JP6209732B2 - 超音波流量計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波により気体や液体の流量や流速の計測を行う超音波流量計測装置に関するものである。

従来、この種の超音波流量計測装置として、ブロック化した流量測定部を複数個並列に配置し、これらすべての個別流量を加算することにより全流量を計測するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された超音波流量計測装置を示すものである。図７に示すように、超音波流量計測装置１００において、流量測定部１０１は、ブロック化された流量測定路１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃより、構成されている。流量測定部１０１の上流には上流室１０２、下流には下流室１０３が設けされている。流量測定部１０１の上流側の取付け板１０４は、同時に上流室１０２の室壁にもなっている。また、流量測定部１０１の下流側の取付け板１０５であるが、同時に下流室１０３の室壁にもなっている。上流室１０２には入口部１０６、下流室１０３には出口部１０７がそれぞれ接続されている。

また、この種の超音波流量計測装置の計測方法は、超音波の送受信動作を複数回行い超音波伝搬時間の計測を１計測セットとして複数の計測セットを実施し、それぞれの超音波伝搬時間を積算して求めた平均の伝搬時間から流量を算出している（例えば、特許文献２参照）。

図８は、特許文献２に記載された従来の構成を示すものである。図８に示すように、流体中に音波を送信または受信する送受信器１１１、１１２間の送受信を複数回行う繰り返し手段１１３と、繰り返し手段１１３による複数回の音波伝搬時間の計測を１計測セットとして複数の計測セットを実施する計測制御手段１１４と、それぞれの超音波伝搬時間の値を積算し流量を算出する流量演算手段１１５を備え、計測制御手段１１４は計測セットの回数を調節して計測するようにしている。これによって流れが脈動している場合にも追従性がよく、また安定した定常流れの場合にも平均流量を正しく計測できる。

特開平９−５１３３号公報 特開２００３−２３２６６４号公報

しかしながら、前記特許文献１のような従来の構成では、全体流量を計測するに当たり、ブロック化された流量測定路１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの個別流量をすべて測定し、これらの和により、全体流量を演算する構成となっていた。つまり、すべての計測を同じように行わないと、全体の流量が得られないため、計測時における消費電力が流路の数に応じて増えてしまい、電源を電池にしている場合などコスト的に高価なものになるという課題を有していた。

また、前記特許文献２のような従来の構成では、送信側の超音波振動子が送信を行ってすぐに受信側の超音波振動子に切替えるため、送信時の超音波振動子の自己振動ノイズが受信時の超音波信号に影響を及ぼしてしまうので、流量演算結果の精度が悪くなり高精度
な計測が困難であった。また、自己振動ノイズの影響を少なくするため超音波振動子の切替え後、次の送信まで遅延時間を確保する必要があったので計測時間が長くなり効率の悪い計測方法となっていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複数流路の場合においても、単体流路と消費電力が変わらず、更に送信時における超音波振動子の自己振動ノイズによる余韻が発生しても受信時の超音波信号に悪影響を及ぼさず計測可能で、より高精度で消費電力の少ない超音波流量計測装置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測装置は、被計測流体の入口部及び出口部と、前記入口部と出口部の間に配置された流路断面積が同一の複数の流路と、前記複数の複数の流路のそれぞれの上流と下流に対として配置された超音波を送受信する振動子と、前記振動子を振動させるための発信手段と、前記振動子の振動を検知するための受信手段と、前記複数の流路の内の１つの流路を選択し、選択した流路に配置された前記振動子の対と前記発信手段と前記受信手段との接続を切替えることでその送受信を切替える切替え手段と、前記振動子間の超音波伝搬時間を測定する計時手段と、前記計時手段によって測定された超音波伝搬時間から流量を算出する流量演算手段と、を備え、前記切替え手段で前記複数の流路を１つづつ選択しながら、選択した流路の対となった振動子の一方の振動子から送信し、他方の振動子で受信して前記計時手段で伝搬時間を測定する動作を全ての流路で行うことにより、複数のすべての計測流路を１つの計測流路の計測と同等の消費電力で計測でき、高精度で省電力の音波計測装置を提供することができる。

