(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体を流通させる管体と、前記被測定流体の流通方向に対して斜めに横切って相互に対向した状態で超音波ビームの送受信を交互に行う一対または複数対の上流側圧電素子および下流側圧電素子とを備え、前記超音波ビームが前記管体の上流側から下流側に伝搬する時間と下流側から上流側に伝搬する時間との時間差から管体の内部の流体速度を求め、該流体速度に管体の内部の断面積を乗じて管体の内部を流れる流量を求める時間差方式の超音波流量計であって、
前記管体に超音波ビームを通す一対または複数対の穴が、前記管体の外周で流通方向に対して斜めに横切った位置に形成され、
前記管体の外周側から穴を覆う繊維強化樹脂製のカバー部材が、前記穴に設置されて超音波ビームを透過させるシート状の超音波ビーム透過部を有し、
前記上流側圧電素子に接合した超音波ビーム透過部と前記下流側圧電素子に接合した超音波ビーム透過部とが、前記管体の外周面に対して傾いているとともに互いに対向して設置され、
前記カバー部材の超音波ビーム透過部における繊維の延伸方向が、前記超音波ビーム透過部のシート延設方向に沿っていることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記カバー部材が、前記管体に対してシール材またはシール剤を介して取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記上流側圧電素子および下流側圧電素子が複数組あり、前記流通方向から視た複数組のうちの少なくとも１つの超音波ビーム伝搬路が、前記管体の管軸中心を通過しない伝搬路から成り、各組の上流側圧電素子および下流側圧電素子が、前記カバー部材を介して管体に対して設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記流通方向から視た各組の上流側圧電素子と下流側圧電素子との間の超音波ビーム伝搬路が、互いに平行に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記カバー部材を形成する繊維強化樹脂の繊維が、炭素繊維であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記管体が、金属で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記カバー部材を管体に押し付けるとともに固定する押し付け部材が、前記管体の外周側にねじ留めされていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記カバー部材の超音波ビーム透過部における繊維の延伸方向が、前記超音波ビーム透過部の厚み方向に直交する方向に沿っていることを特徴とする請求項1乃至請求項７のいずれか１つ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、圧電素子から発生する超音波ビームが管体の上流側から下流側に伝搬する時間と下流側から上流側に伝搬する時間との時間差から管体の内部の流体速度を求め、この流体速度に管体の内部の断面積を乗じて管体の内部を流れる流量を求める時間差方式の超音波流量計に関するものであって、特に、石油化学プロセスライン及び一般の化学プラント等において、配管内の流体を測定するための超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、時間差方式の超音波流量計として、流動媒体が流れる金属製の測定管と、送信ヘッドと、受信ヘッドとを備えた超音波式流量測定器が知られている（例えば、特許文献１）。
また、時間差方式の超音波流量計として、ノイズを低減する繊維強化樹脂製の管体と、一対の超音波送受信器とを備えた超音波流量計が知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４１５３３号公報（特に、図１、図２参照）
【特許文献２】特開２０１４−７７６５３号公報（特に、図１、図２、図５参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１の超音波式流量測定器は、測定管が側方の突出したスリーブを有し、このスリーブの内部に送信ヘッドおよび受信ヘッドのそれぞれのケーシングが配置された構造であったため、測定管とスリーブとを一体に成形するのは困難であり、スリーブを測定管に溶接すると熱による歪みが生じるため、スリーブの位置や向きが所望の位置や向きからずれてしまい流速を精度よく測定することが困難であるという問題があった。
