特許 6491949 超音波流量スイッチ

(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】6491949

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】超音波流量スイッチ

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20060101AFI20190318BHJP

   H01H 35/40 20060101ALI20190318BHJP

   H01H 35/00 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/66 A

   H01H35/40 Z

   H01H35/00 P

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-99222(P2015-99222)

(22)【出願日】2015年5月14日

(65)【公開番号】特開2016-217736(P2016-217736A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2018年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(74)【代理人】

【識別番号】100187931

【弁理士】

【氏名又は名称】澤村 英幸

(72)【発明者】

【氏名】石川 要

(72)【発明者】

【氏名】花田 智紀

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４６１４６６６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開昭４９−６６３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４９６１８８９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許第８３５６５２２（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ１／６６

Ｈ０１Ｈ３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管内を流れる流体の流量に基づくオンオフ信号を出力する超音波流量スイッチであって、
前記配管内を流れる流体への超音波の送信および前記配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも送信を行う第１の超音波素子と、
前記配管内を流れる流体への超音波の送信および前記配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも受信を行う第２の超音波素子と、
前記第１および第２の超音波素子を前記配管の外面に一体的または個別に着脱可能に固定する固定具と、
前記配管および流体の少なくとも一方に関する入力情報を受け付ける受け付け部と、
前記第１および第２の超音波素子のうち少なくとも一方の出力信号、および前記受け付け部により受け付けられた入力情報に基づいて、前記配管内の流体の流量を算出する算出部と、
前記算出部により算出された流量と予め定められた流量しきい値とに基づいて前記オンオフ信号を出力する出力部とを備え、
前記受け付け部は、第１の設定モードにおいて、前記配管の外径のみ、前記配管の厚みのみ、または前記配管の外径および厚みのみを前記入力情報として受け付ける、超音波流量スイッチ。

【請求項2】

前記受け付け部は、前記第１の設定モードにおいて、前記配管の外径、前記配管の厚み、または前記配管の外径および厚みとして予め定められた複数の条件のうち使用者により選択された一の条件を前記入力情報として受け付ける、請求項１記載の超音波流量スイッチ。

【請求項3】

前記受け付け部は、第２の設定モードにおいて、前記配管の外径および厚み以外の前記配管または流体に関するパラメータを含む詳細情報を前記入力情報として受け付ける、請求項１または２記載の超音波流量スイッチ。

【請求項4】

前記詳細情報は、前記算出部により算出される流量を調整するための調整情報を含む、請求項３記載の超音波流量スイッチ。

【請求項5】

前記受け付け部は、前記入力情報として複数の設定項目にそれぞれ対応する複数の設定情報を順に受け付ける、請求項３または４記載の超音波流量スイッチ。

【請求項6】

前記受け付け部は、前記複数の設定項目にそれぞれ対応する複数の設定画面を順に表示し、各設定画面上で前記設定情報を受け付ける、請求項５記載の超音波流量スイッチ。

【請求項7】

前記出力部は、第１および第２の出力部を含み、
前記しきい値は、第１および第２のしきい値を含み、
前記第１の出力部は、前記算出部により算出された流量と前記第１のしきい値とに基づいて前記オンオフ信号を出力し、
前記第２の出力部は、前記算出部により算出された流量と前記第２のしきい値とに基づいて前記オンオフ信号を出力する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波流量スイッチ。

【請求項8】

前記第１および第２の超音波素子を一体的に収容する筐体部と、
前記筐体部に設けられ、前記入力情報を表示する表示部とをさらに備え、
前記受け付け部は、前記筐体部に設けられる操作部である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波流量スイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波流量スイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

超音波により配管内を流れる流体の流量を測定する超音波流量計がある。特許文献１に記載される超音波式流量計はセンサ部を有する。センサ部が配管の外面上に取り付けられ、センサ部から配管内の流体に超音波が送信される。流体内を伝播した超音波がセンサ部に受信される。超音波が流体内を伝播する時間に基づいて配管内を流れる流体の流量が算出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−３５６０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の超音波流量計において、超音波の送信から受信までに要する時間は、配管の寸法および材質、流体中の音速、ならびに流体の温度、密度および動粘性等によって異なる。そのため、精度良く流体の流量を算出するためには、配管および流体の特性に関する多種のパラメータが必要である。したがって、各種パラメータの設定のために使用者が煩雑な操作を行う必要があり、使用者に大きな負担がかかる。また、そのような設定に関する知識に乏しい使用者にとっては、各種設定を適切に行うことが難しい。

【0005】

一方、工場内の設備の稼働状態を管理する場合のように、配管内を流れる流体の正確な流量の値は必要ではなく配管内に一定値以上の流量で流体が流れているか否かを検出すればよい場合がある。このような場合には、流量計ではなくオンオフ信号を出力する流量スイッチを用いることができる。流量スイッチには、専門の知識および煩雑な操作を要することなく、簡単な設定操作で使用可能であることが求められる。

