JP2003232661A - 流量計測装置及びこの装置を機能させるためのプログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繰返し測定における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、繰返し動作の前後で遅
延時間を実測して補正する。 【解決手段】 繰返し動作の前で遅延時間制御手段２１
は遅延手段１６を動作し、動作時間を遅延時間計測手段
１７で計測される。同様に一連の繰返し動作が終了する
と再度遅延時間を測定する。そして繰返し動作の前後で
計測された遅延時間を基に繰返し回数調整手段２４で繰
返し回数を変更し遅延手段１６の特性にあわせた最適な
計測動作を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
気体や液体などの流量を計測する流量計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波流量計としては、
例えば、特開２０００−２９２２３２公報に記載されて
いるものがあった。図１３は、前記公報に記載された従
来の超音波流量計の構成を示すブロック図である。

【０００３】図１３において、流体流路１の途中に超音
波を発信する第１振動子２と受信する第２振動子３が流
れ方向に配置されている。４は第１振動子２への送信回
路、５は第２振動子３で受信した超音波を信号処理する
受信回路である。６は受信回路５で超音波を検知した後
第１振動子２からの送信と第２振動子３での受信を複数
回繰り返す繰返し手段である。９は受信回路で超音波を
検出した後、再度第１振動子２から超音波を送信するま
での遅延時間を発生させる遅延時間発生手段であり、１
０は遅延時間発生手段９により発生した遅延時間を計測
する遅延時間計測手段、１１は遅延時間発生手段９の計
測値を基に、遅延時間を制御する遅延時間制御手段、１
２はは繰返し手段により行われる複数回の超音波伝達の
所要時間を計測する累積時間計測手段、８は遅延時間計
測手段１２および累積時間計測手段１２の計測値から流
量を求める流量演算手段である。送信回路５より送出さ
れたバースト信号により第１振動子２から発信された超
音波信号は、流れの中を伝搬し、第２振動子３で受信さ
れ受信回路６で検知され、遅延時間発生手段９で発生し
た遅延時間を置いた後、再び送信回路５よりバースト信
号が送出される。送信回路５からのバースト信号は、予
め定められた回数だけ繰り返され、この繰返しに要した
時間を累積時間計測手段１２で、また、遅延時間を遅延
時間計測手段１０により計測する。

【０００４】更に、流量演算手段８では、累積時間計測
手段１２で求めた値から遅延時間計測手段１０で求めた
遅延時間を差し引くことにより、超音波の伝達のみの所
要時間Ｔを求める。

【０００５】次に、遅延時間の計測方法について説明す
る。計測開始時には、遅延時間制御手段１１により計測
繰返し中の遅延時間の設定値の指示が遅延時間発生手段
９に与えられる。更に、繰返し手段６により遅延時間発
生手段９にトリガ信号が送出される。この時、累積時間
計測手段１２により、超音波伝達時間の計測が開始され
ると共に、遅延時間計測手段１１で１回目の遅延時間の
計測を開始する。次に、所定の遅延時間が完了すると、
遅延時間計測１１は計測動作を終了し、この時求めた遅
延時間ｔ１を流量演算手段８へ記憶させる。その後、繰
返し手段６により、遅延→送受信→送受信→・・・・の
如く規定の回数だけ動作を繰り返す。受信回路５でｎ回
目の受信信号を検知されると、最後にもう一度、遅延時
間発生手段９により遅延時間と同等の時間が発生し、遅
延時間計測手段１０が計測を開始する。所定の遅延時間
が終了した後は、実施例１と同様に、累積時間計測手段
１２ではｎ回分の超音波伝達時間とｎ＋１回の遅延時間
の合計値Ｔａ、遅延時間計測手段１１では、ｎ＋１回目
の遅延時間ｔ（ｎ＋１）が得られる。

【０００６】遅延時間発生手段９で生成される時間が変
化するものと考えれば、ｎ回の送受信の前後の遅延時間
を計測すれば、繰返し動作の間の遅延時間の変化を推定
できる。すなわち、直線的に変化していると仮定すれ
ば、ｔ１とｔ（ｎ＋１）の平均値を遅延時間の代表値と
考えることが可能であるし、何らかの曲線変化を示すの
であれば、荷重平均値を代表値と考えることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の超
音波流量計における、遅延時間の演算のように繰返しの
最初と最後だけの時間を参考にしていては、繰返し回数
や伝搬時間の違いにより遅延時間の精度が期待したほど
高まらない場合がある。

【０００８】例えば繰り返し動作の途中で回路電流によ
る発熱などが影響し遅延発生手段の動作の特性が変化す
る場合があり、遅延時間が一定にならないことがある。
また、これを解消するために繰り返し回数を増加して平
均するなどの対策があるが、時間が長くなると周囲温度
の状態や電源電圧の変化、さらに動作時間により遅延時
間の精度に影響がでてくる。

【０００９】また超音波の送受信を切換え動作すると、
その切換え動作中は遅延発生手段の動作は停止している
ため再度動作を開始する時は遅延時間の変動が発生する
可能性が大きい。遅延時間の精度は流量の測定精度にそ
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。例えば、音速を３４０ｍ／
ｓは０．３４ｍｍ／μｓとなり、数ｎｓの時間のずれが
測定精度に大きな影響を与える。また、繰り返し回数を
増加すれば電力も増大するなどの付随的な問題も発生し
てくる。

【００１０】本発明は上記の課題を解決するもので、繰
返しの最初と最後に計測した遅延時間の時間差を基に繰
返し回数を変更することで遅延手段の初期動作特性の差
を小さくし流量演算における遅延時間の精度を向上で
き、その結果精度の良い流量計測を実現することを目的
としている。

