JP4830191B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に超音波によって気体や液体の流量を測定する流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流量計測装置は、図９に示すようなものが一般的であった。この装置は流体の流れる測定経路１に設置した超音波センサ２と、超音波センサ２を駆動する駆動回路３と、駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、超音波の伝播時間を測定するタイマ５と、タイマ５から測定データを受け取る演算部６と、超音波センサ２から送信した超音波を受ける超音波センサ７と、超音波センサ７の出力を利得制御回路８の出力に応じた増幅率で増幅する可変利得アンプ９と、可変利得アンプ９の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときにタイマ５を停止させるタイミング検知回路１０と、可変利得アンプ９の出力レベルを検知し利得制御回路８に出力するレベル検知回路１１とを有していた。
【０００３】
そして、上記超音波流速計は、制御部４からスタート信号を受けた駆動回路３が超音波センサ２を一定時間パルス駆動を行うと同時にタイマ５は制御部４からの信号によってに時間計測始める。パルス駆動された超音波センサ２からは超音波が送信される。超音波センサ２から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し超音波センサ６で受信される。超音波センサ７の受信出力は、可変利得アンプ９において制御部４が設定した増幅率によって増幅される。そして可変利得アンプ９の出力を受けたタイミング検知回路１０で超音波の受信を判定しタイマ５を停止させる。そして制御部４ではタイマ５から得た時間情報ｔから（式１）によって流速を求める（タイマ５から得た測定時間をｔ、超音波センサ間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする）。
【０００４】
ｖ＝（Ｌ／ｔ）−ｃ・・・（式１）
タイミング検知回路１０はコンパレータによって基準電圧と受信信号を比較するようになっていた。
【０００５】
受信信号は、緩やかに立ち上がる波形となっており、超音波センサの温度特性や、流速によって受信信号のレベルは変化する。その前記基準電圧と受信信号のレベルが適正でないとタイミング検知回路１０の動作は安定せず測定精度が悪くなる。そこで、可変利得アンプ９の出力を受けているレベル検知回路１１は入力信号のピークレベルを監視しており、ピーク値が小さいあるいは大きい場合に利得制御部８へ出力を行う。利得制御部８は可変利得アンプ９の増幅率をレベル検知回路１１からの信号に対応し可変利得アンプ９の出力がほぼ一定となるように設定する。そして次の受信信号は可変利得アンプ９で目標の信号レベルへと増幅され、タイミング検知回路１０に与えられる。このようにタイミング検知回路１０へ与える信号のピークをほぼ一定とすることによって、受信時間の判定を行うタイミングを安定化していた。
【０００６】
また、他の測定方法としてタイミング検知回路１０の判定結果をタイマ５ではなく、遅延回路で一定時間遅延させた後に駆動回路３に返し、再度送信を行う場合もあった。このような繰り返し動作を決められた回数行い時間を測定し、その測定時間を元に（式２）の計算によって流速を求める方法もあった（遅延回路の遅延時間をＴｄ、繰り返しの回数をｎ、測定時間をｔｓ、超音波センサ間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする）。
【０００７】
ｖ＝Ｌ／（ｔｓ／ｎ−Ｔｄ）−ｃ・・・（式２）
この方法によれば（式１）の方法に比べ精度よく測定することができる。
【０００８】
また、超音波センサ２と超音波センサ７とを切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、（式３）より速度ｖを求める方法もある（上流から下流への測定時間をｔ１、下流から上流への測定時間をｔ２とする）。
【０００９】
ｖ＝Ｌ／２（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））・・・（式３）
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測定することが出来るので、流速・流量・距離などの測定に広く利用されている。
【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超音波流量計における、遅延回路の遅延時間の精度は測定精度にそのまま影響を与えるので、高精度の遅延時間をもつ遅延回路の実現が課題であった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置における遅延手段は、抵抗成分を含むＬＣ分布定数回路からなり、受信タイミングを決定するタイミング検知手段の出力を所定の時間遅れて駆動回路のトリガ信号として出力する前に、抵抗成分の温度が平衡点に達するのに必要である所定時間だけ計測スタート信号の前に動作を行い、前記計時手段は前記計測スタート信号の出力時から前記繰り返し手段の動作停止時までの時間を計時するものである。
【００１２】
これによって、遅延手段が計測スタート信号送出の前に動作を行うことにより動作初期の不安定な動作を事前に行い安定な状態になってから、計測するため、遅延時間の安定度合いが良くなり高精度な測定が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
