(57)【要約】【課題】超音波送受信器が取り付けられる伝送体が測定管と一体的に形成されており、かつ、超音波流量計の測定管の内周面に微細気泡が付着しにくい超音波流量計を提供する。【解決手段】超音波流量計１０は、内部に流体を流通させる測定管１と、測定管１の外側部に軸線方向に離間して設けられた二つの伝送体２にそれぞれ取り付けられた二つの超音波振動子３とを備え、測定管１と二つの伝送体２とが一体的に形成されている。測定管１の内径は長さ方向に均一で且つ５ｍｍ以下であり、測定管１の長さは３０ｍｍ以上である。また、測定管１の内周面１ａの算術平均粗さＲａが、０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍとなっている。【選択図】図１
2014085254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体を流通させる測定管と、該測定管の外側部に軸線方向に離間して設けられた二つの伝送体にそれぞれ取り付けられた二つの超音波送受信器とを備え、前記測定管と二つの前記伝送体とが一体的に形成されており、該二つの超音波送受信器の一方から発信した超音波振動を前記測定管内の流体を経て前記二つの超音波送受信器の他方で受信し、発信側と受信側の超音波送受信器を交互に切り換えて二つの超音波送受信器間の超音波伝搬時間を測定することにより前記流体の流速を測定する超音波流量計であって、
前記測定管の内径が長さ方向に均一で且つ５ｍｍ以下であると共に、前記測定管の長さが３０ｍｍ以上であり、前記測定管の内周面の算術平均粗さＲａが、０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍであることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記測定管の内周面の算術平均粗さＲａが、０μｍ＜Ｒａ≦０．０２μｍである、請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記測定管と前記伝送体が同じ種類のフッ素系樹脂から作製されている、請求項１又は請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の超音波流量計と、該超音波流量計からの出力に応じて機器の制御を行う制御部とを備えることを特徴とする流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工場、半導体製造分野、食品分野、バイオ分野などの各種産業における流体輸送において、流体中に超音波振動を伝搬させ、流れの上流側からの超音波伝搬時間と下流側からの超音波伝搬時間との差から流体の流速又は流量を計測する超音波流量計及びこのような超音波流量計を備える流体制御装置に関し、特に微小流量の計測及びスラリ流体とりわけ半導体分野で使用されるＣＭＰスラリ流体の流量の計測に適した超音波流量計及びこのような超音波流量計を備える流体制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波伝搬時間の差によって測定管内を流れる流体の流速又は流量を計測する超音波流量計は２種類に大別することができる。
【０００３】
第１のタイプの超音波流量計では、直管状の測定管の両端部に測定管に対して略直角になるように流路が接続され、測定管を挟んで対面するように測定管の上流端部及び下流端部に超音波送受信器が配置される。かかる超音波流量計では、上流側の超音波送受信器から発せられた超音波が測定管内の流体中を伝搬して下流側の超音波送受信器により受信され、その後瞬時に、下流側の超音波送受信器から発せられた超音波が測定管内の流体へ伝搬して上流側の超音波送受信器により受信される（特許文献１、特許文献２、特許文献３等を参照）。その際、上流側の超音波送受信器から下流側の超音波送受信器への超音波伝搬時間と下流側の超音波送受信器から上流側の超音波送受信器への超音波伝搬時間とに差が生じることを利用して、測定管内の流体の流速を求め、流量を計測する。
【０００４】
