特許 7448330 時間計測回路および超音波流量計

(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】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】時間計測回路および超音波流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/66 20220101AFI20240305BHJP

【ＦＩ】

G01F1/66 101

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019185132

(22)【出願日】2019-10-08

(65)【公開番号】P2021060304

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-09-22

(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】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】小木曽 康弘

(72)【発明者】

【氏名】加藤 太一郎

(72)【発明者】

【氏名】栗林 英毅

【審査官】羽飼 知佳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２３８５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０５１８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４９４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０１４８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２１３９７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｆ １／６６－１／６６７

Ｇ０１Ｐ ５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１信号の入力から第２信号の入力があるまでの第１時間長を第１クロックに基づいて計時するように構成された第１タイマと、
前記第１信号の入力の後、かつ、前記第２信号の入力よりも前に入力される第３信号の入力から前記第２信号の入力があるまでの第２時間長を、前記第１クロックよりも高速の第２クロックに基づいて計時するように構成された第２タイマと、
前記第３信号の入力のタイミングに応じた、前記第２タイマによって計時される前記第２時間長の最小値と最大値との差が、前記第１タイマの１クロックと一致するように、前記第２タイマの１カウント分の時間を校正するように構成された校正回路と、
前記第１タイマにより計時された前記第１時間長と、前記第２タイマにより計時された前記第２時間長と、前記校正回路によって校正された前記第２タイマの１カウント分の時間とに基づいて、前記第１信号の入力から前記第３信号の入力までの時間長を算出するように構成された時間算出回路と、
前記第３信号の入力から前記第１タイマが少なくとも２回カウントアップしたときに前記第２信号を生成するように構成されたカウンタ制御回路と
を備える
ことを特徴とする時間計測回路。

【請求項2】

請求項１に記載の時間計測回路において、
前記第２タイマによって計時される前記第２時間長の前記最小値と前記最大値とは、前記第１クロックの１クロック分以上の差がある
ことを特徴とする時間計測回路。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の時間計測回路において、
前記時間算出回路は、前記校正回路によって校正された前記第２タイマの１カウント分の時間とに基づいて、前記第１時間長から前記第２時間長を減算することで、前記第１信号の入力から前記第３信号の入力までの前記時間長を算出する
ことを特徴とする時間計測回路。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載された時間計測回路と、
測定対象の流体が流れる配管に配置された１対のトランスデューサと、
前記１対のトランスデューサを駆動して前記１対のトランスデューサのそれぞれから超音波信号を送信させるように構成された送信回路と、
前記送信回路によって前記１対のトランスデューサの一方から送信された前記超音波信号を、前記１対のトランスデューサの他方より受信するように構成された受信回路と、
前記超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測するように構成された流量測定回路と
を備え、
前記第１信号は、前記送信回路が前記超音波信号を送信させたときに前記時間計測回路に入力され、
前記第３信号は、前記受信回路が、前記超音波信号を受信したときに前記時間計測回路に入力され、
前記伝搬時間差は、前記時間算出回路によって算出される前記第１信号の入力から前記第３信号の入力までの前記時間長に基づいて求められる
ことを特徴とする超音波流量計。

【請求項5】

請求項４に記載の超音波流量計において、
前記流量測定回路が計測した前記流体の流量を出力するように構成された出力装置をさらに備える
ことを特徴とする超音波流量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、時間計測回路および超音波流量計に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、流体の流量を計測する流量計として、超音波を用いて流体の流量を計測する超音波流量計が用いられている。この超音波流量計では、図６に示すように、測定対象の気体が流れる配管１に対し１対のトランスデューサ（超音波圧電素子）２，３が配置される。上流側のトランスデューサ２を例えば数百ｋＨｚの共振周波数で駆動し、トランスデューサ２から超音波を送信させる。超音波が配管１内の気体中を伝搬して下流側のトランスデューサ３を励起し、このトランスデューサ３の出力を増幅することで受信信号が得られる。超音波の送信タイミングから受信信号の到達タイミングの時間計測を行うことで、超音波の伝搬時間を計測できる。同様に、下流側のトランスデューサ３から超音波を送信し、上流側のトランスデューサ２で受信して、超音波の伝搬時間を計測する。

