JP6454600B2

JP6454600B2 - 超音波流量スイッチ

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Publication number: JP6454600B2
Application number: JP2015099223A
Authority: JP
Inventors: 要石川; 智紀花田
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: JP2016217737A

Description

本発明は、超音波流量スイッチに関する。

超音波により配管内を流れる流体の流量を測定する超音波流量計がある。特許文献１に記載される超音波式流量計はセンサ部を有する。センサ部が配管に取り付けられ、センサ部から配管内の流体に超音波が送信される。流体内を伝播した超音波がセンサ部に受信される。超音波が流体内を伝播する時間に基づいて配管内を流れる流体の流量が算出される。

特開２００１−３５６０３２号公報

上記の超音波流量計において、超音波の送信から受信までに要する時間は、配管の径および材質、流体中の音速、流体の温度、密度および動粘性等によって異なる。そのため、配管および流体に関する多種のパラメータを設定することにより、精度良く流体の流量を算出することが可能となる。しかしながら、設定されるパラメータの数が多いと、設定操作が煩雑になる。また、算出される流量に誤差があることが判明した場合に、いずれのパラメータに誤差の要因があるのかを特定することが困難になり、かつ該当のパラメータを修正するために煩雑な操作が必要となる。

一方、工場内の設備の稼働状態を管理する場合のように、配管内を流れる流体の正確な流量の値は必要ではなく配管内に一定値以上の流量で流体が流れているか否かを検出すればよい場合がある。このような場合には、流量計ではなくオンオフ信号を出力する流量スイッチを用いることができる。流量スイッチには、簡単な設定操作で使用可能であることが求められる。

本発明の目的は、簡単な設定操作で使用可能な流量スイッチを提供することである。

（１）本発明に係る超音波流量スイッチは、配管内を流れる流体の流量に基づくオンオフ信号を出力する超音波流量スイッチであって、配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも送信を行う第１の超音波素子と、配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも受信を行う第２の超音波素子と、第１および第２の超音波素子を配管の外面に一体的または個別に着脱可能に固定する固定具と、第１および第２の超音波素子のうち少なくとも一方の出力信号に基づいて、配管内の流体の流量を基本流量として算出する第１の算出部と、第１の算出部により算出される基本流量を調整するための流量調整値を受け付ける調整部と、第１の算出部により算出された基本流量および調整部により受け付けられた流量調整値に基づいて補正流量を算出する第２の算出部と、調整部による流量調整値の受け付け前に第１の算出部により算出された基本流量を表示し、調整部による流量調整値の受け付け後に第２の算出部により算出された補正流量を表示する表示部と、第２の算出部により算出された補正流量と予め定められた流量しきい値とに基づいてオンオフ信号を出力する出力部とを備える。

この超音波流量スイッチにおいては、固定具によって第１および第２の超音波素子が配管の外面に固定され、第１および第２の超音波素子の間で配管内の流体を通して超音波の送信および受信が行われる。第１および第２の超音波素子の少なくとも一方の出力信号に基づいて基本流量が算出される。また、基本流量を調整するための流量調整値が調整部により受け付けられ、基本流量および流量調整値に基づいて補正流量が算出される。算出された補正流量と予め定められた流量しきい値とに基づいてオンオフ信号が出力される。

このような構成により、流量調整値を用いて基本流量を適切な補正流量に調整することができる。それにより、設定すべきパラメータの数を抑制することができる。したがって、簡単な設定操作で超音波流量スイッチを使用することが可能となる。

また、流量調整値の受け付け前には表示部により基本流量が表示され、調整部による流量調整値の受け付け後には表示部により補正流量が表示される。それにより、使用者は、表示部による表示を見ながら、流量調整値の設定操作を容易にかつ適切に行うことができる。

（２）流量調整値は、基本流量に対する比率であり、第２の算出部は、第１の算出部により算出された基本流量に調整部により受け付けられた比率を乗算することにより補正流量を算出してもよい。この場合、使用者は、流量調整値の設定操作を直感的に行うことができる。

（３）流量調整値は、配管の外径、配管の厚み、および流体の特性に関するパラメータのうち、少なくとも２つのパラメータに基づいて予め定められた値であってもよい。この場合、使用者は、流量調整値を容易にかつ適切に定めることができる。

（４）超音波流量スイッチは、第１または第２の設定モードで配管および流体の少なくとも一方に関する入力情報を受け付ける入力部をさらに備え、第１の算出部は、出力信号および入力部により受け付けられた入力情報に基づいて基本流量を算出し、入力部は、第１の設定モードにおいて、配管の寸法に関する配管情報のみを入力情報として受け付け、第２の設定モードにおいて、配管情報以外の配管または流体に関するパラメータを含む詳細情報を入力情報として受け付けてもよい。

この場合、第１の設定モードでは簡易的に入力情報を設定することができ、第２の設定モードでは詳細に入力情報を設定することができる。いずれの設定モードで入力情報が設定された場合でも、流量調整値によって誤差を容易に修正することができる。