第２のタイプの超音波流量計では、直管状の測定管の外周部に設けられた伝送体に二つの超音波送受信器が配置される。かかる超音波流量計では、一方の超音波送受信器から発せられた超音波が伝送体及び測定管壁を通して測定管内の流体に伝搬し、測定管の管壁で反射されながら測定管内の流体の流れの方向に対して斜めに伝搬して、他方の超音波送受信器により受信され、その後瞬時に、送信側と受信側が切り換えられ、同様に、一方の超音波送受信器から発せられた超音波が他方の超音波送受信器により受信される（特許文献４、特許文献５及び特許文献６等を参照）。その際、上流側の超音波送受信器から下流側の超音波送受信器への超音波伝搬時間と下流側の超音波送受信器から上流側の超音波送受信器への超音波伝搬時間とに差が生じることを利用して、直管部内の流体の流速を求め、流量を計測することは第１のタイプの超音波流量計と同様である。
【０００５】
第１のタイプの超音波流量計では、測定管の両端部に曲部が形成されるため、特に測定管内を流れる流体がスラリの場合、スラリが曲部に堆積、固着して超音波振動の伝搬が妨げられ、正確な流量の計測ができないという問題が生じる。これに対して、第２のタイプの超音波流量計では、測定管の両端部に曲部を形成する必要がないので、上記のような問題が生じにくいという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４６６４５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３７０５９号公報
【特許文献３】特開２００７−５８３５２号公報
【特許文献４】特開２００５−１８８９７４号公報
【特許文献５】特開２００８−２７５６０７号公報
【特許文献６】特開２０１１−１１２４９９号公報
【特許文献７】特開２０１２−４２２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、第２のタイプの超音波流量計では、測定管の外周部に伝送体を設ける必要がある。測定管と別工程で作製した伝送体を接着剤や溶着などで測定管に後付けする場合、作業者の熟練度により、測定管に対する伝送体の位置や伝送体間の距離などにばらつきが生じやすく、測定精度の悪化の原因になる。また、接着剤の塗布量、接着剤の乾燥時間、接着剤の塗布の均一性などが超音波流量計の性能のばらつきを生じさせるため、超音波流量計の性能を保証するためには、これらを管理する必要が生じる。さらに、小径の測定管を使用する場合、測定管と伝送体との組立が困難となるという問題も生じる。射出成形により測定管と伝送体とを一体成形すれば、接着剤を用いる必要がなくなるが、測定管の内径に抜き勾配を設ける必要が生じ、測定管内の流体の流速が一定とならなくなるので、特に小径の測定管の作製には適さない。このため、伝送体と測定管を一体的に作製する場合、切削加工が用いられることが多い。
【０００８】
しかしながら、切削加工では、特に小さい管径の測定管の場合、作製が困難である上に、測定管の内周面の品質の管理が困難であり、測定管の内周面に微小な凹凸が形成されて、微細気泡が付着しやすくなる。この微細気泡は、表面で超音波振動を反射させてしまうため、特に超音波振動が測定管内で反射しながら伝搬する第２のタイプの超音波流量計では、出力信号強度を低下させると共に測定精度を悪化させる原因となる。
【０００９】
このような測定管内の微細気泡の問題を解消するために、特許文献７に記載の直管式超音波流量計では、図８に示されているように、筐体１０１の測定空間１０２内に設置された測定部１０３が、測定用流体を流す直管の測定用管体１０４と、測定用管体１０４の外周に軸線方向へ所定の間隔を設けて配設された一対の振動子１０５とを備え、測定用管体１０４の下流側に設けられた縮径部すなわち気泡圧潰部１０６により、小流量時に発生して内壁面近傍に集まる小さな気泡を圧潰させている。しかしながら、気泡圧潰部１０６として設けた縮径部により圧力損失が生じると共に、異物が付着及び堆積しやすくなる。また、縮径部により通常の大きさの気泡が通過しにくくなり、かえって測定精度を悪化させる原因となり得る。
【００１０】
よって、本発明は、従来技術に存する問題を解消して、超音波送受信器が取り付けられる伝送体が測定管と一体的に形成されており、かつ、超音波流量計の測定管の内周面に微細気泡が付着しにくい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】