【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、本発明の遅延時間制御手段は遅延時間計測手
段を前記繰返し手段による超音波伝達開始時および切換
え手段動作後の超音波伝達終了時に動作し、前記遅延時
間計測手段で求めた遅延時間の計測差が超音波伝達前後
で予め定めた値より大きい場合に前記繰返し手段の繰返
し回数を変更する繰返し回数調整手段を有し、繰返しの
最初と最後に計測した遅延時間の時間差を基に繰返し回
数を変更することで遅延手段の初期動作特性の差を小さ
くし流量演算における遅延時間の精度を向上でき、その
結果精度の良い流量計測を実現することを目的としてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
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、振動子からの信号発信の遅延時間
を発生する遅延手段と、遅延手段の遅延時間を計測する
遅延時間計測手段と、振動子間相互の超音波伝達を複数
回行う繰返し手段と、遅延時間計測手段の計測値を基
に、遅延時間を制御する遅延時間制御手段と、繰返し手
段による超音波伝達の累積時間を計測する計時手段と、
計時手段と遅延時間制御手段の信号から流量を算出する
流量演算手段と、一対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備え、遅延時間制御手段は
遅延時間計測手段を前記繰返し手段による超音波伝達開
始時および切換え手段動作後の超音波伝達終了時に動作
し、遅延時間計測手段で求めた遅延時間の計測差が超音
波伝達前後で予め定めた値より大きい場合に繰り返し手
段の繰り返し回数を変更する繰返し回数調整手段を有す
る流量計測装置である。

【００１３】そして、超音波伝達開始時および終了時と
切換え手段動作後の超音波伝達終了時に遅延時間を計測
し、その差が予め定めた値より大きい場合に切換え手段
動作前後の繰り返し回数を変更することで、遅延手段の
初期動作特性の差を小さくでき流量演算における遅延時
間の精度を向上することができ、その結果流量演算の精
度のよい測定を実現することが可能になる。

【００１４】請求項２に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の遅延時間制御手段が遅延時間計測手段を切換え
手段の動作前の繰返し手段による超音波伝達開始時およ
び切換え手段動作後の繰返し手段による超音波伝達終了
時に動作し、遅延時間計測手段で求めた遅延時間の計測
差に応じて、繰返し回数調整手段は、繰り返し手段の繰
り返し回数を変更することにより、遅延手段の初期安定
化を変化することで最適な状態に調整し、流量演算にお
ける遅延時間の精度を向上することができ、その結果流
量演算の精度のよい測定を実現することが可能になる。

【００１５】請求項３に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の遅延時間制御手段が遅延時間計測手段を切換え
手段の動作前の繰返し手段による超音波伝達開始時およ
び切換え手段動作後の繰返し手段による超音波伝達終了
時に動作し、遅延時間計測手段で求めた遅延時間の計測
差が予め定めた値以内になるよう繰返し回数調整手段
は、繰り返し手段の繰り返し回数を変更することによ
り、遅延手段の初期安定化を変化することで最適な状態
に調整し、流量演算における遅延時間の精度を向上する
ことができ、その結果流量演算の精度のよい測定を実現
することが可能になる。

【００１６】請求項４に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の遅延時間制御手段が繰返し回数調整手段で遅延
時間計測手段を繰返し手段による超音波伝達開始時およ
び切換え手段動作後の超音波伝達終了時に動作し、遅延
時間計測手段で求めた遅延時間の計測差が超音波伝達前
後で予め定めた値より大きい場合に繰り返し手段の繰り
返し回数を切換え手段の前後で変更することにより、切
換え手段動作前後の繰り返し回数を別々に変更すること
で、遅延手段の動作特性の合わせた流量演算における遅
延時間の精度を向上することができ、その結果流量演算
の精度のよい測定を実現することが可能になる。

【００１７】請求項５に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の遅延時間制御手段が繰返し回数調整手段で遅延
時間計測手段を切換え手段の動作前の繰返し手段による
超音波伝達開始時および切換え手段動作後の繰返し手段
による超音波伝達終了時に動作し、遅延時間計測手段で
求めた遅延時間の計測差に応じて、繰り返し手段の繰り
返し回数を切換え手段の前後で変更することにより、切
換え手段動作前後の繰り返し回数を別々に変更すること
で、遅延手段の初期安定化を個々に変化することで最適
な状態にし、流量演算における遅延時間の精度を向上す
ることができ、その結果流量演算の精度のよい測定を実
現することが可能になる。

【００１８】請求項６に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の遅延時間制御手段が繰返し回数調整手段で遅延
時間計測手段を切換え手段の動作前の繰返し手段による
超音波伝達開始時および切換え手段動作後の繰返し手段
による超音波伝達終了時に動作し、遅延時間計測手段で
求めた遅延時間の計測差が予め定めた値以内になるよう
繰返し回数を変更することにより、遅延手段の初期安定
化を個々に変化することで最適な状態にもっていき、流
量演算における遅延時間の精度を向上し、その結果流量
演算の精度のよい測定を実現することが可能になる。

【００１９】請求項７に記載の発明は、特に、請求項１
から請求項６のいずれか１項記載の流量計測装置におい
て、遅延時間制御手段や繰返し回数調整手段の動作を確
実にするためのコンピュータを機能させるためのプログ
ラムを有する構成としたもので、これにより遅延時間制
御手段や繰返し回数調整手段の動作をソフトで行うこと
により判定などの条件設定、変更が容易にでき、また経
年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブル
に遅延時間の精度向上を行うことができる。

