JP4735005B2

JP4735005B2 - 流れ計測装置

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Publication number: JP4735005B2
Application number: JP2005102140A
Authority: JP
Inventors: 文一芝
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006284267A

Description

本発明は、振動子に電源電圧より高電圧の電力を供給する昇圧手段を用い、超音波を利用して気体や液体などの流速または流量を計測する流れ計測装置に関する。

従来の昇圧手段としてはＤＣＤＣコンバータを利用したものがあり、これを利用した流量計測装置は超音波を用いた電気的な計測方法である（例えば、特許文献１参照）。図１２は一般的な昇圧回路の構成を示すブロック図である。図１２において１は電源、２はＤＣＤＣコンバータ、３はインダクタンスＬ，４はダイオードＤ，５はコンデンサＣ、６は負荷である。ＤＣＤＣコンバータ２はインダクタンス３をスイッチング動作することによりオンからオフになったときにインダクタンスに生じる逆起電力がダイオード４を介して整流し、コンデンサ５でリップルを小さくした安定した高電圧を負荷６に供給するものである。図１３は、従来の超音波流量計の構成を示すブロック図である（例えば、特許文献１参照）。

同図において、流体流路１１の途中に超音波を発信する第１振動子１２と受信する第２振動子１３が流れ方向に配置されている。１４は第１振動子１２への送信回路、１５は第２振動子１３で受信した超音波を信号処理する受信回路である。１６は受信回路１５で超音波を検知した後第１振動子１２からの送信と第２振動子１３での受信を複数回繰り返す繰返し手段である。１７は受信回路で超音波を検出した後、再度第１振動子１２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、１８は遅延時間発生手段１７により発生した遅延時間を計測する遅延時間計測手段、１９は遅延時間発生手段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である。

２０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、２１は遅延時間計測手段１８および累積時間計測手段２０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１４より送出されたバースト信号により第１振動子１２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１３で受信され受信回路１５で検知され、遅延時間発生手段１７で発生した遅延時間を置いた後、再び送信回路１４よりバースト信号が送出される。送信回路１４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２０で、また、遅延時間を遅延時間計測手段１０により計測する。

更に、流量演算手段２１では、累積時間計測手段２０で求めた値から遅延時間計測手段１９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。通常、この送信回路から振動子を駆動する際には伝搬距離により信号が減衰することを考慮して高電圧を供給する。その回路として上記に説明した昇圧回路を利用することが多い。
特開２０００−２９２２３２号公報（第２頁、第１図）

しかしながら従来の昇圧回路における高電圧供給回路では回路全体の安定性を考えたＤＣＤＣコンバータ２の動作タイミングが統一されておらず、独立して動作している。例えば流量が無いような場合、流速がゼロである時が計測装置として設置した場合にかなりの割合で発生していることが多い。特に家庭用のガスメータや水道メータを考えると一日のうちほとんどの時間において流量が流れること、すなわち流速の発生することは無いのが
普通である。そのような場合でも流量を計測するためにＤＣＤＣコンバータ２の動作を開始するのは電池動作のシステム等では電力を考えた場合に無駄が多い。

本発明は上記の課題を解決するもので、電源投入後において回路電圧が安定し、昇圧手段を動作する際に流量演算手段の出力により流量が無い、すなわち流速が無い場合には昇圧手段の動作を停止して低圧での振動子駆動を行い、ある時間間隔を持って昇圧動作を行い計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することを目的としている。

そして、このような昇圧動作を用いることで、省電力でかつ精度の良い流量計測を実現することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流れ計測装置は、電源投入後に演算手段の出力により流量が無い、すなわち流速が無い場合には昇圧手段の動作を停止して低圧での振動子駆動を行い、ある時間間隔を持って昇圧動作を行う動作をする。

本発明の、流れ計測装置は、電源投入後において昇圧手段の動作を停止して低圧での振動子駆動を行い、ある時間間隔で電源制御手段を介して昇圧動作を行うものである。

これによって、流量演算手段の出力により流量が無い、すなわち流速が無い場合には昇圧手段の動作を停止して低圧での振動子駆動を行うとともに省電力動作を実現し、ある時間間隔で電源制御手段を介して昇圧動作を行うことで、精度の良い流量計測を実現することができる。