【００１１】
上記目的に鑑み、本発明は、内部に流体を流通させる測定管と、該測定管の外側部に軸線方向に離間して設けられた二つの伝送体にそれぞれ取り付けられた二つの超音波送受信器とを備え、前記測定管と二つの前記伝送体とが一体的に形成されており、該二つの超音波送受信器の一方から発信した超音波振動を前記測定管内の流体を経て前記二つの超音波送受信器の他方で受信し、発信側と受信側の超音波送受信器を交互に切り換えて二つの超音波送受信器間の超音波伝搬時間を測定することにより前記流体の流速を測定する超音波流量計であって、前記測定管の内径が長さ方向に均一で且つ５ｍｍ以下であると共に、前記測定管の長さが３０ｍｍ以上であり、前記測定管の内周面の算術平均粗さＲａが、０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍである超音波流量計を提供する。
【００１２】
測定管と伝送体とが一体的に形成される超音波流量計で、測定管の内径が長さ方向に均一で５ｍｍ以下であり且つ測定管の長さが３０ｍｍ以上の場合、射出成形で作製することが困難である上に、測定管の内孔の抜き勾配が測定精度に与える影響が大きくなるので、切削加工により作製されることが一般的である。この場合、測定管の内周面には微小な凹凸（算術平均粗さ０．４μｍ程度）が形成されてしまい、測定管の内周面の微小な凹凸に微細気泡が付着しやすかった。この結果、測定管の内周面に付着した微細気泡が超音波の伝搬に悪影響を与え、信号強度の低下や測定精度の悪化の原因となっていた。これに対して、本発明者は、測定管の内周面の算術平均粗さＲａが０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍの範囲となるようにすれば、測定管の内周面への微細気泡の付着を防止することができることを見出した。このように、測定管の内周面の算術平均粗さＲａを０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍとすることにより、微細気泡が超音波振動の伝搬に与える影響を抑制して、出力信号の信号強度を増加させると共に測定精度を向上させることができる。
【００１３】
上記超音波流量計では、前記測定管の内周面の算術平均粗さＲａが、０μｍ＜Ｒａ≦０．０２μｍとなるようにすることがさらに好ましい。測定管の内周面の算術平均粗さＲａがこのような範囲になっているときに、より高い微細気泡の付着防止効果が得られる。
【００１４】
前記測定管と前記伝送体が同じ種類のフッ素系樹脂から作製されていることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明は、上記超音波流量計と、該超音波流量計からの出力に応じて機器の制御を行う制御部とを備える流体制御装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の超音波流量計によれば、測定管の内周面が平滑になっているため、微細気泡が付着しにくくなる。これにより、微細気泡が超音波振動の伝搬に与える影響を抑制して、測定精度を向上させることができ、測定精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による超音波流量計の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】超音波流量計の測定管の内周面を平滑にするための方法の第１の例を示す説明図である。
【図３】超音波流量計の測定管の内周面を平滑にするための方法の第２の例を示す説明図である。
【図４】超音波流量計の測定管の内周面に付着した微細気泡の影響を説明するための説明図である。
【図５】超音波流量計の測定管の内周面の表面粗さが測定精度及び出力信号強度に与える影響を調べるための実験設備の全体構成を示す概略図である。
【図６】超音波流量計の測定管の内周面の表面粗さを様々に変えたときの受信信号の振幅の結果を示す（ａ）表及び（ｂ）グラフである。
【図７】本発明による超音波流量計を用いた流体制御装置の全体構成図である。
