JP2003315123A

JP2003315123A - 超音波流量計

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Publication number: JP2003315123A
Application number: JP2002126452A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Minami; 忠幸南; Yasuhiro Fujii; 泰宏藤井; Yukio Kimura; 幸雄木村; Noriyuki Nabeshima; 徳行鍋島
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Aichi Tokei Denki Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Aichi Tokei Denki Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP3906107B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ピーク値ホールド回路等の大きな電流を消費
する回路を使わないで、電池駆動を可能にする。送受波
器の性能の劣化を自動的に検知して警告する。【解決手段】正常時の受信波は振幅が大きく、その第
３波が基準電圧レベルＶ _THの第４のペアＶ_TH４とＶ_TH８
とを一気に越える。このときの第３波のゼロクロス点を
超音波の到達ポイントとして伝播時間を計測し、流速・
流量を演算する。超音波送受波器が劣化して、受信波の
振幅が低下して小さくなると、第３波は基準電圧レベル
Ｖ_THの第１のペアＶ_TH１とＶ_TH５とを最初に一気に越え
る。このとき、受信波低下のアラームを出す。Ｖ_TH１，
２，…１２は順に指数関数的に１．２６倍ずつの関係で
増大するように決めてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流体中の超音波の伝
播方向を、上流から下流（順方向）と下流から上流（逆
方向）の両方について測定して流速を算出し、さらに流
量を求める超音波流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】測定原理の一例として、図８に示すよう
に、流体中に距離Ｌを離して流管３の上流と下流に配置
した１組の超音波送受波器の一方の送受波器１から他方
の送受波器２への順方向伝播時間ｔ₁は、静止流体中の
超音波の音速をＣ、流体の流れの速さをＶとすると、ｔ₁＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）となる。

【０００３】また、送受波器２から送受波器１への逆方
向伝播時間ｔ₂は、ｔ₂＝Ｌ／（Ｃ−Ｖ）となる。

【０００４】伝播時間ｔ₁とｔ₂とから流速Ｖを、Ｖ＝（Ｌ／２）｛（１／ｔ₁）−（１／ｔ₂）｝として求め、更に流速Ｖに流路断面積を乗じて流量を演
算していた。

【０００５】上述の測定原理において、超音波が受信側
の送受波器に到達する時期、つまり到達ポイントを特定
する受信検知の方法として、特定波のゼロクロス点を検
知するようにしたものがある。

【０００６】図９は発信のタイミングを示す発信駆動信
号と受信波を示している。実際の受信波は非常に小さ
く、先ず増幅される。同図の受信波は増幅後の波形を示
している。

【０００７】ａが到達点で、徐々に振幅が大きくなる。
その後最大振幅となり徐々に小さくなる。

【０００８】ところが到達点ａはノイズに隠れて検知で
きない。そこで、次のような方法が行われている。

【０００９】ノイズより十分大きな基準電圧レベルとし
てのしきい値Ｖ_THを決め、このレベルに最初に達した
波、例えば同図の第３波がｂ点でしきい値に達した後ゼ
ロレベルを通るゼロクロスポイントｃを検知して受信検
知とする方法である。

【００１０】しきい値Ｖ_THは常に何番目かのある特定の
波（例えば第３波）を狙って捉え、その波のゼロクロス
ポイントを検知するように定めてあり、実際の到達時間
ｔは、ａ点からｃ点までの時間τを予め求めて記憶して
おき、測定した時間ｔ＋τに相当する値から時間τを減
算することにより求めている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】超音波流量計では、長
期間の使用で超音波送受波器自体の性能が劣化したり、
超音波送受波器に塵埃等の異物が付着したりして、送受
波器の出力（信号）が徐々に低下する。すると、図９で
説明した受信波が小さくなり、狙った波（例えば第３
波）を捉えられずに間違って別の波を捉えてしまい、波
の取り間違いをすることがある。その結果、正しい流速
・流量を得られないとか、極端な場合には測定そのもの
ができなくなるとかの問題点が生じる。

【００１２】そこで、超音波送受波器の出力低下を検知
して、前記問題点が生じるより前に、アラーム（警報）
を出すことで、前記問題点の発生を未然に防止すること
が望まれている。ところが、超音波送受波器の出力低下
を検知するためには、通常、受信波のピーク値をホール
ドし、ホールドしたピーク値をＡ／Ｄ変換する必要があ
るため、消費電流が大きくなり、電池電源で作動する超
音波流量計の実用化に支障となるという問題点があっ
た。

