特許 6283565 超音波流量計及び伝搬長異常検出方法

(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】6283565

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】超音波流量計及び伝搬長異常検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20060101AFI20180208BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/66 101

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-97866(P2014-97866)

(22)【出願日】2014年5月9日

(65)【公開番号】特開2015-215225(P2015-215225A)

(43)【公開日】2015年12月3日

【審査請求日】2017年3月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】村木 浩二

【審査官】 細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１３２４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００７９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５８０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０１２１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２６１８０９（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】

内部を流体が流れる配管における上流側に設けられ超音波の送信及び受信を行う第１超音波送受信部と、前記配管における下流側に設けられ超音波の送信及び受信を行う第２超音波送受信部と、前記第１超音波送受信部から送信された前記超音波が前記第２超音波送受信部に受信されるまでの時間と前記第２超音波送受信部から送信された前記超音波が前記第１超音波送受信部に受信されるまでの時間とに基づいて前記流体の流量を算出する流量算出部と、を備える超音波流量計であって、
音速を計測する音速計測部と、
前記音速計測部で計測した音速に基づいて前記超音波の伝搬長を算出する伝搬長算出部と、
前記伝搬長算出部で算出した伝搬長と初期伝搬長との差が所定の閾値を超えるか否かを判定する伝搬長判定部と、
を備える、超音波流量計。

【請求項2】

前記流体の温度を計測する温度計測部を備え、
前記音速計測部は、前記温度計測部で計測した温度に基づいて音速を算出するものである、請求項１に記載の超音波流量計。

【請求項3】

内部を流体が流れる配管における上流側に設けられ超音波の送信及び受信を行う第１超音波送受信部と、前記配管における下流側に設けられ超音波の送信及び受信を行う第２超音波送受信部と、前記第１超音波送受信部から送信された前記超音波が前記第２超音波送受信部に受信されるまでの時間と前記第２超音波送受信部から送信された前記超音波が前記第１超音波送受信部に受信されるまでの時間とに基づいて前記流体の流量を算出する流量算出部と、を備える超音波流量計の伝搬長異常検出方法であって、
音速を計測する音速計測工程と、
前記音速計測工程で計測した音速に基づいて前記超音波の伝搬長を算出する伝搬長算出工程と、
前記伝搬長算出工程で算出した伝搬長と初期伝搬長との差が所定の閾値を超えるか否かを判定する伝搬長判定工程と、
を含む、伝搬長異常検出方法。

【請求項4】

前記流体の温度を計測する温度計測工程を含み、
前記音速計測工程では、前記温度計測工程で計測した温度に基づいて音速を算出する、請求項３に記載の伝搬長異常検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波流量計及び伝搬長異常検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、各種流体の流量を計測するための超音波流量計が提案され、実用化されている。例えば、現在においては、超音波振動子を有する１対（乃至複数対）の超音波送受信器を流体の流れる配管に設置し、流体の流れ方向及び逆方向に超音波を伝搬させたときのそれぞれの伝搬時間を計測し、これら伝搬時間の差に基づいて流体の流量を算出する、いわゆる「伝搬時間差」方式の超音波流量計が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第６６２６０４９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、計測対象流体に不純物が含まれている場合には、不純物に起因した付着物が超音波の伝搬経路上に堆積し、堆積物の表面で超音波が反射して超音波の伝搬長が変化してしまう可能性がある。また、計測対象流体の圧力変化に起因した配管の内径拡大や、配管の温度上昇に起因した配管の熱膨張によっても、超音波の伝搬長は変化する虞がある。「伝搬時間差」方式の超音波流量計では、超音波の伝搬長を用いて流体の流速を算出するため、上記のような種々の要因により超音波の伝搬長が変化すると、流量の計測精度が低下してしまうという問題があった。

