(57)【要約】【課題】不要音波を抑え、流量計測の精度を維持しながら、部品点数とコストを削減する超音波流量計を提供する。【解決手段】被計測流体が流れる計測流路１と、計測流路１上の同一面の上流と下流に配置され、超音波信号の送受信が可能な一対の超音波センサ２ａ，２ｂと、超音波センサ２ａ，２ｂの一方から送信された超音波信号が被計測流体を伝搬して、対向する面に少なくとも１回反射して他方の超音波センサが受信するまでの伝搬時間に基づいて、被計測流体の流量を検出する流量演算手段７と、を備え、計測流路１は、超音波センサから放射される音波を取り込む開口部６ａ，６ｂを備え、計測流路１と開口部６ａ，６ｂは一体に成型されており、開口部６ａ，６ｂは所定の厚みを有し、開口部６ａ，６ｂの上流及び/又は下流に位置する淵に、凹凸部１３ａ，１３ｂを設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測流体が流れる計測流路と、
前記計測流路上の同一面の上流と下流に配置され、超音波信号の送受信が可能な一対の超音波センサと、
前記超音波センサの一方から送信された超音波信号が前記被計測流体を伝搬して、対向する面に少なくとも１回反射して他方の超音波センサが受信するまでの伝搬時間に基づいて、前記被計測流体の流量を検出する流量演算手段と、を備え、
前記計測流路は、前記超音波センサから放射される音波を取り込む開口部を備え、
前記計測流路と前記開口部は一体に成型されており、
前記開口部の上流及び／又は下流に位置する淵に、不要音波抑制部を設けた超音波流量計。
【請求項２】
前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵を凹凸形状に形成して、音波を乱反射するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵を曲面に形成して、音波を拡散反射するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵に超音波吸収部材を取付けたことを特徴とする、請求項１に記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の伝搬時間を計測して流量を演算する超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の超音波流量計の構成としては、例えば図６に示すようなものがある。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された従来の超音波流量計を示すものである。図６に示すように、計測流路１０１と、巻込み流れ抑制シート１０３と、超音波センサ取付ブロック１０４と、超音波センサ１０５ａ、１０５ｂと、計測流路１０１を複数の流路に分割するための３枚の仕切り板１０２から構成されている。
【０００４】
なお、計測流路１０１と、巻込み流れ抑制シート１０３と、超音波センサ取付ブロック１０４はそれぞれ別々の部品として形成されており、組立時は、仕切り板１０２を計測流路１０１に開口部１０６から挿入した後、巻込み流れ抑制シート１０３を開口部１０６を覆うように取付け、超音波センサ取付ブロック１０４を、溶着などの方法で計測流路１０１に固定する。巻込み流れ抑制シート１０３には、開口部１０３ａ、１０３ｂが設けられており、開口部１０３ａ、１０３ｂは、超音波を通しながら、超音波センサ１０５ａ、１０５ｂ付近に、被計測流体の巻込み流れによる乱流が発生しにくいような大きさに調整されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２１５０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、計測流路１０１、巻込み流れ抑制シート１０３、超音波センサ取付ブロック１０４を別々の部品として形成するため、部品の材料費と組立のコストが発生していた。そこで、巻込み流れ抑制シート１０３を使わず、複数の部品をひとつに成型することで、部品点数を減らし、コストを少なくすることが考えられる。
【０００７】
その一例を図７に示す。図７（ａ）は、図６に示す計測流路１０１、開口部１０６ａ、１０６ｂ、超音波センサ取付ブロック１０４が一体に成型された計測流路２０１の斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ-Ｘ断面図を示している。
【０００８】
開口部２０３ａ、２０３ｂは、図６に示す巻込み流れ抑制シート１０３の開口部１０３ａ、１０３ｂと同様に矩形の形状であるが、樹脂成型で形成されるため巻込み流れ抑制シート１０３よりも厚みを持つことになる。
【０００９】
ここで、超音波センサ２０５ａから送信された超音波を超音波センサ２０５ｂで受信する場合、超音波は、伝搬経路Ｐ２０１に沿って、計測流路２０１の底面で反射し、伝搬経路Ｐ２０２を沿って、超音波センサ２０５ｂまで到達する。
【００１０】
開口部２０３ａ、２０３ｂと、超音波センサの取付部２０４ａ，２０４ｂは、成型時に金型を、伝搬経路Ｐ２０１および伝搬経路Ｐ２０２と同方向に抜いて形成するため、開口部２０３ａ、２０３ｂの淵２１２ａ、２１２ｂには、それぞれ伝搬経路Ｐ２０１、伝搬経
