(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量測定部と、前記流量測定部に配置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定部の上流側または下流側に配置された流量制御弁と、前記流量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部とを有し、前記流量制御弁を通る流れと前記流量測定部の流れとがほぼ直線状になるよう前記流量制御弁と前記流量測定部とは配列され、前記流量制御弁は、前記流量測定部の上流側に配置され、固定開口板と、回動開口板と、前記回動開口板と前記固定開口板の密着性を高める押圧部材とを有し、前記駆動部が駆動モータであり、前記押圧部材と前記回動開口板との間に滑り部材を配置した超音波式流量計。
【請求項２】
流量測定部と、前記流量測定部に配置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定部の上流側または下流側に配置された流量制御弁と、前記流量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部とを有し、前記流量制御弁を通る流れと前記流量測定部の流れとがほぼ直線状になるよう前記流量制御弁と前記流量測定部とは配列され、前記流量制御弁と前記流量測定部との間に整流部を配置し、流量制御弁は、流量測定部の上流側に配置され、固定開口板と、回動開口板と、前記回動開口板と前記固定開口板の密着性を高める押圧部材とを有し、駆動部が駆動モータであり、押圧部材と回動開口板との間に滑り部材を配置した超音波式流量計。
【請求項３】
流量測定部と、前記流量測定部に配置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定部の上流側または下流側に配置された流量制御弁と、前記流量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部とを有し、前記流量制御弁を通る流れと前記流量測定部の流れとがほぼ直線状になるよう前記流量制御弁と前記流量測定部とは配列され、前記流量制御弁は、前記流量測定部の上流側に配置され、固定開口板と、回動開口板と、前記回動開口板と前記固定開口板の密着性を高める押圧部材とを有し、前記駆動部が駆動モータであり、前記回動開口板は、周囲がギア状に形成され前記駆動モータの軸に取付けられ前記回動開口板に噛み合うギアとを備えた超音波式流量計。
【請求項４】
流量測定部と、前記流量測定部に配置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定部の上流側または下流側に配置された流量制御弁と、前記流量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部とを有し、前記流量制御弁を通る流れと前記流量測定部の流れとがほぼ直線状になるよう前記流量制御弁と前記流量測定部とは配列され、前記流量制御弁と前記流量測定部との間に整流部を配置し、前記流量制御弁は、前記流量測定部の上流側に配置され、固定開口板と、回動開口板と、前記回動開口板と前記固定開口板の密着性を高める押圧部材とを有し、前記駆動部が駆動モータであり、前記回動開口板は、周囲がギア状に形成され前記駆動モータの軸に取付けられ前記回動開口板に噛み合うギアとを備えた超音波式流量計。
【請求項５】
流量測定部と、前記流量測定部に配置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定部の上流側または下流側に配置された流量制御弁と、前記流量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部とを有し、前記流量制御弁を通る流れと前記流量測定部の流れとがほぼ直線状になるよう前記流量制御弁と前記流量測定部とは配列され、前記流量制御弁は、前記流量測定部の上流側に配置され、固定開口板と、回動開口板と、前記回動開口板と前記固定開口板の密着性を高める押圧部材とを有し、前記駆動部が駆動モータであり、前記流量演算部の発振周波数と前記流量制御弁の駆動用周波数とを同一にした超音波式流量計。
【請求項６】
