JP5489635B2 - 超音波流量計 - Google Patents

Description

本発明は、超音波流量計に関する。

被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に一対の超音波送受波器（以下、送受波器ともいう）を設け、この超音波送受波器間における、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超音波の伝搬時間に基づいて被計測流体の流量を測定する超音波流量計が知られている。

この超音波流量計により流量を測定しようとする供給ガス等の気体には、都市ガス供給配管や工場の配管等を長期間使用していることにより発生した錆や、工事等により配管内に侵入した塵や埃等の所謂ダストが混入していることが少なくない。

前記ダストが、超音波の伝播を阻害する位置に付着したり、超音波送受波器に付着したりすると、受信信号（受信波）が小さくなってしまい、このダストの付着量が多くなると超音波の送受が困難になってしまう虞があることが知られている。

この対策として、超音波送受波器間を伝搬した超音波の受信信号の波形を、予め定められた所定の大きさまで増幅するようにしたオートゲインコントロール機能を有する増幅器を用いた超音波流量計において、前記増幅器における増幅度の短期及び長期の変化量に基づいて、ダストが、気体を流通させる流路内に長期間に亘って混入している状態か否かを判定する方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２００８−２６１６９９号公報

前記特許文献１の超音波流量計においては、上流側の超音波送受波器と、下流側の超音波送受波器へのダストの付着量が異なると、上流側の送受波器から下流側の送受波器へ伝搬した（順方向の）超音波の受信信号の波形と、下流側の送受波器から上流側の送受波器へ伝搬した（逆方向の）超音波の受信信号の波形の大きさ（振幅）が異なることになり、前記増幅器等の反応差が生じ、順方向と逆方向における超音波の送受において、例えば、流量がゼロの場合において、順方向と逆方向への超音波の伝搬時間は同じでも、求めた順方向到達時間と逆方向到達時間とが異なり、ゼロ点シフト（ゼロ点異常）が生じる。

また、特開２００６−３２９６号公報のように、受信信号をコントロール部からの増幅信号で指示された増幅度で増幅し、その増幅した受信信号から受信ポイントを検知するようにした超音波流量計においても、順方向と逆方向の超音波の受信信号の大きさが異なることにより、受信ポイントを検知する機器等の応答速度に差が生じ、同様のゼロ点シフト（ゼロ点異常）が生じる。

このゼロ点シフトが生じると、流量がゼロであっても微小流量が流れていると測定したり、微小流量が流れていても流量がゼロであると測定したりして、微小流量域における測定精度が低下し、ガス漏れ検知機能が低下する虞がある。

上記特許文献１では、上流側と下流側の送受波器へのダストの付着量の差については考慮しておらず、長期間にわたって送受波器へダストが付着しているか否かを判定するのみで、ゼロ点シフトが生じる現象については見過ごされてきた。

そこで、本発明は、ゼロ点シフト（ゼロ点異常）が生じているか否かを判定することができる超音波流量計を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、被被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に所定の距離を離して設置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受を行い、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間とに基づいて、被計測流体の流量を求める超音波流量計であって、
前記上流側の超音波送受波器、又は、下流側の超音波送受波器で受信した受信信号を、複数段階に定めた増幅度のうち任意の１つの増幅度で増幅する増幅部を有し、
前記増幅度を複数段階に亘って切替えながら、前記１対の超音波送受波器間で、被計測流体の流量を求めるための超音波の送受とは別の超音波の送受を行い、夫々の増幅度で増幅した受信信号が、予め定めた基準電圧レベルとの関係で検知できたか否かを判定し、
上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号を検知できたと判定した増幅度と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号を検知できたと判定した増幅度とを比較して、
前記比較した増幅度が一部異なっている場合には、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさの差が、所定以上であるとして異常と判定し、
前記比較した増幅度が全て一致している場合には、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさの差が、所定未満であるとして異常なしと判定することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、増幅した受信信号における特定の波が、前記基準電圧レベルを最初に超えた場合のみを、増幅した受信信号を検知できたと判定することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記増幅した受信信号における特定の波が、第３波であることを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の発明において、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較するための超音波の送受を、
被計測流体の流量を求めるための超音波の送受とは異なる間隔で行うようにしたことを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の発明において、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較するための超音波の送受を、
被計測流体の流量が所定以下の時に行うようにしたことを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に所定の距離を離して設置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受を行い、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間とに基づいて、被計測流体の流量を求める超音波流量計であって、
上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較して、その波形の大きさの差が所定以上の場合には、異常と判定し、前記差が所定未満である場合には異常なしと判定し、
上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較するための超音波の送受を、
被計測流体の流量を求めるための超音波の送受とは異なる間隔で行うようにしたことを特徴とするとするものである。
請求項７記載の発明は、被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に所定の距離を離して設置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受を行い、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間とに基づいて、被計測流体の流量を求める超音波流量計であって、
上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較して、その波形の大きさの差が所定以上の場合には、異常と判定し、前記差が所定未満である場合には異常なしと判定し、
上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較するための超音波の送受を、
被計測流体の流量が所定以下の時に行うようにしたことを特徴とするとするものである。
請求項８記載の発明は、被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に所定の距離を離して設置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受を行い、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間とに基づいて、被計測流体の流量を求める超音波流量計であって、
上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較して、その波形の大きさの差が所定以上の場合には、異常と判定し、前記差が所定未満である場合には異常なしと判定し、
上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較するための超音波の送受を、
被計測流体の流量が所定以下の時に、被計測流体の流量を求めるための超音波の送受とは異なる間隔で行うようにしたことを特徴とするとするものである。

