JP3443659B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波を利用してガ
スなどの流量を計測する流量計測装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の流量計測装置は電池を電
源とし、図１６に示すようなものが一般的であった。こ
の装置は流体の流れる流路３１に設置した第１超音波振
動子３２および第２超音波振動子３３と、第１超音波振
動子３２、第２超音波振動子３３の送受信を切り換える
切換手段３４と、第１超音波振動子３２及び第２超音波
振動子３３を駆動する送信手段３５と、受信側の超音波
振動子で受信し切り替え手段３４を通過した信号を所定
の振幅まで増幅する増幅手段３６と、増幅手段３６で増
幅された受信信号の電圧と基準電圧とを比較する基準比
較手段３７と、図１７に示すように基準比較手段３７で
基準電圧と比較し大小関係が反転した後の増幅信号の最
初のゼロクロス点ａで繰り返し手段３９へ出力信号Ｄを
出力する判定手段３８と、この判定手段３８からの信号
をカウントし予め設定された回数だけカウントすると共
に判定手段３８からの信号を制御手段４２へ出力する繰
り返し手段３９と、繰り返し手段３９で予め設定された
回数をカウントした時間を計時する計時手段４０と、計
時手段４０の計時した時間に応じて流量を算出する流量
算出手段４１と、流量算出手段４１から算出された流量
出力、繰り返し手段３９からの信号を受け送信手段３５
の動作を制御する制御手段４２と、判定手段３８、繰り
返し手段３９、計時手段４０、流量算出手段４１、制御
手段４２から構成されている。

【０００３】この装置は制御手段４２により送信手段３
５を動作させ超音波振動子３２で発信された超音波信号
が、流れの中を伝搬し第２超音波振動子３３で受信さ
れ、増幅手段３６で増幅後、基準比較手段３７と判定手
段３８で信号処理され、繰り返し手段３９を通り制御手
段４２に入力される。この動作を予め設定されたｎ回数
繰り返し行い、この間の時間を計時手段４０により測定
する。そして、第１超音波振動子３２と第２超音波振動
子３３とを切換手段３４により切り替えて、同様な動作
を行い、被測定流体の上流から下流（この方向を正流と
する）と下流から上流（この方向を逆流とする）のそれ
ぞれの伝搬時間を測定し、（式１）より流量Ｑを求めて
いた（超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、上流
から下流へのｎ回分の測定時間をｔ１、下流から上流へ
のｎ回分の測定時間をｔ２、被測定流体の流速をｖ、流
路の断面積をＳ、センサ角度をφ、流量をＱとする）。

【０００４】Ｑ＝Ｓ・ｖ＝Ｓ・Ｌ／２・ｃｏｓφ（（ｎ
／ｔ１）−（ｎ／ｔ２））…（式１） （実際には、式１に流量に応じた係数を乗じて流量を算
出する） また、増幅手段３６のゲインは受信側の超音波振動子で
受信した信号を一定振幅となるようゲインを調整してお
り、前述の流量計測毎に流量計測後、繰り返し手段３９
に計測時より少ない回数を設定し、再度超音波信号の送
受信を行い、その時の受信信号のピーク電圧値が所定の
電圧範囲に入るように調整される。これは繰り返し手段
３９に設定された回数の計測を繰り返し中に、図１８の
点線で示す受信信号ｂに示すように受信信号のピーク電
圧値が所定の電圧範囲の下限より下回った回数と、同じ
く図１８の点線で示す受信信号ｃに示すように所定の電
圧範囲の上限より上回った回数をカウントしておきその
大小関係で次回の流量計測時のゲインを調整する。（例
えば下限より下回った回数が多ければゲインをアップし
て図１８の実線で示す受信信号ａのように電圧範囲の上
限、下限の内に入るようにする。）このように流量計測
後に再度超音波信号の送受信を流量計測時より少ない回
数で行うのは、上記の電圧範囲を逸脱した回数を流量計
測時の設定回数分カウント出来るだけカウンタの桁数を
多くとっていない場合であり、カウンタの桁数を流量計
測時の設定回数分カウント出来るように多くして、流量
計測後にゲイン調整のための超音波信号の送受信をやら
ないものもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の流量計測装置は、電池駆動で１０年以上の動作寿命が
必要とされるので、消費電流の低減が問題であり、特に
消費電流の大きい増幅手段と基準比較手段の低消費電流
化が課題であった。通常、増幅手段と基準比較手段は受
信側の超音波振動子の受信信号の到達時期を見越し、回
路動作の安定待ち時間も考慮して受信信号到達時期の少
し前（５０μｓ程度）に電源を供給し、増幅手段のゲイ
ン調整の為に受信波の最大値を含むように、受信信号到
達から少し遅れて（１０〜２０μｓ程度）電源を遮断し
ていた。そして増幅手段と基準比較手段は増幅や基準電
圧の発生という機能上の性格より、数百μＡ程度の電流
を消費し計測装置の動作電流の大半を占めていた。

