(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れ中を流れと同方向あるいは斜め方向に超音波の送受をする送信側にも受信側にも働く一対の超音波送受波器（２）（３）と、
受信側の送受波器（３又は２）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（４）と、
第１送信指令信号を入力した時に送信側の送受波器（２又は３）を駆動し、その後は受信波検知部（４）からの受信波検知信号ごとに後述する第ｎ受信波検知信号が入力されるまで送信側の送受波器（２又は３）を駆動する送波器駆動部（６）と、
順方向の計測を行うときは上流側の送受波器（２）を送波器駆動部（６）に接続するとともに下流側の送受波器（３）を受信波検知部（４）に接続し、逆方向の計測を行うときは下流側の送受波器（３）を送波器駆動部（６）に接続するとともに上流側の送受波器（２）を受信波検知部（４）に接続する切替部（５，１０）と、
一定のタイミングで交互に切替部（５，１０）を切り替えて順方向の計測と逆方向の計測を切り替える送受切替信号を出力して交互に送受の切り替えを行いながら、その都度第１送信指令信号を出力するコントローラ部（７）と、
受信波検知部（４）からの受信波検知信号を受け、順方向の計測時と逆方向の計測時毎に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（８）と、
順方向計測時における第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間（Ｔ1 ）と、逆方向計測時における第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間（Ｔ2 ）を測定する第２のカウンタ（９）とを具備し、
第ｎ受信波検知信号を受けると第２のカウンタ（９）の測定値（Ｔ1 又はＴ2 ）を読み取り、時間逆数差法を用いて流速、流量等の演算をコントローラ部（７）で行う超音波流量計であって、
前記第２のカウンタ（９）を構成する時間計測部が基準クロックを計数するカウンタで、その最下位が１桁の１０進カウンタ（９３）、それより上位が２進カウンタ（９８）よりなり、
前記コントローラ部（７）がマイクロコンビュータで構成され、
該マイクロコンピュータが第２のカウンタ（９）の測定値（Ｔ1 又はＴ2 ）として読み取るべき数値を、その上位桁を２進数（ａ′）で、最下位桁を１０進数（ｂ）で読み取り、
別途、前記２進数の上位桁（ａ′）を１０進変換した値（ｃ）の逆数に１／１０を乗じたデータ１／（１０ｃ）を上位桁（ａ′）をアドレスとするデータテーブルとして前記マイクロコンピュータのメモリに格納し、
上位桁（ａ′）に相当するアドレスと、これに１を加算した数値（ａ′＋１）に相当するアドレスより両アドレスに対応する時間逆数の数値１／（１０ｃ）と１／｛１０（ｃ＋１）｝に相当する二つのデータを読み出し、これらのデータと前記下位桁の数値（ｂ）とから直線近似によって時間逆数｛１／（Ｔ1 −ｎτ）又は１／（Ｔ2 −ｎτ）｝に相当する値１／（１０ｃ＋ｂ）を導き、以後の流速又は流量等の演算に使用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】
流体の流れ中を流れと同方向あるいは斜め方向に超音波の送受をする送信側にも受信側にも働く一対の超音波送受波器（２）（３）と、
受信側の送受波器（３又は２）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（４）と、
第１送信指令信号を入力した時に送信側の送受波器（２又は３）を駆動し、その後は受信波検知部（４）からの受信波検知信号ごとに後述する第ｎ受信波検知信号が入力されるまで送信側の送受波器（２又は３）を駆動する送波器駆動部（６）と、
順方向の計測を行うときは上流側の送受波器（２）を送波器駆動部（６）に接続するとともに下流側の送受波器（３）を受信波検知部（４）に接続し、逆方向の計測を行うときは下流側の送受波器（３）を送波器駆動部（６）に接続するとともに上流側の送受波器（２）を受信波検知部（４）に接続する切替部（５，１０）と、
一定のタイミングで交互に切替部（５，１０）を切り替えて順方向の計測と逆方向の計測を切り替える送受切替信号を出力して交互に送受の切り替えを行いながら、その都度第１送信指令信号を出力するコントローラ部（７）と、
受信波検知部（４）からの受信波検知信号を受け、順方向の計測時と逆方向の計測時毎に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（８）と、
順方向計測時における第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間（Ｔ1 ）と、逆方向計測時における第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間（Ｔ2 ）を測定する第２のカウンタ（９）とを具備し、
第ｎ受信波検知信号を受けると第２のカウンタ（９）の測定値（Ｔ1 又はＴ2 ）を読み取り、時間逆数差法を用いて流速、流量等の演算をコントローラ部（７）で行う超音波流量計であって、
前記第２のカウンタ（９）を構成する時間計測部が基準クロックを計数するカウンタで、その最下位が１桁の１０進カウンタ（９３）、それより上位が２進カウンタ（９８）よりなり、
