特開 2024-178841 電磁流量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178841

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】電磁流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/58 20060101AFI20241218BHJP

【ＦＩ】

G01F1/58 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023097297

(22)【出願日】2023-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(74)【代理人】

【識別番号】100176728

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】林 悠一

(72)【発明者】

【氏名】岡本 和年

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 雄大

【テーマコード（参考）】

2F035

【Ｆターム（参考）】

2F035BE02

(57)【要約】

【課題】シンプルな構造で、非満水状態などの配管の内部の状態を判定する。
【解決手段】配管１１を流れる流体１４の流量を測定する電磁流量計１０が、配管１１の内側に重力方向に沿って超音波を送信するとともに、反重力方向に進行する超音波を受信する第１超音波センサ１８Ａと、第１超音波センサ１８Ａから重力方向に離間して第１超音波センサ１８Ａと対向し、配管１１の内側に反重力方向に沿って超音波を送信するとともに、重力方向に進行する超音波を受信する第２超音波センサ１８Ｂと、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂの超音波受信波形に基づき、配管１１の内部の状態を判定する演算器１７とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管を流れる流体の流量を測定する電磁流量計であって、
前記配管の内側に重力方向に沿って超音波を送信するとともに、反重力方向に進行する超音波を受信する第１超音波センサと、
前記第１超音波センサから重力方向に離間して前記第１超音波センサと対向し、前記配管の内側に反重力方向に沿って超音波を送信するとともに、重力方向に進行する超音波を受信する第２超音波センサと、
前記第１超音波センサ及び前記第２超音波センサの超音波受信波形に基づき、前記配管の内部の状態を判定する演算器と
を備える電磁流量計。

【請求項2】

前記演算器は、前記配管の内部の状態として、前記配管の内部が前記流体で満たされているかどうかを判定する請求項１に記載の電磁流量計。

【請求項3】

前記演算器は、前記配管の内部が前記流体で満たされていないと判定すると、アラームを出力する請求項２に記載の電磁流量計。

【請求項4】

前記演算器は、前記第１超音波センサの超音波受信波形に、前記第２超音波センサから送信された超音波の受信波形が含まれ、前記第２超音波センサの超音波受信波形に、前記第１超音波センサから送信された超音波の受信波形が含まれる場合に、前記配管の内部が前記流体で満たされていると判定する請求項２に記載の電磁流量計。

【請求項5】

前記演算器は、複数時点での前記第２超音波センサの超音波受信波形に含まれる、前記第２超音波センサから送信された超音波が前記流体に進入してから界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差を検知することで、前記配管の内部が前記流体で満たされていない非満状態を検知する請求項２に記載の電磁流量計。

【請求項6】

前記演算器は、前記非満状態を検知すると、前記第２超音波センサからの超音波の送信と前記反射波の受信との時間差から前記流体の液位を算出し、前記流体の液位の算出結果を前記流体の流量の測定結果に反映する請求項５に記載の電磁流量計。

【請求項7】

前記演算器は、前記配管の内部の状態として、前記配管の底部に堆積物が溜まっているかどうかを判定する請求項１に記載の電磁流量計。

【請求項8】

前記演算器は、前記配管の底部に前記堆積物が溜まっていると判定すると、アラームを出力する請求項７に記載の電磁流量計。

【請求項9】

前記演算器は、複数時点での前記第１超音波センサの超音波受信波形に含まれる、前記第１超音波センサから送信された超音波が前記流体に進入してから界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差を検知することで、前記配管の底部に前記堆積物が溜まっている溜状態を検知する請求項７に記載の電磁流量計。

【請求項10】

前記演算器は、前記溜状態を検知すると、前記第１超音波センサからの超音波の送信と前記反射波の受信との時間差から前記堆積物の高さを算出し、前記堆積物の高さの算出結果を前記流体の流量の測定結果に反映する請求項９に記載の電磁流量計。

【請求項11】

前記演算器は、第１時点での前記第１超音波センサの超音波受信波形を、前記配管の内部が前記流体で満たされている第２時点での前記第１超音波センサの超音波受信波形と比較するとともに、前記第１時点での前記第２超音波センサの超音波受信波形を、前記第２時点での前記第２超音波センサの超音波受信波形と比較することで、前記配管の内部が前記流体で満たされていない非満状態と、前記配管の底部に堆積物が溜まっている溜状態とが同時に発生しているかどうかを判定する請求項１に記載の電磁流量計。

【請求項12】

前記演算器は、複数時点での前記第１超音波センサ又は前記第２超音波センサの超音波受信波形に含まれる、前記第１超音波センサ又は前記第２超音波センサから送信された超音波が前記配管の内周面に施されたライニングに進入してから前記ライニングと前記流体との境界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差を検知することで、前記ライニングの厚さの変化を検知する請求項１に記載の電磁流量計。

