JP2002257607A - 流量測定方法、超音波流量計、流速測定方法、温度又は圧力の測定方法及び超音波温度・圧力計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相差が０になる周波数を用いて精度良く流
体の流速を測定することが可能な流量測定方法及び超音
波流量計を提供する。 【解決手段】 流体の基準となる標準状態の超音波速度
を準備し、管体１０内に流れる流体中において一方側か
ら超音波を発信させ、この超音波を他方側で受信して、
その時の超音波速度Ａを測定する。管体内に流れる流体
中において他方側から超音波を発信させ、この超音波を
一方側で受信して、その時の超音波速度Ｂを測定する。
超音波速度Ａと超音波速度Ｂの平均値を算出して上記流
体中における超音波の絶対速度を検出し、超音波速度Ａ
と超音波速度Ｂの差を２で割ることにより、上記流体の
流速Ｖを検出し、上記標準状態の超音波速度と上記絶対
速度のずれから上記流速Ｖを補正することにより、流体
の正確な流速を検出し、この正確な流速と管体内の断面
積とから流体の流量を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を用いて流
体の流量、流速を測定する流量測定方法、流速測定方法
及び超音波流量計に関し、また、超音波を用いて流体の
温度又は圧力を非接触で測定する温度又は圧力の測定方
法及び超音波温度計、超音波圧力計に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、流体の流量を測定する流量計とし
て、超音波を用いた超音波流量計が提案されている。こ
の超音波流量計は、流体が流れる管体に、長手方向へ間
隔をあけて振動子を設け、一方側の振動子から超音波を
発信させて他方側の振動子にて受信させ、また、他方側
の振動子から超音波を発信させて一方側の振動子にて受
信させ、これらの超音波の伝搬時間の差から、管体内の
流体の流速を求め、この流速から流量を測定するもので
ある。また、流体の温度又は圧力を測定する温度計又は
圧力計として、半導体センサを用いた超音波温度計、超
音波圧力計が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
超音波流量計では、時間差法、位相差法等による測定法
を用いているが、超音波の伝播速度は、伝播物質の相違
により変化し、また伝播物質の温度、圧力の状態によっ
ても変化する。これらの変化を誤差として無視できる範
囲の測定流量であれば良いが、測定流量がこれらの変化
範囲より小さい時には問題となり、精度良く流量を求め
ることが困難であった。

【０００４】また、上記従来の温度計又は圧力計では、
超音波流量計で流体の速度を検出する場所と同一の場所
に設置することが困難であり、また非接触により流体の
流れを妨げることなく測定することが困難であった。

【０００５】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、管内流速（Ｖ）が変化す
ることにより超音波受信波の位相が変化するので、この
位相が管内流速（Ｖ＝０）の時と同一となるように、超
音波送信波の周波数を例えばＰＬＬ回路等を用いて変化
させ、その変化した周波数が流速を示すので、その周波
数差を計測すれば、精度良く流速が求められる新しい計
測方法（周波数可変法）を用いた流量測定方法、流速測
定方法及び超音波流量計を提供することにある。

【０００６】また、本発明の他の目的は、管内の超音波
速度（Ｖ）が温度と圧力によって変化することにより超
音波受信波の位相が時間遅れにより変化するので、この
位相が管内基準温度（標準状態の温度で例えば２０℃）
と同一となるように、超音波送信波の周波数を例えばＰ
ＬＬ回路等を用いて変化させ、その変化した周波数が温
度と圧力を示すので、その周波数差を計測すれば、精度
良く温度と圧力が求められる新しい計測方法（周波数可
変法）を用いた温度又は圧力の測定方法及び超音波温度
・圧力計を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る流量測定方法は、管体内に流れる流体
の流量を測定する方法であって、流体の基準となる標準
状態の超音波速度を準備しておき、管体内に流れる流体
中において一方側から超音波を発信させ、この超音波を
他方側で受信することにより、その時の超音波速度Ａを
測定し、管体内に流れる流体中において他方側から超音
波を発信させ、この超音波を一方側で受信することによ
り、その時の超音波速度Ｂを測定し、超音波速度Ａと超
音波速度Ｂの平均値を算出することにより、上記流体中
における超音波の絶対速度を検出し、超音波速度Ａと超
音波速度Ｂの差を２で割ることにより、上記流体の流速
Ｖを検出し、上記標準状態の超音波速度と上記絶対速度
のずれから上記流速Ｖを補正することにより、流体の正
確な流速を検出し、この正確な流速と管体内の断面積と
から流体の流量を測定することを特徴とする。

【０００８】上記流量測定方法によれば、管体内を流れ
る流体の温度、圧力により変動する超音波速度Ａ，Ｂを
超音波の送受信を用いて測定することにより、流体の温
度、圧力を測定して補正することなく、流速Ｖを補正す
ることで流体の正確な流速を検出できる。その結果、流
体の流量を正確に求めることができる。

【０００９】本発明に係る超音波流量計は、管体内に流
れる流体の流量を測定する超音波流量計であって、管体
の外表面に配置された第１の超音波送受信部と、管体の
外表面に配置され、第１の超音波送受信部と所定間隔離
れて位置する第２の超音波送受信部と、第２の超音波送
受信部と接続された第１の位相差検出器と、第１の位相
差検出器と第１の超音波送受信部との間に配置されたＰ
ＬＬ方式による第１のループ接続部と、第１の超音波送
受信部と接続された第２の位相差検出器と、第２の位相
差検出器と第２の超音波送受信部との間に配置されたＰ
ＬＬ方式による第２のループ接続部と、流体の流量を測
定する測定制御部と、を具備することを特徴とする。

【００１０】上記超音波流量計によれば、測定制御部を
具備しており、この測定制御部は次のような測定、制御
及び演算を行うものである。管体内を流速Ｖｘで流れる
流体において、第１の超音波送受信部から発信した超音
波を第２の超音波送受信部で受信し、発信時の超音波と
受信時のそれとの位相差を第１の位相差検出器で検出
し、位相差がある場合、第１のループ接続によって発信
周波数を徐々に変更し、位相差が０となるまで発信周波
数の変更を続け、位相差が０となったところで発信周波
数を固定する。この発信周波数又は波長から流体中の超
音波速度Ａを測定する。次に、第２の超音波送受信部か
ら発信した超音波を第１の超音波送受信部で受信し、発
信時の超音波と受信時のそれとの位相差を第２の位相差
検出器で検出し、位相差がある場合、第２のループ接続
によって発信周波数を徐々に変更し、位相差が０となる
まで発信周波数の変更を続け、位相差が０となったとこ
ろで発信周波数を固定する。この発信周波数又は波長か
ら流体中の超音波速度Ｂを測定する。次に、超音波速度
Ａと超音波速度Ｂの平均値を算出することにより、上記
流体中における超音波の絶対速度を検出する。次に、超
音波速度Ａと超音波速度Ｂの差を２で割ることにより、
上記流体の流速Ｖを検出する。次に、上記流体の基準と
なる標準状態の超音波速度を予め準備しておき、この標
準状態の超音波速度と上記絶対速度のずれから上記流速
Ｖを補正することにより、流体の正確な流速Ｖｘを検出
できる。そして、この正確な流速Ｖｘと管体１０内の断
面積とから流体の流量を測定することができる。従っ
て、流体の温度、圧力を測定してそれによる補正をする
ことなく、位相差が０となる周波数を用いて精度良く流
体の流速を正確に測定することができる。

【００１１】また、本発明に係る超音波流量計において
は、第１の超音波送信部及び第１の超音波受信部が第１
の超音波送受信部として一体に構成され、第２の超音波
送信部及び第２の超音波受信部が第２の超音波送受信部
として一体に構成され、第１及び第２の位相差検出器が
１つの位相差検出器で兼用され、第１及び第２のループ
接続部が１つのループ接続部で兼用されていることも可
能である。

