(57)【要約】【課題】配管内を流れる流体に、余分な乱れを発生させず、かつ、測定部の破損の虞れがない超音波流量計測装置を提供する。【解決手段】配管Ｐに付設の分水栓Ｊの貫通状孔部Ｈから、測定ユニット１を挿入するが、この測定ユニット１の先端が、配管内周面Ｐ１から非突出状態として、挿入され、保持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管（Ｐ）に付設された分水栓（Ｊ）又は補修弁（Ｖ）の貫通状孔部（Ｈ）から挿入される、第１超音波センサ（11）と第２超音波センサ（12）を有する測定ユニット（１）を備え、
該測定ユニット（１）の先端（１Ａ）が配管内周面（Ｐ１）から微小突出状態乃至非突出状態として、上記孔部（Ｈ）に上記測定ユニット（１）が挿入保持され、
しかも、上記測定ユニット（１）から発信した超音波（Ｗ）の反射面（14）が、配管内周面（Ｐ１）自身であり、かつ、横断面における上記孔部（Ｈ）と１８０°反対部位としたことを特徴とする超音波流量計測装置。
【請求項２】
上記微小突出状態乃至非突出状態における上記測定ユニット（１）の先端（１Ａ）の、上記配管内周面（Ｐ１）からの突出寸法（ε）を、−５ｍｍ乃至＋５ｍｍに設定した請求項１記載の超音波流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計測装置に係り、特に、トランジットタイム式の超音波流量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トランジットタイム式の超音波流量計測装置として、流体が流れる配管内に測定ユニットを配管軸心に直交する方向から配管内に深く突入（差込み）して保持し、計測を行うものが知られている（特許文献１参照）。さらに、従来から、図５に示すように、第１超音波センサＳ１と第２超音波センサＳ２を測定路（窓部）21の上端面21Ａに設けると共に、下端面21Ｂを超音波の反射面とした測定ユニット22を、配管軸心Ｌｐに直交する方向から深く配管Ｐ内に差込みして、流速を計測する装置が公知であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０１７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された、または図５に示した従来の超音波流量計測装置は、配管内に測定ユニットを深く挿入するため、配管内の流速等の条件によっては、破損の虞れがあった。また、特許文献１記載の、または図５に示した従来の超音波流量計測装置は、配管Ｐ内に測定ユニット22を挿入するため、配管Ｐ内で部分的に乱流が起こって、この乱流に伴って測定誤差が生ずる。また、（前述のように）配管Ｐ内で破損を生じた場合、配管Ｐ内を流れる水が飲料用であるとすれば、夾雑物の混入は衛生上からも問題となる。
【０００５】
そこで、本発明は、配管内での部品の破損の虞れがなく、しかも流れが乱されずに高精度な流速（流量）計測が可能な超音波流量計測装置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】
【０００６】
本発明に係る超音波流量計測装置は、配管に付設された分水栓又は補修弁の貫通状孔部から挿入される、第１超音波センサと第２超音波センサを有する測定ユニットを備え、該測定ユニットの先端が配管内周面から微小突出状態乃至非突出状態として、上記孔部に上記測定ユニットが挿入保持され、しかも、上記測定ユニットから発信した超音波の反射面が、配管内周面自身であり、かつ、横断面における上記孔部と１８０°反対部位としたものである。
