(57)【要約】【課題】  計測時の圧力損失や超音波ビームのパワーロスを抑制することによって、送受信振動子による高能率かつ高精度での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、直線状中間流路２１ａの長辺となる開口幅Ｗを幅方向に分割して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に対応させて１個の円形状の連通孔４１が幅方向に貫通形成されている。【選択図】  図６
2010071812.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に続いて、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減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、前記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を有する１又は複数の仕切部と、を備え、
それら方向転換部、調整部及び増大部を通り、前記分割流路に分かれて流れることにより、前記計測用直線流路を流れる流体は、流れ方向に直交する断面において幅方向及び高さ方向での流速分布がそれぞれ均等化及び／又は対称化され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に続いて、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第一の減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成されて流体の流れ方向を揃えるとともに、流れ方向に直交する断面において、流路の開口高さが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部を有する調整部と、
その調整部に続いて、少なくとも前記外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部と、
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を有する１又は複数の仕切部と、を備え、
それら方向転換部、調整部及び増大部を通り、前記分割流路に分かれて流れることにより、前記計測用直線流路を流れる流体は、流れ方向に直交する断面において幅方向及び高さ方向での流速分布がそれぞれ均等化及び／又は対称化されることを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
前記第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置から前記内周側又は外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅が連続的に減少するように形成されている請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置から前記内周側及び外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅がそれぞれ連続的に減少するように形成されている請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記第二の減少部において、流路の高さ方向の中間位置から前記内周側に向かう開口幅の減少率が、前記外周側に向かう開口幅の減少率よりも大である請求項４に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記調整部の内周側及び外周側の流路壁面は前記計測用直線流路の長辺壁部の壁面とそれぞれ平行状に配置されるとともに、
前記増大部の流路の高さ方向の中央は、前記調整部の流路の高さ方向の中央よりも前記外周側又は内周側に偏って配置されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記増大部は、前記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し、
前記調整部は、少なくとも流路の高さ方向の前記内周側の後端部が、前記増大部において流れ方向下手側へ延出して延出部を形成している請求項１ないし６のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記延出部の流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて前記増大部における前記内周側及び／又は外周側の壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている請求項７に記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記延出部の流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて前記増大部における前記短辺側の壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている請求項７又は８に記載の超音波流量計。
【請求項１０】
前記方向転換部と調整部とのうち少なくとも調整部には、流路の開口高さを高さ方向に区分する１又は複数の区画部が流れ方向に沿って配置されている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１１】
前記区画部は、表面が平滑な単一の板材により前記方向変換部と調整部とに跨って配置されるとともに、少なくとも前記調整部の高さ方向において前記外周側に偏って位置している請求項１０に記載の超音波流量計。
【請求項１２】
前記仕切部は、前記超音波ビームの通過及び流体の流通を許容しつつ前記連通孔に重ね合わせてその連通孔の開孔面積を縮小するために網目状素材で構成された重合部を有する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１３】
前記連通孔の開孔面積は、その連通孔を通過する前記超音波ビームが当該連通孔に平行な平面に投影されたビーム投影断面積と同等又はそれ以下である請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１４】
前記仕切部は、幅方向において互いに平行状に複数配置されるとともに、分割された各分割流路の開口幅が互いに等しくなるように配置されている請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の超音波流量計。
【請求項１５】
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１４のいずれか１項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。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。特に、各層状流路の幅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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、計測時の圧力損失や超音波ビームのパワーロスを抑制することによって、送受信振動子による高能率かつ高精度での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、計測用直線流路の流れ方向上手側に方向転換部、調整部及び増大部を設けて流路の開口高さを変化させるとともに、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することによって、幅方向及び高さ方向での流速分布を均等化及び／又は対称化することができ、広い測定範囲での安定した流量計側を可能とする。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
