特許 6149587 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】6149587

(24)【登録日】2017年6月2日

(45)【発行日】2017年6月21日

(54)【発明の名称】超音波流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20060101AFI20170612BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/66 103

   G01F1/66 101

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-162335(P2013-162335)

(22)【出願日】2013年8月5日

(65)【公開番号】特開2015-31627(P2015-31627A)

(43)【公開日】2015年2月16日

【審査請求日】2016年4月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 来

(72)【発明者】

【氏名】福原 聡

【審査官】 山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／０６３８９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０１２１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９８３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０８０１８２（ＷＯ，Ａ１）

(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配管内に超音波パルスを出射し、前記被測定流体に含まれる超音波反射体からの反射信号に基づいて流速プロファイルを作成する超音波流量計であって、
前記反射信号の受信強度に基づいて反射信号強度プロファイルを作成する反射信号強度プロファイル作成部と、
前記反射信号強度プロファイルに基づいて界面位置を特定する界面判定部と、
前記流速プロファイルと、前記界面位置とに基づいて前記被測定流体の流量を算出する流量算出部とを備え、
前記流量算出部は、前記配管内を上下に分け、さらに半円弧状の複数の領域に分割し、それぞれの領域の界面位置以下の面積と、前記流速プロファイルから得られる流速とを乗じて得られる領域毎の流量を合計することで前記被測定流体の流量を算出することを特徴とする超音波流量計。

【請求項2】

前記界面判定部は、前記反射信号強度プロファイルにおける反射信号強度の所定基準以上の極大位置を界面位置と特定する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】

伝播時間差法による流量測定を行なう伝播時間差法測定部をさらに備え、
前記流量算出部は、伝播時間差法での測定結果が所定の基準を満たさない場合に、前記流速プロファイルと前記界面位置とに基づいた流量算出を行なうことを特徴とする請求項１または２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、超音波信号を利用して配管内を流れる流体の流量を測定する超音波流量計に関し、特に、被測定流体が配管内において非満水状態であっても精度の高い流量測定が可能な超音波流量計に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波流量計は種々の方式が提案されているが、代表的な方式として、伝播時間差法が知られている。伝播時間差法を用いた流量測定は、図１４（ａ）に示すように、被測定流体Ｆが流れる配管５００の上下流に、超音波信号を送受信できる超音波センサ５１０ａ、５１０ｂを設置し、交互に超音波信号を送受信して、それぞれの伝播時間を測定する。

【0003】

被測定流体Ｆの流れがないときは、上流側超音波センサ５１０ａから下流側超音波センサ５１０ｂに超音波信号が伝播する時間と下流側超音波センサ５１０ｂから上流側超音波センサ５１０ａに超音波信号が伝播する時間とは等しくなるが、流れがある場合には、下流側超音波センサ５１０ｂから上流側超音波センサ５１０ａよりも上流側超音波センサ５１０ａから下流側超音波センサ５１０ｂの方が速く伝播する。伝播時間の差は流れの速さに比例するため、この差に基づいて被測定流体Ｆの流速を測定することができる。得られた流速は、超音波信号の経路における流速の平均値となる。この流速に配管５００の断面積と補正係数とを乗じることで流量が算出される。

【0004】

また、伝播時間差法以外の方式として、配管５００内の被測定流体Ｆ中に含まれる気泡やパーティクルが被測定流体Ｆと同じ速度で移動すると仮定し、その移動速度を超音波信号で測定することで配管５００の径に沿った流速分布（流速プロファイル）を作成して、被測定流体Ｆの流量を算出するパルスドップラー法、反射相関法も知られている。

【0005】

パルスドップラー法は、図１４（ｂ）に示すように、超音波センサ５１０ｃから特定の周波数の超音波パルス信号を配管５００内に斜めに入射し、被測定流体Ｆ中に含まれる気泡やパーティクル等の超音波反射体によって反射するエコー波を超音波センサ５１０ｃで受信する。

