JP6454601B2 - 超音波流量スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、超音波流量スイッチに関する。

配管内を流れる流体の流量の値を正確に測定するために流量計が用いられている。例えば、特許文献１には超音波式流量計が記載されている。その超音波式流量計は、配管に取り付けて用いられる。

一方、工場内の設備の稼動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。

特開２００１−３５６０３２号公報

一般に、流量スイッチには、現在の流量としきい値とを表示するための表示部が設けられる。それにより、使用者は、表示部に表示される現在の流量およびしきい値を確認することができる。この場合、算出される流量の経時的な変化を把握することにより、より詳細な設備の診断が可能になる。しかしながら、実際には、表示部に表示される現在の流量およびしきい値を確認しても、長期に渡る経時的な流量の変化を迅速かつ容易に把握することは難しい。

本発明の目的は、使用者が経時的な流量の変化を迅速かつ容易に認識することを可能にする超音波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、配管を流れる流体への超音波の送信および配管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、配管を流れる流体への超音波の送信および配管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算出する第１の算出部と、第１の算出部により算出された流量と予め定められた流量しきい値とを表示する表示部と、第１の算出部により算出された流量と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、第１の算出部による流量の算出結果に基づいて、使用者により指定された基準時点で配管を流れる流体の流量を基準流量として取得する取得部と、流量しきい値および取得部により取得された基準流量を記憶する記憶部と、基準流量の取得時点以降において第１の算出部により算出される流量と記憶部に記憶された基準流量との比率に基づく流量相対値を算出する第２の算出部とを備え、表示部は、第２の算出部により算出された流量相対値をさらに表示可能に構成される。

その超音波流量スイッチにおいては、第１および第２の超音波素子が配管の外面に固定された状態で、第１および第２の超音波素子のうち少なくとも一方から配管を流れる流体に超音波が送信され、第１および第２の超音波素子のうち少なくとも一方により配管を流れる流体からの超音波が受信される。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、配管を流れる流体の流量が第１の算出部により算出される。算出された流量と流量しきい値とが表示部に表示され、算出された流量および流量しきい値に基づくオンオフ信号が出力される。

第１の算出部による流量の算出結果に基づいて、使用者により指定された基準時点で配管を流れる流体の流量が基準流量として取得される。流量しきい値および取得された基準流量が記憶部に記憶される。基準流量の取得時点以降に第１の算出部により算出される流量と基準流量との比率に基づく流量相対値が第２の算出部により算出される。算出された流量相対値が表示部に表示される。この場合、流量相対値は、基準流量に対する現在の流量の割合を表す。したがって、使用者は、表示部に表示される流量相対値を視認することにより、基準流量の取得時点以降の経時的な流量の変化を迅速かつ容易に認識することができる。

（２）超音波流量スイッチは、流量しきい値と基準流量との比率に基づくしきい相対値を算出する第３の算出部をさらに備え、表示部は、第３の算出部により算出されたしきい相対値をさらに表示可能に構成されてもよい。

この場合、使用者は、しきい相対値を参照しつつ流量相対値を確認することができる。しきい相対値は、基準流量に対する流量しきい値の割合を表す。それにより、使用者は、基準流量に対する現在の流量および流量しきい値の割合を対比することができる。

（３）超音波流量スイッチは、表示部を第１および第２の表示態様に切り替えるために使用者により操作される第１の操作部をさらに備え、第１の表示態様は、第１の算出部により算出された流量と記憶部に記憶された流量しきい値とを同時に表示する態様であり、第２の表示態様は、第２の算出部により算出された流量相対値と第３の算出部により算出されたしきい相対値とを同時に表示する態様であってもよい。

この場合、使用者は、表示部を第１の表示態様に切り替えることにより、第１の算出部により算出された流量と流量しきい値とを容易に対比することができる。また、使用者は、表示部を第２の表示態様に切り替えることにより、流量相対値としきい相対値とを容易に対比することができる。

（４）超音波流量スイッチは、基準時点を指定するために使用者により操作される第２の操作部をさらに備え、取得部は、第２の操作部による基準時点の指定に応答して基準流量を取得してもよい。