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に続いて、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減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成され、流体の流れ方向を揃える調整部と、
その調整部に続いて、前記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を有する１又は複数の仕切部と、を備え、
それら方向転換部、調整部及び増大部を通り、前記分割流路に分かれて流れることにより、前記計測用直線流路を流れる流体は、流れ方向に直交する断面において幅方向及び高さ方向での流速分布がそれぞれ均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【００１１】
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）は計測用直線流路の流れ方向上手側に位置する方向転換部（減少部）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。しかし、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を通る間に、流体の流れ方向に直交する断面において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／又は対称化される。すなわち、方向転換部（減少部）で発生する偏流（最大流速の向きと位置が外周側に偏った流れ）が、調整部を経由し、増大部で開放されることによって、高さ方向の中央位置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（高さ方向の流速分布が均等化及び／又は対称化される）。したがって、計測部（例えば一対の送受信振動子）の測線を高さ方向の流速分布の中間位置（例えば中央位置）に配置して、計測用直線流路（流量計測区間）を流れる被測定流体の最大流速を安定して計測することができる。
【００１２】
つまり、減少部（方向変換部）では流れ方向下手側ほど流路の開口高さが減少し、かつ整流素子のような整流手段を調整部等の流れ方向下手側の流路中に配置する必要がないため、圧力損失が抑制され、流量測定部での測定範囲の拡大を図ることも可能になる。また、整流手段を設けないため超音波流量計のコスト低減を図ることもできる。
【００１３】
そして、上記超音波流量計では、計測用直線流路（例えば直線状中間流路）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するとともに、仕切部に連通孔を貫通形成することによって、隣接する分割流路間での流体の流通（移動）が許容される。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／又は対称化されるので、広い測定範囲での安定した流量計側が可能となる。
【００１４】
これらによって、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、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって常に流体の対称性が確保され、広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００１５】
具体的には、このような超音波流量計において、方向転換部の外周側に沿って流体が流れる際の遠心力によって減少部の外周側と内周側とで流体の流れ方向及び最大流速が偏るのを、調整部により流れ方向が揃えられる。増大部での整流作用によって（整流素子等の整流部材を配置せずにすむので）、圧力損失の上昇が抑制され、流体の流れ方向に直交する断面において高さ方向での流速分布が均等化及び／又は対称化され、計測用直線流路へ導かれる。
【００１６】
次に計測用直線流路（流量計測区間）の始端部では、小流量時（低速時；層流域）には、各分割流路の幅方向において、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。一方、大流量時（高速時；乱流域）には、各分割流路の幅方向において、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。したがって、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、仕切部に連通孔を貫通形成する簡素な構成によって、送受信振動子前方の助走区間の短縮を図ることができる。
【００１７】
また、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に続いて、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第一の減少部を有する方向転換部と、
その方向転換部の出口側末端部に続く形で接続形成されて流体の流れ方向を揃えるとともに、流れ方向に直交する断面において、流路の開口高さが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部を有する調整部と、
その調整部に続いて、少なくとも前記外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部と、
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を有する１又は複数の仕切部と、を備え、
それら方向転換部、調整部及び増大部を通り、前記分割流路に分かれて流れることにより、前記計測用直線流路を流れる流体は、流れ方向に直交する断面において幅方向及び高さ方向での流速分布がそれぞれ均等化及び／又は対称化されることを特徴とする。
【００１８】
このような超音波流量計においても、被測定流体（例えばＬＰガスや都市ガス）は計測用直線流路の流れ方向上手側に位置する方向転換部（第一の減少部）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。しかし、外周側及び内周側のうち少なくとも外周側にて流路の開口高さが高さ方向に階段状に増大変化する増大部を通る間に、流体の流れ方向に直交する断面において幅方向及び高さ方向での流速分布が均等化及び／又は対称化される。すなわち、方向転換部（第一の減少部）で発生する偏流（最大流速の向きと位置が外周側に偏った流れ）が、調整部（第二の減少部）と増大部とで矯正される（幅方向及び高さ方向の流速分布が均等化及び／又は対称化される）。したがって、計測部（例えば一対の送受信振動子）の測線を高さ方向の流速分布の中間位置（例えば中央位置）に配置して、計測用直線流路（流量計測区間）を流れる被測定流体の最大流速を安定して計測することができる。
