JPH10142019A

JPH10142019A - 超音波流量計

Info

Publication number: JPH10142019A
Application number: JP8301801A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Nabeshima; 徳行鍋島
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1998-05-29
Anticipated expiration: 2016-11-13
Also published as: JP3766728B2

Abstract

(57)【要約】【課題】流体の圧力変化による誤差をなくす。流体の
圧力変化があっても自動的に最適な動作を行う。小口径
の流量計のノイズの影響をなくす。信頼性を上げる。コ
ストを下げる。低消費電流にする。【解決手段】上流と下流に離して送受波器を設ける。
順方向でｎ回、逆方向でｎ回の超音波の送受による到達
時間に基づいて流速・流量を求める。１階の送受毎に受
信波を検知する基準電圧レベルＶ_THを順次変化させる。
到達時間の変化が大きいときの基準電圧レベルＶ_THを最
適値として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波流量計の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１において、静止流体中の音速を
Ｃ、流体の流れの速さをＶとすると、音波の伝搬方向が
流れに沿った方向（以下順方向と言う）と一致すればそ
の伝搬速度はＣ＋Ｖとなり、流れに逆らった方向（以下
逆方向と言う）の場合にはＣ−Ｖとなる。

【０００３】距離Ｌを隔てて１対の送受波器１，２を流
管３の上流と下流に離して配設し、一方の送受波器１か
ら順方向に超音波を発信したとき、他方の送受波器２に
超音波が到達するに要する到達時間をｔ、送受波器２か
ら逆方向に超音波を発信したときに、送受波器１に超音
波が到達するに要する到達時間をｔ′とすれば、ｔ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）・・・（１）ｔ′＝Ｌ／（Ｃ−Ｖ）・・・（２）となる。

【０００４】順方向と逆方向の超音波の各到達時間ｔ，
ｔ′を測定し、これから流速Ｖを演算し、さらに流速、
流量や積算流量（流体の体積）を演算していた。流速Ｖ
は上記（１）（２）式から、例えば、Ｖ＝Ｌ｛（１／ｔ）−（１／ｔ′）｝／２・・・（３）として求めていた。

【０００５】到達時間ｔ，ｔ′等を測定するには、図１
２に示すように、送信側の送受波器を励振する発信駆動
信号Ｐから受信側の送受波器に受信波が到達するまでの
時間ｔを直接測定すれば良いのであるが、現実にはこれ
ができない。

【０００６】というのは、受信波は、非常に小さいため
先ず増幅される。図１２では増幅後の受信波形を示して
いる。「イ」が到達時点で、その後徐々に振幅が増大し
て最大振幅となり、その後徐々に小さくなる。ところ
が、受信波の到達時点である増幅後の受信波の先頭
「イ」はノイズに隠れているので、それを検知すること
は不可能だからである。

【０００７】そこで、受信波到達時点を知る方法とし
て、先ず受信の基準電圧レベルとしてノイズより十分大
きなしきい値Ｖ_THを定め、このレベルに最初に達した増
幅後の波がゼロレベルを通るゼロクロスポイントを検知
し、受信波を検知するようにしている。

【０００８】しきい値Ｖ_THは受信波の何番目かの特定の
波のゼロクロスポイントを検知するように定めておき、
実際の到達時間ｔ，ｔ′は、例えば順方向測定における
到達時間ｔについて説明すると、図１２における発信波
駆動信号Ｐからゼロクロスポイント「ハ」までの測定時
間ｔ＋τから、予め実験的に求めて記憶しておいた時間
τを引くことで求めていた。

【０００９】図１２では、受信波の第３波が点「ロ」で
しきい値Ｖ_THに達しており、この第３波がゼロレベルを
通るゼロクロスポイント「ハ」を検知し、受信波を検知
している。

【００１０】順方向の到達時間ｔと逆方向の到達時間
ｔ′の測定精度は、これらの到達時間を測定するときに
使う基準クロックの分解能で決まるため、到達時間ｔ，
ｔ′に基づいて演算する流速、流量や積算流量等の精度
も前記基準クロックの分解能で決まる。

