(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送・受信する超音波素子を有底筒状のセンサホルダに収納してなる一対の超音波センサを被測定流体が流れる管に設け、前記超音波センサにより検出された超音波信号に基づいて前記管内の被測定流体の流量を求める流量計であって、前記一対の超音波センサのうち少なくとも一方の超音波センサを取り外し可能に収納、載置する有底筒状体を設け、前記管に貫通孔を形成すると共に、該貫通孔に前記有底筒状体を嵌合させることを特徴とする流量計。
【請求項２】
超音波センサを載置する有底筒状体の底面部の少なくとも一部の厚さが、該有底筒状体中を超音波が伝搬するときの超音波の波長の１／２の整数倍になっていることを特徴とする請求項１に記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流量計の一例として図２に示すものがある。
図２において、流量計１は、被測定流体Ａが流れる管２と、管２内に設けられてカルマン渦Ｂを発生させる渦発生体３と、カルマン渦Ｂの発生領域に臨むように管２に相対向して形成された孔４，４と、この２つの孔４，４にそれぞれ嵌合された超音波センサ５，５と、この超音波センサ５，５を覆うようにして管２の外側にボルト６により取り付けられる押え板７，７と、超音波センサ５，５により検出された超音波信号に基づいて被測定流体Ａの流量を求める図示しない演算部とから大略構成されている。
【０００３】
超音波センサ５は、有底筒状のセンサホルダ９と、センサホルダ９内に収納して底部１０に載置される超音波を送信または受信する超音波素子１１とを有している。この場合、図２の下側の超音波センサ５が超音波を送信するようになっており、この超音波センサ５を以下、適宜、送信器５ａという。また、図２の上側の超音波センサ５が超音波を受信するようになっており、この超音波センサ５を以下、適宜、受信器５ｂという。
図２中、１２，１３は被測定流体Ａが流れる管であり、前記管２はこの管１２，１３に接続されている。
【０００４】
この流量計１では、流速ひいては流量に対応して発生するカルマン渦Ｂにより送信器５ａが送信する超音波が変調されることを利用し、変調量ひいてはカルマン渦Ｂの発生量（周波数）に基づいて流量を求めている。
【０００５】
また、他のタイプの流量計として、前記孔４，４に代えて管２の内側に床部を残すように穴を２つ設け、一方の穴に送信器５ａ（超音波センサ５）を収納し、また他方の穴に受信器５ｂ（超音波センサ５）を収納するように構成した流量計（便宜上、床部を有するタイプの流量計という。）がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、流量計では、超音波センサの交換を容易に行えることが望まれている。しかしながら、上述した図２に示す従来技術では、超音波センサ５の交換は、管２内の被測定流体Ａを一旦排出した上で行うようにしており、交換作業に手間取ることとなり、メンテナンス性が劣ったものになっていた。
【０００７】
また、送信器５ａと受信器５ｂとの超音波の伝搬が管２を介して行われる（すなわち、超音波が管２を回り込んで伝搬される）と、その分だけ、Ｓ／Ｎ比が低下する（計測精度が劣ったものになる）ので、このようなＳ／Ｎ比の低下を抑制するために超音波センサ５（送信器５ａ、受信器５ｂ）と管２との間に超音波の伝搬を抑制するように複数の境界があることが望まれる。しかしながら、図２に示す従来技術では、超音波センサ５（送信器５ａまたは受信器５ｂ）と管２との間の部分のみが管２への超音波の伝搬を抑制するのみ、すなわち境界として１つであるので、管２への超音波の回り込み抑制は一定限度に抑えられ、その分、計測精度が低下することとなり、上述した要望に応えられていなかった。
【０００８】
上述した従来技術のうち、床部を有するタイプの流量計では、超音波センサの交換作業を被測定流体を排出することなく行え、その分、メンテナンス性が向上することになる。しかしながら、このタイプの流量計も、図２の流量計１と同様に、前記境界は１つであり、計測精度がその分劣ったものとなっている。
【０００９】
また、床部を有するタイプの流量計では、被測定流体中の超音波の透過性の向上、ひいては計測精度の向上を図るために超音波センサと被測定流体の間の部材〔すなわち、穴の床部〕の厚さが、超音波の波長λの（１／２）になるように調整することが望まれる。しかしながら、この場合、底部の厚さを（１／２）λの寸法にするには、管を加工しなければならないことと、流路が円であるために平面部を加工すると部位により厚さが変化するなどの課題があり、調整することは極めて困難であった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、メンテナンス性及び計測精度の向上を図ることができる流量計を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、超音波を送・受信する超音波素子を有底筒状のセンサホルダに収納してなる一対の超音波センサを被測定流体が流れる管に設け、前記超音波センサにより検出された超音波信号に基づいて前記管内の被測定流体の流量を求める流量計であって、前記一対の超音波センサのうち少なくとも一方の超音波センサを取り外し可能に収納、載置する有底筒状体を設け、前記管に貫通孔を形成すると共に、該貫通孔に前記有底筒状体を嵌合させることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、超音波センサを載置する有底筒状体の底面部の少なくとも一部の厚さが、該有底筒状体中を超音波が伝搬するときの超音波の波長の１／２の整数倍になっていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態の流量計１を図１に基づいて説明する。なお、図２に示す部材、部分と同等の部材、部分については同等の符号を用い、その説明は適宜、省略する。
