JPH1151725A

JPH1151725A - 超音波流量計

Info

Publication number: JPH1151725A
Application number: JP9211511A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nakabayashi; 裕治中林; Yukio Nagaoka; 行夫長岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1999-02-26
Anticipated expiration: 2017-08-06
Also published as: JP3473341B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低電力化を図る。【解決手段】第１の超音波振動子３と、第１の超音波
振動子を駆動する送信回路１と、被測定流体を伝搬した
超音波を受信する第２の超音波振動子４と、第２の超音
波振動子４の出力信号から受信判定し送信回路１へ出力
する受信回路２と、超音波の送信から受信そして帰還ま
での繰り返しの回数を計測するカウンタ７と、繰り返し
の回数が所定回数に達するまでの時間を計測するタイマ
８と、タイマ８の値から流量を求める演算部９と、超音
波が第１の超音波振動子３から第２の超音波振動子４に
達するまでの伝搬時間の長さに応じて繰り返しの回数を
低減する繰り返し制御部１２を備えている。これによっ
て、伝搬時間が長くなることに対応してくり返し回数を
へらすことができ、このため精度を落とさずに低電力化
を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波の伝搬によっ
て流量を測定する超音波流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の超音波流量計は、特開平９
−１３３５６０号公報に示すものが一般的であった。こ
の構成は、図１３に示されているように、流体の中に配
置し超音波を送受信する１対の超音波振動子（超音波振
動子１、超音波振動子２）と、送信側の超音波振動子を
駆動する送信回路１と、被測定流体を伝搬した超音波を
受信する受信側の超音波振動子の出力信号から受信判定
し送信回路１に出力する受信回路２と、超音波振動子
３、４と送受信回路１、２の接続を送受切り替えること
によって送受の方向を切り替える切り替え器５と、切り
替え器５を制御し送受の方向を交互に切り替え測定開始
信号を送信回路３に出力する制御部６と、超音波の送信
から受信そして帰還までの繰り返しの回数を計測するカ
ウンタ７と、１回目の超音波の送信開始から繰り返しの
回数が所定回数に達するまでの時間を計測する第１のタ
イマ８と、第１のタイマ８の値から流量を求める演算部
９と、超音波の送信から伝搬時間より短い時間ＯＮ信号
を出力する第２のタイマ１０と、第２のタイマ１０のＯ
Ｎ出力によって受信回路５の電源をＯＦＦする電力制御
部１１とを備えていた。

【０００３】動作を説明する。まず制御部６が切り替え
器５を制御し超音波を伝搬させる方向を決める。ここで
は超音波は超音波振動子１から超音波振動子２に伝搬さ
せる。その後制御部６は測定開始信号を送信回路３に出
力する。測定開始信号を受けた送信回路３は超音波振動
子１を駆動し、超音波振動子１は超音波を送信する。超
音波振動子２は被測定流体を伝搬してきた超音波を受信
し受信信号を受信回路４に出力する。受信回路４は受信
判定を行い超音波の受信を確認した場合送信回路３に出
力を行う。受信回路４の出力を受けた送信回路３は再度
超音波振動子１を駆動する。カウンタ７はこの超音波の
送信から受信の回数を数え、この回数がカウンタ７の設
定値（Ｎ回）に達した場合タイマ８を停止させる。タイ
マ８は測定開始からの時間を計測しており、この時のタ
イマ８の値ｔ１は超音波の伝搬時間のＮ倍となる。次に
制御部６は超音波の伝搬させる方向を超音波振動子２か
ら超音波振動子１に切り替える。そして前回の測定と同
様な動作をさせｔ２を測定する。この値をもとに演算部
９は次の計算によって流量を求める。

【０００４】超音波の伝搬距離をＬ、被測定流体の流れ
る断面積をＳ、被測定流体の静止時の音速をＣ、被測定
流体の流速をＶ、上流から下流方向への伝搬時間をｔ
１、カウンタ７の設定値とした場合の流量Ｑを求める計
算式を（式１）に示す。

【０００５】Ｑ＝ＳＬ［（１／ｔ１／Ｎ）−（１／ｔ２／Ｎ）］・・・・・（式１）電力制御部１１は１回目の超音波の送信、または超音波
を受信回路４による受信判定と同時にＯＦＦ信号を出力
し受信回路の電源をＯＦＦする。第２のタイマ１０は受
信回路の電源ＯＦＦと同時に動作し、超音波の送信から
超音波の伝搬時間より短い時間の後に電力制御部１１に
ＯＮ信号を出力する。その信号によって電力制御部１１
は受信回路５の電源をＯＮする。この動作によって電力
消費を少なくしていた。

