(57)【要約】【課題】  順方向伝播時と逆方向伝播時との間で超音波トランスジューサに生じる、超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することにより、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止し、流量計測精度の向上に寄与することのできる超音波流量計を提供する。【解決手段】  送信部２から駆動信号が出力されたとき、中央駆動スイッチ回路２６ＶＣ及び周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳのＭＯＳＦＥＴには、各々５個の駆動パルス信号が同時にゲート入力される。中央駆動スイッチ回路２６ＶＣから中央素子部１３１Ｃ（中央駆動電極１３３Ｃ）に対して、中央分極電位ＶＣの駆動電圧が５個の方形波として印加され、周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳから周辺素子部１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）に対して、周辺分極電位ＶＳの駆動電圧が５個の方形波として印加される。作動タイミングチャートに示すように、これらの駆動電圧は、周辺分極電位ＶＳ＞中央分極電位ＶＣ、かつ同位相で印加される。【選択図】  図１０
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【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送信し、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少なくとも一対の超音波トランスジューサが取り付けられた計測用直線流路とを含み、
前記超音波トランスジューサを用いて、流れ方向上手側のものが送信側となり下手側のものが受信側となる順方向駆動モードと、流れ方向下手側のものが送信側となり上手側のものが受信側となる逆方向駆動モードとにより、前記超音波ビームの到達時間を各々測定する超音波流量計であって、
前記送信側の超音波トランスジューサの超音波放射面から前記超音波ビームを送出する圧電素子、又は前記受信側の超音波トランスジューサの超音波受信面にて前記超音波ビームを受信する圧電素子に対して、流路短辺方向の中央部に位置する中央素子部と周辺部に位置する周辺素子部とで、超音波ビーム送信時の振動生起態様、又は超音波ビーム受信時の振動検出態様を異ならせるための制御信号を発する計測制御手段を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
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送信し、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少なくとも一対の超音波トランスジューサが取り付けられた計測用直線流路とを含み、
前記超音波トランスジューサを用いて、流れ方向上手側のものが送信側となり下手側のものが受信側となる順方向駆動モードと、流れ方向下手側のものが送信側となり上手側のものが受信側となる逆方向駆動モードとにより、前記超音波ビームの到達時間を各々測定する超音波流量計であって、
前記送信側の超音波トランスジューサの超音波放射面からパルス状に前記超音波ビームを送出する圧電素子に対して、流路短辺方向の中央部に位置する中央素子部と周辺部に位置する周辺素子部とで印加する電気信号の供給形態を変更することにより、超音波ビーム送信時の振動生起態様を異ならせるための制御信号を発する計測制御手段を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
前記計測制御手段は、前記超音波ビームを送出する圧電素子の中央素子部と周辺素子部とに印加する電圧に対し、その駆動電位と駆動位相とのうち少なくとも一方を異ならせることによって、超音波ビーム送信時の振動生起態様を異ならせる請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記計測制御手段は、前記圧電素子の周辺素子部に印加する電圧の駆動電位が中央素子部よりも高電位となるように、かつ両者の駆動位相が同位相となるように制御する請求項３に記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記計測制御手段は、前記圧電素子の中央素子部に印加する電圧の駆動位相が周辺素子部よりも遅れ位相となるように、かつ両者の駆動電位が同電位となるように制御する請求項３に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記計測制御手段は、前記圧電素子の周辺素子部に印加する電圧の駆動電位が中央素子部よりも高電位となるように、かつ前記圧電素子の中央素子部に印加する電圧の駆動位相が周辺素子部よりも遅れ位相となるように制御する請求項３に記載の超音波流量計。
【請求項７】
請求項２ないし６のいずれか１項に記載の超音波流量計において、
前記順方向駆動モードと逆方向駆動モードとの間で送信側と受信側とに切り替えて使用される一対の超音波トランスジューサを含むとき、その一対の超音波トランスジューサのうち、流れ方向上手側のものを前記送信側の超音波トランスジューサとすることを特徴とする超音波流量計。
【請求項８】
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送信し、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少なくとも一対の超音波トランスジューサが取り付けられた計測用直線流路とを含み、
前記超音波トランスジューサを用いて、流れ方向上手側のものが送信側となり下手側のものが受信側となる順方向駆動モードと、流れ方向下手側のものが送信側となり上手側のものが受信側となる逆方向駆動モードとにより、前記超音波ビームの到達時間を各々測定する超音波流量計であって、
前記受信側の超音波トランスジューサの超音波受信面にてパルス状に前記超音波ビームを受信する圧電素子に対して、流路短辺方向の中央部に位置する中央素子部と周辺部に位置する周辺素子部とから取り出す電気信号の取得形態を変更することにより、超音波ビーム受信時の振動検出態様を異ならせるための制御信号を発する計測制御手段を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項９】
前記計測制御手段は、前記超音波ビームを受信する圧電素子の中央素子部と周辺素子部とから取り出す電圧の利得を異ならせることによって、超音波ビーム受信時の振動検出態様を異ならせる請求項１又は８に記載の超音波流量計。
【請求項１０】
前記計測制御手段は、前記順方向駆動モードにおいて、前記圧電素子の周辺素子部から取り出す電圧の利得が中央素子部よりも大きくなるように制御する請求項９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、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。その際の測定原理として、一般には「伝搬時間差法」が用いられる。これは、流体を通過させるための計測流路（計測用直線流路）の流体流れ方向上流側（上手側）及び下流側（下手側）の壁部（取付壁面）に一対の超音波送受信部（超音波トランスジューサ）を設け、それら超音波送受信部間の超音波送受信方向を交互に切り替えるとともに、上流側超音波送受信部から発信された超音波ビームが下流側超音波送受信部に到達するまでの時間（順方向伝播時間）と、下流側超音波送受信部から発信された超音波ビームが上流側超音波送受信部に到達するまでの時間（逆方向伝播時間）とを計測して、両者の時間差から計測流路を流れる流体の平均流速及び流量を求めるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、上記のような超音波流量計においては、計測流路内の流れは流路形状に応じた特有の三次元分布となる。従来の超音波流量計では、この三次元的な流れ分布を詳細に考慮した計測方法がほとんど提案されておらず、計測誤差を招きやすい欠点があった。特に問題となるのは流路壁面との摩擦による損失であり、流路断面内の流速は、壁面摩擦損失の影響を大きく受ける流路周辺部で小さくなり、壁面からの距離が大きい流路中央部で大きくなる分布を呈する。この場合、流路断面積が一定であれば、周縁長が小さい断面形状（例えば円状ないし正方形状）となるほど壁面摩擦の影響を大きく受ける断面領域の比率は小さくなり、流路中央部と流路周辺部との流速差は著しくなる。そこで、仕切り壁を用いて流路断面をアスペクト比の大きい長方形状断面エリアに区画し、その長方形状断面エリアの流路短辺をなす側壁部に超音波トランスジューサを設けることで、壁面摩擦損失の影響を大きく受ける断面領域をあえて拡大し、流路断面内の流速差を縮小する試みがなされている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５１６５３号公報