【００２０】

【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。

【００２１】（実施例１）請求項１、請求項２および請
求項３に係る発明を実施例１の流量計測装置として説明
する。図１は本実施例の構成を示す流量計測装置のブロ
ック図である。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、流路１に配置された超音波
を送受信する第１の振動子２、第２の振動子３と、第１
の振動子２を駆動する駆動手段１３と、駆動手段１３を
動作する計測スタート信号を出力する制御手段１４と、
第２の振動子３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１５と、タイミング検知手段１
５の出力を所定の遅延時間遅れて駆動手段１３のトリガ
信号として出力する遅延手段１６と、遅延手段１６の動
作時間すなわち遅延時間を計測する遅延時間計測手段１
７と、超音波の送受信そして遅延手段１６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返し手段１８と、少
なくとも駆動手段１３による第１の振動子２の駆動開始
から繰返し手段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、計時手段１９の値から一対
の振動子間の流速を演算し、それから流量を求める流量
演算手段２０と、遅延時間計測手段の計測値を基に遅延
時間を制御する遅延時間制御手段２１と、遅延時間制御
手段２１で計測差から遅延時間を調節する遅延時間補正
手段２２を有するものである。駆動手段１３と第１の振
動子２、および第２の振動子３とタイミング検知手段１
５の間に切換手段２３を設け、超音波の送受信を第１の
振動子２と第２の振動子３の間で交互に行うようにして
いる。さらに繰返し回数調整手段２４を設け、遅延手段
１６の動作により繰返し回数を調整する。

【００２２】通常の動作を説明する。制御手段１４から
スタート信号を受けた駆動手段１３が第１の振動子２を
一定時間パルス駆動を行うと同時に計時手段２０は制御
手段１４からの信号によってに時間計測始める。パルス
駆動された第１の振動子２からは超音波が送信される。
第１の振動子２から送信した超音波は被測定流体中を伝
搬し第２の振動子３で受信される。第２の振動子３の受
信出力は、タイミング検知手段１５で信号を増幅された
後、予め定められている受信タイミングの信号レベルで
超音波の受信を決定する。繰返し動作を行わない場合は
この超音波の受信を決定した時点で計時手段２１の動作
を停止し、その時間情報ｔから（式１）によって流速を
求める。

【００２３】（計時手段２０から得た測定時間をｔ、超
音波振動子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） ｖ＝（Ｌ／ｔ）−ｃ ・・・（式１） タイミング検知手段１５は通常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ることが多
い。

【００２４】繰返し手段１８を用いる今回の動作はタイ
ミング検知手段１５の判定結果を遅延手段１６で一定時
間遅延させた後に駆動手段１３に返し、再度送信を行
う。繰返し動作を決められた回数行い、その時間を計時
手段２０で測定し、計時手段２０の測定時間を元に（式
２）の計算によって流速を求める。

【００２５】（遅延手段の遅延時間をＴｄ、繰返しの回
数をｎ、測定時間をｔｓ、超音波振動子間の流れ方向の
有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとす
る） 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。

【００２６】また、第１の超音波振動子２と第２の超音
波振動子３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（上流から下流への測定時間時
間をｔ１、下流から上流への測定時間時間をｔ２とす
る）。

【００２７】 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。

【００２８】流速ｖが求まると、それに流路１の断面積
を乗ずることにより流量を導くことができる。

【００２９】通常の動作は図３に示すタイミング図のよ
うになる。すなわち、制御手段１４による時刻ｔ０にお
ける開始信号から計測を開始し、ｔ１で駆動手段１３を
介して第１の超音波振動子２を駆動する。そこで発生し
た超音波信号は流路内を伝搬し時刻ｔ２で第２の超音波
振動子３に到達し、タイミング検知手段１５で受信点を
検知すると時刻ｔ３から遅延手段１６が動作し、予め定
めた時間だけ動作した後時刻ｔ４で繰返し手段１８に信
号を送る。繰返し手段１８はこの信号を入力すると駆動
手段１３に信号を送出し、再び第１の超音波振動子２を
駆動する。以下、この繰返しを行っている。

【００３０】繰返し手段１８で決められた回数動作する
と図３時刻ｔ５で送受信動作は停止し、その時間は図に
示すＴとなる。その後、切換え手段２３が送受信を切換
える。すなわち第１の超音波振動子２が受信側、第２の
超音波振動子３が送信側になる。そして同様な繰返し動
作を行う。時間的な動作は図４に示すようにＴ１の間は
第１の超音波振動子２が送信側、第２の超音波振動子３
が受信側、Ｔｃｈで切換え動作を行い、Ｔ２では反対に
第１の超音波振動子２が受信側、第２の超音波振動子３
が送信側となる。

【００３１】なお、図３に示す送信波、受信波の動作は
図４以下の説明では同じため記述を省略しているが、内
部動作は図３と同じである。

【００３２】このように繰返し手段１８で決められた回
数動作する場合に１回目と最終回目では遅延手段１６の
動作が異なることがある。通常、遅延手段１６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。遅延手段１６に抵抗分が
あると電流を流していけば繰返し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返し回数では遅
延時間が一定とみて良い。図２（ａ）に繰返し回数と遅
延手段１６の１回当たりの遅延時間の概念図を示す。こ
れより繰返し回数が少ないと遅延時間の差が大きいこと
がわかる。遅延時間の差が大きいと流量演算手段で計時
手段２０が測定した時間から遅延時間の繰返し回数分を
差し引き超音波伝搬時間分のみから流量を求める際、遅
延時間の合計に誤差が生じてくる。この問題を回避する
には以下の方法がある。