流量測定部と、前記流量測定部に配置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定部の上流側または下流側に配置された流量制御弁と、前記流量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部とを有し、前記流量制御弁を通る流れと前記流量測定部の流れとがほぼ直線状になるよう前記流量制御弁と前記流量測定部とは配列され、前記流量制御弁と前記流量測定部との間に整流部を配置し、流量制御弁は、流量測定部の上流側に配置され、固定開口板と、回動開口板と、前記回動開口板と前記固定開口板の密着性を高める押圧部材とを有し、前記駆動部が駆動モータであり、前記流量演算部の発振周波数と前記流量制御弁の駆動用周波数とを同一にした超音波式流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、流れの遮断機能を有する超音波式流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の計測装置として、図１１に示すように、ガスの入口流路１と、出口流路２との間に斜め方向に超音波流量計測部３を設け、入口流路１と超音波流量計測部３との間に圧力調整器４、遮断弁５を配置したものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合、遮断弁５の構造、およびそれに伴う全体の配置構成の関係上、コンパクトな構成を取ることができないものであった。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するもので、流量制御弁、流量計測部を直線状に配置することにより全体をコンパクトな構成にすることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、流量測定部と、前記流量測定部に配置された第一および第二の超音波振動子と、前記振動子からの信号を基に流量を算出する流量演算部と、前記流量測定部の上流側または下流側に配置された流量制御弁と、前記流量制御弁の駆動部と、前記駆動部の制御部とを有し、前記流量制御弁を通る流れと前記流量測定部の流れとがほぼ直線状になるよう前記流量制御弁と前記流量測定部とは配列され、前記流量制御弁は、前記流量測定部の上流側に配置され、固定開口板と、回動開口板と、前記回動開口板と前記固定開口板の密着性を高める押圧部材とを有し、前記駆動部が駆動モータであり、前記押圧部材と前記回動開口板との間に滑り部材を配置したものである。
【０００６】
【作用】
本発明は上記した構成により、全体の流路構成を直管状にでき、コンパクトな構成で流量計測、ならびに流れ遮断制御を行うことができるものである。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の第１の実施例を図１〜図５を参照しながら説明する。
【０００８】
図１において、６は流量測定部であり、７は流量測定部６の一方の側に配置された第一の超音波振動子であり、８は流量測定部６の他方の側に配置された第二の超音波振動子である。９は固定開口板、１０は回動開口板であり、固定開口板９と回動開口板１０より流量制御弁１１が構成されている。１２は回動開口板１０を固定開口板９に押圧するバネ（押圧部材）である。１３はモータ（駆動部）であり、１４はその軸である。軸１４は回動開口板１０に固定されており、その一端は固定開口板９に設けられた軸受部１５にて回転可能に支持されている。モータ１３は保持具１６に取付けられており、保持具１６は支持部１７により管路１８に固定されている。１９はモータ１３のリード線であり、支持部１７の内部を通り、管路１８の外部に取出されている。２０は固定開口板９、回動開口板１０、バネ１２を収納するための凹部である。２１は管路１８に取付けられたセンサ、２２はモータ１３の制御部である。２３は整流部である。
【０００９】
上記により、流量制御弁１１、整流部２３、流量測定部６は直管状に配列されている。図２において、（ａ）は固定開口板９を示しており、２４、２５、２６はその開口部である。また、（ｂ）は回動開口板１０を示しており、２７、２８、２９はその開口部であり、３０、３１、３２はその閉止部である。図３は図１のＡ−Ａ’断面を示したものである。
【００１０】
図４において、３３は第一の超音波振動子７、および第二の超音波振動子８からの信号を受けて流量演算を行う流量演算部である。その中で３４はスタート信号発生部、３５は送信部、３６は受信部、３７は切換部である。送信部３５はトリガ信号発生部３８、および発振部３９から成立っている。受信部３６は受信信号の増幅部４０、および基準値との比較部４１から成立っている。４２は繰返し部、４３は計時部、４４は演算部である。
【００１１】