前記コントローラ部（７）がマイクロコンビュータで構成され、
該マイクロコンピュータが第２のカウンタ（９）の測定値（Ｔ1 又はＴ2 ）として読み取るべき数値を、その上位桁を２進数（ａ′）で、最下位桁を１０進数（ｂ）で読み取り、
別途、前記２進数の上位桁（ａ′）を１０進変換した値（ｃ）の逆数データを上位桁（ａ′）をアドレスとするデータテーブルとして前記マイクロコンピュータのメモリに格納し、
上位桁（ａ′）に相当するアドレスと、これに１を加算した数値に相当するアドレスより両アドレスに対応する時間逆数の二つのデータを読み出し、これらのデータと下位桁の数値（ｂ）とから直線近似によって時間逆数｛１／（Ｔ1 −ｎτ）又は１／（Ｔ2 −ｎτ）｝を導き、以後の流速又は流量等の演算に使用するようにしたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
データテーブルに格納するデータが、請求項２に記載されたデータから一定値を減じた値或いは一定値を乗じた値をデータとしてデータテーブルを構成したことを特徴とする請求項２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の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波流量計で時間逆数差法を用いたものが公知である。
図５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組の送受波器２，３を流管１の上流と下流に離して配設し、送波器２から順方向に超音波を発射したとき、受波器３に超音波が到達するに要する時間をｔ1 、送波器３から逆方向に超音波を発射したときに、受波器２に超音波が到達するに要する時間をｔ2 とすれば、
ｔ1 ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ） ・・・（１）
ｔ2 ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖ） ・・・（２）
となる。
【０００４】
順方向と逆方向の超音波の上記伝搬時間ｔ1 ，ｔ2 を測定し、これから流速Ｖを算出して、さらに流量を求めたり、積算流量を求めたりしていた。
流速Ｖは上記（１），（２）式から音速Ｃに無関係に、
Ｖ＝（Ｌ／２）〔（１／ｔ1 ）−（１／ｔ2 ）〕・・・（３）
として求めており、時間ｔ1 ，ｔ2 の逆数１／ｔ1 ，１／ｔ2 の差を利用していることから時間逆数差法と呼ばれている。
【０００５】
送波器２（又は３）に駆動パルスＰ1 を印加して励振すると、伝搬時間ｔ1 （又はｔ2 ）後に受波器３（又は２）に超音波が到達するが、受波器３（又は２）で受信された受信波（電気信号）は図６に示すように先頭値の零から次第に成長し、第１波、第２波、第３波、第４波、第５波と順に大きな値となり、ピーク値を過ぎてから次第に減衰する波形となる。
【０００６】
伝搬時間ｔ1 （又はｔ2 ）の終了時点は符号「イ」で示す波形の先頭であるが、この時点を検出することはできないので、実際には第３波又は第５波の後のゼロクロスポイントを、受波器３（又は２）に接続した受信波検知部で検出している。図６では駆動パルスＰ1 から受信波の第３波の直後のゼロクロスポイント「ロ」までの時間を受信波検知部で検出し、予め別の実験で求めて記憶させてある遅れ時間τを差し引いて、伝搬時間ｔ1 （又はｔ2 ）を求める。
【０００７】
伝搬時間の分解能を上げて流量計の計測精度を高めるために、１回の超音波の送受でなく、受信と同時に次の同方向の送信を行い、同方向の送受を複数回（ｎ回）連続して繰り返し、最初（第１回目）の送信から最後の第ｎ回目の受信までの時間を測定し、その値より１回の送信から受信までの時間ｔ1 （又はｔ2 ）を求めるようにしていた。
【０００８】
第１回の送信即ち駆動パルスＰ1 から第ｎ回目の受信までの時間は、受信波検知部が超音波の到達を直接検知するのが前述のように図６のゼロクロスポイント「ロ」であるから、同一方向のｎ回の測定中、流速Ｖが一定であれば、順方向ではｎｔ1 ＋ｎτ、逆方向ではｎｔ2 ＋ｎτとなる。
【０００９】
従って第１回目の送信から第ｎ回目の受信までの時間ｎｔ1 ＋ｎτとｎｔ2 ＋ｎτを用いて時間逆数差法を用いて流速や流量を求めたり、さらに積算流量（体積）を求めていた。
【００１０】
順方向の計測における第１回目の送信から第ｎ回目の受信までの時間をＴ1 、逆方向の計測における第１回目の送信から第ｎ回目の受信までの時間をＴ2 とすると、（１），（２）式に対応する式として、
Ｔ1 −ｎτ＝ｎＬ／（Ｃ＋Ｖ） ・・・（１Ａ）
Ｔ2 −ｎτ＝ｎＬ／（Ｃ−Ｖ） ・・・（２Ａ）
が得られる。
【００１１】
流速Ｖは上記（１Ａ），（２Ａ）式から音速Ｃに無関係に、
Ｖ＝（ｎＬ／２）〔｛１／（Ｔ1 −ｎτ）｝−｛１／（Ｔ2 −ｎτ）｝〕・・・（３Ａ）
として求められる。
【００１２】
この種の超音波流量計では、順方向の計測と逆方向の計測との切り替え制御をマイクロコンピュータで構成したコントローラ部で行っており、数式（３Ａ）の演算もこのマイクロコンピュータを使用して行っている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術では、１／（Ｔ1 −ｎτ）とか１／（Ｔ2 −ｎτ）の割算をマイクロコンピュータで行っている。
