JP3436179B2 - 超音波流量計及び流量計測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波により気体
や液体の流量や流速の計測を行う超音波流量計に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の超音波流量計には、例えば
特開平９−１３３５６１号公報が知られており、標準状
態の被測定流体の温度（Ｔ０）と使用状態の被測定流体
の温度情報（Ｔｓｖ）からＴ０／Ｔｓｖを補正係数とし
て流量の測定精度を高めていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の超音波流量計では、流れが無い状態の測定結果（以降
ゼロ点とする）が温度変化によって０以外の値となった
場合、動作補償温度範囲全体を補正係数だけで０にする
ことは困難で、温度変化によるゼロ点の安定性が得られ
ないという課題を有していた。

【０００４】本発明は上記課題を解決するもので、流量
測定の周期性を乱すことにより温度変化によるゼロ点の
安定性を向上させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、被測定流体が流れる流量測定部と、この流
量測定部に設けられ超音波を送受信する一対の超音波振
動子と、一方の前記超音波振動子を駆動する駆動回路
と、他方の前記超音波振動子に接続され超音波パルスを
検知する受信検知回路と、前記１対の超音波振動子の送
受信を切り替える切換回路と、前記超音波パルスの伝搬
時間を測定するタイマと、前記タイマの出力より流量を
演算によって求める演算部を備え、前記受信回路による
超音波パルスの検知結果に基づいて所定の遅延時間を経
過した後に発信駆動するように前記駆動回路の出力タイ
ミングを制御する制御部と、異なる遅延時間を設定可能
なディレイ部を備え、超音波の発信と受信とを異なる遅
延時間を用いて複数回繰り返して超音波パルスの伝播時
間を測定する第１の工程と、前記１対の超音波振動子の
送受信を切り替えて超音波の発信と受信とを異なる遅延
時間を用いて複数回繰り返して超音波パルスの伝播時間
を測定する第２の工程を有するとともに、前記第１の工
程と第２の工程との遅延時間の順序、使用回数の少なく
とも一方を同一に設定する超音波流量計である。

【０００６】また、一方の超音波振動子から超音波を送
信し、他方の超音波振動子にて前記超音波を検知して所
定の遅延時間を経過した後に前記一方の超音波振動子を
発信するものであり、かつ前記超音波の発信と受信とを
異なる遅延時間を用いて複数回繰り返して超音波の伝播
時間を測定する第１の工程と前記１対の超音波振動子の
送受信を切り替えて前記超音波の発信と受信とを異なる
遅延時間を用いて複数回繰り返して超音波パルスの伝播
時間を測定する第２の工程とを有する超音波流量計測方
法であって、前記第１の工程と第２の工程との遅延時間
の順序、使用回数の少なくとも一方を同一に設定する超
音波流量計測方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の形態の超音波流量
計は、被測定流体が流れる流量測定部と、この流量測定
部に設けられ超音波を送受信する一対の超音波振動子
と、一方の前記超音波振動子を駆動する駆動回路と、他
方の前記超音波振動子に接続され超音波パルスを検知す
る受信検知回路と、前記１対の超音波振動子の送受信を
切り替える切換回路と、前記超音波パルスの伝搬時間を
測定するタイマと、前記タイマの出力より流量を演算に
よって求める演算部を備え、前記受信回路による超音波
パルスの検知結果に基づいて所定の遅延時間を経過した
後に発信駆動するように前記駆動回路の出力タイミング
を制御する制御部と、異なる遅延時間を設定可能なディ
レイ部を備え、超音波の発信と受信とを異なる遅延時間
を用いて複数回繰り返して超音波パルスの伝播時間を測
定する第１の工程と、前記１対の超音波振動子の送受信
を切り替えて超音波の発信と受信とを異なる遅延時間を
用いて複数回繰り返して超音波パルスの伝播時間を測定
する第２の工程を有するとともに、前記第１の工程と第
２の工程との遅延時間の順序、使用回数の少なくとも一
方を同一に設定する超音波流量計である。

【０００８】本発明の第２の形態は、また、一方の超音
波振動子から超音波を送信し、他方の超音波振動子にて
前記超音波を検知して所定の遅延時間を経過した後に前
記一方の超音波振動子を発信するものであり、かつ前記
超音波の発信と受信とを異なる遅延時間を用いて複数回
繰り返して超音波の伝播時間を測定する第１の工程と前
記１対の超音波振動子の送受信を切り替えて前記超音波
の発信と受信とを異なる遅延時間を用いて複数回繰り返
して超音波パルスの伝播時間を測定する第２の工程とを
有する超音波流量計測方法であって、前記第１の工程と
第２の工程との遅延時間の順序、使用回数の少なくとも
一方を同一に設定する超音波流量計測方法である。

【０００９】本発明の第３の形態の超音波流量計は、被
測定流体が流れる流量測定部と、この流量測定部に設け
られ超音波を送受信する一対の超音波振動子と、一方の
前記超音波振動子を駆動する駆動回路と、他方の前記超
音波振動子に接続され超音波パルスを検知する受信検知
回路と、前記超音波パルスの伝搬時間を測定するタイマ
と、前記駆動回路と前記タイマを制御する制御部と、前
記タイマの出力より流 量を演算によって求める演算部を
備え、前記制御部は前記駆動回路から出力される出力信
号の位相、周波数の少なくとも1つを変化させて流量計
測における周期性を乱すよう制御するものであり、流れ
が無い状態の測定結果への温度変化による影響が低減さ
れるように、制御部では流量計測における周期性を乱す
よう制御するため温度変化によるゼロ点の安定性を向上
させることができる。

【００１０】本発明の第４の形態の超音波流量計は、第
３の形態の超音波流量計において、駆動回路は同じ周波
数で複数の位相を持った出力信号が出力可能で、制御部
では計測毎に出力信号の位相を変更するため、流量計測
における周期性が乱され温度変化によるゼロ点の安定性
を向上させることができる。

【００１１】本発明の第５の形態の超音波流量計は、第
３の形態の超音波流量計において、駆動回路は複数の周
波数の出力信号を有し、制御部では計測毎に出力信号の
周波数を変更するため、流量計測における周期性が乱さ
れ温度変化によるゼロ点の安定性を向上させることがで
きる。

【００１２】本発明の第６の形態の超音波流量計は、第
３の形態の超音波流量計において、駆動回路は超音波振
動子の使用周波数である第１周波数と第１周波数とは異
なる第２周波数の信号を重ね合わせて出力可能で、制御
部では計測毎に第２周波数の発信信号を変更した出力信
号を駆動回路から出力させるため、流量計測における周
期性が乱され温度変化によるゼロ点の安定性を向上させ
ることができる。

【００１３】本発明の第７の形態の超音波流量計は、第
６の形態の超音波流量計において、第２周波数の位相を
変更するため、流量計測における周期性が乱され温度変
化によるゼロ点の安定性を向上させることができる。

【００１４】本発明の第８の形態の超音波流量計は、第
６の形態の超音波流量計において、第２周波数の周波数
を変更するため、流量計測における周期性が乱され温度
変化によるゼロ点の安定性を向上させることができる。

【００１５】本発明の第９の形態の超音波流量計は、第
６の形態の超音波流量計において、第２周波数がある場
合と無い場合を切り替えるため、流量計測における周期
性が乱され温度変化によるゼロ点の安定性を向上させる
ことができる。

【００１６】本発明の第１０の形態の超音波流量計は、
第３の形態の超音波流量計において、駆動回路は超音波
振動子の使用周波数である第１周波数と第１周波数とは
異なる第２周波数を連続して出力可能で第１周波数の前
に第２周波数を出力し、制御部では計測毎に第２周波数
がある場合と無い場合を切り替えるため、流量計測にお
ける周期性が乱され温度変化によるゼロ点の安定性を向
上させることができる。

【００１７】本発明の第１１の形態の超音波流量計は、
被測定流体が流れる流量測定部と、この流量測定部に設
けられ超音波を送受信する一対の超音波振動子と、一方
の超音波振動子を駆動する駆動回路と、他方の超音波振
動子に接続され超音波パルスを検知する受信検知回路
と、超音波パルスの伝搬時間を測定するタイマと、駆動
回路とタイマを制御する制御部と、タイマの出力より流
量を演算によって求める演算部を備え、流れが無い状態
の測定結果への温度変化による影響が低減されるよう
に、制御部は超音波振動子から送信される超音波パルス
の残響時間が短くなるよう駆動回路の出力信号を制御す
るため残響時間が短くなり、温度変化によるゼロ点の安
定性を向上させることができる。