【００３３】図２（ａ）に示しているように遅延手段１
６の１回当たりの遅延手段は異なっている。具体的には
図３のＤ０、Ｄ１とＤ２の時間が等しくないということ
である。ここでＤ０は制御手段１４から最初遅延手段１
６に信号を送出して作成しても良いし、制御手段１４自
身で作成しても良い。

【００３４】流量を算出する場合は時刻ｔ０からｔ５ま
での時間Ｔから実際超音波の伝搬した時間だけを用いる
ためＤ０，Ｄ１，Ｄ２の時間を差し引かなければならな
い。この時間を正確に求めるため、図５に示すように時
刻ｔ０の前ｔａで制御手段１４から遅延時間制御手段２
１に信号が入力される。この信号により遅延時間制御手
段は遅延手段１６を動作する。そして動作時間は遅延時
間計測手段１７で計測される。また時刻ｔ５で一連の繰
返し動作が終了すると時刻ｔｂにおいて時刻ｔａの場合
と同様に遅延時間制御手段２１が遅延手段１６を動作
し、その動作時間を遅延時間計測手段１７で測定する。
その後切換え手段２３が送受信動作を切換え（時間Ｔｃ
ｈ）Ｔ１と同じ動作をＴ２時間行い、一連の繰返し動作
が終了後、同様に時刻ｔｃにおいて時刻ｔａの場合と同
様に遅延時間制御手段２１が遅延手段１６を動作し、そ
の動作時間を遅延時間計測手段１７で測定する。そして
ｔａとｔｂ、ｔｃで計測された遅延時間を基に遅延時間
補正手段２２は繰返し動作中の遅延手段の動作時間を推
定する。例えばこれはｔａとｔｂの時に測定した遅延時
間の単純平均に繰返し回数に関するある係数を乗じた時
間とｔｂとｔｃの時に測定した遅延時間の単純平均に繰
返し回数に関するある係数を乗じた時間を遅延時間とし
て用いるなどである。

【００３５】遅延時間補正手段２２内部での動作とし
て、比例定数をα、定数項をβとすると流量演算で用い
る遅延時間をα＊（ｔａ＋ｔｂ）＋βと単純な式で求め
てもよい。

【００３６】また遅延時間の差を用いてα＊（ｔｂ−ｔ
ａ）＋ｔａとしても良い。さらに単純に実験等で求めた
遅延時間の差と補整値の関係をテーブルなどで持つこと
でｔｂ−ｔａの値からテーブルの値を参照するルックテ
ーブル型の補整でも良い。これをＴ１，Ｔ２別々に行っ
ても良いし、同じ値を用いても良い。

【００３７】この遅延時間補正手段２２が求めた遅延時
間を流量演算手段２１に送出すると、計時手段１９から
の時間信号から正確な遅延時間を差し引くことができ
る。遅延時間補正手段２２による補正としては図２
（ａ），（ｂ）および（ｃ）に示しているような繰返し
回数による要因、繰返し時間による要因、１回の繰返し
にかかる時間による要因など色々な要因を考慮して求め
ることが必要になる。このため計測の前後で求めた遅延
時間と本来の遅延時間の関係を実験等で求めて記憶手段
などに保管しておき、その情報を基に補正したり、経年
変化を考えると記憶手段に遅延時間の状態を動作中に一
定期間ごと刻々と記録し、その変移を参考に遅延時間の
補正を行うことが可能である。さらにこの記憶手段の情
報は外部から書き換えることが可能にしておくと実測し
た値を入力するなど利用範囲が広がる。

【００３８】図２（ａ）に示すように繰返し回数により
遅延時間の変化することがわかっている場合、切換え動
作を含めると遅延時間の動作は図２（ｄ）のようになる
ため、制御手段１４は遅延時間制御手段に信号を送出
し、計測の最初、電源を投入した時や一定時間毎に繰返
し回数を変化して、その前後に図５のような遅延時間の
差を調べてみる。例えば図２（ａ）のＰ，Ｑ，Ｒのよう
に繰返し回数を変化しその動作の前後で遅延時間を調べ
ることで繰返し回数による遅延時間の変化ｔＰ，ｔＱ，
ｔＲを遅延時間計測手段１７で実測することができる。
この動作は切換え手段２３で送受信を反転しても行う。
これにより遅延時間補正手段２２はこの時間変化を基に
遅延時間の平均値を精度よく求めることが可能になる。

【００３９】例えば繰り返し回数がＰしかない時の遅延
時間とＲまで繰り返す時の遅延時間は流量演算に用いる
場合大きく異なってくる。式２を変形すると式２‘とな
る。

【００４０】 ｖ＝Ｌ／（ｔｓ − ΣＴｄ）／ｎ−ｃ ・・・（式２‘） ここでΣＴｄとは遅延手段１６の遅延時間の繰り返し回
数分における合計値である。この値を直接求めることが
できれば精度良く演算ができるが実際には推定値や演算
値を用いている。遅延時間の合計値と考えると繰り返し
回数ＰとＲでは大きく異なることが図２より容易に理解
できる。そこですべての繰り返し回数を調べることまで
しなくてもある特定の繰り返し回数において遅延時間を
調べることは十分可能である。そこで実際に繰り返し回
数を変化してその繰り返し回数後の遅延時間を実測する
ことで流量演算に用いる遅延時間の平均値を精度良く求
めることが可能になる。

