(57)【要約】【課題】超音波素子が経時変化しても正確な流量測定を行える超音波流量計を提供する。【解決手段】超音波素子の電気的負荷が経年変化した際に、その変化量を補正して、初期値から変動しないようにする。これにより、超音波発信遅延時間や超音波受信遅延時間などの、電気的負荷によって変動する値が一定となり、流量計測を長期間にわたって正確に行えるようになる。【選択図】図１
2007139519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する流路と、
超音波発信機能と超音波受信機能とを複合して備え、前記流路の流れ方向上手側および下手側に配置された一対の超音波素子であって、経時変化によって変化する電気的負荷をそれぞれ有し、一方の超音波素子から超音波を発信し、その超音波を他方の超音波素子で受信する上手側超音波素子および下手側超音波素子と、
前記上手側超音波素子と下手側超音波素子の間を前記超音波が伝播する時間を計測する時間計測手段と、
計測した時間に基づいて前記流路を流れる前記流体の流量を算出する流量算出手段と、
前記経時変化によって変化した前記超音波素子の電気的負荷を補正する負荷補正手段と、
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記超音波素子の電気的負荷を測定する負荷測定手段と、
前記超音波素子が経時変化する前の使用初期時における前記電気的負荷の測定値を記憶する負荷値記憶手段と、
前記負荷測定手段による前記電気的負荷の測定値と、前記負荷値記憶手段に記憶されている経時変化前の前記電気的負荷の測定値とに基づいて、前記超音波素子の、経時変化による前記電気的負荷の変化量を算出する負荷変化量算出手段と、
を備え、前記負荷補正手段は、前記負荷変化量算出手段によって算出された前記電気的負荷の変化量に基づいて、前記超音波素子の電気的負荷を補正する請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
電気的特性値が予め測定された負荷成分を備え、
前記負荷補正手段は、前記超音波素子に対して前記負荷成分を加えることにより、経時変化によって変化した前記超音波素子の電気的負荷を補正する請求項１または２記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記超音波流量計の使用初期時から、予め定められている使用可能期間が経過した時までの間に変化する前記超音波素子の前記電気的負荷を補正するのに必要な前記負荷成分が設けられている請求項３記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記負荷成分は複数個に分割して設けられ、
前記超音波素子に対して前記負荷成分を加えたことによる前記超音波伝播時間の変化量が前記時間計測手段の計測分解能よりも小さくなるように、前記分割された個々の負荷成分の前記電気的特性値が予め定められている請求項３または４記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記超音波素子が経時変化する前の使用初期時における前記電気的負荷の測定値を記憶する負荷値記憶手段と、
経時変化した後において、前記流路を流れる前記流体の流量が予め分かっている状態で、前記上手側超音波素子と下手側超音波素子との間を超音波が伝搬する時間を測定することで、これら上手側超音波素子と下手側超音波素子の前記電気的負荷を算出する負荷算出手段と、
前記負荷値記憶手段に記憶されている前記測定値と、前記負荷算出手段による算出値とに基づいて、前記電気的負荷の経時変化による変化量を算出する負荷変化量算出手段と、
を備え、前記流量算出手段は、前記負荷変化量算出手段によって算出された前記電気的負荷の変化量に基づいて、前記超音波伝播時間を補正し、前記流量を算出する請求項１、３ないし５のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記超音波素子が経時変化する前の状態であって、前記流路を流れる前記流体の流量が予め分かっている状態における前記超音波伝播時間を記憶する伝播時間記憶手段と、
前記超音波素子が経時変化した後の状態であって、前記流路を流れる前記流体の流量が予め分かっている状態において、前記超音波素子に対して予め電気的特性値が測定された負荷成分を一時的に接続し、前記超音波伝播時間を計測する伝播時間測定手段と、