第１の発明は、被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、一方の前記振動子を駆動する駆動手段と、他方の前記振動子からの出力を受け受信タイミングを決定するタイミング検知手段と、抵抗成分を含むＬＣ分布定数回路からなり、前記タイミング検知手段の出力を所定時間遅れて前記駆動手段のトリガ信号として出力する遅延手段と、超音波の送受信そして遅延手段による遅延動作の後に再度超音波の送受信を繰り返すという動作回数を計測し所定の回数で動作を停止する繰り返し手段と、駆動手段に最初の駆動を行わせる計測スタート信号を出力する制御手段と、少なくとも前記駆動手段による前記振動子の駆動から前記繰り返し手段の動作停止までの超音波の伝搬時間を測定する計時手段と、前記計時手段の値から前記一対の振動子間の被測定流体の流速を演算によって求める演算手段と、を備え、前記遅延手段は前記計測スタート信号の前に、抵抗成分の温度が平衡点に達するのに必要である所定時間だけ計測スタート信号の前に動作を行い、計時手段は前記計測スタート信号の出力時から前記繰り返し手段の動作停止時までの時間を計時する流量計測装置である。
【００１４】
そして、遅延手段が計測スタート信号送出の前に動作を行うことにより動作初期の不安定な動作を事前に行い安定な状態になってから、計測するため、遅延時間の安定度合いが良くなり高精度な測定が可能となる。
【００１５】
第２の発明は、特に第１の発明において、遅延手段を繰り返し手段に設定している繰り返し回数に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、遅延手段の動作時間を調整できて繰り返し回数に対する測定精度の変化を小さくなり、安定で正確な流量測定を行うことができるようになる。
【００１６】
第３の発明は、特に第１の発明において、遅延手段を計時手段の値に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、計時手段で求められた繰り返し総時間が変化しても、遅延手段の特性を考慮した初期動作を行うことにより、遅延手段は安定した動作を行うため精度のよい測定を実現することが可能になる。
【００１７】
第４の発明は、測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、一方の振動子を駆動する駆動手段と、他方の振動子からの出力を受け受信タイミングを決定するタイミング検知手段と、抵抗成分を含むＬＣ分布定数回路からなり、タイミング検知手段の出力を所定時間遅らせて駆動手段のトリガ信号として出力する遅延手段と、超音波の送受信そして遅延手段による遅延動作の後に再度超音波の送受信を繰り返すという動作回数を計測し所定の回数で動作を停止する繰り返し手段と、駆動手段に最初の駆動を行わせる計測スタート信号を出力する制御手段と、超音波の伝搬時間を測定する計時手段と、計時手段の値から一対の振動子間の被測定流体の流速を演算によって求める演算手段と、を備え、遅延手段を計測スタート信号を出力してからタイミング検知手段で受信タイミングを検知した時間に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、繰り返し回数１回当たりの時間に応じて遅延手段を事前に動作する時間を調節することができ、遅延手段自身の放熱などによる遅延時間のバラツキを少なくして安定した測定が実現できる。
【００１８】
第５の発明は、特に第１または第２の発明において、超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切換え設定する切換え手段を有し、前記切換え手段の動作の有無を考慮し、遅延手段を繰り返し手段に設定している繰り返し回数に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し伝搬時間差から流量を求める際に遅延手段の初期動作特性の差を小さくしできるため精度よく流量を求めることができる。
【００１９】
第６の発明は、特に第１または第３の発明において、超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切換え設定する切換え手段を有し、前記切換え手段の動作の有無を考慮し、遅延手段を計時手段の値に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し伝搬時間差から流量を求める際に遅延手段の初期動作の差を小さくすることが可能になり、測定精度を向上することができる。
【００２０】
第７の発明は、特に第１の発明において、超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切換え設定する切換え手段を有し、前記切換え手段の動作の有無を考慮し、遅延手段を計測スタート信号を出力してからタイミング検知手段で受信タイミングを検知した時間に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、切換手段が動作する前か後かを考慮して、それと繰り返し回数１回当たりの時間を加味して測定の直前に所定時間遅延手段を動作させるため、伝搬時間差から流量を求める際に遅延手段の動作の差を小さくすることが可能になり、測定精度を向上することができる。
【００２１】
第８の発明は、特に第１の発明において、超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切換え設定する切換え手段を有し、遅延手段を前記切換え手段の動作時間に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、伝搬時間差を測定する際に測定系の状態をほぼ同じにすることができ、流量測定精度の向上を図ることができる。
【００２２】
第９の発明は、特に第１の発明において、超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切換え設定する切換え手段を有し、遅延手段を前記切換え手段により一対の送受信を切り替えた後、次の計測スタート信号までの時間に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、伝搬時間差を測定する際に最適な測定系を実現し精度の向上を図ることができる。
【００２３】
第１０の発明は、特に第１の発明において、温度検出手段を有し、遅延手段を前記温度検出手段の信号に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、遅延手段を周囲温度により初期安定化方法を変化することで最適な状態に素早くもっていくことが可能になる。
【００２４】
