(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大流量計測部と小流量計測部を組み合わせ流量計測範囲を大きくすることをねらった流量計において、
それぞれの計測部に、送信側にも受信側にもはたらく１対の超音波送受波器を上流側、下流側に設け、それぞれ流体の流れの中を、上流から下流、及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より、それぞれの計測部の流量を求めるものであって、
大流量計測部の１対と小流量計測部の１対との合計２対の送受波器に対し、１つの電子部を設け、この電子部が送信側の送受波器の駆動と受信側送受波器からの受信信号を受けて到達時間を検知して全体の流量を求めかつ積算表示もするものであって、
切り替え器で前記２対の送受波器のうち１対を選択して前記電子部に接続できるようにし、
大流量計測部で測定するときは、前記切り替え器を、大流量計測部の１対の送受波器が電子部に接続されるようにし、
小流量計測部で測定するときは、前記切り替え器を、小流量計測部の１対の送受波器が電子部に接続されるようにし、
小流量計測部と大流量計測部を直列に接続し、小流量計測部には自動弁で開閉できるバイパス経路を設け、小流時には自動弁が閉じ、大流時には自動弁が開くようにし、
前記切り替え器を、自動弁が閉じているときは小流量部の１対の送受波器が、自動弁が開いているときは大流量計測部の１対の送受波器が前記電子部に接続されるよう切り替えて測定するようにするとともに、
自動弁の開閉状態を開閉検知手段で検知するようにしたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
弁開閉検知手段が磁石と磁気センサとからなることを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
大流量計測部と小流量計測部を組み合わせ流量計測範囲を大きくすることをねらった流量計において、
それぞれの計測部に送信側にも受信側にもはたらく超音波送受波器を上流側、下流側に設け、それぞれの流体の流れの中を、上流から下流、及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より、それぞれの計測部の流量を求めるものであって、
大流量計測部と小流量計測部に対し、１つの電子部を設け、この電子部が送信側の送受波器の駆動と受信側送受波器からの受信信号を受けて到達時間を検知して全体の流量を求めるものであって、
小流量計測部と大流量計測部を直列に接続し、小流量計測部には小さな流量では弁が閉じていて、大きな流量になると弁が開く自動弁で開閉できるバイパス流路を設け、
更に、弁開閉検知手段を設け、弁が閉じているときは小流量計測部で測定し、弁が開いているときは大流量計測部で測定するようにしたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
弁開閉検知手段が磁石と磁気センサとからなることを特徴とする請求項３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】
本発明は超音波流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４において、静止流体中の音速をＣ、流体の流れの速さをＶとすると、音波の伝搬方向が流れに沿った方向（以下順方向と言う）と一致すればその伝搬速度は（Ｃ＋Ｖ）となり、流れに逆らった方向（以下逆方向と言う）の場合には（Ｃ−Ｖ）となる。
【０００３】
距離Ｌを隔てて１対の送受波器１，２を流管３の上流と下流に離して配設し、一方の送受波器１から順方向に超音波パルスを発信したとき、他方の送受波器２に超音波パルスが到達するに要する伝搬時間をｔ1 、送受波器２から逆方向に超音波パルスを発信したときに、送受波器１に超音波パルスが到達するに要する伝搬時間をｔ2 とすれば、
ｔ1 ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）
ｔ2 ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖ）
となる。
【０００４】
従来の超音波流量計では、超音波パルスの各伝搬時間（以下到達時間とも言う）ｔ1 ，ｔ2 を測定し、これから流速Ｖを演算し、さらに流量や積算流量（流体の体積）を演算していた。
【０００５】
例えば、上記到達時間ｔ1 ，ｔ2 から
（１／ｔ1 ）−（１／ｔ2 ）＝２Ｖ／Ｌ
の関係があるから、流速Ｖを