【0006】

本発明の目的は、簡単な設定操作で使用可能な超音波流量スイッチを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明に係る超音波流量スイッチは、配管内を流れる流体の流量に基づくオンオフ信号を出力する超音波流量スイッチであって、配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも送信を行う第１の超音波素子と、配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも受信を行う第２の超音波素子と、第１および第２の超音波素子を配管の外面に一体的または個別に着脱可能に固定する固定具と、配管および流体の少なくとも一方に関する入力情報を受け付ける受け付け部と、第１および第２の超音波素子のうち少なくとも一方の出力信号、および受け付け部により受け付けられた入力情報に基づいて、配管内の流体の流量を算出する算出部と、算出部により算出された流量と予め定められた流量しきい値とに基づいてオンオフ信号を出力する出力部とを備え、受け付け部は、第１の設定モードにおいて、配管の外径のみ、配管の厚みのみ、または配管の外径および厚みのみを入力情報として受け付ける。

【0008】

この超音波流量スイッチにおいては、固定具によって第１および第２の超音波素子が配管の外面に固定され、第１および第２の超音波素子の間で配管内の流体を通して超音波の送信および受信が行われる。第１および第２の超音波素子の少なくとも一方の出力信号、および受け付け部により受け付けられた入力情報に基づいて配管内の流体の流量が算出され、算出された流量と予め定められた流量しきい値とに基づいてオンオフ信号が出力される。

【0009】

第１の設定モードにおいては、配管の外径のみ、配管の厚みのみ、または配管の外径および厚みのみが入力情報として受け付けられ、配管および流体に関する他の情報が使用者に要求されることはない。したがって、使用者は、専門の知識および煩雑な操作を必要とせず、簡単な設定操作で超音波流量スイッチを使用することができる。

【0010】

（２）受け付け部は、第１の設定モードにおいて、配管の外径、配管の厚み、または配管の外径および厚みとして予め定められた複数の条件のうち使用者により選択された一の条件を入力情報として受け付けてもよい。この場合、使用者による一の条件の選択によって入力情報が設定される。したがって、入力情報の設定のための操作がより容易になる。

【0011】

（３）受け付け部は、第２の設定モードにおいて、配管の外径および厚み以外の配管または流体に関するパラメータを含む詳細情報を入力情報として受け付けてもよい。この場合、第２の設定モードにおいて、配管および流体に関するより詳細な設定を行うことができる。それにより、流量の算出の精度を高めることができ、多様な状況で超音波流量スイッチを使用することが可能となる。

【0012】

（４）詳細情報は、算出部により算出される流量を調整するための調整情報を含んでもよい。この場合、調整情報に基づいて流量の算出の誤差を適宜修正することができる。

【0013】

（５）受け付け部は、入力情報として複数の設定項目にそれぞれ対応する複数の設定情報を順に受け付けてもよい。この場合、複数の設定情報が順に受け付けられるので、使用者が設定項目の選択等を行う必要がない。したがって、各種設定のための操作が容易になる。

【0014】

（６）受け付け部は、複数の設定項目にそれぞれ対応する複数の設定画面を順に表示し、各設定画面上で設定情報を受け付けてもよい。この場合、使用者は、表示される設定画面を見ながら各種設定のための操作を容易に行うことができる。

【0015】

（７）出力部は、第１および第２の出力部を含み、しきい値は、第１および第２のしきい値を含み、第１の出力部は、算出部により算出された流量と第１のしきい値とに基づいてオンオフ信号を出力し、第２の出力部は、算出部により算出された流量と第２のしきい値とに基づいてオンオフ信号を出力してもよい。

【0016】

この場合、第１のしきい値に基づくオンオフ信号および第２のしきい値に基づくオンオフ信号がそれぞれ出力される。これらのオンオフ信号に基づいて外部装置の多様な制御が可能となる。
超音波流量スイッチは、第１および第２の超音波素子を一体的に収容する筐体部と、筐体部に設けられ、入力情報を表示する表示部とをさらに備え、受け付け部は、筐体部に設けられる操作部であってもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、簡単な設定操作で超音波流量スイッチを使用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施の形態に係る流量スイッチの外観斜視図である。

【図2】図１の流量スイッチの内部構成を示す模式的縦断面図である。

【図3】流量スイッチの制御系を示すブロック図である。

【図4】センサ部の平面図である。

【図5】配管情報の設定画面の例を示す図である。

【図6】調整情報の設定画面の例を示す図である。

【図7】入力情報設定処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［１］超音波流量スイッチの概略構成
以下、本発明の一実施の形態に係る超音波流量スイッチ（以下、流量スイッチと略記する。）について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る流量スイッチの外観斜視図である。図２は、図１の流量スイッチ１の内部構成を示す模式的縦断面図である。図１に示すように、流量スイッチ１は、クランプ部１００およびセンサ部４００により構成される。