【００１３】本発明はこれらの問題点を解消できる超音
波流量計を提供することを目的とする。

【００１４】

【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、送信側にも受信側にもはたらく
少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの
中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行
い、その各向きの到達時間より流速さらに流量を求める
超音波流量計であって、受信側の超音波送受波器の信号
を入力とする受信波検知部は、一方が他方の一定倍の関
係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用
意されていて、ある基準レベルに対し最初にそのレベル
を越えた波がその基準レベルとペアになるもう一つの基
準レベルも一気に越える１つのペアが存在するときその
波のゼロクロスポイントを到達ポイントとするもので、
前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電
圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを
特徴とする超音波流量計である。

【００１５】請求項２の発明は、送信側にも受信側にも
はたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体
の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の
送受を行い、その各向きの到達時間より流速さらに流量
を求める超音波流量計であって、まず送信側の送受波器
を発信させ、受信側送受波器の信号を入力とする受信波
検知部が受信波を検知すると、それと同時に再び送信側
の送受波器を発信させるようにし、これを一定回数繰り
返すよう構成し、最初の送信から一定回数目の受信まで
の時間つまり到達時間の一定倍をまとめて測定し、その
結果から到達時間を求めるようにしたもので、前記受信
波検知部は、一方が他方の一定倍の関係を持つ基準電圧
レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されていて、あ
る基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその
基準レベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に
越える１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポ
イントを受信波検知部ポイントとするもので、前記１つ
のペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペア
であるときにアラームを出すようにしたことを特徴とす
る超音波流量計である。

【００１６】請求項３の発明は、送信側にも受信側にも
はたらく少なくとも１対の超音波送受波器を設け、流体
の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の
送受を行い、その各向きの到達時間より流速さらに流量
を求める超音波流量計であって、まず送信側の送受波器
を発信させ、受信側送受波器の信号を入力とする受信波
検知部が受信波を検知すると、それと同時に再び送信側
の送受波器を発信させるようにし、これを一定回数繰り
返すよう構成し、最初の送信から一定回数目の受信まで
の時間つまり到達時間の一定倍をまとめて測定し、その
結果から到達時間を求めるようにしたもので、前記受信
波検知部は、一方が他方の一定倍の電圧である関係を持
つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意され
ていて、第１回目の受信は、ある基準レベルに対し最初
にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペアになる
もう一つの基準レベルも一気に越える１つのペアが存在
するときその波のゼロクロスポイントを受信波検知ポイ
ントとし、第２回目以降の受信は、前回の送信から受信
検知までの時間から一定時間を減じた時間がその回の送
信から経過した時以降の最初のゼロクロスポイントを受
信検知ポイントを到達ポイントとするとともに、前記１
つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電圧のペ
アであるときにアラームを出すようにしたことを特徴と
する超音波流量計である。

【００１７】請求項４の発明は、請求項１，２又は３の
超音波流量計において、最も低い電圧のペアの代りに一
定以下の電圧のペアとしたことを特徴とするものであ
る。

【００１８】請求項５の発明は、請求項１乃至４のいず
れかの超音波流量計において、流速又は流量が一定以下
の時のみアラームを有効としたことを特徴とするもので
ある。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態をいくつかの実施例に従って説明するが、その前に、
図１４で説明した受信波の性質について解説的に述べ
る。

【００２０】受信波はその先頭から第１波、第２波、第
３波、第４波、第５波、第６波、第７波と次第にそのピ
ークが大きくなる。このピークの電圧の大きくなる度合
いは最初ほど大きくだんだん小さくなる傾向がある。つ
まり、ピークの大きさを比較すると、第１波側（即ち正
の側）なら、第３波／第１波が最大で第５波／第３波、
第７波／第３波と段々小さくなる。第２波側（負の側）
なら第４波／第２波が最大で第６波／第４波、第８波／
第６波と小さくなる。

【００２１】なお、第３波／第１波と表現した比率は厳
密には第３波のピーク値と第１波のピーク値との比率で
ある（第３波のピーク値／第１波のピーク値）を簡略化
して表現したもので、他の比率についても同様に簡略化
した表現で示している。

【００２２】上記各比率は流体の圧力等で全体の振幅が
変化してもほとんど変化しないことが実験等で確認され
ている。そして、特に第３波／第１波および第４波／第
２波は他の比率に比べ十分大きいため区別が容易であ
る。