この場合、使用者は所望の時点を基準時点とすることができる。したがって、経時的な流量の変化を観察すべき期間を容易に設定することができる。

（５）基準流量は、基準時点を含む一定期間内に第１の算出部により算出される複数の流量の平均値であってもよい。

この場合、ノイズまたは外乱等の影響を低減しつつより適切な基準流量を取得することができる。

本発明によれば、使用者は経時的な流量の変化を迅速かつ容易に認識することが可能になる。

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。 状態監視機能の一使用例を説明するための図である。 状態監視機能の一使用例を説明するための図である。 流量表示切替機能の一使用例を説明するための図である。 状態監視設定処理の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、一方向に延びるように形成されたクランプ部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、ねじを用いて結合される。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（ボタンスイッチ）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（本例では４個）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、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。入射角θ、速度Ｖ_ｓおよび流量補正係数Ｋは既知である。

なお、流量算出部１２は、配管２を流れる流体の流量Ｑを算出するとともに、ある時点から現在までの流量Ｑの積算値を算出することもできる。

情報設定部１３は、使用者による操作部８２２の操作に応答して種々の情報を設定する。例えば、情報設定部１３は、使用者による操作部８２２の操作に応答して配管２の内径ｄ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、例えば上記式（２）により算出された流量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デジタルの制御信号をコネクタ８３０およびケーブル３を通して外部装置８９０に出力する。例えば、信号出力部１５は、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）の制御信号を出力し、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）の制御信号を出力する。

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。また、表示部８２１には、後述する流量相対値およびしきい相対値が表示される。

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。

上段表示領域８２１ａには、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には、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。ここで、現在の流量Ｑは、例えば現在までに図３の流量算出部１２により算出される流量Ｑのうち最も新しく算出された流量Ｑである。なお、現在の流量Ｑは、所定時間前から現在までの期間、すなわち現在の時点を含む一定期間内に算出される複数の流量Ｑの平均値であってもよい。

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］状態監視機能
本実施の形態に係る流量スイッチ１においては、ある時点で配管２を流れる流体の流量を基準流量として図３の記憶部８１２に記憶させることができる。また、基準流量に対する現在の流量Ｑの比率を図４の表示部８２１に表示させることができる。この機能を状態監視機能と呼ぶ。状態監視機能によれば、使用者は、所望の時点の流量を基準流量として設定しておくことにより、所望の時点の流量に対する現在の流量Ｑの比率を迅速かつ容易に認識することができる。

以下の説明では、予め定められた一定期間（例えば３秒間）継続してボタンが押下される操作を継続押下と呼ぶ。また、ボタンが押下された後一定期間経過するまで継続的にボタンが押下されない操作を通常押下と呼ぶ。

図５および図６は、状態監視機能の一使用例を説明するための図である。図５（ａ）〜（ｃ）および図６（ａ）〜（ｃ）の各々には、表示部８２１および操作部８２２の一部拡大平面図が示される。各平面図においては、図３の窓部５１１の図示は省略する。初期状態においては、基準流量は設定されていないものとする。また、図４の例と同様に、上段表示領域８２１ａおよび下段表示領域８２１ｂには、それぞれ現在の流量Ｑおよびしきい値が表示されているものとする。

まず、上ボタン１Ｓおよびモードボタン３Ｓが同時に継続押下される。それにより、図５（ａ）に示すように、上段表示領域８２１ａに状態監視機能に関する操作が行われていることを示す文字列「ｒＥＦ」が表示される。このとき、上ボタン１Ｓまたは下ボタン２Ｓが通常押下されることにより、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、下段表示領域８２１ｂに表示される文字列が「ｎｏ」、「ＹＥＳ」または「ｏＦＦ」に切り替わる。文字列「ｎｏ」は状態監視機能に関する操作を終了することに対応し、文字列「ＹＥＳ」は状態監視機能の基準流量を設定することに対応し、文字列「ｏＦＦ」は状態監視機能の基準流量の設定を解除することに対応する。