【0020】

クランプ部１００は、上クランプ部材２００および下クランプ部材３００を含む。上クランプ部材２００および下クランプ部材３００が配管２を挟み込むように配置される。この状態で、クランプ部１００が配管２の外周面に取り付けられる。図１および図２の例では、配管２の内径はｄである。本実施の形態においては、センサ部４００は、２個のセンサ固定ねじ４１０により上クランプ部材２００に着脱可能に固定される。

【0021】

図２に示すように、センサ部４００は、筐体部５００、結合部６００、超音波制御機構７００および電子回路部８００を含む。筐体部５００は、上筐体部５１０、下筐体部５２０および経路部材５３０を含む。上筐体部５１０は、透明部材により形成された窓部５１１を上面に有する。下筐体部５２０の上部に上筐体部５１０が取り付けられるとともに、下筐体部５２０の下部に経路部材５３０が取り付けられる。これにより、筐体部５００の内部に水および油等の液体が浸入不可能な空間が形成される。

【0022】

結合部６００は、固体の音響カプラント６１０を含む。音響カプラント６１０は、筐体部５００の経路部材５３０と配管２との間に位置するように、図示しない保持部材により下筐体部５２０に保持される。

【0023】

筐体部５００の内部に超音波制御機構７００が収容される。超音波制御機構７００は、２個の超音波素子７１０，７２０、超音波遮蔽板７３０および２個の充填部材７４０，７５０を含む。超音波素子７１０は、配管２に対して所定の角度を成すように配置され、音響接合剤７１１を介して経路部材５３０に接合される。同様に、超音波素子７２０は、配管２に対して所定の角度を成すように配置され、音響接合剤７２１を介して経路部材５３０に接合される。

【0024】

経路部材５３０のうち超音波素子７１０，７２０の間の部分が分断されるように、超音波遮蔽板７３０が設けられる。充填部材７４０，７５０は互いに異なる部材により形成される。充填部材７４０は、超音波素子７１０，７２０の周囲を取り囲むように配置される。充填部材７５０は、充填部材７４０の上方に配置される。

【0025】

電子回路部８００は、主基板８１０、副基板８２０、コネクタ８３０および表示灯８４０を含む。主基板８１０は、超音波素子７１０，７２０、副基板８２０、コネクタ８３０および表示灯８４０に電気的に接続される。主基板８１０には、主として制御部８１１および記憶部８１２が設けられる。

【0026】

制御部８１１は例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。制御部８１１は、コネクタ８３０およびケーブル３を通して流量スイッチ１の外部装置に接続される。それにより、外部装置の電源から主基板８１０および副基板８２０に電力が供給される。外部装置は、例えばパーソナルコンピュータまたはプログラマブルロジックコントローラである。記憶部８１２は、不揮発性メモリまたはハードディスク等の記録媒体を含む。記憶部８１２には、流量スイッチ１を動作させるための種々のデータおよびプログラムが記憶される。

【0027】

副基板８２０には、主として表示部８２１および操作部８２２が設けられる。主基板８１０および副基板８２０は、筐体部５００の内部に収容される。表示部８２１は、１４セグメントＬＥＤ（発光ダイオード）パネルを含む。なお、表示部８２１は、１４セグメントＬＥＤパネルに代えて、７セグメントＬＥＤパネル、液晶表示器またはドットマトリクス表示器のいずれかを含んでもよい。操作部８２２は、複数のボタンを含み、筐体部５００の上方から操作可能に構成される。複数のボタンの詳細は後述する。コネクタ８３０は、１または複数の入出力端子を含む。表示灯８４０は、１または複数のＬＥＤを含む。コネクタ８３０および表示灯８４０は、筐体部５００の上筐体部５１０の上面に設けられる。

【0028】

図３は、流量スイッチ１の制御系を示すブロック図である。図３に示すように、主基板８１０には、上記の制御部８１１および記憶部８１２に加えて送受信切替回路８１３、送信部８１４および受信部８１５が設けられる。

【0029】

送信部８１４は、例えば信号発生回路および増幅回路を含む。また、受信部８１５は、例えばＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換回路および増幅回路を含む。送信部８１４および受信部８１５は、それぞれ送受信切替回路８１３に接続される。

【0030】

送信部８１４においては、制御部８１１による制御に基づいて信号発生回路からアナログ信号が発生される。発生されたアナログ信号は、増幅回路により増幅されつつ送受信切替回路８１３に与えられる。送受信切替回路８１３は、送信部８１４から与えられるアナログ信号を超音波素子７１０，７２０に交互に与える。超音波素子７１０にアナログ信号が与えられることにより、超音波素子７１０から超音波が発生される。超音波素子７２０にアナログ信号が与えられることにより、超音波素子７２０から超音波が発生される。

