特許 5965292 超音波流量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5965292

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】超音波流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20060101AFI20160721BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/66 101

【請求項の数】7

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-243373(P2012-243373)

(22)【出願日】2012年11月5日

(65)【公開番号】特開2014-92469(P2014-92469A)

(43)【公開日】2014年5月19日

【審査請求日】2015年6月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】303057044

【氏名又は名称】株式会社ソニック

(73)【特許権者】

【識別番号】000110099

【氏名又は名称】日立オートモティブシステムズメジャメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091096

【弁理士】

【氏名又は名称】平木 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100102576

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 敏章

(72)【発明者】

【氏名】小牧 充典

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 和也

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 守

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 哲明

(72)【発明者】

【氏名】石橋 暢幸

(72)【発明者】

【氏名】高橋 太

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宣行

(72)【発明者】

【氏名】新宮 武

【審査官】 濱本 禎広

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−１６００６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１０３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３１７９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３３２４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６５１０９（ＪＰ，Ａ）

(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】

被測定流体が流れる測定流路に被測定流体の流れ方向に沿って互いの位置をずらして設けられた一対の超音波送受信器と、
該一対の超音波送受信器の中の送信側の超音波送受信器より送信され受信側の超音波送受信器により受信される超音波ビームの受信信号における所定の波のピーク電圧が予め定められた所定電圧となるように、当該受信信号の増幅率を演算する増幅率演算手段と、
該増幅率演算手段により演算された増幅率で受信側の超音波送受信器による受信信号を増幅する増幅手段と、
前記一対の超音波送受信器間で送信側と受信側とを双方で変更して被測定流体の流れの方向に対して順方向及び逆方向のそれぞれで超音波ビームの送受信を行わせるとともに、前記一対の超音波送受信器間での送信側と受信側との双方変更に応じて受信側になった超音波送受信器により受信され、前記増幅手段によって増幅された超音波ビームの受信信号における前記所定の波を検出して、被測定流体の流れの方向に対して順方向及び逆方向それぞれの伝搬時間を計測し、当該両伝搬時間から被測定流体の流量を演算する流量演算手段と、
被測定流体の時間的或いは物理的な変動を検出し、当該変動が検出された場合には、前記増幅率演算手段による増幅率の演算を、当該変動が検出されない場合の前記所定の波のピーク電圧を直接調整する手順に代えて、当該所定の波が含まれる超音波ビームの受信信号の最大ピーク電圧を間接調整する手順によって行わせる増幅率演算制御手段と
を備えていることを特徴とする超音波流量計。

【請求項2】

前記増幅率演算制御手段は、
前記流量演算手段によって計測された、前記一対の超音波送受信器間で一方の上流側の超音波送受信器から超音波ビームが送信されてから他方の下流側の超音波送受信器に受信されるまでの被測定流体の流れの方向に対して順方向の伝搬時間と、他方の下流側の超音波送受信器から超音波ビームが送信されてから一方の上流側の超音波送受信器に受信されるまでの被測定流体の流れの方向に対して逆方向の伝搬時間との差が所定時間差以上の場合に、被測定流体の時間的或いは物理的な変動を検出する変動検出部を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。

【請求項3】

前記増幅率演算制御手段は、
前記流量演算手段によって計測された、前記一対の超音波送受信器間で一方の上流側の超音波送受信器から超音波ビームが送信されてから他方の下流側の超音波送受信器に受信されるまでの被測定流体の流れの方向に対して順方向の伝搬時間と、他方の下流側の超音波送受信器から超音波ビームが送信されてから一方の上流側の超音波送受信器に受信されるまでの被測定流体の流れの方向に対して逆方向の伝搬時間との和が所定時間と一致しない場合に、被測定流体の時間的或いは物理的な変動を検出する変動検出部を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。

【請求項4】

前記所定時間は、以前に前記一対の超音波送受信器間で送信側と受信側とを双方で変更して被測定流体の流れの方向に対して順方向及び逆方向のそれぞれで超音波ビームの送受信を行った際に、前記流量演算手段により計測された被測定流体の流れの方向に対して順方向及び逆方向それぞれの伝搬時間の和である
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波流量計。

【請求項5】

前記増幅率演算制御手段は、
前記流量演算手段により演算された前回の流量と今回の流量との流量差が予め定められた所定流量差よりも大きい場合、或いは、前回の流量と今回の流量との流量変化率が予め定められた所定流量変化率よりも高い場合に、被測定流体の時間的或いは物理的な変動を検出する変動検出部を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。

【請求項6】

前記増幅率演算制御手段は、
前記測定流路に設けられた被測定流体の圧力を検出する圧力検出器から取得した、前回取得時の検出圧力と今回取得時の圧力との圧力差が予め定められた所定圧力差よりも大きい場合、或いは、前回取得時の検出圧力と今回取得時の圧力との圧力変化率が予め定められた所定圧力変化率よりも高い場合に、被測定流体の時間的或いは物理的な変動を検出する変動検出部を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。

【請求項7】

前記増幅率演算制御手段は、
前記流量演算手段によって今回及び前回に計測された、前記一対の超音波送受信器間で一方の上流側の超音波送受信器から超音波ビームが送信されてから他方の下流側の超音波送受信器に受信されるまでの被測定流体の流れの方向に対して順方向の伝搬時間同士の伝搬時間差が所定伝搬時間差よりも大きい場合、或いは、他方の下流側の超音波送受信器から超音波ビームが送信されてから一方の上流側の超音波送受信器に受信されるまでの被測定流体の流れの方向に対して逆方向の伝搬時間同士の伝搬時間差が所定伝搬時間差よりも大きい場合に、被測定流体の時間的或いは物理的な変動を検出する変動検出部を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定流体が流れる流路に被測定流体の流れ方向に沿って設けた一対の超音波送受信器間で、送信側と受信側とを双方で変更して被測定流体の流れを横切るようにして超音波ビームの送受信を行い、双方の超音波の伝搬状態の相違を基に被測定流体の流量を計測する超音波流量計に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、都市ガス等のような被測定流体の流量測定は、被測定流体が流れる測定管の管壁に上流側と下流側とで互いの位置をずらして超音波送受信器（トランスデューサ）からなる超音波センサを配置し、この一対の上流側及び下流側の超音波送受信器間で送信側と受信側とを双方で変更して被測定流体の流れを横切るようにして超音波ビームの送受信を行うことによって、一対の超音波送受信器間での被測定流体の流れに沿った順方向での超音波ビームの伝搬時間と被測定流体の流れに逆らった逆方向での超音波ビームの伝搬時間とをそれぞれ計測し、双方の伝搬時間の差分から被測定流体の流速を求め、さらに求めた流速と測定管の流路断面積とから流体の体積流量を求めることによって行われている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

このため、超音波流量計では、一対の超音波送受信器間で送信側の超音波送受信器から発信された超音波ビームが被測定流体を介して受信側の超音波送受信器によって受信されるまでの、被測定流体の流れ方向に対しての順方向及び逆方向それぞれの超音波ビームの伝搬時間の計測精度が高ければ高い程、被測定流体のより正確な流量計測が行える。

【0004】

図６は、超音波流量計の受信側の超音波送受信器で受信された超音波ビームの受信信号の説明図である。
同図において、縦軸は、受信側の超音波送受信器の受信出力である電圧Ｖを、横軸は、送信側の超音波送受信器による超音波ビームの発信時点を原点Ｏ（Ｖ＝０，ｔ＝０）とした時間経過ｔを表わしている。