使用者は、基準流量を設定したい場合に、図５（ｂ）に示すように、下段表示領域８２１ｂに表示される文字列が「ＹＥＳ」となるように、上ボタン１Ｓまたは下ボタン２Ｓを通常押下する。その後、使用者は、モードボタン３Ｓを通常押下する。この場合、モードボタン３Ｓの通常押下に応答して、モードボタン３Ｓが操作された時点が基準時点として図３の記憶部８１２に記憶される。また、図３の流量算出部１２により算出される基準時点の流量Ｑが、図３の情報設定部１３により基準流量として取得され、記憶部８１２に記憶される。この場合、図６（ａ）に示すように、下段表示領域８２１ｂに基準流量の設定が完了したことを示す文字列「ｏｋ」が表示される。

その後、図６（ｂ）に示すように、上段表示領域８２１ａに基準流量に対する現在の流量Ｑの比率が流量相対値として百分率で表示される。また、下段表示領域８２１ｂに基準流量に対する流量のしきい値の比率がしきい相対値として百分率で表示される。図６（ｂ）の例では、上段表示領域８２１ａおよび下段表示領域８２１ｂにそれぞれ１００％および５６％を示す文字列「１００Ｐ」および「５６Ｐ」が表示される。

ここで、図５（ｂ）の表示状態においてモードボタン３Ｓが通常押下された際に、ノイズまたは流体の状態等に起因して基準時点の流量Ｑが算出されない場合、図６（ｃ）に示すように、下段表示領域８２１ｂに文字列「Ｅｒｒ」が表示される。文字列「Ｅｒｒ」は、基準流量の設定が失敗したことに対応する。その後、表示部８２１は、図４の表示状態に戻る。

一方、使用者は、基準流量の設定を解除したい場合に、図５（ｃ）に示すように、下段表示領域８２１ｂに表示される文字列が「ｏＦＦ」となるように、上ボタン１Ｓまたは下ボタン２Ｓを通常押下する。その後、使用者は、モードボタン３Ｓを通常押下する。この場合、モードボタン３Ｓの通常押下に応答して、記憶部８１２に記憶されている基準時点および基準流量が情報設定部１３により消去され、基準流量の設定が解除される。その後、表示部８２１は、図４の表示状態に戻る。

他方、使用者は、基準流量の設定および解除のいずれも行わない場合、すなわち状態監視機能に関する操作を終了したい場合に、図５（ａ）に示すように、下段表示領域８２１ｂに表示される文字列が「ｎｏ」となるように、上ボタン１Ｓまたは下ボタン２Ｓを通常押下する。その後、使用者は、モードボタン３Ｓを通常押下する。この場合、表示部８２１は、図４の表示状態に戻る。

［４］流量表示切替機能
本実施の形態においては、図３の比較判定部１４は、上記の判定処理を行うとともに、現在の流量Ｑが流量スイッチ１の電源がオンされてから現在までに算出された流量Ｑのうち最大値であるか否かを判定する。また、比較判定部１４は、流量Ｑが最大値であると判定された場合に、その流量をピーク流量値として記憶部８１２に記憶させる。さらに、比較判定部１４は、現在の流量Ｑが現在までに算出された流量Ｑのうち最小値であるか否かを判定し、流量Ｑが最小値であると判定された場合に、その流量をボトム流量値として記憶部８１２に記憶させる。

また、図３の流量算出部１２は、ある時点から現在までに算出された流量Ｑの積算値を一定期間ごとに算出し、算出された積算値を流量積算値として記憶部８１２に記憶させる。流量積算値の算出開始時点は、例えば使用者による操作部８２２の操作により設定される。

流量スイッチ１においては、流量Ｑに関する複数項目の情報を表示部８２１に切り替えて表示させることができる。この機能を流量表示切替機能と呼ぶ。流量Ｑに関する複数項目の情報は、現在の流量Ｑ、しきい値、ピーク流量値、ボトム流量値、流量積算値、流量相対値およびしきい相対値を含む。