第１１の発明は、特に第１の発明において、遅延手段を被測定流体の流量に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、低流量でも安定な時間精度を維持することができ、その結果流量の精度も向上することが可能となる。
【００２５】
第１２の発明は、特に第１の発明において、計測を行うために供給する電源電圧を検知する電圧検知手段を有し、遅延手段を前記電圧検知手段の出力に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、測定前の初期安定化方法を変化する。これにより測定系の状態から最適な遅延手段の初期動作を設定することが可能になる。
【００２６】
第１３の発明は、特に第１の発明において、予め遅延手段の安定度が飽和する回数または動作時間の少なくとも一つを記憶しておく第１の記憶手段を有し、遅延手段を前記第１の記憶手段の値に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、遅延手段固有の情報により動作するため安定な状態を簡単に設定することが可能になり、流量測定装置のバラツキも小さくすることができる。
【００２７】
第１４の発明は、特に第１の発明において、周囲温度と繰り返し回数と繰り返し時間とトリガ信号を出力してからタイミング検知手段により受信タイミングを検知した時間と切換え手段の動作時間と流量と供給する電源電圧との少なくとも２つ以上の組み合わせによる最適な遅延時間を記憶しておく第２の記憶手段を有し、遅延手段を前記第２の記憶手段の値に応じて計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、遅延手段固有の情報と周囲の状態を考慮した動作するため安定な状態を簡単に設定することが可能になり、流量測定装置のバラツキも小さくすることができる。
【００２８】
第１５の発明は、特に第１３の発明において、第１の記憶手段を書き換え可能とすることにより、流量計測装置の設置した場所や時期により遅延手段の最適動作点がずれている場合はその内容を修正できる。また経年変化等が発生した場合も同様に書き換えて対応することが可能である。そして長時間安定な状態を維持することが可能となる。
【００２９】
第１６の発明は、特に第１４の発明において、第２の記憶手段を計測中に条件に応じて書き換えを行うことにより、電池電圧の経年低下や各構成要素の経年変化等が発生してきても場合も同様に書き換えて対応することが可能である。そして長時間安定な状態を維持することが可能となる。
【００３０】
第１７の発明は、特に第１３または第１５の発明において、第１の記憶手段を計測中に条件に応じて書き換えを行うことにより、測定状態によって遅延手段の初期動作を変更し測定系として最適な状態を確立することが簡単に実現できる。
【００３１】
第１８の発明は、特に第１４または第１６の発明において、第２の記憶手段を計測中に条件に応じて書き換えを行うことにより、測定状態によって遅延手段の初期動作を変更し測定系として最適な状態を確立することが簡単に実現できる。また電源電圧との相関を考慮することにより長時間動作を可能にすることが可能である。
【００３２】
【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。
【００３３】
（実施例１）
図１は実施例１に関する超音波流量計のブロック図である。また図２（ａ）は遅延手段の動作タイミングをあらわす図である。図１おいて、本発明の超音波流量計は被測定流体の流れる流路１と、前記流路１に配置された超音波を送受信する第１の振動子１２、第２の振動子１３と、前記第１の振動子１２を駆動する駆動手段１４と、前記駆動手段１４を動作する計測スタート信号を出力する制御手段１５と、前記第２の振動子１３の受信信号を受け受信タイミングを決定するタイミング検知手段１６と、タイミング検知手段１６の出力を所定の遅延時間遅れて前記駆動手段１４のトリガ信号として出力する遅延手段１７と、超音波の送受信そして遅延手段１７で遅延時間の後に再度超音波の送受信を繰り返すという動作回数を計測し所定の回数で動作を停止する繰り返し手段１８と、少なくとも駆動手段１４による第１の振動子１２の駆動開始から前記繰り返し手段１８の動作停止までの超音波の伝搬時間を測定する計時手段１９と、前記計時手段１９の値から前記一対の振動子間の流速を演算し、それから流量を求める演算手段２０とを有するものである。
【００３４】
遅延手段１７は制御手段１５から第１の振動子１２に駆動信号を促す計測スタート信号を送出する前に、予め定めた所定時間動作する。これにより、遅延手段固有の動作初期における不安定な状態を回避し、安定な状態にしてから測定を開始するものである。
【００３５】
例えば、従来例にも示したタイミング検知手段１６の判定結果を遅延手段１７で一定時間遅延させた後に駆動手段１４に返し、再度送信を行い、繰り返し動作を決められた回数行い時間を測定し、その測定時間を元に（式２）の計算によって流速を求め、流速から予めわかっている流路の断面積を用いて流量を求める方法について説明する。ここで前記遅延手段１７は前記繰り返し手段１８に設定している繰り返し回数に応じて測定の直前に所定時間動作させるようにしたものである。
【００３６】
この場合、繰り返し回数を数百回とした場合に１回目と最終回目では遅延手段１７の動作が異なることがある。通常、遅延手段１７としてはＬＣ分布定数回路等が用いられているが、これらの素子には抵抗成分も含まれている。
【００３７】
遅延手段１７に抵抗分があると電流を流していけば繰り返し１回目では問題無いが、回数を重ねていくにつれ電流による発熱が発生し、その結果遅延時間が変化してくる。しかし、この発熱も平衡点があるためある一定回数以上の繰り返し回数では遅延時間が一定とみて良い。図２（ａ）に繰り返し回数と遅延手段１７の１回当たりの遅延時間の概念図を示す。
【００３８】
これより繰り返し回数が少ないと遅延時間の差が大きいため測定の前に長時間遅延手段１７を動作させる。また繰り返し回数が多い場合は遅延時間の差が小さく初期の時間差も回数で平均すると誤差範囲に入ってくるような場合もある。このような時は測定する計測スタート信号の前に短時間だけ遅延手段１７を動作させれば良い。
【００３９】