第１の発明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、振動子を駆動する送信手段と、受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、前記受信手段の信号を用いて流速または流量を算出する演算手段と、電源と、前記電源から前記送信手段用などの高電圧をつくる昇圧手段と、前記昇圧手段を制御する電源制御手段と、を有し、前記電源制御手段は、前記演算手段で算出された流速または流量の値が一定値以下の場合、あるいは流れが無い場合には、前記昇圧手段の動作を停止している状態で前記振動子の駆動を行う流れ計測装置である。

そして、電源立ち上げ時に、システム全体の回路電圧が安定し、昇圧手段を動作する際に、省電力と計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することができる。

第２の発明は、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、振動子を駆動する送信手段と、受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、前記受信手段の信号を用いて流量を算出する演算手段と、電源と、前記電源から前記送信手段用などの高電圧をつくる昇圧手段と、前記昇圧手段を間欠的に動作させる電源制御手段と、を有し、前記演算手段で算出された流速または流量の値が一定値以下の場合、あるいは流れが無い場合には、前記電源制御手段は前記昇圧手段の動作頻度を少なくする流れ計測装置である。そして、昇圧手段の動作を間欠的に調整することにより、省電力動作で計測を継続することが可能になる。

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）
本発明の実施の形態１における流れ計測装置について説明する。

図１は本実施の形態１の構成を示す流れ計測装置のブロック図である。図１おいて、被測定流体の流れる流路３１と、前記流路３１に配置された超音波を送受信する第１の振動子３２、第２の振動子３３を設置し、前記第１の振動子３２を駆動する送信手段３４と、前記第２の振動子３３の受信信号を受け受信タイミングを決定する受信手段３５と、前記送信手段３４と第１の振動子３２、および第２の振動子３３と受信手段３５の間に切換手段３６を設け、超音波の送受信を第１の振動子３２と第２の振動子３３の間で交互に行うようにしている。

そして、流量演算手段４１（演算手段）は、受信手段３５の出力を受け送信手段３４を介して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３７と、前記繰返し手段３７の信号を受け所定の遅延時間遅れて前記送信手段３４のトリガ信号として出力する遅延手段３８と、少なくとも送信手段３４による第１の振動子３２の駆動開始から前記繰返し手段３７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３９と、前記計時手段３９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演算手段４０とを有するものである。さらに計測制御手段４２を設け、送信手段３４を動作する計測スタート信号を出力する。さらに電力の供給を行う電源４３と、電源より高電圧の負荷を駆動するための昇圧手段４４と、前記電源４３と前記昇圧手段４４を制御する電源制御手段４５を備えている。

また、送信手段３４、受信手段３５、切換手段３６、流量演算手段４１の設定値を記憶している記憶手段４６と、電源４３を投入後に記憶手段４６の設定値を各手段に送出する制御手段４７を備えている。

通常の動作を説明する。計測制御手段４２からスタート信号を受けた送信手段３４が第１の振動子３２を一定時間パルス駆動行うと同時に計時手段３９は計測制御手段４１からの信号によって時間計測始める。パルス駆動された第１の振動子３２からは超音波が送信される。第１の振動子３２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３３で受信される。第２の振動子３３の受信出力は、受信手段３５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３９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。ここで、計時手段３９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、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする。

ｖ＝（Ｌ／ｔ）−ｃ・・・（式１）
受信手段３５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。

繰返し手段３７を用いる今回の動作は受信手段３５の判定結果を遅延手段３８で一定時間遅延させた後に送信手段３４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３９で測定し、計時手段３９の測定時間を元に（式２）の計算によって流速を求める。ここで、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、音速をｃ、被測定流体の流速をｖと
する。

ｖ＝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。

また、第１の超音波振動子３２と第２の超音波振動子３３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。ここで、上流から下流への測定時間をｔ１、下流から上流への測定時間をｔ２とする。