【００１２】本発明に係る超音波流量計は、管体内に流
れる流体の流量を測定する超音波流量計であって、管体
に配置された超音波送信部と、この超音波送信部と所定
間隔離れて位置する超音波受信部と、上記超音波送信部
と上記超音波受信部とに接続されたＰＬＬ回路部と、下
記発振器の発振周波数を測定し、それを流量に換算する
測定制御部と、を具備し、上記ＰＬＬ回路部は、上記超
音波送信部から送信された超音波送信波と上記超音波受
信部で受信された超音波受信波との位相差を検出する位
相差検出器と、この位相差検出器の出力波形を積分する
積分回路と、この積分回路の出力信号で制御される発振
器と、から構成されていることを特徴とする。また、本
発明に係る超音波流量計は、上述した超音波流量計を２
組備えていることも可能である。

【００１３】本発明に係る超音波流量計は、管体内に流
れる流体の流量を測定する超音波流量計であって、管体
に配置された超音波送信部と、この超音波送信部を中心
に所定間隔離れて位置する第１及び第２の超音波受信部
と、上記超音波送信部に接続されたＰＬＬ回路部と、こ
のＰＬＬ回路部に接続された切替器と、下記発振器の発
振周波数を測定し、それを流量に換算する測定制御部
と、を具備し、上記切替器は、ＰＬＬ回路部を第１の超
音波受信部に接続するか、ＰＬＬ回路部を第２の超音波
受信部に接続するかを交互に切替えるものであり、上記
ＰＬＬ回路部は、上記超音波送信部から送信された超音
波送信波と上記第１及び第２の超音波受信部それぞれで
受信された超音波受信波との位相差を検出する位相差検
出器と、この位相差検出器の出力波形を積分する積分回
路と、この積分回路の出力信号で制御される発振器と、
から構成されていることを特徴とする。

【００１４】本発明に係る超音波流量計は、管体内に流
れる流体の流量を測定する超音波流量計であって、超音
波を発振させる超音波発振器と、管体に配置され、超音
波発振器により発振させた超音波を管体内に送信する超
音波送信部と、この超音波送信部と所定間隔離れて位置
する超音波受信部と、上記超音波送信部から送信された
超音波送信波と上記超音波受信部で受信された超音波受
信波との位相差を検出する位相差検出器と、この位相差
検出器の出力波形を積分する積分回路と、この積分回路
の出力信号で制御される発振器と、この発振器の発振周
波数を測定し、それを流量に換算する測定制御部と、を
具備することを特徴とする。

【００１５】本発明に係る超音波流量計は、管体内に流
れる流体の流量を測定する超音波流量計であって、管体
に配置された第１の超音波送受信部と、第１の超音波送
受信部と所定間隔離れて位置する第２の超音波送受信部
と、第１及び第２の超音波送信部に接続された切替器
と、この切替器に接続されたＰＬＬ回路部と、下記発振
器の発振周波数を測定し、それを流量に換算する測定制
御部と、を具備し、上記切替器は、ＰＬＬ回路の入力側
を第１の超音波送受信部に接続し且つＰＬＬ回路の出力
側を第２の超音波送受信部に接続するか、ＰＬＬ回路の
入力側を第２の超音波送受信部に接続し且つＰＬＬ回路
の出力側を第１の超音波送受信部に接続するかを交互に
切替えるものであり、上記ＰＬＬ回路部は、上記超音波
送信部から送信された超音波送信波と上記超音波受信部
で受信された超音波受信波との位相差を検出する位相差
検出器と、この位相差検出器の出力波形を積分する積分
回路と、この積分回路の出力信号で制御される発振器
と、から構成されていることを特徴とする。

【００１６】本発明に係る超音波流量計は、管体内に流
れる流体の流量を測定する超音波流量計であって、超音
波を発振させる超音波発振器と、管体に配置され、超音
波発振器により発振させた超音波を管体内に送受信する
第１の超音波送受信部と、第１の超音波送信部と所定間
隔離れて位置する第２の超音波送受信部と、第１及び第
２の超音波送受信部に接続された切替器と、この切替器
に接続され、第１又は第２の超音波送受信部から送信さ
れた超音波送信波と第２又は第１の超音波送受信部で受
信された超音波受信波との位相差を検出する位相差検出
器と、この位相差検出器の出力波形を積分する積分回路
と、この積分回路の出力信号で制御される発振器と、こ
の発振器の発振周波数を測定し、それを流量に換算する
測定制御部と、を具備し、上記切替器は、位相差検出器
を第１の超音波送受信部に接続するか、位相差検出器を
第２の超音波送受信部に接続するかを交互に切替えるも
のであることを特徴とする。

【００１７】本発明に係る流速測定方法は、管体内に流
れる流体の流速を測定する方法であって、流体の基準と
なる標準状態の超音波速度を準備しておき、管体内に流
れる流体中において一方側から超音波を発信させ、この
超音波を他方側で受信することにより、その時の超音波
速度Ａを測定し、管体内に流れる流体中において他方側
から超音波を発信させ、この超音波を一方側で受信する
ことにより、その時の超音波速度Ｂを測定し、超音波速
度Ａと超音波速度Ｂの平均値を算出することにより、上
記流体中における超音波の絶対速度を検出し、超音波速
度Ａと超音波速度Ｂの差を２で割ることにより、上記流
体の流速Ｖを検出し、上記標準状態の超音波速度と上記
絶対速度のずれから上記流速Ｖを補正することにより、
流体の正確な流速を検出することを特徴とする。

【００１８】本発明に係る温度又は圧力の測定方法は、
管体内に流れる流体の温度又は圧力を測定する方法であ
って、流体の基準となる標準状態（例えば２０℃）の超
音波速度を準備しておき、管体内に流れる流体中におい
て一方側から超音波を発信させ、この超音波を他方側で
受信することにより、その時の超音波速度Ａを測定し、
管体内に流れる流体中において他方側から超音波を発信
させ、この超音波を一方側で受信することにより、その
時の超音波速度Ｂを測定し、超音波速度Ａと超音波速度
Ｂの平均値を算出することにより、上記流体中における
超音波の絶対速度を検出し、超音波速度Ａと超音波速度
Ｂの差を２で割ることにより、上記流体の流速Ｖを検出
し、この流速Ｖと管体内の断面積との積から流体の流量
を検出し、上記標準状態の超音波速度と上記絶対速度の
ずれから上記流速Ｖと上記流量を補正することにより、
流体の正確な流速と流量を検出し、これと同時に、標準
状態の超音波速度と絶対速度から温度と圧力の関係を検
出し、この関係と予め分かっている上記流体の温度又は
圧力により該流体の圧力又は温度を測定することを特徴
とする。

【００１９】上記温度又は圧力の測定方法によれば、管
体内を流れる流体の温度、圧力により変動する超音波速
度Ａ，Ｂを超音波の送受信を用いて測定することによ
り、流体の温度、圧力を測定して補正することなく、流
速Ｖを補正することで流体の正確な流速を検出できる。
これと同時に、標準状態の超音波速度と絶対速度から温
度と圧力の関係を検出し、この関係と予め分かっている
上記流体の温度又は圧力により該流体の圧力又は温度を
流体と非接触で測定することができる。つまり、超音波
速度（絶対速度）は流速と流体の温度と流体の圧力の関
数であるため、絶対速度と流速を測定することにより、
流体の温度が予め分かっていれば、流体の圧力を測定す
ることが可能となり、流体の圧力が予め分かっていれ
ば、流体の温度を測定することが可能となる。したがっ
て、流速と温度又は圧力を同時に測定することが可能と
なる。

【００２０】本発明に係る温度又は圧力の測定方法は、
管体内に流れる流体の温度又は圧力を測定する方法であ
って、流体の基準となる標準状態（例えば温度が２０℃
の状態）の超音波速度を準備しておき、管体内に流れる
流体中において一方側から超音波を発信させ、この超音
波を他方側で受信することにより、その時の超音波速度
Ａを測定し、管体内に流れる流体中において他方側から
超音波を発信させ、この超音波を一方側で受信すること
により、その時の超音波速度Ｂを測定し、超音波速度Ａ
と超音波速度Ｂの平均値を算出することにより、上記流
体中における超音波の絶対速度を検出し、上記標準状態
の超音波速度と上記絶対速度のずれから流体の温度と圧
力の関係を検出し、この関係と予め分かっている上記流
体の温度又は圧力により該流体の圧力又は温度を測定す
ることを特徴とする。

