JP2019158680A - クランプオン式超音波流量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度で流量を測定することが可能でかつ配管への取り付け時における取り扱い性および部品交換の利便性が向上されたクランプオン式超音波流量センサを提供する。【解決手段】ヘッド部１０と中継部２０との間に第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２が接続されるとともに中継部２０と本体部３０との間に中継ケーブルＣＡ３が接続されている。ヘッド部１０のケーシング１１ｃ，１２ｃ内には超音波素子が収容される。超音波素子を駆動するための駆動回路と、超音波素子から出力される超音波信号に信号処理を行う信号処理部とが、中継部２０のケーシング２０ｃ内に収容される。中継ケーブルＣＡ３と本体部３０とは、コネクタＣＮ１，ＣＮ２により着脱可能となっている。中継部２０には、ヘッド部１０の超音波素子、中継部２０の駆動回路および中継部２０の信号処理部に関する校正情報を記憶する校正記憶部が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、配管内を流れる流体の量を測定するクランプオン式超音波流量センサに関する。

配管内を流れる流体の流量を測定するために流量センサが用いられている。流量センサの一例として、特許文献１には、配管に取り付け可能に構成された超音波流量スイッチが記載されている。具体的には、この超音波流量スイッチにおいては、上クランプ部材および下クランプ部材が配管を挟み込むように配置され、ねじを用いて結合される。また、２つの超音波素子を収容する筐体部が上クランプ部材に着脱可能に固定される。この状態で、一方の超音波素子から配管内の流体を通して他方の超音波素子に超音波が送信され、他方の超音波素子から配管内の流体を通して一方の超音波素子に超音波が送信される。

一方の超音波素子により超音波が送信される時点から他方の超音波素子により当該超音波が受信される時点までの時間と、他方の超音波素子により超音波が送信される時点から一方の超音波素子により当該超音波が受信される時点までの時間との時間差が算出される。算出された時間差と予め定められた数式とに基づいて、配管内を流れる流体の流量が算出される。

特開２０１６−２１７７３３号公報

上記の超音波流量スイッチにおいては、筐体部にさらに電子回路部が収容されている。電子回路部は、制御基板、表示基板、操作部、および表示ランプ等を含む。これらの構成が熱源として機能すると、その熱源から発生する熱に起因して流体の流量の測定精度が低下する可能性がある。

また、上記の筐体部は、多数の部品を収容しているので比較的大型化しやすい。そのため、配管に筐体部を取り付ける際には、筐体部の設置スペースとともに、その取付作業に必要な作業スペースを確保する必要がある。しかしながら、作業スペースが制限されていると、筐体部の取り扱いが困難となる。

さらに、上記の超音波流量スイッチにおいては、１つの筐体部に２つの超音波素子とともに複数の基板を含む電子回路部が一体的に収容されるので、一部の部品を部分的に交換することが難しい。一部の部品を部分的に交換することが容易であれば、超音波流量スイッチの利便性が向上する。

本発明の目的は、高い精度で流量を測定することが可能でかつ配管への取り付け時における取り扱い性および部品交換の利便性が向上されたクランプオン式超音波流量センサを提供することである。

（１）本発明に係るクランプオン式超音波流量センサは、配管内を流れる流体の流量を測定するクランプオン式超音波流量センサであって、第１および第２の駆動信号を生成する駆動回路と、第１の駆動信号に応答して超音波を送信可能であるとともに超音波を受信可能である第１の超音波素子と、第２の駆動信号に応答して超音波を送信可能であるとともに超音波を受信可能である第２の超音波素子と、第１および第２の超音波素子から出力された超音波信号に予め定められた信号処理を行う信号処理部と、信号処理部による信号処理後の超音波信号に基づいて、配管内の流体の流量に関する情報を測定情報として生成する情報生成部と、測定情報と配管内の流体の流量との間の予め定められた関係を校正するための校正情報を記憶する校正記憶部と、情報生成部により生成された測定情報と校正記憶部に記憶された校正情報とに基づいて流量値を算出する流量算出部と、クランプオン式超音波流量センサの外部に出力されるべき流量値の出力条件を設定するための条件設定部と、流量算出部により算出された流量値を出力条件に従ってクランプオン式超音波流量センサの外部に出力する出力部と、第１の超音波素子を収容するヘッド筐体と、駆動回路、信号処理部、校正記憶部および情報生成部を収容する中継筐体と、条件設定部および出力部を収容する本体筐体と、ヘッド筐体と中継筐体との間に接続され、第１の駆動信号および第１の超音波素子から出力された超音波信号を伝達する第１のケーブルと、中継筐体と本体筐体との間に接続され、情報生成部により生成された測定情報または流量算出部により算出された流量値を伝達する第２のケーブルと、第２のケーブルと中継筐体および本体筐体のうち少なくとも一方とを着脱可能に接続する接続部とを備える。

そのクランプオン式超音波流量センサにおいては、駆動回路により第１および第２の超音波素子にそれぞれ対応する第１および第２の駆動信号が生成される。第１の駆動信号に応答して第１の超音波素子から送信される超音波が配管内の流体を通して第２の超音波素子により受信され、第２の超音波素子から超音波信号が出力される。また、第２の駆動信号に応答して第２の超音波素子から送信される超音波が配管内の流体を通して第１の超音波素子により受信され、第１の超音波素子から超音波信号が出力される。第１および第２の超音波素子から出力される超音波信号に予め定められた信号処理が行われる。信号処理後の超音波信号に基づいて測定情報が生成される。測定情報と校正情報とに基づいて流量値が高い精度で算出され、算出された流量値が設定された出力条件に従って外部に出力される。

上記の構成においては、ヘッド筐体と中継筐体との間に第１のケーブルが接続されている。この場合、第１の超音波素子と配管との間で超音波が伝達されるようにヘッド筐体が配管に取り付けられた状態で、中継筐体を配管から離間した位置に配置することができる。それにより、駆動回路および信号処理部がそれぞれ熱源として機能する場合でも、駆動回路および信号処理部から発生する熱が配管の測定対象部分に伝達されることが防止される。したがって、配管内の流体の温度が上昇することによる測定精度の低下が抑制される。

また、ヘッド筐体と中継筐体との間に第１のケーブルが接続されるとともに中継筐体と本体筐体との間に第２のケーブルが接続されている。この場合、中継筐体に収容される構成を本体筐体内に収容するとともにヘッド筐体と本体筐体との間に第１のケーブルのみを接続する場合に比べて、第１のケーブルの長さを短くすることができる。それにより、第１のケーブルを通して信号処理部に伝達される信号処理前の超音波信号の減衰が低減される。さらに、第１のケーブルを伝達される超音波信号が外乱の影響を受けることが低減される。

また、ヘッド筐体内に駆動回路および信号処理部が設けられないので、ヘッド筐体の小型化が可能である。したがって、作業スペースが制限される場合であっても、配管に対するヘッド筐体の取り付けを比較的容易に行うことができる。

また、第２のケーブルと中継筐体および本体筐体のうち少なくとも一方とは、接続部により着脱可能となっている。したがって、ヘッド筐体、第１のケーブルおよび中継筐体を含む構成は、本体筐体に対して一体的に交換することが可能である。この場合、中継筐体内の校正記憶部に校正情報が記憶されているので、上記の交換時に校正情報の設定を行う必要がない。

これらの結果、高い精度で流量を測定することが可能でかつ配管への取り付け時における取り扱い性および部品交換の利便性が向上されたクランプオン式超音波流量センサが実現される。

（２）接続部は、第２のケーブルと、中継筐体および本体筐体のうち少なくとも一方との間に接続可能に構成された延長ケーブルを含んでもよい。

この場合、中継筐体と本体筐体との間の距離を容易に調整することができるので、クランプオン式超音波流量センサの設置の自由度が向上する。

（３）ヘッド筐体の内部には、第１のケーブルと第１の超音波素子との電気的な接続点が埋め込まれるように樹脂が充填されてもよい。

この場合、第１のケーブルと第１の超音波素子との電気的な接続点がヘッド筐体内の樹脂により保護される。それにより、腐食等の接続点の劣化が抑制され、クランプオン式超音波流量センサの信頼性が向上するとともに長寿命化が実現される。

（４）中継筐体の内部には、第１のケーブルと信号処理部との電気的な接続点が埋め込まれるように樹脂が充填されてもよい。

この場合、第１のケーブルと信号処理部との電気的な接続点が中継筐体内の樹脂により保護される。それにより、腐食等の接続点の劣化が抑制され、クランプオン式超音波流量センサの信頼性が向上するとともに長寿命化が実現される。

