(57)【要約】【課題】  計測用直線流路における高さ方向での流速分布特性や送受信振動子における超音波ビームの強度特性に配慮することによって、送受信振動子による広い測定範囲での安定した流量計測を可能とするとともに、送受信振動子前方の助走区間を短縮して簡素に構成することのできる超音波流量計を提供する。【解決手段】  直線状中間流路２１ａ内には２枚の板状の仕切壁４０が流れ方向に沿って平行状に配置され、各仕切壁４０には、超音波ビームの測線位置Ｏ２に対応させて１個の連通孔４１が幅方向に貫通形成され、各連通孔４１には、超音波ビームが所定の透過率で通過するように、網目状素材で構成された薄板状又はシート状のメッシュ４２が重ね合わせてある。メッシュ４２は、直線状中間流路２１ａの高さ方向（短辺Ｓ方向）において複数に区画形成されている。これによって、メッシュ４２は、直線状中間流路２１ａにおける高さ方向での流速分布特性に応じて異なる透過率を有するようになる。【選択図】  図５
2010107444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む超音波流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部と前記計測用直線流路の入口側先端部との間に配置され、その計測用直線流路の長辺壁部に連なる外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する方向転換部と、
前記計測用直線流路内に流れ方向に沿って配置され、その計測用直線流路の長辺となる開口幅を幅方向に分割して複数の分割流路を形成するとともに、前記超音波ビームの測線に対応させて幅方向に貫通形成された連通孔と、前記超音波ビームが所定の透過率で通過するように前記連通孔を少なくとも部分的に覆うように重ね合わせて配置された網目体とを有する１又は複数の仕切部と、を備え、
前記仕切部の網目体は、前記送受信振動子における前記超音波ビームの強度特性に応じて異なる透過率を有するように、前記計測用直線流路の高さ方向において区画形成されていることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記網目体の透過率が、その網目体を構成する網目状素材の平均メッシュ間隔をパラメータとして表されるとき、
前記網目体は、前記計測用直線流路の高さ方向において中央部に位置する中央網目体と、その両側の周辺部に位置する周辺網目体とで前記平均メッシュ間隔を異ならせて区画形成されている請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記中央網目体の平均メッシュ間隔は前記周辺網目体の平均メッシュ間隔よりも大きく設定されている請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記周辺網目体の平均メッシュ間隔は前記中央網目体の平均メッシュ間隔よりも大きく設定されている請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記網目体のうち前記計測用直線流路の高さ方向において中央部に位置する中央網目体の平均メッシュ間隔は前記超音波ビームの波長よりも大きく設定される一方、
同じく前記中央網目体の両側の周辺部に位置する周辺網目体の平均メッシュ間隔は前記超音波ビームの波長よりも小さく設定されている請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記網目体は前記計測用直線流路の高さ方向において中央部にのみ設けられ、その中央部に位置する中央網目体の平均メッシュ間隔は前記超音波ビームの波長よりも大きく設定されている請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項７】
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む超音波流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部と前記計測用直線流路の入口側先端部との間に配置され、その計測用直線流路の長辺壁部に連なる外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する方向転換部と、
前記計測用直線流路内に流れ方向に沿って配置され、その計測用直線流路の長辺となる開口幅を幅方向に分割して複数の分割流路を形成するとともに、前記超音波ビームの測線に対応させて幅方向に貫通形成された連通孔と、前記超音波ビームが所定の透過率で通過するように前記連通孔を少なくとも部分的に覆うように重ね合わせて配置された網目体とを有する１又は複数の仕切部と、を備え、
前記仕切部の網目体は、前記計測用直線流路における高さ方向での流速分布特性に応じて異なる透過率を有するように、前記計測用直線流路の高さ方向において区画形成されていることを特徴とする超音波流量計。
【請求項８】
前記導入側流路と計測用直線流路とが直交状に配置され、
前記計測用直線流路の開口高さ及び開口幅が流れ方向に対して一定に形成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の超音波流量計において、
高さ方向に異なる透過率を有するように区画形成された複数の網目体を備え、
それらの網目体は、前記計測用直線流路における高さ方向での流速分布特性及び／又は前記送受信振動子における前記超音波ビームの強度特性に応じ、前記仕切部の連通孔に対して着脱可能に重ね合わせて配置され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、ＬＰガス、都市ガス、空気、水などの流体の流量を計測する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＰガス、都市ガス、空気、水などの流体の流量を計測する流量計測装置として、超音波を利用して流速を測定する超音波流量計が知られている。このような超音波流量計では、例えば、流体を通過させるための計測流路（計測用直線流路）の壁部（取付壁面）に、流体の流れ方向上手側又は下手側に向けて超音波を発振した後、流れ方向上手側又は下手側から到来する超音波を受信する一対の送受信振動子（超音波センサ）が取り付けられて、流量測定部を構成している。また、導入側流路と計測流路との間には、流れ方向上手側に位置する導入側流路を外周側及び内周側で湾曲させて流体の流れを方向転換するとともに、流れ方向下手側に向かうにつれて流路断面積を縮小し、流れ方向下手側に位置する計測流路へ連通するための方向転換部が配置されている。このような流路構成によって圧力損失を抑制し、流量測定部での測定精度の向上や測定範囲の拡大が図られている。
【０００３】
ところが、計測流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口し、方向転換部の出口側末端部において外周側及び内周側で計測流路の長辺壁部に接続する場合、計測流路の幅方向及び高さ方向において、流路を流れる流体の流速分布は流量に応じて不均等あるいは非対称になる。もちろん助走区間（流量測定部の前方区間）を長く取れば、計測流路における幅方向及び高さ方向の流速分布を十分に均等化及び対称化し平滑化することは可能である。
【０００４】