【００１１】そこで、同じ分解能の基準クロックを用い
て、流速、流量や積算流量等の精度を向上する方法とし
て、到達時間ｔやｔ′を測定するのに、単純に発信（送
信）から受信までの１回の到達時間を測るのではなく、
受信と同時に次の送信を同じ方向に向かって行うことを
一定の複数（ｎ）回繰り返すことにより、到達時間ｔや
ｔ′をそれぞれ複数（ｎ）個連続させ、最初（第１回
目）の送信から最後（第ｎ回目）の受信までの時間ｎｔ
＋ｎτやｎｔ′＋ｎτをまとめて測定し、予め別に実験
等で求めて記憶しておいたｎτを差し引いてｎｔやｎ
ｔ′を求めるようにした超音波流量計が周知である。

【００１２】こうすると、基準クロックの分解能が同じ
でも、到達時間の測定精度がｎ倍に向上するから、流
速、流量や積算流量等の精度もｎ倍に向上する。従っ
て、例えばｎを１００とすれば、精度は１００倍に向上
する。

【００１３】ところが、受信波の大きさは被測定気体の
圧力の違いや、あるいは送受波器１，２を構成する超音
波振動子の個々の特性によって異なる値となる。その結
果、狙った特定の波（例えば図１２のような第３波）で
はなく、その前の第１波あるいは後の第５波のゼロクロ
スポイントを間違って検出してしまうことがある。

【００１４】この場合、到達時間は超音波の１周期分の
時間まちがった値となるため、この間違った測定値をそ
のまま使用すると、当然誤った流速や流量を導くことに
なり、大きな誤差の要因となる。

【００１５】特に到達時間の測定精度を上げるため、同
一方向の送受を複数（ｎ）回連続して繰り返し、到達時
間ｔやｔ′の複数（ｎ）倍の時間ｎｔやｎｔ′をまとめ
て求めるようにした方式の超音波流量計では、複数
（ｎ）回の受信波検知が全て、狙った特定の波を捕らえ
たものでなければならない。

【００１６】そこで、常に増幅後の受信波の最大振幅を
一定にするように増幅器の利得を制御するいわゆるＡＧ
Ｃ（Automatic Gain Control）を採用している超音波流
量計がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前記ＡＧＣを採用した
従来技術では、ピーク値ホールド回路等が必要となり、
アナログ電子回路の規模が大きくなるので、流量計のコ
ストが上昇するとか、消費電流が高くなるという問題点
がある。しかも、小口径の流路としたときには、管路か
らの反射波の影響で受信波のピーク付近の波形が乱れる
現象が起き易いことから、ピークの大きさを一定値に揃
えても、狙った波の大きさが同じにならないため、小形
の超音波流量計には不向きで、その実現が困難であると
いう問題点があった。

【００１８】ＡＧＣを採用していない従来技術で、流量
計を設置する現地の条件、特に流体の圧力によって受信
波のレベルが異なると、ノイズの影響を受け易くなり、
前述のように、狙った特定の波が検知できずに安定した
測定ができない。

【００１９】従って、流量計を設置するときに、現地の
条件に合わせて、しきい値Ｖ_THや増幅器の利得を最適値
に調整することが必要で、設置コストが上がるという問
題点があった。

【００２０】つまり、必ず狙った特定の波を捕らえられ
るようにしきい値Ｖ_THや増幅器の利得を調整する必要が
ある。実際の作業では、どの波（第何波）を捕らえてい
るかがわかるように、オシロスコープで受信波としきい
値Ｖ_THを比較しながら調整せざるを得ず、調整作業が面
倒である。

【００２１】更にまた、調整用の端子を設ける必要があ
るばかりでなく、オシロスコープを接続しても、その悪
影響を受けないように流量計の電子回路に工夫を凝らす
という考慮も必要で、流量計自体のコストアップを招く
という問題点も生じる。