【０００６】またこの構成では、超音波が終端へ到着す
ると同時に再度同経路に超音波を伝搬させるという動作
を行い、伝搬時間の測定分解能を上げていた。

【０００７】また図１３に示すように受信回路４と送信
回路３の間に、受信回路４の出力を受け所定の遅延時間
経過後に送信回路４へ出力する帰還回路９を設け、超音
波振動子間を反射した後受信側の超音波振動子で受信さ
れる反射波と、送信側の超音波振動子から送信され直接
受信側の超音波振動子で受信する直接波との受信タイミ
ングを外し測定誤差を小さくしているものもあった。

【０００８】また超音振動子の送受信感度は流体、温
度、経年変化、設置状態等によって大きく変動し、この
変動の吸収を送信出力変更、受信回路の定数変更などに
よって行っているものもあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波流量計では受信回路の電源をＯＮ、ＯＦＦする時
に受信回路の動作が不安定になり誤動作を起こしやすい
ので、低電力での測定と動作の安定性との両方を実現す
ることが課題となっていた。

【００１０】また帰還回路９の遅延時間が固定なので、
伝搬時間によっては反射波と直接波との受信タイミング
が重なり測定精度が落るので測定条件が限定されてい
た。そのため測定条件の拡大化という課題を有してい
た。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願発明の超音波流量計
においては、超音波を送信する第１の超音波振動子と、
前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
る受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅延時
間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超
音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回数を
計測するカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に
達するまでの時間を計測するタイマと、前記タイマの値
から流量を求める演算部と、前記超音波が前記第１の超
音波振動子から前記第２の超音波振動子に達するまでの
伝搬時間の長さに応じて前記繰り返しの回数を低減する
繰り返し制御部を備えたものである。

【００１２】この発明によれば、くり返し制御部が、超
音波が被測定流体を伝搬する時間が長くなるに応じてく
り返し回数を低減するので、伝搬時間が長くなと繰り返
し回数が少なくなる。つまり、伝搬時間が長くなっても
測定時間が大幅に伸びることがなく、従来のものと比べ
て低電力化できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（１）超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第
１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を
伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記
第２の超音波振動子の出力信号から受信判定する受信回
路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅延時間経過後
に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超音波の送
信から受信そして帰還までの繰り返しの回数を計測する
カウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に達するま
での時間を計測するタイマと、前記タイマの値から流量
を求める演算部と、前記超音波が前記第１の超音波振動
子から前記第２の超音波振動子に達するまでの伝搬時間
が長くなるに応じて前記繰り返しの回数を低減する繰り
返し制御部を備え、伝搬時間が長くなるに対応してくり
返し回数をへらす。このため精度を落とさずに繰り返し
回数が少なくなり、低電力化できる。

【００１４】（２）超音波を送信する第１の超音波振動
子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、
被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振
動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判
定する受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅
延時間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前
記超音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回
数を計測するカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回
数に達するまでの時間を計測するタイマと、前記タイマ
の値から流量を求める演算部と、前記超音波が前記弟１
の超音波振動子から前記第２の超音波振動子に達するま
での伝搬時間に応じて前記遅延時間を制御する遅延制御
部を備え、伝搬時間によって遅延時間を変化させる。こ
のため大きく伝搬時間が変化した場合であっても、超音
振動子間を反射した後第２の超音波振動子で受信される
反射波と直接第１の超音波振動子から送信された超音波
を第２の超音波振動子で受信するタイミングとを外すこ
とができ、伝搬時間の短い流体から長い流体まで正確な
測定を行うことができる。また遅延時間を反射波と直接
波が重ならない最短の時間に設定可能であるため、測定
時間が短くなり低電力化できる。

【００１５】（３）超音波を送信する第１の超音波振動
子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、
被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振
動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判
定する受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅
延時間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前
記超音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回
数を計測するカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回
数に達する時間を計測するタイマと、前記タイマの値か
ら流量を求める演算部と、超音波の伝搬時間より所定時
間短い時間と前記遅延時間とを含む間前記受信回路の電
力を低減させる電力制御部とを備え、遅延時間と、伝搬
時間より所定時間短い間との両方の時間受信回路の電力
を低減させる。このため低電力化できる。

【００１６】（４）超音波を送信する第１の超音波振動
子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、
被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振
動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判
定する受信回路と、前記受信回路の中にあり前記第２の
超音波振動子の出力信号を直接あるいは信号処理の後に
受け超音波の受信タイミングを検知するタイミング検知
回路と、前記タイミング検知回路の出力を受け所定の遅
延時間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前
記超音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回
数を計測するカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回
数に達する時間を計測するタイマと、前記タイマの値か
ら流量を求める演算部と、前記タイミング検知回路入力
信号のピークを検知するピーク検知手段と、前記ピーク
検知手段の出力を受け前記タイミング検知回路入力信号
のピークを一定に保つ受信信号安定手段と、前記受信回
路の電力を低減する電力制御部とを備え、前記ピーク検
知手段がピークレベルを検知した後から前記第２の超音
波振動子に超音波が受信される一定時間前まで前記電力
制御手段が前記受信回路の電力を低減する。このためピ
ーク検知手段が超音波信号のピークレベルを正確に検知
し、受信信号のピークを一定の値とすることができる。
さらに受信波のピークを一定にたもつ動作を行った状態
で長い時間受信回路の電力を低減できるので、省電力化
できる。