本発明の超音波流量計測装置は、全ての複数流路で同じ流量計測をするのではなく、１回の流量計測動作を複数の流路で分散して行うことにより省電力にすることができる。また、１回の送受信の後別の流路で次の送受信を行うことにより送信時の自己振動ノイズの影響を受信時に与えることを低減することができ、高精度の計測が実現できる。

本発明の実施の形態１、２における超音波流量計測装置のブロック図 本発明の実施の形態１における超音波流量計測装置の送受信図 本発明の実施の形態２における超音波流量計測装置の送受信図 本発明の実施の形態３、４における超音波流量計測装置のブロック図 本発明の実施の形態３における超音波流量計測装置の送受信図 本発明の実施の形態４における超音波流量計測装置の送受信図 （特許文献１）における超音波流量計測装置の断面図 （特許文献２）における超音波流量計測装置のブロック図

第１の発明は、被計測流体の入口部及び出口部と、前記入口部と出口部の間に配置された流路断面積が同一の複数の流路と、前記複数の複数の流路のそれぞれの上流と下流に対として配置された超音波を送受信する振動子と、前記振動子を振動させるための発信手段と、前記振動子の振動を検知するための受信手段と、前記複数の流路の内の１つの流路を選択し、選択した流路に配置された前記振動子の対と前記発信手段と前記受信手段との接続を切替えることでその送受信を切替える切替え手段と、前記振動子間の超音波伝搬時間を測定する計時手段と、前記計時手段によって測定された超音波伝搬時間から流量を算出する流量演算手段と、を備え、前記切替え手段で前記複数の流路を１つづつ選択しながら、選択した流路の対となった振動子の一方の振動子から送信し、他方の振動子で受信して前記計時手段で伝搬時間を測定する動作を全ての流路で行うことにより、複数のすべての計測流路を１つの計測流路の計測と同等の消費電力で計測でき、高精度で省電力の音波計測装置を提供することができ、更に、送信時の自己振動ノイズの影響を低減できることから、より高精度で省電力の音波計測装置を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の切替え手段を、選択した流路における超音波の送信方向が上流から下流方向又は下流から上流方向の一方向となり、かつ、前記流路の選択毎に超音波の送信方向が交互に切替わるように前記振動子を選択する構成としたものである。

第３の発明は、特に、第２の発明の切替え手段を、前記流路の全てにおける送受信を１回の計測単位として複数回繰り返し行うとき、計測単位毎に最初の超音波の送信方向を上流から下流方向または下流から上流方向のどちらか同じ方向になるように振動子を選択する構成としたものである。

第４の発明は、特に、第２の発明の切替え手段を、前記流路の全てにおける送受信を１回の計測単位として複数回繰り返し行うとき、計測単位毎に最初の超音波の送信方向を上流から下流方向と下流から上流方向とが交互に切替わるように振動子を選択する構成としたことにより、上下流側一方から送受信バラつきが平滑化でき、より高精度で省電力の音波計測装置を提供することができる。

第５の発明は、特に、第３または第４の発明の超音波流量計測装置において、前記計測単位を複数回繰り返して行う際に、１つの計測単位の計測終了後に、一定時間遅延させて次の計測単位の計測を開始する構成としたことにより、１回目計測時の自己振動ノイズが残っていた場合でも影響を低減することができ、また被計測流体の変動が少ない場合に計測頻度を低減することにより、より高精度で省電力の音波計測装置を提供することができる。

第６の発明は、特に、第３〜５のいずれか１つの発明の超音波流量計測装置において、前記計測単位の複数回の繰り返しを１つの計測セットとして計測を行うと共に、前記計測セット間に所定の遅延時間を設ける構成としたことにより、被計測流体の変動が少ない場合に計測頻度を低減することにより、より省電力の音波計測装置を提供することができる。