【0006】

超音波反射体によって反射するエコー波は、ドップラー効果により、超音波反射体の移動速度に応じて周波数が変化するため、この変化量を検出することで、配管５００内を流れる被測定流体Ｆの速度を求めることができる。

【0007】

超音波反射体による反射は、配管５００内の各所で起こるため、超音波信号を出射してからエコー波が検出されるまでの時間に基づいて径方向についての被測定流体Ｆの流速プロファイルを求めることができる。図１５は、流速プロファイルの一例を示している。この流速プロファイルを配管５００の断面に沿って積分することで、被測定流体Ｆの流量を算出することができる。

【0008】

反射相関法も、パルスドップラー法と同様に図１４（ｂ）に示す構成とし、超音波センサ５１０ｃから配管５００内に向けて超音波パルス信号を２回出力して、流体内を流体とともに移動する超音波反射体からのエコー波を受信する。

【0009】

そして、受信した２個のエコー波について一方を参照波、他方を探索波として相関演算を行なう。その結果、相関係数の高い波形を同一の超音波反射体からのエコー波であるとみなし、その伝搬時間と時間差とに基づいて超音波反射体の位置と移動速度とを算出することで、流速プロファイルを求め、流体の流量を算出する。

【0010】

例えば、図１６に示すような、同一の超音波反射体からのエコー波とみなされた１回目の超音波パルス信号に対するエコー波Ｔ１と２回目の超音波パルス信号に対するエコー波Ｔ２とにおいて、時間差ΔＴは、１回目の超音波パルス信号と２回目の超音波パルス信号との間に進んだ超音波反射体の距離、すなわち、被測定流体Ｆの速度に対応し、伝搬時間Ｔｄは、超音波反射体の超音波センサ５１０ｃからの距離、すなわち、超音波反射体の配管５００内の径方向の位置に対応する。超音波反射体による反射は、配管５００内の各所で起こるため、配管内の径方向について、流速プロファイルを得ることができる。この流速プロファイルを配管５００の断面に沿って積分することで流体の流量が算出される。

【0011】

一般に、超音波流量計では、被測定流体Ｆの流速を測定し配管５００の断面積を乗じることにより流量を算出するために、配管５００内が被測定流体Ｆで満たされている満水状態であることが測定の条件となっている。

【0012】

これに対して、非満水状態でも流量を測定可能な超音波流量計が特許文献１、特許文献２で提案されている。特許文献１に記載されている超音波流量計は、図１７（ａ）に示すように、配管５００を流れる非満水状態の被測定流体Ｆに対して、配管５００の上方に超音波センサ５１０ｄと超音波センサ５１０ｅとを軸方向に間隔をおいて設置し、超音波センサ５１０ｄから出射した超音波信号が界面で反射して超音波センサ５１０ｅに入射するように構成されている。

【0013】

そして、超音波センサ５１０ｅで検出された超音波信号のドップラー効果による周波数変化から被測定流体Ｆの流速を算出する。また、超音波センサ５１０ｄから超音波センサ５１０ｅまでの超音波信号の伝播時間から界面の高さを算出し、被測定流体Ｆの断面積を求める。算出された流速と断面積とを乗じることにより、非満水状態の被測定流体Ｆの流量が得られることが記載されている。

【0014】

特許文献２に記載されている超音波流量計は、図１７（ｂ）に示すように、配管５００を流れる非満水状態の被測定流体Ｆに対して、配管５００の下方に超音波センサ５１０ｆと超音波センサ５１０ｇとを軸方向に間隔をおいて設置し、超音波センサ５１０ｆから出射してから界面で反射して超音波センサ５１０ｇに入射するまでの時間Ｔ１と、超音波センサ５１０ｇから出射してから界面で反射して超音波センサ５１０ｆに入射するまでの時間Ｔ２とを計測する。

【0015】

そして、得られた時間Ｔ１、Ｔ２に基づいて、流速と界面高さを算出し、算出された流速と界面高さに基づく流体断面積とを乗じることにより、非満水状態の被測定流体Ｆの流量が得られることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【特許文献1】特開２０００−２６６５７８号公報