【００２２】そこで、本発明はしきい値Ｖ_THや増幅器の
利得を自動的に最適化することで前記のいろいろな問題
点を解消できる超音波流量計を提供することを目的とす
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段とその作用】前記目的を達
成するために、請求項１の発明は、送信側にも受信側に
もはたらく少なくとも１対の超音波送受波器（１）
（２）を設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流
から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間
より流速さらに流量を求める超音波流量計であって、ま
ず送信側の送受波器（１）を発信させ、受信側送受波器
（２）の信号を入力する受信波検知部（４）が受信波を
検知すると、それと同時に再び送信側の送受波器（１）
を発信させるようにし、これを一定回数（ｎ回）繰り返
すよう構成し、最初の送信から一定回数目（ｎ回目）の
受信までの時間つまり到達時間のｎ倍をまとめて測定
し、その結果から流速さらに流量を求めるようにしたも
ので、前記受信波検知部（４）は、増幅部と比較部より
構成され、送信側送受波器（１又は２）からの信号は、
まず増幅されその後、基準電圧レベルと比較されるよう
になっていて、最初に基準電圧レベルを越えた波が次に
ゼロレベルを通る点を受信波を検知した点とするように
なっていて、前記基準電圧レベルは何段かに変化させる
ことができるようになっていて、流速を求めるための通
常の測定とは別に、定期的にあるいは非定期に順方向、
逆方向それぞれの方向で、前記基準電圧レベルを段階的
に、１回の送受毎にあるいは、数回の送受毎に変化させ
ながら、通常の測定と同様に複数回連続して繰り返す超
音波の送受を行うようにし、各送受の到達時間の変化を
監視できるようにし、あるいくつかの基準電圧レベルに
ついて、その１段の変化に対し、前記到達時間の変化が
大きいと判断できる時、それらの基準電圧レベルより、
最適な基準電圧レベルを順方向用、逆方向用それぞれに
決め、通常の測定でそのレベルを使うようにしたことを
特徴とする超音波流量計である。

【００２４】各送受の発信駆動信号に対応する発信パル
スから受信波のゼロクロスポイントの検知までの時間
を、例えば連続するｎ回の送受に対して、順にｔ１，ｔ
２，…とすると、連続するｎ回の送受にかかる全時間は
ほぼｎｔ＋ｎτで、この間における流速の変化はほとん
ど零と見做せる。従って前記しきい値としての基準電圧
レベルが狙った特定の波を確実に捕らえている限りｔ
１，ｔ２，…は殆ど同じ値となり、隣接する二つの値同
士の差はほとんど零である。

【００２５】ところがこの請求項１の発明では、基準電
圧レベルＶ_THを段階的に変化させるので、捕らえる波が
変わり、それにつれて発信タイミングから受信波のゼロ
クロスレベル検知までの時間、換言すれば到達時間が大
きく変化するところができる。

【００２６】図１でこれを説明する。しきい値としての
基準電圧レベルＶ_THを最小値から１回の送受ごとに段階
的に大きくする例である。ｔ１は第１波をとらえてい
る。ｔ２も第１波をとらえている。よって、ｔ２はｔ１
とほとんど同じ値となり両者の差は小さい。ところが次
の３回目の受信での基準電圧レベルＶ_THは第１波のピー
クより上にあり、とらえる波は第３波に変わる。したが
って、ｔ３はｔ２より約１波長分大きくなり大きく変化
する。ｔ４は同じく第３波をとらえた受信であるのでｔ
３との差はほとんどない。

【００２７】つまり、到達時間に大きな変化がある時、
その受信の基準電圧レベルとその直前の受信の基準電圧
レベルのあいだに受信波のピークがあると認識できる。
図２でこれを説明する。同図のような受信波形（増幅
後）とし、基準電圧レベルＶ_THは１から順に１回の受信
ごとに大きくなるとする。この場合ｔ３，ｔ１１，ｔ２
３で大きく変化する。これより、それらの時点の基準電
圧レベル付近にピークがあることがわかる。