測定を開始する計測スタート信号の前の遅延手段１７の動作は繰り返し回数に応じて比例的に変化させても良いし、また規定回数以上は一定の時間としても良い。実使用においては電源の容量や計測時間の制限から決めていく時間となる。さらに測定精度を向上するためには次のように考える。遅延時間が安定となる回数（図２ではｘ）に対して測定時の繰り返し回数が十分大きくない場合には最低でもこのｘ回にかかる時間だけでも遅延手段１７を動作させる。これで遅延手段１７の動作が十分安定になり、計測初期より精度のよい遅延時間を実現するとが可能になる。
【００４０】
このように、遅延手段１７の動作初期の不安定な動作を事前に行い、計測時の動作を安定にすることができるので、安定した時間測定ができ、正確な流量測定を行うことができる。そして、特に、遅延手段１７の動作時間を調整することにより繰り返し回数に対する測定精度の変化を小さくでき、安定で正確な流量測定を行うことができるようになる。
【００４１】
一連の流れは図３に示すタイミング図のようになる。
【００４２】
また、振動子間の距離等が変わったり遅延手段１７固有の遅延時間が異なると繰り返し回数が同じでも計時手段１９で測定される総時間が変わってくる。遅延手段１７として前述したよう抵抗成分を持っている場合の熱平衡点は繰り返し回数では無く、繰り返しの総時間に関係してくる場合がある。
【００４３】
この場合、測定精度を向上するためには遅延時間が安定となる図２（ｂ）のｙ点を参考にして測定の前に遅延手段１７を動作させる。例えば総時間が長い場合は遅延時間の差も平均すると誤差範囲に入ってくるため測定の前に短時間だけ遅延手段を動作させれば良い。
【００４４】
これにより繰り返し総時間が変化しても、遅延手段１７の特性を考慮した初期動作を行うことにより、遅延手段１７は安定した動作を行うため精度のよい測定を実現することが可能になる。
【００４５】
また、同様に振動子間の距離等が変わったり遅延手段１７固有の遅延時間が異なるか、または変更すると１回の繰り返し時間に占める遅延手段１７の遅延時間はの割合も異なってくる。遅延時間の割合が多い場合は短時間で熱平衡に達するが、反対に遅延時間の割合が小さい場合は放熱などにより熱平衡に達するのが遅くなる。この場合、測定精度を向上させるには計測スタート信号を出力してからタイミング検知手段１６により受信タイミングを検知した時間に応じて測定前に遅延手段１７を動作させる。例えば一回の繰り返し動作に対して図１の計時手段１９が計測した時間から遅延手段１７での時間が概略わかっているため繰り返し時間に占める遅延手段１７の遅延時間がわかる。図２（ｃ）のｚ点を参考にして測定の前に遅延手段１７を動作させる。
【００４６】
これにより繰り返し回数１回当たりの時間に応じて遅延手段１７を測定を開始する計測スタート信号の前に動作する時間を調節することにより、遅延手段自身の放熱などによる遅延時間のバラツキを少なくして安定した測定が実現できる。
【００４７】
（実施例２）
実施例２に関する本発明の流量計測装置について説明する。図４は本実施例の構成を示すブロック図である。実施例１と異なるところは、駆動手段１４と第１の振動子１２、および第２の振動子１３とタイミング検知手段１６の間に切換手段２１を設け、超音波の送受信を第１の振動子１２と第２の振動子１３の間で交互に行うようにしたものである。このように切換え手段２１で送受信を交互に行うようにした場合、最初に第１の振動子１２で送信し、次に第２の振動子１３で送信する場合では遅延手段１７の動作が異なってくる場合がある。
【００４８】
例えば、従来例にも示した被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、（式３）より速度ｖを求め、流速から流量を求める方法の場合などである。この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測定することが出来るので広く利用されているが、測定時に遅延手段１７による計時誤差が入っては正確な値を求められない。この現象を防止する方法について以下に説明する。
【００４９】
実施例１で説明したように繰り返し回数を数百回とした場合に１回目と最終回目では遅延手段１７の動作が異なるが、それ以外の要因もある。例えば繰り返し動作を所定回数行った後に切換手段２１を動作し振動子の送受信を反転して同じ繰り返し動作を行う場合、遅延手段１７は切換動作を行う前にすでに動作しているため十分平衡点に達している可能性がある。図５（ａ）は最初の繰り返し動作をした場合の遅延時間の変化を示す一例である。また図５（ｂ）は切換手段２１を動作し送受信方向を変化した後の遅延時間を示すものである。
【００５０】
このような特性があるため、単純に繰り返し手段の動作回数に応じて測定する計測スタート信号の前に遅延手段１７を動作させるのでは無く切換手段２１が動作する前か、後かを考慮してそれと繰り返し手段の設定している繰り返し回数を加味して測定の直前に所定時間遅延手段を動作させる。
【００５１】
これにより上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し伝搬時間差から流量を求める際に図５（ａ），（ｂ）の差を小さくしできるため精度よく流量を求めることができる。
【００５２】
また、切換手段２１の動作前後で流速等により繰り返し回数が同じでも計時手段１９で測定される総時間が変わってくる。この場合、測定精度を向上するためには単純に繰り返し時間に応じて測定する計測スタート信号の前に遅延手段１７を動作させるのでは無く、切換手段２１が動作する前か後かを考慮して、それと繰り返し手段の設定している繰り返し回数にかかる時間を加味して測定する計測スタート信号の前に所定時間遅延手段１７を動作させる。
【００５３】
これにより上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し伝搬時間差から流量を求める際に遅延手段２５の動作の差を小さくすることが可能になり、測定精度を向上することができる。
【００５４】
また、同様に切換手段２１の動作前後で流速等により１回の繰り返し時間に占める遅延手段１７の遅延時間の割合も異なってくる。この場合、測定精度を向上するためには単純に繰り返し回数１回当たりの時間に応じて測定する計測スタート信号の前に遅延手段１７を動作させるのでは無く、切換手段２１が動作する前か後かを考慮して、それと繰り返し回数１回当たりの時間を加味して測定する計測スタート信号の前に所定時間遅延手段を動作させる。