【００１９】
そして、上記超音波流量計でも、計測用直線流路（例えば直線状中間流路）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するとともに、仕切部に連通孔を貫通形成することによって、隣接する分割流路間での流体の流通（移動）が許容される。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／又は対称化されるので、広い測定範囲での安定した流量計側が可能となる。
【００２０】
これらによって、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、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって常に流体の対称性が確保され、広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００２１】
具体的には、このような超音波流量計において、方向転換部の外周側に沿って流体が流れる際の遠心力によって第一の減少部の外周側と内周側とで流体の流れ方向及び最大流速が偏るのを、調整部により流れ方向が揃えられる。また、第一の減少部にて流体が幅方向端部側へ拡散移動しようとするのを、第二の減少部により阻止又は抑制される。増大部での整流作用によって（整流素子等の整流部材を配置せずにすむので）、圧力損失の上昇が抑制され、流体の流れ方向に直交する断面において高さ方向での流速分布が均等化及び／又は対称化され、計測用直線流路へ導かれる。
【００２２】
次に計測用直線流路（流量計測区間）の始端部では、小流量時（低速時；層流域）には、各分割流路の幅方向において、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。一方、大流量時（高速時；乱流域）には、各分割流路の幅方向において、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。したがって、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、仕切部に連通孔を貫通形成する簡素な構成によって、送受信振動子前方の助走区間の短縮を図ることができる。
【００２３】
そして、上記超音波流量計における第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側又は外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅が連続的に減少するように形成されていてもよい。
【００２４】
第一の減少部にて流路の開口高さが減少することに応じて、方向変換部内の流体は幅方向端部側へ拡散移動しようとするが、その移動は内周側又は外周側ほど開口幅が減少する第二の減少部によって阻止又は抑制されている。このように、第二の減少部によって幅方向の流速分布を円滑に均等化（対称化）することができる。なお、第二の減少部における流路壁面を平面状又は曲面状に形成することができる。例えば、第二の減少部における流路壁面は、流れ方向に直交する断面にて、二等辺三角形状等の三角形状、台形状等の四角形状、円弧状、楕円状等に形成できる。
【００２５】
その際さらに、第二の減少部において、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側に向かうにつれて、その流路の開口幅が連続的に減少するように形成することが望ましい。これによって、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部ひいては方向転換部及び調整部の区間長（流れ方向の長さ）を短縮することができる。
【００２６】
あるいは、上記超音波流量計における第二の減少部は、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側及び外周側に向かうにつれて、その流路の開口幅がそれぞれ連続的に減少するように形成されていてもよい。
【００２７】
第一の減少部にて流路の開口高さが減少することに応じて、方向変換部内の流体は幅方向端部側へ拡散移動しようとするが、その移動は内周側でも外周側でも開口幅が減少する第二の減少部によって阻止又は抑制され（抑え込まれ）、流路の高さ方向の中間部分（中央部分）に集められている。このように、開口幅が内周側でも外周側でも減少する第二の減少部によって、幅方向の流速分布を短い区間長（流れ方向の長さ）で円滑に均等化（対称化）することができる。なお、この場合にも第二の減少部における流路壁面を平面状又は曲面状に形成することができる。例えば、第二の減少部における流路壁面は、流れ方向に直交する半断面にて、二等辺三角形状等の三角形状、台形状等の四角形状、円弧状、楕円状等に形成できる。
【００２８】
その際さらに、内周側及び外周側で開口幅が減少する第二の減少部においては、流路の高さ方向の中間位置（例えば中央位置）から内周側に向かう開口幅の減少率が、外周側に向かう開口幅の減少率よりも大であることが望ましい。
【００２９】
このように、第二の減少部における開口幅の減少率を内周側よりも外周側で小さくし、内外で非対称にすることにより、遠心力によって流体の偏りを生じやすい外周側において、流体の幅方向端部側への拡散移動容量を相対的に大きく確保することができる。これによって、方向転換部で発生する幅方向の流速分布の乱れ（不均等及び／又は非対称）を相対的に小さくすることができるので、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部ひいては方向転換部及び調整部の区間長（流れ方向の長さ）をさらに短縮することができる。なお、流路壁面が平面状であれば開口幅の減少率の大小は勾配の逆数の大小、曲面状であれば開口幅の減少率の大小は曲率の逆数（曲率半径）の大小に相当する。
【００３０】
以上で述べた流量計においては、調整部の内周側及び外周側の流路壁面を計測用直線流路（流量計測区間）の長辺壁部の壁面とそれぞれ平行状に配置するとともに、
増大部の流路の高さ方向の中央を、調整部の流路の高さ方向の中央よりも外周側又は内周側に偏って（オフセットして；齟齬して）配置することができる。
【００３１】
増大部の高さ方向中央位置を調整部の高さ方向中央位置よりも外周側又は内周側に偏って配置することにより、増大部での高さ方向の流速分布の平滑化後に計測用直線流路（流量計測区間）にて計測すべき最大流速が、調整部の高さ方向中央位置の延長線上に出現しやすくなる。よって、高さ方向の流速分布の均等化（対称化）に要する増大部の区間長（流れ方向の長さ）を短縮することができる。なお、増大部の高さ方向中央位置を調整部の高さ方向中央位置に対して外周側又は内周側のいずれにオフセットさせるかは、調整部や増大部の形状（高さ等）に応じて定めればよい。その際、計測用直線流路（流量計測区間）における計測部（例えば一対の送受信振動子）の測線位置を調整部の高さ方向中央位置の延長線上に（一致させて）配置すれば、計測用直線流路（流量計測区間）を流れる被測定流体の最大流速を安定して計測できる。
【００３２】
また、増大部は、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し、
調整部は、少なくとも流路の高さ方向の内周側の後端部が、増大部において流れ方向下手側へ延出して延出部を形成することができる。