【特許文献2】特開２００５−４９２４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

一般に、流速プロファイルを用いた流量算出は、配管５００の外周側領域の流速から内周側領域の流速までについて、それぞれの領域面積の配管断面積に占める割合を評価して流量を算出できるため、単に平均流速に断面積を乗じて流量を算出する場合よりも精度の高い流量測定を行なうことができる。

【0018】

特許文献１に記載された発明は、界面で反射する超音波信号のドップラー効果による周波数変化から被測定流体Ｆの流速を算出しているが、この際に得られる流速は界面部分の流速であり、被測定流体Ｆの流速分布を考慮していないため、精度が十分とはいえない。

【0019】

また、特許文献２に記載された発明は、伝播時間差法を利用して被測定流体Ｆの流速を算出しているが、この際に得られる流速は超音波信号の経路の平均流速であり、被測定流体Ｆの流速分布を考慮していないため、精度が十分とはいえない。

【0020】

そこで、本発明は、被測定流体が配管内において非満水状態であっても精度の高い流量測定が可能な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】

【0021】

上記課題を解決するため、本発明の超音波流量計は、被測定流体が流れる配管内に超音波パルスを出射し、前記被測定流体に含まれる超音波反射体からの反射信号に基づいて流速プロファイルを作成する超音波流量計であって、前記反射信号の受信強度に基づいて反射信号強度プロファイルを作成する反射信号強度プロファイル作成部と、前記反射信号強度プロファイルに基づいて界面位置を特定する界面判定部と、前記流速プロファイルと、前記界面位置とに基づいて前記被測定流体の流量を算出する流量算出部とを備えたことを特徴とする。
ここで、前記界面判定部は、前記反射信号強度プロファイルにおける反射信号強度の所定基準以上の極大位置を界面位置と特定することができる。
また、前記流量算出部は、前記配管内を上下に分け、さらに半円弧状の複数の領域に分割し、それぞれの領域の界面位置以下の面積と、前記流速プロファイルから得られる流速とを乗じて得られる領域毎の流量を合計することで前記被測定流体の流量を算出することができる。
また、伝播時間差法による流量測定を行なう伝播時間差法測定部をさらに備え、前記流量算出部は、伝播時間差法での測定結果が所定の基準を満たさない場合に、前記流速プロファイルと前記界面位置とに基づいた流量算出を行なうようにしてもよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、被測定流体が配管内において非満水状態であっても精度の高い流量測定が可能な超音波流量計が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１実施例に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。

【図2】第１実施例の超音波流量計における流量測定の手順について説明するフローチャートである。

【図3】被測定流体が配管内で満水状態のときの流速プロファイルと反射信号強度プロファイルとを示す図である。

【図4】被測定流体が配管内で非満水状態のときの流速プロファイルと反射信号強度プロファイルとを示す図である。

【図5】流量算出部が行なう流量算出について詳細に説明するフローチャートである。

【図6】流量算出部が行なう流量算出について詳細に説明するフローチャートである。

【図7】満水状態の場合の積分について説明する図である。

【図8】非満水状態で界面が中心以下の場合の積分について説明する図である。

【図9】非満水状態で界面が中心以下の場合の積分例について説明する図である。

【図10】非満水状態で界面が中心より高い場合の積分について説明する図である。

【図11】非満水状態で界面が中心より高い場合の積分例について説明する図である。

【図12】本発明の第２実施例に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。

【図13】第２実施例の超音波流量計における流量測定の手順について説明するフローチャートである。

【図14】従来の超音波流量計の構成を示す図である。

【図15】流速プロファイルの例を示す図である。

【図16】反射相関法におけるエコー波を説明する図である。

【図17】非満水状態で測定可能な従来の超音波流量計の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１実施例に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。本例において、超音波流量計は配管５００内を流れる被測定流体Ｆの流量を測定する。被測定流体Ｆは、配管５００内をすべて満たす満水状態であってもよいし、上部に空間を有する非満水状態であってもよい。