【００１７】（５）超音波を送信する第１の超音波振動
子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、
被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振
動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判
定する受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅
延時間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前
記超音波の送信から受信そして帰還までの回数を計測す
るカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に達する
時間を計測するタイマと、前記タイマの値から流量を求
める演算部と、少なくとも超音波の伝搬開始から伝搬時
間より所定の時間短い間前記受信回路の電力を抑制する
電力制御部とを備え、測定初期は前記電力を抑制を解除
するタイミングを早くする。このため受信回路の電源投
入時あるいは電力抑制動作から定常動作への変更時に、
受信回路の動作が安定となるまでの時間が長い測定初期
は早期に電力抑制を解除し、受信回路の動作が安定とな
るまでの時間が短い測定後期には電力抑制の時間を長く
する。この制御によって、必要以上の時間受信回路を電
力の大きい定常動作させる必要がないので、省電力化で
きる。

【００１８】（６）超音波を送信する第１の超音波振動
子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、
被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振
動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判
定する受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅
延時間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前
記超音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回
数を測定するカウンタと、前記超音波受信回路の電力を
制御する電力制御部と、前記繰り返し回数が２回目以降
の設定した値から終了設定した値までの時間を計測する
タイマと、前記タイマの値から流量を求める演算部とを
備え、安定した状態からタイマ計測を開始する。このた
め測定初期に発生しやすい電源投入あるいは低電力動作
から定常動作への変化によって起こる測定誤差を排除す
るので、安定な測定ができる。

【００１９】（７）超音波を送信する第１の超音波振動
子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、
被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振
動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判
定する受信回路と、超音波が被測定流体を伝搬するのに
要した伝搬時間から流量を求める演算部と、前記被測定
流体の温度を検知する温度検知部と、前記温度検知部の
出力に応じて受信回路の電力を制御する電力制御部とを
備え、温度変化による超音波伝搬時間の変化に応じ、受
信回路が超音波を受信するタイミングにあわせて安定に
動作するよう受信回路の電力を調節する。このため受信
回路の電力を長時間低電力に設定でき省電力化できる。
また超音波の伝搬時間を求める手段を設ける必要がなく
回路構成を簡略化できる。

【００２０】（８）超音波を送信する第１の超音波振動
子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、
被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振
動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判
定する受信回路と、超音波が被測定流体を伝搬するのに
要した伝搬時間から流量を求める演算部と、前記被測定
流体の種類を判定する流体判別手段と、前記流体判別手
段の出力に応じて前記受信回路の電力を制御する電力制
御部とを備え、流体の種類による超音波伝搬時間の変化
に応じ、受信回路が超音波を受信するタイミングにあわ
せて安定に動作するよう受信回路の電力を調節する。こ
のため受信回路の電力を長時間低電力に設定でき省電力
化できる。また超音波の伝搬時間を求める手段を設ける
必要がなく回路構成を簡略化できる。

【００２１】（９）超音波を送信する第１の超音波振動
子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、
被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振
動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判
定する受信回路と、超音波が被測定流体を伝搬するのに
要した伝搬時間から流量を求める演算部と、超音波の伝
搬時間に応じて前記超音波受信回路の出力を無効にする
タイミングを制御する出力無効回路を備え、超音波を第
２の超音波振動子が超音波を受信するタイミングだけ、
前記超音波受信回路の出力を有効にする。このため流体
の変化や流体の温度変化によって超音波の伝搬時間が変
化した場合であっても、超音波を受信するタイミング以
外の雑音による誤動作を防止し、測定回数を減らすこと
ができ、省電力化できる。特に受信回路の電力を増減さ
せる構成において、電力を変更時に発生する回路の誤動
作で発生する雑音による誤動作を防止できる。

【００２２】（１０）受信回路が安定動作か非安定動作
かを判定する回路安定判断手段を備え、前記受信安定判
断手段によって安定動作と判定した後に流量測定を開始
する。このため受信回路の安定動作のため必要以上の時
間を待つ必要がなく、省電力化できる。

【００２３】（１１）受信回路安定判断手段は、被測定
流体の上流方向と下流方向への超音波伝搬時間を測定
し、両測定値を前回の値と比較し、超音波の伝搬時間の
測定結果から受信回路の安定動作を判定する。このため
流量測定と同じ測定回路を使用し安定判断ができ、確実
に簡単な構成で受信回路安定判断手段を実現できる。ま
た上流方向と下流方向の測定結果から安定判断を行うの
で、流体が流れていても判断することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。なお同一符号のものは同一の動作を行うもの
とし重複した説明は行わないものとする。

