(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中に超音波を送受信する送受信器と、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伝搬時間を計測する計測回路と、超音波伝搬時間により流量を算出する流量演算手段と、前記送受信器から前記流路内の流体の種類を判定する流体判別手段と、前記計測回路の定数を前記流体判別手段の値によって変更する回路定数補正手段とを備えた流量計測装置において、前記流体判別手段は送受信器の受信電圧の大きさによって判定し、
かつ、前記回路定数補正手段は前記送受信器の受信信号の増幅度または増幅された信号とコンパレータで比較される基準信号値を変更し、
かつ、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、この繰り返し送受信の積算時間から流量を算出する繰り返し流量演算手段とを備え、前記流体判別手段によって前記遅延手段の設定を変更する、
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８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、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と、超音波伝搬時間により流量を算出する流量演算手段と、送受信器から流路内の流体の種類を判定する流体判別手段と、計測回路の定数を流体判別手段の値によって変更する回路定数補正手段とを備え、ガス成分の変化に伴って計測装置の状態を適切に保って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、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と、超音波伝搬時間により流量を算出する流量演算手段と、送受信器から流路内の流体の種類を判定する流体判別手段と、計測回路の定数を流体判別手段の値によって変更する回路定数補正手段とを備えたものである。
【０００６】
また、流体中に超音波を送受信する送受信器と、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伝搬時間を計測する計測回路と、流路内の流れの状態によって定まる流量係数設定手段と、超音波伝搬時間と前記流量係数設定手段とにより流量を算出する流量演算手段と、前記送受信器から前記流路内の流体の種類を判定する流体判別手段と、前記流量係数設定手段を前記流体判別手段の値によって変更する係数補正手段とを備えたものである。
【０００７】
また、流体判別手段は送受信器の受信電圧の大きさによって判定するものせある。
【０００８】
また、流体判別手段は伝搬時間によって判定するものである。
【０００９】
また、流路の温度を計測する温度検出手段により受信電圧もしくは伝搬時間を補正するものである。
【００１０】
また、回路定数補正手段は送受信器の受信信号の増幅度、または増幅された信号とコンパレータで比較される基準信号値を変更するものである。
【００１１】
また、回路定数補正手段は送受信器の送信信号の大きさ、または送信信号の駆動波数を変更するものである。
【００１２】
また、超音波の受信後に再度送信する繰り返し手段と、この繰り返し送受信の積算時間から流量を算出する繰り返し流量演算手段とを備え、流体判別手段によって繰り返し手段の設定を変更するものである。
【００１３】
また、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、この繰り返し送受信の積算時間から流量を算出する繰り返し流量演算手段とを備え、流体判別手段によって遅延手段の設定を変更するものである。
【００１４】
【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。
【００１５】
（実施例１）
本発明の実施例１を説明する。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。また、送受信器５と６の信号の大きさや伝搬時間から流路内の流体の種類を判定する流体判別手段１０があって、流体判別手段１０の値によって計測回路８の定数を変更する回路定数補正手段１１とを備えている。
【００１６】
次に動作について述べる。スタート１２の信号により計測回路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１４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１５で増幅され、さらに比較手段１６へ送られ超音波の受信を検出する。送受信器５から６までの超音波の送信時間を計時手段１７で計測され、順方向伝搬時間として保存される。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が送信され、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され、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。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いる。
【００１７】
次に流路７を流れる流体の種類が変化した場合について述べる。家庭に供給されている燃料としての天然ガスやＬＰガスの成分は常に一定ではなく季節や供給場所によって相当変化している。流体の成分が変化すると、送受信器６の信号も変化する。例えばＬＰガスの主成分であるプロパンガスの中に水素ガスが混入されると超音波の受信電圧は小さくなり、伝搬時間も小さくなる。流体判別手段１０では受信電圧や伝搬時間を検出してその値からガスの種類を判別し計測回路８の回路定数を回路定数補正手段１１で例えば増幅度や送信電圧を補正して流量精度を維持するように作用する。
【００１８】
（実施例２）
図２は、実施例２を示したもので計時手段の１７の値すなわち超音波の伝搬時間によって流体を判別する。そして流体判別手段１０で判別した流体の種類に応じて流量演算手段９で用いられる流量係数を係数補正手段１８で補正して流量を正確に算出するものである。流体の種類が変われば流れの状態が変化し、流路７内の流速分布が変わるため流量係数に影響を与えるので流量誤差を生じる。流量係数の値は流体のレイノルズ数に依存するので、流体判別手段によってレイノルズ数を推定すればよい。前述のプロパンガスと水素ガスのように混入されるガスの種類が明らかな場合には、あらかじめ実験により伝搬時間とレイノルズ数との関係を求めておき、マイコンなどに記憶させておけばよい。伝搬時間は流体の温度が変わる変化するので、流体の温度が変化するときには温度検出手段１９によって温度を検出し、例えば２０℃に換算した伝搬時間で流体の種類を判別する。なお、レイノルズ数は温度によっても変化するので同時に補正することも可能である。
【００１９】