（５）出力部は、第１および第２の出力部を含み、しきい値は、第１および第２のしきい値を含み、第１の出力部は、算出された補正流量および第１のしきい値に基づいてオンオフ信号を出力し、第２の出力部は、算出された補正流量および第２のしきい値に基づいてオンオフ信号を出力してもよい。

この場合、第１のしきい値に基づくオンオフ信号および第２のしきい値に基づくオンオフ信号がそれぞれ出力される。これらのオンオフ信号に基づいて外部装置の多様な制御が可能となる。

本発明によれば、簡単な設定操作で超音波流量スイッチを使用することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る流量スイッチの外観斜視図である。図１の流量スイッチの内部構成を示す模式的縦断面図である。流量スイッチの制御系を示すブロック図である。センサ部の平面図である。流量調整値の決定方法について説明するための図である。流量調整値の決定方法について説明するための図である。流量調整値の設定画面の例を示す図である。配管情報の設定画面の例を示す図である。流量調整処理の一例を示すフローチャートである。

［１］超音波流量スイッチの概略構成
以下、本発明の一実施の形態に係る超音波流量スイッチ（以下、流量スイッチと略記する。）について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る流量スイッチの外観斜視図である。図２は、図１の流量スイッチ１の内部構成を示す模式的縦断面図である。図１に示すように、流量スイッチ１は、クランプ部１００およびセンサ部４００により構成される。

クランプ部１００は、上クランプ部材２００および下クランプ部材３００を含む。上クランプ部材２００および下クランプ部材３００が配管２を挟み込むように配置される。この状態で、クランプ部１００が配管２の外周面に取り付けられる。図１および図２の例では、配管２の内径はｄである。本実施の形態においては、センサ部４００は、２個のセンサ固定ねじ４１０により上クランプ部材２００に着脱可能に固定される。

図２に示すように、センサ部４００は、筐体部５００、結合部６００、超音波制御機構７００および電子回路部８００を含む。筐体部５００は、上筐体部５１０、下筐体部５２０および経路部材５３０を含む。上筐体部５１０は、透明部材により形成された窓部５１１を上面に有する。下筐体部５２０の上部に上筐体部５１０が取り付けられるとともに、下筐体部５２０の下部に経路部材５３０が取り付けられる。これにより、筐体部５００の内部に水および油等の液体が浸入不可能な空間が形成される。

結合部６００は、固体の音響カプラント６１０を含む。音響カプラント６１０は、筐体部５００の経路部材５３０と配管２との間に位置するように、図示しない保持部材により下筐体部５２０に保持される。

筐体部５００の内部に超音波制御機構７００が収容される。超音波制御機構７００は、２個の超音波素子７１０，７２０、超音波遮蔽板７３０および２個の充填部材７４０，７５０を含む。超音波素子７１０は、配管２に対して所定の角度を成すように配置され、音響接合剤７１１を介して経路部材５３０に接合される。同様に、超音波素子７２０は、配管２に対して所定の角度を成すように配置され、音響接合剤７２１を介して経路部材５３０に接合される。

経路部材５３０のうち超音波素子７１０，７２０の間の部分が分断されるように、超音波遮蔽板７３０が設けられる。充填部材７４０，７５０は互いに異なる部材により形成される。充填部材７４０は、超音波素子７１０，７２０の周囲を取り囲むように配置される。充填部材７５０は、充填部材７４０の上方に配置される。

電子回路部８００は、主基板８１０、副基板８２０、コネクタ８３０および表示灯８４０を含む。主基板８１０は、超音波素子７１０，７２０、副基板８２０、コネクタ８３０および表示灯８４０に電気的に接続される。主基板８１０には、主として制御部８１１および記憶部８１２が設けられる。

制御部８１１は例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。制御部８１１は、コネクタ８３０およびケーブル３を通して流量スイッチ１の外部装置に接続される。それにより、外部装置の電源から主基板８１０および副基板８２０に電力が供給される。外部装置は、例えばパーソナルコンピュータまたはプログラマブルロジックコントローラである。記憶部８１２は、不揮発性メモリまたはハードディスク等の記録媒体を含む。記憶部８１２には、流量スイッチ１を動作させるための種々のデータおよびプログラムが記憶される。

副基板８２０には、主として表示部８２１および操作部８２２が設けられる。主基板８１０および副基板８２０は、筐体部５００の内部に収容される。表示部８２１は、１４セグメントＬＥＤ（発光ダイオード）パネルを含む。なお、表示部８２１は、１４セグメントＬＥＤパネルに代えて、７セグメントＬＥＤパネル、液晶表示器またはドットマトリクス表示器のいずれかを含んでもよい。操作部８２２は、複数のボタンを含み、筐体部５００の上方から操作可能に構成される。複数のボタンの詳細は後述する。コネクタ８３０は、１または複数の入出力端子を含む。表示灯８４０は、１または複数のＬＥＤを含む。コネクタ８３０および表示灯８４０は、筐体部５００の上筐体部５１０の上面に設けられる。