【図８】従来技術の超音波流量計の例を部分的に断面で示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明による超音波流量計及びこのような超音波流量計を備えた流体制御装置の実施の形態を説明する。
最初に、図１を参照して、本発明による超音波流量計１０の全体構成を説明する。
【００１９】
超音波流量計１０は、測定対象の流体が内部を満水状態で流れるようになっている測定管１と、第１の伝送体２ａと第２の伝送体２ｂとからなる一対の伝送体２と、一対の伝送体２のそれぞれに取り付けられる超音波送受信器としての超音波振動子３とを備える。
【００２０】
測定管１の長さは３０ｍｍ以上であり、かつ、測定管１の内径が長さ方向に均一で５ｍｍ以下となっている。このような測定管１を射出成形で作製しようとすると、測定管１の内孔の抜き勾配が内部を流れる流体の流速を変化させて測定精度に与える影響が大きくなる。また、金型の設計や成形条件の管理が難しいという問題もある。このため、このような測定管１は一般的に切削加工で作製され、その内周面１ａには微細な凹凸（通常、算術平均粗さＲａで０．４μｍ以上）が形成されてしまう。このため、測定管１の内周面１ａに微細気泡が付着しやすかった。そこで、超音波流量計１０では、微細気泡が測定管１の内周面１ａに付着しにくくなるように、測定管１の内周面を切削加工により形成された面よりも平滑にしている。詳細には、後述するような研磨や溶融などの方法を用いて、測定管１の内周面１ａの算術平均粗さＲａを０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍの範囲内、好ましくは０μｍ＜Ｒａ≦０．０２μｍの範囲内となるようにしている。
【００２１】
測定管１の材質は、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などの合成樹脂から作成されることが好ましい。しかしながら、測定管１の材質は、超音波を伝搬することができるものであれば特に限定されるものではなく、ジュラルミン、アルミニウム、アルミ合金、チタン、ハステロイ、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属、ガラス、石英などから作製してもよい。また、測定管１の外径は特に限定されるものではないが、超音波振動の伝搬を容易にするために、測定管１の管壁の厚さは薄い方が好ましい。
【００２２】
一対の伝送体２の第１の伝送体２ａと第２の伝送体２ｂは、測定管１の外側部に、測定管１の軸線方向に離間して設けられ、測定管１と一体になっている。第１の伝送体２ａ及び第２の伝送体２ｂの各々は、好ましくは、図１に示されている実施形態のように、頂点側から底面側に向かうにつれて拡径していく略円錐状をなしており、測定管１の周囲を取り囲む第１の伝送体２ａ及び第２の伝送体２ｂの貫通口の内周面と測定管１の外周面とが全体にわたって一体となるように結合されている。また、第１の伝送体２ａ及び第２の伝送体２ｂは、その頂点側が互いに近い側を向き且つ底面側が互いから遠い側を向くように、対向して配置されており、測定管１の軸線方向に対して垂直方向に延びる端面を底面側に有している。
【００２３】
しかしながら、伝送体１の形状は、図１に示されている実施形態のものに限定されるものではない。例えば、図１に示されている実施形態では、伝送体２（第１の伝送体２ａ及び第２の伝送体２ｂ）の各々が略円錐状となっており、測定管１の周囲を取り囲む貫通口の内周面と測定管１の外周面とが全体にわたって一体となるように形成されているが、貫通口の底面側が頂点側よりも拡径されており、貫通口の内周面の頂点側の一部のみが測定管１の外周面と一体となるように結合され、貫通口の内周面の残余の部分が測定管１の外周面から離間した状態となるようにしてもよい。この場合、各伝送体２から測定管１に超音波が伝搬しやすいように、各伝送体２の貫通口の内周面の少なくとも３分の１が一体となるように結合されていることが好ましい。
【００２４】
伝送体２の材質は特に限定されるものではない。例えば、伝送体２は、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などの合成樹脂から作成してもよく、ジュラルミン、アルミニウム、アルミ合金、チタン、ハステロイ、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属、ガラス、石英などから作製してもよい。しかしながら、伝送体２は、超音波振動の伝搬性を良好にするために、測定管１と同じ材質から作製されることが好ましい。