（実施例３）
図３は、実施例３を示したもので、流体の種類を受信信号レベルの大きさで判定したもので、実施例１で示したプロパンガスに水素ガスが混入した場合にはプロパンガスの受信レベルが流体Ａであるのに比べ、水素ガスが混入すると受信レベルが流体Ｂのように小さくなる。この受信レベルの大きさによって水素ガスがどのくらい混入されているかを推定することができる。
【００２０】
（実施例４）
図４は、実施例４を示したもので回路定数補正手段１１により受信信号の増幅度を前増幅手段１９で大きくしたものである。実施例４に述べたように水素ガスが混入すると受信レベルが小さくなるので、超音波の受信感度不足を補正する。受信レベルが大きければ前増幅手段１９は必要ないのでスリープさせておけばよい。また受信感度を調節する別の手段として、回路定数補正手段１１により比較手段１６のコンパレータ比較信号を切り換えて回路を補正する。図３に示すように受信信号が大きいと予想される流体の時には比較レベルＣで動作させ、小さいと予想される流体の時には比較レベルＤで動作させるようにする。
【００２１】
（実施例５）
図５は実施例５を示したもので、回路定数補正手段１１により送信手段１３を制御する。実施例４で述べたように受信感度が小さい流体と予想される場合には、例えばバースト送信の波数を多くするか、あるいは送信電圧を高く設定して適切な超音波信号を得るようにする。
【００２２】
（実施例６）
図６は実施例６を示したもので、超音波を受信した後再度送信し、この送受信を複数回繰り返したその総和の時間から流量を算出するシングアラウンド法における実施例である。実施例３において水素ガスが混入した場合には受信電圧が小さくなるので受信信号に対するノイズの割合が大きくなりＳ／Ｎが低下するので計測時間のばらつきが大きくなる。従って実施例６では受信電圧が小さくなったことにより流体の種類を判別して繰り返し手段２０で繰り返し回数を増加させて流量精度を保つ。
【００２３】
（実施例７）
図７は実施例７を示したもので、前述のシングアラウンド法において受信から送信までの遅延時間を流体の種類に応じて遅延手段２１で変化させるものである。シングアラウンド法においては繰り返し超音波を送信するために送受信器５と６間に超音波が反射してノイズとなり正確な超音波の検出を行えなくなる。このため受信して次の超音波を送信するまでに遅延時間を設け反射の影響を低減させる。この遅延時間は流体の性質によって最適値が変わる。したがって流体の種類によって遅延時間をあらかじめ設定しておき、判別した流体の種類に応じた遅延時間を設定する。遅延時間の設定は１マイクロ秒以下の遅延素子を複数回分周させて得るようにすれば、そのカウンタの設定値を変えることで得られる。
【００２４】
なお本実施例ではガスの種類をプロパンガスと水素ガスとの混合ガスについて述べたが、天然ガスにおけるメタンガスとプロパンガスあるいは水素ガスなどの可燃性流体、あるいは可燃性流体と空気との混合流体にも適用できる。
【００２５】
また、混合比と流体の性質はマイクロコンピュータで記憶させる以外に、不揮発性メモリなどで外部から通信手段を介して設定することができる。
【００２６】
【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。
【００２７】
（１）本発明は流体中に超音波を送受信する送受信器と、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伝搬時間を計測する計測回路と、超音波伝搬時間により流量を算出する流量演算手段と、送受信器から流路内の流体の種類を判定する流体判別手段と、計測回路の定数を流体判別手段の値によって変更する回路定数補正手段とを備えたので、ガスの成分に応じて最適な計測回路を選定して超音波を適正な信号にでき流量精度が高い。
【００２８】
（２）流体中に超音波を送受信する送受信器と、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伝搬時間を計測する計測回路と、流路内の流れの状態によって定まる流量係数設定手段と、超音波伝搬時間と流量係数設定手段とにより流量を算出する流量演算手段と、送受信器から流路内の流体の種類を判定する流体判別手段と、流量係数設定手段を流体判別手段の値によって変更する係数補正手段とを備えたので、流体の種類によって変化する流量係数を自動的に補正するので、流量精度が高い。
【００２９】
（３）流体判別手段は送受信器の受信電圧の大きさによって判定するので、流体の種類と超音波の送受信感度との関係から容易に流体の種類を判定できる。
【００３０】
（４）流体判別手段は伝搬時間によって判定するので、流体の種類と超音波の伝搬時間（音速）との関係から容易に流体の種類を判定できる。
【００３１】
（５）流路の温度を計測する温度検出手段により受信電圧もしくは伝搬時間を補正するので、温度が変化しても正確に流体の種類を判定できる。
【００３２】
（６）回路定数補正手段は送受信器の受信信号の増幅度、または増幅された信号とコンパレータで比較される基準信号値を変更するので、超音波信号が流体の種類によって変化しても回路で補正し正確に検出することができる。
【００３３】
（７）回路定数補正手段は送受信器の送信信号の大きさ、または送信信号の駆動波数を変更するの、流体の種類に応じて送信を調節し受信信号を安定させることができる。
【００３４】
（８）超音波の受信後に再度送信する繰り返し手段と、この繰り返し送受信の積算時間から流量を算出する繰り返し流量演算手段とを備え、流体判別手段によって繰り返し手段の設定を変更するので、ノイズの大きなガスであっても繰り返し回数を増加させて流量精度を確保することができる。
【００３５】
（９）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、この繰り返し送受信の積算時間から流量を算出する繰り返し流量演算手段とを備え、流体判別手段によって遅延手段の設定を変更するので、ガス種によって異なる超音波の反射を防止して流量精度を高めることができる。
【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】本発明の実施例２の流量計測装置のブロック図
【図３】本発明の実施例３の流量計測装置の受信信号図
【図４】本発明の実施例４の流量計測装置のブロック図
【図５】本発明の実施例５の流量計測装置のブロック図
【図６】本発明の実施例６の流量計測装置のブロック図
【図７】本発明の実施例７の流量計測装置のブロック図
【図８】従来の流量計測装置のブロック図
【符号の説明】
５、６  送受信器
８  計測回路
９  流量演算手段
１０  流体判別手段
１１  回路定数補正手段
１３  送信手段
１６  比較手段
１８  係数補正手段
１９  前増幅手段
２０  繰り返し手段
２１  遅延手段
【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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