【請求項13】

前記演算器は、前記ライニングの厚さが閾値以下であると判定すると、アラームを出力する請求項１２に記載の電磁流量計。

【請求項14】

前記第１超音波センサ及び前記第２超音波センサが取り付けられたアースリングを更に備える請求項１に記載の電磁流量計。

【請求項15】

前記第１超音波センサ及び前記第２超音波センサは、前記配管の外周面に取り付けられる請求項１に記載の電磁流量計。

【請求項16】

前記第１超音波センサ及び前記第２超音波センサは、前記配管の内周面に施されたライニングの外周面に取り付けられ、前記配管を貫通する請求項１に記載の電磁流量計。

【請求項17】

前記第１超音波センサ及び前記第２超音波センサは、前記配管に取り付けられ、前記配管と前記配管の内周面に施されたライニングとを貫通する請求項１に記載の電磁流量計。

【請求項18】

前記配管に取り付けられ、前記配管の内周面に施されたライニングの内周面の一部を覆い、前記配管の内部の５０％未満しか前記流体で満たされていない状態でも前記流体に接触する位置まで延びている１対の電極を更に備える請求項１に記載の電磁流量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電磁流量計に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１から特許文献３には、電磁流量計が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭６１－１４０９１８号公報

【特許文献2】実開平０３－０１７５１９号公報

【特許文献3】特開２００６－０２３１８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１及び特許文献２に開示されている電磁流量計では、非満水状態の流量を測定することができない。特許文献３に開示されている流量計は、従来のフリューム構造と電磁流量計とを組み合わせた構造のため、構造が複雑となり、コストが高くなる。

【0005】

本開示の目的は、シンプルな構造で、非満水状態などの配管の内部の状態を判定することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

幾つかの実施形態に係る電磁流量計について以下に記載する。

【0007】

［１］
配管を流れる流体の流量を測定する電磁流量計であって、
前記配管の内側に重力方向に沿って超音波を送信するとともに、反重力方向に進行する超音波を受信する第１超音波センサと、
前記第１超音波センサから重力方向に離間して前記第１超音波センサと対向し、前記配管の内側に反重力方向に沿って超音波を送信するとともに、重力方向に進行する超音波を受信する第２超音波センサと、
前記第１超音波センサ及び前記第２超音波センサの超音波受信波形に基づき、前記配管の内部の状態を判定する演算器と
を備える電磁流量計。

【0008】

このような電磁流量計においては、シンプルな構造で、配管の内部の状態を判定することができる。

【0009】

［２］
前記演算器は、前記配管の内部の状態として、前記配管の内部が前記流体で満たされているかどうかを判定する［１］に記載の電磁流量計。

【0010】

このような電磁流量計においては、シンプルな構造で、配管の内部が流体で満たされているかどうかを判定することができる。

【0011】

［３］
前記演算器は、前記配管の内部が前記流体で満たされていないと判定すると、アラームを出力する［２］に記載の電磁流量計。

【0012】

このような電磁流量計においては、配管の内部が流体で満たされていない状態についてユーザに通知することができる。

【0013】

［４］
前記演算器は、前記第１超音波センサの超音波受信波形に、前記第２超音波センサから送信された超音波の受信波形が含まれ、前記第２超音波センサの超音波受信波形に、前記第１超音波センサから送信された超音波の受信波形が含まれる場合に、前記配管の内部が前記流体で満たされていると判定する［２］又は［３］に記載の電磁流量計。

【0014】

このような電磁流量計においては、配管の内部が流体で満たされている状態を精度良く検知することができる。

【0015】

［５］
前記演算器は、複数時点での前記第２超音波センサの超音波受信波形に含まれる、前記第２超音波センサから送信された超音波が前記流体に進入してから界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差を検知することで、前記配管の内部が前記流体で満たされていない非満状態を検知する［２］から［４］のいずれか１項に記載の電磁流量計。

【0016】

このような電磁流量計においては、配管の内部が流体で満たされていない状態を精度良く検知することができる。

【0017】

［６］
前記演算器は、前記非満状態を検知すると、前記第２超音波センサからの超音波の送信と前記反射波の受信との時間差から前記流体の液位を算出し、前記流体の液位の算出結果を前記流体の流量の測定結果に反映する［５］に記載の電磁流量計。

【0018】

このような電磁流量計においては、配管の内部が流体で満たされていない状態でも、流体の流量を精度良く測定することができる。

【0019】

［７］
前記演算器は、前記配管の内部の状態として、前記配管の底部に堆積物が溜まっているかどうかを判定する［１］から［６］のいずれか１項に記載の電磁流量計。

【0020】

このような電磁流量計においては、シンプルな構造で、配管の底部に堆積物が溜まっているかどうかを判定することができる。

【0021】

［８］
前記演算器は、前記配管の底部に前記堆積物が溜まっていると判定すると、アラームを出力する［７］に記載の電磁流量計。

【0022】

このような電磁流量計においては、配管の底部に堆積物が溜まっている状態についてユーザに通知することができる。

【0023】

［９］
前記演算器は、複数時点での前記第１超音波センサの超音波受信波形に含まれる、前記第１超音波センサから送信された超音波が前記流体に進入してから界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差を検知することで、前記配管の底部に前記堆積物が溜まっている溜状態を検知する［７］又は［８］に記載の電磁流量計。

