JP2008180565A - 流体の流れ計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量変動の激しい条件下においても追従性の高い流量計測装置を提供する。
【解決手段】第１振動子２から送信され第２振動子３で受信され増幅回路７で増幅された超音波信号は、波形比較手段８、ゼロ点比較手段９で基準電圧と比較処理され、出力の反転タイミングを波形判定手段１１で検出し、計時手段１２で超音波信号の受信点として計時する。また、ゼロ点比較手段９の基準電圧は電圧設定手段１０によって設定変更できる。電圧設定手段１０の設定電圧変更に伴って生じる超音波信号の受信点の時間変化は計時手段１２の計時分解能より小さく定められているので、基準電圧を徐々に変化させながら計時手段１２の計測結果を時間演算手段１３で平均化処理することにより伝搬時間を求めることで、伝搬時間の分解能が高められ、連続の繰り返し計測を行うことなくなるため、計測間隔の自由度が高まり、流量変化に対する追従性の高い流量計測が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体中における超音波信号の伝搬時間を計測することにより流体の流速や流量を計測する流体の流れ計測装置に関するものである。

従来、この種の流量計においては、ふたつの振動子間の送受信を複数回繰り返すことにより、計測分解能を高めるシングアラウンド法という手法を用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、シングアラウンド法を用いた流量計測装置のブロック図である。図１０に示すように、流体管路３１の途中に、超音波を送信する第１振動子３２と、送信された超音波を受信する第２振動子３３が流れ方向に配置されていて、ふたつの振動子を用いて超音波の伝搬時間を計測する計測部３４と、計測部３４を制御する制御部３５、計測部３４の計測結果を基に流体流量を求める演算部３６とで構成されている。

図１０において、音速をＣ、流速をｖ、ふたつの振動子間の距離をＬ、超音波の伝搬方向と流れの方向とがなす角度をθとし、管路の上流側に配置された振動子３２から超音波を送信し、下流側に配置された振動子３３にで受信した場合の伝搬時間をｔ１、逆方向の伝搬時間をｔ２とした場合ｔ１およびｔ２は次式で求めることができる。

ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ） （式１）
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖｃｏｓθ） （式２）
（式１）および（式２）を変形し、（式３）で流速ｖが求まる。

ｖ＝Ｌ・（１／ｔ１−１／ｔ２）／２ｃｏｓθ （式３）
（式３）で求めた値に流体管路の断面積を掛ければ流体の流量を求めることができる。ところで、（式３）において、括弧内の項は（式４）のように変形できる。

（ｔ２−ｔ１）／ｔ１ｔ２ （式４）
ここで、（式４）の分母の項は流速の変化に関わらずほぼ一定の値となるが、分子の項は流速とほぼ比例した値となる。したがって、ふたつの伝搬時間の差を精度よく計測する必要がある。そのため、流速が遅くなるほど、微小な時間差を求める必要があり、単発現象として計測するには計測部３４は例えば、ｎｓオーダーの非常に小さな時間分解能を有する必要がある。これだけの時間分解能を実現するのは難しく、仮に実現できたとしても時間分解能を上げることによる消費電力の増大を招くこととなる。そのため、超音波の送信を何回も繰り返し計測してその平均値を求めることにより必要な時間分解能を実現している。すなわち、計測部３４の時間分解能をＴＡ、繰り返し回数をＭとすれば、この繰り返し計測の間、計測部３４を連続して動作させることにより、伝搬時間の計測分解能はＴＡ／Ｍとすることができる。
特開２０００−３１０５５０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、繰り返しの連続動作を前提としているので、一連の計測動作に必要な時間が長くなるため電流消費量が増えてしまう。そのため、家庭用のガスメータのように電池駆動で年単位の動作保証を求められるシステムにおいては、電流消費をできるだけ抑えるために、１度繰り返し計測を終えた後は、ある程度の休止期間を
置く必要があった。そのため、流体の局所的な情報しか得ることができないため、比較的短い周期で繰り返される変動性の流れに対しては、追従性が悪いという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、計測間隔を自由に設定し、流量変化に対して追従性の高い流体の流れ計測装置を提供することを目的とする。