【０００６】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、増幅手段と基準比較手段の動作電流を低減した流量
計測装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【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、本発明の流量計測装置は電源供給手段により
ゲイン調整時と非調整時の２つの状態に応じて、増幅手
段と基準比較手段の電源の遮断時期を変更することで増
幅手段と基準比較手段の計測期間中のトータルの動作時
間を短くし、その消費電流を抑えることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は流体管路
に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２
振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動
子の送受信を切り換える切換手段と、前記振動子の受信
信号を増幅する増幅手段と、前記振動子間の相互の超音
波信号の送受信を複数回行う繰り返し手段と、前記超音
波信号の送受信の累積時間に基づいて流量を算出する流
量算出手段と、前記増幅手段の出力電圧と基準電圧とを
比較する基準比較手段と、前記基準比較手段と前記増幅
手段の出力とから超音波信号の到達時期を判定する判定
手段と、前記判定手段による超音波信号の到達時期の判
定後の前記増幅手段と前記基準比較手段への電源供給の
制御を行う電源供給手段を備えた流量計測装置とするこ
とにより、増幅手段のゲインを調整しない時には電源供
給手段が前記増幅手段と基準比較手段への電源の遮断時
期を早め増幅手段と基準比較手段の動作時間を短くする
ことで動作電流が抑えられた流量計測装置とすることが
出来る。

【０００９】請求項２に記載の発明は電源供給手段は繰
り返し手段により超音波信号の送受信を複数回繰り返す
うちの所定の繰り返し回数以上で供給時期を変更する請
求項１記載の流量計測装置とすることにより電源供給手
段は繰り返し手段の繰り返し回数が所定以上になると前
記増幅手段と基準比較手段への電源の遮断時期を早め増
幅手段と基準比較手段の動作時間を短くすることで動作
電流が抑えられた流量計測装置とすることが出来る。

【００１０】請求項３に記載の発明は増幅手段の出力信
号最大値の出力時期を検出するタイミング判定手段を備
え電源供給手段は前記タイミング判定手段の出力により
電源供給時期を変更する請求項１記載の流量計測装置と
することにより、タイミング判定手段が増幅手段の出力
信号最大値の出力時期を検出し、この検出出力によって
電源供給手段は増幅手段と基準比較手段への電源を遮断
する。これにより増幅手段と基準比較手段の動作期間を
無駄なく設定でき、動作電流が抑えられた流量計測装置
とすることが出来る。

【００１１】請求項４に記載の発明はタイミング判定手
段は基準比較手段の出力パルス幅により増幅手段の出力
信号最大値の出力時期を検出する請求項３記載の流量計
測装置とすることによりタイミング判定手段が基準比較
手段の出力パルス幅により増幅手段の出力信号最大値の
出力時期を検出し、この検出出力によって電源供給手段
は増幅手段と基準比較手段への電源を遮断する。これに
より増幅手段と基準比較手段の動作期間を無駄なく設定
でき、動作電流が抑えられた流量計測装置とすることが
出来る。

【００１２】請求項５に記載の発明はタイミング判定手
段は基準比較手段の出力の有無により増幅手段の出力信
号最大値の出力時期を検出する請求項３記載の流量計測
装置とすることにより、タイミング判定手段が基準比較
手段の出力の有無により増幅手段の出力信号最大値の出
力時期を検出し、この検出出力によって電源供給手段は
増幅手段と基準比較手段への電源を遮断する。これによ
り増幅手段と基準比較手段の動作期間を無駄なく設定で
き、動作電流が抑えられた流量計測装置とすることが出
来る。

【００１３】請求項６に記載の発明はタイミング判定手
段は判定手段の出力後における増幅手段からの出力信号
の波数により電源供給手段へ信号を出力する請求項３記
載の流量計測装置とすることにより、タイミング判定手
段が基準比較手段の出力後の増幅手段の出力信号が所定
の数に達した場合に電源供給手段へ出力し、電源供給手
段が増幅手段と基準比較手段への電源を遮断する。これ
により増幅手段と基準比較手段の動作期間を無駄なく設
定でき、動作電流が抑えられた流量計測装置とすること
が出来る。

【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれか１項記載の流量計測装置の手段の全てもしくは
一部としてコンピュータを機能させるためのプログラム
である。そして、プログラムであるのでマイコンなどを
用いて本発明の流量計側装置の一部あるいは全てを容易
に実現することができ超音波振動子の変更または経年変
化等の特性の変化や動作を実現するための設定条件や定
数の変更が柔軟に対応に出来る。また記録媒体に記録し
たり通信回線を用いてプログラムを配信したりすること
でプログラムの配布が簡単にできる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。