【００５５】
これにより伝搬時間差から流量を求める際に遅延手段１７の動作の差を小さくすることが可能になり、測定精度を向上することができる。
【００５６】
また、切換手段２１を動作して送受信方向を切換えた後、制御手段１５から計測スタート信号を送信して駆動手段１４を会して振動子を駆動する場合、切換え動作を行っている間に遅延手段１７は放熱等により動作平衡点からずれてしまう可能性がある。具体例としては熱平衡点からずれ図５（ａ）、（ｂ）に示している遅延時間の差が変わってくることである。一連の動作が早いと平衡点からずれる時間もあまり無いため図５（ａ）、（ｂ）の差が大きいが、反対に切換え動作が遅いと平衡点からのずれが大きくなり暖まっていた遅延手段１７も冷め、差もあまりなくなってしまう。したがって伝搬時間差から流量を求める際には、この切換に要している時間に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間遅延手段１７を動作させる。具体的には切換時間が長い場合は極端には遅延手段も冷め切っているため切換前後で遅延時間の差があまり無い。このような場合は測定前に遅延手段を１７動作することを行わなくても十分な精度を得られる可能性もある。反対に切換動作が十分早く行われた場合は、切換前後で遅延時間の差が大きい。このため最初に測定する計測スタート信号を送出する場合は十分に遅延手段１７を暖めておくため長時間にわたり測定前に遅延手段１７を動作しておく必要がある。
【００５７】
このように切換時間に応じて遅延手段１７を測定する計測スタート信号の前に動作することにより伝搬時間差を測定する際に測定系の状態をほぼ同じにすることができ、精度の向上を図ることができる。
【００５８】
また一対の送受信信号による伝搬時間差を測定した後、一定の時間をおいて再度同じ動作を行い測定を継続する流量計測装置においては、一対の送受信信号切換動作を終了し次の計測を行うために計測スタート信号が送出されるまでの時間に応じて測定する計測スタート信号の前に遅延手段１７を所定時間動作させる。これは図６において最初ｔ０では第１の振動子１２が送信、第２の振動子１３が受信側で動作している。所定の繰り返し回数動作した後は切換手段がｔｘの時間で動作し、次は第２の振動子１３が送信、第１の振動子１２が受信側で動作している。この一対の動作で伝搬時間差を求めるが、つぎの時刻ｔ２において同じ送受信を行う。
【００５９】
この場合ｔ０からｔ２までの時間、またはｔ１からｔ２の時間（以後サンプリング間隔時間）に応じて測定する計測スタート信号の直に所定時間遅延手段を動作させる。
【００６０】
これはサンプリング時間が十分長いと極端には遅延手段も冷め切っている。したがって計測前に遅延手段を長時間動作する必要があるためである。反対にサンプリング時間が短い場合は、遅延手段１７もあまり平衡点からずれていないため、サンプリング時間経過後最初に測定を行う場合は短い時間だけ測定する計測スタート信号の前に遅延手段１７を動作するだけで十分に遅延手段１７を平衡点に到達することが可能となる。このようにサンプリング時間に応じて遅延手段１７を測定する計測スタート信号の前に動作することにより伝搬時間差を測定する際に最適な測定系を実現し精度の向上を図ることができる。
【００６１】
この場合、サンプリング時間経過後、常に第１の振動子が送信側で伝搬時間差を測定する動作を開始しているが、第２の振動子を送信側で計測を開始しても問題は無い。
【００６２】
（実施例３）
実施例３に関する本発明の流量計測装置について説明する。図７は本実施例の構成を示すブロック図である。実施例１と異なるところは、温度検出手段と電圧検出手段を設けていることである。
【００６３】
遅延手段１７は温度による平衡点がある。したがって周囲温度により安定する時間が異なる。このため温度検出手段２２を設け、前記温度検出手段２２からの信号をに応じて遅延手段１７を測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させ安定な状態にしてから測定を開始する。例えば冬等の低温時は安定状態になるまで長時間要するし、反対に夏場や日光が直接照射する場所に設置した場合等は安定な温度になるのが短時間もしくはすでに安定状態になっている場合がある。
【００６４】
このように周囲温度により初期安定化方法を変化することで遅延手段１７を最適な状態に素早くもっていくことが可能になる。
【００６５】
また流量演算手段２０は計測した時間差から流量を求めている。流量が多いということは被測定流体が高速で流路を流れているため超音波の送受信を切換えて求める伝搬時間差が大きくなる。伝播時間差が大きいとあまり測定誤差は目立たないが、流量が少ないと伝搬時間差が小さくなり、ここで遅延手段１７の動作が安定していないと測定誤差が大きくなる。そこで流量演算手段２０で求めた流量をに応じて遅延手段１７を測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させ安定な状態にしてから測定を開始する。
【００６６】
このような動作を行うことにより低流量でも安定な時間精度を維持することができ、その結果流量の精度も向上することが可能となる。
【００６７】
また遅延手段１７は温度による平衡点があるが、この測定系を電気で動作する場合は電圧により発熱量が異なってくる。したがって測定系に供給している電源電圧を監視する電圧検出手段２３を設け、前記電圧検出手段２３からの信号に応じて、遅延手段１７を測定の直前に所定時間動作させ安定な状態にしてから測定を開始する。例えば電池を用いた場合は動作初期に電圧が高いが、使用するにしたがって電圧はだんだんと低下してくる。高電圧の場合は電流も多く流れる可能性が高く発熱量も多い。この場合は熱平衡点に到達するのは早い、反対に低電圧の場合は電流もあまり流れず熱平衡点に到達するのは時間がかかる。これらの状態を考慮し電圧に応じて測定する計測スタート信号の前に初期安定化方法を変化する。
【００６８】
これにより測定系の状態から最適な遅延手段の初期動作を設定することが可能になる。
【００６９】
また電圧をモニタすることにより省電力動作を行うことが可能である。図中では温度検出手段と電圧検出手段を併せてもつ構成になっているが、どちらか１つがあれば十分その動作を満足することが可能である。
