WO2010079568A1 - 流量計測装置 - Google Patents

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WO2010079568A1
WO2010079568A1 PCT/JP2009/007231 JP2009007231W WO2010079568A1 WO 2010079568 A1 WO2010079568 A1 WO 2010079568A1 JP 2009007231 W JP2009007231 W JP 2009007231W WO 2010079568 A1 WO2010079568 A1 WO 2010079568A1
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WO
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flow rate
time
vibrator
measurement
Prior art date
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PCT/JP2009/007231
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English (en)
French (fr)
Inventor
竹村晃一
芝文一
別荘大介
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters

Definitions

  • the present invention relates to a flow rate measuring apparatus that detects a flow rate by measuring a propagation time of an ultrasonic signal and measures a flow rate of a fluid from the detected flow rate.
  • FIG. 7 is a block diagram of a flow rate measuring apparatus using the sing-around method.
  • the flow rate measuring device in the fluid conduit 31, the first vibrator 32 that transmits ultrasonic waves and the second vibrator 33 that receives the transmitted ultrasonic waves are in the flow direction. Opposed to each other.
  • the flow rate measuring device is based on the measurement unit 34 that measures the propagation time of ultrasonic waves using the two vibrators 32 and 33, the control unit 35 that controls the measurement unit 34, and the measurement result of the measurement unit 34. It is comprised with the calculating part 36 which calculates
  • the sound velocity is C
  • the flow velocity is v
  • the distance between the two transducers is L
  • the angle between the ultrasonic propagation direction and the flow direction is ⁇ .
  • the propagation time when ultrasonic waves are transmitted from the first vibrator 32 arranged on the upstream side of the fluid conduit 31 and received by the second vibrator 33 arranged on the downstream side is expressed as t1.
  • t1 and t2 can be obtained by the following equations.
  • the flow rate of the fluid can be obtained by multiplying the value obtained by (Equation 3) by the cross-sectional area S of the fluid pipe 31.
  • the measurement unit 34 In order to measure as a single phenomenon, the measurement unit 34 needs to have a very small time resolution of, for example, ns order. It is difficult to realize such a time resolution, and even if it can be realized, power consumption is increased by increasing the time resolution. Therefore, ultrasonic transmission is repeatedly performed many times, and the time required for the series of repeated measurements is measured by the measurement unit 34. The required time resolution is realized by obtaining the average value. In other words, if the time resolution of the measurement unit 34 is TA and the number of repetitions is M, the measurement resolution of the propagation time can be TA / M by continuously operating the measurement unit 44 during this repeated measurement. it can.
  • This type of flow rate measuring device can achieve highly accurate measurement when the pressure in the fluid flow path is stable.
  • a gas meter that measures the flow rate of gas supplied to an ordinary household as an energy source
  • GHP gas engine
  • Patent Document 1 As a method for suppressing the influence of this phenomenon, for example, a method as shown in Patent Document 1 has been proposed. That is, the number of repeated measurements M is suppressed to the minimum number that can maintain the measurement accuracy. Under such conditions, the measurement interval is shortened, the measurement is executed continuously for a relatively long time in small increments, and the flow rate calculation is performed using the result of the continuous measurement. In particular, if the measurement interval is sufficiently shorter than the pressure fluctuation period, the phase state of the flow velocity fluctuation waveform can be captured evenly. As a result, by averaging them, it is possible to detect the true flow velocity (flow rate) from which the fluctuation component has been removed.
  • FIG. 8 shows an example in which the repetition count M is set to 4 using this method.
  • time T1 is the propagation time from the upstream side toward the downstream side
  • time T2 is the propagation time from the downstream side toward the upstream side.
  • the propagation time is measured 20 times in total until T40 while similarly switching the transmission direction.
  • the sum of the propagation times is obtained, averaged to obtain the bidirectional propagation time, and the flow rate is calculated therefrom. If this method is used, the flow velocity can be averaged regardless of the presence or absence of pulsation, and an accurate flow rate can be obtained. Therefore, proposals regarding this type of scheme have increased in recent years.
  • a home gas meter has a security function.
  • a demand for tracking changes in the flow rate of gas appliances at short intervals for example, values less than 1 second such as every 0.2 seconds
  • the flow velocity is averaged for a relatively long time (for example, 2 seconds) and converted into the flow rate, an instantaneous change in the flow rate cannot be detected.
  • the present invention provides a flow rate measuring device capable of detecting an instantaneous flow rate change without impairing the original purpose of averaging the flow velocity.
  • the present invention provides ultrasonic waves between a first vibrator and a second vibrator, and a first vibrator and a second vibrator, which are provided in a fluid flow path through which a fluid passes and respectively transmit and receive an ultrasonic signal.
  • a time measuring unit for measuring a signal propagation time. Further, the forward direction in which the ultrasonic signal is transmitted by the first vibrator and the ultrasonic signal is received by the second vibrator, and the ultrasonic signal is transmitted by the second vibrator and the ultrasonic signal is received by the first vibrator. While switching the transmission / reception direction in the reverse direction, the timer control unit executes a unit measurement process for measuring the propagation time in the reverse direction and the forward propagation time of the ultrasonic signal by the time measuring unit.
  • a time difference storage unit that stores a time difference between the forward propagation time and the reverse propagation time of the ultrasonic signal measured in the unit measurement process is provided. Furthermore, a flow rate calculation unit that obtains the flow rate of the fluid in the fluid flow path based on the total sum of the propagation times in the forward direction and the sum of the propagation times in the reverse direction when the unit measurement process is performed at least K times. Furthermore, it has an estimation part which estimates the change of the instantaneous flow volume of the fluid based on the time difference for every K unit measurement process times memorize
  • the present invention can detect an instantaneous flow rate change while averaging the flow velocity to obtain an accurate passing flow rate.
  • FIG. 1 is a block diagram of a flow rate measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the flow rate measuring apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a time chart for explaining the operation of the apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram showing a flow rate change pattern stored in the storage device in the apparatus.
  • FIG. 5 is a diagram showing another flow rate change pattern stored in the storage device in the apparatus.
  • FIG. 6 is a time chart for explaining the operation of the determination unit in the apparatus.
  • FIG. 7 is a block diagram of a conventional flow rate measuring device.
  • FIG. 8 is a time chart for explaining the operation of the conventional flow rate measuring apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram of a flow rate measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a first vibrator 2 that transmits and receives an ultrasonic signal and a second vibrator 3 that receives and transmits an ultrasonic signal are disposed in the fluid flow path 1 so as to face each other in the flow direction F. Yes.
  • the transmission unit 4 outputs a drive signal to the first vibrator 2.
  • the second vibrator 3 receives the ultrasonic wave.
  • the reception signal received by the second vibrator 3 is subjected to signal processing by the reception unit 5.
  • the switching unit 6 switches the transmission / reception functions of the first vibrator 2 and the second vibrator 3.
  • the measurement control unit 7 controls the overall transmission / reception operation performed between the two vibrators 2 and 3, and includes a trigger unit 8, a repetition unit 9, a delay unit 10, and a measurement process control unit 11.
