JP2002340643A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度のよい流量計を提供すること。 【解決手段】 インピーダンス特性の相関係数が大きい
一対の超音波変換器２３、２４を用いて超音波流量計２
１を構成している。これによって、一対の超音波変換器
間に発生するオフセット値が小さく、高精度な流量計を
実現することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を計測
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、この種の流量計として、図１０に
示すような流量計１がある。図１０は、断面図を示し、
流体の流れる流路２の上流側と下流側とに一対の超音波
変換器３、４を流体を介し、対向して設置し、一対の超
音波変換器３、４間を伝搬する超音波の伝搬時間の時間
差から流体の流速を計測し、流量を演算し、流量計とし
ていた。なお、図中の片矢印５（実線）は流体の流れる
方向を示し、両矢印６（破線）は超音波の伝搬する方向
を示している。なお、流体の流れる方向と、超音波の伝
搬する方向とは角θで交叉している。

【０００３】図１１に、上流側（もしくは下流側）の超
音波変換器３（もしくは４）を駆動した時の矩形状の駆
動波形７と、下流側（もしくは上流側）の超音波変換器
４（もしくは３）で受信した時の受信波形８とを示す。
横軸に時間を、縦軸に電圧を示す。なお、図中の横線９
（破線）は、コンパレータの設定電圧（Ｖｒｅｆ）を示
す。なお、コンパレータの設定電圧９（Ｖｒｅｆ）は、
雑音信号でコンパレータが誤動作しないように、受信波
形８の第３番目の受信電圧の山（Ｖ３）と第４番目の受
信電圧の山（Ｖ４）との間となるよう設定してある。超
音波変換器３、４間を伝搬する超音波の伝搬時間Ｔｐ
は、駆動波形の立ち上がり点１０から、受信波形８が、
コンパレータの設定電圧９を越えた次のゼロクロス点１
１（黒丸）までとしていた（図中のＴｐ参照）。この場
合、超音波が流体中を伝搬する真の伝搬時間Ｔｓは、上
記の伝搬時間Ｔｐから、受信波形の３．５波分（図中の
Ｔｉ参照）を差し引いた時間となる。即ち、超音波の真
の伝搬時間Ｔｓは、Ｔｓ＝Ｔｐ−Ｔｉとして、流量演算
に用いていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
流量計１の計測される超音波伝搬時間Ｔｐ（＝Ｔｓ＋Ｔ
ｉ）には、超音波が受信側の超音波変換器の表面に到達
した後、検知されるまでの時間（Ｔｉ）が含まれている
ため、一対の超音波変換器３、４の特性差により誤差が
発生することがあった。即ち、超音波変換器の温度特性
や経時変化などにより、例えば、受信周波数が変化した
り、あるいは、受信感度が変化したりし、検知される間
での時間（Ｔｉ）が一対の超音波変換器間で異なること
があった。この差異が、超音波流量計の誤差となり、流
量値が不正確となるという課題を有していた。

【０００５】即ち、上流側の超音波変換器から下流側の
超音波変換器への計測される超音波の伝搬時間をＴｐ
（ｕｄ）、下流側の超音波変換器から上流側の超音波変
換器への計測される超音波の伝搬時間をＴｐ（ｄｕ）、
流体中を伝搬する超音波の伝搬速度をＶｓ、流体の流速
をＶｆ、上流側と下流側の超音波変換器間の距離をＬｄ
とすると、以下のようになる。

【０００６】Ｔｐ（ｕｄ）＝Ｔｓ（ｕｄ）＋Ｔｉ
（ｄ）、 ＝Ｌｄ／［Ｖｓ＋Ｖｆ×ｃｏｓ（θ）］＋Ｔｉ（ｄ）、 Ｔｐ（ｄｕ）＝Ｔｓ（ｄｕ）＋Ｔｉ（ｕ） ＝Ｌｄ／［Ｖｓ−Ｖｆ×ｃｏｓ（θ）］＋Ｔｉ（ｕ）と
なる。