【００１８】本発明の第１２の形態の超音波流量計は、
第１１の形態の超音波流量計において、駆動回路の駆動
周波数は前記超音波振動子の使用周波数である第１周波
数と第１周波数とは異なる第２周波数からなるため、残
響時間が短くなるよう制御でき温度変化によるゼロ点の
安定性を向上させることができる。

【００１９】

【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。なお図面中で同一符号を付しているものは同
一なものであり、詳細な説明は省略する。

【００２０】（実施例１） 図１は本発明の実施例１の超音波流量計を示すブロック
図である。図１において、１は被測定流体が流れる流量
測定部、２、３は流量測定部１の流れの方向に対し斜め
に対向して配置された超音波振動子、４は超音波振動子
２、３の使用周波数を発信する発振回路、５は発振回路
４に接続され超音波振動子２、３を駆動する駆動回路、
６は送受信する超音波振動子を切り替える切替回路、７
は超音波パルスを検知する受信検知回路、８は超音波パ
ルスの伝搬時間を計測するタイマ、９はタイマ８の出力
より流量を演算する演算部、１０は駆動回路５とタイマ
８に制御信号を出力する制御部、１１は制御部１０に接
続するディレイ部である。

【００２１】まず動作、作用について説明する。例えば
被測定流体を空気、超音波振動子２、３の使用周波数に
は約５００kHzを選択する。発振回路４は例えばコンデ
ンサと抵抗で構成され約５００kHzの方形波を発信し、
駆動回路５では発振回路４の信号から超音波振動子２を
駆動するため方形波が３波のバースト信号からなる駆動
信号を出力可能とする。また測定手段には測定流量の分
解能を向上するため、例えばシングアラウンド法を用い
る。

【００２２】制御部１０では駆動回路５に送信開始信号
を出力すると同時に、タイマ８の時間計測を開始させ
る。駆動回路５は送信開始信号を受けると超音波振動子
２を駆動し、超音波パルスを送信する。送信された超音
波パルスは流量測定部１内を伝搬し超音波振動子３で受
信される。受信された超音波パルスは超音波振動子３で
電気信号に変換され、受信検知回路７に出力される。受
信検知回路７では受信信号の受信タイミングを決定し、
制御部１０に受信検知信号を出力する。制御部１０では
受信検知信号を受けると、ディレイ部１１にあらかじめ
設定した遅延時間ｔｄ経過後に再び駆動回路５に送信開
始信号を出力し、２回目の計測を行う。この動作をＮ回
繰返した後、タイマ８を停止させる。演算部９ではタイ
マ８で測定した時間を測定回数のＮで割り、遅延時間ｔ
ｄを引いて伝搬時間ｔ１を演算する。

【００２３】引き続き切替回路６で駆動回路５と受信検
知回路７に接続する超音波振動子を切り替え、再び制御
部１０では駆動回路５に送信開始信号を出力すると同時
に、タイマ８の時間計測を開始させる。伝搬時間ｔ１の
測定と逆に、超音波振動子３で超音波パルスを送信し、
超音波振動子２で受信する計測をＮ回繰返し、演算部９
で伝搬時間ｔ２を演算する。

【００２４】ここで、超音波振動子２と超音波振動子３
の中心を結ぶ距離をＬ、空気の無風状態での音速をＣ、
流量測定部１内での流速をＶ、被測定流体の流れの方向
と超音波振動子２と超音波振動子３の中心を結ぶ線との
角度をθとすると、伝搬時間ｔ１、ｔ２は、 ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖcosθ） （１） ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖcosθ） （２）で示
される。（１）（２）式より音速Ｃを消去して、流速Ｖ
を求めると Ｖ＝Ｌ／２cosθ（１／ｔ１−１／ｔ２） （３）が得
られる。Ｌ、θは既知であるのでｔ１とｔ２を測定すれ
ば流速Ｖが求められる。この流速Ｖと流量測定部１の面
積をＳ、補正係数をＫとすれば、流量Ｑは Ｑ＝ＫＳＶ （４）で演算
できる。

【００２５】この超音波流量計に用いる超音波振動子の
一例を図２に示す。超音波振動子１２は電極面は１辺が
約８mmの正方形で、厚み約２．７mmの直方体の圧電体１
３と整合層１４を厚みが０．２μmのSUS製の有天筒状の
ケース１５に接着固定し、裏ぶた１６でケース１５を封
止する。ただし圧電体１３には使用振動モードである縦
振動するようにスリット１７を設ける。この超音波振動
子１２のインピーダンス特性を図３に示す。図３の右側
に見られる２つの山が使用振動モードの特性を示してい
て、左側の山が使用する振動モードとは異なる振動モー
ド（以後、不要振動モードとする）の特性を示してい
る。

【００２６】次に流れがない状態での流量計測におけ
る、一対の超音波振動子の周波数特性の影響を考える。
整合層１４を設けた超音波振動子１２の使用振動モード
付近の周波数特性を完全に一致させることは困難である
から、超音波振動子２で送信し超音波振動子３で受信す
る超音波パルスの周波数と超音波振動子３で送信し超音
波振動子２で受信する超音波パルスの周波数にずれがあ
ると仮定し、温度によるゼロ点の変動を計算する。超音
波振動子２で送信し超音波振動子３で受信する超音波パ
ルスの周波数をｆ１、超音波振動子３で送信し超音波振
動子２で受信する超音波パルスの周波数をｆ１＋ｄｆ１
とし、計算を簡易にするためｆ１、ｆ１＋ｄｆ１は連続
する正弦波とする。また不要振動モードの周波数はｆ２
で、１対の超音波振動子でｆ２は同じ周波数であると仮
定し、計算を容易にするためｆ２も連続する正弦波とす
る。さらに残響、多重反射の影響もないものと仮定す
る。

【００２７】ここで空気の流れは無いので、温度をＴと
すると超音波振動子間を伝搬する時間Ｐｔは、 Ｐｔ＝Ｌ／（331＋0.6・Ｔ） （５）で示さ れる。また超音波振動子２で送信し超音波振動子３で受
信する場合は、 R1＝sin｛2π・ｆ１・(ｔ−Ｐｔ)｝＋Ａsin（２π・ｆ
２・ｔ）（６）超音波振動子３で送信し超音波振動子２
で受信する場合は、 R2＝sin｛2π・(ｆ１＋ｄｆ１)・(ｔ−Ｐｔ)｝＋Ａsin
（２π・ｆ２・ｔ）（７）で示される。(６)、（７）式
より温度Ｔを変えたときのＲ１、Ｒ２が５回目にゼロと
交差する時間ｔ１、ｔ２を求め、（３）式を用いて流量
を算出する。例えばｆ１を５００kHz、ｆ２を２００kH
z、Ａを−６０ｄＢとして、ｄｆ１が０kHz、１kHz、−
１kHzでの計算結果を図４〜６に示す。図４のようにｄ
ｆ１＝０の場合は、温度によるゼロ点の変動は見られな
い。一方ｄｆ１が１kHz、−１kHzである図５と図６で
は、温度によりゼロ点が傾きを有す直線となっている。
またｄｆ１の値によって、傾きが変化することがわか
る。以上の計算結果から、超音波振動子の使用周波数の
ずれが温度によるゼロ点の傾きを生じる原因の一つとな
っていることが推定できる。

【００２８】ところで一対の超音波振動子の周波数特性
を完全に一致させることは困難であることから、周波数
特性が完全に一致していなくても温度によるゼロ点の傾
きを生じさせない方法が必要となる。そこで流量計測に
おける周期性を乱すという計測方法を検討した。一般的
にシングアラウンド法での計測は、クロックに同期しな
い非周期的な計測であると考えられている。しかし被測
定流体が不変な場合に温度が一定であると、一定した時
間間隔で測定は行われる。この結果、シングアラウンド
法は温度ごとに一定の周期を持った周期的な計測とな
り、一対の超音波振動子の周波数のずれが強調されてし
まうと推測した。