  • the switching unit 6 connects the first transducer 2 and the transmission unit 4, and the second transducer 3 and the reception unit 5.
  • measurement is started with the first transducer 2 as the transmission side and the second transducer 3 as the reception side.
  • this will be referred to as forward flow measurement.
  • the number of sing-arounds is four, but the present invention is not limited to this.
  • a configuration that does not repeat a plurality of times and can be completed once may be used.
  • the trigger unit 8 outputs a transmission / reception switching signal to the switching unit 6.
  • the second transducer 3 and the transmission unit 4 and the first transducer 2 and the reception unit 5 are connected to each other, and the second transducer 3 is set as the transmission side and the first transducer 2 is set as the reception side.
  • Measurement starts. For the following explanation, this will be referred to as measurement in the reverse direction of the flow.
  • a trigger signal for starting measurement is output from the trigger unit 8.
  • four repeated measurements are executed.
  • a series of operations in which measurement in the forward direction of the flow (four times around measurement) and measurement in the reverse direction (four times around) are alternately performed once are referred to as a unit measurement process.
  • the unit measurement process to be executed first is the first measurement process
  • a delay signal is output from the delay unit 10 and the same operation as the first measurement process is repeated. This is the second measurement process.
  • the unit measurement process is executed a predetermined number of times by the measurement process control unit 11, the flow rate calculation is executed.
  • Time measuring unit 12 measures the time from the trigger signal output timing of trigger unit 8 to the end of singaround.
  • the 1st addition part 13 integrates the measured value of the time measuring part 12 in the measurement of the forward direction of each unit measurement process.
  • the 2nd addition part 14 integrates the measured value of the time measuring part 12 in the measurement of the reverse direction of each measurement process.
  • the flow rate calculation unit 15 performs the first addition unit 13 and the first addition unit 13. First, the flow value is calculated using the output value of the 2 adder 14.
  • the adding unit 13 and the second adding unit 14 store the total of propagation times in forward and reverse directions in the time required to execute N unit measurement steps.
  • the average flow velocity is obtained.
  • the average flow rate is obtained by multiplying the average flow velocity obtained here by the cross-sectional area S of the fluid flow path 1.
  • the passage flow rate can be obtained by multiplying the elapsed time after obtaining the previous flow rate.
  • the accumulated flow rate can be obtained by adding the passage flow rate obtained here by the integrating unit 16.
  • the time difference detection unit 17a performs a time difference calculation using the measurement results extracted by thinning out at appropriate intervals among the measurement results of the N unit measurement steps. For example, if decimation is performed every 5 times, first, in the first measurement process, the time difference between the time required for 4 forward sing-around measurements and the time required for 4 backward sing-around measurements is defined as the propagation time difference. To obtain this value. The propagation time difference obtained by the time difference detection unit 17a is stored in the time difference storage unit 17b. Next, in the sixth measurement process, the difference in propagation time in both the forward and reverse directions is obtained. The time difference storage unit 17b continues to store the propagation time difference calculated for each thinning calculation in association with the calculated time.
  • the estimation unit 18 outputs the value of the propagation time difference itself obtained by the time difference detection unit 17a or a value obtained by multiplying the propagation time difference by a constant as an estimated value of the instantaneous flow rate of the fluid.
  • the storage unit 19 stores several patterns of characteristics of the time series change of the output of the estimation unit 18. Then, the determination unit 20 determines whether or not the time-series change in the estimated flow rate data output from the estimation unit 18 matches the pattern stored in the storage unit 20.
  • FIG. 2 is a flowchart of the operation performed by the flow rate measuring device according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a time chart for explaining the operation of the apparatus.
  • the horizontal axis represents the elapsed time from the origin, and the vertical axis represents the operation of each part.
  • the switching unit 6 connects the first transducer 2 and the transmission unit 4, and connects the second transducer 3 and the reception unit 5. . That is, the forward measurement connection is performed (step S1).
  • the measurement operation M is started by the time measuring unit 12 with the first vibrator 2 as the transmission side and the second vibrator 3 as the reception side (step S2).
  • the time measuring unit 12 performs measurement using the timing at which the trigger signal TS output from the trigger unit 8 is received as the measurement base point.
  • the case where the first vibrator 2 is the transmitting side and the second vibrator 3 is the receiving side is referred to as the forward direction, and the first vibrator 2 is the receiving side
  • the case where the vibrator 3 is on the transmission side is referred to as the reverse direction.
  • step S2 the transmitting-side vibrator 2 transmits an ultrasonic wave (step S3), and the receiving-side vibrator 3 detects whether or not the ultrasonic wave can be received (step S4).
  • Step S4 is performed until the receiving-side transducer 3 can receive the ultrasonic wave transmitted by the transmitting-side transducer 2 (NO in step 4).
  • step S4 if it is detected that the receiving-side transducer 3 has received the ultrasonic wave (YES in step 4), the repeating unit 9 transmits the ultrasonic wave from the transmitting-side transducer 2 and then the receiving-side transducer. 3 counts the number of repetitions of receiving the ultrasonic wave (step S5).
  • the repetitive unit 9 detects whether or not the count value has reached a predetermined number of times (in the present embodiment, the predetermined number of times is described as four, but is not limited to this number) (step S6).
  • the repeater 9 repeats the processing from step S3 to step S6 until it detects that the count value reaches a predetermined number of times (NO in step S6).
  • step S6 When the repetition unit 9 detects that the count value has reached the predetermined number in step S6 (YES in step S6), the count value is initialized (zero) and, for example, at time t1 in FIG. The measurement operation M is stopped (step S7).
  • the repeating unit 9 determines whether or not the measurement by the processing from step S3 to step S6 is based on the forward direction (step S8). If the measurement is based on the forward direction (YES in step S8), the time counting is performed. The measurement value Td by the unit 12 is output to the time difference detection unit 17a, and at the same time, the measurement value Td is cumulatively added to the first addition unit 13 (step S9).
  • step S9 the measurement process control unit 11 determines whether or not the measurement by the processing from step S3 to step S6 is performed in the forward direction and the reverse direction (step S11). If it is not performed in both the forward direction and the reverse direction (NO in step S11), a predetermined delay time Tint is generated from the delay unit 10. Thereafter, the switching unit 6 connects the first transducer 2 as the reception side and the second transducer 3 as the transmission side (step S18). In addition, for example, at time t2 in FIG. The trigger signal TS is output. Thereafter, the process returns to step 2.
  • step S8 if it is determined that the measurement by the processing from step S3 to step S6 is in the reverse direction (NO in step S8), the measurement value Tu from the time measuring unit 12 is output to the time difference detection unit 17a and at the same time the measurement value Tu. Are cumulatively added to the second adder 14 (step S10).
  • step S11 If it is determined in step S11 that the measurement by the processing from step S3 to step S6 has been performed in the forward direction and the reverse direction (YES in step S11), the number of times of the measurement process is counted (step S12).