【００３３】
このように、調整部の内周側の後端部が延出部を形成することによって、流体の流れ方向に直交する断面における高さ方向での流速分布の平滑化が、増大部にて短い区間長さ（流れ方向の長さ）で迅速に行われる。なお、その際同時に、増大部における流路の高さ方向の外周側の前端部が、調整部において流れ方向上手側へ突入して突入部を形成している場合には、上記した遠心力によって流体の偏りを生じやすい外周側において、調整部に形成される突入部に流体を部分的（かつ一時的）に滞留させて流速を遅らせることができ、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を一層迅速に行うことができる。
【００３４】
例えば、延出部の流路壁面を、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部における内周側及び／又は外周側の壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成することができる。
【００３５】
これにより、増大部における内周側の壁部や外周側の壁部と延出部とが滑らかに接続され、調整部から増大部への流体の流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【００３６】
あるいは、延出部の流路壁面を、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部における短辺側の壁面（短辺壁部）に徐々に接近した後接触する曲面状に形成することができる。
【００３７】
これにより、増大部における短辺側の壁部（短辺壁部）と延出部とが滑らかに接続され、調整部から増大部への流体の流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【００３８】
さらに、方向転換部と調整部とのうち少なくとも調整部には、流路の開口高さを高さ方向に区分する１又は複数の区画部が流れ方向に沿って配置されていてもよい。
【００３９】
区画部により調整部の流路の開口高さを高さ方向に区分することによって、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び／又は非対称）を相対的に小さくすることができるので、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００４０】
そして、その区画部は、表面が平滑な単一の板材により方向変換部と調整部とに跨って配置されるとともに、少なくとも調整部の高さ方向において外周側に偏って（オフセットして；齟齬して）位置することができる。
【００４１】
区画部が調整部において外周側に偏って位置することにより、上記した遠心力によって流体の偏りを生じやすい外周側において、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び／又は非対称）をさらに小さくすることができる。例えば、区画部は、方向変換部では高さ方向の中央近傍に位置する一方、調整部では外周側に偏って位置することができる。
【００４２】
このような超音波流量計において、仕切部は、超音波ビームの通過及び流体の流通を許容しつつ連通孔に重ね合わせてその連通孔の開孔面積を縮小するために網目状素材で構成された重合部を有することができる。
【００４３】
網目状素材で構成された重合部を連通孔に重ね合わせ、連通孔の開孔面積を相対的に縮小させることによって、互いに隣接する分割流路間での流体の流通（移動）は重合部を介して限定的な範囲に留めることができる。したがって、計測用直線流路（流量計測区間）における主として幅方向での流速分布の均等化及び対称化（平滑化）に対して、重合部が及ぼす影響は小さくなる。
【００４４】
ところで、上記重合部を構成する「網目状素材」には、次のものを含む。
（１）ガーゼのような高分子材料（例えばポリプロピレン（ＰＰ）等の合成樹脂）製の織布；
（２）パンチングメタルのような金属（例えばステンレス）製の孔あき板；
（３）篩い布、篩い網のような高分子材料製又は金属製のメッシュ生地；
例えば、高分子材料製の織布やメッシュ生地の場合、網目状素材の骨組みをなす網部は、複数の高分子材料（例えば合成樹脂）製の単糸を束ねたりより合わせたりした糸（フィラメント又はファイバー）を横糸及び縦糸として編むことによって作られ、開孔率３０〜８０％程度（例えば５５％）に形成される。このような柔軟性・弾力性を有する網目状素材を用いることによって、超音波ビームのうち位相の異なる成分が網目状素材で吸収され、受信側の振動子では同位相のビームのみを受信しやすくなるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００４５】
このような超音波流量計において、連通孔の開孔面積は、その連通孔を通過する超音波ビームが連通孔に平行な平面に投影されたビーム投影断面積と同等又はそれ以下とすることができる。
【００４６】
これによって、送信側の振動子で発振後に拡径する超音波ビームの周辺部は連通孔の周縁部で排除され、受信側の振動子では位相の異なる成分が到達しにくく同位相のビームのみを受信しやすくなるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。なお、連通孔が円形であり、超音波ビームが円形の送受信振動子から発振される場合には、連通孔の円形状開孔面積は超音波ビーム（又は送受信振動子）の楕円状投影断面積と同等又はそれ以下となる。
【００４７】
これらの超音波流量計では、仕切部は、幅方向において互いに平行状に複数配置されるとともに、分割された各分割流路の開口幅が互いに等しくなるように配置されていることが望ましい。
【００４８】
等間隔の仕切部によって計測用直線流路が幅方向に分割されるので、各分割流路での幅方向の流速分布を迅速に均等化・対称化することができる。なお、各分割流路の開口幅が等しくない場合には、例えば、仕切部を幅方向において互いに平行状に複数配置するとともに、幅方向中央位置に近い分割流路ほど開口幅を小に形成するとよい。分割流路を流れる流体の流量は、幅方向中央寄りほど多く壁際（短辺壁部側）ほど少なくなる傾向（特に小流量時で顕著）になるので、周辺部よりも中央部で分割流路の開口幅（容量）を小さくすることにより、周辺部の流量を増加させて、計測用直線流路の幅方向の流速分布を平滑化することができる。
【００４９】
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、増大部で均等化（対称化）された流速分布が計測用直線流路（流量計測区間）でも安定して維持されるので、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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）。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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）。
【００５７】
（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。
【００５８】
（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。
【００５９】
