JP3915483B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して気体や液体などの流量を計測する流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の超音波流量計としては、例えば、特開２０００−２９２２３２号公報に記載されているものがあった。図１３は、前記公報に記載された従来の超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【０００３】
図１３において、流体流路１の途中に超音波を発信する第１振動子２と受信する第２振動子３が流れ方向に配置されている。４は第１振動子２への送信回路、５は第２振動子３で受信した超音波を信号処理する受信回路である。６は受信回路５で超音波を検知した後第１振動子２からの送信と第２振動子３での受信を複数回繰り返す繰返し手段である。９は受信回路で超音波を検出した後、再度第１振動子２から超音波を送信するまでの遅延時間を発生させる遅延時間発生手段であり、１０は遅延時間発生手段９により発生した遅延時間を計測する遅延時間計測手段、１１は遅延時間発生手段９の計測値を基に、遅延時間を制御する遅延時間制御手段、１２は繰返し手段により行われる複数回の超音波伝達の所要時間を計測する累積時間計測手段、８は遅延時間計測手段１２および累積時間計測手段１２の計測値から流量を求める流量演算手段である。送信回路５より送出されたバースト信号により第１振動子２から発信された超音波信号は、流れの中を伝搬し、第２振動子３で受信され受信回路６で検知され、遅延時間発生手段９で発生した遅延時間を置いた後、再び送信回路５よりバースト信号が送出される。送信回路５からのバースト信号は、予め定められた回数だけ繰り返され、この繰返しに要した時間を累積時間計測手段１２で、また、遅延時間を遅延時間計測手段１０により計測する。
【０００４】
更に、流量演算手段８では、累積時間計測手段１２で求めた値から遅延時間計測手段１０で求めた遅延時間を差し引くことにより、超音波の伝達のみの所要時間Ｔを求める。
【０００５】
次に、遅延時間の計測方法について説明する。計測開始時には、遅延時間制御手段１１により計測繰返し中の遅延時間の設定値の指示が遅延時間発生手段９に与えられる。更に、繰返し手段６により遅延時間発生手段９にトリガ信号が送出される。この時、累積時間計測手段１２により、超音波伝達時間の計測が開始されると共に、遅延時間計測手段１１で１回目の遅延時間の計測を開始する。次に、所定の遅延時間が完了すると、遅延時間計測１１は計測動作を終了し、この時求めた遅延時間ｔ１を流量演算手段８へ記憶させる。その後、繰返し手段６により、遅延→送受信→遅延→送受信→・・・・の如く規定の回数だけ動作を繰り返す。受信回路５でｎ回目の受信信号を検知されると、最後にもう一度、遅延時間発生手段９により遅延時間と同等の時間が発生し、遅延時間計測手段１０が計測を開始する。所定の遅延時間が終了した後は、実施例１と同様に、累積時間計測手段１２ではｎ回分の超音波伝達時間とｎ＋１回の遅延時間の合計値Ｔａ、遅延時間計測手段１１では、ｎ＋１回目の遅延時間ｔ（ｎ＋１）が得られる。
【０００６】
遅延時間発生手段９で生成される時間が変化するものと考えれば、ｎ回の送受信の前後の遅延時間を計測すれば、繰返し動作の間の遅延時間の変化を推定できる。すなわち、直線的に変化していると仮定すれば、ｔ１とｔ（ｎ＋１）の平均値を遅延時間の代表値と考えることが可能であるし、何らかの曲線変化を示すのであれば、荷重平均値を代表値と考えることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の超音波流量計における、遅延時間の演算のように繰返しの最初と最後だけの時間を参考にしていては、繰返し回数や伝搬時間の違いにより遅延時間の精度が期待したほど高まらない場合がある。
【０００８】
例えば繰り返し動作の途中で回路電流による発熱などが影響し遅延発生手段の動作の特性が変化する場合があり、遅延時間が一定にならないことがある。また、これを解消するために繰り返し回数を増加して平均するなどの対策があるが、時間が長くなると周囲温度の状態や電源電圧の変化、さらに動作時間により遅延時間の精度に影響がでてくる。
【０００９】
遅延時間の精度は流量の測定精度にそのまま影響を与えるので、高精度の遅延時間をもつ遅延回路の実現が課題であった。例えば、音速を３４０ｍ／ｓは０．３４ｍｍ／μｓとなり、数ｎｓの時間のずれが測定精度に大きな影響を与える。
【００１０】