  • the measurement process refers to the “first measurement process P1” and the “second measurement process P2” illustrated in FIG.
  • the measurement process control unit 11 determines whether or not the number of processes of the measurement process has reached a predetermined number (for example, 5n (n is a positive integer) +1) (step S13). If the measurement process control unit 11 determines that the number of processes of the measurement process has reached a predetermined number (YES in step S13), for example, the time difference detection unit 17a is stored in the time difference detection unit 17a at time t3 in FIG. The time difference Tdif, which is the difference between the measured value Td and the measured value Tu, is obtained using (Equation 5), and the time difference Tdif is stored in the time difference storage unit 17b (step S14).
  • a predetermined number for example, 5n (n is a positive integer) +1
  • Tdif Tu ⁇ Td (Formula 5)
  • the measurement values Td and Tu stored in the time difference detection unit 17a are initialized.
  • the time difference storage unit 17b stores the time difference Tdif obtained for each 5n (n is a positive integer) measurement process so that the time series change can be recognized.
  • stored in the time difference detection part 17a are initialized.
  • the measurement process control unit 11 determines whether or not the number of measurement processes reaches the total number of measurement processes (in the present embodiment, the number of processes is 100, but is not limited to this). (Step S15). If the determination result has not reached the total number of measurement steps (NO in step S15), step S18 and subsequent steps are performed. If it is determined in step S15 that all determination results have reached the number of measurement strokes (YES in step S15), the flow rate calculation unit 15 and the second addition unit 14 store the value stored in the first addition unit 13. The passage flow rate is calculated using the value added to (Step S16). The passing flow rate calculated by the flow rate calculation unit 15 is added to the integration unit 16 (step S17).
  • the propagation time difference Tdif in both the forward and reverse directions is obtained every five measurement steps.
  • the estimation unit 18 estimates the instantaneous flow rate using the propagation time difference Tdif.
  • the measurement values Tu in FIG. 3 (individual measurement values Tu1, Tu2, Tu3... Are collectively referred to as Tu), measurement values Td (individually) The measured values Td1, Td2, Td3,... Are collectively referred to as Td), and each is about 1 ms.
  • the delay time Tint for switching the measurement direction is 4 ms. In this case, the required time per measurement process is 6 ms. Therefore, if the time difference detection unit 17a is operated every five measurement steps, the delay time Tint is provided between the measurement steps, and the execution time interval of the unit measurement steps is 10 ms. Therefore, the propagation time difference Tdif is detected every 50 ms. Will be.
  • the propagation time difference in the n-th measurement step is the propagation time difference Tdifn
  • the propagation time difference Tdifn is obtained as (Equation 6) using (Equation 1) and (Equation 2).
  • Tdifn 8 Lv cos ⁇ / C 2 (Expression 7) It is known that the speed of sound C varies with temperature, but especially during a short period of less than 1 second, it is considered that the temperature change of the fluid is very small, so the denominator of (Equation 7) Can be thought of as a constant. Therefore, the propagation time difference Tdifn can be considered as a value proportional to the flow velocity, that is, the flow rate. Therefore, obtaining the change in the propagation time difference Tdifn can be considered equivalent to obtaining the change in flow rate.
  • the value of the propagation time difference Tdifn itself, or a value obtained by multiplying the value by a constant can be treated as an estimated value of the instantaneous flow rate of the fluid. If a precise flow rate change is to be obtained, it is necessary to obtain the change amount after obtaining the flow rate using (Equation 3). However, in order to know the relative change in the flow rate, it is considered that there is no significant wrinkle even if only the propagation time difference between the forward and reverse directions is obtained.
  • FIG. 4 is a flow rate change named pattern 1.
  • Pattern 1 is a pattern in which, after a substantially constant flow rate continues for a predetermined time ⁇ a, the flow rate suddenly increases (a rise width is Qal / h), and then the constant flow rate Qal / h is continued again for a predetermined time ⁇ b.
  • the storage unit 19 stores flow rate durations ⁇ a and ⁇ b and values of the change flow rate Qa as numerical values having a certain range. The certain range is set in order to give a margin to the determination of the range of the durations ⁇ a and ⁇ b and the value of the change flow rate Qa.
  • FIG. 5 is a flow rate change named pattern 2.
  • Pattern 2 is a pattern in which the flow rate changes stepwise by a constant change width Qbl / h every fixed time ⁇ c.
  • the storage unit 19 stores the value of the constant time ⁇ c, the range of the change flow rate Qb, and the duration of the step-like change ⁇ d as numerical values having a certain range.
  • a certain range is also set to give a margin for the determination of the values of the constant time ⁇ c, the change flow rate Qb, and the duration width ⁇ d as described above.
  • FIG. 6 is an example of time-series data of the estimated instantaneous flow rate output from the estimation unit 18.
  • the determination unit 20 compares the data indicated by the black dots in FIG. 6 with the two patterns 1 and 2 stored in the storage unit 19 to determine which pattern is suitable.
  • the time width 0.1 s for each step of the data shown in FIG. 6 and the value for each step of the staircase that is the propagation time difference change amount are stored in the storage unit 19 in the pattern 2. Close to. Therefore, it is determined whether the time width of the data in FIG.
  • the duration ⁇ d is 0.5 s (500 ms), so the calculation period (50 ms) by the time difference detection unit 17a is the duration ⁇ d. It is sufficiently short for (500 ms) and can be easily detected.
  • the flow rate calculation unit 15 calculates the flow rate every second as the times Tx and Ty, the flow rate value obtained at the time Ty is simply the average of the instantaneous flow rate during the period from Tx to Ty. Therefore, it is impossible to recognize a step-like change of 1 second or less.
  • the determination of compatibility in the determination unit 20 is not necessarily limited to a method that is executed every 50 ms (every 5 measurement steps in the present embodiment). For example, after being stored as a batch of data in a memory (not shown) divided at appropriate time intervals (for example, every 10 seconds), the change amount of each time the stored data is determined by tracking and determining. It does n’t matter how you go.
  • the flow rate change pattern stored in the storage unit 19 is, for example, an output change estimated when the first vibrator 2 and the second vibrator 3 fail, it can be used for failure analysis.
  • the flow rate change pattern stored in the storage unit 19 may be a flow rate change pattern at the start of a specific gas appliance.
  • the flow measuring device of the present invention is used as a home gas meter, the start of use of the gas appliance can be detected when the gas appliance is connected to the downstream side of the flow meter. become. By using this, it is possible to recognize the start of operation of a specific gas appliance, grasp the operating status of the gas appliance, and use it as security information.
  • the present invention is provided in the fluid flow path through which the fluid passes, and transmits and receives an ultrasonic signal, and the first vibrator and the second vibration.
  • a time measuring unit for measuring the propagation time of the ultrasonic signal with the child. Further, the forward direction in which the ultrasonic signal is transmitted by the first vibrator and the ultrasonic signal is received by the second vibrator, and the ultrasonic signal is transmitted by the second vibrator and the ultrasonic signal is received by the first vibrator.