具体的には、小流量時（低速時；層流域）には、計測流路の幅方向及び高さ方向において、中央位置付近に最大流速（ピーク値）が現れる扇状（又は弧状あるいは放物線状）の流速分布を呈し、大流量時（高速時；乱流域）には、計測流路の幅方向及び高さ方向において、平均流速が最大流速（ピーク値）とほぼ一致するバスタブ状（又はコの字状）の流速分布を呈する。そして、流速分布を均等化及び対称化（平滑化）するに必要な助走区間の長さは、一般には、開口幅Ｗ、開口高さＨとしたとき、１０×（Ｗ×Ｈ）１／２以上必要とされている。そこで、送受信振動子前方の助走区間を短縮して超音波流量計を簡素に構成することが望まれている。また、小流量時において大流量時のようなバスタブ状となるように、流速分布を平滑化することが望まれる場合もある。
【０００５】
そこで、このように流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口する計測流路において、短辺壁部の取付壁面に送受信振動子を取り付けるとともに、短辺となる開口高さを高さ方向に分割して複数の層状流路（分割流路）を形成する仕切板（仕切部）を流れ方向に沿って配置することが開示されている（特許文献１参照）。また、計測流路の壁面に送受信振動子を取り付けるとともに、複数の層状流路（分割流路）を形成するビーム絞り孔付き仕切板（仕切部）を計測流路内に流れ方向に沿って配置することが開示されている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３５２８３４７号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１６５３号公報
【０００７】
このうち、特許文献１によれば、仕切板で分割された層状流路毎に主として高さ方向での流速分布を均等化及び対称化（平滑化）できる。しかし、仕切板が送受信振動子を横断する（遮る）形で配置されるので、超音波ビームが仕切板で分断されパワーが分散・減衰されて、超音波流量計の能率や精度が低下する。また、仕切板によって計測流路は高さ方向に狭い（薄い）層状に分割されるために、計測時の圧力損失が大きくなり、幅方向及び高さ方向での流速分布の平滑化が不十分となり、広い測定範囲での安定した流量計側が阻害されるおそれがある。
【０００８】
一方、特許文献２によれば、仕切板のビーム絞り孔で超音波ビームを絞りつつ、分割された流路毎に、流路の幅方向と高さ方向とのうちいずれか一方向で流速分布を均等化及び対称化（平滑化）できる。しかし、特許文献２においては他方向での流速分布が不均等になったり非対称になったりするおそれがあり、超音波ビームのパワーロスを抑制するためのビーム絞り孔径の調整（設定）にも困難を伴う場合がある。
【０００９】
上記したように、計測流路における流速分布が均等化及び対称化されてから、常に送受信振動子による流量計測が行われるとは限らない。さらに、流量計測で用いられる送受信振動子においても、超音波ビームの強度特性は必ずしも一様でなく、通常、ビーム強度は送受信振動子の中央部で大きく周辺部で小さく現れる。特許文献１，２では、計測流路における流速分布特性や送受信振動子における超音波ビームの強度特性に対し、広い測定範囲での安定した流量計測のための配慮はなされていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、計測用直線流路における高さ方向での流速分布特性や送受信振動子における超音波ビームの強度特性に配慮することによって、送受信振動子による広い測定範囲での安定した流量計測を可能とするとともに、送受信振動子前方の助走区間を短縮して簡素に構成することのできる超音波流量計を提供することにある。具体的には、計測用直線流路を仕切部により幅方向に分割して複数の分割流路を形成し、計測用直線流路における高さ方向での流速分布特性や送受信振動子における超音波ビームの強度特性に応じて、仕切部の連通孔に重ね合わせて配置された網目体を通過する超音波ビームの透過率を高さ方向において異ならせることによって、送受信振動子による広い測定範囲での安定した流量計測を可能とするとともに、送受信振動子前方の助走区間を短縮して簡素に構成することができる。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む超音波流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部と前記計測用直線流路の入口側先端部との間に配置され、その計測用直線流路の長辺壁部に連なる外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する方向転換部と、
前記計測用直線流路内に流れ方向に沿って配置され、その計測用直線流路の長辺となる開口幅を幅方向に分割して複数の分割流路を形成するとともに、前記超音波ビームの測線に対応させて幅方向に貫通形成された連通孔と、前記超音波ビームが所定の透過率で通過するように前記連通孔を少なくとも部分的に覆うように重ね合わせて配置された網目体とを有する１又は複数の仕切部と、を備え、
前記仕切部の網目体は、前記送受信振動子における前記超音波ビームの強度特性に応じて異なる透過率を有するように、前記計測用直線流路の高さ方向において区画形成されていることを特徴とする。
【００１２】
このような超音波流量計において、被測定流体（例えばＬＰガスや都市ガス）は計測用直線流路（例えば直線状中間流路）の流れ方向上手側に位置する方向転換部における高さ方向での流速分布の不均等（非対称）が計測用直線流路（流量計測区間）においてある程度解消されているとしても、広い測定範囲にわたって流量計測の安定性が確保できない場合がある。例えば、流量計測で用いられる送受信振動子において、超音波ビームの強度特性は必ずしも一様でなく、ビーム強度が送受信振動子の中央部で大きく周辺部で小さく現れたりすると、流量により計測値が不安定となるおそれがある。
【００１３】
しかし、上記超音波流量計においては、計測用直線流路を仕切部（例えば仕切壁）により幅方向に分割して複数の分割流路を形成し、送受信振動子における超音波ビームの強度特性に応じて、仕切部の連通孔に重ね合わせて配置された網目体を通過する超音波ビームの透過率を高さ方向において異ならせている。このように、網目体を通過する超音波ビームの透過率を超音波ビームの強度特性に対応させることによって、送受信振動子による広い測定範囲での安定した流量計測を可能とするとともに、送受信振動子（流量計測区間）前方の助走区間を短縮して簡素に構成することができる。
【００１４】
そして、上記超音波流量計では、計測用直線流路を仕切部により幅方向に分割して複数の分割流路を形成している。このように、超音波ビームが仕切部で分断されないため、パワーが分散・減衰されなくなり、送受信振動子による流量計測が高能率・高精度で行える。また、仕切部によって計測用直線流路は幅方向に分割されるために、計測時の圧力損失が抑制され、幅方向の流速分布が均等化及び／又は対称化される。
【００１５】
なお、網目体を通過する超音波ビームの透過率に影響を与える因子として、網目体を構成する網目状素材に関し、
（１）平均メッシュ間隔（網目状素材の横糸間及び縦糸間の平均間隔）
（２）線径（網目状素材の横糸又は縦糸の太さ）
（３）開孔率（網目状素材の全体表面積に占める開孔部の合計表面積の割合）
（４）材質（網目状素材の横糸及び縦糸の材料）
等が含まれる。ただし、（３）の開孔率は（１）と（２）によって決まる。
【００１６】