【００１６】（実施例１） 図１は本発明の請求項１、７に係る第１の実施例におけ
る流量計測装置のブロック図を示すものである。図２は
同第１の実施例の流量計測装置の動作説明図であり、図
３は同フローチャートである。

【００１７】図１において、流路１の途中に超音波を送
信する第１超音波振動子２と受信する第２超音波振動子
３が流れ方向に角度φで配置されている。５は第１超音
波振動子２への送信手段であり、４は第１超音波振動子
２、第２超音波振動子３の送受信を切り換える切換手
段、６は受信側の超音波振動子で受信した信号を制御手
段１２からの指示によるゲインで増幅する増幅手段、７
は前記増幅手段６で増幅された信号と基準電圧とを比較
する基準比較手段、１３は制御手段１２からの信号によ
り前記増幅手段６と基準比較手段７への電源供給の制御
を行う電源供給手段で、制御手段１２より増幅手段６と
基準比較手段７への電源の遮断時期を早める旨の信号を
受けた場合、判定手段８からの信号により電源を遮断
し、制御手段１２からの信号が電源の遮断時期を早めな
い旨の信号であれば、判定手段８の信号から所定時間後
に電源を遮断する。８は基準比較手段７の出力と前記増
幅手段６で増幅された信号とから超音波の到達時期を判
定する判定手段、９は判定手段８の信号をカウントし予
め設定された回数だけ制御手段１２へ繰り返し信号を出
力する繰り返し手段である。１０は繰り返し手段９で予
め設定された回数をカウントした時間を計時する計時手
段であり、１１は計時手段１０の計時した時間に応じて
管路の大きさや流れの状態を考慮して流量を算出する流
量算出手段である。また、１２は流量算出手段１１、繰
り返し手段９からの信号を受け送信手段５、増幅手段
６、電源供給手段１３の動作を制御する制御手段であ
る。

【００１８】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下その動作、作用を説明する。まず制御手段１
２は流量計測を開始すると送信手段５を動作させ第１超
音波振動子２より超音波信号を送信する（図３のステッ
プ１）。

【００１９】送信後、所定時間が経過すると（ステップ
２）、電源供給手段１３を通じ増幅手段６及び基準比較
手段７に電源を供給する。（この所定時間は流路内の媒
質による伝搬速度とセンサ間距離を考慮され、受信側の
第２超音波振動子３で超音波が受信されるおおよそ５０
μｓ前に電源が供給されるような時間をねらい設定され
る）（ステップ３）。

【００２０】第１超音波振動子２より送信された超音波
信号は流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３
で受信され、増幅手段６で制御手段１２から指示された
ゲインで増幅されて、基準比較手段７、判定手段８へ出
力される。ここで図２に増幅後の受信信号の様子を示
す。つまり図２に示すように基準比較手段７は増幅手段
６の出力（受信信号Ａ）と基準電圧とを比較し、その大
小関係が反転した時点（タイミングｃ）で判定手段８に
出力信号Ｃを出力する。判定手段８ではタイミングｃ以
降の増幅手段６出力の符号が正から負に変わる最初の負
のゼロクロス点ａを超音波の到達ポイントと判定し、出
力信号Ｄを繰り返し手段９、電源供給手段１３に出力す
る。電源供給手段１３は、この判定手段８の出力信号Ｄ
を受けると（ステップ４）、制御手段１２から設定され
る電源遮断時期に関する信号を判断し（ステップ５）、
遮断を早める旨の信号であれば出力信号ＤのＬ→Ｈのタ
イミングに合わせて増幅手段６及び基準比較手段７の電
源を遮断する（ステップ７）。

【００２１】逆に遮断を早めない旨の信号であれば図２
の点線で示すように所定時間（例えば１０μｓ）の経過
を待った後（ステップ６）、増幅手段６及び基準比較手
段７の電源を遮断する（ステップ７）。

【００２２】この制御手段１２から電源供給手段１３に
設定される電源遮断時期に関する信号は、通常３５０回
程度の超音波信号の送受信の繰り返しを行う流量計測時
には判定手段８の出力直後に電源を遮断するように、ま
た、流量計測後の増幅手段６のゲイン調整のために行う
数回（例えば８回）の超音波信号の送受信の繰り返しで
は判定手段８の出力後、受信波の最大値を含むよう所定
の時間（１０μｓ）だけ延長して遮断するように設定さ
れている。そして判定手段８の出力信号Ｄは繰り返し手
段９でカウントされた後、制御手段１２に入力される。
制御手段１２は送信手段５を再度動作させ超音波振動子
２より超音波信号を送信する。この一連の動作を予め設
定されたｎ回数繰り返し行い、この間の時間を計時手段
１０により測定する。そして、第１超音波振動子２と第
２超音波振動子３とを切換手段４により切り替えて、同
様な動作を行い、被測定流体の上流から下流と下流から
上流のそれぞれの伝搬時間を測定し、これらの時間差よ
り流量算出手段１１で流路の大きさや流れの状態を考慮
して流量値を求める。