図７は、流量表示切替機能の一使用例を説明するための図である。図７（ａ）〜（ｄ）の各々には、表示部８２１および操作部８２２の一部拡大平面図が示される。各平面図においては、図３の窓部５１１の図示は省略する。本例では、初期状態において予め基準流量が設定されているものとする。

まず、図７（ａ）に示すように、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およびしきい値が同時に表示されているものとする。このときの表示部８２１の表示状態を通常表示態様と呼ぶ。通常表示態様は、本発明の第１の表示態様に相当する。通常表示態様によれば、使用者は、現在の流量Ｑおよびしきい値を容易に対比することができる。

表示部８２１が通常表示態様にある状態でモードボタン３Ｓが通常押下されることにより、図７（ｂ）に示すように、表示部８２１の表示状態が変化する。図７（ｂ）の例では、上段表示領域８２１ａおよび下段表示領域８２１ｂにそれぞれピーク流量値およびボトム流量値が同時に表示される。このときの表示部８２１の表示状態をホールド表示態様と呼ぶ。

表示部８２１がホールド表示態様にある状態でモードボタン３Ｓが通常押下されることにより、図７（ｃ）に示すように、表示部８２１の表示状態が変化する。図７（ｃ）の例では、上段表示領域８２１ａに流量積算値が表示される。一方、下段表示領域８２１ｂには数値が表示されない。このときの表示部８２１の表示状態を積算表示態様と呼ぶ。なお、流量スイッチ１は、流量積算値についてのしきい値を設定可能に構成されてもよい。この場合、積算表示態様において、上段表示領域８２１ａに流量積算値が表示されると同時に、流量積算値について設定されたしきい値が下段表示領域８２１ｂに表示されてもよい。

表示部８２１が積算表示態様にある状態でモードボタン３Ｓが通常押下されることにより、図７（ｄ）に示すように、表示部８２１の表示状態が変化する。図７（ｄ）の例では、上段表示領域８２１ａおよび下段表示領域８２１ｂにそれぞれ流量相対値およびしきい相対値が同時に表示される。このときの表示部８２１の表示状態を監視表示態様と呼ぶ。監視表示態様は、本発明の第２の表示態様に相当する。監視表示態様によれば、使用者は、流量相対値およびしきい相対値を容易に対比することができる。

その後、表示部８２１が監視表示態様にある状態でモードボタン３Ｓが通常押下されることにより、表示部８２１の表示状態が図７（ａ）の通常表示態様に戻る。なお、基準流量が設定されていない場合（基準流量の設定が解除されている場合）、表示部８２１は監視表示態様に変化しない。そのため、表示部８２１が図７（ｃ）の積算表示態様にあるときにモードボタン３Ｓが通常押下されると、表示部８２１の表示状態が図７（ａ）の通常表示態様に戻る。

このように、使用者は、操作部８２２のモードボタン３Ｓを繰り返し通常押下することにより、表示部８２１の表示態様を順次切り替えることができる。それにより、流量Ｑに関する所望の情報を迅速かつ容易に認識することができる。

［５］状態監視設定処理
状態監視機能を使用するために図３の制御部８１１により実行される設定処理を状態監視設定処理と呼ぶ。図８は、状態監視設定処理のフローチャートである。状態監視設定処理は、予め定められた一定周期で図３の流量算出部１２および情報設定部１３により繰り返し実行される。初期状態においては、流量のしきい値が予め設定されているものとする。

また、以下の説明において、状態監視機能のオン状態とは、流量スイッチ１において一定周期で流量相対値が算出される状態をいう。また、状態監視機能のオフ状態とは、流量スイッチ１において流量相対値が算出されない状態をいう。

図８に示すように、情報設定部１３は、状態監視機能に関する設定操作の受付を開始するか否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、情報設定部１３は、図４の上ボタン１Ｓおよびモードボタン３Ｓが同時に継続押下された場合に、状態監視機能に関する設定操作の受付を開始すると判定する。