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）
実施の形態１について、図１と図２を用いて説明する。図１において、流体（被計測流体）の入口部１と出口部２の間に流路断面積が同一の複数の計測流路（第１流路３、第２流路４、・・・第Ｎ流路５）が配置され、それぞれの流路は超音波送受信のための上流側振動子６、８、１０と下流側振動子７、９、１１が取り付けられている。

また、発信手段１２は、切替え手段１３へ超音波の送信信号の出力を行い、切替え手段１３は複数ある超音波振動子のいずれか１つの振動子を送信側の振動子として選択し、選択された振動子に送信信号を出力する。一方、切替え手段１３は送信側として選択した振動子に対応する振動子を受信側の振動子として選択し、選択した振動子が受信した受信信号を受信手段１４へ伝達する。

受信手段１４は、切替え手段１３で受信側として選択された振動子で受信した信号の増幅を行い、繰り返し手段１５は、受信手段１４が受信した後、再度超音波を発信するよう発信手段１２へ命令する。そして、計時手段１６は、受信手段１４で増幅された受信信号に基づき、発信手段１２の信号発振から受信信号の受信までの時間を超音波伝搬時間として計測し、流量演算手段１７は、計時手段１６で計測された超音波伝搬時間を用いて流路
断面積や流れの状態を考慮し流量値を演算する。

次に、図２を用いて、超音波信号の送受信の手順と超音波伝搬時間の測定方法を説明する。

図２において、第１流路３の上流側振動子６から発信された超音波信号が送信信号１８で、送信信号１８が流路管内の流体を伝搬し下流側振動子７で受信した超音波信号が受信信号１９となり、その送信から受信までの時間が超音波伝搬時間Ｔ１−１となる。また、第１流路３の下流側振動子７が受信した後、第２流路４の下流側振動子９から超音波が送信され上流側振動子８で受信され、その時間が超音波伝搬時間Ｔ１−２となる。

同様に、第Ｎ流路５まで超音波の送受信を行い、この第１流路３から第Ｎ流路５までの超音波送受信の動作を１回目計測とする。そして、この１回目計測の後、再度、第１流路３から超音波送受信を開始して第Ｎ流路５までの超音波送受信を行い２回目計測とし、同様にｍ回目計測まで実施する。また、振動子から超音波が送信されると自己振動ノイズ２０が残響として残る。

ここで、まず、１回目計測を開始するため発信手段１２から切替え手段１３へ送信信号を出力し、切替え手段１３で第１流路３の上流側振動子６へ送信信号が伝達される。上流側振動子６から発信された送信信号１８は流路管内の流体を伝搬し、下流側振動子７で受信信号１９として受信される。

受信された受信信号は受信手段１４で増幅された後、繰り返し手段１５へ伝達され、繰り返し手段１５は、再度、送信信号を発信するよう発信手段１２に命令する。それと同時に計時手段１６へ受信信号が伝達され、計時手段１６では発信手段１２が発信信号を出力してから受信信号を受信するまでの超音波伝搬時間Ｔ１−１を計測し、超音波伝搬時間Ｔ１−１を流量演算手段１７に伝達する。

発信手段１２は、再度、命令を受けた後に切替え手段１３に送信信号を出力し、切替え手段１３は第２流路４の下流側振動子９へ送信信号を伝達して、下流側振動子９から発信された送信信号は流路管内の流体を伝搬し、上流側振動子８で受信され計時手段１６によって超音波伝搬時間Ｔ１−２が計測される。

同様にして、第Ｎ流路５まで送信側振動子を送信方向の上流、下流を切替えしながら超音波の送受信を行い超音波伝搬時間Ｔ１−Ｎまでを流量演算手段１７に伝達する。即ち、本実施の形態において、奇数の流路では上流から下流への超音波伝搬時間、偶数の流路では下流から上流への超音波伝搬時間が求まることになる。