図３は、流量スイッチ１の制御系を示すブロック図である。図３に示すように、主基板８１０には、上記の制御部８１１および記憶部８１２に加えて送受信切替回路８１３、送信部８１４および受信部８１５が設けられる。

送信部８１４は、例えば信号発生回路および増幅回路を含む。また、受信部８１５は、例えばＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換回路および増幅回路を含む。送信部８１４および受信部８１５は、それぞれ送受信切替回路８１３に接続される。

送信部８１４においては、制御部８１１による制御に基づいて信号発生回路からアナログ信号が発生される。発生されたアナログ信号は、増幅回路により増幅されつつ送受信切替回路８１３に与えられる。送受信切替回路８１３は、送信部８１４から与えられるアナログ信号を超音波素子７１０，７２０に交互に与える。超音波素子７１０にアナログ信号が与えられることにより、超音波素子７１０から超音波が発生される。超音波素子７２０にアナログ信号が与えられることにより、超音波素子７２０から超音波が発生される。

図２に示すように、超音波素子７１０から発生された超音波は、経路部材５３０および音響カプラント６１０を通して入射角θで配管２内の流体に入射される。流体内を伝播する超音波は、反射角θで配管２の内面で反射される。反射された超音波は、音響カプラント６１０および経路部材５３０を通して超音波素子７２０により受信される。超音波素子７２０は受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。超音波素子７２０から出力されたアナログ信号は、図３の送受信切替回路８１３を通して受信部８１５に与えられる。

受信部８１５においては、送受信切替回路８１３から与えられたアナログ信号が増幅回路により増幅されるとともにＡ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、制御部８１１に与えられる。

一方、超音波素子７２０から発生された超音波は、経路部材５３０および音響カプラント６１０を通して入射角θで配管２内の流体に入射される。流体内を伝播する超音波は、反射角θで配管２の内面で反射される。反射された超音波は、音響カプラント６１０および経路部材５３０を通して超音波素子７１０により受信される。超音波素子７１０は受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。超音波素子７１０から出力されたアナログ信号は、図３の送受信切替回路８１３および受信部８１５を通して増幅されかつデジタル信号に変換されつつ制御部８１１に与えられる。

制御部８１１が記憶部８１２に記憶されるプログラムを実行することにより、図３に示すように、時間差測定部１１、流量算出部１２、流量調整部１２Ａ、情報設定部１３、比較判定部１４および信号出力部１５の機能が実現される。

時間差測定部１１は、受信部８１５から与えられるデジタル信号に基づいて時間差Δｔを測定する。時間差Δｔは、超音波素子７１０により発生された超音波が超音波素子７２０により受信されるまでの時間と超音波素子７２０により発生された超音波が超音波素子７１０により受信されるまでの時間との差である。流量算出部１２は、時間差測定部１１により測定された時間差Δｔに基づいて、配管２内を流れる流体の速度Ｖ_ｆを下記式（１）により算出するとともに、配管２内を流れる流体の流量Ｑを下記式（２）により算出する。

ここで、ｄは配管２の内径であり、θは超音波の入射角であり、Ｖ_ｓは流体内を伝播する超音波の速度である。Ｋは、配管２の断面内で所定の分布を有する流体の速度を平均速度に換算するための流量補正係数である。後述のように、内径ｄ、入射角θ、速度Ｖ_ｓおよび流量補正係数Ｋは、予め定められてもよく、適宜設定されてもよい。

流量調整部１２Ａは、後述の流量調整値に基づいて、流量算出部１２により算出された流量Ｑを調整する。情報設定部１３は、使用者による操作部８２２の操作に応答して、後述の流量調整値および他の種々の情報を記憶部８１２に記憶させる。また、情報設定部１３は、使用者による操作部８２２の操作に応答して流量のしきい値を記憶部８１２に記憶させる。

比較判定部１４は、算出された流量Ｑを記憶部８１２に予め記憶されたしきい値と比較し、流量Ｑがしきい値よりも大きいか否かを判定する。信号出力部１５は、比較判定部１４による判定結果に基づくオンオフ信号をコネクタ８３０およびケーブル３を通して外部装置８９０に出力する。

オンオフ信号は、例えばデジタル信号であり、流量Ｑがしきい値よりも大きい場合に、ハイレベル（またはローレベル）のオンオフ信号が出力され、流量Ｑがしきい値以下である場合に、ローレベル（またはハイレベル）のオンオフ信号が出力される。また、許容される流量Ｑの範囲の上限値および下限値に相当するしきい値が設定されてもよい。この場合、流量Ｑが上限値以下でかつ下限値以上である場合、ハイレベル（またはローレベル）のオンオフ信号が出力し、流量Ｑが上限値より大きいまたは下限値より小さい場合、ローレベル（またはハイレベル）のオンオフ信号が出力される。

表示部８２１には、上記式（１）により算出された流体の速度Ｖ_ｆ、上記式（２）により算出された流量Ｑまたは記憶部８１２に記憶されたしきい値等の種々の情報が表示される。