【００２３】〔実施例１〕請求項２の発明に対応する実
施例１を図１〜図４に従って説明する。

【００２４】図１は全体のブロック図、図２は図１の受
信波検知部の主要部電気回路図、図３は受信波検知部に
用意した基準電圧レベルと受信波形を示す図、図４は受
信波検知部のタイミング図である。

【００２５】送受波器１と２はそれぞれ超音波振動子で
構成されていて、送信にも受信にも使用できる。

【００２６】両送受波器は流体中を上流から下流及び下
流から上流への超音波の送受を行う。受信波検知部４は
受信側の送受波器、例えば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。送受波器駆動部５はコ
ントロール部６より第１送信指令信号を受けると送信側
の送受波器をまず駆動し、その後は受信波検知部４より
受信波検知信号を受ける度に駆動する。ただし第１のカ
ウンタ７より第ｎ受信波検知信号を受けると、それ以後
は新たに第１送信指令信号を受けるまでは駆動を停止す
る。

【００２７】本実施例では無意味なｎ＋１回目の駆動を
行ってしまうようになっているが、受信側で無視するの
で問題はない。

【００２８】カウンタ７は受信検知部４からの受信波検
知信号をカウントしｎ番目の受信波検知信号を出力す
る。このカウンタ７はコントロール部６よりの第１送信
指令信号でリセットされるようになっている。

【００２９】第２のカウンタ８は第１送信指令信号から
第ｎ受信波検知信号までの時間を測定する。その時間
（カウント値）はコントロール部６が読み取る。この例
では第１送信指令信号でカウント値がゼロクリアされ、
カウントを開始するように構成されている。

【００３０】コントロール部６は一定間隔で送受切替信
号を反転させて２つの送受波器１，２の役割の切り替え
を行う。そして、各切り替え後、毎回切り替えによるノ
イズ等がおさまる時間をおいて、第１送信指令信号を出
力する。そして、第ｎ受信波検知信号を入力すると、カ
ウンタ８の測定値（カウント値）を読み取り、直前に行
った逆向きでの測定値とを用いて、その間の流速と流量
を演算する。

【００３１】図２は、受信波検知部４の、接続された送
受波器からの信号を増幅後の構成である。各比較部１１
〜１８にはペアとなる２つの基準電圧レベル、即ち図３
の基準電圧レベルＶ_TH１〜Ｖ_TH１２までの電圧よりペア
になる２電圧が選ばれて入力されている。

【００３２】Ｖ_TH１〜Ｖ_TH１２であらわす１３種類の異
なる電圧の基準電圧レベルは、受信波検知部４の図示さ
れてない基準電圧発生回路で用意され、図３に示すよう
に、Ｖ_TH１＝１００ｍＶ、Ｖ_TH２＝１２６ｍＶ、Ｖ_TH３
＝１５９ｍＶ、Ｖ_TH４＝２００ｍＶ、Ｖ_TH６＝３１６ｍ
Ｖ、Ｖ_TH７＝３９８ｍＶ、Ｖ_TH８＝５００ｍＶ、Ｖ_TH９
＝６２９ｍＶ、Ｖ_TH１０＝７９１ｍＶ、Ｖ_TH１１＝９９
４ｍＶ、Ｖ_TH１２＝１２５０ｍＶに設定されている。そ
して、これらの基準電圧レベルは、指数関数的に下から
順に１．２６倍に大きくなるようにＶ_TH１からＶ_TH１２
まで決めてある。

【００３３】こうすることで、Ｖ_TH１に対し４つ上のレ
ベルのＶ_TH５は２．５倍の大きさとなり、Ｖ_TH１とＶ_TH
５とで第１のペアを構成する。同様にＶ_TH２に対して４
つ上のレベルのＶ_TH６は２．５倍の大きさとなり、Ｖ_TH
２とＶ_TH６とで第２のペアを構成する。同様にＶ_TH３と
その２．５倍のＶ_TH７とが第３のペアを、Ｖ_TH４とその
２．５倍のＶ_TH８とが第４のペアを、Ｖ_TH５とＶ_TH９と
が第５のペアを、Ｖ_TH６とその２．５倍のＶ_TH１０とが
第６のペアを、Ｖ_TH７とその２．５倍のＶ_TH１１とが第
７のペアを、Ｖ_TH８とその２．５倍のＶ_TH１２とが第８
のペアを構成する。