（５）第１のケーブルは、芯線およびその芯線を覆うシールド層を有するシールドケーブルを含んでもよい。

この場合、第１のケーブルにおける信号処理前の超音波信号の伝達時に、その超音波信号が外乱の影響を受けることがより低減される。

（６）第２のケーブルは、非シールドケーブルを含んでもよい。

この場合、第２ケーブルの重量の増加が抑制されるとともに、低コスト化が実現される。

（７）中継筐体は、一方向に延びる細長形状を有し、中継筐体の一端に第１のケーブルが接続され、中継筐体の他端に第２のケーブルが接続されてもよい。

この場合、中継筐体が細長形状を有するので、中継筐体を第１のケーブルと第２のケーブルとをつなぐ疑似的なケーブルとして取り扱うことができる。

（８）中継筐体は、第１および第２のケーブルのうち少なくとも一方のケーブルにより任意の固定部材に吊り下げられた状態で支持可能に構成されてもよい。

この場合、中継筐体を第１のケーブルと第２のケーブルとをつなぐより疑似的なケーブルとして取り扱うことができる。

（９）クランプオン式超音波流量センサは、ヘッド筐体に取り付けられる表示灯と、表示灯を駆動する第３の駆動信号を生成する表示灯駆動回路と、情報生成部により生成された測定情報に対応する流量値に基づいて表示灯駆動回路を制御する表示灯制御部とをさらに備え、中継筐体は、表示灯駆動回路および表示灯制御部をさらに収容し、第１のケーブルは、第３の駆動信号をさらに伝達してもよい。

この場合、使用者は、ヘッド筐体の表示灯を視認することにより配管内の流体の状態を容易に把握することができる。また、表示灯駆動回路および表示灯制御部が中継筐体に収容されるので、ヘッド筐体の大型化が抑制される。

（１０）ヘッド筐体は、第１の超音波素子を収容する第１のヘッド筐体、および第２の超音波素子を収容する第２のヘッド筐体を含み、第１のケーブルは、第１の駆動信号および第１の超音波素子から出力された超音波信号を伝達するように、第１のヘッド筐体と中継筐体との間に接続される第１ヘッド用ケーブルと、第２の駆動信号および第２の超音波素子から出力された超音波信号を伝達するように、第２のヘッド筐体と中継筐体との間に接続される第２ヘッド用ケーブルとを含んでもよい。

この場合、第１のヘッド筐体と第２のヘッド筐体とを個別に取り扱うことができる。したがって、配管への第１のヘッド筐体の取付作業と、配管への第２のヘッド筐体の取付作業とを個別に行うことができる。したがって、配管への第１および第２のヘッド筐体の取付作業がより容易になる。

（１１）情報生成部は、第１の超音波素子から流体を通して第２の超音波素子に送信される超音波の伝播時間と第２の超音波素子から第１の超音波素子に送信される超音波の伝播時間との差を測定情報として生成してもよい。

この場合、２つの伝播時間の差に基づいて配管内を流れる流体の流量値を算出することができる。

（１２）中継筐体には、当該中継筐体を任意の固定部材に取り付けるための取付孔が形成されてもよい。

この場合、中継筐体を任意の固定部材へより容易に取り付けることができる。

本発明によれば、高い精度で流量を測定することが可能でかつ配管への取り付け時における取り扱い性および部品交換の利便性が向上する。

本発明の一実施の形態に係る流量センサの外観斜視図である。 図１の流量センサの電気系統の構成を示すブロック図である。 図１の流量センサにおける流量の算出方法を説明するための第１超音波素子、第２超音波素子およびそれらの周辺部材を示す模式的断面図である。 配管の軸心に平行な図１のヘッド部の断面図である。 図４のヘッド固定機構のうち一方のクランプ部材およびそのクランプ部材に接続される複数の部材を示す分解斜視図である。 図１の中継部の平面図である。 図１の中継部の側面図である。 図６のＢ−Ｂ線断面図である。 図６の取付孔の拡大平面図である。 中継部の設置方法の一例を示す外観斜視図である。 中継部の設置方法の他の例を示す外観斜視図である。 中継部の設置方法のさらに他の例を示す外観斜視図である。 図１の流量センサにおける延長ケーブルの一使用例を示す模式図である。 流量センサの他の構成例を示す模式図である。

［１］クランプオン式超音波流量センサの概略構成
本発明の一実施の形態に係るクランプオン式超音波流量センサ（以下、流量センサと略記する。）について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る流量センサの外観斜視図である。図１に示すように、本実施の形態に係る流量センサ１は、主としてヘッド部１０、中継部２０および本体部３０から構成される。

ヘッド部１０は、第１ヘッド部１１、第２ヘッド部１２およびヘッド固定機構１３を含む。第１ヘッド部１１および第２ヘッド部１２は、それぞれケーシング１１ｃ，１２ｃを含み、それらのケーシング１１ｃ，１２ｃがヘッド固定機構１３により保持された状態で配管Ｐの外周面に取り付けられる。本実施の形態においては、配管Ｐは、比較的小型の樹脂配管であり、例えば２ｍｍ以上２０ｍｍ以下の直径（外径）を有する。配管Ｐ内には流体が流れる。

第１ヘッド部１１と中継部２０との間に第１ヘッド用ケーブルＣＡ１が接続され、第２ヘッド部１２と中継部２０との間に第２ヘッド用ケーブルＣＡ２が接続されている。中継部２０と本体部３０との間に中継ケーブルＣＡ３が接続されている。中継部２０および本体部３０は、それぞれケーシング２０ｃ，３０ｃを含む。本体部３０のケーシング３０ｃおよび中継ケーブルＣＡ３には、コネクタＣＮ１，ＣＮ２がそれぞれ設けられている。コネクタＣＮ１，ＣＮ２は、互いに着脱可能に構成されている。本体部３０には、さらに本体ケーブルＣＡ４の一端が接続されている。本体ケーブルＣＡ４の他端は、流量センサ１の外部装置（図示せず）に接続される。外部装置は、例えばパーソナルコンピュータまたはプログラマブルロジックコントローラである。

図２は図１の流量センサ１の電気系統の構成を示すブロック図である。図２に示すように、ヘッド部１０において、第１ヘッド部１１は第１超音波素子１０１および表示灯１０３を含み、第２ヘッド部１２は第２超音波素子１０２を含む。

第１ヘッド部１１の第１超音波素子１０１は、図１のケーシング１１ｃ内に収容され、後述する第１送信回路２０２により生成される第１の駆動信号に応答して超音波を送信する。また、第１超音波素子１０１は、超音波を受信するとともに、受信した超音波に応じたアナログ形式の超音波信号を出力する。

一方、第２ヘッド部１２の第２超音波素子１０２は、図１のケーシング１２ｃ内に収容され、後述する第２送信回路２０３により生成される第２の駆動信号に応答して超音波を送信する。また、第２超音波素子１０２は、超音波を受信するとともに、受信した超音波に応じたアナログ形式の超音波信号を出力する。表示灯１０３は、第１超音波素子１０１とともに図１のケーシング１１ｃ内に収容される。表示灯１０３は、例えば異なる色彩で発光する複数の発光ダイオードを含み、後述する表示灯駆動回路２１０により生成される第３の駆動信号に応答して複数種類の態様で点灯または点滅する。

中継部２０は、切替回路２０１、第１送信回路２０２、第２送信回路２０３、増幅回路２０４、Ａ／Ｄ（アナログデジタル）変換器２０５、中継制御部２０６、校正情報記憶部２０７、通信回路２０８、電源回路２０９および表示灯駆動回路２１０を含む。これらの構成要素は、図１のケーシング２０ｃ内に収容される。

切替回路２０１は、図１の第１ヘッド用ケーブルＣＡ１を介して第１超音波素子１０１に接続されるとともに、図１の第２ヘッド用ケーブルＣＡ２を介して第２超音波素子１０２に接続される。また、中継部２０において、切替回路２０１は増幅回路２０４に接続される。切替回路２０１は、中継制御部２０６の制御に基づいて、第１および第２超音波素子１０１，１０２と増幅回路２０４との接続状態を第１の状態と第２の状態との間で切り替える。

第１の状態は、第２超音波素子１０２と増幅回路２０４とが接続されかつ第１超音波素子１０１と増幅回路２０４とが接続されない状態である。第１の状態においては、第２超音波素子１０２が超音波を受信することにより第２超音波素子１０２から出力される超音波信号が増幅回路２０４に与えられる。

第２の状態は、第１超音波素子１０１と増幅回路２０４とが接続されかつ第２超音波素子１０２と増幅回路２０４とが接続されない状態である。第２の状態においては、第１超音波素子１０１が超音波を受信することにより第１超音波素子１０１から出力される超音波信号が増幅回路２０４に与えられる。

第１送信回路２０２および第２送信回路２０３の各々は、トライステートドライバを含む。第１送信回路２０２においては、中継制御部２０６の制御に基づいてトライステートドライバの出力状態が３つの状態（Ｈレベル状態、Ｌレベル状態およびハイインピーダンス状態）の間で切り替えられる。それにより、第１の駆動信号が生成される。第２送信回路２０３においても、中継制御部２０６の制御に基づいてトライステートドライバの出力状態が３つの状態の間で切り替えられる。それにより、第２の駆動信号が生成される。