（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。
【００６０】
（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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
（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第１実施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、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。
【００６４】
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。
【００６５】
そして、方向転換部２１１（特に減少部２１１ａ）、調整部２１２及び増大部２１３によって、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）において主として高さ方向での流速分布が均等化及び対称化（平滑化）される。
【００６６】
このように、方向転換部２１１の外周側に沿ってガスが流れる際に作用する遠心力によって減少部２１１ａの外周側と内周側とでガスの流れ方向及び最大流速が偏るのを、調整部２１２により流れ方向がほぼ水平方向に揃えられる。また、増大部２１３での整流作用によって（整流素子等の整流部材を配置せずにすむので）、圧力損失の上昇が抑制され、高さ方向の流速分布が均等化及び対称化（平滑化）され、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）へ導かれる。
【００６７】
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に対応させて１個の連通孔４１（例えば円形状）が幅方向に貫通形成されている。
【００６８】
連通孔４１の円形状の開孔面積Ａ１は、送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの円形状の送受信面から送信され連通孔４１を通過する超音波ビームが連通孔４１に平行な平面に投影された楕円状のビーム投影断面積Ａ２（図５参照）よりもやや小に設定されている。これによって、例えば送受信振動子１２３ａで送信された超音波ビームが発振後に拡径しても、超音波ビームの周辺部は連通孔４１の周縁部で排除される。したがって、送受信振動子１２３ｂに到達する超音波ビームには位相の異なる成分が混入しにくくなり、同位相のビームのみを受信しやすくなるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００６９】
このように、直線状中間流路２１ａが２枚の仕切壁４０で３層の分割流路２１ａ’に分割形成される。これによって、各分割流路２１ａ’における主として幅方向の流速分布（副次的に高さ方向の流速分布）が均等化及び対称化（平滑化）される。
【００７０】
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７に示す高さ方向の流速分布及び図８に示す幅方向の流速分布のようになる。
【００７１】
図７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。
【００７２】
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７（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Ｏ２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７（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Ｏ２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。
【００７３】
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。したがって、一対の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線を増大部２１３での高さ方向の流速分布の中央位置Ｏ１に配置し、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）を流れるガスの最大流速を安定して計測することができる。
【００７４】
つまり、減少部２１１ａ（方向変換部２１１）では流れ方向下手側ほど流路の開口高さが減少し、かつ整流素子のような整流手段を調整部２１２等の流れ方向下手側の流路中に配置する必要がないため、圧力損失が抑制され、乱流域での測定範囲の一層の拡大を図ることができる。また、整流手段を設けないため超音波流量計１００のコスト低減を図ることもできる。
【００７５】
図８に示すように、直線状中間流路２１ａ（助走区間２１ａ２）の始端部へ流入したガスは、各分割流路２１ａ’に分かれて流れる前には幅方向での流速分布が不均等（非対称）な状態にある。例えば、図８（ａ）に示す小流量時（低速時；層流域）には、各分割流路２１ａ’に分かれて流れるときに、各分割流路２１ａ’毎に、幅方向の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ようになる。このように仕切壁４０で直線状中間流路２１ａ（助走区間２１ａ２）の流速分布が区切られることによって、幅方向の流速分布が一層均等化及び対称化（平滑化）される。
【００７６】
一方、図８（ｂ）に示す大流量時（高速時；乱流域）には、各分割流路２１ａ’に分かれて流れるときに、各分割流路２１ａ’毎に、幅方向の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ようになる。このように仕切壁４０で直線状中間流路２１ａ（助走区間２１ａ２）の流速分布が区切られることによって、幅方向の流速分布が一層均等化及び対称化（平滑化）される。
【００７７】
このように、超音波ビームが仕切壁４０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４０によって直線状中間流路２１ａ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対称化（平滑化）されるので、広い測定範囲での安定した流量計側が可能となる。なお、超音波計測区間２１ａ１では、連通孔４１を介して隣接する分割流路２１ａ’間でのガスの流通が許容されるが、連通孔４１は流れ方向に沿って設けられているため、各分割流路２１ａ’における幅方向の流速分布は連通孔４１の前後で変化しない。
【００７８】
これらによって、ガス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、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって常にガスの対称性が確保され、広範囲に高精度で流量を計測できる。
【００７９】
（変形例１）
図９は直線状中間流路の第１変形例を示す平面断面図及び側面断面図である。図９に示すように、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）内には複数（例えば３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４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に対応させて１個の連通孔４１（例えば円形状）が幅方向に貫通形成されている。なお、仕切壁４０を４枚以上設けてもよい。