【0003】

トランスデューサ２からトランスデューサ３までの順方向（気体が流れる方向）の超音波の伝搬時間とトランスデューサ３からトランスデューサ２までの逆方向の超音波の伝搬時間とを比較することで、伝搬時間差が求められる。

【0004】

図６に示すように、トランスデューサ２とトランスデューサ３との間で互いに逆方向に伝搬する超音波の伝搬時間の差に基づいて流体の流速Ｖが測定され、この測定された流速Ｖと配管１の断面積Ｓとから流体の流量Ｑが求められる。

【0005】

ところで、より正確な流量計測を実現するためには、高分解能な時間計測を行うことが必要である。このような場合には、粗く時間を測る低速カウンタと、より精密に時間を測る高速カウンタとを併用してより高分解能な時間計測を行う場合がある。

【0006】

図７に示すように、従来の超音波流量計に用いられる時間計測回路では、まず送信信号の送信タイミングを低速カウンタの所定のタイミングに合わせ、送信と同時に低速カウンタでのカウントを開始する。その後、受信信号の受信が判定された瞬間から高速カウンタを起動して、低速カウンタの所定のタイミング（図７の例では、次の次の立ち上がり）でこれを止め、低速カウンタのカウントから高速カウンタのカウント値を引くことで、受信タイミングの時間計測が行われる。図７の例において、伝搬時間差Δｔ＝ｔ１－ｔ２を行うことに相当する。

【0007】

流量ゼロの場合には、原理的には、伝搬時間差はゼロになり、流量が生じている場合には、伝搬時間差が流量に応じて生ずることになる。従来の時間計測回路で超音波の伝搬時間差を求める場合において、ゼロ流量時に、低速カウンタのカウントの瞬間に受信タイミングが到来した場合、順逆ともにゼロ流量時付近に受信判定が行われる（図８）。このとき、順逆の一方がこのカウントの前、他方が後に受信判定となった場合、ほぼ同じ伝搬時間にも関わらず、高速カウンタの動作時間が最小と最大とで分かれてしまい、伝搬時間の誤差が大きく現れてしまう。

【0008】

図８の（ａ）では、低速カウンタの立ち上がり直後に受信判定が行われるため、低速カウンタの次の次の立ち上がりの時間まで高速カウンタが動作する。一方、図８の（ｂ）では、低速カウンタの立ち上がり直前に受信判定が行われるため、低速カウンタの次の次の立ち上がりまでの時間が、上記（ａ）の場合の半分程度の時間となる。

【0009】

図９は、基準となる時間（例えば、低速クロック）に対する順方向と逆方向との伝搬時間の誤差を模式的に示している。図８に示すように、伝搬時間の誤差は、伝搬時間の経過とともに増加し、高速カウンタの動作期間の切り替わりに応じて、伝搬時間の誤差が最大となり、その後、最小となっている。

【0010】

前述したように、流量ゼロの場合には、原理的には順方向と逆方向の伝搬時間は一致する。しかし、実際には、流量ゼロの場合であっても、順方向と逆方向に伝搬する超音波の伝搬時間は完全には一致せず、わずかながらオフセットがある（図８、「逆方向」の矢印と「順方向」の矢印に示す伝搬時間の違い）。また、超音波の音速は温度依存性があり、順方向と逆方向との超音波の伝搬時間差は、温度によって変化する。伝搬時間差の誤差が温度によって生じ、かつ、温度変化するため、特に流量ゼロの場合には伝搬時間差の誤差がより顕著に表れる問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開２０１９－１２４４７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ゼロ流量時においても温度変化による超音波の伝搬時間差の誤差が抑えられた時間計測回路および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】