ｖ＝Ｌ／２（（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。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。

通常の動作は図２に示すタイミング図のようになる。すなわち、計測制御手段４２による時刻ｔ０における開始信号から計測を開始し、ｔ１で送信手段３４を介して第１の超音波振動子３２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３３に到達し、受信手段３５で受信点を検知すると繰返し手段３７は設定回数に達していない場合、遅延手段３８に信号を送出する。そして時刻ｔ３から遅延手段３８が動作し、予め定めた時間だけ動作した後時刻ｔ４で送信手段３４に信号を送出し、再び第１の超音波振動子３２を駆動する。以下、この繰返しを行っている。

繰返し手段３７で決められた回数動作すると図２時刻ｔ５で送受信動作は停止し、その時間は図に示すＴとなる。その後、切換え手段３６が送受信を切換える。すなわち第１の超音波振動子３２が受信側、第２の超音波振動子３３が送信側になる。そして同様な繰返し動作を行う。

次に、計測制御手段４２などに電力を供給する電源周辺について説明する。図３は本実施例の電源周辺の構成を示すブロック図である。図３は本実施例の電源周辺の構成を示すブロック図である。ＤＣ／ＤＣコンバータについて説明する。図３において４３は電源、４４は昇圧手段、４５は電源制御手段、５は蓄電手段、６は負荷である。昇圧手段４４としては通常のインダクタンス４４ａとダイオード４４ｂを有するＤＣ／ＤＣコンバータや、内部に少なくとも１つのコンデンサを有するチャージポンプ型昇圧手段で構成できる。ＤＣ／ＤＣコンバータや、チャージポンプ型昇圧手段の昇圧動作については詳しい説明を省略する。電源安定手段４４ｅはシステムの電力供給を行うために追加している。また電圧切り替え手段４４ｆを有している。

図３では負荷６の動作は電源制御手段４５で検知できるようになっている。電圧の情報によりスイッチの開閉手段を制御して昇圧電圧を調節することが可能である。また出力電圧を電源制御手段４５で測定し、例えばＡＤ変換器などにより電圧信号を得ることにより電源制御手段４５は昇圧手段４４の出力電圧を一定にするよう調整する信号を送出する。

このように電源制御手段４５は負荷６の動作を検知し、その動作に応じて昇圧手段４４に信号を送出し電圧を調整することで、安定した電圧で負荷６への電力供給を行うとともに、負荷の動作に影響を与えない時期に昇圧手段４４を動作することでノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することが可能になる。

図３（ａ）では負荷６の動作は電源制御手段４５で検知できるようになっている。電圧の情報によりスイッチの開閉手段を制御して昇圧電圧を調節することが可能である。また
出力電圧を電源制御手段４５で測定し、例えばＡＤ変換器などにより電圧信号を得ることにより電源制御手段４５は昇圧手段４４の出力電圧を一定にするよう調整する信号を送出する。このように電源制御手段４５は負荷６の動作を検知し、その動作に応じて昇圧手段４４に信号を送出し電圧を調整することで、安定した電圧で負荷６への電力供給を行うとともに、負荷の動作に影響を与えない時期に昇圧手段４４を動作することでノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することが可能になる。

通常、流体は流路３１内部を流れているが常時連続して流れがあるとは限らない。下流側でその流体を使用しない場合は流路３１内部で流体は停止している。一方流れ計測装置としては常に流体の状態を把握していなければ正確な計測はできにくい。常に電力をふんだんに使い丁寧な計測をしていると、装置として大規模な電力供給部分をもたなければならない。電池駆動のシステムなどでは大量の電池を必要とし、大きさやコストの面からも実現することは難しい。

そこで、計測する方法を検討してみる。図４（ａ）において時刻Ｔ０で電源を投入してからシステム電圧安定手段４４ｅの出力が安定するＴ１までは制御手段４７は動作を行わない。図４（ｂ）Ｔ１以降で電圧が安定しているためＴ２から制御手段４７は電源制御手段４５を介して昇圧手段４４を動作する。波振動子に高電圧の信号を印加することで超音波を送出し、流路３１内部を伝搬した超音波の信号より流速または流量を上述したようにして求める。