また、繰り返し回数を増加すれば電力も増大するなどの付随的な問題も発生してくる。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するもので、繰返しの最初と最後に計測した遅延時間の時間差を基に演算上の遅延時間を調整する遅延制御手段を用いることで、時間計測の誤差を小さくし、精度の良い流量計測を実現することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子からの信号発信の遅延時間を発生する遅延手段と、前記遅延手段の遅延時間を計測する遅延時間計測手段と、前記振動子間相互の超音波伝達を複数回行う繰返し手段と、前記遅延時間計測手段の計測値を基に前記遅延手段を動作させる遅延時間制御手段と、前記繰返し手段による超音波伝達の累積時間を計測する計時手段と、前記計時手段の計測時間と前記遅延時間制御手段の遅延時間とから流量を算出する流量演算手段を備え、前記遅延時間制御手段は、前記遅延時間計測手段を超音波伝達時間計測開始時および計測終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた超音波伝達時間計測開始時の遅延時間と計測終了時の遅延時間との計測差が予め定めた値より大きい場合に前記繰り返し手段による超音波伝達開始時の直前に所定時間だけ前記遅延手段を動作させることにより、精度良く演算上の遅延時間を求めることができ、その結果高精度の流量計測を実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、遅延時間制御手段が遅延時間計測手段を繰返し手段による超音波伝達開始時および終了時に動作し、遅延時間計測手段で求めた超音波伝達時間計測開始時の遅延時間と計測終了時の遅延時間との計測差が超音波伝達時間計測前後で予め定めた値より大きい場合に前記繰り返し手段による超音波伝達開始時の直前に所定時間だけ遅延手段を動作させることにより、遅延時間の差が大きいのを放置せず極力その差を考慮する動作を行うことで遅延手段は安定した動作を行うため精度のよい測定を実現することができるようになる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の遅延時間制御手段が遅延時間計測手段を繰返し手段による超音波伝達開始時および終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた遅延時間の計測差に応じて前記繰り返し手段による超音波伝達開始時の直前に所定時間だけ遅延手段を動作させることにより、遅延手段は繰返し動作の前後における時間差を十分考慮し安定した動作を行うため精度のよい測定を実現することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１に記載の遅延時間制御手段が遅延時間計測手段を繰返し手段による超音波伝達開始時および終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた遅延時間の計測差が予め定めた値以内になるよう前記繰り返し手段による超音波伝達開始時の直前に所定時間だけ遅延手段を初期動作させることにより、遅延手段は時間差を十分考慮し安定した動作を行い、かつ必要以上の遅延時間精度を得るための電力を使用しないため省電力で精度のよい測定を実現することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項１に記載の遅延時間制御手段が繰返し手段による超音波伝達開始時および終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた遅延時間の計測差が予め定めた値未満の場合は前記繰り返し手段による超音波伝達開始時の直前における遅延手段の動作を停止することにより、遅延手段が放熱や蓄熱などの初期動作特性が小さく安定であると判断した場合は初期動作を省略することで、計測時間を短くでき省電力動作ができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項１から請求項４のいずれか１項記載の遅延時間制御手段を繰返し手段による超音波伝達開始時および終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた遅延時間の計測差が予め定めた値より大きい場合は繰返し手段の繰返し回数を変更することにより、遅延手段の初期動作特性の差を小さくでき流量演算における遅延時間の精度を向上することができ、その結果流量演算の精度のよい測定を実現することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項１から請求項５のいずれか１項記載の遅延時間制御手段を繰返し手段による超音波伝達開始時および終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた遅延時間の計測差が予め定めた値以内になるよう繰返し手段の繰返し回数を調節することにより、遅延手段の初期安定化を変化することで最適な状態にもっていくことで、流量演算における遅延時間の精度を向上することができ、その結果流量演算の精度のよい測定を実現することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１から請求項６のいずれか１項記載の流量計測装置において、遅延時間制御手段の動作を確実にするためのコンピュータを機能させるためのプログラムを有する構成としたもので、これにより遅延時間制御手段の動作をソフトで行うことにより判定などの条件設定、変更が容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに遅延時間の精度向上を行うことができる。
【００２０】
【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。
【００２１】
（実施例１）
実施例１に関する本発明の流量計測装置について説明する。図１は本実施例の構成を示す流量計測装置のブロック図である。図１おいて、本発明の超音波流量計は被測定流体の流れる流路１と、前記流路１に配置された超音波を送受信する第１の振動子２、第２の振動子３と、前記第１の振動子２を駆動する駆動手段１３と、前記駆動手段１３を動作する計測スタート信号を出力する制御手段１４と、前記第２の振動子３の受信信号を受け受信タイミングを決定するタイミング検知手段１５と、タイミング検知手段１５の出力を所定の遅延時間遅れて前記駆動手段１３のトリガ信号として出力する遅延手段１６と、前記遅延手段１６の動作時間すなわち遅延時間を計測する遅延時間計測手段１７と、超音波の送受信そして遅延手段１６で遅延時間の後に再度超音波の送受信を繰り返すという動作回数を計測し所定の回数で動作を停止する繰返し手段１８と、少なくとも駆動手段１３による第１の振動子２の駆動開始から前記繰返し手段１８の動作停止までの超音波の伝搬時間を測定する計時手段１９と、前記計時手段１９の値から前記一対の振動子間の流速を演算し、それから流量を求める流量演算手段２０と、前記遅延時間計測手段１７の計測値を基に遅延時間を制御する遅延時間制御手段２１と、前記遅延時間制御手段２１で計測差から遅延時間を調節する遅延時間補正手段２２を有するものである。さらに駆動手段１３と第１の振動子２、および第２の振動子３とタイミング検知手段１５の間に切換手段２３を設け、超音波の送受信を第１の振動子２と第２の振動子３の間で交互に行うようにしている。
【００２２】
通常の動作を説明する。制御手段１４からスタート信号を受けた駆動手段１３が第１の振動子２を一定時間パルス駆動を行うと同時に計時手段２０は制御手段１４からの信号によってに時間計測始める。パルス駆動された第１の振動子２からは超音波が送信される。第１の振動子２から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し第２の振動子３で受信される。第２の振動子３の受信出力は、タイミング検知手段１５で信号を増幅された後、予め定められている受信タイミングの信号レベルで超音波の受信を決定する。繰返し動作を行わない場合はこの超音波の受信を決定した時点で計時手段２１の動作を停止し、その時間情報ｔから（式１）によって流速を求める。
【００２３】
（計時手段２０から得た測定時間をｔ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、超音波の伝搬方向と流体の流れる方向とのなす角度θ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする。）
ｖ＝（１／ｃｏｓθ）（（Ｌ／ｔ）−ｃ）・・・（式１）
タイミング検知手段１５は通常コンパレータによって基準電圧と受信信号を比較するようになっていることが多い。
【００２４】
繰返し手段１８を用いる今回の動作はタイミング検知手段１５の判定結果を遅延手段１６で一定時間遅延させた後に駆動手段１３に返し、再度送信を行う。繰返し動作を決められた回数行い、その時間を計時手段２０で測定し、計時手段２０の測定時間を元に（式２）の計算によって流速を求める。
【００２５】
（遅延手段の遅延時間をＴｄ、繰返しの回数をｎ、測定時間をｔｓ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、超音波の伝搬方向と流体の流れる方向とのなす角度θ音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする。）
ｖ＝（１／ｃｏｓθ）（Ｌ／（ｔｓ／ｎ−Ｔｄ）−ｃ）・・・（式２）
この方法によれば（式１）の方法に比べ精度よく測定することができる。
