JP4556253B2 - 流量計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体や気体の流量を計測する流量計測装置に関し、流量変動が発生した場合にも精度よく流量値を計測する手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の流量計は、特開平９−１５００６号公報や特開平１１−４４５６３号公報のようなものが知られていた。以下、その構成について図１６と図１７を参照しながら説明する。
【０００３】
図１６に示すように、ガス流量を計測するアナログフローセンサ１から所定の第１サンプリング時間毎に計測値を読み取るサンプリングプログラム２と、所定時間におけるガス消費流量を算出するガス消費量算出プログラム３と、第１サンプリング時間に所定時間内で第２サンプリング時間毎にアナログフローセンサの計測値を読み出してその平均値を演算する平均値演算プログラム４と、フローセンサの出力から圧力変動の周期を推定する圧力変動周期推定プログラム５と、メモリーとしてのＲＡＭ６で構成されていた。
【０００４】
ここで、７は前記各プログラムを記憶しておくメモリーのＲＯＭ、８はそのプログラムを実行するＣＰＵである。この構成により、所定計測時間がポンプの振動周期の１周期以上、またはその周期の倍数であるように計測処理するものであり、平均化することで流量に変動が発生しても計測流量が影響されにくい構成としている。
【０００５】
また、図１７に示すように、流量を検出する流量検出手段９と、流体の変動波形を検出する変動検出手段１０と、流量検出手段の測定を変動波形の交流成分のゼロ付近で開始する脈動計測手段１１と、流量検出手段の信号を処理する流量演算手段１２を備えた構成である。
【０００６】
ここで、１３は信号処理回路、１４は計時回路、１５はトリガ回路、１６は送信回路、１７は比較回路、１８は増幅回路、１９は切換器、２０は計測開始信号回路、２１は起動手段、２２は流路である。
【０００７】
この構成により、変動波形の平均付近の流量を計測して短時間に正確な流量計測を行うものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術において、前者のものでは、平均値を用いてガス流量を計測するもので、安定した平均値を得るには長時間の計測が必要で、瞬時の流量計測は困難という課題があった。また、後者のものでは、圧力変動のある無しで流量計測の方法を変えるもので、圧力計測手段および流量計測手段の２つの手段を備えなければならないという課題があった。
【０００９】
【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、流路に設けられて音波を送受信する第１振動手段および第２振動手段と、第１振動手段および第２振動手段の送受信の動作を切換える切換手段と、音波を送受信する第１振動手段または第２振動手段によって流路内の圧力変動を検出する変動検出手段と、第１振動手段および第２振動手段で送受信される音波の伝搬時間を計測する計時手段と、変動検出手段の出力が所定変化した時に流路の上流側の第１振動手段から下流側の第２振動手段に伝搬する第１計時時間Ｔ１を計時手段が測定し、また変動検出手段の出力が所定変化と逆に変化した時には流路の下流側の第２振動手段から上流側の第１振動手段に伝搬する第２計時時間Ｔ２を計時手段が測定する制御を行う計測制御手段と、第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２を用いて流量を算出する流量検出手段と、第１振動手段または第２振動手段を、音波の送受信に用いる場合と、圧力変動の検出に用いる場合とに切換える選択手段と、を備えた構成とした。
【００１０】