図４において制御手段は間欠的な一定時間毎に電源制御手段４５を介して昇圧手段４４を動作し送信手段３４に給電する電圧をつくっている。そして計測を一定時間毎に行っている。超音波振動子の振動は入力する電圧が高いほどよく振動し、また受信信号のレベルも大きく微小な流体の変動を識別することが可能になる。

演算で求めた流速が無い場合、流路３１の下流側で流体が使用されていないことになる。このような状態は一時的なこともあるが、一旦停止すると長時間使用しない場合もある。そのような場合は頻繁に振動子に給電して計測するのは省電力という面からも工夫する必要がある。

このように常に高電圧を作っていると電源４３の消費が厳しくなる。そこで計測は図４（ｃ）にあるように昇圧手段４４を動作せずに電源からつくったシステム電圧安定手段４４ｅの出力を例えば用いて電圧ｖ１を振動子に給電する。そして予め定めた計測回数を経過すると制御手段は電源制御手段４５を介して昇圧手段４４を動作しｖ２に昇圧した電圧で送信手段３４に給電する。高電圧で振動子を駆動すると受信信号の波形も大きく、微小な変化を検出することが容易になり精度の良い計測が可能になる。

このように、流量演算手段の出力により流量が無い、すなわち流速が無い場合には昇圧手段の動作を停止して低圧での振動子駆動を行い省電力動作を実現し、ある時間間隔で電源制御手段を介して昇圧動作を行うことで、精度の良い流量計測を実現することができる。

そして、制御手段は電源立ち上げ時に、システム全体の回路電圧が安定し、昇圧手段を動作する際に、ある時間間隔を持って昇圧動作を行い省電力と計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することができる。

流速またはた流量計測装置において図５のように電源制御手段４５から送信手段３４付近の動作について説明する。第１の振動子３２を駆動するには流路３１の内部を十分な超音波信号レベルで伝送するためある程度高電圧で駆動する必要がある。そこで昇圧手段４
３の出力は送信手段３４を介して第１の振動子３２に繋がっている。途中の切換え手段３６は送受信を切換えているだけなのでここでの詳しい説明は除く。送信手段３４の内部の一例として振動子を動作するために３４ａから３４ｄまでの送信開閉手段を用いたブリッジ構成をとる。最初送信開閉手段３４ａ，３４ｄを通電状態にし、反対に３４ｂ、３４ｃを開放しておく。

次に、送信開閉手段３４ａ，３４ｄを開放し、３４ｂ，３４ｃを通電状態にする。この動作で振動子が動作し始める。振動子への電源は昇圧手段４４からの高電圧が供給される。

この高電圧の供給が振動子の動作状態によらず、昇圧手段４４のみの動作で行うと振動子への供給電圧が動作中に変化してしまい、受信信号が一定でなくなる。これは流量の計測精度に大きく影響するために好ましいことではない。そこで電源制御手段４５が昇圧手段４４の動作や振動子３２の動作を検知し、振動子３２の動作に影響の無い時期に昇圧手段４４を動作するように制御信号を送出することにより安定した電圧で振動子への電力供給を行うとともに、ノイズ等の影響を流量計測システム全体に与えないような昇圧手段４４の動作を実現することが可能になる。

電源制御手段４５は計測制御手段４２から計測動作信号が出ているのを信号として受け取ることが可能なため、より確実に振動子の動作に影響を与えない状態で昇圧手段４４を制御することできるようになる。図５では電源制御手段４５と計測制御手段４２を別々に設けているが同じ制御手段として１つの論理手段、例えばマイコンを用いても良い。

