JP2003315124A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波流量計で、超音波の到達時間（伝播時
間）を計測する基準クロック発生器の振動子の経年変化
によるトラブルを未然に防止する。コスト低減。消費電
流の低減。 【解決手段】 流体中を順方向に複数回（ｎ回）超音波
を連続して繰り返し送受信して、総到達時間を基準クロ
ックにより計測する。同様に順方向での総到達時間を計
測する。両到達時間から流速・流量を求める。到達時間
計測時に基準クロックを発振させ、計測終了時は止め
る。基準クロックの周波数出力を、コントロール部の水
晶発振を用いた第２の基準クロックを基準として時間Ｔ
２の間計数する。計数したカウント値が所定範囲外にあ
ると偏差大と判定して表示部を点滅させて警告する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波流量計の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示すように、流体が流れる流管１
の上流部と下流部に距離Ｌだけ離れて設けた１組の送受
波器２，３の間で超音波の送受を行い、流れの順方向に
おける超音波の到達時間ｔ１と、流れの逆方向における
超音波の到達時間ｔ２とを計測し、順方向到達時間ｔ１
と逆方向到達時間ｔ２に基づいて流体の流速Ｖを求め、
更に流量を演算している。

【０００３】そして、到達時間ｔ１やｔ２を計測するに
は、一方の送受波器２から送信した超音波を他方の送受
波器３で受信すると同時に送受波器２から２回目の送信
をし、この２回目の超音波を送受波器３で受信すると同
時に送受波器２から３回目の送信をし、この３回目の超
音波を送受波器３で受信するという送受信を複数回（ｎ
回）連続して繰り返し、１回目の送信からｎ回目の受信
までの順方向の総到達時間ｎｔ１をまとめて計測し、同
様にして逆方向への超音波の送受信を複数回（ｎ回）連
続して繰り返して逆方向の総到達時間ｎｔ２をまとめて
計測し、総到達時間ｎｔ１とｎｔ２とから流速Ｖを演算
して求めることで、計測精度を上げるようにしている。

【０００４】また、総到達時間ｎｔ１やｎｔ２を計測す
るには、その間の基準クロックのクロック数を計数して
行っている。また、精度良く流速Ｖを求めるためには、
計測の分解能を上げる必要があり、基準クロックに高速
（高周波数）のものを用いるが、消費電流が増大するた
め、到達時間の計測に必要十分な時間のみ基準クロック
を間欠的に発振させて電源電池の消耗を防止するように
している（例えば、特開平９−１３３５６２号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術（例え
ば特開平９−１３３５６２号公報）のように基準クロッ
クの発振を超音波の到達時間を計測するのに十分な時間
のみに限定して、基準クロック発生器の消費電流を低減
するものでは、超音波の送受を開始する前に、基準クロ
ック発生器の動作が安定する余裕の時間をみて基準クロ
ック発生器の電源を入れる必要がある。

【０００６】ところが、周波数精度の良い水晶振動子を
基準クロック発生器に用いると、電源を入れてから水晶
発振が安定するまでに時間がかかるため、前記余裕の時
間が長く必要となり、基準クロック発生器の間欠作動が
低消費電流化に役立つことが少なくなってしまう。そこ
で、発振安定までの時間が短いセラミック振動子が使わ
れているが、セラミック振動子は周波数安定度が低く、
経年変化（エージング）で発振周波数が次第に変化し
て、到達時間の測定誤差となり、結果的に流量計測の誤
差となる。また基準クロックの周波数の変化が更に進行
して、基準クロックの偏差が更に大きくなると発振停止
を含む測定不能に陥る可能性も否定できなくなる。

【０００７】しかし、超音波流量計自体は単独では精度
低下を知るすべがないため、基準クロックの振動子の経
年変化に起因する発振周波数の偏差が、器差異常とか測
定不能などの不具合を生じさせるおそれがあるという問
題点があった。