また、上記微小突出状態乃至非突出状態における上記測定ユニットの先端の、上記配管内周面からの突出寸法を、−５ｍｍ乃至＋５ｍｍに設定したものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の超音波流量計測装置によれば、配管内周面からラジアル内方向への突入部が全く乃至ほとんど無く、流れが乱されず、本来の流れの状況が保たれつつ超音波にて計測され、高精度の計測ができる。しかも、測定部の破損の虞れがなく、夾雑物混入等のトラブルを回避でき、飲料水を送る上水道配管用として望ましい。
しかも、（配管内周面の）円形断面の直径に沿っての（全体の）平均流速を計測できるので、従来よりも、簡便に精度の高い流量計測が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の一例を示すと共に流量計測方法を説明した一部破断側面図である。
【図２】一部破断で示した要部拡大図である。
【図３】第１・第２超音波センサの配管内周面に対するラジアル方向の位置を示す要部拡大説明図である。
【図４】本発明と従来例のトランジット式超音波流量計測方法を比較しつつ基本原理を説明するグラフ図である。
【図５】従来例を示す図であって、（Ａ）は一部断面側面図、（Ｂ）は要部拡大作用説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
本発明に係る超音波流量計測装置は、超音波の伝播（伝搬）時間を計測し、さらに計測した流速に基づいて流量を算出（演算）するトランジットタイム計測式（伝播時間差式）である。そして、図１に示すように、円管型の配管Ｐに（予め）付設された分水栓Ｊ又は補修弁Ｖの貫通状孔部Ｈから、測定ユニット１を挿入する構成である。
即ち、図１，図２では、ボール弁本体３を有するボール弁から成る分水栓Ｊを例示する。
【００１０】
９は、上下方向の貫孔９Ａを有する取付具であって、上記分水栓Ｊの一部の部品（ハンドル等）を取去って、雌雄ネジ結合４等によって、着脱可能に、取付具９の下部を取着する。つまり、孔部Ｈと貫孔９Ａとは、同一軸心Ｌ１として、連通連結される。
なお、水密のためのパッキン５等が分水栓Ｊと取付具９の接続部位に介設される。
【００１１】
８は、取付具９の貫孔９Ａと、分水栓Ｊの孔部Ｈに、上記軸心Ｌ１に沿って挿入される棒状挿入体（シャフト）である。
この棒状挿入体８は、配線等を挿通する軸心孔を有する。この棒状挿入体８の先端（下端）には、第１超音波センサ11と第２超音波センサ12と短円柱型センサ保持体６等とから成る測定ユニット１が、設けられている。言い換えると、測定ユニット１は、棒状挿入体８と共に、取付具９の貫孔９Ａ、及び、分水栓Ｊ又は補修弁Ｖの貫通状孔部Ｈに、挿入される。なお、この棒状挿入体８と取付具９の貫孔９Ａの間には、シール材が介装されて密封性が確保される（図示省略）。
【００１２】
また、（図１に於て）棒状挿入体８の基端（上端）には、ハンドル部材７及び制御ボックス13が、付設されている。そして、図示省略の制御基板やコンピュータ等の情報処理手段が、制御ボックス13に内蔵、又は、外部に設けて制御ボックス13と接続される。
また、超音波センサ11，12は超音波トランスデューサと呼ばれることもある。
【００１３】
そして、図１〜図３に示すように、最終挿入保持状態で、この測定ユニット１の先端１Ａは、配管内周面Ｐ１から微小突出状態として、測定ユニット１が固定（保持）される。あるいは、測定ユニット１の先端１Ａを、最終挿入保持状態で、（図１〜図３に示した配管縦断面に於て）配管内周面Ｐ１と一致させても良い。
あるいは、（図示省略するが）最終挿入保持状態で、測定ユニット１の先端１Ａが、配管内周面Ｐ１から（全く）突出しない非突出状態とする。
【００１４】
図３に示す如く、測定ユニット１に於て、短円柱型センサ保持体６に対して、第１超音波センサ11と第２超音波センサ12が、各々傾斜状として、軸心Ｌ１に向かってしだいに接近するように固着されている。従って、前記先端１Ａとは、図３の場合では、第１・第２超音波センサ11，12の左右外方側角部が相当している。
