JP4822731B2 - 超音波流量計 - Google Patents

Description

本発明は超音波流量計に関し、特に超音波を利用してガス、水道等の流体の流速、流量を計測する超音波流量計に関する。

従来、都市ガス、水などの流体の流量を計測する流量計測装置として、超音波を利用して流速を測定する超音波流量計が知られている。その際の測定原理として、一般には、「伝搬時間差法」が用いられる。これは、流路の流体の流れ方向上手側および下手側に一対の超音波送受信部（超音波素子）を設け、超音波信号の送受信を交互に切り替えて、流れ方向上手側の超音波送信部（送信側超音波素子）から流れ方向下手側の超音波受信部（受信側超音波素子）に到達するまでの時間（以下、順方向到達時間という）と、流れ方向下手側の超音波送信部（送信側超音波素子）から流れ方向上手側の超音波受信部（受信側超音波素子）に到達するまでの時間（以下、逆方向到達時間という）とを計測して、両者の時間差から流路を流れる流体の平均流速および流量を求める方法である。
特開２００４−２３９８６８ 特開２００３−３２９５０２ 特開昭５８−１６７９１８

従来の超音波流量計では、送信側超音波素子に電気的に超音波発振信号（駆動パルス）を印加し、電気−機械変換させることにより、超音波素子内の圧電体が動作し始め、圧電体の動作により超音波を発振させ、発振させた超音波が音響整合層を通過して流体に送出されるまでの送信遅延時間Ｔ_ｔが存在する。

一方、受信側超音波素子でも、流体中を伝搬してきた超音波が受信側超音波素子の端面に到着してから、音響整合層を通過し、超音波素子内の圧電体で超音波が検出され、圧電体が機械的動作をすることで、機械−電気変換され、出力された受信波が検出可能レベルとなる受信第３波のゼロクロスポイントまでの時間を含む受信遅延時間Ｔ_ｒが存在する。

送信遅延時間Ｔ_ｔおよび受信遅延時間Ｔ_ｒが存在し、かつ、送信遅延時間Ｔ_ｔおよび受信遅延時間Ｔ_ｒは、温度や経年変化により変化する。実使用環境下で、送信遅延時間Ｔ_ｔおよび受信遅延時間Ｔ_ｒを正確に計測できれば、計測精度を低下させることはなく、より正確な流量演算が可能となるが、実使用環境下で、送信遅延時間Ｔ_ｔおよび受信遅延時間Ｔ_ｒを実際に計測するのは、回路規模、コスト、電力などの観点から現実的ではなく、極めて困難である。

流量演算に必要な伝搬時間は、超音波が流体中に送出され、一方の超音波素子の端面から他方の超音波素子の端面まで伝搬する時間であり、この時間は流体の音速ｃや流速ｖによって変化する。

上記の時間を整理すると、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの上手側素子送信遅延時間Ｔ_taと、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの順方向伝搬時間Ｔ_udと、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの下手側素子受信遅延時間Ｔ_rbとである。これらを含んで計測した順方向片道計測時間Ｔ_a1は、下式となる。

Ｔ_a1＝Ｔ_ta＋Ｔ_ud＋Ｔ_rb

一方、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの下手側素子送信遅延時間Ｔ_tbと、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの逆方向伝搬時間Ｔ_duと、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの上手側素子受信遅延時間Ｔ_raとである。これらを含んで計測した逆方向片道計測時間Ｔ_b1は、下式となる。

Ｔ_b1＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_ra

一対の超音波素子間の伝搬長をＬとすると、順方向片道計測時間Ｔ_a1および逆方向片道計測時間Ｔ_b1より求めた流速ｖは、数１となる。ただし、θは、一対の超音波素子間を結ぶ直線と流体の流れ方向とのなす角（測線角）を表す（図１参照）。

数１で、送信遅延時間差（Ｔ_tb−Ｔ_ta）＝０、かつ、受信遅延時間差（Ｔ_ra−Ｔ_rb）＝０ならば、ほぼ正しい流速ｖは求められるが、実際は、送信遅延時間差（Ｔ_tb−Ｔ_ta）≒０、かつ、受信遅延時間差（Ｔ_ra−Ｔ_rb）≒０であり、流速ｖが大きい場合、つまり、伝搬時間差ΔＴ＝（Ｔ_ud−Ｔ_du）＞＞（Ｔ_tb−Ｔ_ta），（Ｔ_ra−Ｔ_rb）であれば、これら送信遅延時間差（Ｔ_tb−Ｔ_ta）および受信遅延時間差（Ｔ_ra−Ｔ_rb）はほぼ無視できるが、流速ｖが小さい場合は、無視できなくなる。

また、順方向片道計測時間Ｔ_a1および逆方向片道計測時間Ｔ_b1で音速ｃを求めると、数２となる。

その後、流体の絶対温度τを検出しようとすると、数２で、送信遅延時間和（Ｔ_ta＋Ｔ_tb）および受信遅延時間和（Ｔ_ra＋Ｔ_rb）がゼロでなければ、絶対温度τを正確に求められない。

本願出願人は、特許文献１で、超音波素子の端面で反射される超音波に着目して、より正しい伝搬時間を求める方法を確立した。ここでは、流体にさらされている時間のみを計測しようと試みたが、各超音波素子の遅延時間を排除するには至らず、一方の超音波素子が超音波を発振してから他方の超音波素子で超音波を受信するまでの直接到達時間を求めるとともに、他方の超音波素子で反射した超音波を一方の超音波素子で受信するまでの反射到達時間を計測しただけで、超音波素子の送受信の遅延時間を考慮した流量演算および超音波素子特性の温度ドリフトや経年変化対策についての検証が十分ではなかった。

他の例として、特許文献２がある。これは、一対の超音波素子の特性差と、各超音波素子の過去の特性とを記憶しておき、現在の特性を検出し、それらの値を比較することで、自己診断するものである。特性検出の一つとして反射波を検出し、その出力を包絡線検波したり、駆動信号と反射信号との定在波比などを検出したり、反射波の位相などを検出したりすることで、特性差および各超音波素子の特性を検出している。しかし、両超音波素子の反射波を検出し、共振周波数における入力インピーダンスと送信回路の出力インピーダンスとを等しくすることが前提条件であり、仮に、両超音波素子の特性として、入力インピーダンスが同一で、反射波が完全に一致したとしても、温度変化や経年変化により、超音波素子の特性は変化する。このため、特許文献２は、特性変化分を反射波の包絡線検波することにより検出しているが、その変化分に対する具体的補正方法がなく、あくまでも故障判定手段に過ぎない。

また、特許文献３は、一対の超音波素子をほぼ同時に駆動し、ほぼ同時に放射された超音波パルスがそれぞれ他方の超音波素子に受信されるまでの時間差を検出し、他方の超音波素子で受信されるまでの時間差を計測し、反射波が受信されるまでの時間差を差し引き、係数を乗じて流量を求めるものである。特許文献３では、超音波素子の駆動を同時に行い、超音波が超音波素子間を伝搬するその往復時間に差が生じていれば、それは、流量ゼロ時のオフセットと等しいとしている。しかし、厳密には、超音波が超音波素子間を伝搬するその往復時間差をΔα₀とすると、下式となる。