【0013】

上述した課題を解決するために、本発明に係る時間計測回路は、第１信号の入力から第２信号の入力があるまでの第１時間長を第１クロックに基づいて計時するように構成された第１タイマと、前記第１信号の入力の後、かつ、前記第２信号の入力よりも前に入力される第３信号の入力から前記第２信号の入力があるまでの第２時間長を、前記第１クロックよりも高速の第２クロックに基づいて計時するように構成された第２タイマと、前記第３信号の入力のタイミングに応じた、前記第２タイマによって計時される前記第２時間長の最小値と最大値との差が、前記第１タイマの１クロックと一致するように、前記第２タイマの１カウント分の時間を校正するように構成された校正回路と、前記第１タイマにより計時された前記第１時間長と、前記第２タイマにより計時された前記第２時間長と、前記校正回路によって校正された前記第２タイマの１カウント分の時間とに基づいて、前記第１信号の入力から前記第３信号の入力までの時間長を算出するように構成された時間算出回路と、前記第３信号の入力から前記第１タイマが少なくとも２回カウントアップしたときに前記第２信号を生成するように構成されたカウンタ制御回路とを備えることを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係る時間計測回路において、前記第２タイマによって計時される前記第２時間長の前記最小値と前記最大値とは、前記第１クロックの１クロック分以上の差があってもよい。

【0015】

また、本発明に係る時間計測回路において、前記時間算出回路は、前記校正回路によって校正された前記第２タイマの１カウント分の時間とに基づいて、前記第１時間長から前記第２時間長を減算することで、前記第１信号の入力から前記第３信号の入力までの前記時間長を算出してもよい。

【0016】

上述した課題を解決するために、本発明に係る超音波流量計は、上記時間計測回路と、測定対象の流体が流れる配管に配置された１対のトランスデューサと、前記１対のトランスデューサを駆動して前記１対のトランスデューサのそれぞれから超音波信号を送信させるように構成された送信回路と、前記送信回路によって前記１対のトランスデューサの一方から送信された前記超音波信号を、前記１対のトランスデューサの他方より受信するように構成された受信回路と、前記超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測するように構成された流量測定回路とを備え、前記第１信号は、前記送信回路が前記超音波信号を送信させたときに前記時間計測回路に入力され、前記第３信号は、前記受信回路が、前記超音波信号を受信したときに前記時間計測回路に入力され、前記伝搬時間差は、前記時間算出回路によって算出される前記第１信号の入力から前記第３信号の入力までの前記時間長に基づいて求められることを特徴とする。

【0017】

また、本発明に係る超音波流量計において、前記流量測定回路が計測した前記流体の流量を出力するように構成された出力装置をさらに備えていてもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、第３信号の入力タイミングに応じた、第２タイマの計時する第２時間長の最小値と最大値との差が、第１クロックの１クロックと一致するように、第２タイマの１カウント分の時間を校正するので、ゼロ流量時においても温度変化による超音波の伝搬時間差の誤差が抑えられた時間計測回路および超音波流量計を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明の実施の形態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】図２は、本発明の実施の形態に係るリングオシレータの特性を説明するための図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態に係る時間計測回路の動作を説明するための図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態に係る超音波流量計の動作を説明するためのフローチャートである。

【図5】図５は、本発明の実施の形態に係る時間計測回路を実現するコンピュータ構成の一例を示すブロック図である。

【図6】図６は、従来の超音波流量計の動作を説明するための図である。

【図7】図７は、従来の時間計測回路の動作を説明するための図である。

【図8】図８は、従来の時間計測回路の動作を説明するための図である。

【図9】図９は、従来の時間計測回路の動作を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図５を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る時間計測回路５およびこれを用いた超音波流量計について説明する。

【0021】

［超音波流量計の概要］
まず、超音波流量計の概要について説明する。本実施の形態に係る超音波流量計は、トランスデューサ２，３と、トランスデューサ２，３が配置された配管１と、時間計測回路５を具備する流量演算装置４とを備えている。時間計測回路５は、流量演算装置４の処理タイミングを制御している。

【0022】

本実施の形態では、１対のトランスデューサ２，３を、配管１の円形断面の円周上の位置が同じで、かつ流体の流れる方向の位置が異なる箇所に配置する構成とする。そのため、超音波の送受信の伝搬経路は、図１に示すように配管１の内壁で反射させたＶ字型の伝搬路となる。すなわち、上流側のトランスデューサ２は、流体を介して対向する側の配管１の内壁に向けて超音波信号を送信すると同時に、下流側のトランスデューサ３は、流体を介して対向する側の配管１の内壁に向けて超音波信号を送信する。トランスデューサ２が超音波信号を送出する方向と配管１の内壁との成す角、およびトランスデューサ３が超音波信号を送出する方向と配管１の内壁との成す角の角度は、いずれもθである。