【００２６】
また、第１の超音波振動子２と第２の超音波振動子３とを切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、（式３）より速度ｖを求める方法もある（上流から下流への測定時間時間をｔ１、下流から上流への測定時間時間をｔ２とする）。
【００２７】
ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））・・・（式３）
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測定することが出来るので、流速・流量・距離などの測定に広く利用されている。
【００２８】
流速ｖが求まると、それに流路１の断面積を乗ずることにより流量を導くことができる。
【００２９】
通常の動作は図３に示すタイミング図のようになる。すなわち、制御手段１４による時刻ｔ０における開始信号から計測を開始し、時刻ｔ１で駆動手段１３を介して第１の超音波振動子２を駆動する。そこで発生した超音波信号は流路内を伝搬し時刻ｔ２で第２の超音波振動子３に到達し、タイミング検知手段１５で受信点を検知すると時刻ｔ３から遅延手段１６が動作し、予め定めた時間だけ動作した後時刻ｔ４で繰返し手段１８に信号を送る。繰返し手段１８はこの信号を入力すると駆動手段１３に信号を送出し、再び第１の超音波振動子２を駆動する。以下、この繰返しを行っている。
【００３０】
このように繰返し手段１８で決められた回数動作する場合に１回目と最終回目では遅延手段１６の動作が異なることがある。通常、遅延手段１６としてはＬＣ分布定数回路等が用いられているが、これらの素子には抵抗成分も含まれている。遅延手段１６に抵抗分があると電流を流していけば繰返し１回目では問題無いが、回数を重ねていくにつれ電流による発熱が発生し、その結果遅延時間が変化してくる。しかし、この発熱も平衡点があるためある一定回数以上の繰返し回数では遅延時間が一定とみて良い。図２（ａ）に繰返し回数と遅延手段１６の１回当たりの遅延時間の概念図を示す。これより繰返し回数が少ないと遅延時間の差が大きいことがわかる。遅延時間の差が大きいと流量演算手段で計時手段２０が測定した時間から遅延時間の繰返し回数分を差し引き超音波伝搬時間分のみから流量を求める際、遅延時間の合計に誤差が生じてくる。この問題を回避する方法を以下に説明する。
【００３１】
図２（ａ）に示しているように遅延手段１６の１回当たりの遅延手段は異なっている。具体的には図３のＤ０、Ｄ１とＤ２の時間が等しくないということである。ここでＤ０は制御手段１４から最初遅延手段１６に信号を送出して作成しても良いし、制御手段１４自身で作成しても良い。
【００３２】
流量を算出する場合は時刻ｔ０から時刻ｔ５までの時間から実際超音波の伝搬した時間だけを用いるためＤ０，Ｄ１，Ｄ２の時間を差し引かなければならない。この時間を正確に求めるため、図４に示すように時刻ｔ０の前の時刻ｔａで制御手段１４から遅延時間制御手段２１に信号が入力される。この信号により遅延時間制御手段２１は遅延手段１６を動作する。そして動作時間は遅延時間計測手段１７でＴｄ１として計測される。また時刻ｔ５で一連の繰返し動作が終了すると時刻ｔｂにおいて時刻ｔａの場合と同様に遅延時間制御手段２１が遅延手段１６を動作し、その動作時間を遅延時間計測手段１７でＴｄ２として測定する。そして時刻ｔａと時刻ｔｂで計測された遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２を基に遅延時間補正手段２２は繰返し動作中の遅延手段の動作時間を推定する。例えばこれは時刻ｔａと時刻ｔｂの時に測定した遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２の単純平均に繰返し回数に関するある係数を乗じた時間等である。
【００３３】
この遅延時間補正手段２２が求めた遅延時間を流量演算手段２１に送出すると、計時手段１９からの時間信号から正確な遅延時間を差し引くことができる。遅延時間補正手段２２による補正としては図２（ａ），（ｂ）および（ｃ）に示しているような超音波の送受信そして遅延手段１６での遅延時間の後に再度超音波の送受信を繰り返すという繰返し動作の繰返し回数による要因、繰返し時間による要因、１回の繰返し動作にかかる時間による要因など色々な要因を考慮して求めることが必要になる。このため計測の前後で求めた遅延時間と実際の遅延時間の関係を実験等で求めて記憶手段などに保管しておき、その情報を基に補正したり、経年変化を考えると記憶手段に遅延時間の状態を動作中に一定期間ごと刻々と記録し、その変移を参考に遅延時間の補正を行うことが可能である。さらにこの記憶手段の情報は外部から書き換えることが可能にしておくと実測した値を入力するなど利用範囲が広がる。