  • the timer control unit executes a unit measurement process for measuring the propagation time in the reverse direction and the forward propagation time of the ultrasonic signal by the time measuring unit.
  • a time difference storage unit that stores a time difference between the forward propagation time and the reverse propagation time of the ultrasonic signal measured in the unit measurement process is provided. Furthermore, a flow rate calculation unit that obtains the flow rate of the fluid in the fluid flow path based on the total sum of the propagation times in the forward direction and the sum of the propagation times in the reverse direction when the unit measurement process is performed at least K times. Furthermore, it has an estimation part which estimates the change of the instantaneous flow volume of the fluid based on the time difference for every K unit measurement process times memorize
  • the flow rate calculation unit is configured to calculate the fluid flow path based on the sum of the forward propagation times and the sum of the backward propagation times when the unit measurement process is performed K ⁇ A times (A is a natural number).
  • the flow rate of the fluid inside is determined. Therefore, the passage flow rate can be obtained every K ⁇ A unit measurement steps.
  • the present invention compares at least one representative pattern of time-series change of instantaneous flow rate with a representative pattern stored in the storage unit and a transition of a time difference estimated by the estimation unit, And a determination unit that determines whether the transition of the time difference matches the representative pattern.
  • the present invention is arranged in a gas supply line connecting a gas supply source and a gas appliance, the storage unit stores at least one flow rate change pattern at the time of use of the specific gas appliance, and the determination unit includes an estimation unit.
  • the determination unit determines that the specific gas appliance is being used on the downstream side of the supply line. . This makes it possible to more accurately determine the gas appliance.
  • the flow rate measuring device of the present invention can be applied as a gas meter or the like having an instrument discriminating function because an instantaneous flow rate can be estimated at short intervals while obtaining an accurate passing flow rate.

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Abstract

２つの振動子(２、３)の順逆方向の送受信方向を切り替えながら、超音波信号の順逆方向の伝搬時間を計測する単位計測行程をＫ回行う毎に、単位計測行程で計測された順逆方向の伝搬時間の時間差を記憶する時間差記憶部(１７ｂ)と、単位計測行程を少なくともＫ回行ったときの順逆方向の伝搬時間の総和に基づいて流体の通過流量を求める流量演算部(１５)と、時間差記憶部(１７ｂ)に記憶されたＫ回の単位計測行程回ごとの時間差に基づいて流体の瞬時流量の変化を推定する推定部(１８)とを備えることにより、正確な通過流量を求めつつ、瞬時的な流量変化の検出が可能である。

Description

流量計測装置
　本発明は、超音波信号の伝搬時間を計測することにより流速を検出し、検出した流速から流体の流量を計測する流量計測装置に関するものである。
　従来、この種の流量計測装置においては、ふたつの振動子間の送受信を複数回繰り返すことにより、計測分解能を高めるシングアラウンド法という手法を用いたものが提案されている。この種の流量計測装置を家庭用のガスメータに適用した例を図７を用いて説明する。
　図７は、シングアラウンド法を用いた流量計測装置のブロック図である。図７に示すように、流量計測装置は、流体管路３１の途中に、超音波を送信する第１振動子３２と、送信された超音波を受信する第２振動子３３とが流れ方向に対向して配置されている。さらに、流量計測装置は、ふたつの振動子３２、３３を用いて超音波の伝搬時間を計測する計測部３４と、計測部３４を制御する制御部３５と、計測部３４の計測結果を基に流体流量を求める演算部３６とで構成されている。