【0005】

図６（Ａ）に示すように、受信側の超音波送受信器で受信された超音波ビームの受信信号Ｓgrには、駆動信号の入力によって駆動された送信側の超音波送受信器の、超音波振動子の固有周波数に基づいた所定の周期振動が生じている。

【0006】

図示の例では、送信側での超音波送受信器での超音波ビームの発信時点、すなわち駆動信号の入力による送信側の超音波送受信器の駆動開始時点を時点ｔ＝０とすると、受信側の超音波送受信器への超音波ビームの到達時点は、時点ｔ＝ｔ０になる。そして、この時点ｔ０を受信側の超音波送受信器の受信出力から直接検出することは、受信側の超音波送受信器の受信出力において、それ以前の超音波ビームが未だ到達していない状態（ｔ０≦ｔ＜ｔ０）に対しての超音波ビーム到達による出力変化開始時点を検出することに該当する。しかしながら、通常、超音波ビームが到達状態にない受信側の超音波送受信器の受信出力には、例えば流路内の音響的残響等による雑音も含まれているため、受信側の超音波送受信器の受信出力から超音波ビームの受信側への到達時点ｔ＝ｔ０を直接検出することはＳ／Ｎ比の関係から実際的に困難である。

【0007】

そこで、受信側の超音波送受信器における超音波ビームの受信信号Ｓgrは、送信側の超音波送受信器による超音波ビームの発信に伴う超音波振動子の振動を反映して、図６（Ａ）に示すように、１波，２波，３波，・・・といった周期毎の信号波のピーク電圧が、始めは次第に大きくなり、最大値Ｖp（図中、×印で示す時点）になった後は次第に小さくなる波形で受信出力されることから、従来は、受信信号の第２波以降の、ピーク電圧がＳ／Ｎ比の関係から識別可能な電圧値になるｎ波目（図では２波目）の終了時点のゼロクロスポイント（図中、■印で示す時点ｔｚ）を検出して、超音波ビームの受信側への到達を本来の到達時点ｔ０に対する所定の周期遅れΔＴ（図では、３／２周期遅れ）で検出する構成になっている。その際、ｎ波目の検出は、例えば、受信側の超音波送受信器の出力がｎ波目のピーク電圧値とｎ-１波目のピーク電圧値との間になるように予め設定された電圧閾値Ｖthに対して、受信側の超音波送受信器の受信出力が超音波ビームの発信時点ｔ＝０から最初に到達した時点（図中、□印で示す時点ｔｎ）を検出することによって行っている。そのため、超音波ビームの受信側への到達時点ｔ＝ｔ０（図中、●印で示す時点）は、時点ｔｚがｎ波目の終了時点のゼロクロスポイントであることに誤りさえなければ、ｔ０＝ｔｚ−ΔＴを演算することによって求めることができる。

【0008】

その際、超音波流量計では、受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）のピーク時（図中、○印で示す時点）の電圧値Ｖpnが所定のゲイン調整用出力値Ｖajとなるように、例えば、今回の超音波ビームの受信信号Ｓgrのｎ波目（図では２波目）のピーク電圧値Ｖpnの、ゲイン調整用出力値Ｖajに対するずれを基に、この受信側の超音波送受信器が次回に受信側として再び作動する際の受信出力の増幅ゲイン（増幅率）を演算しておき、次回に受信側として再び作動する際には、当該演算された増幅率でこの受信側の超音波送受信器の受信出力を増幅するゲイン調整が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１１−２０１７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、例えば、流量計測中に、被測定流体の流速や、被測定流体の密度に関係する被測定流体の圧力等といった、被測定流体の時間的或いは物理的な変動が生じた場合は、受信側の超音波送受信器における超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）のピーク電圧値Ｖpnがゲイン調整用出力値Ｖajとなるように、上述した受信器側の超音波送受信器に係る受信出力のゲイン調整を行っていても、超音波ビームの受信信号Ｓgrが大きく変化してしまい、上述したゲイン調整で得られた増幅率で増幅された超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）のピーク電圧値Ｖpnが、図６（Ｂ），図６（Ｃ）に示すように、ゲイン調整用出力値Ｖajと大きく乖離してしまうことが起こり得る。そして、このような場合には、次のような問題が生じる。

【0011】

例えば、図６（Ｂ）に示すように、本来、受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）のピーク電圧値Ｖpnがゲイン調整用出力値Ｖajとなるようにゲイン調整によって演算された増幅率で、受信側の超音波送受信器の受信出力が増幅されている場合であっても、被測定流体の流速又は圧力等の変動によって、受信信号Ｓgrのｎ波目（図では２波目）のピーク電圧Ｖpnが受信ゲイン調整電圧値Ｖajに達せず、さらにはｎ波目（図では２波目）のピーク電圧値とｎ−１波目（図では１波目）のピーク電圧値との間になるように予め設定された電圧閾値Ｖthよりも低くなってしまい、次のｎ＋１波目（図中、○印で示す３波目）のピーク電圧Ｖpn+1で電圧閾値Ｖthに達するようになってしまうことがある。この場合は、このｎ＋１波目（図では３波目）を受信信号Ｓgrのｎ波目（図では２波目）であると検出してしまう結果、超音波流量計では、実際の伝搬時間ｔｚよりもΔｔ分加算された伝搬時間値ｔｚ'＝ｔｚ＋Δｔが、伝搬時間ｔｚとして演算されてしまう。すなわち、超音波ビームの受信側への到達時点を、本来のｔ＝ｔ０に対して、ｔ＝ｔ０'で誤って検出してしまう。

【0012】

また、図６（Ｃ）に示すように、本来、受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）のピーク電圧値Ｖpnがゲイン調整用出力値Ｖajとなるようにゲイン調整によって演算された増幅率で、受信側の超音波送受信器の受信出力が増幅されている場合であっても、被測定流体の流速又は圧力等の変動によって、受信信号Ｓgrのｎ−１波目（図中、○印で示す１波目）のピーク電圧Ｖpn-1が、ｎ波目（図では２波目）のピーク電圧値とｎ−１波目（図では１波目）のピーク電圧値との間になるように予め設定された電圧閾値Ｖthよりも高くなってしまい、それ以前のｎ−１波目のピーク電圧Ｖpn-1で電圧閾値Ｖthに達するようになってしまうこともある。この場合は、このｎ−１波目（図では１波目）を受信信号Ｓgrのｎ波目（図では２波目）であると検出してしまう結果、超音波流量計では、実際の伝達時間ｔｚよりもΔｔ分減算された値ｔｚ'＝ｔｚ−Δｔが、伝搬時間ｔｚとして演算されてしまう。すなわち、超音波ビームの受信側への到達時点を、本来のｔ＝ｔ０に対して、ｔ＝ｔ０'で誤って検出してしまう。

【0013】

このように、従来の超音波流量計では、被測定流体の時間的或いは物理的な変動が生じている場合は、受信器側の超音波送受信器において超音波ビームの到達時点ｔ＝ｔ０を正確に計測することができなくなり、その演算された伝搬時間ｔｚは、受信信号Ｓgrにおける周期毎の信号波の中、本来検出すべきｎ波目（図では２波目）に対し、ずれた信号波個数分のΔｔの誤差を含むものとなり、超音波ビームの伝搬時間、延いては被測定流体の流量を正確に計測することができなくなってしまうという問題があった。

