(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定する受信回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の超音波振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記タイマの値から流量を演算によって求める演算部と、前記演算部が演算中に参照する複数の補正係数テーブルを有し、前記演算部が参照する補正係数を前記タイマの出力と算出した流量に応じて変更する超音波流量計において、
温度検知手段と、前記温度検知手段の出力とタイマの値から流体を特定する流体判定部を有し、演算部が参照する補正係数テーブルを算出した流量と前記流体判定手段の判定出力とに応じて変更する超音波流量計。
【請求項２】
超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号から受信判定する受信回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の超音波振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記タイマの値から流量を演算によって求める演算部と、前記タイマの出力に応じて前記増幅回路の増幅率を制御する制御部を有した超音波流量計。
【請求項３】
超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定する受信回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の超音波振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記タイマの値から流量を演算によって求める演算部と、前記タイマの出力に応じて前記受信回路が受信判定可能なタイミングを制御する受信制御部を有した超音波流量計。
【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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の超音波流量計は、特開平９−１３３５６０号公報に示すものが一般的であった。この構成は、図７に示されているように、流体の中に配置し超音波を送受信する１対の超音波振動子（超音波振動子１、超音波振動子２）と、送信側の超音波振動子を駆動する送信回路１と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する受信側の超音波振動子の出力信号から受信判定し送信回路１に出力する受信回路２と、超音波振動子３、４と送受信回路１、２の接続を送受切り替えることによって送受の方向を切り替える切り替え器５と、切り替え器５を制御し送受の方向を交互に切り替え測定開始信号を送信回路３に出力する制御部６と、超音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回数を計測するカウンタ７と、１回目の超音波の送信開始から繰り返しの回数が所定回数に達するまでの時間を計測する第１のタイマ８と、第１のタイマ８の値から流量を求める演算部９と、超音波の送信から伝搬時間より短い時間ＯＮ信号を出力する第２のタイマ１０と、第２のタイマ１０のＯＮ出力によって受信回路５の電源をＯＦＦする電力制御部１１とを備えていた。
【０００３】
つぎに動作を説明する。まず制御部６が切り替え器５を制御し超音波を伝搬させる方向を決める。ここでは超音波は超音波振動子１から超音波振動子２に伝搬させる。その後制御部６は測定開始信号を送信回路３に出力する。測定開始信号を受けた送信回路３は超音波振動子１を駆動し、超音波振動子１は超音波を送信する。超音波振動子２は被測定流体を伝搬してきた超音波を受信し受信信号を受信回路４に出力する。受信回路４は受信判定を行い超音波の受信を確認した場合送信回路３に出力を行う。受信回路４の出力を受けた送信回路３は再度超音波振動子１を駆動する。カウンタ７はこの超音波の送信から受信の回数を数え、この回数がカウンタ７の設定値（Ｎ回）に達した場合タイマ８を停止させる。タイマ８は測定開始からの時間を計測しており、この時のタイマ８の値ｔ１は超音波の伝搬時間のＮ倍となる。次に制御部６は超音波の伝搬させる方向を超音波振動子２から超音波振動子１に切り替える。そして前回の測定と同様な動作をさせｔ２を測定する。この値をもとに演算部９は次の計算によって流量を求める。
【０００４】
超音波の伝搬距離をＬ、被測定流体の流れる断面積をＳ、被測定流体の静止時の音速をＣ、被測定流体の流速をＶ、上流から下流方向への伝搬時間をｔ１、カウンタ７の設定値とした場合の流量Ｑを求める計算式を（式１）に示す。
【０００５】
Ｑ＝ＳＬ［（１／ｔ１／Ｎ）−（１／ｔ２／Ｎ）］……【式１】
電力制御部１１は１回目の超音波の送信、または超音波を受信回路４による受信判定と同時にＯＦＦ信号を出力し受信回路の電源をＯＦＦする。第２のタイマ１０は受信回路の電源ＯＦＦと同時に動作し、超音波の送信から超音波の伝搬時間より短い時間の後に電力制御部１１にＯＮ信号を出力する。その信号によって電力制御部１１は受信回路５の電源をＯＮする。この動作によって電力消費を少なくしていた。
【０００６】
また、計測流量と真の流量との比を補正係数として演算部９に保持し演算で求めた流量を補正係数で補正することにより流量を算出していた。
【０００７】
また、流量ゼロの時の計測流量をオフセット値として初期調整時に演算部９保持し演算によってずれを補正していた。
【０００８】
また超音振動子の送受信感度は流体、温度によって大きく変動し、この変動の吸収を送信出力変更、受信回路の定数変更などによって行っているものもあった。
【０００９】