　図７において、音速をＣ、流速をｖ、ふたつの振動子間の距離をＬ、超音波の伝搬方向と流れの方向とがなす角度をθとする。また、流体管路３１の上流側に配置された第１の振動子３２から超音波を送信し、下流側に配置された第２の振動子３３で超音波を受信した場合の伝搬時間をｔ１、逆方向の伝搬時間をｔ２とした場合、ｔ１およびｔ２は次式で求めることができる。
　　ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ）　　　（式１）
　　ｔ２＝Ｌ／（Ｃ－ｖｃｏｓθ）　　　（式２）
（式１）および（式２）を変形し、（式３）で流速ｖが求まる。
　ｖ＝Ｌ・（１／ｔ１　－１／ｔ２）／２ｃｏｓθ　　（式３）
（式３）で求めた値に流体管路３１の断面積Ｓを掛ければ流体の流量を求めることができる。
　ところで、（式３）において、括弧内の項は（式４）のように変形できる。
　　（ｔ２－ｔ１）／ｔ１ｔ２　　　　（式４）
　ここで、一般に、この種の流量計測装置においては、流速ｖは音速Ｃよりはるかに小さい条件下にて、使用される。また、音速Ｃは近似的に温度の一次関数で求められることが知られている。しかし、短時間の間に急激な温度変化がないと仮定するならば、音速Ｃは一定と考えられるので、（式４）の分母の項は流速の変化に関わらずほぼ一定の値となる。よって、分子の項は流速とほぼ比例した値となる。したがって、流速ｖを精度よく求めるには、ふたつの伝搬時間の差を精度よく計測する必要がある。そのため、流速が遅くなるほど、微小な時間差を求める必要があり、単発現象として計測するには計測部３４は例えば、ｎｓオーダーの非常に小さな時間分解能を有する必要がある。これだけの時間分解能を実現するのは難しく、仮に実現できたとしても時間分解能を上げることによる消費電力の増大を招くこととなる。そのため、超音波の送信を何回も繰り返し実行し、その一連の繰り返し計測の所要時間を計測部３４で計測する。そして、その平均値を求めることにより必要な時間分解能を実現している。すなわち、計測部３４の時間分解能をＴＡ、繰り返し回数をＭとすれば、この繰り返し計測の間、計測部４４を連続して動作させることにより、伝搬時間の計測分解能はＴＡ／Ｍとすることができる。
　この種の流量計測装置は、流体流路内の圧力が安定している時には精度の高い計測が実現できる。しかし、例えば、一般家庭にエネルギー源として供給されるガス流量を計測するガスメータに適用した場合には、脈動現象と呼ばれる固有の課題に直面する。これは、例えばＧＨＰと呼ばれるガスエンジンを利用した空調機のように、ガスエンジンの回転に同期して周辺のガス供給配管内の圧力に変動を及ぼす現象である。この脈動が発生した場合、ガス器具を使用していない場合であっても、圧力の変動に同期してガスが配管内を移動し、その動きに影響されて、あたかもガスが流れているかの如き計測値が検出されてしまう。
　この現象による影響を抑える方法として、例えば特許文献１に示すような方法が提案されている。すなわち、繰り返し計測回数Ｍを計測精度が維持できる最低限の回数に抑える。このような条件で、計測間隔を短くした上で、小刻みに比較的長時間連続して計測を実行し、連続して計測した結果を用いて流量演算を行う。特に、計測間隔を圧力変動周期よりも充分短い間隔で行うことで、流速変動波形の位相状態を満遍なく捉えることができるようになる。その結果、それらを平均化することで、変動成分を取り除いた真の流速（流量）を検出することができる。
　図８は、この方式を用いて繰り返し回数Ｍを４とした場合の例を示している。図８において、時間Ｔ１は上流側から下流側に向けての伝搬時間、時間Ｔ２は下流側から上流側に向けての伝搬時間である。以降、同様に送信方向を切り替えながらＴ４０までの計２０回ずつの伝搬時間計測を行う。最後に、おのおの伝搬時間の総和を求め、平均化して双方向の伝搬時間を求めて、そこから流量を算出する。この方式を用いれば、脈動の有無に関わらず流速の平均化を実現でき、正確な流量を求めることが可能となる。そのため、この種の方式に関する提案が近年増加している。
　ところで、家庭用のガスメータには、計量器としての役割に加えて、保安機能をも備えている。近年は、その保安上の性能向上のため、ガス器具の流量変化を短い間隔（例えば０．２秒毎など１秒未満の値）で追尾したいという要求がある。しかしながら、上記の様な従来の流量計測装置では、流速を比較的長い時間（例えば２秒間）平均化して求めて流量に換算しているため、瞬時的な流量の変化を検出することができない。
特開２００２－３５０２０２号公報
　本発明は、流速の平均化という本来の目的を損なわずに、瞬時的な流量変化をも検出可能な流量計測装置を提供するものである。
　本発明は、流体が通過する流体流路に設けられ、それぞれ超音波信号を発信および受信する第１振動子および第２振動子と、第１振動子と第２振動子との間における超音波信号の伝搬時間を計測する計時部とを有する。さらに、第１振動子で超音波信号を発信させ第２振動子で超音波信号を受信する順方向と、第２振動子で超音波信号を発信させ第１振動子で超音波信号を受信する逆方向の送受信方向を切り替えながら、計時部により超音波信号の順方向の伝搬時間と逆方向の伝搬時間を計測する単位計測行程を実行する計時制御部を有する。さらに、単位計測行程をＫ回行う毎に、単位計測行程で計測された超音波信号の順方向の伝搬時間と逆方向の伝搬時間との時間差を記憶する時間差記憶部を有する。さらに、単位計測行程を少なくともＫ回行ったときの順方向の伝搬時間の総和と、逆方向の伝搬時間の総和に基づいて流体流路内の流体の通過流量を求める流量演算部を有する。さらに、時間差記憶部に記憶されたＫ回の単位計測行程回ごとの時間差に基づいて流体の瞬時流量の変化を推定する推定部を有する。
　これによって、流量演算部により比較的長時間に渡って平均化された正確な流量が求められる。その一方で、単位計測行程の計測結果を間引いて抽出した値を使って、推定部による瞬時的な流量の推定も可能となる。したがって、本発明は、流速を平均化して正確な通過流量を求めつつ、瞬時的な流量変化をも検出可能である。
図１は、本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図である。 図２は、同実施の形態における流量計測装置の動作を示すフロー図である。 図３は、同装置の動作を説明するタイムチャートである。 図４は、同装置における記憶装置に記憶される流量変化パターンを示す図である。 図５は、同装置における記憶装置に記憶される他の流量変化パターンを示す図である。 図６は、同装置における判別部の動作を説明するタイムチャートである。 図７は、従来の流量計測装置のブロック図である。 図８は、従来の流量計測装置の動作を説明するタイムチャートである。
　（実施の形態１）
　図１は本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図である。図１において、流体流路１の途中に、超音波信号を発信および受信する第１振動子２と超音波信号を受信および発信する第２振動子３が流れ方向Ｆに対向して配置されている。送信部４は第１振動子２へ駆動信号を出力する。駆動信号により第１振動子２から超音波信号が出力されたときは第２振動子３でその超音波を受信する。第２振動子３で受信した受信信号が受信部５で信号処理される。切換部６は第１振動子２と第２振動子３の送受信の機能を切り換える。