【００１４】
一般的にマイクロコンピュータは割算に時間がかかり、この種の流量計では上記割算の計算桁数が多いため、なお更に時間がかかり、高速のマイクロコンピュータが必要となり、高価で大電力を要するという問題点があった。
【００１５】
例えば、音速を４４０ｍ／ｓｅｃ、距離Ｌを０．２ｍ、繰り返し回数ｎを２００回、時間Ｔ1 とかＴ2 を計測するカウンタの基準クロックを１ＭＨｚ（＝１０6 Ｈｚ）とすると、流体の流速Ｖが零のときはＴ1 ＝Ｔ2 でこれをＴとあらわせば、
Ｔ−ｎτ＝２００×０．２×１０6 ／４４０カウント
＝９０９０９カウント＝９０９０９×１０-6ｓ
となる。
【００１６】
そのため数式（３Ａ）に従って１÷９０９０９という有効数字が６桁程度の割算を行う必要がある。
実際には、流体の流速Ｖの違いや、順方向の測定か逆方向の測定かによりＴ1，Ｔ2 が異なる値となったり、遅れ時間ｎτを時間Ｔ1 ，Ｔ2 から減算したものが割算の分母になるが、超音波の周波数を５００ＫＨｚとしたとき、ｎτは図６のように受信波の第３波のゼロクロスポイント「ロ」を検出する場合では基準クロック１ＭＨｚの計数値でほぼ、
２００×１．５×２＝６００カウント
で、上記９０９０９カウントの約０．６６％であり、割算の桁数が６桁程度であることに変わりはない。
【００１７】
通常割算をマイクロコンピュータで行うには、引き算を何回も行いながら計算することになり、何回引くことができるかを実際に引きながら求める。従って桁数の大きな割算を行うと流速や流量測定の間隔で計算が終了しないこともあり得る。
【００１８】
仮に間に合うように流量計のシステムを設計しても、マイクロコンピュータが動きっぱなしになり、低消費電力化が実現できないという問題点があった。
そこで、本発明はかかる問題点を解消できる時間逆数差法を用いた超音波流量計を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、
流体の流れ中を流れと同方向あるいは斜め方向に超音波の送受をする送信側にも受信側にも働く一対の超音波送受波器（２）（３）と、
受信側の送受波器（３又は２）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（４）と、
第１送信指令信号を入力した時に送信側の送受波器（２又は３）を駆動し、その後は受信波検知部（４）からの受信波検知信号ごとに後述する第ｎ受信波検知信号が入力されるまで送信側の送受波器（２又は３）を駆動する送波器駆動部（６）と、
順方向の計測を行うときは上流側の送受波器（２）を送波器駆動部（６）に接続するとともに下流側の送受波器（３）を受信波検知部（４）に接続し、逆方向の計測を行うときは下流側の送受波器（３）を送波器駆動部（６）に接続するとともに上流側の送受波器（２）を受信波検知部（４）に接続する切替部（５，１０）と、
一定のタイミングで交互に切替部（５，１０）を切り替えて順方向の計測と逆方向の計測を切り替える送受切替信号を出力して交互に送受の切り替えを行いながら、その都度第１送信指令信号を出力するコントローラ部（７）と、
受信波検知部（４）からの受信波検知信号を受け、順方向の計測時と逆方向の計測時毎に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（８）と、
順方向計測時における第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間（Ｔ1 ）と、逆方向計測時における第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間（Ｔ2 ）を測定する第２のカウンタ（９）とを具備し、
第ｎ受信波検知信号を受けると第２のカウンタ（９）の測定値（Ｔ1 又はＴ2）を読み取り、時間逆数差法を用いて流速、流量等の演算をコントローラ部（７）で行う超音波流量計であって、
前記第２のカウンタ（９）を構成する時間計測部が基準クロックを計数するカウンタで、その最下位が１桁の１０進カウンタ（９３）、それより上位が２進カウンタ（９８）よりなり、
前記コントローラ部（７）がマイクロコンビュータで構成され、
該マイクロコンピュータが第２のカウンタ（９）の測定値（Ｔ1 又はＴ2 ）として読み取るべき数値を、その上位桁を２進数（ａ′）で、最下位桁を１０進数（ｂ）で読み取り、
別途、前記２進数の上位桁（ａ′）を１０進変換した値（ｃ）の逆数に１／１０を乗じたデータ１／（１０ｃ）を上位桁（ａ′）をアドレスとするデータテーブルとして前記マイクロコンピュータのメモリに格納し、
上位桁（ａ′）に相当するアドレスと、これに１を加算した数値（ａ′＋１）に相当するアドレスより両アドレスに対応する時間逆数の数値１／（１０ｃ）と１／｛１０（ｃ＋１）｝に相当する二つのデータを読み出し、これらのデータと前記下位桁の数値（ｂ）とから直線近似によって時間逆数｛１／（Ｔ1 −ｎτ）又は１／（Ｔ2 −ｎτ）｝に相当する値１／（１０ｃ＋ｂ）を導き、以後の流速又は流量等の演算に使用するようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００２０】
請求項２の発明は、流体の流れ中を流れと同方向あるいは斜め方向に超音波の送受をする送信側にも受信側にも働く一対の超音波送受波器（２）（３）と、