【特許文献２】特許第３５２８３４７号公報
【０００５】
特許文献２のような流路構造を採用すれば、確かに流路断面内の流速差の影響を多少は縮小できるが、計測流路内の流速分布の完全均一化は所詮不可能であり、流路中央部と流路周辺部とで依然として少なからぬ流速差を生ずる。また、本発明者が検討したところ、これとは別の要因により、超音波ビームの強度分布には流れ中を伝播する過程で不可避的な偏りを生じることが判明した。すなわち、一対の超音波トランスジューサについて、流れ方向上手側のものが送信側となり下手側のものが受信側となる順方向駆動モードと、流れ方向下手側のものが送信側となり上手側のものが受信側となる逆方向駆動モードとで、超音波ビームの到達時間を測定する際の受信レベル（受信感度）に差を生じるため、単に計測流路における流速分布を改善（均等化及び対称化）するだけでは流量計測の精度が必ずしも向上しない。
【０００６】
この点に関し、矩形状断面を有する計測流路の短辺側壁面（取付壁面）において、斜めに取り付けられた超音波トランスジューサから、その放射面法線方向に超音波ビームが送出される状況を例えば図１にて考察する。図１は、超音波放射面上にて計測流路の高さ方向（短辺方向）に複数の点音源が等間隔に配列した点音源モデルを表している。
【０００７】
流体が静止している場合（つまり、流速がゼロの場合）は、各点音源から素元波が球面波の形で放射され、その波面上の各点の法線方向に素元波の音速ベクトルｃｎが現れる。各点音源からの音波は、放射面法線方向との角度に依存した位相差を生じながら、全角度方向に同じ音速ｃｎで均等に広がりながら伝播する。個々の点音源からの球面波は、重ね合わせの原理により、各方向への波束成分のうち逆相となるもの同士は打ち消しあい、結果として、個々の点音源からの球面波の包絡線を波面（放射面と平行な平面となる）とする波束が残り、これが巨視的な超音波ビームとして観察されることとなる。なお、超音波ビームの伝播領域は、理想的には超音波トランスジューサの超音波放射面を底面とし、その法線方向を高さ方向とする直柱状の領域となるが、放射面周辺部については、放射面の外側に点音源が存在しないので、上記直柱状の領域の外側には、外向きに拡散する波束成分が打ち消されず残留する。したがって、放射面内のビーム強度分布は、周辺部を除いた領域でほぼ一様であり、放射面周縁に近づくにつれて緩やかに減衰するプロファイルを示す。
【０００８】
しかしながら、音波の伝播媒質である流体に放射面法線方向と交差する向きに流れが生じている場合は、図１の下部に示すように、素元波の音速ベクトルｃｎに流速ベクトルＶが重畳され、その合成ベクトル（ｃｎ＋Ｖ）の向きが実際の音波伝播方向を示すこととなる。図１は、被測定流体の流れに対し順方向に音波が伝播する場合を示している。ある時刻ｔでの波面の任意の点の位置ベクトルをＸｐ（ｔ）としたとき、波の伝播に伴って点Ｘｐの移動する速度はｄＸｐ（ｔ）／ｄｔにて表されるが、これを上記合成ベクトル（ｃｎ＋Ｖ）に等しいとおいて得られるベクトル微分方程式を数値的に解くと、順方向伝播の場合は、Ｘｐ（ｔ）の時間変化、すなわち、波束φの伝播軌跡は、流速がゼロの場合の波束φ’に対し、放射面法線方向から遠ざかる向きに拡散する形態となることがわかる。この拡散が生ずる分だけ、放射面周辺部でのビーム強度の低下は、流速がゼロの場合と比較して著しくなる。他方、超音波ビームを流れに対して逆方向に送出する場合は、上記ベクトル微分方程式に含まれる流速ベクトルＶの符号が反転し、結果のみ記載すれば、波束φの伝播軌跡は、流速がゼロの場合の波束φ’に対し、放射面法線方向に近づく向きに収束する。
【０００９】
したがって、図２に示すように、順方向伝播時には、上記超音波ビームの拡散により流速がゼロの場合と比較して受信レベル（受信感度）が低くなり、応答性及び感度は低下する傾向となる。特に、計測流路の短辺方向（高さ方向）周辺部では壁部摩擦による流速の低下が著しいので、受信側の超音波トランスジューサに対して超音波ビームは、周辺部のほうが中央部よりも遅れて到達する形となり、位相差を生ずる。さらに、送信側の超音波トランスジューサから放射された直後は放射面中央付近にあった波束が、受信側の超音波トランスジューサに近づくにつれて外側に拡散する結果、受信に至るまでの総伝播距離が大きくなる。図１に示すように、受信側超音波トランスジューサの周辺領域ほど、伝播距離の長い波束の比率が高くなるため、中央領域との波束の位相差は一層拡大し、受信感度の低下を助長する。他方、逆方向伝播時には、超音波ビームの収束により流速がゼロの場合と比較して受信感度が高くなり、周辺領域と中央領域との波束位相差も縮小するので、応答性及び感度は向上する傾向となる。当然のことながら、この傾向は流速が大きく流量の絶対値が高くなるほど（すなわち、層流域よりも乱流域で）顕著となる（図２参照）。
【００１０】
このように順方向伝播時と逆方向伝播時とで超音波の受信感度が非対称になると、順方向伝播時の到達時間と逆方向伝播時の到達時間とに少なからぬ誤差あるいは偏差を生ずる。その結果、特に大流量域（高速域；乱流域）における順方向伝播時の感度低下に伴う検出Ｓ／Ｎ比の低下が懸念される。そこで、送信側の超音波トランスジューサにおいて、受信感度低下を補うために駆動電圧を流速に応じて増加させる方法も考えられるが、電圧制御回路の追加や消費電流増加に伴う電池寿命低下が懸念される。また、電圧変化に伴う超音波トランスジューサの駆動遅延時間（駆動電圧が印加されてから実際に超音波が放射されるまでの時間的な遅れ）の不規則な変動により、流量計測精度が低下することもありうる。他方、受信側の超音波トランスジューサでも、順方向伝播時と逆方向伝播時とで超音波の受信感度が非対称になると、伝播する超音波のビーム強度分布が不均一になったり、中央部と周辺部とで位相差を生じたりして、応答性が変化（悪化）することにより、流量計測精度が低下するおそれもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、順方向伝播時と逆方向伝播時との間で超音波トランスジューサに生じる、超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することにより、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止し、流量計測精度の向上に寄与することのできる超音波流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１２】
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送信し、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少なくとも一対の超音波トランスジューサが取り付けられた計測用直線流路とを含み、
前記超音波トランスジューサを用いて、流れ方向上手側のものが送信側となり下手側のものが受信側となる順方向駆動モードと、流れ方向下手側のものが送信側となり上手側のものが受信側となる逆方向駆動モードとにより、前記超音波ビームの到達時間を各々測定する超音波流量計であって、
前記送信側の超音波トランスジューサの超音波放射面から（例えばパルス状に）前記超音波ビームを送出する圧電素子、又は前記受信側の超音波トランスジューサの超音波受信面にて（例えばパルス状に）前記超音波ビームを受信する圧電素子に対して、流路短辺方向の中央部に位置する中央素子部と周辺部に位置する周辺素子部とで、超音波ビーム送信時の振動生起態様、又は超音波ビーム受信時の振動検出態様を異ならせるための制御信号を発する計測制御手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記超音波流量計では、超音波ビーム送信時の振動生起態様、又は超音波ビーム受信時の振動検出態様が異なるように、圧電素子の中央素子部と周辺素子部とを制御する。これにより、流路短辺方向において超音波ビーム強度が（例えば流路短辺方向の中央部と周辺部とで）ほぼ等しくなるよう制御でき、伝播する超音波のビーム強度分布を流路短辺方向でほぼ均一化することができる。したがって、超音波トランスジューサを用いた流量計測において、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。具体的には、例えば、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の向上により超音波ビームの受信感度特性が安定（対称化）し、流量計測時における消費電流を抑制して電池寿命を長期化できるようになり、ひいては超音波トランスジューサによる広い測定範囲での安定した流量計測が可能となる。