また、上述した特許文献２の超音波流量計は、超音波送受信器からの超音波パルス信号が繊維強化樹脂製の管体の外側から斜めに入射する構成であったため、超音波パルス信号が管体を外側から内側へ通過するときに減衰して超音波パルス信号が小さくなる虞があった。
同様に、管体の内部の流体を伝搬した超音波パルス信号が繊維強化樹脂製の管体の内側から斜めに入射して超音波送受信器に到達する構成であったため、音波パルス信号が管体を内側から外側へ通過するときに減衰して超音波パルス信号がさらに小さくなる虞があった。
【０００５】
そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、超音波ビームの管体への伝導を抑制してノイズを低減するとともに、被測定流体へ超音波ビームを強く放射して精度よく送受信を行う超音波流量計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本請求項１に係る発明は、被測定流体を流通させる管体と、前記被測定流体の流通方向に対して斜めに横切って相互に対向した状態で超音波ビームの送受信を交互に行う一対または複数対の上流側圧電素子および下流側圧電素子とを備え、前記超音波ビームが前記管体の上流側から下流側に伝搬する時間と下流側から上流側に伝搬する時間との時間差から管体の内部の流体速度を求め、該流体速度に管体の内部の断面積を乗じて管体の内部を流れる流量を求める時間差方式の超音波流量計であって、前記管体に超音波ビームを通す一対または複数対の穴が、前記管体の外周で流通方向に対して斜めに横切った位置に形成され、前記管体の外周側から穴を覆う繊維強化樹脂製のカバー部材が、前記穴に設置されて超音波ビームを透過させるシート状の超音波ビーム透過部を有し、前記上流側圧電素子に接合した超音波ビーム透過部と前記下流側圧電素子に接合した超音波ビーム透過部とが、前記管体の外周面に対して傾いているとともに互いに対向して設置され、前記カバー部材の超音波ビーム透過部における繊維の延伸方向が、前記超音波ビーム透過部のシート延設方向に沿っていることにより、前述した課題を解決するものである。
【０００７】
本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された超音波流量計の構成に加えて、前記カバー部材が、前記管体に対してシール材またはシール剤を介して取付けられていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【０００８】
本請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された超音波流量計の構成に加えて、前記上流側圧電素子および下流側圧電素子が複数組あり、前記流通方向から視た複数組のうちの少なくとも１つの超音波ビーム伝搬路が、前記管体の管軸中心を通過しない伝搬路から成り、各組の上流側圧電素子および下流側圧電素子が、前記カバー部材を介して管体に対して設置されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【０００９】
本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載された超音波流量計の構成に加えて、前記流通方向から視た各組の上流側圧電素子と下流側圧電素子との間の超音波ビーム伝搬路が、互いに平行に構成されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【００１０】
本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載された超音波流量計の構成に加えて、前記カバー部材を形成する繊維強化樹脂の繊維が、炭素繊維であることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【００１１】
本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載された超音波流量計の構成に加えて、前記管体が、金属で形成されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【００１２】