【００２１】上記温度又は圧力の測定方法によれば、標
準状態の超音波速度と絶対速度から温度と圧力の関係を
検出し、この関係と予め分かっている上記流体の温度又
は圧力により該流体の圧力又は温度を流体と非接触で測
定することができる。つまり、超音波速度（絶対速度）
は流速と流体の温度と流体の圧力の関数であるため、絶
対速度と流速を測定することにより、流体の温度が予め
分かっていれば、流体の圧力を測定することが可能とな
り、流体の圧力が予め分かっていれば、流体の温度を測
定することが可能となる。

【００２２】本発明に係る超音波温度・圧力計は、管体
内に流れる流体の温度又は圧力を測定する超音波温度・
圧力計であって、管体の外表面に配置された第１の超音
波送受信部と、管体の外表面に配置され、第１の超音波
送受信部と所定間隔離れて位置する第２の超音波送受信
部と、第２の超音波送受信部と接続された第１の位相差
検出器と、第１の位相差検出器と第１の超音波送受信部
との間に配置されたＰＬＬ方式による第１のループ接続
部と、第１の超音波送受信部と接続された第２の位相差
検出器と、第２の位相差検出器と第２の超音波送受信部
との間に配置されたＰＬＬ方式による第２のループ接続
部と、流体の温度又は圧力を測定する測定制御部と、を
具備することを特徴とする。

【００２３】上記超音波温度・圧力計によれば、測定制
御部を具備しており、この測定制御部は次のような測
定、制御及び演算を行うものである。管体内を流速Ｖｘ
で流れる流体において、第１の超音波送受信部から発信
した超音波を第２の超音波送受信部で受信し、発信時の
超音波と受信時のそれとの位相差を第１の位相差検出器
で検出し、位相差がある場合、第１のループ接続によっ
て発振周波数を徐々に変更し、位相差が０となるまで発
振周波数の変更を続け、位相差が０となったところで発
振周波数を固定する。この発振周波数又は波長から流体
中の超音波速度Ａを測定する。次に、第２の超音波送受
信部から発信した超音波を第１の超音波送受信部で受信
し、発信時の超音波と受信時のそれとの位相差を第２の
位相差検出器で検出し、位相差がある場合、第２のルー
プ接続によって発振周波数を徐々に変更し、位相差が０
となるまで発振周波数の変更を続け、位相差が０となっ
たところで発振周波数を固定する。この発振周波数又は
波長から流体中の超音波速度Ｂを測定する。次に、超音
波速度Ａと超音波速度Ｂの平均値を算出することによ
り、上記流体中における超音波の絶対速度を検出する。
次に、超音波速度Ａと超音波速度Ｂの差を２で割ること
により、上記流体の流速Ｖを検出する。次に、上記流体
の基準となる標準状態（例えば温度が２０℃の状態）の
超音波速度を予め準備しておき、この標準状態の超音波
速度と上記絶対速度のずれから流体の温度と圧力の関係
を検出し、この関係と予め分かっている上記流体の温度
又は圧力により該流体の圧力又は温度を検出することが
できる。

【００２４】また、本発明に係る超音波温度・圧力計に
おいては、第１の超音波送信部及び第１の超音波受信部
が第１の超音波送受信部として一体に構成され、第２の
超音波送信部及び第２の超音波受信部が第２の超音波送
受信部として一体に構成され、第１及び第２の位相差検
出器が１つの位相差検出器で兼用され、第１及び第２の
ループ接続部が１つのループ接続部で兼用されているこ
とも可能である。

【００２５】本発明に係る超音波温度・圧力計は、管体
内に流れる流体の温度又は圧力を測定する超音波温度・
圧力計であって、管体に配置された超音波送信部と、こ
の超音波送信部と所定間隔離れて位置する超音波受信部
と、上記超音波送信部と上記超音波受信部とに接続され
たＰＬＬ回路部と、下記発振器の発振周波数を測定し、
それを流体の温度又は圧力に換算する測定制御部と、を
具備し、上記ＰＬＬ回路部は、上記超音波送信部から送
信された超音波送信波と上記超音波受信部で受信された
超音波受信波との位相差を検出する位相差検出器と、こ
の位相差検出器の出力波形を積分する積分回路と、この
積分回路の出力信号で制御される発振器と、から構成さ
れていることを特徴とする。

【００２６】本発明に係る超音波温度・圧力計は、管体
内に流れる流体の温度又は圧力を測定する超音波温度・
圧力計であって、管体に配置された超音波送信部と、こ
の超音波送信部を中心に所定間隔離れて位置する第１及
び第２の超音波受信部と、上記超音波送信部に接続され
たＰＬＬ回路部と、このＰＬＬ回路部に接続された切替
器と、下記発振器の発振周波数を測定し、それを温度又
は圧力に換算する測定制御部と、を具備し、上記切替器
は、ＰＬＬ回路部を第１の超音波受信部に接続するか、
ＰＬＬ回路部を第２の超音波受信部に接続するかを交互
に切替えるものであり、上記ＰＬＬ回路部は、上記超音
波送信部から送信された超音波送信波と上記第１及び第
２の超音波受信部それぞれで受信された超音波受信波と
の位相差を検出する位相差検出器と、この位相差検出器
の出力波形を積分する積分回路と、この積分回路の出力
信号で制御される発振器と、から構成されていることを
特徴とする。

【００２７】本発明に係る超音波温度・圧力計は、管体
内に流れる流体の温度又は圧力を測定する超音波温度・
圧力計であって、超音波を発振させる超音波発振器と、
管体に配置され、超音波発振器により発振させた超音波
を管体内に送信する超音波送信部と、この超音波送信部
と所定間隔離れて位置する超音波受信部と、上記超音波
送信部から送信された超音波送信波と上記超音波受信部
で受信された超音波受信波との位相差を検出する位相差
検出器と、この位相差検出器の出力波形を積分する積分
回路と、この積分回路の出力信号で制御される発振器
と、この発振器の発振周波数を測定し、それを温度又は
圧力に換算する測定制御部と、を具備することを特徴と
する。

【００２８】本発明に係る超音波温度・圧力計は、管体
内に流れる流体の温度又は圧力を測定する超音波温度・
圧力計であって、管体に配置された第１の超音波送受信
部と、第１の超音波送受信部と所定間隔離れて位置する
第２の超音波送受信部と、第１及び第２の超音波送信部
に接続された切替器と、この切替器に接続されたＰＬＬ
回路部と、下記発振器の発振周波数を測定し、それを温
度又は圧力に換算する測定制御部と、を具備し、上記切
替器は、ＰＬＬ回路の入力側を第１の超音波送受信部に
接続し且つＰＬＬ回路の出力側を第２の超音波送受信部
に接続するか、ＰＬＬ回路の入力側を第２の超音波送受
信部に接続し且つＰＬＬ回路の出力側を第１の超音波送
受信部に接続するかを交互に切替えるものであり、上記
ＰＬＬ回路部は、上記第１又は第２の超音波送受信部か
ら送信された超音波送信波と上記第２又は第１の超音波
送受信部で受信された超音波受信波との位相差を検出す
る位相差検出器と、この位相差検出器の出力波形を積分
する積分回路と、この積分回路の出力信号で制御される
発振器と、から構成されていることを特徴とする。

【００２９】本発明に係る超音波温度・圧力計は、管体
内に流れる流体の温度又は圧力を測定する超音波温度・
圧力計であって、超音波を発振させる超音波発振器と、
管体に配置され、超音波発振器により発振させた超音波
を管体内に送受信する第１の超音波送受信部と、第１の
超音波送信部と所定間隔離れて位置する第２の超音波送
受信部と、第１及び第２の超音波送受信部に接続された
切替器と、この切替器に接続され、第１又は第２の超音
波送受信部から送信された超音波送信波と第２又は第１
の超音波送受信部で受信された超音波受信波との位相差
を検出する位相差検出器と、この位相差検出器の出力波
形を積分する積分回路と、この積分回路の出力信号で制
御される発振器と、この発振器の発振周波数を測定し、
それを温度又は圧力に換算する測定制御部と、を具備
し、上記切替器は、位相差検出器を第１の超音波送受信
部に接続するか、位相差検出器を第２の超音波送受信部
に接続するかを交互に切替えるものであることを特徴と
する。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明に係る第１
の実施の形態による流量測定方法を説明する模式図であ
る。