請求項９記載の発明は、請求項１乃至８の何れか１項に記載の発明において、前記超音波流量計は、被計測流体が直線状に流れる主流路と、被計測流体が超音波流量計内に流入する流入部と、被計測流体が超音波流量計外に流出する流出部と、前記流入部と主流路とを連通する第１通路と、前記流出部と主流路とを連通する第２通路を有し、
前記第１通路内に前記上流側の超音波送受波器を配設し、前記第２通路内に下流側の超音波送受波器を配設し、
超音波送受波器間での超音波の伝搬経路が前記主流路内を通ることを特徴とするものである。

請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の発明において、前記被計測流体が、気体であることを特徴とするものである。

本発明によれば、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較して、その差が所定以上の場合には、異常と判定することにより、ゼロ点シフトが起きている可能性をいち早く知ることができ、ガスメータにおいては、ガス漏れ検知機能が低下する前に、異常を検知でき、ガス漏れ事故等を未然に防止することができる。

本発明の実施例１における超音波流量計の概略の構成を示す説明図。 基準電圧レベルと、増幅した受信信号との関係を説明するための図。 基準電圧レベルと、増幅した受信信号との関係を説明するための図。 基準電圧レベルと、増幅した受信信号との関係を説明するための図。 本発明の実施例１の受信検知部のブロック図。 本発明の実施例１の増幅部のブロック図。 本発明の実施例２における超音波流量計の概略の構成を示す説明図。 図７のピーク値Ａ／Ｄ変換部のブロック図。

本発明を実施するための形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

図１乃至図６は本発明の実施例１を示す。
図１は、本実施例１の超音波流量計１の全体構成を示すブロック図である。

先ず、超音波流量計１における流量の計測について、超音波流量計１を構成する各部の機能とともに説明する。該超音波流量計１は、流路２と、１対の超音波送受波器３，４と、切替部５と、制御部６と、発信駆動部７と、増幅部８と、受信検知部１０と、到達時間計測部９で構成されている。

前記超音波流量計１は、被計測流体が流れる流路２を有し、該流路２の上流側と下流側に所定の距離を隔てて、１対の超音波送受波器３，４が、相対して設けられている。

この２つの送受波器３と４は、切替部５により何れか一方を送信側とした時、他方を受信側として使用するように相互に切り替えられる。すなわち、該切替部５は、制御部６からの方向制御信号に応答して、順方向（上流側から下流側方向）での超音波の送受の場合には、発信駆動部７からの駆動信号を上流側の送受波器３に送るとともに、下流側の送受波器４からの信号を増幅部８に送り、逆方向（下流側から上流側方向）での超音波の送受の場合には、発信駆動部７からの駆動信号を下流側の送受波器４に送るとともに、上流側の送受波器３からの信号を増幅部８に送るように切り替える。

発信駆動部７は、制御部６から発信指令信号が送られると、該発信指令信号に応答して駆動信号を、切替部５を介して送信側の送受波器３（４）に送る。また、制御部６は、発信駆動部７へ発信駆動信号を送ると共に、到達時間計測部９へも前記発信駆動信号を送る。

前記送信側の送受波器３（４）は、切替部５を介して送られてくる駆動信号により駆動して超音波を発生し、受信側の送受波器４（３）に向けて送信する。受信側の送受波器４（３）は、送信された超音波を受信して、電気信号に変換し受信信号として、切替部５を介して増幅部８に送る。

前記増幅部８は、制御部６から送られる増幅度信号により指定された増幅度で、受信側の送受波器４（３）から切替部５を介して送られてくる受信信号を増幅する。この増幅された受信信号は、受信検知部１０に送られる。