受信側の送受波器（３又は２）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（４）と、
第１送信指令信号を入力した時に送信側の送受波器（２又は３）を駆動し、その後は受信波検知部（４）からの受信波検知信号ごとに後述する第ｎ受信波検知信号が入力されるまで送信側の送受波器（２又は３）を駆動する送波器駆動部（６）と、
順方向の計測を行うときは上流側の送受波器（２）を送波器駆動部（６）に接続するとともに下流側の送受波器（３）を受信波検知部（４）に接続し、逆方向の計測を行うときは下流側の送受波器（３）を送波器駆動部（６）に接続するとともに上流側の送受波器（２）を受信波検知部（４）に接続する切替部（５，１０）と、
一定のタイミングで交互に切替部（５，１０）を切り替えて順方向の計測と逆方向の計測を切り替える送受切替信号を出力して交互に送受の切り替えを行いながら、その都度第１送信指令信号を出力するコントローラ部（７）と、
受信波検知部（４）がらの受信波検知信号を受け、順方向の計測時と逆方向の計測時毎に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（８）と、
順方向計測時における第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間（Ｔ1 ）と、逆方向計測時における第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間（Ｔ2 ）を測定する第２のカウンタ（９）とを具備し、
第ｎ受信波検知信号を受けると第２のカウンタ（９）の測定値（Ｔ1 又はＴ2 ）を読み取り、時間逆数差法を用いて流速、流量等の演算をコントローラ部（７）で行う超音波流量計であって、
前記第２のカウンタ（９）を構成する時間計測部が基準クロックを計数するカウンタで、その最下位が１桁の１０進カウンタ（９３）、それより上位が２進カウンタ（９８）よりなり、
前記コントローラ部（７）がマイクロコンビュータで構成され、
該マイクロコンピュータが第２のカウンタ（９）の測定値（Ｔ1 又はＴ2 ）として読み取るべき数値を、その上位桁を２進数（ａ′）で、最下位桁を１０進数（ｂ）で読み取り、
別途、前記２進数の上位桁（ａ′）を１０進変換した値（ｃ）の逆数データを上位桁（ａ′）をアドレスとするデータテーブルとして前記マイクロコンピュータのメモリに格納し、
上位桁（ａ′）に相当するアドレスと、これに１を加算した数値に相当するアドレスより両アドレスに対応する時間逆数の二つのデータを読み出し、これらのデータと下位桁の数値（ｂ）とから直線近似によって時間逆数｛１／（Ｔ1 −ｎτ）又は１／（Ｔ2 −ｎτ）｝を導き、以後の流速又は流量等の演算に使用するようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
請求項３の発明は、請求項２の超音波流量計において、データテーブルに格納するデータが、請求項２に記載されたデータから一定値を減じた値或いは一定値を乗じた値をデータとしてデータテーブルを構成したことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の考え方の基本を説明するための第１の実施の形態で、図２はそのタイムチャートである。同図において、２，３は１対の超音波送受波器で、従来技術と同様に、流体の流れ中を流れと同方向あるいは斜め方向に超音波の送受をする。
【００２２】
４は受信波検知部で、信号切替器５によって選択された受信側の送受波器３又は２がその入力に接続され、受信波をその所定の波のゼロクロスポイント例えば図６のように第３波の直後のゼロクロスポイント「ロ」で検知すると受信波検知信号（図２参照）を出力する。
【００２３】
図２では第１，第２，第３，…及び第ｎの各受信波検知信号にそれぞれ１，２，３，…及びｎの各符号を付けている。
６は後述するコントローラ部７からの第１送信指令信号を入力した時に送信側の送受波器２又は３を励振し、その後は受波器検知部４からの受信波検知信号ごとに後述する第ｎ受信波検知信号が入力されるまで送信側の送受波器２又は３を励振する送波器駆動部である。
【００２４】
７はマイクロコンピュータで構成されたコントローラ部で、信号切替器５と切替スイッチ１０を一定のタイミングで同期して切り替えることで順方向の計測と逆方向の計測を交互に切り替える送受切替信号を出力して、交互に送受の切り替えを行いながら、その都度第１送信指令信号を前記送波器駆動部６と後記第１のカウンタ８と第２のカウンタ９へ出力する。
【００２５】
信号切替器５と切替スイッチ１０は両者で切替部を構成し、順方向の計測を行うときは切替スイッチ１０を図示の状態にして上流側の送受波器２を送波器駆動部６に接続するとともに、信号切替器５を図示の状態にして下流側の送受波器３を受信波検知部４に接続する。
【００２６】
そして、逆方向の計測を行うときは切替スイッチ１０を図示の状態から切り替えて下流側の送受波器３を送波器駆動部６に接続するとともに、信号切替器５を図示の状態から切り替えて上流側の送受波器２を、受信波検知部４に接続する。
【００２７】
８は第１のカウンタで受信波検知部４からの受信波検知信号を受け、順方向の計測時と逆方向の計測時ごとに受信波検知信号を計数して計数値がｎとなったとき、つまり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。なお、この第１のカウンタ８はコントローラ部７からの第１送信指令信号で計数値が零にリセットされる。