流体管路に設けられ超音波信号を送信する第１振動子と、第１振動子から送信された超音波信号を受信する第２振動子と、第２振動子で受信された超音波信号を基準電圧と比較する比較手段と、比較手段の比較結果の反転を以って超音波信号の受信点を検知する受信判定手段と、超音波信号の送信開始から超音波信号の受信点までの時間を計時する計時手段と、基準電圧を設定可能な電圧設定手段と、電圧設定手段の設定電圧に応じて変化する計時手段の計時結果の平均値から伝搬時間を求める時間演算手段と、時間演算手段で伝搬時間を求める毎に第１振動子および第２振動子の送受信の役割を切り替える切替手段と、時間演算手段で求めた双方向の伝搬時間を用いて流量を算出する流量演算手段とを備え、受信判定手段で検知される受信点を変更することで計測周期を可変する流体の流れ計測装置であって、電圧設定手段で設定される基準電圧を変更して受信点を変更すると共に、基準電圧を１段階変更したときに生じる超音波信号の受信点の時間変化を、計時手段の時間分解能より小さく定めて、伝搬時間の計時分解能を密にしたものである。

上記発明によれば、基準電圧のわずかな違いに相当する微小な時間変化の検出が可能になり、連続の繰り返し計測を行うことなく高い分解能を実現できるため、計測間隔の自由度が高まり、流量変化に対しての追従性を高めることができる。

本発明の流体の流れ計測装置は、連続の繰り返し計測を行うことなく高い分解能を実現でき、流量変化に対しての追従性を高めることができる。

第１の発明は、流体管路に設けられ超音波信号を送信する第１振動子と、第１振動子から送信された超音波信号を受信する第２振動子と、第２振動子で受信された超音波信号を基準電圧と比較する比較手段と、比較手段の比較結果の反転を以って超音波信号の受信点を検知する受信判定手段と、超音波信号の送信開始から超音波信号の受信点までの時間を計時する計時手段と、基準電圧を設定可能な電圧設定手段と、電圧設定手段の設定電圧に応じて変化する前記計時手段の計時結果の平均値から伝搬時間を求める時間演算手段と、時間演算手段で伝搬時間を求める毎に前記第１振動子および第２振動子の送受信の役割を切り替える切替手段と、時間演算手段で求めた双方向の伝搬時間を用いて流量を算出する流量演算手段とを備え、前記受信判定手段で検知される受信点を変更することで計測周期を可変する流体の流れ計測装置であって、前記電圧設定手段で設定される基準電圧を変更して受信点を変更すると共に、前記基準電圧を１段階変更したときに生じる超音波信号の受信点の時間変化を、前記計時手段の時間分解能より小さく定めて、伝搬時間の計時分解能を密にしたことを特徴とするものである。

そして、設定電圧のわずかな違いに相当する微小な時間変化の検出が可能になるので、連続の繰り返し計測を行うことなく高い分解能を実現できるため、計測間隔の自由度が高まり、流量変化に対しての追従性を高めることができる。

第２の発明は、特に第１の発明の電圧設定手段で設定される基準電圧を１段階変更したときに生じる超音波信号の受信点の時間変化を計時手段の時間分解能の１／Ｍ近傍に定め、時間演算手段は、基準電圧をＭ段階変化させた時に得られる計時手段の計測値の平均値
を以って伝搬時間を求めるようにしたことを特徴とするものである。

そして、計時手段の時間分解能を１／Ｍまで細かくしたのと同等の時間分解能を、消費電力を高めることなく実現することができる。

第３の発明は、特に第１の発明の電圧設定手段で設定される基準電圧のいずれかを基準点と定め、基準点と他の基準電圧の差に相当する超音波信号の受信点の時間差を補正して伝搬時間を求めるようにしたことを特徴とするものである。