【００１４】
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、第一の具体的態様として、
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送信し、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少なくとも一対の超音波トランスジューサが取り付けられた計測用直線流路とを含み、
前記超音波トランスジューサを用いて、流れ方向上手側のものが送信側となり下手側のものが受信側となる順方向駆動モードと、流れ方向下手側のものが送信側となり上手側のものが受信側となる逆方向駆動モードとにより、前記超音波ビームの到達時間を各々測定する超音波流量計であって、
前記送信側の超音波トランスジューサの超音波放射面からパルス状に前記超音波ビームを送出する圧電素子に対して、流路短辺方向の中央部に位置する中央素子部と周辺部に位置する周辺素子部とで印加する電気信号の供給形態を変更することにより、超音波ビーム送信時の振動生起態様を異ならせるための制御信号を発する計測制御手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
上記超音波流量計では、超音波ビーム送信時の振動生起態様が異なるように、圧電素子の中央素子部と周辺素子部とで印加する電気信号（例えば電圧）の供給形態を変更する。これにより、流路短辺方向において超音波ビームの出力強度が（例えば、送信側の圧電素子の中央素子部と周辺素子部とで）ほぼ等しくなるよう制御でき、伝播する超音波のビーム強度分布を流路短辺方向でほぼ均一化することができる。したがって、超音波トランスジューサを用いた流量計測において、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。具体的には、例えば、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の向上により超音波ビームの受信感度特性が安定（対称化）し、流量計測時（超音波ビーム送信時）における消費電流を抑制して電池寿命を長期化できるようになる。また、送信側の超音波トランスジューサの駆動遅延時間を流量変化にかかわらず一定値に保持できるので、超音波トランスジューサによる広い測定範囲での安定した流量計測が可能となる。
【００１６】
その際、上記計測制御手段は、超音波ビームを送出する圧電素子の中央素子部と周辺素子部とに印加する電圧に対し、その駆動電位と駆動位相とのうち少なくとも一方を異ならせることによって、超音波ビーム送信時の振動生起態様を異ならせることが望ましい。
【００１７】
この場合には、送信側の圧電素子の中央素子部と周辺素子部とに印加する電圧に対し、その駆動電位や駆動位相を異ならせることとなる。これにより、伝播する超音波のビーム強度分布が不均一になったり、流路短辺方向の中央部と周辺部とで位相差を生じたりして、受信側の超音波トランスジューサの応答性を悪化させる原因となる（順方向伝播時と逆方向伝播時との間での）受信感度の非対称性について、超音波ビーム送信時点からの根本的な解消を図ることができるようになる。
【００１８】
具体的には、計測制御手段は、圧電素子の周辺素子部に印加する電圧の駆動電位が中央素子部よりも高電位となるように、かつ両者の駆動位相が同位相となるように制御する場合がある。
【００１９】
このように、送信側の圧電素子に印加する電圧に対し、その駆動電位と駆動位相とのうち駆動電位のみ差を設けることによって、計測制御手段の回路構成の簡素化を図りつつ、流路短辺方向における超音波ビームの出力強度の均一化を容易に達成できる。例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて直流電源電圧を昇圧するとともに、その昇圧された電位を分圧することによって、電源電圧よりも高い電位にて、中央素子部と周辺素子部とに印加する電圧に電位差を設けることができる。
【００２０】
また、計測制御手段は、圧電素子の中央素子部に印加する電圧の駆動位相が周辺素子部よりも遅れ位相となるように、かつ両者の駆動電位が同電位となるように制御する場合がある。
【００２１】
このように、送信側の圧電素子に印加する電圧に対し、その駆動電位と駆動位相とのうち駆動位相のみ差を設けることによって、計測制御手段の回路構成の簡素化を図りつつ、流路短辺方向における超音波ビームの出力強度の均一化を容易に達成できる。例えば、駆動回路（電源回路）中に、Ｄ型フリップフロップ、ＲＣ積分回路等の遅延回路を介在させることによって、中央素子部と周辺素子部との印加電圧に位相差を設けることができる。
【００２２】
あるいは、計測制御手段は、圧電素子の周辺素子部に印加する電圧の駆動電位が中央素子部よりも高電位となるように、かつ圧電素子の中央素子部に印加する電圧の駆動位相が周辺素子部よりも遅れ位相となるように制御する場合がある。
【００２３】
このように、送信側の圧電素子に印加する電圧に対し、その駆動電位と駆動位相との双方を制御することによって、流路短辺方向における超音波ビームの出力強度の均一化をきめ細かく調整できる。
【００２４】
そして、このような超音波流量計において、
順方向駆動モードと逆方向駆動モードとの間で送信側と受信側とに切り替えて使用される一対の超音波トランスジューサを含むとき、その一対の超音波トランスジューサのうち、流れ方向上手側のものを送信側の超音波トランスジューサとすることを特徴とする。
【００２５】
これによって、各々の超音波トランスジューサは送受信に兼用されるので、超音波流量計の構造を簡素化できる。また、流れ方向上手側が送信側となる順方向駆動モードでの受信感度の低下を特に効果的に防止でき、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比を飛躍的に向上させることができる。
【００２６】
次に、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、第二の具体的態様として、
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送信し、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少なくとも一対の超音波トランスジューサが取り付けられた計測用直線流路とを含み、
前記超音波トランスジューサを用いて、流れ方向上手側のものが送信側となり下手側のものが受信側となる順方向駆動モードと、流れ方向下手側のものが送信側となり上手側のものが受信側となる逆方向駆動モードとにより、前記超音波ビームの到達時間を各々測定する超音波流量計であって、
前記受信側の超音波トランスジューサの超音波受信面にてパルス状に前記超音波ビームを受信する圧電素子に対して、流路短辺方向の中央部に位置する中央素子部と周辺部に位置する周辺素子部とから取り出す電気信号の取得形態を変更することにより、超音波ビーム受信時の振動検出態様を異ならせるための制御信号を発する計測制御手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
上記超音波流量計では、超音波ビーム受信時の振動検出態様が異なるように、圧電素子の中央素子部と周辺素子部とから取り出す電気信号（例えば電圧）の取得形態を変更する。これにより、流路短辺方向において超音波ビームの伝播強度が（例えば、受信側の圧電素子の中央素子部と周辺素子部とで）ほぼ等しくなるよう制御でき、伝播する超音波のビーム強度分布を流路短辺方向でほぼ均一化することができる。したがって、超音波トランスジューサを用いた流量計測において、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。具体的には、例えば、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の向上により超音波ビームの受信感度特性が安定（対称化）し、伝播する超音波のビーム強度分布が均一化する。また、受信側の圧電素子の中央素子部と周辺素子部とで位相差を生じにくくなって、応答性が良好に維持され、流量計測の精度が向上する。
【００２８】
その際、上記計測制御手段は、超音波ビームを受信する圧電素子の中央素子部と周辺素子部とから取り出す電圧の利得（ゲイン；増幅率）を異ならせることによって、超音波ビーム受信時の振動検出態様を異ならせることが望ましい。
【００２９】
この場合には、受信側の圧電素子の中央素子部と周辺素子部とから取り出す電圧の利得（ゲイン；増幅率）を異ならせることとなる。これにより、（順方向伝播時と逆方向伝播時との間での）受信感度の対称化を図ることができ、受信側の超音波トランスジューサの応答性を向上させることができる。例えば、圧電素子から電圧を取り出す際に、電圧利得の異なる増幅回路を中央素子部と周辺素子部とに各々設けることによって、中央素子部と周辺素子部とから個別に電圧を取り出すことができる。