前記負荷成分を接続する前の超音波伝播時間と、前記負荷成分を接続した後の超音波伝播時間と、接続した前記負荷成分の前記電気的特性値と、前記伝播時間記憶手段に記憶されている前記経時変化前の超音波伝播時間との関係から、前記超音波素子の、前記経時変化による前記電気的負荷の変化量を算出する負荷変化量算出手段と、
を備え、前記負荷補正手段は、前記負荷変化量算出手段によって算出された前記電気的負荷の変化量に基づいて、前記超音波素子を補正する請求項１、３ないし５のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記超音波流量計が使用されている時間を計測するタイマーと、
前記超音波素子の、使用時間と前記電気的負荷の変化量との関係を予め記憶する変化量記憶手段と、
前記タイマーによって計測された前記使用時間と、前記変化量記憶手段に記憶された前記関係とに基づいて、前記超音波素子の、前記経時変化による前記電気的負荷の変化量を算出する負荷変化量算出手段と、
を備え、前記負荷補正手段は、前記負荷変化量算出手段によって算出された前記電気的負荷の変化量に基づいて、前記超音波素子を補正する請求項１、３ないし５のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記電気的負荷は容量であり、前記負荷成分は複数個に分割された容量成分とされている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００４−２３９８６８号公報
【０００３】
従来、都市ガス、水などの流体の流量を計測する流量計測装置として、超音波を利用して流速を測定する超音波流量計が知られている。その際の測定原理として、一般には「伝搬時間差法」が用いられる。これは、流路の流体流れ方向上手側及び下手側に一対の超音波素子（超音波送受信素子）を設け、超音波の送受信を交互に切り替えて、流れ方向上手側の超音波素子から発信された超音波が流れ方向下手側の超音波素子に到達するまでの時間（順方向伝播時間）と、流れ方向下手側の超音波素子から発信された超音波が流れ方向上手側の超音波素子に到達するまでの時間（逆方向伝播時間）とを計測して、両者の時間差から流路を流れる流体の平均流速及び流量を求める方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波素子としては一般に圧電素子が用いられる。これは駆動信号が入力されると超音波を発信し、超音波を受信すると電気信号を発生するものである。しかしながら超音波素子は、経年変化によりインピーダンス、静電容量、共振周波数などが変化することが分かってきた。初期状態からこれらのパラメータが変化すると、駆動信号が入力されてから超音波を発信するまでの時間（遅延時間）が変化する。その結果、計測される超音波の伝播時間が変化し、正確な流量計測ができなくなる問題があった。
【０００５】
本発明は上述のような事情を背景になされたもので、特に、超音波素子が経時変化しても正確な流量測定を行える超音波流量計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本第１発明は、流体が流通する流路と、
超音波発信機能と超音波受信機能とを複合して備え、前記流路の流れ方向上手側および下手側に配置された一対の超音波素子であって、経時変化によって変化する電気的負荷をそれぞれ有し、一方の超音波素子から超音波を発信し、その超音波を他方の超音波素子で受信する上手側超音波素子および下手側超音波素子と、
前記上手側超音波素子と下手側超音波素子の間を前記超音波が伝播する時間を計測する時間計測手段と、
計測した時間に基づいて前記流路を流れる前記流体の流量を算出する流量算出手段と、
前記経時変化によって変化した前記超音波素子の電気的負荷を補正する負荷補正手段と、
を備えることを特徴とする超音波流量計である。
【０００７】
上記本第１発明によると、ガスや水道水などの流体が流通する流路が設けられ、その流路の流れ方向上手側および下手側に超音波素子が配置されている。この超音波素子は圧電素子等から構成されるもので、駆動信号を入力した時に超音波を発信する超音波発信機能と、超音波を受信した時に電気信号（受信信号）を発生する超音波受信機能とを複合して備えるものである。そして、上手側超音波素子から送信した超音波が下手側超音波素子に受信されるまでの順方向伝播時間と、下手側超音波素子から送信した超音波が上手側超音波素子に受信されるまでの逆方向伝播時間とを用いて、流路を流れる流体の流量を算出する。