Δα₀＝（Ｔ_ta−Ｔ_tb）＋（Ｔ_ra−Ｔ_rb）

一方、直接伝搬された超音波伝搬時間差Δβ_０は、下式となる。

Δβ₀＝（Ｔ_ta−Ｔ_tb）−（Ｔ_ra−Ｔ_rb）

往復時間差Δα₀は、各超音波素子の送信遅延時間差（Ｔ_ta−Ｔ_tb）と受信遅延時間差（Ｔ_ra−Ｔ_rb）との和時間であり、超音波伝搬時間差Δβ₀は、各超音波素子の送信遅延時間差（Ｔ_ta−Ｔ_tb）と受信遅延時間差（Ｔ_ra−Ｔ_rb）との差時間であり、Δα₀≠Δβ₀である。これらが等しくないため、流量ゼロのオフセット項として流量演算できない。

本発明の目的は、上述の点に鑑み、超音波素子固有の遅延時間を排除して、超音波の真の伝搬時間が得られるようにした超音波流量計を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

請求項１記載の超音波流量計は、流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔ_udとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔ_duとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1と、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2と、を計測する時間計測手段と、予め流量ゼロでの超音波素子の受信遅延時間差ΔＴ_r0を、ΔＴ_r0＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_ｕｄをΔＴ＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）−ΔＴ_r0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段とを備えることを特徴とする。請求項１記載の超音波流量計によれば、流れ方向上手側の超音波素子を発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1と、かつ、同時に流れ方向下手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向上手側の超音波素子で受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2と、流れ方向下手側の超音波素子で発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1と、かつ、同時に流れ方向上手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向下手側の超音波素子で受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2との４つの時間を計測して、計測した４つの時間より、超音波素子固有の受信時の遅延時間を排除することが可能になり、超音波が流体中を伝搬され、流れに沿う順方向の伝搬時間と逆らう逆方向の伝搬時間とである真の伝搬時間を求めることが可能となり、流量演算精度の向上が期待できる。

請求項２記載の超音波流量計は、流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔ_ｕｄとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔ_duとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1と、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2と、を計測する時間計測手段と、予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴ_t0を、ΔＴ_t0＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）＋（Ｔ_a1−Ｔ_b1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udを、ΔＴ＝（Ｔ_b2−Ｔ_a2）＋（Ｔ_b1−Ｔ_a1）＋ΔＴ_t0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段とを備えることを特徴とする。請求項２記載の超音波流量計によれば、流れ方向上手側の超音波素子を発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1と、かつ、同時に流れ方向下手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向上手側の超音波素子で受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2と、流れ方向下手側の超音波素子で発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1と、かつ、同時に流れ方向上手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向下手側の超音波素子で受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2との４つの時間を計測して、計測した４つの時間より、超音波素子固有の送信時の遅延時間を排除することが可能になり、超音波が流体中を伝搬され、流れに沿う順方向の伝搬時間と逆らう逆方向の伝搬時間とである真の伝搬時間を求めることが可能となり、流量演算精度の向上が期待できる。

請求項３記載の超音波流量計は、流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を上手側素子送信遅延時間Ｔ_taとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔ_ｕｄとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を下手側素子受信遅延時間Ｔ_rbとし、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を下手側素子送信遅延時間Ｔ_tbとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔ_duとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を上手側素子受信遅延時間Ｔ_raとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1＝Ｔ_ta＋Ｔ_ｕｄ＋Ｔ_rbと、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2＝Ｔ_ta＋Ｔ_ｕｄ＋Ｔ_du＋Ｔ_raと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_raと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_ud＋Ｔ_rbと、を計測する時間計測手段と、予め流量ゼロでの超音波素子の受信遅延時間差ΔＴ_r0を、ΔＴ_r0＝２（Ｔ_ra−Ｔ_rb）＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udをΔＴ＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）−ΔＴ_r0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段とを備えることを特徴とする。請求項３記載の超音波流量計によれば、流れ方向上手側の超音波素子を発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1と、かつ、同時に流れ方向下手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向上手側の超音波素子で受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2と、流れ方向下手側の超音波素子で発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1と、かつ、同時に流れ方向上手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向下手側の超音波素子で受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2との４つの時間を計測して、計測した４つの時間より、超音波素子固有の受信時の遅延時間を排除することが可能になり、超音波が流体中を伝搬され、流れに沿う順方向の伝搬時間と逆らう逆方向の伝搬時間とである真の伝搬時間を求めることが可能となり、流量演算精度の向上が期待できる。

請求項４記載の超音波流量計は、流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を上手側素子送信遅延時間Ｔ_taとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔ_udとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を下手側素子受信遅延時間Ｔ_rbとし、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を下手側素子送信遅延時間Ｔ_tbとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔ_duとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を上手側素子受信遅延時間Ｔ_raとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1＝Ｔ_ta＋Ｔ_ud＋Ｔ_rbと、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2＝Ｔ_ta＋Ｔ_ud＋Ｔ_du＋Ｔ_raと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_raと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_ud＋Ｔ_rbと、を計測する時間計測手段と、予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴ_t0を、ΔＴ_t0＝２（Ｔ_ta−Ｔ_tb）＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）＋（Ｔ_a1−Ｔ_b1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udを、ΔＴ＝（Ｔ_b2−Ｔ_a2）＋（Ｔ_b1−Ｔ_a1）＋ΔＴ_t0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段とを備えることを特徴とする。請求項４記載の超音波流量計によれば、流れ方向上手側の超音波素子を発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1と、かつ、同時に流れ方向下手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向上手側の超音波素子で受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2と、流れ方向下手側の超音波素子で発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1と、かつ、同時に流れ方向上手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向下手側の超音波素子で受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2との４つの時間を計測して、計測した４つの時間より、超音波素子固有の送信時の遅延時間を排除することが可能になり、超音波が流体中を伝搬され、流れに沿う順方向の伝搬時間と逆らう逆方向の伝搬時間とである真の伝搬時間を求めることが可能となり、流量演算精度の向上が期待できる。

請求項５記載の超音波流量計は、請求項１または請求項３記載の超音波流量計において、予め受信遅延時間差ΔＴ_r0の温度特性を超音波流量計内部に記憶する記憶手段を備えることを特徴とする。請求項５記載の超音波流量計によれば、予め、受信時における各超音波素子の受信遅延時間差ΔＴ_r0の温度特性を内部に記憶しているので、環境温度が変化した場合でも、計測した環境温度よりその値を参照して、容易に流量演算が可能となる。

請求項６記載の超音波流量計は、請求項２または請求項４記載の超音波流量計において、予め送信遅延時間差ΔＴ_t0の温度特性を超音波流量計内部に記憶する記憶手段を備えることを特徴とする。請求項６記載の超音波流量計によれば、予め、送信時における各超音波素子の送信遅延時間差ΔＴ_t0の温度特性を内部に記憶しているので、環境温度が変化した場合でも、計測した環境温度よりその値を参照して、容易に流量演算が可能となる。