上記発明によれば、第１振動手段または第２振動手段によって流路内の圧力変動を計測することができるので、変動検出用の別センサを設ける必要がなく、小型化や流路などを簡素化することができるとともに変動が発生した場合でも短時間で安定して精度よく流量が計測できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、流路に設けられて音波を送受信する第１振動手段および第２振動手段と、第１振動手段および第２振動手段の送受信の動作を切換える切換手段と、音波を送受信する第１振動手段または第２振動手段によって流路内の圧力変動を検出する変動検出手段と、第１振動手段および第２振動手段で送受信される音波の伝搬時間を計測する計時手段と、変動検出手段の出力が所定変化した時に流路の上流側の第１振動手段から下流側の第２振動手段に伝搬する第１計時時間Ｔ１を計時手段が測定し、また変動検出手段の出力が所定変化と逆に変化した時には流路の下流側の第２振動手段から上流側の第１振動手段に伝搬する第２計時時間Ｔ２を計時手段が測定する制御を行う計測制御手段と、第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２を用いて流量を算出する流量検出手段と、第１振動手段または第２振動手段を、音波の送受信に用いる場合と、圧力変動の検出に用いる場合とに切換える選択手段と、を備えた構成とした。
【００１２】
したがって、第１振動手段または第２振動手段によって流路内の圧力変動を計測することができるので、変動検出用の別センサを設ける必要がなく、小型化や流路などを簡素化することができるとともに、変動が発生した場合でも短時間で安定して精度よく流量が計測できる。そして、圧力変動の変化が逆になるタイミングで計測することで、圧力変動と計測するタイミングの位相をずらすことができ、圧力変動による計測誤差を相殺することができる。
【００１３】
また、変動検出手段の出力が所定変化した時に第１計時時間Ｔ１の測定を開始し、前記変動検出手段の出力が前記所定変化と逆に変化した時に第２計時時間Ｔ２の測定を開始する計測制御と、次回の計測時は、変動検出手段の出力が前記所定変化と逆に変化した時に第１計時時間Ｔ１の測定を開始し、前記変動検出手段の出力が所定変化した時に第２計時時間Ｔ２の測定を開始計測制御を行う計測制御手段と、計測開始を交互に変更しながら前回の第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２を用いて求めた第１流量と、次回の第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２を用いて求めた第２流量を逐次平均処理することにより流量を算出する流量検出手段を備えた構成とした。
【００１４】
これにより、計測するタイミングを前述のように変えて第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２することで、圧力変動が高圧側、低圧側で非対称となっていても、その圧力変動の影響を相殺することができる。
【００１５】
また、音波による送受信を複数回行う繰返手段を備えた構成とした。
【００１６】
これにより、計測回数を増加することで平均化することができ、安定した流量計測を行うことができる。
【００１７】
また、変動周期の整数倍時間にわたって送受信を複数回行う繰返手段を備えた構成とした。
【００１８】
これにより、変動周期で計測することで圧力変動が平均化され安定した流量を計測することができる。
【００１９】
また、変動検出手段の出力が所定変化した時に音波の送受信計測を開始し、前記変動検出手段の出力が前記所定変化と同じ変化をするまで繰返し音波の送受信計測を行う繰返手段を備えた。
【００２０】
これにより、計測の開始と停止を圧力変動の周期と一致させることができるので、変動周期で計測することができ圧力変動が平均化され安定した流量を計測することができる。
【００２１】
また、第１振動手段および第２振動手段を、音波の送受信に用いる場合と、圧力変動の検出に用いる場合を切換える選択手段を備えた構成とした。
【００２２】
これにより、第１振動手段および第２振動手段の少なくとも１方を圧力検出に使用することができ、流量計測と圧力計測を両立することができる。
【００２３】
また、圧力変動波形の交流成分のゼロ付近を検出する変動検出手段を備えた構成とした。これにより、圧力変動のゼロ成分付近で変動を検出することで流量計測を行う時間の範囲が変動ゼロ付近から計測を開始することができ、変動の少ない時間内に流量計測を行うことで圧力変動時の計測を安定化することができる。
【００２４】