【００３０】
具体的には、上記計測制御手段は、順方向駆動モードにおいて、圧電素子の周辺素子部から取り出す電圧の利得が中央素子部よりも大きくなるように制御する場合がある。
【００３１】
このように、受信側の圧電素子から取り出す電圧の利得を、順方向駆動モードにおいて、周辺素子部で中央素子部よりも大きくなるように制御することによって、流路短辺方向における超音波ビームの受信強度の対称化をきめ細かく調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（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３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。
【００３３】
図４は超音波流量計１００の正面断面図を示し、図４のＡ−Ａ断面図が図５に表わされている。図４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５参照）。本体部１１の嵌合方向前方側（図４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３参照）が開口している。
【００３４】
図５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４参照）。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。
【００３５】
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の一対の超音波トランスジューサ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、超音波トランスジューサ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４参照）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１８が設けられている（図４参照）。
【００３６】
したがって、図５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の各超音波トランスジューサ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。
【００３７】
図４及び図５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、超音波トランスジューサ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。
【００３８】
図５に示すように、送信側となる超音波トランスジューサ（順方向駆動モードでは上流側の超音波トランスジューサ２３ａ、逆方向駆動モードでは下流側の超音波トランスジューサ２３ｂ）から送出される超音波ビームは、反射面２１ｅで反射しつつ、長辺Ｌを構成する壁面と平行に直線状中間流路２１ａを斜めに横切って、受信側となる超音波トランスジューサ（順方向駆動モードでは下流側の超音波トランスジューサ２３ｂ、逆方向駆動モードでは上流側の超音波トランスジューサ２３ａ）に導かれる。これらの超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂは圧電振動子などからなる超音波振動子を有し、駆動電圧の印加により超音波ビームを送出する超音波送出機能と、超音波ビームの受信により電気信号（受信信号）を出力する超音波受信機能とを複合して備えるものである。測定用の超音波ビームは、直線状中間流路２１ａ内にて超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂ間に定在波を生じないよう、所定周波数以下のパルス状に送出される。
【００３９】
図３に戻り、超音波センサ２３の超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂで受信された超音波ビームの受信信号は、リード線２５，２５を介して制御回路部２４（計測制御手段）に送信されて平均ガス流速及び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。これらの超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂ、制御回路部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。
【００４０】
このうち、制御回路部２４には、超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂを順方向駆動モードと逆方向駆動モードとの間で切り替え可能に駆動する超音波駆動機構１と、超音波ビームの受信信号を処理するための各回路部５，６，７，８，９とが設けられている。超音波駆動機構１は、送信部２、受信部３及び切替部４を有する。送信部２は、超音波トランスジューサ２３ａ，２３ｂに対して駆動信号を入力するための回路である。受信部３はスイッチ等から構成され、このスイッチを切り替えることにより、順方向駆動モードと逆方向駆動モードとの切り替えがなされる。この受信部３の切替制御は切替部４により行われる。
【００４１】
一方、増幅部５は、受信部３により受信された超音波ビームを所定の電圧利得（ゲイン；増幅率）で増幅し、増幅された超音波変換信号をマスク時間設定部６に入力する。マスク時間設定部６は、ノイズ対策のため、送信側の超音波トランスジューサ２３ａ（又は２３ｂ）が超音波ビームを送出後、直線状中間流路２１ａを伝播する超音波ビームが受信側の超音波トランスジューサ２３ｂ（又は２３ａ）に到達するまでに要する最低時間を設定するものである。また、ゼロクロスポイント検出部７は、受信した超音波波形に含まれる特定順位波（例えば、第３波）のゼロクロスポイントを検出するものである。時間計測部８は、順方向駆動モードにおいて、上流側の超音波トランスジューサ２３ａから送信された超音波ビームが下流側の超音波トランスジューサ２３ｂに到達するまでの順方向伝播時間と、逆方向駆動モードにおいて、下流側の超音波トランスジューサ２３ｂから送信された超音波ビームが上流側の超音波トランスジューサ２３ａに到達するまでの逆方向伝播時間とを計測するものである。また、演算部９は、順方向伝播時間と逆方向伝播時間との時間差から、直線状中間流路２１ａを流れるガスの平均流速及び流量を計算する。
【００４２】
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（超音波トランスジューサ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４，図５参照）。
【００４３】
（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（超音波トランスジューサ）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。
【００４４】
（１）透過型Ｚ配列（図６（ａ））
一方の超音波トランスジューサ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超音波トランスジューサ１２３ｂで受信する方式である。この方式では、一方の超音波トランスジューサ１２３ａと他方の超音波トランスジューサ１２３ｂとは流れ方向の両側に分離して配置される。
【００４５】
（２）交差型Ｘ配列（図６（ｂ））
流れ方向に沿って所定距離離間して配置された一対の超音波トランスジューサ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超音波トランスジューサ３２３ｂ，３２３ｂで受信する方式である。
【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７は図４における中間流路の流路構成の一例を示す斜視図及び正面図である。図７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２１ｇが接続形成されている。方向転換部２１ｇ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２１ｇ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し、流路の外周側及び内周側で直線状中間流路２１ａ（助走区間２１ａ２）の長辺Ｌを形成する長辺壁部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を構成する一対の超音波トランスジューサ１２３ａ，１２３ｂの測線位置Ｏ２と一致している。