【００２８】
９は第２のカウンタで順方向計測時におけるコントローラ部７からの第１送信指令信号Ｐから第１のカウンタ８からの第ｎ受信波検知信号までの時間Ｔ1 （図２参照）と、逆方向計測時における第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間Ｔ2 をそれぞれ測定する。
【００２９】
図２に示すように、順方向における各回の見かけ上の伝搬時間は、正味の伝搬時間ｔ1 に各回の遅れ時間τを加算したｔ1 ＋τであり、第１送信指令信号Ｐから第ｎ受信波検知信号までの時間、つまり順方向計測時における第２のカウンタ９の測定値Ｔ1 は、
Ｔ1 ＝ｎｔ1 ＋ｎτ
であらわされる。
【００３０】
同様に逆方向計測時における第２のカウンタ９の測定値Ｔ2 は、
Ｔ2 ＝ｎｔ2 ＋ｎτ
であらわされる。
【００３１】
第２のカウンタ９を構成する時間計測部は１０進カウンタよりなり、１ＭＨｚの基準クロックを計数して、図２に示す順方向計測時の第１送信指令信号Ｐから第ｎ受信波検知信号までの時間Ｔ1 と、逆方向計測時における第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間Ｔ2 を基準クロックの計数値としてカウントする。
【００３２】
図３に第２のカウンタ９の構成を示す。９１は１ＭＨｚの基準クロックを発振するクロック発生器、９２はクロック発生器９１からの基準クロックを通過させたり止めたりするゲートで前記第１送信指令信号を受けるとゲート９２が開き基準クロックを通過させるようになり、前記第１のカウンタ８からの第ｎ受信波検知信号を受けると、それまで開いていたゲート９２が閉じるように構成されている。
【００３３】
９３，９４，…，９７は１０進１桁のカウンタで、９３が１桁目、９４が２桁目、…、９７が５桁目の１０進数の計数を分担し、最下位の１桁目のカウンタ９３は、ゲート９２を通過してきた基準クロックを計数し、そのキャリーを２桁目のカウンタ９４に入力する。このようにして、各カウンタ９３，９４，…のキャリーが次の上位桁のカウンタ９４，…，９５に入力されて、測定値Ｔ1 ，Ｔ2 を計数する。
【００３４】
なお第１送信指令信号はゲート９２を開くとともに、各桁のカウンタ９３，９４，…，９７の内容を零にリセットする。
１０進各桁のカウンタ９３，９４，…，９７は、それぞれ１，２，４，８出力端子を備えていて、これらの端子からの１，２，４，８出力がコントローラ部７へ入力されるようになっている。
【００３５】
なお各１０進カウンタ９３，９４，…，９７はそれぞれ１０0 ，１０1 ，…，１０4 の各桁を分担し、全部で１０進５桁のカウンタを構成しているが、これらのカウンタの数は必要とする第２のカウンタ９の１０進数の桁数に応じて用意される。
【００３６】
コントローラ部７は順方向計測時と逆方向計測時において、第１のカウンタ８からの第ｎ受信波検知信号を受ける都度第２のカウンタ９の測定値Ｔ1 ，Ｔ2 を読み取り、時間逆数差法を用いて流速、流量、積算流量等の演算を行うが、逆数の計算を行うのに前記〔発明が解決しようとする課題〕の欄で説明したような６桁程度の割算をマイクロコンピュータで計算することを避け、マイクロコンピュータのメモリに格納したデータテーブルを活用して時間逆数値を短時間で導くようにしている。
【００３７】
図１の実施の形態では、第２のカウンタ９から読み取るべき測定値Ｔ1 ，Ｔ2，…これは１ＭＨｚの基準クロックを１０進カウンタで時間Ｔ1 ，Ｔ2 の間カウントした計数値であらわされる…より遅れ時間に相当する一定値ｎτを１ＭＨｚの基準クロックの計数値に換算した値を減じた値Ｔ1 −ｎτ，Ｔ2 −ｎτを最下位１桁とその他の上位桁に分けて、最下位１桁の数値をｂ、その他の上位桁の数値をａとして、該その他の上位桁の数値ａに相当するアドレスと該アドレスに対応するデータ１／（１０ａ）の集合からなる〔表１〕のデータテーブルをマイクロコンピュータのメモリに格納しておく。
【００３８】
１ＭＨｚの基準クロックの計数値で表現される第２のカウンタ９の測定値Ｔ1，Ｔ2 や遅れ時間ｎτは、距離Ｌ、流体の流れの速さＶ、順方向及び逆方向における各繰り返し回数ｎ、超音波の周期、流体の流れと超音波の発射方向とでなす角度等で決まるが、Ｔ1 −ｎτ，Ｔ2 −ｎτの数値が取り得る範囲が１ＭＨｚの基準クロックの計数値で表現して例えば１５００１から４５０００までの範囲であるとすると、これらの計数値は４５０００−１５０００＝３００００個の計数値の集合からなるデータテーブルを設けることになる。
【００３９】
図１の実施形態では、もっと少ない個数の集合からなるデータテーブルを用意して、このデータテーブルから時間逆数値を読み出すことで前記６桁程度の割算をしなくても良く、かつ小さなデータテーブルですむようにしている。
【００４０】
即ち、１５００１，１５００２，…，４４９９９，４５０００からなる３００００個の計数値の集合を構成する各計数値、つまり第２のカウンタ９から読み取るべき測定値Ｔ1 −ｎτ，Ｔ2 −ｎτを最下位１桁とその他の上位桁に分けて、最下位１桁の数値をｂ、その他の上位桁の数値をａとして、該その他の上位桁の数値ａに相当するアドレスと該アドレスの逆数に対応するデータ１／（１０ａ）の集合からなるデータテーブルをマイクロコンピュータのメモリに格納しておく。