【００３４】
このように繰返し動作の前後で遅延時間を計測し、その値を基に演算上の遅延時間を調整しているため精度良く遅延時間を求めることができ、その結果高精度の流量計測が可能になる。
【００３５】
また、図２（ａ）に示すように繰返し回数により遅延時間の変化することがわかっているため、制御手段１４は遅延時間制御手段に信号を送出し、計測の最初、電源を投入した時や一定時間毎に繰返し回数を変化して、その前後に図４のような遅延時間の差を調べてみる。例えば図２（ａ）のＰ，Ｑ，Ｒのように繰返し回数を変化しその動作の前後で遅延時間を調べることで繰返し回数による遅延時間の変化ｔＰ，ｔＱ，ｔＲを遅延時間計測手段１７で実測することができる。これにより遅延時間補正手段２２はこの時間変化を基に遅延時間の平均値を精度よく求めることが可能になる。
【００３６】
例えば繰り返し回数がＰしかない時の遅延時間とＲまで繰り返す時の遅延時間は流量演算に用いる場合大きく異なってくる。式２を変形すると式２’となる。
【００３７】
ｖ＝（１／ｃｏｓθ）（Ｌ／（ｔｓ−ΣＴｄ）／ｎ−ｃ）・・・（式２’）
ここでΣＴｄとは遅延手段１６の遅延時間の繰り返し回数分における合計値である。この値を直接求めることができれば精度良く演算ができるが実際には推定値や演算値を用いている。遅延時間の合計値と考えると繰り返し回数ＰとＲでは大きく異なることが図２より容易に理解できる。そこですべての繰り返し回数を調べることまでしなくてもある特定の繰り返し回数において遅延時間を調べることは十分可能である。そこで実際に繰り返し回数を変化してその繰り返し回数後の遅延時間を実測することで流量演算に用いる遅延時間の平均値を精度良く求めることが可能になる。
【００３８】
このように繰返し回数を変化した場合の遅延時間の変動を調べることにより、実際の繰返し回数で計測している場合の繰返し途中における遅延時間の変移を把握しているため遅延時間の精度が良くなるため、流量演算における精度を向上することが可能になる。
【００３９】
（実施例２）
実施例２に関する本発明の流量計測装置について説明する。図１、図５、図６、図７、図８および図９を用いて動作を説明する。実施例１と異なるところは、超音波伝送前後の遅延時間の計測差によって遅延手段１６の初期動作を変更することである。まず図１、図５および図６を用いて説明する。
【００４０】
図５内の時刻ｔ０から時刻ｔ５までの動作は図４と同じのため詳細な説明を省略する。図５において時刻ｔ０の前の時刻ｔａで制御手段１４から遅延時間制御手段２１に信号が入力され、遅延時間制御手段２１は遅延手段１６を動作する。そして図６の１００で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ１は遅延時間計測手段１７で計測される。また時刻ｔ５で一連の繰返し動作が終了すると時刻ｔｂにおいて時刻ｔａの場合と同様に遅延時間制御手段２１が遅延手段１６を動作し、１０１でその動作時間Ｔｄ２を遅延時間計測手段１７で測定する。そして１０２でＴｄ１とＴｄ２の差ｄを求め、１０３においてｄが予め定めた値Ｔｘより大きいと繰返し動作中の遅延時間の変動も大きいと推測できるため、極力この差を小さくするように１０４で時刻ｔａ１から時刻ｔ０１の間にＴｄの時間だけ遅延時間制御手段２１は遅延手段１６を動作する。なお、時刻ｔａ１、ｔ０１は次の繰返し動作の前の時間を示し、それぞれｔａ、ｔ０に相当する。
【００４１】
繰り返し手段１８による超音波伝達開始の前に初期動作として遅延手段１６を動作することで遅延手段内部の動作が例えば回路電流が流れることにより発熱作用による安定領域にすることができる。
【００４２】
このように、超音波伝達開始時および終了時に遅延時間を計測し、その差が予め定めた値より大きい場合に測定の直前に所定時間だけ遅延手段１６の動作初期の不安定な特性を考慮した初期動作を行うことにより、遅延手段は安定した動作を行うため精度のよい測定を実現することが可能になる。
【００４３】
遅延手段１６を動作させる所定の時間は予め定めた一定時間でも良いし、周囲温度や供給電圧に対応し、それらの値を用いて演算した時間を用いても良い。
【００４４】
また、図５と図７を用いて他の動作を説明する。周囲温度や繰返し回数などにより繰返し動作内の遅延時間の推移は変動する。したがって、時刻ｔ０の前の時刻ｔａにおいて１１０で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ１を計測する。そして、時刻ｔ５で一連の繰返し動作が終了すると時刻ｔｂにおいて１１１で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ２を測定する。そして１１２でＴｄ１とＴｄ２の差ｄを求め、１１３においてｄが予め定めた値Ｔｘより大きいが判定する。大きい場合は１１４で差ｄに関する関数とした時間ｔｄｌを求め、１１５で時刻ｔａ１からｔ０１の間にこの時間ｔｄｌだけ遅延時間制御手段２１は遅延手段１６を動作する。１１４の関数ｆ（ｄ）は単純なｄに比例した演算でも良いし、遅延手段１６の非線形動作現象に対応できるような関数を選定しても良い。