受信検知部１０は、増幅された受信信号から受信ポイントを検知し、受信検知信号として、到達時間計測部９及び制御部６へ送る。

該到達時間計測部９は、発信指令信号からゼロクロス点までの時間を計測して到達時間として制御部６へ送る。

制御部６は、受信検知部１０から送られた受信検知信号により、到達時間計測部９から送られた到達時間を読みとり、順方向到達時間又は逆方向到達時間とする。このような、順方向への超音波の送受と、逆方向への超音波の送受を交互に複数回繰り返して、複数の順方向到達時間又は逆方向到達時間を得、夫々の平均値を用いて、被計測流体の流量を演算するようになっている。

次に、ゼロ点異常が生じているか否かの判定について説明する。
送受波器３，４と、切替部５と、制御部６と、発信駆動部７と、増幅部８と、受信検知部１０等が、上流側の送受波器から下流側の送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の受信波形と、下流側の送受波器から上流側の送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の受信波形との大きさ（振幅）を比較して、その差が所定以上の場合には、異常と判定し、前記差が所定未満である場合には異常なしと判定する判定部を構成する。

先ず、被計測流体の流量測定を中断する。
制御部６は、複数段階の増幅度において、最小の増幅度から最大の増幅度まで、順に切替ながら送受波器３と４との間で超音波の送受を行うことができるように、所定の増幅度を示す増幅度信号、すなわち、最初の超音波の送受においては、最小の増幅度を示す増幅度信号を制御部６から増幅部８に送る。

前記増幅部８は、制御部６からの増幅度信号に基づいて、異なる複数段階の増幅度で受信信号を増幅することができるようになっている。本実施例においては、図６に示すように、増幅度信号により、８つの異なる抵抗から１つの抵抗を選択することで、異なる８段階の増幅度で増幅できるようになっている。

次に、発信駆動部７は、制御部６から発信指令信号を送り、前記上流側の送受波器３から下流側の送受波器４に向かって超音波を送信し、下流側の送受波器４は、送信された超音波を受信して電気信号に変換し受信信号として、切替部５を介して増幅部８に送る。

制御部６からの増幅度信号により、複数段階の増幅度のうち最小の増幅度で、下流側の送受波器４から切替部５を介して送られてくる受信信号を増幅して、受信検知部１０に送る。

受信検知部１０は、増幅された受信信号の受信波形と、予め定めた基準電圧レベルＶｔｈとの関係で、所定の時間内（本実施例においては発信指令信号の送信後１ｍｓｅｃ）に、受信信号を検知できたか否かを判定し、その判定結果を信号として制御部６へ送る。なお、前記所定の時間は、到達時間よりも十分に長い時間であればよく、その時間は任意に設定する。

制御部６は、その判定の際の増幅度と、その送受方向（順方向）と、その判定結果を記憶する。この増幅された受信信号を検知できたか否かの判定方法の詳細は後述する。

次に、下流側の送受波器４から上流側の送受波器３に向かって超音波を送信し、この送信された超音波を、上流側の送受波器３で受信し、この受信信号を、切替部５を介して増幅部８に送る。

前記増幅部８は、上流側の送受波器３から切替部５を介して送られてくる受信信号を、制御部６からの増幅度信号により、先の順方向の送受と同じ増幅度、すなわち、複数段階の増幅度のうち最小の増幅度で増幅して受信検知部１０に送り、増幅した受信信号と基準電圧レベルＶｔｈとの関係で、増幅した受信信号を検知できたか否かを判定し、その判定結果を信号として制御部６へ送る。制御部６は、その判定の際の増幅度と、その送受方向（逆方向）と、その判定結果を記憶する。

次に、上流側の送受波器３から下流側の送受波器４に向かって超音波を発信し、この発信された超音波を、下流側の送受波器４で受信し、この受信信号を、切替部５を介して増幅部８に送る。

次に、増幅部８は、受信信号を、制御部６からの増幅度信号により、複数段階における最小段階から１段上の２段階目の増幅度で増幅し、増幅した受信信号を受信検知部１０に送り、増幅した受信信号が、基準電圧レベルＶｔｈとの関係で検知できたか否かを判定し、その判定結果を信号として制御部６へ送る。制御部６は、その判定の際の増幅度と、その送受方向（順方向）と、その判定結果を記憶する。

このように、複数段階に亘って定められた増幅度における最小から最大の増幅度まで変化させながら、夫々の増幅度において、順方向への超音波の送受と、逆方向への超音波の送受を行い、その送受の増幅した受信信号が、基準電圧レベルＶｔｈとの関係で、検知できたか否かの判定を夫々の超音波の送受毎に行う。すなわち、本実施例においては８段階に定められた増幅度のうち、第１番目の増幅度から第８番目の増幅度まで、８段階変化させながら、夫々の段階で、順方向への超音波の送受と、逆方向への超音波の送受を行い、各送受において判定を行い、判定ごとに、制御部６は、その送受方向（順、逆）と、判定の際の増幅度（１〜８）と、その判定結果（成、否）を記憶する。

