特許 5661899 測線の故障に予め準備した補正値により対応可能な流量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5661899

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年1月28日

(54)【発明の名称】測線の故障に予め準備した補正値により対応可能な流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20060101AFI20150108BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/66 B

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-235869(P2013-235869)

(22)【出願日】2013年11月14日

【審査請求日】2013年11月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】591196522

【氏名又は名称】株式会社又進

(73)【特許権者】

【識別番号】303057044

【氏名又は名称】株式会社ソニック

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】南基翰

(72)【発明者】

【氏名】郭鎭求

(72)【発明者】

【氏名】車基哲

(72)【発明者】

【氏名】秋山 徹

(72)【発明者】

【氏名】高橋 邦廣

(72)【発明者】

【氏名】花村 浩一

(72)【発明者】

【氏名】倉都 健治

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４７６４０６４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５５０１２１４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１３−２４６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３７３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５２８２９５５（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流路内の流体の流速を計測するための一組の超音波送受波器を有する測線であって、前記流路に間隔をあけて配置された複数の前記測線と、
前記超音波送受波器の計測値に基づいて各測線における流速を算出する第１の演算処理部と、
前記測線にて計測できなかったときに該測線が異常であると判定すると共に、前記測線での前記流速が所定の範囲から外れたときに該測線が異常であると判定する判定処理部と、
前記各測線での前記流速を補正するために前記各測線における前記流速の各々を重み付けるための係数を有する補正テーブルであって、全ての前記測線が正常であるときに用いる正常時用の補正テーブルと、該正常時用の補正テーブルとは異なる異常時用の補正テーブルとを含む複数種類の前記補正テーブルが記憶された記憶部と、
前記各測線における前記流速と、前記補正テーブルの前記係数とを乗算した複数の補正値の平均としての平均流速を算出する第２の演算処理部と、
を備え、
判定処理部によって前記測線が異常であると判定された場合、前記第２の演算処理部は、異常な前記測線での前記流速を演算から除外し、正常な残りの前記測線での前記流速と、前記異常時用の補正テーブルとを用いて算出された前記平均流速に基づいて、流量を算出することを特徴とする、測線の故障に予め準備した補正値により対応可能な流量計。

【請求項2】

前記記憶部は、前記第２の演算処理部での演算から除外する１つの前記測線毎に異なる複数種類の前記異常時用の補正テーブルを有し、
前記第２の演算処理部は、前記複数種類の異常時用の補正テーブルから、異常であると判定された測線に対応する異常時用の補正テーブルを選択する、請求項１に記載の、測線の故障に予め準備した補正値により対応可能な流量計。

【請求項3】

前記記憶部は、前記第２の演算処理部での演算から除外する複数の前記測線の組み合わせ毎に対応する複数種類の前記異常時用の補正テーブルを有し、
前記第２の演算処理部は、前記複数種類の異常時用の補正テーブルから、異常であると判定された複数の測線の組み合わせに対応する異常時用の補正テーブルを選択する、請求項１に記載の、測線の故障に予め準備した補正値により対応可能な流量計。

【請求項4】

流路に設けられた一組の超音波送受波器を有する測線を複数用いて前記流路内の流量を算出する流量算出方法であって、
前記超音波送受波器での計測値に基づいて前記測線における流速を算出する第１の演算ステップと、
前記測線にて計測できなかったときに該測線が異常であると判定すると共に、前記測線での前記流速が所定の範囲を外れたときに該測線が異常あると判定する判定ステップと、
前記各測線での前記流速を補正するために前記各測線における前記流速の各々を重み付けるための係数を有する前記補正テーブルであって、全ての前記測線が正常であるときに用いる正常時用の補正テーブルと、該正常時用の補正テーブルとは異なる異常時用の補正テーブルとを含む複数種類の前記補正テーブルを用いて、前記各測線における前記流速と、前記補正テーブルの前記係数とを乗算した複数の補正値の平均としての平均流速を算出する第２の演算ステップと、有し、
前記第２の演算ステップでは、複数の測線のうちでいずれかの測線が異常であると判定した場合、異常な測線での流速を除外した正常な測線での流速と、前記異常時用の補正テーブルとを用いて算出された前記平均流速に基づいて、流量を算出することを特徴とする流量算出方法。