増幅回路２０４は、予め定められた信号処理として、第１送信回路２０２または第２送信回路２０３から与えられた超音波信号を所定の利得で増幅し、信号処理後の超音波信号をＡ／Ｄ変換器２０５に与える。Ａ／Ｄ変換器２０５は、予め定められた信号処理として、与えられた超音波信号のＡ／Ｄ変換処理を行い、信号処理後のデジタル形式の超音波信号を中継制御部２０６に与える。

中継制御部２０６は、例えばＦＰＧＡ（Field−Programmable Gate Array）またはＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリにより構成され、機能部として超音波制御部２０６ａ、測定情報生成部２０６ｂおよび表示灯制御部２０６ｃを含む。中継制御部２０６がＣＰＵおよびメモリにより構成される場合、これらの機能部は、ＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。なお、超音波制御部２０６ａ、測定情報生成部２０６ｂおよび表示灯制御部２０６ｃの一部がＦＰＧＡ等の電子回路（ハードウェア）により実現され、ＣＰＵがプログラムを実行することにより残りの部分が実現されてもよい。

超音波制御部２０６ａは、本体部３０からの後述する送信制御信号に応答して切替回路２０１、第１送信回路２０２および第２送信回路２０３を制御する。例えば、超音波制御部２０６ａは、第１および第２超音波素子１０１，１０２と増幅回路２０４との間の接続状態を第１の状態に移行させると同時に、第１の駆動信号を生成するように第１送信回路２０２を動作させる。この場合、第１超音波素子１０１から超音波が送信される。送信された超音波は、図１の配管Ｐおよび配管Ｐ内の流体を通して第２超音波素子１０２により受信される。これにより、第２超音波素子１０２から出力された超音波信号が、増幅回路２０４およびＡ／Ｄ変換器２０５により信号処理されつつ中継制御部２０６に与えられる。

また、超音波制御部２０６ａは、第１および第２超音波素子１０１，１０２と増幅回路２０４との間の接続状態を第２の状態に移行させると同時に、第２の駆動信号を生成するように第２送信回路２０３を動作させる。この場合、第２超音波素子１０２から超音波が送信される。送信された超音波は、図１の配管Ｐおよび配管Ｐ内の流体を通して第１超音波素子１０１により受信される。これにより、第１超音波素子１０１から出力された超音波信号が、増幅回路２０４およびＡ／Ｄ変換器２０５により信号処理されつつ中継制御部２０６に与えられる。

測定情報生成部２０６ｂは、第１および第２超音波素子１０１，１０２から出力される超音波信号に基づいて、第１超音波素子１０１から第２超音波素子１０２に送信される超音波の伝播時間と第２超音波素子１０２から第１超音波素子１０１に送信される超音波の伝播時間との差（以下、時間差と呼ぶ。）を測定情報として生成する。具体的には、測定情報生成部２０６ｂは、与えられた２つの超音波信号の信号波形の相互相関関数のピークから上記の時間差を算出する。

なお、測定情報生成部２０６ｂは、第１超音波素子１０１から送信された超音波が第２超音波素子１０２により受信されるまでの時間と、第２超音波素子１０２から送信された超音波が第１超音波素子１０１により受信されるまでの時間とをそれぞれ測定し、それらの時間の差分を上記の時間差として算出してもよい。

表示灯制御部２０６ｃは、本体部３０からの後述する表示制御信号に応答して、表示灯駆動回路２１０を制御する。表示灯駆動回路２１０は、図１の第１ヘッド用ケーブルＣＡ１を介して表示灯１０３に接続され、表示灯制御部２０６ｃの制御に基づいて表示灯１０３を駆動する第３の駆動信号を生成する。

校正情報記憶部２０７は、例えば不揮発性メモリにより構成され、測定情報生成部２０６ｂにより生成される測定情報と配管Ｐ内の流体の流量との間の予め定められた関係を校正するための校正情報を記憶する。校正情報の詳細は後述する。

通信回路２０８は、図１の中継ケーブルＣＡ３の一端に接続され、測定情報生成部２０６ｂにより生成されたデジタル形式の測定情報と校正情報とを中継ケーブルＣＡ３を通して本体部３０へ出力する。また、通信回路２０８は、中継ケーブルＣＡ３を通して本体部３０から入力される送信制御信号および表示制御信号を中継制御部２０６に与える。送信制御信号は第１送信回路２０２および第２送信回路２０３を制御するための制御信号であり、表示制御信号は表示灯駆動回路２１０を制御するための制御信号である。

電源回路２０９は、本体部３０から中継ケーブルＣＡ３を通して供給される電力を受けるとともに、受けた電力を中継部２０に設けられる他の構成要素に供給する。

本体部３０は、通信回路３０１、本体制御部３０２、表示部３０３、操作部３０４、記憶部３０５、出力回路３０６および電源回路３０７を含む。これらの構成要素は、図１のケーシング３０ｃ内に収容される。通信回路３０１は、図１の中継ケーブルＣＡ３の他端にコネクタＣＮ１，ＣＮ２を介して接続され、中継部２０から中継ケーブルＣＡ３を通して出力される測定情報および校正情報を本体制御部３０２に与える。また、通信回路３０１は、後述するように本体制御部３０２において生成される送信制御信号および表示制御信号を中継ケーブルＣＡ３を通して中継部２０へ出力する。

表示部３０３は、例えばセグメント表示器またはドットマトリクス表示器を含み、本体制御部３０２の制御に基づいて配管Ｐ内を流れる流体の流量等を表示する。操作部３０４は、複数の操作ボタンを含む。使用者は、操作部３０４を操作することにより、流量の測定に用いられる各種情報を入力することができる。流量の測定に用いられる各種情報には、ヘッド部１０の取付対象となる配管Ｐの材質、配管Ｐの内径、配管Ｐの外径、流体内での超音波の速度、流体への超音波の入射角および後述する流量補正係数等が含まれる。また、使用者は、操作部３０４を操作することにより、流量センサ１の外部に出力されるべき流量値の出力条件を入力することができる。記憶部３０５は、不揮発性メモリまたはハードディスクドライブにより構成される。

本体制御部３０２は、例えばＣＰＵおよびメモリを含み、第１超音波素子１０１、第２超音波素子１０２および表示灯１０３をそれぞれ駆動するために中継部２０に与えるべき送信制御信号および表示制御信号を生成する。また、本体制御部３０２は、操作部３０４により入力された各種情報の設定を行う。具体的には、本体制御部３０２は、操作部３０４により入力された各種情報を記憶部３０５に記憶させる。さらに、本体制御部３０２は、通信回路３０１から与えられる測定情報および校正情報と予め設定された各種情報とに基づいて、配管Ｐ内を流れる流体の流量を算出する。また、本体制御部３０２は、算出された流量（流量値）を予め設定された出力条件に従って出力する。

なお、本体部３０においては、使用者は、操作部３０４を操作することにより、流量の測定に関する補正値等を入力することができる。この場合、本体制御部３０２は、入力された情報に基づいて流量の算出結果を補正することが可能である。

出力回路３０６は、図１の本体ケーブルＣＡ４の一端に接続され、本体制御部３０２から出力される流量値を本体ケーブルＣＡ４を通して流量センサ１の外部装置に出力する。

電源回路３０７は、図示しない電源ケーブルを通して商用電源から供給される電力を受けるとともに、受けた電力の一部を本体部３０に設けられる他の構成要素に供給する。また、電源回路３０７は、受けた電力の残りを中継ケーブルＣＡ３を通して中継部２０の電源回路２０９に供給する。

ここで、記憶部３０５には、出力条件として流量のしきい値が記憶されてもよい。この場合、本体制御部３０２は、算出された流量と予め設定された流量のしきい値との比較結果に基づいてオンオフ信号を生成してもよい。オンオフ信号は、本体ケーブルＣＡ４を通して本体部３０に接続された外部装置のオン状態とオフ状態とを切り替えるための信号である。出力回路３０６が生成されたオンオフ信号を外部装置に出力することにより、流量センサ１が流量スイッチとして機能する。また、通信回路３０１は、生成されたオンオフ信号を表示制御信号として中継部２０に出力してもよい。この場合、中継部２０において、表示灯制御部２０６ｃはオンオフ信号に基づいて第３の駆動信号を生成する。それにより、流量および外部装置の状態に応じた態様で表示灯１０３の表示態様を制御することができる。

［２］流量の算出方法
図３は、図１の流量センサ１における流量の算出方法を説明するための第１超音波素子１０１、第２超音波素子１０２およびそれらの周辺部材を示す模式的断面図である。

図３に示すように、図１のヘッド部１０においては、配管Ｐの外周面の一部に接触するように固体の弾性カプラントＣＰ１が設けられ、配管Ｐの外周面の他の部分に接触するように固体の弾性カプラントＣＰ２が設けられる。弾性カプラントＣＰ１，ＣＰ２は、固体の高分子ゴムまたは固体のゲル状物質等からなる軟質弾性体材料により形成される。弾性カプラントＣＰ１，ＣＰ２の硬度は、例えば２０度〜４０度である。また、弾性カプラントＣＰ１，ＣＰ２は、配管Ｐの外周面を取り囲むように形成され、その内周面が配管Ｐの外周面に密着するように、配管Ｐに押圧されつつ固定される。