例えば、網目体の透過率が、その網目体を構成する網目状素材の平均メッシュ間隔をパラメータとして表されるとき、
網目体を、計測用直線流路の高さ方向において中央部に位置する中央網目体と、その両側の周辺部に位置する周辺網目体とで平均メッシュ間隔を異ならせて区画形成することができる。
【００１７】
平均メッシュ間隔が透過率と正（又は負）の相関関係を有する場合には、平均メッシュ間隔が大きい部位ほど網目体の透過率が高くなる（又は低くなる）ので、平均メッシュ間隔をパラメータとして網目体の透過率を調整することができる。
【００１８】
なお、透過率に影響を与える代表的な因子は、上記したように網目状素材の（１）平均メッシュ間隔、（２）線径、（３）開孔率、（４）材質である。したがって、（ａ）網目状素材が、超音波ビームの吸収が少ない材質（例えば、金属材料製や硬質の高分子材料製）であり、（ｂ）反射が少なく回折が可能な線径（例えば、線径ｄが超音波ビームの波長λの１／３以下）であって、かつ（ｃ）平均メッシュ間隔ｋが超音波ビームの波長λよりも大（ｋ＞λ）であれば、反射・吸収・回折（回り込み）による超音波ビーム強度への影響は無視できる程度に小さくなる。このような場合、平均メッシュ間隔は透過率と正の相関関係を有することになる。
【００１９】
具体的には、中央網目体の平均メッシュ間隔が周辺網目体の平均メッシュ間隔よりも大きく設定される場合がある。
【００２０】
上記したように、通常、超音波ビームの強度は送受信振動子の中央部で大きいから、中央網目体での透過率（ビーム強度）がピーク状態（天井）を示すことになる。したがって、高さ方向での流速分布がバスタブ形状（乱流域）又は扇形状（層流域）で安定している場合、高さ方向の中央部に現われる最大流速（ピーク値）を正確に検出できるようになる。例えば、中央網目体の平均メッシュ間隔ｋＣ＞周辺網目体の平均メッシュ間隔ｋＳ＞超音波ビームの波長λの関係に設定することができる。
【００２１】
なお、音速ｖ＝３４０ｍ／ｓとしたとき、周波数ｆ＝５００ｋＨｚの超音波ビームの波長λは、λ＝ｖ／ｆ＝０．６８ｍｍとなる。一方、平均メッシュ間隔ｋは、横方向間隔をｘ、縦方向間隔をｙとしたとき、
（１）ｋ＝（ｘ＋ｙ）／２
（２）ｋ＝（ｘ・ｙ）１／２
（３）ｋ＝｛（ｘ２＋ｙ２）／２｝１／２
等の計算式によって算出することができる。
【００２２】
あるいは、周辺網目体の平均メッシュ間隔が中央網目体の平均メッシュ間隔よりも大きく設定される場合がある。
【００２３】
上記したように、通常、超音波ビームの強度は送受信振動子の中央部で大きいから、中央網目体での透過率（ビーム強度）を抑制し、高さ方向に平滑化することによって、偏りの少ない安定したビーム強度の検出が可能となる。例えば、周辺網目体の平均メッシュ間隔ｋＳ＞中央網目体の平均メッシュ間隔ｋＣ＞超音波ビームの波長λの関係に設定することができる。
【００２４】
また、網目体のうち計測用直線流路の高さ方向において中央部に位置する中央網目体の平均メッシュ間隔が超音波ビームの波長よりも大きく設定される一方、
中央網目体の両側の周辺部に位置する周辺網目体の平均メッシュ間隔が前記超音波ビームの波長よりも小さく設定される場合がある。
【００２５】
上記したように、通常、超音波ビームの強度は送受信振動子の中央部で大きい。超音波ビームの波長λ＞周辺網目体の平均メッシュ間隔ｋＳのため、超音波ビームの回折（回り込み）効果が大きくなり、周辺網目体での透過率γＳはきわめて大きく（ほぼ１００％）なる。一方、中央網目体の平均メッシュ間隔ｋＣ＞超音波ビームの波長λのため、中央網目体での透過率γＣは平均メッシュ間隔に比例する（正の相関関係を有する）が周辺網目体での透過率γＳよりは小さい（γＳ＞γＣ）。そのため、周辺網目体を通過後のビーム強度の低下を抑制して高く維持するとともに、中央網目体を通過後のビーム強度を制限することになる。このように、高さ方向に強制的に平滑化することによって、偏りのない安定したビーム強度の検出が可能となる。例えば、中央網目体の平均メッシュ間隔ｋＣ＞超音波ビームの波長λ＞周辺網目体の平均メッシュ間隔ｋＳの関係に設定することができる。その際、周辺網目体での透過率γＳは実質的に１００％であり、中央網目体において平均メッシュ間隔ｋＣと透過率γＣとは正の相関関係を有するから、中央網目体の平均メッシュ間隔ｋＣを変更（透過率γＣを調整）することによって両網目体での透過率γＳ，γＣの差を大きく設定することができる。
【００２６】
さらに、網目体は計測用直線流路の高さ方向において中央部にのみ設けられ、その中央部に位置する中央網目体の平均メッシュ間隔が超音波ビームの波長よりも大きく設定される場合がある。
【００２７】
このように、周辺網目体を省略し、平均メッシュ間隔が超音波ビームの波長よりも大きく設定された中央網目体のみで構成すれば、網目体ひいては超音波流量計をより安価に提供することができる。その際、連通孔の周辺部での透過率は１００％であり、中央網目体において平均メッシュ間隔ｋＣと透過率γＣとは正の相関関係を有するから、中央網目体の平均メッシュ間隔ｋＣを変更（透過率γＣを調整）することによって、連通孔の周辺部での透過率（１００％）と中央網目体での透過率γＣとの差を大きく設定することができる。
【００２８】
そして、上記課題を解決するために、本発明に係る超音波流量計は、
流体を通過させるために所定の流路断面積を有する導入側流路と、その導入側流路に交差して直線状に連通形成され、流体の流量を測定するために流路の幅方向を長辺とし高さ方向を短辺とする矩形状に開口して前記導入側流路よりも小さい流路断面積を有し、その短辺壁部の取付壁面に流体の流れ方向上手側若しくは下手側に向けて超音波ビームを発振し、及び／又は流れ方向上手側若しくは下手側から到来する超音波ビームを受信する送受信振動子が取り付けられた計測用直線流路と、を含む超音波流量計であって、
前記導入側流路の出口側末端部と前記計測用直線流路の入口側先端部との間に配置され、その計測用直線流路の長辺壁部に連なる外周側と内周側とのうち少なくとも外周側が湾曲形態に形成されて流体の流れを方向転換させるとともに、幅方向中央で前記取付壁面に平行な断面において、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する方向転換部と、
前記計測用直線流路内に流れ方向に沿って配置され、その計測用直線流路の長辺となる開口幅を幅方向に分割して複数の分割流路を形成するとともに、前記超音波ビームの測線に対応させて幅方向に貫通形成された連通孔と、前記超音波ビームが所定の透過率で通過するように前記連通孔を少なくとも部分的に覆うように重ね合わせて配置された網目体とを有する１又は複数の仕切部と、を備え、
前記仕切部の網目体は、前記計測用直線流路における高さ方向での流速分布特性に応じて異なる透過率を有するように、前記計測用直線流路の高さ方向において区画形成されていることを特徴とする。
【００２９】
このような超音波流量計においては、被測定流体（例えばＬＰガスや都市ガス）は計測用直線流路（例えば直線状中間流路）の流れ方向上手側に位置する方向転換部を流れる間に、流れ方向が偏り、内周側に比して外周側で流速が相対的に速くなる傾向がある。そして、方向転換部における高さ方向での流速分布の不均等（非対称）は、計測用直線流路（流量計測区間）においても解消されない場合がある。例えば、スペースの関係から十分な助走区間を送受信振動子（流量計測区間）前方に設けられなかったり、流体の種別や温度変化に伴って粘性が変化し、動粘性係数が変動したりすると、高さ方向での流速分布の不均等（非対称）は解消されにくい。