【請求項5】

前記第２の演算ステップは、前記判定ステップで異常であると判定された測線毎に、複数種類の前記異常時用の補正テーブルのいずれかの異常時用の補正テーブルを選択的に用いて流量を算出する、請求項４に記載の流量算出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波を用いた流量計、及び複数の計測値に基づいて流量を算出するための流量算出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

流量計としては、超音波を用いて流量を計測する超音波流量計がある。この種の超音波流量計としては、流路内を流れる流体の流速を計測するための複数の測線を備えており、複数の測線によって計測された流速の平均を用いて、流量を算出する、いわゆる多測線型の超音波流量計が知られている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

本発明に関連する多測線型の超音波流量計では、複数の測線が、流路の同一断面上に間隔をあけて配置されている。１つの測線は、超音波を送ると共に受ける一組の超音波送受波器を有しており、一方の超音波送受波器が、流路の上流側に配され、他方の超音波送受波器が流路の下流側に配されて構成されている。一組の超音波送受波器は、流路を挟んで対向する位置に配置されている。超音波流量計の１つの測線では、各超音波送受波器で検出された超音波の伝播時間の差に基づいて演算を行うことによって流速が求められている。

【0004】

そして、多測線線型の超音波流量計では、一般的に管の中心の流速が高く、管の内壁近傍での流速が低くなる流速分布や、流速の計測値のバラツキなどを考慮して、流路の断面における各測線の位置に応じて、各測線での流速の各々に、他の測線での流速に対する相対的な重み付けを行って演算された平均流速を用いて、流量を算出している。

【0005】

具体的には、多測線線型の超音波流量計では、測線の位置ごとに予め定められた所定の係数を各流速に乗算した補正値を演算し、複数の補正値の平均、すなわち加重平均としての平均流速を用いて、流量を算出している。つまり、多測線線型の超音波流量計では、各測線にそれぞれ対応する重み付け係数を有する補正テーブルを用いて、流量を算出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６−３１７１８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、上述した多測線線型の超音波流量計では、各測線での流速が、所定の範囲内であるか否かを判定することによって、測線での流速が異常であるか否かの判定を行っている。複数の測線のうちのいずれかの測線が故障し、その測線での流速が所定の範囲内から外れて異常であると判定された場合には、故障した測線での流速が、所定の範囲内の中央値に置き換えると共に、他の正常な測線での流速と一緒に演算に用いられている。すなわち、測線が故障した場合であっても、その測線での流速を所定値に置き換えて演算に用いられており、測線が正常なときと同様に所定値に重み付け係数を乗算して、上述の加重平均として平均流速を用いて、流量を算出していた。

【0008】

このような演算を行っているため、本発明に関連する多測線線型の超音波流量計では、測線が故障した場合、演算によって求められる流量の確からしさ（以下、流量の精度と称する）が低下してしまう問題があった。

【0009】

さらに、複数の測線が故障した場合には、複数の測線での流速が所定値に置き換えられて演算に用いられるので、演算によって求められる流量の精度が著しく低下してしまう問題があった。

【0010】

そこで、本発明は、上記関連する技術の課題を解決し、複数の測線のいずれかの測線が故障した場合であっても、算出される流量の精度の低下を抑えることができる、流量計を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述した目的を達成するため、本発明に係る、測線の故障に予め準備した補正値により対応可能な流量計は、流路内の流体の流速を計測するための一組の超音波送受波器を有する測線であって、流路に間隔をあけて配置された複数の測線と、
超音波送受波器の計測値に基づいて各測線における流速を算出する第１の演算処理部と、
測線にて計測できなかったときに測線が異常であると判定すると共に、測線での流速が所定の範囲から外れたときに測線が異常であると判定する判定処理部と、
各測線での流速を補正するために各測線における流速の各々を重み付けるための係数を有する補正テーブルであって、全ての測線が正常であるときに用いる正常時用の補正テーブルと、正常時用の補正テーブルとは異なる異常時用の補正テーブルとを含む複数種類の補正テーブルが記憶された記憶部と、
各測線における流速と、補正テーブルの係数とを乗算して複数の補正値の平均としての平均流速を算出する第２の演算処理部と、を備える。