【０００８】そこで本発明はかかる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。

【０００９】

【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有し、流体の流れの
中を上流から下流に超音波の送受を行い、各方向での超
音波の到達時間に基づいて流速さらに流量を求める超音
波流量計であって、到達時間を測定するための第１のク
ロックを有し、該第１のクロックは超音波の到達時間を
測定するのに十分な間のみ発振するようにし、前記第１
のクロックとは別に第２のクロックを有していて、到達
時間の測定と同時に第２のクロックを基準にして第１の
クロックの偏差を求めるようにするとともに、前記偏差
が一定以上のときにアラームを出力することを特徴とす
る超音波流量計である。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の超音波流量
計において、第２のクロックの一定クロック数の出力時
間内における第１のクロックの出力クロック数を計数し
て第１のクロックの偏差を求めるようにしたことを特徴
とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態を図１〜図３の実施例に従って説明する。

【００１２】２，３は一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。

【００１３】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、例えば３がその入力に
接続され、受信波を検知すると受信波検知信号（図２参
照）を出力する。図２では第１、第２、第３、第ｎの各
受信波検知信号に、１、２、３、ｎの各符号をつけてい
る。

【００１４】６は後述するタイマ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、例えば２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を受
けるごとに送信側の送受波器、例えば２を駆動する送波
器駆動部である。

【００１５】８は切替スイッチで、送信側の送受波器２
又は３を選択して送波器駆動部６に接続する。

【００１６】９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、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。

【００１７】１０は第２のカウンタで、前記第１送信指
令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間Ｔ（図２参
照）を後述する基準クロックを計数することで測定し、
そのカウント値を後述するコントロール部に伝える。Ｔ
は前記従来技術で説明した総到達時間ｎｔ１やｎｔ２に
相当する。

【００１８】１１はマイクロコンピュータなどからなる
コントロール部で、信号切替器５と切替スイッチ８を操
作する送受切替え信号を送出して交互に送受の切替えを
行いながら、一定のタイミングでスタート信号を出力し
てタイマ７を起動すると共に基準クロック発生器１２を
起動させ、第１のカウンタ９からの第ｎ受信波検知信号
を受けると、第２のカウンタ１０のカウント値を読取
り、流速・流量等の演算を行う。演算結果は液晶表示部
１５に表示する。

【００１９】前記タイマ７はコントロール部１１よりの
スタート信号を入力すると起動し、その時点から基準ク
ロック発生器１２の発振周波数が安定するのに必要で充
分な一定時間Ｄ（図２参照）後に第１送信指令信号を出
力する。基準クロック発生器１２は１ＭＨｚのセラミッ
ク振動子を用いている。

【００２０】基準クロック発生器１２はコントロール部
１１よりのスタート信号を入力すると発振を開始して基
準クロックを出力し、第１のカウンタ９からの第ｎ受信
波検知信号を入力するとその発振を停止するように構成
されている。基準クロックの発振開始（ＯＮ）と停止
（ＯＦＦ）は基準クロック発生器１２への電源の供給と
停止で行う。

【００２１】図２は、順方向又は逆方向の一方の場合だ
けのｎ回の超音波の伝搬時間ｎｔ＝Ｔを計測するときの
タイムチャートである。

【００２２】上述ように、基準クロック発生器１２はス
タート信号から第ｎ受信波検知信号の間だけ発振し、常
時連続して発振することはない。

【００２３】そして、基準クロック発生器１２が発振を
開始してから、発振周波数が安定するまでのウェイト時
間Ｄだけ遅れて第１回送信指令信号が出力され、ｎ回の
繰り返しの伝搬時間（到達時間）Ｔが第２のカウンタ１
０で計数され、このカウント値に基いて流速・流量等が
演算される。

【００２４】コントロール部１１は順方向と逆方向の各
ｎ回の伝搬時間Ｔの測定を続けて行う。

【００２５】水晶発振器からなる比較的精度の良い第２
の基準クロック発生器１３の出力と前記基準クロック発
生器１２の出力は第３のカウンタ１４に入力される。該
第３のカウンタ１４は第２の基準クロック発生器１３の
出力を基準にして、基準クロック発生器１２の周波数相
当量を出力する。第３のカウンタ１４の動作を更に詳し
く説明すると、第３のカウンタ１４へは、タイマ７から
の第１送信指令信号が入力されていて、その信号が入力
されると１回だけ第２の基準クロック発生器１３からの
クロックの一定カウント分の時間Ｔ２の間の、基準クロ
ック発生器１２のクロック出力を計数するように構成さ
れている（図３参照）。