請求項７記載の超音波流量計は、請求項３又は４に記載の超音波流量計において、前記演算手段が、前記順方向片道計測時間Ｔ_a1，前記順方向往復計測時間Ｔ_a2，前記逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および前記逆方向往復計測時間Ｔ_b2より、伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）＝（Ｔ_a2＋Ｔ_b2）−（Ｔ_a1＋Ｔ_b1）を計算し、前記上手側素子送信遅延時間Ｔ_ta，前記下手側素子送信遅延時間Ｔ_tb，前記上手側素子受信遅延時間Ｔ_ra，および前記下手側素子受信遅延時間Ｔ_rbをキャンセルし、伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）より、温度を算出することを特徴とする。請求項７記載の超音波流量計によれば、流れ方向上手側の超音波素子を発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1と、かつ、同時に流れ方向下手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向上手側の超音波素子で受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2と、流れ方向下手側の超音波素子で発振することで、超音波を伝搬し、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1と、かつ、同時に流れ方向上手側の超音波素子で反射した超音波を流れ方向下手側の超音波素子で受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2との４つの時間を計測して、真の上下流方向の伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）＝（Ｔ_a2＋Ｔ_b2）−（Ｔ_a1＋Ｔ_b1）を計算し、送信遅延項である上手側素子送信遅延時間Ｔ_ta，下手側素子送信遅延時間Ｔ_tb、および受信遅延項である上手側素子受信遅延時間Ｔ_ra，下手側素子受信遅延時間Ｔ_rbをキャンセルでき、求めた伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）より、環境温度を正確、かつ、容易に算出することが可能となる。

請求項８記載の超音波流量計は、請求項７記載の超音波流量計において、前記演算手段が、前記算出した温度を用いて、前記求めた流量に対する温度補正を行うことを特徴とする。請求項８記載の超音波流量計によれば、前記順方向片道計測時間Ｔ_a1，前記順方向往復計測時間Ｔ_a2，前記逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および前記逆方向往復計測時間Ｔ_b2を計測したことにより求めた温度を用いて、前記順方向片道計測時間Ｔ_a1，前記順方向往復計測時間Ｔ_a2，前記逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および前記逆方向往復計測時間Ｔ_b2より求めた流量に対する温度補正が容易に行え、流量計測精度が向上する。

請求項９記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の超音波流量計において、一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔ_a1，または前記逆方向片道計測時間Ｔ_b1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの前記順方向往復計測時間Ｔ_a2，または前記逆方向往復計測時間Ｔ_b2を計測し、その後、予め設定した遅延時間を設けた後、再び、上記動作を複数回繰り返すことを特徴とする。請求項９記載の超音波流量計によれば、反射時間計測を粗クロックで計測することが可能になり、回路制御および流量演算が容易になる。

本発明に関連する超音波流量計は、一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔ_a1，または前記逆方向片道計測時間Ｔ_b1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの間に、一方の超音波素子の残響を低減することが想定される。かかる超音波流量計によれば、一方の超音波素子で送信した超音波を受信するときの受信信号のＳ／Ｎ比が確保でき、計測精度が向上する。

請求項１０記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の超音波流量計において、一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔ_a1，または前記逆方向片道計測時間Ｔ_b1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの前記順方向往復計測時間Ｔ_a2，または前記逆方向往復計測時間Ｔ_b2を求めるため、受信される超音波変換信号をサンプリングし、サンプリングした出力からノイズ成分を除去した後、補間処理を行うことで前記順方向往復計測時間Ｔ_a2，または前記逆方向往復計測時間Ｔ_b2を算出することを特徴とする。請求項１０記載の超音波流量計によれば、受信時のＳ／Ｎ比が確保でき、補間処理により、さらに高精度な反射伝搬時間の計測が可能になる。

請求項１１記載の超音波流量計は、請求項１０記載の超音波流量計において、前記補間処理が、サイン補間であることを特徴とする。請求項１１記載の超音波流量計によれば、超音波受信出力はほぼサイン波と判断できるため、補間処理をサイン補間としたことで、より正確な超音波変換信号が再現でき、正しい伝搬時間が求められる。

請求項１２記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の超音波流量計において、流量ゼロ時に、前記受信遅延時間差ΔＴ_r0の計算結果、または前記送信遅延時間差ΔＴ_t0の計算結果、もしくは前記受信遅延時間差ΔＴ_r0および前記送信遅延時間差ΔＴ_t0の一方または双方の計算結果を更新することを特徴とする。請求項１２記載の超音波流量計によれば、経年変化により超音波素子の特性差が変化しても特性差を検出することで流量補正が可能になり、経年変化に対して影響を受けない超音波流量計を実現できる。

本発明に関連する超音波流量計は、前記受信遅延時間差ΔＴ_r0がΔＴ_r0＝０、および前記送信遅延時間差ΔＴ_t0がΔＴ_t0＝０となるように前記一対の超音波素子のペアリング特性を一致させたことが想定される。かかる超音波流量計によれば、初期時に超音波素子の送信遅延時間差ΔＴ_t0および受信遅延時間差ΔＴ_r0を一致させ、ペアリング特性を一致させているので、流量計測精度が確保できる。

次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る超音波流量計１の基本構成を示すブロック図である。本実施例１に係る超音波流量計１は、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波流量計であり、一対の超音波素子（超音波トランスジューサ）２ａ，２ｂと、流量測定用の流路３と、送信手段５および受信手段６を含む切替手段４と、増幅手段７と、マスク時間設定手段８と、ゼロクロスポイント検出手段９と、時間計測手段１０と、演算手段１１とを含んで構成されている。

超音波素子２ａは流路３の流れ方向上手側の壁面に、超音波素子２ｂは流路３の流れ方向下手側の壁面に互いの端面を対向させるように取り付けられている。超音波素子２ａおよび超音波素子２ｂを取り付けたときに流体の流れ方向となす測線角をθとし、超音波素子２ａの端面と超音波素子２ｂの端面との間の距離をＬとする。

流路３には、流量測定用ガス（流体）が、図１中の矢印で示すように、流れ方向左から右に流通（平均流速ｖ）している。流路３は、少なくとも超音波素子２ａ−超音波素子２ｂ間において流れ方向に沿って、軸断面の形状および断面積が流れ方向において同一に形成されている。測定対象がガスの場合、流路３の軸断面形状は壁面により閉鎖された空間を形成するものであればよく、例えば、円形状、楕円形状、正方形状、矩形状等のいずれを採用してもよい。図１に示す流路３は、矩形状に形成されているものとする。

切替手段４は、流れに沿う順方向に超音波を送信する場合には、超音波素子２ａを送信側とするために送信手段５と超音波素子２ａとを接続する一方、超音波素子２ｂを受信側とするために受信手段６と超音波素子２ｂとを接続する。また、切替手段４は、流れに逆らう逆方向に超音波を送信する場合には、超音波素子２ｂを送信側とするために送信手段５と超音波素子２ｂとを接続する一方、超音波素子２ａを受信側とするために受信手段６と超音波素子２ａとを接続する。