【００４９】
図８は図７の超音波計測区間における超音波トランスジューサの配置関係を表わす説明図である。超音波計測区間２１ａ１には、上流側超音波トランスジューサ１２３ａと下流側超音波トランスジューサ１２３ｂとが、超音波放射面ＲＰと超音波受信面ＲＰ’とを互いに対向させる形で配置されている（図７参照）。なお、一対の超音波トランスジューサ１２３ａ，１２３ｂはそれぞれ送受信兼用であり、送信側と受信側とに交互に切り替えて使用されるので、一方が超音波放射面ＲＰのとき他方は超音波受信面ＲＰ’となる。そこで以下の記載では、上流側超音波トランスジューサ１２３ａを送信側（超音波放射面ＲＰ）、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂを受信側（超音波受信面ＲＰ’）として説明する。
【００５０】
図９に、上流側超音波トランスジューサ（以下、単に超音波トランスジューサともいう）１２３ａの断面構造の一例と、その特性を示す。超音波トランスジューサ１２３ａは、その要部である振動駆動部が、直線状中間流路２１ａ（超音波計測区間２１ａ１）の高さ方向（流路短辺Ｓ方向）において分極処理された圧電素子板１３１（圧電素子）と、圧電素子板１３１を挟んでその各主表面を覆う形で対向配置され、圧電素子板１３１を超音波振動させるための駆動電圧が印加される主電極対１３２，１３３Ｃ，１３３Ｓとを備える。
【００５１】
圧電素子板１３１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛等のペロブスカイト型強誘電性セラミックの焼成体であり、流路短辺Ｓ方向に分極処理されている。また、各電極１３２，１３３Ｃ，１３３ＳはＣｕ等の金属蒸着膜からなる。主電極対１３２，１３３Ｃ，１３３Ｓは、圧電素子板１３１の一方の主表面（第二主表面）を覆う接地電極１３２（ＧＮＤ側に接続される）と、同じく他方の主表面（第一主表面）を覆う駆動電極１３３Ｃ，１３３Ｓ（駆動電源側に接続される）とからなる。
【００５２】
また、圧電素子板１３１は、一辺が超音波計測区間２１ａ１の流路短辺Ｓ方向と一致するように配置される長方形状（正方形を概念として含む）の平面形状を有し、後述の音響整合層１３８の表面に形成される超音波放射面ＲＰの中央部に対応する中央素子部１３１Ｃと、その両側の周辺部に対応する周辺素子部１３１Ｓとに区分されている。後述するように、周辺素子部１３１Ｓは中央素子部１３１Ｃよりも高電位にて分極処理されることで、その圧電定数が中央素子部１３１Ｃよりも大きくなっている。つまり、単一の圧電素子板１３１において、超音波放射面ＲＰの中央部に対応する部分とその両側の周辺部に対応する部分とを、互いに異なる電位にて分極処理することにより（図１０参照）、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとが圧電素子板１３１内に一体形成されている。
【００５３】
中央駆動電極１３３Ｃ及び周辺駆動電極１３３Ｓは、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとを互いに異なる電位で分極処理する便宜を図るため、第一主表面の面内方向に絶縁分離された形で、各素子部１３１Ｃ，１３１Ｓの表面を個別に覆うように形成されている。他方、接地電極１３２は、中央素子部１３１Ｃとその両側の周辺素子部１３１Ｓとに跨る形で第二主表面内に一体形成されている。なお、符号１３２Ｓは、接地電極１３２の一部を構成する側面電極である。
【００５４】
圧電素子板１３１の分極処理は、例えば次のようにして実施できる。すなわち、焼成・研磨後の圧電素子板１３１の両主表面に接地電極１３２と駆動電極１３３Ｃ，１３３Ｓとを形成する。そして、中央素子部１３１Ｃを選択的に覆う分極ブロックと、接地電極１３２側の分極ブロックとの間に圧電素子板１３１を挟みつけて、後述するように中央分極電位（図９（ｂ）の電位ＶＣ）を印加し、中央素子部１３１Ｃの分極処理を行なう（図１０参照）。次に、周辺素子部１３１Ｓを選択的に覆う分極ブロックと、接地電極１３２側の分極ブロックとの間に圧電素子板１３１を挟みつけて、後述するように中央分極電位よりも高い周辺分極電位（図９（ｂ）の電位ＶＳ）を印加し、周辺素子部１３１Ｓの分極処理を行なう（図１０参照）。なお、周辺素子部１３１Ｓを先に分極処理し、中央素子部１３１Ｃを後で分極処理するようにしてもよい。
【００５５】
いずれにしても、図９に示す圧電素子板１３１において、
周辺素子部１３１Ｓの周辺分極電位ＶＳ＞中央素子部１３１Ｃの中央分極電位ＶＣ
となるように分極処理するので、
周辺素子部１３１Ｓの圧電定数＞中央素子部１３１Ｃの圧電定数
に設定される。したがって、超音波放射面ＲＰから送出される超音波ビームは、
周辺素子部１３１Ｓの電界強度（出力強度）ＥＳ＞中央素子部１３１Ｃの電界強度（出力強度）ＥＣ
となる。
【００５６】
また、高圧で分極処理される周辺素子部１３１Ｓの分極電解の影響が、面内放電等により、低圧で分極処理される中央素子部１３１Ｃ側に及ばないよう、各駆動電極１３３Ｃ，１３３Ｓの間の隙間（電極非形成領域）の幅を適当に大きく（例えば、０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下）設定しておく。
【００５７】
上記のように分極処理される圧電素子板１３１は、駆動電極１３３Ｃ，１３３Ｓの形成された第一主表面側がケーシング１３９の底部１３９ａの内面と対向する形で、ケーシング１３９内に配置される。ケーシング１３９の底部１３９ａの裏面には、駆動端子１３５及び接地端子１３４が突出形成され、駆動電極１３３Ｃ，１３３Ｓが共通の駆動端子１３５に、接地電極１３２が接地端子１３４にそれぞれワイヤー結線されている。
【００５８】
ケーシング１３９の側壁部１３９ｂは、例えばステンレス鋼やアルミニウム合金など耐食性に優れる金属材料や、エンジニアリングプラスチック等で構成され、内周面底部側端部が段付き形状に拡径された形で裏面側開口部を形成している。そして、駆動端子１３５及び接地端子１３４を裏面側に立設した基板１３６が裏面側開口部に嵌め込まれ、さらにエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の高分子材料が裏面側から充填されて底部１３９ａが形成されている。駆動端子１３５及び接地端子１３４は、ケーシング１３９の底部１３９ａを貫通して裏面側に延出している。
【００５９】
また、圧電素子板１３１は、ケーシング１３９の底部１３９ａとは反対側の開口に臨んで配置されている。そして、その開口を塞いで圧電素子板１３１の第二主表面上に形成された接地電極１３２と密着するように、音響整合層１３７が設けられている。音響整合層１３７は、例えば、エポキシ樹脂などの樹脂材料をマトリックスとし、空隙形成用フィラー（例えば、ガラスバルーン）を分散させた複合材料により円板状に形成され、接地電極１３２との接触側とは反対側の主表面に超音波放射面ＲＰが形成されている。超音波の伝達効率を向上させるために、音響整合層１３７の空隙形成用フィラーの体積配合比率は、圧電素子板１３１と被測定流体（例えば都市ガス）との中間の音響インピーダンス値（例えば、両者の幾何平均値を目標値とする）となるように調整されている。なお、目的とする音響インピーダンス値を得るために、空隙形成用フィラーを混入しない樹脂材料で音響整合層１３７を構成することもある。
【００６０】
また、接地電極１３２への導通経路１３８は、圧電素子板１３１の第二主表面側から圧電素子板１３１の側周面を経て第一主表面側に回り込む形で形成されている。接地電極１３２は、ケーシング１３９の底部１３９ａの裏面に突出形成された接地端子１３４に対し、導通経路１３８を介して接続されている。図１１（ａ）において、導通経路１３８は、圧電素子板１３１の第二主表面側にて一端が接地電極１３２に半田付けされるワイヤーで構成されている。
【００６１】
図１０は超音波トランスジューサ１２３ａの電気的構成の一例を示す駆動回路図及び作動タイミングチャートである。図１０に示すように、超音波トランスジューサ１２３ａの圧電素子板１３１には、その圧電素子板１３１を駆動するための駆動回路として、電源回路部２６と上記した制御回路部２４（計測制御手段；図３参照）とが接続されている。
【００６２】
電源回路部２６は、直流電源電圧を昇圧するための昇圧回路２６Ａと、昇圧回路２６Ａで昇圧された電圧を安定化させるための電圧調整回路２６Ｂと、中央素子部１３１Ｃ，周辺素子部１３１Ｓを個別に駆動するための複数（例えば２つ）のスイッチ回路２６ＶＣ，２６ＶＳとを含み、圧電素子板１３１に対して直列状に接続されている。昇圧回路２６ＡはＤＣ−ＤＣコンバータ等によって構成され、直流電源電圧（例えば３Ｖ）をそれよりも高い電位（例えば６Ｖ）に昇圧する。電圧調整回路２６Ｂは、昇圧電位を安定化させるレギュレータＩＣと、昇圧電位を複数（例えば２つ）の駆動電位、すなわち中央分極電位ＶＣ（例えば３．５Ｖ）と周辺分極電位ＶＳ（例えば５Ｖ）とに分圧する分圧回路とを含む。