【0012】

判定処理部によって測線が異常であると判定された場合、第２の演算処理部は、異常な測線での流速を演算から除外し、正常な残りの測線での流速と、異常時用の補正テーブルとを用いて算出された平均流速に基づいて、流量を算出することを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係る流量算出方法は、流路に設けられた一組の超音波送受波器を有する測線を複数用いて流路内の流量を算出する流量算出方法であって、
超音波送受波器での計測値に基づいて測線における流速を算出する第１の演算ステップと、
測線にて計測できなかったときに測線が異常であると判定すると共に、測線での流速が所定の範囲を外れたときに該測線が異常あると判定する判定ステップと、
各測線での流速を補正するために各測線における流速の各々を重み付けるための係数を有する補正テーブルであって、全ての測線が正常であるときに用いる正常時用の補正テーブルと、正常時用の補正テーブルとは異なる異常時用の補正テーブルとを含む複数種類の補正テーブルを用いて、各測線における流速と、補正テーブルの係数とを乗算した複数の補正値の平均としての平均流速を算出する第２の演算ステップと、有する。

【0014】

第２の演算ステップでは、複数の測線のうちでいずれかの測線が異常であると判定した場合、異常な測線での流速を除外した正常な測線での流速と、異常時用の補正テーブルとを用いて算出された平均流速に基づいて、流量を算出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、複数の測線のいずれかの測線に異常が生じた場合であっても、算出される流量の精度が低下することを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態の超音波流量計を示す模式図である。

【図2】実施形態の超音波流量計が備える複数の測線を説明するための模式図である。

【図3】実施形態の超音波流量計が備える測線において流速を算出する原理を説明するための模式図である。

【図4】実施形態の超音波流量計において、複数の測線を用いて流量を算出する処理を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

【0018】

図１に、実施形態の超音波流量計の模式図を示す。図２に、実施形態の超音波流量計が備える複数の測線を説明するための模式図を示す。実施形態の超音波流量計は、液体として、例えば、冷却回路の流路を流れる冷却液の流量を算出するために用いられるが、気体の流量を算出するために用いられてもよいことは勿論である。

【0019】

図１に示すように、実施形態の超音波流量計１は、円管３内を流れる液体の流速を計測するための一組の超音波送受波器５をそれぞれ有し、流路４に間隔をあけて配置された第１の測線Ｍ１から第８の測線Ｍ８と、超音波送受波器５での計測値に基づいて各第１の測線Ｍ１〜第８の測線Ｍ８における流速を算出する第１の演算処理部としての演算回路７と、を備えている。

【0020】

また、超音波送受波器１は、各第１の測線Ｍ１から第８の測線Ｍ８での流速を補正するために各第１の測線Ｍ１から第８の測線Ｍ８における流速の各々を重み付ける係数（以下、重み付け係数と称する）を有する補正テーブルであって、全ての測線Ｍが正常であるときに用いる正常時用の補正テーブルと、正常時用の補正テーブルとは異なる異常時用の補正テーブルとを含む複数種類の前記補正テーブルが記憶された記憶部としての記憶回路８を備えている。

【0021】

また、超音波流量計１は、各第１の測線Ｍ１から第８の測線Ｍ８における流速と、補正テーブルが有する重み付け係数とを乗算した複数の補正値の平均としての平均流速を算出する第２の演算処理部としての演算回路７と、第１の測線Ｍ１から第８の測線Ｍ８において計測できなかったときにその測線Ｍが異常であると判定すると共に、各第１の測線Ｍ１から第８の測線Ｍ８の計測値のいずれかが測線Ｍ１〜Ｍ８毎に予め設定された所定の範囲を外れたときにその測線Ｍが異常であると判定する判定処理部としての判定回路９と、を備えている。

【0022】

そして、判定回路９によって測線Ｍが異常であると判定された場合、演算回路７は、異常な測線Ｍでの流速を除外して、正常な残りの測線Ｍでの流速と、異常時用の補正テーブルとを用いて算出された平均流速に基づいて、流量を算出する。

【0023】

また、超音波流量計１は、図示しないが、各測線Ｍ１〜Ｍ８での計測が、他の測線Ｍでの計測と干渉することを避けるために超音波を送受波するタイミングを決定するための処理回路と、超音波の出力するための出力回路と、各測線で計測された計測値を一時的に記憶するための一時記憶回路と、を備えている。