【００３４】図３には、振幅大と小の２つの場合の（増
幅後の）受信波形を第１波から第５波まで重ねて図示し
ている。それぞれの場合で、第３波は第１波の３倍、第
５波は第３波の２倍の大きさである。振幅大は超音波送
受波器の出力が正常の場合、即ち通常時の受信波で、こ
の通常の状態で第１波のピーク値が基準電圧レベルＶ _TH
１より大きく、かつＶ_TH５より小さくなるように、受信
波検知部４の図示されてない増幅器のゲインが調整して
ある。従って、通常時の受信波の第１波が、第１のペア
を構成する２つの基準電圧レベルＶ_TH１とＶ_TH５とを同
時に一気越えすることはなく、第３波はＶ_TH４を始めて
越え、そしてそのまま一気にＶ_TH８まで越えている。即
ち、前記第４のペアを始めて越えている。従って、この
波のピーク値は前の波のピーク値の２．５倍以上あると
いうことがわかる。よって、その時点でこれが第３波で
あると検知でき、そのゼロクロス点を到達ポイントとす
ることができる。

【００３５】受信波検知部４の比較部１１〜１８は、図
２の四角で囲まれた構成で、２つのコンパレータ１１
ａ，１１ｂと、ＯＲゲート１１ｃと、カウンタ１１ｄと
アンドゲート１１ｅとで構成されている。なお、比較部
１２〜１８は内部の回路構成は図示しなくて省略してあ
るが、比較部１１の回路構成と同じである。

【００３６】通常時の振幅大の受信波の第３波を比較部
１１〜１８のどれかが捉えたときのタイミングを図４に
示す。比較部のどれかが正常な受信波の第３波を捉えて
ＯＲゲート１９の出力が"High"になると、ＲＳＦＦ２０
の出力Ｑは一旦"Low"になり、Ｓ入力であるゼロクロス
検知用比較器２１の出力が受信波のゼロクロス点を検知
して"High"となるとともに出力Ｑは再び"High"になる。
なお、図４でＶ_AとＶ_Bは１組のペアを構成する基準電圧
レベルで、例えば図３のＶ_TH４とＶ_TH８に対応する。

【００３７】ＲＳＦＦ２０の出力Ｑの立上りエッジを検
知した信号が受信波検知信号となり、図２に示すように
比較部１１〜１８のＲ入力に入力され、かつ図１に示す
ように送波器駆動部５と第１のカウンタ７に入力されて
いる。

【００３８】Ｖ_Bのみ越える波が先にあった場合、比較
部のカウンタ１１ｄの値が“２”となり、つまりＱ１が
“Ｌｏｗ”となり、次の波がＶ_Aを越えても出力信号は
でない（“Ｈｉｇｈ”とならない）。１つの波が最初に
Ｖ_Bを越えてそのままＶ_Aも一気に越えた時出力されるよ
うに構成されている。

【００３９】各比較部が異なる基準電圧レベルで動作す
るため、圧力変動等で受信波の振幅が多少変動しても８
個の比較部のうちどれかが第３波を捉えるようになって
いる。また、比較部のカウンタは前述のように受信波検
知信号でリセットされ次の受信に備えるようになってい
る。なお、このようにして狙った波を捉えてそのゼロク
ロス点を到達ポイントとする技術は、本願の発明者が先
に特願平９−１３８１３６号で提案しており、この提案
は特開平１０−３３２４５２号公報で公知である。

【００４０】この実施例１では、更に、最も低い電圧Ｖ
_TH１とＶ_TH５のペアである第１のペアが入力されている
比較部１１の（アンドゲート１１ｅの）出力はＲＳＦＦ
２０ＡのＳ入力に入力されていて、比較部１１の出力が
あったことを記憶するようになっている。受信側の超音
波送受波器の出力信号が何らかの原因で小さくなって、
受信波が図３の振幅小の波形のようになると、その第３
波がＶ_TH１とＶ_TH５とからなる第１のペアを一気に越え
る。従って、このときも第３波を捉えてそのゼロクロス
点を検知することはできる。そして、このとき、振幅小
の受信波の第３波が最も低い電圧のペアである第１のペ
アを一気越えするので、これによる比較部１１の出力が
あったことをＲＳＦＦ２０Ａが記憶し、ＲＳＦＦ２０Ａ
はセットされた状態になり、受信波低下のアラームを出
す。