【００２５】（実施例１）図１は本発明の実施例１の超
音波流量計のブロック図である。また図２は伝搬時間に
対する繰り返し回数の設定値を示す図である。

【００２６】送信側の超音波周波数の信号を出力する送
信回路１と、被測定流体を伝搬した超音波信号を受信し
電気信号に変換した信号から受信判定し送信回路１に出
力する受信回路２と、超音波の送受信を行う超音波振動
子３、４と送受信回路１、２の接続を送受切り替えるこ
とによって送受の方向を切り替える切り替え器５と、切
り替え器５を制御し送受の方向を交互に切り替え測定開
始信号を送信回路３に出力する制御部６と、測定開始か
らの受信回路の信号出力を数えるカウンタ７と、カウン
タ７の値が所定回数に達するまでの時間を計測するタイ
マ８と、タイマ８の値から流量を求める演算部９と、タ
イマ８の値に応じてカウンタ７の値を設定する繰り返し
制御部１２を備えている。

【００２７】初めに超音波は超音波振動子１から超音波
振動子２に伝搬させた場合を説明する。

【００２８】まず制御部６が切り替え器５を制御し送信
回路１と超音波振動子１とを接続する、同時に受信回路
２と超音波振動子４とを接続する。次に制御部６は測定
開始信号を送信回路３に出力する。測定開始信号を受け
た送信回路３は超音波振動子１を駆動し、超音波振動子
１は超音波を送信する。送信された超音波は被測定流体
を伝搬し超音波振動子２に伝搬する。超音波振動子２は
超音波を受信し受信信号を受信回路４に出力する。受信
回路４は受信判定を行い超音波の受信を確認し送信回路
３に出力を行う。受信回路４の出力を受けた送信回路３
は再度超音波振動子１を駆動する。この超音波の送信か
ら受信の回数をカウンタ６は数え、この回数がカウンタ
７の設定値（Ｎ回）に達した場合タイマ８を停止させ
る。タイマ７は測定開始からの時間を計測しており、こ
の時のタイマの値ｔ１は超音波の伝搬時間のＮ倍とな
る。次に制御部６は超音波の伝搬させる方向を超音波振
動子２から超音波振動子１に切り替える。そして前回の
測定と同様な動作をさせｔ２を測定する。この値をもと
に演算部９は（式１）によって流量を求める。また、繰
り返し制御部１２はタイマ７の値によって繰り返し回数
Ｎを図２のように増減させる。

【００２９】タイマの分解能が同じであれば、超音波を
被測定流体に伝搬させた伝搬時間によって測定精度が決
まる。この超音波流量計では伝搬時間は、ｔ１のＮ倍と
なる。くり返し回数が固定された従来の超音波流量計で
は、必要精度を得るため最も伝搬時間が短くなる条件に
おいて必要精度となるくり返し回数に設定する必要があ
った。この繰り返し回数では通常使用する条件において
は、必要以上の間繰り返し動作をするので、測定時間が
長くなり電力消費が多くなる。本実施例では、Ｎ×ｔ１
がほぼ一定となるようにＮを設定するようにしているの
で、測定精度を落とすことなく測定時間を短くでき、低
電力化できる。

【００３０】なお本実施例では、受信回路２の出力を数
えくり返し回数を計測したが、くり返し回数に対応した
信号であればよく、受信回路２の出力に限定されること
はない。またＮ×ｔ１がほぼ一定となるようにＮを設定
するようにしたが、ｔ１に対するＮの制御は測定時の流
量によって決まる必要測定精度に応じてＮ×ｔ１が変化
する構成としても電力を小さくすることができる。

【００３１】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
の超音波流量計のブロック図であり、図４は超音波の伝
搬時間と帰還回路１３の遅延時間との関係を示した図で
ある。

【００３２】実施例１と異なる点は、受信回路２の出力
を直接送信回路１に帰還するのではなく、所定の遅延時
間経過後に送信回路１に帰還させる帰還回路１３と、帰
還回路１３の遅延時間をタイマ８の値に応じて制御する
遅延制御部１４と、超音波の送信開始から超音波を受信
するまでの時間より所定の時間短い間を計時する第２の
タイマ１５と、帰還回路１３と第２のタイマ１５出力を
受け、遅延時間と伝搬時間より所定時間短い時間の受信
回路２の電力を小さくする電力制御部１６とを備えたと
ころである。その他の部分は実施例１と同等なので説明
を省略する。