【００６３】
電圧調整回路２６Ｂの分圧回路と中央素子部１３１Ｃ，周辺素子部１３１Ｓとの間には、中央駆動スイッチ回路２６ＶＣ，周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳが並列的に接続されている。各スイッチ回路２６ＶＣ，２６ＶＳは、それぞれＭＯＳＦＥＴ回路にて構成され、中央素子部１３１Ｃ（中央駆動電極１３３Ｃ）に対して中央分極電位ＶＣ、周辺素子部１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）に対して周辺分極電位ＶＳをそれぞれ印加することができる。
【００６４】
制御回路部２４のＣＰＵには制御上の基準クロックとなるタイマー回路２４Ａが内蔵されており、タイマー回路２４Ａからのクロック信号と送信部２からの駆動信号とが、論理積回路２４Ｂ（２入力１出力ＮＡＮＤの直列接続にて構成される）にそれぞれ入力されている。論理積回路２４Ｂの出力は、各スイッチ回路２６ＶＣ，２６ＶＳを構成するＭＯＳＦＥＴ回路のゲートに入力されている。したがって、送信部２からの駆動信号が制御回路部２４に入力されると、タイマー回路２４Ａからのクロック信号に基づいて、所定数（例えば５つ）の駆動パルス信号が論理積回路２４Ｂから出力され、中央駆動スイッチ回路２６ＶＣ及び周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳのＭＯＳＦＥＴをゲート駆動する。
【００６５】
次に、以上のように構成された超音波トランスジューサ１２３ａの作動（駆動）について説明する。切替部４（図３参照）の指令に基づいて送信部２から駆動信号が出力されたとき、中央駆動スイッチ回路２６ＶＣ及び周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳのＭＯＳＦＥＴには、各々５個の駆動パルス信号が同時にゲート入力される。中央駆動スイッチ回路２６ＶＣから中央素子部１３１Ｃ（中央駆動電極１３３Ｃ）に対して、中央分極電位ＶＣの駆動電圧が５個の方形波として印加され、周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳから周辺素子部１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）に対して、周辺分極電位ＶＳの駆動電圧が５個の方形波として印加される。図１０の作動タイミングチャートに示すように、これらの駆動電圧は、周辺分極電位ＶＳ＞中央分極電位ＶＣ、かつ同位相で印加される。
【００６６】
これによって、超音波放射面ＲＰから送出される超音波ビームの出力強度は、流路短辺Ｓ方向において中央部と周辺部とでほぼ等しくなるよう制御でき、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとの間で超音波ビーム送信時の振動生起態様を異ならせることができる。したがって、超音波流量計１００を用いた流量計測において、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。具体的には、図２１の実線（本発明１）に示すように、順方向伝播時の受信感度特性が逆方向伝播時の受信感度特性と対称になるように超音波ビームの出力強度を調整できる。あるいは、上流側超音波トランスジューサ１２３ａと同様に、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂについても超音波ビームの出力強度を調整する場合には、図２１の一点鎖線（本発明２）に示すように、順方向伝播時、逆方向伝播時ともにフラットな受信感度特性を得ることも可能である。
【００６７】
（超音波トランスジューサ１２３ａの変形例１）
図１１は図９（実施例１）の超音波トランスジューサ１２３ａの第一変形例を示す。例えば、小流量時（低速時；層流域）、被測定ガス（流体）の動粘性係数が相対的に大きい場合等には、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）の高さ方向（流路短辺Ｓ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）の流速分布を呈する傾向がある。これらの場合には、図９（ｂ）において、周辺分極電位ＶＳに対する中央分極電位ＶＣの差を流路短辺Ｓ方向での流速分布に応じて大きく設定すれば、周辺素子部１３１Ｓの圧電定数と中央素子部１３１Ｃの圧電定数の差を拡大することができ、周辺素子部１３１Ｓでのビーム出力強度の増強割合を高めることができる。また、別の方法として、図１１に示すように、流路短辺Ｓ方向での流速分布に応じて、周辺素子部１３１Ｓの短辺方向Ｓ寸法（例えば３．０ｍｍ）を中央素子部１３１Ｃの短辺方向Ｓ寸法（例えば２．０ｍｍ）に対して相対的に拡大することによっても同様の効果が期待できる。いずれも、被測定流体の種別毎にビーム出力強度分布が個別に適正化され、流量測定精度の更なる向上に寄与する。
【００６８】
（超音波トランスジューサ１２３ａの変形例２）
図１２は図９（実施例１）の超音波トランスジューサ１２３ａの第二変形例を示す。例えば、大流量時（高速時；乱流域）、被測定ガス（流体）の動粘性係数が相対的に小さい場合等には、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）の高さ方向（流路短辺Ｓ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傾向がある。これらの場合には、図９（ｂ）において、周辺分極電位ＶＳに対する中央分極電位ＶＣの差を流路短辺Ｓ方向での流速分布に応じて小さく設定すれば、周辺素子部１３１Ｓの圧電定数と中央素子部１３１Ｃの圧電定数の差を縮小することができ、周辺素子部１３１Ｓでのビーム出力強度の増強割合を低くすることができる。また、別の方法として、図１２に示すように、流路短辺Ｓ方向での流速分布に応じて、周辺素子部１３１Ｓの短辺方向Ｓ寸法（例えば２．０ｍｍ）を中央素子部１３１Ｃの短辺方向Ｓ寸法（例えば３．０ｍｍ）に対して相対的に縮小することによっても同様の効果が期待できる。いずれも、被測定流体の種別毎にビーム出力強度分布が個別に適正化され、流量測定精度の更なる向上に寄与する。
【００６９】
（超音波トランスジューサ１２３ａの変形例３）
図１３は図９（実施例１）の超音波トランスジューサ１２３ａの第三変形例を示す。図１３に示す圧電素子板１３１は、図９の構成とは逆転させた形で超音波トランスジューサ１２３ａに組み込まれているので、駆動電極１３３Ｃ，１３３Ｓが音響整合層１３７側に位置する形となる。この場合には、音響整合層１３７と駆動電極１３３Ｃ，１３３Ｓとの間に補助金属板１４０を介在させ、第一主表面内にて電気的に互いに分離された駆動電極１３３Ｃ，１３３Ｓを補助金属板２４を介して電気的に導通させるとともに、補助金属板１４０を駆動端子１３５にワイヤー接続することによって、結線構造の簡略化を図ることができる。なお、補助金属板１４０の厚みは、その金属板中を伝播する超音波波長の１／２０以下に設定することが望ましい。
【００７０】
（超音波トランスジューサ１２３ａの変形例４）
図１４は図９（実施例１）の超音波トランスジューサ１２３ａの第四変形例を示す。図１４に示す圧電素子板１３１には、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとの境界位置に、隣接する素子部を区画するための区画溝ＧＢが厚さ方向に形成されている。この構成によれば、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとを各々異なる電位にて分極処理する際に、特に高電位で分極する周辺素子部１３１Ｓへの印加電位の影響が、区画溝ＧＢの遮断効果により中央素子部１３１Ｃに及びにくくなり、個々の部分の分極レベルをより正確に、かつきめ細かく制御できる。また、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとが、溝底部側では一体化されているので、超音波トランスジューサ１２３ａへの素子アセンブリ工程の簡略化を図ることができる。なお、区画溝ＧＢによる印加電位の遮断効果をより顕著なものとするには、区画溝ＧＢの形成深さｔ１を、圧電素子板１３１の厚みｔ０の１／２以上（望ましく３／４以上）となるように調整することが望ましい。この場合も、超音波トランスジューサ１２３ａは、図９と全く同様に構成できる。
【００７１】
（超音波トランスジューサ１２３ａの変形例５）