【００３１】内部に流体を流す管体１０を準備し、この
管体１０に超音波を発信する振動子１１及びその振動子
から発信した超音波を受信する受信部１２，１３を配置
する。受信部１２は、振動子１１から管体１０の一方側
に長さ＋Ｌ離れた箇所に位置している。受信部１３は、
振動子１１から管体１０の他方側に長さ−Ｌ離れた箇所
に位置している。

【００３２】ここで、流体（例えば水）の流速Ｖを０ｍ
／ｓとし、振動子１１から所定の周波数の超音波を発信
させ、この超音波を受信部１２，１３により受信させ
る。ここで、振動子１１より発信された超音波が受信部
１２，１３で受信されるまでの超音波到達時間は、管体
１０内の流体の流速Ｖが０の時は温度に関係なく同じで
ある。但し、その絶対値は温度に依存し、流体が水の場
合、図１に示すように温度が高くなるほど超音波速度は
速くなる。

【００３３】そこで、管体１０内に流れる流体の流速Ｖ
を測定する場合、管体１０内の超音波の絶対速度Ａ，Ｂ
をそれぞれ検出し、下記式（１）のように両者の平均を
求めると、流速Ｖが相殺され、管体内の流体の温度、圧
力状態での超音波の絶対速度Ｓが求められる。なお、絶
対速度Ａは、超音波が受信部１２の方向に伝達される場
合の基準となる超音波速度であり、絶対速度Ｂは、超音
波が受信部１３の方向に伝達される場合の基準となる超
音波速度である。

【００３４】一方、管体１０内に流れる流体の流速Ｖを
検出するには、下記式（２）のように両者の差を求める
と、超音波の絶対音速が相殺され、管体内の温度、圧力
状態での流体の流速Ｖ₀（Ｖ₀は補正前の流速）が求めら
れる。

【００３５】Ｓ＝（Ａ＋Ｂ）／２ …（１） Ｖ₀＝（Ａ−Ｂ）／２ …（２）

【００３６】上記式（１）により求めた超音波の絶対速
度Ｓは、その時の流体の温度と圧力の状態により実際の
速度からずれているものである。これと同様に、上記式
（２）により求めた流速Ｖ₀も、その時の流体の温度と
圧力の状態により実際の流速からずれているものであ
る。従って、実際の流速を求めるには、温度と圧力に起
因するずれを補正する必要があるので、次に、この補正
方法について説明する。

【００３７】流体が例えば水の場合、温度による超音波
速度のずれは、図１に示すように、２５℃では１５００
ｍ／ｓであり、１０℃では１４６０ｍ／ｓであり、４０
℃では１５４０ｍ／ｓである。従って、基準となる超音
波速度を１５００ｍ／ｓとした場合、上記式（１）によ
り求めた水中での超音波の絶対速度が１５４０ｍ／ｓで
あれば、上記式（２）により求めた流速Ｖ₀において４
０ｍ／ｓの補正が必要となる。つまり、４０ｍ／ｓが絶
対速度１５４０ｍ／ｓに占める割合を、求めた流速Ｖ₀
において補正する必要がある。

【００３８】具体的な補正方法としては、管体１０内を
流れる流体の基準となる超音波速度（水の場合は例えば
１５００ｍ／ｓ）を予め求めておき、その基準となる速
度と上記式（１）により求めた絶対速度とから、上述し
た方法を用いて上記式（２）により求めた流速Ｖ₀を補
正する。そして、この補正した流速Ｖ（Ｖは補正後の流
速）と管体１０内の断面積とから、流体の流量を導出す
ることができる。

【００３９】上記第１の実施の形態による流量測定方法
によれば、管体１０内を流れる流体の温度、圧力により
変動する超音波速度Ｓを超音波の送受信を用いて測定す
ることにより、流体の温度、圧力を測定することなく、
流速Ｖを補正して正確に求めることができる。従って、
流体の流速を正確に求めることができる。

【００４０】また、本実施の形態を用いることにより、
流体の温度又は圧力を測定することも可能であるので、
次に、温度又は圧力の測定方法について説明する。流体
の基準となる超音波速度（前述したように水の場合、例
えば２５℃の温度では１５００ｍ／ｓ）を予め求めてお
き、その基準となる速度と上記式（１）により求めたそ
の時の絶対速度とから温度と圧力の関係を検出する。上
記基準となる速度と絶対速度と温度と圧力の関係からな
る換算表は予め作成しておく。そして、流体の温度が予
め分かっていれば、流体の圧力を換算することができ、
また流体の圧力が予め分かっていれば、流体の温度を換
算することができる。

【００４１】図２は、図１に示す流量測定方法を用いた
具体的な超音波流量計を示す構成図である。

【００４２】この超音波流量計は、内部に流体が流れる
管体１０の外表面に取り付けた超音波送信部２１及び超
音波受信部２２を有している。超音波送信部２１と超音
波受信部２２は互いに所定間隔を設けて配置されてい
る。超音波受信部２２は位相差検出器Δφに接続されて
いる。位相差検出器Δφは、位相差検出器の出力波形を
積分する積分回路（ローパスフィルター）∫に接続され
ている。積分回路∫は、積分回路の出力信号で制御され
る発振器ＶＦＯに接続されている。ＶＦＯは拡大器Ｎ及
びカウンターに接続されている。カウンターは周波数を
例えば４桁程度表示できるものである。位相差検出器Δ
φ、積分回路∫及び発振器ＶＦＯによりＰＬＬ(phase-l
ocked loop)回路が構成されている。拡大器Ｎは超音波
送信部２１及び位相差検出器Δφに接続されている。

【００４３】位相差検出器Δφ、積分回路∫、発振器Ｖ
ＦＯ、拡大器Ｎのループ接続は、位相差検出器Δφで検
出した位相差（即ち超音波送信部２１から発信した超音
波の位相と超音波受信部２２が受信した超音波の位相と
の差）が、ＰＬＬ方式を用いて０となるようにするもの
である。つまり、管体１０内を流速Ｖで流れる流体にお
いて位相差検出器Δφで位相差を検出すると、上記のル
ープ接続によって発信周波数を徐々に変更し、位相差が
０となるまで発信周波数の変更を続け、位相差が０とな
ったところで発信周波数を固定する。この発信周波数又
は波長から流体中の超音波速度Ａが測定される。

【００４４】図２に示す超音波送信部２１、超音波受信
部２２、位相差検出器Δφ、積分回路∫、発振器ＶＦ
Ｏ、拡大器Ｎのループ接続とは全く逆の配置となる超音
波送信部、超音波受信部、位相差検出器、積分回路、発
振器、拡大器のループ接続を設ける。具体的には例え
ば、超音波送信部２１と超音波受信部２２の両者を超音
波送受信部として送信と受信を瞬時に切り替え可能とす
ると共に上記ループ接続についても同様に切り替え可能
とすれば良い。

【００４５】上記の逆配置の超音波送信部、超音波受信
部などを用いて、前記と同様の方法で超音波速度Ｂを測
定する。次に、超音波速度Ａと超音波速度Ｂの平均値を
算出することにより、上記流体中における超音波の絶対
速度を検出する。次に、超音波速度Ａと超音波速度Ｂの
差を２で割ることにより、上記流体の流速Ｖを検出す
る。なお、この流速Ｖは現実の流速とは多少ずれがある
ので、次のように補正する。

【００４６】上記流体の基準となる標準状態の超音波速
度を予め準備しておき、この標準状態の超音波速度と上
記絶対速度のずれから上記流速Ｖを補正することによ
り、流体の正確な流速Ｖを検出できる。そして、この正
確な流速Ｖと管体１０内の断面積とから流体の流量を測
定することができる。このような制御を行うのが測定制
御部であり、この測定制御部は超音波流量計に設けられ
ている。