【００３３】図３は測定精度を上げるため、図４に示す
ように超音波振動子３から送信し直接超音波振動子４に
伝搬する超音波Ａ（１）と、繰り返しが２回前に超音波
振動子３が送信し超音波送振動子間を反射し一往復半し
た後受信側の超音波振動子で受信される反射波Ａ（−
２）との干渉を避けるため、帰還回路１３によって、遅
延時間Ｔをくり返し動作の中に入れている。遅延時間を
Ｔを適切な値に設定するには、（式２）で示す遅延時間
に設定するとよい（伝搬時間をｔとする）。

【００３４】Ｔ≠ｎｔ・・・・・・（式２）しかしＴをある時の０．５ｔに設定しても、伝搬時間ｔ
は被測定流体の種類、温度、流速等によって大きく変動
し、Ｔ＝ｎｔとなる条件は必ず存在する、伝搬時間ｔが
この条件となると超音波の干渉のため測定精度は大きく
落ちてしまう。そこで伝搬時間ｔを前回測定したときの
タイマ８の値から逆算し、常に（式２）の条件となるよ
うに遅延制御部１４が帰還回路１３の遅延時間を設定す
る。また、遅延時間は電力消費を小さくするため、超音
波が干渉を起こさない条件で短い時間に設定する。

【００３５】また受信回路２の出力を受けた電力制御部
１６は、受信回路２の電力消費が減少するよう制御を行
う。そして、送信回路１の出力によって動作した第２の
タイマ１５が超音波の伝搬時間よりΔｔｄ短い時間を計
時すると電力制御部１６に信号を出力し、電力制御部１
６は受信回路２の動作を定常状態となるように電力を定
常に復帰させる。Δｔｄは受信回路の動作が低電力時か
ら定常時に必要な時間であればよく、電力消費を小さく
するためできるだけ短い時間に設定している。なお、こ
の実施例では繰り返しが２回前に送信した超音波との干
渉を問題としているが、それ以前に送信した超音波との
干渉を避ける設定とすることでさらに精度が向上する。

【００３６】（実施例３）図５は本発明の実施例３の受
信回路４と周辺回路の詳細なブロック図であり、図６は
ピーク検知手段１９の入力信号を示す図である。

【００３７】実施例２と異なる点は、受信回路４の中に
あり受信回路４の出力信号を設定した増幅率で増幅する
可変増幅回路１７と、可変増幅回路１７の出力を受け受
信タイミングを検知するタイミング検知回路１８と、タ
イミング検知回路１８の入力信号のピークを検知するピ
ーク検知手段１９と、ピーク検知手段１９の出力を受け
タイミング検知回路１８の入力信号ピークを一定に保つ
受信信号安定手段２０とを備え、ピーク検知手段１９の
出力を受けた電力制御部２１によって受信回路４の電力
を低減する構成としたところである。

【００３８】受信回路４は入力信号が小さいあるいは大
きい場合であっても、同じタイミングで受信判定を行う
ため、タイミング検知回路１８の入力信号のピークレベ
ルをピーク検知手段１９によって検知し、次の測定のと
きにその検知レベルを受けた受信信号安定手段２０が可
変増幅回路１７の増幅率を変えタイミング検知回路の受
信レベルを安定化している。

【００３９】図６のＣで受信タイミングを検知し帰還回
路による遅延動作を行うが、受信タイミングの検知と同
時に受信回路４の電力を小さくしたのでは図６の破線で
示すような波形となる。そのため、本来図６のＰをタイ
ミング検知手段の入力信号のピークとしなければならな
いが、Ｐ’と誤判定してしまい、正常な測定を行うこと
ができない。そこで、ピーク検知手段１９の出力を電力
制御部２１に送ることによって、ピークレベルを検知す
ると同時に電力受信回路４の電力を小さくしている。

【００４０】（実施例４）図７は本発明の実施例４の超
音波流量計のブロック図であり、図８は電力制御部２２
による電力制御のタイミングを示す図である。

【００４１】実施例２と異なる点は、電力制御部２２に
カウンタ７の出力を入力したところであり、電力制御部
２２はカウンタ７の出力が小さいときには、前記電力を
抑制を解除するタイミングを早くする。つまりΔｔｄの
値を小さく設定する。カウンタの値がおおきくなると、
Δｔｄの値を通常の値とするところである。

【００４２】電源を長時間切るあるいは小さくした後に
測定を行う場合、回路各部の電圧や温度が測定時と異な
るため、測定の結果が安定しない。そのため測定前に電
源を定常状態とし一定時間経過後に測定を行う必要があ
った。

【００４３】そこで受信回路の電源投入時あるいは電力
抑制動作から定常動作への変更時に、受信回路２の動作
が安定となるまでの時間が長い測定初期は、早期に電力
抑制を解除し、あるいは電力を低減せずに動作させ、超
音波信号の受信時には受信回路の動作を安定させる。