表示灯８４０は、比較判定部１４による判定結果を識別可能に点灯する。例えば、表示灯８４０は、流量Ｑがしきい値よりも大きい場合に点灯（または消灯）し、流量Ｑがしきい値以下である場合に消灯（または点灯）する。それにより、使用者は、流量Ｑがしきい値よりも大きいか否かを容易に識別することができる。表示灯８４０は、緑色に発光するＬＥＤおよび赤色に発光するＬＥＤを含んでもよい。この場合、表示灯８４０は、流量Ｑがしきい値よりも大きい場合に緑色（または赤色）に点灯し、流量Ｑがしきい値以下である場合に赤色（または緑色）に点灯してもよい。

［２］流量表示およびしきい値の設定
図４は、センサ部４００の平面図である。図４に示すように、使用者は、センサ部４００の上面中央に設けられる窓部５１１を通して、図２の表示部８２１に表示される情報を視認することができる。表示部８２１は、センサ部４００の幅方向に並ぶ２段の表示領域を有する。各段の表示領域においては、４つのキャラクタが表示可能である。以下の説明では、２段の表示領域のうち一方の表示領域を上段表示領域８２１ａと呼び、他方の表示領域を下段表示領域８２１ｂと呼ぶ。

流量表示のための基本画面では、上段表示領域８２１ａに、例えば図３の流量算出部１２により算出される現在の流量Ｑが示される。また、下段表示領域８２１ｂに、例えば予め設定されたしきい値が示される。図４では、現在の流量Ｑが３５．６（Ｌ／ｍｉｎ）であり、しきい値が１５．０（Ｌ／ｍｉｎ）である例が示される。

センサ部４００の長手方向において、窓部５１１に隣り合うように操作部８２２が設けられている。操作部８２２は、上ボタン１Ｓ、下ボタン２Ｓおよびモードボタン３Ｓを含む。上ボタン１Ｓ、下ボタン２Ｓおよびモードボタン３Ｓの各々は、使用者により押下操作可能に構成される。使用者は、上ボタン１Ｓ、下ボタン２Ｓおよびモードボタン３Ｓを操作することにより種々の情報を設定することができる。

例えば、使用者は、上段表示領域８２１ａおよび下段表示領域８２１ｂにそれぞれ現在の流量Ｑおよびしきい値が表示された状態で、上ボタン１Ｓを押下操作する。この場合、図３の記憶部８１２に記憶されたしきい値がより大きい値に更新され、更新されたしきい値が下段表示領域８２１ｂに表示される。一方、使用者が下ボタン２Ｓを押下操作する場合、記憶部８１２に記憶されたしきい値がより小さい値に更新され、更新されたしきい値が下段表示領域８２１ｂに表示される。

［３］流量調整値
上式（１）および（２）に表されるように、配管２内の流体の流量を算出するためには、配管２の内径ｄ、超音波の入射角θ、流体内を伝播する超音波の速度Ｖ_ｓおよび流量補正係数Ｋが必要である。通常、配管２の内径ｄは、配管２の外径および厚みから定まる。また、入射角θ、速度Ｖ_ｓおよび流量補正係数Ｋは、配管２の材質、流体中の音速、ならびに流体の温度、密度および動粘性等の配管２および流体の特性に関する多種のパラメータによって定まる。

本実施の形態では、配管２および流体の特性に関する標準状態が予め定められる。その標準状態に対応するように、内径ｄ、入射角θ、速度Ｖ_ｓおよび流量補正係数Ｋが決定され、初期情報として図３の記憶部８１２に予め記憶される。

図３の流量算出部１２は、初期情報に基づいて配管２内の流体の流量を基本流量として算出する。基本流量は、配管２および流体の特性が標準状態である場合の流量である。実際の配管２および流体の特性が標準状態と異なる場合には、実際の流量が基本流量と異なる。そこで、流量調整部１２Ａが、流量調整値に基づいて基本流量を補正することにより、補正流量を算出する。比較判定部１４は、補正流量をしきい値と比較する。本例において、流量調整値は、基本流量に対する補正流量の比率である。流量調整値は、これに限定されず、基本流量と補正流量との関係を表す他の数値であってもよい。

図５および図６は、流量調整値の決定方法について説明するための図である。図５には、配管２の呼び径および厚み、ならびに流体の種類の組み合わせと、流量調整値との関係を表す表が示される。呼び径とは、配管２の外径の表示として一般的に用いられ、ミリ単位のＡ呼称またはインチ単位のＢ呼称がある。図５の例では、呼び径がＡ呼称で表される。呼び径は、ＪＩＳ規格等によって定められる。なお、呼び径（Ａ呼称またはＢ呼称）としてのミリ単位またはインチ単位の数値は、実際の寸法を表すミリ単位またはインチ単位の数値とは一致しない。