そして、伝搬時間の精度が高められる。

第４の発明は、特に第１の発明における、計時手段の分解能を一定として、計測流量が大きくなるにしたがって基準電圧１段階当たりの電圧変化を大きく定めているので、瞬時流量変化に対する応答性を高めることができる。

第５の発明は、特に第４の発明において、計測流量が所定値以上であれば、電圧設定手段の基準電圧を固定としているので、大流量計測時には、瞬時流量変化に対する応答性を更に高めることができる。

第６の発明は、特に第１の発明において、電圧設定手段の基準電圧１段当たりの電圧変化を固定として、計測流量が大きくなるに従って計時手段の設定分解能が大きくなるように定めているので、流量の過渡変化時における精度に悪影響を及ぼすことなく、装置全体の電流を削減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における流量計側装置のブロック図である。

図１において、流体管路１の途中に超音波を送信する第１振動子２が流れの上流側に配置され、第１振動子２から送信された超音波を受信する第２振動子３が流れの下流側に配置されている。第１振動子２と第２振動子３は送受信の役割を反転する切換手段４を介して後段の処理ブロックに繋がれている。つまり、この切換手段４の作用により第１振動子２を送信側、第２振動子３を受信側にしたり、第２振動子３を送信側、第１振動子を受信側にしたり、することが可能である。

トリガ手段５は計測開始を指示するトリガ信号を出力し、この信号と同期して送信手段である送信回路６から超音波駆動信号が出力される。送信回路６の出力信号は切換手段４を介して第１振動子２へ出力され、第１振動子２から超音波信号が出力される。第１振動子２から送信され第２振動子３で受信された超音波信号は、切換手段４を介して増幅手段である増幅回路７で増幅された後、波形比較手段８とゼロ点比較手段９に出力される。波形比較手段８、ゼロ点比較手段９はそれぞれ、増幅回路７の出力と基準電圧との大小比較の結果を出力する。

また、電圧設定手段１０はゼロ点比較手段９の基準電圧を設定することが可能である。波形比較手段８、ゼロ点比較手段９、電圧設定手段１０の動作については後述する。受信判定手段１１は、ゼロ点比較手段９の出力の反転を以って超音波信号の受信点を検知し、計時手段１２はトリガ手段５が計時開始信号を出力してから受信判定手段１１が超音波信号の受信点を検知するまでの時間を計測し、計測が完了すると計時手段１２は動作を停止
する。

トリガ手段５のトリガ信号出力から、計時手段１２の計時終了までの一連の動作が完了すると、任意の時間間隔を置いて、再び、同様の動作を繰り返す。

計時手段１２の計時結果は時間演算手段１３に出力される。時間演算手段１３では、所定の回数の計測が終わると、計時手段１２の出力を平均化して流れの上流側から下流側に向けての伝搬時間ｔ１を求める。

時間演算手段１３において伝搬時間ｔ１が求められた後、切換手段４が、ふたつの振動子の役割を切替えるため、第１振動子２を増幅回路７に接続し、第２振動子３を送信回路６に接続する。切換手段４によりふたつの振動子の役割を切替えた後、トリガ手段５から計測開始を指示するトリガ信号が出力され、今度は第２振動子３から超音波信号が出力され第１振動子２で受信される。

第１振動子２で受信された超音波信号は増幅回路７で増幅される。増幅回路７で増幅された超音波信号は以降、先に説明した第１振動子２を送信側とした場合と同様に処理される。以降、伝搬時間ｔ１を算出するために行った計測回数と同じ数だけ計時手段１２で計時処理を実行し、計時結果は時間演算手段１３に出力される。時間演算手段１３では、所定の回数の計測が終わると、計時手段１２の出力を平均化して流れの下流側から上流側に向けての伝搬時間ｔ２を求める。

以上のようにして求めた双方向の伝搬時間ｔ１およびｔ２を用いて背景技術で説明した（式３）を用いて流量を求める。

図２は、波形比較手段８とゼロ点比較手段９の具体的構成の一例を示す図、図３は、増幅回路７の出力波形と波形比較手段８及びゼロ点比較手段９の出力波形を示すタイムチャートである。