本請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載された超音波流量計の構成に加えて、前記カバー部材を管体に押し付けるとともに固定する押し付け部材が、前記管体の外周側にねじ留めされていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【００１３】
本請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載された超音波流量計の構成に加えて、前記カバー部材の超音波ビーム透過部における繊維の延伸方向が、前記超音波ビーム透過部の厚み方向に直交する方向に沿っていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の超音波流量計は、被測定流体を流通させる管体と、被測定流体の流通方向に対して斜めに横切って相互に対向した状態で超音波ビームの送受信を交互に行う一対または複数対の上流側圧電素子および下流側圧電素子とを備えていることにより、超音波ビームが管体の上流側から下流側に伝搬する時間と下流側から上流側に伝搬する時間との時間差から管体の内部の流体速度を求め、この流体速度に管体の内部の断面積を乗じて管体の内部を流れる流量を求めることができるばかりでなく、以下のような特有の効果を奏することができる。
【００１５】
本請求項１に係る発明の超音波流量計によれば、管体に超音波ビームを通す一対または複数対の穴が、管体の外周で流通方向に対して斜めに横切った位置に形成され、管体の外周側から穴を覆う繊維強化樹脂製のカバー部材が、穴に設置されて超音波ビームを透過させるシート状の超音波ビーム透過部を有し、上流側圧電素子に接合した超音波ビーム透過部と下流側圧電素子に接合した超音波ビーム透過部とが、管体の外周面に対して傾いているとともに互いに対向して設置され、カバー部材の超音波ビーム透過部における繊維の延伸方向が、超音波ビーム透過部のシート延設方向に沿っていることにより、繊維強化樹脂のシート状の超音波ビーム透過部が厚み方向に超音波ビームを透過させるとともに繊維の延伸方向（配向）であるシート延設方向には超音波ビームを大きく減衰させるため、超音波ビームの管体への伝導を抑制してノイズを低減するとともに、被測定流体へ超音波ビームを強く放射して精度よく送受信を行うことができる。
【００１６】
本請求項２に係る発明の超音波流量計によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、カバー部材が、管体に対してシール材またはシール剤を介して取付けられていることにより、カバー部材と管体との間の隙間が塞がれるため、被測定流体が穴から漏れることを確実に防止することができる。
さらに、溶接することなくカバー部材が取付けられることとなり溶接の熱による歪みが生じないため、超音波ビームの送受信を精度よく行うことができる。
【００１７】
本請求項３に係る発明の超音波流量計によれば、請求項１または請求項２に係る発明が奏する効果に加えて、上流側圧電素子および下流側圧電素子が複数組あり、流通方向から視た複数組のうちの少なくとも１つの超音波ビーム伝搬路が、管体の管軸中心を通過しない伝搬路から成り、各組の上流側圧電素子および下流側圧電素子が、カバー部材を介して管体に対して設置されていることにより、管体の内部における被測定流体の測定箇所が異なるため、管体の内部における被測定流体の流速分布を推定してより精度よく流速を測定することができる。
さらに、被測定流体の速度が比較的に遅い場合に管体の内部中央における速度と内部側方における速度との差が大きくなりこの差が把握されるため、被測定流体の速度が比較的に遅い場合であっても被測定流体の流速分布を推定して精度よく流速を測定することができる。
また、被測定流体の種類を変更した場合であっても粘度、密度等が影響して変化する流速分布を推定して精度よく流速を測定することができる。
【００１８】
本請求項４に係る発明の超音波流量計によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、流通方向から視た各組の上流側圧電素子と下流側圧電素子との間の超音波ビーム伝搬路が、互いに平行に構成されていることにより、管体の内部における被測定流体の流速分布の形状が推定されやすくなるため、容易に測定精度を向上させることができる。
【００１９】
本請求項５に係る発明の超音波流量計によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、カバー部材を形成する繊維強化樹脂の繊維が、炭素繊維であることにより、分子結合が強まるため、耐熱性や耐久性や強度や剛性を向上させることができる。