また前記制御部６が伝播した超音波を前記第２の超音波振動子で受信するタイミングだけ前記受信回路を受信判定可能とし、超音波の受信信号以外での誤検知を防止しているものもあったが、受信判定可能とするタイミングは固定されていた。
【００１０】
【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、被測定流体の流路内での流速分布は被測定流体の粘性と流速によって決定するので、被測定流体の粘性が変化する要因である温度や被測定流体の種類が変化した場合に流速分布が変化し、測定した伝播時間と流量の関係が同じではなくなるため正確な流量を求めることができない。
【００１１】
また、被測定流体の温度が変化することによって、被測定流体を伝搬させる超音波の波長が変わり流路壁で反射した超音波の干渉条件が変化するため、さらには回路の動作が温度変化によって変化するために測定値のオフセットが変動するため正確な流量を求めることができない。
【００１２】
また、被測定流体の温度が変化することによって、被測定流体の音速が変化し伝播時間が変化する。このため送信の後に受信信号を受信可能とすべきタイミングが被測定流体の温度によって変化するので一定のタイミングで受信回路の動作を制御していたのでは、伝播時間が長い場合では誤検知の確率が高くなり、伝播時間が短い場合では受信判定ができないということが生ずる。このため高精度の流量測定をするためには調整した温度から一定温度変動するごとに再度調整を行う必要があった。また被測定流体の種類が変わるごとに設定を変更する必要があった。
【００１３】
そこでこれらの問題を解決し、温度変化や被測定流体の変化があっても再調整をすることなく流量を正確に測定できる超音波流量計を実現するという課題があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願発明は上記課題を解決するために、温度検知手段の出力とタイマの値から、流体判定部により流体を特定し、流量と流体判定手段の判定出力とに応じて、演算中が参照する補正係数テーブルを変更するようにしたものである。
【００１５】
上記発明によれば超音波の伝搬時間が被測定流体の温度と相関があるため、前記タイマの出力と補正係数の関係をあらかじめ設定し、前記タイマの出力と流量に応じて補正係数を変更するようにしているため、測定中の流体の流量分布を考慮した補正係数を参照することができ、正確な流量を算出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかる超音波流量計は，超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定する受信回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の超音波振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記タイマの値から流量を演算によって求める演算部と、演算部が演算中に参照する複数の補正係数テーブルを有する超音波流量計において、温度検知手段と、前記温度検知手段の出力とタイマの値から流体を特定する流体判定部を有する。
【００１７】
そして、演算部が補正係数テーブルを前記流体判定手段の判定出力と算出した流量に応じて選択し、タイマの値と選択した補正係数テーブルから流量を算出するため、ガス種に適合した補正係数テーブルを選択することができ、ガス種が変わった場合でも再調整をすることなく正確な流量測定ができる。
【００１８】
本発明の請求項２にかかる超音波流量計は超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号から受信判定する受信回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の超音波振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記タイマの値から流量を演算によって求める演算部と、前記タイマの出力に応じて前記増幅回路の増幅率を制御する制御部を有する。
【００１９】
そして、前記制御部が前記増幅回路の増幅率を前記タイマの出力に対応して設定する。つまり被測定流体の伝播時間に対応した被測定流体の種類に最適なアンプゲインを設定するので、被測定流体が変わったとしても再調整を行うことなく正確な流量測定をすることができる。
【００２０】
本発明の請求項３にかかる超音波流量計は超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定する受信回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の超音波振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記タイマの値から流量を演算によって求める演算部と、前記タイマの出力に応じて前記受信回路が受信判定可能なタイミングを制御する受信制御部を有する。
【００２１】
そして、前記受信制御部が受信回路を前記タイマの出力から所定の時間だけ短い時間受信判定不可能とする。このため被測定流体の種類の変化、あるいは温度変化のため超音波の伝播時間が変化した場合であっても、前記受信回路が受信判定する最適なタイミングで受信判定不可の状態を解除するので、再調整をすることなく正確な流量測定をすることができる。
【００２２】
【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。
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の超音波流量計を示すブロック図、図２は同超音波流量計の補正係数の図である。
【００２４】