図２および図３を用いて増幅回路７の出力波形が受信判定手段１１で処理されるまでの動作、作用について説明する。

図２において、波形比較手段８は、コンパレータ２１、抵抗２２、抵抗２３とで構成される電子回路であり、ゼロ点比較手段９は、コンパレータ２４、抵抗２５、可変抵抗２６、抵抗２７により構成される電子回路である。増幅回路７の増幅手段７の出力は直流バイアス電圧に超音波受信信号の交流信号が重畳されたものであり、波形比較手段８とゼロ点比較手段９は、増幅回路７の出力と電圧設定手段１０で設定される基準電圧との比較処理を行っている。

波形比較手段８の役割は、増幅回路７の出力が期待される電圧に到達したことを検出することにある。コンパレータ２１の非反転入力端子２１ａには、抵抗２２と抵抗２３の交点の電圧が入力されている。抵抗２２と抵抗２３は電源とＧＮＤの間を直列に繋がれているので、抵抗２２と抵抗２３の分圧比で定まる電圧が波形検出の基準電圧Ｖｒｅｆ１として非反転入力端子２１ａに加えられることになる。コンパレータ２１の反転入力端子２１ｂには増幅回路７の出力信号が加えられている。コンパレータ２１はふたつの入力端子に印加される電圧レベルを比較し、２値信号に変換して出力する。すなわち、基準電圧が大きければ“Ｈ”、増幅回路７の出力信号が大きければ“Ｌ”を出力する。

ゼロ点比較手段９の役割は、増幅回路７の出力である交流信号がそのゼロ点（バイアス電圧）に到達した瞬間を検知することにある。コンパレータ２４の非反転入力端子２４ａ
には、可変抵抗２６と抵抗２７の交点の電圧が入力されている。抵抗２５、可変抵抗２６、抵抗２７は電源とＧＮＤの間を直列に繋がれていて、各抵抗値の分圧比で定まる電圧がゼロ点検出の基準電圧Ｖｒｅｆ２として非反転入力端子２４ａに加えられることになる。可変抵抗２６の抵抗値は、電圧設定手段１０に指示により随時変更可能である。一方、コンパレータ２４の反転入力端子２４ｂには増幅回路７の出力信号が加えられている。コンパレータ２４はふたつの入力端子に印加される電圧レベルを比較し、２値信号に変換して出力する。すなわち、基準電圧が大きければ“Ｈ”、増幅回路７の出力信号が大きければ“Ｌ”を出力する。すなわち、コンパレータ２４の出力が反転した時が、超音波信号がゼロ点に到達した瞬間ということになる。コンパレータ２１およびコンパレータ２４から出力された２値信号は、受信判定手段１１に入力され、受信点の検知に利用される。

図３において、波形Ａは増幅回路７の出力、波形Ｂは波形比較手段８の出力、波形Ｃはゼロ点比較手段９の出力を示している。波形Ａが波形比較基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えた時点で、波形Ｂの出力は“Ｈ”から“Ｌ”に変化し、以後、ふたつの信号の大小に応じて波形Ｂの出力は反転を繰り返す。また、波形Ａがゼロ点基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えた時点で、波形Ｃの出力は“Ｈ”から“Ｌ”に変化し、以後、ふたつの信号の大小に応じて波形Ｃの出力は反転を繰り返す。

受信判定手段１１は波形Ａとノイズを混同しないように、波形がある一定レベル、すなわちＶｒｅｆ１を超えるまでは、波形Ｃの出力を無視している。そして、波形Ｂの出力が初めて反転する時間Ｔａ以降に発生した最初の波形Ｃの反転タイミング、すなわち時間Ｔｂを持って、超音波信号が受信回路側に到達したものと判断する。そして、受信判定手段１１で検知した時間Ｔｂが計時手段１２によって計測されることになる。

続いて、図４および図５を用いて基準電圧設定手段１０の動作、作用について説明する。受信判定手段１１が検知した受信点は、計時手段１２で計測されることになるが、その値は計時手段１２の計時分解能で丸められる。そこで、計時分解能より小さな時間差の検出を、ゼロ点比較手段９の基準電圧Ｖｒｅｆ２を電圧設定手段１０で変更することで実現する。