さらに、昇圧手段を停止する動作時に通常動作に戻ることを考慮して動作する方法について説明する。流量が一定値以下、あるいは流れが無い場合に制御手段４７は昇圧手段の動作を停止して流量の有無のみを調べれば良い程度の低電圧で振動子を駆動して計測を行っている。そこで流量演算手段４１の出力により計測モードを切り替えていくことを説明する。図６の１０１で流量演算手段４１の出力が予め設定していた流量より多くなると１０２の計測モードに動作を切り替える。計測モードに入ると制御手段４７は電源制御手段４５を介して昇圧手段４４を動作し計測精度の出る駆動電圧、例えば図４のｖ２になるように昇圧動作を行う。電圧を高くすることで受信信号も大きくなり精度の良い流量計測が可能になる。この動作は全部の計測を昇圧動作してｖ２で行うのでは無く、図４のような一定間隔で昇圧していた割合を短くすることで対応しても良い。この動作は流量によって変更していくことも可能である。

これにより制御手段４７は流量演算手段４１の信号により電源制御手段４５を介して昇圧手段４４を動作することにより流量が存在する、すなわち流速がある場合には昇圧手段４４の動作頻度を増して計測系の安定動作を行うことが可能になる。

さらに、昇圧手段の動作をさらに間引くことを考慮して動作する方法について説明する。

流量が一定値以下、あるいは流れが無い場合に制御手段４７は昇圧手段の動作を停止して流量の有無のみを調べれば良い程度の低電圧で振動子を駆動して計測を行っている。そこで流量演算手段４１の出力が長期間にわたり少ない場合について説明する。図６の１０１で流量演算手段４１の出力が予め設定していた流量より少なくなると１０３の検索モードに動作を切り替える。検索モードに入ると制御手段４７は電源制御手段４５を介して昇圧手段４４を動作する間隔をだんだんと長くしていく。さらには昇圧してｖ２の電圧をつくる割合も減らしていく。これは一方だけを行う動作でも良い。例えばｖ２とｖ１の比をだんだんと変化してｖ２に昇圧する頻度を下げて省電力状態をつくっても良いし、計測間
隔を図７（ａ）が標準の場合に図７（ｂ）のように長くして計測系全体の動作電力を削減しても良い。これは長時間流れが無いということからできることである。

これにより制御手段４７は流量演算手段４１の出力により流速が無い場合に電源制御手段４５を介して昇圧手段４４の動作を間欠的に調整することにより、省電力動作で計測を継続することが可能になる。

この場合でも図６の１０１で流量が予め定めた一定値Ｑ０より大きくなるとすぐに計測モードに戻って通常の動作を行うことができる程度の時間間隔にしておく必要がある。

なお、本実施の形態においては、流体の流れ計測装置の一例として、演算手段により、流体の流速を演算してこの流速から流量を求める流量計測装置について説明したが、流れ計測装置として、流体の流速を求める流速計測装置としてもよく、この場合、急激な流速変化や所定値以上の流速を計測して、流体の流れを遮断してもよい。特に、流体がガスである場合、ガスを流す配管中に遮断装置を設けることにより、ガス漏洩を検知し漏洩を遮断することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における流れ計測装置について説明する。実施の形態１と異なるところはタイマ手段もしくは記憶手段を設け、流速が無い場合の計測動作にかかわる昇圧動作を調節することである。これは流速が無い場合においても流量計測を続けなければならないが、通常の計測においては流速の無い場合の方が長時間である場合が多い。例えば家庭用のガスメータなどを考えてみると下流側で使用するのは１日のうち数時間しかなく、ほとんどは流速ゼロという状態が連続していると考えてよい。その場合でも流れはじめを検出したり、下流側の異常を検知するためには精度のよい計測を行う必要がある。そこで昇圧手段をその流速が無い状態に応じて間欠的に動作することにより省電力を実現することを考える。図１、図８から図１１を用いて説明する。

実施の形態１で示したように流れ計測装置が設置されている流路３１内部の流体はそう頻繁に移動しているわけでは無く、むしろ停止している時間の方が長い。そこでこの停止している状態で電力をいかに使用せずに流体変化を調べるかについて以下に説明する。