【００８０】
（変形例２）
図１０は直線状中間流路の第２変形例を示す平面断面図及び側面断面図である。図１０に示すように、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）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）の分割流路２１ａ’を形成している。そのうち、幅方向中央に位置する分割流路２１ａ’の開口幅Ｗ’は、周辺に位置する分割流路２１ａ’の開口幅Ｗ”よりも小に形成されている。通常、分割流路２１ａ’を流れるガスの流量は、幅方向中央寄りほど多く壁際（短辺壁部２１ｄ側）ほど少なくなる傾向（特に小流量時で顕著）になる。そこで、周辺に位置する分割流路２１ａ’の開口幅Ｗ”よりも中央に位置する分割流路２１ａ’の開口幅Ｗ’を小さくすることにより、周辺部の流量を増加させて、直線状中間流路２１ａの幅方向の流速分布を平滑化することができる。
【００８１】
（変形例３）
図１１は直線状中間流路の第３変形例を示す平面断面図及び側面断面図である。図１１に示すように、直線状中間流路２１ａ（計測用直線流路）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に対応させて１個の連通孔４１（例えば円形状）が幅方向に貫通形成され、各連通孔４１には、網目状素材で構成された薄板状又はシート状の重合網４２（重合部）が重ね合わせてある。
【００８２】
重合網４２は、超音波ビームの通過を許容し、また隣接する分割流路２１ａ’間でのガスの流通を限定的に許容しつつ連通孔４１の開孔面積を縮小するために、柔軟性・弾力性を有する高分子材料製のメッシュ生地Ｍ（網目状素材）で構成されている。
【００８３】
具体的には、図１２に示すように、細い（例えば数十μｍ）高分子材料（例えばポリプロピレン（ＰＰ）等の合成樹脂）製の単糸を複数本（例えば３本）束ねた長繊維糸ｙ（フィラメント）を横糸及び縦糸として編むことによって、多数の開孔部ｈ（空間）を含むメッシュ生地Ｍの網部ｍ（骨組み）が形成される。メッシュ生地Ｍの全体表面積に占める開孔部ｈの合計表面積の割合で表わされる開孔率は、３０〜８０％程度（例えば５５％）のものが使用される。このように、柔軟性・弾力性を有するメッシュ生地Ｍを重合網４２に用いることによって、超音波ビームのうち位相の異なる成分がメッシュ生地Ｍの網部ｍで吸収され、受信側となる送受信振動子１２３ａ，１２３ｂでは同位相のビームのみを受信しやすくなるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。また、メッシュ生地Ｍの開孔率を選択することにより、連通孔４１を介して隣接する分割流路２１ａ’間で流通（移動）するガスの量を重合網４２で制限（限定的に許容）することができる。
【００８４】
このように、直線状中間流路２１ａが２枚の仕切壁４０で３層の分割流路２１ａ’に分割形成される。これによって、各分割流路２１ａ’における主として幅方向の流速分布が均等化及び対称化（平滑化）される。なお、連通孔４１を介して隣接する分割流路２１ａ’間でのガスの流通が可能となるが、連通孔４１に重ね合わせた重合網４２（メッシュ生地Ｍ）によって、上記したガスの流通は限定的な範囲に制限され、各分割流路２１ａ’における幅方向の流速分布は連通孔４１の前後で変化しない。
【００８５】
（実施例２）
図１３は中間流路の流路構成の第２実施例を示す一部破断斜視図及び正面図である。図１３に示す中間流路２１において、方向転換部２１１は外周側が湾曲形態に形成され、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第一の減少部２１１ａを有している。また、調整部２１２は、流路の開口高さＨが幅方向端部側に向かうにつれて減少する第二の減少部２１２ａを有している。
【００８６】
具体的には、第二の減少部２１２ａは、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２（増大部２１３の流路の高さ方向の中央位置Ｏ１と一致する）から内周側に向かうにつれて、流路の開口幅Ｗが連続的に減少するように形成されている。そして、図１３に示す第二の減少部２１２ａでは、その流路壁面は流れ方向に直交する断面にて、調整部２１２の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する台形状に形成されている。
【００８７】
そして、第一の減少部２１１ａを含む方向転換部２１１、第二の減少部２１２ａを含む調整部２１２、及び増大部２１３によって、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）において幅方向及び高さ方向での流速分布がそれぞれ均等化及び対称化（平滑化）される。
【００８８】
具体的には、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によって第一の減少部２１１ａの外周側と内周側とでガスの流れ方向及び最大流速が偏るのを、調整部２１２により流れ方向がほぼ水平方向に揃えられる。そして、第一の減少部２１１ａにてガスが幅方向端部側へ拡散移動し、流れ方向に直交する断面において幅方向及び高さ方向での流速分布が中央でくびれた楕円形（例えば繭型形状）になろうとするのを、第二の減少部２１２ａにより阻止（抑制）してくびれのない楕円形が維持される（図１３（ａ）の拡大断面図参照）。また、増大部２１３により圧力損失の上昇が抑制され、高さ方向の流速分布が均等化及び対称化（平滑化）され、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）へ導かれる（図７参照）。
【００８９】
このように、第一の減少部２１１ａにて流路の開口高さが減少することに応じて、方向変換部２１１内のガスは幅方向端部側へ拡散移動しようとするが、その移動は第二の減少部２１２ａによって阻止（抑制）されるので、幅方向の流速分布を円滑に均等化（対称化）することができる。また、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、均等化及び対称化される。すなわち、方向転換部２１１（第一の減少部２１１ａ）で発生する偏流が、第二の減少部２１２ａを含む調整部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。したがって、一対の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線を増大部２１３での高さ方向の流速分布の中央位置Ｏ１に配置し、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）を流れるガスの最大流速を安定して計測することができる。
【００９０】
さらに、第二の減少部２１２ａは、調整部２１２の流路の高さ方向の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて、流路の開口幅Ｗが連続的に減少するように形成されているので、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部２１２ａひいては方向転換部２１１及び調整部２１２の区間長さ（流れ方向の長さ）が短縮される。