【0024】

超音波送受波器５は、超音波を送る送波器及び超音波を受ける受波器を有しており、圧電素子によって構成されている。図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、１つの測線Ｍにおいて、超音波を発すると共に超音波を受ける超音波送受波器５が、流路４を挟んで対向する位置に配置されている。また、１つの測線においては、一方の超音波送受波器５が流路４の上流側に配置されており、他方の超音波送受波器５が流路４の下流側に配置されている。

【0025】

また、第１〜第４の測線Ｍ１〜Ｍ４は、流路４の同一断面上に間隔をあけて互いに平行に配置されている。第５〜第８の測線Ｍ５〜Ｍ８は、第１〜第４の測線Ｍ１〜Ｍ４が配置された断面とは異なる、流路４の同一断面上に間隔をあけて互いに平行に配置されると共に、第１〜第４の測線Ｍ１〜Ｍ４の各々と直交するように配置されている。

【0026】

記憶回路８は、例えば半導体メモリによって構成されており、演算回路７及び判定回路９と電気的に接続されている。演算回路７及び判定回路９は、例えばＣＰＵによって構成されており、第１〜第８の測線Ｍ１〜Ｍ８を構成する各超音波送受波器５と電気的に接続されている。なお、本実施形態では、演算回路７と判定回路９が独立して構成されているが、１つの処理回路によって行われるように構成されてもよいことは勿論である。また、測線Ｍにて計測できなかったときに測線Ｍが異常であると判定する判定回路と、測線Ｍでの計測値が所定の範囲から外れたときに測線が異常であると判定する判定回路は、個別に設けられてもよい。

【0027】

１つの測線Ｍでの流速には、複数の測線Ｍでの流速における相対的な重みとしての重み付け係数が設定されている。この重み付け係数は、流路４における測線Ｍの位置に応じて異なっており、流体の種類、温度、圧力、不純物の濃度などの流体の性状や、流量、流路４の形状や大きさ等に応じて予め算出されて設定されている。

【0028】

また、記憶回路８に記憶されている補正テーブルは、複数の測線Ｍの各々に対応する複数の重み付け係数を有している。

【0029】

また、演算回路７は、異常であると判定された測線Ｍに応じて、複数種類の異常時用の補正テーブルのうち、所望の補正テーブルを選択し、選択した補正テーブルを用いて演算を行う。例えば、第１の測線Ｍ１が故障した場合に用いる異常時用の補正テーブルと、第２の測線Ｍ２が故障した場合に用いる異常時用の補正テーブルとは異なっている。

【0030】

ここで、超音波流量計１が備える１つの測線Ｍにおいて、流路４を流れる流体の流量を求めるための原理と演算について説明する。

【0031】

超音波流量計１の測線Ｍは、流路４内の流体に対して超音波を伝播させ、超音波の伝播時間を検出することで、超音波の伝播速度を計測する。このとき、流体を伝播する超音波の伝播速度は、流体の流速に応じて変動する。

【0032】

超音波の速度をｃ（ｍ／ｓｅｃ）、流体の流速をＶ（ｍ／ｓｅｃ）とすれば、上流から下流に向かって超音波が伝播するときに観測される伝播速度はｃ＋Ｖとなり、下流から上流に向かって超音波が伝播するときに観測される伝播速度はｃ−Ｖとなる。流体が流れる向きに対して、超音波が伝播する方向が角度θをなしているとき、伝播速度はｃ±Ｖｃｏｓθとなる。流路４内で流体が流速分布を有する場合、上述した流体の流速Ｖは、超音波が伝播する経路上での平均流速となる。

【0033】

流路４内の流量（ｍ^３／ｓｅｃ）を算出するためには、流路４の断面平均速度（ｍ／ｓｅｃ）を求めて、この断面平均流速と流路４の断面積とを乗算することによって流量を算出する。

【0034】

図３に、１つの測線Ｍにおいて一組の超音波送受波器５を用いて行う演算を説明するための模式図を示す。図３に示すように、円管３内の流路４で、流速分布Ａのような流れが生じているものとする。