【００２８】したがって、第３波（正側の第２番目のピ
ークを持つ波）を検知する場合ｔ３測定時のＶ_TH3とｔ
１１測定時のＶ_TH11のほぼ平均値を最適な基準電圧レベ
ルとして決めてその後の送受で正しいゼロクロスポイン
トを検知する。

【００２９】このようにして、圧力の変化等で受信波の
大きさが変化しても最適な基準電圧レベルを設定でき、
難しい調整は必要なくなる。請求項２の発明は、請求項
１の超音波流量計において、前記各送受の到達時間の変
化が大きかった時の基準電圧レベルを小さいほうから並
べたとき、ひとつ小さい基準電圧レベルの一定倍数以上
となる基準電圧レベルを検知し、その基準電圧レベルと
前記ひとつ小さい基準電圧レベルのほぼ平均値を最適基
準電圧レベルとして決めるようにしたことを特徴とする
ものである。

【００３０】一般的に、受信波はその先頭から第１波、
第２波、第３波、第４波、第５波、第６波、第７波と次
第にピークが大きくなる。このピークの電圧の大きくな
る度合いは最初ほど大きくだんだん小さくなることが知
られている。

【００３１】つまり、ピークの大きさを比較すると、プ
ラスの第１波側なら、第３波／第１波が最大で、第５波
／第３波、第７波／第３波と段々小さくなる。マイナス
の第２波側なら第４波／第２波が最大で第６波／第４
波、第８波／第６波と小さくなる。

【００３２】上記の比率は圧力等で全体の振幅が変化し
てもほとんど変化しないことが実験等で確認されてい
る。したがって、各ピークの大きささえわかれば直前の
ピークとの比よりそのピークの波が第何波であるか検知
可能である。

【００３３】特に第３波／第１波及び第４波／第２波は
他の比率に比べ十分大きいため区別が容易である。よっ
て、第３波あるいは第４波のゼロクロス点を受信点とし
て検知する場合、請求項２の発明によれば確実に第３波
あるいは第４波をとらえることが可能である。

【００３４】図２で説明する。仮にＶ_TH1を２００ｍＶ
とし以下Ｖ_TH2を３００ｍＶというように１００ｍＶず
つ大きくなるとする。この場合、ｔ３，ｔ１１，ｔ２３
で到達時間が大きく変化しているが、そのときの基準電
圧レベルはそれぞれ４００ｍＶ，１２００ｍＶ，２４０
０ｍＶである。

【００３５】よって、前記比率をみると第３波／第１波
＝３、第５波／第３波＝２となる。切りわけの倍率（比
率）を２．５に設定してあれば、ｔ１１で検知したピー
クをもつ波が第３波であると判断できる。その場合、当
然第１波のピークはｔ３付近にあり、したがって、第３
波をとらえる最適な基準電圧レベルを（Ｖ_TH3＋
Ｖ _TH1）／２あたりに決めることが可能である。

【００３６】なお、第１波のピークがＶ_TH1以上あり、
かつ第３波のピークが用意された最大の基準電圧レベ
ル、つまり図２のＶ_TH24より小さくないと第３波／第１
波の比率の検知はできない。

【００３７】請求項３の発明は、請求項２の超音波流量
計において、前記受信波検知部の増幅部の増幅度を数段
階変化できるように構成し、前記ひとつ小さい基準電圧
レベルの一定倍数以上となる基準電圧レベルが無い場合
は、前記増幅度を順に変化させ基準電圧レベルを決める
ための送受を各増幅度毎に行うようにし、前記条件を満
たす基準電圧レベルがあれば、その増幅度を最適増幅度
として決め、通常の測定に使用するようにしたことを特
徴とするものである。

【００３８】この発明は用意された基準電圧レベルの最
小値と最大値の間に第１波のピークと第３波のピークが
入るように前段の増幅部の増幅度を最適にするためのも
ので、増幅度を例えば最小から、上記送受を１組ずつ行
いながら上げることにより、用意した基準電圧レベル範
囲に最適な増幅度を決めることができる。