【０００７】ここで、Ｔｉ（ｄ）は超音波が上流側の超
音波変換器から超音波が伝搬してきて下流側の超音波変
換器の表面に到着後検知されるまでの時間を、Ｔｉ
（ｕ）は超音波が下流側の超音波変換器から伝搬してき
て上流側の超音波変換器の表面に到着後検知されるまで
の時間を、それぞれ示す。なお、Ｔｓ（ｕｄ）およびＴ
ｓ（ｄｕ）は、それぞれ超音波が流体中を上流側の超音
波変換器から下流側の超音波変換器へ伝搬する時の真の
伝搬時間、および下流側の超音波変換器から上流側の超
音波変換器へ伝搬する時の真の伝搬時間を示す。このよ
うに計測される超音波の伝搬時間Ｔｐは、超音波が伝搬
する真の伝搬時間Ｔｓと、超音波変換器の表面に到着後
検知されるまでの時間Ｔｉとの和となる。

【０００８】これらより、Ｔｐ（ｕｄ）−Ｔｉ（ｄ）＝
Ｌｄ／［Ｖｓ＋Ｖｆ×ｃｏｓ（θ）］であるから、 Ｖｓ＋Ｖｆ×ｃｏｓ（θ）＝Ｌｄ／［Ｔｐ（ｕｄ）−Ｔ
ｉ（ｄ）］、 また、Ｔｐ（ｄｕ）−Ｔｉ（ｕ）＝Ｌｄ／［Ｖｓ−Ｖｆ
×ｃｏｓ（θ）］であるから、Ｖｓ−Ｖｆ×ｃｏｓ
（θ）＝Ｌｄ／［Ｔｐ（ｄｕ）−Ｔｉ（ｕ）］となり、
両辺を引き算すると、流体中の超音波伝搬速度Ｖｓはキ
ャンセルされ、 ２×Ｖｆ×ｃｏｓ（θ）＝｛Ｌｄ／［Ｔｐ（ｕｄ）−Ｔ
ｉ（ｄ）］｝−｛Ｌｄ／［Ｔｐ（ｄｕ）−Ｔｉ
（ｕ）］｝。

【０００９】 よって、（右辺の分子）＝Ｌｄ×｛［Ｔｐ（ｄｕ）−Ｔｉ（ｕ）］−［Ｔｐ（ ｕｄ）−Ｔｉ（ｄ）］｝ ＝Ｌｄ×｛［Ｔｐ（ｄｕ）−Ｔｐ（ｕｄ）］＋［Ｔｉ（ｄ）−Ｔｉ（ｕ）］｝ （右辺の分母）＝［Ｔｐ（ｕｄ）−Ｔｉ（ｄ）］×［Ｔ
ｐ（ｄｕ）−Ｔｉ（ｕ）］となる。

【００１０】通常の場合、Ｔｐ（ｕｄ）、Ｔｐ（ｄｕ）
＞＞Ｔｉ（ｄ）、Ｔｉ（ｕ）、 また、流体の流速に比べ超音波の伝搬速度は充分大きい
ので、 Ｔｐ（ｕｄ）≒Ｔｐ（ｄｕ）であり、 （右辺の分母）＝［Ｔｐ（ｕｄ）−Ｔｉ（ｄ）］×［Ｔｐ（ｄｕ）−Ｔｉ（ｕ ）］ ＝Ｔｐ（ｕｄ）×Ｔｐ（ｄｕ）−Ｔｐ（ｕｄ）×［Ｔｉ（ｄ）＋Ｔｉ（ｄ）］ ＋Ｔｉ（ｄ）×Ｔｉ（ｕ） ≒Ｔｐ（ｕｄ）×Ｔｐ（ｄｕ）とすることができ、 Ｖｆ＝Ｌｄ×｛［Ｔｐ（ｄｕ）−Ｔｐ（ｕｄ）］＋［Ｔ
ｉ（ｄ）−Ｔｉ（ｕ）］｝／［２×ｃｏｓ（θ）×Ｔｐ
（ｕｄ）×Ｔｐ（ｄｕ）］となる。

【００１１】ここで、Ｖｍｅａｓ＝Ｌｄ×［Ｔｐ（ｄ
ｕ）−Ｔｐ（ｕｄ）］／［２×ｃｏｓ（θ）×Ｔｐ（ｕ
ｄ）×Ｔｐ（ｄｕ）］、 Ｖｅｒｒ＝Ｌｄ×［Ｔｉ（ｄ）−Ｔｉ（ｕ）］／［２×
ｃｏｓ（θ）×Ｔｐ（ｕｄ）×Ｔｐ（ｄｕ）］、 とすると、Ｖｆ＝Ｖｍｅａｓ＋Ｖｅｒｒとなり、Ｖｍｅ
ａｓが真の流速値、Ｖｅｒｒが流速計測の誤差項とな
る。