Ｖ＝（Ｌ／２）｛（１／ｔ1 ）−（１／ｔ2 ）｝
として求めていた。
【０００６】
流量の変化幅が１つの流量計の測定範囲を超える場合、大形（親）と子形（子）の超音波流量計を組み合わせて、１つのメータとして流量測定範囲の拡大を狙うことが考えられる。
【０００７】
このような親子メータを用いた超音波流量計の方式としては、合算式と別算式の２方式が考えられる。
合算式は図５に示すように大形メータ（親メータ）４と自動弁５の直列接続に小形メータ（子メータ）６を並列接続する。流量が小さく一定未満のときは自動弁５は閉となり、小形メータ（子メータ）６のみで積算する。流量が大きくて一定以上になると自動弁５は開となり、大形メータ（親メータ）でも積算する。大形メータ（親メータ）４と小形メータ６の和が流量積算値となる。
【０００８】
別算式は図６に示すように大形メータ（親メータ）４と直列接続した自動弁５に、小形メータ（子メータ）６を並列接続する。流量が小さく一定未満のときは自動弁５は閉じ、小形メータ（子メータ）６で積算する。流量が大きくて一定以上になると自動弁５が開き、その時は大形メータ（親メータ）４で積算する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記親子メータを用いた超音波流量計では、出来合いの大小の２つのメータを組み合わせるため、２組の電子部が必要であり、コスト高になると言う問題点がある。更に、合算等ひとつのメータとしての表示をするための電子回路部分が必要で、消費電流が大きくなると言う問題点がある。
【００１０】
そして、大小のメータの計測部は、送受波器間の距離が異なる等の理由で受信波の大きさが異なり、共通の受信部を用いて受信することが出来なかったため、それぞれ用に電子部が必要で、この面からもコスト高と消費電流の増大を招くと言う問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明はコストと消費電流の増大を押さえて流量計測範囲を拡大した超音波流量計を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段とその作用】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、
大流量計測部と小流量計測部を組み合わせ流量計測範囲を大きくすることをねらった流量計において、
それぞれの計測部に、送信側にも受信側にもはたらく１対の超音波送受波器を上流側、下流側に設け、それぞれ流体の流れの中を、上流から下流、及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より、それぞれの計測部の流量を求めるものであって、
大流量計測部の１対と小流量計測部の１対との合計２対の送受波器に対し、１つの電子部を設け、この電子部が送信側の送受波器の駆動と受信側送受波器からの受信信号を受けて到達時間を検知して全体の流量を求めかつ積算表示もするものであって、
切り替え器で前記２対の送受波器のうち１対を選択して前記電子部に接続できるようにし、
大流量計測部で測定するときは、前記切り替え器を、大流量計測部の１対の送受波器が電子部に接続されるようにし、
小流量計測部で測定するときは、前記切り替え器を、小流量計測部の１対の送受波器が電子部に接続されるようにし、
小流量計測部と大流量計測部を直列に接続し、小流量計測部には自動弁で開閉できるバイパス経路を設け、小流時には自動弁が閉じ、大流時には自動弁が開くようにし、
前記切り替え器を、自動弁が閉じているときは小流量部の１対の送受波器が、自動弁が開いているときは大流量計測部の１対の送受波器が前記電子部に接続されるよう切り替えて測定するようにするとともに、
自動弁の開閉状態を開閉検知手段で検知するようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００１３】
この発明では、１つの電子部が切り替え器で大流量計測部と小流量計測部の各１対の送受波器に選択的に切り替え接続されて、所定の時間間隔で測定を行うため、両計測部での全く同時の測定は行わず、一方の終了後に他方を行いサンプリング方式にできる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載の超音波流量計において、弁開閉検知手段が磁石と磁気センサとからなることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３の発明は、大流量計測部と小流量計測部を組み合わせ流量計測範囲を大きくすることをねらった流量計において、