【0025】

本図に示すように、超音波流量計は、超音波センサ２１０と測定制御部１００とを備えている。本発明の第１実施例に係る超音波流量計は、パルスドップラー法あるいは反射相関法のいずれかの方式を用いるものとする。

【0026】

超音波センサ２１０は、超音波信号の送受信を行なうデバイスであり、配管５００の外側下部に超音波信号が配管軸方向斜めに出射されるように取り付けられる。すなわち、本実施例の超音波流量計は、被測定流体Ｆに非接触の状態で流量測定を行なうことができる。

【0027】

測定制御部１００は、出力制御部１１０、受信制御部１２０、流速プロファイル作成部１３０、反射信号強度プロファイル作成部１４０、界面判定部１５０、流量算出部１６０、測定結果出力部１７０を備えている。

【0028】

出力制御部１１０は、超音波信号の出力制御を行ない、受信制御部１２０は、超音波信号の受信制御を行なう。受信制御部１２０が受信対象とする超音波信号は、出力制御部１１０が出力した超音波信号に対する被測定流体Ｆに含まれる超音波反射体からのエコー波である。

【0029】

流速プロファイル作成部１３０は、受信制御部１２０で受信した超音波信号に基づいて配管５００の径（上下）方向についての流速プロファイルを作成する。反射信号強度プロファイル作成部１４０は、受信制御部１２０で受信した超音波信号に基づいて配管５００の径（上下）方向についての反射信号強度プロファイルを作成する。

【0030】

ここで、反射信号強度プロファイルは、超音波反射体からのエコー波の強度を測定し、エコー波の検出時間に基づいて配管５００の径（上下）方向についての反射信号強度分布を表わしたものである。なお、第１実施例に係る超音波流量計は、パルスドップラー法、反射相関法のいずれかの方式としたが、流速プロファイルおよび反射信号強度プロファイルを作成することができれば他の方式を用いてもよい。

【0031】

界面判定部１５０は、反射信号強度プロファイルに基づいて界面の有無を判定し、界面がある場合にはさらに界面の高さＳを特定する。これは、気体と接する界面において反射信号強度が強くなることを利用したものである。流量算出部１６０は、流速プロファイルと界面の有無、界面がある場合の界面の高さＳに基づいて被測定流体Ｆの流量を算出する。測定結果出力部１７０は、算出された被測定流体Ｆの流量を測定結果として出力する。

【0032】

次に、第１実施例の超音波流量計における流量測定の手順について図２のフローチャートを参照して説明する。まず、測定に際しての各種設定を行なう（Ｓ１０１）。各種設定では、配管５００の内径、超音波センサ２１０の取付角度、被測定流体Ｆの密度・粘度、音速、その他パラメータ等の設定を行なう。

【0033】

各種設定を行なうと、パルスドップラー法あるいは反射相関法のいずれかの方式で測定を実行する（Ｓ１０２）。いずれの方式も、プロファイルを作成できるように、繰り返し超音波信号を出力して測定を行なう。

【0034】

パルスドップラー法の場合は、特定の周波数の超音波パルス信号を配管５００内に出力し、超音波反射体によって反射するエコー波を超音波センサ２１０で受信する。このときの周波数の変化と受信強度とを検出時間毎に測定する。反射相関法の場合は、超音波パルス信号を２回出力して、超音波反射体からのエコー波を受信する。そして、相関係数の高い波形を同一の超音波反射体からのエコー波であるとみなし、その伝搬時間と時間差とに基づいて超音波反射体の位置と移動速度とを算出するとともに、受信強度を測定する。

【0035】

測定を繰り返して得られた結果を基に、流速プロファイル作成部１３０が流速プロファイルを作成し（Ｓ１０３）、反射信号強度プロファイル作成部１４０が反射信号強度プロファイルを作成する（Ｓ１０４）。

【0036】

ついで、界面判定部１５０が、反射信号強度プロファイルに基づいて界面の有無を判定し、界面がある場合は界面の高さＳを特定する（Ｓ１０５）。ここで、被測定流体Ｆが配管５００内で満水状態であれば、一般に、図３に示すような流速プロファイルと反射信号強度プロファイルとが得られる。