【００７０】
なお、本実施例に示している図では切換え手段を記載していないが、実施例２に示したように切換え手段を有する構成でも同様の効果を得ることができる。
【００７１】
（実施例４）
実施例４に関する本発明の流量計測装置について説明する。図８は本実施例の構成を示すブロック図である。実施例１と異なるところは、第１の記憶手段、第２の記憶手段を設けていることである。
【００７２】
遅延手段１７は動作初期に安定度がよくないが、動作することによりだんだんと安定になっていく。安定状態になるには動作する回数、または動作時間によりきまることが多い。したがって、遅延手段１７が概略安定するまでの動作回数もしくは動作時間の少なくとも１つを予め実験等でつかみ、これを第１の記憶手段２４に記憶しておく。また遅延手段１７の物間バラツキ等がある場合は検査によりもとめた値を記憶しておく。実際動作する場合は第１の記憶手段２４に記憶している動作回数もしくは動作時間だけ測定する計測スタート信号の前に遅延手段１７を動作し安定な状態にしてから測定を開始する。
【００７３】
これにより遅延手段１７固有の情報により動作するため安定な状態を簡単に設定することが可能になり、流量測定装置のバラツキも小さくすることができる。
【００７４】
遅延手段１７の安定度を向上するためには周囲温度や繰り返し回数、流量や電源電圧により最適値が変化する場合がある。低流量の精度を向上するためにはこれらの変化要因を十分盛り込んだ測定系にしておく必要がある。したがって、遅延手段１７が概略安定するまでの周囲温度と繰り返し回数と繰り返し時間とトリガ信号を出力してからタイミング検知手段により受信タイミングを検知した時間と切換え手段の動作時間と流量と供給する電源電圧との少なくとも２つ以上の組み合わせによる最適な遅延時間を予め調べて第２の記憶手段２５に記憶しておく。
【００７５】
また遅延手段１７の物間バラツキ等がある場合は検査によりもとめた値を記憶しておく。実際動作する場合は第２の記憶手段２５に記憶している遅延時間になる時間だけ測定する計測スタート信号の前に遅延手段１７を動作し安定な状態にしてから測定を開始する。これにより遅延手段１７固有の情報と周囲の状態を考慮した動作するため安定な状態を簡単に設定することが可能になり、流量測定装置のバラツキも小さくすることができる。
【００７６】
また前記第１の記憶手段２４は書き換えを可能とする状態もつようにしておく。例えばマイコンから書き換えたり、外部から信号を入力して書き換えるようにしておく。また半導体記憶手段では半導体そのものを交換することも可能であある。
【００７７】
これにより流量計測装置の設置した場所や時期により遅延手段の最適動作点がずれている場合はその内容を修正できる。また経年変化等が発生した場合も同様に書き換えて対応することが可能である。そして長時間安定な状態を維持することが可能となる。
【００７８】
また前記第２の記憶手段２５は書き換えを可能とする状態もつようにしておく。これにより流量計測装置の設置した場所や時期により遅延手段１７の最適動作点がずれている場合はその内容を修正する。電池電圧の経年低下や各構成要素の経年変化等が発生してきても場合も同様に書き換えて対応することが可能である。これにより長時間安定な状態を維持することが可能となる。
【００７９】
また、前記第１の記憶手段２４は計測動作中に条件に応じて書き換えを行うようにする。例えば低流量状態が長時間継続した場合等は精度をさらに上げるため制御手段１５等から実際測定の動作を終了している時間帯（例えば図６（ａ）、（ｂ）のｔ１からｔ２の間等）に遅延手段１７の安定度をさらに上げるよう条件を書き換える。反対に流量が多く遅延手段の動作が誤差として十分無視できるような場合は遅延手段１７の安定度を一定状態以下に落とすことも可能である。このように測定状態によって遅延手段の初期動作を変更し測定系として最適な状態を確立することが簡単に実現できる。
【００８０】
また、前記第２の記憶手段２５は計測動作中に条件に応じて書き換えを行うようにする。例えば設置場所により温度が急激に変動するような場合等である。このような場合は精度を維持するために制御手段１５等から実際測定の動作を終了している時間帯（例えば図６（ａ）、（ｂ）のｔ１からｔ２の間等）に遅延手段１７の安定度を維持するよう条件を書き換える。このように測定状態によって遅延手段の初期動作を変更し測定系として最適な状態を確立することが簡単に実現できる。また電源電圧との相関を考慮することにより長時間動作を可能にすることが可能である。
【００８１】
図中では第１の記憶手段２４と第２の記憶手段２５を併せてもつ構成になっているが、１つがあれば十分その動作を満足することが可能である。
【００８２】
上記説明では遅延手段１７の熱平衡について説明したが、遅延手段１７の安定は別に熱に限ったことではなく、同じように一定時間動作することで初期の不安定状態を回避することで同様の効果をえられる。
【００８３】
また上記説明では制御手段１５が出力する計測スタート信号の前に遅延手段１７を動作する構成としているが、事前の動作により受信信号が入力するまでの間に十分安定するのであれば、この遅延手段１７の動作は計測スタート信号の前に限定するものではなく、計測を開始するのに支障のない時間であれば良い。
【００８４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかの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。
【００８５】
（１）測定を開始する計測スタート信号の前に遅延手段を動作することにより、遅延手段の初期動作における不安定な状態を回避でき、遅延時間の安定度合いが良くなり高精度な測定ができるようになる。
【００８６】
（２）繰り返し回数に応じて遅延手段の動作時間を調整することにより繰り返し回数に対する測定精度の変化を小さくでき、安定で正確な流量測定を行うことができるようになる。
【００８７】
（３）繰り返し総時間が変化しても、遅延手段の特性を考慮した初期動作を行うことにより、遅延手段は安定した動作を行うため精度のよい測定を実現することが可能になる。
【００８８】
（４）繰り返し回数１回当たりの時間に応じて遅延手段の事前に動作する時間を調節することにより、遅延手段自身の放熱などによる遅延時間のバラツキを少なくして安定した測定が実現できる。