【００９１】
（実施例３）
図１４は中間流路の流路構成の第３実施例を示す一部破断斜視図及び正面図である。図１４に示す第二の減少部２１２ａでは、その流路壁面は流れ方向に直交する断面にて、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗ（図１３参照）が連続的に減少する円弧状（又は楕円状）に形成されている。
【００９２】
（実施例４）
図１５は中間流路の流路構成の第４実施例を示す一部破断斜視図及び正面図である。図１５に示す第二の減少部２１２ａでは、その流路壁面は流れ方向に直交する断面にて、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗ（図１３参照）が連続的に減少する二等辺三角形状に形成されている。
【００９３】
（実施例５）
図１６は中間流路の流路構成の第５実施例を示す一部破断斜視図及び要部拡大図である。図１６に示す第二の減少部２１２ａは、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２（図５参照）から内周側及び外周側に向かうにつれて、流路の開口幅Ｗがそれぞれ連続的に減少するように形成されている。その際、第二の減少部２１２ａは、上記中央位置Ｏ２から内周側に向かう開口幅Ｗの減少率が、外周側に向かう開口幅Ｗの減少率よりも大になるように非対称形状に形成されている。
【００９４】
具体的には、第二の減少部２１２ａの内周側には、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）の内周側減少部２１２ａ１が形成されている。一方、第二の減少部２１２ａの外周側にも、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２から外周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）の外周側減少部２１２ａ２が形成されている。そして、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率（曲率の逆数すなわち曲率半径）は、外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率よりも大である。
【００９５】
このように、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率よりも外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率を小さくし、内外で非対称にすることにより、遠心力によってガスの偏りを生じやすい外周側において、ガスの幅方向端部側への拡散移動容量を相対的に大きく確保することができる。これによって、方向転換部２１１で発生する幅方向の流速分布の乱れ（不均等及び非対称）を相対的に小さくすることができるので、幅方向の流速分布の均等化（対称化）に要する第二の減少部２１２ａひいては方向転換部２１１及び調整部２１２の区間長さ（流れ方向の長さ）をさらに短縮することができる。
【００９６】
（実施例６）
図１７は中間流路の流路構成の第６実施例を示す一部破断斜視図及び要部拡大図である。図１７に示す内周側減少部２１２ａ１は、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２（図５参照）から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する台形状に形成されている。一方、外周側減少部２１２ａ２は、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２から外周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）に形成されている。そして、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率（勾配の逆数）は、外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率（曲率の逆数すなわち曲率半径）よりも大である。
【００９７】
（実施例７）
図１８は中間流路の流路構成の第７実施例を示す一部破断斜視図及び要部拡大図である。図１８に示す内周側減少部２１２ａ１は、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２（図５参照）から内周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する円弧状（又は楕円状）に形成されている。一方、外周側減少部２１２ａ２は、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２から外周側に向かうにつれて流路の開口幅Ｗが連続的に減少する台形状に形成されている。そして、内周側減少部２１２ａ１の開口幅Ｗの減少率（曲率の逆数すなわち曲率半径）は、外周側減少部２１２ａ２の開口幅Ｗの減少率（勾配の逆数）よりも大である。
【００９８】
（実施例８）
図１９は中間流路の流路構成の第８実施例を示す正面断面図である。図１９に示す増大部２１３の高さ方向の中央位置Ｏ１は、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２よりも外周側に偏って（オフセットして；齟齬して）配置されている。
【００９９】
このように、増大部２１３の高さ方向の中央位置Ｏ１を調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２よりも外周側に偏って配置することにより、増大部２１３での高さ方向の流速分布の平滑化後に直線状中間流路２１ａにて計測すべき最大流速が、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２の延長線上に出現しやすくなる。よって、高さ方向の流速分布の均等化（対称化）に要する増大部２１３の区間長さ（流れ方向の長さ）を短縮することができる。しかも、超音波計測区間２１ａ１（直線状中間流路２１ａ）における一対の送受信振動子１２３ａ，１２３ｂの測線位置が、調整部２１２の高さ方向の中央位置Ｏ２の延長線上に（一致させて）配置されているので、超音波計測区間２１ａ１を流れるガスの最大流速を安定して計測できる。
【０１００】
（実施例９）
図２０は中間流路の流路構成の第９実施例を示す正面断面図である。図２０に示す調整部２１２は、流路の高さ方向の内周側の後端部が、増大部２１３において流れ方向下手側へ延出して延出部２１２ｂを形成している。一方、増大部２１３は、流路の高さ方向の外周側の前端部が、調整部２１２において流れ方向上手側へ突入して突入部２１３ａを形成している。
【０１０１】
このように、調整部２１２の内周側の後端部が延出部２１２ｂを形成することによって、高さ方向の流速分布の平滑化を、増大部２１３にて短い区間長さ（流れ方向の長さ）で迅速に行える。なお、その際同時に、増大部２１３の外周側の前端部が、調整部２１２において流れ方向上手側へ突入して突入部２１３ａを形成しているので、上記した遠心力によってガスの偏りを生じやすい外周側において、調整部２１２に形成される突入部２１３ａにガスを部分的（かつ一時的）に滞留させて流速を遅らせることができ、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を一層迅速に行うことができる。