【００２９】そこであらかじめディレイ部１１には遅延
時間ｔｄ１、ｔｄ２として約１５３μsec、約１５４μs
ecの２種類を設定した。制御部１０では受信検知回路７
から受信検知信号を受け取ると、１回目は遅延時間ｔｄ
１経過した後駆動回路に送信開始信号を出力する。次に
受信検知回路７から受信検知信号を受け取ると、２回目
は遅延時間ｔｄ２経過した後駆動回路に送信開始信号を
出力する。このように遅延時間ｔｄ１とｔｄ２を交互に
用いて、Ｎ回測定した後、演算部９で伝搬時間ｔ１を演
算する。引き続き切替回路６で駆動回路５と受信検知回
路７に接続する超音波振動子を切り替え、同様に遅延時
間ｔｄ１とｔｄ２を交互に用いて伝搬時間ｔ２を測定す
る。このとき伝搬時間ｔ１とｔ２を測定する時に用いる
ｔｄ１、ｔｄ２の順序と使用回数は同一とすることが望
ましい。一般的に遅延回路や遅延素子は自己発熱や使用
環境等の温度により遅延時間にバラツキを生じるが、ｔ
ｄ１、ｔｄ２の順序と使用回数を同一としておけば
（３）式で流路Ｖを計算するときにその影響を消去する
ことができ、ディレイ部１１の温度特性がゼロ点の安定
性に与える影響を低減できる。

【００３０】遅延時間ｔｄ１、ｔｄ２として、１５３μ
sec、１５４μsecの２種類を用い、温度変化によるゼロ
点の変動を測定した実験結果を図７に示す。また比較の
ために遅延時間ｔｄ１のみ用い、温度変化によるゼロ点
の変動を測定した実験結果を図８に示す。なお実験に用
いた超音波振動子２、３と流量測定部１は同一ものであ
る。図８ではゼロ点は温度変化により右上りの傾きを有
しているが、図７ではほぼ水平となっていることがわか
る。上記の結果から、一対の超音波振動子の組合せで温
度変化によるゼロ点の変動が生じる場合でも、ディレイ
部１１に遅延時間ｔｄを２種類用意し測定ごとに切り替
えて用いれば温度変化によるゼロ点の安定性が向上でき
る。

【００３１】なお実施例１ではディレイ部１１には遅延
時間ｔｄ１、ｔｄ２として約１５３μsec、約１５４μs
ecの２種類を設定するとしたが、遅延時間は２種類以上
なら何種類でも構わないし、遅延時間は約１５３μse
c、約１５４μsec以外の時間でも構わないということは
言うまでもない。また、実施例１では超音波振動子は電
極面は１辺が約８mmの正方形で、厚み約２．７mmの直方
体の圧電体と整合層を厚みが０．２μmのSUS製の有天筒
状のケースに接着固定するとしたが、上記構成以外の超
音波振動子でも構わない。また不要振動モードの周波数
を２００kHzとしたが、この周波数よりも高い周波数で
も、低い周波数でも構わない。

【００３２】（実施例２） 以下、本発明の実施例２について、図面を参照しながら
説明する。図９は実施例２の超音波流量計を示すブロッ
ク図である。１は流量測定部、２、３は超音波振動子、
４は発振回路、５は駆動回路、６は切替回路、７は受信
検知回路、８はタイマ、９は演算部、１０は制御部、１
１はディレイ部で、以上は図１の構成と同様なものであ
る。図１の構成と異なるのは、駆動回路５に位相変換部
１８を接続した点である。

【００３３】まず動作、作用について説明する。実施例
１と同様に、被測定流体は空気、超音波振動子２、３の
使用周波数は約５００kHzで、シングアラウンド法を用
いて流量測定を行う。制御部１０では駆動回路５に送信
開始信号を出力すると同時に、タイマ８の時間計測を開
始させる。駆動回路５は送信開始信号を受信すると超音
波振動子２を駆動し、超音波パルスを送信する。このと
き駆動回路５では位相が０度のとき例えば図１０のよう
な駆動信号を送信する。送信された超音波パルスは流量
測定部１内を伝搬し超音波振動子３で受信される。受信
された超音波パルスは超音波振動子３で電気信号に変換
され、受信検知回路７に出力される。受信検知回路７で
は受信信号の受信タイミングを決定し、制御部１０に受
信検知信号を出力する。制御部１０では受信検知信号を
受けると、ディレイ部１１にあらかじめ設定した遅延時
間ｔｄ経過後に再び駆動回路５に送信開始信号を出力す
る。

【００３４】駆動回路５は送信開始信号を受信すると、
位相変換部１８から例えば位相を９０度変化させる位相
変換出力を得て、例えば図１１のような駆動信号を送信
する。図１１の駆動信号の点線で示された部分は出力さ
れない。図１０と図１１の駆動信号を交互に送信しなが
らＮ回測定した後、タイマ８を停止させる。演算部９で
はタイマ８で測定した時間を測定回数のＮで割り、遅延
時間ｔｄを引いて伝搬時間ｔ１を演算する。引き続き切
替回路６で駆動回路５と受信検知回路７に接続する超音
波振動子を切り替え、図１０と図１１の駆動信号を交互
に送信しながら伝搬時間ｔ１の測定と同様に伝搬時間ｔ
２を測定する。これ以降の動作原理は実施例１と同様に
なるため省略する。

【００３５】図１０、１１で駆動したとき受信される超
音波パルスを図１２に示す。図１２の実線は図１０の駆
動信号で駆動した場合、波線は図１１の駆動信号で駆動
した場合である。受信した超音波パルスの５回目にゼロ
と交差する時間を伝搬時間ｔ１とすると、図１０と図１
１では駆動開始の位相が異なるためｔｓ２だけ時間差が
生じる。このように駆動信号の位相を交互に切り替えて
計測を行うと、計測間隔は１回毎変化することになり計
測の周期性を打ち消すことが可能となる。その結果実施
例１同様に、一対の超音波振動子の組合せで温度変化に
よるゼロ点の変動が生じる場合でも、位相変換部１８で
測定ごとに駆動信号の位相を変化させれば温度変化によ
るゼロ点の安定性が向上できる。

【００３６】なお実施例２では駆動信号の位相を９０度
変化させるとしたが、上記条件に限定されるわけでな
く、９０度以外の位相でよく、例えば位相を１８０度と
すると回路が簡略化できる。また駆動信号の位相を０度
と９０度の２種類を交互に変えるとしたが、２種類以上
でも構わない。なお伝搬時間ｔ１、ｔ２を測定するとき
位相の種類、角度等の順序は同一としておけば、位相変
換部１８に温度特性があっても（３）式で流路Ｖを計算
するときにゼロ点の安定性に与える影響を低減できる。

【００３７】（実施例３） 以下、本発明の実施例３について、図面を参照しながら
説明する。図１３は実施例３の超音波流量計を示すブロ
ック図である。１は流量測定部、２、３は超音波振動
子、５は駆動回路、６は切替回路、７は受信検知回路、
８はタイマ、９は演算部、１０は制御部、１１はディレ
イ部で、以上は図１の構成と同様なものである。図１の
構成と異なるのは、駆動回路５に第１発振回路１９と第
２発振回路２０を接続した点である。

【００３８】まず動作、作用について説明する。実施例
１と同様に、被測定流体は空気、超音波振動子２、３の
使用周波数は約５００kHzで、シングアラウンド法を用
いて流量測定を行う。制御部１０では駆動回路５に送信
開始信号を出力すると同時に、タイマ８の時間計測を開
始させる。

【００３９】駆動回路５は送信開始信号を受信すると、
まず第１発振回路１９の発振周波数で超音波振動子２を
駆動し、超音波パルスを送信する。送信された超音波パ
ルスは流量測定部１内を伝搬し超音波振動子３で受信さ
れる。受信された超音波パルスは超音波振動子３で電気
信号に変換され、受信検知回路７に出力される。受信検
知回路７では受信信号の受信タイミングを決定し、制御
部１０に受信検知信号を出力する。制御部１０では受信
検知信号を受けると、ディレイ部１１にあらかじめ設定
した遅延時間ｔｄ経過後に再び駆動回路５に送信開始信
号を出力する。駆動回路５は送信開始信号を受信する
と、今度は第２発振回路２０の発振周波数で超音波振動
子２を駆動し、超音波パルスを送信する。第１発振回路
１９と第２発振回路２０の発振周波数の駆動信号を交互
に送信しながらＮ回計測した後、タイマ８を停止させ
る。演算部９ではタイマ８で測定した時間を測定回数の
Ｎで割り、遅延時間ｔｄを引いて伝搬時間ｔ１を演算す
る。引き続き切替回路６で駆動回路５と受信検知回路７
に接続する超音波振動子を切り替え、第１発振回路１９
と第２発振回路２０の発振周波数の駆動信号を交互に送
信しながら伝搬時間ｔ１の測定と同様に伝搬時間ｔ２を
測定する。これ以降の動作原理は実施例１と同様になる
ため省略する。