【００２０】
本請求項６に係る発明の超音波流量計によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、管体が、金属で形成されていることにより、超音波ビームが金属製の管体中を伝導する虞がある場合であっても管体中における超音波ビームの伝導が抑制されるため、ノイズを低減することができる。
さらに、カバー部材のみを繊維強化樹脂で形成して管体を金属で形成することでコストを抑えることができる。
【００２１】
本請求項７に係る発明の超音波流量計によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、カバー部材を管体に押し付けるとともに固定する押し付け部材が、管体の外周側にねじ留めされていることにより、カバー部材が管体に強固に固定されてカバー部材と管体との間の隙間が塞がれるため、被測定流体が隙間から漏れることをより確実に防止することができる。
【００２２】
本請求項８に係る発明の超音波流量計によれば、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、カバー部材の超音波ビーム透過部における繊維の延伸方向が、超音波ビーム透過部の厚み方向に直交する方向に沿っていることにより、繊維強化樹脂のシート状の超音波ビーム透過部が厚み方向に超音波ビームを確実に透過させるとともに繊維の延伸方向（配向）であるシート延設方向には超音波ビームを確実に大きく減衰させるため、超音波ビームの管体への伝導を確実に抑制してノイズを確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例である超音波流量計の概略を示す斜視図。
【図２】本発明の第１実施例である超音波流量計の概略を示す一部分解斜視図。
【図３】（Ａ）（Ｂ）は本発明の超音波流量計の原理を説明するための側方断面概略図および流通方向から視た概略図。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は超音波流量計の管体の内部を流れる流体の速度分布を示す図。
【図５】図１に示す符号５−５で視た断面図。
【図６】図１に示す符号６−６で視た要部拡大断面図。
【図７】本発明の第２実施例である超音波流量計の概略を示す斜視図。
【図８】本発明の第２実施例である超音波流量計の概略を示す一部分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の超音波流量計は、管体に超音波ビームを通す一対または複数対の穴が、管体の外周で流通方向に対して斜めに横切った位置に形成され、管体の外周側から穴を覆う繊維強化樹脂製のカバー部材が、穴に設置されて超音波ビームを透過させるシート状の超音波ビーム透過部を有し、上流側圧電素子に接合した超音波ビーム透過部と下流側圧電素子に接合した超音波ビーム透過部とが、管体の外周面に対して傾いているとともに互いに対向して設置され、カバー部材の超音波ビーム透過部における繊維の延伸方向が、超音波ビーム透過部のシート延設方向に沿い、超音波ビームの管体への伝導を抑制してノイズを低減するとともに、被測定流体へ超音波ビームを強く放射して精度よく送受信を行って精度よく流速および流量を測定するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。
【００２５】
例えば、カバー部材は、繊維強化樹脂製であれば、ガラス繊維で強化された樹脂や炭素繊維で強化された樹脂など如何なるものであっても構わない。
繊維強化樹脂の繊維は、シート状の超音波ビーム透過部における繊維の延伸方向がシート延設方向（厚み方向に直交する方向）に沿う構成であれば、ファイバーと称する短繊維でもフィラメントと称する長繊維でもよい。
また、本発明の超音波流量計で計測する被測定流体としては、たとえば、石油化学プロセスライン及び一般の化学プラント等における配管内の流体である。
【実施例１】
【００２６】
以下に、本発明の第１実施例である超音波流量計１００について、図１乃至図６に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の第１実施例である超音波流量計１００の概略を示す斜視図であり、図２は、本発明の第１実施例である超音波流量計１００の概略を示す一部分解斜視図であり、図３（Ａ）は、本発明の超音波流量計１００の原理を説明するための側方断面概略図であり、図３（Ｂ）は、本発明の超音波流量計１００の原理を説明するための流通方向から視た概略図であり、図４（Ａ）は、超音波流量計１００の管体１１０の内部を被測定流体が比較的遅く流れるときの速度分布を示す図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のときよりも被測定流体が速く流れるときの速度分布を示す図であり、図５は、図１に示す符号５−５で視た断面図であり、図６は、図１に示す符号６−６で視た要部拡大断面図である。