流量演算手段１７は、１回目計測の上流側からの超音波伝搬時間と下流側からの超音波伝搬時間の差である伝搬時間差を算出し、この伝搬時間差に基づき、流体の流速と流路断面積から流量を算出する。同様の計測をｍ回目計測まで実施して流体の流量を算出する。なお、この伝搬時間差は、奇数の流路で計測された上流から下流への超音波伝搬時間の平均と、偶数の流路で計測された下流から上流への超音波伝搬時間の平均との差で求めることが出来る。

以上のように、本実施の形態においては流路（計測流路）が複数ある場合に、上下流の伝搬時間差を算出するための上流からの伝搬時間と下流からの伝搬時間を異なる流路で測定することにより、従来のように単独流路の伝搬時間測定の合算より測定数を低減することとなり、省電力の計測が可能である。

また、１回の超音波送受信の次の超音波送受信は別の振動子にて行うことにより、従来のように送信時の自己振動ノイズが次の受信時に影響を及ぼすことも低減することなり、より高精度な流量計測が可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２について、図１と図３を用いて説明する。なお、実施の形態１と異なるのは、切替え手段の動作とそれに伴う計測方法であり、以下、図３を用いて、超音波信号の送受信の手順と超音波伝搬時間の測定方法を説明する。

図３において、第１流路３の上流側振動子６から発信された超音波信号が送信信号１８で、送信信号１８が流路管内の流体を伝搬し下流側振動子７で受信した超音波信号が受信信号１９となり、その送信から受信までの時間が超音波伝搬時間Ｔ１−１となる。また、第１流路３の下流側振動子７が受信した後、第２流路４の下流側振動子９から超音波が送信されてから上流側振動子８で受信されるまでの時間が超音波伝搬時間Ｔ１−２となる。

同様に、第Ｎ流路５まで超音波の送受信を行い、この第１流路３から第Ｎ流路５までの超音波送受信の動作を１回目計測とする。そして、この１回目計測の後、第１流路３の下流側振動子７から超音波を送信して上流側振動子６で受信する動作を第Ｎ流路５まで送信側超音波振動子の上下流を切替えながら超音波送受信を行い２回目計測とし、同様にｍ回目計測まで第１流路３の送信側超音波振動子の上下流を切替えながら実施する。また、振動子から超音波が送信されると自己振動ノイズ２０が残響として残る。

以上のように構成された超音波流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。

ここで、まず、１回目計測を開始するため発信手段１２から切替え手段１３へ送信信号を出力し、切替え手段１３で第１流路３の上流側振動子６へ送信信号が伝達される。上流側振動子６から発信された送信信号１８は流路管内の流体を伝搬し、下流側振動子７で受信信号１９として受信される。

受信された受信信号は受信手段１４で増幅された後、繰り返し手段１５へ伝達され、繰り返し手段１５は再度送信信号を発信するよう発信手段１２に命令する。それと同時に計時手段１６へ受信信号が伝達され、計時手段１６では発信手段１２が発信信号を出力してから受信信号を受信するまでの超音波伝搬時間Ｔ１−１を計測し、超音波伝搬時間Ｔ１−１を流量演算手段１７に伝達する。

発信手段１２は再度命令を受けた後に切替え手段１３に送信信号を出力し、切替え手段１３は第２流路４の下流側振動子９へ送信信号を伝達して、下流側振動子９から発信された送信信号は流路管内の流体を伝搬し、上流側振動子８で受信され計時手段１６によって超音波伝搬時間Ｔ１−２が計測される。

同様にして、第Ｎ流路５まで送信側振動子を送信方向の上流、下流を切替えしながら超音波の送受信を行いＴ１−Ｎまでを流量演算手段１７に伝達する。

流量演算手段１７は、１回目計測の上流側からの超音波伝搬時間と下流側からの超音波伝搬時間の差を算出し、伝搬時間差から流体の流速と流路断面積から流量を算出する。そして、以上のような第１流路３から第Ｎ流路５までのＮ個の計測を１つの計測単位とし、以下２回目の計測単位である２回目計測は１回目計測の第１流路３の上流側振動子６とは逆側の下流側振動子７から送信信号を出力して上流側振動子６で受信する。同様にして、第Ｎ流路５まで送信側振動子を上下流切替えしながら超音波の送受信を行いＴ２−Ｎまで
計測する。