【００４５】
このように、超音波伝達開始時および終了時に遅延時間を計測し、その差に応じて測定の直前に所定時間だけ遅延手段の特性を考慮した初期動作を行うことにより、遅延手段は時間差を十分考慮し安定した動作を行うため精度のよい測定を実現することが可能になる。
【００４６】
また、図５と図８を用いて他の動作を説明する。周囲温度や繰返し回数などにより繰返し動作内の遅延時間の推移は時間とともに変動する。したがって、時刻ｔ０の前の時刻ｔａにおいて１２０で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ１を計測する。そして、時刻ｔ５で一連の繰返し動作が終了すると時刻ｔｂにおいて１２１で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ２を測定する。そして１２２でＴｄ１とＴｄ２の差ｄを求め、１２３においてｄが予め定めた値Ｔｘより大きいが判定する。大きい場合は１２４で動作時間ｔｄｌを前回の値よりαだけ長くする。反対にｄが予め定めた値Ｔｘより小さい場合は１２５でｔｄｌを前回の値よりαだけ短くする。そして１２６で時刻ｔａ１からｔ０１の間にこの時間ｔｄｌだけ遅延時間制御手段２１は遅延手段１６を動作する。ｔｄｌの長さは時間であるため０より大きく、また上限も常識程度の時間までしか長くしないのは言うまでもない。
【００４７】
図８中に記述している遅延時間の変化幅αの値は予め定めた値Ｔｘより小さいことは言うまでもない。具体的な値としては流路の構成にもよるが数１０ｎｓから数μｓの時間幅で設定するのが実用上便利である。そしてこの動作は繰り返し手段１８による繰り返し動作が終了するたびにαずつ遅延時間を微調整し続けることができる。これにより種々の外乱などが発生しても常に遅延時間を調整することで流量演算精度を一定値以内に保つことが可能になる。
【００４８】
遅延手段１６の初期動作を行うことにより計測前後の遅延時間の差が一定時間より短くなるように説明したが、１２３で上限と下限を設けてその間に入るようにすれば収束はより早くなり、電力で動作する回路においては省電力効果が大きくなる。
【００４９】
このように超音波伝達開始時および終了時に遅延時間を計測し、その差が予め定めた値以内になるよう測定の直前に所定時間だけ遅延手段を初期動作することで、遅延手段は時間差を十分考慮し安定した動作を行い、かつ必要以上の遅延時間精度を得るための電力を使用しないため省電力で精度のよい測定を実現することが可能になる。
【００５０】
また、図５と図９を用いて他の動作を説明する。連続動作を行ったり、周囲温度が安定している場合は遅延時間の差が安定してくる場合がる。したがって、時刻ｔ０の前の時刻ｔａにおいて１３０で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ１を計測する。そして、時刻ｔ５で一連の繰返し動作が終了すると時刻ｔｂにおいて１３１で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ２を測定する。そして１３２でＴｄ１とＴｄ２の差ｄを求め、１３３においてｄが予め定めた値Ｔｘより大きいが判定する。大きい場合は１３４で時刻ｔａ１から時刻ｔ０１の間に時間ｔｄｌだけ遅延時間制御手段２１は遅延手段１６を動作する。反対にｄが予め定めた値Ｔｘより小さい場合は１３５でｔｄｌを０とし、遅延手段１６の初期動作を行わない。さらに図５に示しているＴｄの分だけ時間を削除し、次の繰返し動作をｔｙまで早めることも可能である。このように動作を早くすると省電力の点でも有利である。
【００５１】
このように、超音波伝達開始時および終了時に遅延時間を計測し、その差が予め定めた値未満の場合は、遅延手段が放熱や蓄熱などの初期動作特性が小さいく安定であると判断し、初期動作を省略することで、計測時間を短くでき省電力動作が可能になる。
【００５２】
（実施例３）
実施例３に関する本発明の流量計測装置について説明する。図４、図１０および図１１を用いて動作を説明する。実施例１と異なるところは、超音波伝送前後の遅延時間の計測差によって繰返し回数を変更することである。
【００５３】