なお、受信検知部１０は、増幅した受信信号の受信波形の一部が、予め定めた基準電圧レベルＶｔｈを超えるか否かのみを判定し、基準電圧レベルＶｔｈを超えた波がある場合には、最初に超えた波が特定の波（例えば、第３波）か否か等を制御部６で判定し、これらの判定結果から、増幅された受信信号の受信波形と、予め定めた基準電圧レベルＶｔｈとの関係で、所定の時間内に、増幅された受信信号を検知できたか否かを判定するようにしてもよい。なお、前記所定の時間は、到達時間よりも十分に長い時間であればよく、その時間は任意に設定する。

また、増幅した受信信号が、基準電圧レベルＶｔｈとの関係で検知できた場合のみ、受信検知信号を制御部６へ送り、所定の時間内に制御部６に受信検知信号が入力されたか否かで、増幅した受信信号が、基準電圧レベルＶｔｈとの関係で検知できたか否かを判定するようにしてもよい。

次に、制御部６は、最小段階から最大段階まで、夫々の増幅度における順方向と逆方向の増幅度と判定結果から、順方向で超音波を送受した受信信号を検知できたと判定した増幅度と、逆方向で超音波を送受した受信信号を検知できたと判定した増幅度とを比較し、その増幅度が全て一致していた場合には、順方向で超音波を送受した受信信号の受信波形と、逆方向で超音波を送受した受信信号の受信波形との大きさ（振幅）の差が所定未満であるとして、ゼロ点異常が起きていないと判定する。一方、比較した増幅度が一部で一致していない場合には、順方向で超音波を送受した受信信号の受信波形と、逆方向で超音波を送受した受信信号の受信波形との大きさの差が所定以上であるとして、ゼロ点異常が起きていると判定する。

例えば、順方向で超音波を送受した受信信号を検知できたと判定した増幅度が４〜７で、逆方向で超音波を送受した受信信号を検知できたと判定した増幅度が４〜７の場合には、順方向と逆方向で超音波を送受した受信信号を検知できたと判定した増幅度が全て同一であり、ゼロ点異常が起きていないと判定する。また、順方向で超音波を送受した受信信号を検知できたと判定した増幅度が４〜７で、逆方向で超音波を送受した受信信号を検知できたと判定した増幅度が５〜８の場合には、順方向と逆方向で超音波を送受した受信信号を検知できたと判定した増幅度が一部で異なっており、ゼロ点異常が起きていると判定する。

ゼロ点異常と判定した場合は、図示しない表示部にアラーム（警告）を表示するようになっている。また、アラームの表示の他に、超音波流量計１が通信機能を具備している場合には、アラームを所定の場所へ出力（送信）したり、被計測流体の流れを遮断する等を行うようにしてもよい。

一方、ゼロ点異常が生じていないと判定した場合は、ゼロ点異常か否かの判定を行うための測定が終了した後に、通常の被計測流体の流量計測に戻す。

このように、順方向で超音波を送受した受信信号の受信波形と、逆方向で超音波を送受した受信信号の受信波形との大きさ（振幅）を比較して、その差が所定以上の場合には、ゼロ点異常と判定することにより、ゼロ点シフトが起きている可能性をいち早く知ることができ、特に、ガスメータにおいては、ガス漏れ検知機能が低下する前に異常を知ることができ、ガス漏れ事故等を未然に防止することができる。

本実施例においては、増幅度を８段階に亘って設定し、各段階における増幅度の割合は比例関係となるように設定したが、各増幅度は、順方向で超音波を送受した受信信号の受信波形と、逆方向で超音波を送受した受信信号の受信波形との大きさが所定以上に異なっているか否かがわかるように設定すればよく、その段階の数は任意に設定するとともに、各段階における増幅度の関係も任意に設定することができる。また、本実施例においては、送受波器３，４等にダストが付着していない状態における、増幅した受信信号が、基準電圧レベルＶｔｈとの関係で検知できる増幅度は３〜６に設定されている。

次に、増幅した受信信号が、前記基準電圧レベルＶｔｈとの関係で、所定の時間内に、検知できたか否かの判定方法ついて詳述する。

前記受信検知部１０は、図２に示すように、予め定めた基準電圧レベルＶｔｈを、最初に超えた波が第３波の場合のみ、増幅した受信信号を検知できたと判定するようになっている。すなわち、図２に示すような場合には、基準電圧レベルＶｔｈを最初に超えた波が第３波であり、増幅した受信信号を検知できたと判定する。一方、増幅した受信信号の受信波形が小さいために、図３に示すように、所定の時間内に、基準電圧レベルＶｔｈを何れの波も超えなかった場合や、基準電圧レベルＶｔｈを最初に超えた波が、第３波以外の第５波である場合（図示せず）には、増幅した受信信号を検知できなかったと判定する。また、図４に示すように、増幅した受信信号の受信波形が大きいために、基準電圧レベルＶｔｈを最初に超えた波が第３波以外の第１波である場合には、増幅した受信信号を検知できなかったと判定するようになっている。