路Ｐ２０２に平行な面が形成される。
【００１１】
その結果、上流側の超音波センサ２０５ａから送信された超音波は、開口部２０３ａの上流側の淵２１２ａで反射し、回折しながら他方の開口部２０３ｂの下流側の淵２１２ｂに達して反射し、下流側の超音波センサ２０５ｂに到達する。したがって、超音波は想定する伝搬経路Ｐ２０１、Ｐ２０２より短い伝搬経路Ｐ２０３で、不要音波として受信側の超音波センサに伝搬することになる。
【００１２】
したがって、正規の伝搬経路Ｐ２０１、Ｐ２０２を通って伝搬する超音波に、伝搬経路Ｐ２０３を通って伝搬する超音波（不要音波）が重畳される。伝搬時間は、受信波形の所定の電圧を検知したタイミングで計測しているが、この不要音波の重畳によって受信波形が不安定となり、所定の電圧を検知するタイミングがずれる為、計測流量の誤差の原因となる。
【００１３】
図８は計測流路２０１を用いた場合の受信波形であり、伝搬経路Ｐ２０１、Ｐ２０２を経て受信される正規の受信波形の受信前に、伝搬経路Ｐ２０３を経て受信される受信波形が見られる。
【００１４】
超音波センサ２０５ａ、２０５ｂは、数パルスの発信信号が外部から与えられて超音波を発信するが、超音波信号の放射部はこの発信信号の印加が停止した後もしばらく振動しており、この継続する振動に基づく超音波信号も伝搬経路Ｐ２０３で伝搬することになる。したがって、伝搬経路Ｐ２０１、Ｐ２０２を経た場合の伝搬時間と、伝搬経路Ｐ２０３を経た場合の伝搬時間の時間差よりも長い時間振動が継続すると、受信波形は、伝搬経路Ｐ２０１、Ｐ２０２を経て受信される超音波信号のみではなく、伝搬経路Ｐ２０３を経て受信される超音波信号の合成波となり、計測される伝搬時間に誤差が生じる。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、従来の巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、被計測流体が流れる計測流路と、前記計測流路上の同一面の上流と下流に配置され、超音波信号の送受信が可能な一対の超音波センサと、前記超音波センサの一方から送信された超音波信号が前記被計測流体を伝搬して、対向する面に少なくとも１回反射して他方の超音波センサが受信するまでの伝搬時間に基づいて、前記被計測流体の流量を検出する流量演算手段と、を備え、前記計測流路は、前記超音波センサから放射される音波を取り込む開口部を備え、前記計測流路と前記開口部は一体に成型されており、前記開口部の上流及び／又は下流に位置する淵に、不要音波抑制部を設けたことを特徴としたものである。
【００１７】
これによって、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の超音波流量計は、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１〜４における超音波流量計の構成図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における超音波流量計の流路ユニットの斜視図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図３】本発明の実施の形態１における超音波流量計の受信波形図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２における超音波流量計の斜視図、（ｂ）同超音波流量計の取付部３ａ部分の拡大図
【図５】本発明の実施の形態３における超音波流量計の断面図
【図６】従来の超音波流量計の構成図
【図７】（ａ）従来の超音波流量計を一体成型した場合の斜視図、（ｂ）（ａ）のＸ−Ｘ断面図
【図８】計測流路２０１を用いた超音波流量計の受信波形図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１の発明は、被計測流体が流れる計測流路と、前記計測流路上の同一面の上流と下流に配置され、超音波信号の送受信が可能な一対の超音波センサと、前記超音波センサの一方から送信された超音波信号が前記被計測流体を伝搬して、対向する面に少なくとも１回反射して他方の超音波センサが受信するまでの伝搬時間に基づいて、前記被計測流体の流量を検出する流量演算手段と、を備え、前記計測流路は、前記超音波センサから放射される音波を取り込む開口部を備え、前記計測流路と前記開口部は一体に成型されており、前記開口部の上流及び／又は下流に位置する淵に、不要音波抑制部を設けたことを特徴とすることにより、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。
【００２１】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵を凹凸形状に形成して、音波を乱反射するようにしたことを特徴とすることにより、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。
【００２２】