【００１２】よって、流量は、流速Ｖｆに流路２２の断
面積Ｓｒを乗じ、以下のようになる。

【００１３】Ｑｍｅａｓ＝Ｖｍｅａｓ×Ｓｒ Ｑｅｒｒ＝Ｖｅｒｒ×Ｓｒとなる。

【００１４】真の流量値Ｑｍｅｓａおよび誤差項Ｑｅｒ
ｒが得られることになる。

【００１５】なお、この流速の誤差項Ｖｅｒｒあるいは
流量の誤差項Ｑｅｒｒは、流速が小さい時ほど、その真
の流速値Ｖｍｅａｓに対する影響度は大きくなる。即
ち、流体の流速が遅い時は、［Ｔｐ（ｄｕ）−Ｔｐ（ｕ
ｄ）］の値が、非常に小さくなるためである。

【００１６】このように、計測される超音波の伝搬時間
Ｔｐ（ｕｄ）、あるいはＴｐ（ｄｕ）は、それぞれ真の
超音波伝搬時間Ｔｓと検知されるまでの時間Ｔｉとを含
んでいるので、上流側の超音波変換器および下流側の超
音波変換器での検知されるまでの時間Ｔｉ（ｕ）、Ｔｉ
（ｄ）に差異が発生すると、流速の計測に誤差を含むこ
とになり、流量計測精度が悪くなることになる。即ち、
流速計測における誤差分、Ｔｉ（ｄ）−Ｔｉ（ｕ）、が
含まれる。なお、この流速の誤差項、Ｖｅｒｒ（＝Ｔｉ
（ｄ）−Ｔｉ（ｕ））、あるいは、流量の誤差項Ｑｅｒ
ｒ（＝Ｖｅｒｒ×Ｓｒ）は通常オフセット値と言われる
ことが多い。

【００１７】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、オフセット値の小さい超音波流量計を提供するとと
もに、温度変化に対しても安定な超音波流量計を提供す
ることを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】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は、相関係数の大きい
な一対の超音波変換器を流体の流れる流路の上流側と下
流側とに、流体を介し、対向して配置した構成とした。

【００１９】この構成により、本発明の超音波流量計
は、超音波変換器の特性が一致するので、オフセット値
の小さい流量計を構成することができ、正確な流量値を
計測することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、相関係数
の大きいな一対の超音波変換器を流体の流れる流路の上
流側と下流側とに、流体を介し、対向して配置する構成
としたので、超音波変換器の特性が一致するのでオフセ
ット値を小さくすることができ、流量計測が正確な超音
波流量計を実現できる。

【００２１】請求項２記載の発明は、特に請求項１記載
の相関係数をインピーダンス特性の抵抗成分をもとに算
出する構成としたので、算出が簡単となり、効率よく算
出でき、算出時間を短縮できる。

【００２２】請求項３記載の発明は、特に請求項１記載
の相関係数をインピーダンス特性の位相成分をもとに算
出する構成としたので、算出が簡単となり、効率よく算
出でき、算出時間を短縮できる。

【００２３】請求項４記載の発明は、特に請求項１記載
の相関係数をインピーダンス特性の抵抗成分と位相成分
との両方を用いるので、より効率よくオフセット値の小
さな超音波流量計が実現できる。

【００２４】請求項５記載の発明は、特に請求項１記載
の相関係数が使用温度範囲内の複数の温度で大きい超音
波変換器組を用いるので、使用温度範囲においてオフセ
ット値の小さい超音波流量計を実現できる。

【００２５】請求項６記載の発明は、特に請求項５記載
の相関係数を使用温度範囲内の上限温度と、下限温度と
で算出するので、使用温度において、オフセット値の小
さく超音波流量計を実現できる。

【００２６】請求項７記載の発明は、特に請求項５記載
の相関係数を使用温度範囲内の上限温度、下限温度およ
び中間温度とで算出するので、使用温度において、オフ
セット値が小さく、変化の少ない安定な超音波流量計を
実現できる。

【００２７】請求項８記載の発明は、特に請求項１記載
の相関係数を超音波変換器の送受信特性の範囲内の周波
数範囲としたので、送受信特性のそろった超音波変換器
対となり、オフセット値を小さく構成することができ、
正確な超音波流量計を実現できる。