増幅手段７は、受信手段６により受信された超音波を所定の増幅率で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定手段８に入力する。ただし、増幅手段７は、送信側の超音波素子から送出された超音波を受信側の超音波素子で直接受信した場合の直接波用の増幅率と、送信側の超音波素子から送出された超音波が受信側の超音波素子で反射されて、反射された超音波を送信側の超音波素子で受信した場合の反射波用の増幅率とを切り替えることができる。もしくは、直接波と反射波の増幅率は同じとする。

マスク時間設定手段８は、ノイズ対策のため、超音波素子２ａまたは２ｂより超音波を送出してから、流路３を伝搬される超音波が到達しない最低の時間を設けるものである。

ゼロクロスポイント検出手段９は、受信した超音波の第３波のゼロクロスポイントを検出する。

時間計測手段１０は、超音波素子２ａを発振することで、超音波を伝搬し、超音波素子２ｂで超音波が伝搬するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1（図２参照）と、かつ、同時に超音波素子２ｂで反射した超音波を超音波素子２ａで受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2（図２参照）と、超音波素子２ｂで発振することで、超音波を伝搬し、超音波素子２ａで超音波が伝搬するまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1（図３参照）と、かつ、同時に超音波素子２ａで反射した超音波を超音波素子２ｂで受信するまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2（図３参照）との４つの時間を計測する。

演算手段１１は、予め流量ゼロでの超音波素子の受信遅延時間差ΔＴ_r0を、ΔＴ_r0＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udをΔＴ＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）−ΔＴ_r0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う。また、演算手段１１は、予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴ_t0を、ΔＴ_t0＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）＋（Ｔ_a1−Ｔ_b1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udを、ΔＴ＝（Ｔ_b2−Ｔ_a2）＋（Ｔ_b1−Ｔ_a1）＋ΔＴ_t0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う。

図２は、流れ方向上手側の超音波素子２ａから超音波を送出した場合における、各点での超音波のタイミングチャートを示す。

図３は、流れ方向下手側の超音波素子２ｂから超音波を送出した場合における、各点での超音波のタイミングチャートを示す。

図４は、本実施例１に係る超音波流量計１における流量計算処理を示すフローチャートである。

次に、このように構成された実施例１に係る超音波流量計１の動作について説明する。

例えば、流路３内の流れが、図１中の矢印で示すように、左から右としたときに、まず、演算手段１１は、順方向片道計測時間Ｔ_a1（図２参照）を計測するために、切替手段４により、送信手段５と超音波素子２ａとを接続する一方、受信手段６と超音波素子２ｂとを接続する。

次に、演算手段１１は、送信手段５より超音波素子２ａに超音波発振信号（駆動パルス）を印加する。すると、超音波素子２ａより超音波が送出され、流体中を流れの順方向に進む。

超音波素子２ａから送出されて、超音波素子２ｂまで到達した超音波は、超音波素子２ｂで機械−電気変換され、超音波変換信号が受信手段６により受信されて、増幅手段７に入力される。

増幅手段７は、受信した超音波変換信号を直接波用の増幅率で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定手段８に入力する。

マスク時間設定手段８は、超音波素子２ａより超音波を送出してから、流路３を伝搬される超音波が超音波素子２ｂに到達しない最低の時間をマスクする。

マスク時間設定手段８により設定された時間が経過したならば、ゼロクロスポイント検出手段９は、増幅された超音波変換信号の第３波のゼロクロスポイントを検出する。

時間計測手段１０は、送信手段５により超音波素子２ａに超音波発振信号（駆動パルス）を印加してから、ゼロクロスポイント検出手段９により超音波の第３波のゼロクロスポイントが検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1を計測する（ステップＳ１０１）。この順方向片道計測時間Ｔ_a1は、図２に示すように、超音波素子２ａの端面から超音波が出力されるまでの上手側素子送信遅延時間Ｔ_taと、超音波素子２ａから超音波が流体中に送出されて、超音波素子２ｂの端面に伝搬するまでの順方向伝搬時間Ｔ_udと、超音波素子２ｂの端面から超音波が検出されるまでの下手側素子受信遅延時間（受信第３波のゼロクロスポイントまでの時間）Ｔ_rbとを含む（式（１）参照）。

Ｔ_a1＝Ｔ_ta＋Ｔ_ud＋Ｔ_rb （１）

超音波素子２ａより送出された超音波は、超音波素子２ｂの端面に到達すると、超音波素子２ｂで機械−電気変換されると同時に、超音波素子２ｂの端面で反射され、流体中を流れに逆らう逆方向に進む。このため、演算手段１１は、順方向往復計測時間Ｔ_a2（図２参照）を計測するために、切替手段４により、送信手段５と超音波素子２ａとを切り離し、受信手段６と超音波素子２ａとを接続する。

超音波素子２ｂの端面で反射されて、超音波素子２ａまで到達した反射波は、超音波素子２ａで機械−電気変換され、超音波変換信号が受信手段６により受信されて、増幅手段７に入力される。

増幅手段７は、入力された超音波変換信号を反射波用の増幅率で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定手段８に入力する。

マスク時間設定手段８は、超音波素子２ｂで反射されてから、流路３を伝搬される反射波が超音波素子２ａに到達しない最低の時間をマスクする。

マスク時間設定手段８により設定された時間が経過したならば、ゼロクロスポイント検出手段９は、増幅された超音波変換信号の第３波のゼロクロスポイントを検出する。

時間計測手段１０は、送信手段５により超音波素子２ａに超音波発振信号（駆動パルス）を印加してから、超音波素子２ａで受信された反射波の第３波のゼロクロスポイントがゼロクロスポイント検出手段９により検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2を計測する（ステップＳ１０２）。この順方向往復計測時間Ｔ_a2は、図２に示すように、超音波素子２ａの端面から超音波が出力されるまでの上手側素子送信遅延時間Ｔ_taと、超音波素子２ａから超音波が流体中に送出されて、超音波素子２ｂの端面に伝搬するまでの順方向伝搬時間Ｔ_udと、反射波が超音波素子２ａの端面に伝搬するまでの逆方向伝搬時間Ｔ_duと、超音波素子２ａの端面から超音波が検出されるまでの上手側素子受信遅延時間（受信第３波のゼロクロスポイントまでの時間）Ｔ_raとを含む（式（２）参照）。

Ｔ_a2＝Ｔ_ta＋Ｔ_ud＋Ｔ_du＋Ｔ_ra （２）

次に、演算手段１１は、逆方向片道計測時間Ｔ_b1（図３参照）を計測するために、切替手段４により、送信手段５と超音波素子２ｂとを接続する一方、受信手段６と超音波素子２ａとを接続する。

続いて、演算手段１１は、送信手段５より超音波素子２ｂに超音波発振信号（駆動パルス）を印加する。すると、超音波素子２ｂより超音波が送出され、流体中を流れに逆らう逆方向に進む。

超音波素子２ｂから送出されて、超音波素子２ａまで到達した超音波は、超音波素子２ａで機械−電気変換され、超音波変換信号が受信手段６により受信されて、増幅手段７に入力される。