【０００８】
上述したように、超音波流量計を長期間使用していると、超音波素子の電気的負荷（静電容量など）が変化するという問題がある。そのため、駆動信号が入力されてから超音波を発信するまでの発信遅延時間や、超音波を受信してから受信信号を発生するまでの受信遅延時間が変化してしまう問題がある。そこで本発明では、経時変化した電気的負荷を補正する負荷補正手段を設けている。これにより、超音波素子の電気的負荷が初期状態から大きく変化しなくなる。すなわち、超音波素子の発信遅延時間や受信遅延時間が一定になり、長年にわたって正確な流量計測を行えるようになる。
【０００９】
また、本第２発明は、
前記超音波素子の電気的負荷を測定する負荷測定手段と、
前記超音波素子が経時変化する前の使用初期時における前記電気的負荷の測定値を記憶する負荷値記憶手段と、
前記負荷測定手段による前記電気的負荷の測定値と、前記負荷値記憶手段に記憶されている経時変化前の前記電気的負荷の測定値とに基づいて、前記超音波素子の、経時変化による前記電気的負荷の変化量を算出する負荷変化量算出手段と、
を備え、前記負荷補正手段は、前記負荷変化量算出手段によって算出された前記電気的負荷の変化量に基づいて、前記超音波素子の電気的負荷を補正する超音波流量計である。
【００１０】
上記本第２発明によると負荷測定手段を備えており、この負荷測定手段によって超音波素子の電気的負荷を測定し、経時変化による変化量を補うようにしている。そのため、超音波素子の電気的負荷が初期値から長期間にわたって変動せず、正確な超音波流量計測を行うことができる。
【００１１】
さらに本第３発明は、
電気的特性値が予め測定された負荷成分を備え、
前記負荷補正手段は、前記超音波素子に対して前記負荷成分を加えることにより、経時変化によって変化した前記超音波素子の電気的負荷を補正する超音波流量計である。
【００１２】
上記本第３発明によると、例えば電気的特性値が静電容量であった場合、超音波流量計を構成する電気回路中に複数個のコンデンサー（容量成分）を設けておく。そして、超音波素子の容量値が経時変化によって減少した場合、コンデンサーを接続して、容量値が初期値から変化しないように補正する。
【００１３】
また、本第４発明は、
前記超音波流量計の使用初期時から、予め定められている使用可能期間が経過した時までの間に変化する前記超音波素子の前記電気的負荷を補正するのに必要な前記負荷成分が設けられている超音波流量計である。
【００１４】
上記本第４発明によると、変化が想定される許容範囲までの電気的負荷しか持たないので、安価である。例えば１０年の使用期間が予め設定されている場合、１０年経過後の超音波素子の特性変動量に相当する分だけ、負荷成分を設けておく。電気的特性が容量である場合は、予想される特性変動量を補正できる分だけ、コンデンサーを予め設けておく。これにより、必要以上のコンデンサーを持つ必要がなくなり、安価に回路を構成することができる。
【００１５】
さらに本第５発明は、
前記負荷成分は複数個に分割して設けられ、
前記超音波素子に対して前記負荷成分を加えたことによる前記超音波伝播時間の変化量が前記時間計測手段の計測分解能よりも小さくなるように、前記分割された個々の負荷成分の前記電気的特性値が予め定められている超音波流量計である。
【００１６】
上記本第５発明によると、負荷成分（例えばコンデンサー）を複数個に分割して設けておく。その個々のコンデンサーを超音波素子に接続すると、発信遅延時間や受信遅延時間が変化するため、超音波伝播時間が変化することになる。この超音波伝播時間の変化量が、時間計測手段の計測分解能よりも小さくなるように、個々のコンデンサーの容量値が定められている。これにより、測定可能な流量の分解能を低減させることなく、正確な流量測定を行うことが可能となる。
【００１７】
一方、本第６発明は、
前記超音波素子が経時変化する前の使用初期時における前記電気的負荷の測定値を記憶する負荷値記憶手段と、
経時変化した後において、前記流路を流れる前記流体の流量が予め分かっている状態で、前記上手側超音波素子と下手側超音波素子との間を超音波が伝搬する時間を測定することで、これら上手側超音波素子と下手側超音波素子の前記電気的負荷を算出する負荷算出手段と、
前記負荷値記憶手段に記憶されている前記測定値と、前記負荷算出手段による算出値とに基づいて、前記電気的負荷の経時変化による変化量を算出する負荷変化量算出手段と、