まず図４、図１０を用いて動作を説明する。図４内の時刻ｔ０から時刻ｔ５までの動作は実施例１と同じのため詳細な説明を省略する。図４において時刻ｔ０の前の時刻ｔａで制御手段１４から遅延時間制御手段２１に信号が入力され、遅延時間制御手段２１は遅延手段１６を動作する。そして図１０の１４０で動作時間Ｔｄ１は遅延時間計測手段１７で計測される。また時刻ｔ５で一連の繰返し動作が終了すると時刻ｔｂにおいて時刻ｔａの場合と同様に遅延時間制御手段２１が遅延手段１６を動作し、１４１でその動作時間Ｔｄ２を遅延時間計測手段１７で測定する。そして１４２でＴｄ１とＴｄ２の差ｄを求め、１４３においてｄが予め定めた値Ｔｘより大きいか判定する。Ｔｘより大きい場合は繰返し動作中の遅延時間の変動が差を小さくするように１４４で繰返し回数を変更する。繰返し回数を増加するか、減少するかは遅延手段１６の特性を考慮して予め実験などで検討し決めておく。またｄがＴｘより小さい場合は最初の繰返し回数に戻して計測を続ける。
【００５４】
これにより、超音波伝達開始時および終了時に遅延時間を計測し、その差が予め定めた値より大きい場合に繰返し回数を変更することで、遅延手段の初期動作特性の差を小さくでき流量演算における遅延時間の精度を向上することができ、その結果流量演算の精度のよい測定を実現することが可能になる。
【００５５】
また、図４と図１１を用いて他の動作を説明する。経年変化や、周囲温度の状況により遅延時間の差があまり安定しない場合もでてくる可能性がある。したがって、時刻ｔ０の前の時刻ｔａにおいて１５０で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ１を計測する。そして、時刻ｔ５で一連の繰返し動作が終了すると時刻ｔｂにおいて１５１で遅延手段１６の動作時間Ｔｄ２を測定する。そして１５２でＴｄ１とＴｄ２の差ｄを求め、１５３においてｄが予め定めた値Ｔｘより大きいが判定する。大きい場合は１５４で繰返し回数を１回増加して計測動作を行う。反対にｄが予め定めた値Ｔｘより小さい場合は１５５で繰返し回数を１回減少して計測動作を行う。このようにして遅延時間の差が予め定めた値Ｔｘ以内になるように繰返し回数を調整していく。この繰返し回数の増減は遅延手段１６の特性により逆にしても良い。この動作は繰り返し手段１８による繰り返し動作が終了するたびに繰り返し回数を微調整し続けることができる。これにより流量演算精度を一定値以内に保つことが可能になる。また図１１では繰り返し回数の変化幅を１回としているが、この値は限定するものではないことは明らかである。
【００５６】
このように超音波伝達開始時および終了時に遅延時間を計測し、その差が予め定めた値以内になるように繰返し回数を増減することで、遅延手段の初期安定化を変化することで最適な状態にもっていくことで、流量演算における遅延時間の精度を向上することができ、その結果流量演算の精度のよい測定を実現することが可能になる。また、繰返し回数を減少することは省電力の点でも有利である。
【００５７】
（実施例４）
実施例４に関する本発明の流量計測装置について説明する。実施例１と異なるところは、流量計測装置において、遅延時間制御手段の動作を確実にするためのコンピュータを機能させるためのプログラムを有する記憶媒体２４を用いていることである。図１２を用いて動作を説明する。実施例１から実施例３で示した遅延時間制御手段２１や遅延時間補正手段２２の動作を行うには、予め実験等により流量と繰返し回数、繰返し時間、超音波の伝搬時間などの相関を求め、例えばファジィ制御のメンバーシップ関数のように適合度というような形で判断する判定ソフトをプログラムとして記憶媒体２４に格納しておく。通常マイクロコンピュータのメモリやフラッシュメモリ等電気的に書き込み可能なものにしておくと利用が便利である。
【００５８】
このように遅延時間制御手段２１の動作をプログラムで行うことができるようになると遅延時間の補正などの条件設定、変更が容易でできるためよりフレキシブルに流量演算の精度向上を行うことができる。また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに遅延時間の精度向上を行うことができる。なお本実施例において遅延時間制御手段２１以外の動作もマイコン等によりプログラムで行ってもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように本発明の流量計測装置によれば、繰り返し動作の前後で遅延時間を計測し、その差を基に繰り返し動作の直前に所定時間だけ遅延手段の特性を考慮した初期動作を行うことにより、遅延手段は安定した動作を行うため精度のよい測定を実現することが可能になる。さらに、繰り返し動作の前後で遅延時間を計測し、その差を基に繰返し回数を変更することで、遅延手段の初期動作特性の差を小さくでき流量演算における遅延時間の精度を向上することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における流量計測装置の全体のブロック図