増幅手段７は、受信した超音波変換信号を直接波用の増幅率で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定手段８に入力する。

マスク時間設定手段８は、超音波素子２ｂより超音波を送出してから、流路３を伝搬される超音波が超音波素子２ａに到達しない最低の時間をマスクする。

マスク時間設定手段８により設定された時間が経過したならば、ゼロクロスポイント検出手段９は、増幅された超音波変換信号の第３波のゼロクロスポイントを検出する。

時間計測手段１０は、送信手段５により超音波素子２ｂに超音波発振信号（駆動パルス）を印加してから、ゼロクロスポイント検出手段９により超音波の第３波のゼロクロスポイントが検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1を計測する（ステップＳ１０３）。この逆方向片道計測時間Ｔ_b1は、図３に示すように、超音波素子２ｂの端面から超音波が出力されるまでの下手側素子送信遅延時間Ｔ_tbと、超音波素子２ｂから超音波が流体中に送出されて、超音波素子２ａの端面に伝搬するまでの逆方向伝搬時間Ｔ_duと、超音波素子２ａの端面から超音波が検出されるまでの上手側素子受信遅延時間（受信第３波のゼロクロスポイントまでの時間）Ｔ_raとを含む（式（３）参照）。

Ｔ_b1＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_ra （３）

超音波素子２ｂより送出された超音波は、超音波素子２ａの端面に到達すると、超音波素子２ａで機械−電気変換されると同時に、超音波素子２ａの端面で反射され、流体中を流れの順方向に進む。このため、演算手段１１は、逆方向往復計測時間Ｔ_b2（図３参照）を計測するために、切替手段４により、送信手段５と超音波素子２ｂとを切り離し、受信手段６と超音波素子２ｂとを接続する。

超音波素子２ａの端面で反射されて、超音波素子２ｂまで到達した反射波は、超音波素子２ｂで機械−電気変換され、超音波変換信号が受信手段６により受信されて、増幅手段７に入力される。

増幅手段７は、受信した超音波変換信号を反射波用の増幅率で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定手段８に入力する。

マスク時間設定手段８は、超音波素子２ａで反射されてから、流路３を伝搬される超音波が超音波素子２ｂに到達しない最低の時間をマスクする。

マスク時間設定手段８により設定された時間が経過したならば、ゼロクロスポイント検出手段９は、増幅された超音波変換信号の第３波のゼロクロスポイントを検出する。

時間計測手段１０は、送信手段５により超音波素子２ｂに超音波発振信号（駆動パルス）を印加してから、超音波素子２ｂで受信された反射波の第３波のゼロクロスポイントがゼロクロスポイント検出手段９により検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2を計測する（ステップＳ１０４）。この逆方向往復計測時間Ｔ_b2は、図３に示すように、超音波素子２ｂの端面から超音波が出力されるまでの下手側素子送信遅延時間Ｔ_tbと、超音波素子２ｂから超音波が流体中に送出されて、超音波素子２ａの端面に伝搬するまでの逆方向伝搬時間Ｔ_duと、反射波が超音波素子２ｂの端面に伝搬するまでの順方向伝搬時間Ｔ_udと、超音波素子２ｂの端面から超音波が検出されるまでの下手側素子受信遅延時間（受信第３波のゼロクロスポイントまでの時間）Ｔ_rbとを含む（式（４）参照）。

Ｔ_b2＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_ud＋Ｔ_rb （４）

ここで、式（１）−式（３）を求めると、下式（５）となる。

Ｔ_a1−Ｔ_b1＝（Ｔ_ta＋Ｔ_ud＋Ｔ_rb）−（Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_ra）
＝（Ｔ_ta−Ｔ_tb）＋（Ｔ_ud−Ｔ_du）−（Ｔ_ra−Ｔ_rb） （５）

また、式（４）−式（２）を求めると、下式（６）となる。

Ｔ_a2−Ｔ_b2＝（Ｔ_ta＋Ｔ_du＋Ｔ_ud＋Ｔ_ra）−（Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_ud＋Ｔ_rb）
＝（Ｔ_ta−Ｔ_tb）＋（Ｔ_ra−Ｔ_rb） （６）

さらに、式（６）−式（５）を求めると、下式（７）となる。

（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）＝（Ｔ_du−Ｔ_ud）＋２（Ｔ_ra−Ｔ_rb） （７）

流量ゼロでは、Ｔ_ud＝Ｔ_duなので、式（７）より下式（８）となる。

ΔＴ_r0＝２（Ｔ_ra−Ｔ_rb）＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1） （８）

そこで、流量ゼロでの受信遅延時間差ΔＴ_r0＝２（Ｔ_ra−Ｔ_rb）を求めておく。

一方、受信遅延時間Ｔ_ra，Ｔ_rbは、受信時の超音波素子２ａ，２ｂ固有の遅延なので、流速ｖには依存しない。

よって、演算手段１１は、式（７）より、伝搬時間差ΔＴ＝（Ｔ_du−Ｔ_ud）を式（９）として求める（ステップＳ１０５）。

ΔＴ＝（Ｔ_du−Ｔ_ud）＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）−ΔＴ_r0 （９）

他方、流速演算式は、数３で求められる。

よって、演算手段１１は、式（９）で得られた伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udを、数３に代入することにより、真の流速ｖを計算する（ステップＳ１０６）。

最後に、演算手段１１は、得られた流速ｖに流路３の断面積Ｓを乗算することにより、流量Ｑを、Ｑ＝Ｓ・ｖで求める（ステップＳ１０７）。

実施例１によれば、順方向片道計測時間Ｔ_a1，順方向往復計測時間Ｔ_a2，逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および逆方向往復計測時間Ｔ_b2の４つの時間を計測したことにより、超音波素子２ａ，２ｂ固有の受信遅延時間Ｔ_ra，Ｔ_rbを排除することが可能になり、順方向伝搬時間Ｔ_ud，および逆方向伝搬時間Ｔ_duを求めることが可能となり、流量演算精度の向上を図ることができる。

本発明の実施例２に係る超音波流量計１も、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１およびその説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。

また、このように構成された実施例２に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

実施例１において、式（６）＋式（５）を求めると、下式（１０）となる。

（Ｔ_a2−Ｔ_b2）＋（Ｔ_a1−Ｔ_b1）＝（Ｔ_ud−Ｔ_du）＋２（Ｔ_ta−Ｔ_tb） （１０）

流量ゼロでは、Ｔ_ud＝Ｔ_duとなるので、式（１０）より、下式が得られる。

ΔＴ_t0＝２（Ｔ_ta−Ｔ_tb）＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）

そこで、流量ゼロでの送信遅延時間差ΔＴ_t0＝２（Ｔ_ta−Ｔ_tb）を求めておく。

一方、送信遅延時間Ｔ_ta，Ｔ_tbは、送信時の超音波素子２ａ，２ｂ固有の遅延なので、流速ｖには依存しない。

よって、演算手段１１は、式（１０）より、伝搬時間差ΔＴ＝（Ｔ_du−Ｔ_ud）を式（１１）として求める（ステップＳ１０５）。

ΔＴ＝（Ｔ_du−Ｔ_ud）＝（Ｔ_b2−Ｔ_a2）＋（Ｔ_b1−Ｔ_a1）＋ΔＴ_t0 （１１）

次に、演算手段１１は、式（１１）で得られた伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udを、数３に代入することにより、真の流速ｖを計算する（ステップＳ１０６）。