【００４０】次に超音波振動子の駆動周波数に対する感
度特性を図１４に示す。超音波振動子は中心周波数（ｆ
ｃ）を挟んで左右に感度が等しくなる周波数（ｆ１、ｆ
２）がある。受信検知回路７で超音波パルスを検知する
とき振幅は変動しないほうが計測が容易なので、第１発
信回路１９と第２発振回路２０の周波数は感度が等しく
なる周波数であるｆ１、ｆ２とする。例えばｆｃが５０
０kHzのとき、ｆ１を４８０kHz、ｆ２を５２０kHzとす
る。ｆ１とｆ２で駆動された超音波パルスを図１５に示
す。実線がｆ１で駆動した超音波パルスで、波線がｆ２
で駆動した超音波パルスである。超音波パルスの振幅は
等しく、５回目にゼロと交差する時間は周波数が異なる
ためｔｓ３だけ差が生じる。

【００４１】このため計測する時間間隔はｔｓ３だけ変
化することになり、計測の周期性を打ち消すことが可能
となる。その結果実施例１同様に、一対の超音波振動子
の組合せで温度変化によるゼロ点の変動が生じる場合で
も、測定ごとに駆動信号の周波数を変更すれば温度変化
によるゼロ点の安定性が向上できる。

【００４２】なお実施例３では第１発振回路と第２発振
回路を用いるとしたが、発振回路を一つとしその周波数
を変更して用いても構わない。また駆動周波数をｆ１、
ｆ２の２種類としたが、３種類以上でも構わない。また
ｆ１を４８０kHz、ｆ２を５２０kHzとしたが、この周波
数は超音波振動子の周波数特性により変化する。また超
音波パルスの感度が等しくなる２つの周波数を選択した
が、感度が等しい周波数を選択しなくても測定は可能で
ある。なお伝搬時間ｔ１、ｔ２を測定するとき駆動周波
数の種類と順序を同一としておけば、発振回路に温度特
性があっても（３）式で流路Ｖを計算するときにゼロ点
の安定性に与える影響を低減できる。

【００４３】（実施例４） 以下、本発明の実施例４について、図面を参照しながら
説明する。図１６は実施例４の超音波流量計を示すブロ
ック図である。１は流量測定部、２、３は超音波振動
子、５は駆動回路、６は切替回路、７は受信検知回路、
８はタイマ、９は演算部、１０は制御部、１１はディレ
イ部で、以上は図１の構成と同様なものである。図１の
構成と異なるのは、第１発振回路１９と位相変換部２１
を介した第２発振回路２０を波形加算部２２に接続し、
この波形加算部２２を駆動回路５に接続した点である。

【００４４】まず動作、作用について説明する。実施例
１と同様に、被測定流体は空気、超音波振動子２、３の
使用周波数は約５００kHzで、シングアラウンド法を用
いて流量測定を行う。制御部１０では駆動回路５に送信
開始信号を出力すると同時に、タイマ８の時間計測を開
始させる。駆動回路５は送信開始信号を受信すると、ま
ず第１発振回路１９の発信信号と第２発振回路２０の発
信信号を波形加算部２２で加算した加算信号で超音波振
動子２を駆動し、超音波パルスを送信する。

【００４５】なお１回目の第２発振回路の発信信号の位
相は０度とする。送信された超音波パルスは流量測定部
１内を伝搬し超音波振動子３で受信される。受信された
超音波パルスは超音波振動子３で電気信号に変換され、
受信検知回路７に出力される。受信検知回路７では受信
信号の受信タイミングを決定し、制御部１０に受信検知
信号を出力する。制御部１０では受信検知信号を受ける
と、ディレイ部１１にあらかじめ設定した遅延時間ｔｄ
経過後に再び駆動回路５に送信開始信号を出力する。

【００４６】駆動回路５は送信開始信号を受信すると、
今度は位相変換部２１で第２発振回路２０の位相を変換
し、この位相変換した発信信号と第１発振回路の発信信
号を波形加算部２２で加算した加算信号で超音波振動子
２を駆動し、超音波パルスを送信する。位相変換部２１
で第２発振回路２０の発信信号の位相を交互に変えなが
らＮ回計測した後、タイマ８を停止させる。演算部９で
はタイマ８で測定した時間を測定回数のＮで割り、遅延
時間ｔｄを引いて伝搬時間ｔ１を演算する。引き続き切
替回路６で駆動回路５と受信検知回路７に接続する超音
波振動子を切り替え、位相変換部２１で第２発振回路２
０の発信信号の位相を交互に変えながら伝搬時間ｔ１の
測定と同様に伝搬時間ｔ２を測定する。これ以降の動作
原理は実施例１と同様になるため省略する。

【００４７】例えば第１発振回路１９の発振周波数は約
５００kHz、第２発振回路２０の発振周波数は約２００k
Hzとし、位相変換部２１で変換する位相は１８０度とす
る。超音波振動子２、３は約５００kHzで駆動すると振
幅の大きい超音波パルスが受信でき、約２００kHz成分
だけで駆動しても超音波パルスはほとんど受信できな
い。しかし約２００kHzの信号の位相を計測ごとに１８
０度反転して加算した加算信号を基に駆動して受信され
る超音波パルスは、約２００kHzの位相により周期が微
妙に変化する。この結果実施例１同様に、一対の超音波
振動子の組合せで温度変化によるゼロ点の変動が生じる
場合でも、位相変換部１８で測定ごとに第２発振回路２
０の位相を変化させれば温度変化によるゼロ点の安定性
が向上できる。

【００４８】なお実施例４では第２発振回路の発振周波
数を２００kHzとしたが、これより高い周波数でも低い
周波数でも構わない。また駆動信号の位相を１８０度変
化させるとしたが、上記条件に限定されるわけでなく、
１８０度以外の位相でもよい。また駆動信号の位相を０
度と１８０度の２種類を交互に変えるとしたが、２種類
以上でも構わない。なお伝搬時間ｔ１、ｔ２を測定する
とき位相の種類、角度等の順序は同一としておけば、位
相変換部２１や波形加算部部２２等に温度特性があって
も（３）式で流路Ｖを計算するときにゼロ点の安定性に
与える影響を低減できる。

【００４９】（実施例５） 以下、本発明の実施例５について、図面を参照しながら
説明する。図１７は実施例５の超音波流量計を示すブロ
ック図である。１は流量測定部、２、３は超音波振動
子、５は駆動回路、６は切替回路、７は受信検知回路、
８はタイマ、９は演算部、１０は制御部、１１はディレ
イ部で、以上は図１の構成と同様なものである。図１の
構成と異なるのは、第１発振回路１９と周波数変換部２
３を介した第２発振回路２０を波形加算部２２に接続
し、この波形加算部２２を駆動回路５に接続した点であ
る。

【００５０】まず動作、作用について説明する。実施例
１と同様に、被測定流体は空気、超音波振動子２、３の
使用周波数は約５００kHzで、シングアラウンド法を用
いて流量測定を行う。制御部１０では駆動回路５に送信
開始信号を出力すると同時に、タイマ８の時間計測を開
始させる。駆動回路５は送信開始信号を受信すると、ま
ず第１発振回路１９の発信信号と第２発振回路２０の発
信信号を波形加算部２２で加算した加算信号で超音波振
動子２を駆動し、超音波パルスを送信する。

【００５１】なお１回目の第２発振回路の発振周波数を
例えば２００kHzとする。送信された超音波パルスは流
量測定部１内を伝搬し超音波振動子３で受信される。受
信された超音波パルスは超音波振動子３で電気信号に変
換され、受信検知回路７に出力される。受信検知回路７
では受信信号の受信タイミングを決定し、制御部１０に
受信検知信号を出力する。制御部１０では受信検知信号
を受けると、ディレイ部１１にあらかじめ設定した遅延
時間ｔｄ経過後に再び駆動回路５に送信開始信号を出力
する。