【００２８】請求項９記載の発明は、特に請求項８記載
の相関係数を超音波変換器の共振周波数と***振周波数
とを含む周波数範囲としたので、送受信特性のそろった
超音波変換器対となり、オフセット値を小さく構成する
ことができ、正確な超音波流量計を実現できる。

【００２９】請求項１０記載の発明は、特に請求項８記
載の相関係数を、送受信最大感度の（１／３）以上なる
周波数範囲としたので、送受信特性のそろった超音波変
換器対となり、オフセット値を小さく構成することがで
き、正確な超音波流量計を実現できる

【００３０】

【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、図中の同一番号を付けているものは、
同一なものを示しているので、説明を省略する。

【００３１】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
おける流量計２１の断面図を示し、流体の流れる流路２
２の上流側と下流側とに一対の超音波変換器２３、２４
を流体を介し対向して設置し、超音波変換器間の距離Ｌ
ｄは、約１００［ｍｍ］、流路２２の断面積Ｓｒは約３
０［ｍｍ＾２］とした。なお、図中の片矢印２５（実
線）は流体の流れる方向を示し、両矢印２６（破線）は
超音波の伝搬する方向を示している。なお、流体の流れ
る方向は、超音波の伝搬する方向とは角θ（４５度）で
交叉するようにした。

【００３２】本発明の実施例１の構成において、上流側
および下流側の超音波変換器として、インピーダンス特
性を計測し、その相関係数の大きい対を選び出して用い
た。図２に、計測したインピーダンス特性を示す。横軸
に周波数を、左側の縦軸にインピーダンスの抵抗成分の
対数を、右側の縦軸にインピーダンスの位相成分を、そ
れぞれ示し、実線２７は抵抗成分を、破線２８は位相成
分を示す。領域を示す実線２９は、超音波変換器の超音
波出力が有効な周波数範囲を示す。相関係数Ｒｘｙは、
次式を用いて算出した。

【００３３】Ｒｘｙ＝Ｃｏｖ（Ｘ，Ｙ）／（σｘ×σ
ｙ）、 ここで、Ｃｏｖ（Ｘ，Ｙ）＝（１／ｎ）×Ｓｕｍ［（Ｘ
ｉ−Ｘａ）×（Ｙｉ−Ｙａ）］ σｘ、σｙは、Ｘｉ、Ｙｉの標準偏差を、Ｘａ、Ｙａ
は、Ｘｉ、Ｙｉの平均値を示す。

【００３４】なお、Ｓｕｍはｉをパラメ−タ（周波数）
とした場合の、ｉ＝１〜ｎまでを加算することを示す。
即ち、超音波出力が有効な周波数範囲において相関係数
を算出することを意味する。オフセット値の発生要因で
ある、超音波が超音波変換器の表面に到達した後検知さ
れるまでの時間Ｔｉは、送信側と受信側との超音波変換
器の両者の特性の差異に大きく依存するので、両者の特
性が非常に似通っている超音波変換器対を用いると、そ
のオフセット値は小さくなる。即ち、全く特性が同じ超
音波変換器を用いると、原理的には、送信特性も、受信
特性も全く同じとなり、オフセット値は発生しなくな
る。従って、超音波変換器の特性を示すインピーダンス
特性のそろった、即ち、相関係数の大きな一対の超音波
変換器を用いて流量計を構成すると、オフセット値の小
さい超音波流量計を実現することができる。全く特性が
同じである超音波変換器の対は、実際上は実現不可能で
あるので、超音波変換器の送信特性、受信特性を示すイ
ンピーダンス特性が似ている対、即ち、相関係数の大き
な対を用いることにより、オフセット値の小さい超音波
流量計を実現することができる。

【００３５】（実施例２）実施例２の説明を図面に基づ
き説明する。図３に、Ｘを上流側と下流側の超音波変換
器のインピーダンス特性の抵抗成分から算出した相関係
数とし、Ｙをオフセット値とした時の関係を示す。横軸
に相関係数を、縦軸にオフセット値の流量計測範囲のフ
ルスケールに対する割合（［％］）を示す。図３より、
相関係数Ｒｘｙが０．９以上であれば、オフセット値が
フルスケールの±０．５［％］以内となり、相関係数Ｒ
ｘｙが０．９５以上であれば、オフセット値がフルスケ
ールの±０．３［％］以内となる。この意味するところ
は、フルスケールが６０００［Ｌ／ｈ］の超音波流量計
であれば、Ｒｘｙが０．９０以上の時はオフセット値が
±３０［Ｌ／ｈ］以内となり、Ｒｘｙが０．９５以上の
時は±１８［Ｌ／ｈ］以内となることを示している。さ
らには、より相関係数の大きい対を用いて超音波流量計
を構成すると、より小さいオフセット値が得られること
を示している。このように、超音波流量計にインピーダ
ンス特性の抵抗成分からなる相関係数が大きい超音波変
換器対を用いると、オフセット値の小さい超音波流量計
を実現できる。

