JP5141613B2 - 超音波流量計 - Google Patents
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本発明は、一対の送受信可能な超音波振動子を用いて超音波の伝搬時間を計測し、被測定流体の流量を計測する超音波流量計に関するものである。
従来の超音波流量計は図５に示すような構成のものが一般的である。この装置は流体の流れる測定流路１に設置した超音波振動子２と、超音波振動子２を駆動する駆動回路３と、駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部５と、超音波振動子２から送信した超音波を受ける超音波振動子２と、超音波振動子２の出力を増幅するアンプ６と、アンプ６の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときに伝搬時間測定部５を停止させる受信検知回路８から構成されており、伝搬時間測定部５により測定された流速を基に流量演算部７により、流量を求めていた（例えば、特許文献１参照）。
また、音速に対する温度の影響を無視できるように伝搬時間逆数差法を用いるために、測定流路１の上流側から下流側への超音波の伝搬時間と下流側から上流側への伝搬時間が測定できるように、切り替えスイッチ１０を備えているものが一般的である。
また、外来ノイズの影響による誤計測防止のために、上流側から下流側への超音波の伝搬時間と下流側から上流側への伝搬時間の平均値とを比較し、所定の大きさ以上の差があった場合誤計測と判断する超音波流量計もある（例えば、特許文献２参照）。通常、伝搬時間の基準値は一回前の測定時の伝搬時間を使用するものが一般的である。
特開平９−３３３０８号公報
特開２００１-１８３１９５号公報
しかしながら、伝搬時間の変化量で誤計測を判定する場合、伝搬時間を異常と判断するための変化量の判定値を小さくし、ノイズの影響に対する耐性を上げようとすると、測定する流体の温度変化の影響とノイズの影響の区別ができなくなり、ノイズ耐性を上げられないという課題を有していた。
本発明の超音波流量計は、前記従来の課題を解決するもので、伝搬時間の変化を求めるための基準値を正確に求めることによって、温度等の影響を受けにくくし、伝搬時間の変化量の判定値を小さくすることを可能にすることで、外来ノイズに強い超音波流量計を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす流体の流量を求める流量演算部と、流速方向への伝搬時間と逆流方向への伝搬時間の平均値の変化量Ａが第１の所定値以上であり、かつ前回の平均値の変化量Ｂと変化量Ａの差が第２の所定値以上であった場合、誤計測と判定する誤計測判定手段を備えたものである。
これによって、ノイズによって一時的に伝搬時間が変化した場合と、温度変化によって
、少しずつ伝搬時間が変化した場合を分けることができ、より正確にノイズによる誤計測を判定することができる。
、少しずつ伝搬時間が変化した場合を分けることができ、より正確にノイズによる誤計測を判定することができる。
本発明の超音波流量計は、伝搬時間の変化をノイズの影響であるか、流体の温度の影響であるかを判別できるため、伝搬時間の変化量の基準を小さくし、ノイズ耐性の高い超音波流量計を実現できる。
第１の発明は、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす流体の流量を求める流量演算部と、流速方向への伝搬時間と逆流方向への伝搬時間の平均値の変化量Ａが第１の所定値以上であり、かつ前回の平均値の変化量Ｂと変化量Ａの差が第２の所定値以上であった場合、誤計測と判定する誤計測判定手段を備えたことによって、温度によって少しずつ伝搬時間が変化した場合とノイズによって急に伝搬時間が変化したことを判別することができる。
第２の発明は、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす流体の流量を求める流量演算部と、測定流体の温度を測定する温度計測手段と、前記温度計測手段で求めた温度より流量がゼロの場合の基準となる基準伝搬時間を求め、流量測定時の流速方向への伝搬時間と逆流方向への伝搬時間の平均値を前記基準伝搬時間の平均値と比較し、所定の値以上であった場合に誤計測と判定する誤計測判定手段を備えたことによって、ノイズによって一時的に伝搬時間が変化した場合と、温度変化によって、少しずつ伝搬時間が変化した場合を分けることができる。
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、この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）
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。基本的な構成は従来例の説明と同じで、本実施の形態と従来例との差異は、誤計測判定手段９を備えたことである。
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。基本的な構成は従来例の説明と同じで、本実施の形態と従来例との差異は、誤計測判定手段９を備えたことである。
次に、誤計測判定手段９の動作について図２に基づいて説明する。