図１において、１２は超音波を送信する第１の超音波振動子、１３は第１の超音波振動子１２を駆動する送信回路、１４は被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子、１５は第２の超音波振動子１４の出力信号から受信判定する受信回路、１６は第１の超音波振動子１２から第２の超音波振動子１４までの超音波の伝搬時間を測定するタイマ、１７はタイマ１６の値から流量を演算によって求める演算部、１８は演算部１６が演算中に参照する複数の補正係数テーブルである。
【００２５】
次に動作、作用について説明すると、  図２に示すように流量と被測定流体の温度によって適正な補正係数は変動する。そこで演算部１７は被測定流体の温度と相関のある伝搬時間と補正係数の関係をあらかじめ補正係数テーブル１８に設定し、タイマ１６によって測定した伝搬時間と演算によって求めた流量とによって流量係数を決定し、流量の補正を行う。このようにして被測定流体の温度に適合した補正係数で流量を演算する。
【００２６】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２の超音波流量計を示すブロック図である。
【００２７】
本実施例２において、実施例１と異なる点は温度検知手段１９と、温度検知手段１９の出力とタイマの値から流体を特定する流体判定部２０を有する点である。
【００２８】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００２９】
次に動作、作用を説明すると、演算部１７が補正係数テーブル１８を流体判定手段２０の判定出力と算出した流量に応じて選択し、タイマ１６の出力と選択した補正係数テーブル１８から流量を算出する。
【００３０】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３の超音波流量計を示すブロック図、本実施例３において、実施例１と異なる点は、演算部１７が演算中に参照する複数のオフセット値２１を有しているところである。
【００３１】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００３２】
次に動作、作用を説明すると、演算部１７がタイマ１６の出力に応じて参照するオフセット値２１を変更するため、伝播時間に応じたオフセットつまり音速に対応したオフセットを流量演算に使用する。
【００３３】
（実施例４）
図５は本発明の実施例４の超音波流量計を示すブロック図、本実施例４において、実施例１と異なる点は超音波流量計は、第２の超音波振動子１４の出力信号を増幅する増幅回路２２と、増幅回路２２の出力信号から受信判定する受信回路１５と、第１の超音波振動子１２から前記第２の超音波振動子１４までの超音波の伝搬時間を測定するタイマ１６と、タイマ１６の値から流量を演算によって求める演算部１７と、タイマ１６の出力に応じて増幅回路２２の増幅率を制御する制御部２３を有するところである。
【００３４】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００３５】
次に動作、作用を説明すると、制御部２３が増幅回路２２の増幅率をタイマ１６の出力に対応して設定する。つまり増幅回路２２の増幅率を被測定流体の伝播時間に対応した被測定流体の種類に最適な値に設定する。
【００３６】
（実施例５）
図６は本発明の実施例５の超音波流量計を示すブロック図である。本実施例５において、実施例１（または２）と異なる点は、タイマ１６の出力に応じて受信回路１５が受信判定可能なタイミングを制御する受信制御部２４を有する点である。
【００３７】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００３８】
次に動作、作用を説明すると、受信制御部２５が受信回路１５をタイマ１６の出力から所定の時間だけ短い時間受信判定不可能とする。このため被測定流体の種類の変化、あるいは温度変化のため超音波の伝播時間が変化した場合であっても、受信回路１５が受信判定する最適なタイミングで受信判定不可の状態を解除する。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように本発明の超音波流量計によれば、演算部が補正係数を前記流体判定手段の判定出力と算出した流量に応じて選択し、タイマの値と選択した補正係数テーブルから流量を算出するため、ガス種に適合した補正係数テーブルを選択することができ、ガス種が変わった場合でも再調整をすることなく正確な流量測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１における超音波流量計のブロック図
【図２】  同超音波流量計の流体温度をパラメータとした補正係数の特性図
【図３】  本発明の実施例２における超音波流量計のブロック図
【図４】  本発明の実施例３における超音波流量計のブロック図
【図５】  本発明の実施例４における超音波流量計のブロック図
【図６】  本発明の実施例５における超音波流量計のブロック図
【図７】  従来の超音波流量計のブロック図
【符号の説明】
１２  第１の超音波振動子
１３  送信回路
１４  第２の超音波振動子
１５  受信回路
１６  タイマ
１７  演算部
１８  補正係数テーブル
２０  流体判定手段
２２  増幅回路
２３  制御部
２４  受信制御部
【図１】
0004144084.tif 000002
【図２】
0004144084.tif 000003
【図３】
0004144084.tif 000004
【図４】
0004144084.tif 000005
【図５】
0004144084.tif 000006
【図６】
0004144084.tif 000007
【図７】
0004144084.tif 000008