【0005】

本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、伝搬時間差方式の超音波流量計において、超音波の伝搬長異常を早期に検出して流量計測精度を維持することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る超音波流量計は、内部を流体が流れる配管における上流側に設けられ超音波の送信及び受信を行う第１超音波送受信部と、配管における下流側に設けられ超音波の送信及び受信を行う第２超音波送受信部と、第１超音波送受信部から送信された超音波が第２超音波送受信部に受信されるまでの時間と第２超音波送受信部から送信された超音波が第１超音波送受信部に受信されるまでの時間とに基づいて流体の流量を算出する流量算出部と、を備える超音波流量計であって、音速を計測する音速計測部と、音速計測部で計測した音速に基づいて超音波の伝搬長を算出する伝搬長算出部と、伝搬長算出部で算出した伝搬長と初期伝搬長との差が所定の閾値を超えるか否かを判定する伝搬長判定部と、を備えるものである。

【0007】

また、本発明に係る伝搬長異常検出方法は、内部を流体が流れる配管における上流側に設けられ超音波の送信及び受信を行う第１超音波送受信部と、配管における下流側に設けられ超音波の送信及び受信を行う第２超音波送受信部と、第１超音波送受信部から送信された超音波が第２超音波送受信部に受信されるまでの時間と第２超音波送受信部から送信された超音波が第１超音波送受信部に受信されるまでの時間とに基づいて流体の流量を算出する流量算出部と、を備える超音波流量計の伝搬長異常検出方法であって、音速を計測する音速計測工程と、音速計測工程で計測した音速に基づいて超音波の伝搬長を算出する伝搬長算出工程と、伝搬長算出工程で算出した伝搬長と初期伝搬長との差が所定の閾値を超えるか否かを判定する伝搬長判定工程と、を含むものである。

【0008】

かかる構成及び方法を採用すると、計測した音速に基づいて算出した超音波の伝搬長と、初期伝搬長と、を比較し、両者の差が所定の閾値を超えるか否かを判定して伝搬長異常を検出することができる。従って、伝搬長異常の原因（例えば、超音波の伝搬経路上における付着物の堆積、計測対象流体の圧力上昇に起因した配管内径の拡大、配管の温度上昇に起因した配管の熱膨張、等）を早期に特定することができ、流量計測精度を維持することが可能となる。

【0009】

本発明に係る超音波流量計において、流体の温度を計測する温度計測部を備えることができる。かかる場合には、温度計測部で計測した温度に基づいて音速を算出する音速計測部を採用することができる。

【0010】

また、本発明に係る伝搬長異常検出方法において、流体の温度を計測する温度計測工程を含むことができる。かかる場合には、音速計測工程で、温度計測工程で計測した温度に基づいて音速を算出することができる。

【0011】

かかる構成及び方法を採用すると、計測対象となる流体の温度に基づいて音速を算出し、算出した音速に基づいて超音波の伝搬長を算出し、算出した伝搬長と初期伝搬長とを比較して伝搬長異常を判定することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、伝搬時間差方式の超音波流量計において、超音波の伝搬長異常を早期に検出して流量計測精度を維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る超音波流量計の概略構成を示す構成図である。

【図2】図１に示す超音波流量計を用いて配管の内部を流れる気体の流量を算出する方法を説明するための説明図である。

【図3】図１に示す超音波流量計の本体部の演算制御部の機能的構成を説明するためのブロック図である。

【図4】本発明の実施形態に係る伝搬長異常検出方法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】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。なお、図面は実際の寸法を示すものではなく、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。

【0015】

まず、図１〜図３を用いて、本発明の実施形態に係る超音波流量計１の構成について説明する。本実施形態に係る超音波流量計１は、図１に示すように、配管Ａの内部を流れる流体の流量を計測するためのものである。超音波流量計１の計測対象である流体は、図１において白抜き矢印で示す方向（図１における左から右の方向）に流れている。超音波流量計１は、第１超音波送受信部２０Ａと、第２超音波送受信部２０Ｂと、本体部５０と、を備える。

【0016】

第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂは、それぞれ配管Ａの内部に設けられる。図１に示す例では、第１超音波送受信部２０Ａが配管Ａにおける上流側に、第２超音波送受信部２０Ｂは配管Ａにおける下流側に、それぞれ配置される。第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂは、それぞれ超音波の送信及び受信を行い、相互に超音波を送受信する。すなわち、第１超音波送受信部２０Ａが送信した超音波は、第２超音波送受信部２０Ｂによって受信され、第２超音波送受信部２０Ｂが送信した超音波は、第１超音波送受信部２０Ａによって受信される。