【００２６】例えば時間Ｔ２が１ｍｓとなるように前記
一定カウント分を設定すると、基準クロック発生器１２
の基準クロックの周波数が１ＭＨｚであるから、第３の
カウンタ１４で計数したカウント値が１０００なら基準
クロック発生器１２の周波数偏差は零、カウント値が１
０１０なら周波数偏差は＋１％ということが判る。な
お、第３のカウンタ１４のカウント値はコントロール部
１１に取り込まれ、所定の範囲外に外れているかどうか
判定され、外れていれば第１のクロックである基準クロ
ック発生器１２の偏差が一定以上であるとして、液晶表
示部１５の表示を点滅させて警告（アラーム）する。

【００２７】電池１６は電源用の電池でコントロール部
等の電子回路へ電力を供給する。

【００２８】なお、上記実施例では、基準クロック発生
器１２の偏差の外れが１回でアラームを出力するように
したが、一定範囲外に外れることが２回以上一定回数連
続して発生したときに始めてアラームを出力するように
することもできる。また、図１の第２の基準クロック発
生器１３はコントロール部１１用に使用しているクロッ
クを用いることで、特別に設けなくてもよい。

【００２９】更にまた、アラームは上記実施例に限るこ
となく、他のアラームとすることもできる。

【００３０】

【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、超音波の到達時間の計測に用いる第
１の基準クロック発生器に、コストの低いセラミック振
動子を用いて流量計のコスト低減を図ることが可能とな
る。

【００３１】また、セラミック振動子はいわゆるＱが低
いため発振の立上がりが早く、起動後短時間で発振が安
定する。従って、安定するまでの時間Ｄを短くでき、結
果的に第１の基準クロック発生器の発振時間をトータル
として短くできるため、電池の消耗を軽減し、電池駆動
超音波流量計の実現に寄与する。電池容量の低減にもな
るため、この面からも流量計のコスト低減に役立つ。

【００３２】そして、第１の基準クロックの周波数偏差
が流量計の器差異常や測定不能の不具合となる前に、自
動的にアラームを出すことができ、アラームが出力され
ている流量計は良品に取り替えるなど、重大なトラブル
となる前に対処することが可能となる。従って、器差の
変化が検知できないまま流量計の誤差が大きくなって
も、見逃してしまうことがなくなる。

【００３３】また、測定不能になる程、偏差が大きくな
るまで、知らずに流量計を使い続けることを未然に防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のブロック図。

【図２】図１の実施例のタイムチャート。

【図３】図１の実施例のタイムチャート。

【図４】超音波流量計の原理を説明する略図。

【符号の説明】

１ 流管 ２，３ 超音波送受波器 ４ 受信波検知部 ６ 送波器駆動部 ７ タイマ ９ 第１のカウンタ １０ 第２のカウンタ １１ コントロール部 １２ 第１の基準クロック発生器 １３ 第２の基準クロック発生器 １４ 第３のカウンタ １５ 液晶表示部 １６ 電池

───────────────────────────────────────────────────── 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 廣山 徹 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 DA22 DA23

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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有し、流体の流れの中を上流
   から下流に超音波の送受を行い、各方向での超音波の到
   達時間に基づいて流速さらに流量を求める超音波流量計
   であって、 到達時間を測定するための第１のクロックを有し、該第
   １のクロックは超音波の到達時間を測定するのに十分な
   間のみ発振するようにし、 前記第１のクロックとは別に第２のクロックを有してい
   て、 到達時間の測定と同時に第２のクロックを基準にして第
   １のクロックの偏差を求めるようにするとともに、 前記偏差が一定以上のときにアラームを出力することを
   特徴とする超音波流量計。
2. 【請求項２】 第２のクロックの一定クロック数の出力
   時間内における第１のクロックの出力クロック数を計数
   して第１のクロックの偏差を求めるようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の超音波流量計。