【００４１】以上のように時刻ｔａ，ｔａｂ，ｔｃで測
定した遅延時間で全体の遅延時間を推定することは可能
であるが、３箇所の遅延時間の差が大きくなりすぎると
その補整も難しくなる。この問題を解決する方法を図
５、図６を用いて次に説明する。

【００４２】図５内において時刻ｔ０からｔ５までの動
作は図３と同じのため詳細な図中の記述と説明を省略す
る。図５において時刻ｔ０の前ｔａで制御手段１４から
遅延時間制御手段２１に信号が入力され、遅延時間制御
手段２１は遅延手段１６を動作する。そして図６の１０
０で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ１は遅延時間計測手段
１７で計測される。Ｔ１時間経過後、切換え動作を行
い、同様な一連の繰返し動作が終了すると時刻ｔｃにお
いて時刻ｔａの場合と同様に遅延時間制御手段２１が遅
延手段１６を動作し、１０１でその動作時間Ｔｄ２を遅
延時間計測手段１７で測定する。そして１０２でＴｄ１
とＴｄ２の差ｄを求め、１０３においてｄが予め定めた
値Ｔｘより大きいと繰返し動作中の遅延時間の変動も大
きいと推測できるため、極力この差を小さくするように
１０４で繰返し回数調整手段２４は繰返し回数を変更す
る。

【００４３】具体的には遅延時間の差が大きい時は繰返
し回数が少なく図２で示しているように、繰返し動作時
間Ｔは遅延時間がどんどん変化している時間になってい
る可能性が高い。このためさらに繰返し回数を多くして
遅延手段１６の変動が飽和している領域までもっていけ
ば良い。これは遅延手段１６を動作することで遅延手段
内部の動作が例えば回路電流が流れることにより発熱作
用による安定領域に達するためである。

【００４４】このように超音波伝達開始時および終了時
と切換え手段２３動作後の超音波伝達終了時に遅延時間
を計測し、その差が予め定めた値より大きい場合に切換
え手段動作前後の繰り返し回数を変更することで、遅延
手段１６の初期動作特性の差を小さくでき流量演算にお
ける遅延時間の精度を向上することができ、その結果流
量演算の精度のよい測定を実現することが可能になる。
また反対に遅延時間の差が小さいときはさらに繰返し回
数を少なくしても良い場合がある。繰返し回数を少なく
すればそれだけ動作時間も短くなり省電力効果も期待で
きる。

【００４５】また、図５と図７を用いて他の動作を説明
する。周囲温度や繰返し回数などにより繰返し動作内の
遅延時間の推移は変動する。したがって、時刻ｔ０の前
ｔａにおいて１１０で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ１を
計測する。そして、切換え手段２３動作後の一連の繰返
し動作が終了する時刻ｔｃにおいて１１１で遅延手段１
６の動作時間Ｔｄ２を測定する。そして１１２でＴｄ１
とＴｄ２の差ｄを求め、１１３においてｄが予め定めた
値Ｔｘより大きいが判定する。大きい場合は１１４で差
ｄに関する関数とした繰返し回数ｔｄｌを求め、１１５
で繰返し回数調整手段２４がこのｔｄｌに繰返し回数を
設定するよう、繰返し手段１８に信号を送出する。１１
４の関数ｆ（ｄ）は単純なｄに比例した演算でも良い
し、遅延手段１６の非線形動作現象に対応できるような
関数を選定しても良い。

【００４６】このように、繰返し回数を調整することに
より遅延手段の初期安定化を変化することで最適な状態
に調整し、流量演算における遅延時間の精度を向上する
ことができ、その結果流量演算の精度のよい測定を実現
することが可能になる。

【００４７】また、図５と図８を用いて他の動作を説明
する。周囲温度や繰返し回数などにより繰返し動作内の
遅延時間の推移は時間とともに変動する。したがって、
時刻ｔ０の前ｔａにおいて１２０で遅延手段１６の動作
時間Ｔｄ１を計測する。そして、切換え手段２３が動作
し送受信を判定した一連の繰返し動作が終了すると時刻
ｔｃにおいて１２１で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ２を
測定する。そして１２２でＴｄ１とＴｄ２の差ｄを求
め、１２３においてｄが予め定めた値Ｔｘより大きいが
判定する。大きい場合は１２４で繰返し回数ｔｄｌを前
回の値よりαだけ長くする。反対にｄが予め定めた値Ｔ
ｘより小さい場合は１２５でｔｄｌを前回の値よりαだ
け短くする。このようにして求めた繰返し回数を１２６
で繰返し回数調整手段２４が繰返し手段１８に設定す
る。ｔｄｌの大きさは繰返し回数であるため０より大き
く、また上限も常識程度の回数までしか大きくしないの
は言うまでもない。

【００４８】図８中に記述している繰返し回数の変化幅
αの値は予め定めた値Ｔｘより小さいことは言うまでも
ない。具体的な値としては流路の構成や流体の種類にも
よるが全体で数回から数１００回の幅で設定するのが実
用上便利である。そしてこの動作は繰り返し手段１８に
よる繰り返し動作が終了するたびにαずつ繰返し回数を
微調整し続けることができる。これにより種々の外乱な
どが発生しても常に繰返し回数を調整することで流量演
算精度を一定値以内に保つことが可能になる。繰返し回
数の調整を行うことにより計測前後の遅延時間の差が一
定時間より短くなるように説明したが、１２３で上限と
下限を設けてその間に入るようにすれば収束はより早く
なり、電力で動作する回路においては省電力効果が大き
くなる。