【0031】

図２に示すように、超音波素子７１０から発生された超音波は、経路部材５３０および音響カプラント６１０を通して入射角θで配管２内の流体に入射される。流体内を伝播する超音波は、反射角θで配管２の内面で反射される。反射された超音波は、音響カプラント６１０および経路部材５３０を通して超音波素子７２０により受信される。超音波素子７２０は受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。超音波素子７２０から出力されたアナログ信号は、図３の送受信切替回路８１３を通して受信部８１５に与えられる。

【0032】

受信部８１５においては、送受信切替回路８１３から与えられたアナログ信号が増幅回路により増幅されるとともにＡ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、制御部８１１に与えられる。

【0033】

一方、超音波素子７２０から発生された超音波は、経路部材５３０および音響カプラント６１０を通して入射角θで配管２内の流体に入射される。流体内を伝播する超音波は、反射角θで配管２の内面で反射される。反射された超音波は、音響カプラント６１０および経路部材５３０を通して超音波素子７１０により受信される。超音波素子７１０は受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。超音波素子７１０から出力されたアナログ信号は、図３の送受信切替回路８１３および受信部８１５を通して増幅されかつデジタル信号に変換されつつ制御部８１１に与えられる。

【0034】

制御部８１１が記憶部８１２に記憶されるプログラムを実行することにより、図３に示すように、時間差測定部１１、流量算出部１２、情報設定部１３、比較判定部１４および信号出力部１５の機能が実現される。

【0035】

時間差測定部１１は、受信部８１５から与えられるデジタル信号に基づいて時間差Δｔを測定する。時間差Δｔは、超音波素子７１０により発生された超音波が超音波素子７２０により受信されるまでの時間と超音波素子７２０により発生された超音波が超音波素子７１０により受信されるまでの時間との差である。流量算出部１２は、時間差測定部１１により測定された時間差Δｔに基づいて、配管２内を流れる流体の速度Ｖ_ｆを下記式（１）により算出するとともに、配管２内を流れる流体の流量Ｑを下記式（２）により算出する。

【0036】

【数1】

【0037】

【数2】

【0038】

ここで、ｄは配管２の内径であり、θは超音波の入射角であり、Ｖ_ｓは流体内を伝播する超音波の速度である。Ｋは、配管２の断面内で所定の分布を有する流体の速度を平均速度に換算するための流量補正係数である。後述のように、入射角θ、速度Ｖ_ｓおよび流量補正係数Ｋは、予め定められてもよく、適宜設定されてもよい。

【0039】

情報設定部１３は、使用者による操作部８２２の操作に応答して配管２および流体の少なくとも一方に関する入力情報を設定する。入力情報は、記憶部８１２に記憶される。入力情報の設定については後述する。また、情報設定部１３は、使用者による操作部８２２の操作に応答して流量のしきい値を記憶部８１２に記憶させる。

【0040】

比較判定部１４は、算出された流量Ｑを記憶部８１２に予め記憶されたしきい値と比較し、流量Ｑがしきい値よりも大きいか否かを判定する。信号出力部１５は、比較判定部１４による判定結果に基づくオンオフ信号をコネクタ８３０およびケーブル３を通して外部装置８９０に出力する。

【0041】

オンオフ信号は、例えばデジタル信号であり、流量Ｑがしきい値よりも大きい場合に、ハイレベル（またはローレベル）のオンオフ信号が出力され、流量Ｑがしきい値以下である場合に、ローレベル（またはハイレベル）のオンオフ信号が出力される。また、許容される流量Ｑの範囲の上限値および下限値に相当するしきい値が設定されてもよい。この場合、流量Ｑが上限値以下でかつ下限値以上である場合、ハイレベル（またはローレベル）のオンオフ信号が出力し、流量Ｑが上限値より大きいまたは下限値より小さい場合、ローレベル（またはハイレベル）のオンオフ信号が出力される。

【0042】

表示部８２１には、上記式（１）により算出された流体の速度Ｖ_ｆ、上記式（２）により算出された流量Ｑまたは記憶部８１２に記憶されたしきい値等の種々の情報が表示される。

【0043】

表示灯８４０は、比較判定部１４による判定結果を識別可能に点灯する。例えば、表示灯８４０は、流量Ｑがしきい値よりも大きい場合に点灯（または消灯）し、流量Ｑがしきい値以下である場合に消灯（または点灯）する。それにより、使用者は、流量Ｑがしきい値よりも大きいか否かを容易に識別することができる。表示灯８４０は、緑色に発光するＬＥＤおよび赤色に発光するＬＥＤを含んでもよい。この場合、表示灯８４０は、流量Ｑがしきい値よりも大きい場合に緑色（または赤色）に点灯し、流量Ｑがしきい値以下である場合に赤色（または緑色）に点灯してもよい。