【0023】

図１において、トランスデューサ２から送信されて、トランスデューサ３で受信される超音波（上流側から下流側へと伝搬する超音波（順方向に伝搬する超音波））の伝搬時間Ｔ１（順方向伝搬時間）は、下記（１）式のように表される。
Ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） ・・・（１）
ここで、Ｌは超音波伝搬距離［ｍ］、Ｃは流体中の音速［ｍ／ｓ］である。超音波は流体の流れに乗って伝搬するため、流れが速いほど短い時間で伝搬する。

【0024】

同様に、トランスデューサ３より送信されてトランスデューサ２で受信される超音波（下流側から上流側へと伝搬する超音波（逆方向に伝搬する超音波））の伝搬時間（逆方向伝搬時間）Ｔ２は、下記（２）式のように表される。
Ｔ２＝Ｌ／（Ｃ－Ｖｃｏｓθ） ・・・（２）
超音波は流体の流れに逆らって伝搬するため、流れが速いほど長い時間をかけて伝搬する。

【0025】

上記の（１），（２）式から、超音波の伝搬時間差ΔＴ＝Ｔ２－Ｔ１と流速Ｖとの関係は、以下のようになる。
ΔＴ＝Ｔ２－Ｔ１＝２ＬＶｃｏｓθ／（Ｃ２－Ｖ２ｃｏｓ２θ）
Ｃ＞＞Ｖであるので、
ΔＴ≒２ＬＶｃｏｓθ／Ｃ２
したがって、
Ｖ≒Ｃ２／（２Ｌｃｏｓθ）ΔＴ ・・・（３）

【0026】

この流速Ｖに断面積Ｓと流量補正係数ｋを乗じると流量Ｑを求めることができる。
Ｑ＝ｋＳＶ ・・・（４）

【0027】

流量補正係数ｋは、超音波ビームが流体を通る部分の平均流速と配管断面における平均流速との比を補正するための係数であり、配管内面の表面粗さとレイノルズ数の関数となっている。

【0028】

［流量演算装置の構成］
まず、流量演算装置４の構成について説明する。流量演算装置４は、時間計測回路５、送信回路６、受信回路７、流量測定回路８、および出力装置９を備える。流量演算装置４は、トランスデューサ２、３間の超音波信号の伝達を制御する電子回路である。時間計測回路５の構成は後述する。

【0029】

送信回路６は、トランスデューサ２またはトランスデューサ３に対して、駆動用の送信パルスを供給して、超音波信号を送信させる。送信回路６は、例えば、図示されない外部の水晶発振器で構成される基準クロックとしての低速クロック（第１クロック）に同期した送信パルスをトランスデューサ２、３に供給する。例えば、配管１の上流に配置されたトランスデューサ２は、送信回路６からの送信パルスに応じて、配管１内を流れる流体に対して斜め方向に超音波信号を送信する。送信回路６が送信パルスをトランスデューサ２，３に供給すると、超音波の送信を示す送信信号（第１信号）が時間計測回路５に入力される。

【0030】

受信回路７は、トランスデューサ２またはトランスデューサ３で得られた超音波受信信号に対して増幅などの処理を行う。例えば、配管１の下流に配置されたトランスデューサ３は、上流のトランスデューサ２からの超音波信号の反射信号を受信する。受信回路７で得られた超音波の受信を示す受信信号（第３信号）は、時間計測回路５に入力される。

【0031】

流量測定回路８は、受信回路７から出力された超音波の受信信号をもとに、流体の流量を算出する。より詳細には、流量測定回路８は、時間計測回路５によって計測された超音波の伝搬時間に基づいて、上述した式（１）から（４）を用いて、流量を算出する。

【0032】

出力装置９は、流量測定回路８により算出された流体の流量を出力する。例えば、出力装置９は、例えば、表示装置で構成され、表示画面に算出された流量を表示させることができる。