【００４９】このように、超音波伝達開始時および切換
え手段２３動作後の超音波伝達終了時に遅延時間を計測
し、その差が予め定めた値以内になるよう繰返し回数を
調整することにより、遅延手段１６の初期安定化を変化
することで最適な状態に調整し、流量演算における遅延
時間の精度を向上することができ、その結果流量演算の
精度のよい測定を実現することが可能になる。さらに必
用以上の遅延時間精度を得るために電力を使用しないた
め省電力で精度のよい測定を実現することが可能にな
る。

【００５０】なお、図６、図７、図８の説明では遅延時
間の測定を繰返し動作の前と切換え手段２３動作後の繰
返し動作終了後の２箇所でしか行っていないが、切換え
手段２３の動作している状態である図５のｔｂにおいて
も測定し、３箇所の遅延時間を元に同様の繰返し回数を
設定してもよい。

【００５１】（実施例２）請求項４、請求項５および請
求項６に係る発明を実施例２の流量計測装置として説明
する。図１、図５および図９を用いて動作を説明する。
実施例１と異なるところは、超音波伝送前後の遅延時間
の計測差によって切換え手段の動作前後の繰返し回数を
変更しながら動作することである。

【００５２】まず図５、図９を用いて動作を説明する。
図５内において時刻ｔ０からｔ５までの動作は図３と同
じのため詳細な図中の記述と説明を省略する。図５にお
いて時刻ｔ０の前ｔａで制御手段１４から遅延時間制御
手段２１に信号が入力され、遅延時間制御手段２１は遅
延手段１６を動作する。そして図９の１３０で遅延手段
１６の動作時間Ｔｄ１は遅延時間計測手段１７で計測さ
れる。Ｔ１時間経過後、切換え動作を行う。その後、送
受信が切換わり同様な一連の繰返し動作がＴ２経過後に
終了すると時刻ｔｃにおいて時刻ｔａ、ｔｂの場合と同
様に遅延時間制御手段２１が遅延手段１６を動作し、１
３１でその動作時間Ｔｄ２を遅延時間計測手段１７で測
定する。そして１３２でＴｄ１とＴｄ２の差ｄを求め、
１３３においてｄが予め定めた値Ｔｘより大きいと切換
え動作前後において遅延時間の変動が大きいと推測でき
るため、極力この差を小さくするように１３４で切換え
動作前後の繰返し回数を繰返し回数調整手段２４で別々
に設定する。例えば切換え手段２３動作前の繰返し回数
Ｓ１をＳｘ回、切換え手段動作後の繰返し回数Ｓ２をＳ
ｙ回というように設定する。遅延時間の差が大きい場合
は遅延手段１６の動作が安定するまでに時間がかかると
も考えられるためＳ１を多くし、安定すると少々回数を
減らしてもよいためＳ２を少なくするなどの調整が容易
にできる。

【００５３】このように切換え手段動作前後の繰り返し
回数を別々に変更することで、遅延手段１６の動作特性
の合わせた流量演算における遅延時間の精度を向上する
ことができ、その結果流量演算の精度のよい測定を実現
することが可能になる。

【００５４】繰返し回数の調整幅は予め定めた一定回数
でも良いし周囲温度や供給電圧に対応し、それらの値を
用いて演算した時間を用いても良い。

【００５５】また、図５と図１０を用いて他の動作を説
明する。周囲温度や繰返し回数などにより繰返し動作内
の遅延時間の推移は変動する。さらには切換え手段２３
の動作中、一旦遅延手段１６の動作が停止するため、こ
こでも遅延時間の変動が発生する。したがって、時刻ｔ
０の前ｔａにおいて１４０で遅延手段１６の動作時間Ｔ
ｄ１を計測する。そして、Ｔ１時間経過後、切換え動作
を行う。その後、１４１で送受信が切換わり同様な一連
の繰返し動作がＴ２経過後に終了すると時刻ｔｃにおい
て時刻ｔａ、ｔｂの場合と同様に遅延時間制御手段２１
が遅延手段１６を動作し、その動作時間Ｔｄ２を遅延時
間計測手段１７で測定する。

【００５６】そして１４２でＴｄ１とＴｄ２の差ｄを求
める。１４３においてｄが予め定めた値Ｔｘより大きい
が判定する。ｄが予め定めた値Ｔｘより大きいと切換え
動作前後において遅延時間の変動が大きいと推測できる
ため、極力この差を小さくするように１４４で差ｄに関
する関数とした時間ｔｄ１を求め、１４５で切換え動作
前後の繰返し回数を繰返し回数調整手段２４で別々に設
定する。例えば切換え手段２３動作前の繰返し回数Ｓ１
をｆ（ｄ）・Ｓｘ回、切換え手段動作後の繰返し回数Ｓ
２をｆ（ｄ）・Ｓｙ回というように設定する。この調整
により遅延時間の差が大きい場合は遅延手段１６の動作
が安定するまでに時間がかかるとも考えられるためＳ１
を多くし、安定すると少々回数を減らしてもよいためＳ
２を少なくするなどの調整が容易にできる。図１０中の
繰返し回数のＳｘは切換え手段動作前の繰返し動作にお
いて予め設定している回数、Ｓｙは切換え手段動作後の
繰返し動作において予め設定している回数を示してい
る。

【００５７】このように切換え手段動作前後の繰り返し
回数を別々に変更することで、遅延手段１６の初期安定
化を繰返し回数の変化で最適な状態にすることが可能に
なり、流量演算における遅延時間の精度を向上すること
ができる。そして、その結果流量演算の精度のよい測定
を実現することが可能になる。