【００４７】上記超音波流量計によれば、流体の温度、
圧力を測定してそれによる補正をすることなく、位相差
を用いて精度良く流体の流速を正確に測定することがで
きる。

【００４８】次に、前述した流体の温度又は圧力の測定
方法を用いた具体的な超音波温度・圧力計について、図
２を参照しつつ説明する。

【００４９】超音波温度・圧力計は、内部に流体が流れ
る管体１０の外表面に取り付けた超音波送信部２１及び
超音波受信部２２を有している。超音波送信部２１と超
音波受信部２２は互いに所定間隔を設けて配置されてい
る。超音波受信部２２は位相差検出器Δφに接続されて
いる。位相差検出器Δφは、位相差検出器の出力波形を
積分する積分回路（ローパスフィルター）∫に接続され
ている。積分回路∫は、積分回路の出力信号で制御され
る発振器ＶＦＯに接続されている。ＶＦＯは拡大器Ｎ及
びカウンターに接続されている。カウンターは周波数を
例えば４桁程度表示できるものである。位相差検出器Δ
φ、積分回路∫及び発振器ＶＦＯによりＰＬＬ(phase-l
ocked loop)回路が構成されている。拡大器Ｎは超音波
送信部２１及び位相差検出器Δφに接続されている。

【００５０】位相差検出器Δφ、積分回路∫、発振器Ｖ
ＦＯ、拡大器Ｎのループ接続は、位相差検出器Δφで検
出した位相差（即ち超音波送信部２１から発信した超音
波の位相と超音波受信部２２が受信した超音波の位相と
の差）が、ＰＬＬ方式を用いて０となるようにするもの
である。つまり、管体１０内を流速Ｖで流れる流体にお
いて位相差検出器Δφで位相差を検出すると、上記のル
ープ接続によって発信周波数を徐々に変更し、位相差が
０となるまで発信周波数の変更を続け、位相差が０とな
ったところで発信周波数を固定する。この発信周波数又
は波長から流体中の超音波速度Ａが測定される。

【００５１】図２に示す超音波送信部２１、超音波受信
部２２、位相差検出器Δφ、積分回路∫、発振器ＶＦ
Ｏ、拡大器Ｎのループ接続とは全く逆の配置となる超音
波送信部、超音波受信部、位相差検出器、積分回路、発
振器、拡大器のループ接続を設ける。具体的には例え
ば、超音波送信部２１と超音波受信部２２の両者を超音
波送受信部として送信と受信を瞬時に切り替え可能とす
ると共に上記ループ接続についても同様に切り替え可能
とすれば良い。

【００５２】上記の逆配置の超音波送信部、超音波受信
部などを用いて、前記と同様の方法で超音波速度Ｂを測
定する。次に、超音波速度Ａと超音波速度Ｂの平均値を
算出することにより、上記流体中における超音波の絶対
速度を検出する。

【００５３】上記流体の基準となる標準状態の超音波速
度を予め準備しておき、この標準状態の超音波速度と上
記絶対速度のずれから流体の正確な温度又は圧力を検出
できる。このような制御を行うのが測定制御部であり、
この測定制御部は超音波温度・圧力計に設けられてい
る。

【００５４】図３は、本発明に係る第２の実施の形態に
よる超音波流量計を示す構成図であり、図２と同一部分
には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明す
る。

【００５５】この超音波流量計は、超音波発振器（ＯＳ
Ｃ）を備えた第１及び第２の超音波送受信部２１，２２
を有しており、これら超音波送受信部２１，２２は互い
に所定間隔離れて配置されている。第１及び第２の超音
波送受信部２１，２２は切替器２５に接続されており、
この切替器２５はＰＬＬ回路２８及び拡大器Ｎに接続さ
れている。ＰＬＬ回路２８は、位相差検出器、積分回路
及び発振器により構成されている。

【００５６】第１及び第２の超音波送受信部２１，２２
は制御回路・表示回路２６に接続されており、制御回路
・表示回路２６は計数回路２７に接続されている。計数
回路２７はＰＬＬ回路２８に接続されている。計数回路
２７は発振器の発振周波数を測定するものである。制御
回路・表示回路２６は、測定された発振周波数を流量に
換算し、その流量を表示するものである。

【００５７】次に、上記超音波流量計を用いて管体１０
内を流れる流体の流量測定方法について説明する。

【００５８】まず、第１の超音波送受信部２１からある
周波数の超音波を送信し、この送信した超音波を第２の
超音波送受信部２２で受信する。この際、超音波送信波
と超音波受信波との位相差を位相差検出器により検出
し、この検出された出力波形を積分回路により積分し、
積分回路の出力信号により発振器を制御して周波数を変
更した超音波を発振させる。次に、この発振した周波数
の超音波を第２の超音波送受信部２２で受信し、その際
の位相差を位相差検出器により検出し、出力波形を積分
し、積分回路の出力信号により発振器を制御して周波数
を変更した超音波を発振させる。このようなＰＬＬ方式
を用いて位相差が０となるようにし、その時の発振周波
数を固定する。この発振周波数を計数回路２７で測定
し、その発振周波数を制御回路により流量に換算するこ
とにより、流体中の超音波速度Ａが測定される。

【００５９】次に、切替器２５により接続を切替え、上
記と同様に、第２の超音波送受信部２２からある周波数
の超音波を送信し、この送信した超音波を第１の超音波
送受信部２１で受信する。この際、超音波送信波と超音
波受信波との位相差を位相差検出器により検出し、この
検出された出力波形を積分回路により積分し、積分回路
の出力信号により発振器を制御して周波数を変更した超
音波を発振させる。次に、この発振した周波数の超音波
を第１の超音波送受信部２１で受信し、その際の位相差
を位相差検出器により検出し、出力波形を積分し、積分
回路の出力信号により発振器を制御して周波数を変更し
た超音波を発振させる。このようなＰＬＬ方式を用いて
位相差が０となるようにし、その時の発振周波数を固定
する。この発振周波数を計数回路２７で測定し、その発
振周波数を制御回路により流量に換算することにより、
流体中の超音波速度Ｂが測定される。

【００６０】次に、制御回路において、超音波速度Ａと
超音波速度Ｂの平均値を算出することにより、上記流体
中における超音波の絶対速度を検出し、超音波速度Ａと
超音波速度Ｂの差を２で割ることにより、上記流体の流
速Ｖ₀を検出する。なお、この流速Ｖ₀は現実の流速とは
多少ずれがあるので、第１の実施の形態と同様の方法に
より制御回路で補正して流速Ｖを表示回路で表示する。

【００６１】上記第２の実施の形態においても第１の実
施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００６２】次に、本実施の形態による超音波温度・圧
力計について、図３を参照しつつ説明する。なお、第１
の実施の形態による超音波温度・圧力計と同一部分の説
明は省略する。

【００６３】この超音波温度・圧力計は、超音波発振器
（ＯＳＣ）を備えた第１及び第２の超音波送受信部２
１，２２を有しており、これら超音波送受信部２１，２
２は互いに所定間隔離れて配置されている。第１及び第
２の超音波送受信部２１，２２は切替器２５に接続され
ており、この切替器２５はＰＬＬ回路２８及び拡大器Ｎ
に接続されている。ＰＬＬ回路２８は、位相差検出器、
積分回路及び発振器により構成されている。

【００６４】第１及び第２の超音波送受信部２１，２２
は制御回路・表示回路２６に接続されており、制御回路
・表示回路２６は計数回路２７に接続されている。計数
回路２７はＰＬＬ回路２８に接続されている。計数回路
２７は発振器の発振周波数を測定するものである。制御
回路・表示回路２６は、測定された発振周波数を温度又
は圧力に換算し、その温度又は圧力を表示するものであ
る。