また、図５の例では、配管２の厚みがＳＧＰ値またはスケジュール番号で表される。ＳＧＰ値とは、配管２がＳＧＰ（配管用炭素鋼鋼管）である場合の配管２の厚みであり、規格によって呼び径毎に定められる。スケジュール番号は、ＪＩＳ規格等によって定められ、配管２の厚みの表示として一般的に用いられる。

本例では、配管２の呼び径が８Ａまたは１０Ａであり、配管２の厚みがＳＧＰ値であり、かつ流体が純水であることが標準状態として予め定められる。そのため、当該条件では、流量調整値が１．００である。配管２の呼び径および厚み、ならびに流体の種類の各組み合わせに対応する流量調整値は、実験、計算またはシミュレーション等により予め定められる。

図５の表は、ウェブまたは紙媒体等を介して使用者に提示される。使用者は、本表を参照して実際の配管２および流体に対応する流量調整値を決定し、その流量調整値が設定されるように図４の操作部８２２を操作する。例えば、配管２の呼び径が８Ａであり、配管の厚みがＳｃｈ．４０であり、流体の種類が油である場合、流量調整値が０．８７に設定される。このようにして、実際の配管２および流体の特性に準じた流量が補正流量として得られる。

図６には、流量調整値を決定するためのアプリの画面ＡＤが示される。画面ＡＤは、パーソナルコンピュータまたは携帯型端末等の表示部上に表示される。図６の画面ＡＤは、呼び径入力部Ｇ１、厚み入力部Ｇ２、流体種類入力部Ｇ３および流量調整値表示部Ｇ４を含む。使用者は、呼び径入力部Ｇ１、厚み入力部Ｇ２および流体種類入力部Ｇ３において、実際の配管２の呼び径および厚みならびに流体の種類をプルダウンリストからそれぞれ選択する。選択された配管２の呼び径および厚みならびに流体の種類に対応する流量調整値が、流量調整値表示部Ｇ４に表示される。なお、呼び径および厚みが選択的ではなく直接的に入力可能であってもよい。使用者は、表示された流量調整値が設定されるように図４の操作部８２２を操作する。これにより、実際の配管２および流体の特性に準じた流量が補正流量として得られる。

流量調整値の決定方法は、図５および図６の例に限らない。例えば、流量調整値を算出するための数式が使用者に提示され、その数式を用いて、自動的にまたは使用者によって流量調整値が算出されてもよい。あるいは、精度の高い他の計測装置（マスタメータ）により配管２内の流体の流量が計測され、補正流量がその計測値と一致するまたは近づくように、流量調整値が設定されてもよい。

流量調整値の設定操作について説明する。図７は、流量調整値の設定画面の例を示す図である。図７の例では、下段表示領域８２１ｂに、流量調整値が表示され、上段表示領域８２１ａに、補正流量が表示される。図７（ａ）の例では、流量調整値が１．０であり、補正流量が基本流量と等しい。例えば、上ボタン１Ｓまたは下ボタン２Ｓが押下されることにより、流量調整値が変化される。図７（ｂ）の例では、流量調整値が１．２である。それにより、表示される補正流量は、基本流量に１．２が乗算された値となる。また、図７（ｃ）の例では、流量調整値が０．９５である。それにより、表示される補正流量は、基本流量に０．９５が乗算された値となる。このように、下段表示領域８２１ｂに表示される流量調整値が変更されると、上段表示領域８２１ａに表示される補正流量が適宜更新される。それにより、使用者は、補正流量を確認しながら流量調整値の設定操作を容易にかつ適切に行うことができる。

［４］入力情報
図３の情報設定部１３は、配管２および流体の少なくとも一方に関する入力情報を設定し、流量算出部１２は、設定された入力情報に基づいて、基本流量を算出してもよい。入力情報の設定は、例えば、工場からの出荷後であって最初の電源投入時、または設定を初期化するための所定の操作の実行時に行われる。入力情報は、例えば、以下の簡易設定モードまたは詳細設定モードで設定される。

［４−１］簡易設定モード
簡易設定モードでは、配管２の寸法に関する情報（以下、配管情報と呼ぶ。）のみが設定される。配管情報は、例えば、配管２の外径のみ、配管２の厚みのみ、または配管２の外径および配管２の厚みのみである。

一般的な配管２の寸法は、規格によって複数の種類に定められている。そのため、配管２の外径および厚みのうちの少なくとも一方が特定されると、規格に基づいて配管２の内径が特定される。

流量スイッチ１の使用の対象となる配管２の材料および流体の種類はほぼ一定である。例えば、対象となる配管の材料は炭素鋼であり、対象となる流体は純水である。そこで、対象となる配管２の材料および流体の特性が予め特定される。その配管２および流体の特性に対応する入射角θ、速度Ｖ_ｓおよび流量補正係数Ｋが、初期情報として図３の記憶部８１２に予め記憶される。

簡易設定モードで配管情報が設定された場合、その配管情報および予め記憶される初期情報に基づいて、流体の流量を算出することができる。それにより、専門の知識および煩雑な操作を必要とせず、簡単な設定操作で入力情報を設定することができる。配管２の外径および厚みの両方が設定される場合には、配管２の外径のみまたは配管２の厚みのみが設定される場合に比べて、流体の流量の算出精度が高まる。