【００５２】駆動回路５は送信開始信号を受信すると、
今度は第２発振回路２０の発振周波数を周波数変換部２
３で約１００kHzに変換し、この変換した発信信号と第
１発振回路の発信信号を波形加算部２２で加算した加算
信号で超音波振動子２を駆動し、超音波パルスを送信す
る。周波数変換部２３で第２発振回路２０の発振周波数
を約２００kHzと約１００kHzを交互に変えながらＮ回計
測した後、タイマ８を停止させる。演算部９ではタイマ
８で測定した時間を測定回数のＮで割り、遅延時間ｔｄ
を引いて伝搬時間ｔ１を演算する。引き続き切替回路６
で駆動回路５と受信検知回路７に接続する超音波振動子
を切り替え、第２発振回路２０の発振周波数を周波数変
換部２３で変えながら伝搬時間ｔ１の測定と同様に伝搬
時間ｔ２を測定する。これ以降の動作原理は実施例１と
同様になるため省略する。

【００５３】超音波振動子２、３は約５００kHzで駆動
すると振幅の大きい超音波パルスが受信でき、約２００
kHzや約１００kHzの周波数だけで駆動しても超音波パル
スはほとんど受信できない。しかし約５００kHzと約２
００kHzを加算した駆動信号と、約５００kHzと約１００
kHzを加算した駆動信号で駆動して受信される超音波パ
ルスの周期は微妙に変化する。この結果実施例１同様
に、一対の超音波振動子の組合せで温度変化によるゼロ
点の変動が生じる場合でも、周波数変換部２３で測定ご
とに第２発振回路２０の周波数を変化させれば温度変化
によるゼロ点の安定性が向上できる。

【００５４】なお実施例５では第２発振回路の発振周波
数を約２００kHz、周波数変換部２３で約１００kHzに変
換するとしたが、これより高い周波数でも低い周波数で
も構わない。周波数変換部２３から出力される周波数を
２種類としたが、２種類以上でも構わない。なお伝搬時
間ｔ１、ｔ２を測定するとき周波数変換部２３から出力
される周波数の種類と順序は同一としておけば、波形加
算部２２や周波数変換部２３等に温度特性があっても
（３）式で流路Ｖを計算するときにゼロ点の安定性に与
える影響を低減できる。

【００５５】（実施例６） 以下、本発明の実施例６について、図面を参照しながら
説明する。図１８は実施例６の超音波流量計を示すブロ
ック図である。１は流量測定部、２、３は超音波振動
子、５は駆動回路、６は切替回路、７は受信検知回路、
８はタイマ、９は演算部、１０は制御部、１１はディレ
イ部で、以上は図１の構成と同様なものである。図１の
構成と異なるのは、第１発振回路１９とON/OFF回路２４
を介した第２発振回路２０を波形加算部２２に接続し、
この波形加算部２２を駆動回路５に接続した点である。

【００５６】まず動作、作用について説明する。実施例
１と同様に、被測定流体は空気、超音波振動子２、３の
使用周波数は約５００kHzで、シングアラウンド法を用
いて流量測定を行う。制御部１０では駆動回路５に送信
開始信号を出力すると同時に、タイマ８の時間計測を開
始させる。

【００５７】駆動回路５は送信開始信号を受信すると、
まずON/OFF回路２４の出力をONにし、第１発振回路１９
の発信信号と第２発振回路２０の発信信号を波形加算部
２２で加算した加算信号で超音波振動子２を駆動し、超
音波パルスを送信する。送信された超音波パルスは流量
測定部１内を伝搬し超音波振動子３で受信される。受信
された超音波パルスは超音波振動子３で電気信号に変換
され、受信検知回路７に出力される。受信検知回路７で
は受信信号の受信タイミングを決定し、制御部１０に受
信検知信号を出力する。制御部１０では受信検知信号を
受けると、ディレイ部１１にあらかじめ設定した遅延時
間ｔｄ経過後に再び駆動回路５に送信開始信号を出力す
る。駆動回路５は送信開始信号を受信すると、今度はON
/OFF回路２４の出力をOFFにし、第２発振回路２０の発
信信号を遮断し、第１発振回路の発信信号で超音波振動
子２を駆動し、超音波パルスを送信する。ON/OFF回路２
４で第２発振回路２０の発信信号をON/OFFしながらＮ回
計測した後、タイマ８を停止させる。演算部９ではタイ
マ８で測定した時間を測定回数のＮで割り、遅延時間ｔ
ｄを引いて伝搬時間ｔ１を演算する。引き続き切替回路
６で駆動回路５と受信検知回路７に接続する超音波振動
子を切り替え、ON/OFF回路２４で第２発振回路２０の発
信信号をON/OFFしながら伝搬時間ｔ１の測定と同様に伝
搬時間ｔ２を測定する。これ以降の動作原理は実施例１
と同様になるため省略する。

【００５８】例えば第１発振回路１９の発振周波数は約
５００kHz、第２発振回路の発振周波数は約２００kHzと
する。超音波振動子２、３は約５００kHzで駆動すると
振幅の大きい超音波パルスが受信でき、約２００kHz成
分だけで駆動しても超音波パルスはほとんど受信できな
い。しかし約５００kHzの発振周波数に対し約２００kHz
の発信信号を加算したりしなかったりすることにより、
受信される超音波パルスの周期が微妙に変化する。この
結果実施例１同様に、一対の超音波振動子の組合せで温
度変化によるゼロ点の変動が生じる場合でも、測定ごと
にON/OFF回路２４で第２発振回路２０の発信信号をON/O
FFすることにより温度変化によるゼロ点の安定性が向上
できる。

【００５９】なお実施例６では第２発振回路の発振周波
数を２００kHzとしたが、これより高い周波数でも低い
周波数でも構わない。またON/OFF回路２４の最初をONと
したが、OFFから開始しても構わない。なお伝搬時間ｔ
１、ｔ２を測定するときON/OFF回路２４の切替順序は同
一としておけば、波形加算部２２やON/OFF回路２４等に
温度特性があっても（３）式で流路Ｖを計算するときに
ゼロ点の安定性に与える影響を低減できる。

【００６０】（実施例７） 以下、本発明の実施例７について、図面を参照しながら
説明する。図１９は実施例７の超音波流量計を示すブロ
ック図である。１は流量測定部、２、３は超音波振動
子、５は駆動回路、６は切替回路、７は受信検知回路、
８はタイマ、９は演算部、１０は制御部、１１はディレ
イ部で、以上は図１の構成と同様なものである。図１の
構成と異なるのは、第１発振回路１９とON/OFF回路２４
を介した第２発振回路２０を波形連結部２５に接続し、
この波形連結部２５を駆動回路５に接続した点である。

【００６１】まず動作、作用について説明する。実施例
１と同様に、被測定流体は空気、超音波振動子２、３の
使用周波数は約５００kHzで、シングアラウンド法を用
いて流量測定を行う。制御部１０では駆動回路５に送信
開始信号を出力すると同時に、タイマ８の時間計測を開
始させる。駆動回路５は送信開始信号を受信すると、ま
ずON/OFF回路２４の出力をOFFにして第２発振回路の発
信信号を遮断し、第１発振回路１９の発振周波数からな
る図２０に示す駆動信号で超音波振動子２を駆動し超音
波パルスを送信する。送信された超音波パルスは流量測
定部１内を伝搬し超音波振動子３で受信される。受信さ
れた超音波パルスは超音波振動子３で電気信号に変換さ
れ、受信検知回路７に出力される。受信検知回路７では
受信信号の受信タイミングを決定し、制御部１０に受信
検知信号を出力する。制御部１０では受信検知信号を受
けると、ディレイ部１１にあらかじめ設定した遅延時間
ｔｄ経過後に再び駆動回路５に送信開始信号を出力す
る。