【0024】

このような電磁流量計においては、配管の底部に堆積物が溜まっている状態を精度良く検知することができる。

【0025】

［１０］
前記演算器は、前記溜状態を検知すると、前記第１超音波センサからの超音波の送信と前記反射波の受信との時間差から前記堆積物の高さを算出し、前記堆積物の高さの算出結果を前記流体の流量の測定結果に反映する［９］に記載の電磁流量計。

【0026】

このような電磁流量計においては、配管の底部に堆積物が溜まっている状態でも、流体の流量を精度良く測定することができる。

【0027】

［１１］
前記演算器は、第１時点での前記第１超音波センサの超音波受信波形を、前記配管の内部が前記流体で満たされている第２時点での前記第１超音波センサの超音波受信波形と比較するとともに、前記第１時点での前記第２超音波センサの超音波受信波形を、前記第２時点での前記第２超音波センサの超音波受信波形と比較することで、前記配管の内部が前記流体で満たされていない非満状態と、前記配管の底部に堆積物が溜まっている溜状態とが同時に発生しているかどうかを判定する［１］から［１０］のいずれか１項に記載の電磁流量計。

【0028】

このような電磁流量計においては、シンプルな構造で、配管の内部が流体で満たされていない状態と、配管の底部に堆積物が溜まっている状態とが同時に発生しているかどうかを判定することができる。

【0029】

［１２］
前記演算器は、複数時点での前記第１超音波センサ又は前記第２超音波センサの超音波受信波形に含まれる、前記第１超音波センサ又は前記第２超音波センサから送信された超音波が前記配管の内周面に施されたライニングに進入してから前記ライニングと前記流体との境界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差を検知することで、前記ライニングの厚さの変化を検知する［１］から［１１］のいずれか１項に記載の電磁流量計。

【0030】

このような電磁流量計においては、シンプルな構造で、ライニングの厚さの変化を検知することができる。

【0031】

［１３］
前記演算器は、前記ライニングの厚さが閾値以下であると判定すると、アラームを出力する［１２］に記載の電磁流量計。

【0032】

このような電磁流量計においては、ライニングの劣化についてユーザに通知することができる。

【0033】

［１４］
前記第１超音波センサ及び前記第２超音波センサが取り付けられたアースリングを更に備える［１］から［１３］のいずれか１項に記載の電磁流量計。

【0034】

このような電磁流量計においては、超音波センサを後付けで設置することができる。

【0035】

［１５］
前記第１超音波センサ及び前記第２超音波センサは、前記配管の外周面に取り付けられる［１］から［１３］のいずれか１項に記載の電磁流量計。

【0036】

このような電磁流量計においては、超音波センサを簡単に設置することができる。

【0037】

［１６］
前記第１超音波センサ及び前記第２超音波センサは、前記配管の内周面に施されたライニングの外周面に取り付けられ、前記配管を貫通する［１］から［１３］のいずれか１項に記載の電磁流量計。

【0038】

このような電磁流量計においては、超音波センサを流体に接触させなくて済むとともに、超音波センサから送信される超音波が反射する界面の数を減らすことができる。

【0039】

［１７］
前記第１超音波センサ及び前記第２超音波センサは、前記配管に取り付けられ、前記配管と前記配管の内周面に施されたライニングとを貫通する［１］から［１３］のいずれか１項に記載の電磁流量計。

【0040】

このような電磁流量計においては、超音波センサから送信される超音波が反射する界面の数を減らすことができる。

【0041】

［１８］
前記配管に取り付けられ、前記配管の内周面に施されたライニングの内周面の一部を覆い、前記配管の内部の５０％未満しか前記流体で満たされていない状態でも前記流体に接触する位置まで延びている１対の電極を更に備える［１］から［１７］のいずれか１項に記載の電磁流量計。

【0042】

このような電磁流量計においては、流体の液位が低い状態でも、流体の流量を測定することができる。

【発明の効果】

【0043】

本開示によれば、シンプルな構造で、非満水状態などの配管の内部の状態を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】本開示の実施形態に係る電磁流量計の構成を示す図である。

【図2】本開示の実施形態に係る電磁流量計の部分斜視図である。

【図3】本開示の実施形態に係る電磁流量計の一変形例の部分斜視図である。

【図4】本開示の実施形態に係る超音波センサの配置を示す図である。

【図5】本開示の実施形態に係る超音波センサの配置の一変形例を示す図である。

【図6】本開示の実施形態に係る超音波センサの配置の別の変形例を示す図である。

【図7】本開示の実施形態に係る超音波センサによる、満水状態での超音波送受信の例を示す図である。

【図8】図７に対応する送受信波形の例を示す図である。

【図9】本開示の実施形態に係る超音波センサによる、非満水状態での超音波送受信の例を示す図である。

【図10】図９に対応する送受信波形の例を示す図である。

【図11】本開示の実施形態に係る超音波センサによる、配管底部に堆積物が溜まった状態での超音波送受信の例を示す図である。

【図12】図１１に対応する送受信波形の例を示す図である。

【図13】本開示の実施形態に係る超音波センサによる、非満水状態かつ配管底部に堆積物が溜まった状態での超音波送受信の例を示す図である。

【図14】図１３に対応する送受信波形の例を示す図である。

【図15】本開示の実施形態に係る電磁流量計の動作を示すフローチャートである。

【図16】本開示の実施形態に係る電磁流量計の構成の一変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0045】