【００２５】
超音波送受信器として使用される超音波振動子３は、超音波を発生できるものであれば、特に限定されるものではなく、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を用いて作製され、電圧を印加したときに軸線方向に伸縮することにより超音波を発生する超音波振動子を超音波振動子３として使用することができる。各超音波振動子３は、一方の超音波振動子３で発生された超音波が測定管１内の流体を介して他方の超音波振動子３に伝搬されるように、各伝送体２に取り付けられる。図１に示されている実施形態では、超音波振動子３は、ドーナツ形状すなわち穴あき円板形状を有しており、超音波振動子３の軸線方向端面が各伝送体２の底面側端面に接着剤等により取り付けられている。超音波振動子３の内径は各伝送体２の底面側貫通口と略同径であり、その内周面は測定管２の外周面から離間した状態となるようにする。しかしながら、超音波振動子３の形状は、穴あき円板形状に限定されるものではなく、例えば、半円状や扇状とすることも可能である。
【００２６】
測定管１の内周面１ａは、例えば、以下のように研磨や溶融などの方法により平滑にすればよい。
図２は、測定管１の内周面１ａを平滑にする第１の方法を示している。第１の方法では、切削加工により測定管１と伝送体２とが一体的になっている超音波流量計１０を作製した後、スラリータンク１１内からポンプ１２を用いて超音波流量計１０の測定管１内へスラリー粒子１３を含むスラリー（例えばアルミナ系スラリー）を供給して流通させることにより、内周面１ａの算術平均粗さが０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍとなるように、スラリー粒子１３で測定管１の内周面１ａを研磨する。最初に相対的に大径のスラリー粒子１３で研磨を行った後に、相対的に小径のスラリー粒子１３で研磨を行うようにしてもよい。粒径０．４μｍのアルミナスラリーを圧力３８０ｋＰａ、流量５００ｍＬ／分で２０日間、内径２ｍｍ、外径４ｍｍの測定管１に供給して、内周面１ａの研磨を行う実験を行ったところ、測定管１の内周面１ａの算術平均粗さＲａは０．２μｍとなった。研磨前後で同条件下での超音波流量計１０の受信側超音波振動子３からの出力信号を比較したところ、研磨前には、受信側超音波振動子３からの出力信号のピーク間電圧（ピークトゥピーク電圧）Ｖｐ−ｐが４１ｍＶであったのに対して、研磨後には、受信側超音波振動子３からの出力信号のピーク間電圧（ピークトゥピーク電圧）Ｖｐ−ｐが２２６ｍＶとなり、受信信号強度が増加し、微細気泡の影響が減少したことが確認された。また、測定精度の向上の効果も得られた。
【００２７】
図３は、測定管１の内周面１ａを平滑にする第２の方法を示している。第２の方法では、切削加工により測定管１と伝送体２とが一体的になっている超音波流量計１０を作製した後、図３（ａ）に示されているように、測定管１内に加熱手段として測定管１の内径とほぼ同じ外径の棒状のヒータ１４を挿入して、電線１５を通してヒータ１４に給電することにより、所定時間、測定管１の内周面１を加熱溶融する。その後、図３（ｂ）に示されているように、加熱した状態のままヒータ１４を測定管１から引き抜くことにより、内周面１ａの平滑化を行って、測定管１を冷却し、内周面１ａの算術平均粗さが０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍとなる測定管１を作製する。温度条件やヒータ１４の外周面と測定管１の内周面１ａとの距離を制御することにより、測定管１の内周面１ａの表面粗さを調節することができる。測定管１の内周面１ａを加熱溶融させることができれば、加熱手段として、棒状のヒータ１４以外の機器を用いることももちろん可能である。この方法を用いる場合、測定管１の内周面１ａを溶融できるように、測定管１の材質は、樹脂、金属、ガラスなどとする必要がある。ヒータ１４の温度を２８０℃まで上昇させ、８秒間加熱した後に、ヒータ１４を測定管１から引き抜くことにより、平滑な内周面１ａの測定管１が作製された。溶融による平滑化前後で同条件下での超音波流量計１０の受信側超音波振動子３からの出力信号を比較したところ、溶融による平滑化前には、受信側超音波振動子３からの出力信号のピーク間電圧（ピークトゥピーク電圧）Ｖｐ−ｐが４２ｍＶであったのに対して、溶融による平滑化後には、受信側超音波振動子３からの出力信号のピーク間電圧（ピークトゥピーク電圧）Ｖｐ−ｐが１７０ｍＶとなって受信信号強度が増加し、微細気泡の影響が減少したことが確認された。また、測定精度の向上の効果も得られた。