【００１４】
図１において、流量計１は、被測定流体Ａが流れる管２と、管２内に設けられてカルマン渦Ｂを発生させる渦発生体３と、カルマン渦Ｂの発生領域に臨むように管２に相対向して形成された孔４，４と、この２つの孔４，４にそれぞれ嵌合される略ハット状のキャップ（有底筒状体）１４と、キャップ１４内に収納される超音波センサ５と、この超音波センサ５を覆うようにして管２の外側にボルト６により固定される板ばね１５と、両超音波センサ５，５の検出データに基づいて被測定流体Ａの流量を求める図示しない演算部とから大略構成されている。
【００１５】
前記管２における孔４，４を形成した部分には、リング状の切欠段差１６が形成されていると共に、この切欠段差１６の外周側には、雌ねじ部（符号省略）を有する突部１７が形成されている。前記キャップ１４は、有底筒状のキャップ本体１８と、キャップ本体１８の開口側の縁部に形成された略リング状のフランジ１９とから構成されている。キャップ１４は、キャップ本体１８を孔４に挿入させ、かつフランジ１９を切欠段差１６に位置させてフランジ１９をボルト６で締め付けることにより管２に着脱可能に固定されている。
【００１６】
キャップ１４の外径寸法は、前記孔４の内径寸法に比して小さくされており、キャップ１４と孔４の内壁との間に空間部２０が形成されているため、キャップ１４側面部から管２に回り込んでしまう超音波を減衰させることができる。また、キャップ１４の底面部１４ａにおける外側部分（管２の内側部分）は、略円錐状に形成されており、これにより、反射した超音波が拡散されて、入射波と反射波とが干渉しないようになっている。また、キャップ１４の底面部１４ａの中心部分の厚さ寸法は、該底面部１４ａを透過する超音波の波長の１／２の厚さ寸法に設定されている。キャップ１４の底面部１４ａの厚さは超音波の波長の１／２の整数倍の寸法であると超音波が透過しやすい。なお、超音波の波長の１／２の整数倍の寸法のうち、超音波の波長の１／２の寸法の場合が最も超音波が透過しやすく、本実施の形態では、上述したようにキャップ１４の底面部１４ａの中心部分の厚さ寸法を、該底面部１４ａを透過する超音波の波長の１／２の厚さ寸法に設定している。
【００１７】
超音波センサ５は、キャップ１４内に収納してキャップ１４の底面部１４ａに載置される有底筒状のセンサホルダ９と、センサホルダ９内に収納されかつセンサホルダ９の底部１０に載置して音響接合剤Ｄにより接合される超音波を送信または受信する超音波素子１１とから大略構成されている。センサホルダ９の外径寸法は、前記キャップ本体１８の内径寸法に比して小さくされており、センサホルダ９とキャップ本体１８との間に空間部２１が形成されているため、センサホルダ９側面部からキャップ本体１８に回り込んでしまう超音波を減衰させることができる。
この場合、図１の下側の超音波センサ５が超音波を送信するようになっており、この超音波センサ５を以下、適宜、送信器５ａという。また、図１の上側の超音波センサ５が超音波を受信するようになっており、この超音波センサ５を以下、適宜、受信器５ｂという。
【００１８】
センサホルダ９の開口側にはセンサホルダ蓋２２が溶接またはねじ等により取り付けられている。センサホルダ蓋２２と超音波素子１１との間には、皿ばね２３及び押え部材２４が介装されており、皿ばね２３のばね力により押え部材２４を介して超音波素子１１をセンサホルダ９の底部１０に押え付けるようにしている。
【００１９】
前記板ばね１５は、中央部分が前記センサホルダ９の開口端部に当接し、端部側が前記突部１７に達しており、板ばね１５の端部に形成された孔（符号省略）を通されたボルト６が突部１７の雌ねじ部に螺合することにより管２に固定されており、この固定状態で、ばね力によりセンサホルダ９（超音波センサ５）をキャップ１４の底面部１４ａに押し付けるようにしている。
【００２０】
この流量計１では、流速ひいては流量に対応して発生するカルマン渦Ｂにより送信器５ａが送信する超音波が変調されることを利用し、変調量ひいてはカルマン渦Ｂの発生量（周波数）に基づいて流量を求めている。
【００２１】
また、この流量計１では、キャップ１４の底面部１４ａの厚さ寸法が超音波の波長λの（１／２）になるように調整し、このように調整されたキャップ１４を管２の孔４に挿入してボルト６により固定する。上述したようにキャップ１４の底面部１４ａの厚さ寸法が超音波の波長λの（１／２）になるように調整されていることにより、被測定流体Ａ中の超音波の透過性の向上、ひいては計測精度の向上を図ることができる。