以上のような計測単位をｍ回目計測まで第１流路３の送信側超音波振動子の上下流を切替えながら実施して、それぞれの超音波伝搬時間を計測した後、伝搬時間差を求めて流体の流量を算出する。なお、この伝搬時間差は、それぞれの計測で得られた上流から下流への超音波伝搬時間の平均と、下流から上流への超音波伝搬時間の平均との差で求めることが出来る。

以上のように、本実施の形態においては、計測流路が複数ある場合に、上下流の伝搬時間差を算出する上流からの伝搬時間と下流からの伝搬時間を異なる流路で測定することにより、従来のように単独流路の伝搬時間測定の合算より測定数を低減することとなり、省電力の計測が可能である。

また、１回の超音波送受信の次の超音波送受信は別の振動子にて行うことにより、従来のように送信時の自己振動ノイズが次の受信時に影響を及ぼすことも低減することなり、より高精度な流量計測が可能である。

また、ｍ回目計測毎に送受信の振動子を上下流切替えることにより、計測システムの伝搬時間計測バラつきで上下流の計測伝搬時間に若干の差異があった場合においても計測データが平均化されバラつきが相殺されることからより高精度な流量計測が可能となる。

（実施の形態３）
実施の形態３について、図４と図５を用いて説明する。図４において、流体（被計測流体）の入口部２１と出口部２２の間に流路断面積が同一の流路（第１流路２３、第２流路２４、・・・第Ｎ流路２５）が配置され、それぞれの流路は超音波送受信のための上流側振動子２６、２８、３０と下流側振動子２７、２９、３１が取り付けられている。

また、発信手段３２は切替え手段３３へ超音波の送信信号の出力を行い、切替え手段３３は複数ある超音波振動子のいずれか１つの振動子を送信側の振動子として選択し、選択された振動子に送信信号を出力する。一方、切替え手段３３は送信側として選択した振動子に対応する振動子を受信側の振動子として選択し、選択した振動子が受信した受信信号を受信手段３４へ伝達する。

受信手段３４は、切替え手段１３で受信側として選択された振動子で受信した信号の増幅を行い、繰り返し手段３５は、受信手段３４が受信した後、再度超音波を発信するよう遅延手段３６へ伝達する。そして、遅延手段３６は、受信信号が遅延対象かどうかを繰り返し手段３５の繰り返し発信回数で判定して、遅延対象ならば一定時間遅延させたあと発信手段３２へ命令し、遅延対象でなければ即時発信するよう発信手段３２へ命令する。

次に、計時手段１６は、受信手段３４で増幅された受信信号に基づき、発信手段３２の信号発振から受信信号の受信までの時間を超音波伝搬時間として計測し、流量演算手段３８は、計時手段３７で計測された超音波伝搬時間を用い流路断面積や流れの状態を考慮し流量値を演算する。

次に、図５を用いて、超音波信号の送受信の手順と超音波伝搬時間の測定方法を説明する。

図５において、第１流路２３の上流側振動子２６から発信された超音波信号が送信信号１８で、送信信号１８が流路管内の流体を伝搬し下流側振動子２７で受信した超音波信号が受信信号１９となり、その送信から受信までの時間が超音波伝搬時間Ｔ１−１となる。
また、第１流路２３の受信信号１９を伝達された繰り返し手段３５は現在の繰り返し発信回数１回を遅延手段３６に伝達し、遅延手段３６は１回目の繰り返しは遅延対象外と判定して即時発信するよう発信手段３２へ伝達する。