受信波形は正弦波で近似できるので、ゼロ点近傍の増幅回路７の出力波形を正弦波で近似するものとすると、時間ｔと電圧Ｖの関係は（式５）のように表わせる。

Ｖ＝−Ａｓｉｎ（２πｔ／τ） （式５）
ただし、Ａは波形Ａの振幅、τは周期とする。ゼロ点近傍、すなわちｔ≪τなる条件においては２πｔ／τ≒０が成り立つので、（式５）は更に（式６）のように近似できる。

Ｖ＝−２πＡｔ／τ （式６）
したがって、ゼロ点近傍では電圧Ｖと時間ｔは一次式で関係づけることができる。

図４は増幅回路７の出力波形のゼロ近傍の電圧を拡大して示したものである。図４において、ゼロ点基準電圧Ｖｒｅｆ２＝Ｖ０の時、受信判定手段１１の受信検知点の時間をｔ０と仮定する。ここで、Ｖｒｅｆ２を微小電圧ΔＶずつ、つまり、Ｖ０＋ΔＶ、Ｖ０＋２ΔＶ、Ｖ０＋３ΔＶの如く、徐々に変化させたとする。この場合、受信判定手段１１による受信点の検知時間は−Δｔずつ、つまり、ｔ０−Δｔ、ｔ０−２Δｔ、ｔ０−３Δｔの如く等間隔で変化する。（式６）から考えて、ΔＶとΔｔの関係は、（式７）で表せる。

ΔＶ＝−２πＡ・Δｔ／τ （式７）
この関係を利用して、ΔＶ、すなわちΔｔを適宜、調整し、計時手段１２の時間分解能より小さな値に定めることで、この時間分解能より小さな時間差の検出を行なう。

図５は、わずかに伝搬時間の異なるふたつの電圧波形を計時手段１２を用いて計時した時の動作を説明する特性図である。図５も図４と同様増幅回路７の出力波形のゼロ近傍の電圧を拡大して示したものである。計時手段１２はクロック同期でカウントアップするタイマカウンタで構成されていて、受信判定手段１１が超音波の到達を検出した時点のカウンタ値を読み取って計時結果として利用する。

ここで、Δｔの値が計時手段１２の同期クロックの周期Ｔの４分の１の値になるように予め調整されているものとする。このような条件下において、ゼロ点基準電圧Ｖｒｅｆ２を本来の基準電圧Ｖ０を起点として、ΔＶずつ異なるＶ１、Ｖ２、Ｖ３の如く、徐々に変化させながら、波形Ａを改計時手段１２で計測した値はｎ＋１、ｎ＋１、ｎ＋１、ｎと変化する。

次に、波形ＡとはＴ／４だけ伝搬時間の異なる波形Ｂも同様に処理した場合、計時手段１２の計時結果は、それぞれ、ｎ＋１、ｎ＋１、ｎ＋１、ｎ＋１と変化する。

計時手段１２の計時結果は伝搬時間１３に出力され平均化処理を行なって、波形の伝搬時間が求められる。タイマカウンタの同期クロックの周期をＴとした場合、波形Ａの伝搬時間Ｔｘ、波形Ｂの伝搬時間Ｔｙはそれぞれ、次のように求められる。

Ｔｘ＝（ｎ＋０．７５）・Ｔ （式８）
Ｔｙ＝（ｎ＋１）・Ｔ （式９）
したがって、波形Ａ、ＢはＴ／４だけ伝搬時間の異なる波形であることが検出できる。

一方、Ｖｒｅｆ２が固定電圧であった場合、計時手段１２の計時結果はクロック周期Ｔで丸められてしまうので、Ｔ／４の差異を認識することはできない。例えば、図５の場合であれば、両者とも（ｎ＋１）・Ｔと処理されるので同じ波形としか認識ができなくなる。