【0014】

さらに、このような超音波ビームの受信側への到達、すなわち伝搬時間ｔｚの誤計測が生じてしまった場合は、上述したゲイン調整では、この伝搬時間ｔｚの誤計測を生じさせた超音波ビームの受信信号Ｓgrのｎ波目以外の信号波のピーク電圧の、ゲイン調整用出力値Ｖajに対するずれを基に、この受信側の超音波送受信器が次回に受信側として再び作動する際の受信出力の増幅ゲイン（増幅率）を演算してしまう。そのため、次回に受信側として再び作動する際には、当該演算された増幅率でこの受信側の超音波送受信器の受信出力を増幅するゲイン調整が行われるので、その後も引き続き同様な伝搬時間ｔｚの誤計測がなされたままになってしまうという問題があった。

【0015】

本発明は、上述した問題点を鑑み、被測定流体の圧力や流速等、被測定流体の時間的或いは物理的な変動が生じた場合であっても、伝搬時間の誤計測を防止し、被測定流体の正確な流量を計測できる超音波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】

【0016】

上述した課題を達成するために、本発明に係る超音波流量計は、受信側の超音波送受信器において超音波ビームの受信側への到達を所定の周期遅れで検出するために使用される超音波ビームの受信信号における所定番目の信号波に係り、被測定流体の流速や圧力等、被測定流体の時間的或いは物理的な状態が大きく変動することによって、通常の流量計測中に行われるゲイン調整によって演算された超音波ビームの受信信号における所定番目の信号波のピーク電圧をゲイン調整用電圧値に一致させるための増幅率が、実際に受信された超音波ビームの受信信号における所定番目の信号波のピーク電圧をゲイン調整用電圧値に一致させるための増幅率と異なる可能性がある場合は、これを検出して、受信側の超音波送受信器の受信出力の増幅率の演算を、通常の流量計測中に行われるゲイン調整の手順とは別の、被測定流体の時間的或いは物理的な状態が大きく変動した場合の手順によって行わせることを特徴とする。

【0017】

本発明に係る超音波流量計は、被測定流体が流れる測定流路に被測定流体の流れ方向に沿って互いの位置をずらして設けられた一対の超音波送受信器と、一対の超音波送受信器の中の送信側の超音波送受信器より送信され受信側の超音波送受信器により受信される超音波ビームの受信信号における所定の波のピーク電圧が予め定められた所定電圧となるように、当該受信信号の増幅率を演算する増幅率演算手段と、増幅率演算手段により演算された増幅率で受信側の超音波送受信器による受信信号を増幅する増幅手段と、一対の超音波送受信器間で送信側と受信側とを双方で変更して被測定流体の流れの方向に対して順方向及び逆方向のそれぞれで超音波ビームの送受信を行わせるとともに、一対の超音波送受信器間での送信側と受信側との双方変更に応じて受信側になった超音波送受信器により受信され、増幅手段によって増幅された超音波ビームの受信信号における所定の波を検出して、被測定流体の流れの方向に対して順方向及び逆方向それぞれの伝搬時間を計測し、当該両伝搬時間から被測定流体の流量を演算する流量演算手段と、被測定流体の時間的或いは物理的な変動を検出し、当該変動が検出された場合には、増幅率演算手段による増幅率の演算を、当該変動が検出されない場合の所定の波のピーク電圧を直接調整する手順に代えて、当該所定の波が含まれる超音波ビームの受信信号の最大ピーク電圧を間接調整する手順によって行わせる増幅率演算制御手段とを備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、被測定流体の流速や圧力等、被測定流体の時間的或いは物理的な変動が生じた場合であっても、受信側の超音波送受信器において超音波ビームの受信側への到達を所定の周期遅れで検出するために使用される超音波ビームの受信信号における所定番目の信号波を正確に検出できるようになり、増幅率が不正確であることに伴う伝搬時間の誤計測や、延いては被測定流体の流量の誤計測を防止できる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施の形態に係る超音波流量計の全体構成図である。

【図2】流量計測演算制御部が流量計測処理部として実行する流量計測処理のフローチャートである。

【図3】流量計測演算制御部が一波跳び検出処理部として実行する一波跳び検出処理のフローチャートである。

【図4】流量計測演算制御部が一波跳び検出処理部として実行する一波跳び検出処理のフローチャートである。

【図5】流量計測演算制御部が設定ゲイン調整処理部として実行する設定ゲイン調整処理のフローチャートである。

【図6】超音波流量計の受信側の超音波送受信器で受信された超音波ビームの受信信号の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係る超音波流量計の一実施の形態について、その構成及び作用を図面に基づき説明する。
なお、説明中では、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示したように、超音波流量計において、本来、受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）のピーク電圧値Ｖpnがゲイン調整用出力値Ｖajとなるようにゲイン調整によって演算された増幅率で、受信側の超音波送受信器の受信出力が増幅されている場合であっても、被測定流体の流速又は圧力等の変動によって、受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）として、実際に受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrのｎ＋１波目（図では３波目）を又はｎ−１波目（図では１波目）を誤検出してしまう現象を、“一波跳び”と略称し、この“一波跳び”が生じているのを検出することを“一波跳び検出”と略称する場合がある。

【0021】

図１は、本発明の一実施の形態に係る超音波流量計の全体構成図である。
図１において、超音波流量計１は、被測定流体が流れる測定流路１１が形成された測定管路１２の管壁に、測定流路１１における被測定流体の流れ方向に沿って上流側と下流側とで互いの位置をずらして、超音波センサとしての超音波送受信器（トランスデューサ）１３，１４を配置してなる流量計本体１０を有する。また、図示の例では、流量計本体１０には、測定流路１１に所在する被測定流体の圧力を検出するための圧力センサ１６が設けられている。

【0022】

そして、一対の上流側及び下流側の超音波送受信器１３，１４間には、被測定流体を伝搬媒体とする超音波ビームの伝搬路１５が形成される。伝搬路１５は、被測定流体の流れる方向、この場合は測定流路１１を形成された測定管路１２の管軸方向に対して角度θだけ傾いている。

【0023】

ここで、超音波送受信器１３，１４それぞれは、駆動信号Ｓgdの入力によって被測定流体に臨む送受信面を超音波振動させて被測定流体中に超音波ビームを発信する一方、被測流定体中を伝搬してきた超音波ビームの受信で振動する送受信面の超音波振動を電気出力で取り出して、図６に示したような超音波ビームの受信信号Ｓgrを出力する。

【0024】

なお、図１に示した超音波流量計１では、超音波ビームの伝搬路１５は、測定流路１１を挟んで対向配置された一対の超音波送受信器１３，１４により、一対の超音波送受信器１３，１４間の直線状の直接伝搬路からなる超音波伝搬路を有する構成としたが、一方及び他方の超音波送受信器１３，１４の送受信面を臨ませた側と対向する側の測定管路１２の管路面に反射させるＶ字反射方式の間接伝搬路からなる超音波伝搬路を有する構成や、一方の超音波送受信器１３の送受信面より送受信される超音波ビームを測定管路１２の管路面に複数回反射させて他方の超音波送受信器１４の送受信面にて送受信させる複数回反射方式の間接伝搬路からなる超音波伝搬路を有する構成であってもよい。