【００４１】
このデータテーブルは、測定値Ｔ1 −ｎτが１５００１のときは、最下位１桁の数値ｂは１となる。そして、その他の上位桁の数値は１５００である。従って、この測定値１５００１に対応するアドレスは１５００、該アドレス１５００に対応するデータ１／（１０ａ）は、
１／（１０×１５００）＝６．６６６６６６７×１０-5・・・（４）
となる。なお上式の右辺の８桁の有効数字の最下位桁の６はその下位の桁の６を四捨五入して７と表現したものである。
【００４２】
このようにして、アドレスと対応するデータのデータテーブルは〔表１〕のようになる。なお表１のデータは、上記（４）式の右辺の８桁の有効数字と同様の数値の小数点を外してあらわしたものである。
【００４３】
【表１】
0003759988.tif 000002
【００４４】
このようにして〔表１〕のデータテーブルを作成してマイクロコンピュータのメモリに格納するとデータの数は前記３００００個の１／１０の３０００個になる。
【００４５】
第２のカウンタ９の測定値Ｔ1 −ｎτ，Ｔ2 −ｎτの最下位桁が０の値の上位桁の数値の逆数の有効数字８桁の集合で表１のデータテーブルを作成したわけである。
【００４６】
こうして〔表１〕のデータテーブルでは、メモリ容量が小さくて済むが、第２のカウンタ９の測定値Ｔ1 −ｎτ，Ｔ2 −ｎτの最下位桁が０以外の数値のときの値を直接テーブルから読み出すことができない。
【００４７】
例えば第２のカウンタ９の測定値Ｔ1 又はＴ2 が１７９４３の場合、この測定値１７９４３に対応するアドレスは一定値ｎτを６００とすると１７９４３−６００＝１７３４３となる。これに対応する逆数のデータをずばり〔表１〕のデータテーブルからは読み出せない。そこで測定値１７３４３に対応する時間逆数値を〔表１〕のデータテーブルから読み出したデータを活用して直線近似で求める。
【００４８】
第２のカウンタ９の測定値が１７９４３であるので、この測定値の数値から一定値ｎτ＝６００を引いた前述のように１７３４３である。そこで、その上位の４桁の数値１７３４に相当するアドレスと、この上位桁の数値１７３４に１を加算した１７３５に相当するアドレスより、１／（１０×１７３４）と１／（１０×１７３５）に相当する二つの格納データを〔表１〕のデータテーブルから読み出す。実際にはコントローラ部７を構成するマイクロコンピュータのメモリに格納したデータから読み出す。
【００４９】
アドレス       データ
１７３４       ５７６７０１２７
１７３５       ５７６３６８８８
そして、これらの二つのデータから測定値１７９４３に対応するデータを次の（５）式で直線近似を使って導く。
【００５０】
測定値１７９４３に対応するデータ＝５７６７０１２７−（５７６７０１２７
−５７６３６８８８）×（３／１０） ・・・（５）
（５）式の演算をマイクロコンピュータでする場合、（５７６７０１２７−５７６３６８８８）×（３／１０）の計算に多少の時間がかかるものの、テーブルが小さくなり、実現可能となる。
このようにして、小さいテーブルから読み出したデータを用いて、直線近似でテーブルの中間のデータを演算することで、テーブルを格納するメモリが小さくてすみ、しかも全体として割算に長時間をかけなくてすむ。
【００５１】
（５）式の演算以後の流速、流量、積算流量等の演算は周知の方法でできるので詳細な説明を省略する。
なお、データテーブルのデータは、〔表１〕の値から一定値を減じた値として記憶格納するようにしてもよい。この場合のオフセット分は、その後の演算｛１／（Ｔ1 −ｎτ）｝−｛１／（Ｔ2 −ｎτ）｝で差し引かれて相殺されるので問題にはならない。また流量等の演算を考慮して、データを流管の断面積等の定数を乗じた値として記憶格納することで、後の演算時間を小さくすることができる。
【００５２】
上記第１の実施の形態では、発明の考え方の基本を説明するための第１の実施態様を述べたが、次の第２の実施態様のように流量計を構成してもコントローラでの演算時間を小さくできる。
【００５３】
図１のブロック図で、コントローラ部７を構成するマイクロコンピュータの作用だけが前記第１の実施態様と相違するので、以下、この相違点を主体にして第２の実施態様を説明する。
【００５４】
第２のカウンタ９から読み取るべき測定値Ｔ1 又はＴ2 を最下位１桁の数値Ｂとその他の上位桁の数値Ａに分けて、該その他の上位桁の数値Ａに相当するアドレスと、該アドレスに対応する前記第２のカウンタ９から読み取った測定値Ｔ1又はＴ2 より遅れ時間に相当する一定値ｎτを減じた時間Ｔ1 −ｎτ又はＴ2 −ｎτの逆数１／（Ｔ1 −ｎτ）又は１／（Ｔ2 −ｎτ）に対応するデータ１／（１０Ａ−ｎτ）との集合からなるデータテーブル（表２）をマイクロコンピュータのメモリに格納し、
順方向又は逆方向の計測に当たって第２のカウンタ９から読み取った測定値Ｔ1 又はＴ2 に対応する前記上位桁の数値Ａに相当するアドレスと、この上位桁Ａに１を加算した数値Ａ＋１に相当するアドレスより両アドレスに対応する二つの時間逆数の数値１／（１０Ａ−ｎτ）と１／（１０（Ａ＋１）−ｎτ）に相当する二つの格納データを前記データテーブル（表２）から読み出し、これらのデータと前記測定値Ｔ1 又はＴ2 の最下位１桁の数値Ｂとから時間逆数１／（Ｔ1 −ｎτ）又は１／（Ｔ2 −ｎτ）に相当する値１／（１０Ａ＋Ｂ−ｎτ）を直線近似によって導き、流速や流量の演算に使用する。