図８は、配管情報の設定画面の例を示す図である。図８（ａ）の例は、配管２の外径の設定画面であり、上段表示領域８２１ａに配管２の呼び径（Ｂ呼称）が表示される。配管２の外径は、Ａ呼称の呼び径で表示されてもよく、実際の寸法を表すミリ単位またはインチ単位の数値で表示されてもよい。図８（ｂ）の例は、配管２の厚みの設定画面であり、下段表示領域８２１ｂに配管２の厚みを表すスケジュール番号が表示される。配管２の厚みは、実際の寸法を表すミリ単位またはインチ単位の数値等で表示されてもよい。

配管情報が配管２の外径のみである場合、例えば、図８（ａ）の設定画面上で配管情報が設定される。また、配管情報が配管２の厚みのみである場合、例えば、図８（ｂ）の設定画面上で配管情報が設定される。また、配管情報が配管２の外径および厚みのみである場合、例えば、図８（ａ）および図８（ｂ）の設定画面が順に表示され、それらの設定画面上で配管情報が設定される。

配管２の外径、配管２の厚み、または配管２の外径および厚みとして、予め複数の条件が図３の記憶部８１２に記憶され、その複数の条件のうち一の条件が選択されることにより配管情報が設定されてもよい。あるいは、配管２の外径または厚みを表す数値等が直接入力されることによって配管情報が設定されてもよい。

［４−２］詳細設定モード
詳細設定モードでは、上記の配管情報以外の配管２および流体の特性に関する情報が詳細情報として設定される。詳細情報は、例えば、配管２の材料または流体の種類を含む。また、詳細情報は、流体中の音速、ならびに流体の温度、密度および動粘性等を含んでもよい。この場合、実際の配管２の材料が初期情報に対応する配管２の材料と異なる場合、または実際の流体の種類が初期情報に対応する流体の種類と異なる場合でも、詳細情報に基づいて、流体の流量を精度良く算出することができる。したがって、多様な状況で流量スイッチ１を使用することが可能となる。

簡易設定モードまたは詳細設定モードで設定された入力情報に基づいて、基本流量が算出される。基本流量が実際の流量と異なる場合には、流量調整値が設定され、補正流量が算出される。例えば、マスタメータによる配管２内の流体の流量の計測値が、流量スイッチ１により算出される基本流量と異なる場合、補正流量がマスタメータによる計測値と一致するまたは近づくように、流量調整値が設定される。これにより、オンオフ信号の精度が高められる。

基本流量が実際の流量と異なる原因として、流量の算出に用いられるいずれかのパラメータに誤りがあることが考えられる。しかしながら、誤ったパラメータを特定することは困難であり、仮に特定することができても、誤差を修正するために煩雑な計算および操作が必要となる。そこで、流量調整値に基づいて補正流量が算出されることにより、簡単な操作で流量の誤差を適宜修正することができる。

なお、上記の簡易設定モードおよび詳細設定モードの少なくとも一方において、入力情報として複数の設定項目に関する情報が設定される場合には、それらの設定項目にそれぞれ対応する複数の設定画面が順に表示され、各設定画面上で対応する情報が受け付けられることが好ましい。例えば、簡易設定モードにおいて配管２の外径および厚みが配管情報として設定され、かつ詳細設定モードにおいて配管の材料および流体の種類が詳細情報として設定される。その場合、配管２の外径の設定画面（図８（ａ）参照）および配管２の厚みの設定画面（図８（ｂ）参照）が順に表示され、配管２の外径および厚みが順に受け付けられる。続いて、配管２の材料の設定画面および流体の種類の設定画面が順に表示され、配管２の材料および流体の種類が順に受け付けられる。このように、複数の情報が順に受け付けられることにより、使用者が設定項目の選択等を行う必要がない。したがって、使用者は、順に表示される設定画面を見ながら各設定のための操作を容易に行うことができる。

また、本例では、入力情報を設定するための設定モードとして簡易設定モードおよび詳細設定モードがあるが、設定モードが簡易設定モードおよび詳細モードの一方のみであってもよい。例えば、対象とする配管２および流体が一定である場合には、設定モードが簡易設定モードのみであってもよい。一方、対象とする配管２および流体が様々である場合には、設定モードが詳細設定モードのみであってもよい。この場合、詳細情報として、配管２の寸法および他の種々のパラメータが設定される。

［５］流量調整処理
図３の制御部８１１は、予め記憶部８１２に記憶された制御プログラムに基づいて、流量調整処理を行う。図９は、流量調整処理の一例を示すフローチャートである。図９の流量調整処理は、一定周期で繰り返し実行される。

図９に示すように、まず、流量算出部１２は、記憶部８１２に記憶される初期情報に基づいて、または初期情報および設定される入力情報に基づいて、基本流量を算出する（ステップＳ１）。次に、情報設定部１３は、流量調整値の設定の指示があるか否かを判定する（ステップＳ２）。例えば、図４のモードボタン３Ｓが所定の回数押下されることにより、流量調整値の設定が指示される。