【0025】

また、超音波流量計１には、予め定められた計測周期間隔で、一対の超音波送受信器１３，１４間で送信側と受信側とを双方で変更して被測定流体の流れを横切るようにして超音波ビームの送受信を行って、測定流路１１の被測定流体の流れ方向に対して順方向ＡＵ及び逆方向ＡＤそれぞれの超音波ビームの伝搬時間Ｔau，Ｔadを計測し、測定流路１１を流れる被測定流体の流量Ｑを演算する流量計測演算装置２０が備えられている。そして、流量計測演算装置２０は、計測演算された流量Ｑを、図示せぬ表示器等に対して出力する。

【0026】

流量計測演算装置２０は、上述した流量計測演算を行うために、図示の例では、流量計測演算制御部２１，駆動信号出力部２２，受信信号増幅部２３，送受信側切替部２４，ゲイン切替部２５，順方向ゲインＧau設定部２６，逆方向ゲインＧad設定部２７を有する。

【0027】

流量計測演算制御部２１は、ＣＰＵ，メモリ等を備えた演算制御装置により構成され、流量計測演算装置２０の他の各部の制御を行い、流量計測処理部３１，一波跳び検出処理部３２，設定ゲイン調整処理部３３として機能する。

【0028】

流量計測演算制御部２１は、流量計測処理部３１として、超音波送受信器１３，１４間で送信側と受信側とを双方で変更して被測定流体の流れの方向に対して順方向及び逆方向のそれぞれで超音波ビームの送受信を行わせるとともに、この超音波送受信器１３，１４間での送信側と受信側との双方変更に応じて受信側になった超音波送受信器１３（又は１４）から出力され、受信信号増幅部２３によって増幅されて供給される超音波ビームの受信信号Ｓgrを基に、被測定流体の流れの方向に対して順方向及び逆方向それぞれの伝搬時間Ｔau，Ｔadを計測し、当該両伝搬時間Ｔau，Ｔadから被測定流体の流量Ｑを演算する。

【0029】

流量計測演算制御部２１は、一波跳び検出処理部３２として、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示したような、受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）として、実際に受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrのｎ＋１波目（図では３波目）を又はｎ−１波目（図では１波目）を誤検出してしまう“一波跳び”現象の発生を検出する。

【0030】

流量計測演算制御部２１は、設定ゲイン調整処理部３３として、一波跳び検出処理部３２の検出結果に基づいて、流量計測中の通常のゲイン調整設定処理と、流量計測中における一波跳び発生時のゲイン調整設定処理とを選択的に行う。

【0031】

ここで、流量計測中の通常のゲイン調整処理とは、被測定流体の計測中に、図６に示したような、受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）のピーク時（図中、○印で示す時点）の電圧値Ｖpnが所定のゲイン調整用出力値Ｖajとなるように、今回の超音波ビームの受信信号Ｓgrのｎ波目（図では２波目）のピーク電圧値Ｖpnの、ゲイン調整用出力値Ｖajに対するずれを基に、この受信側の超音波送受信器１３（又は１４）が次回に受信側として再び作動する際の受信出力の増幅ゲイン（増幅率）Ｇａ（Ｇau，Ｇad）を演算するゲイン調整設定処理を指す。

【0032】

流量計測演算制御部２１は、流量計測中に、一波跳び検出処理部３２によって一波跳びが検出された場合や、超音波流量計１の自動又はマニュアルリセット操作が入力された場合は、設定ゲイン調整処理部３３として、上述した流量計測中の通常のゲイン調整処理に代えて、流量計測中の通常のゲイン調整処理とは異なる手順により、受信出力の増幅ゲイン（増幅率）Ｇａ（Ｇau，Ｇad）を演算する。

【0033】

流量計測演算制御部２１には、一波跳び検出処理部３２に関連して、圧力センサ１６による被測定流体の圧力計測値も入力される。なお、図示の例では、被測定流体の圧力を計測するため、流量計本体１０は、圧力センサ１６が設けられた構成としたが、流量計本体１０には圧力センサ１６を設けずに、流量計本体１０に配管接続される被測定流体の移送管に備えられた圧力センサを利用するようにしてもよい。

【0034】

駆動信号出力部２２は、流量計測演算制御部２１から供給される、送信側の超音波送受信器に超音波ビームを発振させるための駆動信号を増幅して、送受信側切替部２４に出力する。

【0035】

受信信号増幅部２３は、送受信側切替部２４を介して選択的に供給される、受信側の超音波送受信器からの受信出力を、ゲイン切替部２５を介して接続された、順方向ゲインＧau設定部２６又は逆方向ゲインＧad設定部２７のいずれか一方に設定されている増幅ゲインＧau又はＧadにより増幅して、流量計測演算制御部２１に出力する。

【0036】

送受信側切替部２４は、流量計測演算制御部２１から供給される接続指示に基づいて、駆動信号出力部２２，受信信号増幅部２３それぞれに接続される超音波送受信器を超音波送受信器１３，１４間で切り替える。

【0037】

ゲイン切替部２５は、送受信側切替部２４の場合と同様に、流量計測演算制御部２１から供給される接続指示に基づいて、受信信号増幅部２３に接続されるゲイン設定部を順方向ゲインＧau設定部２６と逆方向ゲインＧad設定部２７との間で切り替える。

【0038】

送受信側切替部２４及びゲイン切替部２５それぞれに対する接続指示は、例えば、流量計測処理部３１による被測定流体の流れの方向に対しての順方向の伝搬時間Ｔau若しくは逆方向の伝搬時間Ｔadの計測種別に応じて、又は設定ゲイン調整処理部３３による順方向ゲインＧau若しくは逆方向ゲインＧadの調整種別に応じて、流量計測演算制御部２１から供給される。

【0039】

順方向ゲインＧau設定部２６は、流量計測演算制御部２１から供給される、設定ゲイン調整処理部３３によって設定若しくは調整された順方向ゲインＧauを格納する。逆方向ゲインＧad設定部２７は、流量計測演算制御部２１から供給される、設定ゲイン調整処理部３３によって設定若しくは調整された逆方向ゲインＧadを格納する。

【0040】

次に、流量計１の、流量計測演算制御部２１が流量計測処理部３１，一波跳び検出処理部３２，設定ゲイン調整処理部３３として実行する機能について、図２〜図５に基づいて説明する。以下、説明にあたって、ステップＳ１０をＳ１０のように記し、ステップの記載を省略する。

【0041】

図２は、流量計測演算制御部が流量計測処理部として実行する流量計測処理のフローチャートである。
流量計測演算制御部２１は、予め定められた計測周期間隔で流量計測処理を実行する。

【0042】

超音波流量計１において、流量計測演算制御部２１による流量計測処理が実行開始されると、まず、Ｓ１０では、流量計測演算制御部２１は、例えば、超音波ビームの送信側を被測定流体の流れ方向の上流側の超音波送受信器１３とし、受信側を被測定流体の流れ方向の下流側の超音波送受信器１４とするように、送受信側切替部２４及びゲイン切替部２５を切り替え、超音波送受信器１３，１４間で被測定流体の流れ方向に対する順方向での超音波ビームの送受信を行う。そして、流量計測演算制御部２１は、順方向ゲインＧau設定部２６に格納されている順方向ゲインＧauで受信信号増幅部２３が増幅した超音波ビームの受信信号Ｓgrを基に、図６（Ａ）で説明したように、所定のｎ波目（図では２波目）の終了時点のゼロクロスポイント（図中、■印で示す時点ｔｚ）を検出して、被測定流体の流れの方向に対しての順方向の伝搬時間Ｔauを計測する。