設定操作の受付を開始する場合、情報設定部１３は、状態監視機能に関する操作が行われていることを示す情報を表示部８２１に表示させる（ステップＳ１２）。具体的には、情報設定部１３は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、表示部８２１の上段表示領域８２１ａに文字列「ｒＥＦ」を表示させる。このとき、情報設定部１３は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、使用者による上ボタン１Ｓまたは下ボタン２Ｓの通常押下に応答して下段表示領域８２１ｂに文字列「ｎｏ」、「ＹＥＳ」および「ｏＦＦ」を切り替えて表示させる。

次に、情報設定部１３は、基準流量の設定が指令されたか否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、情報設定部１３は、図５（ｂ）に示すように、下段表示領域８２１ｂに文字列「ＹＥＳ」が表示された状態でモードボタン３Ｓが通常押下された場合に、基準流量の設定が指令されたと判定する。

基準流量の設定が指令された場合、情報設定部１３は、現在の時点を基準時点として記憶部８１２に記憶させるとともに、流量算出部１２により算出される現在の流量Ｑを基準流量として取得し、記憶部８１２に記憶させる（ステップＳ１４）。このとき、基準流量は、所定時間前から基準時点までの期間、すなわち基準時点を含む一定期間内に算出される複数の流量Ｑの平均値であることが好ましい。それにより、ノイズまたは外乱等の影響を低減しつつ適切な基準流量を取得することができる。

次に、流量算出部１２は、記憶部８１２に記憶された基準流量に基づいて流量相対値およびしきい相対値を算出する（ステップＳ１５）。具体的には、流量算出部１２は、ステップＳ１４で算出された現在の流量Ｑを基準流量で除算することにより流量相対値を算出する。また、流量算出部１２は、予め設定されている流量のしきい値を基準流量で除算することによりしきい相対値を算出する。

その後、情報設定部１３は、状態監視機能をオン状態に移行させる（ステップＳ１６）。また、情報設定部１３は、表示部８２１の表示状態を上記の監視表示態様に切り替える（ステップＳ１７）。それにより、流量相対値およびしきい相対値が表示部８２１に表示される。その後、状態監視設定処理が終了する。

ステップＳ１３において基準流量の設定が指令されない場合、情報設定部１３は、基準流量の設定解除が指令されたか否かを判定する（ステップＳ２１）。具体的には、情報設定部１３は、図５（ｃ）に示すように、下段表示領域８２１ｂに文字列「ｏＦＦ」が表示された状態でモードボタン３Ｓが通常押下された場合に、基準流量の設定解除が指令されたと判定する。

基準流量の設定解除が指令された場合、情報設定部１３は、記憶部８１２に記憶されている基準時点および基準流量を消去し（ステップＳ２２）、状態監視機能をオフ状態に移行させる（ステップＳ２３）。なお、上記のステップＳ２２の処理は必ずしも行われなくてもよい。また、情報設定部１３は、表示部８２１の表示状態を上記の通常表示態様に切り替える（ステップＳ２４）。それにより、流量算出部１２により算出された現在の流量Ｑおよび予め設定された流量のしきい値が表示部８２１に表示される。その後、状態監視設定処理が終了する。

図８の状態監視設定処理においては、情報設定部１３は、ステップＳ１５の処理中または処理後に、流量相対値が適切に算出されているか否かを判定してもよい。また、情報設定部１３は、流量相対値が適切に算出されていない場合に、図６（ｃ）に示すように、表示部８２１に基準流量の設定が失敗したことを示す情報を表示させ、状態監視設定処理を終了させてもよい。それにより、適切でない基準流量が設定されることが防止される。

ステップＳ２１において基準流量の設定解除が指令されない場合、情報設定部１３は、状態監視機能に関する操作の終了が指令されたか否かを判定する（ステップＳ３１）。具体的には、情報設定部１３は、図５（ａ）に示すように、下段表示領域８２１ｂに文字列「ｎｏ」が表示された状態でモードボタン３Ｓが通常押下された場合に、操作の終了が指令されたと判定する。

操作の終了が指令された場合、情報設定部１３は、上記のステップＳ２４の処理に進む。それにより、状態監視機能の状態がステップＳ３１の時点の状態で維持される。一方、操作の終了が指令されない場合、情報設定部１３はステップＳ１３の処理に進む。