【００３６】（実施例３）次に、実施例１に示したＸ、
Ｙに、上流側および下流側の超音波変換器のインピーダ
ンス特性の位相成分から算出した相関係数と、オフセッ
ト値とした場合の結果を図４に示す。横軸に相関係数
を、縦軸に流量計測範囲のフルスケールに対するオフセ
ット値の割合（［％］）を示す。図４より、相関係数Ｒ
ｘｙが０．９２以上であれば、オフセット値がフルスケ
ールの±０．５［％］以内となり、相関係数Ｒｘｙが
０．９８以上であれば、オフセット値がフルスケールの
±０．３［％］以内となる。このように、超音波流量計
にインピーダンス特性の位相成分からなる相関係数が大
きい超音波変換器対を用いて超音波流量計を構成する
と、オフセット値の小さい超音波流量計を実現できる。

【００３７】（実施例４）次に、実施例１、２に示した
相関係数に、インピーダンス特性の抵抗成分と位相成分
との平均値を用いた場合の結果を図５に示す。横軸に抵
抗成分および位相成分から算出した相関係数の平均値
を、縦軸にオフセット値の流量計測範囲のフルスケール
に対する割合（［％］）を示す。図５より、相関係数Ｒ
ｘｙが０．９５以上であれば、オフセット値がフルスケ
ールの±０．５［％］以内となり、相関係数Ｒｘｙが
０．９８以上であれば、オフセット値がフルスケールの
±０．３［％］以内となる。このように、超音波流量計
にインピーダンス特性の抵抗成分と位相成分からなる相
関係数の平均値が大きい超音波変換器対を用いると、オ
フセット値の小さい超音波流量計を実現できる。

【００３８】（実施例５）次に、使用温度範囲でのオフ
セット値と相関係数との関係について説明する。

【００３９】一般に、オフセット値と雰囲気温度との関
係は単調変化である場合が多い。従って、使用温度範囲
が、例えば、−３０［℃］〜＋６０［℃］である場合、
例えば、１０［℃］刻みの各温度（温度レベル：１０
点）で、超音波流量計に用いる一対の超音波変換器の相
関係数が大きい時には、上記実施例より、その温度での
オフセット値は非常の小さくなるので、各温度で小さい
オフセット値を実現でき、その結果、全温度範囲、−３
０［℃］〜＋６０［℃］、において、小さいオフセット
値の超音波流量計を実現することができる。

【００４０】（実施例６）次に、実施例６について、図
面を用いて具体的に説明する。図６に使用温度範囲（−
３０［℃］〜＋６０［℃］）の高温部（＋６０［℃］）
での相関係数と低温部（−３０［℃］）での相関係数と
の差（ｄＣｏｒｒ）とオフセット値の差との関係を示
す。横軸に相関係数の差（ｄＣｏｒｒ）を、縦軸にオフ
セット値の差を示す。同図より両温度間での相関係数の
差（ｄＣｏｒｒ）が小さいほどオフセット値の差が小さ
いことが解る。相関係数の差（ｄＣｏｒｒ）が０．０５
以下であれば、オフセット値の変化が０．２［％］以内
となることがわかる。このように高温部と低温部とでの
相関係数の差が小さい一対の超音波変換器で超音波流量
計を構成すると、使用温度範囲でのオフセット値を小さ
くできることがわかる。