【0043】

次に、Ｓ２０では、流量計測演算制御部２１は、超音波ビームの送信側を被測定流体の流れ方向の下流側の超音波送受信器１４とし、受信側を被測定流体の流れ方向の上流側の超音波送受信器１３とするように送受信側を双方で変更するように、送受信側切替部２４及びゲイン切替部２５を切り替え、超音波送受信器１３，１４間で被測定流体の流れ方向に対する逆方向での超音波ビームの送受信を行う。そして、流量計測演算制御部２１は、逆方向ゲインＧad設定部２７に格納されている逆方向ゲインＧadで受信信号増幅部２３が増幅した超音波ビームの受信信号Ｓgrを基に、所定のｎ波目（図では２波目）の終了時点のゼロクロスポイントｔｚを検出して、被測定流体の流れの方向に対しての逆方向の伝搬時間Ｔadを計測する。

【0044】

次に、Ｓ３０では、流量計測演算制御部２１は、Ｓ１０，Ｓ２０で計測した順方向の伝搬時間Ｔauと逆方向の伝搬時間Ｔadとの差分から被測定流体の流速ｑを求め、さらに求めた流速ｑと、測定管路１２の管軸方向に対して垂直な流路断面積とから流体の体積流量Ｑを求める。

【0045】

次に、Ｓ４０では、流量計測演算制御部２１は、一波跳び検出処理部３２として一波跳び検出処理を行い、今回の、超音波ビームの送信側を被測定流体の流れ方向の下流側の超音波送受信器１４とし、受信側を被測定流体の流れ方向の上流側の超音波送受信器１３とした場合の、Ｓ１０，Ｓ２０で示した順方向及び逆方向それぞれの伝搬時間Ｔau，Ｔadの計測において、受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）として、実際に受信した超音波ビームの受信信号Ｓgrのｎ＋１波目（図では３波目）又はｎ−１波目（図では１波目）を誤検出してしまう、いわゆる“一波跳び”の検出を行う。

【0046】

次に、Ｓ５０では、流量計測演算制御部２１は、Ｓ４０で順方向及び逆方向それぞれの伝搬時間Ｔau，Ｔadの計測（Ｓ１０，Ｓ２０）において“一波跳び”が検出されなかった場合は、Ｓ３０で演算した流量Ｑを、図示せぬ表示器等に対して出力する。

【0047】

次に、Ｓ６０では、流量計測演算制御部２１は、設定ゲイン調整処理部３３として、流量計測中の通常のゲイン調整設定処理を行う。すなわち、流量計測演算制御部２１は、今回の計測周期での流量計測処理の実行に係り、Ｓ１０，Ｓ２０で示した順方向，逆方向それぞれの伝搬時間Ｔau，Ｔadの計測時にそれぞれ取得した、超音波送受信器１４，１３それぞれの順方向ゲインＧau設定部２６，逆方向ゲインＧad設定部２７それぞれに格納されていた順方向ゲインＧau，逆方向ゲインＧadで受信信号増幅部２３により増幅された、各超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図では２波目）のピーク電圧値Ｖpnを基に、このピーク電圧値Ｖpnが所定のゲイン調整用出力値Ｖajとなるように、このピーク電圧値Ｖpnのゲイン調整用出力値Ｖajに対するずれを基にして、次回の計測周期で超音波送受信器１４，１３が受信側として再び作動する際の順方向設定ゲインＧau，逆方向設定ゲインＧadを演算する。

【0048】

次に、Ｓ７０では、流量計測演算制御部２１は、Ｓ６０で演算した順方向設定ゲインＧau，逆方向設定ゲインＧadを、順方向ゲインＧau設定部２６，逆方向ゲインＧad設定部２７に更新格納する。

【0049】

したがって、流量計測演算制御部２１が、予め定められた計測周期間隔で実行する流量計測処理では、Ｓ４０に示した一波跳び検出処理で一波跳びが生じていないことが確認されている間は、Ｓ６０で説明した流量計測中の通常のゲイン調整設定処理によって、受信信号増幅部２３が取得する順方向設定ゲインＧau，逆方向設定ゲインＧadは、計測周期毎にフィードバック調整され、所定のゲイン調整用出力値Ｖajを基準とする最適なゲインに保持される。

【0050】

次に、流量計測演算制御部２１が、流量計測処理のＳ４０で一波跳び検出処理部３２として実行する一波跳び検出処理について、図３，図４に基づき説明する。

【0051】

図３，図４は、流量計測演算制御部が一波跳び検出処理部として実行する一波跳び検出処理のフローチャートである。
流量計測演算制御部２１による一波跳び検出処理が実行開始されると、まず、Ｓ４０１では、流量計測演算制御部２１は、今回（この場合はｎ回目）の計測周期での流量計測処理の実行に係り、Ｓ１０で計測された順方向の伝搬時間Ｔauと、Ｓ２０で計測された逆方向の伝搬時間Ｔadとを加算し、その絶対値|Ｔau＋Ｔad|が所定時間と略等しくなっているか否かを判別する。

【0052】

ここで、同一計測周期での流量計測処理により計測された順方向の伝搬時間Ｔauと逆方向の伝搬時間Ｔadとの加算は、被測定流体の流れによる伝搬時間の短縮分及び遅延分を相殺することと等価であり、その所定時間は、被測定流体の流れがないときの伝搬時間Ｔの２倍の値に該当する。

【0053】

そこで、流量計測演算制御部２１は、超音波ビームの伝搬する距離をＬ、音速をＣとすると、被測定流体の流れがないときの伝搬時間Ｔは時間Ｌ/Ｃとなるから、絶対値|Ｔau＋Ｔad|が所定時間と略等しくなっておらず、その許容誤差範囲から逸脱している場合は、順方向の伝搬時間Ｔauの計測時又は逆方向の伝搬時間Ｔadの計測時の少なくともいずれかにおいて一波跳びが発生していると推定し、一波跳びの発生を検出する。

【0054】

なお、上記Ｓ４０１では、流量計測演算制御部２１は、絶対値|Ｔau＋Ｔad|が所定時間と略等しくなっていない場合には一波跳びの発生を検出しているが、これに代えて、又はこれと併せて、Ｓ４０２に示すようにして、一波跳びを検出するようにしてもよい。

【0055】

Ｓ４０２では、被測定流体の順方向ＡＵの超音波ビームの伝達時間Ｔauと逆方向ＡＤの超音波ビームの伝達時間Ｔadとの時間差|α＋β|の異常により、一波跳びを検出する。

【0056】

すなわち、被測定流体が流れていない場合における超音波送受信器１３，１４間の超音波ビームの伝達時間をＴとすると、被測定流体が流れている場合における超音波送受信器１３，１４間の超音波ビームの伝達時間Ｔau,Ｔadはそれぞれ、
Ｔau＝Ｔ−α
Ｔad＝Ｔ＋β
と見なすことができる。この場合、α，βそれぞれは、被測定流体の順方向ＡＵ，逆方向ＡＤそれぞれの流れにより生じた時間である。