【００２８】
上記方法は例示にすぎず、測定管１の内周面１ａを平滑にするための方法は、測定管１の内周面１ａの算術平均粗さＲａを０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍとすることができれば、上記方法に限定されるものではない。例えば、内周面１ａの算術平均粗さＲａが０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍとなるように押出成形により測定管１を作製した後、作製した測定管１をインサートとして、測定管１の外側部に測定管１と一体となるように一対の伝送体２をインサート成形することにより、測定管１と一対の伝送体２とが一体となった超音波流量計１０を作製することも可能である。
【００２９】
次に、超音波流量計１０の動作を説明する。
超音波流量計１０では、流体の流れに対して上流側に位置する超音波振動子３に変換器（図示せず）から電圧パルス又は周波数成分を持たない電圧が印加されると、超音波振動子３には、その厚さ方向（すなわち、電圧を印加する方向）及び径方向（すなわち、電圧印加方向と垂直な方向）に振動が発生する。伝送体２の底面側端面すなわち軸線方向端面と超音波振動子３の軸線方向端面とを固着させた上で超音波振動子３の両軸線方向端面の間に電圧を印加することにより、超音波として振動エネルギの大きい厚さ方向の超音波振動を伝送体２の底面側端面に伝搬させている。こうして、伝送体２に伝搬された超音波振動はさらに伝送体２及び測定管１の管壁を介して測定管２内の流体中へ伝わり、測定管１の外周面で反射されることを繰り返しながら測定管２内の流体中を伝搬した後、超音波振動が下流側に対向して位置する伝送体２を通してこれに固着される超音波振動子３へ伝搬され、電気信号に変換されて、この電気信号が変換器へ出力される。
【００３０】
超音波振動が上流側の超音波振動子３から下流側の超音波振動子３へ伝わり受信されると、瞬時に変換器内で送受信が切り換えられて、下流側に位置する超音波振動子３に電圧パルス又は周波数成分を持たない電圧が変換器から印加される。すると、上流側の超音波振動子３と同様に超音波振動が発生し、この超音波振動が伝送体２を通って測定管２内の流体に伝搬され、再び上流側に対向して位置する伝送体に固着される超音波振動子３に受信されると、電気信号に変換されて、この電気信号が変換器へ出力される。このとき、超音波振動は測定管２内の流体の流れに逆らって伝搬していくので、上流側の超音波振動子３から発信された超音波振動を下流側の超音波振動子３で受信したときに比べて流体中での超音波振動の伝搬速度が遅れ、伝搬時間が長くなる。
【００３１】
変換器内では、上流側超音波振動子３から下流側超音波振動子３への超音波振動の伝搬時間と下流側超音波振動子３から上流側超音波振動子３への超音波振動の伝搬時間が各々計測され、その差に基づいて流速及び流量が演算され、高精度な流量の計測を行うことができる。
【００３２】
超音波流量計１０の測定管１の内周面１ａに微細気泡が付着していると、微細気泡の表面で超音波を反射させてしまう。微細気泡の影響を受けていない超音波振動は、図４（ａ）において矢印Ａで示されているように、測定管１の外周面で反射されることを繰り返しながら測定管１内を伝搬していく。しかしながら、測定管１の内周面１ａに微細気泡が付着していると、図４（ａ）において矢印Ｂで示されているように、発信側の超音波振動子３から伝送体２及び測定管１に伝搬された超音波振動が測定管１と微細気泡との境界すなわち測定管１の内周面１ａ付近で反射されて測定管１内の流体に伝搬されなかったり、測定管１内の流体内を伝搬される超音波振動が測定管１内の流体と気泡との境界で反射されて受信側の超音波振動子３に入射されなかったりして、受信側の超音波振動子３に到達する超音波量が減少するため、信号強度の低下を招く。また、図４（ｂ）に示されているように、微細気泡の影響を受けていない超音波振動は、矢印Ａで示されているように、測定管１の外周面で反射されることを繰り返しながら測定管１内を伝搬していくのに対して、測定管１の内周面１ａに微細気泡が付着していると、矢印Ｂで示されているように、微細気泡と周囲との境界面で超音波振動が反射されてしまい、超音波振動の伝搬経路に差が生じて、伝搬時間にも影響を及ぼし、測定精度を悪化させる。