以上の方法によれば、従来のシングアラウンド法のように送受信を連続して繰り返す必要は全くなく、一旦受信処理が完了した後、次の送信を行なうまでの時間間隔は如何様にでも設定できる。しかも、ΔＶすなわちΔｔを適宜調整し、平均化処理を行なうことで細かな分解能をも実現可能である。特に図５ではΔｔをＴの１／４に等しくなるように設定しているため、計時手段１２の計時分解能をＴ／４に定めた時と同等の分解能を得ることができる。Δｔの値はＴ／４に限らず、Ｔ／Ｍ（Ｍは整数）の近傍の数値に定めることで、計時手段１２の同期クロックの周期を１／Ｍに定めたのと同等の計時分解能が得られるようになる。

先の説明において伝搬時間演算手段１３では、計時手段１２で読み取った値をそのまま平均化しているが、電圧設定手段１０の設定電圧による差分を考慮して補正する形をとっても良い。例えば、図５においてＶｒｅｆ２がＶ０の場合を基準とおけば、Ｖｒｅｆ２をＶ１、Ｖ２、Ｖ３と変化させるに従って、伝搬時間は基準点よりＴ／４（タイマカウンタの１／４カウント分）ずつ早く検出されることになる。よって、この分を計時手段１２で読み取った値に加算して考えれば良い。この考え方に基づけば、波形Ａでは、補正後の値はｎ＋１、ｎ＋１．２５、ｎ＋１．５、ｎ＋０．７５となり、波形Ｂではｎ＋１、ｎ＋１．２５、ｎ＋１．５、ｎ＋１．７５と変化する。この場合、波形Ａの伝搬時間Ｔｘ、波形Ｂの伝搬時間Ｔｙはそれぞれ、
Ｔｘ＝（ｎ＋１．１２５）・Ｔ （式１０）
Ｔｙ＝（ｎ＋１．３７５）・Ｔ （式１１）
と求められる。
図５で示すように、Ｔｘおよび、Ｔｙの真値は、それぞれ
Ｔｘ＝（ｎ＋１．６２５）・Ｔ （式１２）
Ｔｙ＝（ｎ＋１．８７５）・Ｔ （式１３）
であるので、（式８）、（式１０）、（式１２）の３者、（式９）、（式１１）と（式１３）の３者を比べれば明らかなように、補正を加えることにより、より真値に近い値を得ることが可能である。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における流体の流れ計側装置のブロック図である。図６が実施の形態１における図１と異なるのは、流量演算手段１４で求めた流量が大きくなるにしたがって、電圧設定手段１０の設定電圧１段階当たりの電圧変化を大きくなるように定めている点である。

計測流量が大きい場合、（式４）からも明らかなように伝搬時間の絶対値の誤差が流量の相対精度に与える影響は小さくなる。したがって、流量が大きくなるほど、計時分解能は粗くても問題がない。そこで、図７で示すように、計測流量に閾値Ｑｔｈ１、Ｑｔｈ２を設けて、前回の計測結果応じて、Δｔの値を変化させている。すなわち、流量がＱｔｈ１以上であれば、Δｔ＝Ｔ／２、Ｑｔｈ２以上であれば設定電圧そのものを一点に固定して、平均化処理自体を行なわず、１回の計測結果で伝搬時間と流量値を求めている。

流量が大きくなるにしたがって、平均化処理回数が小さくなるので、計測の応答性が高まる。したがって、流量が大きくなるにしたがってきめ細やかな計測が可能となり、流量値の積算処理や保安処理などの機能と組み合わせた場合の性能向上が期待できる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における流体の流れ計測装置のブロック図である。図８が実施の形態１における図１と異なるのは、計測流量が大きくなるにしたがって、計時手段１２の分解能を粗くしている点である。

実施の形態２でも説明したように、計測流量の流量が大きくなるほど、計時分解能は粗くても問題がないため、図９で示すように流量が増すにしたがって、計時手段１２の分解能を粗く設定している。すなわち、流量がＱｔｈ１以上であれば、計時手段の計時分解能を２Ｔ、流量がＱｔｈ２以上であれば計時分解能を４Ｔに定めている。これは計時手段１２の計時クロックをＴとし、流量が大きくなるにしたがって、分周回路を使って、周期を倍に変更していくことで容易に実現可能である。