【0057】

そこで、上記式より、超音波送受信器１３，１４間の超音波ビームの伝達時間Ｔau，Ｔadの時間差をとると、
|Ｔau−Ｔad|＝|Ｔ−α−（Ｔ＋β）|＝|α＋β|
となる。
ここで、時間差|α＋β|は、被測定流体の流速を表す値部分になる。

【0058】

したがって、流量計測演算制御部２１は、例えば、この時間差|α＋β|が所定時間（例えば、超音波ビームの受信信号Ｓgrの振動周期)よりも大きくなった場合、前回演算された時間差|α＋β|(n-1)と今回演算された時間差|α＋β|(n)との差が所定時間差以上異なった場合、等の時間差|α＋β|の値の異常時には、一波跳びの発生を検出する。

【0059】

次に、Ｓ４０３では、流量計測演算制御部２１は、前回（この場合は‘ｎ−１’回目）の計測周期での流量計測処理の実行に係り、Ｓ３０で演算された流量Ｑ(n-1)から、今回の計測周期での流量計測処理の実行に係り、Ｓ３０で演算された流量Ｑ(n)を減算し、その絶対値|Ｑ(n-1)−Ｑ(n)|が所定変動量ΔＱよりも小さくなっているか否かを判別する。

【0060】

そして、流量計測演算制御部２１は、絶対値|Ｑ(n-1)−Ｑ(n) |が所定変動量ΔＱよりも小さくなっておらず、前回の計測周期と今回の計測周期とで被測定流体の流速に大きな変動が生じている場合は、今回の計測周期での順方向の伝搬時間Ｔauの計測時又は逆方向の伝搬時間Ｔadの計測時の少なくともいずれかにおいて、一波跳びが発生していると推定し、一波跳びの発生を検出する。

【0061】

次に、Ｓ４０４では、流量計測演算制御部２１は、前回の計測周期での流量計測処理の実行に係り、被測定流体の圧力を計測する圧力センサ１６から取得した被測定流体の圧力値Ｐ(n-1)から、今回の計測周期での流量計測処理の実行に係り、圧力センサ１６から取得した被測定流体の圧力値Ｐ(n) を減算し、その絶対値|Ｐ(n-1)−Ｐ(n)|が所定変動量ΔＰよりも小さくなっているか否かを判別する。

【0062】

そして、流量計測演算制御部２１は、絶対値|Ｐ(n-1)−Ｐ(n)|が所定変動量ΔＰよりも小さくなっておらず、前回の計測周期と今回の計測周期とで被測定流体の圧力に大きな変動が生じている場合は、今回の計測周期での順方向の伝搬時間Ｔauの計測時又は逆方向の伝搬時間Ｔadの計測時の少なくともいずれかにおいて、一波跳びが発生していると推定し、一波跳びの発生を検出する。

【0063】

そして、Ｓ４０１〜Ｓ４０４のいずれかで、流量計測演算制御部２１は、一波跳びの発生を検出した場合は、設定ゲイン調整処理部３３として、Ｓ８００で示した設定ゲインＧau・Ｇad調整処理を実行する。

【0064】

一方、Ｓ４０１〜Ｓ４０４のいずれでも、一波跳びの発生が検出されない場合は、流量計測演算制御部２１は、まずＳ４０５に示す処理を行う。

【0065】

Ｓ４０５では、流量計測演算制御部２１は、前回の計測周期での流量計測処理の実行に係り、Ｓ１０で計測された順方向の伝搬時間Ｔau(n-1)から、今回の計測周期での流量計測処理の実行に係り、Ｓ１０で計測された順方向の伝搬時間Ｔau(n) を減算し、その絶対値|Ｔau(n-1)−Ｔau(n)|が所定時間差ΔＴaよりも大きくなっているか否かを判別する。

【0066】

そして、流量計測演算制御部２１は、Ｓ４０５で絶対値|Ｔau(n-1)−Ｔau(n)|が所定時間差ΔＴaよりも大きくなっている場合は、Ｓ４０６の処理を行う。

【0067】

Ｓ４０６では、流量計測演算制御部２１は、内部にＦＩＦＯ（First-In First-Out、先入先出）メモリ等により構成され、最新所定回数分（例えばｎ回分）の計測周期毎の流量計測処理の実行それぞれについての順方向の伝搬時間Ｔauの計測時における一波跳びの発生の兆候（可能性）を先入れ先出しで記憶する一波跳び発生兆候フラグ記憶部（図示省略）Ｆauに、今回の計測周期で実行した伝搬時間Ｔauの計測が一波跳びの発生の可能性があることを示すデータとして、フラグＦau(ｎ)＝１を記憶する。

【0068】

これに対し、流量計測演算制御部２１は、絶対値|Ｔau(n-1)−Ｔau(n)|が所定時間差ΔＴa以下になっている場合は、Ｓ４０７の処理を行う。

【0069】

Ｓ４０７では、流量計測演算制御部２１は、発生兆候フラグ記憶部（図示省略）Ｆauに、今回の計測周期で実行した伝搬時間Ｔauの計測が一波跳びの発生の可能性がないことを示すデータとして、フラグＦau(ｎ)＝０を記憶する。

【0070】

したがって、流量計測演算制御部２１の発生兆候フラグ記憶部Ｆauには、最新所定回数分（例えばｎ回分）の計測周期毎の伝搬時間Ｔauの計測それぞれについて、一波跳びの発生の可能性の有・無が、フラグＦau(ｎ)＝１又はフラグＦau(ｎ)＝０で、随時、更新蓄積されていることになる。

【0071】

Ｓ４０８では、流量計測演算制御部２１は、前回の計測周期での流量計測処理の実行に係り、Ｓ２０で計測された逆方向の伝搬時間Ｔad(n-1)から、今回の計測周期での流量計測処理の実行に係り、Ｓ２０で計測された逆方向の伝搬時間Ｔad(n) を減算し、その絶対値|Ｔad(n-1)−Ｔad (n)|が所定時間差ΔＴdよりも大きくなっているか否かを判別する。

【0072】

そして、流量計測演算制御部２１は、Ｓ４０８で絶対値|Ｔad(n-1)−Ｔad(n)|が所定時間差ΔＴdよりも大きくなっている場合は、Ｓ４０９の処理を行う。

【0073】

Ｓ４０９では、流量計測演算制御部２１は、内部にＦＩＦＯ（First-In First-Out、先入先出）メモリ等により構成され、最新所定回数分（例えばｎ回分）の計測周期毎の流量計測処理の実行それぞれについての逆方向の伝搬時間Ｔadの計測時における一波跳びの発生の兆候（可能性）を先入れ先出しで記憶する一波跳び発生兆候フラグ記憶部（図示省略）Ｆadに、今回の計測周期で実行した伝搬時間Ｔadの計測が一波跳びの発生の可能性があることを示すデータとして、フラグＦad(ｎ)＝１を記憶する。

【0074】

これに対し、流量計測演算制御部２１は、絶対値|Ｔad(n-1)−Ｔad(n)|が所定時間差ΔＴd以下になっている場合は、Ｓ４１０の処理を行う。

【0075】

Ｓ４１０では、流量計測演算制御部２１は、発生兆候フラグ記憶部（図示省略）Ｆadに、今回の計測周期で実行した伝搬時間Ｔadの計測が一波跳びの発生の可能性がないことを示すデータとして、フラグＦad(ｎ)＝０を記憶する。