【0037】

これに対して、図４（ａ）に示すように被測定流体Ｆが非満水状態で、界面が存在する場合には、図４（ｂ）に示すように、反射信号強度プロファイルが、界面に対応する位置で数倍程度に極めて大きくなる。これは、界面にて上部を満たす気体からの反射信号が多く得られるためである。

【0038】

このため、界面判定部１５０は、反射信号強度プロファイルに所定基準以上の極大部分があるかどうかで界面の有無を判定し、極大部分の位置で界面の高さＳを特定することができる。

【0039】

界面の判定を行なうと、流量算出部１６０が流速プロファイルを被測定流体Ｆの断面の範囲で積分して流量を算出し（Ｓ１０６）、算出された流量を測定結果出力部１７０が測定結果として出力する（Ｓ１０７）。

【0040】

ここで、流量算出部１６０が行なう流量算出について図５および図６のフローチャートを参照して詳細に説明する。ただし、以下に説明する流量算出法は例示であり、反射信号強度プロファイルから得られた界面高さと流速プロファイルとを用いた流量算出であれば、他の方法を用いてもよい。

【0041】

まず、界面判定部１５０の判定結果に基づいて、被測定流体Ｆが満水状態かどうかを判定する（Ｓ２０１）。

【0042】

ここで、満水状態の場合の積分について図７を参照して説明する。本図では、流速プロファイルを配管下部が下に位置し、配管上部が上に位置するように表示し、高さ方向に複数の区分に分割している。この分割幅を積分幅とする。各区分は、その区分の平均流速を算出する等により流速と対応付けることができる。積分幅を細かくするほど、流量算出の精度は向上する。

【0043】

例えば、図７（ａ）に示すように最も下部の区分に着目した場合、この区分の流速は、下半分の最外周領域に適用することができる。このため、下半分の最外周領域の面積を求め、対応する区分の流速を乗じれば、下半分の最外周領域の流量が算出される。最外周領域の面積は、配管５００の半径が既知であるため、設定した積分幅を用いて容易に求めることができる。この演算を図７（ｂ）に示すように下半分および上半分の各区分について行ない、各区分に対応する領域の流量を合計することで、満水状態の被測定流体Ｆの流量が算出される。

【0044】

そこで、満水状態の場合は（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、積分幅を設定し（Ｓ２０２）、下半分について各領域の面積を算出して対応する流量を乗じる積分を行なう（Ｓ２０３）。上半分についても同様に各領域の面積を算出して対応する区分の流量を乗じる積分を行なう（Ｓ２０４）。そして、各領域の流量を合計する（Ｓ２０５）。

【0045】

図５のフローチャートの説明に戻って、非満水状態の場合は（Ｓ２０１：Ｎｏ）、界面が中心以下かどうかで場合分けを行なう（Ｓ２０６）。ここで、界面が中心以下の場合の積分について図８を参照して説明する。例えば、図８（ａ）に示すように界面高さＳが特定された場合は、図８（ｂ）に示すように、積分幅の厚さを有する半円弧状の各領域について界面までの面積を算出し、対応する区分の流速を乗じて足し合わせればよい。

【0046】

そこで、界面が中心以下の場合は（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、積分幅を設定し（Ｓ２０７）、下半分で対象領域を設定する（Ｓ２０８）。図９（ａ）は、最外周部分を対象領域とした場合の例である。

【0047】

そして、対象領域の半径Ｒと高さＨとから、対象領域の中心角の半分の角度θを算出する（Ｓ２０９）。ここで、半径Ｒは、対象領域の外周を弧とした扇形の半径であり、高さＨは、対象領域の外周の最下部から界面までの高さである。このとき、ｃｏｓθ＝（Ｒ−Ｈ）／Ｒが成り立つため、角度θを算出することができる。なお、最外周部分を対象領域とした場合は、半径Ｒは、配管５００の半径に等しく、高さＨは、界面高さＳに等しくなる。