【００４１】なお、ＲＳＦＦ２０ＡのＲ入力には、コン
トロール部６からの第１送信指令信号が入力され、この
第１送信指令信号でＲＳＦＦ２０Ａがリセットされるよ
うになっている。

【００４２】コントロール部６は第ｎ受信波検知信号が
入力されると、第２のカウンタ８のカウント値を読み取
った後、ＲＳＦＦ２０Ａの出力をチェックし、ＲＳＦＦ
２０ＡのＱ出力が一定回数連続して"High"となったとき
に受信波低下のアラームを出すようにすることもでき
る。

【００４３】〔実施例２〕請求項３の発明に対応する実
施例２を図５と図７に従って説明する。全体の構成は実
施例１の場合の図４と同じである。

【００４４】受信波検知部４の構成の主要部を図５に示
す。図２の場合と同様に接続された送受波器からの受信
波を増幅後の構成である。

【００４５】各比較部１１〜１８は図２の場合と同様で
ある。どれかの比較部が第３波を捉えるとＯＲゲート１
９の出力が“Ｈｉｇｈ”となる。

【００４６】コントロール部からの第１送信指令信号が
入力されると、ＲＳＦＦ２２はリセットされてそのＱ出
力は“Ｌｏｗ”となり、スイッチＳＷはＯＲゲート１９
の出力を選択する。

【００４７】前述のように、比較部１１〜１８のどれか
が第３波を捉えてＯＲゲート１９の出力が“Ｈｉｇｈ”
となると、この出力信号はスイッチＳＷを介してＲＳＦ
Ｆ２３のＲ入力に入力されてＲＳＦＦ２３の出力Ｑが
“Ｌｏｗ”となる。

【００４８】さらに受信波がゼロクロスしたところでゼ
ロクロス検知用比較器２１より出力される信号がＲＳＦ
Ｆ２３のＳ入力に入力され出力Ｑは“Ｈｉｇｈ”とな
り、立上りエッジ検知され受信波検知信号として出力さ
れる。この信号はＲＳＦＦ２２のＳ入力ともなっていて
ＲＳＦＦ２２の出力Ｑは“Ｈｉｇｈ”となって、スイッ
チＳＷは図示の状態から切り替わり、ＲＳＦＦ２３のＲ
入力へデジタル比較器２４のＡ＝Ｂ出力が入力されるよ
うになる。

【００４９】また前記受信波検知信号は記憶器２５のラ
ッチ入力となっていて、この瞬間のカウンタ２７のカウ
ント値ｔ１１（即ち、図６に示す１回目の到達時間）を
記憶する。さらに、受信検知信号はＯＲゲート２６を介
してカウンタ２７をリセットするよう構成されていて
（ラッチ後リセットする）、到達時間ｔ１１を記憶器２
５が記憶するとカウンタ２７をリセットして次の到達時
間ｔ１２の測定に移るようになっている。

【００５０】減算器２８は記憶器２５で記憶した値（カ
ウント値）がＣ入力として入力されていて、もう一方に
αが入力されている。そして、減算器２８からＣ−α、
即ち（ｔ１１−α）がデジタル比較部２４のＢ入力に出
力されている。αは超音波の１周期より短い一定時間
で、超音波の半周期程度の時間に定めると良い。

【００５１】またカウンタ２７の出力がＡ入力としてデ
ジタル比較部２４に入力されていて、そのＡＢの入力が
等しくなると、Ａ＝Ｂ出力が“Ｈｉｇｈ”となる。

【００５２】カウント２７のカウントが進み、ｔ１１−
αと等しくなると、Ａ＝Ｂ出力が“Ｈｉｇｈ”となりＲ
ＳＦＦ２３の出力Ｑは“Ｌｏｗ”となり次のゼロクロス
を待つ状態になる。そして実際にゼロクロスするとき、
ゼロクロス検知用比較器２１の出力によりＲＳＦＦ２３
の出力Ｑが“Ｈｉｇｈ”となり再び受信波検知信号が出
力される。

【００５３】ここで、図６に示す２回目の到達時間ｔ１
２が記憶器２５にラッチ・記憶される。以下は同様であ
る（図７参照）。

【００５４】この実施例ではαは超音波の約半周期分の
時間とした。

【００５５】発信器２９はこの半周期分を検知できる周
波数でよく、また精度もそれほど要求されない。また、
前記第２のカウンタ８用の基準クロックあるいはその分
周したものも使用可能である。