【００３０】
しかし、上記超音波流量計においては、計測用直線流路を仕切部（例えば仕切壁）により幅方向に分割して複数の分割流路を形成し、計測用直線流路における高さ方向での流速分布特性（不均等及び／又は非対称）に応じて、仕切部の連通孔に重ね合わせて配置された網目体を通過する超音波ビームの透過率を高さ方向において異ならせている。このように、網目体を通過する超音波ビームの透過率を高さ方向での流速分布特性に対応させることによって、送受信振動子による広い測定範囲での安定した流量計測を可能とするとともに、送受信振動子（流量計測区間）前方の助走区間を短縮して簡素に構成することができる。
【００３１】
そして、上記超音波流量計でも、計測用直線流路を仕切部により幅方向に分割して複数の分割流路を形成している。このように、超音波ビームが仕切部で分断されないため、パワーが分散・減衰されなくなり、送受信振動子による流量計測が高能率・高精度で行える。また、仕切部によって計測用直線流路は幅方向に分割されるために、計測時の圧力損失が抑制され、幅方向の流速分布が均等化及び／又は対称化される。
【００３２】
これらの超音波流量計では、導入側流路と計測用直線流路（流量計測区間）とが直交状に配置され、計測用直線流路（流量計測区間）の開口高さ及び開口幅が流れ方向に対して一定に形成されていれば、超音波流量計をコンパクトな箱型形状に形成できる。また、計測用直線流路（流量計測区間）での流速分布が均等化（対称化）されるので、流量測定の精度が向上する。さらに、送受信振動子前方の助走区間を短縮できる。
【００３３】
そして、このような超音波流量計において、
高さ方向に異なる透過率を有するように区画形成された複数の網目体を備え、
それらの網目体は、計測用直線流路における高さ方向での流速分布特性及び／又は送受信振動子における超音波ビームの強度特性に応じ、仕切部の連通孔に対して着脱可能に重ね合わせて配置されることを特徴とする。
【００３４】
これによって、被測定流体の種別や温度変化に伴って粘性が変化し動粘性係数が変動しても、網目体を交換（着脱）すればよい。このように、計測用直線流路全体あるいは超音波流量計全体を交換せずにすむので、汎用性が向上する。なお、仕切部の連通孔に対する網目体の着脱構造として、例えば、仕切部に形成された矩形状の連通孔の高さ方向の２辺に沿ってレール体を設け、網目体に付設したガイド体をそのレール体にはめ込む方式（はめ込み方式）を採用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（全体構成）
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波流量計の一実施例の全体斜視図を示す。この超音波流量計１００は、本体ユニット１０と中間流路形成ユニット２０と遮断弁３０とから構成され、本体ユニット１０は本体部１１と蓋部１７とからなる。
【００３６】
図２は超音波流量計１００の正面断面図を示し、図２のＡ−Ａ断面図が図３に表わされている。図２に示すように、本体部１１は全体として直方体形状を有し、その上面には、上流側のガス配管に接続される流入口１２及び下流側のガス配管に接続される流出口１３がそれぞれ開口している。また、その内部には、流入口１２と流出口１３との間にガス（流体）を通過させるための本体流路１４が形成されている。本体部１１の下部には、図２の背面側から手前側（嵌合方向）に向けて本体流路切除部１５が形成され、この本体流路切除部１５は、パッキン１７ａ（シール材）を介し蓋部１７によって外部から覆われている（図３参照）。本体部１１の嵌合方向前方側（図２の手前側）の外面には、本体流路切除部１５と連通する一対の窓孔１６，１６（図１参照）が開口している。
【００３７】
図３に示すように、中間流路形成ユニット２０の内部には、本体部１１の本体流路切除部１５にガスの流れ方向と直交する方向（嵌合方向）から嵌合したときに本体流路１４と接続される中間流路２１が貫通形成されている。この中間流路２１は、本体流路１４と滑らかに連続する上下方向の入口側連結流路２１ｂ（導入側流路），出口側連結流路２１ｃ（導出側流路）と、両端で両連結流路２１ｂ，２１ｃと連なるとともに、本体流路１４とほぼ直交する形態で本体部１１の下面に沿って配設される水平方向の直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）とから構成されている（図２参照）。また、中間流路形成ユニット２０には、本体部１１に開口する一対の窓孔１６，１６に対応して嵌合方向の前方側に一対の突出部２２，２２がそれぞれ一体形成されている。
【００３８】
さらに、中間流路形成ユニット２０の一対の突出部２２，２２には、直線状中間流路２１ａにおける超音波計測区間２１ａ１（流量計測区間）を通過するガスの流量を測定するために、超音波センサ２３の一対の送受信振動子２３ａ，２３ｂがそれぞれ着脱可能に取り付けられている。この直線状中間流路２１ａにおいて、超音波計測区間２１ａ１の上流側（流れ方向上手側）には、送受信振動子２３ａ，２３ｂにて流量測定するガスの流れを整えるための助走区間２１ａ２（図２参照）が設けられている。直線状中間流路２１ａの軸直交断面積（流路断面積）を本体流路１４や入口側連結流路２１ｂの軸直交断面積（流路断面積）よりも小とし（絞り）、流れ方向に対して一定の大きさに形成する。これによって、直線状中間流路２１ａを流れるガスの流速を速くして一定に保持し、超音波センサ２３による流量（流速）の測定精度が高くなるようにしている。なお、流入口１２と中間流路２１との間の本体流路１４には、本体流路１４のガスの流れを遮断する遮断弁３０が設けられている（図２参照）。
【００３９】
したがって、図３において、中間流路２１が本体流路１４と連通するように中間流路形成ユニット２０を本体部１１の本体流路切除部１５に嵌合すると、各突出部２２，２２が本体部１１の各窓孔１６，１６からそれぞれ外部に突出する。そして、各突出部２２，２２はパッキン１６ａ（シール材）を介し各窓孔１６，１６をそれぞれ密閉する。さらに、超音波センサ２３の各送受信振動子２３ａ，２３ｂは、各突出部２２，２２の収容孔２２ａ，２２ｂにそれぞれ外部から挿入され、取付ねじ（取付部材；図示せず）や押圧板（押圧部材；図示せず）によって着脱可能に固定されている。
【００４０】
図２及び図３に示すように、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１及び助走区間２１ａ２）は、流路の幅方向（本体流路切除部１５への嵌合方向；奥行方向）を長辺Ｌ、流路の高さ方向（上下方向）を短辺Ｓとする矩形状に形成されている。そして、超音波センサ２３は次のような反射型Ｖ字配列に構成されている。すなわち、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）の流れ方向直交断面において、嵌合方向前方側の短辺Ｓを形成する短辺壁部２１ｄの取付壁面に、送受信振動子２３ａ，２３ｂが流れ方向に所定距離Ｗ０を隔てて取り付けられ、嵌合方向後方側の短辺Ｓを形成する短辺壁部の壁面を反射面２１ｅとする。
【００４１】