【0048】

角度θが得られれば、領域の外周を弧とした半径Ｒ、中心角２θの扇形の面積から、領域の内周を弧とした半径（Ｒ−積分幅ｄ）、中心角２θの扇形の面積を引くことで対象領域の面積を算出することができる（Ｓ２１０）。この面積に対応する区分の流速を乗じることで対象領域の流量が算出される（Ｓ２１１）。

【0049】

以上の対象領域の流量を算出する処理を下半分の全領域に対して繰り返す（Ｓ２１２）。図９（ｂ）、図９（ｃ）は、対象領域を変化させたときの半径Ｒ、高さＨ、中心角θを示している。

【0050】

下半分の全領域に対して流量を算出する処理を行なうと（Ｓ２１２：Ｙｅｓ）、各領域の流量を合計する（Ｓ２１３）。

【0051】

次に、界面が中心以上の場合の積分について図１０を参照して説明する。例えば、図１０（ａ）に示すように界面高さＳが特定された場合は、図１０（ｂ）に示すように、下半分については積分幅の厚さを有する半円弧状の各領域の面積を算出し、対応する区分の流速を乗じて足し合わせればよい。一方、上半分については、積分幅の厚さを有する半円弧状の各領域について界面までの面積を算出し、対応する区分の流速を乗じて足し合わせればよい。

【0052】

そこで、界面が中心より高い場合は（Ｓ２０６：Ｎｏ）、積分幅を設定し（図６：Ｓ２０７）、下半分の積分を実行する（Ｓ２１５）。また、上半分の積分については以下のように行なう。

【0053】

まず、上半分で対象領域を設定する（Ｓ２１６）。図１１（ａ）は、最外周部分を対象領域とした場合の例である。そして、対象領域の半径Ｒが配管５００中心から界面までの高さＫよりも大きいかどうかを判定する（Ｓ２１７）。ここで、対象領域の半径Ｒが配管５００中心から界面までの高さＫよりも大きい場合は、対象領域の上部分が界面により切り取られ、左右２つの部分に分割されることになる。一方、対象領域の半径Ｒが配管５００中心から界面までの高さＫよりも小さい場合は、対象領域は界面と交わらず、半円弧状のままとなる。

【0054】

図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、対象領域の半径Ｒが配管５００中心から界面までの高さＫよりも大きい場合であり、図１１（ｃ）は、対象領域の半径Ｒが配管５００中心から界面までの高さＫよりも小さい場合である。

【0055】

対象領域の半径Ｒが配管５００中心から界面までの高さＫよりも大きい場合には（Ｓ２１７：Ｙｅｓ）、半径Ｒと配管５００中心から界面までの高さＫとから、対象領域の一方の領域の中心角θを算出する（Ｓ２１８）。ここで、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、ｓｉｎθ＝Ｋ／Ｒが成り立つため、角度θを算出することができる。なお、最外周部分を対象領域とした場合は、半径Ｒは、配管５００の半径に等しく、高さＫは、界面高さＳから配管５００の半径を引いた値に等しくなる。

【0056】

一方、対象領域の半径Ｒが配管５００中心から界面までの高さＫよりも小さい場合には（Ｓ２１７：Ｎｏ）、一律にθ＝９０°とすればよい（Ｓ２１９）。

【0057】

角度θが得られれば、領域の外周を弧とした半径Ｒ、中心角θの扇形の面積の２倍から、領域の内周を弧とした半径（Ｒ−積分幅ｄ）、中心角θの扇形の面積の２倍を引くことで対象領域の面積を算出することができる（Ｓ２２０）。この面積に対応する区分の流速を乗じることで対象領域の流量が算出される（Ｓ２２１）。

【0058】

以上の対象領域の流量を算出する処理を上半分の全領域に対して繰り返す（Ｓ２２２）。そして、上半分の全領域に対して流量を算出する処理を行なうと（Ｓ２２２：Ｙｅｓ）、下半分および上半分の各領域の流量を合計する（Ｓ２２３）。

