(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体が流れる流量測定部と、
この流量測定部に設けられ超音波を送受信する一対の超音波振動子と、
前記超音波振動子の一方から超音波信号を送信させるために前記超音波振動子の一方を駆動する駆動回路と、
他方の前記超音波振動子が受信した前記超音波信号を検知して信号を出力する受信検知回路と、
前記受信検知回路の出力信号を受信したときから所定の遅延時間が経過したときに前記駆動回路に再度前記超音波振動子の一方を駆動させるように信号を出力する遅延部を備える周期性安定化手段と、
前記超音波が前記超音波振動子の一方から所定の回数だけ繰り返し送信される間の経過時間を測定するタイマと、前記所定の遅延時間と前記タイマとを制御する制御部と、
前記タイマで測定した経過時間と前記遅延時間とから前記超音波振動子の一方から送信された前記超音波の伝搬時間を求め、前記伝搬時間より前記被測定流体の流量を演算によって求める演算部と、を備え、
前記制御部は前記繰り返し送信の周期を一定とするように前記所定の遅延時間の設定を制御する流量計。
【請求項２】
周期性安定化手段は異なる遅延時間が設定可能な遅延部からなり、制御部は前記遅延時間を切り替えて駆動回路の出力タイミングを変更する請求項１記載の流量計。
【請求項３】
周期性安定化手段は、さらに超音波振動子間の距離を変更する超音波振動子移動手段を備える請求項１記載の流量計。
【請求項４】
制御部は演算部出力が所定値より大きいときに、周期性安定化手段の動作を停止する請求項１記載の流量計。
【請求項５】
周期性安定化手段は測定周期を変え測定し、その結果に応じて測定周期安定化手段の目標を設定する請求項１記載の流量計。
【請求項６】
周期性安定化手段が流量ゼロ検知手段を備えた請求項５記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体や気体の流量を計測する流量計に関し、温度変化がある場合にも精度よく流量値を計測する流量計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は特開平８−１２８８７５号公報に記載されているようなものが一般的であった。この流量計は図５に示すように、流量測定部１に超音波振動子２および３を流れの方向に相対して設置し、制御部４はタイマ５をスタートさせると同時に遅延回路８に信号出力する。遅延回路８は一定時間（ｔｄ）後に駆動回路６に発信信号を出力する。駆動回路６の出力を受けた超音波振動子２から超音波を送信し、超音波振動子３で受信する。超音波振動子３の出力である受信信号を入力した受信検知回路７は受信検知し制御部４へ出力する。受信検知回路７の出力を受けた遅延回路８は所定の時間（ｔｄ）信号を遅延した後信号を駆動回路６へ出力する。駆動回路６は再度超音波振動子２を駆動し超音波を伝搬させる。この繰り返しの動作を所定の回数繰返し、その回数を制御部４が数え所定回数となったところでタイマ５をストップさせる。この動作によってタイマ５の値から超音波が超音波振動子２より送信されてから超音波振動子３に検知されるまでの時間（ｔｆ１）を演算によって求める。図６に（ｔｄ）と（ｔｆ１）との関係を示す。次に制御部４の信号によって切替回路９を動作させ、駆動回路６と超音波振動子３とを接続し受信検知回路７と超音波振動子２とを接続させる。この状態で再度超音波の送受信を行い超音波が超音波振動子３から送信されてから超音波振動子２に検知されるまでの時間（ｔｆ２）を測定する。この２つの伝搬時間（ｔｆ１）、（ｔｆ２）を演算部１０において伝搬時間の逆数差に変換し流量を求めていた。
【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構成では、繰り返し動作の周期に同期した雑音が受信検知時に存在すると、伝搬時間が同じであれば受信時には常に同じ位相で畳重するため、その雑音は測定誤差として計測され、正確な測定ができないという課題があった。そこで一定の補正をすることが考えられるが、温度変化等によって伝搬時間が変動した場合、畳重する雑音の位相が変化し、測定誤差の量が伝搬時間の変動に応じて変動し、補正値を一定とすることができないという課題があった。
【０００４】
また特開平８−１２８８７５号公報の流量計は遅延回路の遅延量を変化させることによって反射波を避け反射波の影響を小さくするものであるが、例えば超音波送信時に発生するノイズによって受信側の超音波振動子が振動し、その振動の残響と超音波受信信号が重なることによって生じた受信検知時間の変動を小さくすることはできないという課題があった。
【０００５】
【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制御部が測定周期を常に一定とするよう周期性安定化手段を制御する構成としたものである。
【０００６】