第１ヘッド部１１は、超音波を伝達するウェッジ材１１１を含み、ウェッジ材１１１が弾性カプラントＣＰ１の外周面に接するように設けられる。第２ヘッド部１２は、第１ヘッド部１１と同様に、超音波を伝達するウェッジ材１１１を含み、当該ウェッジ材１１１が弾性カプラントＣＰ２の外周面に接するように設けられる。ウェッジ材１１１は、非金属でかつ高い剛性および高い音響透過性を有する材料により形成される。ウェッジ材１１１は、高い耐環境性を有する材料により形成されることが好ましい。

弾性カプラントＣＰ１，ＣＰ２は、ウェッジ材１１１と配管Ｐとに接触するように配置されることにより、ウェッジ材１１１と配管Ｐとの音響インピーダンスを整合させる。

第１ヘッド部１１および第２ヘッド部１２が配管Ｐに取り付けられた状態で配管Ｐ内を流体が流れることにより、第１超音波素子１０１と第２超音波素子１０２との間の超音波の送受信が可能となる。図２の中継部２０においては、第１超音波素子１０１から第２超音波素子１０２に超音波が送信されるとともに第２超音波素子１０２から出力される超音波信号が増幅回路２０４へ入力されるように各種回路が制御される。また、第２超音波素子１０２から第１超音波素子１０１に超音波が送信されるとともに第１超音波素子１０１から出力される超音波信号が増幅回路２０４へ入力されるように各種回路が制御される。その後、２つの超音波信号に基づいて時間差が算出される。

流量の測定前には、流量センサ１には少なくとも配管Ｐの内径、流体内での超音波の速度、流体への超音波の入射角および流量補正係数が設定される。ここで、流量補正係数は、配管Ｐの断面内で所定の分布を有する流体の速度を平均速度に換算するための係数である。

この場合、図２の本体制御部３０２においては、理論上下記式（１）に基づいて配管Ｐ内を流れる流体の流量Ｑを算出することができる。Δｔは中継部２０において算出される時間差であり、ｄは配管Ｐの内径であり、θは流体中の超音波の入射角であり、Ｖ_ｓは流体中の超音波の速度であり、Ｋは流量補正係数である。

Ｑ＝（１／Ｋ）・（πｄＶ_ｓ ^２／８ｔａｎθ）・Δｔ …（１）
ところで、ヘッド部１０および中継部２０の各構成要素の動作特性によっては、中継部２０において算出される時間差と配管Ｐを流れる流体の流量との間で式（１）の関係が満たされない場合がある。

そこで、本実施の形態では、ヘッド部１０および中継部２０により算出される時間差と実際に測定されるべき流量との間の固有の関係を正確に取得するために、上記の校正情報を用いて式（１）が校正される。すなわち、本体制御部３０２は、測定情報と流体の流量との間の予め定められた関係としての上記式（１）を、校正情報を用いて校正する。校正により得られる数式（時間差と流量との関係）に基づいて、実際の流量が算出される。このように、校正情報は、ヘッド部１０および中継部２０に応じて式（１）を校正するための情報である。この場合、校正情報は、例えば式（１）における時間差Δｔの係数を調整する値と、式（１）のうち時間差Δｔを含む項に加算されるべきオフセット値（流量０に対する調整値）とを含む。

［３］ヘッド部１０の具体的な構成と配管Ｐへの取付例
図４は配管Ｐの軸心に平行な図１のヘッド部１０の断面図である。図４の断面図は図３の模式的断面図に対応する。図４に示すように、第１ヘッド部１１は、ケーシング１１ｃ、第１超音波素子１０１、表示灯１０３およびウェッジ材１１１を含む。ケーシング１１ｃは、樹脂により形成され、一方向に延びる細長形状（本例では、略直方体形状）を有する。

ここで、配管Ｐに取り付けられる各部材において、配管Ｐの軸心を向く方向（配管Ｐの軸心に近づく方向）を内方と呼び、その逆方向（配管Ｐの軸心から離間する方向）を外方と呼ぶ。

外方を向くケーシング１１ｃの外側端部には透明部材により形成された窓部１１９が設けられている。透明部材は、例えば樹脂により形成される。ケーシング１１ｃの内部には、窓部１１９に近接する位置に表示灯１０３が配置されている。この状態で、表示灯１０３は、ケーシング１１ｃの外部から窓部１１９を通して使用者により視認可能となっている。

内方を向くケーシング１１ｃの内側端部には、ケーシング１１ｃの内部空間とケーシング１１ｃの外部空間とを連通する開口１１８が形成されている。開口１１８を閉塞するようにケーシング１１ｃの内側端部にウェッジ材１１１が取り付けられる。これにより、ケーシング１１ｃの内部に水および油等の液体が浸入不可能な空間が形成される。

ウェッジ材１１１の外側部分には、斜め外方を向く接合面１１１ａが形成されている。ウェッジ材１１１の内側部分には、開口１１８を閉塞する状態でケーシング１１ｃの内側端部から内方に突出する突出部１１１ｐが形成されている。突出部１１１ｐの先端には、内方を向く平坦な入出射面１１１ｂが形成されている。

ケーシング１１ｃの長手方向における一端部には、ケーブル挿入孔ＣＨが形成されている。ケーブル挿入孔ＣＨには、第１ヘッド用ケーブルＣＡ１の一端が挿入されている。第１ヘッド用ケーブルＣＡ１は、シールドケーブルと非シールドケーブルとが束ねられた構成を有する。より具体的には、第１ヘッド用ケーブルＣＡ１の一部を構成するシールドケーブルは、第１超音波素子１０１に接続されるツイストペア芯線とそれらのツイストペア芯線を覆うシールド層とを含む。一方、第１ヘッド用ケーブルＣＡ１の他の部分を構成する非シールドケーブルは、表示灯１０３に接続される１または複数の芯線を含み、シールド層を含まない。

ケーシング１１ｃ内には、第１ヘッド用ケーブルＣＡ１と第１超音波素子１０１との電気的な接続点、および第１ヘッド用ケーブルＣＡ１と表示灯１０３との電気的な接続点が埋め込まれるように樹脂部材１１３が充填されている。それにより、第１ヘッド用ケーブルＣＡ１と第１超音波素子１０１および表示灯１０３との電気的な接続点が樹脂部材１１３により保護される。これにより、接続点の劣化が抑制され、流量センサ１の信頼性が向上するとともに長寿命化が実現される。

第２ヘッド部１２は、ケーシング１２ｃ、第２超音波素子１０２およびウェッジ材１１１を含む。第２ヘッド部１２は、表示灯１０３を含まない点、ケーシング１２ｃに窓部１１９が設けられない点、およびケーシング１２ｃに取り付けられるウェッジ材１１１の向きが当該ケーシング１２ｃの長手方向に関して逆である点を除いて第１ヘッド部１１と同じ構成を有する。

ケーシング１２ｃのケーブル挿入孔ＣＨには、第２ヘッド用ケーブルＣＡ２の一端が挿入されている。第２ヘッド用ケーブルＣＡ２は、シールドケーブルにより構成される。より具体的には、第２ヘッド用ケーブルＣＡ２を構成するシールドケーブルは、第２超音波素子１０２に接続されるツイストペア芯線とそれらのツイストペア芯線を覆うシールド層とを含む。ケーシング１２ｃ内には、第１ヘッド部１１の内部構成と同様に、第２ヘッド用ケーブルＣＡ２と第２超音波素子１０２との電気的な接続点が埋め込まれるように樹脂部材１１３が充填されている。

ヘッド固定機構１３は、クランプ部材１３１，１３２、弾性カプラントＣＰ１，ＣＰ２、複数（本例では２つ）のナット部材１３３、複数（本例では４つ）のグランドナットゴム１４０および複数（本例では４つ）の仮固定用ゴム１５０を含む。

クランプ部材１３１，１３２は、同じ形状を有し、カーボン強化樹脂により形成される。各クランプ部材１３１，１３２には、弾性カプラントＣＰ１，ＣＰ２、２つのグランドナットゴム１４０および２つの仮固定用ゴム１５０が、例えば接着剤を用いて予め接続される。また、クランプ部材１３１，１３２には、第１および第２ヘッド部１１，１２が取り付けられる。その上で、配管Ｐを挟み込むようにクランプ部材１３１，１３２が連結される。なお、クランプ部材１３１，１３２は、強化剤を含まない通常の樹脂により形成されてもよい。

クランプ部材１３１，１３２を代表して、一方のクランプ部材１３２における各部品の接続状態を説明する。図５は、図４のヘッド固定機構１３のうち一方のクランプ部材１３２およびそのクランプ部材１３２に接続される複数の部材を示す分解斜視図である。