【００６２】駆動回路５は送信開始信号を受信すると、
今度はON/OFF回路２４の出力をONにし、波形連結部２５
では第１発振回路１９と第２発振回路１９の発信信号を
連結し、図２１に示す駆動信号で超音波振動子２を駆動
し超音波パルスを送信する。ON/OFF回路２４で第２発振
回路２０の発信信号をON/OFFしながらＮ回計測した後、
タイマ８を停止させる。演算部９ではタイマ８で測定し
た時間を測定回数のＮで割り、遅延時間ｔｄを引いて伝
搬時間ｔ１を演算する。引き続き切替回路６で駆動回路
５と受信検知回路７に接続する超音波振動子を切り替
え、ON/OFF回路２４で第２発振回路２０の発信信号をON
/OFFしながら伝搬時間ｔ１の測定と同様に伝搬時間ｔ２
を測定する。これ以降の動作原理は実施例１と同様にな
るため省略する。

【００６３】例えば第１発振回路１９の第１周波数は約
５００kHz、第２発振回路２０の第２周波数は約２５０k
Hzとする。ON/OFF回路２４がONの時、波形連結部２５で
は第２周波数の１／２周期後に第１周波数を３周期分が
連続する連結信号を出力する。第２周波数では超音波振
動子２、３は超音波パルスをほとんど送受信できない
が、弱く振動する。この振動が温度特性に影響を与える
可能性がある場合は、第１周波数の振幅に対し第２周波
数の振幅を小さくする。例えば第２周波数の振幅を第１
周波数の振幅に比べ−８０ｄＢとする。

【００６４】また第２周波数の１／２周期は約１μsec
に相当しディレイ部１１の遅延時間ｔｄを１５３μsec
と設定すれば、図２１の駆動信号はｔｄが１５５μsec
に相当する。実施例１の遅延時間の設定よりは１μsec
長いが、計測の周期性を乱すことができる。この結果実
施例１同様に、一対の超音波振動子の組合せで温度変化
によるゼロ点の変動が生じる場合でも、測定ごとにON/O
FF回路２４で第２発振回路２０の発信信号をON/OFFする
ことにより温度変化によるゼロ点の安定性が向上でき
る。

【００６５】なお実施例７では第２周波数を２００kHz
としたが、これより高い周波数でも低い周波数でも構わ
ない。また第２周波数の振幅を第１周波数の振幅に比べ
−８０ｄＢとしたが、温度特性に影響がない振幅であれ
ば大きくても小さくても構わない。また第２発振回路２
０にON/OFF回路２４を接続したが、ON/OFF回路２４は無
くてもよく、第２発振回路から２つ以上の周波数を出力
し、この周波数を切り替えても構わない。またON/OFF回
路２４の最初をOFFとしたが、ONから開始しても構わな
い。なお伝搬時間ｔ１、ｔ２を測定するときON/OFF回路
２４の切替順序は同一としておけば、ON/OFF回路２４や
波形連結部２５等に温度特性があっても（３）式で流路
Ｖを計算するときにゼロ点の安定性に与える影響を低減
できる。

【００６６】（実施例８） 以下、本発明の実施例８について、図面を参照しながら
説明する。図２２は実施例８の超音波流量計を示すブロ
ック図である。１は流量測定部、２、３は超音波振動
子、５は駆動回路、６は切替回路、７は受信検知回路、
８はタイマ、９は演算部、１０は制御部、１１はディレ
イ部で、以上は図１の構成と同様なものである。図１の
構成と異なるのは、第１発振回路１９と第２発振回路２
０を波形連結部２５に接続し、この波形連結部２５を駆
動回路５に接続した点である。

【００６７】まず動作、作用について説明する。実施例
１と同様に、被測定流体は空気、超音波振動子２、３の
使用周波数は約５００kHzで、シングアラウンド法を用
いて流量測定を行う。制御部１０では駆動回路５に送信
開始信号を出力すると同時に、タイマ８の時間計測を開
始させる。駆動回路５は送信開始信号を受信すると、第
１発振回路１９の第１周波数と第２発振回路２０の第２
周波数を波形連結部２５で連結した図２３に示す駆動信
号で、超音波振動子２を駆動し超音波パルスを送信す
る。送信された超音波パルスは流量測定部１内を伝搬し
超音波振動子３で受信される。受信された超音波パルス
は超音波振動子３で電気信号に変換され、受信検知回路
７に出力される。受信検知回路７では受信信号の受信タ
イミングを決定し、制御部１０に受信検知信号を出力す
る。

【００６８】制御部１０では受信検知信号を受けると、
ディレイ部１１にあらかじめ設定した遅延時間ｔｄ経過
後に再び駆動回路５に送信開始信号を出力する。駆動回
路５は送信開始信号を受信すると、再び図２１に示す駆
動信号で超音波振動子２を駆動し超音波パルスを送信す
る。繰返しＮ回計測した後、タイマ８を停止させる。演
算部９ではタイマ８で測定した時間を測定回数のＮで割
り、遅延時間ｔｄを引いて伝搬時間ｔ１を演算する。引
き続き切替回路６で駆動回路５と受信検知回路７に接続
する超音波振動子を切り替え、伝搬時間ｔ１の測定と同
様に伝搬時間ｔ２を測定する。これ以降の動作原理は実
施例１と同様になるため省略する。

【００６９】実施例１から実施例７では温度によるゼロ
点の傾きを生じさせない方法として、流量計測における
周期性を乱すという計測方法を示した。これ以外の計測
方法として、超音波パルスの残響時間を短くする方法を
検討する。本実施例では超音波振動子３が超音波パルス
を受信すると、遅延時間ｔｄ経過した後再び超音波振動
子２から超音波パルスを送信している。しかし超音波振
動子２、３の振動が完全に制止する時間に遅延時間ｔｄ
を設定すると、遅延時間が長くなりすぎて遅延素子ある
いは遅延回路の温度特性や流量測定部１内の空気の温度
変化が測定結果に影響を与えることがある。このため遅
延時間ｔｄは超音波振動子２、３の振動が測定結果に影
響を与えない程度に減衰する時間程度に遅延時間ｔｄは
設定することがある。この場合、超音波振動子２、３は
Ｎ回の計測中に継続的な振動をしながら超音波パルスを
送受信するため、この振動と超音波パルスが干渉するう
え周期的な計測をすることにより、一対の超音波振動子
の周波数のずれが強調されてしまうと推測した。

【００７０】例えば第１周波数を５００kHz、第２周波
数を５０kHzとした。第１周波数のみで駆動された超音
波パルスは図２４に示すように、振幅がＰ５で最大とな
る。また第２周波数のみで駆動すると超音波パルスは受
信されない。そこで第１周波数を３周期駆動した後、振
幅が最大となるように第１周波数の周期で３周期分の非
駆動時間を設け、最後に第２周波数を１／２周期だけ駆
動する。なお図２１の非駆動時間内の波線で示したパル
スの振幅は０である。この駆動信号を用い、温度変化に
よるゼロ点の変動を測定した実験では図５と同様な結果
が得られた。上記の結果から、一対の超音波振動子の組
合せで温度変化によるゼロ点の変動が生じる場合でも、
第１周波数につづいて第２周波数で駆動すれば温度変化
によるゼロ点の安定性が向上できる。

【００７１】なお実施例８では第２周波数を５０kHzと
したが、同様な効果が得られるならば５０kHzよりも高
い周波数でも低い周波数でも構わない。また第１周波数
と第２周波数の間に第１周波数の周期で３周期分の非駆
動時間を設けたが、非駆動時間はこれ以上長くても短く
ても構わないし、必要がなければ設けなくてもよい。ま
た第１周波数を３周期、第２周波数を１／２周期とした
が、上記条件に限定されるわけでなく、この周期よりも
長くても短くても構わないし、第１周波数より第２周波
数の周期の方が長くてもよい。また第１周波数と第２周
波数の振幅を同じにしたが、同じである必要はない。