　計測制御部７は、ふたつの振動子２、３間で実行される送受信の動作全般を制御し、トリガ部８、繰り返し部９、遅延部１０、計測行程制御部１１とで構成されている。
　まず、トリガ部８により計測開始のトリガ出力がなされると、切換部６が第１振動子２と送信部４、ならびに第２振動子３と受信部５を接続する。これにより、第１振動子２を送信側、第２振動子３を受信側とする計測が開始される。以降の説明のため、これを流れの順方向の計測と称する。送信部４から駆動信号が出力されると、第１振動子２から超音波信号が出力され、これが第２振動子３に到達すると受信部５で受信処理を行う。一旦、受信処理が行われると、繰り返し部９の作用により、所定のシングアラウンド回数だけ、流れの順方向の計測が繰り返し実行される。本実施の形態ではシングアラウンド回数を４回とするが、これに限られるものではない。例えば、敢えて複数回の繰り返しを行わず、１回で完了する構成でもかまわない。４回の繰り返しが完了すると、遅延部１０から所定の遅延時間が発生された後、トリガ部８が切換部６に対して送受信の切換信号を出力する。これにより、今度は、第２振動子３と送信部４、ならびに第１振動子２と受信部５が各々接続され、第２振動子３を送信側、第１振動子２を受信側とする計測が開始される。以降の説明のため、これを流れの逆方向の計測と称する。また、この時、トリガ部８から計測開始のトリガ信号が出力される。これにより、送受信の機能が切り換った、逆方向の計測においても、４回の繰り返し計測が実行される。
　以上のように、流れの順方向の計測（４回のシングアラウンド計測）と、逆方向の計測（４回のシングアラウンド）を交互に１回行う一連の動作を単位計測行程と称する。最初に実行される単位計測行程を第１計測行程とすると、これが完了すると、遅延部１０から遅延信号が出力されて、第１計測行程同様の動作が繰り返される。これを第２計測行程とする。計測行程制御部１１によって、規定の回数の単位計測行程が実行された後、流量演算が実行される。
　計時部１２は、トリガ部８のトリガ信号出力タイミングからシングアラウンド終了までの時間を計測する。第１加算部１３は、各単位計測行程の順方向の計測における計時部１２の計測値を積算する。第２加算部１４は、各計測行程の逆方向の計測における計時部１２の計測値を積算する。そして、定められたＮ回（本実施の形態では１００回とするが、これに限られるものではない。）の単位計測行程の動作が完了すると、流量演算部１５が第１加算部１３および第２加算部１４の出力値を用いて流量値を算出する第１。加算部１３および第２加算部１４には、Ｎ回の単位計測行程を実行に要した時間における順逆両方向の伝搬時間の総和が記憶されている。したがって、これらの値を（４×Ｎ）で除することにより順逆両方の１回当たりの伝搬時間の平均値を求めることができる。この値を順逆方向それぞれ、ｔ１、ｔ２として、（式３）を用いることにより平均流速が求まる。次に、ここで求めた平均流速に流体流路１の断面積Ｓを乗ずることで、平均流量が求まる。さらに、前回流量を求めた後の経過時間を乗ずることで、通過流量を求めることができる。さらに、ここで求めた通過流量を積算部１６で加算することで、積算流量を求めることができる。
　一方、時間差検出部１７ａは、Ｎ回の単位計測行程の計測結果のうち、適当な間隔で間引いて抽出した計測結果を用いて時間差の演算を実行する。例えば５回毎の間引き演算を行うとすれば、まず第１計測行程において、順方向４回のシングアラウンド計測の所要時間と逆方向４回のシングアラウンド計測の所要時間の時間差を伝搬時間差と定義してこの値を求める。時間差検出部１７ａで求めた伝搬時間差を時間差記憶部１７ｂに記憶する。そして、次は、第６計測行程において、順逆両方向の伝搬時間差を求める。時間差記憶部１７ｂは、間引き演算毎に演算された伝搬時間差を、演算された時刻と対応させて記憶し続ける。
　推定部１８は、後述するように、時間差検出部１７ａで求めた伝搬時間差そのものの値、もしくは、伝搬時間差を定数倍した値を流体の瞬時流量の推定値として出力する。
　記憶部１９には、推定部１８の出力の時系列変化の特徴を何パターンか記憶している。そして、判別部２０では、推定部１８から出力される推定流量のデータの時系列変化が、記憶部２０に記憶されたパターンに一致するか否かを判別する。
　次に、図２及び図３を用いて先に説明した各部の動作の流れを説明する。図２は、本実施の形態における流量計測装置が行う動作のフロー図である。図３は同装置の動作を説明するタイムチャートである。図３では、第１計測行程で流れの順方向の計測開始を示すトリガ部８の出力タイミングを原点として、横軸が原点からの経過時間を示し、縦軸が各部の動作を示している。
　まず、トリガ部８により計測開始のトリガ信号ＴＳが出力されると、切換部６は第１振動子２と送信部４とを接続し、また第２振動子３と受信部５とを接続する。すなわち、順方向計測の接続を行なう（ステップＳ１）。次に、第１振動子２を送信側、第２振動子３を受信側として計時部１２により計測動作Ｍを開始する（ステップＳ２）。ここで、計時部１２は、トリガ部８から出力されるトリガ信号ＴＳを受信したタイミングを計測の基点として計測を行う。また、本実施の形態では、上述したように、第１振動子２を送信側、第２振動子３を受信側とした場合を順方向と称し、第１振動子２を受信側、第２振動子３を送信側とした場合を逆方向と称する。
　ステップＳ２が行われると、送信側の振動子２が超音波を発信し（ステップＳ３）、受信側の振動子３がその超音波が受信できるか否かを検知する（ステップＳ４）。ステップＳ４は、送信側の振動子２が送信した超音波を、受信側の振動子３が受信できるまで行われる（ステップ４のＮＯ）。
　ステップＳ４において、受信側の振動子３が超音波を受信できたと検知すれば（ステップ４のＹＥＳ）、繰り返し部９は送信側の振動子２が超音波を発信してから受信側の振動子３がその超音波を受信できた繰り返し回数をカウントする（ステップＳ５）。繰り返し部９は、そのカウント値が所定回数（本実施の形態では所定回数を４として説明するがこの回数に限るものではない）に達したか否かを検知する（ステップＳ６）。繰り返し部９は、カウント値が所定回数に達すると検知するまでは、ステップＳ３からステップＳ６の処理を繰り返し行う（ステップＳ６のＮＯ）。
　ステップＳ６においてカウント値が所定回数に達したことを繰り返し部９が検知すると（ステップＳ６のＹＥＳ）、カウント値を初期化（ゼロ）するとともに、例えば、図３の時刻ｔ１で、計時部１２による計測動作Ｍを止める（ステップＳ７）。
　次に、繰り返し部９は、ステップＳ３からステップＳ６の処理による計測が順方向によるものであるか否かを判断する（ステップＳ８）、順方向によるものであれば（ステップＳ８のＹＥＳ）、計時部１２による計測値Ｔｄを時間差検出部１７ａに出力すると同時に、計測値Ｔｄを第１加算部１３に累積的に加算する（ステップＳ９）。
　ステップＳ９が行われた後、計測行程制御部１１はステップＳ３からステップＳ６の処理による計測が順方向と逆方向とで行われたか否かを判断する（ステップＳ１１）。順方向と逆方向の両方向で行われていなければ（ステップＳ１１のＮＯ）、遅延部１０から所定の遅延時間Ｔｉｎｔを発生する。その後、切換部６は第１振動子２を受信側、第２振動子３を送信側として接続し（ステップＳ１８）、あわせて、例えば、図３の時刻ｔ２で、トリガ部８は計時部１２へトリガ信号ＴＳを出力する。その後は、ステップ２に戻る。