【００４４】（実施例５）図９は本発明の実施例５の超
音波流量計のブロック図である。

【００４５】実施例２と異なる点は、タイマ８のスター
トとストップをカウンタの出力信号で行っているところ
である。

【００４６】電源を長時間切るあるいは小さくした後に
測定を行う場合、回路各部の電圧や温度が測定時と異な
るため、測定の結果が安定しない。

【００４７】そこで、本発明では簡単な構成によって、
最も不安定な状態である測定開始から１〜数回くり返し
動作の間を測定しない構成とし、その後タイマ８による
計時を行うことによって、回路各部が測定時と同等の状
態となり、測定精度が向上する。

【００４８】（実施例６）図１０は本発明の実施例６の
超音波流量計のブロック図である。

【００４９】実施例２と異なる点は、被測定流体の温度
を検知する温度検知部２４と、被測定流体の種類を判別
する流体設定スイッチ２５と、温度検知部２４、流体判
別手段２５の出力に応じて受信回路４の電力を制御する
タイミングを変更する電力制御部２６を備えたところで
ある。

【００５０】電力制御部２６は被測定流体を伝搬してく
る超音波の受信タイミングよりΔｔｄ短い時間早く受信
回路２を定常動作とするように電力制御する。超音波の
伝搬時間は被測定流体や、被測定流体の温度等によって
大きく変動するため、電力制御部２６は、温度検知部２
４の出力、流体設定スイッチ２５の出力によって伝搬時
間を求め、受信回路２の電力を伝搬時間よりΔｔｄ早く
定常状態に復帰させる。

【００５１】なお流体設定スイッチ２５は、ガスの種類
を自動検出するガスセンサ、たとえばＣＯ２センサなど
であってもかまわない。

【００５２】（実施例７）図１１は本発明の実施例７の
超音波流量計のブロック図である。

【００５３】実施例２と異なる点は、超音波の伝搬時間
を前回測定時のタイマ８出力から求め、超音波の伝搬時
間に応じて受信回路２の出力を無効とするタイミングを
制御する出力無効回路２７を備えたところである。

【００５４】出力無効回路２７は制御部６が測定開始信
号を出力するか、受信回路２が超音波の受信判定を行っ
た後に受信回路２の出力を無効となるようにし、超音波
の超音波の伝搬時間を前回測定時のタイマ８出力から求
め、受信回路に超音波信号が入力される直前に受信回路
の出力を友好となるように制御する。

【００５５】このような制御によって、流体の変化や流
体の温度変化によって超音波の伝搬時間が変化した場合
であっても、超音波を受信するタイミング以外の雑音に
よる誤動作を防止する。特に受信回路の電力を増減させ
る構成において、電力を変更時に発生する回路の誤動作
で発生する雑音による誤動作を防止する。

【００５６】（実施例８）図１２は本発明の実施例８の
超音波流量計のブロック図である。

【００５７】実施例２と異なる点は、受信回路安定判断
手段２８によって回路の安定動作を判定した後に流量測
定する構成としているところである。

【００５８】受信回路安定判断手段２８は、下流方向、
上流方向への測定結果であるｔ１、ｔ２の逆数和を前回
測定したときのもとの比較する。この値は、（式３）に
示すように音速に比例した値となる。

【００５９】超音波振動子間の距離をＬ、音速をｃ、流
速をｖとすると、１／ｔ１＋１／ｔ２＝（ｖ−ｃ）／Ｌ＋（ｖ＋ｃ）／Ｌ＝（２／Ｌ）×ｖ・・・・・・・・・・・（式３）被測定流体またはその温度が大きく変動しないかぎり、
音速は短時間では大きく変動することがないため、この
逆数和の値が大きく変動することはない。このため、前
回の値と近いかどうかを受信回路安定判断手段２８で判
断することによって、受信回路２が前回測定時と同等の
計測動作をしているかどうか判定することができる。そ
こで、逆数和の値が前回測定値に近ければ受信回路２が
安定動作状態となったと判断し流量計測を開始する。

【００６０】

【発明の効果】

（１）超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第
１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を
伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記
第２の超音波振動子の出力信号から受信判定する受信回
路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅延時間経過後
に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超音波の送
信から受信そして帰還までの繰り返しの回数を計測する
カウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に達するま
での時間を計測するタイマと、前記タイマの値から流量
を求める演算部と、伝搬時間が長くなるに対応してくり
返し回数をへらすくり返し制御部によって、伝搬時間が
長くなった場合に精度を必要以上にあげることなく繰り
返し回数が少なくなり、伝搬時間が短くなった場合に
は、くり返し回数が増えるので精度が落ちることがな
い。つまり必要以上の繰り返し測定をおこなう必要がな
いので、低電力化できる。