【００２３】以上のように本実施例においては制御手段
１２の指示により流量計測時には判定手段８の出力直後
に増幅手段６及び基準比較手段７の電源を遮断し、その
後の増幅手段６のゲイン調整時には判定手段８の出力
後、受信波の最大値を含むよう所定の時間（１０μｓ）
だけ延長して遮断するようになる。これにより計測時と
ゲイン調整時の増幅手段６及び基準比較手段７の動作時
間は判定手段１５の出力期間の僅かな時間を無視すれ
ば、計測時の繰り返し回数３５０×電源供給時間（５０
μｓ）＝１７．５ｍｓ、ゲイン調整時の繰り返し回数８
×電源供給時間（５０＋１０μｓ）＝０．４８ｍｓで計
１７．９８ｍｓとなり、電供給手段１３の電源供給制御
を行わない場合の繰り返し回数３５０×電源供給時間
（５０＋１０μｓ）＝２１．０ｍｓに比べ１割強の動作
時間の削減となる。

【００２４】このように消費電流の大きい増幅手段６及
び基準比較手段７のトータルの動作時間を短くすること
が出来るので動作電流を低減した流量計測装置とするこ
とが出来る。

【００２５】また、本実施例の流量計測装置の動作を実
行させるプログラムを格納した記録媒体とすることによ
り、制御手段１２や電源供給手段の所定時間や繰り返し
手段９の繰り返し回数等の設定値の変更や超音波振動子
の変更または経年変化等にも柔軟に対応できるものであ
る。

【００２６】（実施例２） 図４は本発明の請求項２、請求項７に係る第２の実施例
のフローチャートである。第２の実施例の構成要素は実
施例１と同じであるので説明は省略する。

【００２７】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下実施例１と異なる電源供給手段１３の動作、
作用を説明する。流量計測を開始すると制御手段１２は
送信手段５を動作させ第１超音波振動子２より超音波信
号を送信し（図４のステップ２１、ステップ２２）、所
定時間が経過すると（ステップ２３）電源供給手段１３
が増幅手段６及び基準比較手段７に電源を供給する。
（この所定時間は実施例１と同様、受信側の第２超音波
振動子３で超音波が受信されるおおよそ５０μｓ前に電
源が供給されるような時間をねらい設定される）（ステ
ップ２４）。

【００２８】繰り返し手段９により繰り返される繰り返
し回数が８回以内であれば（ステップ２５）電源供給手
段１３へは電源供給の早切り無しに設定される（ステッ
プ２７）。

【００２９】第１超音波振動子２より送信された超音波
信号は流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３
で受信され、増幅手段６で制御手段１２から指示された
ゲインで増幅されて、基準比較手段７、判定手段８へ出
力される。判定手段８より超音波の到達時期が判定され
ると判定手段８より繰り返し手段９、電源供給手段１３
に出力がされる（ステップ２８）。

【００３０】電源供給手段１３は、この判定手段８から
の出力を受けると、電源供給の早切り無し設定であるの
で所定時間の経過を待った後、（ステップ３０）増幅手
段６及び基準比較手段７の電源を遮断する（ステップ３
１）。

【００３１】判定手段８の出力信号は繰り返し手段９で
カウントされ、予め設定された繰り返し回数の終了でな
ければ再度、上記動作を繰り返す（ステップ２１）。

【００３２】そして繰り返し回数が９回以上となると、
電源供給手段１３へは電源供給の早切りに設定され（ス
テップ２６）、電源供給手段１３は、判定手段８からの
出力を受けると、所定時間の経過待ちなしに増幅手段６
及び基準比較手段７の電源を遮断する（ステップ３
１）。

【００３３】以上のように本実施例においては繰り返し
手段９の繰り返し回数により電源供給手段１３が増幅手
段６及び基準比較手段７の電源を遮断する時期を変更出
来るので、繰り返し手段９の繰り返し回数が１回〜所定
の回数までは電源供給手段１３が判定手段８の出力後、
所定時間の経過後に増幅手段６及び基準比較手段７の電
源を遮断し、繰り返し回数が所定回数を超えると所定時
間の経過待ちなしに増幅手段６及び基準比較手段７の電
源を遮断するようになる。それにより、繰り返し手段９
の繰り返し回数が１回〜所定の回数まではゲイン調整を
行うに必要な時期まで増幅手段６及び基準比較手段７の
電源を供給し、繰り返し回数が所定回数を超えるとゲイ
ン調整に必要な時間分の動作を削減し、計測動作に必要
最少時間で増幅手段６及び基準比較手段７の電源を供給
するのでゲイン調整のためだけの繰り返し動作を必要と
せず、消費電流の大きい増幅手段６及び基準比較手段７
のトータルの動作時間を短くすることが出来、動作電流
を低減した流量計測装置とすることが出来る。