上記発明によれば測定周期が一定となるため、受信検知時に畳重する雑音の位相が伝搬時間が変化した場合であっても常に一定となるので、測定誤差の補正を一定値とすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の流量計は、被測定流体が流れる流量測定部と、この流量測定部に設けられ超音波を送受信する一対の超音波振動子と、前記超音波振動子の一方から超音波信号を送信させるために前記超音波振動子の一方を駆動する駆動回路と、他方の前記超音波振動子が受信した前記超音波信号を検知して信号を出力する受信検知回路と、前記受信検知回路の出力信号を受信したときから所定の遅延時間が経過したときに前記駆動回路に再度前記超音波振動子の一方を駆動させるように信号を出力する遅延部を備える周期性安定化手段と、前記超音波が前記超音波振動子の一方から所定の回数だけ繰り返し送信される間の経過時間を測定するタイマと、前記所定の遅延時間と前記タイマとを制御する制御部と、前記タイマで測定した経過時間と前記遅延時間とから前記超音波振動子の一方から送信された前記超音波の伝搬時間を求め、前記伝搬時間より前記被測定流体の流量を演算によって求める演算部と、を備え、前記制御部は前記繰り返し送信の周期を一定とするように前記所定の遅延時間の設定を制御するものであり、伝搬時間が変化した場合であっても測定周期を常に一定とし、測定周期あるいは超音波の送信周期に同期した雑音が伝搬時間変動に関係なく受信の時に常に同じ位相であるので、測定誤差が一定値となり、常に一定の補正値で補正をすることができる。
【０００８】
また本発明の流量計は、制御部が異なる遅延時間を設定可能なディレイ部からなる周期性安定化手段を有し、前記制御部は遅延時間を切り替えて駆動回路の出力タイミングを変更するものであり、ディレイ時間を変更することによって測定周期を安定化させるので、超音波振動子の駆動に影響を与えること無く測定周期を安定化できる。
【０００９】
また本発明の流量計は、周期性安定化手段はさらに超音波振動子間の距離を変更し伝搬時間を一定とするものであり、送信時発生する雑音と受信した超音波の残響の両方に対する受信信号の位相を常に一定とすることができ、測定誤差をより一定化させることができる。
【００１０】
また本発明の流量計は、制御部は演算部出力が所定値より大きいときに、周期性安定化手段の動作を停止するので、大流量時の演算量が少なくなり、消費電流が小さくなる。また、流量が大きい場合は位相の畳重による測定誤差は相対的に小さくなり測定精度を落とすこと無く消費電流を小さくすることができる。
【００１１】
また本発明の流量計は、測定前に測定周期を変え測定し、その結果から測定周期変動に対し測定結果の変化が小さい設定を、周期性安定化手段の目標設定とするので、測定周期が目標に対してわずかにずれた場合であっても、測定結果のずれを小さくすることができ、安定した測定結果を得ることができる。
【００１２】
また本発明の流量計は、周期性安定化手段が流量ゼロ検知手段を備えており、流量ゼロの時測定周期の目標値を設定すると同時に、補正値を決定するので、長期にわたって精度良く流量を測定する事ができる。
【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は本発明の実施例１の流量計の全体を示すブロック図である。
【００１５】
流量測定部１と、流量測定部１に設けられ超音波を送受信する一対の超音波振動子２、３と、一方の超音波振動子２を駆動する駆動回路６と、他方の超音波振動子３に接続され超音波受信信号を検知する受信検知回路７と、受信検知回路７の出力をうけた後に一定時間経過後再度超音波振動子２を駆動し繰り返し超音波を送信するよう駆動回路６に信号を出力する遅延回路１１と、繰り返し超音波を伝搬させる経過時間を測定するタイマ５と、繰り返し回数を数えタイマ５をストップさせまた遅延回路１１の設定を変更する制御部１２と、タイマ５の出力より流量を演算によって求める演算部１０とを備える。
【００１６】
まず制御部１２はタイマ５をスタートさせると同時に一定時間経過後駆動回路６に発信信号を出力する。駆動回路６の出力を受けた超音波振動子２から超音波を送信し、超音波振動子３で受信する。超音波振動子３の出力である受信信号を入力した受信検知回路７は受信検知し遅延回路１１へ出力する。受信検知回路７の出力を受けた遅延回路１１は所定の時間（ｔｄ）信号を遅延した後駆動回路６へ信号を出力する。駆動回路６は再度超音波振動子２を駆動し超音波を伝搬させる。この繰り返しの動作を所定の回数繰返し、その回数を制御部１２が数え所定回数となったところでタイマ５をストップさせる。
【００１７】
この動作によってタイマ５の値から超音波が超音波振動子２より送信されてから超音波振動子３に検知されるまでの時間（ｔｆ１）を演算によって求める。次に制御部４の信号によって切替回路９を動作させ、駆動回路６と超音波振動子３とを接続し受信検知回路７と超音波振動子２とを接続させる。この状態で再度超音波の送受信を行い超音波が超音波振動子３から送信されてから超音波振動子２に検知されるまでの時間（ｔｆ２）を同様に測定する。この２つの伝搬時間（ｔｆ１）、（ｔｆ２）を演算部１０において伝搬時間の逆数差に変換し流量を求める。
【００１８】
遅延回路１１の詳細を図２に示す。遅延回路１１は図２に示すように、遅延部１３とカウンタ１４とを備え、カウンタ１４は遅延部１３を繰り返し動作させその回数を数える。そして制御部１２で設定した回数に達すると出力を発生する構成としている。制御部１２はこの繰り返し回数の設定を変更することによって測定周期を安定化させる。このため簡単な構成で、しかも細かなステップで設定が可能な周期性安定化手段としての遅延回路を容易に実現でき、伝搬時間を求める演算も既知の遅延時間を減ずるだけと簡単にする事ができる。