【００１５】
そして、前述の微小突出状態乃至非突出状態における測定ユニット１の先端１Ａの配管内周面Ｐ１からの突出寸法を、εとすれば、
−５ｍｍ≦ε≦＋５ｍｍ
のように設定する。言い換えると、微小突出状態の最大突出寸法εは、５ｍｍである。この値を越えると、配管Ｐ内を流れる水に乱流を生じて測定誤差が大きくなる。
【００１６】
また、非突出状態として、最も深く上方へ侵入している場合は、ε＝（−５）ｍｍである。つまり、頂部１Ａが配管内周面Ｐ１から内方（上方）へ５ｍｍだけ侵入した位置に在る。この侵入寸法が５ｍｍを越すと、配管内周面Ｐ１が局部的に凹窪部が形成されて、流れる水に乱れを発生して、測定誤差が大きくなる。
【００１７】
ところで、図１に示したように、本発明では、第１・第２超音波センサ11，12から放射される超音波を反射させるための反射面14を、配管内周面Ｐ１自身をもって、構成する。
即ち、配管Ｐを孔部Ｈの存在するアキシャル方向位置にて切断した横断面に於て、配管内周面Ｐ１における、上記孔部Ｈと１８０°反対部位を超音波反射面14とする。
言い換えると、第１超音波センサ11と第２超音波センサ12から（図１〜図３に示す如く）発信・受信の超音波線Ｗ１，Ｗ２は、配管内周面Ｐ１自身の１８０°反対部位にて交わる。
【００１８】
ところで、図１，図２に於て、流体の流れの方向を矢印Ｆにて示す。上流側の第１超音波センサ11（以下、第１センサＳ１という場合もある）と、下流側の第２超音波センサ12（以下、第２センサＳ２という場合もある）について、その作用を中心に以下説明する。
【００１９】
第１センサＳ１は、配管Ｐを流れる流体の流れ（矢印Ｆ参照）に乗った第１超音波（線）Ｗ１を、配管Ｐ自体から成る反射面14に向けて送信する。第２センサＳ２は、配管Ｐを流れる流体の流れ（矢印Ｆ参照）に逆らった第２超音波（線）Ｗ２を反射面14に向けて送信する。
なお、第１センサＳ１と第２センサＳ２の送信タイミングは、同時や交互等自由に設定できる。つまり、反射面14に於て、第１超音波Ｗ１と第２超音波Ｗ２を同時に反射する場合と、交互に反射させる場合がある。
また、第１センサＳ１は、反射面14にて反射した第２センサＳ２からの第２超音波Ｗ２を受信する。第２センサＳ２は、反射面14にて反射した第１センサＳ１からの第１超音波Ｗ１を受信する。
【００２０】
そして、第１センサＳ１及び第２センサＳ２からの情報（測定データ）を受信した情報処理手段にて、第１超音波Ｗ１の伝播時間と、第２超音波Ｗ２の伝播時間との差分に基づいて、配管Ｐを流れる流体の流速を演算する。流速の算出は、例えば、伝播時間逆数差法で行う。
情報処理手段は、制御ボックス13内の制御基板と、制御基板と有線又は無線にて情報を受信可能なコンピュータ装置等の組み合わせ等とする。
【００２１】
図４（Ａ）は、本発明（図１，図２）と従来例（図５）とを比較するために示したグラフであって、横軸に時間を、縦軸に超音波の発信・受信の強さを示す。
図４（Ａ）の（ａ１）は、第１センサＳ１から発信された第１超音波Ｗ１が、ｔ１時間後に、第２センサＳ２にて第１超音波受信波Ｗ１Ｒとして受信されたことを示す。他方、図４（Ａ）の（ａ２）は、第２センサＳ２から発信された第２超音波Ｗ２が、ｔ２時間後に、第１センサＳ１にて第２超音波受信波Ｗ２Ｒとして受信されたことを示す。
Δｔ＝ｔ２−ｔ１であって、配管Ｐ内の流れＦの影響による。
【００２２】
他方、図４（Ｂ）の（ｂ１）は、図５に例示した従来例に於て、第１センサＳ１から発信された第１超音波Ｖ１が、ｔ´１時間後に、第２センサＳ２にて第１超音波受信波Ｖ１Ｒとして受信されたことを示す。また、図４（Ｂ）の（ｂ２）は、第２センサＳ２から発信された第２超音波Ｖ２が、ｔ´２時間後に、第１センサＳ１にて第２超音波受信波Ｖ２Ｒとして受信されたことを示す。