図５に示すように、クランプ部材１３２は、第２ヘッド部１２よりも長く延びる細長形状を有する。クランプ部材１３２の両端部には、半円筒形状を有し、クランプ部材１３２の長手方向に延びる連結部１３２ｐがそれぞれ形成されている。連結部１３２ｐの外周面には、ねじ切り加工が施されている。図５に白抜きの矢印Ａ１で示すように、連結部１３２ｐの内周面上に、略半円筒形状を有するグランドナットゴム１４０が取り付けられる。

クランプ部材１３２の略中央部には、内方を向く固定内面ＦＳが形成されている。図５に白抜きの矢印Ａ２で示すように、固定内面ＦＳ上に弾性カプラントＣＰ２が取り付けられる。弾性カプラントＣＰ２は、略半円筒形状を有する超音波伝達部ＣＰａと２つのフランジ部ＣＰｂとを有する。２つのフランジ部ＣＰｂは、超音波伝達部ＣＰａの周方向における両端部から互いに離間する方向に一定距離延びるように形成されている。弾性カプラントＣＰ２の超音波伝達部ＣＰａは、接触面ＣＳおよび外面ＯＳを有する。接触面ＣＳは配管Ｐに接触することになる面であり、外面ＯＳはクランプ部材１３２の固定内面ＦＳおよび第２ヘッド部１２のウェッジ材１１１に接触することになる面である。

なお、固定内面ＦＳを形成するクランプ部材１３２の一部分には、第２ヘッド部１２の入出射面１１１ｂを弾性カプラントＣＰ２の外面ＯＳの一部に接触させるための開口１３２ｏが形成されている。

クランプ部材１３２における固定内面ＦＳと一方の連結部１３２ｐとの間および固定内面ＦＳと他方の連結部１３２ｐとの間の部分に、ゴム嵌め込み部１３２ｇがそれぞれ形成されている。ゴム嵌め込み部１３２ｇは、クランプ部材１３２の短手方向に一定の距離をおいて互いに対向するように形成された２つの支持片ｗｓを有する。図５に白抜きの矢印Ａ３で示すように、ゴム嵌め込み部１３２ｇの２つの支持片ｗｓの間に、略Ｕ字形状の断面を有する仮固定用ゴム１５０が嵌め込まれる。

クランプ部材１３２が配管Ｐに取り付けられた状態で配管Ｐの外方を向くことになるクランプ部材１３２の外側部分に、保持面１３２ｓが形成されている。保持面１３２ｓ上に第２ヘッド部１２が配置された状態で、図５に太い矢印Ａ４で示すように、クランプ部材１３２と第２ヘッド部１２とが、２つのねじＳを用いて接続される。このとき、２つのねじＳの頭部は、クランプ部材１３２の内方に位置する。また、第２ヘッド部１２の突出部１１１ｐがクランプ部材１３２の開口１３２ｏに挿入され、第２ヘッド部１２の入出射面１１１ｂが弾性カプラントＣＰ２の外面ＯＳに接触する。

このようにして、第２ヘッド部１２がクランプ部材１３２に保持されることにより、第２ヘッド部１２およびクランプ部材１３２を含む構成を配管Ｐに対して一体的に取り扱うことができる。

ここで、上記の仮固定用ゴム１５２は、互いに対向する２つの壁部ｗを有する。仮固定用ゴム１５２がゴム嵌め込み部１３２ｇに嵌め込まれた状態で、２つの壁部ｗは、ゴム嵌め込み部１３２ｇの２つの支持片ｗｓにより支持される。このとき、当該仮固定用ゴム１５２の２つの壁部ｗの間隔は、配管Ｐの外径よりもやや小さい。これにより、第２ヘッド部１２を配管Ｐに取り付ける際には、配管Ｐを各仮固定用ゴム１５２の２つの壁部ｗの間に容易に挿入することができる。

上記のように、クランプ部材１３１は、クランプ部材１３２と同じ形状を有し、クランプ部材１３２と同様に、弾性カプラントＣＰ１、２つのグランドナットゴム１４０および２つの仮固定用ゴム１５０が接続される。クランプ部材１３１の外側部分には、保持面１３１ｓ（図４）が形成されている。保持面１３１ｓ上に第１ヘッド部１１が配置された状態で、クランプ部材１３１と第１ヘッド部１１とが２つのねじＳを用いて接続される。これにより、第１ヘッド部１１およびクランプ部材１３１を含む構成を配管Ｐに対して一体的に取り扱うことができる。

その後、第１ヘッド部１１を保持するクランプ部材１３１と第２ヘッド部１２を保持するクランプ部材１３２とが、配管Ｐを挟んで対向するように配置される。このとき、クランプ部材１３１の一端部に形成される連結部１３１ｐとクランプ部材１３２の一端部に形成される連結部１３２ｐとが一の雄ねじ（中空ねじ）を形成する。また、クランプ部材１３１の他端部に形成される連結部１３１ｐとクランプ部材１３２の他端部に形成される連結部１３２ｐとが一の雄ねじ（中空ねじ）を形成する。その後、対向配置された連結部１３１ｐ，１３２ｐにより構成される雄ねじに、図４に示すように、ナット部材１３３が締結される。それにより、クランプ部材１３１，１３２が連結される。

ここで、ナット部材１３３は、カーボン強化樹脂により形成された第１の部材および第２の部材からなる。第１の部材および第２の部材の各々は、それぞれ略半円筒形状を有し、その内周面にはねじ切り加工が施されている。また、第１の部材および第２の部材は、配管Ｐを挟み込むように互いに接続可能でかつ互いに取り外し可能に構成されている。それにより、簡単な構成で配管Ｐを切断することなくクランプ部材１３１，１３２を連結することができる。

［４］中継部２０の具体的な構成と中継部２０の設置方法
図６は図１の中継部２０の平面図であり、図７は図１の中継部２０の側面図であり、図８は図６のＢ−Ｂ線断面図である。図６〜図８に示すように、中継部２０のケーシング２０ｃは、樹脂により形成され、一方向に延びる細長形状を有する。具体的には、本例のケーシング２０ｃは、略直方体形状を有し、互いに対向する上面部２ａおよび底面部２ｂと、互いに対向する一方側面部２ｃおよび他方側面部２ｄと、互いに対向する一方端面部２ｅおよび他方端面部２ｆとを含む。

ケーシング２０ｃ内には、図２の切替回路２０１、第１送信回路２０２、第２送信回路２０３、増幅回路２０４、Ａ／Ｄ変換器２０５、中継制御部２０６、校正情報記憶部２０７、通信回路２０８、電源回路２０９および表示灯駆動回路２１０が実装された基板ＳＵが収容されている。図６および図７においては、ケーシング２０ｃ内の基板ＳＵが二点鎖線で示される。

ケーシング２０ｃの一方端面部２ｅには、２つのケーブル挿入孔ＣＨ１が形成されている。これらのケーブル挿入孔ＣＨ１には、第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２の他端がそれぞれ挿入されている。また、ケーシング２０ｃの他方端面部２ｆには、１つのケーブル挿入孔ＣＨ２が形成されている。このケーブル挿入孔ＣＨ２には、中継ケーブルＣＡ３の一端が挿入されている。中継ケーブルＣＡ３は、基板ＳＵに接続される複数の芯線を含む非シールドケーブルである。非シールドケーブルはシールド層を有しない。それにより、中継ケーブルＣＡ３の重量の増加が抑制されるとともに、低コスト化が実現される。なお、中継ケーブルＣＡ３として、シールドケーブルが用いられてもよい。

図８に示すように、ケーシング２０ｃ内には、基板ＳＵ、第１ヘッド用ケーブルＣＡ１と基板ＳＵとの電気的な接続点、第２ヘッド用ケーブルＣＡ２と基板ＳＵとの電気的な接続点、および中継ケーブルＣＡ３と基板ＳＵとの電気的な接続点が埋め込まれるように樹脂部材２１１が充填されている。それにより、基板ＳＵおよびその基板ＳＵ上に実装された各種部品が樹脂部材２１１により保護される。また、基板ＳＵと各ケーブルとの接続点が樹脂部材１１３により保護される。したがって、基板ＳＵに実装される各種部品および基板ＳＵ上の配線回路の接続点の劣化が抑制され、流量センサ１の信頼性が向上するとともに長寿命化が実現される。

上記のように、中継部２０においては、細長形状を有するケーシング２０ｃの一端に第１ヘッド用ケーブルＣＡ１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ２が接続され、ケーシング２０ｃの他端に中継ケーブルＣＡ３が接続される。このような構成により、中継部２０を疑似的なケーブルとして取り扱うことができる。

図６に示すように、ケーシング２０ｃの長手方向における両端部近傍には一定幅を有する取付溝２８０がそれぞれ形成されている。各取付溝２８０は、ケーシング２０ｃの一方側面部２ｃの下端部近傍から上方に延び、上面部２ａを横切って他方側面部２ｄの下端部近傍まで延びるように形成されている。