【0044】

［２］流量表示およびしきい値の設定
図４は、センサ部４００の平面図である。図４に示すように、使用者は、センサ部４００の上面中央に設けられる窓部５１１を通して、図２の表示部８２１に表示される情報を視認することができる。表示部８２１は、センサ部４００の幅方向に並ぶ２段の表示領域を有する。各段の表示領域においては、４つのキャラクタが表示可能である。以下の説明では、２段の表示領域のうち一方の表示領域を上段表示領域８２１ａと呼び、他方の表示領域を下段表示領域８２１ｂと呼ぶ。

【0045】

上段表示領域８２１ａには、例えば図３の流量算出部１２により算出される現在の流量Ｑが示される。また、下段表示領域８２１ｂには、例えば予め設定されたしきい値が示される。図４では、現在の流量Ｑが３５．６（Ｌ／ｍｉｎ）であり、しきい値が１５．０（Ｌ／ｍｉｎ）である例が示される。

【0046】

センサ部４００の長手方向において、窓部５１１に隣り合うように操作部８２２が設けられている。操作部８２２は、上ボタン１Ｓ、下ボタン２Ｓおよびモードボタン３Ｓを含む。上ボタン１Ｓ、下ボタン２Ｓおよびモードボタン３Ｓの各々は、使用者により押下操作可能に構成される。使用者は、上ボタン１Ｓ、下ボタン２Ｓおよびモードボタン３Ｓを操作することにより種々の情報を設定することができる。

【0047】

例えば、使用者は、上段表示領域８２１ａおよび下段表示領域８２１ｂにそれぞれ現在の流量Ｑおよびしきい値が表示された状態で、上ボタン１Ｓを押下操作する。この場合、図３の記憶部８１２に記憶されたしきい値がより大きい値に更新され、更新されたしきい値が下段表示領域８２１ｂに表示される。一方、使用者が下ボタン２Ｓを押下操作する場合、記憶部８１２に記憶されたしきい値がより小さい値に更新され、更新されたしきい値が下段表示領域８２１ｂに表示される。

【0048】

［３］入力情報の設定
本実施の形態では、入力情報の設定モードとして簡易設定モードおよび詳細設定モードがあり、少なくとも簡易設定モードで入力情報が設定される。以下、簡易設定モードおよび詳細設定モードについて具体的に説明する。

【0049】

［３−１］簡易設定モード
簡易設定モードでは、配管２の寸法に関する情報（以下、配管情報と呼ぶ。）のみが設定される。配管情報は、配管２の外径のみ、配管２の厚みのみ、または配管２の外径および配管２の厚みのみである。

【0050】

配管２内の流体の流量を算出するためには、上式（１）および（２）に表されるように、配管２の内径が必要である。一方、一般的な配管２の寸法は、規格によって複数の種類に定められている。そのため、配管２の外径および厚みのうちの少なくとも一方が特定されると、規格に基づいて配管２の内径が特定される。

【0051】

また、上式（２）の入射角θ、速度Ｖ_ｓおよび流量補正係数Ｋは、配管２の材質、流体中の音速、ならびに流体の温度、密度および動粘性等の配管２および流体の特性に関する多種のパラメータによって変化する。配管２の特性は配管２の材料に依存し、流体の特性は流体の種類に依存する。

【0052】

流量スイッチ１の使用の対象となる配管２および流体はほぼ一定である。例えば、対象となる配管の材料は炭素鋼であり、対象となる流体は純水である。そこで、対象となる配管２のおよび流体の特性が予め特定される。その配管２および流体の特性に対応する入射角θ、速度Ｖ_ｓおよび流量補正係数Ｋが、初期情報として図３の記憶部８１２に予め記憶される。

【0053】

簡易設定モードで配管情報が設定された場合、その配管情報および予め記憶される初期情報に基づいて、流体の流量を算出することができる。配管２の外径および厚みの両方が設定される場合には、配管２の外径のみまたは配管２の厚みのみが設定される場合に比べて、流体の流量の算出精度が高まる。

【0054】

図５は、配管情報の設定画面の例を示す図である。図５（ａ）の例は、配管２の外径の設定画面であり、上段表示領域８２１ａに配管２の呼び径が表示される。呼び径は、ミリ単位のＡ呼称またはインチ単位のＢ呼称で表され、配管２の外径を特定するために一般的に用いられる。図５（ａ）の例では、呼び径がＢ呼称で表される。呼び径は、ＪＩＳ規格等によって定められる。配管２の外径は、Ａ呼称の呼び径で表示されてもよく、実際の寸法を表すミリ単位またはインチ単位の数値で表示されてもよい。なお、呼び径（Ａ呼称またはＢ呼称）としてのミリ単位またはインチ単位の数値は、実際の寸法を表すミリ単位またはインチ単位の数値とは一致しない。