図１に戻り、超音波センサ２３の送受信振動子２３ａ，２３ｂ（センサ素子）で得られた出力信号は、リード線２５，２５を介して流量演算処理回路２４に送信されてガス流量が算出され、流量表示部（図示せず）等を用いて報知される。これらの送受信振動子２３ａ，２３ｂ、流量演算処理回路２４、リード線２５，２５、流量表示部等は流量測定部Ｍを構成している。リード線２５，２５は、窓孔１６，１６から外部に突出して設けられる超音波センサ２３（送受信振動子２３ａ，２３ｂ）から引き出されるので、その芯線部を通じて測定ガスが外部に漏れ出して、気密性が不十分となったり、測定精度が低下したりすることがない。このように、本体部１１・蓋部１７・中間流路形成ユニット２０の三者の気密性が確保され、リード線２５，２５が流路外に位置するので、漏れ出したガスに電気部品の火花が引火して火災が発生することもない。なお、入口側連結流路２１ｂと直線状中間流路２１ａとの間には、流路内での測定ガス流の乱れを抑え速度分布を均一化するための整流素子（整流部材）は設けられていない（図２，図３参照）。
【００４２】
（超音波センサの配置変形例）
以上の全体構成においては、超音波センサ（送受信部）の配置と超音波ビームの通る径路（測線という）として反射型Ｖ字配列を採用した場合について説明した。反射型Ｖ字配列では、一対の送受信部を流れ方向に沿って同じ側に集中配置できるので、送受信部の着脱を同じ方向から行える利点がある。超音波流量計における超音波センサ（送受信部）の測線方式には、反射型Ｖ字配列の他にも多くの種類が知られている。他の測線方式に対する本発明の適用例について以下に説明する。
【００４３】
（１）透過型Ｚ配列（図４（ａ））
一方の送受信部１２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された他方の送受信部１２３ｂで受信する方式である。この方式では、一方の送受信部１２３ａと他方の送受信部１２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。
【００４４】
（２）透過型Ｖ字配列（図４（ｂ））
１個の送信部２２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の受信部２２３ｂ，２２３ｂで受信する方式である。この方式では、送信部２２３ａと受信部２２３ｂ，２２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。
【００４５】
（３）交差型Ｘ配列（図４（ｃ））
流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の送信部３２３ａ，３２３ａから発せられた超音波を流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の受信部３２３ｂ，３２３ｂで受信する方式である。この方式は上記した図４（ｂ）の方式において、送信部を１個から一対に増設したものに相当する。
【００４６】
本発明の流量計では、いずれの超音波センサの配置方式（測線方式）を採用しても等価であるから、以下の実施例においては、透過型Ｚ配列を用いて説明する。
【００４７】
なお、以上の全体構成及び超音波センサの配置変形例においては、本体ユニット１０が、本体流路１４を内部に有する本体部１１と、本体部１１を外部から覆う蓋部１７とから構成される場合についてのみ説明したが、本体ユニット１０は次のような構成であってもよい。すなわち、本体ユニットは半割り状の本体流路を各々有する第一本体部と第二本体部とを合掌構成してもよい。ただし、この場合には窓孔は第一本体部と第二本体部とのうち少なくともいずれか一方に設けられ、蓋部は設けても設けなくてもよい。
【００４８】
（実施例１）
次に、図５は図２における中間流路の流路構成の一例を示す一部破断斜視図及び正面図である。図５に示す中間流路２１において、ほぼ直交状に配置される入口側連結流路２１ｂ（本体流路１４）と直線状中間流路２１ａとの間には、方向転換部２１１が接続形成されている。方向転換部２１１は、ほぼ下向きに配置された入口側連結流路２１ｂの出口側末端部に続いて、ガスの流れを約９０°方向転換させるように、外周側と内周側とがともに湾曲形態に形成されている。この方向転換部２１１は、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて徐々に減少する減少部２１１ａを有し、流路の外周側及び内周側で直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の長辺壁部２１ｆに連なっている。なお、直線状中間流路２１ａでの高さ方向の中央位置Ｏ１は、超音波センサ２３の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線位置Ｏ２（超音波ビームの測線位置）と一致している。
【００４９】
図６は図５における直線状中間流路の平面断面図及び側面断面図である。図６に示すように、直線状中間流路２１ａ内には複数（例えば２枚）の板状の仕切壁４０（仕切部）が流れ方向に沿って平行状に配置され、直線状中間流路２１ａの長辺Ｌとなる開口幅Ｗを幅方向に分割して複数（例えば３層）の等しい開口幅Ｗ’の分割流路２１ａ’を形成している。各仕切壁４０には、超音波ビームの測線位置Ｏ２に対応させて１個の連通孔４１（例えば矩形状）が幅方向に貫通形成され、各連通孔４１には、超音波ビームが所定の透過率で通過するように、網目状素材で構成された薄板状又はシート状のメッシュ４２（網目体）が重ね合わせてある。
【００５０】
図７に示すように、メッシュ４２は、直線状中間流路２１ａの高さ方向（図５の短辺Ｓ方向）において複数（例えば、上方メッシュ４２１（第一網目体）と下方メッシュ４２２（第二網目体）の二区分）に区画形成されている。これによって、メッシュ４２は、直線状中間流路２１ａにおける高さ方向での流速分布特性（図８参照）に応じて異なる透過率を有するようになる。
【００５１】
具体的には、図７（ａ）に示す上方メッシュ４２１（又は下方メッシュ４２２）は、超音波ビームの吸収が少ない材質である金属材料（例えばステンレス）製の細い（例えば、線径ｄ＝０．０５〜０．５ｍｍ）ワイヤｗ（網目状素材）を、横方向間隔ｘ１（又はｘ２）、縦方向間隔ｙ１（又はｙ２）で格子状に組んで構成されている。このとき、各メッシュ４２１，４２２を構成するワイヤｗの平均メッシュ間隔ｋ１，ｋ２は、
ｋ１＝（ｘ１＋ｙ１）／２
ｋ２＝（ｘ２＋ｙ２）／２
で表される。また、各々の開孔率Ｒ１，Ｒ２は、各メッシュ４２１，４２２の全体表面積に占める開孔部の合計表面積の割合で表わされるから、ワイヤｗの線径をｄ（一定）とすると、
Ｒ１≒｛（ｋ１−ｄ）／ｋ１｝２
Ｒ２≒｛（ｋ２−ｄ）／ｋ２｝２
で近似される。
【００５２】
周波数ｆ＝５００ｋＨｚの超音波ビームを用いた場合、音速ｖ＝３４０ｍ／ｓとしすると、超音波ビームの波長λは、λ＝ｖ／ｆ＝０．６８ｍｍとなる。ステンレス製のワイヤｗの線径ｄが超音波ビームの波長λの１／３以下（例えば、ｄ＝０．２ｍｍ）であれば、ワイヤｗによる反射・吸収が少なく回折が可能である。さらに、各メッシュ４２１，４２２を構成するワイヤｗの平均メッシュ間隔ｋ１，ｋ２がいずれも超音波ビームの波長λよりも大（ｋ１，ｋ２＞λ）であるから、反射・吸収・回折（回り込み）による超音波ビーム強度への影響は無視できる程度に小さくなる。したがって、このような場合には、図７（ｂ）の特性図に示すように、メッシュ４２１，４２２の透過率γ１，γ２は、ワイヤｗの平均メッシュ間隔ｋ１，ｋ２をパラメータとして表すことができる。この図から明らかなように、平均メッシュ間隔ｋ１，ｋ２は透過率γ１，γ２と正の相関関係を有することになる。
【００５３】