を備え、前記流量算出手段は、前記負荷変化量算出手段によって算出された前記電気的負荷の変化量に基づいて、前記超音波伝播時間を補正し、前記流量を算出する流量計である。
【００１８】
上記本第６発明によると、超音波伝播時間を利用して超音波素子の電気的負荷（例えば容量）を算出するため、容量値を測定するための容量測定回路等を搭載する必要がない。また、超音波素子にコンデンサーを接続する回路を設けず、超音波伝播時間をソフトウエア的に補正するため安価である。
【００１９】
また、本第７発明は、
前記超音波素子が経時変化する前の状態であって、前記流路を流れる前記流体の流量が予め分かっている状態における前記超音波伝播時間を記憶する伝播時間記憶手段と、
前記超音波素子が経時変化した後の状態であって、前記流路を流れる前記流体の流量が予め分かっている状態において、前記超音波素子に対して予め電気的特性値が測定された負荷成分を一時的に接続し、前記超音波伝播時間を計測する伝播時間測定手段と、
前記負荷成分を接続する前の超音波伝播時間と、前記負荷成分を接続した後の超音波伝播時間と、接続した前記負荷成分の前記電気的特性値と、前記伝播時間記憶手段に記憶されている前記経時変化前の超音波伝播時間との関係から、前記超音波素子の、前記経時変化による前記電気的負荷の変化量を算出する負荷変化量算出手段と、
を備え、前記負荷補正手段は、前記負荷変化量算出手段によって算出された前記電気的負荷の変化量に基づいて、前記超音波素子を補正する超音波流量計である。
【００２０】
上記本第７発明によると、超音波伝播時間を利用して超音波素子の電気的負荷（例えば容量）を算出するため、容量値を測定するための容量測定回路等を搭載する必要がない。そのため、長期間にわたって正確な流量測定ができる超音波流量計を、安価に構成できる。
【００２１】
また、本第８発明は、
前記超音波流量計が使用されている時間を計測するタイマーと、
前記超音波素子の、使用時間と前記電気的負荷の変化量との関係を予め記憶する変化量記憶手段と、
前記タイマーによって計測された前記使用時間と、前記変化量記憶手段に記憶された前記関係とに基づいて、前記超音波素子の、前記経時変化による前記電気的負荷の変化量を算出する負荷変化量算出手段と、
を備え、前記負荷補正手段は、前記負荷変化量算出手段によって算出された前記電気的負荷の変化量に基づいて、前記超音波素子を補正する超音波流量計である。
【００２２】
上記本第８発明によると、超音波素子の電気的負荷（例えば容量）の、使用時間と変化量との関係を予め記憶しておき、タイマーによって測定された超音波流量計の使用期間と上記関係とに基づいて、容量の変化量を算出する。そして、この算出量に基づいて、超音波素子を補正する。そのため、容量を測定するための容量測定回路等を搭載する必要がなく、安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る超音波流量計１の一実施形態を示す概略ブロック図であり、図２は超音波素子３，４の配置例を示したものである。このように超音波流量計１は、ガスや水道水等の流体が流れる流路２（図２）を備え、その流路２の流れ方向上手側に上手側超音波素子３が設けられている。また、流路２の流れ方向下手側に下手側超音波素子４が設けられている。これら超音波素子３，４は、駆動信号が入力されると超音波を発信する超音波発信機能と、超音波を受信すると電気信号（受信信号）を発生する超音波受信機能とを備えるものである。
【００２４】
図１に示すように、超音波流量計１は、制御部７と、駆動信号を超音波素子３，４に送信する送信部８を備える。また、超音波流量計１は、制御部７の制御によってＯＮ・ＯＦＦが切り替えられる送信側スイッチ５及び受信側スイッチ６を備える。上手側超音波素子３を送信側にし、下手側超音波素子４を受信側にする際には、送信側スイッチ５を１側に接続し、受信側スイッチ６を２側に接続する。そして送信部８から駆動信号を上手側超音波素子３へ送り、超音波を発信させる。例えば図２ＡのようにＶ字型に構成した場合は、流路２の底面で超音波が反射し、その反射した超音波を下手側超音波素子４で受信する。また、図２ＢのようにＺ型に配置した場合は、上手側超音波素子３から発信した超音波を下手側超音波素子４で直接、受信する。
【００２５】