次に作動を述べる。通常の計測動作時において、流量制御弁１１は、図５（ａ）に示すごとく、回動開口板９の開口部２４、２５、２６が、固定開口板１０の開口部２７、２８、２９と一致した状態にある。
【００１２】
このとき、図１において矢印ａの方向より流入した流れは流量制御弁１１を経た後、整流部２３により計測に適合するような状態の流れに整流され、流量測定部６を経て、利用される対象（図示せず）に向かって矢印ｂのごとく流出する。
【００１３】
この様な状態でスタート信号発生部３４から信号が入ると、トリガ信号発生部３８が働き、発振部３９により信号が切換部３７に送られる。この切換部３７は、当初は第一の超音波振動子７に送信部３５が、第二の超音波振動子８に受信部３６が接続される様設定されている。従って、上記トリガ信号により第一の超音波振動子７より超音波信号が流量測定部６内に発せられる。
【００１４】
この信号は第２の超音波振動子８により受けられ、増幅部４０により増幅され、比較部４１にて基準信号と比較される。この過程は繰返し部４２で設定された回数だけ行われた後、計時部４３に信号を送る。計時部４３では、トリガ信号発生からこのとき送られた信号までの経過時間（Ｔ１）を計時する。また、一方、所定の回数の繰返しが終了すると、繰返し部４２より切換え部３７へ信号が送られ、送信部３５を第２の超音波振動子８に、受信部３６を第１の超音波振動子７に接続する。また、これと同時に再度、トリガ信号発生部３８への駆動信号も送られる。
【００１５】
これにより、上記と同様の動作が流れと逆方向に対して行われ、経過時間（Ｔ２）が計測される。
【００１６】
この様にして測定された経過時間Ｔ１、およびＴ２をもとに以下の演算式により演算部４４にて流量が算出される。
【００１７】
まず、流速ｖが（数１）で求められる。
【００１８】
【数１】
0003601123.tif 000002
【００１９】
ただし、ここでθは流れと超音波伝搬経路とのなす角であり、Ｌは流量測定部の長さである。
【００２０】
次に、流量Ｑはこの流速に流量測定部６の断面積ｓを乗じて算出される。
【００２１】
Ｑ＝ｋｖｓ
ただし、ここでｋは測定流速ｖを測定断面内の平均流速に換算するための補正係数である。
【００２２】
上記説明でＴ１およびＴ２の計測は繰返し行ったが、精度の良い計測が行われる場合は一回でも良い。
【００２３】
次に配管部１８におけるセンサ２１が何らかの異常、例えば地震による異常振動を検知するとモータ１３の制御部２２が作動し、モータ１３を駆動する。これにより回動開口板１０はあらかじめ定められた所定の角度だけ回転し、図５（ｂ）に示すごとく、回動開口板１０の閉鎖部３０、３１、３２が固定開口板９の開口部２４、２５、２６を閉止する。これにより、図１において、矢印ａ方向より流入する流れは流量制御弁１１にて閉止される。
【００２４】
この様に、上記構成により流量計測部と流量制御弁との間に整流部を配置することにより、全体の流路構成を直管状になるごとく構成でき、流量計全体をコンパクトな構成にすることができる。
【００２５】
また、流量制御弁をモータ駆動とし、回転型スライド弁を使用することにより、流れ方向の長さを短くすることができより、コンパクトな流量計を作成することができる。
【００２６】
上記実施例において押圧部材１２をコイルバネで示したが、板バネを用いても良い。
【００２７】
次に第２の実施例を図６を参照しながら説明する。図６において、４５は円環状の滑り部材である。上記以外は第１の実施例と同じゆえ、同一番号で示してある。
【００２８】
次に作動を述べる。
【００２９】
この実施例の場合は、滑り部材４５が回動開口板１０とバネ１２との間に配置されて動作すること以外は第１の実施例と同じである。
【００３０】
本実施例によれば、回動開口板１０とバネ１２との間に滑り部材を配置することにより、回動開口板１０の回転時における摩擦を少なくし、流量制御弁１１の動作信頼性を向上させることができる。次に第３の実施例を図７を参照しながら説明する。図７において、４６は固定開口板、４７は回動開口板である。回動開口板４７は、固定開口板４６と一体化されている軸４８により回動可能に保持されている。また、４９は回動開口板４６を固定開口板４５に押圧するバネである。５０はモータ、５１はギアであり、５２は軸である。５３は回動開口板４６の外周に形成されたギアである。５４はモータ５０のケーシングである。上記以外は第１の実施例と同じゆえ、同一番号で示してある。
【００３１】
また、固定開口板４６、および回動開口板４７の構成は図２と同様である。
【００３２】