【００７２】また実施例１〜８では流量計測にシングア
ラウンド法を用いるとしたが、上記条件に限定されるわ
けでなく、周期的な計測をＮ回行いその平均値を測定す
る方法を用いてもよい。また被測定流体を空気とした
が、空気以外のＬＰガスや都市ガスのような気体でも、
水やガソリンのような液体でも構わない。また一対の超
音波振動子を流れに対して斜めに対向するように配置し
たが、流れに対して平行に配置しても構わないし、流量
測定部の内壁面での反射を利用するような位置に配置し
ても構わない。また超音波振動子の使用周波数を約５０
０kHzとしたが、上記条件に限定されるわけでなく、使
用周波数は気体であれば１０kHz〜１MHz、液体であれば
１００kHz〜１０MHz程度の範囲が一般的である。また５
回目にゼロと交差する時間を伝搬時間ｔ１、ｔ２とした
が、超音波パルスの受信が検知できる時間であれば、何
回目のゼロと交差する時間でも構わないし、ゼロと交差
する時間でなくてもよい。なお一対の超音波振動子の不
要振動モードの周波数は一致していると仮定して考えて
いるが、不要振動モードの周波数が一致していなくて
も、この不要振動モードの影響を低減すれば実施例１〜
８と同様の効果が得られる。

【００７３】また実施例２〜８ではディレイ部１１は必
ずしも必要はない。以上の説明から明らかなように本実
施形態の超音波流量計によれば次の効果が得られる。

【００７４】本発明の第１の形態の超音波流量計は、被
測定流体が流れる流量測定部と、この流量測定部に設け
られ超音波を送受信する一対の超音波振動子と、一方の
前記超音波振動子を駆動する駆動回路と、他方の前記超
音波振動子に接続され超音波パルスを検知する受信検知
回路と、前記１対の超音波振動子の送受信を切り替える
切換回路と、前記超音波パルスの伝搬時間を測定するタ
イマと、前記タイマの出力より流量を演算によって求め
る演算部を備え、前記受信回路による超音波パルスの検
知結果に基づいて所定の遅延時間を経過した後に発信駆
動するように前記駆動回路の出力タイミングを制御する
制御部と、異なる遅延時間を設定可能なディレイ部を備
え、超音波の発信と受信とを異なる遅延時間を用いて複
数回繰り返して超音波パルスの伝播時間を測定する第１
の工程と、前記１対の超音波振動子の送受信を切り替え
て超音波の発信と受信とを異なる遅延時間を用いて複数
回繰り返して超音波パルスの伝播時間を測定する第２の
工程を有するとともに、前記第１の工程と第２の工程と
の遅延時間の順序、使用回数の少なくとも一方を同一に
設定する超音波流量計であり、温度変化によるゼロ点の
安定性を向上させることができる。

【００７５】本発明の第２の形態は、一方の超音波振動
子から超音波を送信し、他方の超音波振動子にて前記超
音波を検知して所定の遅延時間を経過した後に前記一方
の超音波振動子を発信するものであり、かつ前記超音波
の発信と受信とを異なる遅延時間を用いて複数回繰り返
して超音波の伝播時間を測定する第１の工程と前記１対
の超音波振動子の送受信を切り替えて前記超音波の発信
と受信とを異なる遅延時間を用いて複数回繰り返して超
音波パルスの伝播時間を測定する第２の工程とを有する
超音波流量計測方法であって、前記第１の工程と第２の
工程との遅延時間の順序、使用回数の少なくとも一方を
同一に設定する超音波流量計測方法であり、温度変化に
よるゼロ点の安定性の高い超音波流量計を得ることがで
きる。

【００７６】本発明の第３の形態の超音波流量計は、被
測定流体が流れる流量測定部と、この流量測定部に設け
られ超音波を送受信する一対の超音波振動子と、一方の
前記超音波振動子を駆動する駆動回路と、他方の前記超
音波振動子に接続され超音波パルスを検知する受信検知
回路と、前記超音波パルスの伝搬時間を測定するタイマ
と、前記駆動回路と前記タイマを制御する制御部と、前
記タイマの出力より流量を演算によって求める演算部を
備え、前記制御部は前記駆動回路から出力される出力信
号の位相、周波数の少なくとも1つを変化させて流量計
測における周期性を乱すよう制御するものであり、流れ
が無い状態の測定結果への温度変化による影響が低減さ
れるように、制御部では流量計測における周期性を乱す
よう制御するため、流量計測における周期性が乱され温
度変化によるゼロ点の安定性の高い超音波流量計を得る
ことができる。本発明の第４の形態の超音波流量計は、
第３の形態の超音波流量計において、駆動回路は同じ周
波数で複数の位相を持った出力信号が出力可能で、制御
部では計測毎に出力信号の位相を変更するため、流量計
測における周期性が乱され温度変化によるゼロ点の安定
性の高い超音波流量計を得ることができる。

【００７７】本発明の第５の形態の超音波流量計は、第
３の形態の超音波流量計において、駆動回路は複数の周
波数の出力信号を有し、制御部では計測毎に出力信号の
周波数を変更するため、流量計測における周期性が乱さ
れ温度変化によるゼロ点の安定性の高い超音波流量計を
得ることができる。

【００７８】本発明の第６の形態の超音波流量計は、第
３の形態の超音波流量計において、 駆動回路は超音波振
動子の使用周波数である第１周波数と第１周波数とは異
なる第２周波数の信号を重ね合わせて出力可能で、制御
部では計測毎に第２周波数の発信信号を変更した出力信
号を駆動回路から出力させるため、流量計測における周
期性が乱され温度変化によるゼロ点の安定性の高い超音
波流量計を得ることができる。

【００７９】本発明の第７の形態の超音波流量計は、第
６の形態の超音波流量計において、第２周波数の位相を
変更するため、流量計測における周期性が乱され温度変
化によるゼロ点の安定性の高い超音波流量計を得ること
ができる。

【００８０】本発明の第８の形態の超音波流量計は、第
６の形態の超音波流量計において、第２周波数の周波数
を変更するため、流量計測における周期性が乱され温度
変化によるゼロ点の安定性の高い超音波流量計を得るこ
とができる。

【００８１】本発明の第９の形態の超音波流量計は、第
６の形態の超音波流量計において、第２周波数がある場
合と無い場合を切り替えるため、流量計測における周期
性が乱され温度変化によるゼロ点の安定性を向上させる
ことができる。

【００８２】本発明の第１０の形態の超音波流量計は、
第３の形態の超音波流量計において、駆動回路は超音波
振動子の使用周波数である第１周波数と第１周波数とは
異なる第２周波数を連続して出力可能で第１周波数の前
に第２周波数を出力し、制御部では計測毎に第２周波数
がある場合と無い場合を切り替えるため、流量計測にお
ける周期性が乱され温度変化によるゼロ点の安定性の高
い超音波流量計を得ることができる。本発明の第１１の
形態の超音波流量計は、被測定流体が流れる流量測定部
と、この流量測定部に設けられ超音波を送受信する一対
の超音波振動子と、一方の超音波振動子を駆動する駆動
回路と、他方の超音波振動子に接続され超音波パルスを
検知する受信検知回路と、超音波パルスの伝搬時間を測
定するタイマと、駆動回路とタイマを制御する制御部
と、タイマの出力より流量を演算によって求める演 算部
を備え、流れが無い状態の測定結果への温度変化による
影響が低減されるように、制御部は超音波振動子から送
信される超音波パルスの残響時間が短くなるよう駆動回
路の出力信号を制御するため残響時間が短くなり、流量
計測における周期性が乱され温度変化によるゼロ点の安
定性の高い超音波流量計を得ることができる。

【００８３】本発明の第１２の形態の超音波流量計は、
第１１の形態の超音波流量計において、駆動回路の駆動
周波数は前記超音波振動子の使用周波数である第１周波
数と第１周波数とは異なる第２周波数からなるため、残
響時間が短くなるよう制御でき温度変化によるゼロ点の
安定性を向上させることができる。

【００８４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
超音波流量計によれば次の効果が得られる。

【００８５】被測定流体が流れる流量測定部と、この流
量測定部に設けられ超音波を送受信する一対の超音波振
動子と、一方の前記超音波振動子を駆動する駆動回路
と、他方の前記超音波振動子に接続され超音波パルスを
検知する受信検知回路と、前記１対の超音波振動子の送
受信を切り替える切換回路と、前記超音波パルスの伝搬
時間を測定するタイマと、前記タイマの出力より流量を
演算によって求める演算部を備え、前記受信回路による
超音波パルスの検知結果に基づいて所定の遅延時間を経
過した後に発信駆動するように前記駆動回路の出力タイ
ミングを制御する制御部と、異なる遅延時間を設定可能
なディレイ部を備え、超音波の発信と受信とを異なる遅
延時間を用いて複数回繰り返して超音波パルスの伝播時
間を測定する第１の工程と、前記１対の超音波振動子の
送受信を切り替えて超音波の発信と受信とを異なる遅延
時間を用いて複数回繰り返して超音波パルスの伝播時間
を測定する第２の工程を有するとともに、前記第１の工
程と第２の工程との遅延時間の順序、使用回数の少なく
とも一方を同一に設定する超音波流量計であり、温度変
化によるゼロ点の安定性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における超音波流量計を示す
ブロック図