【００３３】
本発明による超音波流量計１０では、超音波流量計１０の測定管１の内周面１ａの表面粗さを小さくして平滑にし、微細気泡が測定管１の内周面１ａに付着することを抑制しているので、微細気泡で超音波振動が反射されにくくなり、微細気泡による信号強度の低下や測定精度の悪化を抑制することができる。
【００３４】
図５は、表面粗さによる微細気泡の付着が測定精度や信号強度に与える影響を確認するための実験装置を示している。実験では、脱気装置２３により脱気された純水２１をためたタンク２８内に空気２２を供給し、３０分間のバブリングを行うことにより、微細気泡を含む純水を準備し、バルブ２５で流量を調整しながら、微細気泡を含む純水をポンプ２４でタンク２８から超音波流量計２６へ供給し、超音波流量計２６（詳細には、その受信側超音波振動子）からの出力信号をオシロスコープ２７で観察した。
【００３５】
超音波流量計２６として、超音波流量計１０と同じ構造で、長さ４０ｍｍ、外径３ｍｍ、内径２ｍｍの測定管を備えたものを用い、送信側超音波振動子に周波数６００ｋＨｚ、振幅±５Ｖの矩形波の電圧パルスを印加したときの受信側超音波振動子からの出力信号のピーク間電圧（ピークトゥピーク電圧）Ｖｐ−ｐをオシロスコープ２７により計測した。図６（ａ）は超音波流量計２６の測定管の表面粗さとこれを用いた試験において受信側超音波振動子で受信された信号の振幅（ピーク間電圧Ｖｐ−ｐ）との関係を示した表であり、図６（ｂ）はこれをグラフで表したものである。図６を参照すると、測定管の内周面の算術表面粗さＲａが変わると、超音波流速計１０の受信側超音波振動子からの出力信号のピーク間電圧（ピークトゥピーク電圧）Ｖｐ−ｐが変化することが分かる。図６から、Ｒａ＞０．２μｍの場合と比較して、０μｍ＜Ｒａ≦０．２μｍの範囲で受信側超音波振動子からの出力信号のピーク間電圧Ｖｐ−ｐが大幅に増加しており、受信側超音波振動子により受信された信号の強度が増加し、微細気泡の影響が低減されたことが確認できる。また、これにより、測定精度の向上の効果も得られた。
【実施例】
【００３６】
図７は、本発明による超音波流量計１０を用いた流体制御装置を示している。
流体制御装置３０は、超音波流量計１０と、流体の流量、流速、圧力などを調整するための流体要素３１と、超音波流量計１０からの出力信号を処理して制御を行う電装部３４とを備える。
【００３７】
流体要素３１としては、例えば電気駆動式又は空気駆動式のピンチバルブを使用することができる。しかしながら、流体要素３１は、流体の流量、流速、圧力などを調整するための機器であれば、電気駆動式又は空気駆動式のピンチバルブに限定されるものではない。
【００３８】
電装部３４は、超音波流量計１０の超音波振動子２からの出力信号を増幅するアンプ部３２と、アンプ部３２によって増幅された信号に基づいて制御を行う制御部３３とを含み、制御部３３からの制御信号に基づいて、流体要素３１の動作を制御し、流体制御を行う。
【００３９】
流体制御装置３０によれば、本発明による超音波流量計１０を用いているので、流体の流量を高精度で測定することが可能であり、精密な流体制御が可能になる。
【符号の説明】
【００４０】
１    測定管
２    伝送体
２ａ    第１の伝送体
２ｂ    第２の伝送体
３    超音波振動子
１０    超音波流量計
３０    流体制御装置
３１    流体要素
３３    制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図６】
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