また、変動検出手段の出力信号の変動をカウントする複数ビットのカウント手段と、前記カウント手段のカウント値が、第１計時と第２計時で異なるようにして計測し、複数ビットのすべての組み合わせが同じ回数だけ実現した時に流量を計測する流量検出手段を備えた構成とした。
【００２５】
これにより、すべての変動タイミングで計測することができるので、平均化が行われ安定して流量を計測することができる。
【００２６】
また、変動検出手段の信号の周期を検出する周期検出手段と、前記周期検出手段の検出した周期が、所定の周期の時にのみ計測を開始する計測制御手段を備えた構成とした。
【００２７】
これにより、所定周期の時のみに計測を開始することで、所定の変動時に計測が行え、安定した流量を計測することができる。
【００２８】
また、変動検出手段の信号が検出できなかった時は、所定時間後に計測を自動的にスタートする検出解除手段を備えた構成とした。
【００２９】
これにより、変動がなくなった場合でも所定時間がくれば自動的に流量を計測することができる。
【００３０】
また、第１振動手段および第２振動手段は、圧電式振動子からなる構成とした。
【００３１】
これにより、圧電式振動子とすることで超音波を送受信に用いながら、かつ圧力変動も検出することができる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００３３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の流量計のブロック図である。
【００３４】
図１において、２３は流路２４に設けられて超音波を送受信する送受信手段の第１振動手段としての第１圧電振動子、２５は超音波を送受信する送受信手段の第２振動手段としての第２圧電振動子、２６は前記第１圧電振動子および第２圧電振動子の送受信の動作を切換える切換手段としての切換スイッチ、２７は前記第１圧電振動子２３および第２圧電振動子２５で繰返し送受信される音波の伝搬時間をシングアラウンド法により計測する計時手段、２８は前記計時手段の値に基づいて流量を検出する流量検出手段、２９は前記第１圧電振動子２３および第２圧電振動子２５で流路内の圧力変動を計測する変動検出手段、３０は前記変動検出手段の圧力変動のタイミングに同期して計測を開始する計測制御手段である。
【００３５】
ここで、計測制御手段３０は、変動検出手段２９の出力の立上り時に第１計時時間Ｔ１の測定を開始し、前記変動検出手段２９の出力の立ち下がり時に第２計時時間Ｔ２の測定を開始する計測制御と、次回の計測時は、変動検出手段の出力が立ち下がり時に第１計時時間Ｔ１の測定を開始し、前記変動検出手段の出力が立上り時に第２計時時間Ｔ２の測定を開始計測制御を行い、流量計測手段２８は、計測開始を交互に変更しながら前回の第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２を用いて求めた第１流量と、次回の第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２を用いて求めた第２流量を逐次平均処理することにより流量を算出する構成とした。
【００３６】
そして、３１は第２圧電振動子を超音波の送受信を行うか圧力変動を検出するかを選択する選択手段としての選択スイッチ、３２は超音波信号の送信器、３３は超音波信号の受信器、３４はシングアラウンド計測を行う繰返手段である。
【００３７】
次に動作、作用について図２から図７を用いて説明する。
【００３８】
図２のような構成の流路において、第１圧電振動子２３から第２圧電振動子２５に向かって伝搬する時間Ｔ１を計測すると、Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）となる。
【００３９】
また、第２圧電振動子２５から第１圧電振動子２３に向かって伝搬する時間Ｔ２を計測すると、Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）となる。
【００４０】
ここで、Ｖは流路内の流速、Ｃは音速、θは傾斜角度である。そして、Ｔ１とＴ２の逆数の差をとると、次式のようにしてＴ１、Ｔ２から流速Ｖが求まる。