ケーシング２０ｃの一端部近傍には、一方側面部２ｃのうち取付溝２８０の下方に位置する部分に固定部２７０が形成されている。また、ケーシング２０ｃの他端部近傍には、他方側面部２ｄのうち取付溝２８０の下方に位置する部分に固定部２７０が形成されている。各固定部２７０には、上下に貫通する取付孔２９０が形成されている。

図９は、図６の取付孔２９０の拡大平面図である。図９に示すように、取付孔２９０は、円形孔部２９１および２つの矩形溝部２９２から構成される。２つの矩形溝部２９２は、円形孔部２９１の内周面のうち互いに対向する一部分を切り欠くように形成されている。これにより、取付孔２９０は、断面円形の部材を挿入可能な丸孔として用いるとともに、断面矩形の部材を挿入可能な長孔として用いることができる。

中継部２０は、例えば工場に予め固定的に設けられた固定部材に取り付けられる。図１０は、中継部２０の設置方法の一例を示す外観斜視図である。図１０の例では、中継部２０が、固定部材として中継部２０の設置用に設けられた支持台５１０上に、２つのねじ５１２を用いて取り付けられる。

具体的には、図１０に点線で示すように、本例の支持台５１０上には予め中継部２０を取り付けるための設置領域が設定されている。また、設置領域の内側には、中継部２０の２つの取付孔２９０に対応する２つのねじ孔５１１がそれぞれ形成されている。中継部２０が支持台５１０の設置領域上に配置されるとともに、２つのねじ５１２がケーシング２０ｃの２つの取付孔２９０を通して支持台５１０の２つのねじ孔５１１にそれぞれ取り付けられる。それにより、中継部２０が支持台５１０上に固定される。この場合、取付孔２９０は、ねじ５１２に対応する丸孔として用いられる。

図１１は、中継部２０の設置方法の他の例を示す外観斜視図である。図１１の例では、中継部２０が、固定部材として中継部２０の設置用に設けられた支持管５２０上に、２本の結束バンド５２１を用いて取り付けられる。

具体的には、２本の結束バンド５２１が、ケーシング２０ｃの２つの取付孔２９０にそれぞれ挿入される。この状態で、ケーシング２０ｃと支持管５２０とを束ねるように、各結束バンド５２１が支持管５２０の周方向に巻き付けられ、当該結束バンド５２１が絞め込まれる。この場合、取付孔２９０は、結束バンド５２１に対応する長孔として用いられる。

ここで、結束バンド５２１の絞め込み時には、結束バンド５２１の一部はケーシング２０ｃに形成された取付溝２８０に嵌め込まれる。それにより、結束バンド５２１の絞め込み作業が安定化する。また、支持管５２０上での中継部２０の固定状態が安定化する。

図１２は、中継部２０の設置方法のさらに他の例を示す外観斜視図である。図１２の例では、中継部２０が、中継ケーブルＣＡ３により固定部材として工場内に設けられる梁５３０に吊り下げられる。具体的には、中継部２０から延びる中継ケーブルＣＡ３が、梁５３０に取り付けられたフック５３１に掛けられる。この場合、中継部２０を第１ヘッド用ケーブルＣＡ１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ２と中継ケーブルＣＡ３とをつなぐより疑似的なケーブルとして取り扱うことができる。

なお、中継部２０は、中継ケーブルＣＡ３に代えて、第１ヘッド用ケーブルＣＡ１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ２のうち少なくとも一方により梁５３０に吊り下げられてもよい。すなわち、中継部２０から延びる第１ヘッド用ケーブルＣＡ１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ２のうち少なくとも一方が、梁５３０に取り付けられたフック５３１に掛けられてもよい。

［５］延長ケーブル
流量センサ１は、中継ケーブルＣＡ３と本体部３０との間に接続可能に構成された延長ケーブルを含んでもよい。図１３は、図１の流量センサ１における延長ケーブルの一使用例を示す模式図である。

本例の延長ケーブルＣＡ５は、中継ケーブルＣＡ３と同じ構成を有する非シールドケーブルであり、図１３に示すように、その両端部にコネクタＣＮ３，ＣＮ４が設けられている。延長ケーブルＣＡ５の一方のコネクタＣＮ３は、中継ケーブルＣＡ３のコネクタＣＮ２に着脱可能に構成されている。延長ケーブルＣＡ５の他方のコネクタＣＮ４は、本体部３０のコネクタＣＮ１に着脱可能に構成されている。

このような構成により、延長ケーブルＣＡ５の取り付けおよび取り外しを行うことにより、中継部２０と本体部３０との間の距離を容易に調整することができる。したがって、流量センサ１のヘッド部１０および中継部２０の設置の自由度が向上する。

［６］効果
（ａ）本実施の形態に係る流量センサ１においては、ヘッド部１０のケーシング１１ｃと中継部２０のケーシング２０ｃとの間に第１ヘッド用ケーブルＣＡ１が接続されている。また、ヘッド部１０のケーシング１２ｃと中継部２０のケーシング２０ｃとの間に第２ヘッド用ケーブルＣＡ２が接続されている。

この場合、ヘッド部１０が配管Ｐに取り付けられた状態で、中継部２０を配管Ｐから離間した位置に配置することができる。それにより、中継部２０内の第１送信回路２０２、第２送信回路２０３、増幅回路２０４およびＡ／Ｄ変換器２０５がそれぞれ熱源として機能する場合でも、それらの熱源から発生する熱が配管Ｐの測定対象部分に伝達されることが防止される。したがって、配管Ｐ内の流体の温度が上昇することによる測定精度の低下が抑制される。

また、ヘッド部１０と中継部２０との間に第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２が接続されるとともに中継部２０と本体部３０との間に中継ケーブルＣＡ３が接続されている。この場合、中継部２０の構成を本体部３０に設けるとともにヘッド部１０と本体部３０との間に第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２のみを接続する場合に比べて、第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２の長さを短くすることができる。それにより、第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２を伝達されるアナログ形式の超音波信号の減衰が低減される。また、第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２を伝達される超音波信号が外乱の影響を受けることが低減される。

また、ヘッド部１０に第１送信回路２０２、第２送信回路２０３、増幅回路２０４およびＡ／Ｄ変換器２０５が設けられないので、ヘッド部１０の小型化が可能となる。したがって、作業スペースが制限される場合であっても、配管Ｐに対するヘッド部１０の取り付けを比較的容易に行うことができる。

また、中継ケーブルＣＡ３と本体部３０とは、コネクタＣＮ１，ＣＮ２により着脱可能となっている。したがって、ヘッド部１０と、中継部２０と、第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２を含む構成は、本体部３０に対して一体的に交換することが可能である。流量センサ１においては、測定情報と校正情報とに基づいて流量値が高い精度で算出される。この場合、中継部２０に設けられる校正情報記憶部２０７に校正情報が記憶されているので、上記の交換時に校正情報の設定を行う必要がない。

これらの結果、高い精度で流量を測定することが可能でかつ配管Ｐへの取り付け時における取り扱い性および部品交換の利便性が向上された流量センサ１が実現される。

（ｂ）中継部２０においては、増幅回路２０４およびＡ／Ｄ変換器２０５が、切替回路２０１により第１および第２超音波素子１０１，１０２に共通に用いられる。これにより、第１および第２超音波素子１０１，１０２にそれぞれ対応する２つの増幅回路２０４および２つのＡ／Ｄ変換器２０５を設ける必要がない。したがって、複数の増幅回路２０４間に生じる動作特性のばらつきおよび複数のＡ／Ｄ変換器２０５間に生じる動作特性のばらつきに起因する測定精度の低下が生じない。

（ｃ）ヘッド部１０においては、第１および第２超音波素子１０１，１０２にそれぞれ対応する第１および第２ヘッド部１１，１２を個別に取り扱うことができる。したがって、配管Ｐへの第１ヘッド部１１の取付作業と配管Ｐへの第２ヘッド部１２の取付作業とを個別に行うことができる。したがって、配管Ｐへのヘッド部１０の取付作業がより容易になる。

（ｄ）中継部２０においては、Ａ／Ｄ変換処理後のデジタル形式の超音波信号に基づいてデジタル形式の測定情報を生成することができる。したがって、中継ケーブルＣＡ３において、測定情報をデジタルの信号形式で伝達させることにより、測定情報のデータが外乱の影響を受けることが低減される。

（ｅ）本実施の形態に係る流量センサ１においては、校正情報記憶部２０７が中継部２０のケーシング２０ｃ内に収容されるので、ヘッド部１０の大型化が抑制される。

（ｆ）本体部３０においては、流量センサ１の外部から供給される電力が、電源回路３０７によりケーシング３０ｃ内の各構成要素に供給されるとともに中継ケーブルＣＡ３を通して中継部２０に供給される。中継部２０においては、本体部３０から供給される電力が、電源回路２０９によりケーシング２０ｃ内の各構成要素に供給される。このような構成により、中継部２０にはケーシング２０ｃ内の各構成要素を動作させるための電池を設ける必要がない。したがって、中継部２０に対する電池の交換作業が不要となる。