次に、第２流路２４の下流側振動子２９から超音波が送信されてから上流側振動子２８で受信されるまでの時間が超音波伝搬時間Ｔ１−２となる。同様に、第Ｎ流路２５まで超音波の送受信を行い第１流路２３から第Ｎ流路２５までのＮ回の超音波送受信を１回目計測とする。この第１流路２３から第Ｎ流路２５までのＮ回の計測を１つの計測単位と呼ぶ。

そして、繰り返し手段３５は、１回目計測の最後の受信の後、繰り返し発信回数Ｎ回を遅延手段３６に伝達し、遅延手段３６は、Ｎ回目の繰り返しは遅延対象と判定してあらかじめ設定された遅延時間ｔｄだけ待機した後、次の計測単位として第１流路２３から超音波送受信を開始して第Ｎ流路２５までの超音波送受信を行う。この計測が２回目計測となり、２回目計測になると繰り返し手段３５の繰り返し発信回数はリセットされる。振動子から超音波が送信されると自己振動ノイズ２０が残響として残る。

以上のように構成された超音波流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。

ここで、まず、１回目計測を開始するため発信手段３２から切替え手段３３へ送信信号を出力し、切替え手段３３で第１流路２３の上流側振動子２６へ送信信号が伝達される。上流側振動子２６から発信された送信信号１８は流路管内の流体を伝搬し、下流側振動子２７で受信信号１９として受信される。

受信された受信信号は受信手段３４で増幅された後、繰り返し手段３５へ伝達され、繰り返し手段３５は遅延手段３６に再度送信信号を発信するよう伝達し、遅延手段３６は１回目の繰り返しは遅延対象外と判定して即時発信するよう発信手段３２へ伝達する。

受信信号は計時手段３７へ伝達され、計時手段３７では発信手段３２が発信信号を出力してから受信信号を受信するまでの超音波伝搬時間Ｔ１−１を計測し、超音波伝搬時間Ｔ１−１を流量演算手段３８に伝達する。

発信手段３２は、再度命令を受けた後切替え手段３３に送信信号を出力し、切替え手段３３は第２流路２４の下流側振動子２９へ送信信号を伝達して、下流側振動子２９から発信された送信信号は流路管内の流体を伝搬し、上流側振動子２８で受信され計時手段３７によって超音波伝搬時間Ｔ１−２が計測される。

同様に、第Ｎ流路５まで送信側振動子を送信方向の上流、下流を切替えしながら超音波の送受信を行いＴ１−Ｎまでを流量演算手段１７に伝達する。そして、流量演算手段１７は、１回目計測の上流側からの超音波伝搬時間と下流側からの超音波伝搬時間の差である伝搬時間差を実施の形態１と同様の方法で算出し、この伝搬時間差から流体の流速と流路体積から流量を算出する。

１回目計測の最後の受信の後繰り返し手段３５は繰り返し発信回数Ｎ回を遅延手段３６に伝達し、遅延手段３６はＮ回目の繰り返しは遅延対象と判定してあらかじめ設定された遅延時間ｔｄだけ待機した後、２回目計測の第１流路２３から超音波送受信を開始して第Ｎ流路２５までの超音波送受信を行い２回目計測とし実施する。２回目計測になると繰り返し手段３５の繰り返し発信回数はリセットされる。

以上のように、本実施の形態においては、計測流路が複数ある場合に、上下流の伝搬時間差を算出する上流からの伝搬時間と下流からの伝搬時間を別の流路で測定することにより、従来のように単独流路の伝搬時間測定の合算より測定数を低減することとなり、省電力の計測が可能である。

また、１回の超音波送受信の次の超音波送受信は別の振動子にて行うことにより、従来のように送信時の自己振動ノイズが次の受信時に影響を及ぼすことも低減することより、万が一１回目計測の送信時自己振動ノイズが２回目計測の受信に影響及ぼす場合であっても遅延時間により自己振動ノイズを減衰させることができ、より高精度な流量計測が可能である。