Δｔ´＝ｔ´２−ｔ´１であって、図５における配管Ｐ内の流体の流れに影響される。
【００２３】
図１に示した本発明の実施例と、図５に示した従来例とを、比較しつつ、本発明の作用・効果を説明する。
まず、一定の強さで発信された超音波は伝播中に減衰する。本発明では、配管Ｐの直径の約２倍もの伝播距離があって、減衰が大きい。即ち、Ｗ１Ｒ＜Ｖ１Ｒ，Ｗ２Ｒ＜Ｖ２Ｒとなる。
【００２４】
しかしながら、流量計測に必要なのは、伝播時間ｔ１，ｔ２、及び、時間差Δｔであり、（受信できる限り、）超音波の受信レベル（強さ）は、問題とならない。逆に、本発明では、伝播距離が配管Ｐの内径（直径）の約２倍もあるため、時間差Δｔが大きい。このように、従来（図５）の場合の時間差Δｔ´に比べて、本発明の時間差Δｔが大きくなるため、計測誤差が小さくなって、流量測定精度は高くなる。
【００２５】
また、図１と図５を比較すれば明らかなように、伝播距離に大きな差異があって、それに伴って、反射面14，21Ｂにおける、入射線と反射線の成す角度θについては、本発明の方が小さく、計測上、不利である。しかしながら、本発明では、伝播距離が、従来よりも十分に大きいので、計測上有利である。故に、本発明における上記角度θが小さい点は、流量計測の面で、問題とはならない。さらに、図５に示した従来例では、小さな窓部21を通過する流速を、まず、計測して、それを元に、大径の配管Ｐ全体の流速と流量を、演算するため、計測上、誤差が大きくなる虞れがあったが、これに対して、本発明では、配管Ｐの横断面に於ける直径に沿っての平均流速が、計測できるので、配管Ｐ内を流れる全体の流量を、高精度に、簡易な演算をもって、計測できる。
【００２６】
本発明は、以上詳述したように、配管Ｐに付設された分水栓Ｊ又は補修弁Ｖの貫通状孔部Ｈから挿入される、第１超音波センサ11と第２超音波センサ12を有する測定ユニット１を備え、該測定ユニット１の先端１Ａが配管内周面Ｐ１から微小突出状態乃至非突出状態として、上記孔部Ｈに上記測定ユニット１が挿入保持され、しかも、上記測定ユニット１から発信した超音波Ｗの反射面14が、配管内周面Ｐ１自身であり、かつ、横断面における上記孔部Ｈと１８０°反対部位とした構成であるので、配管Ｐの内周面Ｐ１からラジアル内方向への突入部が全く乃至ほとんど無くすことができて、配管内を流れる本来の状況そのままで、高精度の計測が実現できた。
しかも、配管Ｐの流れの中に夾雑物が混入するトラブルを回避でき、飲料水を送る上水道配管用として好適である。
さらに、配管Ｐの横断面における直径に沿って、平均流速が計測可能であり、配管Ｐ内を流れる全体の流量を、簡易な演算式で高精度に計測できる。そして、流量計の設置作業を、迅速にかつスムーズに行うことができる利点もある。
【００２７】
また、本発明は、上記微小突出状態乃至非突出状態における上記測定ユニット１の先端１Ａの、上記配管内周面Ｐ１からの突出寸法εを、−５ｍｍ乃至＋５ｍｍに設定した構成であるので、測定ユニット１の破損や離脱の虞れがない。特に、測定ユニット１の先端１Ａ近傍での流れの乱れが発生せず、高精度の流量計測ができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  測定ユニット
１Ａ  先端
11  第１超音波センサ
12  第２超音波センサ
14  反射面
Ｈ  孔部
Ｊ  分水栓
Ｐ  配管
Ｐ１  配管内周面
Ｖ  補修弁
Ｗ  超音波
ε  突出寸法
【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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