【００６５】次に、上記超音波温度・圧力計を用いて管
体１０内を流れる流体の温度又は圧力の測定方法につい
て説明する。

【００６６】まず、第１の超音波送受信部２１からある
周波数の超音波を送信し、この送信した超音波を第２の
超音波送受信部２２で受信する。この際、超音波送信波
と超音波受信波との位相差を位相差検出器により検出
し、この検出された出力波形を積分回路により積分し、
積分回路の出力信号により発振器を制御して周波数を変
更した超音波を発振させる。次に、この発振した周波数
の超音波を第２の超音波送受信部２２で受信し、その際
の位相差を位相差検出器により検出し、出力波形を積分
し、積分回路の出力信号により発振器を制御して周波数
を変更した超音波を発振させる。このようなＰＬＬ方式
を用いて位相差が０となるようにし、その時の発振周波
数を固定する。この発振周波数を計数回路２７で測定
し、その発振周波数を制御回路により、流体中の超音波
速度Ａが測定される。

【００６７】次に、切替器２５により接続を切替え、上
記と同様に、第２の超音波送受信部２２からある周波数
の超音波を送信し、この送信した超音波を第１の超音波
送受信部２１で受信する。この際、超音波送信波と超音
波受信波との位相差を位相差検出器により検出し、この
検出された出力波形を積分回路により積分し、積分回路
の出力信号により発振器を制御して周波数を変更した超
音波を発振させる。次に、この発振した周波数の超音波
を第１の超音波送受信部２１で受信し、その際の位相差
を位相差検出器により検出し、出力波形を積分し、積分
回路の出力信号により発振器を制御して周波数を変更し
た超音波を発振させる。このようなＰＬＬ方式を用いて
位相差が０となるようにし、その時の発振周波数を固定
する。この発振周波数を計数回路２７で測定し、その発
振周波数を制御回路により流量に換算することにより、
流体中の超音波速度Ｂが測定される。

【００６８】次に、制御回路において、超音波速度Ａと
超音波速度Ｂの平均値を算出することにより、上記流体
中における超音波の絶対速度を検出する。

【００６９】上記流体の基準となる標準状態の超音波速
度を予め準備しておき、この標準状態の超音波速度と上
記絶対速度のずれから流体の正確な温度又は圧力を検出
できる。

【００７０】図４は、本発明に係る第３の実施の形態に
よる超音波流量計を示す構成図であり、図３と同一部分
には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明す
る。

【００７１】この超音波流量計は超音波発振器（ＯＳ
Ｃ）を備えた超音波送信部３１を有しており、この超音
波送信部３１を中心に所定間隔離れた位置に第１及び第
２の超音波受信部３２，３３が配置されている。第１及
び第２の超音波受信部３２，３３それぞれは切替器３５
に接続されており、この切替器３５はＰＬＬ回路２８及
び拡大器Ｎに接続されている。

【００７２】第１及び第２の超音波受信部３２，３３は
制御回路・表示回路２６に接続されており、制御回路・
表示回路２６は計数回路２７に接続されている。

【００７３】次に、上記超音波流量計を用いて管体１０
内を流れる流体の流量測定方法について説明する。

【００７４】まず、超音波送信部３１からある周波数の
超音波を送信し、この送信した超音波を第１の超音波受
信部３２で受信する。そして、ＰＬＬ回路を用いて位相
差が０となるようにし、その時の発振周波数を固定し、
この発振周波数を計数回路２７で測定し、その発振周波
数を制御回路により流量に換算することにより、流体中
の超音波速度Ａが測定される。

【００７５】次に、切替器３５により接続を切替え、上
記と同様に、超音波送信部３１からある周波数の超音波
を送信し、この送信した超音波を第２の超音波受信部３
３で受信する。そして、ＰＬＬ回路を用いて位相差が０
となるようにし、その時の発振周波数を固定し、この発
振周波数を計数回路２７で測定し、その発振周波数を制
御回路により流量に換算することにより、流体中の超音
波速度Ｂが測定される。

【００７６】次に、第２の実施の形態と同様の方法によ
り流速Ｖ₀を導出し、これを補正した流速Ｖを表示回路
で表示する。

【００７７】上記第３の実施の形態においても第１の実
施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００７８】次に、本実施の形態による超音波温度・圧
力計について、図４を参照しつつ説明する。なお、第２
の実施の形態による超音波温度・圧力計と同一部分の説
明は省略する。

【００７９】この超音波温度・圧力計は超音波発振器
（ＯＳＣ）を備えた超音波送信部３１を有しており、こ
の超音波送信部３１を中心に所定間隔離れた位置に第１
及び第２の超音波受信部３２，３３が配置されている。
第１及び第２の超音波受信部３２，３３それぞれは切替
器３５に接続されており、この切替器３５はＰＬＬ回路
２８及び拡大器Ｎに接続されている。

【００８０】第１及び第２の超音波受信部３２，３３は
制御回路・表示回路２６に接続されており、制御回路・
表示回路２６は計数回路２７に接続されている。

【００８１】次に、上記超音波温度・圧力計を用いて管
体１０内を流れる流体の温度又は圧力の測定方法につい
て説明する。

【００８２】まず、超音波送信部３１からある周波数の
超音波を送信し、この送信した超音波を第１の超音波受
信部３２で受信する。そして、ＰＬＬ回路を用いて位相
差が０となるようにし、その時の発振周波数を固定し、
この発振周波数を計数回路２７で測定し、その発振周波
数を制御回路により、流体中の超音波速度Ａが測定され
る。

【００８３】次に、切替器３５により接続を切替え、上
記と同様に、超音波送信部３１からある周波数の超音波
を送信し、この送信した超音波を第２の超音波受信部３
３で受信する。そして、ＰＬＬ回路を用いて位相差が０
となるようにし、その時の発振周波数を固定し、この発
振周波数を計数回路２７で測定し、その発振周波数を制
御回路により、流体中の超音波速度Ｂが測定される。

【００８４】次に、第２の実施の形態と同様の方法によ
り超音波速度を導出し、これを補正して温度又は圧力を
表示回路で表示する。

【００８５】本実施の形態においても第１の実施の形態
と同様の効果を得ることができる。

【００８６】図５は、本発明に係る第４の実施の形態に
よる超音波流量計を示す構成図であり、図３と同一部分
には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明す
る。

【００８７】この超音波流量計は、超音波発振器（ＯＳ
Ｃ）を備えた超音波送信部２１及び超音波受信部２２を
有しており、これらは互いに所定間隔離れて配置されて
いる。超音波受信部２２はＰＬＬ回路２８に接続されて
おり、ＰＬＬ回路２８は切替器３５及び拡大器Ｎに接続
されている。拡大器Ｎは超音波送信部２１に接続されて
おり、切替器３５は計数回路２７及び制御回路・表示回
路２６に接続されている。

【００８８】また、超音波流量計は、超音波発振器（Ｏ
ＳＣ）を備えた超音波送信部４１及び超音波受信部４２
を有しており、これらは所定間隔離れて配置されてい
る。超音波受信部４２はＰＬＬ回路３８に接続されてお
り、ＰＬＬ回路３８は切替器３５及び拡大器Ｎに接続さ
れている。拡大器Ｎは超音波送信部４１に接続されてい
る。

【００８９】次に、上記超音波流量計を用いて管体１０
内を流れる流体の流量測定方法について説明する。

【００９０】まず、超音波送信部２１からある周波数の
超音波を送信し、この送信した超音波を超音波受信部２
２で受信する。そして、ＰＬＬ回路２８を用いて位相差
が０となるようにし、その時の発振周波数を固定し、こ
の発振周波数を計数回路２７で測定し、その発振周波数
を制御回路により流量に換算することにより、流体中の
超音波速度Ａが測定される。

【００９１】次に、切替器３５により接続を切替え、上
記と同様に、超音波送信部４１からある周波数の超音波
を送信し、この送信した超音波を超音波受信部４２で受
信する。そして、ＰＬＬ回路３８を用いて位相差が０と
なるようにし、その時の発振周波数を固定し、この発振
周波数を計数回路２７で測定し、その発振周波数を制御
回路により流量に換算することにより、流体中の超音波
速度Ｂが測定される。

【００９２】次に、第２の実施の形態と同様の方法によ
り流速Ｖ₀を導出し、これを補正した流速Ｖを表示回路
で表示する。

【００９３】上記第４の実施の形態においても第１の実
施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００９４】尚、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施
することが可能である。