【００４１】（実施例７）次に、実施例７について、図
面を用いて具体的に説明する。図７に使用温度範囲（−
３０［℃］〜＋６０［℃］）での、高温部（＋６０
［℃］）の相関係数と中間温度（＋２０［℃］）の相関
係数との差（ｄＣｈｉｇｈ）と、低温部（−３０
［℃］）の相関係数と中間温度（＋２０［℃］）の相関
係数との差（ｄＣｌｏｗ）とオフセット値の差（ｄＯｆ
ｆｓｅｔ）との関係を示す。横軸に相関係数の差（ｄＣ
ｈｉｇｈおよびｄＣｌｏｗ）の平均値（ｄＣａｖｅｒ）
を、縦軸に使用温度範囲でのオフセット値の最大値と最
小値との差（ｄＯｆｆｓｅｔ）を示す。同図より両温度
間での相関係数の差（ｄＣｏｒｒ）が小さいほどオフセ
ット値の差（ｄＯｆｆｓｅｔ）が小さいことが解る。相
関係数の差（ｄＣｏｒｒ）が０．０５以下であれば、オ
フセット値の変化が０．２［％］以内となることがわか
る。このように高温部と中間温度および中間温度と低温
部とでの相関係数の差の小さい一対の超音波変換器で超
音波流量計を構成すると、使用温度範囲でのオフセット
値の変化を小さくでき、高精度な流量計が実現できるこ
とがわかる。なお、この場合には、例えば、室温（中間
温度）でオフセット値をゼロとなるように調整しておけ
ば、使用温度範囲においてオフセット値の変化が小さい
ため、温度に対して安定な超音波流量計を実現できるこ
とになる。

【００４２】（実施例８）図８に、超音波変換器の自己
送受信特性の周波数依存性を示す。横軸に周波数を、縦
軸に受信電圧を示す。

【００４３】図９に、上記の自己送受信特性、即ち、単
一の超音波変換器で送信し、同一の超音波変換器で受信
する、回路ブロック図を示す。３１は超音波変換器を駆
動する駆動部で、バースト信号を発生する。３２、３３
はダイオードブロックを、３４は超音波変換器を示す。
３５は負荷抵抗を、３６は信号抵抗を示し、それぞれ２
および１［ｋｏｈｍ］とした。３７は受信信号を増幅す
る増幅器を示す。この構成において、駆動部３１からの
数Ｖ〜数十Ｖのバースト駆動信号が、ダイオードブロッ
ク３２を介して、超音波変換器３４と負荷抵抗３５とに
印加される。超音波変換器の共振周波数近傍では、超音
波変換器のインピーダンスは負荷抵抗３５に比べ充分低
いので、駆動信号はすべて超音波変換器に印加されると
考えることができ、超音波変換器からバースト状の超音
波３８が放出される。放出された超音波は前方に設置さ
れた超音波反射板３９で反射される。反射された超音波
４０は超音波変換器３４で受信される。なお、駆動部３
１からの信号は、信号抵抗３６を介して、ダイオードブ
ロック３３と増幅器３７にも印加される。この場合、大
電圧の駆動信号は、ダイオードブロック３３を介して接
地ラインに接続されているので、増幅器にはダイオード
で決定される閾値、約０．９Ｖ程度の信号しか入力され
ないので、増幅器３７が破壊されることはない。超音波
反射板３９で反射された超音波は、同一の超音波変換器
３４で受信される。受信された超音波は、超音波変換器
３４に電荷を発生させる。この発生した電荷は、負荷抵
抗３５の両端に受信電圧を発生させる。この受信電圧は
充分小さく、通常は１００［ｍＶ］程度以下である場合
が多い。ダイオードブロック３２を介して駆動部と、信
号抵抗３６を介して増幅器３７とに伝達される。充分小
さい受信電圧は、ダイオードブロック３３で接地されて
も、その受信電圧は、ダイオードで決定される閾値以下
であるため減衰することなく増幅器３７に伝達される。
また、駆動部３１から超音波変換器へ供給された駆動信
号は、超音波が超音波変換器３４と超音波反射板３９と
の間約１００［ｍｍ］を往復する間に、充分減衰するの
で、受信信号に対する雑音とはならない。例えば、流体
が空気である場合、超音波が往復する時間は約５９０
［μｓｅｃ］程度となり、駆動信号が減衰するのに充分
な時間となる。

【００４４】このようにして図８に示した自己送受信の
周波数特性（実線）を得る。送受信特性が最大となる周
波数Ｆｐから周波数が離れるその自己送受信電圧は急激
に小さくなる。本発明の相関係数は、周波数範囲を自己
送受信特性における自己送受信電圧の大きい範囲とし、
図８に破線で示した。周波数範囲を示す破線は、最大電
圧Ｖｐの（１／５）以上となる範囲とした。なお、この
範囲は実施例１に実線２９示した領域と一致する。