【0033】

［時間計測回路の構成］
時間計測回路５は、低速クロック（第１クロック）および高速クロック（第２クロック）に基づいて時間長を計測する。時間計測回路５は、低速カウンタ（第１タイマ）５０、リングオシレータ５１、高速カウンタ（第２タイマ）５２、カウンタ制御回路５３、校正回路５４、および時間算出回路５５を備える。

【0034】

低速カウンタ５０は、送信回路６から入力される超音波の送信を示す送信信号（第１信号）の入力タイミングから、受信回路７より入力される超音波の受信信号（第３信号）の入力の後に、さらに予め設定された回数カウントアップするまでの第１時間長ｔ１を低速クロックに基づいて計時する。

【0035】

低速カウンタ５０は、外部の図示されない水晶発振回路などの発振器で生成される低速クロックと同期して動作する。低速カウンタ５０は、低速クロックの立ち上がりのタイミングでカウントアップして計数結果を出力する。低速カウンタ５０は、例えば、ＭＨｚオーダのカウンタを用いることができる。低速カウンタ５０によるカウント値である第１時間長ｔ１は、校正回路５４および時間算出回路５５に入力される。

【0036】

リングオシレータ５１は、低速クロックよりも伝達時間が早い発振信号である高速クロックを生成する。リングオシレータ５１は、カウンタ制御回路５３により生成される発振許可信号および発振停止信号に基づいて動作する。

【0037】

高速カウンタ５２は、受信回路７からの受信信号（第３信号）の入力があったときから低速カウンタ５０が予め設定された回数カウントアップしたことを示すカウントアップ信号（第２信号）の入力があるまでの第２時間長ｔ２を高速クロックに基づいて計時する。

【0038】

高速カウンタ５２は、リングオシレータ５１で生成される高速クロックと同期して動作する。高速カウンタ５２は、高速クロックの立ち上がりをカウントして計数結果を第２時間長ｔ２として出力する。高速カウンタ５２の周波数としては、例えば、数百ＭＨｚオーダとすることができる。なお、リングオシレータ５１の内部に設けたタップを用いて、例えば、高速カウンタ５２の時間分解能を、数十ＧＨｚオーダとすることもできる。高速カウンタ５２によるカウント値である第２時間長ｔ２は、校正回路５４に入力される。

【0039】

カウンタ制御回路５３は、送信回路６および受信回路７から入力される超音波信号の送信信号および受信信号に基づいて、低速カウンタ５０および高速カウンタ５２を制御して、時間計測回路５における時間計測の開始および停止を制御する。

【0040】

カウンタ制御回路５３は、リングオシレータ５１を発振させる発振許可信号を受信回路７からの受信信号の入力タイミングで生成してリングオシレータ５１に入力する。また、カウンタ制御回路５３は、受信回路７からの受信信号（第３信号）の入力タイミングから、低速カウンタ５０が予め設定された回数カウントアップしたことを示すカウントアップ信号（第２信号）のタイミングでリングオシレータ５１の発振を停止させる発振停止信号を生成する。

【0041】

カウンタ制御回路５３は、高速カウンタ５２の動作期間が、例えば、低速カウンタ５０の１周期以上３周期以下の期間となる発振停止信号を生成して、リングオシレータ５１に入力することができる。すなわち、カウンタ制御回路５３は、受信回路７からの超音波の受信信号の入力タイミングから、低速カウンタ５０が１回から３回のいずれかの回数カウントアップしたタイミングでカウントアップ信号を生成して高速カウンタ５２に入力し、高速カウンタ５２をカウントアップさせることができる。

【0042】

校正回路５４は、受信回路７からの受信信号の入力タイミングに応じた高速カウンタ５２の最小動作期間での第２時間長ｔ２（最小値）と最大動作期間での第２時間長ｔ２（最大値）との差が、低速カウンタ５０の１クロックと一致するように、高速カウンタ５２の１カウント分の時間を校正する。