【００３９】そして請求項４の発明は、請求項３の超音
波流量計において、前記基準電圧レベルを電圧の指数関
数的に複数段用意したことを特徴とするものである。

【００４０】上記請求項２の発明で、第３波／第１波等
が一定値以上あるかどうかは、まず演算で比率を求めて
そして一定値と比較している。ところがマイコン等によ
る割り算はわずらわしい。そこで請求項４の発明は割り
算というわずらわしい演算をしないで上記の条件が成り
立つか判断できるようにするものである。

【００４１】仮に、基準電圧レベルＶ′_THを指数関数的
に、下から２００ｍＶ，２５１ｍＶ，３１６ｍＶ，３９
８ｍＶ，５００ｍＶ，６２９ｍＶ，７９１ｍＶ，９９４
ｍＶ，１２５０ｍＶのように約１．２６倍ずつ大きくな
るよう決めると、４つ上のレベルがそのレベルの２．５
倍の電圧となる。

【００４２】図２と同じ受信波形に対しこの基準電圧レ
ベルＶ′_THを使ったのが図３である。ｔ３，ｔ８で到達
時間が大きく変化している。この２点の基準電圧レベル
はＶ′_TH3とＶ′_TH8である。Ｖ′_TH8はＶ′_TH3の５
段上である。４段で２．５倍あるので、２．５倍以上あ
ることがわずらわしい割り算をしなくても判定できる。

【００４３】

【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施の形態
を図面の実施例に基づいて説明する。〔実施例１〕図４の実施例１では２秒間隔でいわゆる通
常の測定を行っていて、その合間を使い１分に１回増幅
度と基準電圧レベルの最適化のための送受信を行ってい
る。構成は以下のようになっている。

【００４４】１）．流体の流れの中を流れと同方向ある
いは超音波の送受をする１対の超音波送受波器１，２
と、２）．受信側の送受波器２が接続され受信波を検知する
と受信波検知信号を出力する受信波検知部４と、３）．測定ＯＮ・ＯＦＦ信号がＯＦＦ側からＯＮ側にな
る毎に送信側の送受波器１又は２を駆動しその後は受信
波検知信号が入力されるごとに駆動し、第ｎ受信波検知
信号が入力されるか測定ＯＮ・ＯＦＦ信号がＯＦＦ側に
なると駆動を停止する送波器駆動部５と、４）．受信波検知部４よりの受信波検知信号が入力され
ていて、測定ＯＮ・ＯＦＦ信号がＯＮ側になる毎にゼロ
からカウントを開始しｎ番目の受信波検知信号を検知し
て第ｎ受信波検知信号を出力する第１のカウンタ６と、５）．測定ＯＮ・ＯＦＦ信号がＯＮ側になってから第ｎ
受信波検知信号までの時間を測定する第２のカウンタ７
と、６）．一定のタイミングで送受の切り替えを行い、その
都度測定ＯＮ・ＯＦＦ信号をＯＦＦ側からＯＮ側にし、
第ｎ受信波検知信号を受けると第２のカウンタ７の測定
値（カウント値）を読み取り、流速、流量等の演算を行
うコントロール部８を有する超音波流量計であって、７）．測定ＯＮ・ＯＦＦ信号がＯＮ側になってから最初
の受信波検知信号までの時間、その後は受信波検知信号
から次の受信波検知信号までの時間をその都度測定して
出力する第３カウンタ９を有し、８）．前記受信波検知部４は、増幅部と比較部より構成
され、送信側送受波器１又は２からの信号は、まず増幅
部で増幅されその後、基準電圧レベルと比較部で比較さ
れるようになっていて、最初に基準電圧レベルを越えた
波が次にゼロレベルを通る点を、受信波を検知した点と
するようになっていて、前記増幅部の増幅度は８段階用
意されていて、コントロール部８よりの増幅度選択信号
により１つが選択される。また基準電圧レベルもコント
ロール部８よりの基準電圧レベル選択信号により用意さ
れた８つから１つを選択して使用するようになってい
る。基準電圧レベルの８つは、正（プラス）側に設定さ
れていて下から２００ｍＶ，２５１ｍＶ，３１６ｍＶ，
３９８ｍＶ，５００ｍＶ，６２９ｍＶ，７９１ｍＶ，９
９４ｍＶであり約１．２６倍ずつ大きくなるように決め
られたものである。

