(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流れの上流側から下流側へもしくは下流側から上流側へ超音波を送信し、送信された超音波を受信する送受信器と、
超音波の受信後に前記送受信器を用いて再度超音波を送信させる繰り返し手段と、
前記受信器の信号レベルに応じて前記繰り返し手段による送信回数を設定する回数設定手段とを備え、
前記回数設定手段は、前記受信器の信号レベルが小さくなるほど前記繰り返し手段による送信回数を多く設定する流量計測装置。
【請求項２】
流体流れの上流側から下流側へもしくは下流側から上流側へ超音波を送信し、送信された超音波を受信する送受信器と、
超音波の受信後に前記送受信器を用いて再度超音波を送信させる繰り返し手段と、
前記受信器の受信レベルに応じて信号増幅度を可変する自動利得手段と、
前記自動利得手段による信号増幅度に応じて前記繰り返し手段による送信回数を設定する回数設定手段とを備え、
前記回数設定手段は、前記自動利得手段による信号増幅度が大きくなるほど前記繰り返し手段による送信回数を多く設定する流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスなどの流体の流量を計測する流量計測装置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測装置は、特開平１０−３１８８１１号公報で開示されている。すなわち図６に示すように、流速検出手段１で接続した受信手段２より流量計測時の伝搬時間差検出手段３によって信号伝搬時間を計測し、伝搬時間記憶手段４の記憶値と比較判定し、記憶値より受信手段での計測が長い場合には異媒体が混入したことを検知し警告表示をするものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の流量計測装置では、異媒体が混入したことは検出できるものの混入した状態で正確に流量を計測することができず、ガスの成分が変化する状態で流量精度を保つことが課題となっていた。
【０００４】
【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に、流体中に超音波を送受信する送受信器と、超音波の受信後に再度送信する繰り返し手段と、流れの上流から下流への送信もしくは下流から上流への送信の繰り返し中の積算時間を計測する計時手段と、超音波伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、受信器の信号レベルに応じて繰り返し手段の回数を変更する回数設定手段とを備え、超音波の受信感度に応じて繰り返し回数を変化させ流量を高精度で計測するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は流体中に超音波を送受信する送受信器と、超音波の受信後に再度送信する繰り返し手段と、流れの上流から下流への送信もしくは下流から上流への送信の繰り返し中の積算時間を計測する計時手段と、超音波伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、受信器の信号レベルに応じて繰り返し手段の回数を変更する回数設定手段とを備えたものである。
【０００６】
また、受信器の受信レベルに応じて信号増幅度を可変する自動利得手段と、自動利得手段の値によって繰り返し回数を変更するものである。
【０００７】
また、流体中に超音波を送受信する送受信器と、超音波の受信後に遅延手段を介して再度送信する繰り返し手段と、繰り返し手段の回数を変更する回数設定手段と、流れの上流から下流への送信もしくは下流から上流への送信の繰り返し中の積算時間を計測する計時手段と、超音波伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、伝搬時間により回数設定手段を変更するものである。
【０００８】
また、流体中に超音波を送受信する送受信器と、超音波の受信後に遅延手段を介して再度送信する繰り返し手段と、流れの上流から下流への送信もしくは下流から上流への送信の繰り返し中の積算時間を計測する計時手段と、超音波伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、伝搬時間により遅延時間を変更するものである。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
【００１０】
（実施例１）