【００５８】１４４の関数ｆ（ｄ）は単純なｄに比例し
た演算でも良いし、遅延手段１６の非線形動作現象に対
応できるような関数を選定しても良い。

【００５９】また、図５と図１１を用いて他の動作を説
明する。周囲温度や繰返し回数などにより繰返し動作内
の遅延時間の推移は時間とともに変動する。したがっ
て、時刻ｔ０の前ｔａにおいて１５０で遅延手段１６の
動作時間Ｔｄ１を計測する。そして、切換え手段２３が
動作し送受信を反転し一連の繰返し動作が終了すると１
５１で時刻ｔｃにおいても遅延手段１６の動作時間Ｔｄ
３を測定する。

【００６０】そして１５２でＴｄ１とＴｄ２の差ｄを求
める。次に１５３においてｄが予め定めた値Ｔｘより大
きいが判定する。大きい場合は切換え動作中の時間にお
いても遅延時間の変動が大きいと推測できるため、極力
この差を小さくするように１５４で計測時間である繰返
し回数ｔｄ１を前回の値よりαだけ多くする。

【００６１】反対にｄが予め定めた値Ｔｘより小さい場
合は１５５でｔｄ１を前回の値よりαだけ短くする。そ
して１５６で切換え動作前後の繰返し回数を繰返し回数
調整手段２４で別々に設定する。例えば切換え手段２３
動作前の繰返し回数Ｓ１をＳｘ＋ｔｄ１回、切換え手段
動作後の繰返し回数Ｓ２をＳｙ＋ｔｄ１回というように
設定する。この調整により遅延時間の差が大きい場合は
遅延手段１６の動作が安定するまでに時間がかかるとも
考えられるためＳ１を多くし、安定すると少々回数を減
らしてもよいためＳ２を少なくするなどの調整が容易に
できる。図１１中の繰返し回数のＳｘは切換え手段動作
前の繰返し動作において予め設定している回数、Ｓｙは
切換え手段動作後の繰返し動作において予め設定してい
る回数を示している。ｔｄ１の大きさは繰返し回数であ
るため０より大きく、また上限も常識程度の回数までし
か多くしないのは言うまでもない。

【００６２】図１１中に記述している繰返し回数の変化
幅αの値は予め定めた値Ｔｘより小さいことは言うまで
もない。具体的な値としては流路の構成や流体の種類に
もよるが全体で数回から数１００回の幅で設定するのが
実用上便利である。そしてこの動作は繰り返し手段１８
による繰り返し動作が終了するたびにαずつ繰返し回数
を微調整し続けることができる。これにより種々の外乱
などが発生しても常に繰返し回数を調整することで流量
演算精度を一定値以内に保つことが可能になる。

【００６３】繰返し回数の調整を行うことにより計測前
後の遅延時間の差が一定時間より短くなるように説明し
たが、１５３で上限と下限を設けてその間に入るように
すれば収束はより早くなり、電力で動作する回路におい
ては省電力効果が大きくなる。

【００６４】このように、超音波伝達開始時および切換
え手段２３動作後の超音波伝達終了時に遅延時間を計測
し、その差が予め定めた値以内になるよう繰返し回数を
調整することにより、遅延手段１６の初期安定化を個々
に変化することで最適な状態にもっていき、流量演算に
おける遅延時間の精度を向上することができ、その結果
流量演算の精度のよい測定を実現することが可能にな
る。さらに必用以上の遅延時間精度を得るために電力を
使用しないため省電力で精度のよい測定を実現すること
が可能になる。

【００６５】なお、図９、図１０、図１１の説明では遅
延時間の測定を繰返し動作の前と切換え手段２３動作後
の繰返し動作終了後の２箇所でしか行っていないが、切
換え手段２３の動作している状態である図５のｔｂにお
いて制御手段１４から遅延時間制御手段２１に信号が入
力され、遅延時間１６の動作時間を計測し、３箇所の遅
延時間を求め、上記実施例に示した２箇所の遅延時間を
用いた場合と同様に３つの値を用いて繰返し回数を設定
してもよい。

【００６６】（実施例３）請求項７に係る発明を実施例
３の流量計測装置として説明する。実施例１と異なると
ころは、流量計測装置において、繰返し回数調整手段や
遅延時間制御手段の動作を確実にするためのコンピュー
タを機能させるためのプログラムを有する記憶媒体２５
を用いていることである。図１２を用いて動作を説明す
る。実施例１から実施例２で示した遅延時間制御手段２
１や遅延時間補正手段２２および繰返し回数調整手段２
４の動作を行うには、予め実験等により流量と繰返し回
数、繰返し時間、超音波の伝搬時間などの相関を求め、
例えばファジィ制御のメンバーシップ関数のように適合
度というような形で判断する判定ソフトをプログラムと
して記憶媒体２５に格納しておく。通常マイクロコンピ
ュータのメモリやフラッシュメモリ等電気的に書き込み
可能なものにしておくと利用が便利である。

【００６７】このように遅延時間制御手段２１や繰返し
回数調整手段２４の動作をプログラムで行うことができ
るようになると遅延時間の補正などの条件設定、変更が
容易でできるためよりフレキシブルに流量演算の精度向
上を行うことができる。また経年変化などにも柔軟に対
応できるためよりフレキシブルに遅延時間の精度向上を
行うことができる。