最後に、演算手段１１は、得られた流速ｖに流路３の断面積Ｓを乗算することにより、流量Ｑを、Ｑ＝Ｓ・ｖで求める（ステップＳ１０７）。

実施例２によれば、順方向片道計測時間Ｔ_a1，順方向往復計測時間Ｔ_a2，逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および逆方向往復計測時間Ｔ_b2の４つの時間を計測したことにより、超音波素子２ａ，２ｂ固有の送信遅延時間Ｔ_ta，Ｔ_tbを排除することが可能になり、順方向伝搬時間Ｔ_ud，および逆方向伝搬時間Ｔ_duを求めることが可能となり、流量演算精度の向上を図ることができる。

図５は、本発明の実施例３に係る超音波流量計の基本構成を示す説明図である。本実施例３に係る超音波流量計１も、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１とほぼ同様に構成されているが、予め、受信遅延時間差ΔＴ_r0の温度特性を記憶する記憶手段１２が付加されている点だけが相違する。したがって、特に言及しない部分には、同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。

また、このように構成された実施例３に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

実施例３に係る超音波流量計１では、予め、受信遅延時間差ΔＴ_r0の温度特性を超音波流量計１の内部の記憶手段１２に記憶されているため、演算手段１１は、超音波流量計１の環境温度τが変化しても、その環境温度τに対応する予め記憶した受信遅延時間差ΔＴ_r0の値に基づき、受信遅延時間差ΔＴ_r0を求めることができる。

そして、演算手段１１は、記憶手段１２に記憶された温度特性から求めた受信遅延時間差ΔＴ_r0を式（９）に代入することにより、伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udを求める（ステップＳ１０５）。

以下、実施例１に係る超音波流量計１と同様にして、流速ｖおよび流量Ｑを求めることができる（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。

実施例３によれば、予め、受信時における超音波素子２ａ，２ｂの受信遅延時間差ΔＴ_r0の温度特性を記憶手段１２に記憶しているので、環境温度τが変化した場合でも、計測した環境温度τよりその値を参照して、容易に流量演算が可能となるという効果がある。なお、経年変化に対するドリフトに関しては、使用形態がガスメータである場合、明らかに未使用である遮断弁を閉栓した状態など、流量ゼロ時に受信遅延時間差ΔＴ_r0を計測し、記憶手段１２に記憶された受信遅延時間差ΔＴ_r0の値を更新しておけば、計測精度はさらに向上する。

本発明の実施例４に係る超音波流量計１も、図５に示した実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図３およびその説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。ただし、記憶手段１２に予め記憶されているのが、受信遅延時間差ΔＴ_r0の温度特性ではなく、送信遅延時間差ΔＴ_t0の温度特性である点だけが相違する。

また、このように構成された実施例４に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

実施例４に係る超音波流量計１では、予め、送信遅延時間差ΔＴ_t0の温度特性を超音波流量計１の内部の記憶手段１２に記憶させているため、超音波流量計１の環境温度τが変化しても、演算手段１１は、その環境温度τに対応する予め記憶した送信遅延時間差ΔＴ_t0の値に基づき、送信遅延時間差ΔＴ_t0を求めることができる。

そして、演算手段１１は、記憶手段１２に記憶された温度特性から求めた送信遅延時間差ΔＴ_t0を式（１１）に代入することにより、伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udを求める（ステップＳ１０５）。

以下、実施例１に係る超音波流量計１と同様にして、流速ｖおよび流量Ｑを求めることができる（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。

実施例４によれば、予め、送信時における超音波素子２ａ，２ｂの送信遅延時間差ΔＴ_t0の温度特性を記憶手段１２に記憶しているので、環境温度τが変化した場合でも、計測した環境温度τよりその値を参照して、容易に流量演算が可能となるという効果がある。なお、経年変化に対するドリフトに関しては、使用形態がガスメータである場合、明らかに未使用である遮断弁を閉栓した状態など、流量ゼロ時に送信遅延時間差ΔＴ_t0を計測し、記憶手段１２に記憶された送信遅延時間差ΔＴ_t0の値を更新しておけば、計測精度はさらに向上する。

本発明の実施例５に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例４に係る超音波流量計１において、順方向片道計測時間Ｔ_a1，順方向往復計測時間Ｔ_a2，逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および逆方向往復計測時間Ｔ_b2より、伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）＝（Ｔ_a2＋Ｔ_b2）−（Ｔ_a1＋Ｔ_b1）を計算し、上手側素子送信遅延時間Ｔ_ta，下手側素子送信遅延時間Ｔ_tb，上手側素子受信遅延時間Ｔ_ra，および下手側素子受信遅延時間Ｔ_rbをキャンセルし、伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）より、温度τを算出するものである。よって、本発明の実施例５に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。

また、このように構成された実施例５に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

時間計測手段１０は、順方向片道計測時間Ｔ_a1，順方向往復計測時間Ｔ_a2，逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および逆方向往復計測時間Ｔ_b2を計測する（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）。

演算手段１１は、伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）＝（Ｔ_a2＋Ｔ_b2）−（Ｔ_a1＋Ｔ_b1）を計算する。

一方、数４で、音速ｃを完全に求めることができる。

よって、演算手段１１は、伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）＝（Ｔ_a2＋Ｔ_b2）−（Ｔ_a1＋Ｔ_b1）で求めた値を数４に代入し、空気であれば、空気の音速簡易式ｃ＝３３１．５＋０．６１τにより、環境温度τがほぼ完全に求められる。

実施例５によれば、順方向片道計測時間Ｔ_a1，順方向往復計測時間Ｔ_a2，逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および逆方向往復計測時間Ｔ_b2を計測して、伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）＝（Ｔ_a2＋Ｔ_b2）−（Ｔ_a1＋Ｔ_b1）を計算することにより、上手側素子送信遅延時間Ｔ_ta，下手側素子送信遅延時間Ｔ_tb、上手側素子受信遅延時間Ｔ_ra，および下手側素子受信遅延時間Ｔ_rbをキャンセルでき、求めた伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）より、環境温度τを正確、かつ、容易に算出することが可能となる。

本発明の実施例６に係る超音波流量計１は、実施例５に係る超音波流量計において、演算手段１１が、算出した温度τを用いて、求めた流量Ｑに対する温度補正を行うものである。よって、本実施例６に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。

また、このように構成された実施例６に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

実施例６に係る超音波流量計１では、演算手段１１は、実施例５で求めた温度τを用いて、求められた流量Ｑの温度補正を行うことができる。

実施例６によれば、順方向片道計測時間Ｔ_a1，順方向往復計測時間Ｔ_a2，逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および逆方向往復計測時間Ｔ_b2を計測したことにより求めた温度τを用いて、順方向片道計測時間Ｔ_a1，順方向往復計測時間Ｔ_a2，逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および逆方向往復計測時間Ｔ_b2より求めた流量Ｑに対する温度補正が容易に行え、流量計測精度を向上させることができる。