【0055】

図５（ｂ）の例は、配管２の厚みの設定画面であり、下段表示領域８２１ｂに配管２の厚みを表すスケジュール番号が表示される。スケジュール番号は、ＪＩＳ規格等によって定められる。配管２の厚みは、実際の寸法を表すミリ単位またはインチ単位の数値等で表示されてもよい。

【0056】

配管情報が配管２の外径のみである場合、例えば、図５（ａ）の設定画面上で配管情報が設定される。また、配管情報が配管２の厚みのみである場合、例えば、図５（ｂ）の設定画面上で配管情報が設定される。また、配管情報が配管２の外径および厚みのみである場合、例えば、図５（ａ）および図５（ｂ）の設定画面が順に表示され、それらの設定画面上で配管情報が設定される。

【0057】

配管２の外径、配管２の厚み、または配管２の外径および厚みとして、予め複数の条件が図３の記憶部８１２に記憶され、その複数の条件のうち一の条件が選択されることにより配管情報が設定されてもよい。例えば、図５（ａ）の例において、上ボタン１Ｓおよび下ボタン２Ｓが押下されることにより、予め記憶された複数の外径（呼び径）が順次表示され、モードボタン３Ｓが押下されることにより、その時点で表示されている外径が配管情報として設定される。また、図５（ｂ）の例において、上ボタン１Ｓおよび下ボタン２Ｓが押下されることにより、予め記憶された複数の厚み（スケジュール番号）が順次表示され、モードボタン３Ｓが押下されることにより、その時点で表示されている厚みが配管情報として設定される。また、配管２の外径または厚みに関する複数の条件に番号または名称がそれぞれ付され、一の番号または名称が選択されることによって配管情報が設定されてもよい。あるいは、配管２の外径または厚みを表す数値等が直接入力されることによって配管情報が設定されてもよい。

【0058】

［３−２］詳細設定モード
詳細設定モードでは、上記の配管情報以外の配管２および流体に関する情報が詳細情報として設定される。詳細情報は、例えば、配管２の材料または流体の種類を含む。また、詳細情報は、流体中の音速、ならびに流体の温度、密度および動粘性等を含んでもよい。この場合、実際の配管２の材料が初期情報に対応する配管２の材料と異なる場合、または実際の流体の種類が初期情報に対応する流体の種類と異なる場合でも、詳細情報に基づいて、流体の流量を精度良く算出することができる。したがって、多様な状況で流量スイッチ１を使用することが可能となる。

【0059】

また、詳細情報は、図３の流量算出部１２により算出される流量を調整するための調整情報を含んでもよい。以下、調整情報によって調整される前の流量を基本流量と呼び、調整情報によって調整された後の流量を補正流量と呼ぶ。図６は、調整情報の設定画面の例を示す図である。図６の例では、下段表示領域８２１ｂに、調整情報として調整比率が表示される。調整比率は、基本流量に対する補正流量の比率である。上段表示領域８２１ａには、補正流量が表示される。

【0060】

図６（ａ）の例では、調整比率が１．０であり、補正流量が基本流量と等しい。例えば、上ボタン１Ｓまたは下ボタン２Ｓが押下されることにより、調整比率が変化される。図６（ｂ）の例では、調整比率が１．２である。それにより、表示される補正流量は、基本流量に１．２が乗算された値となる。また、図６（ｃ）の例では、調整比率が０．９５である。それにより、表示される補正流量は、基本流量に０．９５が乗算された値となる。このように、下段表示領域８２１ｂに表示される流量調整値が変更されると、上段表示領域８２１ａに表示される補正流量が適宜更新される。それにより、使用者は、補正流量を確認しながら流量調整値の設定操作を容易にかつ適切に行うことができる。

【0061】

基本流量が実際の流量と異なる場合には、調整情報を設定することにより、算出される流量の調整を行うことができる。例えば、精度の高い他の計測装置による配管２内の流体の流量が計測され、その計測値が流量スイッチ１により算出される基本流量と異なる場合には、補正流量が計測値と一致するように、調整情報が設定される。図３の比較判定部１４は、補正流量をしきい値と比較する。

【0062】

基本流量が実際の流量と異なる原因として、流量の算出に用いられるいずれかのパラメータに誤りがあることが考えられる。しかしながら、誤ったパラメータを特定することは困難であり、仮に特定することができても、誤差を修正するために煩雑な計算および操作が必要となる。そこで、基本流量を調整するための調整情報が設定されることにより、簡単な操作で流量の誤差を適宜修正することができる。