【００５６】また、ＲＳＦＦ２２の出力Ｑは比較部ＯＦ
Ｆ信号として使われていて、８つの比較部１１〜１８
は、ＲＳＦＦ２２の出力Ｑが“Ｈｉｇｈ”となりスイッ
チＳＷが図示の状態から切り替わり非選択状態になると
電源供給が止められ機能を停止して電力消費を押さえる
よう構成されている。

【００５７】この実施例２も実施例１と同様に、流速を
求めるための超音波の伝播時間の計測精度を向上するた
めに、受信と同時に次の送信を行うことを複数回（ｎ
回）繰り返すことにより、伝播時間ｔをｎ回連続させ、
最初（第１回目）の送信から最後（第ｎ回目）の受信ま
での時間ｎｔを測定するようにしている。

【００５８】前述のように、１回の送受の到達時間ｔは
きわめて短い時間である。したがって、連続した送受の
到達時間の差はほとんどないと考えられる。よって、第
１の送信からその受信までの時間がｔ１１であった場
合、第２の受信波が到達するのは第１の受信とともに行
われる第２の送信後、およそｔ１１たったところであ
る。したがって、その点に最も近いゼロクロスポイント
を受信検知点とする。

【００５９】第３の送受に関しても同様で、第２の送受
の到達時間ｔ１２を用いて第３の受信点を予想する。

【００６０】この実施例では、第２の受信以降はゼロレ
ベルとの比較のみで複数の基準レベルとの比較は行わな
い。よって、基準レベルとの比較部を機能させる必要が
ないためさらに低消費電力化が可能である。

【００６１】なお、この実施例２では、受信波の振幅が
小さくなったときに図５のＲＳＦＦ２０Ａからアラーム
を出力して警告するが、この点は前記実施例１と類似し
ている。

【００６２】〔実施例３〕前記実施例１と２では、図３
に示す振幅小の受信波が、最低の電圧Ｖ_TH１とＶ _TH５の
ペアを始めて一気に越えることを第１の比較部１１が検
出すると、超音波送受波器の出力信号が低下したとして
アラームを出すように構成したが、最低の電圧のペアで
ある前記第１のペアの代りに、第２のペアと第３のペア
を使って、送受波器の出力低下を判定してもよい。要す
るに、複数組の基準電圧レベルのペアのうち、一定以下
の電圧レベルのペアを用いて判定すれば良い。実施例１
と２のように第１のペアであるＶ_TH１とＶ_TH５の代り
に、第２のペアであるＶ_TH２とＶ_TH６を使って判定すれ
ば、安全を見て（余裕を見て）アラームを出すことにな
る。なお、本実施例は請求項４に対応するものである。

【００６３】〔実施例４〕この実施例は、請求項５に対
応し、コントロール部６で求めた流速又は流量が一定以
下の時のみ、ＲＳＦＦ２０Ａからのアラームを有効とす
るようにしたものである。流速・流量が大きくなると、
受信波の大きさが不安定で変動が大きくなるが、小さい
流速・流量、例えば流速・流量ゼロ付近では受信波の振
幅が安定しているため、より確実なアラーム出力が可能
となる。

【００６４】コントロール部６は、前記第ｎ受信波検知
信号を受けて第２のカウンタ８のカウント値を読み取っ
た後、図２又は図５のＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力をチェッ
クし、Ｑ出力が"High"ならアラーム有効とすることで実
現できる。なお、前記実施例１の場合のように、ＲＳＦ
Ｆ２０ＡのＱ出力が連続して一定回数"High"となったと
きにアラーム有効とするようにしてもよい。

【００６５】また、図２や図５で、ＲＳＦＦ２０ＡのＱ
出力は次の測定の第１送信指令信号でリセットされるま
では保持されるので、流速又は流量が一定以下であるこ
とを確認してからＲＳＦＦ２０ＡのＱ出力をチェックす
るようにしてもよい。

【００６６】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、超音波送受波器の出力が徐々に低下しても、具体的
に不具合が発生する前にアラームを出して警告すること
ができるため、狙った波の取り間違いをするおそれがな
くなり、流量計としての計測の信頼性が向上する。ま
た、ピーク値ホールド回路やＡ／Ｄ変換器が必要ないた
め、超音波流量計の低消費電流化ができ、電池駆動の流
量計の実現に役立つ。また、流速又は流量の測定毎に受
信波の大きさを監視して確実なアラーム検知を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の全体のブロック図。