次に作動を述べる。この実施例の場合は回動開口板４７が配管部１８の外部に配置されたモータ５０により、ギア５１を介して駆動されるところが第１の実施例と異なるのみで、それ以外の動作は同じである。本実施例によれば、回動開口板４７をギアを介したモータ駆動とし、配管部１８の外部に配置することにより、強い閉止力を得ると共に、測定流れへの影響を少なくし、精度の良い計測を実現することができる。
【００３３】
次に第４の実施例を図８を参照しながら説明する。図８において、５５は円環状の圧電体（駆動部）、５６は弾性体で構成された固定開口板、５７は摩擦リングで構成された回動開口板である。５８はバネであり、５９は摩擦リング５７と一体的に形成された軸、６０は軸受け部である。圧電体５５、弾性体固定開口板５６、摩擦リング回動開口板５７、バネ５８は全体として超音波モータ６１を形成している。また、その中で固定開口板５６と回動開口板５７とは流量制御弁６２を形成している。６３はリード線、６４は制御部である。
【００３４】
上記以外は第１の実施例と同じゆえ、同一番号で示してある。また、固定開口板４６、および回動開口板４７の構成は図２と同様である。
【００３５】
次に作動を述べる。
【００３６】
この実施例の場合は回動開口板５７が超音波モータ６１の構成にて駆動されるところが第１の実施例と異なるのみで、それ以外の動作は同じである。
【００３７】
本実施例によれば、回動開口板５７の駆動に超音波モータ６１を用いているため、低速回転で高トルクが得られ、流量制御弁６２の閉止力を高めることができるものである。また、構造的に流量制御弁６２と駆動部５５を一体的に形成できるためよりコンパクトな構成となる。
【００３８】
次に第５の実施例を図９を参照しながら説明する。図９において、６５は制御信号発生部であり、６６は遮断トリガ信号発生部、６７は遮断切換部である。上記以外は図４と同じゆえ、同一番号で示してある。また、全体構成は第四の実施例と同じである。この実施例の場合は、流量測定のための超音波と超音波モータ６１駆動のための超音波の周波数は同一である。
【００３９】
いま、センサ２１から信号が入ると遮断トリガ信号発生部６６にて送信部３５に対する動作にトリガがかけられる。これは流量計測動作に対して優先的に作動するよう構成されている。センサ２１からは遮断切換部６７に対しても同時に信号が送られ、発振部３９からの信号を同時に制御部６４に伝達する。これ以降の動作は第４の実施例と同じである。
【００４０】
本実施例によれば、流量測定用の周波数と流量制御弁駆動用の周波数を同一にすることにより、回路をシンプル化することができる。
【００４１】
次に第６の実施例を図１０を参照しながら説明する。
【００４２】
図１０において、６８は固定開口板、６９は回動開口板であり、固定開口板６８動開口板６９より流量制御弁７０が構成されている。７１は回動開口板６９を固定開口板６８に押圧するバネである。７２はモータ（駆動部）であり、７３はその軸である。軸７３は回動開口板６９に固定されており、その一端は固定開口板６８に設けられた軸受部７４にて回転可能に支持されている。モータ７２は保持具７５に取付けられており、保持具７５は支持部７６により管路７７に固定されている。７８はモータ７２のリード線であり、支持部７６の内部を通り、管路７７の外部に取出されている。７９は固定開口板６８、回転開口板６９、バネ７１を収納するための凹部である。８０は管路７７に取付けられたセンサ、８１はモータ７２の制御部である。
【００４３】
上記により、流量測定部６、流量制御弁７０、は直管状に配列されている。また、固定開口板４６、および回動開口板４７の構成は図２と同様である。信号処理の流れは図４と同様である。
【００４４】
次に作動を述べる。通常の計測動作時においては、回動開口板６９の開口部２４、２５、２６は、固定開口板６８の開口部２７、２８、２９と一致した状態、すなわち図５（ａ）に示す状態にある。
【００４５】
このとき、図１０において矢印ａの方向より流入した流れは流量測定部６を経た後、流量制御弁７０を経て、利用される対象（図示せず）に向かって矢印ｂのごとく流出する。信号処理は第１の実施例と同じである。
【００４６】
次に配管部７７におけるセンサ８０が何らかの異常を検知するとモータ７２の制御部８１が作動し、モータ７２を駆動する。これにより回動開口板６９はあらかじめ定められた所定の角度だけ回転し、図５（ｂ）に示すごとく、回動開口板６９の閉鎖部３０、３１、３２、が固定開口板６８の開口部２４、２５、２６を閉止する。これにより、図１において、矢印ａ方向より流入する流れは流量制御弁７０にて閉止される。この様に、流量制御弁７０を流量測定部６の下流側に配置することにより、遮断機能付き超音波流量計をよりコンパクトな構成にて実現できるものである。
【００４７】