【図２】同流量計における超音波振動子の断面図

【図３】同流量計における超音波振動子のインピーダン
ス特性図

【図４】同流量計において周波数ｄｆ１が０kHzの場合
について計算した特性図

【図５】同流量計において周波数ｄｆ１が１kHzの場合
について計算した特性図

【図６】同流量計において周波数ｄｆ１が−１kHzの場
合について計算した特性図

【図７】同流量計において遅延時間ｔｄ１、ｔｄ２を用
いて測定した特性図

【図８】同流量計において遅延時間ｔｄ１を用いて測定
した特性図

【図９】本発明の実施例２における超音波流量計を示す
ブロック図

【図１０】同超音波流量計の位相０度の場合の駆動信号
を示す図

【図１１】同超音波流量計の位相９０度の場合の駆動信
号を示す図

【図１２】同超音波流量計の超音波パルス波形図

【図１３】本発明の実施例３における超音波流量計を示
すブロック図

【図１４】同超音波振動子の周波数特性図

【図１５】同超音波流量計の超音波パルス波形図

【図１６】本発明の実施例４における超音波流量計を示
すブロック図

【図１７】本発明の実施例５における超音波流量計を示
すブロック図

【図１８】本発明の実施例６における超音波流量計を示
すブロック図

【図１９】本発明の実施例７における超音波流量計を示
すブロック図

【図２０】同超音波流量計のON/OFF回路がOFFの場合の
駆動信号を示す図

【図２１】同超音波流量計のON/OFF回路がONの場合の駆
動信号を示す図

【図２２】本発明の実施例８における超音波流量計を示
すブロック図

【図２３】同超音波流量計の駆動信号を示す図

【図２４】同超音波流量計の超音波パルス波形図

【符号の説明】

１ 流量測定部 ２、３ 超音波振動子 ５ 駆動回路 ７ 受信検知回路 ８ タイマ ９ 演算部 １０ 制御部 １１ ディレイ部 １８、２１ 位相変換部 １９ 第１発信回路 ２０ 第２発振回路 ２３ 周波数変換部 ２４ ON/OFF回路 ２５ 波形連結部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 利春 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−128875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−27938（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−104224（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/66 101 G01F 1/66 102 G01P 5/00

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定流体が流れる流量測定部と、この
   流量測定部に設けられ超音波を送受信する一対の超音波
   振動子と、一方の前記超音波振動子を駆動する駆動回路
   と、他方の前記超音波振動子に接続され超音波パルスを
   検知する受信検知回路と、前記１対の超音波振動子の送
   受信を切り替える切替回路と、前記超音波パルスの伝搬
   時間を測定するタイマと、前記タイマの出力より流量を
   演算によって求める演算部を備え、前記受信回路による
   超音波パルスの検知結果に基づいて所定の遅延時間を経
   過した後に発信駆動するように前記駆動回路の出力タイ
   ミングを制御する制御部と、異なる遅延時間を設定可能
   なディレイ部を備え、超音波の発信と受信とを異なる遅
   延時間を用いて複数回繰り返して超音波パルスの伝播時
   間を測定する第１の工程と、前記１対の超音波振動子の
   送受信を切り替えて超音波の発信と受信とを異なる遅延
   時間を用いて複数回繰り返して超音波パルスの伝播時間
   を測定する第２の工程を有するとともに、前記第１の工
   程と第２の工程との遅延時間の順序、使用回数の少なく
   とも一方を同一に設定する超音波流量計。
2. 【請求項２】 一方の超音波振動子から超音波を送信
   し、他方の超音波振動子にて前記超音波を検知して所定
   の遅延時間を経過した後に前記一方の超音波振動子を発
   信するものであり、かつ前記超音波の発信と受信とを異
   なる遅延時間を用いて複数回繰り返して超音波の伝播時
   間を測定する第１の工程と前記１対の超音波振動子の送
   受信を切り替えて前記超音波の発信と受信とを異なる遅
   延時間を用いて複数回繰り返して超音波パルスの伝播時
   間を測定する第２の工程とを有する超音波流量計測方法
   であって、前記第１の工程と第２の工程との遅延時間の
   順序、使用回数の少なくとも一方を同一に設定する超音
   波流量計測方法。
3. 【請求項３】 被測定流体が流れる流量測定部と、この
   流量測定部に設けられ超音波を送受信する一対の超音波
   振動子と、一方の前記超音波振動子を駆動する駆動回路
   と、他方の前記超音波振動子に接続され超音波パルスを
   検知する受信検知回路と、前記超音波パルスの伝搬時間
   を測定するタイマと、前記駆動回路と前記タイマを制御
   する制御部と、前記タイマの出力より流量を演算によっ
   て求める演算部を備え、前記制御部は前記駆動回路から
   出力される出力信号の位相、周波数の少なくとも1つを
   変化させて流量計測における周期性を乱すよう制御する
   超音波流量計。
4. 【請求項４】 駆動回路は同じ周波数で複数の位相を持
   った出力信号を出力し、制御部は計測毎に出力信号の位
   相を変更する請求項３記載の超音波流量計。
5. 【請求項５】駆動回路は複数の周波数の出力信号を有
   し、制御部は計測毎に出力信号の周波数を変更する請求
   項３記載の超音波流量計。
6. 【請求項６】 駆動回路は超音波振動子の使用周波数で
   ある第１周波数と前記第１周波数とは異なる第２周波数
   の信号を重ね合わせて出力し、制御部は計測毎に第２周
   波数を変更した出力信号を、前記駆動回路を介して出力
   する請求項３記載の超音波流量計。
7. 【請求項７】 第２周波数の位相を変更する請求項６記
   載の超音波流量計。
8. 【請求項８】 第２周波数の周波数を変更する請求項６
   記載の超音波流量計。
9. 【請求項９】 第２周波数がある場合と無い場合を切り
   替えるようにした請求項６記載の超音波流量計。
10. 【請求項１０】 駆動回路は超音波振動子の使用周波数
    である第１周波数と前記第１周波数とは異なる第２周波
    数を第１周波数の前に出力し、前記制御部は計測毎に第
    ２周波数がある場合と無い場合を切り替えるようにした
    請求項３記載の超音波流量計。
11. 【請求項１１】 被測定流体が流れる流量測定部と、こ
    の流量測定部に設けられ超音波を送受信する一対の超音
    波振動子と、一方の前記超音波振動子を駆動する駆動回
    路と、他方の前記超音波振動子に接続され超音波パルス
    を検知する受信検知回路と、前記超音波パルスの伝搬時
    間を測定するタイマと、前記駆動回路と前記タイマを制
    御する制御部と、前記タイマの出力より流量を演算によ
    って求める演算部とを備え、流れが無い状態の測定結果
    への温度変化による影響が低減されるように、前記制御
    部は前記超音波振動子から送信される超音波パルスの残
    響時間が短くなるよう前記駆動回路の出力信号を制御す
    る超音波流量計。
12. 【請求項１２】 駆動回路の駆動周波数は超音波振動子
    の使用周波数である第１周波数と前記第１周波数とは異
    なる第２周波数からなる請求項１１記載の超音波流量
    計。
13. 【請求項１３】 被測定流体が流れる流量測定部と、こ
    の流量測定部に設けられ超音波を送受信する一対の超音
    波振動子と、一方の前記超音波振動子を駆動する駆動回
    路と、他方の前記超音波振動子に接続され超音波パルス
    を検知する受信検知回路と、前記超音波パルスの伝搬時
    間を測定するタイマと、前記駆動回路と前記タイマを制
    御する制御部と、前記タイマの出力より流量を演算によ
    って求める演算部を備えた超音波流量計における流量計
    測方法であって、前記駆動回路から出力される出力信号
    の位相、周波数の少なくとも1つを変化させて流量計測
    における周期性を乱すようして流量計測を行う流量計測
    方法。