【0063】

なお、上記の簡易設定モードおよび詳細設定モードの少なくとも一方において、入力情報として複数の設定項目に関する情報が設定される場合には、それらの設定項目にそれぞれ対応する複数の設定画面が順に表示され、各設定画面上で対応する情報が受け付けられることが好ましい。例えば、簡易設定モードにおいて配管２の外径および厚みが配管情報として設定され、かつ詳細設定モードにおいて流体の種類および調整情報が詳細情報として設定される。その場合、配管２の外径の設定画面（図５（ａ）参照）および配管２の厚みの設定画面（図５（ｂ）参照）が順に表示され、配管２の外径および厚みが順に受け付けられる。続いて、流体の種類の設定画面および調整情報の設定画面（図６参照）が順に表示され、流体の種類および調整情報が順に受け付けられる。このように、複数の情報が順に受け付けられることにより、使用者が設定項目の選択等を行う必要がない。したがって、使用者は、順に表示される設定画面を見ながら各設定のための操作を容易に行うことができる。

【0064】

［４］入力情報設定処理
図３の制御部８１１は、予め記憶部８１２に記憶された制御プログラムに基づいて、入力情報設定処理を行う。図７は、入力情報設定処理の一例を示すフローチャートである。図７の入力情報設定処理は、例えば、工場からの出荷後であって最初の電源投入時、または設定を初期化するための所定の操作の実行時に開始される。

【0065】

図７に示すように、まず、情報設定部１３は、簡易設定モードとして、配管情報の設定画面（図５参照）を表示部８２１に表示させる（ステップＳ１）。次に、情報設定部１３は、使用者による操作部８２２の操作に基づいて、配管情報を受け付ける（ステップＳ２）。例えば、図５の上ボタン１Ｓおよび下ボタン２Ｓが押下されることよって配管２の外径もしくは厚み、またはその両方について数値等が選択され、その状態でモードボタン３Ｓが押下されることによって配管情報が受け付けられる。

【0066】

次に、情報設定部１３は、入力情報の設定の終了の指示があるか否かを判定する（ステップＳ３）。例えば、ステップＳ２における配管情報の受け付け時に、図５のモードボタン３Ｓが短時間だけ押下された場合、入力情報の設定の終了が指示される。一方、ステップＳ２における配管情報の受け付け時に、図５のモードボタン３Ｓが長押しされた場合、詳細設定モードへの切替が指示される。

【0067】

入力情報の設定の終了の指示がある場合、流量算出部１２は、ステップＳ２で受け付けられた配管情報に基づいて、配管２内の流体の流量を算出する（ステップＳ４）。流量の算出には、配管情報によって特定される配管２の内径、および図３の時間差測定部１１により測定される時間差Δｔ等が用いられる。次に、情報設定部１３は、算出された流量および予め記憶されたしきい値を表示部８２１に表示させる（ステップＳ５）。これにより、入力情報設定処理が終了する。

【0068】

一方、ステップＳ３において、入力情報の設定の終了の指示がなく、詳細設定モードへの切替の指示がある場合、情報設定部１３は、詳細情報の設定画面（図６参照）を表示部８２１に表示させる。次に、情報設定部１３は、使用者による操作部８２２の操作に基づいて、詳細情報を受け付ける。これにより、詳細情報として、配管の材料、流体の種類、または調整情報等が設定される。

【0069】

その後、流量算出部１２は、受け付けられた配管情報および詳細情報に基づいて、配管２内の流体の流量を算出する。この場合、少なくとも配管情報によって特定される配管２の内径、詳細情報によって特定される他のパラメータ、ならびに時間差測定部１１により測定される時間差Δｔ等が用いられる。次に、情報設定部１３は、算出された流量および予め記憶されたしきい値を表示部８２１に表示させる（ステップＳ５）。これにより、入力情報設定処理が終了する。

【0070】

［５］効果
本実施の形態に係る流量スイッチ１においては、簡易設定モードで入力情報が設定される場合に、配管２の外径のみ、配管２の厚みのみ、または配管２の外径および厚みのみが受け付けられる。受け付けられた入力情報に基づいて配管２内の流体の流量が算出され、表示部８２１に表示される。この場合、配管および流体に関する他の情報が使用者に要求されない。それにより、使用者は、専門の知識および煩雑な操作を必要とせず、簡単な設定操作で流量スイッチ１を使用することができる。

【0071】

［６］他の実施の形態
（１）上記実施の形態では、入力情報を設定するための設定モードとして簡易設定モードおよび詳細設定モードがあるが、本発明はこれに限らない。例えば、対象とする配管２および流体が一定である場合には、設定モードが簡易設定モードのみであってもよい。この場合、対象となる配管２および流体の特性に対応する初期情報が予め記憶され、その初期情報および簡易設定モードで設定された配管情報に基づいて、配管２内の流体の流量を適切に算出することができる。