【0035】

図３に示すように、流路４の上流側に超音波送受波器５ａが配されており、流路４の下流側に超音波送受波器５ｂが配されている。

【0036】

ここで、２つの超音波送受波器５ａ、５ｂとの間で超音波が伝播する距離（超音波伝幡経路の長さ）をＬ、円管３に取り付けられた超音波送受波器５ａ，５ｂの金属部分を超音波が伝わる伝播時間をｔ０、上流の超音波送受波器５ａから下流の超音波送受波器５ｂまで超音波が伝わる伝播時間をｔ１、下流の超音波送受波器５ｂから上流の超音波送受波器５ａまで超音波が伝わる伝播時間をｔ２とする。

【0037】

上流の超音波送受波器５ａから送信された超音波は、流体の流れの向きに移動しながら、下流の超音波送受波器５ｂで受信される。一方、下流の超音波送受波器５ｂから送信された超音波は、流体の流れの向きと逆向きに移動しながら、上流の超音波送受波器５ａで受信される。

【0038】

超音波送受波器５ａと超音波送受波器５ｂとの間の伝播時間から、金属中の伝播時間ｔ０を減算して、流体中の伝播時間ｔ１、ｔ２を算出する。

【0039】

流体の流れに関する上流の超音波送受波器５ａから下流の超音波送受波器５ｂに超音波が送られたときの超音波の伝播速度は、ｃ＋Ｖｃｏｓθとなり、流体の流れに逆らった下流の超音波送受波器５ｂから上流の超音波送受波器５ａに超音波が送られたときの超音波の伝播速度は、ｃ―Ｖｃｏｓθとなる。ここで、流体の速度をＶとし、同一流体、同一温度、同一圧力の静止流体中の超音波速度をｃとする。

【0040】

このとき、ｃ＋Ｖｃｏｓθ＝Ｌ／ｔ１、ｃ−Ｖｃｏｓθ＝Ｌ／ｔ２となるので、

【0041】

【数1】

【0042】

【数2】

【0043】

となる。

【0044】

以上のように、流路４内の流体の平均流速は、超音波の伝播時間ｔ１、ｔ２と、その伝播時間の差△ｔとを用いて求めることができる。あるいは、静止流体中の超音波速度ｃと、伝播時間の差△ｔとを用いて求めることができる。伝播時間の差△ｔは、超音波送受波器５ａで計測した信号と超音波送受波器５ｂで計測した信号とを比較して位相差を求めるような手段を用いて計測精度を高めることで、計測精度の向上を図ることが可能である。

【0045】

実施形態の超音波流量計１は、円管３の同一断面上に配置された第１〜第４の測線Ｍ１〜Ｍ４、及び同一断面上に配置された第５〜第８の測線Ｍ５〜Ｍ８からなる８つの測線Ｍを備えているので、８つの測線Ｍでの計測値から８つの流速がそれぞれ算出される。

【0046】

以上のように構成された超音波流量計１において、測線Ｍに異常が生じた場合における処理を、図４を参照して説明する。

【0047】

まず、超音波流量計１は、ステップＳ０に示すように、８つの測線Ｍを用いて計測された計測値（後述する伝播時間ｔ１、ｔ２、伝播時間の差△ｔ）基づいて、演算回路７が流速をそれぞれ算出する。演算回路７は、算出した８つの測線Ｍでの流速を判定回路９に送る。

【0048】

このとき、超音波送受波器５で超音波を受信できないために演算回路７が流速を演算不能だった場合、判定回路９は、測線Ｍにおいて計測できず、その測線Ｍが異常であると判定する。このように、判定回路９は、ステップＳ１に示すように、演算回路７から受信した信号に基づいて８つの測線Ｍの全てで計測できたか否かについて判定する。８つの測線Ｍのいずれかで計測ができなかった場合には、後述するステップＳ４に移行する。８つの測線Ｍの全てで計測を行えた場合にはステップＳ２に移行し、判定回路９は、８つの測線Ｍでの流速の各々が正常であるか否か、すなわち所定の範囲内であるか否かを判定する。８つの測線Ｍでの流速の全てが所定の範囲内である場合、判定回路９は、８つの測線Ｍの全てで正常に計測されたと判定する。

【0049】

なお、各測線Ｍから判定回路９に信号が直接送られ、まず判定回路９が、各測線Ｍにて計測ができたか否かを判定した後、計測できた測線Ｍの計測値に基づいて演算回路７が流速を算出するように構成されてもよい。