【0043】

前述したように、高速カウンタ５２は、受信回路７が超音波を受信したことを示す受信信号の入力のタイミングからカウントを開始し、この受信信号の入力タイミングから低速カウンタ５０が予め設定された回数カウントアップしたタイミングで高速カウンタ５２は第２時間長ｔ２のカウントを終了する。例えば、低速カウンタ５０が、２回目の低速クロックの立ち上がりでカウントアップする設定である場合を考える。この場合、図８の（ａ）および（ｂ）で説明したように、超音波の受信信号（第３信号）の入力タイミングによっては、高速カウンタ５２の最大動作期間は、低速カウンタ５０の２クロック分の期間となり、最小動作期間は低速カウンタ５０の１クロック分の期間となる。

【0044】

ここで、高速カウンタ５２、すなわち高速クロックを生成するリングオシレータ５１は、起動後に安定するまで一定の時間を要する。図２は、高速カウンタ５２の周波数と時間との関係を示しており、周波数が安定した後も完全に一定の周波数ではなく、少しずつ変化する（図２の「１ＣＬＫ」と「２ＣＬＫ」間の周波数の変化）。そのため、通常、高速カウンタ５２の動作期間が長くなるほど実時間との誤差が大きくなっていく。

【0045】

校正回路５４は、高速カウンタ５２の動作期間が切り替わる点、すなわち、図２に示す高速カウンタ５２の最小動作期間（１ＣＬＫ）と最大動作期間（２ＣＬＫ）とで、カウント値が連続になるように校正を行う。より詳細には、校正回路５４は、高速カウンタ５２での最大動作期間（ｍａｘ）２ＣＬＫと最小動作期間（ｍｉｎ）１ＣＬＫとのカウント差が、低速カウンタ５０の１ＣＬＫ分と一致させる。

【0046】

校正回路５４は、低速カウンタ５０のｎＣＬＫ（ｎ＝１，２，・・・）分の高速カウンタ５２のカウント値をｃｏｕｎｔ（ｎＣＬＫ）、低速カウンタ５０のｎＣＬＫ分の計測時間をｔ（ｎＣＬＫ）として、高速カウンタ５２の１カウント分の時間を１ＬＳＢと表したときに、次式（５）により時間換算を求める。
１ＬＳＢ＝ｔ（１ＣＬＫ）／｛ｃｏｕｎｔ（２ＣＬＫ）－ｃｏｕｎｔ（１ＣＬＫ）｝
・・・（５）

【0047】

時間算出回路５５は、超音波の送信信号の入力からカウントアップ信号のタイミングまでの第１時間長ｔ１と、受信信号の入力からカウントアップ信号の入力までの第２時間長ｔ２と、上式（５）を用いて校正された高速カウンタ５２の１カウント分の時間とに基づいて、送信信号の入力から受信信号の入力までの時間長を算出する。

【0048】

より具体的には、時間算出回路５５は、第１時間長ｔ１から校正回路５４によって校正された第２時間長ｔ２を減算して、超音波の送信信号から受信信号までの時間長を算出する。時間算出回路５５によって算出される時間長は、順方向または逆方向の伝搬時間（Ｔ１またはＴ２）を示す。

【0049】

図３は、校正回路５４によって高速カウンタ５２の動作期間の切り替わる点で上式（５）によりカウント値が連続になるように校正された後の、低速クロックと高速クロックとの誤差を示している。図９に示した従来の時間計測回路における誤差と時間との関係と比較して、本実施の形態による校正後の誤差は、より連続的な特性となっている。図３に概念的に示すように、順方向と逆方向との伝搬時間の誤差Ｅは、図９に示した従来例による校正を行わない場合の伝搬時間の誤差と比較してより小さくなっている。実際のゼロ流量時の順逆の伝搬時間差（ΔＴ＝Ｔ１－Ｔ２）は、非常に小さいため、本実施の形態に係る校正回路５４による効果は、ゼロ流量時においてより大きくなる。

【0050】

［超音波流量計の動作］
次に、上述した構成を有する超音波流量計の動作について図４のフローチャートを用いて説明する。

【0051】

まず、送信回路６は、トランスデューサ２に超音波を送信させる（ステップＳ１）。次に、送信回路６は、超音波の送信を示す送信信号を時間計測回路５に入力する（ステップＳ２）。その後、低速カウンタ５０は、第１時間長ｔ１の計時を開始する（ステップＳ３）。