次に第７の実施例を図１１を参照しながら説明する。図１１において８２は流量測定部であり、８３は流量測定部８２の一方の側に配置された第一の超音波振動子であり、８４は流量測定部８２の他方の側に配置された第二の超音波振動子である。この場合、超音波振動子８３、および８４は管路８５の外部に取付けられている。８６、８７は音響整合層である。上記以外は第６の実施例と同じゆえ、同一番号で示してある。
【００４８】
次に作動を述べる。この場合は、超音波振動子８３、および８４が管路８５の外部に取付けられているところが第６の実施例と異なるのみで、動作は同じである。
【００４９】
本実施例においては、流量制御弁７０を流量測定部８２の下流側に配置し、超音波振動子８３、および８４を管外に配置することにより、流れの遮断に関する信頼性を上げると共に、測定精度の低下を生じることが無い構成とすることができる。なお、本発明における信号処理は１チップマイコン等のマイクロコンピュータを用いて、ソフトウエア的に実現することも可能である。
【００５０】
以上のように本発明の各実施例によれば次の効果が得られる。
【００５１】
（１）流量測定と流量制御弁との間に整流部を配置することにより、全体の流路構成を直管状になるように構成でき、遮断機能付き流量計全体をコンパクトに構成できる。
【００５２】
（２）流量制御弁として回転型スライド弁を使用することにより、流れ方向の長さを短くすることができ、よりコンパクトな流量計を作製することができる。
【００５３】
（３）流量制御弁の押圧部と回動開口との間に滑り部材を配置することにより、流量制御弁の動作信頼性を向上することができる。
【００５４】
（４）流量制御弁をギアを介したモータ駆動とすることにより、強い閉止力を得ると共に、モータを配管部の外部に配置することにより、測定流れへの影響を少なくし、精度良く計測することができる。
【００５５】
（５）回動開口板の駆動に超音波モータを用いることにより、低速回転で高トルクが得られ、したがって流量制御弁の閉止力を高めることができ、また、構造的に流量制御弁と駆動部を一体的に形成できるため、よりコンパクトに構成できる。
【００５６】
（６）流量測定用の周波数と流量制御弁駆動用の周波数を同一にすることにより、回路をシンプル化することができる。
【００５７】
（７）流量制御弁を流量測定部の下流側に配置することにより、流量制御弁が、流れに与える影響を少なくし、流量測定精度を向上することができる。
【００５８】
（８）超音波振動子を管外に配置することにより、流れの遮断時における信頼性を向上することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、全体の流路構成を直管状になるように構成でき、遮断機能付き流量計全体をコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の超音波流量計の垂直断面図
【図２】（ａ）同流量計における流量制御弁の固定開口板の平面図
（ｂ）同流量計における流量制御弁の回動開口板の平面図
【図３】同流量計における図１のＡ−Ａ’断面図
【図４】同流量計における制御ブロック図
【図５】（ａ）図２の固定開口板の開口部が開いている場合の平面図
（ｂ）図２の固定開口板の開口部が閉じている場合の平面図
【図６】本発明の第２の実施例の超音波流量計の垂直断面図
【図７】本発明の第３の実施例の超音波流量計の垂直断面図
【図８】本発明の第４の実施例の超音波流量計の垂直断面図
【図９】本発明の第５の実施例の制御ブロック図
【図１０】本発明の第６の実施例の超音波流量計の垂直断面図
【図１１】本発明の第７の実施例の超音波流量計の垂直断面図
【図１２】従来の超音波流量計の垂直断面図
【符号の説明】
６  流量測定部
７  第一の超音波振動子
８  第二の超音波振動子
１１  流量制御弁
１３  駆動部
２２  制御部
２３  整流部
【図１】
0003601123.tif 000003
【図２】
0003601123.tif 000004
【図３】
0003601123.tif 000005
【図４】
0003601123.tif 000006
【図５】
0003601123.tif 000007
【図６】
0003601123.tif 000008
【図７】
0003601123.tif 000009
【図８】
0003601123.tif 000010
【図９】
0003601123.tif 000011
【図１０】
0003601123.tif 000012
【図１１】
0003601123.tif 000013
【図１２】
0003601123.tif 000014