【0050】

全ての測線Ｍが正常である場合、ステップ３に示すように、８つの測線Ｍでの流速を用いて、正常時用の補正テーブルが有する重み付け係数を用いて補正値を演算し、複数の補正値の平均としての平均流速の算出が行われる。そして、このように算出された平均流速と、流路４の断面積の値とを用いて、演算回路７は、流路４内の流量を算出し、流量計測を終了する。

【0051】

つぎに、いずれかの測線Ｍにて計測ができなかったとき、及びいずれかの測線Ｍでの流速が所定の範囲内から外れたとき、判定回路９は、その測線Ｍに異常が生じたと判定する（ステップＳ１、Ｓ２）。本実施形態では一例として、ステップＳ４に示すように、流速が異常な測線Ｍが２つ以上であるか否かを判定回路９が判定しており、２つ以上の測線Ｍが異常であると判定された場合、流量計測の失敗として処理する。勿論、２つの測線Ｍが同時に異常な場合に対応する異常時用の補正テーブルを用意しておくこともできるが、この場合には、計測される流量の確からしさの低下が想定される。

【0052】

ステップＳ４において、１つの測線Ｍが異常であると判定された場合には、ステップＳ５に移る。ステップＳ５に示すように、異常が生じたと判定された測線Ｍでの流速は、平均流速の算出に用いられずに除外され、残りの正常な７つの測線Ｍのみでの流速を用いて平均流速の算出が行われる。

【0053】

このとき、判定回路９は、第１〜８の測線Ｍ１〜Ｍ８のいずれかである第ｎ（ｎ＝１〜８）の測線Ｍを除いて、７つの正常な測線Ｍでの流速を用いて、複数種類の補正テーブルから、演算から除外する測線Ｍに応じた所望の異常時用の補正テーブルを選択する。続いて、７つの測線Ｍでの流速を用いて、異常時用の補正テーブルが有する重み付け係数を用いて補正値を演算し、平均流速の算出が行われる。そして、このように算出された平均流速と、流路４の断面積の値とを用いて、演算回路７は、流路４内の流量を算出する。上述のように、超音波流量計１は、流路４に応じて異常時用の補正テーブルを備えることで、流速分布を有する流路４に対応することができる。

【0054】

続いて、実施形態における補正テーブル及び具体的な演算について更に詳細に説明する。

【0055】

上述したように本実施形態では、８つの測線Ｍでの８つの流速に基づいて、流路４の断面平均流速を算出する方法として、校正実験などを行って予め求めておいた重み付け係数Ｗｉを、各測線Ｍでの流速値ｖｉに乗算して、その総和に基づいて、断面平均流速を算出する方法を採用している。

【0056】

上述した補正テーブルの重み付け係数Ｗｉ以外にも、偏流の度合い（８つの流速の計測値の偏りの度合い）に依存するメーターファクタ（Meter Factor）ＭＦ、温度に伴う円管３の断面積の変化を補正するエリアファクタＡＦなどの要素を用いた補正を行って、下記式（３）のように最終的に流量値Ｑを算出している。なお、式（３）において、管内径をＤＩとする。

【0057】

【数3】

【0058】

実施形態の超音波流量計１では、校正実験を行って予め最適な重み付け係数（Ｗｉ）_{ｉ＝１〜８}を求めておくことで、８つの測線Ｍにて正常に計測されたときに、各流速値ｖｉと重み付け係数（Ｗｉ）_{ｉ＝１〜８}とを乗算した補正値を利用して、確からしい流量値を算出することができる。

【0059】

また、８つの測線Ｍのうち、１つの測線Ｍを除いた７つの測線Ｍでの流速値ｖｉだけを用いて、確からしい流量を算出するために最適な重み付け係数（Ｗｉ）_{ｉ＝１〜７}を予め計算して用意しておくことで、いずれか１つの測線Ｍでの流速値ｖｉが異常であった場合にも、確からしい流量を算出することができる。

【0060】

なお、８つの測線Ｍのうち、７つの測線Ｍでの流速値ｖｉのみを用いて流量を算出するときの、適切な重み付け係数（Ｗｉ）_{ｉ＝１〜７}としては、第１の測線Ｍ１〜第８の測線Ｍ８のいずれかの流速値ｖｉを用いない場合について、８通りの補正テーブルを用意しておく。このように７つの測線Ｍでの流速値ｖｉを用いて算出された流量値の精度（確からしさ）は、８つの測線Ｍでの流速値ｖｉを用いて算出された流量値よりも、僅かに低下するが、要求される流量値の精度を満たすように流体の性状の条件範囲を限定した場合の各々について予め校正実験を行って適切な重み付け係数Ｗｉを求めておけばよい。