【００３４】また、本実施例の流量計測装置の動作を実
行させるプログラムを格納した記録媒体とすることによ
り、制御手段１２や電源供給手段の所定時間や繰り返し
手段９の繰り返し回数等の設定値の変更や超音波振動子
の変更または経年変化等にも柔軟に対応できるものであ
る。

【００３５】（実施例３） 図５は本発明の請求項３、請求項７に係る第３の実施例
の流量計測装置のブロック図である。図６は本発明の第
３の実施例の流量計測装置の動作説明図であり、タイミ
ング判定手段１４の動作を説明したものである。図７は
同フローチャートである。

【００３６】図５において１４はＡＤコンバーターとピ
ークホールド回路等で構成され増幅手段の出力信号最大
値を検知し、最大値の出力時期が経過した旨を電源供給
手段１３に指示するタイミング判定手段である。他の構
成要素は実施例１と同じであるので説明は省略する。

【００３７】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下その動作、作用を説明する。制御手段１２は
流量計測を開始すると送信手段５を動作させ第１超音波
振動子２より超音波信号を送信する（図７のステップ４
１）。送信後、所定時間が経過すると（ステップ４
２）、電源供給手段１３を通じ増幅手段６及び基準比較
手段７に電源を供給する（この所定時間は流路内の媒質
による伝搬速度とセンサ間距離を考慮され、受信側の第
２超音波振動子３で超音波が受信されるおおよそ５０μ
ｓ前に電源が供給されるような時間をねらい設定され
る）（ステップ４３）。

【００３８】第１超音波振動子２より送信された超音波
信号は流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３
で受信され、増幅手段６で制御手段１２から指示された
ゲインで増幅されて、基準比較手段７、判定手段８へ出
力される。ここで図６に増幅後の受信信号の様子を示
す。つまり図６に示すように基準比較手段７は増幅手段
６の出力（受信信号Ａ）と基準電圧とを比較し、その大
小関係が反転した時点（タイミングｃ）で判定手段８に
出力信号Ｃを出力する。判定手段８ではタイミングｃ以
降の増幅手段６出力の符号が正から負に変わる最初の負
のゼロクロス点ａを超音波の到達ポイントと判定し、出
力信号Ｄを繰り返し手段９、電源供給手段１３に出力す
る。電源供給手段１３は、この判定手段８の出力信号Ｄ
を受けると、（ステップ４４）タイミング判定手段１４
からの出力待ちとなる。タイミング判定手段１４は基準
比較手段７の出力期間中（Ｌ出力期間中）の増幅手段６
出力をピークホールドし、基準比較手段７出力の終了時
（出力Ｌ→Ｈ）にそのピークホールドされた振幅電圧
（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、・・・）をＡＤコンバーターで読
みとる。これら読みとられた振幅電圧Ｖ１、Ｖ２・・・
は受信信号の最大値までは徐々に大きくなり（Ｖ１＜Ｖ
２）、最大値以降は徐々に小さくなる（Ｖ２＞Ｖ３）の
で小さくなった時点（タイミングｅ）でタイミング判定
手段１４は電源供給手段１３に信号（図６に示す正パル
ス信号）を出力する。そして電源供給手段１３ではこの
タイミング判定手段１４からの信号を入力すると増幅手
段６及び基準比較手段７の電源を遮断する（電源供給手
段１３出力ＨからＬへ）（ステップ４６）。

【００３９】以上のように本実施例においてはタイミン
グ判定手段１４により受信信号の振幅最大値出力時期を
検知し、電源供給手段１３に出力し電源供給手段１３が
増幅手段６及び基準比較手段７への電源を遮断するの
で、ゲイン調整時に用いる受信信号の振幅最大値までの
信号を確実に入力し、かつ振幅最大値以降の無駄な増幅
手段６及び基準比較手段７の動作を停止することができ
る。このように消費電流の大きい増幅手段６及び基準比
較手段７の動作時間を短くすることが出来るので動作電
流を低減した流量計測装置とすることが出来る。

【００４０】また、本実施例の流量計測装置の動作を実
行させるプログラムを格納した記録媒体とすることによ
り、制御手段１２の所定時間や繰り返し手段９の繰り返
し回数等の設定値の変更や超音波振動子の変更または経
年変化等にもに柔軟に対応できるものである。

【００４１】（実施例４） 図８は本発明の請求項４、請求項７に係る第４の実施例
の流量計測装置のブロック図である。図９は本発明の第
４の実施例の流量計測装置の動作説明図であり、タイミ
ング判定手段１４ａの動作を説明したものである。図１
０は同フローチャートである。

【００４２】図８において１４ａは基準比較手段７の出
力信号幅を測定し増幅手段の出力信号最大値を検知し、
最大値の出力時期が経過した旨を電源供給手段１３に指
示するタイミング判定手段である。他の構成要素は実施
例１と同じであるので説明は省略する。