基準電圧レベルＶｔｈを最初に超えた波が第３波であるか否かの判定は、例えば、特開平１０−３３２４５２号公報や、特開２００６−３２９６号公報等の任意の方法を用いて行うことができるが、本実施例に用いた方法について、増幅した受信信号が、基準電圧レベルＶｔｈとの関係で検知できたか否かの判定とともに説明する。

増幅部８で所定の増幅度で増幅された受信信号は、図５に示すように、受信検知部１０の比較部１４とゼロクロス検知部１５に入力される。

比較部１４は、入力された受信信号と基準電圧レベルＶｔｈとを比較し、受信信号が基準電圧レベルＶｔｈより大きい場合には、信号を第３波ゼロクロス検知部１６へ出力するようになっている。なお、前記比較部１４は、発信指令信号の入力を起点として、受信信号が基準電圧レベルＶｔｈを超えるのが２回目又はそれ以上の場合には、信号を出力しないようになっている。

ゼロクロス検知部１５は、入力された受信信号とゼロレベルとを比較し、受信波とゼロレベルとのクロス点（ゼロクロス点）を、第３波ゼロクロス検知部１６へ出力する。

第３波ゼロクロス検知部１６は、比較部１４からの出力と、ゼロクロス検知部１５からの出力とから、比較部１４からの信号の出力があった後の、ゼロクロス点を受信ポイントとし、その受信ポイントを受信検知信号として、到達時間計測部９及び制御部６へ送り、到達時間計測部９は、発信指令信号から受信検知信号までの時間を計測して到達時間として制御部６へ送る。

この受信ポイントは、図２に示す場合には、第３波が基準電圧レベルＶｔｈを最初に超えたＡ点が該当する。これより増幅度を小さくすると、ある増幅度において、第５波が基準電圧レベルＶｔｈを最初に超える波となり、Ｂ点が受信ポイントとなり、到達時間は一気に受信波の１周期分長くなる。一方、図２に示す状態より増幅度を大きくすると、ある増幅度において、図４に示すように、第１波が基準電圧レベルＶｔｈを最初に超える波となり、Ｃ点が受信ポイントとなり、到達時間が一気に受信波の１周期分短くなる。このように、到達時間の変化より、基準電圧レベルＶｔｈを最初に超えた波が、第３波かそれ以外の波かを、制御部６は判定することができる。

この判定を踏まえて、受信検知部１０から制御部６へ受信検知信号が送られた場合に、基準電圧レベルＶｔｈを最初に超えた波が第３波と判定した場合には、増幅した受信信号を検知できたと判定し、基準電圧レベルＶｔｈを最初に超えた波が第３波以外の第１波や第５波等であると判定した場合には、増幅した受信信号を検知できなかったと判定する。

また、増幅した受信信号が、図３に示すように、基準電圧レベルＶｔｈよりも小さく、すなわち、何れの波も基準電圧レベルＶｔｈを超えなかった場合は、所定の時間内に、受信検知部１０から制御部６へ受信検知信号が送られない。所定の時間内に、受信部６に受信検知信号が入力されない場合には、増幅した受信信号が、基準電圧レベルＶｔｈとの関係で検知できなかったと判定する。なお、前記所定の時間は、到達時間よりも十分に長い時間であればよく、その時間は任意に設定する。

なお、本実施例においては、基準電圧レベルＶｔｈを最初に超えた波が第３波の場合のみ、増幅した受信信号を検知できたと判定したが、第３波以外にも第１波や第５波が、最初に基準電圧レベルＶｔｈを超えた場合に、増幅した受信信号が、前記基準電圧レベルＶｔｈとの関係で、所定の時間内に検知できたと判定してもよい。

また、本実施例においては、基準電圧レベルＶｔｈを最初に超えた波が第３波の場合のみ、増幅した受信信号を検知できたと判定したが、増幅した受信信号の何れか１つの波が基準電圧レベルＶｔｈを超えた場合には、増幅した受信信号を検知できたと判定するようにしてもよい。すなわち、増幅した受信信号における第１波、第３波、第５波、第７波等の波のうち少なくとも１つが、基準電圧レベルＶｔｈを超えた場合には、増幅した受信信号が、基準電圧レベルＶｔｈとの関係で検知できたと判定し、増幅した受信信号における何れの波も基準電圧レベルＶｔｈを超えることができなかった場合には、増幅した受信信号が基準電圧レベルＶｔｈとの関係で検知できなかったと判定してもよい。例えば、図５に示す受信検知部１０を用いた場合、所定の時間内に、受信検知部１０から制御部６へ受信検知信号が入力された場合は、増幅した受信信号が、基準電圧レベルＶｔｈとの関係で検知できたと判定し、所定の時間内に、制御部６に受信検知信号が入力されない場合には、増幅した受信信号が、基準電圧レベルＶｔｈとの関係で検知できなかったと判定する。