【００２７】
本発明の第１実施例である超音波流量計１００は、図１乃至図６に示すように、被測定流体を流通させる管体１１０と、この管体１１０の外周に設置されて超音波ビームの送受信を交互に行う二個で一組となる一対の上流側測定センサヘッド１２０Ａおよび下流側測定センサヘッド１２０Ｂとを備えている。
対となる上流側測定センサヘッド１２０Ａおよび下流側測定センサヘッド１２０Ｂは、被測定流体の流通方向に対して斜めに横切った位置に互いに対向した状態で設置されている。
本実施例では、上流側測定センサヘッド１２０Ａおよび下流側測定センサヘッド１２０Ｂが、管体１１０の周方向に互いにずらして一例として６組設置され、上流側測定センサヘッド１２０Ａは、それぞれ上流側圧電素子を有し、下流側測定センサヘッド１２０Ｂは、それぞれ下流側圧電素子を有している。
【００２８】
対となる上流側圧電素子および下流側圧電素子は、相互に対向して超音波ビームの送受信を交互に行うように設けられている。
具体的には、第１組の上流側圧電素子１２１Ａと第１組の下流側圧電素子１２１Ｂとが相互に対向し、第２組の上流側圧電素子１２２Ａと第２組の下流側圧電素子１２２Ｂとが相互に対向し、第３組の上流側圧電素子１２３Ａと第３組の下流側圧電素子１２３Ｂとが相互に対向している。
さらに、第４組の上流側圧電素子１２４Ａと第４組の下流側圧電素子１２４Ｂとが相互に対向し、第５組の上流側圧電素子１２５Ａと第５組の下流側圧電素子１２５Ｂとが相互に対向し、第６組の上流側圧電素子１２６Ａと第６組の下流側圧電素子１２６Ｂとが相互に対向している。
なお、本願の図面において、圧電素子と図示しない変換器などの演算部とを電気的に接続する電線の図示は省略する。
【００２９】
ここで、本発明の超音波流量計１００の原理について説明する。
図３（Ａ）に示すように、上流側測定センサヘッド１２０Ａが、管体１１０に形成された上流側の穴を覆う繊維強化樹脂製の上流側カバー部材１３０Ａを介して管体１１０の外周に設置されている。
同様に、下流側測定センサヘッド１２０Ｂが、管体１１０に形成された下流側の穴を覆う繊維強化樹脂製の下流側カバー部材１３０Ｂを介して管体１１０の外周に設置されている。
【００３０】
そして、超音波流量計１００は、上流側測定センサヘッド１２０Ａおよび下流側測定センサヘッド１２０Ｂと電気的に接続された図示しない変換器などの演算部によって、圧電素子から発生する超音波ビームが管体１１０の上流側から下流側に伝搬する時間と下流側から上流側に伝搬する時間との時間差から管体１１０の内部の平均流体速度を求め、この平均流体速度に管体１１０の内部の断面積を乗じて管体１１０の内部を流れる被測定流体の流量を求めるように構成されている。
【００３１】
さらに、図３（Ｂ）に示すように、複数組の一例として３組の上流側測定センサヘッド１２０Ａと下流側測定センサヘッド１２０Ｂとの間の超音波ビーム伝搬路Ｂ１〜Ｂ３が、互いに交わらない関係の一例として平行な関係である。
また、流通方向から視た管体１１０の中心を通過する超音波ビーム伝搬路Ｂ１の長さと、その両側を通過する超音波ビーム伝搬路Ｂ２、Ｂ３の長さとが異なるように、３組の上流側測定センサヘッド１２０Ａおよび下流側測定センサヘッド１２０Ｂが、管体１１０の外周に設置されている。
これにより、管体１１０の内部における被測定流体の測定箇所が異なる。
例えば、図４（Ａ）に示す流体速度が比較的遅いときの速度分布や、図４（Ｂ）に示す図４（Ａ）のときより流体速度が速いときの速度分布を推定してより精度よく流速を測定することができる。
【００３２】
さらに、図４（Ａ）に示す流体速度が比較的遅いときの速度分布と、図４（Ｂ）に示す流体速度が比較的速いときの速度分布とにおいて分布形状が異なる場合であっても、分布形状の差を把握することができる。
つまり、流体速度が比較的遅いとき、流体速度が比較的速いときのいずれであっても、被測定流体の流速分布を推定して精度よく流速を測定することができる。
また、３組の上流側測定センサヘッド１２０Ａと下流側測定センサヘッド１２０Ｂとの間の超音波ビーム伝搬路Ｂ１〜Ｂ３が、平行であることにより、管体１１０の内部における被測定流体の流速分布の形状が推定されやすくなる。