【0061】

なお、ソフトウェア・シミュレーションを利用して、流体の性状や、流量値を変えた場合における各測線Ｍでの流速値ｖｉを予め計算しておき、これらの計算値をデータベースとして用意しておくことが考えられる。このようなデータベースを用いることで、各測線Ｍで実測された流速値ｖｉから流量値を検索することも可能になる（データライブラリ方式）。データベースを検索する場合には、以下の方式によって、高速に検索を行って最も確からしい流量値を決定することができる。

【0062】

各測線Ｍでの流速値ｖｉは、８つの測線Ｍにおける８つの流速値ｖｉのうちでの最大値を基準値として、各測線Ｍの流速値ｖｉを、基準値によって除算することによって、無次元化された数値に変換してデータベースに登録する。このように無次元化される数値は、0.0〜1.0の間の値となる。また、流量値ｖｉについても、基準値で除算した数値をデータベースに登録しておく。そして、データベースを検索するためのキーとしては、後述するハッシュ値を予め計算してデータベースに登録しておく。

【0063】

各測線Ｍでの無次元化値を、求めたい有効数字の桁数よりも１桁分短い数値に変換する。そして、このように変換された８つの数値を並べて結合した数値をハッシュキーとして利用する。一例としては、下記のように行われる。

【0064】

８つの測線Ｍでの流速値ｖｉが、1.000、1.198、1.197、0.998、0.999、1.196、1.199、0.999、であり、このときに算出された流量値が1.123であり、希望する有効桁数が４桁である場合について考える。

【0065】

この場合、実測された流速値ｖｉのうちで最大値が1.199であるので、この最大値で各流速値ｖｉを除算すると、0.8340、0.9992、0.9983、0.8324、0.8332、0.9975、1.0000、0.8332となる。続いて、３桁になるように端数処理（例えば４桁目を切り捨てる）を行ったとき、0.834、0.999、0.998、0.832、0.833、0.997、1.000、0.833となる。

【0066】

この場合、ハッシュキーは、08340999099808320833099710000833とする。少なくともハッシュキーと、基準値 1.199と、流量値 1.123との３つを、記憶回路８にデータベースとして登録しておき、ハッシュ・インデックスによって高速に引き出せるようにする。上述のようなハッシュキーを採用することで、僅かに流速値や流量値が異なる複数のデータが、同一のハッシュ値を持つことになる。

【0067】

実際に、８つの測線Ｍを用いて流速を計測した場合、計測誤差などの影響によって、上述と僅かにかけ離れた流速値ｖｉが観測される。例えば、0.9998、1.19781、1.1968、0.9978、0.9988、1.1988、0.9988となる。この例の場合、各流速値ｖｉは、上述した流速値と僅かに異なっているが、この場合でもハッシュキーが同一となる。このときのハッシュキーを用いて検索したときに、非常に近い流速分布のいくつかの流量値のデータが検索されるが、これらは全て非常に近い流速分布Ａや非常に近い流量値のデータであるので、検索された全てのデータの流量値の平均値を最も確からしい流量値とすることができる。このとき、実測された流速値ｖｉのうちで最大値が1.998であり、検索された基準値が1.198であり、検索された流量値が1.123であれば、1.123 × 1.1998／1.198 ＝ 約1.124が、有効桁数が４桁である最も確からしい流量値である。

【0068】

なお、上述の説明では、説明を簡素化するために１０進数を用いて説明したが、速値ｖｉを２進数で用いて、希望する有効桁数や、端数処理を行う桁数を選択することで、より一層細かいデータベースを作ることができる。

【0069】

以上のようなデータライブラリ方式において、７つの測線Ｍでの流速値ｖｉから導き出したハッシュキーについても８種類のハッシュキーをデータベースに登録して検索可能にすることで、８つの測線Ｍのうちで７つの測線Ｍのみが正常に計測された場合であっても、８つの測線Ｍが正常である場合と同様に、確からしい流量値を求めることができる。