ゼロ点異常が生じているか否かの判定は、流路２内の被計測流体の流量が、所定の流量以下のとき、好ましくは、流量がゼロの時に行う。所定の流量は、被計測流体の流量が受信波形へ影響を及ぼしにくい任意の値とすることができるが、本実施例においては、２００Ｌ／ｈ以下のときに行うように設定した。

また、送受波器３，４へのダストの付着量は、ゆっくりと増加するため、ゼロ点異常が生じているか否かの判定のための超音波の送受を行う頻度（間隔）は、被計測流体の流量計測のための超音波の送受の頻度（間隔）とは異なり、それよりも少ない頻度で（長い間隔をおいて）行えばよく、例えば、１日に１回程度でも、１週間に１回程度でもよく、流路２へのダストの混入量等から任意に定める。本実施例においては、１日に１回行うようにした。また、流量が２００Ｌ／ｈ以下であるとき、直前の使用流量及び使用パターン等を考慮して、判定を行う時刻を決めることが望ましい。また、判定を行う時刻は、ガス等が使われることが少ない深夜を予め見込んで設定したり、所定の期間の被計測流体（例えばガス）の使用傾向を学習し、被計測流体が使用される可能性が低い時間帯に行うように変更するようにしても良い。

また、ゼロ点異常が生じているか否かの判定を行うための超音波の送受は、夫々の増幅度ごとにおいて、順方向と逆方向で夫々１回行えばよい。

次に、前記流路２について詳述する。
前記流路２は、図１に示すように、被計測流体が直線状に流れる主流路２０と、被計測流体が超音波流量計１内に流入する流入部２１と、被計測流体が超音波流量計１外に流出する流出部２２と、流入部２１と主流路２０とを連通する第１通路２３と、流出部２２と主流路２０とを連通する第２通路２４とで構成されている。

前記上流側の送受波器３を前記第１通路２３に設け、前記下流側の送受波器４を前記第２通路２４に設け、送受波器３と４間での超音波の伝搬経路が前記主流路２０内を通り、主流路２０内を流れる被計測流体の流れ方向と、上流側の送受波器３から下流側の送受波器４への超音波の伝搬方向とが同方向となるように送受波器３，４が配設されている。上流側の送受波器３は、主流路２０の流入口と対向する位置に離間配設し、下流側の送受波器４は主流路２０の流出口と対向する位置に離間配設されている。

このように主流路２０を形成するとともに、上流側の送受波器３と下流側の送受波器４を前記のように配置したことにより、送受波器３と４間の距離を大きくすることができる。そのため、到達時間の分解能が高くなり、流量測定の精度を高めることができる。しかし、主流路２０から流れてきた被計測流体は、下流側の送受波器４の超音波を送受する面に、略正面から当たることとなり、ダストは、上流側の送受波器３に比べて下流側の送受波器４に付着しやすく、上流側の送受波器３と下流側の送受波器４とでダストの付着量に差が生じやすく、ゼロ点異常（ゼロ点シフト）が生じる可能性が高い。そのため、このような流路２と送受波器３，４の配置において、ゼロ点異常が生じているか否かの判定を行うことは、特に有効である。

なお、主流路２０内を流れる被計測流体の流れ方向（主流路２０の中心軸）と、上流側の送受波器３と下流側の送受波器４間の超音波の伝搬経路とが相互に傾斜するように、上流側の送受波器３と下流側の送受波器４を配置してもよいし、被計測流体が流れる流路２の形状を任意の形状にしてもよい。このように流路形状や、流路に対する上流側と下流側の送受波器の位置が、前記図１に示す構造と異なるものにおいても、上流側と下流側の送受波器へのダスト等の付着量に差が生じる可能性があり、このような超音波流量計に対しても、ゼロ点異常が生じているか否かの判定を行うことは有益である。

また、前記超音波流量計１は、気体や液体等の任意の流体の流量を計測するものに対して用いることができるが、特に被計測流体が気体の場合には、超音波送受波器３，４に対しダスト等が付着する可能性が高くなり、特に有効である。また、ガスメータにおいては、ガス漏れ検知機能が低下する前に、異常を知ることができ、ガス漏れ事故等を未然に防止することができる。