【００４３】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下実施例３と異なるタイミング判定手段１４ａ
の動作、作用を説明する。制御手段１２は流量計測を開
始すると送信手段５を動作させ第１超音波振動子２より
超音波信号を送信する（図１０のステップ５１）。送信
後、所定時間が経過すると（ステップ５２）、電源供給
手段１３を通じ増幅手段６及び基準比較手段７に電源を
供給する（この所定時間は実施例１と同様、受信側の第
２超音波振動子３で超音波が受信されるおおよそ５０μ
ｓ前に電源が供給されるような時間をねらい設定され
る）（ステップ５３）。

【００４４】第１超音波振動子２より送信された超音波
信号は流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３
で受信され、増幅手段６で制御手段１２から指示された
ゲインで増幅されて、基準比較手段７、判定手段８へ出
力される。ここで図９に増幅後の受信信号の様子を示
す。つまり図９に示すように基準比較手段７は増幅手段
６の出力（受信信号Ａ）と基準電圧とを比較し、その大
小関係が反転した時点（タイミングｃ）で判定手段８に
出力信号Ｃを出力する。判定手段８ではタイミングｃ以
降の増幅手段６出力の符号が正から負に変わる最初の負
のゼロクロス点ａを超音波の到達ポイントと判定し、出
力信号Ｄを繰り返し手段９、電源供給手段１３に出力す
る。電源供給手段１３は、この判定手段８の出力信号Ｄ
を受けると（ステップ５４）、タイミング判定手段１４
ａからの出力待ちとなる。タイミング判定手段１４は基
準比較手段７の出力信号幅（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、・・
・）を測定する。これら信号幅Ｗ１、Ｗ２・・・は受信
信号の最大値までは徐々に長くなり（Ｗ１＜Ｗ２）、最
大値以降は徐々に短くなる（Ｗ２＞Ｗ３）ので短くなっ
た時点（タイミングｅ）でタイミング判定手段１４ａは
電源供給手段１３に信号（図９に示す正パルス信号）を
出力する。そして電源供給手段１３ではこのタイミング
判定手段１４ａからの信号を入力すると増幅手段６及び
基準比較手段７の電源を遮断する（電源供給手段１３出
力ＨからＬへ）（ステップ５６）。

【００４５】以上のように本実施例においてはタイミン
グ判定手段１４ａにより受信信号の振幅最大値出力時期
を検知し、電源供給手段１３に出力し電源供給手段１３
が増幅手段６及び基準比較手段７への電源を遮断するの
で、ゲイン調整時に用いる受信信号の振幅最大値までの
信号を確実に入力し、かつ振幅最大値以降の無駄な増幅
手段６及び基準比較手段７の動作を停止することができ
る。このように消費電流の大きい増幅手段６及び基準比
較手段７の動作時間を短くすることが出来るので動作電
流を低減した流量計測装置とすることが出来る。

【００４６】また、本実施例の流量計測装置の動作を実
行させるプログラムを格納した記録媒体とすることによ
り、制御手段１２の所定時間や繰り返し手段９の繰り返
し回数等の設定値の変更や超音波振動子の変更または経
年変化等にもに柔軟に対応できるものである。

【００４７】（実施例５） 図１１は本発明の請求項５、請求項７に係る第５の実施
例の流量計測装置のフローチャートである。第５の実施
例の構成要素は実施例４と同じであり、１４ａは基準比
較手段７の出力信号の有無を検知し増幅手段の出力信号
最大値の出力時期が経過した旨を電源供給手段１３に指
示するタイミング判定手段である。図１２は本発明の第
５の実施例の流量計測装置の動作説明図である。

【００４８】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下実施例３と異なるタイミング判定手段１４ａ
の動作、作用を説明する。制御手段１２は流量計測を開
始すると送信手段５を動作させ第１超音波振動子２より
超音波信号を送信する（図１１のステップ６１）。送信
後、所定時間が経過すると（ステップ６２）、電源供給
手段１３を通じ増幅手段６及び基準比較手段７に電源を
供給する（この所定時間は実施例１と同様、受信側の第
２超音波振動子３で超音波が受信されるおおよそ５０μ
ｓ前に電源が供給されるような時間をねらい設定され
る）（ステップ６３）。