【0059】

以上、本実施形態の第１実施例について説明した。次に、本実施形態の第２実施例について説明する。第２実施例における超音波流量計は、第１実施例の超音波流量計に伝播時間差法による測定機能を付加したものである。

【0060】

図１２は、本発明の第２実施例に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。第１実施例と同じブロックについて同じ符号を付している。本例において、超音波流量計は配管５００内を流れる被測定流体Ｆの流量を測定する。被測定流体Ｆは、配管５００内をすべて満たす満水状態であってもよいし、上部に空間を有する非満水状態であってもよい。

【0061】

本図に示すように、第２実施例の超音波流量計は、超音波センサ２１０に加えて超音波センサ２１０ａを備え、測定制御部１００に替えて測定制御部１０１を備えている。超音波センサ２１０ａは、配管５００の上部で、超音波センサ２１０から斜めに出射された超音波信号を受信でき、超音波センサ２１０ａが出射した超音波信号を超音波センサ２１０が受信できる位置に設置される。

【0062】

測定制御部１０１は、出力制御部１１０、受信制御部１２０、流速プロファイル作成部１３０、反射信号強度プロファイル作成部１４０、界面判定部１５０、流量算出部１６０、測定結果出力部１７０、測定方法制御部１８０、伝播時間差法測定部１９０を備えている。

【0063】

測定方法制御部１８０は、伝播時間差法を用いた流量測定と、第１実施例に示したパルスドップラー法あるいは反射相関法を用いた流量測定の実行を制御する。伝播時間差法測定部１９０は、伝播時間差法を用いた流量測定を行なう。

【0064】

第２実施例の超音波流量計における流量測定の手順について図１３のフローチャートを参照して説明する。まず、測定に際しての各種設定を行なう（Ｓ３０１）。各種設定では、配管５００の内径、超音波センサ２１０、２１０ａの取付角度、被測定流体Ｆの密度・粘度、音速、その他パラメータ等の設定を行なう。

【0065】

第２実施例では、最初に伝播時間差法を用いた測定を実行する（Ｓ３０２）。これは、被測定流体Ｆが満水状態であり、気泡等が少ない状態であれば、伝播時間差法による測定で高い精度が得られるからである。伝播時間差法を用いた測定では、超音波センサ２１０、２１０ａとで交互に超音波信号を送受信して、それぞれの伝播時間を測定する。

【0066】

この結果、それぞれの超音波センサ２１０、２１０ａで他方の超音波センサ２１０ａ、２１０が出射した超音波信号を所定の強度で受信できたかどうかを判定する（Ｓ３０３）。ここで、被測定流体Ｆが非満水状態であれば、他方からの超音波信号は受信することができず、被測定流体Ｆに気泡等が多ければ他方からの超音波信号の受信強度が弱くなり、いずれの場合も伝播時間差法での流量測定は適さない。

【0067】

他方が出射した超音波信号を所定の強度で受信できた場合には（Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、伝播時間差法による流量演算を行ない（Ｓ３０４）、得られた流量を測定結果として出力する（Ｓ３０７）。

【0068】

一方、他方が出射した超音波信号を所定の強度で受信できなかった場合には（Ｓ３０３：Ｎｏ）、第１実施例で示した流量測定を行なう。すなわち、パルスドップラー法あるいは反射相関法を用いた測定を実行し（Ｓ３０５）、受信信号強度プロファイルにより得られた界面高さと流速プロファイルとに基づいた流量演算を実行する（Ｓ３０６）。

【0069】

なお、第１実施例で示した流量測定でも測定ができない場合には、例えば、再度、（Ｓ３０２）以降の処理を繰り返し、それでも測定できない場合にアラームを出力するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0070】

１００…測定制御部、１０１…測定制御部、１１０…出力制御部、１２０…受信制御部、１３０…流速プロファイル作成部、１４０…反射信号強度プロファイル作成部、１５０…界面判定部、１６０…流量算出部、１７０…測定結果出力部、１８０…測定方法制御部、１９０…伝播時間差法測定部。２１０…超音波センサ、５００…配管、５１０…超音波センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】