【００８９】
（５）切換え手段の動作前後を考慮し、遅延手段を繰り返し手段に設定している繰り返し回数に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し伝搬時間差から流量を求める際に遅延手段の初期動作特性の差を小さくしできるため精度よく流量を求めることができる。
【００９０】
（６）切換え手段の動作前後を考慮し、遅延手段を計時手段で求めた繰り返し時間に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し伝搬時間差から流量を求める際に遅延手段の初期動作の差を小さくすることが可能になり、測定精度を向上することができる。
【００９１】
（７）切換え手段の動作前後を考慮し、遅延手段を計測スタート信号を出力してからタイミング検知手段で受信タイミングを検知した時間に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、切換手段が動作する前か後かを考慮して、それと繰り返し回数１回当たりの時間を加味して測定する計測スタート信号の前に所定時間遅延手段を動作させるため、伝搬時間差から流量を求める際に遅延手段の動作の差を小さくすることが可能になり、測定精度を向上することができる。
【００９２】
（８）遅延手段を切換手段の動作時間に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、伝搬時間差を測定する際に測定系の状態をほぼ同じにすることができ、流量測定精度の向上を図ることができる。
【００９３】
（９）遅延手段を切換え手段により一対の送受信を切り替えた後、次の計測スタート信号までの時間に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、伝搬時間差を測定する際に最適な測定系を実現し精度の向上を図ることができる。
【００９４】
（１０）遅延手段を温度検出手段の信号に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、遅延手段を周囲温度により初期安定化方法を変化することで最適な状態に素早くもっていくことが可能になる。
【００９５】
（１１）遅延手段を被測定流体の流量に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、低流量でも安定な時間精度を維持することができ、その結果流量の精度も向上することが可能となる。
【００９６】
（１２）遅延手段を計測を行うために供給する電源電圧を検知する電圧検知手段の出力に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、測定前の初期安定化方法を変化することで測定系の状態から最適な遅延手段の初期動作を設定することが可能になる。
【００９７】
（１３）予め遅延手段の安定度が飽和する回数または動作時間の少なくとも一つを記憶しておく第１の記憶手段を用い、遅延手段をこの第１の記憶手段の値に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、遅延手段固有の情報により動作するため安定な状態を簡単に設定することが可能になり、流量測定装置のバラツキも小さくすることができる。
【００９８】
（１４）周囲温度と繰り返し回数と繰り返し時間とトリガ信号を出力してからタイミング検知手段により受信タイミングを検知した時間と切換え手段の動作時間と流量と供給する電源電圧との少なくとも２つ以上の組み合わせによる最適な遅延時間を記憶しておく第２の記憶手段を用い、遅延手段を前記第２の記憶手段の値に応じて測定する計測スタート信号の前に所定時間動作させることにより、遅延手段固有の情報と周囲の状態を考慮した動作するため安定な状態を簡単に設定することが可能になり、流量測定装置のバラツキも小さくすることができる。
【００９９】
（１５）第１の記憶手段を書き換え可能とすることにより、流量計測装置の設置した場所や時期により遅延手段の最適動作点がずれている場合はその内容を修正できる。また経年変化等が発生した場合も同様に書き換えて対応することが可能である。そして長時間安定な状態を維持することが可能となる。
【０１００】
（１６）第２の記憶手段を計測中に条件に応じて書き換えを行うことにより、電池電圧の経年低下や各構成要素の経年変化等が発生してきても場合も同様に書き換えて対応することが可能である。そして長時間安定な状態を維持することが可能となる。
【０１０１】
（１７）第１の記憶手段を計測中に条件に応じて書き換えを行うことにより、測定状態によって遅延手段の初期動作を変更し測定系として最適な状態を確立することが簡単に実現できる。
【０１０２】
（１８）第２の記憶手段を計測中に条件に応じて書き換えを行うことにより、測定状態によって遅延手段の初期動作を変更し測定系として最適な状態を確立することが簡単に実現できる。また電源電圧との相関を考慮することにより長時間動作を可能にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における流量計測装置の全体のブロック図
【図２】 （ａ）同流量計測装置における繰り返し回数と遅延時間の関係を示す図
（ｂ）同流量計測装置における繰り返し時間と遅延時間の関係を示す図
（ｃ）同流量計測装置における１回の繰り返し時間と遅延時間の関係を示す図
【図３】 （ａ）同流量計測装置の発振波の動作を示すタイミングチャート
（ｂ）同流量計測装置の受信波の動作を示すタイミングチャート
（ｃ）同流量計測装置の遅延手段の動作を示すタイミングチャート
【図４】 本発明の実施例２における流量計測装置の全体のブロック図
【図５】 同流量計測装置の切換え手段の動作における遅延時間の状態を示す図
【図６】 （ａ）同流量計測装置の第１の振動子動作を示すタイミングチャート
（ｂ）同流量計測装置の第２の振動子動作を示すタイミングチャート
【図７】 本発明の実施例３における流量計測装置の全体のブロック図
【図８】 本発明の実施例４における超音波流速計の流量計測装置全体のブロック図
【図９】 従来の流量計測装置の全体のブロック図
【符号の説明】
１ 流路
１２ 第１の振動子