【0017】

第１超音波送受信部２０Ａは、圧電素子を備えている。この圧電素子は、超音波を送信するとともに、超音波を受信するためのものである。圧電素子には、リード線（図示省略）が電気的に接続されている。リード線を介して所定周波数の電気信号が印加されると、圧電素子は、当該所定周波数で振動して超音波を発する。これにより、超音波が送信される。一方、圧電素子に超音波が到達すると、圧電素子は、当該超音波の周波数で振動して電気信号を発生させる。これにより、超音波が受信される。圧電素子に発生した電気信号は、リード線を介して後述する本体部５０で検出される。

【0018】

なお、第２超音波送受信部２０Ｂは、第１超音波送受信部２０Ａと同様の構成を備える。すなわち、第２超音波送受信部２０Ｂも圧電素子を備える。よって、前述した第１超音波送受信部２０Ａの説明をもって、第２超音波送受信部２０Ｂの詳細な説明を省略する。

【0019】

図１に示す本体部５０は、超音波が配管Ａの内部を流れる流体を伝搬する時間に基づいて当該流体の流量を測定するためのものである。本体部５０は、切替部５１と、送信回路部５２と、受信回路部５３と、計時部５４と、演算制御部５５と、入出力部５６と、を備える。

【0020】

切替部５１は、超音波の送信及び受信を切り替えるためのものである。切替部５１は、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂに接続されている。切替部５１は、例えば、切替スイッチ等を含んで構成することが可能である。演算切替部５１は、演算制御部５５から入力される制御信号に基づいて切替スイッチを切り替え、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの一方を送信回路部５２に接続させるとともに、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの他方を受信回路部５３と接続させる。これにより、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの一方が超音波を送信し、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの他方が当該超音波を受信することができる。

【0021】

送信回路部５２は、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂに超音波を送信させるためのものである。送信回路部５２は、例えば、所定周波数の矩形波を生成する発振回路、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂを駆動する駆動回路等を含んで構成することが可能である。送信回路部５２は、演算制御部５５から入力される制御信号に基づいて、駆動回路が発振回路により生成された矩形波を駆動信号として第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの一方の圧電素子に出力する。これにより、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂの一方の圧電素子が駆動され、当該圧電素子が超音波を送信する。

【0022】

受信回路部５３は、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂが受信した超音波を検出するためのものである。受信回路部５３は、例えば、信号を所定の利得（ゲイン）で増幅する増幅回路、所定周波数の電気信号を取り出すためのフィルタ回路等を含んで構成することが可能である。受信回路部５３は、演算制御部５５から入力される制御信号に基づいて、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂのうちの一方の圧電素子から出力された電気信号を増幅し、フィルタリングして受信信号に変換する。受信回路部５３は、変換した受信信号を演算制御部５５に出力する。

【0023】

計時部５４は、所定の期間における時間を計測するためのものである。計時部５４は、例えば、発振回路等で構成することが可能である。なお、発振回路は、送信回路部５２と共有するようにしてもよい。計時部５４は、演算制御部５５から入力されるスタート信号及びストップ信号に基づいて、発振回路の基準波の数をカウントして時間を計測する。計時部５４は、計測した時間を演算制御部５５に出力する。

【0024】

演算制御部５５は、配管Ａの内部を流れる流体の流量を演算により算出するためのものである。演算制御部５５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ、入出力インターフェース等で構成することが可能である。また、演算制御部５５は、切替部５１、送信回路部５２、受信回路部５３、計時部５４及び入出力部５６等の本体部５０の各部を制御する。なお、演算制御部５５が流体の流量を算出する方法については、後述する。

【0025】

入出力部５６は、ユーザ（利用者）が情報を入力し、かつ、ユーザに対して情報を出力するためのものである。入出力部５６は、例えば、操作ボタン等の入力手段、表示ディスプレイ等の出力手段等で構成することが可能である。ユーザが操作ボタン等を操作することにより、設定等の各種の情報が入出力部５６を介して演算制御部５５に入力される。また、入出力部５６は、演算制御部５５により算出された流体の流量、流体の速度、所定期間における積算流量等の情報を、表示ディスプレイ等に表示して出力する。