【００９５】また、上記実施の形態では、本発明を流量
測定方法及び超音波流量計に適用しているが、流体の速
度が０ｍ／ｓで流体の圧力が分かっていれば、流体の温
度を計測する超音波温度計として本発明を適用すること
も可能であり、またその逆も可能である。

【００９６】また、上記実施の形態では、本発明を温度
又は圧力の測定方法及び超音波温度・圧力計に適用して
いるが、超音波流量計及び超音波温度・圧力計として同
時に使用することも可能である。また、流体の温度が予
め分かっていれば、超音波流量計及び超音波圧力計とし
て利用することも可能であり、また、流体の圧力が予め
分かっていれば、超音波流量計及び超音波温度計として
利用することも可能である。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、位
相差を用いて精度良く流体の流量、流速を測定すること
が可能な流量測定方法、流速測定方法及び超音波流量計
を提供することができる。

【００９８】また、本発明によれば、位相差を用いて精
度良く流体の温度又は圧力を測定することが可能な温度
又は圧力の測定方法及び超音波温度・圧力計を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態による流量測定
方法、温度又は圧力の測定方法を説明する模式図であ
る。

【図２】図１に示す流量測定方法を用いた具体的な超音
波流量計又は超音波温度・圧力計を示す構成図である。

【図３】本発明に係る第２の実施の形態による超音波流
量計又は超音波温度・圧力計を示す構成図である。

【図４】本発明に係る第３の実施の形態による超音波流
量計又は超音波温度・圧力計を示す構成図である。

【図５】本発明に係る第４の実施の形態による超音波流
量計を示す構成図である。

【符号の説明】

１０…管体 １１…振動子 １２，１３…受信部 ２１…超音波送信部（第１の超音波送受信部） ２２…超音波受信部（第２の超音波送受信部） ２５，３５…切替器 ２６…制御回路・表示回路 ２７…計数回路 ２８，３８…ＰＬＬ回路 ３１，４１…超音波送信部 ３２…第１の超音波受信部 ３３…第２の超音波受信部 ４２…超音波受信部 Ｖ…流体の流速（補正後の流速） Ｖ₀…流体の補正前の流速 Ａ，Ｂ…超音波の絶対速度 Δφ…位相差検出器 ∫…積分回路 Ｎ…拡大器 ＶＦＯ…発振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 栄作 埼玉県行田市下忍2204番地 サーパス工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 2F035 DA15 DA17 DA22 2F056 VS03 VS04 VS06