図７において、上方メッシュ４２１の平均メッシュ間隔ｋ１＝ｘ１＝ｙ１＝１．０ｍｍ、下方メッシュ４２２の平均メッシュ間隔ｋ２＝ｘ２＝ｙ２＝０．８ｍｍ、ワイヤｗの線径ｄ＝０．２ｍｍとすると、
ｋ１＞ｋ２＞λ＝０．６８ｍｍ
上方メッシュ４２１の開孔率Ｒ１≒６４％
下方メッシュ４２２の開孔率Ｒ１≒５６％
上方メッシュ４２１の透過率γ１＞下方メッシュ４２２の透過率γ２
となる。
【００５４】
中間流路２１は以上のように流路構成されているので、この流路内のガスの流れは図８に示す高さ方向の流速分布のようになる。
【００５５】
図８に示すように、方向転換部２１１へ流入したガスは、下向き（上下方向）の入口側連結流路２１ｂから横向き（水平方向）の直線状中間流路２１ａへ方向転換する途上にあるため、斜め下向き（中間方向）の速度成分が大きい。このような速度成分を有するガスは、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）の外周側に沿って流れ方向下流側へ移動していくため、その流れ方向は方向転換部２１１の末端位置に達しても依然として不揃いで不安定な状態にある。また、方向転換部２１１の末端位置において高さ方向の流速分布は、外周側ほど流速が大きくなり、不均等（非対称）な状態にある。このように、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）では流れ方向が不安定で流速が不均等（非対称）な流れ（偏流）が発生している。
【００５６】
例えば、小流量時（低速時；層流域）には、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際の遠心力は比較的小さい。したがって、小流量時の流速分布は、図８（ａ）に示すように、方向転換部２１１の末端位置においては高さ方向の中央位置Ｏ１付近で突出する擬似二等辺三角形状を呈するが、直線状中間流路２１ａの始端部（助走区間２１ａ２）で比較的早くに高さ方向に均等化及び対称化した扇状（又は弧状あるいは放物線状）となる。一方、大流量時（高速時；乱流域）には、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際の遠心力は比較的大きい。したがって、大流量時の流速分布は、図８（ｂ）に示すように、方向転換部２１１の末端位置においては高さ方向の中央位置Ｏ１よりも下方で突出する擬似直角三角形状を呈するので、直線状中間流路２１ａの始端部（助走区間２１ａ２）では未だ高さ方向に均等化及び対称化したバスタブ状（又はコの字状）にはならない。
【００５７】
図８において、超音波計測区間２１ａ１の前方に十分な助走区間２１ａ２を設けられない場合、特に大流量時には高さ方向の中央位置Ｏ１よりも下方で流速が大となり、直線状中間流路２１ａにおける高さ方向での流速分布の不均等（非対称）は解消されにくい。そこで、図７に示すように、上方メッシュ４２１の平均メッシュ間隔ｋ１を下方メッシュ４２２の平均メッシュ間隔ｋ２よりも大きく形成し（ｋ１＞ｋ２＞λ）、上方メッシュ４２１の透過率γ１が下方メッシュ４２２の透過率γ２よりも大（γ１＞γ２）としている。
【００５８】
図９は、測線位置Ｏ２における超音波計測区間２１ａ１の流路断面において、メッシュ４２通過後のビーム強度を説明するグラフである。図９に示すように、メッシュ４２通過後のビーム強度は、メッシュ４２の平均メッシュ間隔ｋが一様にビーム波長λと等しい（ｋ＝λ）場合（図９（ａ））に比べて下方メッシュ４２２側で弱められるので、高さ方向での流速分布が均等化及び対称化されて計測できる（図９（ｂ））。このように、メッシュ４２を通過する超音波ビームの透過率を直線状中間流路２１ａにおける高さ方向での流速分布特性に対応させることによって、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂによる広い測定範囲での安定した流量計測を可能とするとともに、超音波計測区間２１ａ１前方の助走区間２１ａ２を短縮して簡素に構成することができる。
【００５９】
そして、直線状中間流路２１ａを２枚の仕切壁４１により幅方向に分割して３層の分割流路２１ａ’を形成することにより、超音波ビームが仕切壁４１で分断されないため、パワーが分散・減衰されなくなり、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂによる流量計測が高能率・高精度で行える。また、仕切壁４１によって直線状中間流路２１ａが幅方向に分割されるので、計測時の圧力損失が抑制され、幅方向の流速分布を均等化及び対称化できる。
【００６０】
（実施例２）
次に、図１０は中間流路の流路構成の他の例を示す一部破断斜視図及び正面図である。図１０に示す中間流路２１において、ほぼ直交状に配置される入口側連結流路２１ｂ（本体流路１４）と直線状中間流路２１ａとの間には、方向転換部２１１、調整部２１２及び増大部２１３が流れ方向上手側から下手側に向ってこの順に接続形成されている。方向転換部２１１及び調整部２１２は、流路の開口高さが入口側連結流路２１ｂよりも小さく接続形成されている。
【００６１】
方向転換部２１１は、ほぼ下向きに配置された入口側連結流路２１ｂの出口側末端部に続いて、ガスの流れを約９０°方向転換させるように、外周側と内周側とが湾曲形態に形成されている。この方向転換部２１１は、流路の開口高さが流れ方向下手側に向かうにつれて減少する減少部２１１ａを有し、流路の外周側及び内周側が直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の長辺壁部２１ｆに連なっている。また、調整部２１２は、方向転換部２１１の出口側末端部に続く形で接続形成され、ガスの流れ方向をほぼ水平方向に揃える。さらに、調整部２１２に続いて、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部２１３が接続形成され、増大部２１３は直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）に接続されている。なお、増大部２１３の流路の高さ方向の中央位置Ｏ１は、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２と一致している。また、増大部２１３の中央位置Ｏ１は、超音波センサ２３の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線位置、及び超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）の高さ方向の中央位置とも一致している。さらに、調整部２１２の内周側及び外周側の流路壁面は、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の長辺壁部２１ｆの壁面とそれぞれ平行状に配置されている。
【００６２】
これらの方向転換部２１１（特に減少部２１１ａ）、調整部２１２及び増大部２１３により、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）における高さ方向での流速分布の均等化及び対称化（平滑化）が図られている。
【００６３】