【0026】

ここで、図２を用いて、配管Ａの内部を流れる流体の流量の算出方法について説明する。図２に示すように、配管Ａの内部を所定の方向（図２において左側から右側への方向）に流れる流体の速度（以下、流速という）をＶ［ｍ／ｓ］、当該流体中を超音波が伝搬するときの速度（以下、音速という）をＣ［ｍ／ｓ］とし、当該流体を伝搬する超音波の伝搬長をＬ［ｍ］とし、配管Ａの管軸と超音波の伝搬経路とのなす角度をθとする。ここで、配管Ａの上流側（図２において左側）に設置された第１超音波送受信部２０Ａが超音波を送信し、配管Ａの下流側（図２において右側）に設置された第２超音波送受信部２０Ｂが当該超音波を受信するときに、当該超音波が配管Ａの内部の流体を伝搬する伝搬時間ｔ₁₂は、以下の式（１）で表される。
ｔ₁₂＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） …（１）

【0027】

一方、配管Ａの下流側に設置された第２超音波送受信部２０Ｂが超音波を送信し、配管Ａの上流側に設置された第１超音波送受信部２０Ａが当該超音波を受信するときに、当該超音波が配管Ａの内部の流体を伝搬する伝搬時間ｔ₂₁は、以下の式（２）で表される。
ｔ₂₁＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） …（２）

【0028】

式（１）及び式（２）から、流体の流速Ｖは、以下の式（３）で表される。
Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）・｛（１／ｔ₁₂）−（１／ｔ₂₁）｝ …（３）

【0029】

式（３）において、伝搬長Ｌ及び角度θは、流量の測定前に既知の値であるから、流速Ｖは、伝搬時間ｔ₁₂及び伝搬時間ｔ₂₁を計測することで、式（３）から算出することができる。

【0030】

そして、配管Ａの内部を流れる流体の流量Ｑ［ｍ³／ｓ］は、流速Ｖ［ｍ／ｓ］と、補数係数Ｋ及び配管Ａの断面積Ｓ［ｍ³／ｓ］と、を用いて以下の式（４）で表される。
Ｑ＝ＫＶＳ …（４）

【0031】

従って、演算制御部５５は、伝搬長Ｌ、角度θ、補数係数Ｋ及び配管Ａの断面積Ｓをあらかじめメモリ等に記憶しておく。そして、演算制御部５５は、受信回路部５３から入力される受信信号に基づいて、計時部５４により伝搬時間ｔ₁₂及び伝搬時間ｔ₂₁を計測することで、式（３）及び式（４）から、配管Ａの内部を流れる流体の流量Ｑを算出することができる。すなわち、演算制御部５５は、本発明における流量算出部として機能するものである。

【0032】

なお、図１では、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂが互いに対向するように、図１において配管Ａの上側に第１超音波送受信部２０Ａを配置し、配管Ａの下側に第２超音波送受信部２０Ｂを配置する例を示したが、これに限定されない。第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂは、配管Ａの上流側と下流側に設けられていればよい。

【0033】

また、本実施計形態では、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ａの一方が送信した超音波が、配管Ａの内部の流体を伝搬し、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ａの他方で直接受信する例を示したが、これに限定されない。配管Ａの内部の流体を伝搬する超音波は、配管Ａの内壁において反射し得る。よって、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ａの他方は、配管Ａの内壁で２ｎ回（ｎは正の整数）反射した超音波を受信してもよい。

【0034】

ところで、流体の流速Ｖは、伝搬長Ｌ、角度θ、伝搬時間ｔ₁₂及び伝搬時間ｔ₂₁によって算出されるのは既に述べたとおりであるが、計測対象流体に不純物が含まれているような場合には、この不純物に起因した付着物が超音波の伝搬経路上に堆積し、堆積物の表面で超音波が反射して超音波の伝搬長Ｌが変化してしまう可能性がある。このような伝搬長Ｌの変化は、配管Ａの内壁で超音波を反射させる方式を採用する場合に特に顕著となる。また、計測対象流体の圧力変化に起因した配管Ａの内径拡大や、配管Ａの温度上昇に起因した配管Ａの熱膨張によっても、超音波の伝搬長Ｌは変化する虞がある。このような伝搬長Ｌの変化（異常）を早期に検出するために、本実施形態における本体部５０（演算制御部５５）は以下のような構成を有している。