また、被計測流体の変動が少ない場合に計測頻度を低減することにより、省電力の計測が可能である。

（実施の形態４）
実施の形態４について、図４と図６を用いて説明する。なお、実施の形態３と異なるのは、切替え手段の動作、及び、遅延のタイミングとそれに伴う計測方法であり、以下、図６を用いて、超音波信号の送受信の手順と超音波伝搬時間の測定方法を説明する。

図６において、第１流路２３の上流側振動子２６から発信された超音波信号が送信信号１８で、送信信号１８が流路管内の流体を伝搬し下流側振動子２７で受信した超音波信号が受信信号１９となり、その送信から受信までの時間が超音波伝搬時間Ｔ１−１−１となる。また、第１流路２３の受信信号１９を伝達された繰り返し手段３５は現在の繰り返し発信回数１回を遅延手段３６に伝達し、遅延手段３６は１回目の繰り返しは遅延対象外と判定して即時発信するよう発信手段３２へ伝達する。

次に、第２流路２４の下流側振動子２９から超音波が送信され上流側振動子２８で受信しその時間が超音波伝搬時間Ｔ１−１−２となる。同様に第Ｎ流路２５まで超音波の送受信を行い第１流路２３から第Ｎ流路２５までの超音波送受信を１回目計測とする。

同様に、ｍ回目計測まで測定し、１回目計測からｍ回目計測、即ち、ｍ個の計測単位を１セット目とする。１セット目のｍ回目計測の最後の受信の後繰り返し手段３５は繰り返し発信回数Ｎ×ｍ回を遅延手段３６に伝達し、遅延手段３６はＮ×ｍ回目の繰り返しは遅延対象と判定してあらかじめ設定された遅延時間ｔｄ待機した後、２セット目の１回目計測の第１流路２３から超音波送受信を開始してｍ回目計測まで実施する。２セット目になると繰り返し手段３５の繰り返し発信回数はリセットされる。振動子から超音波が送信されると自己振動ノイズ２０が残響として残る。

以上のように構成された超音波流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。

ここで、まず、１回目計測を開始するため発信手段３２から切替え手段３３へ送信信号を出力し、切替え手段３３で第１流路２３の上流側振動子２６へ送信信号が伝達される。上流側振動子２６から発信された送信信号１８は流路管内の流体を伝搬し、下流側振動子２７で受信信号１９として受信される。

受信された受信信号は受信手段３４で増幅された後、繰り返し手段３５へ伝達され、繰り返し手段３５は遅延手段３６に再度送信信号を発信するよう伝達し、遅延手段３６は１回目の繰り返しは遅延対象外と判定して即時発信するよう発信手段３２へ伝達する。

受信信号は計時手段３７へ伝達され、計時手段３７では発信手段３２が発信信号を出力してから受信信号を受信するまでの超音波伝搬時間Ｔ１−１を計測し、超音波伝搬時間Ｔ１−１を流量演算手段３８に伝達する。

発信手段３２は、再度命令を受けた後切替え手段３３に送信信号を出力し、切替え手段３３は第２流路２４の下流側振動子２９へ送信信号を伝達して、下流側振動子２９から発信された送信信号は流路管内の流体を伝搬し、上流側振動子２８で受信され計時手段３７によって超音波伝搬時間Ｔ１−２が計測される。

同様に、第Ｎ流路５まで送信側振動子を送信方向の上流、下流を切替えしながら超音波の送受信を行いＴ１−Ｎまでを流量演算手段１７に伝達する。流量演算手段１７は１回目計測の上流側からの超音波伝搬時間と下流側からの超音波伝搬時間の差である伝搬時間差を実施の形態１と同様の方法で算出し、この伝搬時間差から流体の流速と流路体積から流量を算出する。