【００３３】
６組の上流側測定センサヘッド１２０Ａ、下流側測定センサヘッド１２０Ｂ、および管体１１０の外周の穴は、それぞれ同様の構成であるので、第１組乃至第３組について説明することとし、第４組乃至第６組についての詳しい説明および図示は省略する。
図５および図６に示すように、管体１１０に超音波ビームを通す一対の穴である第１組の上流側の穴１１１Ａおよび第１組の下流側の穴１１１Ｂが、管体１１０の外周で流通方向に対して斜めに横切った位置（流通方向に相互にずらした位置）に形成されている。
同様に、第２組の上流側の穴１１２Ａおよび第２組の下流側の穴１１２Ｂが、管体１１０の外周で流通方向に対して斜めに横切った位置に形成されている。
さらに、第３組の上流側の穴１１３Ａおよび第３組の下流側の穴１１３Ｂが、管体１１０の外周で流通方向に対して斜めに横切った位置に形成されている。
【００３４】
管体１１０の外周の穴の周辺には、管体１１０の径の大小に関わらず後述するカバー部材やＯリング台座１５０を設置することができるように、平坦なカバー取り付け面１１７Ａ〜１１７Ｆが形成されている。
図２、図５および図６に示すように、第１組の上流側カバー部材１３１Ａは、一例として所謂ドライカーボンでありフィラメント状態のプリプレグシートを積層した炭素繊維強化樹脂で形成されて、管体１１０の外周側から第１組の上流側の穴１１１Ａを覆うように設置されている。
【００３５】
さらに、第１組の上流側カバー部材１３１Ａは、超音波ビームを透過させるシート状の超音波ビーム透過部１３１Ａａを有している。
また、第１組の上流側カバー部材１３１Ａの超音波ビーム透過部１３１Ａａの管体外側となる面に、第１組の上流側圧電素子１２１Ａが接着されている。
第１組の下流側カバー部材１３１Ｂについても、第１組の上流側カバー部材１３１Ａと同様である。
なお、第１組の上流側カバー部材１３１Ａの全体をシート状に形成したが、少なくとも超音波ビーム透過部１３１Ａａがシート状に形成されていればよい。
【００３６】
そして、第１組の上流側圧電素子１２１Ａと接合した超音波ビーム透過部１３１Ａａと、第１組の下流側圧電素子１２１Ｂと接合した超音波ビーム透過部１３１Ｂａとが、管体１１０の外周面に対して傾いているとともに互いに平行な姿勢で対向している。
つまり、第１組の上流側圧電素子１２１Ａおよび第１組の下流側圧電素子１２１Ｂが、超音波ビーム透過部１３１Ａａの面および超音波ビーム透過部１３１Ｂａの面に対して垂直方向に超音波ビームをそれぞれ出射する構成である。
ここで、シート状の繊維強化樹脂は、通常、シートの延設方向に沿って繊維が延伸した状態となっており、繊維の延伸方向（配向）に超音波ビームを伝導させにくく、シートの厚み方向には超音波ビームを伝導、透過させやすい特性を有している。
これにより、炭素繊維強化樹脂のシート状の超音波ビーム透過部１３１Ａａ、１３１Ｂａが厚み方向に超音波ビームを透過させるとともに繊維の延伸方向であるシート延設方向には超音波ビームを大きく減衰させる。
【００３７】
つまり、超音波ビームの管体１１０への伝導が抑制されてノイズが低減されるとともに、被測定流体へ超音波ビームが強く放射されて精度よく送受信が行われる。
さらに、第１組の上流側の穴１１１Ａおよび第１組の下流側の穴１１１Ｂの径は、第１組の上流側圧電素子１２１Ａおよび第１組の下流側圧電素子１２１Ｂの大きさ程度で十分となり、第１組の上流側の穴１１１Ａおよび第１組の下流側の穴１１１Ｂによる被測定流体の流れの乱れが小さくなる。
【００３８】
第１組の上流側カバー部材１３１Ａおよび第１組の下流側カバー部材１３１Ｂについて説明したが、第２組の上流側カバー部材１３２Ａおよび第２組の下流側カバー部材１３２Ｂ、第３組の上流側カバー部材１３３Ａおよび第３組の下流側カバー部材１３３Ｂについては、第１組の上流側カバー部材１３１Ａおよび第１組の下流側カバー部材１３１Ｂと同様である。
つまり、図５に示すように、第２組の上流側圧電素子１２２Ａと接合した第２組の上流側カバー部材１３２Ａの超音波ビーム透過部１３２Ａａと、第２組の下流側圧電素子１２２Ｂと接合した第２組の下流側カバー部材１３２Ｂの超音波ビーム透過部１３２Ｂａとが互いに平行な姿勢で対向している。
【００３９】
同様に、第３組の上流側圧電素子１２３Ａと接合した第３組の上流側カバー部材１３３Ａの超音波ビーム透過部１３３Ａａと、第３組の下流側圧電素子１２３Ｂと接合した第３組の下流側カバー部材１３３Ｂの超音波ビーム透過部１３３Ｂａとが互いに平行な姿勢で対向している。