以下、本開示の一実施形態について、図を参照して説明する。

【0046】

各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。各実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。

【0047】

図１を参照して、本実施形態に係る電磁流量計１０の構成を説明する。図１は、電磁流量計１０が取り付けられた配管１１の断面と、電磁流量計１０の各構成要素とを示している。

【0048】

電磁流量計１０は、配管１１を流れる流体１４の流量を測定する装置である。流体１４は、水道水などの導電性液体である。配管１１は、ステンレスなどの金属で構成されている。配管１１の内側は、ライニング１２と呼ばれる絶縁体で覆われている。すなわち、配管１１の内周面には、ライニング１２が施されている。

【0049】

電磁流量計１０は、第１励磁コイル１３Ａ及び第２励磁コイル１３Ｂを含む１対の励磁コイルと、第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂを含む１対の電極と、増幅器１６と、演算器１７と、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂを含む１対の超音波センサと、切替器２０と、送受信回路２１と、表示器２４とを備える。

【0050】

第１励磁コイル１３Ａ及び第２励磁コイル１３Ｂは、それぞれ配管１１の上下で管軸と垂直な方向に並ぶように装備されている。第１励磁コイル１３Ａ及び第２励磁コイル１３Ｂは、配管１１の内部に磁界を発生させる。第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂは、それぞれ配管１１の左右で管軸と垂直かつ第１励磁コイル１３Ａ及び第２励磁コイル１３Ｂの並ぶ方向と垂直な方向に並ぶように配置されている。ファラデーの電磁誘導の法則により、配管１１の内部の導電性の流体１４に流速が生じると、第１励磁コイル１３Ａ及び第２励磁コイル１３Ｂから発生する磁界とは垂直の方向かつ管軸と垂直な向きに起電力が発生する。発生した起電力は、第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂでピックアップされ、増幅器１６で第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂ間に誘起される流量に応じた電圧が増幅され、演算器１７に取り込まれる。第１励磁コイル１３Ａ及び第２励磁コイル１３Ｂは、励磁回路からの励磁電流によって駆動するが、既知の構成であるため、説明を省略する。

【0051】

第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、それぞれ配管１１の上下で管軸と垂直かつ第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂの並ぶ方向と垂直な方向、すなわち、第１励磁コイル１３Ａ及び第２励磁コイル１３Ｂの並ぶ方向と同じ方向に並ぶように配置されている。第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、切替器２０を介して送受信回路２１に繋がっている。送受信回路２１は、演算器１７と繋がっている。演算器１７は、例えば、マイクロコンピュータなどのコンピュータである。演算器１７は、各種センサ信号の送受信のタイミング制御、及び流量演算を行う。演算器１７は、表示器２４と繋がっている。表示器２４は、例えば、ＬＣＤ又は有機ＥＬディスプレイである。「ＬＣＤ」は、liquid crystal displayの略語である。「ＥＬ」は、electro luminescentの略語である。表示器２４は、流量演算の結果、及び各種アラームを表示する。演算器１７は、表示器２４に代えて又は加えてスピーカと繋がっていてもよい。スピーカは、流量演算の結果、及び各種アラームを音声で出力してもよい。

【0052】

図１を参照して、本実施形態の概要を説明する。

【0053】

第１超音波センサ１８Ａは、配管１１の内側に重力方向に沿って超音波を送信するとともに、反重力方向に進行する超音波を受信する。第２超音波センサ１８Ｂは、第１超音波センサ１８Ａから重力方向に離間して第１超音波センサ１８Ａと対向している。第２超音波センサ１８Ｂは、配管１１の内側に反重力方向に沿って超音波を送信するとともに、重力方向に進行する超音波を受信する。演算器１７は、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂの超音波受信波形に基づき、配管１１の内部の状態を判定する。したがって、本実施形態によれば、シンプルな構造で、配管１１の内部の状態を判定することができる。

【0054】

本実施形態では、演算器１７は、配管１１の内部の状態として、配管１１の内部が流体１４で満たされているかどうかを判定する。演算器１７は、この判定の結果に応じて流量演算の結果を補正する機能を持つ。したがって、本実施形態によれば、シンプルな構造で、配管１１の内部が流体１４で満たされているかどうかを判定することができるだけでなく、配管１１の内部が流体１４で満たされていない状態でも、流体１４の流量を精度良く測定することができる。

【0055】

本実施形態では、演算器１７は、配管１１の内部の状態として、配管１１の底部に図１１に示すような堆積物２３が溜まっているかどうかを更に判定する。演算器１７は、この判定の結果に応じて流量演算の結果を補正する機能も持つ。したがって、本実施形態によれば、シンプルな構造で、配管１１の底部に堆積物２３が溜まっているかどうかを判定することができるだけでなく、配管１１の底部に堆積物２３が溜まっている状態でも、流体１４の流量を精度良く測定することができる。