【００１９】
さらに、制御部１２はタイマ５の値を測定周期の目標値と比較しずれいていた場合、タイマ５の値が目標値と等しくなるように遅延回路の設定を変更する。例えば、目標時間が１００ｍｓであり、タイマ５の値が１０５ｍｓであった場合、遅延回路の遅延時間が短くなるように設定を変更する。このため一回一回の超音波の伝搬時間を演算すること無く、簡単な演算で測定周期を一定に制御することができる。
【００２０】
また、制御部１２は演算部１０の出力が所定値より大きいときに、周期性安定化手段の動作を停止する。例えば、流量が１０００Ｌ／ｈ以上の遅延時間を一定に固定し測定を行う。通常流量の補正値は０〜３Ｌ／ｈ程度であり、最大でも測定流量に対し０．３％程度の誤差であるので無視できる。このため、制御部１２では周期性安定化手段としての遅延回路１１を制御する必要が無くなると同時に、演算部１０でも遅延時間固定値となるため演算量が少なくなり、装置の消費電流少なくできる。
【００２１】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２の流量計の全体を示すブロック図であり、図４は周期性安定化手段の設定に対する測定誤差の例を示す図である。
【００２２】
図３において、１６は移動手段であり制御部１２の設定に応じて超音波振動子間の距離を変更する。１５は流量ゼロを検知する流量検知手段であり、流量がゼロを検知し制御部１２に出力する。その他の構成要素において番号が同じものは実施例１と同様の動作をするものであり、説明を省略する。
【００２３】
制御部１２では流量ゼロの検知出力を受けると、周期性安定化手段としての遅延回路１１の設定を変更しつつ流量を測定する。そして、図４の（Ａ）に示す部分のように、設定変更に対して測定誤差の変化が小さい設定を測定周期の目標値、その時の測定誤差を測定流量の補正値とする。このため、測定周期が測定中に変動した場合であっても、測定誤差の変動を小さくする事ができ、精度良く安定した流量測定をする事ができる。
【００２４】
また、この構成において、制御部１２は測定周期が目標値からずれた場合に、移動手段１６を動作させ超音波の伝搬距離を変えることによって伝搬時間変更する。その結果、伝搬時間は常に一定となり、送信時発生する雑音の残響と受信波との位相関係及び直前に受信した超音波の残響と受信波との位相関係の両方の関係を常に一定とすることができ、測定誤差をより一定化させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の流量計は、伝搬時間が変化した場合であっても測定周期を常に一定とし、測定周期あるいは超音波の送信周期に同期した雑音が伝搬時間変動に関係なく受信の時に常に同じ位相になるので、測定誤差が一定値となり、常に一定の補正値で補正をすることができる。
【００２６】
また本発明の流量計は、ディレイ時間を変更することによって測定周期を安定化させるので、超音波振動子の駆動に影響を与えること無く測定周期を安定化できる。
【００２７】
また本発明の流量計は、周期性安定化手段が超音波振動子間の距離を変更し伝搬時間を一定とするので、送信時発生する雑音と受信した超音波の残響の両方に対する受信信号の位相を常に一定とすることができ、測定誤差をより一定化させることができる。
【００２８】
また本発明の流量計は、制御部は演算部出力が所定値より大きいときに、周期性安定化手段の動作を停止するので、大流量時の演算量が少なくなり、消費電流が小さくなる。また、流量が大きい場合は位相の畳重による測定誤差は相対的に小さくなり測定精度を落とすこと無く消費電流を小さくすることができる。
【００２９】
また本発明の流量計は、測定前に測定周期を変え測定し、その結果から測定周期変動に対し測定結果の変化が小さい設定を、周期性安定化手段の目標設定とするので、測定周期が目標に対してわずかにずれた場合であっても、測定結果のずれを小さくすることができ、安定した測定結果を得ることができる。
【００３０】
また本発明の流量計は、周期性安定化手段が流量ゼロ検知手段を備え流量ゼロの時測定周期の目標値を設定すると同時に、補正値を決定するので、長期にわたって精度良く流量を測定する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１における流量計のブロック図
【図２】  同流量計の遅延回路を示すブロック図
【図３】  本発明の実施例２における流量計のブロック図
【図４】  同流量計における周期性安定化手段の設定と測定誤差を示す図
【図５】  従来の流量計の全体を示すブロック図
【図６】  従来の流量計の動作タイミングを示す図
【符号の説明】
１  流量測定部
２  超音波振動子
３  超音波振動子
５  タイマ
６  駆動回路
７  受信検知回路
１０  演算部
１１  周期性安定化手段
１２  制御部
１３  遅延部
１５  流量ゼロ検知手段
１６  超音波振動子移動手段
【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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【図６】
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