図１１に示すように、方向転換部２１１へ流入したガスは、下向き（上下方向）の入口側連結流路２１ｂから横向き（水平方向）の直線状中間流路２１ａへ方向転換する途上にあるため、斜め下向き（中間方向）の速度成分が大きい。このような速度成分を有するガスは、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）の外周側に沿って流れ方向下流側へ移動していくため、その流れ方向は方向転換部２１１の末端位置に達しても依然として不揃いで不安定な状態にある。また、方向転換部２１１の末端位置において高さ方向の流速分布は、外周側ほど流速が大きくなり、不均等（非対称）な状態にある。このように、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）では流れ方向が不安定で流速が不均等（非対称）な流れ（偏流）が発生している。
【００６４】
例えば、小流量時（低速時；層流域）には、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際の遠心力は比較的小さい。したがって、小流量時の流速分布は、図１１（ａ）に示すように、調整部２１２においては高さ方向の中央位置Ｏ１付近で突出する擬似二等辺三角形状を呈するが、増大部２１３では比較的早くに高さ方向に均等化及び対称化した扇状（又は弧状あるいは放物線状）となる。一方、大流量時（高速時；乱流域）には、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際の遠心力は比較的大きい。したがって、大流量時の流速分布は、図１１（ｂ）に示すように、調整部２１２においては高さ方向の中央位置Ｏ１よりも下方で突出する擬似直角三角形状を呈するので、増大部２１３ではやや遅れて高さ方向に均等化及び対称化したバスタブ状（又はコの字状）となる。
【００６５】
このように、外周側及び内周側にて流路の開口高さが各々高さ方向に階段状に増大変化する増大部２１３を通る間に、高さ方向での流速分布の偏りの影響が緩和され、均等化及び対称化（平滑化）される。すなわち、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）で発生する偏流が、調整部２１２を経由し、増大部２１３で開放されることによって、高さ方向の中央位置Ｏ１付近に流速分布のピーク（最大流速）を持つ流れに矯正される。
【００６６】
ところで、方向転換部２１１（減少部２１１ａ）における高さ方向での流速分布の不均等（非対称）が増大部２１３によって均等化及び対称化（平滑化）できたとしても、広い測定範囲にわたって流量計測の安定性が確保できない場合がある。例えば、流量計測で用いられる送受信振動子１２３ａ，１２３ｂにおいて、超音波ビームの強度特性は必ずしも一様ではない。すなわち、ビーム強度は送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの中央部で大きく周辺部で小さく現れるのが一般的であり（図１３（ａ）参照）、流量により計測値が不安定となるおそれがある。
【００６７】
そこで、図１２に示すメッシュ４２（網目体）は、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の高さ方向において中央部に位置する中央メッシュ４２Ｃ（中央網目体）と、その上下両側の周辺部に位置する周辺メッシュ４２Ｓ（周辺網目体）とに区画形成されている。そして、中央メッシュ４２Ｃの平均メッシュ間隔ｋＣを周辺メッシュ４２Ｓの平均メッシュ間隔ｋＳよりも大きく形成し（ｋＣ＞ｋＳ＞λ）、中央メッシュ４２Ｃの透過率γＣが周辺メッシュ４２Ｓの透過率γＳよりも大（γＣ＞γＳ）としている。
【００６８】
図１３は、測線位置Ｏ２における超音波計測区間２１ａ１の流路断面において、メッシュ４２通過後のビーム強度を説明するグラフである。図１３に示すように、メッシュ４２通過後のビーム強度は、メッシュ４２の平均メッシュ間隔ｋが一様にビーム波長λと等しい（ｋ＝λ）場合（図１３（ａ））に比べて中央メッシュ４２Ｃ付近でピーク状態（天井）となる（図１３（ｂ））。したがって、高さ方向での流速分布がバスタブ形状（乱流域）又は扇形状（層流域）で安定している場合に（図１１参照）、高さ方向の中央部に現われる最大流速（ピーク値）を正確に検出できる。このように、メッシュ４２を通過する超音波ビームの透過率を超音波ビームの強度特性に対応させることによって、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂによる広い測定範囲での安定した流量計測を可能とするとともに、超音波計測区間２１ａ１前方の助走区間２１ａ２を短縮して簡素に構成することができる。
【００６９】
（実施例３）
次に、図１４に示すメッシュ４２（網目体）では、周辺メッシュ４２Ｓ（周辺網目体）の平均メッシュ間隔ｋＳを中央メッシュ４２Ｃ（中央網目体）の平均メッシュ間隔ｋＣよりも大きく形成し（ｋＳ＞ｋＣ＞λ）、周辺メッシュ４２Ｓの透過率γＳが中央メッシュ４２Ｃの透過率γＣよりも大（γＳ＞γＣ）としている。
【００７０】
図１５は、測線位置Ｏ２における超音波計測区間２１ａ１の流路断面において、メッシュ４２通過後のビーム強度を説明するグラフである。図１５に示すように、メッシュ４２通過後のビーム強度は、メッシュ４２の平均メッシュ間隔ｋが一様にビーム波長λと等しい（ｋ＝λ）場合（図１５（ａ））に比べて中央メッシュ４２Ｃ付近で抑制され、高さ方向に平滑化されるので（図１５（ｂ））、偏りの少ない安定したビーム強度の検出が可能となる。このように、メッシュ４２を通過する超音波ビームの透過率を超音波ビームの強度特性に対応させることによって、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂによる広い測定範囲での安定した流量計測を可能とするとともに、超音波計測区間２１ａ１前方の助走区間２１ａ２を短縮して簡素に構成することができる。
【００７１】
（実施例４）
次に、図１６に示すメッシュ４２（網目体）では、中央メッシュ４２Ｃ（中央網目体）の平均メッシュ間隔ｋＣを超音波ビームの波長λよりも大きく形成し、周辺メッシュ４２Ｓ（周辺網目体）の平均メッシュ間隔ｋＳを超音波ビームの波長λよりも小さく形成している（ｋＣ＞λ＞ｋＳ）。λ＞ｋＳのため、超音波ビームの回折（回り込み）効果が大きくなり、周辺メッシュ４２Ｓでの透過率γＳはきわめて大きく（ほぼ１００％）なる。一方、ｋＣ＞λのため、中央メッシュ４２Ｃでの透過率γＣは平均メッシュ間隔ｋＣに比例する（正の相関関係を有する）がγＳよりは小さい（γＳ＞γＣ）。つまり、周辺メッシュ４２Ｓでの透過率γＳは実質的に１００％であり、中央メッシュ４２Ｃにおいて平均メッシュ間隔ｋＣと透過率γＣとは正の相関関係を有するから、中央メッシュ４２Ｃの平均メッシュ間隔ｋＣを変更（透過率γＣを調整）することによって両メッシュ４２Ｓ，４２Ｃでの透過率γＳ，γＣの差を大きく設定することができる。
【００７２】
図１７は、測線位置Ｏ２における超音波計測区間２１ａ１の流路断面において、メッシュ４２通過後のビーム強度を説明するグラフである。図１７に示すように、メッシュ４２通過後のビーム強度は、メッシュ４２の平均メッシュ間隔ｋが一様にビーム波長λと等しい（ｋ＝λ）場合（図１７（ａ））に比べて、周辺メッシュ４２Ｓ通過後のビーム強度の低下が抑制されて高く維持されるとともに、中央メッシュ４２Ｃ通過後のビーム強度が制限されることになる。このように、高さ方向に強制的に平滑化されるので（図１７（ｂ））、偏りの少ない安定したビーム強度の検出が可能となる。このように、メッシュ４２を通過する超音波ビームの透過率を超音波ビームの強度特性に対応させることによって、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂによる広い測定範囲での安定した流量計測を可能とするとともに、超音波計測区間２１ａ１前方の助走区間２１ａ２を短縮して簡素に構成することができる。なお、周辺メッシュ４２Ｓの平均メッシュ間隔ｋＳが超音波ビームの波長λよりも小さく形成されているので、分割流路２１ａ’（図６参照）を流れるガスの高さ方向及び／又は幅方向での流速が乱流域（高速域）であっても、流速分布の乱れを制御（抑制）することができる。