　ステップＳ８において、ステップＳ３からステップＳ６の処理による計測が逆方向によるものと判断されれば（ステップＳ８のＮＯ）、計時部１２による計測値Ｔｕを時間差検出部１７ａに出力すると同時に、計測値Ｔｕを第２加算部１４に累積的に加算する（ステップＳ１０）。
　ステップＳ１１において、ステップＳ３からステップＳ６の処理による計測が順方向と逆方向とで行われたことが判断されれば（ステップＳ１１のＹＥＳ）、計測行程の行程回数をカウントする（ステップＳ１２）。なお、計測行程とは、図３に記載されている「第１計測行程Ｐ１」や「第２計測行程Ｐ２」を指している。
　また、計測行程制御部１１は、計測行程の行程回数が所定回数（たとえば、５ｎ（ｎは正の整数）＋１）に達したかどうか判断する（ステップＳ１３）。計測行程制御部１１は、計測行程の行程回数が所定回数に達したと判断すると（ステップＳ１３のＹＥＳ）、例えば、図３の時刻ｔ３で、時間差検出部１７ａは時間差検出部１７ａに記憶されている計測値Ｔｄと計測値Ｔｕの差である時間差Ｔｄｉｆを（式５）を使って求め、時間差Ｔｄｉｆを時間差記憶部１７ｂに記憶する（ステップＳ１４）。
　Ｔｄｉｆ＝Ｔｕ－Ｔｄ　　　　　（式５）
　一方、計測行程の行程回数が所定値に達しない場合には（ステップＳ１３のＮｏ）時間差を求める必要がないので、時間差検出部１７ａに記憶されている計測値Ｔｄ及びＴｕは初期化される。このようにすることで、時間差記憶部１７ｂは、５ｎ（ｎは正の整数）計測行程ごとに求められる時間差Ｔｄｉｆの時系列変化が分かるように記憶する。また、ステップＳ１４の処理による演算が行われた後は、時間差検出部１７ａに記憶されている計測値Ｔｄ及び計測値Ｔｕは初期化する。
　ステップＳ１４の後、計測行程制御部１１は、計測行程の行程回数が全計測行程回数（本実施の形態では、１００行程であるが、特にこれに限定されない。）に達するか否かを判定する（ステップＳ１５）。判定結果が全計測行程回数に達していなければ（ステップＳ１５のＮＯ）、ステップＳ１８以降を行う。また、ステップＳ１５において全判定結果が計測行程回数に達していると判定されれば（ステップＳ１５のＹＥＳ）、流量演算部１５は第１加算部１３に記憶された値と、第２加算部１４に加算された値とを用いて、通過流量を演算する（ステップＳ１６）。流量演算部１５で演算された通過流量は積算部１６に加算される（ステップＳ１７）。
　ところで、本実施の形態では、ステップＳ１４にて説明した通り、順逆両方向の伝搬時間差Ｔｄｉｆが５計測行程ごとに求められる。推定部１８は伝搬時間差Ｔｄｉｆを用いて瞬時流量の推定を行う。
　以上で、本実施の形態の動作が終了する。なお、図２に示す処理は、定期的に繰り返し実行されるものである。
　ここで、シングアラウンド１回当たりの所要時間を約２５０μｓとすると、図３の計測値Ｔｕ（個々の計測値Ｔｕ１、Ｔｕ２、Ｔｕ３・・・を総称してＴｕと記す）、計測値Ｔｄ（個々の計測値Ｔｄ１、Ｔｄ２、Ｔｄ３・・・を総称してＴｄと記す）はそれぞれ約１ｍｓとなる。また、計測方向切り替えの遅延時間Ｔｉｎｔを４ｍｓとする。この場合、１計測行程当たりの所要時間は６ｍｓとなる。したがって、５計測行程毎に時間差検出部１７ａを動作させるとすると、各計測行程間に遅延時間Ｔｉｎｔが設けられ単位計測行程の実行時間間隔は１０ｍｓとなるので、５０ｍｓ毎に伝搬時間差Ｔｄｉｆが検出されることになる。
　また、計測行程は合計１００回（所用時間約１秒）実行する毎に、通過流量および、積算流量を求めるものとする。
　次に、伝搬時間差Ｔｄｉｆを用いて瞬時流量の推定を実行する方法について説明する。
　第ｎ計測行程における伝搬時間差を伝搬時間差Ｔｄｉｆｎとすると、（式１）および（式２）を用いて、伝搬時間差Ｔｄｉｆｎは（式６）のように求められる。
　Ｔｄｉｆｎ＝４（ｔ２－ｔ１）＝４Ｌ／（Ｃ＋ｖｃｏｓθ）－４Ｌ／（Ｃ－ｖｃｏｓθ）
　　　＝８Ｌｖｃｏｓθ／（Ｃ２－ｖ２ｃｏｓ２θ）　　　（式６）
　ここで、一般に超音波式流量計においてはＣ＞＞ｖなる条件で使用するため、（式６）は更に（式７）のように変形できる。
　Ｔｄｉｆｎ＝８Ｌｖｃｏｓθ／Ｃ２　　　　　（式７）
　音速Ｃは温度によって変化することが知られているが、特に、１秒にも満たないわずかな時間の間においては、流体の温度変化は非常に小さいと考えられるので、（式７）の分母は定数と考えることができる。よって、伝搬時間差Ｔｄｉｆｎは流速、すなわち流量に比例した値と考えることができる。したがって、伝搬時間差Ｔｄｉｆｎの変化を求めることは、流量の変化を求めることと同等であると考えることができる。すなわち、伝搬時間差Ｔｄｉｆｎの値そのもの、またはその定数倍した値は、流体の瞬時流量の推定値として扱うことができる。精密な流量変化を求めるのであれば、（式３）を用いて流量を求めた上でその変化量を求める必要が生じる。しかし、流量の相対変化を知る上では、順逆両方向の伝搬時間差を求めるだけであっても、大きな齟齬は生じないと考えられる。
　時間差の変化で流量変動を推定することで、（式３）を用いて精密な流量変化量を求める場合に比べて、演算量が遥かに少なくて済む。特に、電池電源によって長い年月（例えば１０年）連続動作を要求される家庭用のガスメータや水道メータにおいては、演算量（特に、乗除算回数）の削減は、消費電力の削減に対して大きな効果をもたらす。同時に、短時間での流量変化の判定が要求される場合においても同様に大きな効果をもたらす。
　次に、図４、図５、図６を用いて、記憶部１９と判別部２０の動作について説明しながら、推定部１８が伝搬時間差Ｔｄｉｆｎを用いて瞬時流量の推定を行う方法を述べる。図４および図５は、記憶部１９に記憶された流量変化パターンの例である。図４は、パターン１と名付けられた流量変化である。パターン１は、ほぼ一定の流量が所定時間τａだけ継続した後、流量が急激に上昇（上昇幅がＱａｌ／ｈ）した後、再び、所定時間τｂの間、一定流量Ｑａｌ／ｈを継続するパターンである。ここで、記憶部１９には、流量の継続時間τａ、τｂの範囲、変化流量Ｑａの値をある範囲を持った数値として記憶している。ある範囲とは、継続時間τａ、τｂの範囲、変化流量Ｑａの値の判定に余裕を持たせるために設定している。
　図５は、パターン２と名付けられた流量変化である。パターン２は、一定時間τｃ毎に流量がほぼ一定の変化幅Ｑｂｌ／ｈずつ階段状に変化するパターンである。ここで、記憶部１９には、一定時間τｃ、変化流量Ｑｂの範囲と階段状の変化の継続時間幅τｄの値をある範囲を持った数値として記憶している。この場合の、ある範囲も上記と同じように、一定時間τｃ、変化流量Ｑｂ、継続時間幅τｄの値の判定に余裕を持たせるために設定している。
　図６は、推定部１８から出力される瞬時流量の推定値の時系列データの一例である。図６においては、黒点で示すように、０．１ｓ毎の階段状の伝搬時間差の変化が見られる。判別部２０では、図６の黒点に示すデータと、記憶部１９に記憶された２つのパターン１、２とを比較してどちらのパターンに適合するかを判別する。本実施の形態の場合は、図６に示すデータの階段１段毎の時間幅０．１ｓ、および伝搬時間差変化量である階段１段毎の値が、記憶部１９に記憶されているパターン２に近い。したがって、図６のデータの時間幅０．１ｓ、および階段１段毎の値が、パターン２の一定時間τｃ、流量Ｑｂの範囲に適合するかどうかの判断と、階段状の変化の継続時間０．５ｓが、パターン２の継続時間幅τｄに適合されるかどうかの判断を行う。判別部２で両方が適合さると判断された場合には、パターン２の変化、すなわち図６に点線で示すパターンが出現したものと判断する。なお、ここで、流量Ｑａ、Ｑｂなど、流量値に関する記憶データは、式７に基づき、伝搬時間差の値として記憶されているものとする。