下手側超音波素子４は超音波を受信すると、受信信号を発生し、その受信信号は受信側スイッチ６を通って受信部９へ送られる。受信部９は電圧検出回路および増幅回路から構成されるもので、ここで受信信号を増幅する。その後、コンパレータ等から構成される２値化回路１０にて受信信号を２値化し、超音波送信開始から特定のゼロクロス点を検出するまでの時間（順方向伝播時間）を時間計測部１１で計測する。次に、制御部７の制御によって送信側スイッチ５を２側に切り替え、受信側スイッチ６を１側に切り替える。そして送信部８から駆動信号を送信して下手側超音波素子４から超音波を発信させる。その超音波は流路２を伝播して上手側超音波素子３に到達し、上手側超音波素子３は受信信号を発生する。そして受信部９において受信信号を受信し、２値化回路１０によって２値化し、超音波が伝播した時間（逆方向伝播時間）を時間計測部１１で測定する。
【００２６】
時間計測部１１は順方向伝播時間および逆方向伝播時間を制御部７に送信する。制御部７では、これらの超音波伝播時間を使って流路２を流れる流体の流量を算出する。制御部７は例えばマイコンから構成されるもので、図９Ａに示すように、ＣＰＵ１５、ＲＯＭ１６、ＲＡＭ１７、Ｉ／Ｏ１８、及びこれらを繋ぐバスライン１９を備えている。ＲＯＭ１６には各種プログラムおよび必要なデータが記憶されている。具体的には、図９Ｂに示すように、流量算出プログラム１６ａ、負荷補正プログラム１６ｂ、負荷変化量算出プログラム１６ｃ、負荷算出プログラム１６ｄ、伝搬時間測定プログラム１６ｅ、タイマー用プログラム１６ｆ等が記憶されている。ＣＰＵ１５がこれらのプログラムを実行することにより、本発明の流量算出手段、負荷補正手段、負荷変化量算出手段、負荷算出手段、伝播時間測定手段、タイマーが実現される。また、ＲＯＭは本発明の変化量記憶手段を兼ねる。すなわち、超音波素子３，４の、使用時間と電気負荷の変化量との関係１６ｇを記憶している。一方、本発明の負荷値記憶手段、伝播時間記憶手段は、ＲＡＭ１７によって実現されている。
【００２７】
一方、上述した時間計測部１１が計測する順方向伝播時間および逆方向伝播時間には、発信遅延時間および受信遅延時間が含まれる。また、超音波素子３，４には静電容量などの電気的負荷が存在しており、この値によって発信遅延時間や受信遅延時間が変わってくる。超音波流量計１を長期間使用していると、超音波素子３，４の電気的負荷が変化するため、発信遅延時間や受信遅延時間が変化し、流量を正確に測定できなくなる。
【００２８】
図３Ａは、超音波素子３，４の容量と経過時間の関係を示すグラフである。使用時間が長くなるほど、超音波素子３，４の容量は小さくなることがわかる。ここで、経年変化により上手側超音波素子３の容量だけが変化し、下手側超音波素子４の容量は変化しなかったと仮定する。この状態で超音波を送信すると、容量が低下したことにより上手側超音波素子３の充放電特性が変化し、時定数が小さくなっており、その結果、送信遅延時間が短くなる。そのため、順方向伝播時間が初期状態よりも短く計測される。一方、下手側超音波素子４から超音波を送信すると、下手側超音波素子４の送信遅延時間は変化が無く、上手側超音波素子３の受信遅延時間が短くなっているため、逆方向伝播時間が初期状態に比べて短く計測される。超音波流量計１は、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間の差から流量を算出するため、これら順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間が正確でなくなってくると、流量を正確に算出できなくなってくる。
【００２９】
実際には、上手側超音波素子３と下手側超音波素子のうち片方だけが経年変化することはありえず、両方とも変化する。上手側超音波素子３の遅延時間と、下手側超音波素子４の遅延時間が両方とも同じだけ変化すれば、順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間の差は等しいため、測定される流量は初期値から変わらない。しかし実際は送信回路のインピーダンスと受信回路のインピーダンスは異なるため、同じ量だけ変化することはないし、上手、下手の超音波素子のドリフト量にも差が生じる。すなわち、図３Ａに示すように、経時年月に伴う容量の変化は上手側超音波素子３と下手側超音波素子４とで異なっている。そのため図３Ｂに示すように、超音波素子３，４間の容量変化差は経時年月に伴って減少したり、増加したりする。図４Ａは、超音波素子３，４の容量変化差と、順方向伝播時間と逆方向伝播時間の差との関係を示したグラフである。これらのグラフから、超音波素子３，４間の容量変化差が小さくなると、順方向伝播時間と逆方向伝播時間の差が小さくなることが分かる。また、図４Ｂに示すように、伝播時間差が大きくなると、流路２を流れる流体の流量は大きくなるように計測されることが分かる。