【００４９】第１超音波振動子２より送信された超音波
信号は流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３
で受信され、増幅手段６で制御手段１２から指示された
ゲインで増幅されて、基準比較手段７、判定手段８へ出
力される。基準比較手段７は増幅手段６の出力と基準電
圧とを比較し、その大小関係が反転した時点で判定手段
８に信号を出力し、判定手段８では基準比較手段７の出
力後の増幅手段６出力の符号が正から負に変わる最初の
負のゼロクロス点を超音波の到達ポイントと判定し、信
号を繰り返し手段９、電源供給手段１３に出力する。電
源供給手段１３は、この判定手段８の信号出力を受ける
と（ステップ６４）、タイミング判定手段１４ａからの
出力待ちとなる。タイミング判定手段１４ａは基準比較
手段７の出力の有無を検知する。ここで図１２に基準比
較手段７と受信信号の様子を示す。図１２に示すように
判定手段８の出力後、受信信号が基準電圧より大きい場
合は基準比較手段７より送信周波数の１周期毎（例えば
５００ｋＨｚで２μＳ）に出力される（Ｃ２・・・Ｃ
６）ので、送信周波数の１周期に相当する時間が経過し
ても基準比較手段７出力が無くなれば、受信信号が基準
電圧より下回ったことになる。タイミング判定手段１４
ａはこの基準比較手段７の出力が無くなった時点（図１
２のタイミングｆ）で電源供給手段１３に信号（図１２
に示す正パルス信号）を出力する。そして電源供給手段
１３ではこのタイミング判定手段１４ａからの信号を入
力すると増幅手段６及び基準比較手段７の電源を遮断す
る（電源供給手段１３出力ＨからＬへ）（ステップ６
６）。

【００５０】以上のように本実施例においてはタイミン
グ判定手段１４ａにより受信信号の振幅が小さくなった
時期を検知し、電源供給手段１３に出力し電源供給手段
１３が増幅手段６及び基準比較手段７への電源を遮断す
るので、ゲイン調整時に用いる受信信号の振幅最大値ま
での信号を確実に入力し、かつ振幅最大値以降の無駄な
増幅手段６及び基準比較手段７の動作を停止することが
できる。このように消費電流の大きい増幅手段６及び基
準比較手段７の動作時間を短くすることが出来るので動
作電流を低減した流量計測装置とすることが出来る。

【００５１】また、本実施例の流量計測装置の動作を実
行させるプログラムを格納した記録媒体とすることによ
り、制御手段１２の所定時間や繰り返し手段９の繰り返
し回数等の設定値の変更や超音波振動子の変更または経
年変化等にも柔軟に対応できるものである。

【００５２】（実施例６） 図１３は本発明の請求項６、請求項７に係る第６の実施
例の流量計測装置のブロック図である。図１４は本発明
の第６の実施例の流量計測装置の動作説明図であり、図
１５は同フローチャートである。

【００５３】図１３において１４ｂは判定手段８の信号
出力後の増幅手段６の出力信号の任意のポイントの出力
数を計数し増幅手段６の出力信号最大値の出力時期が経
過した旨を電源供給手段１３に指示するタイミング判定
手段である。他の構成要素は実施例１と同じであるので
説明は省略する。

【００５４】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下実施例３と異なるタイミング判定手段１４ｂ
の動作、作用を説明する。制御手段１２は流量計測を開
始すると送信手段５を動作させ第１超音波振動子２より
超音波信号を送信する（図１５のステップ７１）。送信
後、所定時間が経過すると（ステップ７２）、電源供給
手段１３を通じ増幅手段６及び基準比較手段７に電源を
供給する。（この所定時間は実施例１と同様、受信側の
第２超音波振動子３で超音波が受信されるおおよそ５０
μｓ前に電源が供給されるような時間をねらい設定され
る）（ステップ７３）。

【００５５】第１超音波振動子２より送信された超音波
信号は流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３
で受信され、増幅手段６で制御手段１２から指示された
ゲインで増幅されて、基準比較手段７、判定手段８へ出
力される。基準比較手段７は増幅手段６の出力と基準電
圧とを比較し、その大小関係が反転した時点で判定手段
８に信号を出力し、判定手段８では基準比較手段７の出
力後の増幅手段６出力の符号が正から負に変わる最初の
負のゼロクロス点を超音波の到達ポイントと判定し、信
号を繰り返し手段９、電源供給手段１３、タイミング判
定手段１４ｂに出力する。電源供給手段１３は、この判
定手段８の信号出力を受けると、（ステップ７４）タイ
ミング判定手段１４ｂからの出力待ちとなる。ここで図
１４に基準比較手段７と受信信号の様子を示す。図１４
に示すようにタイミング判定手段１４ｂは判定手段８の
出力後の増幅手段６の任意のポイント（例えば増幅手段
６出力の符号が正から負に変わる負のゼロクロス点ａ
２、ａ３・・・）の数を計数し、所定の回数（受信信号
の最大値を含むように設定され、例えばゼロクロス点ａ
２〜ａ４の３回）以上となった時点で電源供給手段１３
に信号（図１４に示す正パルス信号）を出力する。そし
て電源供給手段１３ではこのタイミング判定手段１４ｂ
からの信号を入力すると増幅手段６及び基準比較手段７
の電源を遮断する（電源供給手段１３出力ＨからＬへ）
（ステップ７６）。