【００７３】
（実施例５）
次に、図１８に示すメッシュ４２（網目体）は、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路；図１０参照）の高さ方向において中央部にのみ設けられ、連通孔４１の高さ方向周辺部では省略されている。そして、中央部に位置する中央メッシュ４２Ｃ（中央網目体）の平均メッシュ間隔ｋＣは超音波ビームの波長λよりも大きく設定されている（ｋＣ＞λ）。高さ方向周辺部にはメッシュ４２が配置されないため、連通孔４１の高さ方向周辺部での透過率は１００％である。一方、ｋＣ＞λのため、中央メッシュ４２Ｃでの透過率γＣは平均メッシュ間隔ｋＣに比例する（正の相関関係を有する）。したがって、中央メッシュ４２Ｃの平均メッシュ間隔ｋＣを変更（透過率γＣを調整）することによって、連通孔４１の高さ方向周辺部での透過率（１００％）と中央網目体での透過率γＣとの差を大きく設定することができる。
【００７４】
図１９は、測線位置Ｏ２における超音波計測区間２１ａ１の流路断面において、メッシュ４２通過後のビーム強度を説明するグラフである。図１９に示すように、メッシュ４２通過後のビーム強度は、メッシュ４２の平均メッシュ間隔ｋが一様にビーム波長λと等しい（ｋ＝λ）場合（図１９（ａ））に比べて、連通孔４１の高さ方向周辺部通過後のビーム強度はほとんど減衰なし（透過率１００％）に維持されるとともに、中央メッシュ４２Ｃ通過後のビーム強度が制限されることになる。このように、高さ方向に強制的に平滑化されるので（図１９（ｂ））、偏りの少ない安定したビーム強度の検出が可能となる。このように、メッシュ４２を通過する超音波ビームの透過率を超音波ビームの強度特性に対応させることによって、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂによる広い測定範囲での安定した流量計測を可能とするとともに、超音波計測区間２１ａ１前方の助走区間２１ａ２を短縮して簡素に構成することができる。なお、連通孔４１の高さ方向周辺部にはメッシュ４２を設けていないので、メッシュ４２ひいては超音波流量計１００をより安価に提供することができる。
【００７５】
（実施例６）
図２０は、仕切壁４０（仕切部）の連通孔４１に対してメッシュ４２（網目体）を交換可能とするための着脱構造の一例を示す。すなわち、高さ方向に異なる透過率を有するように区画形成された複数のメッシュ４２（例えば図７，図１２，図１４，図１６，図１８参照）を備え、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）における高さ方向での流速分布特性や送受信振動子１２３ａ，１２３ｂにおける超音波ビームの強度特性に応じて、メッシュ４２を交換する。
【００７６】
図２０の着脱構造ははめ込み方式を示している。具体的には、仕切壁４０に形成された矩形状の連通孔４１の高さ方向の２辺４１ａ，４１ｂに沿って、それぞれレール４３（レール体）を設ける。メッシュ４２を保持する枠４４（枠体）に形成された溝４４ａ（ガイド体）をレール４３にスライドさせてはめ込む。このように、直線状中間流路２１ａ全体あるいは超音波流量計１００全体を交換せずにすむので、汎用性が向上する。
【００７７】
なお、メッシュ４２を構成するワイヤｗ（網目状素材）は、枠４４に挿入したり枠４４で挟み込んだりして固定する他、合成樹脂によるインサート成形によって枠４４と一体形成してもよい。また、上記した上方メッシュ４２１，下方メッシュ４２２，中央メッシュ４２Ｃ，周辺メッシュ４２Ｓを単位として着脱可能としてもよい。
【００７８】
実施例２〜実施例６（図１２〜図２０）において、実施例１（図１〜図９）と機能が共通する部分には同一符号を付すことによって説明を省略したものがある。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る超音波流量計の一実施例の全体斜視図。
【図２】図１の正面断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】超音波センサの配置変形例を示す説明図。
【図５】図２における中間流路の流路構成の一例を示す一部破断斜視図及び正面図。
【図６】図５における直線状中間流路の平面断面図及び側面断面図。
【図７】第１実施例のメッシュの説明図及びメッシュの特性図。
【図８】図５（ｂ）の要部を拡大して、小流量時及び大流量時の高さ方向の流速分布を示す説明図。
【図９】図７のメッシュ通過後のビーム強度を説明するグラフ。
【図１０】中間流路の流路構成の他の例を示す一部破断斜視図及び正面図。
【図１１】図１０（ｂ）の要部を拡大して、小流量時及び大流量時の高さ方向の流速分布を示す説明図。
【図１２】第２実施例のメッシュの説明図。
【図１３】図１２のメッシュ通過後のビーム強度を説明するグラフ。
【図１４】第３実施例のメッシュの説明図。
【図１５】図１４のメッシュ通過後のビーム強度を説明するグラフ。
【図１６】第４実施例のメッシュの説明図。
【図１７】図１６のメッシュ通過後のビーム強度を説明するグラフ。
【図１８】第５実施例のメッシュの説明図。
【図１９】図１８のメッシュ通過後のビーム強度を説明するグラフ。
【図２０】第６実施例として交換可能なメッシュの一例を示す説明図。
【符号の説明】
【００８０】
２１      中間流路
２１ａ    直線状中間流路（計測用直線流路）
２１ａ’  分割流路
２１ａ１  超音波計測区間（流量計測区間）
２１ａ２  助走区間
２１ｂ    入口側連結流路（導入側流路）
２１ｃ    出口側連結流路（導出側流路）
２１ｄ    短辺壁部
２１ｆ    長辺壁部
２１１    方向転換部
２１１ａ  減少部
２１２    調整部
２１３    増大部
２３      超音波センサ
４０      仕切壁（仕切部）
４１      連通孔
４２      メッシュ（網目体）
４２１    上方メッシュ（第一網目体）
４２２    下方メッシュ（第二網目体）
４２Ｃ    中央メッシュ（中央網目体）
４２Ｓ    周辺メッシュ（周辺網目体）
１００    超音波流量計
１２３ａ，１２３ｂ  送受信振動子（センサ素子）
Ｌ        長辺
Ｓ        短辺
Ｈ        開口高さ
Ｗ        開口幅
Ｗ’      分割流路の開口幅
Ｏ１      直線状中間流路での高さ方向の中央位置
Ｏ２      測線位置
ｋ        平均メッシュ間隔
ｗ        ワイヤ（網目状素材）
γ        透過率
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１６】
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【図１７】
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