【００４５】（実施例９）実施例８で示した周波数範囲
を種々変更してインピーダンス特性から求める相関係数
とオフセット値との関係を調べた結果、相関係数を算出
する周波数範囲は図２で示したインピーダンス特性の共
振周波数から***振周波数までを含むと、相関係数から
オフセット値を充分推定できることが解った。従って、
相関係数を算出する周波数範囲は、インピーダンス特性
の共振周波数から***振周波数の範囲であれば良い。な
お、共振周波数は、図２においてインピーダンス特性の
抵抗成分が最小となる周波数であり、***振周波数はイ
ンピーダンス特性の抵抗成分が最大ちなる周波数で定義
した。また、共振周波数および***振周波数において、
位相成分は零となる。このように、相関係数算出の領域
うを狭めることができ、算出効率が向上する。

【００４６】（実施例１０）実施例８で示した自己送受
信特性の周波数範囲を種々変更して相関係数とオフセッ
ト値との関係を調べた結果、相関係数を算出する周波数
範囲は、自己送受信特性の受信電圧が最大電圧の（１／
３）以上の範囲であれば、相関係数からオフセット値を
より一層推定できることが解った。従って、相関係数を
算出する周波数範囲は、自己送受信特性における受信電
圧が最大電圧の（１／３）以上となる周波数範囲であれ
ば良い。このように、相関係数算出の領域うを狭めるこ
とができ、算出効率が向上する。

【００４７】

【発明の効果】以上のように請求項１〜１０に記載の発
明によれば、超音波変換器間の相関係数の大きいな組で
超音波流量計を構成するとオフセット値を小さくするこ
とができ、高精度な超音波流量計を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における超音波流量計の断面
図

【図２】同流量計における超音波変換器の特性図

【図３】本発明の実施例２における超音波流量計の相関
係数とオフセット値との関係を示す特性図

【図４】本発明の実施例３における超音波流量計の相関
係数とオフセット値との関係を示す特性図

【図５】本発明の実施例４における超音波流量計の相関
係数とオフセット値との関係を示す特性図

【図６】本発明の実施例６における超音波流量計の相関
係数とオフセット値との関係を示す特性図

【図７】本発明の実施例７における超音波流量計の相関
係数とオフセット値との関係を示す特性図

【図８】本発明の実施例８における超音波流量計の自己
送受信の周波数特性図

【図９】同流量計における回路図

【図１０】従来の流量計の断面図

【図１１】同流量計における超音波伝搬時間を説明する
図

【符号の説明】

２１ 流量計 ２２ 流路 ２３ 上流側の超音波変換器 ２４ 下流側の超音波変換器 ３１ 駆動部 ３２、３３ ダイオードブロック ３４ 超音波変換器 ３７ 増幅部 ３９ 超音波反射板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 明久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐藤 真人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F030 CA03 CD01 2F031 AA08 AC01 AC05 AD10 2F035 DA14 DA19

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相関係数の大きい一対の超音波変換器を
   流体の流れる流路の上流側と下流側とに、それぞれ対向
   して配設した超音波流量計。
2. 【請求項２】 相関係数はインピーダンスの抵抗成分か
   らなる請求項１記載の超音波流量計。
3. 【請求項３】 相関係数はインピーダンスの位相成分か
   らなる請求項１記載の超音波流量計。
4. 【請求項４】 相関係数はインピーダンスの抵抗成分と
   位相成分とからなる請求項１記載の超音波流量計。
5. 【請求項５】 使用温度範囲内の複数の温度での相関係
   数が大きい一対の超音波変換器を用いる請求項１記載の
   超音波流量計。
6. 【請求項６】 複数の温度が、使用温度範囲内の高温側
   温度と低温側温度とからなる請求項５記載の超音波流量
   計。
7. 【請求項７】 複数の温度が、使用温度範囲内の高温側
   温度、低温側温度および中間の温度からなる請求項５記
   載の超音波流量計。
8. 【請求項８】 相関係数の周波数範囲を超音波変換器の
   送受信特性の範囲内とする請求項１記載の超音波流量
   計。
9. 【請求項９】 周波数範囲は共振周波数と***振周波数
   とを含む請求項８記載の超音波流量計。
10. 【請求項１０】 周波数範囲は送受信最大感度の（１／
    ３）以上とした請求項８記載の超音波流量計。