【００４１】
１／Ｔ１−１／Ｔ２＝２Ｖｃｏｓθ／Ｌ
Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／Ｔ１−１／Ｔ２）
ここで、流路内に圧力変動があると、その圧力変動に応じて流速が変化する。よって、変動周波数ｆ、変動流速ｕとすると、Ｔ１、Ｔ２は
Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ＋ｕ・ｓｉｎ（２πｆｔ））
Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ−ｕ・ｓｉｎ（２πｆｔ＋ψ））
となる。ここで、ψは、Ｔ１計測の開始とＴ２計測の開始の時間差（位相差）である。そして、Ｔ１とＴ２の逆数の差をとると、
１／Ｔ１−１／Ｔ２
＝（２Ｖｃｏｓθ
＋ｕ・（ｓｉｎ（２πｆｔ）＋ｓｉｎ（２πｆｔ＋ψ）））／Ｌ
であるから、ψ＝πのとき、ｓｉｎ（２πｆｔ＋ψ））＝−ｓｉｎ（２πｆｔ）となり、変動の影響は、キャンセルされることになる。よって、
Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／Ｔ１−１／Ｔ２）
として、変動時においても流速Ｖが計測でき、流路の断面積などを考慮して流量を算出することができるのである。
【００４２】
以上は、１回の送受信の計測で説明しているが、繰返手段３４で伝搬時間を繰り返して計測するシングアラウンド手法で積算時間を求める場合も同様に次式のように求めることができる。
【００４３】
Ｔ１＝Σ［Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ＋ｕ・ｓｉｎ（２πｆｔｉ））］
＝ΣＬ／（Σ（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）＋Σ（ｕ・ｓｉｎ（２πｆｔｉ）））
Ｔ２＝Σ［Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθθ−ｕ・ｓｉｎ（２πｆｔｉ＋ψ））］
＝ΣＬ／（Σ（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）＋Σ（ｕ・ｓｉｎ（２πｆｔｉ＋ψ）））
ここで、添え字ｉはシングアラウンドの回数、Σはｉ＝１からＮ回までの積算を示す。なお、シングアラウンド手法の計測処理についての詳細な説明は略すが、超音波の送受信伝搬を繰返し行い、トータルの伝搬時間を長くして計測精度を高める方法である。
【００４４】
そして、Ｔ１、Ｔ２の逆数差から
１／Ｔ１−１／Ｔ２
＝（Σ［２Ｖｃｏｓθ］＋Σ［ｕ・（ｓｉｎ（２πｆｔ））
＋Σ［ｕ・ｓｉｎ（２πｆｔ＋ψ））］）／ΣＬ
そして、ψ＝πのとき、ｓｉｎ（２πｆｔ＋ψ））＝−ｓｉｎ（２πｆｔ）となり、シングアラウンド手法を用いても変動の影響は、キャンセルされることになる。よって、
Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・（１／Ｔ１−１／Ｔ２）
として、変動時においても流速Ｖが計測でき、流路の断面積などを考慮して流量を算出することができるのである。
【００４５】
ここで、この時間差ψがπとなる計測の開始タイミングを、図３で説明する。変動検出手段２９の出力信号は、圧力変動の交流成分のゼロクロス点を比較器で比較して検出することによって実現している。
【００４６】
すなわち、Ｔ１計測の開始は、変動検出手段の出力信号の立上りで行い、所定のシングアラウンド回数で積算時間Ｔ１を計測する。一方、Ｔ２計測の開始は、変動検出手段２９の出力信号の立下がりで行い、同じ所定のシングアラウンド回数で積算時間Ｔ２を計測する。
【００４７】
図３で示すと、Ｔ１は、圧力波形のＡ、Ｂ、Ｃ間を計測し、Ｔ２はＡ、Ｂ、Ｃと逆の振幅になるＦ、Ｇ、Ｈ間を計測する。よって、圧力変動はキャンセルされることになる。
【００４８】
また、図３のような正負対称の圧力変動の場合は、１回のＴ１とＴ２の計測でキャンセルできるが、図４のような正負非対称の場合は、計測の開始を工夫することによってキャンセルすることができる。すなわち、Ｔ１計測の開始は、変動検出手段２９の出力信号の立上りで行い、所定のシングアラウンド回数で積算時間Ｔ１を計測する。一方、Ｔ２計測の開始は、変動検出手段２９の出力信号の立下がりで行い、同じ所定のシングアラウンド回数で積算時間Ｔ２を計測する。