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管体内に流れる流体の流量を測定する方
   法であって、 流体の基準となる標準状態の超音波速度を準備してお
   き、 管体内に流れる流体中において一方側から超音波を発信
   させ、この超音波を他方側で受信することにより、その
   時の超音波速度Ａを測定し、 管体内に流れる流体中において他方側から超音波を発信
   させ、この超音波を一方側で受信することにより、その
   時の超音波速度Ｂを測定し、 超音波速度Ａと超音波速度Ｂの平均値を算出することに
   より、上記流体中における超音波の絶対速度を検出し、 超音波速度Ａと超音波速度Ｂの差を２で割ることによ
   り、上記流体の流速Ｖを検出し、 上記標準状態の超音波速度と上記絶対速度のずれから上
   記流速Ｖを補正することにより、流体の正確な流速を検
   出し、 この正確な流速と管体内の断面積とから流体の流量を測
   定することを特徴とする流量測定方法。
2. 【請求項２】 管体内に流れる流体の流量を測定する超
   音波流量計であって、 管体の外表面に配置された第１の超音波送受信部と、 管体の外表面に配置され、第１の超音波送受信部と所定
   間隔離れて位置する第２の超音波送受信部と、 第２の超音波送受信部と接続された第１の位相差検出器
   と、 第１の位相差検出器と第１の超音波送受信部との間に配
   置されたＰＬＬ方式による第１のループ接続部と、 第１の超音波送受信部と接続された第２の位相差検出器
   と、 第２の位相差検出器と第２の超音波送受信部との間に配
   置されたＰＬＬ方式による第２のループ接続部と、 流体の流量を測定する測定制御部と、 を具備することを特徴とする超音波流量計。
3. 【請求項３】 第１の超音波送信部及び第１の超音波受
   信部が第１の超音波送受信部として一体に構成され、第
   ２の超音波送信部及び第２の超音波受信部が第２の超音
   波送受信部として一体に構成され、第１及び第２の位相
   差検出器が１つの位相差検出器で兼用され、第１及び第
   ２のループ接続部が１つのループ接続部で兼用されてい
   ることを特徴とする請求項２に記載の超音波流量計。
4. 【請求項４】 管体内に流れる流体の流量を測定する超
   音波流量計であって、 管体に配置された超音波送信部と、 この超音波送信部と所定間隔離れて位置する超音波受信
   部と、 上記超音波送信部と上記超音波受信部とに接続されたＰ
   ＬＬ回路部と、 下記発振器の発振周波数を測定し、それを流量に換算す
   る測定制御部と、 を具備し、 上記ＰＬＬ回路部は、上記超音波送信部から送信された
   超音波送信波と上記超音波受信部で受信された超音波受
   信波との位相差を検出する位相差検出器と、この位相差
   検出器の出力波形を積分する積分回路と、この積分回路
   の出力信号で制御される発振器と、から構成されている
   ことを特徴とする超音波流量計。
5. 【請求項５】 管体内に流れる流体の流量を測定する超
   音波流量計であって、 管体に配置された超音波送信部と、 この超音波送信部を中心に所定間隔離れて位置する第１
   及び第２の超音波受信部と、 上記超音波送信部に接続されたＰＬＬ回路部と、 このＰＬＬ回路部に接続された切替器と、 下記発振器の発振周波数を測定し、それを流量に換算す
   る測定制御部と、 を具備し、 上記切替器は、ＰＬＬ回路部を第１の超音波受信部に接
   続するか、ＰＬＬ回路部を第２の超音波受信部に接続す
   るかを交互に切替えるものであり、 上記ＰＬＬ回路部は、上記超音波送信部から送信された
   超音波送信波と上記第１及び第２の超音波受信部それぞ
   れで受信された超音波受信波との位相差を検出する位相
   差検出器と、この位相差検出器の出力波形を積分する積
   分回路と、この積分回路の出力信号で制御される発振器
   と、から構成されていることを特徴とする超音波流量
   計。
6. 【請求項６】 管体内に流れる流体の流量を測定する超
   音波流量計であって、 超音波を発振させる超音波発振器と、 管体に配置され、超音波発振器により発振させた超音波
   を管体内に送信する超音波送信部と、 この超音波送信部と所定間隔離れて位置する超音波受信
   部と、 上記超音波送信部から送信された超音波送信波と上記超
   音波受信部で受信された超音波受信波との位相差を検出
   する位相差検出器と、 この位相差検出器の出力波形を積分する積分回路と、 この積分回路の出力信号で制御される発振器と、 この発振器の発振周波数を測定し、それを流量に換算す
   る測定制御部と、 を具備することを特徴とする超音波流量計。
7. 【請求項７】 請求項４に記載の超音波流量計を２組備
   えていることを特徴とする超音波流量計。
8. 【請求項８】 管体内に流れる流体の流量を測定する超
   音波流量計であって、 管体に配置された第１の超音波送受信部と、 第１の超音波送受信部と所定間隔離れて位置する第２の
   超音波送受信部と、 第１及び第２の超音波送信部に接続された切替器と、 この切替器に接続されたＰＬＬ回路部と、 下記発振器の発振周波数を測定し、それを流量に換算す
   る測定制御部と、 を具備し、 上記切替器は、ＰＬＬ回路の入力側を第１の超音波送受
   信部に接続し且つＰＬＬ回路の出力側を第２の超音波送
   受信部に接続するか、ＰＬＬ回路の入力側を第２の超音
   波送受信部に接続し且つＰＬＬ回路の出力側を第１の超
   音波送受信部に接続するかを交互に切替えるものであ
   り、 上記ＰＬＬ回路部は、上記超音波送信部から送信された
   超音波送信波と上記超音波受信部で受信された超音波受
   信波との位相差を検出する位相差検出器と、この位相差
   検出器の出力波形を積分する積分回路と、この積分回路
   の出力信号で制御される発振器と、から構成されている
   ことを特徴とする超音波流量計。
9. 【請求項９】 管体内に流れる流体の流量を測定する超
   音波流量計であって、 超音波を発振させる超音波発振器と、 管体に配置され、超音波発振器により発振させた超音波
   を管体内に送受信する第１の超音波送受信部と、 第１の超音波送信部と所定間隔離れて位置する第２の超
   音波送受信部と、 第１及び第２の超音波送受信部に接続された切替器と、 この切替器に接続され、第１又は第２の超音波送受信部
   から送信された超音波送信波と第２又は第１の超音波送
   受信部で受信された超音波受信波との位相差を検出する
   位相差検出器と、 この位相差検出器の出力波形を積分する積分回路と、 この積分回路の出力信号で制御される発振器と、 この発振器の発振周波数を測定し、それを流量に換算す
   る測定制御部と、 を具備し、 上記切替器は、位相差検出器を第１の超音波送受信部に
   接続するか、位相差検出器を第２の超音波送受信部に接
   続するかを交互に切替えるものであることを特徴とする
   超音波流量計。
10. 【請求項１０】 管体内に流れる流体の流速を測定する
    方法であって、 流体の基準となる標準状態の超音波速度を準備してお
    き、 管体内に流れる流体中において一方側から超音波を発信
    させ、この超音波を他方側で受信することにより、その
    時の超音波速度Ａを測定し、 管体内に流れる流体中において他方側から超音波を発信
    させ、この超音波を一方側で受信することにより、その
    時の超音波速度Ｂを測定し、 超音波速度Ａと超音波速度Ｂの平均値を算出することに
    より、上記流体中における超音波の絶対速度を検出し、 超音波速度Ａと超音波速度Ｂの差を２で割ることによ
    り、上記流体の流速Ｖを検出し、 上記標準状態の超音波速度と上記絶対速度のずれから上
    記流速Ｖを補正することにより、流体の正確な流速を検
    出することを特徴とする流速測定方法。
11. 【請求項１１】 管体内に流れる流体の温度又は圧力を
    測定する方法であって、 流体の基準となる標準状態の超音波速度を準備してお
    き、 管体内に流れる流体中において一方側から超音波を発信
    させ、この超音波を他方側で受信することにより、その
    時の超音波速度Ａを測定し、 管体内に流れる流体中において他方側から超音波を発信
    させ、この超音波を一方側で受信することにより、その
    時の超音波速度Ｂを測定し、 超音波速度Ａと超音波速度Ｂの平均値を算出することに
    より、上記流体中における超音波の絶対速度を検出し、 超音波速度Ａと超音波速度Ｂの差を２で割ることによ
    り、上記流体の流速Ｖを検出し、 この流速Ｖと管体内の断面積との積から流体の流量を検
    出し、 上記標準状態の超音波速度と上記絶対速度のずれから上
    記流速Ｖと上記流量を補正することにより、流体の正確
    な流速と流量を検出し、これと同時に、標準状態の超音
    波速度と絶対速度から温度と圧力の関係を検出し、この
    関係と予め分かっている上記流体の温度又は圧力により
    該流体の圧力又は温度を測定することを特徴とする温度
    又は圧力の測定方法。
12. 【請求項１２】 管体内に流れる流体の温度又は圧力を
    測定する方法であって、 流体の基準となる標準状態の超音波速度を準備してお
    き、 管体内に流れる流体中において一方側から超音波を発信
    させ、この超音波を他方側で受信することにより、その
    時の超音波速度Ａを測定し、 管体内に流れる流体中において他方側から超音波を発信
    させ、この超音波を一方側で受信することにより、その
    時の超音波速度Ｂを測定し、 超音波速度Ａと超音波速度Ｂの平均値を算出することに
    より、上記流体中における超音波の絶対速度を検出し、 上記標準状態の超音波速度と上記絶対速度のずれから流
    体の温度と圧力の関係を検出し、この関係と予め分かっ
    ている上記流体の温度又は圧力により該流体の圧力又は
    温度を測定することを特徴とする温度又は圧力の測定方
    法。
13. 【請求項１３】 管体内に流れる流体の温度又は圧力を
    測定する超音波温度・圧力計であって、 管体の外表面に配置された第１の超音波送受信部と、 管体の外表面に配置され、第１の超音波送受信部と所定
    間隔離れて位置する第２の超音波送受信部と、 第２の超音波送受信部と接続された第１の位相差検出器
    と、 第１の位相差検出器と第１の超音波送受信部との間に配
    置されたＰＬＬ方式による第１のループ接続部と、 第１の超音波送受信部と接続された第２の位相差検出器
    と、 第２の位相差検出器と第２の超音波送受信部との間に配
    置されたＰＬＬ方式による第２のループ接続部と、 流体の温度又は圧力を測定する測定制御部と、 を具備することを特徴とする超音波温度・圧力計。
14. 【請求項１４】 第１の超音波送信部及び第１の超音波
    受信部が第１の超音波送受信部として一体に構成され、
    第２の超音波送信部及び第２の超音波受信部が第２の超
    音波送受信部として一体に構成され、第１及び第２の位
    相差検出器が１つの位相差検出器で兼用され、第１及び
    第２のループ接続部が１つのループ接続部で兼用されて
    いることを特徴とする請求項１３載の超音波温度・圧力
    計。
15. 【請求項１５】 管体内に流れる流体の温度又は圧力を
    測定する超音波温度・圧力計であって、 管体に配置された超音波送信部と、 この超音波送信部と所定間隔離れて位置する超音波受信
    部と、 上記超音波送信部と上記超音波受信部とに接続されたＰ
    ＬＬ回路部と、 下記発振器の発振周波数を測定し、それを流体の温度又
    は圧力に換算する測定制御部と、 を具備し、 上記ＰＬＬ回路部は、上記超音波送信部から送信された
    超音波送信波と上記超音波受信部で受信された超音波受
    信波との位相差を検出する位相差検出器と、この位相差
    検出器の出力波形を積分する積分回路と、この積分回路
    の出力信号で制御される発振器と、から構成されている
    ことを特徴とする超音波温度・圧力計。
16. 【請求項１６】 管体内に流れる流体の温度又は圧力を
    測定する超音波温度・圧力計であって、 管体に配置された超音波送信部と、 この超音波送信部を中心に所定間隔離れて位置する第１
    及び第２の超音波受信部と、 上記超音波送信部に接続されたＰＬＬ回路部と、 このＰＬＬ回路部に接続された切替器と、 下記発振器の発振周波数を測定し、それを温度又は圧力
    に換算する測定制御部と、 を具備し、 上記切替器は、ＰＬＬ回路部を第１の超音波受信部に接
    続するか、ＰＬＬ回路部を第２の超音波受信部に接続す
    るかを交互に切替えるものであり、 上記ＰＬＬ回路部は、上記超音波送信部から送信された
    超音波送信波と上記第１及び第２の超音波受信部それぞ
    れで受信された超音波受信波との位相差を検出する位相
    差検出器と、この位相差検出器の出力波形を積分する積
    分回路と、この積分回路の出力信号で制御される発振器
    と、から構成されていることを特徴とする超音波温度・
    圧力計。
17. 【請求項１７】 管体内に流れる流体の温度又は圧力を
    測定する超音波温度・圧力計であって、 超音波を発振させる超音波発振器と、 管体に配置され、超音波発振器により発振させた超音波
    を管体内に送信する超音波送信部と、 この超音波送信部と所定間隔離れて位置する超音波受信
    部と、 上記超音波送信部から送信された超音波送信波と上記超
    音波受信部で受信された超音波受信波との位相差を検出
    する位相差検出器と、 この位相差検出器の出力波形を積分する積分回路と、 この積分回路の出力信号で制御される発振器と、 この発振器の発振周波数を測定し、それを温度又は圧力
    に換算する測定制御部と、 を具備することを特徴とする超音波温度・圧力計。