　図６のように時間差検出部１７ａによる伝搬時間差演算を５０ｍｓ毎とした場合には、継続時間τｄが０．５ｓ（５００ｍｓ）であるので、時間差検出部１７ａによる演算周期（５０ｍｓ）が継続時間τｄ（５００ｍｓ）に対して十分短く、容易に検出が可能となる。一方で、流量演算部１５による精密な流量演算のタイミングを時間ＴｘおよびＴｙとして１秒毎に流量演算したとすると、時間Ｔｙで得られる流量の値はＴｘからＴｙの期間の瞬時流量が単に平均化された値となってしまうため、１秒以下の階段状の変化を認識することは不可能である。
　なお、判別部２０における、適合性の判断は必ずしも、５０ｍｓ毎（本実施の形態では５計測行程毎）に実行する方法に限られるものではない。例えば、適当な時間毎（例えば１０秒毎）に区切ってメモリ（図示せず）にひと括りのデータとして記憶した後、記憶されたデータの毎回の変化量を後追いでまとめて求めながら判定していく方法であっても構わない。
　記憶部１９に記憶しておく流量変化パターンとして、例えば第１振動子２および第２振動子３の故障時に推定される出力変化であれば、故障解析に利用することが可能である。
　また、記憶部１９の別の利用方法として、記憶部１９に記憶しておく流量変化パターンを、特定のガス器具の立ち上がりの流量変化パターンとしても良い。この場合、家庭用のガスメータとして、本発明の流量計測装置を利用すれば、流量計の下流側に当該ガス器具が接続されている場合には、当該ガス器具の使用開始を検知することが可能になる。これを利用して特定のガス器具の運転開始を認識して、当該ガス器具の運転状況を把握して保安情報として利用することが可能である。
　以上説明してきたように、本発明は、流体が通過する流体流路に設けられ、それぞれ超音波信号を発信および受信する第１振動子および第２振動子と、第１振動子と第２振動子との間における超音波信号の伝搬時間を計測する計時部とを有する。さらに、第１振動子で超音波信号を発信させ第２振動子で超音波信号を受信する順方向と、第２振動子で超音波信号を発信させ第１振動子で超音波信号を受信する逆方向の送受信方向を切り替えながら、計時部により超音波信号の順方向の伝搬時間と逆方向の伝搬時間を計測する単位計測行程を実行する計時制御部を有する。さらに、単位計測行程をＫ回行う毎に、単位計測行程で計測された超音波信号の順方向の伝搬時間と逆方向の伝搬時間との時間差を記憶する時間差記憶部を有する。さらに、単位計測行程を少なくともＫ回行ったときの順方向の伝搬時間の総和と、逆方向の伝搬時間の総和に基づいて流体流路内の流体の通過流量を求める流量演算部を有する。さらに、時間差記憶部に記憶されたＫ回の単位計測行程回ごとの時間差に基づいて流体の瞬時流量の変化を推定する推定部を有する。
　これによれば、流速を平均化して正確な通過流量を求めつつ、瞬時的な流量変化をも検出可能である。
　また、本発明は、流量演算部は、単位計測行程をＫ×Ａ回（Ａは自然数）行ったときの順方向の伝搬時間の総和と、逆方向の伝搬時間の総和に基づいて流体流路内の流体の通過流量を求める構成を有する。そのため、Ｋ×Ａ回の単位計測行程毎に通過流量を求めることができる。
　また、本発明は、瞬時流量の時系列変化の代表的パターンを少なくともひとつ記憶した記憶部と、記憶部に記憶された代表的パターンと、推定部が推定する時間差の推移とを比較して、時間差の推移が代表的パターンと一致するかを判断する判別部とをさらに備えた構成を有する。
　これにより、特徴的な流量変化パターンの認識が可能となり、流体の使用状況の判別に利用することができる。
　また、本発明は、ガス供給源とガス器具とを結ぶガス供給ラインに配置され、記憶部は、特定のガス器具の使用時の流量変化パターンを少なくともひとつ記憶し、判別部は、推定部が推定する時間差の推移が、記憶部に記憶された特定のガス器具の流量変化パターンと一致するとき、判別部が供給ラインの下流側で特定のガス器具が使用されていると判断する構成を有する。これにより、より的確なガス器具の判別が可能となる。
　本発明の流量計測装置は、正確な通過流量を求めつつ、短い間隔で瞬時流量の推定が可能であるため、器具判別機能を備えたガスメータなどとして適用可能である。
　１　　流体流路
　２　　第１振動子
　３　　第２振動子
　４　　送信部
　５　　受信部
　６　　切換部
　７　　計時制御部
　８　　トリガ部
　９　　繰り返し部
　１０　　遅延部
　１１　　計測行程制御部
　１２　計時部
　１３　　第１加算部
　１４　　第２加算部
　１５　　流量演算部
　１６　　積算部
　１７ａ　　時間差検出部
　１７ｂ　　時間差記憶部
　１８　　推定部
　１９　　記憶部
　２０　　判別部

Claims (4)

  1. 流体が通過する流体流路に設けられ、それぞれ超音波信号を発信および受信する第１振動子および第２振動子と、
    前記第１振動子と前記第２振動子との間における超音波信号の伝搬時間を計測する計時部と、
    前記第１振動子で前記超音波信号を発信させ前記第２振動子で前記超音波信号を受信する順方向と、前記第２振動子で前記超音波信号を発信させ前記第１振動子で前記超音波信号を受信する逆方向の送受信方向を切り替えながら、前記計時部により前記超音波信号の前記順方向の伝搬時間と前記逆方向の伝搬時間を計測する単位計測行程を実行する計時制御部と、
    前記単位計測行程をＫ回行う毎に、前記単位計測行程で計測された前記超音波信号の前記順方向の伝搬時間と前記逆方向の伝搬時間との時間差を記憶する時間差記憶部と、
    前記単位計測行程を少なくともＫ回行ったときの前記順方向の伝搬時間の総和と、前記逆方向の伝搬時間の総和に基づいて前記流体流路内の前記流体の通過流量を求める流量演算部と、
    前記時間差記憶部に記憶された前記Ｋ回の前記単位計測行程回毎の前記時間差に基づいて前記流体の瞬時流量の変化を推定する推定部と、
    を備えた流量計測装置。
  2. 前記流量演算部は、前記単位計測行程をＫ×Ａ回（Ａは自然数）行ったときの前記順方向の伝搬時間の総和と、前記逆方向の伝搬時間の総和に基づいて前記流体流路内の前記流体の通過流量を求める請求項１に記載の流量計測装置。
  3. 瞬時流量の時系列変化の代表的パターンを少なくともひとつ記憶した記憶部と、
    前記記憶部に記憶された代表的パターンと、前記推定部が推定する前記時間差の推移とを比較して、前記時間差の推移が前記代表的パターンと一致するかを判断する判別部と、
    をさらに備えた請求項１に記載の流量計測装置。
  4. ガス供給源とガス器具とを結ぶガス供給ラインに配置され、
    前記記憶部は、特定の前記ガス器具の使用時の流量変化パターンを少なくともひとつ記憶し、
    前記判別部は、前記推定部が推定する前記時間差の推移が、前記記憶部に記憶された前記特定のガス器具の流量変化パターンと一致するとき、前記判別部が前記供給ラインの下流側で前記特定のガス器具が使用されていると判断することを特徴とする請求項３に記載の流量計測装置。
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