【００６８】なお本実施例において遅延時間制御手段２
１や繰返し回数調整手段２４以外の動作もマイコン等に
よりプログラムで行ってもよい。

【００６９】

【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、繰返し動作の前後で遅延時間を
計測し、その差が予め定めた値より大きい場合に切換え
手段動作前後の繰返し回数を変更することで、遅延手段
の初期動作特性の差を小さくでき流量演算における遅延
時間の精度を向上することができ、その結果流量演算の
精度のよい測定を実現することが可能になるという効果
が得られる。

【００７０】また、切換え手段動作前後の繰返し回数を
別々に変更することで、遅延手段の動作特性の合わせた
流量演算における遅延時間の精度を向上することがで
き、その結果流量演算の精度のよい測定を実現すること
が可能になる。

【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回の繰返し時間と遅延
時間の関係を示す図 （ｄ）同流量計測装置における動作時間と遅延時間の関
係を示す図

【図３】（ａ）同流量計測装置における制御手段の動作
を示すタイミング図 （ｂ）同流量計測装置における送信波の動作を示すタイ
ミング図 （ｃ）同流量計測装置における受信波の動作を示すタイ
ミング図 （ｄ）同流量計測装置における遅延手段の動作を示すタ
イミング図

【図４】同流量計測装置における制御手段の動作を示す
タイミング図

【図５】（ａ）同流量計測装置における制御手段の動作
を示すタイミング図 （ｄ）同流量計測装置における遅延手段の動作を示すタ
イミング図

【図６】同流量計測装置における遅延時間制御手段の動
作を示すフローチャート

【図７】同流量計測装置における遅延時間制御手段の動
作を示すフローチャート

【図８】同流量計測装置における遅延時間制御手段の動
作を示すフローチャート

【図９】本発明の実施例２の流量計測装置における遅延
時間制御手段の動作を示すフローチャート

【図１０】同流量計測装置の遅延時間制御手段の動作を
示すフローチャート

【図１１】同流量計測装置の遅延時間制御手段の動作を
示すフローチャート

【図１２】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１３】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 ２ 第１の振動子 ３ 第２の振動子 １６ 遅延手段 １７ 遅延時間計測手段 １８ 繰返し手段 １９ 計時手段 ２０ 流量演算手段 ２１ 遅延時間制御手段 ２２ 遅延時間補正手段 ２３ 切換え手段 ２４ 繰返し回数調整手段 ２５ 記憶媒体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、前記振動子からの信号
   発信の遅延時間を発生する遅延手段と、前記遅延手段の
   遅延時間を計測する遅延時間計測手段と、前記振動子間
   相互の超音波伝達を複数回行う繰返し手段と、前記遅延
   時間計測手段の計測値を基に、遅延時間を制御する遅延
   時間制御手段と、前記繰返し手段による超音波伝達の累
   積時間を計測する計時手段と、前記計時手段と前記遅延
   時間制御手段の信号から流量を算出する流量演算手段
   と、前記一対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備え、前記遅延時間制御手段は前記
   遅延時間計測手段を前記繰返し手段による超音波伝達開
   始時および切換え手段動作後の超音波伝達終了時に動作
   し、前記遅延時間計測手段で求めた遅延時間の計測差が
   超音波伝達前後で予め定めた値より大きい場合に前記繰
   り返し手段の繰り返し回数を変更する繰返し回数調整手
   段を有する流量計測装置。
2. 【請求項２】 遅延時間制御手段は、遅延時間計測手段
   を切換え手段の動作前の繰返し手段による超音波伝達開
   始時および切換え手段動作後の繰返し手段による超音波
   伝達終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた遅
   延時間の計測差に応じて、繰返し回数調整手段は、前記
   繰り返し手段の繰り返し回数を変更する請求項１記載の
   流量計測装置。
3. 【請求項３】 遅延時間制御手段は、遅延時間計測手段
   を切換え手段の動作前の繰返し手段による超音波伝達開
   始時および切換え手段動作後の繰返し手段による超音波
   伝達終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた遅
   延時間の計測差が予め定めた値以内になるよう繰返し回
   数調整手段は、前記繰り返し手段の繰り返し回数を変更
   する請求項１記載の流量計測装置。
4. 【請求項４】 遅延時間制御手段は遅延時間計測手段を
   繰返し手段による超音波伝達開始時および切換え手段動
   作後の超音波伝達終了時に動作し、前記遅延時間計測手
   段で求めた遅延時間の計測差が超音波伝達前後で予め定
   めた値より大きい場合に前記繰り返し手段の繰り返し回
   数を切換え手段の前後で変更する繰返し回数調整手段を
   有する流量計測装置
5. 【請求項５】 遅延時間制御手段は、遅延時間計測手段
   を切換え手段の動作前の繰返し手段による超音波伝達開
   始時および切換え手段動作後の繰返し手段による超音波
   伝達終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた遅
   延時間の計測差に応じて、繰返し回数調整手段は、前記
   繰り返し手段の繰り返し回数を切換え手段の前後で変更
   する請求項１記載の流量計測装置。
6. 【請求項６】 遅延時間制御手段は、遅延時間計測手段
   を切換え手段の動作前の繰返し手段による超音波伝達開
   始時および切換え手段動作後の繰返し手段による超音波
   伝達終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた遅
   延時間の計測差が予め定めた値以内になるよう繰返し回
   数調整手段は、前記繰り返し手段の繰り返し回数を切換
   え手段の前後で変更する請求項１記載の流量計測装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項記載の遅延
   時間制御手段としてコンピュータを機能させるためのプ
   ログラム。