【００５６】以上のように本実施例においてはタイミン
グ判定手段１４ｂにより予め設定された増幅手段６出力
の任意のポイントの数をカウントすることで受信信号の
振幅最大値出力時期を検知し、電源供給手段１３に出力
する。それにより電源供給手段１３が増幅手段６及び基
準比較手段７への電源を遮断するので、ゲイン調整時に
用いる受信信号の振幅最大値までの信号を確実に入力
し、かつ振幅最大値以降の無駄な増幅手段６及び基準比
較手段７の動作を停止することができる。このように消
費電流の大きい増幅手段６及び基準比較手段７の動作時
間を短くすることが出来るので動作電流を低減した流量
計測装置とすることが出来る。

【００５７】尚、本実施例ではタイミング判定手段１４
ｂがカウントする増幅手段６出力のポイントを負のゼロ
クロス点としたが、これに限定されるものではなく、例
えば正のゼロクロス点や増幅手段６出力波形の上昇から
下降へ変化するピーク点等に設定しても同じ効果を有す
る。

【００５８】また、本実施例の流量計測装置の動作を実
行させるプログラムを格納した記録媒体とすることによ
り、制御手段１２の所定時間や繰り返し手段９の繰り返
し回数等の設定値の変更や超音波振動子の変更または経
年変化等にも柔軟に対応できるものである。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１、
請求項７に係る流量計測装置は、制御手段の指示により
電源供給手段が増幅手段及び基準比較手段の電源を遮断
する時期を変更出来るので、繰り返し回数の多い計測時
には増幅手段及び基準比較手段の動作時間を必要最小時
間で行い、繰り返し回数の少ないゲイン調整時に通常の
動作時間とすることにより消費電流の大きい増幅手段及
び基準比較手段のトータルの動作時間を短くすることが
出来るので動作電流を低減した流量計測装置とすること
が出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における流量計測装置のブロ
ック図

【図２】同装置の動作を説明する図

【図３】同装置のフローチャート

【図４】本発明の実施例２における流量計測装置のフロ
ーチャート

【図５】本発明の実施例３における流量計測装置のブロ
ック図

【図６】同装置の動作を説明する図

【図７】同装置のフローチャート

【図８】本発明の実施例４における流量計測装置のブロ
ック図

【図９】同装置の動作を説明する図

【図１０】同装置のフローチャート

【図１１】本発明の実施例５における流量計測装置のフ
ローチャート

【図１２】同装置の動作を説明する図

【図１３】本発明の実施例６における流量計測装置のブ
ロック図

【図１４】同装置の動作を説明する図

【図１５】同装置のフローチャート

【図１６】従来の流量計測装置のブロック図

【図１７】従来の流量計測装置の動作説明図

【図１８】従来の流量計測装置の増幅手段の動作説明図

【符号の説明】

１ 流路 ２ 第１超音波振動子（第１の振動子） ３ 第２超音波振動子（第２の振動子） ４ 切換手段 ５ 送信手段 ６ 増幅手段 ７ 基準比較手段 ８ 判定手段 ９ 繰り返し手段 １０ 計時手段 １１ 流量算出手段 １２ 制御手段 １３ 電源供給手段 １４ タイミング判定手段

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
   する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動す
   る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
   段と、前記振動子の受信信号を増幅する増幅手段と、前
   記振動子間の相互の超音波信号の送受信を複数回行う繰
   り返し手段と、前記超音波信号の累積時間に基づいて流
   量を算出する流量算出手段と、前記増幅手段の出力電圧
   と基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記基準比較
   手段と前記増幅手段の出力とから超音波信号の到達時期
   を判定する判定手段と、前記判定手段による超音波信号
   の到達時期の判定後の前記増幅手段と前記基準比較手段
   への電源供給の制御を行う電源供給手段を備えた流量計
   測装置。
2. 【請求項２】 電源供給手段は繰り返し手段により超音
   波信号の送受信を複数回繰り返すうちの所定の繰り返し
   回数以上で供給時期を変更する請求項１記載の流量計測
   装置。
3. 【請求項３】 増幅手段の出力信号最大値の出力時期を
   検出するタイミング判定手段を備え電源供給手段は前記
   タイミング判定手段の出力により電源供給時期を変更す
   る請求項１記載の流量計測装置。
4. 【請求項４】 タイミング判定手段は基準比較手段の出
   力パルス幅により増幅手段の出力信号最大値の出力時期
   を検出する請求項３記載の流量計測装置。
5. 【請求項５】 タイミング判定手段は基準比較手段の出
   力の有無により増幅手段の出力信号最大値の出力時期を
   検出する請求項３記載の流量計測装置。
6. 【請求項６】 タイミング判定手段は判定手段の出力後
   における増幅手段からの出力信号の波数により電源供給
   手段へ信号を出力する請求項３記載の流量計測装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項記載の流量
   計測装置の手段の全てもしくは一部としてコンピュータ
   を機能させるためのプログラム。