【0076】

したがって、流量計測演算制御部２１の発生兆候フラグ記憶部Ｆadには、最新所定回数分（例えばｎ回分）の計測周期毎の伝搬時間Ｔadの計測それぞれについて、一波跳びの発生の可能性の有・無が、フラグＦad(ｎ)＝１又はフラグＦad(ｎ)＝０で、随時、更新蓄積されていることになる。

【0077】

Ｓ４１１では、流量計測演算制御部２１は、発生兆候フラグ記憶部Ｆau，Ｆad毎に、最新所定回数分（例えばｎ回分）の計測周期毎の伝搬時間Ｔau，Ｔadの計測それぞれにおいて、一波跳びの発生の可能性があるとしてフラグＦau (ｎ)＝１，Ｆad(ｎ)＝１が記憶されている計測周期が幾つ分あるかを計数演算する。

【0078】

Ｓ４１２では、流量計測演算制御部２１は、発生兆候フラグ記憶部Ｆau，Ｆad毎に、計数演算した計測周期の数（すなわち、流量計測処理の実行回数）であるＦauフラグ回数又はＦadフラグ回数を、予め設定されている所定回数Ｎと比較し、Ｆauフラグ回数及びＦadフラグ回数の両方ともが所定回数Ｎよりも小さい場合は、一波跳びが発生していないと推定し、一波跳び検出処理を終了させて、図２で説明した流量計測処理のＳ５０で示した流量Ｑの出力処理に移行する。

【0079】

これに対し、流量計測演算制御部２１は、Ｓ４１２で、Ｆauフラグ回数又はＦadフラグ回数のいずれかが所定回数Ｎよりも大きい場合は、一波跳びが発生していると推定し、一波跳びの発生を検出する。

【0080】

流量計測演算制御部２１は、Ｓ４１２で一波跳びの発生を検出した場合は、設定ゲイン調整処理部３３として、Ｓ８００で示した設定ゲインＧau・Ｇad調整処理を実行する。

【0081】

このように、流量計測演算制御部２１は、上述したように一波跳び検出処理部３２として、Ｓ４０１，Ｓ４０２，Ｓ４０３，Ｓ４０４，Ｓ４０５〜Ｓ４１２といった一波跳び検出処理を実行することによって、本来、被測定流体の流量計測中は認識できなかった一波跳びの発生を、被測定流体の時間的或いは物理的な変動から多面的に検出することができ、超音波流量計による被測定流体の正確な流量計測を保証することができる。

【0082】

なお、本実施の形態では、流量計測演算制御部２１は、一波跳び検出処理において、一波跳びの発生を検出した場合は、そのまま、Ｓ８００で示した設定ゲインＧau・Ｇad調整処理の実行に移行するようにしたが、その移行に当たって、一波跳び検出報知信号を出力するように構成し、現場若しくは管理所の作業員に、超音波流量計１が一波跳びの発生状態になっていることを報知するように構成してもよい。

【0083】

次に、流量計測演算制御部２１が、一波跳び検出処理のＳ８００で設定ゲイン調整処理部３３として実行する設定ゲインＧau・Ｇad調整処理について、図５に基づき説明する。

【0084】

設定ゲインＧau・Ｇad調整処理は、流量計測演算制御部２１が設定ゲイン調整処理部３３として実行する、図２でＳ６０で説明した流量計測中の通常のゲイン調整設定処理とは異なり、超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図６では２波目）、及びそのｎ波目のピーク電圧値Ｖpnを、流量計測中の超音波ビームの受信信号Ｓgrから識別して取得することができないことから、次に説明するように、異なる手順で行われる。

【0085】

図５は、流量計測演算制御部が設定ゲイン調整処理部として実行する設定ゲインＧau・Ｇad調整処理のフローチャートである。
図５中、Ｓ８０１〜Ｓ８１２に示した各処理は、設定ゲインＧau，設定ゲインＧadそれぞれの調整処理毎に行われ、ここでは、設定ゲインＧauを調整・設定する場合について説明し、設定ゲインＧadを調整・設定する場合も、この設定ゲインＧauを調整・設定する場合と同様なので、その詳細は説明省略する。

【0086】

流量計測演算制御部２１による設定ゲインＧau・Ｇad調整処理の中、設定ゲインＧauの調整処理が実行開始されると、Ｓ８０１では、流量計測演算制御部２１は、順方向ゲインＧau設定部２６に初期ゲインとして最低ゲインＧＬを格納する。

【0087】

次に、Ｓ８０２では、流量計測演算制御部２１は、超音波ビームの送信側を被測定流体の流れ方向の上流側の超音波送受信器１３とし、受信側を被測定流体の流れ方向の下流側の超音波送受信器１４とするように、送受信側切替部２４及びゲイン切替部２５を切り替え、超音波送受信器１３，１４間で被測定流体の流れ方向に対する順方向での超音波ビームの送受信を行う。

【0088】

これにより、下流側の超音波送受信器１４による超音波ビームの受信出力は、受信信号増幅部２３によって、順方向ゲインＧau設定部２６に格納されている順方向ゲインＧau、この場合はＳ８０１で格納されている最低ゲインＧＬで増幅され、この最低ゲインＧＬで増幅された下流側の超音波送受信器１４の超音波ビームの受信出力に含まれる、図６（Ａ）で説明したような、所定の周期振動が生じている超音波ビームの受信信号Ｓgrが、流量計測演算制御部２１に供給される。

【0089】

次に、Ｓ８０３では、流量計測演算制御部２１は、この入力された超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値Ｖp（図６（Ａ）中、×印で示す時点）を計測する。なお、未だこの時点では、この最大値Ｖpを含む信号波が超音波ビームの受信信号Ｓgrに含まれた何番目の波に該当するのかは、不明である。

【0090】

次に、Ｓ８０４では、流量計測演算制御部２１は、この取得した超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値（最大ピーク電圧）Ｖpが、予め設定された初期ゲイン調整用電圧値Ｖaji（図６（Ａ）では、Ｖmxに相当）に達しているか否かを確認する。この初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiは、流量計測処理中の通常のゲイン調整設定処理（図２、Ｓ６０，Ｓ７０）で用いられるゲイン調整用出力値Ｖajとは、別途に予め設定された電圧値である。すなわち、ゲイン調整用出力値Ｖajは、超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図６では２波目）が識別できた上で所定のｎ波目に対して用いられるゲイン調整用電圧値であるが、初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiは、超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図６では２波目）が未だ識別されていない状態で、何番目の波であるかとは無関係に識別可能な、受信信号Ｓgrの最大値Ｖpに対して用いられるゲイン調整用電圧値である。例えば、初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiは、ｎ波目（図６では２波目）のピーク電圧値Ｖpnを、超音波ビームの伝搬時間Ｔauの計測処理で所定のｎ波目（図６では２波目）を識別するために用いる予め設定された電圧閾値Ｖthと、通常のゲイン調整設定処理でこの識別したｎ波目（図６では２波目）のピーク電圧値Ｖpnの調整のために用いるゲイン調整用出力値Ｖajとの間の値になるように調整した場合に対応する、超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大ピーク電圧Ｖｐの電圧値に設定されている。言い換えれば、超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大ピーク電圧Ｖｐの電圧値を初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiに調整するように初期ゲインを調整すれば、所定のｎ波目（図６では２波目）のピーク電圧値Ｖpnが、ｎ波目のピーク電圧値Ｖpnとn−１波目のピーク電圧値Ｖpn-1との間になるように予め設定された電圧閾値Ｖthと、通常のゲイン調整設定処理で用いられるゲイン調整用出力値Ｖajとの間の値になるように調整されることになる。