（ｇ）第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２は、シールドケーブルを含む。それにより、第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２を伝達されるアナログ形式の超音波信号が外乱の影響を受けることがより低減される。

（ｈ）上記のように、ヘッド部１０に設けられる表示灯１０３は、第３の駆動信号に応答して点灯または点滅する。第３の駆動信号は、例えば本体部３０の本体制御部３０２により生成されるオンオフ信号に基づいて生成される。この場合、表示灯１０３は、算出された流量としきい値との比較結果に応じて表示態様が制御される。したがって、使用者は、表示灯１０３を視認することにより、流体の流量としきい値との比較結果を容易に把握することができる。

また、上記の構成においては、表示灯１０３を動作させるための表示灯駆動回路２１０が中継部２０に設けられるので、ヘッド部１０の大型化が抑制される。

［７］他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態では、ヘッド部１０の第１ヘッド部１１と中継部２０とを接続するように第１ヘッド用ケーブルＣＡ１が設けられ、ヘッド部１０の第２ヘッド部１２と中継部２０とを接続するように第２ヘッド用ケーブルＣＡ２が設けられるが、本発明はこれに限定されない。

図１４は、流量センサ１の他の構成例を示す模式図である。図１４に示すように、第１ヘッド用ケーブルＣＡ１の一部と第２ヘッド用ケーブルＣＡ２の一部とが束ねられることにより、１本のケーブルＣＡ６が形成されてもよい。また、形成されたケーブルＣＡ６が中継部２０に接続されてもよい。

（ｂ）上記実施の形態では、第１および第２超音波素子１０１，１０２が２つのケーシング１１ｃ，１２ｃにそれぞれ個別に収容されるが、本発明はこれに限定されない。第１および第２超音波素子１０１，１０２は、１つのケーシングに収容されてもよい。例えば、配管Ｐの一部を挟み込むように配管Ｐに取り付け可能なＵ字形状の断面を有するケーシングを想定する。この場合、当該ケーシングにおいて、配管Ｐを挟み込むための空間を挟んで互いに対向するように第１および第２超音波素子１０１，１０２が設けられてもよい。この構成によれば、ヘッド部１０を一体的に取り扱うことができる。

（ｃ）上記実施の形態では、第１および第２超音波素子１０１，１０２にそれぞれ対応する第１および第２送信回路２０２，２０３が中継部２０に個別に設けられるが、本発明はこれに限定されない。中継部２０には、第１および第２超音波素子１０１，１０２にそれぞれ対応する第１および第２の駆動信号を生成する１つの送信回路が設けられてもよい。

この場合、切替回路２０１が送信回路と第１および第２超音波素子１０１，１０２との接続状態を切り替え可能に構成されることにより、当該送信回路を第１および第２超音波素子１０１，１０２に共通に用いることができる。これにより、複数の送信回路間に生じる動作特性のばらつきに起因する測定精度の低下が生じない。

（ｄ）上記実施の形態では、中継部２０の測定情報生成部２０６ｂにおいて時間差が測定情報として生成されるが、本発明はこれに限定されない。

中継部２０の中継制御部２０６には、流量の測定前に本体部３０において予め設定された各種情報（配管Ｐの内径、流体内での超音波の速度、流体への超音波の入射角および流量補正係数等）が記憶されてもよい。この場合、測定情報生成部２０６ｂは、上記実施の形態の例と同様に測定情報を生成した後、生成された測定情報と上記の各種情報、式（１）および校正情報に基づいて流体の流量を算出してもよい。この場合、算出された流量値は、通信回路２０８により中継ケーブルＣＡ３を通して本体部３０に出力される。

（ｅ）上記実施の形態に係る流量センサ１においては、中継部２０において算出される時間差に基づいて配管Ｐを流れる流体の流量が算出されるが、流量に加えて配管Ｐを流れる流体の速度が算出されてもよい。この場合、流体の速度は、中継部２０の測定情報生成部２０６ｂにより算出されてもよいし、本体部３０の本体制御部３０２により算出されてもよい。

なお、配管Ｐを流れる流体の速度Ｖ_１は、上記の式（１）と同様に、Δｔを時間差とし、ｄを配管Ｐの内径とし、Ｖ_ｓを超音波の速度とし、θを超音波の入射角として、理論上下記式（２）で表すことができる。

Ｖ_１＝（Ｖ_ｓ ^２／２ｄｔａｎθ）・Δｔ …（２）
この場合、上記実施の形態における流量の算出方法の例と同様に、式（２）を校正することにより、校正後の数式を用いて正確な速度を算出することが可能となる。

（ｆ）上記実施の形態では、第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２の各々は、シールドケーブルを含むが、本発明はこれに限定されない。第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２の各々は、シールド層を含まない非シールドケーブルにより構成されてもよい。

（ｇ）上記実施の形態では、本体部３０のケーシング３０ｃおよび中継ケーブルＣＡ３にコネクタＣＮ１，ＣＮ２がそれぞれ設けられることにより、中継ケーブルＣＡ３と本体部３０とが着脱可能に構成されているが、本発明はこれに限定されない。

本体部３０のケーシング３０ｃおよび中継ケーブルＣＡ３にコネクタＣＮ１，ＣＮ２がそれぞれ設けられる代わりに、中継部２０のケーシング２０ｃおよび中継ケーブルＣＡ３に互いに着脱可能に構成された２つのコネクタが設けられてもよい。この場合、中継ケーブルＣＡ３と中継部２０とが着脱可能となる。

あるいは、本体部３０のケーシング３０ｃおよび中継ケーブルＣＡ３にコネクタＣＮ１，ＣＮ２がそれぞれ設けられるとともに、中継部２０のケーシング２０ｃおよび中継ケーブルＣＡ３に互いに着脱可能に構成された２つのコネクタが設けられてもよい。この場合、中継ケーブルＣＡ３と本体部３０とが着脱可能となるとともに、中継ケーブルＣＡ３と中継部２０とが着脱可能となる。

（ｈ）上記実施の形態では、ヘッド部１０が取り付けられる配管Ｐは樹脂配管であるが、本発明はこれに限定されない。配管Ｐは、金属配管であってもよい。

（ｉ）上記実施の形態において、第１ヘッド部１１および第２ヘッド部１２はいわゆるＺ型配置で設けられるが、本発明はこれに限定されない。第１ヘッド部１１および第２ヘッド部１２は、配管Ｐの軸心方向に並ぶ配置（いわゆるＶ型配置）で設けられてもよい。

Ｖ型配置においては、第１超音波素子１０１により送信された超音波は、入射角θで配管Ｐ内の流体に入射された後、反射角θで配管Ｐの内面により反射され、第２超音波素子１０２により受信される。同様に、第２超音波素子１０２により送信された超音波は、入射角θで配管Ｐ内の流体に入射された後、反射角θで配管Ｐの内面により反射され、第１超音波素子１０１により受信される。

この場合、理論上下記式（３）に基づいて配管Ｐ内を流れる流体の流量Ｑが算出される。Δｔは中継部２０において算出される時間差であり、ｄは配管Ｐの内径であり、θは流体中の超音波の入射角であり、Ｖ_ｓは流体中の超音波の速度であり、Ｋは流量補正係数である。

Ｑ＝（１／Ｋ）・（πｄＶ_ｓ ^２／１６ｔａｎθ）・Δｔ …（３）
この場合、上記実施の形態における流量の算出方法の例と同様に、式（３）を校正することにより、校正後の数式を用いて正確な流量を算出することが可能となる。

（ｊ）上記実施の形態では、第１ヘッド部１１のケーシング１１ｃ内および第２ヘッド部１２のケーシング１２ｃ内に樹脂部材１１３が充填され、中継部２０のケーシング２０ｃ内に樹脂部材２１１が充填されているが、本発明はこれに限定されない。各ケーシング１１ｃ，１２ｃ，２０ｃ内には樹脂部材１１３，２１１が充填されなくてもよい。

（ｋ）上記実施の形態に係る流量センサ１の中継部２０においては、増幅回路２０４およびＡ／Ｄ変換器２０５を第１および第２超音波素子１０１，１０２に共通に用いるために切替回路２０１が設けられるが、本発明はこれに限定されない。中継部２０には、切替回路２０１に代えて、新たな増幅回路２０４およびＡ／Ｄ変換器２０５が設けられてもよい。この場合、一組の増幅回路２０４およびＡ／Ｄ変換器２０５を第１超音波素子１０１に対応するように用いるとともに、他の組の増幅回路２０４およびＡ／Ｄ変換器２０５を第２超音波素子１０２に対応するように用いる。

［８］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態においては、配管Ｐが配管の例であり、流量センサ１がクランプオン式超音波流量センサの例であり、第１および第２送信回路２０２，２０３が駆動回路の例であり、第１超音波素子１０１が第１の超音波素子の例であり、第２超音波素子１０２が第２の超音波素子の例であり、増幅回路２０４およびＡ／Ｄ変換器２０５が信号処理部の例であり、校正情報記憶部２０７が校正記憶部の例である。