なお、前記実施例においては、超音波送受波器３，４を、流路２の上流側と下流側とで１対設けたが、超音波送受波器は、上流側と下流側とで少なくとも１対あればよく、２対等の複数対設けてもよい。

図７，８は実施例２を示す。
本実施例２は、前記実施例１とは、ゼロ点異常が生じているか否かの判定方法が異なる。なお、本実施例２における流量の計測は、前記実施例１の超音波流量計１における流量の計測と同様である。

本実施例２におけるゼロ点異常が生じているか否かの判定方法について説明する。
図７は、本実施例２の全体構成を示すブロック図である。図８は、図７におけるピーク値Ａ／Ｄ変換部３１のブロック図であり、ピーク値Ａ／Ｄ変換部３１は、図８に示すように、ピーク値ホールド回路３２と、Ａ／Ｄ変換回路３３を有する。

先ず、前記実施例１と同様に、順方向で超音波の送受を行い、増幅部８で受信信号を増幅し、増幅した受信信号を、ピーク値ホールド回路３２に入力し、その受信信号のピーク電圧を維持するとともに、Ａ／Ｄ変換回路３３に送る。制御部６は、発信指令信号が、制御部６から発せられてから所定の時間後（本実施例においては発信指令信号を送信後１ｍｓｅｃ）に、Ａ／Ｄ変換指示信号をＡ／Ｄ変換回路３３に送る。Ａ／Ｄ変換回路３３は、Ａ／Ｄ変換指示信号に応答して、その時の受信信号のピーク電圧をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値（ピーク値）を制御部６へ送る。なお、所定の時間は、到達時間よりも十分に長い時間であればよく、その時間は任意に設定する。

次に、制御部６は、順方向への超音波の送受におけるＡ／Ｄ変換値（ピーク値）、及び、その時の増幅部８で増幅させた増幅度を記憶するとともに、リセット信号をピーク値ホールド回路３２に送り、ピーク電圧をゼロにリセットする。

次に、逆方向で超音波の送受を行い、その受信信号を、順方向で超音波の送受と同じ増幅度で増幅した後に、Ａ／Ｄ変換回路３３は、順方向の場合と同様に、Ａ／Ｄ変換値（ピーク値）を制御部６へ送り、制御部６はそのＡ／Ｄ変換値を記憶する。そして、ピーク値ホールド回路３２のピーク電圧はゼロにリセットされる。

次に、制御部６は、順方向と逆方向の夫々のＡ／Ｄ変換値（ピーク値）から、その差を演算する。Ａ／Ｄ変換値の差が、所定未満の場合には、順方向で超音波を送受した受信信号の受信波形と、逆方向で超音波を送受した受信信号の受信波形との大きさ（振幅）の差が所定未満であるとして、ゼロ点異常がおきていないと判定する。一方、Ａ／Ｄ変換値の差が所定以上である場合には、順方向で超音波を送受した受信信号の受信波形と、逆方向で超音波を送受した受信信号の受信波形との大きさの差が所定値以上であり、ゼロ点異常が生じていると判定する。判定部は、ピーク値Ａ／Ｄ変換部３１と制御部６で構成する。

なお、順方向での超音波の送受と、逆方向での超音波の送受とで、その受信信号に対する増幅度を異なるものとしても良い。その場合、前記Ａ／Ｄ変換値を、Ａ／Ｄ変換値に増幅度を乗算したもの（Ａ／Ｄ変換値×増幅度）に置き換えて、同様に、ゼロ点異常が生じているか否かを判定する。

本実施例においては、順方向での超音波の送受と、逆方向での超音波の送受の受信信号におけるＡ／Ｄ変換値の差が、順方向へのＡ／Ｄ変換値に対して、２５％以上である場合には、ゼロ点異常であると判定し、２５％未満の場合には、ゼロ点異常がおきていないと判定するようにしたが、ゼロ点異常か否かを判定する順方向へのＡ／Ｄ変換値に対する、順方向と逆方向のＡ／Ｄ変換値の差は、被計測流体の特性等から任意に設定することができる。

本実施例２においても、前記実施例１と同様の効果を奏する。

特開２００８−２６１６９９号公報のように、超音波を受信側の送受波器で受信した受信信号を、予め定められた所定の大きさまで増幅するオートゲインコントロール機能を有する増幅器を用いて、増幅部を構成する超音波流量計においては、増幅部から制御部へ、順方向で超音波を送受した受信信号を増幅させた増幅度と、逆方向で超音波を送受した受信信号を増幅させた増幅度を夫々送り、その増幅度の差を演算するようにしてもよい。