図１５は図９（実施例１）の超音波トランスジューサ１２３ａの第五変形例を示す。図１５に示す圧電素子板１３１は、図１４の構成とは逆転させた形で超音波トランスジューサ１２３ａに組み込まれているので、駆動電極１３３Ｃ，１３３Ｓが音響整合層１３７側に位置する形となる。すなわち、図１５に示す変形例５は、図１３（変形例３）と図１４（変形例４）とを組み合わせたものに相当する。
【００７２】
（超音波トランスジューサ１２３ａの変形例６）
図１６は図９（実施例１）の超音波トランスジューサ１２３ａの第六変形例を示す。図１６に示す圧電素子板１３１は、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとが、所定量の隙間ＣＬを介して隣接配列する、互いに独立した圧電素子ブロックとして別体分離形成されている。この構成によれば、個々の素子部１３１Ｃ，１３１Ｓの分極レベルひいては圧電定数をさらにきめ細かく制御できる。なお、この場合には、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとを、同一材質の圧電セラミックにて構成してもよいし、互いに異なる材質の圧電セラミックにて構成してもよい。また、分極処理を素子部１３１Ｃ，１３１Ｓ毎に個別に行なうことも可能である。この場合も、超音波トランスジューサ１２３ａは、図９と全く同様に構成できる。
【００７３】
（超音波トランスジューサ１２３ａの変形例７）
図１７は図９（実施例１）の超音波トランスジューサ１２３ａの第七変形例を示す。図１７に示す圧電素子板１３１は、図１６の構成とは逆転させた形で超音波トランスジューサ１２３ａに組み込まれているので、駆動電極１３３Ｃ，１３３Ｓが音響整合層１３７側に位置する形となる。すなわち、図１７に示す変形例７は、図１３（変形例３）と図１６（変形例６）とを組み合わせたものに相当する。
【００７４】
（実施例２）
次に、図１８は超音波トランスジューサ１２３ａの電気的構成の他の例を示す駆動回路図及び作動タイミングチャートである。図１８に示す電源回路部２６は、直流電源電圧を昇圧するための昇圧回路２６Ａと、昇圧回路２６Ａで昇圧された電圧を安定化させるための電圧調整回路２６Ｂと、中央素子部１３１Ｃ，周辺素子部１３１Ｓを共通駆動するための単一のスイッチ回路２６Ｖと、周辺素子部１３１Ｓよりも中央素子部１３１Ｃを遅れて駆動するための遅延回路２６Ｔとを含み、圧電素子板１３１に対して直列状に接続されている。昇圧回路２６ＡはＤＣ−ＤＣコンバータ等によって構成され、直流電源電圧（例えば３Ｖ）をそれよりも高い電位（例えば６Ｖ）に昇圧する。電圧調整回路２６Ｂは、昇圧電位を安定化させるレギュレータＩＣを含む。なお、この実施例の電圧調整回路２６Ｂでは、駆動電位として単一の共通電位Ｖ（例えば５Ｖ）を用いるので、分圧回路を使用せずにすむ。
【００７５】
共通駆動スイッチ回路２６Ｖは、電圧調整回路２６ＢのレギュレータＩＣと中央素子部１３１Ｃ，周辺素子部１３１Ｓとの間に接続されている。共通駆動スイッチ回路２６ＶはＭＯＳＦＥＴ回路にて構成され、中央素子部１３１Ｃ（中央駆動電極１３３Ｃ）及び周辺素子部１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）に対して共通電位Ｖをそれぞれ印加することができる。また、遅延回路２６Ｔは、共通駆動スイッチ回路２６Ｖの出力側と中央素子部１３１Ｃ（中央駆動電極１３３Ｃ）との間に接続されている。遅延回路２６ＴはＤ型フリップフロップ、ＲＣ積分回路等で構成され、中央素子部１３１Ｃに対する共通電位Ｖの供給を所定の時間Ｔ（例えば１０ｍｓｅｃ）だけ遅延する。
【００７６】
制御回路部２４の論理積回路２４Ｂの出力は、共通駆動スイッチ回路２６Ｖを構成するＭＯＳＦＥＴ回路のゲートに入力されている。したがって、送信部２からの駆動信号が制御回路部２４に入力されると、タイマー回路２４Ａからのクロック信号に基づいて、所定数（例えば５つ）の駆動パルス信号が論理積回路２４Ｂから出力され、共通駆動スイッチ回路２６ＶのＭＯＳＦＥＴをゲート駆動する。
【００７７】
次に、以上のように構成された超音波トランスジューサ１２３ａの作動（駆動）について説明する。切替部４（図３参照）の指令に基づいて送信部２から駆動信号が出力されたとき、共通駆動スイッチ回路２６ＶのＭＯＳＦＥＴには、５個の駆動パルス信号がゲート入力される。まず、共通駆動スイッチ回路２６Ｖから周辺素子部１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）に対して、共通電位Ｖの駆動電圧が５個の方形波として印加される。それに遅延時間Ｔずつ遅れる形で、共通駆動スイッチ回路２６Ｖから中央素子部１３１Ｃ（中央駆動電極１３３Ｃ）に対して、共通電位Ｖの駆動電圧が５個の方形波として印加される。図１８の作動タイミングチャートに示すように、これらの駆動電圧は、共通電位Ｖ、かつ中央素子部１３１Ｃの遅れ位相Ｔで印加される。
【００７８】
これによって、超音波放射面ＲＰから送出される超音波ビームの出力強度は、流路短辺Ｓ方向において中央部と周辺部とでほぼ等しくなるよう制御でき、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとの間で超音波ビーム送信時の振動生起態様を異ならせることができる。したがって、超音波流量計１００を用いた流量計測において、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。具体的には、図２１の実線（本発明１）に示すように、順方向伝播時の受信感度特性が逆方向伝播時の受信感度特性と対称になるように超音波ビームの出力強度を調整できる。あるいは、上流側超音波トランスジューサ１２３ａと同様に、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂについても超音波ビームの出力強度を調整する場合には、図２１の一点鎖線（本発明２）に示すように、順方向伝播時、逆方向伝播時ともにフラットな受信感度特性を得ることも可能である。
【００７９】
（実施例３）
次に、図１９は超音波トランスジューサ１２３ａの電気的構成のさらに他の例を示す駆動回路図及び作動タイミングチャートである。図１９に示す駆動回路は、図１０（実施例１）に示す駆動回路と図１８（実施例２）に示す駆動回路とを組み合わせたものに相当する。従って、図１９に示す電源回路部２６は、昇圧回路２６Ａと、電圧調整回路２６Ｂと、中央駆動スイッチ回路２６ＶＣ，周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳと、遅延回路２６Ｔとを含む。このうち遅延回路２６Ｔは、論理積回路２４Ｂの出力側と中央駆動スイッチ回路２６ＶＣの入力側（ＭＯＳＦＥＴ回路のゲート）との間に接続されている。
【００８０】
次に、以上のように構成された超音波トランスジューサ１２３ａの作動（駆動）について説明する。切替部４（図３参照）の指令に基づいて送信部２から駆動信号が出力されたとき、中央駆動スイッチ回路２６ＶＣ及び周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳのＭＯＳＦＥＴには、各々５個の駆動パルス信号がゲート入力される。このうち、中央駆動スイッチ回路２６ＶＣには、周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳに遅延時間Ｔずつ遅れる形でゲート入力される。中央駆動スイッチ回路２６ＶＣから中央素子部１３１Ｃ（中央駆動電極１３３Ｃ）に対して、中央分極電位ＶＣの駆動電圧が５個の方形波として印加され、周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳから周辺素子部１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）に対して、周辺分極電位ＶＳの駆動電圧が５個の方形波として印加される。図１９の作動タイミングチャートに示すように、これらの駆動電圧は、周辺分極電位ＶＳ＞中央分極電位ＶＣ、かつ中央素子部１３１Ｃの遅れ位相Ｔで印加される。
【００８１】
これによって、超音波放射面ＲＰから送出される超音波ビームの出力強度は、流路短辺Ｓ方向において中央部と周辺部とでほぼ等しくなるよう制御でき、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとの間で超音波ビーム送信時の振動生起態様を異ならせることができる。したがって、超音波流量計１００を用いた流量計測において、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。具体的には、図２１の実線（本発明１）に示すように、順方向伝播時の受信感度特性が逆方向伝播時の受信感度特性と対称になるように超音波ビームの出力強度を調整できる。あるいは、上流側超音波トランスジューサ１２３ａと同様に、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂについても超音波ビームの出力強度を調整する場合には、図２１の一点鎖線（本発明２）に示すように、順方向伝播時、逆方向伝播時ともにフラットな受信感度特性を得ることも可能である。