まず、伝搬時間測定部５で計測された流速方向と逆流方向の伝搬時間ｔ１、ｔ２を測定（Ｓ１）し、の平均値ｈを求め（Ｓ２）、あらかじめ設定された前回の正常計測時の伝搬時間Ｔ１、Ｔ２の平均値Ｈとの差（変化量ｕ）を求める（Ｓ３）。伝搬時間は流れの大きさによって変化するが、流速方向と逆流方向の平均値は流れの大きさに関係無く一定となる。よって、平均値が著しく変化するということは計測系になんらかの異常があったと考えられることから、変化量ｕが第１の所定値Ａ以上の場合は誤計測の可能性があると判断できる（Ｓ４のＮｏ）。
次に、前回の誤計測判定時に求めた伝搬時間の平均値の変化量Ｕと今回求めた変化量ｕの差を第２の所定値Ｂとを比較（Ｓ５）し、第２の所定値Ｂ以上であれば誤計測と判断（Ｓ７））し、第２の所定値Ｂ未満である場合は、温度変化等の影響であると判断し、正常計測とする（Ｓ６）。
ここで、温度変化の影響をさらに受け難くするために、基準となる変化量Ｕを前回だけでなく、複数回測定結果の変化量の平均値にすることによって、さらに精度を向上させることができる。
また、本発明のように、変化量ｕで誤計測を判定することによって、平均値の差の判定値Ａを小さくすることができ、ノイズ等による誤計測を今まで以上に検出できるようになる。
以上のように、本実施の形態においては誤計測判定手段９に流速方向の伝搬時間と逆流方向の伝搬時間の平均値の変化量を比較する手段を追加することによって、より正確にノイズによる誤計測を判定することができる。
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。基本的な構成は従来例の説明と同じで、本実施の形態と従来例との差異は、誤計測判定手段９’と流体の温度を測定する温度計測手段１１を備えたことである。
図３は、本発明の第２の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。基本的な構成は従来例の説明と同じで、本実施の形態と従来例との差異は、誤計測判定手段９’と流体の温度を測定する温度計測手段１１を備えたことである。
次に、誤計測判定手段９’の動作について図４に基づいて説明する。基本的な動作については実施の形態１の誤計測判定手段９と同じであるが、伝搬時間Ｔ１、Ｔ２が前回測定時の値ではなく、温度計測手段１１で測定した温度に基づいた音速を利用して正常計測時の伝搬時間Ｔ１、Ｔ２の平均値Ｈ’を理論的に計算で求めた値とした点が異なる。
この構成において、伝搬時間測定部５で計測された流速方向と逆流方向の伝搬時間ｔ１、ｔ２を測定（Ｓ１１）し、の平均値ｈを求め（Ｓ１２）、前述の平均値Ｈ’との差（変化量ｕ’）を求める（Ｓ１３）。次に、変化量ｕ’が所定値Ｃ以上の場合は誤計測と判断し（Ｓ１７）、所定値Ｃ未満である場合は、温度変化等の影響であると判断し、正常計測とする（Ｓ１６）。
本実施の形態では温度を測定するため、温度の影響を考慮する必要がなく、実施の形態１のような変化量Ｕとｕの比較をする必要がない。
以上のように、本実施の形態においては誤計測判定手段９で用いる基準となる伝搬時間の平均値を実際に温度を測定して求めるため、より正確にノイズによる誤計測を判定することができる。
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、伝搬時間の変化をノイズの影響であるか、流体の温度の影響であるかを判別できるため、伝搬時間の変化量の判定値を小さくし、ノイズ耐性の高い超音波流量計を実現できるため、通信機能等を有した外来ノイズの影響を受ける可能性のあるガスメーターや水道メーター等の用途にも適用できる。
２ 超音波振動子
５ 伝搬時間測定部
７ 流量演算部
９、９’ 誤計測判定手段
１１ 温度計測手段
５ 伝搬時間測定部
７ 流量演算部
９、９’ 誤計測判定手段
１１ 温度計測手段
Claims (2)
- 超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす流体の流量を求める流量演算部と、流速方向への伝搬時間と逆流方向への伝搬時間の平均値の変化量Ａが第１の所定値以上であり、かつ前回の平均値の変化量Ｂと変化量Ａの差が第２の所定値以上であった場合、誤計測と判定する誤計測判定手段を備えた超音波流量計。
- 超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信され、流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす流体の流量を求める流量演算部と、測定流体の温度を測定する温度計測手段と、前記温度計測手段で求めた温度より流量がゼロの場合の基準となる基準伝搬時間を求め、流量測定時の流速方向への伝搬時間と逆流方向への伝搬時間の平均値を前記基準伝搬時間の平均値と比較し、所定の値以上であった場合に誤計測と判定する誤計測判定手段を備えた超音波流量計。
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- 2009-03-25 JP JP2009073308A patent/JP5141613B2/ja active Active
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