第３の発明は、特に、第１の発明において、前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵を曲面に形成して、音波を拡散反射するようにしたことを特徴とすることにより、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。
【００２３】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記不要音波抑制部は、前記開口部の淵に超音波吸収部材を取付けたことを特徴とすることにより、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における超音波流量計の計測流路の斜視図、図２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示すものである。
【００２６】
計測流路１は、流路入口１０から流路出口１１に至り被測定流体を通す配管であり、２つの仕切板８によって３つの層状流路に分割されている。この計測流路１に対して、斜め
に超音波が送受信するように超音波が伝搬する開口部６ａ、６ｂが計測流路上面４に設けられ、超音波が計測流路底面５で反射して、伝搬経路Ｐ１とＰ２を通るように、超音波センサ２ａ，２ｂが取付部３ａ，３ｂに固定されている。
【００２７】
超音波センサ２ａ、２ｂは、流量演算手段７と接続されている。開口部６ａ、６ｂのそれぞれの下流側と上流側の２つの淵には、凹凸部９ａ，９ｂ、９ｃ、９ｄが設けられている。流量演算手段７は、超音波センサ２ａ，２ｂ間の超音波の伝搬時間に基づいて流量を演算する。伝搬時間は、受信波形の所定の電圧を検知したタイミングで計測している。
【００２８】
そして、超音波センサ２ａ、２ｂから出る超音波は、全てが放射面に垂直には飛ばず、開口部６ａ、６ｂの周辺にも当たって反射する。従来例で説明したように、開口部の淵の面をＰ１、Ｐ２に平行な面とした場合、不要音波によって受信波形が不安定となり、計測流量の誤差の原因となっていたが、本実施の形態１における超音波流量計では、開口部６ａ、６ｂのそれぞれの上流側と下流側の淵に設けた凹凸部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを、ギザギザな形状（開口部の厚み１．５ｍｍで、１辺の長さ１．５ｍｍの正三角形）として形成しており、凹凸部９ａ、９ｂが音波を拡散させる不要音波抑制部として機能することで、不要音波を受信側の超音波センサに届きにくくしている。
【００２９】
図３は、本実施の形態１の計測流路１を用いた場合の受信波形を示している。この受信波形から図７に示した計測流路２０１を用いた場合の受信波形（図８）でみられた不要音波の伝搬が抑制されていることが分かる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態によると、開口部の淵で発生する不要音波の反射を抑制することができるので、一体成型において開口部に厚み（一般的には０．５ｍｍ以上必要）が生じる場合でも、伝搬時間を正確に計測できるので高精度の流量計測を行うことができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の超音波流量計の計測流路の斜視図、（ｂ）は、取付部３ａ（３ｂ）の拡大図である。
【００３２】
図に示すように、上流側の開口部６ａの上流側の淵は不要音波抑制部としての曲面部１２ａが形成されており、図示していないが、同様に下流側の開口部６ｂの下流側の淵にも曲面部１３ｂが形成されている。このように、開口部の淵を曲面部１２ａとすることで、超音波センサ２ａから発信された音波を拡散させることで、不要音波を他方の超音波センサ２ｂに届きにくくすることができる。
【００３３】
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態の超音波流量計の断面図である。図に示すように、開口部６ａの上流側の淵に不要音波抑制部としての超音波吸収部材１３ａを設け、同様に、開口部６ｂの下流側の淵に１３ｂが取付けられて、音波を吸収させることで、不要音波が他方の超音波センサに届きにくくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、コストを削減しながら、不要音波を届きにくくすることで、不要音波を抑え、受信波形を安定させ、流量計測の精度を維持しながら、巻込み流れ抑制シートに相当する部分を、他の部品と一体成型して、部品点数とコストを削減することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  計測流路
２ａ、２ｂ  超音波センサ
３ａ、３ｂ  取付部
４  計測流路上面
５  計測流路底面
６ａ、６ｂ  開口部
７  流量演算手段
８  仕切板
９ａ、９ｂ  凹凸部（不要音波抑制部）
１２ａ、１２ｂ  曲面部（不要音波抑制部）
１３ａ、１３ｂ  超音波吸収部材（不要音波抑制部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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