【００４９】
そして、次回の計測では、Ｔ１計測の開始は、変動検出手段２９の出力信号の立下がりで行い、所定のシングアラウンド回数で積算時間Ｔ１を計測する。
【００５０】
一方、Ｔ２計測の開始は、変動検出手段２９の出力信号の立上がりで行い、同じ所定のシングアラウンド回数で積算時間Ｔ２を計測する。
【００５１】
図４で示すと、１回目のＴ１は、圧力波形のＡ、Ｂ、Ｃ間を計測し、Ｔ２はＤ、Ｅ、Ｆ間を計測する。これでは、ＣとＦは波形が異なるのでＣとＦの分が誤差Ｃ−（−Ｆ）として残るが、２回目の計測の時には、Ｔ１は、逆波形のＨ、Ｉ、Ｊで計測し、Ｔ２はＫ、Ｌ、Ｍで計測する。
【００５２】
ここでも、ＪとＭは波形が異なり誤差として残るが、２回目の計測では、上流側から計測した時のＭと、下流から計測した時のＪとなっており、符号が反転するので、ＪとＭの分が誤差（−Ｊ−Ｍ）として残る。そして、Ｃ＝Ｍ、Ｆ＝Ｊであることから、Ｃ−（−Ｆ）と（−Ｊ−Ｍ）を加算して平均を取ると、ゼロになり、圧力変動はキャンセルされることになる。
【００５３】
なお、超音波の送受信の方向を計測のたびに交互に反転している場合は、計測の開始タイミングは一定でよいことは明白である。また、ここでは２回の計測で説明したが、圧力変動の波形が非対称で複雑な場合は、計測の開始を波形の周期性に応じて順次、変更して繰返すことにより平均化され、誤差は最小限に抑えることができる。
【００５４】
次に、図５と図６のフローチャートを用いて計測の流れを説明する。
【００５５】
まず、変動検出手段の信号が立上りか否かを判別する。立上りでなければ、変動検出手段２９の出力信号が立ち上がるまで判別を繰り返す。
【００５６】
ここで、所定時間立っても立上りが発生しない時は、検出解除手段としての処理が立上り検出を中止し、圧力変動がないものとして第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２の計測を行う。
【００５７】
また、立上りが検出された時は、第１計時時間Ｔ１の計測を行う。そして、次に変動検出手段２９の信号が立下がりか否かを判別する。ここで立ち下がりが検出された時は、第２計時時間Ｔ２の計測を行う。
【００５８】
また、所定時間立っても、立下がりが検出されない時は、検出解除手段としての処理が立下がり検出を中止し、圧力変動がないものとして第２計時時間Ｔ２の計測を行い、第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２から流量Ｑ（ｊ）を算出する。
【００５９】
そして、次の計測時には、図６に示すように、今度は立下がり検出からはじめ、立下がり検出後、第１計時時間Ｔ１の計測を行った後、立上り検出を行い、第２計時時間Ｔ２の計測を行い、第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２から流量Ｑ（ｊ＋１）を算出する。そして、この計測開始を交互に変更しながら繰返し、第１流量Ｑ（ｊ）と第２流量Ｑ（ｊ＋１）を計測して逐次平均処理することにより流量Ｑを算出することで、平均化され誤差を原理的になくすことができる。
【００６０】
このように、第２圧電振動子２５で流路内の圧力変動を計測することができるので、圧力センサを設ける必要がなく、小型化や流路などを簡素化することができるとともに、圧力変動が発生した場合でも瞬時流量の計測が安定して精度よく行える。
【００６１】
そして、圧力変動の変化が逆になるタイミングで計測することで、圧力変動と計測するタイミングの位相をずらすことができ、圧力変動による計測誤差を相殺することができる。そして、計測する毎にタイミングを正負逆にとって行くことで、圧力変動が高圧側、低圧側で非対称となっていても、その圧力変動の影響を相殺することができる。そして、シングアラウンドで繰返し計測することで１回の計測で平均化することができ、安定した流量計測を行うことができる。
【００６２】
そして、選択手段を用いることで第１振動手段および第２振動手段の少なくとも１方を圧力検出に使用することができ、流量計測と圧力計測を両立することができる。