【００６１】（２）伝搬時間によって遅延制御部が遅延
時間を変化させるため、大きく伝搬時間が変化した場合
であっても、超音波振動子間を反射した後第２の超音波
振動子で受信される反射波と直接第１の超音波振動子か
ら送信された超音波を第２の超音波振動子で受信するタ
イミングとを外すことができるので、伝搬時間の短い流
体から長い流体まで正確な測定を行うことができる。ま
た遅延時間を反射波と直接波が重ならない最短の時間に
設定することができるので、測定時間が短くなり低電力
化できる。

【００６２】（３）超音波の伝搬時間より所定時間短い
時間と前記遅延時間とを含む間前記受信回路の電力を低
減または遮断させるさせる電力制御部によって、遅延時
間と伝搬時間より所定時間短い間との両方の時間受信回
路の電力を低減できるので、より低電力化できる。

【００６３】（４）ピーク検知手段がピークレベルを検
知した後から前記第２の超音波振動子に超音波が受信さ
れる一定時間前まで電力制御手段が受信回路の電力を低
減するので、ピーク検知を行った後に受信回路の電力を
低減し、ピーク検知手段が超音波信号のピークレベルを
正確に検知する。このため受信信号のピークを一定の値
とすることができる。さらに受信波のピークを一定にた
もつ動作を行った状態で長い時間受信回路の電力を低減
できるので、省電力化できる。

【００６４】（５）少なくとも超音波の伝搬開始から伝
搬時間より所定の時間短い間前記受信回路の電力を抑制
する電力制御部によって、受信回路の電源投入時あるい
は電力抑制動作から定常動作への変更時に、受信回路の
動作が安定となるまでの時間が長い測定初期は早期に電
力抑制を解除し、くり返し回数が多くなり受信回路の動
作が安定となるまでの時間が短い時には電力抑制の時間
を長くする制御によって、必要以上の時間受信回路を電
力の大きい定常動作させる必要がないので、省電力化で
きる。

【００６５】（６）前記繰り返し回数が２回目以降の設
定した値から終了設定した値までの時間を計測するタイ
マによって、測定初期に発生しやすい電源投入あるいは
低電力動作から定常動作への変化によって起こる測定誤
差を排除できる。

【００６６】（７）温度検知部で検知した被測定流体の
温度に応じて受信回路の電力を制御する電力制御部によ
って、温度変化による超音波伝搬時間の変化、受信回路
の温度特性にあわせて受信回路の電力を増減するので、
省電力化できる。また超音波の伝搬時間を求める手段を
設ける必要がなく回路構成を簡略化できる。

【００６７】（８）流体判別手段で判定した流体に応じ
て受信回路の電力を制御する電力制御手段によって、流
体の種類による超音波伝搬時間の変化にあわせて受信回
路の電力を増減するタイミングを変えるので、受信時に
は受信回路出力を安定化できかつ省電力化できる。また
超音波の伝搬時間を求める手段を設ける必要がなく回路
構成を簡略化できる。

【００６８】（９）超音波の伝搬時間に応じて受信回路
の出力を無効にするタイミングを制御する出力無効回路
によって、流体の変化や流体の温度変化によって超音波
の伝搬時間が変化した場合であっても、超音波を受信す
るタイミング以外の雑音による誤動作を防止できるの
で、測定回数を減らすことができ、省電力化できる。特
に受信回路の電力を増減させる構成において、電力を変
更時に発生する回路の誤動作で発生する雑音による誤動
作を防止できる。

【００６９】（１０）受信回路安定判断手段によって回
路の安定動作を判定した後に流量測定する回路安定判断
手段によって、受信回路の安定動作のため必要以上の時
間を待つ必要がなく、省電力化できる。

【００７０】（１１）受信回路安定判断手段は超音波の
伝搬時間の測定結果から受信回路の安定動作を判定する
ので、流量測定と同じ測定回路を使用し安定判断がで
き、確実に簡単な構成で受信回路安定判断手段を実現で
きる。また上流方向と下流方向の測定結果から安定判断
を行うので、流体が流れていても判断することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の超音波流量計のブロック図