【００４５】９）．コントロール部８は、マイクロコン
ピュータで構成されていて、２秒間隔で前述のいわゆる
通常の測定のための動きを行っているが、この通常の測
定の合間を使い１分間隔で増幅度と基準電圧レベルの最
適化のための動作を行うようになっている。つまり、１０）．送受切り替え信号を順方向とし、１１）．増幅度選択信号を最小増幅度の選択とし、１２）．基準電圧レベル選択信号を最小レベルの選択と
し、１３）．そして、測定ＯＮ・ＯＦＦ信号をＯＮ側にす
る。このあたりの動きを最適化スタートとして図５に示
す。

【００４６】１４）．受信波検知信号が外部割り込みと
して入力されている。この割り込み処理を図６に示し
た。１５）．受信波検知信号が割り込みとして入力される
と、第３のカウンタ９が測定した到達時間の読み取りを
行う。そして、前回読み値と比較し、差が大きい時（一
定値以上のとき）は、その前に大きく変化したときから
基準電圧レベルが何段アップしているかチェックしてそ
れが４段より大きい場合、第３波を検知できたと判断す
る。そして前回の基準電圧レベルとの中間のレベルナン
バーの基準レベルを最適基準レベルとし、そのときの増
幅度を最適増幅度とするようになっている。

【００４７】１６）．また、受信波検知信号の入力毎
に、基準電圧レベルを１段ずつ上げるように構成されて
いて、最大基準電圧レベルでの受信である８回目の受信
波検知信号入力でも条件に合致しないときは増幅度が適
していないとして、増幅度を１段アップして再び最適化
の動作をスタートする。

【００４８】１７）．また、順方向で最適レベルが決ま
るとその時点で測定ＯＮ・ＯＦＦ信号をＯＦＦとし、次
に送受切り替え信号を逆方向とし増幅度を最小として再
び最適化をスタートする。

【００４９】１８）．レベルナンバーの差が４を越えて
いれば電圧で２．５倍を越えていることになり、最適と
して決めたレベルは確実に第３波をとらえることにな
る。１９）．こうして順方向、逆方向それぞれに対し最適な
基準電圧レベルと増幅度を自動的に決め、それを使い通
常の測定を行うため、圧力の変化があっても作業者が手
間をかけて調整する必要なく精度よい測定が可能であ
る。

【００５０】２０）．なお、本実施例の場合基準電圧レ
ベルは正側に設定したが負（マイナス）側に設定も可能
で第４波をとらえるよう構成することも同様に可能であ
る。２１）．また、本実施例は１回の送受毎に基準レベルを
小さいほうから順に大きくしたが、当然、大きいほうか
ら小さくしていくこともできる。

【００５１】２２）．また、本実施例では、受信波検知
信号が入力される毎に到達時間の変化をチェックした
が、到達時間の記憶のみとし全基準電圧レベルでの測定
終了後にまとめてチェックすることもできる。

【００５２】２３）．更にまた、同じレベルで複数回送
受を行うようにする。つまり、ある一定回数の送受毎に
レベルを１段変化させるようにすることも可能である。
この方法によれば、受信波にノイズがのっている場合で
も、同じ基準電圧レベルの複数回の送受の到達時間の
内、多い集まりのものをその基準電圧レベルでの到達時
間とする等、ノイズの影響を受けない最適化が実現可能
である。

【００５３】図７は第３のカウンタ９の電気回路の具体
例で、ＯＲゲート１０と、リセット可能なカウンタ１１
と、カウンタ１１のクロック入力ＣＫに基準クロックを
入力する基準クロック発生器１２と、カウンタ１１の時
間計数値を一時的に記憶してコントロール部７へ出力す
るラッチ回路１３が図示のように接続されている。受信
波検知信号がラッチ回路１３のラッチ入力に入力されて
カウンタ１３の時間計数値を先ずラッチ記憶してからＯ
Ｒゲート１０を介して受信波検知信号がカウンタ１１の
時間計数値を零にリセットするようにタイミングが定め
てある。