【0056】

図２を参照して、本実施形態に係る超音波センサの配置を説明する。

【0057】

第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、それぞれ第１励磁コイル１３Ａ及び第２励磁コイル１３Ｂを避ける位置に設置されることが望ましい。例えば、図２に示したように、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、第１励磁コイル１３Ａ及び第２励磁コイル１３Ｂの下流に設置されるのが好適である。

【0058】

本実施形態では、電磁流量計１０は、アースリング１９を更に備える。アースリング１９は、電磁流量計１０の電気的なアースを取るための付属品である。

【0059】

図３を参照して、本実施形態に係る超音波センサの配置の一変形例を説明する。

【0060】

第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、アースリング１９に取り付けられてもよい。この変形例によれば、配管１１に取り付けられた電磁流量計１０に対して第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂを後付けで設置可能である。

【0061】

図４を参照して、本実施形態に係る超音波センサの配置を更に説明する。

【0062】

第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、配管１１の外周面に取り付けられる。すなわち、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、配管１１に接するように設置される。

【0063】

図５を参照して、本実施形態に係る超音波センサの配置の一変形例を説明する。

【0064】

第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、配管１１を貫通するようにライニング１２の外周面に取り付けられてもよい。すなわち、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、ライニング１２に接するように設置されてもよい。

【0065】

図６を参照して、本実施形態に係る超音波センサの配置の別の変形例を説明する。

【0066】

第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、配管１１とライニング１２とを貫通するように配管１１に取り付けられてもよい。すなわち、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、流体１４に接するように設置されてもよい。この変形例では、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂが流体１４に乱れを発生させることを防ぐために、特に、第１励磁コイル１３Ａ及び第２励磁コイル１３Ｂの下流に設置されるのが好適である。

【0067】

第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、図４から図６のいずれに示した配置であっても、接着、溶接、又はネジ締結などの機械的な締結方法など、任意の接合方法で固定されてよい。

【0068】

図７及び図８を参照して、本実施形態に係る超音波センサによる、満水状態での超音波送受信の例を説明する。

【0069】

図８の上段の波形のように、配管１１の上部と底部とにそれぞれ設置された第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、互いに超音波を送受信する。ただし、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、異なるタイミングで超音波を送信する。図８の中段及び下段の波形のように、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、センサ単体でも超音波を送受信する。例えば、図８の中段では、第１超音波センサ１８Ａから送信された矩形波は、図７に示した配管１１とライニング１２との境界面Ａで反射し、第１超音波センサ１８Ａで受信波形Ａとして観測される。同様に、ライニング１２と導電性の流体１４との境界面Ｂからの反射波が受信波形Ｂとして観測される。図８の中段の受信波形Ｃは、第１超音波センサ１８Ａから発せられた超音波が導電性の流体１４と底部側のライニング１２との境界面Ｃで反射したものである。図８の中段の送信波形から受信波形Ａまでの伝搬時間Ｔ１は、配管１１の音速及び厚さによって定まるものである。同様に、送信波形から受信波形Ｂまでの伝搬時間Ｔ２からＴ１を差し引いた時間差（Ｔ２－Ｔ１）は、ライニング１２の音速及び厚さによって定まるものである。同様に、送信波形から受信波形Ｃまでの伝搬時間Ｔ３からＴ２を差し引いた時間差（Ｔ３－Ｔ２）は、導電性の流体１４の音速、及び配管１１の内部空間の直径によって定まるものである。一方、図８の下段では、第２超音波センサ１８Ｂから送信された矩形波は、図７に示した配管１１とライニング１２との境界面Ｄで反射し、第２超音波センサ１８Ｂで受信波形Ｄとして観測される。同様に、ライニング１２と導電性の流体１４との境界面Ｃからの反射波が受信波形Ｃとして観測される。図８の下段の受信波形Ｂは、第２超音波センサ１８Ｂから発せられた超音波が導電性の流体１４と上部側のライニング１２との境界面Ｂで反射したものである。図８の下段の送信波形から受信波形Ｄまでの伝搬時間Ｔ４は、配管１１の音速及び厚さによって定まるものである。同様に、送信波形から受信波形Ｃまでの伝搬時間Ｔ５からＴ４を差し引いた時間差（Ｔ５－Ｔ４）は、ライニング１２の音速及び厚さによって定まるものである。同様に、送信波形から受信波形Ｂまでの伝搬時間Ｔ６からＴ５を差し引いた時間差（Ｔ６－Ｔ５）は、導電性の流体１４の音速、及び配管１１の内部空間の直径によって定まるものである。