図８は制御手段４７の周辺示すブロック図である。制御手段４７は流量演算手段４１の出力を入力し、タイマ手段４９、流量記憶手段５０（流れ記憶手段）、記憶手段５１、設定手段５２の信号を個々もしくは組み合わせることで電源制御手段４５を介して昇圧手段の動作を制御する。

通常に計測をしている間に、下流側の流体の使用が減少し図９（ａ）のようにｔ０において流速が無くなったとする。それまでは一定時間間隔で制御手段４７が昇圧手段４４を動作して高電圧をつくり振動子を駆動していたが、流速が無くなると頻繁に計測しなくてもよいことがある。そのため流量演算手段４１からの信号が流速なしとなると、制御手段はタイマ手段４９を動作して計測間隔を今までのＴ０から長くしていく。図９（ｂ）に示すように一定時間Ｔ１の間隔で行い、Ｔ１時間経過毎に制御手段４７は電源制御手段４５を介して昇圧手段４４を動作し、高電圧をつくって送信手段である振動子を駆動する。その結果、まだ流量が無い状態が継続しているときは間隔をＴ２に延ばし、さらにＴ３という具合に計測間隔を広げていく。

この計測間隔はＴｍａｘというある時間で制限することも必要である。時間間隔はタイマ手段４９が決定している。計測時に流量演算手段４１の信号により流量があることが判明すると制御手段４７は計測方法を従来の間隔Ｔ０のモードにもどして流量計測を行う。

このように、流速が無い場合にタイマ手段４９の信号に応じて電源制御手段４５の動作を調整することにより、流速がなくなってからの時間に応じて間欠的に動作する昇圧手段４４の動作を調整し、より省電力動作を高めることが可能になる。

また、流速が無くなる前の流量により次に下流側で使われるタイミングを推定して動作することも可能である。例えば、図１０（ａ）のように流量がＱ１と多い場合は、例えばガスを考えると給湯機による風呂の追い炊きなどの状態が考えられる。その場合は次に同様な流量が使用される可能性があるため流量変化を早く捉える必要から流量演算手段４１からの信号が流速なしとなると、制御手段４７は流量記憶手段５０にその流量を記憶し、流量記憶手段５０はこの記憶した流量に応じて例えば比例したり、経験学習した時間を制御手段４７に返す。そして制御手段は図１０（ｂ）に示すように一定時間Ｔ１の間隔毎に制御手段４７は電源制御手段４５を介して昇圧手段４４を動作し、高電圧をつくって送信手段である振動子を駆動する。

反対に図１０（ｃ）のように流量がある程度少ない場合は、ガスを考えると洗面の湯沸しなどが考えられ、流量が少なく使用頻度も少ないことが考えられ、計測頻度を上げる必要性は少なくなる。そこで流量演算手段４１からの信号が流速なしとなると、制御手段４７は流量記憶手段５０にその流量を記憶し、流量記憶手段５０はこの記憶した流量に応じて例えば比例したり、経験学習した時間を制御手段４７に返す。そして制御手段は図１０（ｄ）に示すように一定時間Ｔ２の間隔毎に制御手段４７は電源制御手段４５を介して昇圧手段４４を動作し、高電圧をつくって送信手段である振動子を駆動する。流量が少ないためＴ２はＴ１より長くなっても問題はない。

計測時に流量演算手段４１の信号により流量があることが判明すると制御手段４７は計測方法を従来の間隔Ｔ０のモードにもどして流量計測を行う。

このように、制御手段４７が前回の流量を記憶する流量記憶手段５０を有し、流速が無い場合に流量記憶手段５０の信号に応じて電源制御手段４５の動作を調整することにより、前回流れた流量に応じて次に流れる時間を予測するなどして間欠的に動作する昇圧手段の動作を調整し、より省電力動作を高めることが可能になる。