【００５４】なお、図７では基準クロック発生器１２を
特別に設けているが、図１の第２カウンタ７に内蔵され
た基準クロック発生器を利用し、その基準クロックを図
７のカウンタ１１のクロック入力ＣＫに入力するように
しても良い。

【００５５】図８は上記実施例における測定ＯＮ・ＯＦ
Ｆ信号と受信波検知信号のタイミング図で、１組ｎ回の
順方向測定時におけるｎ個の受信波検知信号に順に１，
２，３，…，ｍ−１，ｍ，ｍ＋１，…，ｎ−１，ｎの数
字を付けてある。Ｔは第２のカウンタ７で測定した時間
値（カウント値）である。

【００５６】図９は、上記実施例における受信波検知部
４の増幅部の電気回路の具体例で、オペアンプ１４にア
ナログスイッチ１５を介して８個の帰還抵抗Ｒ２０〜Ｒ
２７が接続され、前記コントロール部８からの増幅度選
択信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２でアナログスイッチ１５
のうち何れかのスイッチを選択してオンとすることで、
増幅部の増幅度を選択する。Ｖ_inは受信側の送受波器２
又は１からの受信信号で抵抗Ｒ₁を介してオペアンプ１
４の反転入力に入力される。

【００５７】帰還抵抗の抵抗値は、Ｒ２０＜Ｒ２１＜…＜Ｒ２７の関係に定められ増幅度は相互に、（Ｒ２０／Ｒ１）＜（Ｒ２１／Ｒ１）＜…＜（Ｒ２７／
Ｒ１）の関係となる。

【００５８】図１０は上記実施例における受信波検知部
４の比較部の電気回路の具体例で、コンパレータ１６の
非反転入力には前記図９の比較部からの出力Ｖ_0utが入
力される。そして反転入力には、前記基準電圧レベルＶ
_THが入力される。

【００５９】Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２２はコントロール部
８からの基準電圧レベル選択信号で、アナログスイッチ
１７のうち何れか一つのスイッチを選択してオンとする
ことで、８個の抵抗Ｒ４０〜Ｒ４７の何れか一つと抵抗
Ｒ３とで一定の基準電圧１８を分圧してコンパレータ１
６の反転入力を入力する基準電圧レベルＶ_THを作る。

【００６０】８個の抵抗Ｒ４０〜Ｒ４７の各抵抗値同士
の関係は、Ｒ４０＜Ｒ４１＜Ｒ４２＜…＜Ｒ４７となっていて、コントロール部からの基準電圧レベルを
選択信号でアナログスイッチ１７を選択して、基準電圧
レベルを選択することができる。

【００６１】なお本実施例では１分毎に最適化を行うよ
うにしたが、通常の測定に異常を検知するなどした時、
即最適化を行うようにすることもできる。また、送受を
連続して行い、短時間のため、その間に流速がほとんど
変化せず特に連続する送受については、ほとんど差がな
い。よって、気体が流れている時、さらにその流速が変
化しているときでも最適化の送受が可能である。

【００６２】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で流体の圧力変化等があって受信波の大きさが変化して
も、自動的に基準電圧レベル（Ｖ_TH）や増幅度の最適値
を求めて決めるため、煩わしい調整作業が不要となる。

【００６３】そして、常に精度の良い測定がきる。ま
た、ピーク値ホールド等の回路を用いないので、低コス
トで、かつ低消費電力の超音波流量計が実現できる。

【００６４】そして、小口径の場合でも反射波の悪影響
を受けないで、安定した測定精度を維持できる。更にま
た、エージングによる送受波器の劣化で、受信波の大き
さが経年的に低下しても、それに合わせて基準電圧レベ
ルや増幅度が自動的に最適化されるため、長期に亘り安
定した性能が得られ、流量計の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の受信波のゼロクロスポイントを検知す
る作用を説明するタイミング図である。