それぞれの計測部に送信側にも受信側にもはたらく超音波送受波器を上流側、下流側に設け、それぞれの流体の流れの中を、上流から下流、及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より、それぞれの計測部の流量を求めるものであって、
大流量計測部と小流量計測部に対し、１つの電子部を設け、この電子部が送信側の送受波器の駆動と受信側送受波器からの受信信号を受けて到達時間を検知して全体の流量を求めるものであって、
小流量計測部と大流量計測部を直列に接続し、小流量計測部には小さな流量では弁が閉じていて、大きな流量になると弁が開く自動弁で開閉できるバイパス流路を設け、
更に、弁開閉検知手段を設け、弁が閉じているときは小流量計測部で測定し、弁が開いているときは大流量計測部で測定するようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３記載の超音波流量計において、弁開閉検知手段が磁石と磁気センサとからなることを特徴とするものである。
【００１７】
これらの発明は、言わば別算式で、弁の開閉に応じて２つの計測部の送受波器のうち一方を電子部に接続するように切り替えて測定する。そのため、消費電流的に有利に計測範囲を拡大できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）（ｂ）は本発明の好ましい実施の形態である。
【００１９】
大流量計測部４Ａと小流量計測部６Ａが直列に接続され、小流量計測部６Ａと並列に自動弁（単に弁とも言う）５で流れを開閉するバイパス経路７がある。小さな流量では弁５が閉じていて流体としてのガスは全て小流量計測部６Ａを通り大流量計測部４Ａへ流れる。
【００２０】
大きな流量になると弁５が開き小流量計測部６Ａとバイパス経路７の両方を通って大流量計測部４Ａへ流れるようになっている。そして、この実施例では２秒間隔で測定を行っている。
【００２１】
各計測部４Ａ，６Ａには流体の流れの中を流れと同方向に超音波の送受をする１対の超音波送受波器が所定の間隔（例えばＬ）を隔てて配置してあり、そのどちらかの一対が電子部８に接続されるよう切り替え器９があり、電子部８よりの信号で切り替え器９が作動して選択できるようになっている。
【００２２】
４Ｂは大流量計測部４Ａの上流に配設した送受波器、４Ｃは大流量計測部４Ａの下流に配設した送受波器、６Ｂは小流量計測部６Ａの上流に配設した送受波器、６Ｃは小流量計測部６Ａの下流に配設した送受波器である。
【００２３】
電子部８は切り替え器９で選択された一対の送受波器６Ｂ，６Ｃ又は４Ｂ，４Ｃのうち、受信側の送受波器６Ｃ又は４Ｃが接続され受信波を検知すると受信波検知信号を出力する受信波検知部１０と、
測定ＯＮ，ＯＦＦ信号がＯＦＦ側からＯＮ側になる毎に選択された１対のうちの送信側の送受波器６Ｂを駆動しその後は受信波検知信号が入力されるごとに駆動し、第ｎ受信波検知信号が入力されるか測定ＯＮ，ＯＦＦ信号がＯＦＦ側になると駆動停止する送波器駆動部１１と、
受信波検知部１０よりの受信波検知信号が入力されていて、測定ＯＮ，ＯＦＦ信号がＯＮ側になる毎にゼロからカウントを開始しｎ番目の受信波検知信号を検知して第ｎ受信波検知信号を出力する第１のカウンタ１２と、
測定ＯＮ，ＯＦＦ信号がＯＮ側になってから第ｎ受信波検知信号までの時間を測定する第２のカウンタ１３と、
２秒間隔で送受の方向の切り替えを行い、その都度測定ＯＮ，ＯＦＦ信号をＯＦＦ側からＯＮ側にし第ｎ受信波検知信号を受けると第２のカウンタ１３の測定値を読み取り、流速、流量及び積算流量等の演算を行うコントロール部１４を有する。
【００２４】
前記受信波検知部１０は、増幅部と比較部より構成され、受信側送受波器（例えば６Ｃ）からの信号は、まず増幅されその後、基準電圧レベルと比較されるようになっていて、最初に基準電圧レベルを越えた波が次にゼロレベルを通る点を、受信波を検知した点とするようになっていて、前記増幅部の増幅度は８段階用意されていて、コントロール部１４よりの増幅度選択信号により１つが選択される。また基準電圧レベルもコントロール部１４の基準電圧レベル選択信号により用意された８つより１つを選択して使用するようになっている。
【００２５】
図２は増幅部の電子回路の具体例で、オペアンプ１５にアナログスイッチ１６を介して８個の帰還抵抗Ｒ２０〜Ｒ２７が接続され、前記コントロール部１４からの増幅度選択信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２でアナログスイッチ１６のうちの何れかのスイッチを選択してオンとすることで、増幅部の増幅度を選択する。