【００３０】
このように、経時年月に伴って超音波素子３，４の容量が変化すると、流量計測が正確に行えなくなる。そのため、本発明では超音波素子３，４の容量（電気的負荷）を補正する負荷補正手段を備えている。例えば、上述した制御部７のＲＯＭ１６に記憶されている負荷補正プログラム１６ｂをＣＰＵが実行することにより、超音波素子３，４の容量変化に伴う順方向伝播時間および逆方向伝播時間をソフトウエア的に補正する。その結果、流量算出プログラム１６ａによる流量算出を正確に行えるようになる。また、負荷補正手段の他の例としては、後述するように回路上で容量を接続する方法を採用することもできる。
【００３１】
次に、図５の実施形態について説明する。この実施形態では、容量測定回路１３（本発明の負荷測定手段）および切替スイッチ１２を備えている。この切替スイッチ１２は制御部７の制御によって切替制御されるスイッチである。切替スイッチ１２によって上手側超音波素子３または下手側超音波素子４のいずれかを選択した後、容量測定回路１３を駆動して、容量測定を行う。一方、制御部７のＲＡＭ１７には、経年変化する前の初期状態における容量の測定値が記憶されている。そして、負荷変化量算出プログラム１６ｃを実行することにより、ＲＡＭ１７に記憶されている値と、容量測定回路１３によって測定した値との差を求める。これにより、超音波素子３，４の、経年変化による容量変化を求めることができる。また、下手側超音波素子４の容量値を測定する際には、切替スイッチ１２を切り替えて、上記と同様の処理を行う。
【００３２】
次に、図６の実施形態について説明する。この実施形態では、電気的特性値が予め測定された容量１９ａ〜１９ｄ（本発明の負荷成分）と、２１ａ〜２１ｄを備えている。容量１９ａ〜１９ｄは、スイッチ２０ａ〜２０ｄによって下手側超音波素子４に対して接続可能にされている。さらに、容量２１ａ〜２１ｄはスイッチ２２ａ〜２２ｄによって上手側超音波素子３に対して接続可能にされている。これらスイッチ２０ａ〜２０ｄおよび２２ａ〜２２ｄは制御部７によってＯＮ・ＯＦＦが制御される。容量測定回路１３を用いて超音波素子３，４の容量測定をし、経年変化による容量の変化量を算出した後、制御部７の制御によってスイッチ２０ａ〜２０ｄまたは２２ａ〜２２ｄを接続し、超音波素子３，４に対して容量を接続する。これにより、上手側超音波素子３および下手側超音波素子４の発信駆動時間および受信駆動時間が初期状態から変化しなくなり、正確な流量測定を行うことが可能となる。
【００３３】
なお、超音波素子３，４の容量が経年変化により減少するのに伴って、容量１９ａ〜１９ｄおよび２１ａ〜２１ｄを順次接続していく。超音波流量計１は耐用年数が予め決められており、その耐用年数を経過する頃には、超音波素子３，４の容量は初期値よりも相当量、減少している。図６の実施形態における容量１９ａ〜１９ｄを全て足した値は、耐用年数が経過した頃の下手側超音波素子４を補正するのに必要な容量値となる。また、容量２１ａ〜２１ｄを全て足した値は、耐用年数が経過した頃の上手側超音波素子３を補正するのに必要な容量値となる。このようにすると、不必要な容量を設ける必要がなくなり、超音波流量計１の回路を安価に構成することが可能となる。
【００３４】
また、個々の容量を接続した際の超音波伝播時間の変化量は、時間計測手段の計測分解能よりも小さくなるように、その容量値が予め決められている。例えば容量１９ａを下手側超音波素子４に接続すると、超音波伝播時間が一定の時間、長くなる。その時間は、時間計測部１１の計測分解能よりも小さくされている。これにより、流量分解能を低減させることなく、正確な流量測定を長期にわたって行うことが可能になる。
【００３５】
一方、図示しないが、容量測定回路１３を用いなくても、超音波素子３，４の容量を測定することが可能である。例えば流量が０の時に順方向伝播時間および逆方向伝播時間を測定し、その値から超音波素子３，４の容量を逆算するのである。この処理は、本発明の負荷算出プログラム１６ｄが行う。また、初期状態における超音波素子３，４の容量は、制御部７のＲＡＭ１７に記憶されており、この記憶値と、上述のようにして測定した容量値との差を求めることにより、経年変化による超音波素子３，４の容量の変化量を求めることができる。このような演算は、より具体的には、本発明の負荷変化量算出プログラム１６ｃが行う。