【００５５】
前記第１の実施態様では、第２のカウンタ９から読み取るべき測定値Ｔ1 ，Ｔ2 から遅れ時間に相当する一定値ｎτを減じた値、Ｔ1 −ｎτ，Ｔ2 −ｎτがとり得る範囲が１５００１から４５０００の場合について、最下位の桁を除くその他の上位桁の数値１５００〜４５００をアドレスとして、各アドレスに対応するデータ１／（１０×１５００）〜１／（１０×４５００）を〔表１〕のようなデータテーブルとしてメモリに格納した。
【００５６】
従って、メモリに格納した〔表１〕のデータテーブルのアドレスにアクセスするには、第２のカウンタ９から読み取った測定値Ｔ1 ，Ｔ2 から遅れ時間に相当する一定値ｎτを減算してＴ1 −ｎτやＴ2 −ｎτを得てから、その最下位の桁を除いたその他の上位桁の数値をアドレスとしてアクセスしていた。
【００５７】
ところが、第２の実施態様では、前記〔表１〕に対応する数値を使って〔表２〕のデータテーブルを作成すると、次のようになる。
基準クロック等の条件が前記第１の実施態様と同じで、一定値ｎτが６００カウントとすると、第２のカウンタ９から読み取るべき測定値Ｔ1 ，Ｔ2 の範囲は１５００１＋６００〜４５０００＋６００、つまり１５６０１〜４５６００となる。
【００５８】
この１５６０１〜４５６００という測定値が第２のカウンタ９の測定値として直接コントローラ部７のマイクロコンピュータで読み取られる。この測定値は１ＭＨｚの基準クロックのカウント値である。
【００５９】
測定値１５６０１に対応するアドレスは最下位桁の１を除いた１５６０となり、該アドレス１５６０に対応するデータ１／（１０Ａ−ｎτ）は、Ａ＝１５６０、ｎτ＝６００であるから、
アドレス１５６０に対応するデータ＝１／（１５６００−６００）
＝１／１５０００＝６．６６６６６６７×１０-5 ・・・（６）
となる。
【００６０】
この（６）式の右辺のデータは前記第１の実施態様で説明した（４）式のデータと全く同じである。
そこで、〔表２〕のデータテーブルを次のように作成して、コントローラ部７のマイクロコンピュータに記憶格納する。
【００６１】
【表２】
0003759988.tif 000003
【００６２】
この第２の実施態様の場合も、データの数は前記第１の実施態様のときと同じ３０００個という小さな数であり、かつ各データの数値は〔表１〕の場合のデータの数値と同じである。
【００６３】
ところで、この第２の実施態様で、第２のカウンタ９で測定した見掛け上の伝搬時間の総和Ｔ1 又はＴ2 が前記第１の実施態様の場合に使用した測定値１７９４３であったとする。
【００６４】
この場合のアドレスは１７９４３の最下位の１桁の数値３を除いた他の上位桁の数値であるから、Ｂ＝３，Ａ＝１７９４となる。従ってアドレスＡは１７９４となり、このときの時間逆数は〔表２〕のデータテーブルからのデータとして、５７６７０１２７を読み出すことができる。
【００６５】
またＡ＋１のアドレスは１７９４＋１＝１７９５となり、このアドレス１７９５に対応する時間逆数は〔表２〕のデータテーブルからのデータとして５７６３６８８８を読み出すことができる。
【００６６】
従って、第２のカウンタ９の測定値１７９４３に対する時間逆数のデータは、上記二つのデータから直線近似で次のように求めることができる。
測定値１７９４３に対応するデータ＝５７６７０１２７−
（５７６７０１２７−５７６３６８８８）×（３／１０）・・・（７）
上記（７）式は、前記第１の実施態様の場合の（５）式と同じであり、流速、流量、積算流量等を求めるその後の演算は、当然第１の実施態様と同様にして行うことができる。
【００６７】
この第２実施態様は、前記第１の実施態様と比較して、データテーブルにアクセスしてデータを読み出すときに、第２のカウンタ９の測定値から一定の遅れ時間に相当する値ｎτ＝６００カウントを減算した値からアドレスを決める必要がないので、順方向や逆方向の測定の都度、ｎτ＝６００カウントの値を測定値Ｔ1 又はＴ2 から引き算する操作が不要となり、その分演算速度や消費電流の面でより有利となる。
【００６８】
この第２の実施態様の場合でも、データテーブルのデータは、〔表２〕の値から一定値を減じた値として記憶格納するようにしてもよい。また流量等の演算を考慮して、データを流管の断面積等の定数を乗じた値として記憶格納することで後の演算時間を小さくすることができる。
【００６９】
【実施例】
次に請求項１の発明に対応する実施例について説明する。この実施例では、図１のブロック図に示す第２のカウンタ９の構成が図４のように変わっており、かつコントローラ部７を構成するマイクロコンピュータの作用が前記実施態様と相違するので、以下この相違点を主体にして説明する。
【００７０】
図４において、９は第２のカウンタで、９１は第２の実施態様の基準カウンタ９１と同じ１ＭＨｚの基準クロックを発振する基準クロック発生器、９２は第２の実施態様のゲート９２と同じように基準クロック発生器９１からの１ＭＨｚの基準クロックを第１送信指令信号と第ｎ受信波検知信号に応じて開閉するゲート、９３は第２の実施態様の１０進１桁のカウンタ９３と同様に、ゲート９２が開いている間の１ＭＨｚの基準クロックを計数する１桁の１０進カウンタで構成され、１０進カウンタ９３より上位が２進カウンタ９８で構成されて図示のように接続されている。
【００７１】