【００６３】
そして、圧力変動のゼロ成分付近で変動を検出することで変動の周期を正確に捉えることができ、流量の相殺が行える。そして、変動がなくなった場合でも所定時間がくれば自動的に流量を計測することができる。そして、圧電式振動子を変動検出手段と用いることで、超音波を送受信に用いながら、かつ圧力変動も検出することができ、さらに、専用の圧力検出手段を設ける場所が不要であり、漏洩の要因となる部位を削減することができる効果がある。
【００６４】
なお、本実施例で説明した圧力変動の検出は、専用の圧力検出手段を用いて行っても機能的には同様の効果が得られる。また、下流側の第２圧電振動子を用いる場合で説明したが、上流側の第１圧電振動子を用いる場合でも同様の効果が得られる。
【００６５】
さらに、上流側、下流側の圧電振動子を交互に用いても同様の効果が得られるが、交互に用いることによって、互いの圧電振動子の動作状態をチェックすることも可能になる。すなわち、変動検出手段の信号がどちらの圧電振動子からの信号においても同じ周期の信号の時はどちらも正常に動作していると、判定することができる。
【００６６】
また、流量計は一般計器として説明しているが、ガスメーターに本流量計を使用することで、ガスエンジンヒートポンプを使用している配管系など、脈動が発生する流路配管で使用することが可能である。さらに、圧力変動で説明しているが、流量変動のある場合も同様の効果があることは明白である。
【００６７】
なお、図７において、３５は第１圧電振動子と第２圧電振動子の動作チェック手段である。
【００６８】
（実施例２）
図８は本発明の実施例２の流量計の動作を示すタイミングチャートである。実施例１と異なる点は、変動周期の整数倍時間にわたってシングアラウンドの送受信を複数回行う繰返手段３４を備えたことにある。構成は図１に示す。
【００６９】
図９に示すように、所定時間（例えば、２秒周期）間隔で、計測を開始する場合、所定時間になれば、変動検出手段２９が検出する変動の周期を計測する。
【００７０】
そして、その周期にほぼ一致するシングアラウンドの回数を設定する。例えば、超音波の圧電振動子間の距離を音速で割ると１回の伝搬時間が算出できる。そして、計測した周期をその伝搬時間で割ることで必要なシングアラウンドの回数が算出できる。
【００７１】
そのシングアラウンド回数で繰返して流量の計測を行うのである。図中の丸１は、図５の丸１の処理を行うことである。
【００７２】
このように、シングアラウンド回数を変動周期に合わせることで、変動の１周期を計測することができ、圧力変動が平均化され安定した流量を計測することができるのである。そして、圧力同期とシングアラウンド回数を周期の整数倍に合せて計測することで、更に流量の計測を安定して行うことができる。さらに、圧力同期を圧電振動子の信号で検出することができるので、周期の検出が可能で、かつ安定した流量計測が行えるという相乗効果がある。
【００７３】
なお、図８では、２周期を計測する場合について示した。伝搬距離が短い場合は、計測精度を上げるために、所定回数以上のシングアラウンドが必要となるので、変動周期から求めたシングアラウンド回数がその所定回数よりも小さい時は、周期の倍数になるようにシングアラウンド回数を決定するとよい。
【００７４】
（実施例３）
図１０は本発明の実施例３の流量計の動作を示すタイミングチャートである。実施例１と異なる点は、変動検出手段２９の出力が所定変化した時（例えば、立下り時）に音波の送受信計測を開始し、前記変動検出手段の出力が前記所定変化と同じ変化（例えば、立下り時）をするまでシングアラウンドを繰返し、音波の送受信計測を行う繰返手段３４を備えた構成とした。構成は図１に示す。
【００７５】
図１１に示すように、計測の開始に変動検出信号の立上りを検出し、シングアラウンドを開始する。そして、再度変動検出信号の信号が立ち上がった時に、シングアラウンドを停止して第１計時時間Ｔ１を計測する。次に、計測の開始に変動検出信号の立下りを検出し、シングアラウンドを開始する。そして、再度変動検出信号の信号が立ち下がった時に、シングアラウンドを停止して第２計時時間Ｔ２を計測する。それらのＴ１とＴ２から流量を算出するものである。