前記増幅度の差が、所定未満の場合には、順方向で超音波を送受した受信信号の受信波形と、逆方向で超音波を送受した受信信号の受信波形との大きさの差が所定未満であるとして、ゼロ点異常がおきていないと判定し、その差が所定以上である場合には、順方向で超音波を送受した受信信号の受信波形と、逆方向で超音波を送受した受信信号の受信波形との大きさの差が所定以上であるとして、ゼロ点異常がおきていると判定するようにしてもよい。判定部は、増幅部と制御部で構成する。

本実施例においては、増幅度の差が、順方向の送受で受信波信号を増幅させた増幅度に対して、２５％以上である場合には、ゼロ点異常であると判定し、２５％未満の場合には、ゼロ点異常がおきていないと判定するようにしたが、ゼロ点異常であると判定する順方向の送受で受信信号を増幅させた増幅度に対する、増幅度の差は、被計測流体の特性等から任意に設定することができる。

本実施例３においても、前記実施例１，２と同様の効果を奏する。

１ 超音波流量計
２ 流路
３，４ 超音波送受波器
８ 増幅部
２０ 主流路
２１ 流入部
２２ 流出部
２３ 第１通路
２４ 第２通路
Ｖｔｈ 基準電圧レベル

Claims (10)

1. 被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に所定の距離を離して設置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受を行い、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間とに基づいて、被計測流体の流量を求める超音波流量計であって、
   前記上流側の超音波送受波器、又は、下流側の超音波送受波器で受信した受信信号を、複数段階に定めた増幅度のうち任意の１つの増幅度で増幅する増幅部を有し、
   前記増幅度を複数段階に亘って切替えながら、前記１対の超音波送受波器間で、被計測流体の流量を求めるための超音波の送受とは別の超音波の送受を行い、夫々の増幅度で増幅した受信信号が、予め定めた基準電圧レベルとの関係で検知できたか否かを判定し、
   上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号を検知できたと判定した増幅度と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号を検知できたと判定した増幅度とを比較して、
   前記比較した増幅度が一部異なっている場合には、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさの差が、所定以上であるとして異常と判定し、
   前記比較した増幅度が全て一致している場合には、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさの差が、所定未満であるとして異常なしと判定することを特徴とする超音波流量計。
2. 増幅した受信信号における特定の波が、前記基準電圧レベルを最初に超えた場合のみを、増幅した受信信号を検知できたと判定することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
3. 前記増幅した受信信号における特定の波が、第３波であることを特徴とする請求項２記載の超音波流量計。
4. 上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較するための超音波の送受を、
   被計測流体の流量を求めるための超音波の送受とは異なる間隔で行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の超音波流量計。
5. 上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較するための超音波の送受を、
   被計測流体の流量が所定以下の時に行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の超音波流量計。
6. 被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に所定の距離を離して設置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受を行い、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間とに基づいて、被計測流体の流量を求める超音波流量計であって、
   上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較して、その波形の大きさの差が所定以上の場合には、異常と判定し、前記差が所定未満である場合には異常なしと判定し、
   上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較するための超音波の送受を、
   被計測流体の流量を求めるための超音波の送受とは異なる間隔で行うようにしたことを特徴とする超音波流量計。
7. 被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に所定の距離を離して設置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受を行い、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間とに基づいて、被計測流体の流量を求める超音波流量計であって、
   上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較して、その波形の大きさの差が所定以上の場合には、異常と判定し、前記差が所定未満である場合には異常なしと判定し、
   上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較するための超音波の送受を、
   被計測流体の流量が所定以下の時に行うようにしたことを特徴とする超音波流量計。
8. 被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に所定の距離を離して設置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受を行い、上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器までの超音波の伝搬時間とに基づいて、被計測流体の流量を求める超音波流量計であって、
   上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較して、その波形の大きさの差が所定以上の場合には、異常と判定し、前記差が所定未満である場合には異常なしと判定し、
   上流側の超音波送受波器から下流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形と、下流側の超音波送受波器から上流側の超音波送受波器へ伝搬した超音波の受信信号の波形との大きさを比較するための超音波の送受を、
   被計測流体の流量が所定以下の時に、被計測流体の流量を求めるための超音波の送受とは異なる間隔で行うようにしたことを特徴とする超音波流量計。
9. 前記超音波流量計は、被計測流体が直線状に流れる主流路と、被計測流体が超音波流量計内に流入する流入部と、被計測流体が超音波流量計外に流出する流出部と、前記流入部と主流路とを連通する第１通路と、前記流出部と主流路とを連通する第２通路を有し、
   前記第１通路内に前記上流側の超音波送受波器を配設し、前記第２通路内に下流側の超音波送受波器を配設し、
   超音波送受波器間での超音波の伝搬経路が前記主流路内を通ることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の超音波流量計。
10. 前記被計測流体が、気体であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の超音波流量計。

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