１０進カウンタ９３と２進カウンタ９８は第１送信指令信号が各リセット端子Ｒに入力されるとその内容が零にリセットされる。また１０進カウンタ９３の１，２，４，８出力と２進カウンタ９８の出力Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 ，…はコントローラ部７へ接続されている。
【００７２】
この実施例ではコントローラ部７を構成するマイクロコンピュータが第２のカウンタ（９）の測定値（Ｔ1 又はＴ2 ）として読み取るべき数値を、その上位桁を２進数（ａ′）で、最下位桁を１０進数（ｂ）で読み取り、別途、前記２進数の上位桁（ａ′）を１０進変換した値（ｃ）の逆数に１／１０を乗じたデータ１／（１０ｃ）を上位桁（ａ′）をアドレスとするデータテーブル〔表３〕として前記マイクロコンピュータのメモリに格納し、
上位桁（ａ′）に相当するアドレスと、これに１を加算した数値（ａ′＋１）に相当するアドレスより両アドレスに対応する時間逆数の数値１／（１０ｃ）と１／｛１０（ｃ＋１）｝に相当する二つのデータを読み出し、これらのデータと前記下位桁の数値（ｂ）とから直線近似によって時間逆数｛１／（Ｔ1 −ｎτ）又は１／（Ｔ2 −ｎτ）｝に相当する値１／（１０ｃ＋ｂ）を導き、以後の流速又は流量等の演算に使用するようにしている。
【００７３】
この実施例では、マイクロコンピュータのデータテーブルのアドレスは２進数である。
前述の実施態様の数値例のように、アドレス１７３４から、対応するデータ５７６７０１２７を得る場合、実際には１０進数１７３４を１６進化２進表現であらわした２進数に変換して６Ｃ６Ｈとし、これを加工して得たデータの格納アドレスを求めることを行っている。
【００７４】
マイクロコンピュータを８ビットのマイクロコンピュータとすると、４個のアドレス分のエリアがメモリに割り当てられていて、下記〔表３〕のデータテーブルを記憶格納しておく。
【００７５】
※を付けた行のアドレスを出すには６Ｃ６を４倍して、更にオフセット分の一定値αを加算して、この計算で格納アドレスを出す。
【００７６】
【表３】
0003759988.tif 000004
【００７７】
この実施例ではマイクロコンピュータの負担を小さくするため第２のカウンタ９における最下位の１０進１桁のカウンタ９３より上位の桁には２進カウンタ（バイナリカウンタ）９８を使い、１０進から２進への煩わしい変換を不要としている。
【００７８】
なお、遅れ時間ｎτに相当する一定値の引き算は、１０進数と２進数が混在した数値でも全１０進数や全２進数の時と同様に可能である。
また、この実施例の場合でも、データテーブルのデータは、［表３］の値から一定値を減じた値として記憶格納するようにしてもよい。また流量等の演算を考慮して、データを流管の断面積等の定数を乗じた値として記憶格納することで後の演算時間を小さくすることができる。
【００７９】
【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るので、従来技術で行っていた有効数字が６桁程度の割算を順方向や逆方向の測定値Ｔ1 ，Ｔ2 から行うことが不必要となり、予めメモリに記憶格納してあるデータテーブルのアドレスをアクセスして時間逆数値に相当するデータを読み出して、流速、流量や積算流量の演算に活用できる。
【００８０】
その結果、高速動作のマイクロコンピュータが不要で、演算時間が短くて済むため、低消費電流でかつ低電圧で作動する超音波流量計が実用化できるという効果を奏する。
【００８１】
また、データテーブルの大きさが小さくて済みメモリ容量が小さくても良く、この点においても効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の好ましい実施形態のブロック図である。
【図２】    図１の実施形態のタイムチャートである。
【図３】    本発明の実施形態に用いる第２のカウンタの電気回路図である。
【図４】    本発明の実施例に用いる第２のカウンタの電気回路図である。
【図５】    超音波流量計の原理を説明する略図である。
【図６】    従来技術の受信波検知部の動作を説明するための電気信号波形を示す線図である。
【符号の説明】
１   流管
２   上流側の送受波器
３   下流側の送受波器
４   受信波検知部
５   切替部を構成する信号切替器
６   送波器駆動部
７   コントローラ部
８   第１のカウンタ
９   第２のカウンタ
１０ 切替部を構成する切替スイッチ
９１ 基準クロック発生器
９２ ゲート
９３ 最下位の１桁の１０進カウンタ
９４ １０1 位の１桁の１０進カウンタ
９７ １０4 位の１桁の１０進カウンタ
９８ ２進カウンタ
ａ   数値ｂの桁以外の上位桁の数値
ｂ   最下位１桁の数値
ａ   ２進数の上位桁の数値ａ′を１０進数に変換した数値
ａ′   ２進数の上位桁の数値
Ａ   数値Ｂの桁以外の上位桁の数値
Ｂ   最下位１桁の数値
Ｔ1  順方向計測時の測定値、時間
Ｔ2  逆方向計測時の測定値、時間
ｎ   順方向又は逆方向計測時の繰り返し回数
ｎτ 遅れ時間
【図１】
0003759988.tif 000005
【図２】
0003759988.tif 000006
【図３】
0003759988.tif 000007
【図４】
0003759988.tif 000008
【図５】
0003759988.tif 000009
【図６】
0003759988.tif 000010