流量調整値の設定の指示がない場合、流量調整処理が終了される。一方、流量調整値の設定の指示がある場合、情報設定部１３は、流量調整値の設定画面（図７参照）を表示部８２１に表示させる（ステップＳ３）。次に、情報設定部１３は、流量調整値の設定の終了の指示があるか否かを判定する（ステップＳ４）。例えば、流量調整値の設定画面が表示される状態で、図４のモードボタン３Ｓが押下されることにより、流量調整値の設定の終了が指示される。

流量調整値の設定の終了の指示がない場合、情報設定部１３は、流量調整値が変更されたか否かを判定する（ステップＳ５）。例えば、図４の上ボタン１Ｓまたは下ボタン２Ｓが押下されることにより、流量調整値が変更される。流量調整値が変更されていない場合、情報設定部１３は、ステップＳ４に戻る。流量調整値が変更された場合、情報設定部１３は、変更された流量調整値を受け付ける（ステップＳ６）。次に、流量調整部１２Ａは、ステップＳ１で算出された基本流量およびステップＳ６で受け付けられた基本流量に基づいて、補正流量を算出する（ステップＳ７）。次に、情報設定部１３は、表示部８２１に表示される補正流量を算出された値に更新する（ステップＳ８）。その後、情報設定部１３は、ステップＳ４に戻る。

ステップＳ４において、流量調整値の設定の終了の指示がある場合、情報設定部１３は、流量調整値の設定画面の表示を停止し（ステップＳ５）、流量調整処理を終了する。この場合、表示部８２１の表示が図４の基本画面に切り替わる。

［６］効果
本実施の形態に係る流量スイッチ１においては、流量調整値を用いて基本流量を適切な補正流量に調整することができる。それにより、設定すべきパラメータの数を抑制することができ、簡単な設定操作で流量スイッチ１を使用することが可能となる。

また、基本流量と実際の流量との間に誤差があっても、流量調整値に基づいてその誤差を修正することができる。この場合、使用者は、基本流量の誤差の原因となるパラメータの特定、および該当するパラメータの修正等を行うことなく、誤差を修正することができる。したがって、誤差の修正のための使用者の負担が軽減される。

また、流量調整値の設定時には、流量設定値の変更に応じて補正流量の表示が適宜更新される。それにより、使用者は、表示される補正流量を確認しながら、流量設定値の設定操作を容易にかつ適切に行うことができる。

[７]他の実施の形態
（１）上記実施の形態では、入力情報とは個別に流量調整値が設定されるが、流量調整値が入力情報として設定されてもよい。例えば、詳細情報が流量調整値を含み、配管２および流体の特性に関する他のパラメータとともに流量設定値が設定されてもよい。

（２）上記実施の形態では、信号出力部１５が１つのオンオフ信号のみを出力するが、本発明はこれに限らず、信号出力部１５が複数のオンオフ信号を出力してもよい。例えば、算出された流量が、複数のしきい値の各々と比較され、その比較結果に基づいて、複数のしきい値に対応する複数のオンオフ信号が出力される。この場合、複数のオンオフ信号に基づいて、外部装置の多様な制御が可能となる。

（３）上記実施の形態においては、センサ部４００の制御部８１１は伝播時間差方式に基づいて式（２）により配管２内を流れる流体の流量を算出するが、本発明はこれに限定されない。制御部８１１はドップラー方式に基づいて配管２内を流れる流体の流量を算出してもよい。この場合、超音波素子７１０，７２０の一方が超音波送信素子により構成され、超音波素子７１０，７２０の他方が超音波受信素子により構成されてもよい。

（４）上記実施の形態においては、超音波素子７１０，７２０が一体的に保持されるが、本発明はこれに限定されず、超音波素子７１０，７２０が個別に保持されてもよい。この場合、超音波素子７１０，７２０の各々に対応するように、筐体部および電子回路部等が設けられてもよい。

（５）上記実施の形態においては、表示部８２１は筐体部５００に収容されるが、本発明はこれに限定されない。表示部８２１は、筐体部５００の外部に個別に設けられてもよい。例えば、表示部８２１は、配管２および超音波素子７１０，７２０から離間した位置に設けられてもよい。

（６）上記実施の形態においては、制御部８１１および記憶部８１２は主基板８１０とともに筐体部５００に収容されるが、本発明はこれに限定されない。制御部８１１および記憶部８１２は、筐体部５００の外部に設けられてもよい。例えば、制御部８１１および記憶部８１２は、配管２および超音波素子７１０，７２０から離間した位置に設けられてもよい。