【００３６】
次に、図７の実施形態について説明する。この実施形態では、容量１４を備えており、超音波素子３，４に所定の値の容量を一時的に接続する。そして、例えば流量が０の時に順方向伝播時間または逆方向伝播時間を測定する。この処理は具体的には、制御部７のＲＯＭ１６に記憶されている伝播時間測定プログラム１６ｅが行う。一方、ＲＡＭ１７には、初期状態で例えば流量０の時の順方向伝播時間および逆方向伝播時間が記憶されている。そして、容量１４を接続する前の超音波伝播時間と、容量１４を接続した後の超音波伝播時間と、接続した容量１４の容量値と、ＲＡＭ１７に記憶されている超音波伝播時間との関係から、超音波素子３，４の、経年変化による容量の変化量を算出する。この演算は、本発明の負荷変化量算出プログラム１６ｃが行う。図８のグラフを用いてより詳細に説明する。このグラフに記載されている文字は、以下のように定義されている。
Ｃａｘ  経年変化後の超音波素子の容量
Ｃａ０  初期状態の超音波素子の容量
Ｃａ１  経年変化後の超音波素子に容量Ｃａを接続した後の全体の容量値
Ｃａ    既知の容量
ｔａｘ  経年変化後の、容量Ｃａを接続しない状態における伝播時間差
ｔ０    初期状態で容量Ｃａを接続しない状態における伝播時間差（記憶されている）
ｔａ１  経年変化後の、超音波素子に容量Ｃａを接続した後の伝播時間差
ΔＣ    経年変化により減少した超音波素子の容量値
まず、初期時に、初期状態（容量値＝Ｃａ０）での伝播時間差ｔａ１を計測し、記憶しておく。測定する時の条件は、例えば既定の条件（温度Ｔ＝Ｔａ＝２５℃）とする。ある年数経過して、超音波素子が経時変化により容量値が変化した場合、同じ温度条件下（Ｔ＝Ｔａ）および同じ流速条件で、電気特性が既知の容量Ｃａを接続した場合と接続しない場合との２通りの計測を行う。容量Ｃａを接続しない場合の伝播時間差をｔａｘ、容量Ｃａを接続した場合の伝播時間差をｔａ１とすると、電気回路のインピーダンスに変化が無ければ、容量差とインピーダンスとの時定数は一定（傾きが一定）となる。
ここで、ｔａ１−ｔａｘと、Ｃａとの関係から、容量と伝播時間の関係がわかる。この関係とｔ０−ｔａｘとを用いることにより、ΔＣを求めることができる。すなわち、
（ｔａ１−ｔａｘ）／Ｃａ＝（ｔ０−ｔａｘ）／ΔＣ
これから、
ΔＣ＝Ｃａ（ｔ０−ｔａｘ）／（ｔａ１−ｔａｘ）
となり、ΔＣを求めることができる。
【００３７】
一方、次のような方法を採用することもできる。すなわち、超音波素子３，４の、使用時間と容量の変化量との関係１６ｇをＲＯＭ１６（図９）に予め記憶しておく。また、タイマー（タイマープログラム１６ｆ）により、超音波流量計が使用されている時間を計測する。そして、タイマーで計測した実際の使用時間と、ＲＯＭ１６に記憶している関係１６ｇとから、補正すべき容量値を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る超音波流量計のブロック図
【図２】上手側超音波素子３および下手側超音波素子４の配置例
【図３】上手側超音波素子３および下手側超音波素子４の、（Ａ）使用年月と容量変化の関係を表すグラフ。（Ｂ）使用年月と容量差の関係を表すグラフ。
【図４】（Ａ）超音波素子の容量と超音波伝播時間差の関係を表すグラフ。（Ｂ）超音波伝播時間差と流量の関係を表すグラフ。
【図５】超音波流量計の別の実施形態。
【図６】超音波流量計の別の実施形態。
【図７】超音波流量計の別の実施形態。
【図８】超音波素子に容量を一時的に接続することにより、その超音波素子の容量変化量を算出する方法。
【図９】（Ａ）制御手段７のブロック図（Ｂ）ＲＯＭの記憶領域を図式化したもの
【符号の説明】
【００３９】
１  超音波流量計
２  流路
３  上手側超音波素子
４  下手側超音波素子
５  送信側スイッチ
６  受信側スイッチ
７  制御手段
８  送信手段
９  受信手段
１１  時間計測手段
１６ａ  流量算出プログラム
１６ｂ  負荷補正プログラム
１６ｃ  負荷変化量算出プログラム
１６ｄ  負荷算出プログラム
１６ｅ  伝搬時間変化量測定プログラム
１６ｆ  タイマー用プログラム
１７  ＲＡＭ（負荷値記憶手段、負荷値記憶手段、伝播時間記憶手段）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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