本発明の実施例７に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例６の超音波流量計１において、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で発振させた超音波を、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で受信するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1（または逆方向片道計測時間Ｔ_b1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2（または逆方向往復計測時間Ｔ_b2）を計測し、その後、予め設定した遅延時間を設けた後、再び、上記動作を複数回繰り返すようにしたものである。よって、本実施例７に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。

また、このように構成された実施例７に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

実施例７に係る超音波流量計１では、実施例１に係る超音波流量計１において、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で発振させた超音波を、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で受信するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1（または逆方向片道計測時間Ｔ_b1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2（または逆方向往復計測時間Ｔ_b2）を計測し、その後、予め設定した遅延時間を設けた後、再び、上記動作を複数回繰り返し、シングアラウンドループを構成する。

実施例７によれば、順方向片道計測時間Ｔ_a1（または逆方向片道計測時間Ｔ_b1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2（または逆方向往復計測時間Ｔ_b2）を計測し、シングアラウンドループを構成したことにより、シングアラウンドループにおける時間の計測は水晶発振子などの基準クロック数をカウントすることにより行うので、超音波反射時間を粗クロックで正確に計測することが可能になり、回路制御および流量演算が容易になるという効果が得られる。このため、超音波の伝搬時間を低コストで精度良く測定することができ、ひいてはシングアラウンド法を汎用の超音波流量計にきわめて経済的に適用することが可能になる。

本発明の実施例８に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例７に係る超音波流量計１において、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で発振させた超音波を、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で受信するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1（または逆方向片道計測時間Ｔ_b1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの間に、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）の残響を低減するものである。本実施例８に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。

また、このように構成された実施例８に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

実施例８に係る超音波流量計１では、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を発振し、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で超音波を受信するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1（または逆方向片道計測時間Ｔ_b1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの間に、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）の残響を低減しておく。

実施例８によれば、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの間に、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）の残響を低減するようにしたので、反射波受信時に高Ｓ／Ｎ比で受信可能となり、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で送信した超音波を受信するときの受信信号のＳ／Ｎ比が確保でき、計測精度が向上する。

本発明の実施例９に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例８に係る超音波流量計１において、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で発振させた超音波を、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で受信するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1（または逆方向片道計測時間Ｔ_b1）を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で反射した後、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）で超音波を受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2（または逆方向往復計測時間Ｔ_b2）を求めるため、受信される超音波変換信号をサンプリングし、サンプリングした出力からノイズ成分を除去した後、補間処理を行うことで順方向往復計測時間Ｔ_a2，（または逆方向往復計測時間Ｔ_b2）を算出するものである。よって、本実施例９に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。

また、このように構成された実施例９に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

実施例９に係る超音波流量計１では、一方の超音波素子２ａ（または２ｂ）を発振させた後、他方の超音波素子２ｂ（または２ａ）で超音波を受信するまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1（または逆方向片道計測時間Ｔ_b1）を計測し、かつ、超音波が超音波素子２ｂで反射した後、超音波素子２ａで超音波を受信するまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2（または逆方向往復計測時間Ｔ_b2）を求めるため、受信される超音波変換信号をサンプリングし、サンプリングした出力からノイズ成分を除去した後、補間処理を行う。

実施例９によれば、受信時のＳ／Ｎ比が確保でき、補間処理により、受信波に埋もれるノイズを除去することが可能となり、さらに高精度な反射伝搬時間の計測が可能になって、計測時間の精度が向上する。

本発明の実施例１０に係る超音波流量計１は、実施例９に係る超音波流量計１において、補間処理が、サイン補間であるものである。よって、本実施例１０に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。

また、このように構成された実施例１０に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

実施例１０に係る超音波流量計１では、実施例９に係る超音波流量計１で超音波変換信号をサンプリングし、求めた受信波形をサイン補間する。

実施例１０によれば、超音波受信出力はほぼサイン波と判断できるため、補間処理をサイン補間としたことにより、より正確な受信波が検出でき（より正確な超音波変換信号が再現でき）、伝搬時間の計測精度が向上して、正しい伝搬時間が求められる。

本発明の実施例１１に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例１０に係る超音波流量計１において、流量ゼロ時に、受信遅延時間差ΔＴ_r0の計算結果、または送信遅延時間差ΔＴ_t0の計算結果、もしくは受信遅延時間差ΔＴ_r0および送信遅延時間差ΔＴ_t0の両計算結果を更新するものである。本実施例１１に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。

また、このように構成された実施例１１に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

実施例１１に係る超音波流量計１では、経年変化による超音波素子２ａ，２ｂの特性変化を考慮し、初期特性として記憶した流量ゼロ時の受信遅延時間差ΔＴ_r0または送信遅延時間差ΔＴ_t0が初期特性より変化する可能性がある。超音波素子自体が経年変化しているにもかかわらず、初期時に記憶した流量ゼロ時の受信遅延時間差ΔＴ_r0または送信遅延時間差ΔＴ_t0をそのまま使用していると、求めた流量計測精度が低下するので、それを防止するために、流量ゼロの状態における受信遅延時間差ΔＴ_r0または送信遅延時間差ΔＴ_t0を逐次更新する。

実施例１１によれば、経年変化により超音波素子２ａ，２ｂの特性が変化しても、特性差を検出することで流量補正が可能になり、特性値を逐次更新することで、計測精度の低下を防止でき、経年変化に対して影響を受けない超音波流量計を実現できる。

本発明の実施例１２に係る超音波流量計１は、実施例１ないし実施例１１に係る超音波流量計１において、受信遅延時間差ΔＴ_r0がΔＴ_r0＝０、および送信遅延時間差ΔＴ_t0がΔＴ_t0＝０となるように、一対の超音波素子２ａ，２ｂのペアリング特性を一致させたようにしたものである。本実施例１２に係る超音波流量計１も、図１または図５に示した実施例１または実施例３に係る超音波流量計１と同様に構成されているので、図１または図５およびそれらの説明を流用して、その詳しい構成の説明を割愛する。

また、このように構成された実施例１２に係る超音波流量計１の動作は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計１の動作とほぼ同様になるので、相違する点だけに着目して簡単に説明する。

実施例１２に係る超音波流量計１では、実施例１における送信遅延時間差ΔＴ_t0をΔＴ_t0＝０、および受信遅延時間差ΔＴ_r0をΔＴ_r0＝０となるように、一対の超音波素子２ａ，２ｂのペアリング特性を一致させる。

実施例１２によれば、初期時に一対の超音波素子２ａ，２ｂの送信遅延時間差ΔＴ_t0および受信遅延時間差ΔＴ_r0を一致させ、ペアリング特性を一致させているので、流量計測精度が確保でき、実地設置当初より計測精度が十分に確保された超音波流量計１が実現できる。