図１において、流体中に超音波を送受信する送受信器５と６が流路７の上流と下流にそれぞれ設けられ、流れの上流から下流への送信もしくは下流から上流への送信の伝搬時間を計測する計測回路８があり、この計測回路８の結果として超音波伝搬時間が得られ、流量演算手段９によって流量が算出される。計測回路８内には送受信器５と６の送信と受信を切り換える切換手段１０と、受信信号を増幅する増幅手段１１と、この増幅手段１１の信号を基準電圧と比較する比較手段１２と、この比較手段１２の信号により再度送信手段１３から送信させる繰り返し手段１４がある。受信信号の大きさは受信検知手段１５でも検出され、その大きさによって繰り返し手段１４の繰り返し回数を設定する回数設定手段１６を変更することができる。スタート手段１７によってスタートしてから、所定の繰り返し回数が終了したときまでの時間は計時手段１８で計測され、流量演算手段９で流量が算出される。
【００１１】
次に動作について述べる。スタート手段１７の信号により計時手段１８のタイマをリセットすると共に、計測回路８の送信手段１３から超音波駆動信号が送出され切換手段１０を介して超音波が送受信器５から６へ、すなわち流れに沿って送信され、流路７内を伝搬した超音波は流れの速度分だけ速くなって送受信器６に到達する。送受信器６での信号は増幅手段１１で増幅され、さらに比較手段１２へ送られ超音波の受信を検出する。超音波が受信されたことが検知されると繰り返し手段１４で再度送信手段に信号が送出され、再度送受信器５から６へ超音波が送信される。
【００１２】
しかる後、回数設定手段１６で設定された繰り返し回数の送信が行われると、送信を停止すると共に計時手段１８でその時の時間を計測する。超音波の伝搬時間は非常に小さく、さらに流れによる超音波伝搬時間の差もさらに小さくなって１回あたりナノ秒程度の時間差を正確に計測する必要がある。繰り返し回数を多くすれば積分されるので時間精度が向上するばかりでなく、ノイズを含んだ信号であっても何度も計測されるためバラツキが平均化されるのでＳ／Ｎが向上する。受信信号が第２図ケースＡに示すように比較的大きいときにはＳ／Ｎは大きくとれるので、繰り返し回数は比較的少なくても精度は十分得られるので、回数設定手段１６で繰り返し回数を小さく設定し計測時間を小さくして消費電力を低減させる。また図２のケースＢのように受信信号が小さくＳ／Ｎが悪い場合には、繰り返し回数を大きく設定して平均化による精度向上によってＳ／Ｎの低下を補うようにする。
【００１３】
このようにして送受信器５から６までの超音波の送信時間の繰り返しの時間を計時手段１７で計測し、順方向伝搬時間として保存する。次に切換手段１４を切り換えて送受信器６から５へ流れに逆らって超音波を送信し、前述と同様に送受信器６から５までの送信時間を逆方向伝搬時間として保存し、この逆方向伝搬時間と順方向伝搬時間の時間差と、流路７の断面積と流れの状態によってあらかじめ算出されている流量係数から流量演算手段９で流量を算出する。
【００１４】
実際の演算では音速の影響が理論的になくなるように伝搬時間の逆数差を基に流量を算出しており、この演算はマイクロコンピュータが使用される。受信信号のレベルは、送受信器５と６の製造バラツキや経年変化、あるいは流体の性質によって変化するが、いずれの場合にも受信信号のレベルを検出することによって対応することができる。
【００１５】
（実施例２）
図３は、実施例２を示したもので増幅手段１１の大きさを比較手段１２で比較し受信信号のレベルに応じて自動利得手段１９で増幅手段１１増幅度を変化させ増幅後の信号レベルを所定の大きさにコントロールしようとするものである。すなわち増幅後の信号が小さい場合には比較手段１２で検出して自動利得手段１９で増幅度を大きくするように設定し、逆に増幅後の信号が小さい場合には増幅度を小さく設定する。
【００１６】
従って増幅度の値によって受信信号の入力レベルの大きさを知ることができる。信号のＳ／Ｎ比は受信信号レベルで決定されることが多いので、この増幅度によって繰り返しの回数設定手段１６の設定値を変化させることにより流量精度を一定に保つことができる。増幅度が小さいときには受信信号レベルは大きいので繰り返し回数を小さくしても精度を保つことができ、増幅度が大きいときにはＳ／Ｎ比が小さいので繰り返し回数を大きくして平均化により精度を高く保つ。なお自動利得手段１９はマイクロコンピュータでソフト的に構成するか、あるいは増幅手段と一体にしてＩＣ化することができる。
【００１７】
（実施例３）