【００７６】
このように、計測の開始と停止を圧力変動の周期と一致させることができるので、変動周期で計測することができ、圧力変動が平均化され安定した流量を計測することができる。
【００７７】
（実施例４）
図１２は本発明の実施例４の流量計を示す構成図である。実施例１と異なる点は、変動検出手段２９の出力信号の変動をカウントする２ビットのカウント手段３６と、前記カウント手段３６のカウント値が、第１計時の時と第２計時の時で異なるようにして計測し、２ビットのすべての組み合わせが同じ回数だけ実現した時に流量を計測する流量検出手段２８を備えた構成とした。図１３にそのタイミングチャートを示す。
【００７８】
図１３に示すように、正負対称でかつ変動が２周期で繰返される場合、例えば、Ｔ１計測はカウント手段の出力が（１、０）で、かつ変動検出手段の出力が立上りの時に開始し、Ｔ２計測は、その後変動検出手段の立下りで計測が開始される。
【００７９】
このときの計測流量を概念的に表現して、Ｑ（ｉ）＝（Ａ−Ｂ＋Ｃ）−（−Ｂ＋Ｃ−Ｄ）＝Ａ＋Ｄとする。そして、次回の計測をＴ１計測はカウント手段の出力が（１、１）で、かつ変動検出手段の立下りに開始し、Ｔ２計測はその後の立上りで開始される。
【００８０】
このときの計測流量を概念的に表現して、Ｑ（ｉ＋１）＝（−Ｂ＋Ｃ−Ｄ）−（Ｃ−Ｄ＋Ａ）＝−Ａ−Ｂとする。
【００８１】
このように繰返して計測を行うと、Ｑ（ｉ＋２）＝（Ｃ−Ｄ＋Ａ）−（−Ｄ＋Ａ−Ｂ）＝Ｃ＋Ｂ、Ｑ（ｉ＋３）＝（−Ｄ＋Ａ−Ｂ）−（Ａ−Ｂ＋Ｃ）＝−Ｃ−Ｄとなる。ここで、Ｑ（ｉ）＋Ｑ（ｉ＋１）＋Ｑ（ｉ＋２）＋Ｑ（ｉ＋３）＝０となり、圧力変動はキャンセルされることになる。
【００８２】
また、ここでは４回の計測で説明したが、圧力変動の波形が非対称で複雑な場合は、計測の開始を波形の周期性に応じて順次、変更して繰返すことにより平均化され、誤差は最小限に抑えることができる。
【００８３】
すべての変動タイミングで計測することができるので、平均化が行われ安定して流量を計測することができる。
【００８４】
（実施例５）
図１４は、本発明の実施例５の流量計を示す構成図である。実施例１と異なる点は、変動検出手段２９の信号の周期を検出する周期検出手段３７と、前記周期検出手段３７の検出した周期が、所定の周期の時にのみ計測を開始する計測制御手段３０を備えた構成とした。
【００８５】
すなわち、図１５に示すように、変動検出手段２９の信号が所定周期Ｔｍの時のみに計測を開始することで、周期が変動するような場合でも所定の変動周期時に計測が行える。図１３に示すような圧力波形の場合でも、周期を検出すれば特定の圧力変動の時のみ、流量を計測することができる。
【００８６】
よって、圧力変動の周期が変動する場合でも、安定した流量を短時間で計測することができる。
【００８７】
なお、周期の検出は所定の時間幅（例えば、２ミリ秒）を持って検出することで柔軟性を持たせ計測が途切れることなく継続される。
【００８８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の流量計によれば、第１振動手段または第２振動手段によって流路内の圧力変動を計測することができるので、圧力センサを設ける必要がなく、小型化や流路などを簡素化することができるとともに、圧力変動が発生した場合でも短時間で安定した流量が計測できる。しかも、圧力変動の変化が逆になるタイミングで計測することで、圧力変動と計測するタイミングの位相をずらすことができ、圧力変動による計測誤差を相殺することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の流量計のブロック図
【図２】 同流量計の構成を示す断面図
【図３】 同流量計の動作を示すタイミングチャート
【図４】 同流量計の動作を示す別のタイミングチャート
【図５】 同流量計の動作を示すフローチャート
【図６】 同流量計の動作を示す別のフローチャート
【図７】 同流量計を示すブロック図
【図８】 本発明の実施例２の流量計の動作を示すタイミングチャート
【図９】 同流量計の動作を示すフローチャート
【図１０】 本発明の実施例３の流量計の動作を示すタイミングチャート
【図１１】 同流量計の動作を示すフローチャート