以上、本発明の各実施例を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明の実施例１に係る超音波流量計の基本構成を示す説明図。 図１中の流れ方向上手側の超音波素子から超音波を送出した場合における各点での超音波のタイミングチャート。 図１中の流れ方向下手側の超音波素子から超音波を送出した場合における各点での超音波のタイミングチャートを示す。 本実施例１に係る超音波流量計における流量計算処理を示すフローチャート。 本発明の実施例３に係る超音波流量計の基本構成を示す説明図。

符号の説明

１ 超音波流量計
２ａ，２ｂ 超音波素子
３ 流路
４ 切替手段
５ 送信手段
６ 受信手段
７ 増幅手段
８ マスク時間設定手段
９ ゼロクロスポイント検出手段
１０ 時間計測手段
１１ 演算手段
１２ 記憶手段

Claims (12)

1. 流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、
   流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔ_udとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔ_duとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1と、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2と、を計測する時間計測手段と、
   予め流量ゼロでの超音波素子の受信遅延時間差ΔＴ_r0を、ΔＴ_r0＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udをΔＴ＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）−ΔＴ_r0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段と
   を備えることを特徴とする超音波流量計。
2. 流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、
   流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔ_udとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔ_duとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1と、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1と、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2と、を計測する時間計測手段と、
   予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴ_t0を、ΔＴ_t0＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）＋（Ｔ_a1−Ｔ_b1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udを、ΔＴ＝（Ｔ_b2−Ｔ_a2）＋（Ｔ_b1−Ｔ_a1）＋ΔＴ_t0で求め、この結果を用いて、流量演算を行う演算手段と
   を備えることを特徴とする超音波流量計。
3. 流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、
   流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を上手側素子送信遅延時間Ｔ_taとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔ_udとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を下手側素子受信遅延時間Ｔ_rbとし、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を下手側素子送信遅延時間Ｔ_tbとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔ_duとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を上手側素子受信遅延時間Ｔ_raとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1＝Ｔ_ta＋Ｔ_ud＋Ｔ_rbと、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2＝Ｔ_ta＋Ｔ_ud＋Ｔ_du＋Ｔ_raと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_raと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_ud＋Ｔ_rbと、を計測する時間計測手段と、
   予め流量ゼロでの超音波素子の受信遅延時間差ΔＴ_r0を、ΔＴ_r0＝２（Ｔ_ra−Ｔ_rb）＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udをΔＴ＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）−（Ｔ_a1−Ｔ_b1）−ΔＴ_r0で求め、この結果を用いて流量演算を行う演算手段と
   を備えることを特徴とする超音波流量計。
4. 流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側または下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側または下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の超音波素子を設け、超音波がそれら超音波素子間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、
   流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を上手側素子送信遅延時間Ｔ_taとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向下手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を順方向伝搬時間Ｔ_udとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を下手側素子受信遅延時間Ｔ_rbとし、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから超音波が出力されるまでの時間を下手側素子送信遅延時間Ｔ_tbとし、流れ方向下手側の超音波素子から超音波が流体中に送出されて、流れ方向上手側の超音波素子に伝搬するまでの時間を逆方向伝搬時間Ｔ_duとし、流れ方向上手側の超音波素子から超音波が検出されるまでの時間を上手側素子受信遅延時間Ｔ_raとしたときに、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向片道計測時間Ｔ_a1＝Ｔ_ta＋Ｔ_ud＋Ｔ_rbと、流れ方向上手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの順方向往復計測時間Ｔ_a2＝Ｔ_ta＋Ｔ_ud＋Ｔ_du＋Ｔ_raと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向上手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向片道計測時間Ｔ_b1＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_raと、流れ方向下手側の超音波素子に超音波発振信号を印加してから、流れ方向下手側の超音波素子で超音波が検出されるまでの逆方向往復計測時間Ｔ_b2＝Ｔ_tb＋Ｔ_du＋Ｔ_ud＋Ｔ_rbと、を計測する時間計測手段と、
   予め流量ゼロでの超音波素子の送信遅延時間差ΔＴ_t0を、ΔＴ_t0＝２（Ｔ_ta−Ｔ_tb）＝（Ｔ_a2−Ｔ_b2）＋（Ｔ_a1−Ｔ_b1）で求めておき、流量に比例する伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ_du−Ｔ_udを、ΔＴ＝（Ｔ_b2−Ｔ_a2）＋（Ｔ_b1−Ｔ_a1）＋ΔＴ_t0で求め、この結果を用いて流量演算を行う演算手段と
   を備えることを特徴とする超音波流量計。
5. 前記受信遅延時間差ΔＴ_r0の温度特性を予め超音波流量計内部に記憶する記憶手段を備える請求項１または請求項３記載の超音波流量計。
6. 前記送信遅延時間差ΔＴ_t0の温度特性を予め超音波流量計内部に記憶する記憶手段を備える請求項２または請求項４記載の超音波流量計。
7. 前記演算手段が、前記順方向片道計測時間Ｔ_a1，前記順方向往復計測時間Ｔ_a2，前記逆方向片道計測時間Ｔ_b1，および前記逆方向往復計測時間Ｔ_b2より、伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）＝（Ｔ_a2＋Ｔ_b2）−（Ｔ_a1＋Ｔ_b1）を計算し、前記上手側素子送信遅延時間Ｔ_ta，前記下手側素子送信遅延時間Ｔ_tb，前記上手側素子受信遅延時間Ｔ_ra，および前記下手側素子受信遅延時間Ｔ_rbをキャンセルし、伝搬時間和（Ｔ_ud＋Ｔ_du）より、温度を算出する請求項３又は４に記載の超音波流量計。
8. 前記演算手段が、前記算出した温度を用いて、前記求めた流量に対する温度補正を行う請求項７記載の超音波流量計。
9. 一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔ_a1，または前記逆方向片道計測時間Ｔ_b1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの前記順方向往復計測時間Ｔ_a2，または前記逆方向往復計測時間Ｔ_b2を計測し、その後、予め設定した遅延時間を設けた後、再び、上記動作を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の超音波流量計。
10. 一方の超音波素子で発振させた超音波を、他方の超音波素子で受信するまでの前記順方向片道計測時間Ｔ_a1，または前記逆方向片道計測時間Ｔ_b1を計測し、かつ、超音波が他方の超音波素子で反射した後、一方の超音波素子で超音波を受信するまでの前記順方向往復計測時間Ｔ_a2，または前記逆方向往復計測時間Ｔ_b2を求めるため、受信される超音波変換信号をサンプリングし、サンプリングした出力からノイズ成分を除去した後、補間処理を行うことで前記順方向往復計測時間Ｔ_a2，または前記逆方向往復計測時間Ｔ_b2を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の超音波流量計。
11. 前記補間処理が、サイン補間であることを特徴とする請求項１０記載の超音波流量計。
12. 流量ゼロ時に、前記受信遅延時間差ΔＴ_r0の計算結果、または前記送信遅延時間差ΔＴ_t0の計算結果、もしくは前記受信遅延時間差ΔＴ_r0および前記送信遅延時間差ΔＴ_t0の両計算結果を更新する請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の超音波流量計。

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