【図２】同流量計の伝搬時間に対する繰り返し回数の設
定値を示す図

【図３】本発明の実施例２の超音波流量計のブロック図

【図４】同流量計の超音波の伝搬時間と帰還回路１３の
遅延時間との関係を示した図

【図５】本発明の実施例３の超音波流量計の受信回路４
と周辺回路の詳細なブロック図

【図６】同流量計のピーク検知手段１９の入力信号を示
す図

【図７】本発明の実施例４の超音波流量計のブロック図

【図８】同流量計の電力制御部２２による電力制御のタ
イミングを示す図

【図９】本発明の実施例５の超音波流量計のブロック図

【図１０】本発明の実施例６の超音波流量計のブロック
図

【図１１】本発明の実施例７の超音波流量計のブロック
図

【図１２】本発明の実施例８の超音波流量計のブロック
図

【図１３】従来の超音波流量計のブロック図

【符号の説明】

１送信回路２受信回路３第１の超音波振動子４第２の超音波振動子５切り替え器６制御部７カウンタ８タイマ９演算部１２繰り返し制御部１３帰還回路１４遅延制御部１５第２のタイマ１６電力制御部１７可変増幅回路１８タイミング検知回路１９ピーク検知手段２０受信信号安定手段２１電力制御部２２電力制御部２４温度検知部２５流体設定スイッチ２６電力制御部２７出力無効回路２８受信安定判断手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
る受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅延時
間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超
音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回数を
計測するカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に
達するまでの時間を計測するタイマと、前記タイマの値
から流量を求める演算部と、前記超音波が前記第１の超
音波振動子から前記第２の超音波振動子に達するまでの
伝搬時間の長さに応じて前記繰り返しの回数を低減する
繰り返し制御部を備えた超音波流量計。
【請求項２】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
る受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅延時
間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超
音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回数を
計測するカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に
達するまでの時間を計測するタイマと、前記タイマの値
から流量を求める演算部と、前記超音波が前記弟１の超
音波振動子から前記第２の超音波振動子に達するまでの
伝搬時間に応じて前記遅延時間を制御する遅延制御部を
備えた超音波流量計。
【請求項３】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
る受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅延時
間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超
音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回数を
計測するカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に
達する時間を計測するタイマと、前記タイマの値から流
量を求める演算部と、超音波の伝搬時間より所定時間短
い時間と前記遅延時間とを含む間前記受信回路の電力を
低減または遮断させる電力制御部とを備えた超音波流量
計。
【請求項４】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
る受信回路と、前記受信回路の中にあり前記第２の超音
波振動子の出力信号を直接あるいは信号処理の後に受け
超音波の受信タイミングを検知するタイミング検知回路
と、前記タイミング検知回路の出力を受け所定の遅延時
間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超
音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回数を
計測するカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に
達する時間を計測するタイマと、前記タイマの値から流
量を求める演算部と、前記タイミング検知回路入力信号
のピークを検知するピーク検知手段と、前記ピーク検知
手段の出力を受け前記タイミング検知回路入力信号のピ
ークを一定に保つ受信信号安定手段と、前記受信回路の
電力を低減する電力制御部とを備え、前記ピーク検知手
段がピークレベルを検知した後から前記第２の超音波振
動子に超音波が受信される一定時間前まで前記電力制御
手段が前記受信回路の電力を低減する超音波流量計。
【請求項５】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
る受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅延時
間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超
音波の送信から受信そして帰還までの回数を計測するカ
ウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に達する時間
を計測するタイマと、前記タイマの値から流量を求める
演算部と、少なくとも超音波の伝搬開始から伝搬時間よ
り所定の時間短い間前記受信回路の電力を抑制する電力
制御部とを備え、繰り返し初期は前記電力を抑制を解除
するタイミングを早くする超音波流量計。
【請求項６】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
る受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅延時
間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超
音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回数を
測定するカウンタと、前記超音波受信回路の電力を制御
する電力制御部と、前記繰り返し回数が２回目以降の設
定した値から終了設定した値までの時間を計測するタイ
マと、前記タイマの値から流量を求める演算部とを備え
た超音波流量計。
【請求項７】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
る受信回路と、超音波が被測定流体を伝搬するのに要し
た伝搬時間から流量を求める演算部と、前記被測定流体
の温度を検知する温度検知部と、前記温度検知部の出力
に応じて受信回路の電力を低減または遮断するタイミン
グを変える電力制御部とを備えた超音波流量計。
【請求項８】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
る受信回路と、超音波が被測定流体を伝搬するのに要し
た伝搬時間から流量を求める演算部と、前記被測定流体
の種類を判定する流体判別手段と、前記流体判別手段の
出力に応じて前記受信回路の電力を低減または遮断する
タイミングを変える電力制御部とを備えた超音波流量
計。
【請求項９】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
る受信回路と、超音波が被測定流体を伝搬するのに要し
た伝搬時間から流量を求める演算部と、超音波の伝搬時
間に応じて前記超音波受信回路の出力を無効にするタイ
ミングを制御する出力無効回路を備えた超音波流量計。
【請求項１０】受信回路が安定動作か非安定動作かを判
定する回路安定判断手段を備え、前記受信安定判断手段
によって安定動作と判定した後に流量を測定する請求項
１から９のいずれか１項記載の超音波流量計。
【請求項１１】受信回路安定判断手段は、被測定流体の
上流方向と下流方向への超音波伝搬時間を測定し、両測
定値を前回の値と比較する請求項１０記載の超音波流量
計。