【図１２】 本発明の実施例４の流量計を示すブロック図
【図１３】 同流量計の動作を示すタイミングチャート
【図１４】 本発明の実施例５の流量計を示すブロック図
【図１５】 同流量計の動作を示すフローチャート
【図１６】 従来の流量計を示すブロック図
【図１７】 従来の別の流量計を示すブロック図
【符号の説明】
２３ 第１の圧電振動子（送受信手段、第１振動手段）
２４ 流路
２５ 第２の圧電振動子（送受信手段、第２振動手段）
２６ 切換手段
２７ 計時手段
２８ 流量検出手段
２９ 変動検出手段
３０ 計測制御手段
３１ 選択手段
３４ 繰返手段
３５ 動作チェック手段
３６ カウント手段
３７ 周期検出手段

Claims (10)

1. 流路に設けられて音波を送受信する第１振動手段および第２振動手段と、
   前記第１振動手段および前記第２振動手段の送受信の動作を切換える切換手段と、
   音波を送受信する前記第１振動手段または前記第２振動手段によって流路内の圧力変動を検出する変動検出手段と、
   前記第１振動手段および前記第２振動手段で送受信される音波の伝搬時間を計測する計時手段と、
   前記変動検出手段の出力が所定変化した時に流路の上流側の前記第１振動手段から下流側の前記第２振動手段に伝搬する第１計時時間Ｔ１を前記計時手段が測定し、また前記変動検出手段の出力が前記所定変化と逆に変化した時には流路の下流側の第２振動手段から上流側の第１振動手段に伝搬する第２計時時間Ｔ２を前記計時手段が測定する制御を行う計測制御手段と、
   前記第１計時時間Ｔ１と前記第２計時時間Ｔ２を用いて流量を算出する流量検出手段と、前記第１振動手段または前記第２振動手段を、音波の送受信に用いる場合と、圧力変動の検出に用いる場合とに切換える選択手段と、
   を備えた流量計。
2. 前記変動検出手段の出力が所定変化した時に前記第１計時時間Ｔ１の測定を開始し、前記変動検出手段の出力が前記所定変化と逆に変化した時に前記第２計時時間Ｔ２の測定を開始する計測制御と、次回の計測時は、変動検出手段の出力が前記所定変化と逆に変化した時に前記第１計時時間Ｔ１の測定を開始し、前記変動検出手段の出力が所定変化した時に前記第２計時時間Ｔ２の測定を開始し、計測制御を行う計測制御手段と、
   計測開始を交互に変更しながら前回の第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２を用いて求めた第１流量と、次回の第１計時時間Ｔ１と第２計時時間Ｔ２を用いて求めた第２流量を逐次平均処理することにより流量を算出する流量検出手段と、
   を備えた請求項１記載の流量計。
3. 音波による送受信を複数回行う繰返手段を備えた請求項１または２記載の流量計。
4. 前記繰返手段は、変動周期の整数倍時間にわたって送受信を複数回行う請求項３記載の流量計。
5. 前記繰返手段は、前記変動検出手段の出力が所定変化した時に音波の送受信計測を開始し、前記変動検出手段の出力が前記所定変化と同じ変化をするまで繰返し音波の送受信計測を行う請求項３記載の流量計。
6. 圧力変動波形の交流成分のゼロ付近を検出する変動検出手段を備えた請求項２〜５のいずれか１項記載の流量計。
7. 前記変動検出手段の出力信号の変動をカウントする複数ビットのカウント手段と、
   前記カウント手段のカウント値が、第１計時と第２計時で異なるようにして計測し、複数ビットのすべての組み合わせが同じ回数だけ実現した時に流量を計測する流量検出手段と、
   を備えた請求項１〜６のいずれか１項記載の流量計。
8. 前記変動検出手段の信号の周期を検出する周期検出手段を備え、
   前記計測制御手段は、前記周期検出手段の検出した周期が、所定の周期の時にのみ計測を開始する請求項１〜６のいずれか１項記載の流量計。
9. 前記変動検出手段の信号が検出できなかった時は、所定時間後に計測を自動的にスタートする検出解除手段を備えた請求項１〜８のいずれか１項記載の流量計。
10. 前記第１振動手段と前記第２振動手段は、圧電式振動子からなる請求項１〜９のいずれか１項記載の流量計。

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