１３ 第２の振動子
１４ 駆動手段
１５ 制御手段
１６ タイミング検知手段
１７ 遅延手段
１８ 繰返し手段
１９ 計時手段
２０ 流量演算手段
２１ 切換え手段
２２ 温度検出手段
２３ 電圧検出手段
２４ 第１の記憶手段
２５ 第２の記憶手段

Claims (18)

1. 被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、
   一方の前記振動子を駆動する駆動手段と、
   他方の前記振動子からの出力を受け受信タイミングを決定するタイミング検知手段と、
   抵抗成分を含むＬＣ分布定数回路からなり、前記タイミング検知手段の出力を所定時間遅らせて前記駆動手段のトリガ信号として出力する遅延手段と、
   超音波の送受信そして遅延手段による遅延動作の後に再度超音波の送受信を繰り返すという動作回数を計測し所定の回数で動作を停止する繰り返し手段と、
   前記駆動手段に最初の駆動を行わせる計測スタート信号を出力する制御手段と、
   前記超音波の伝搬時間を測定する計時手段と、
   前記計時手段の値から前記一対の振動子間の被測定流体の流速を演算によって求める演算手段と、を備え、
   前記遅延手段は、前記抵抗成分の温度が平衡点に達するのに必要である所定時間だけ前記計測スタート信号の前に動作し、
   前記計時手段は前記計測スタート信号の出力時から前記繰り返し手段の動作停止時までの時間を計時する流量計測装置。
2. 前記遅延手段は、前記所定時間の長さを前記繰り返し手段に設定している繰り返し回数に応じて変更する請求項１記載の流量計測装置。
3. 前記遅延手段は、前記計時手段の値に応じて前記所定時間の長さを変更する請求項１記載の流量計測装置。
4. 測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、一方の前記振動子を駆動する駆動手段と、
   他方の前記振動子からの出力を受け受信タイミングを決定するタイミング検知手段と、
   抵抗成分を含むＬＣ分布定数回路からなり、前記タイミング検知手段の出力を所定時間遅らせて前記駆動手段のトリガ信号として出力する遅延手段と、
   超音波の送受信そして遅延手段による遅延動作の後に再度超音波の送受信を繰り返すという動作回数を計測し所定の回数で動作を停止する繰り返し手段と、
   前記駆動手段に最初の駆動を行わせる計測スタート信号を出力する制御手段と、
   前記超音波の伝搬時間を測定する計時手段と、
   前記計時手段の値から前記一対の振動子間の被測定流体の流速を演算によって求める演算手段と、を備え、
   前記計測スタート信号を出力してからタイミング検知手段で受信タイミングを検知した時間に応じて前記抵抗成分の温度が平衡点に達するのに必要である所定時間を決定し、その動作時間だけ次の計測スタート信号の前に動作し、
   前記計時手段は前記次の計測スタート信号の出力時から前記繰り返し手段の動作停止時までの時間を計時する流量計測装置。
5. 超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切換え設定する切換え手段を有し、前記遅延手段は、前記切換え手段の動作の有無と繰り返し手段に設定している繰り返し回数とに応じて前記所定時間の長さの長さを変更する請求項１または請求項２記載の流量計測装置。
6. 超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切換え設定する切換え手段を有し、前記遅延手段は、前記切換え手段の動作の有無と計時手段の値とに応じて前記所定時間の長さを変更する請求項１または請求項３記載の流量計測装置。
7. 超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切換え設定する切換え手段を有し、前記遅延手段は、前記切換え手段の動作の有無と計測スタート信号を出力してからタイミング検知手段で受信タイミングを検知した時間とに応じて前記所定時間の長さを変更する請求項１記載の流量計測装置。
8. 超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切換え設定する切換え手段を有し、前記遅延手段は、前記切換え手段の動作時間に応じて前記所定時間の長さを変更する請求項１記載の流量計測装置。
9. 超音波を送受信する２つの振動子の送信機能と受信機能を切換え設定する切換え手段を有し、前記遅延手段は、前記切換え手段により一対の送受信を切り替えた後、次の計測スタート信号までの時間に応じて前記所定時間の長さを変更する請求項１記載の流量計測装置。
10. 温度検出手段を有し、前記遅延手段は、前記温度検出手段の信号に応じて前記所定時間の長さを変更する請求項１記載の流量計測装置。
11. 前記遅延手段は、被測定流体の流量に応じて前記所定時間の長さを変更する請求項１記載の流量計測装置。
12. 計測を行うために供給する電源電圧を検知する電圧検知手段を有し、前記遅延手段は、前記電圧検知手段の出力に応じて前記所定時間の長さを変更する請求項１記載の流量計測装置。
13. 予め遅延手段の安定度が飽和する動作回数または動作時間の少なくとも一つを記憶しておく第１の記憶手段を有し、前記遅延手段は、前記第１の記憶手段の値に応じて前記所定時間の長さを変更する請求項１記載の流量計測装置。
14. 周囲温度と繰り返し回数と繰り返し時間とトリガ信号を出力してからタイミング検知手段により受信タイミングを検知した時間と切換え手段の動作時間と流量と供給する電源電圧との少なくとも２つ以上の組み合わせによる最適な遅延時間を記憶しておく第２の記憶手段を有し、前記遅延手段は、前記第２の記憶手段の値に応じて前記所定時間の長さを変更する請求項１記載の流量計測装置。
15. 第１の記憶手段は書き換えを可能とする請求項１３記載の流量計測装置。
16. 第２の記憶手段は書き換えを可能とする請求項１４記載の流量計測装置。
17. 第１の記憶手段は測定中に条件に応じて書き換えを行う請求項１３または請求項１５記載の流量計測装置。
18. 第２の記憶手段は測定中に条件に応じて書き換えを行う請求項１４または請求項１６記載の流量計測装置。

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