したがって、計測流量が大きいときには、省電力化が図れる。一方、電圧設定手段１０による電圧設定の１段階当たりの電圧変化ΔＶは固定にしているので、ΔＶにより生じる受信点の時間変化Δｔも固定されている。そのため、流量が急激に下降した場合であったとしても、Δｔによって、おおよその分解能は担保されているので、流量変化を検知して即座に適切な分解能に変更することが可能である。

本発明の流量計測装置は、計測間隔を自由に設定することができるので、例えば脈動流が常時発生するような条件下においても適用可能である。

本発明の実施の形態１における流体の流れ計測装置のブロック図 同装置の比較手段、電圧設定手段の構成図 同装置の受信検知手段の動作を説明するタイムチャート 同装置の電圧設定手段の作用を説明する特性図 同装置の電圧設定手段の作用を説明する別の特性図 本発明の実施の形態２における流体の流れ計測装置のブロック図 同装置の電圧設定手段の動作を説明する特性図 本発明の実施の形態３における流体の流れ計測装置のブロック図 同装置の計時手段の動作を説明する特性図 従来の流体の流れ計測装置のブロック図

符号の説明

１ 流体管路
２ 第１振動子
３ 第２振動子
４ 切替手段
６ 送信回路
７ 増幅回路
８ 波形比較手段
９ ゼロ点比較手段
１０ 電圧設定手段
１１ 受信判定手段
１２ 計時手段
１３ 時間演算手段
１４ 流量演算手段

Claims (6)

1. 流体管路に設けられ超音波信号を送信する第１振動子と、前記第１振動子から送信された超音波信号を受信する第２振動子と、前記第２振動子で受信された超音波信号を基準電圧と比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果の反転を以って超音波信号の受信点を検知する受信判定手段と、超音波信号の送信開始から超音波信号の受信点までの時間を計時する計時手段と、前記基準電圧を設定可能な電圧設定手段と、前記電圧設定手段の設定電圧に応じて変化する前記計時手段の計時結果の平均値から伝搬時間を求める時間演算手段と、前記時間演算手段で伝搬時間を求める毎に前記第１振動子および第２振動子の送受信の役割を切り替える切替手段と、前記時間演算手段で求めた双方向の伝搬時間を用いて流量を算出する流量演算手段とを備え、
   前記受信判定手段で検知される受信点を変更することで計測周期を可変する流体の流れ計測装置であって、
   前記電圧設定手段で設定される基準電圧を変更して受信点を変更すると共に、前記基準電圧を１段階変更したときに生じる超音波信号の受信点の時間変化を、前記計時手段の時間分解能より小さく定めて、伝搬時間の計時分解能を密にした流体の流れ計測装置。
2. 電圧設定手段で設定される基準電圧を１段階変更したときに生じる超音波信号の受信点の時間変化を、計時手段の時間分解能の１／Ｍ近傍に定め、時間演算手段は、基準電圧をＭ段階変化させたときに得られる計時手段の計測値の平均値を以って伝搬時間を求める請求項１記載の流体の流れ計測装置。
3. 電圧設定手段で設定される基準電圧のいずれかを基準点として定め、基準点と他の基準電圧の差に相当する超音波信号の受信点の時間差を補正して伝搬時間を求める請求項１記載の流体の流れ計測装置。
4. 計時手段の分解能を一定として、計測流量が大きくなるにしたがって基準電圧１段階当たりの電圧変化を大きく定めた請求項１記載の流体の流れ計測装置。
5. 計測流量が所定値以上であれば、電圧設定手段の基準電圧を固定とした請求項４記載の流体の流れ計測装置。
6. 電圧設定手段の基準電圧１段当たりの電圧変化を固定として、計測流量が大きくなるに従って計時手段の設定分解能が大きくなるように定めた請求項１記載の流体の流れ計測装置。

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