【図２】図１のブロック図の受信波検知部の電気回路の
主要部。

【図３】図２の受信波検知部の基準電圧レベルとしての
しきい値Ｖ_THと受信波の波形との関係を示す線図。

【図４】図２の受信波検知部のタイミング図。

【図５】本発明の実施例２の受信波検知部の電気回路の
主要部。

【図６】本発明の実施例２の送信駆動信号と受信波のタ
イミング図。

【図７】図６のタイミング図の一部を拡大した詳細図。

【図８】超音波流量計の原理を説明する略図。

【図９】従来の超音波流量計の受信波検知部の動作を説
明する電気信号波形を示す線図。

【符号の説明】

１，２超音波送受波器３流管４受信波検知部５送波器駆動部６コントロール部７第１のカウンタ８第２のカウンタｃ受信波検知ポイントＶ_TH１〜Ｖ_TH１２基準電圧レベルｔ１１，ｔ１２，…ｔ１ｎ到達時間 α 超音波の半周期程度の一定時間ｎ送受信の連続繰り返しの一定回数

フロントページの続き (72)発明者南忠幸大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者藤井泰宏大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者木村幸雄名古屋市熱田区桜田町19番18号東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者鍋島徳行愛知県名古屋市熱田区千年一丁目２番70号愛知時計電機株式会社内Ｆターム(参考） 2F035 DA19 DA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信側にも受信側にもはたらく少なくと
も１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流
から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その
各向きの到達時間より流速さらに流量を求める超音波流
量計であって、受信側の超音波送受波器の信号を入力とする受信波検知
部は、一方が他方の一定倍の関係を持つ基準電圧レベル
のペアが異なる電圧で複数組用意されていて、ある基準
レベルに対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レ
ベルとペアになるもう一つの基準レベルも一気に越える
１つのペアが存在するときその波のゼロクロスポイント
を到達ポイントとするもので、前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電
圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを
特徴とする超音波流量計。
【請求項２】送信側にも受信側にもはたらく少なくと
も１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流
から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その
各向きの到達時間より流速さらに流量を求める超音波流
量計であって、まず送信側の送受波器を発信させ、受信側送受波器の信
号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると、そ
れと同時に再び送信側の送受波器を発信させるように
し、これを一定回数繰り返すよう構成し、最初の送信か
ら一定回数目の受信までの時間つまり到達時間の一定倍
をまとめて測定し、その結果から到達時間を求めるよう
にしたもので、前記受信波検知部は、一方が他方の一定倍の関係を持つ
基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組用意されて
いて、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた
波がその基準レベルとペアになるもう一つの基準レベル
も一気に越える１つのペアが存在するときその波のゼロ
クロスポイントを受信波検知部ポイントとするもので、前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電
圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを
特徴とする超音波流量計。
【請求項３】送信側にも受信側にもはたらく少なくと
も１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流
から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その
各向きの到達時間より流速さらに流量を求める超音波流
量計であって、まず送信側の送受波器を発信させ、受信側送受波器の信
号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると、そ
れと同時に再び送信側の送受波器を発信させるように
し、これを一定回数繰り返すよう構成し、最初の送信か
ら一定回数目の受信までの時間つまり到達時間の一定倍
をまとめて測定し、その結果から到達時間を求めるよう
にしたもので、前記受信波検知部は、一方が他方の一定倍の電圧である
関係を持つ基準電圧レベルのペアが異なる電圧で複数組
用意されていて、第１回目の受信は、ある基準レベルに
対し最初にそのレベルを越えた波がその基準レベルとペ
アになるもう一つの基準レベルも一気に越える１つのペ
アが存在するときその波のゼロクロスポイントを受信波
検知ポイントとし、第２回目以降の受信は、前回の送信から受信検知までの
時間から一定時間を減じた時間がその回の送信から経過
した時以降の最初のゼロクロスポイントを受信検知ポイ
ントを到達ポイントとするとともに、前記１つのペアが、前記複数組のペアの内、最も低い電
圧のペアであるときにアラームを出すようにしたことを
特徴とする超音波流量計。
【請求項４】最も低い電圧のペアの代りに一定以下の
電圧のペアとしたことを特徴とする請求項１，２又は３
に記載の超音波流量計。
【請求項５】流速又は流量が一定以下の時のみアラー
ムを有効としたことを特徴とする請求項１乃至４のいず
れかに記載の超音波流量計。