また、測定情報生成部２０６ｂが情報生成部の例であり、本体制御部３０２または測定情報生成部２０６ｂが流量算出部の例であり、本体制御部３０２、操作部３０４および記憶部３０５が条件設定部の例であり、出力回路３０６が出力部の例であり、ケーシング１１ｃ，１２ｃがヘッド筐体の例であり、ケーシング２０ｃが中継筐体の例であり、ケーシング３０ｃが本体筐体の例である。

また、第１および第２ヘッド用ケーブルＣＡ１，ＣＡ２が第１のケーブルの例であり、中継ケーブルＣＡ３が第２のケーブルの例であり、コネクタＣＮ１，ＣＮ２，ＣＮ３，ＣＮ４および延長ケーブルＣＡ５が接続部の例であり、延長ケーブルＣＡ５が延長ケーブルの例であり、ケーシング１１ｃ，１２ｃ内に充填される樹脂部材１１３がヘッド筐体の内部に充填される樹脂の例であり、ケーシング２０ｃ内に充填される樹脂部材２１１が中継筐体の内部に充填される樹脂の例である。

また、梁５３０が固定部材の例であり、表示灯１０３が表示灯の例であり、表示灯駆動回路２１０が表示灯駆動回路の例であり、表示灯制御部２０６ｃが表示灯制御部の例であり、ケーシング１１ｃが第１のヘッド筐体の例であり、ケーシング１２ｃが第２のヘッド筐体の例であり、第１ヘッド用ケーブルＣＡ１が第１ヘッド用ケーブルの例であり、第２ヘッド用ケーブルＣＡ２が第２ヘッド用ケーブルの例であり、取付孔２９０が取付孔の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

１…流量センサ，２ａ…上面部，２ｂ…底面部，２ｃ…一方側面部，２ｄ…他方側面部，２ｅ…一方端面部，２ｆ…他方端面部，１０…ヘッド部，１１…第１ヘッド部，１１ｃ，１２ｃ，２０ｃ，３０ｃ…ケーシング，１２…第２ヘッド部，１３…ヘッド固定機構，２０…中継部，３０…本体部，１０１…第１超音波素子，１０２…第２超音波素子，１０３…表示灯，１１１…ウェッジ材，１１１ａ…接合面，１１１ｂ…入出射面，１１１ｐ…突出部，１１３，２１１…樹脂部材，１１８，１３２ｏ…開口，１１９…窓部，１３１，１３２…クランプ部材，１３１ｐ，１３２ｐ…連結部，１３１ｓ，１３２ｓ…保持面，１３２ｇ…ゴム嵌め込み部，１３３…ナット部材，１４０…グランドナットゴム，１５０…仮固定用ゴム，２０１…切替回路，２０２…第１送信回路，２０３…第２送信回路，２０４…増幅回路，２０５…Ａ／Ｄ変換器，２０６…中継制御部，２０６ａ…超音波制御部，２０６ｂ…測定情報生成部，２０６ｃ…表示灯制御部，２０７…校正情報記憶部，２０８，３０１…通信回路，２０９，３０７…電源回路，２１０…表示灯駆動回路，２７０…固定部，２８０…取付溝，２９０…取付孔，２９１…円形孔部，２９２…矩形溝部，３０２…本体制御部，３０３…表示部，３０４…操作部，３０５…記憶部，３０６…出力回路，５１０…支持台，５１１…孔，５１２，Ｓ…ねじ，５２０…支持管，５２１…結束バンド，５３０…梁，５３１…フック，ＣＡ１…第１ヘッド用ケーブル，ＣＡ２…第２ヘッド用ケーブル，ＣＡ３…中継ケーブル，ＣＡ４…本体ケーブル，ＣＡ５…延長ケーブル，ＣＡ６…ケーブル，ＣＨ，ＣＨ１，ＣＨ２…ケーブル挿入孔，ＣＮ１，ＣＮ２，ＣＮ３，ＣＮ４…コネクタ，ＣＰ１，ＣＰ２…弾性カプラント，ＣＰａ…超音波伝達部，ＣＰｂ…フランジ部，ＣＳ…接触面，ＦＳ…固定内面，ＯＳ…外面，Ｐ…配管，ＳＵ…基板，ｗ…壁部，ｗｓ…支持片

Claims (12)

1. 配管内を流れる流体の流量を測定するクランプオン式超音波流量センサであって、
   第１および第２の駆動信号を生成する駆動回路と、
   前記第１の駆動信号に応答して超音波を送信可能であるとともに超音波を受信可能である第１の超音波素子と、
   前記第２の駆動信号に応答して超音波を送信可能であるとともに超音波を受信可能である第２の超音波素子と、
   前記第１および第２の超音波素子から出力された超音波信号に予め定められた信号処理を行う信号処理部と、
   前記信号処理部による信号処理後の超音波信号に基づいて、前記配管内の流体の流量に関する情報を測定情報として生成する情報生成部と、
   前記測定情報と前記配管内の流体の流量との間の予め定められた関係を校正するための校正情報を記憶する校正記憶部と、
   前記情報生成部により生成された測定情報と前記校正記憶部に記憶された校正情報とに基づいて流量値を算出する流量算出部と、
   前記クランプオン式超音波流量センサの外部に出力されるべき流量値の出力条件を設定するための条件設定部と、
   前記流量算出部により算出された流量値を前記出力条件に従って前記クランプオン式超音波流量センサの外部に出力する出力部と、
   前記第１の超音波素子を収容するヘッド筐体と、
   前記駆動回路、前記信号処理部、前記校正記憶部および前記情報生成部を収容する中継筐体と、
   前記条件設定部および前記出力部を収容する本体筐体と、
   前記ヘッド筐体と前記中継筐体との間に接続され、前記第１の駆動信号および前記第１の超音波素子から出力された超音波信号を伝達する第１のケーブルと、
   前記中継筐体と前記本体筐体との間に接続され、前記情報生成部により生成された測定情報または前記流量算出部により算出された流量値を伝達する第２のケーブルと、
   前記第２のケーブルと前記中継筐体および前記本体筐体のうち少なくとも一方とを着脱可能に接続する接続部とを備える、クランプオン式超音波流量センサ。
2. 前記接続部は、前記第２のケーブルと、前記中継筐体および前記本体筐体のうち少なくとも一方との間に接続可能に構成された延長ケーブルを含む、請求項１記載のクランプオン式超音波流量センサ。
3. 前記ヘッド筐体の内部には、前記第１のケーブルと前記第１の超音波素子との電気的な接続点が埋め込まれるように樹脂が充填された、請求項１または２記載のクランプオン式超音波流量センサ。
4. 前記中継筐体の内部には、前記第１のケーブルと前記信号処理部との電気的な接続点が埋め込まれるように樹脂が充填された、請求項１〜３のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
5. 前記第１のケーブルは、芯線およびその芯線を覆うシールド層を有するシールドケーブルを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
6. 前記第２のケーブルは、非シールドケーブルを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
7. 前記中継筐体は、一方向に延びる細長形状を有し、
   前記中継筐体の一端に前記第１のケーブルが接続され、
   前記中継筐体の他端に前記第２のケーブルが接続された、請求項１〜６のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
8. 前記中継筐体は、前記第１および第２のケーブルのうち少なくとも一方のケーブルにより任意の固定部材に吊り下げられた状態で支持可能に構成された、請求項１〜７のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
9. 前記ヘッド筐体に取り付けられる表示灯と、
   前記表示灯を駆動する第３の駆動信号を生成する表示灯駆動回路と、
   前記情報生成部により生成された測定情報に対応する流量値に基づいて表示灯駆動回路を制御する表示灯制御部とをさらに備え、
   前記中継筐体は、前記表示灯駆動回路および前記表示灯制御部をさらに収容し、
   前記第１のケーブルは、前記第３の駆動信号をさらに伝達する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
10. 前記ヘッド筐体は、前記第１の超音波素子を収容する第１のヘッド筐体、および前記第２の超音波素子を収容する第２のヘッド筐体を含み、
    前記第１のケーブルは、
    前記第１の駆動信号および前記第１の超音波素子から出力された超音波信号を伝達するように、前記第１のヘッド筐体と前記中継筐体との間に接続される第１ヘッド用ケーブルと、
    前記第２の駆動信号および前記第２の超音波素子から出力された超音波信号を伝達するように、前記第２のヘッド筐体と前記中継筐体との間に接続される第２ヘッド用ケーブルとを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
11. 前記情報生成部は、前記第１の超音波素子から流体を通して前記第２の超音波素子に送信される超音波の伝播時間と前記第２の超音波素子から前記第１の超音波素子に送信される超音波の伝播時間との差を前記測定情報として生成する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。
12. 前記中継筐体には、当該中継筐体を任意の固定部材に取り付けるための取付孔が形成された、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のクランプオン式超音波流量センサ。

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