【0072】

（２）上記実施の形態では、信号出力部１５が１つのオンオフ信号のみを出力するが、本発明はこれに限らず、信号出力部１５が複数のオンオフ信号を出力してもよい。例えば、算出された流量が、複数のしきい値の各々と比較され、その比較結果に基づいて、複数のしきい値に対応する複数のオンオフ信号が出力される。この場合、複数のオンオフ信号に基づいて、外部装置の多様な制御が可能となる。

【0073】

（３）上記実施の形態においては、センサ部４００の制御部８１１は伝播時間差方式に基づいて式（２）により配管２内を流れる流体の流量を算出するが、本発明はこれに限定されない。制御部８１１はドップラー方式に基づいて配管２内を流れる流体の流量を算出してもよい。この場合、超音波素子７１０，７２０の一方が超音波送信素子により構成され、超音波素子７１０，７２０の他方が超音波受信素子により構成されてもよい。

【0074】

（４）上記実施の形態においては、超音波素子７１０，７２０が一体的に保持されるが、本発明はこれに限定されず、超音波素子７１０，７２０が個別に保持されてもよい。この場合、超音波素子７１０，７２０の各々に対応するように、筐体部および電子回路部等が設けられてもよい。

【0075】

（５）上記実施の形態においては、表示部８２１は筐体部５００に収容されるが、本発明はこれに限定されない。表示部８２１は、筐体部５００の外部に個別に設けられてもよい。例えば、表示部８２１は、配管２および超音波素子７１０，７２０から離間した位置に設けられてもよい。

【0076】

（６）上記実施の形態においては、制御部８１１および記憶部８１２は主基板８１０とともに筐体部５００に収容されるが、本発明はこれに限定されない。制御部８１１および記憶部８１２は、筐体部５００の外部に設けられてもよい。例えば、制御部８１１および記憶部８１２は、配管２および超音波素子７１０，７２０から離間した位置に設けられてもよい。

【0077】

（７）上記実施の形態では、図３の時間差測定部１１、流量算出部１２、情報設定部１３、比較判定部１４および信号出力部１５の各々が、ハードウェアとソフトウェアとにより実現されるが、本発明はこれに限定されない。時間差測定部１１、流量算出部１２、情報設定部１３、比較判定部１４および信号出力部１５の各々は、電子回路等のハードウェアで実現されてもよく、これらの構成要素の一部がＣＰＵおよびメモリ等のハードウェアとソフトウェアとにより実現されてもよい。

【0078】

（８）上記実施の形態においては、超音波素子７１０，７２０を配管２に固定するために、センサ部４００を固定するクランプ部１００が用いられるが、本発明はこれに限定されない。センサ部４００を配管２に固定することができるのであれば、クランプ部１００に代えて結束バンドが用いられてもよい。または、クランプ部１００の一部が結束バンドにより構成されてもよい。

【0079】

［７］請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

【0080】

上記実施の形態では、流量スイッチ１が超音波流量スイッチの例であり、超音波素子７１０または超音波素子７２０が第１の超音波素子の例であり、超音波素子７２０または超音波素子７１０が第２の超音波素子の例であり、クランプ部１００、筐体部５００、結合部６００、超音波遮蔽板７３０および２個の充填部材７４０，７５０が固定具の例である。また、情報設定部１３が受け付け部の例であり、流量算出部１２が算出部の例であり、信号出力部１５が出力部、ならびに第１および第２の出力部の例である。

【0081】

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本発明は、種々の超音波流量スイッチに有効に利用することができる。

【符号の説明】

【0083】

１ 流量スイッチ
１Ｓ 上ボタン
２ 配管
２Ｓ 下ボタン
３ ケーブル
３Ｓ モードボタン
１１ 時間差測定部
１２ 流量算出部
１３ 情報設定部
１４ 比較判定部
１５ 信号出力部
１００ クランプ部
２００ 上クランプ部材
３００ 下クランプ部材
４００ センサ部
４１０ センサ固定ねじ
５００ 筐体部
５１０ 上筐体部
５１１ 窓部
５２０ 下筐体部
５３０ 経路部材
６００ 結合部
６１０ 音響カプラント
７００ 超音波制御機構
７１０，７２０ 超音波素子
７１１，７２１ 音響接合剤
７３０ 超音波遮蔽板
７４０，７５０ 充填部材
８００ 電子回路部
８１０ 主基板
８１１ 制御部
８１２ 記憶部
８１３ 送受信切替回路
８１４ 送信部
８１５ 受信部
８２０ 副基板
８２１ 表示部
８２１ａ 上段表示領域
８２１ｂ 下段表示領域
８２２ 操作部
８３０ コネクタ
８４０ 表示灯
８９０ 外部装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】