（７）上記実施の形態では、図３の時間差測定部１１、流量算出部１２、流量調整部１２Ａ、情報設定部１３、比較判定部１４および信号出力部１５の各々が、ハードウェアとソフトウェアとにより実現されるが、本発明はこれに限定されない。時間差測定部１１、流量算出部１２、流量調整部１２Ａ、情報設定部１３、比較判定部１４および信号出力部１５の各々は、電子回路等のハードウェアで実現されてもよく、これらの構成要素の一部がＣＰＵおよびメモリ等のハードウェアとソフトウェアとにより実現されてもよい。

（８）上記実施の形態においては、超音波素子７１０，７２０を配管２に固定するために、センサ部４００を固定するクランプ部１００が用いられるが、本発明はこれに限定されない。センサ部４００を配管２に固定することができるのであれば、クランプ部１００に代えて結束バンドが用いられてもよい。または、クランプ部１００の一部が結束バンドにより構成されてもよい。

［８］請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態では、流量スイッチ１が超音波流量スイッチの例であり、超音波素子７１０または超音波素子７２０が第１の超音波素子の例であり、超音波素子７２０または超音波素子７１０が第２の超音波素子の例であり、クランプ部１００、筐体部５００、結合部６００、超音波遮蔽板７３０および２個の充填部材７４０，７５０が固定具の例である。また、流量算出部１２が第１の算出部の例であり、情報設定部１３が調整部の例であり、流量調整部１２Ａが第２の算出部の例であり、表示部８２１が表示部の例であり、信号出力部１５が出力部、ならびに第１および第２の出力部の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明は、種々の超音波流量スイッチに有効に利用することができる。

１流量スイッチ
１Ｓ上ボタン
２配管
２Ｓ下ボタン
３ケーブル
３Ｓモードボタン
１１時間差測定部
１２流量算出部
１２Ａ流量調整部
１３情報設定部
１４比較判定部
１５信号出力部
１００クランプ部
２００上クランプ部材
３００下クランプ部材
４００センサ部
４１０センサ固定ねじ
５００筐体部
５１０上筐体部
５１１窓部
５２０下筐体部
５３０経路部材
６００結合部
６１０音響カプラント
７００超音波制御機構
７１０，７２０超音波素子
７１１，７２１音響接合剤
７３０超音波遮蔽板
７４０，７５０充填部材
８００電子回路部
８１０主基板
８１１制御部
８１２記憶部
８１３送受信切替回路
８１４送信部
８１５受信部
８２０副基板
８２１表示部
８２１ａ上段表示領域
８２１ｂ下段表示領域
８２２操作部
８３０コネクタ
８４０表示灯
８９０外部装置

Claims

配管内を流れる流体の流量に基づくオンオフ信号を出力する超音波流量スイッチであって、
前記配管内を流れる流体への超音波の送信および前記配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも送信を行う第１の超音波素子と、
前記配管内を流れる流体への超音波の送信および前記配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも受信を行う第２の超音波素子と、
前記第１および第２の超音波素子を前記配管の外面に一体的または個別に着脱可能に固定する固定具と、
前記第１および第２の超音波素子のうち少なくとも一方の出力信号に基づいて、前記配管内の流体の流量を基本流量として算出する第１の算出部と、
前記第１の算出部により算出される基本流量を調整するための流量調整値を受け付ける調整部と、
前記第１の算出部により算出された基本流量および前記調整部により受け付けられた流量調整値に基づいて補正流量を算出する第２の算出部と、
前記調整部による前記流量調整値の受け付け前に前記第１の算出部により算出された基本流量を表示し、前記調整部による前記流量調整値の受け付け後に前記第２の算出部により算出された補正流量を表示する表示部と、
前記第２の算出部により算出された補正流量と予め定められた流量しきい値とに基づいて前記オンオフ信号を出力する出力部とを備える、超音波流量スイッチ。
前記流量調整値は、前記基本流量に対する比率であり、
前記第２の算出部は、前記第１の算出部により算出された基本流量に前記調整部により受け付けられた比率を乗算することにより前記補正流量を算出する、請求項１記載の超音波流量スイッチ。
前記流量調整値は、前記配管の外径、前記配管の厚み、および流体の特性に関するパラメータのうち、少なくとも２つのパラメータに基づいて予め定められた値である、請求項１または２記載の超音波流量スイッチ。
第１または第２の設定モードで前記配管および流体の少なくとも一方に関する入力情報を受け付ける入力部をさらに備え、
前記第１の算出部は、前記出力信号および前記入力部により受け付けられた入力情報に基づいて前記基本流量を算出し、
前記入力部は、前記第１の設定モードにおいて、前記配管の寸法に関する配管情報のみを前記入力情報として受け付け、前記第２の設定モードにおいて、前記配管情報以外の前記配管または流体に関するパラメータを含む詳細情報を前記入力情報として受け付ける、請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波流量スイッチ。
前記出力部は、第１および第２の出力部を含み、
前記しきい値は、第１および第２のしきい値を含み、
前記第１の出力部は、前記算出された補正流量および前記第１のしきい値に基づいて前記オンオフ信号を出力し、
前記第２の出力部は、前記算出された補正流量および前記第２のしきい値に基づいて前記オンオフ信号を出力する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波流量スイッチ。