【0035】

すなわち、本体部５０は、図１に示すように、計測対象となる流体の温度を計測する温度計測部５７を有している。また、演算制御部５５は、図３に示すように、温度計測部５７で計測した温度に基づいて音速を算出（計測）する音速計測部６１と、音速計測部６１で計測した音速に基づいて超音波の伝搬長Ｌを算出する伝搬長算出部６２と、伝搬長算出部６２で算出した伝搬長Ｌと予め計測してメモリに記憶させておいた初期伝搬長Ｌ₀との差が所定の閾値を超えるか否かを判定する伝搬長判定部６３と、を有している。

【0036】

温度計測部５７としては、例えば計測対象となる流体が水である場合には、水温計を採用することができる。音速計測部６１は、例えば、以下のGreenspan-Tschieggの実験式を用いて音速Ｃｔを算出することができる。
Ｃｔ=1402.736+5.03358t-0.0579506t²+3.31636*10^-4t³-1.45262*10^-6t⁴+3.044 9*10^-9t^-5
上記式において、「t」は温度計測部５７で計測した流体の温度である。

【0037】

伝搬長算出部６２は、例えば、上記式(１)及び式（２）から導出した以下の式（５）に、音速計測部６１で算出した音速Ｃｔと、計測した伝搬時間ｔ₁₂及び伝搬時間ｔ₂₁と、を代入することにより超音波の伝搬長Ｌを算出することができる。
Ｌ＝２Ｃ／｛（１／ｔ₁₂）＋（１／ｔ₂₁）｝ …（５）

【0038】

伝搬長判定部６３は、伝搬長算出部６２で算出した伝搬長Ｌと、初期伝搬長Ｌ₀と、を比較し、両者の差が所定の閾値を超えるか否かを判定する。そして、伝搬長判定部６３は、両者の差が閾値を超える場合に伝搬長Ｌに異常が発生したものとして所定の警告情報を入出力部５６の表示ディスプレイ等に表示して出力する。伝搬長判定部６３で使用される閾値は、超音波流量計１の仕様や流体の種類等に応じて適宜設定することができる。

【0039】

次に、図４のフローチャートを用いて、本実施形態における超音波流量計１の伝搬長異常検出方法について説明する。

【0040】

まず、超音波流量計１の演算制御部５５のメモリに、伝搬長の異常判定で用いる初期伝搬長Ｌ₀を記憶させる（初期値記憶工程：Ｓ１）。次いで、演算制御部５５は、温度計測部５７を介して、計測対象となる流体の温度を計測する（温度計測工程：Ｓ２）。次いで、演算制御部５５の音速計測部６１は、温度計測工程Ｓ２で計測した温度に基づいて音速Ｃｔを算出（計測）する（音速計測工程：Ｓ３）。音速計測工程Ｓ３においては、既に述べたGreenspan-Tschieggの実験式等を用いて音速Ｃｔを算出することができる。

【0041】

次いで、演算制御部５５は、計時部５４を介して、配管Ａの上流側に設置された第１超音波送受信部２０Ａが超音波を送信し配管Ａの下流側に設置された第２超音波送受信部２０Ｂが当該超音波を受信するときに当該超音波が配管Ａの内部の流体を伝搬する伝搬時間ｔ₁₂と、配管Ａの下流側に設置された第２超音波送受信部２０Ｂが超音波を送信し配管Ａの上流側に設置された第１超音波送受信部２０Ａが当該超音波を受信するときに当該超音波が配管Ａの内部の流体を伝搬する伝搬時間ｔ₂₁と、を計測する（伝搬時間計測工程：Ｓ４）。

【0042】

次いで、演算制御部５５の伝搬長算出部６２は、音速計測工程Ｓ３で計測した音速Ｃｔと、伝搬時間計測工程Ｓ４で計測した伝搬時間ｔ₁₂、ｔ₂₁と、に基づいて超音波の伝搬長Ｌを算出する（伝搬長算出工程：Ｓ５）。伝搬長算出工程Ｓ５においては、既に述べた式（５）に、音速計測工程Ｓ３で算出した音速Ｃｔと、伝搬時間計測工程Ｓ４で計測した伝搬時間ｔ₁₂、ｔ₂₁と、を代入することにより超音波の伝搬長Ｌを算出することができる。