【図２】本発明における受信波のゼロクロスポイントを
検知するための基準電圧レベルの変更による検知作用を
説明する図である。

【図３】同じく基準レベルの変更による検知作用を説明
する図である。

【図４】本発明の実施例のブロック図である。

【図５】図４の実施例のフローチャートである。

【図６】同じく、フローチャートである。

【図７】図４の実施例における第２のカウンタの具体的
電気回路の図である。

【図８】図４の第２のカウンタの作用を説明するタイミ
ング図である。

【図９】図４の実施例における受信波検知回路に使用す
る増幅部の電気回路の具体例を示す図である。

【図１０】図４の実施例における受信波検知回路に使用
する比較部の電気回路の具体例を示す図である。

【図１１】超音波流量計の原理を説明する略図である。

【図１２】超音波流量計の受信波検知部の動作を説明す
るための電気信号波形を示す線図である。

【符号の説明】

１，２超音波送受波器３流管４受信波検知部Ｖ_TH，Ｖ′_TH，Ｖ_TH1〜Ｖ_TH24，Ｖ′_TH1〜Ｖ′_TH9
基準電圧レベル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信側にも受信側にもはたらく少なくと
も１対の超音波送受波器を設け、流体の流れの中を上流
から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その
各向きの到達時間より流速さらに流量を求める超音波流
量計であって、まず送信側の送受波器を発信させ、受信側送受波器の信
号を入力する受信波検知部が受信波を検知すると、それ
と同時に再び送信側の送受波器を発信させるようにし、
これを一定回数（ｎ回）繰り返すよう構成し、最初の送
信から一定回数目（ｎ回目）の受信までの時間つまり到
達時間のｎ倍をまとめて測定し、その結果から流速さら
に流量を求めるようにしたもので、前記受信波検知部は、増幅部と比較部より構成され、送
信側送受波器からの信号は、まず増幅されその後、基準
電圧レベルと比較されるようになっていて、最初に基準
電圧レベルを越えた波が次にゼロレベルを通る点を受信
波を検知した点とするようになっていて、前記基準電圧レベルは何段かに変化させることができる
ようになっていて、流速を求めるための通常の測定とは
別に、定期的にあるいは非定期に順方向、逆方向それぞ
れの方向で、前記基準電圧レベルを段階的に、１回の送
受毎にあるいは、数回の送受毎に変化させながら、通常
の測定と同様に複数回連続して繰り返す超音波の送受を
行うようにし、各送受の到達時間の変化を監視できるようにし、あるい
くつかの基準電圧レベルについて、その１段の変化に対
し、前記到達時間の変化が大きいと判断できる時、それ
らの基準電圧レベルより、最適な基準電圧レベルを順方
向用、逆方向用それぞれに決め、通常の測定でそのレベ
ルを使うようにしたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】前記各送受の到達時間の変化が大きかっ
た時の基準電圧レベルを小さいほうから並べたとき、ひ
とつ小さい基準電圧レベルの一定倍数以上となる基準電
圧レベルを検知し、その基準電圧レベルと前記ひとつ小
さい基準電圧レベルのほぼ平均値を最適基準電圧レベル
として決めるようにしたことを特徴とする請求項１記載
の超音波流量計。
【請求項３】前記受信波検知部の増幅部の増幅度を数
段階変化できるように構成し、前記ひとつ小さい基準電
圧レベルの一定倍数以上となる基準電圧レベルが無い場
合は、前記増幅度を順に変化させ基準電圧レベルを決め
るための送受を各増幅度毎に行うようにし、前記条件を
満たす基準電圧レベルがあれば、その増幅度を最適増幅
度として決め、通常の測定に使用するようにしたことを
特徴とする請求項２記載の超音波流量計。
【請求項４】前記基準電圧レベルを電圧の指数関数的
に複数段用意したことを特徴とする請求項３記載の超音
波流量計。