同様に、ｍ回目計測まで測定し、この１回目計測からｍ回目計測、即ち、ｍ個の計測単位を１セット目とする。１セット目のｍ回目計測の最後の受信の後繰り返し手段３５は繰り返し発信回数Ｎ×ｍ回を遅延手段３６に伝達し、遅延手段３６はＮ×ｍ回目の繰り返しは遅延対象と判定してあらかじめ設定された遅延時間ｔｄだけ待機した後、２セット目の１回目計測の第１流路２３から超音波送受信を開始してｍ回目計測まで実施する。２セット目になると繰り返し手段３５の繰り返し発信回数はリセットされる。

以上のように、本実施の形態においては、計測流路が複数ある場合に、上下流の伝搬時間差を算出する上流からの伝搬時間と下流からの伝搬時間を異なる流路で測定することにより、従来のように単独流路の伝搬時間測定の合算より測定数を低減することとなり、省電力の計測が可能である。

また、１回の超音波送受信の次の超音波送受信は別の振動子にて行うことにより、従来のように送信時の自己振動ノイズが次の受信時に影響を及ぼすことも低減することより、より高精度な流量計測が可能である。

また、被計測流体の変動が少ない場合に計測頻度を低減することにより、省電力の計測が可能である。

以上のように、本発明にかかる音波流量計測装置は、複数の計測流路を用いる流量計測において消費電力を低減することができるので、大流量の流量計測の用途にも適用できる。

１，２１ 入口部
２，２２ 出口部
３，２３ 第１流路（計測流路）
４，２４ 第２流路（計測流路）
５，２５ 第Ｎ流路（計測流路）
６，８，１０，２６，２８，３０ 上流側振動子（振動子）
７，９，１１，２７，２９，３１ 下流側振動子（振動子）
１２，３２ 発信手段
１４，３４ 受信手段
１３，３３ 切替え手段
１５，３５ 繰り返し手段
１６，３７ 計時手段
１７，３８ 流量演算手段

Claims (5)

1. 被計測流体の入口部及び出口部と、
   前記入口部と出口部の間に配置された流路断面積が同一の複数の流路と、
   前記複数の複数の流路のそれぞれの上流と下流に対として配置された超音波を送受信する振動子と、前記振動子を振動させるための発信手段と、
   前記振動子の振動を検知するための受信手段と、
   前記複数の流路の内の１つの流路を選択し、選択した流路に配置された前記振動子の対と前記発信手段と前記受信手段との接続を切替えることでその送受信を切替える切替え手段と、
   前記振動子間の超音波伝搬時間を測定する計時手段と、
   前記計時手段によって測定された超音波伝搬時間から流量を算出する流量演算手段と、を備え、
   前記切替え手段は、選択した流路における超音波の送信方向が上流から下流方向又は下流から上流方向の一方向となり、かつ、前記流路の選択毎に超音波の送信方向が交互に切替わるように前記振動子を選択する構成とし、
   前記切替え手段で前記複数の流路を１つづつ選択しながら、選択した流路の対となった振動子の一方の振動子から送信し、他方の振動子で受信して前記計時手段で伝搬時間を測定する動作を全ての流路で行うことを特徴とする超音波流量計測装置。
2. 前記切替え手段は、前記流路の全てにおける送受信を１回の計測単位として複数回繰り返し行うとき、計測単位毎に最初の超音波の送信方向を上流から下流方向または下流から上流方向のどちらか同じ方向になるように振動子を選択する構成とした請求項１に記載の超音波流量計測装置。
3. 前記切替え手段は、前記流路の全てにおける送受信を１回の計測単位として複数回繰り返し行うとき、計測単位毎に最初の超音波の送信方向を上流から下流方向と下流から上流方向とが交互に切替わるように振動子を選択する構成とした請求項１に記載の超音波流量計測装置。
4. 前記計測単位を複数回繰り返して行う際に、１つの計測単位の計測終了後に、一定時間遅延させて次の計測単位の計測を開始する構成とした請求項２または３に記載の超音波流量
   計測装置。
5. 前記計測単位の複数回の繰り返しを１つの計測セットとして計測を行うと共に、前記計測セット間に所定の遅延時間を設ける構成とした請求項２〜４のいずれか１項に記載の超音波流量計測装置。

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