速Ｖｆに依存しないことが解る。従って、流路５９を流れる流体の流速に関わらず、即ち、流量の有無に関わらず、常に安定して超音波の往復時間が計測できる。この往復の時間Ｔｔｒを用い、ゼロクロスを検出するコンパレータを動作させるゲート開放時間のための、共通のゲート時間を設定することができる。なお、この往復の時間Ｔｔｒは、流速計測の超音波変換器を共用し計測しているので、即ち、超音波が同一の距離を伝搬しているので、共通のゲート開放時間の丁度２倍となっているため、共通のゲート開放時間を、簡単に、迅速に設定することができる。
【００５５】
また、超音波の音速Ｖｓは、Ｖｓ＝（２・Ｌｄ）／Ｔｔｒとなるので、超音波の音速Ｖｓも安定して計測することができる。従って、簡単に流体の温度をも検出することができる。この温度を用い、共通のゲート開放時間を、簡単に、迅速に設定することをもできる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜１０に記載の発明によれば、流体の流速分布や、発生した渦などにより、あるいは、流体の温度変化などにより、超音波の受信波形あるいは受信振幅が変化しても、或いは、コンパレータの設定電圧と受信振幅との相対関係が変化しても、超音波の真の伝搬時間を精確に検出することができ、高精度な流量計を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１における流量計の断面図
【図２】  同流量計のブロック図
【図３】  （ａ）同流量計の駆動波形と受信波形を示した図
（ｂ）同流量計の受信波形の拡大図
【図４】  同流量計におけるゲート開放時間と検知時間の特性図
【図５】  図４の一部を拡大した特性図
【図６】  本発明の実施例９における流量計の断面図
【図７】  本発明の実施例１１における流量計の断面図
【図８】  本発明の実施例１２における流量計の断面図
【図９】  本発明の実施例１３における流量計の断面図
【図１０】  従来の流量計の断面図
【図１１】  従来の流量計における駆動波形と受信波形を示した図
【符号の説明】
２１  超音波流量計
２２  流路
２３  上流側の超音波送変換器
２４  下流側の超音波送変換器
３１  駆動回路
３３  送信側切換ＳＷ
３４  受信側切換ＳＷ
３７  検知回路
３８  駆動波形
３９  受信波形
４７  温度検出器
４８、４９  温度検出用超音波変換器
５３、５４  温度検出用超音波変換器
５７、５８  温度および流速検出用超音波変換器
【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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【図１０】
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【図１１】
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