【0070】

図９及び図１０を参照して、本実施形態に係る超音波センサによる、非満水状態での超音波送受信の例を説明する。

【0071】

図９の配管１１の断面図で表されているように、非満水の場合は配管１１の上部に気相２２が存在する。配管１１内が非満水になっている場合、液相－気相の音響インピーダンスの差から超音波は気相２２及び流体１４の界面で強く反射され、気相２２中を伝搬することができない。そのため、図１０の上段の波形のように、配管１１の上部と底部とにそれぞれ設置された第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、互いの超音波を受信できない状態となる。図１０の中段の波形のように、第１超音波センサ１８Ａから送信された超音波については、境界面Ａ及び境界面Ｂからの反射波の受信波形Ａ及び受信波形Ｂが観測されるのみとなり、図７のような満水時には見られた境界面Ｃからの反射波の受信波形Ｃが観測されなくなる。一方、図１０の下段の波形のように、第２超音波センサ１８Ｂから送信された超音波については、境界面Ｄ及び境界面Ｃからの反射波の受信波形Ｄ及び受信波形Ｃに加え、液相－気相の境界面Ｆからの反射波の受信波形Ｆが観測される。導電性の流体１４の音速が明らかであれば、受信波形Ｆが受信されるまでの伝搬時間Ｔ６と受信波形Ｃが受信されるまでの伝搬時間Ｔ５との時間差（Ｔ６－Ｔ５）から非満水の流体１４の液位を求めることができる。導電性の流体１４の音速値は、ユーザが液種を選択するか、又は電磁流量計１０に直接入力することで設定されてもよい。あるいは、導電性の流体１４の音速値として、満水状態における時間差（Ｔ３－Ｔ２）などと既知の配管１１の内部空間の直径とから算出した値を保存しておき、使用してもよい。

【0072】

演算器１７は、第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂで測定された電圧より体積流量を演算するが、図９のような非満水状態のときに図７のような満水状態と同様に体積流量を演算してしまうと、誤差が生じる。そこで、演算器１７は、図１０の上段で示した超音波センサの送受信波形を参照して非満水状態を判別するとともに、第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂで測定された電圧より満水状態を仮定して求めた体積流量を、図１０の下段で示した時間差（Ｔ６－Ｔ５）から算出される液位に応じて補正する。その結果、非満水状態の流体１４の体積流量を求めることができる。

【0073】

図１１及び図１２を参照して、本実施形態に係る超音波センサによる、配管１１の底部に土砂などの堆積物２３が溜まった状態での超音波送受信の例を説明する。

【0074】

図１１の配管１１の断面図で表されているように、配管１１の底部に堆積物２３が溜まっている場合、固相－液相の音響インピーダンスの差から超音波は流体１４及び堆積物２３の界面で強く反射される。そのため、図１２の上段の波形のように、配管１１の上部と底部とにそれぞれ設置された第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、互いの超音波を受信できない状態となり得る。図１２の下段の波形のように、第２超音波センサ１８Ｂから送信された超音波については、境界面Ｄ及び境界面Ｃからの反射波の受信波形Ｄ及び受信波形Ｃが観測されるのみとなり、図７のような満水時には見られた境界面Ｂからの反射波の受信波形Ｂが観測されなくなる。一方、図１２の中段の波形のように、第１超音波センサ１８Ａから送信された超音波については、境界面Ａ及び境界面Ｂからの反射波の受信波形Ａ及び受信波形Ｂに加え、固相－液相の境界面Ｇからの反射波の受信波形Ｇとして観測される。導電性の流体１４の音速が明らかであれば、受信波形Ｇが受信されるまでの伝搬時間Ｔ３と受信波形Ｂが受信されるまでの伝搬時間Ｔ２との時間差（Ｔ３－Ｔ２）から堆積物２３の高さを求めることができる。導電性の流体１４の音速値は、ユーザが液種を選択するか、又は電磁流量計１０に直接入力することで設定されてもよい。あるいは、導電性の流体１４の音速値として、満水状態における時間差（Ｔ３－Ｔ２）などと既知の配管１１の内部空間の直径とから算出した値を保存しておき、使用してもよい。

【0075】

演算器１７は、第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂで測定された電圧より体積流量を演算するが、図１１のような、配管１１の底部に堆積物２３が溜まった状態のときに図７のような満水状態と同様に体積流量を演算してしまうと、誤差が生じる。そこで、演算器１７は、図１２の上段で示した超音波センサの送受信波形を参照して堆積物２３の有無を判別するとともに、第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂで測定された電圧より満水状態を仮定して求めた体積流量を、図１２の中段で示した時間差（Ｔ３－Ｔ２）から算出される堆積物２３の高さに応じて補正する。その結果、堆積物２３の体積を差し引いた流体１４の体積流量を求めることができる。

【0076】

図１３及び図１４を参照して、本実施形態に係る超音波センサによる、非満水状態かつ配管１１の底部に堆積物２３が溜まった状態での超音波送受信の例を説明する。

【0077】

図１３の配管１１の断面図で表されているように、非満水かつ配管１１の底部に堆積物２３が溜まっている場合、図１４の上段の波形のように、配管１１の上部と底部とにそれぞれ設置された第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂは、互いの超音波を受信できない状態となる。図１４の中段の波形のように、第１超音波センサ１８Ａから送信された超音波については、境界面Ａ及び境界面Ｂからの反射波の受信波形Ａ及び受信波形Ｂが観測されるのみとなり、図７のような満水時には見られた境界面Ｃからの反射波の受信波形Ｃが観測されなくなる。図１４の下段の波形のように、第２超音波センサ１８Ｂから送信された超音波についても、境界面Ｄ及び境界面Ｃからの反射波の受信波形Ｄ及び受信波形Ｃが観測されるのみとなり、図７のような満水時には見られた境界面Ｂからの反射波の受信波形Ｂが観測されなくなる。演算器１７は、このような非満水状態かつ配管１１の底部に堆積物２３が溜まった状態については、アラームを発報してユーザへ通知する。配管１１内が完全に空になった場合、及び堆積物２３で満たされた場合も、同様の超音波波形が観測されるため、演算器１７は、アラームを発報する。