図４は、実施例３を示したもので、計時手段１８の値によって回数設定手段１６を変更するものである。計時手段の１８値は超音波の伝搬時間を示しており、その値は流体の音速すなわち流体の種類や温度によって変化する。音波が流体中に長く滞在するほど流体の流速による伝搬時間の変化の影響を大きく受けるので流速を検出する精度が高くなる。
【００１８】
従って１回当たりの伝搬時間が大きいほど検出精度が高くなるので繰り返し回数を小さく設定しても良い。逆に音速が大きくて１回当たりの伝搬時間が小さい場合には検出精度が低下するので繰り返し回数を大きくする必要がある。結局繰り返しを行った総計測時間を一定に保てば精度も一定に保つことができる。
【００１９】
（実施例４）
図５は、実施例４を示したもので繰り返しの途中に遅延手段２０を設け、受信を検出してから一定時間遅延した後に次の送信を行うもので、前回送信した超音波信号が送受信器５と６の間で反射し、次回に送信する信号と重なることを防止するものである。この遅延時間の設定は１回反射ばかりでなく５回反射の信号まで考慮して設定する必要があるので、遅延時間を伝搬時間によって変化させることにより反射の影響を小さくすることができる。
【００２０】
本実施例では計時手段１８で伝搬時間を判定し、そのときの最適な遅延時間を算出して遅延手段２０で設定する。計時手段１８の値は超音波の伝搬時間に遅延時間を含んだ値になるので、実際の伝搬時間を算出するためには計時手段１８の値から遅延時間を差し引いて算出する。なお遅延手段２０としては発振器とカウンタで構成されるタイマやマイクロコンピュータを使用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の流量計測装置によれば次の効果が得られる。
【００２２】
（１）流体中に超音波を送受信する送受信器と、超音波の受信後に再度送信する繰り返し手段と、流れの上流から下流への送信もしくは下流から上流への送信の繰り返し中の積算時間を計測する計時手段と、超音波伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、受信器の信号レベルに応じて繰り返し手段の回数を変更する回数設定手段とを備えたので、受信信号に応じて適切な繰り返し回数を設定できるので、送受信器の感度変化が発生しても高い流量精度を維持しつつ、不要な計測を防止して消費電力を低減でき、電池で長時間動作できる。
【００２３】
（２）受信器の受信レベルに応じて信号増幅度を可変する自動利得手段と、自動利得手段の値によって繰り返し回数を変更するので、簡単な構成で適切な繰り返し回数を設定できる。
【００２４】
（３）流体中に超音波を送受信する送受信器と、超音波の受信後に遅延手段を介して再度送信する繰り返し手段と、繰り返し手段の回数を変更する回数設定手段と、流れの上流から下流への送信もしくは下流から上流への送信の繰り返し中の積算時間を計測する計時手段と、超音波伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、伝搬時間により回数設定手段を変更するので、ガス質が変わった場合にも、検出精度に見合った繰り返し回数を設定でき高い流量精度を保つことができる。
【００２５】
（４）流体中に超音波を送受信する送受信器と、超音波の受信後に遅延手段を介して再度送信する繰り返し手段と、流れの上流から下流への送信もしくは下流から上流への送信の繰り返し中の積算時間を計測する計時手段と、超音波伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、伝搬時間により遅延時間を変更するので、流体の性質が変化しても常に最適な遅延時間を設定でき超音波信号の反射による検出精度の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の流量計測装置のブロック図
【図２】同装置の受信信号波形図
【図３】本発明の実施例２の流量計測装置のブロック図
【図４】本発明の実施例３の流量計測装置のブロック図
【図５】本発明の実施例４の流量計測装置のブロック図
【図６】従来の流量計測装置のブロック図
【符号の説明】
５  送受信器
６  送受信器
９  流量演算手段
１４  繰り返し手段
１６  回数設定手段
１８  計時手段
１９  自動利得手段
２０  遅延手段
【図１】
0004362890.tif 000002
【図２】
0004362890.tif 000003
【図３】
0004362890.tif 000004
【図４】
0004362890.tif 000005
【図５】
0004362890.tif 000006
【図６】
0004362890.tif 000007