【０１０２】
（実施例１０）
図２１は中間流路の流路構成の第１０実施例を示す正面断面図である。図２１に示す延出部２１２ｂは、調整部２１２の内周側及び外周側にそれぞれ形成され、各延出部２１２ｂの流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部２１３における内周側（又は外周側）の長辺壁部２１ｆの壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている。
【０１０３】
延出部２１２ｂは、増大部２１３の長辺壁部２１ｆと滑らかに接続され、調整部２１２から増大部２１３へのガスの流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【０１０４】
（実施例１１）
図２２は中間流路の流路構成の第１１実施例を示す一部破断斜視図及び正面断面図である。図２２に示す延出部２１２ｂは、調整部２１２の内周側及び外周側にそれぞれ形成され、各延出部２１２ｂの流路壁面は、流れ方向下手側に向かうにつれて増大部２１３における内周側（又は外周側）の短辺壁部２１ｄの壁面に徐々に接近した後接触する曲面状に形成されている。
【０１０５】
延出部２１２ｂは、増大部２１３の短辺壁部２１ｄと滑らかに接続され、調整部２１２から増大部２１３へのガスの流れを阻害しないので、上記した高さ方向の流速分布の平滑化を円滑に行うことができる。
【０１０６】
（実施例１２）
図２３は中間流路の流路構成の第１２実施例を示す斜視断面図及び正面断面図である。図２３に示す中間流路２１には、方向変換部２１１と調整部２１２とに跨って、流路の開口高さを高さ方向に２等分する区画板２１４（区画部）が流れ方向に沿って配置されている。
【０１０７】
方向変換部２１１及び調整部２１２の流路の開口高さを高さ方向に２等分することによって、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び非対称）を相対的に小さくすることができるので、層流域（小流量）から乱流域（大流量）にわたって広範囲に高精度で流量を計測できる。
【０１０８】
（実施例１３）
図２４は中間流路の流路構成の第１３実施例を示す斜視断面図及び正面断面図である。図２４に示す区画板２１４（区画部）は、表面が平滑な単一の板材により方向変換部２１１と調整部２１２とに跨って、流路の開口高さを高さ方向に２区分する形態で配置されている。具体的には、方向変換部２１１では高さ方向の中央（２等分位置）近傍に位置する一方、調整部２１２では外周側に偏って（オフセットして；齟齬して）配置されている。
【０１０９】
区画板２１４が調整部２１２で外周側に偏って位置することにより、上記した遠心力によってガスの偏りを生じやすい外周側において、高さ方向の流速分布の乱れ（不均等及び非対称）をさらに小さくすることができる。
【０１１０】
実施例８（図１９）〜実施例１３（図２４）に記載した各々の構成は、実施例２（図１３）〜実施例７（図１８）に記載した各々の構成とそれぞれ組み合わせて実施することができる。
【０１１１】
なお、変形例１（図９）〜変形例３（図１１，図１２）及び実施例２（図１３）〜実施例１３（図２４）において、実施例１（図５〜図８）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。また、各変形例及び各実施例に記載した各々の構成は、相互に組み合わせて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【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第１実施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】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８】図６（ａ）を用いて、小流量時及び大流量時の幅方向の流速分布を示す説明図。
【図９】直線状中間流路の第１変形例を示す平面断面図及び側面断面図。
【図１０】直線状中間流路の第２変形例を示す平面断面図及び側面断面図。
【図１１】直線状中間流路の第３変形例を示す平面断面図及び側面断面図。
【図１２】重合網に用いられるメッシュ生地の説明図。
【図１３】中間流路の流路構成の第２実施例を示す一部破断斜視図及び正面図。
【図１４】中間流路の流路構成の第３実施例を示す一部破断斜視図及び正面図。
【図１５】中間流路の流路構成の第４実施例を示す一部破断斜視図及び正面図。
【図１６】中間流路の流路構成の第５実施例を示す一部破断斜視図及び要部拡大図。
【図１７】中間流路の流路構成の第６実施例を示す一部破断斜視図及び要部拡大図。
【図１８】中間流路の流路構成の第７実施例を示す一部破断斜視図及び要部拡大図。
【図１９】中間流路の流路構成の第８実施例を示す正面断面図。
【図２０】中間流路の流路構成の第９実施例を示す正面断面図。
【図２１】中間流路の流路構成の第１０実施例を示す正面断面図。
【図２２】中間流路の流路構成の第１１実施例を示す一部破断斜視図及び正面断面図。
【図２３】中間流路の流路構成の第１２実施例を示す斜視断面図及び正面断面図。
【図２４】中間流路の流路構成の第１３実施例を示す斜視断面図及び正面断面図。
【符号の説明】
【０１１３】
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
２１１    方向転換部
２１１ａ  第一の減少部（減少部）
２１２    調整部
２１２ａ  第二の減少部
２１２ａ１  内周側減少部
２１２ａ２  外周側減少部
２１２ｂ  延出部
２１３    増大部
２１３ａ  突入部
２１４    区画板（区画部）
２３      超音波センサ
４０      仕切壁（仕切部）
４１      連通孔
４２      重合網（重合部）
１００    超音波流量計
１２３ａ，１２３ｂ  送受信振動子（センサ素子）
Ｍ        メッシュ生地（網目状素材）
ｍ        網部
ｈ        開孔部
ｙ        長繊維糸（フィラメント）
Ｌ        長辺
Ｓ        短辺
Ｈ        開口高さ
Ｗ        開口幅
Ｗ’，Ｗ”  分割流路の開口幅
Ｏ１      増大部での高さ方向の中央位置
Ｏ２      調整部での高さ方向の中央位置
【図１】
2010071812.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010071812.tif 000005
【図４】
2010071812.tif 000006
【図５】
2010071812.tif 000007
【図６】
2010071812.tif 000008
【図７】
2010071812.tif 000009
【図８】
2010071812.tif 000010
【図９】
2010071812.tif 000011
【図１０】
2010071812.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2010071812.tif 000016
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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