【００８２】
（実施例４）
次に、図２０は下流側超音波トランスジューサ１２３ｂの電気的構成の一例を示す回路図である。図２０に示すように、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂの圧電素子板１３１の受信部３（図３参照）には、その圧電素子板１３１の振動変位を電圧にて取り出すために、上記した増幅部５が接続されている。
【００８３】
受信側の圧電素子板１３１には、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとの振動変位を（相互の干渉を排除した状態で）各々独立して検出できるように、図１４〜図１７のいずれかに示す分離構成（アレー構造）を採用する。その上で、増幅部５は、中央素子部１３１Ｃ，周辺素子部１３１Ｓに対応して接続される中央増幅回路５Ｃ，周辺増幅回路５Ｓと、各増幅回路５Ｃ，５Ｓの出力を加算する加算回路５Ａと、所定周波数帯域外の受信信号に対して減衰特性を有する帯域フィルタ（ＢＰＦ）５Ｂとを含む。
【００８４】
中央素子部１３１Ｃの振動変位を取り出す際の中央増幅回路５Ｃの電圧利得（ゲイン；増幅率）と、周辺素子部１３１Ｓの振動変位を取り出す際の周辺増幅回路５Ｓの電圧利得（ゲイン；増幅率）とは異なる値に設定されている。したがって、加算回路５Ａでは、それぞれ異なる割合で増幅された中央素子部１３１Ｃの振動変位測定データと周辺素子部１３１Ｓの振動変位測定データとを合計して（波形を重ね合わせて）、圧電素子板１３１のトータル振動変位を算出し、後続のゼロクロスポイント検出部７でゼロクロスポイントを検出するための対象波形データを作成する。
【００８５】
次に、以上のように構成された下流側超音波トランスジューサ１２３ｂの作動について説明する。切替部４（図３参照）の指令により、順方向駆動モードにおいて、受信部３により受信された超音波ビーム（実際には、圧電素子板１３１の振動変位）波形データは、中央素子部１３１Ｃの振動変位が中央増幅回路５Ｃに、周辺素子部１３１Ｓの振動変位が周辺増幅回路５Ｓに、それぞれ入力される。このとき、周辺増幅回路５Ｓにおける周辺電圧利得ＧＳ（例えば４０ｄＢ）は中央増幅回路５Ｃにおける中央電圧利得ＧＣ（例えば２０ｄＢ）よりも大きく設定されているので（ＧＳ＞ＧＣ）、ゼロクロスポイント検出部７の対象波形データは、中央素子部１３１Ｃに対応する部分と周辺素子部１３１Ｓに対応する部分とが均等化されて現われる。
【００８６】
これによって、超音波受信面ＲＰ’から取り出される超音波ビームの伝播強度は、流路短辺Ｓ方向において中央部と周辺部とでほぼ等しくなるよう制御でき、中央素子部１３１Ｃと周辺素子部１３１Ｓとの間で超音波ビーム受信時の振動検出態様を異ならせることができる。したがって、超音波流量計１００を用いた流量計測において、順方向伝播時と逆方向伝播時との間に生じていた超音波ビームの受信感度特性の非対称性を改善することができ、到達時間測定時の検出Ｓ／Ｎ比の低下を防止して、流量計測精度の向上に寄与することができる。具体的には、図２１の実線（本発明１）に示すように、順方向伝播時の受信感度特性が逆方向伝播時の受信感度特性と対称になるように電圧利得を調整できる。あるいは、上流側超音波トランスジューサ１２３ａと同様に、下流側超音波トランスジューサ１２３ｂについても電圧利得を調整する場合には、図２１の一点鎖線（本発明２）に示すように、順方向伝播時、逆方向伝播時ともにフラットな受信感度特性を得ることも可能である。
【００８７】
ところで、本実施例や図５，図６（ａ）に示す送受信兼用タイプの超音波トランスジューサを用いる場合には、各トランスジューサを図１４〜図１７のいずれかで構成することが望ましい。
【００８８】
超音波トランスジューサの変形例（図１１〜図１７）や実施例２〜４（図１８〜図２０）において、実施例１（図１〜図１０）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。なお、これらの実施例や変形例において、周辺素子部１３１Ｓ（周辺駆動電極１３３Ｓ）を複数に区分し、周辺駆動スイッチ回路２６ＶＳ（周辺分極電位ＶＳ）や周辺増幅回路５Ｓ（周辺電圧利得ＧＳ）を複数段設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】流速の影響により超音波ビーム波束が広がる様子を説明する図。
【図２】順方向伝播時と逆方向伝播時の受信感度の非対称性を説明する図。
【図３】本発明に係る超音波流量計の一実施例の全体斜視図。
【図４】図３の正面断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図。
【図６】超音波センサの配置変形例を示す説明図。
【図７】図４における中間流路の流路構成の一例を示す斜視図及び正面図。
【図８】図７の超音波計測区間における超音波トランスジューサの配置関係を示す説明図。
【図９】上流側超音波トランスジューサの説明図及び特性図。
【図１０】上流側超音波トランスジューサの電気的構成の一例を示す駆動回路図及び作動タイミングチャート。
【図１１】図９の超音波トランスジューサの第一変形例を示す説明図。
【図１２】図９の超音波トランスジューサの第二変形例を示す説明図。
【図１３】図９の超音波トランスジューサの第三変形例を示す説明図。
【図１４】図９の超音波トランスジューサの第四変形例を示す説明図。
【図１５】図９の超音波トランスジューサの第五変形例を示す説明図。
【図１６】図９の超音波トランスジューサの第六変形例を示す説明図。
【図１７】図９の超音波トランスジューサの第七変形例を示す説明図。
【図１８】上流側超音波トランスジューサの電気的構成の他の例を示す駆動回路図及び作動タイミングチャート。
【図１９】上流側超音波トランスジューサの電気的構成のさらに他の例を示す駆動回路図及び作動タイミングチャート。
【図２０】下流側超音波トランスジューサの電気的構成の一例を示す回路図。
【図２１】順方向伝播時と逆方向伝播時の受信感度の非対称性の改善状況を説明する図。
【符号の説明】
【００９０】
５        増幅部
５Ｃ      中央増幅回路
５Ｓ      周辺増幅回路
２１      中間流路
２１ａ    直線状中間流路（計測用直線流路）
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
２１ｇ    方向転換部
２３      超音波センサ
２４      制御回路部（計測制御手段）
２６      電源回路部
２６Ａ    ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧回路）
２６ＶＣ  中央駆動スイッチ回路
２６ＶＳ  周辺駆動スイッチ回路
２６Ｖ    共通駆動スイッチ回路
２６Ｔ    遅延回路
１００    超音波流量計
１２３ａ  上流側超音波トランスジューサ（超音波トランスジューサ）
１２３ｂ  下流側超音波トランスジューサ（超音波トランスジューサ）
１３１    圧電素子板（圧電素子）
１３１Ｃ  中央素子部
１３１Ｓ  周辺素子部
１３２    接地電極
１３３Ｃ  中央駆動電極
１３３Ｓ  周辺駆動電極
１３４    接地端子
１３５    駆動端子
１３６    基板
１３７    音響整合層
１３８    導通経路
１３９    ケーシング
１３９ａ  底部
１３９ｂ  側壁部
１４０    補助金属板
ＧＢ      区画溝
ＣＬ      隙間
ＲＰ      超音波放射面
ＲＰ’    超音波受信面
Ｌ        長辺
Ｓ        短辺
Ｈ        開口高さ
Ｗ        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
【図１】
2010156599.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010156599.tif 000007
【図６】
2010156599.tif 000008
【図７】
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【図８】
2010156599.tif 000010
【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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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