【００２６】
Ｖinは受信側の送受波器（例えば６Ｃ）からの受信波信号で抵抗Ｒ１を介してオペアンプ１５の反転入力に入力される。
帰還抵抗の抵抗値は、
Ｒ２０＜Ｒ２１＜…＜Ｒ２７
の関係に定められ、増幅度は相互に、
（Ｒ２０／Ｒ１）＜（Ｒ２１／Ｒ１）＜…＜（Ｒ２７／Ｒ１）
の関係となる。
【００２７】
図３は受信波検知部１０の比較部の電子回路の具体例で、コンパレータ１７の非反転入力には前記図２の増幅部からの出力Ｖout が入力される。そして反転入力には、基準電圧レベルＶTHが入力される。
【００２８】
Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２２はコントロール部１４からの基準電圧レベル選択信号で、アナログスイッチ１８のうちの何れか１つのスイッチを選択してオンとすることで、８個の抵抗Ｒ４０〜Ｒ４７の何れか１つと抵抗Ｒ３とで一定の基準電圧１９を分圧してコンパレータ１７の反転入力に入力する基準電圧レベルＶTHを作る。
【００２９】
８個の抵抗Ｒ４０〜Ｒ４７の各抵抗値同士の関係は、
Ｒ４０＜Ｒ４１＜Ｒ４２＜…＜Ｒ４７
となっていて、コントロール部１４からの基準電圧レベル選択信号でアナログスイッチ１８を選択して基準電圧レベルＶTHを決める。
【００３０】
弁５（図１）の状態は図示されてない磁石と磁気センサとからなる弁開閉検知手段２０で検知してコントロール部１４に入力されている。
コントロール部１４はマイクロコンピュータで構成されていて、２秒間隔で先ず弁５の開閉状態を前記検知手段２０からの信号に基づいてチェックする。
【００３１】
閉状態なら切り替え器９を図１（ａ）（ｂ）の状態にして小流量計測部６Ａの送受波器６Ｂ，６Ｃを選択して前述の測定を行い、開状態なら切り替え器９を図１（ａ）（ｂ）の状態から切り替えて大流量計測部４Ａの送受波器４Ｂ，４Ｃを選択して前述の測定を行う。
【００３２】
超音波の送受方向については、弁５の開閉とは関係なく、順，逆，順，逆と交互に行う。スイッチ２１は順方向と逆方向の切り替えスイッチで、コントロール部１４の送受切替信号で操作される。
【００３３】
この時、予め記憶してあるそれぞれに最適な前記増幅度と基準電圧レベルＶTHがセットされるようコントロール部１４から受信波検知部１０へ増幅度選択信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２と基準電圧レベル選択信号Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２２とを出力する。
【００３４】
コントロール部１４は２秒毎に第２のカウンタ１３の測定値ｔを読み取るとその値より時間逆数値１／ｔを算出し、その値と各計測部６Ａ又は４Ａに対応した定数との積をとり記憶するとともに前回の計算結果との差をとって、その差を前回から今回までの流量として積算表示するようにしてある。
なお、前記定数は、流管の断面積、送受波器間隔、流管断面の流速分布及び測定間隔等で、小流量計測部用又は大流量計測部用として決められたものである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の超音波流量計は上述のように構成されていて、電子部が１つだけで良いため、電子回路の構成が簡単になって消費電流を低減でき電源用の電池も小形化できる。そして流量計のコストの増大を押さえて計測範囲を拡大できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の実施例で（ａ）は概略系統図、（ｂ）はブロック図である。
【図２】    図１の実施例に用いる増幅部の電子回路の具体例である。
【図３】    図１の実施例に用いる比較部の電子回路の具体例である。
【図４】    超音波流量計の原理を説明する略図である。
【図５】    親子メータの略図である。
【図６】    同じく親子メータの略図である。
【符号の説明】
４Ａ 小流量計測部
４Ｂ，４Ｃ 送受波器
５ 弁（自動弁）
６Ａ 大流量計測部
６Ｂ，６Ｃ 送受波器
７ バイパス経路
８ 電子部
９ 切り替え器
１０ 受信波検知部
１１ 送波器駆動部
１２ 第１のカウンタ
１３ 第２のカウンタ
１４ コントロール部
２０ 弁開閉検知手段
【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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