［６］効果
本実施の形態に係る流量スイッチ１においては、使用者により指定された基準時点で配管２を流れる流体の流量Ｑが、情報設定部１３により基準流量として取得される。記憶部８１２には、予め設定された流量のしきい値および取得された基準流量が記憶される。基準流量の取得時点以降に流量算出部１２により算出される現在の流量Ｑと基準流量との比率に基づく流量相対値が算出される。算出された流量相対値が表示部８２１に表示される。この場合、流量相対値は、基準流量に対する現在の流量Ｑの割合を表す。したがって、使用者は、表示部８２１に表示される流量相対値を視認することにより、基準流量の取得時点以降の経時的な流量の変化を迅速かつ容易に認識することができる。

［７］他の実施の形態
（１）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Ｑ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Ｑ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。

（２）上記実施の形態においては、表示部８２１に基準流量に対する現在の流量Ｑの比率が流量相対値として百分率で表示され、基準流量に対する流量のしきい値の比率がしきい相対値として百分率で表示されるが、本発明はこれに限定されない。流量相対値は、現在の流量Ｑを基準流量により除算した値で表示されてもよい。また、しきい相対値は、流量のしきい値を基準流量により除算した値で表示されてもよい。

（３）上記実施の形態においては、表示部８２１には、流量Ｑに関する複数項目の情報が切り替えて表示されるが、本発明はこれに限定されない。表示部８２１において、表示可能なキャラクタ数が十分に大きい場合には、表示部８２１に、現在の流量Ｑ、しきい値、ピーク流量値、ボトム流量値、流量積算値、流量相対値およびしきい相対値のうち少なくとも３以上の複数項目の情報が同時に表示されてもよい。

（４）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。

（５）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。

（６）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、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、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。

（７）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、第２および第３の算出部の例であり、流量のしきい値が流量しきい値の例であり、表示部８２１が表示部の例であり、信号出力部１５が出力部の例であり、情報設定部１３が取得部の例であり、記憶部８１２が記憶部の例である。

また、操作部８２２が第１および第２の操作部の例であり、通常表示態様が第１の表示態様の例であり、監視表示態様が第２の表示態様の例である。

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
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 (5)

1. 配管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、
   前記配管を流れる流体への超音波の送信および前記配管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、
   前記配管を流れる流体への超音波の送信および前記配管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た流量と予め定められた流量しきい値とを表示する表示部と、
   前記第１の算出部により算出された流量と前記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、
   前記第１の算出部による流量の算出結果に基づいて、使用者により指定された基準時点で前記配管を流れる流体の流量を基準流量として取得する取得部と、
   前記流量しきい値および前記取得部により取得された基準流量を記憶する記憶部と、
   前記基準流量の取得時点以降において前記第１の算出部により算出される流量と前記記憶部に記憶された前記基準流量との比率に基づく流量相対値を算出する第２の算出部とを備え、
   前記表示部は、前記第２の算出部により算出された前記流量相対値をさらに表示可能に構成された、超音波流量スイッチ。
2. 前記流量しきい値と前記基準流量との比率に基づくしきい相対値を算出する第３の算出部をさらに備え、
   前記表示部は、前記第３の算出部により算出された前記しきい相対値をさらに表示可能に構成された、請求項１記載の超音波流量スイッチ。
3. 前記表示部を第１および第２の表示態様に切り替えるために使用者により操作される第１の操作部をさらに備え、
   前記第１の表示態様は、前記第１の算出部により算出された流量と前記記憶部に記憶された流量しきい値とを同時に表示する態様であり、
   前記第２の表示態様は、前記第２の算出部により算出された前記流量相対値と前記第３の算出部により算出された前記しきい相対値とを同時に表示する態様である、請求項２記載の超音波流量スイッチ。
4. 前記基準時点を指定するために使用者により操作される第２の操作部をさらに備え、
   前記取得部は、前記第２の操作部による前記基準時点の指定に応答して前記基準流量を取得する、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。
5. 前記基準流量は、前記基準時点を含む一定期間内に前記第１の算出部により算出される複数の流量の平均値である、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。

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