【0078】

図１５を参照して、本実施形態に係る電磁流量計１０の動作を説明する。

【0079】

ステップＳ１において、第１超音波センサ１８Ａは、配管１１の内側に重力方向に沿って超音波を送信する。その後、第２超音波センサ１８Ｂは、配管１１の内側に反重力方向に沿って超音波を送信する。超音波を送信する順序は逆でもよい。すなわち、第２超音波センサ１８Ｂが超音波を送信した後に、第１超音波センサ１８Ａが超音波を送信してもよい。

【0080】

第１超音波センサ１８Ａの超音波受信波形に、第２超音波センサ１８Ｂから送信された超音波の受信波形が含まれ、第２超音波センサ１８Ｂの超音波受信波形に、第１超音波センサ１８Ａから送信された超音波の受信波形が含まれる場合には、ステップＳ２の処理が実行される。例えば、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂ間の送受信波形が図８の上段のような波形であれば、ステップＳ２の処理が実行される。

【0081】

それ以外の場合には、演算器１７は、現時点である第１時点での第１超音波センサ１８Ａの超音波受信波形を、配管１１の内部が流体１４で満たされていた時点である第２時点での第１超音波センサ１８Ａの超音波受信波形と比較するとともに、第１時点での第２超音波センサ１８Ｂの超音波受信波形を、第２時点での第２超音波センサ１８Ｂの超音波受信波形と比較することで、非満状態と溜状態とが同時に発生しているかどうかを判定する。非満状態とは、配管１１の内部が流体１４で満たされていない状態のことである。溜状態とは、配管１１の底部に堆積物２３が溜まっている状態のことである。非満状態と溜状態とが同時に発生していると判定された場合には、ステップＳ５の処理が実行される。例えば、第１超音波センサ１８Ａ単体での送受信波形と、第２超音波センサ１８Ｂ単体での送受信波形とが、それぞれ図１４の中段及び下段のような波形であれば、ステップＳ５の処理が実行される。

【0082】

非満状態と溜状態とが同時に発生していないと判定された場合には、演算器１７は、第１時点及び第２時点での第２超音波センサ１８Ｂの超音波受信波形に、第２超音波センサ１８Ｂから送信された超音波が流体１４に進入してから界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差が含まれるかどうかを判定する。そのような時間差が含まれる場合には、非満状態のみが発生していると判定することができる。すなわち、演算器１７は、複数時点での第２超音波センサ１８Ｂの超音波受信波形に含まれる、第２超音波センサ１８Ｂから送信された超音波が流体１４に進入してから界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差を検知することで、配管１１の内部が流体１４で満たされていない非満状態を検知する。そして、ステップＳ３の処理が実行される。例えば、第２超音波センサ１８Ｂ単体での送受信波形が図１０の下段のような波形であれば、ステップＳ３の処理が実行される。

【0083】

非満状態と溜状態とが同時に発生していないと判定され、非満状態が検知されなかった場合には、演算器１７は、第１時点及び第２時点での第１超音波センサ１８Ａの超音波受信波形に、第１超音波センサ１８Ａから送信された超音波が流体１４に進入してから界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差が含まれるかどうかを判定する。そのような時間差が含まれる場合には、溜状態のみが発生していると判定することができる。すなわち、演算器１７は、複数時点での第１超音波センサ１８Ａの超音波受信波形に含まれる、第１超音波センサ１８Ａから送信された超音波が流体１４に進入してから界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差を検知することで、溜状態を検知する。そして、ステップＳ４の処理が実行される。例えば、第１超音波センサ１８Ａ単体での送受信波形が図１２の中段のような波形であれば、ステップＳ４の処理が実行される。

【0084】

ステップＳ２において、演算器１７は、配管１１の内部が流体１４で満たされていると判定する。そして、演算器１７は、通常の流体１４の流量の演算を行う。演算器１７は、演算結果を表示器２４に表示させる。

【0085】

ステップＳ３において、演算器１７は、配管１１の内部が流体１４で満たされていないと判定する。すなわち、演算器１７は、非満状態を検知する。そして、演算器１７は、第２超音波センサ１８Ｂからの超音波の送信と反射波の受信との時間差から流体１４の液位を算出する。演算器１７は、流体１４の液位の算出結果を流体１４の流量の測定結果に反映する。すなわち、演算器１７は、通常の流体１４の流量の演算を行って得られた演算結果を、算出した液位に応じて補正する。演算器１７は、補正後の演算結果を表示器２４に表示させる。演算器１７は、非満状態についてのアラームを出力する。例えば、演算器１７は、そのようなアラームを表示器２４に表示させる。