また、流速が無くなった後の経過時間と、流れていた時の流量を組み合わせて次に下流側で使われるタイミングを推定して動作することも可能である。

例えば、図１１のように流量Ｑと、流速が無くなってからの時間ｔの関数ｆ（Ｑ，ｔ）を考えても良い。図では一次関数であるが、この関数は別にこの形に限定されるものでは無い。これをタイマ手段４９と流量記憶手段５０の値を元に制御手段４７で計測間隔Ｔを決定し、その時間になると制御手段４７は電源制御手段４５を介して昇圧手段４４を動作し、高電圧をつくって送信手段である振動子を駆動する。

これはガスを流体として例をあげると、流量が多くても動作時間が短い場合は台所の使用が考えられ、反対に低流量で長時間の場合はガス暖房機が推定される。

台所の場合は繰り返し頻度が高いが、暖房機は一旦停止すると次に使用するまではある程度長時間停止する状態が続くと推定される。このように停止時間の推定には流量が大いに関係する。タイマ手段は計測間隔を設定するだけでなく、使用時間も計測すればよりきめ細かい推定が可能になり、流速停止時の計測間隔を最適にすることが可能になる。計測時に流量演算手段４１の信号により流量があることが判明すると制御手段４７は計測方法を従来の間隔Ｔ０のモードにもどして流量計測を行う。

このように、制御手段４７が前回の流量を記憶する流量記憶手段５０と、タイマ手段４９を有し、流速が無い場合に流量記憶手段５０の信号とタイマ手段４９の信号に応じて電源制御手段４５の動作を調整することにより、前回流れた流量とその継続時間に応じて次に流れる時間を予測するなどして間欠的に動作する昇圧手段４４の動作を調整し、より省電力動作を高めることが可能になる。

また、流速が無くなった後の経過時間と、流れていた時の流量を組み合わせをタイマ手段４９や流量記憶手段５０のデータを用いるのでは無く、予め記憶手段５１にその関数ｆ（Ｑ，ｔ）をテーブルのように記憶しておいても良い。制御手段４７は流量演算手段４１から流速が無くなると、それからの時間とそれまでの流量を記憶手段５１のテーブルに渡すと最適な計測間隔Ｔを求められるようにしておくことが可能である。そして予め関数を設定することができるのできめ細かい計測時間間隔を設定することが可能になる。

この計測時に流量演算手段４１の信号により流量があることが判明すると制御手段４７は計測方法を従来の間隔Ｔ０のモードにもどして流量計測を行う。温度や季節のデータベーステーブルも記憶手段５１の大規模化が容易になってきているため設定しておくことは可能である。

このように、制御手段４７が記憶手段５１を有し、流速が無い場合に記憶手段５１の信号に応じて電源制御手段４５の動作を調整することにより流量と時間や季節、温度などのデータベースに応じて次に流れる時間を予測するなどして間欠的に動作する昇圧手段４４の動作を調整し、より省電力動作を高めることが可能になる。

また、流速が無くなった後の経過時間と、流れていた時の流量を組み合わせをタイマ手段４９や流量記憶手段５０のデータを用いるのでは無く、例えばその流路３１に接続されている下流側の機器の使用方法が複雑であったり、季節によって大きく変動するものであったり、さらには設置場所により特有の動作方法があるような場合も考えられる。このような場合は。設定手段５２を用いて外部から関数ｆ（Ｑ，ｔ）をテーブルのように入力しておくようにしても良い。設定手段５２から設定したテーブルは記憶手段５１に残しても良いし、少ない条件であれば制御手段４７内部の例えばＲＡＭのような場所に保存することも可能である。

この設定した時間間隔Ｔを用いて流速が無い場合に計測間隔を広くしておく。もちろん、この計測時に流量演算手段４１の信号により流量があることが判明すると制御手段４７は計測方法を従来の間隔Ｔ０のモードにもどして流量計測を行う。

このように、制御手段４７が設定手段５２を有し、流速が無い場合に設定手段５２の信号に応じて電源制御手段４５の動作を調整することにより、使用する場所や特定の使い方に応じた設定を外部から行うことにより間欠的に動作する昇圧手段４４の動作を調整し、より省電力動作を高めることが可能になる。