【0091】

次に、Ｓ８０５では、流量計測演算制御部２１は、Ｓ８０４で超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値Ｖpが初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiに達していない場合は、順方向ゲインＧau設定部２６に現在格納されている順方向ゲインＧauの値よりも調整単位で１段階分だけアップした増幅率を、順方向ゲインＧau設定部２６に更新格納し、Ｓ８０２〜Ｓ８０４に示した処理を行う。

【0092】

したがって、流量計測演算制御部２１は、下流側の超音波送受信器１４による超音波ビームの受信出力に含まれる超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値Ｖpが予め設定された初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiに達するまでは、順方向ゲインＧau設定部２６に格納される順方向ゲインＧauの値を、Ｓ８０２で示した超音波ビームの送受信毎、逐次１段階分だけアップされることになる。なお、本実施例では、順方向ゲインＧauの調整を所定の調整単位ずつアップさせることにより、超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値Ｖpが初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiとなるように調整するように構成しているが、これに代えて、超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値Ｖpと初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiとから、最大値Ｖpが初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiとなるような順方向ゲインＧauを演算して得た増幅率を用いて順方向ゲインＧauの調整を行うようにしてもよい。

【0093】

そして、流量計測演算制御部２１は、Ｓ８０４で超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値Ｖpが初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiに達したのを確認した場合は、その確認が被測定流体の時間的或いは物理的な変動が生じてスポット的に調整されたものであるのか否かを、Ｓ８０６以下の処理で確認する。

【0094】

まず、Ｓ８０６では、流量計測演算制御部２１は、この確認に備えて、内部のメモリにそれぞれ形成されている送受信回数カウンタＣｎ及び到達回数カウンタＣｍそれぞれの、カウント値Ｃｎ，Ｃｍを零リセットする。

【0095】

ここで、送受信回数カウンタＣは、超音波送受信器１３，１４間で被測定流体の流れ方向に対する順方向での超音波ビームの送受信回数を計数するためのもので、到達回数カウンタＣｍは、所定回数Ｎの超音波ビームの送受信において超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値Ｖpが初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiに達した回数を計数するためのものである。

【0096】

Ｓ８０７では、流量計測演算制御部２１は、超音波送受信器１３，１４間で被測定流体の流れ方向に対する順方向での超音波ビームの送受信を行わせる。

【0097】

Ｓ８０８では、流量計測演算制御部２１は、この超音波ビームの送受信によって取得した超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値Ｖpが、予め設定された初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiに達しているか否かを確認する。

【0098】

Ｓ８０９では、流量計測演算制御部２１は、超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値Ｖpが初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiに達している場合は、到達回数カウンタＣｍのカウント値Ｃｍをインクリメントする。

【0099】

Ｓ８１０では、流量計測演算制御部２１は、送受信回数カウンタＣｎのカウント値Ｃｎをインクリメントする。

【0100】

Ｓ８１１では、流量計測演算制御部２１は、送受信回数カウンタＣｎのカウント値Ｃｎが所定回数Ｎに達したか否かを確認する。この確認により、流量計測演算制御部２１は、所定回数Ｎの、超音波送受信器１３，１４間で被測定流体の流れ方向に対する順方向での超音波ビームの送受信が行われていない場合は、Ｓ８０７〜Ｓ８１１に係る、順方向ゲインＧau設定部２６に更新格納されている順方向ゲインＧauの値の確認処理を繰り返す一方、所定回数Ｎの送受信が行われて順方向ゲインＧauの値の確認処理が終了したならば、その順方向ゲインＧauの値の評価を行う。

【0101】

Ｓ８１２では、流量計測演算制御部２１は、その評価を、到達回数カウンタＣｍのカウント値Ｃｍの値が、所定回数Ｎの送受信を行って、所定回数Ｍ以上、超音波ビームの受信信号Ｓgrの最大値Ｖpが初期ゲイン調整用電圧値Ｖajiに達している否かに基づいて行う。

【0102】

そして、流量計測演算制御部２１は、到達回数カウンタＣｍのカウント値Ｃｍが所定回数Ｍよりも低く、順方向ゲインＧau設定部２６に更新格納されている順方向ゲインＧauの値の更なる調整を必要とする場合は、再びＳ８０５に戻って順方向ゲインＧauの値を微調整する。一方、到達回数カウンタＣｍのカウント値Ｃｍが所定回数Ｍよりも高い場合は、先にＳ８０５で順方向ゲインＧau設定部２６に更新格納された順方向ゲインＧauの値で、その調整・設定を完了する。

【0103】

以上、設定ゲインＧauを調整・設定する場合について説明したが、設定ゲインＧadを調整・設定する場合も、この設定ゲインＧauを調整・設定する場合と同様な手順で調整・設定が流量計測演算制御部２１により行われる。この場合、設定ゲインＧauの調整・設定の完了によって、設定ゲインＧadの調整・設定を連続して行うようにしてもよいし、設定ゲインＧau及び設定ゲインＧadそれぞれの調整・設定を、両者で超音波ビームの送受信が重畳することがないようにして並行して行うようにしてもよい。

【0104】

そして、流量計測演算制御部２１は、設定ゲインＧau及び設定ゲインＧadそれぞれの調整・設定が完了したならば、図２のＳ４０に示した一波跳び検出処理において‘一波跳びあり’の場合として表わしたように、流量計測処理を再開する。

【0105】

これにより、本実施の形態の超音波流量計1では、一波跳びが生じていることを検出したならば、流量計測中の通常のゲイン調整設定処理とは異なる、超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目（図６では２波目）、及びそのｎ波目のピーク電圧値Ｖpnを、流量計測中の超音波ビームの受信信号Ｓgrから識別して取得することができないことを前提とした設定ゲインＧau・Ｇad調整処理を自動的に行って、設定ゲインＧau，Ｇadが不正確であることに伴う伝搬時間Ｔau，Ｔadの誤計測や、延いては被測定流体の流量Ｑの誤計測を防止して、被測定流体の正確な流量Ｑが計測できるようになる。

【0106】

本実施の形態に係る超音波流量計１は、以上説明したとおりであるが、一波跳びが生じていることを、被測定流体の時間的或いは物理的な変動によって検出し、流量計測演算制御部２１が、超音波ビームの受信信号Ｓgrの所定のｎ波目の検出に依存しない設定ゲインＧau・Ｇad調整処理を行うものであるならば、その具体的構成は上記説明したものに限らず、種々の変形例が適用可能である。

【符号の説明】

【0107】

１ 超音波流量計、 １０ 流量計本体、 １１ 測定流路、
１２ 測定管路、 １３，１４ 超音波送受信器、
１５ 伝搬路、 １６ 圧力センサ、 ２０ 流量計測演算装置、
２１ 流量計測演算制御部、 ２２ 駆動信号出力部、
２３ 受信信号増幅部、 ２４ 送受信側切替部、
２５ ゲイン切替部、 ２６ 順方向ゲインＧau設定部、
２７ 逆方向ゲインＧad設定部、 ３１ 流量計測処理部、
３２ 一波跳び検出処理部、 ３３ 設定ゲイン調整処理部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】