【0052】

次に、トランスデューサ３は、超音波を受信する（ステップＳ４）。その後、受信回路７は、超音波が受信されたことを示す受信信号を時間計測回路５に入力する（ステップＳ５）。次に、高速カウンタ５２は、受信信号が入力されたタイミングで第２時間長ｔ２の計時を開始する（ステップＳ６）。

【0053】

その後、低速カウンタ５０が、受信信号の入力タイミングから予め設定された回数カウントアップした場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、低速カウンタ５０は第１時間長ｔ１の計時を終了し、かつ、高速カウンタ５２は、第２時間長ｔ２の計時を終了する（ステップＳ８）。

【0054】

その後、校正回路５４は、高速カウンタ５２の最小動作期間での第２時間長ｔ２と最大動作期間での第２時間長ｔ２との差が、低速カウンタ５０の１クロックと一致するように式（５）を用いて、高速カウンタ５２の１カウント分の時間を校正する（ステップＳ９）。校正回路５４は、校正時間に基づいて、校正後の第２時間長ｔ２を求める。

【0055】

次に、時間算出回路５５は、第１時間長ｔ１から、ステップＳ９で校正された高速カウンタ５２の第２時間長ｔ２を減算して、超音波が送信されてから受信されるまでの伝搬時間を算出する（ステップＳ１０）。順方向の伝搬時間Ｔ１の算出された後に、同様に、逆方向の伝搬時間Ｔ２についてもステップＳ１からステップＳ１０までの処理を実行して算出する。

【0056】

次に、流量測定回路８は、時間算出回路５５によって算出された順方向および逆方向の伝搬時間差から、上述した式（１）から（４）を用いて流量を算出する（ステップＳ１１）。その後、出力装置９は、算出された流量を表示画面に表示して出力する（ステップＳ１２）。

【0057】

本実施の形態で説明した時間計測回路５は、ＣＰＵ、記憶装置およびインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータ構成例を図５に示す。コンピュータは、ＣＰＵ１０１と、記憶装置１０２と、インターフェース装置（Ｉ／Ｆ）１０３とを備えている。Ｉ／Ｆ１０３には、高速カウンタ５２と低速カウンタ５０とリングオシレータ５１とが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明を実現させるためのプログラムは記憶装置１０２に格納される。ＣＰＵ１０１は、記憶装置１０２に格納されたプログラムにしたがって、上述した実施の形態の処理を実行する。

【0058】

なお、流量演算装置４についても、図５と同様の、ＣＰＵ、記憶装置およびインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現される。

【0059】

以上説明したように、本実施の形態によれば、校正回路５４が高速カウンタ５２の最小動作期間で計時する第２時間長ｔ２と、最大動作期間で計時する第２時間長ｔ２との差が、低速カウンタ５０の１クロックと一致するように高速カウンタ５２の１カウント分の時間を校正する。そのため、ゼロ流量時に順逆で低速カウンタ５０のカウントをまたいだ場合であっても、温度変化による超音波の伝搬時間差の誤差が抑えられる。

【0060】

また、本実施の形態によれば、校正回路５４により校正された第２時間長ｔ２に基づいて超音波の伝搬時間が算出されるので、超音波流量計で計測される流量の精度を向上させることができる。

【0061】

なお、説明した実施の形態では、校正回路５４は、第１時間長ｔ１および第２時間長ｔ２が計時された毎に校正を行う場合を例示したが、校正処理は、任意の回数の伝搬時間の計測ごとに実行する構成とすることができる。

【0062】

以上、本発明の時間計測回路および超音波流量計における実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。

【符号の説明】

【0063】

１…配管、２，３…トランスデューサ、４…流量演算装置、５…時間計測回路、６…送信回路、７…受信回路、８…流量測定回路、９…出力装置、５０…低速カウンタ、５１…リングオシレータ、５２…高速カウンタ、５３…カウンタ制御回路、５４…校正回路、５５…時間算出回路、１０１…ＣＰＵ、１０２…記憶装置、１０３…Ｉ／Ｆ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】