【0086】

ステップＳ４において、演算器１７は、配管１１の底部に堆積物２３が溜まっていると判定する。すなわち、演算器１７は、溜状態を検知する。そして、演算器１７は、第１超音波センサ１８Ａからの超音波の送信と反射波の受信との時間差から堆積物２３の高さを算出する。演算器１７は、堆積物２３の高さの算出結果を流体１４の流量の測定結果に反映する。すなわち、演算器１７は、通常の流体１４の流量の演算を行って得られた演算結果を、算出した高さに応じて補正する。演算器１７は、補正後の演算結果を表示器２４に表示させる。演算器１７は、溜状態についてのアラームを出力する。例えば、演算器１７は、そのようなアラームを表示器２４に表示させる。

【0087】

上述のように、本実施形態では、配管１１内が満水か否か、具体的には気相２２又は堆積物２３がないかが、図８の上段に示したような第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂ間の受信波形が観測されるか否かで判別される。第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂ間で受信波形が観測されない場合、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂ単体で受信波形Ｆ及び受信波形Ｇのいずれも観測できない場合は、非満水かつ配管１１の底部に堆積物２３が溜まっていると判断され、アラームが発報される。第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂ単体で受信波形Ｆ及び受信波形Ｇのどちらかが観測される場合は、観測される波形が受信波形Ｆか受信波形Ｇかで、配管１１内が非満水か堆積物２３が溜まっている状態かが判別される。判別の結果は、アラームとしてユーザに通知されるとともに、流体１４の体積流量の演算結果に反映される。

【0088】

本実施形態を応用して、ライニング１２の厚さをモニタすることもできる。

【0089】

配管１１の内側に設置されているライニング１２の材料としては、ＰＦＡ又はＰＴＦＥなどの絶縁性樹脂が使用される。「ＰＦＡ」は、perfluoroalkoxy alkanes（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）の略語である。「ＰＴＦＥ」は、polytetrafluoroethylene（ポリテトラフルオロエチレン）の略語である。ライニング１２は導電性の流体１４と接液する部材になり、流体１４がスラリー性流体の場合には、ライニング１２が摩耗して経年的に薄くなるおそれがある。そこで、第１超音波センサ１８Ａ及び第２超音波センサ１８Ｂから照射され、受信された信号を用いてライニング１２の厚さをモニタすることが考えられる。例えば、図８の中段のように、第１超音波センサ１８Ａから超音波が送信されてから境界面Ａ及び境界面Ｂで生じた反射波の受信波形Ａ及び受信波形Ｂが受信されるまでにかかった伝搬時間の差（Ｔ２－Ｔ１）と、ライニング１２の音速とをパラメータとして用いて、ライニング１２の厚さを求めることができる。演算器１７は、ライニング１２の厚さを演算及び出力するとともに、ライニング１２の厚さがユーザ設定値を下回った場合にアラームでユーザに通知することができる。すなわち、演算器１７は、複数時点での第１超音波センサ１８Ａ又は第２超音波センサ１８Ｂの超音波受信波形に含まれる、第１超音波センサ１８Ａ又は第２超音波センサ１８Ｂから送信された超音波がライニング１２に進入してからライニング１２と流体１４との境界面で反射して生じた反射波の受信波形の時間差を検知することで、ライニング１２の厚さの変化を検知してもよい。演算器１７は、ライニング１２の厚さが閾値以下であると判定すると、アラームを出力してもよい。例えば、演算器１７は、そのようなアラームを表示器２４に表示させてもよい。

【0090】

図１６を参照して、電磁流量計１０の構成の一変形例を説明する。

【0091】

本実施形態では、流量測定のために電磁流量計１０の電極面が接液するが、流体１４の液位が５０％未満などの低い状態になっても流量測定が可能となるように、面電極を採用することで、接液面を拡大してもよい。すなわち、第１電極１５Ａ及び第２電極１５Ｂは、配管１１の内周面に施されたライニング１２の内周面の一部を覆い、配管１１の内部の５０％未満しか流体１４で満たされていない状態でも流体１４に接触する位置まで延びるように配管１１に取り付けられていてもよい。

【0092】

本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロック図に記載の２つ以上のブロックを統合してもよいし、１つのブロックを分割してもよい。フローチャートに記載の２つ以上のステップを記述に従って時系列に実行する代わりに、各ステップを実行する装置の処理能力に応じて、又は必要に応じて、並列的に又は異なる順序で実行してもよい。その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。

【符号の説明】

【0093】

１０ 電磁流量計
１１ 配管
１２ ライニング
１３Ａ 第１励磁コイル
１３Ｂ 第２励磁コイル
１４ 流体
１５Ａ 第１電極
１５Ｂ 第２電極
１６ 増幅器
１７ 演算器
１８Ａ 第１超音波センサ
１８Ｂ 第２超音波センサ
１９ アースリング
２０ 切替器
２１ 送受信回路
２２ 気相
２３ 堆積物
２４ 表示器

【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】