【0043】

続いて、演算制御部５５の伝搬長判定部６３は、伝搬長算出工程Ｓ５で算出した伝搬長Ｌと、メモリに記憶させておいた初期伝搬長Ｌ₀と、の差が所定の閾値を超えるか否かを判定する（伝搬長判定工程：Ｓ６）。そして、伝搬長判定部６３は、算出した伝搬長Ｌと初期伝搬長Ｌ₀の差が所定の閾値を超える場合に、伝搬長に異常が発生したものとして所定の警告情報を入出力部５６の表示ディスプレイ等に表示して出力し（異常出力工程：Ｓ７）、その後制御を終了する。一方、伝搬長判定部６３は、算出した伝搬長Ｌと初期伝搬長Ｌ₀との差が所定の閾値以下である場合に、伝搬長に異常が発生していないものとしてそのまま制御を終了する。

【0044】

以上説明した実施形態に係る超音波流量計１においては、計測対象となる流体の温度に基づいて音速を算出し、算出した音速に基づいて超音波の伝搬長Ｌを算出し、算出した伝搬長Ｌと初期伝搬長Ｌ₀とを比較し、両者の差が所定の閾値を超えるか否かを判定して伝搬長異常を検出することができる。従って、伝搬長異常の原因（例えば、超音波の伝搬経路上における付着物の堆積、計測対象流体の圧力上昇に起因した配管内径の拡大、配管の温度上昇に起因した配管の熱膨張、等）を早期に特定することができ、流量計測精度を維持することが可能となる。

【0045】

なお、以上の実施形態においては、Greenspan-Tschieggの実験式を用いて音速Ｃｔを算出した例を示したが、音速の算出方法はこれに限られるものではない。例えば、McConnel-Mrukの実験式（Ｃｔ=1554-0.0305(68.4-t)²10^-4(t-20)(t-40)(t-60)）、Willardの実験式（Ｃｔ=1557-0.0245(74-t)²）、Randallの実験式（Ｃｔ=1404.4+4.821t-0.047562t²+0.00013541t³）等を採用して音速を算出することもできる。

【0046】

また、以上の実施形態においては、計測対象となる流体の温度に基づいて音速を算出した例を示したが、流体の温度以外の物理量に基づいて音速を算出する手段を採用したり、音速を直接計測する手段（音速計等）を採用したりすることもできる。音速を直接計測する手段（音速計）を採用する場合には、本実施形態における音速計測部６１及び温度計測部５７の代わりに音速計を設け、音速計で計測した音速に基づいて演算制御部５５の伝搬長算出部６２で伝搬長を算出するようにする。

【0047】

また、以上の実施形態においては、伝搬長の変化を検出する方法について説明したが、伝搬長の変化に基づいて配管内の堆積物の厚さを算出し、この堆積物の厚さに基づいて配管の断面積の変化率を算出してもよい。また、伝搬長の変化に基づいて算出した堆積物の厚さと、この堆積物の厚さに起因した配管の断面積変化に基づく流量誤差と、の相関関係を用いて、流量誤差を所定範囲内（例えば３〜５％）に抑えるための堆積物の厚さの上限値を求め、堆積物がその上限値を超えた場合に所定の警告情報を出力することもできる。

【0048】

また、以上の実施形態においては、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂをそれぞれ配管Ａの内部に設けた例を示したが、第１超音波送受信部２０Ａ及び第２超音波送受信部２０Ｂをそれぞれ配管Ａの外部に設けた場合においても、計測対象となる流体の温度と音速との関係を利用して音速を算出し、算出した音速に基づいて超音波の伝搬長を算出し、算出した伝搬長と初期伝搬長とを比較し、両者の差が所定の閾値を超えるか否かを判定して伝搬長異常を検出することができる。

【0049】

本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、この実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、上記実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、上記実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0050】

１…超音波流量計
２０Ａ…第１超音波送受信部
２０Ｂ…第２超音波送受信部
５５…演算制御部（流量算出部）
５７…温度計測部
６１…音速計測部
６２…伝搬長算出部
６３…伝搬長判定部
Ａ…配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】