【図２】 （ａ）同流量計測装置における繰返し回数と遅延時間の関係を示す図
（ｂ）同流量計測装置における繰返し時間と遅延時間の関係を示す図
（ｃ）同流量計測装置における１回の繰返し時間と遅延時間の関係を示す図
【図３】 （ａ）同流量計測装置における制御手段の動作を示すタイミング図
（ｂ）同流量計測装置における送信波の動作を示すタイミング図
（ｃ）同流量計測装置における受信波の動作を示すタイミング図
（ｄ）同流量計測装置における遅延手段の動作を示すタイミング図
【図４】 （ａ）同流量計測装置における制御手段の動作を示すタイミング図
（ｂ）同流量計測装置における送信波の動作を示すタイミング図
（ｃ）同流量計測装置における受信波の動作を示すタイミング図
（ｄ）同流量計測装置における遅延手段の動作を示すタイミング図
【図５】 （ａ）本発明の第２の実施例の流量計測装置における制御手段の動作を示すタイミング図
（ｂ）同流量計測装置における送信波の動作を示すタイミング図
（ｃ）同流量計測装置における受信波の動作を示すタイミング図
（ｄ）同流量計測装置における遅延手段の動作を示すタイミング図
【図６】 同流量計測装置における遅延時間制御手段の動作を示すフローチャート
【図７】 同流量計測装置における遅延時間制御手段の動作を示すフローチャート
【図８】 同流量計測装置における遅延時間制御手段の動作を示すフローチャート
【図９】 同流量計測装置２における遅延時間制御手段の動作を示すフローチャート
【図１０】 本発明の実施例３における流量計測装置の遅延時間制御手段の動作を示すフローチャート
【図１１】 同流量計測装置の遅延時間制御手段の動作を示すフローチャート
【図１２】 本発明の実施例４における流量計測装置の全体のブロック図
【図１３】 従来の流量計測装置の全体のブロック図
【符号の説明】
１ 流路
２ 第１の振動子
３ 第２の振動子
１６ 遅延手段
１７ 遅延時間計測手段
１８ 繰返し手段
１９ 計時手段
２０ 流量演算手段
２１ 遅延時間制御手段
２２ 遅延時間補正手段
２４ 記憶媒体

Claims (7)

1. 被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子からの信号発信の遅延時間を発生する遅延手段と、前記遅延手段の遅延時間を計測する遅延時間計測手段と、前記振動子間相互の超音波伝達を複数回行う繰返し手段と、前記遅延時間計測手段の計測値を基に前記遅延手段を動作させる遅延時間制御手段と、前記繰返し手段による超音波伝達の累積時間を計測する計時手段と、前記計時手段の計測時間と前記遅延時間制御手段の遅延時間とから流量を算出する流量演算手段を備え、前記遅延時間制御手段は、前記遅延時間計測手段を超音波伝達時間計測開始時および計測終了時に動作し、前記遅延時間計測手段で求めた超音波伝達時間計測開始時の遅延時間と計測終了時の遅延時間との計測差が予め定めた値より大きい場合に前記繰り返し手段による超音波伝達開始時の直前に所定時間だけ前記遅延手段を動作させる流量計測装置。
2. 遅延時間制御手段は、遅延時間計測手段で求めた超音波伝達時間計測開始時の遅延時間と計測終了時の遅延時間との計測差に応じて超音波伝達時間計測開始時の直前に所定時間だけ遅延手段を動作させる請求項１記載の流量計測装置。
3. 遅延時間制御手段は、遅延時間計測手段で求めた超音波伝達時間計測開始時の遅延時間と計測終了時の遅延時間との計測差が予め定めた値以内になるよう超音波伝達時間計測開始時の直前に所定時間だけ遅延手段を動作させる請求項１記載の流量計測装置。
4. 遅延時間制御手段は、遅延時間計測手段で求めた超音波伝達時間計測開始時の遅延時間と計測終了時の遅延時間との計測差が予め定めた値未満の場合は超音波伝達時間計測開始時の直前における遅延手段の動作を停止する請求項１記載の流量計測装置。
5. 遅延時間制御手段は、遅延時間計測手段で求めた超音波伝達時間計測開始時の遅延時間と計測終了時の遅延時間との計測差が予め定めた値より大きい場合は繰返し手段の繰返し回数を変更する請求項１から請求項４いずれか１項記載の流量計測装置。
6. 遅延時間制御手段は、遅延時間計測手段で求めた超音波伝達時間計測開始時の遅延時間と計測終了時の遅延時間との計測差が予め定めた値以内になるよう繰返し手段の繰返し回数を調節する請求項１から請求項５いずれか１項記載の流量計測装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項記載の流量計測装置の少なくとも一つの手段をコンピュータを機能させるためのプログラム。

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