【0070】

上述したように、実施形態の超音波流量計１によれば、第１の測線Ｍ１から第８の測線Ｍ８のうちのいずれかの測線Ｍが故障した場合に、故障した測線Ｍでの流速を演算に用いずに除外し、正常な測線Ｍでの流速と、適切な補正テーブルとを用いて演算を行うことで、測線Ｍが故障したときであっても、算出される流量の精度が低下することを防ぐことができる。したがって、実施形態の超音波流量計１によれば、故障した測線Ｍの交換作業が行われるまでの期間であっても、流量の精度を低下させることなく計測を続けて行うことが可能になる。

【0071】

（他の実施形態）
上述した実施形態では、８つの測線Ｍのうちの１つの測線Ｍに異常が生じた場合に、８種類の異常時用の補正テーブルのうちのいずれかの補正テーブルを用いて演算を行うように構成された。本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した実施形態と同様に、２つの測線Ｍに異常が生じた場合に、８つの測線Ｍのうちの６つの測線Ｍでの流速のみを用いて流量値を演算してもよい。

【0072】

６つの測線Ｍでの流速を用いて演算を行う場合、流量の精度が更に低下しやすくなるので、要求される流量の精度を同程度に確保する場合には、流体の性状を更に限定した条件範囲において重み付け係数を予め求めておくことが必要になる。本実施形態では、故障した測線Ｍの組み合わせに応じて、異なる重み付け係数を有する複数種類の異常時用の補正テーブルが記憶回路８に記憶されている。

【0073】

したがって、８つの測線Ｍのうちの２つの測線Ｍに異常が生じた場合にも、異常が生じた２つの測線Ｍの組み合わせ毎に、重み付け係数が異なる複数種類の異常時用の補正テーブルを予め用意しておくことで、２つの測線Ｍが故障した場合であっても、算出される流量の精度が低下することを防ぐことができる。

【0074】

上述と同様に、８つの測線Ｍのうちの３つの測線Ｍに異常が生じた場合についても、異常が生じた３つの測線Ｍの組み合わせ毎に、複数種類の異常時用の補正テーブルを予め用意しておくことで、３つの測線Ｍが故障した場合にも、流量の精度が低下することを防ぐことができる。

【0075】

このように、異常になった測線Ｍの個数ごとに異常な測線Ｍの組み合わせを考慮し、組み合わせ毎に適切な重み付け係数を有する複数種類の異常時用の補正テーブルを予め用意しておくことによって、本発明は、例えば８つの測線Ｍのうちの４つの測線Ｍが異常になった場合であっても、流量の精度の低下を抑えることが可能である。

【0076】

なお、上述した実施形態の超音波流量計では、測線を構成する一組の超音波送受波器５が、流路４を挟んで対向する位置に配置されて構成されたが、この構成に限定されるものではなく、超音波を流路の内壁で反射させるように配置された反射型の流量計に本発明が適用されてもよいことは勿論である。

【符号の説明】

【0077】

１ 超音波流量計
３ 円管
４ 流路
５ 超音波送受波振器
Ｍ（Ｍ１〜Ｍ８） 測線（第１〜第８の測線）
７ 演算回路
８ 記憶回路
９ 判定回路

【要約】

【課題】複数の測線のうちのいずれかの測線が故障したときであっても、算出される流量の精度が低下することを抑える。
【解決手段】各測線Ｍでの流速の各々を重み付けるための係数を有する補正テーブルであって、全ての測線Ｍが正常であるときに用いる正常時用の補正テーブルと、正常時用の補正テーブルとは異なる異常時用の補正テーブルとを含む複数種類の補正テーブルが記憶された記憶回路と、各測線Ｍにおける流速と、補正テーブルの係数とを乗算した複数の補正値の平均としての平均流速を算出する演算回路と、測線Ｍにて計測できなかったときに測線Ｍが異常であると判定すると共に、測線Ｍでの流速が所定の範囲から外れたときに測線Ｍが異常であると判定する判定回路と、を備える。判定回路によって測線Ｍが異常であると判定された場合、演算回路は、異常な測線Ｍでの流速を演算から除外し、正常な残りの測線Ｍでの流速と、異常時用の補正テーブルとを用いて算出された平均流速に基づいて、流量を算出する。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】