これに対して、上述した床部を有するタイプの流量計では、床部の厚さ寸法の調整を管を加工して行わなければならず、調整作業が大掛かりとなり現実には対応するのが極めて困難であったが、本実施の形態によれば管２に比して小型で取扱が容易なキャップ１４の加工により行えるので、厚さ寸法調整を容易に行えることになる。
【００２２】
また、超音波センサ５の交換は、キャップ１４を管２の孔４に嵌合した状態で、板ばね１５のボルト６及び板ばね１５を管２から外して超音波センサ５をキャップ１４から外し、この後、新しい超音波センサ５をキャップ１４に収納することにより果たすことができる。
このため、上述した図２に示す従来技術で超音波センサ５の交換時に必要とされた管２内の被測定流体Ａの排出作業を行わなくて済むことになり、この分、迅速に交換作業を行えることとなってメンテナンス性の向上を図ることができる。
【００２３】
また、超音波センサ５と管２との間にはキャップ１４が介装されて、管２における超音波の伝搬路上の境界が、図２の従来技術に比して増える（複数になる）ので、境界による超音波伝搬抑制効果が大きくなって管２に回り込む超音波が小さくなる。このため、Ｓ／Ｎ比が大きくなり、この分さらに計測精度が向上することになる。
【００２４】
上記実施の形態では、送信器５ａ及び受信器５ｂのそれぞれをキャップ１４に収納する場合を例にしたが、本発明は、これに限定されるものではなく、送信器５ａ及び受信器５ｂ（対をなす超音波センサ５）のうちいずれか一方をキャップ１４に収納するように構成してもよい。このように構成することにより、キャップ１４を備えた分、Ｓ／Ｎ比が向上され計測精度の向上を図ることができる。この場合、キャップ１４に収納されないいずれか他方の超音波センサ５については、孔４に嵌合させてもよいし、管に床部を残すように形成される穴に収納するように構成してもよい。
【００２５】
また、上記実施の形態では、一対の超音波センサ５（送信器５ａ及び受信器５ｂ）を設けた場合を例にしたが、一対に限らず二対の超音波センサ５を設ける流量計に本発明を用いてもよい。
また、上記実施の形態では、カルマン渦Ｂを利用して被測定流体Ａの流量を計測する場合を例にしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、被測定流体Ａの流速に応じて超音波の伝搬時間が変化することを利用して被測定流体Ａの流量を計測するタイプの流量計に本発明を用いてもよい。
【００２６】
また、上記実施の形態では、一対の超音波センサ５（送信器５ａ及び受信器５ｂ）を相対向するように配置した場合を例にしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、超音波を送信及び受信する超音波素子を有底筒状のセンサホルダに収納してなる超音波センサを被測定流体が流れる管に設け、管の壁で超音波が反射することを利用して流量計測を行うタイプの流量計に本発明を適用してもよい。
【００２７】
上記実施の形態では、超音波センサ５を板ばね１５により押える例を示したが、この板ばね１５に代えて、ばね力を有していない板材をセンサホルダ９の開口端部に当接するように管２に取り付けるように構成してもよい。この場合、板材と超音波センサ５との間にばねを介装してもよい。
また、上記実施の形態の板ばね１５を廃止すると共に、センサホルダ９の開口端部にフランジを形成し、このセンサホルダ９のフランジをキャップ１４のフランジ１９に重ねてボルトにより共締めするように構成してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、管に形成する貫通孔に有底筒状体を嵌合し、有底筒状体に取り外し可能に超音波センサを収納するので、管に有底筒状体を嵌合した状態で超音波センサを交換することが可能であり、超音波センサの交換に際し、管から被測定流体を排出しなくて済むこととなり、この分、迅速に交換作業を行えることとなってメンテナンス性の向上を図ることができる。さらに、超音波センサと管との間に有底筒状体が介装されて、管における超音波の伝搬路上の境界が、超音波センサと有底筒状体との境界、有底筒状体と管との境界と２箇所に増えるので、超音波センサと管との境界しか持たない従来技術に比して境界による超音波伝搬抑制効果が大きくなって管に回り込む超音波が小さくなる。このため、Ｓ／Ｎ比が大きくなり、計測精度が向上することになる。
【００２９】
請求項２に記載の発明は、超音波センサを載置する有底筒状体の底面部の少なくとも一部の厚さが、該有底筒状体中を超音波が伝搬するときの波長の１／２の整数倍になっているので、被測定流体中の超音波の透過性が良好になり計測精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の流量計を示す断面図である。
【図２】従来の流量計の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
２    管
４    孔
５    超音波センサ
１４  キャップ
【図１】
0003590901.tif 000002
【図２】
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