なお、本実施の形態では、流量記憶手段５０に記憶させた流量値を用いる例を説明したが、流れ記憶手段として、流速記憶手段に記憶させた流速値を用いても、同様な効果を得ることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における流れ計測装置について説明する。実施の形態１と異なるところは、昇圧手段４４の動作を調整する電源制御手段４５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５３を用いていることである
。

図１、図３、図５および図８において、実施の形態１から実施の形態２で示した電源制御手段４４の動作を行うには、予め実験等により振動子の動作による昇圧手段４４の出力変化、経年変化、温度変化、システムの安定度に関して昇圧手段４４の動作タイミングなどの相関を求め、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５３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。

このように電源制御手段４５の動作をプログラムで行うことができるようになると振動子の駆動電圧の変化に対して追随する昇圧手段４４の動作をソフトで行うことになる。これにより送信回数の条件設定、切換手段３６動作前後における電圧調整の条件設定、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計測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電源制御手段４４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。

本発明の流れ計測装置は、電源投入後に流量演算手段の出力により流量が無い、すなわち流速が無い場合には昇圧手段の動作を停止して低圧での振動子駆動を行い、ある時間間隔を持って昇圧動作を行う動作をするものである。

これによって、流量が無い、すなわち流速が無い場合には昇圧手段の動作を停止して低圧での振動子駆動を行い省電力動作を実現し、ある時間間隔で電源制御手段を介して昇圧動作を行うことで、精度の良い流量計測を実現することができる。

したがって、家庭用のガスメータや水道メータなどの独立した電源として電池を搭載するような装置においてはその電池容量を小さくでき、本体の小型化や軽量化を図ることが可能になる。

本発明の実施の形態１における流れ計測装置の全体ブロック図同実施の形態における流れ計測装置の動作を示すタイミング図同実施の形態における電源周辺のブロック図同実施の形態における制御手段と昇圧手段との動作を示すタイミング図同計測装置の送信手段周辺の接続を示すブロック図同制御手段の設定順を示すフローチャート同実施の形態における流れ計測装置の昇圧手段の動作を示すタイミング図本発明の実施の形態２における流れ計測装置のブロック図同実施の形態における流速と昇圧手段との動作を示すタイミング図同実施の形態における流れ計測装置の流速と昇圧手段との動作を示すタイミング図（ａ）同昇圧間隔の関数を示すグラフ（ｂ）同昇圧手段の動作時間を示すタイミング図従来の昇圧回路の全体のブロック図従来の流量計測装置の全体のブロック図

１電源
５蓄電手段
６負荷
３１流路
３２第１の振動子
３３第２の振動子
３４送信手段
３５受信手段
４１流量演算手段（演算手段）
４３電源
４４昇圧手段
４５電源制御手段
４７制御手段
４９タイマ手段
５０流量記憶手段（流れ記憶手段）
５１記憶手段
５２設定手段
５３記憶媒体

Claims

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、
振動子を駆動する送信手段と、
受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、
前記受信手段の信号を用いて流速または流量を算出する演算手段と、
電源と、
前記電源から前記送信手段用などの高電圧をつくる昇圧手段と、
前記昇圧手段を制御する電源制御手段と、を有し、
前記電源制御手段は、前記演算手段で算出された流速または流量の値が一定値以下の場合、あるいは流れが無い場合には、前記昇圧手段の動作を停止して、電源電圧で前記振動子の駆動を行う流れ計測装置。
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、
振動子を駆動する送信手段と、
受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、
前記受信手段の信号を用いて流量を算出する演算手段と、
電源と、
前記電源から前記送信手段用などの高電圧をつくる昇圧手段と、
前記昇圧手段を間欠的に動作させる電源制御手段と、を有し、
前記演算手段で算出された流速または流量の値が一定値以下の場合、あるいは流れが無い場合には、前記電源制御手段は前記昇圧手段の動作頻度を少なくして、電源電圧で前記振動子の駆動を行う頻度を多くする流れ計測装置。