なお、図示を省略した、第４組の上流側カバー部材および第４組の下流側カバー部材、第５組の上流側カバー部材および第５組の下流側カバー部材、第６組の上流側カバー部材および第６組の下流側カバー部材についても、第１組の上流側カバー部材１３１Ａおよび第１組の下流側カバー部材１３１Ｂと同様である。
【００４０】
本実施例では、第１組の上流側カバー部材１３１Ａが、管体１１０に対してシール材であるＯリング１４０を介して取付けられている。
これにより、第１組の上流側カバー部材１３１Ａと管体１１０との間の隙間が塞がれる。
つまり、被測定流体が第１組の上流側の穴１１１Ａから漏れることが確実に回避される。
さらに、溶接することなく第１組の上流側カバー部材１３１Ａが取付けられることとなり溶接の熱による歪みが生じない。
なお、シール材であるＯリング１４０に代えてシール剤を用いてもよい。
【００４１】
具体的には、Ｏリング台座１５０が、カバー取り付け面１１７Ａ〜１１７Ｆに設置され、Ｏリング台座１５０の内部にＯリング１４０が設置され、さらにＯリング１４０の内側にガイドリング１６０が設置されている。
カバー取り付け面１１７Ａ〜１１７ＦへのＯリング台座１５０の取り付け方は、溶接、接着、圧着、溶着などいずれでもよい。
ガイドリング１６０は、Ｏリング１４０の内側に負圧が作用した場合であっても、Ｏリング１４０の位置および形状を保持するように構成されている。
【００４２】
本実施例では、管体１１０が、金属で形成され、上流側カバー部材１３０Ａおよび下流側カバー部材１３０Ｂが、炭素繊維強化樹脂で形成されている。
これにより、超音波ビームが金属製の管体中を伝導する虞がある場合であっても管体中における超音波ビームの伝導が抑制される。
さらに、上流側カバー部材１３０Ａおよび下流側カバー部材１３０Ｂのみを炭素繊維強化樹脂で形成して管体１１０を金属で形成することでコストを抑えることができる。
【００４３】
さらに、本実施例では、第１組の上流側カバー部材１３１Ａを管体１１０に押し付けるとともに固定する押し付け部材としての押し付けパイプ１７１および押し付け板１７２が、管体１１０の外周側にねじ留めされている。
具体的には、押し付けパイプ１７１が、第１組の上流側カバー部材１３１Ａにおける管体外側に設置され、さらに押し付け板１７２が、押し付けパイプ１７１における管体外側に設置されている。
【００４４】
そして、ねじ１８０が、Ｏリング台座１５０の雌ねじと螺合することにより、第１組の上流側カバー部材１３１Ａが管体１１０に押し付けられるとともに固定される。
これにより、第１組の上流側カバー部材１３１Ａが管体１１０に強固に固定されて第１組の上流側カバー部材１３１Ａと管体１１０との間の隙間が塞がれる。
そして、押し付け力および固定力が、管体１１０の内部の内圧力と対抗して、被測定流体が隙間から漏れることがより確実に回避される。
また、押し付けパイプ１７１を、繊維強化樹脂（炭素繊維強化樹脂）で形成することが望ましい。
これにより、押し付けパイプ１７１のパイプ延設方向が繊維の延伸方向となり、押し付け板１７２を介した超音波ビームの管体１１０への伝導が抑制される。
【００４５】
なお、第１組の上流側カバー部材１３１Ａの周辺の構造について説明したが、第１組の下流側カバー部材１３１Ｂの周辺の構造についても同様である。
さらに、第２組の上流側カバー部材１３２Ａ乃至第６組の上流側カバー部材（図示せず）および第２組の下流側カバー部材１３２Ｂ乃至第６組の下流側カバー部材（図示せず）の周辺の構造についても同様である。
さらに、カバー部材の強度および剛性を高めるために、カバー部材の端部を曲げた形状にしてもよい。
また、管体１１０における流通方向両端に、図示しない他の管体と接続するためのフランジを形成してもよいのは勿論である。
【００４６】
このようにして得られた本発明の第１実施例である超音波流量計１００は、管体１１０に超音波ビームを通す一対または複数対の穴である第１組の上流側の穴１１１Ａおよび第１組の下流側の穴１１１Ｂ（第２組乃至第６組も同様）が、管体１１０の外周で流通方向に対して斜めに横切った位置に形成され、管体１１０の外周側から第１組の上流側の穴１１１Ａを覆う繊維強化樹脂製のカバー部材である第１組の上流側カバー部材１３１Ａ（第２組乃至第６組も同様）が、第１組の上流側の穴１１１Ａに設置されて超音波ビームを透過させるシート状の超音波ビーム透過部１３１Ａａを有し、管体１１０の外周側から第１組の下流側の穴１１１Ｂを覆う繊維強化樹脂製のカバー部材である第１組の下流側カバー部材１３１Ｂ（第２組乃至第６組も同様）が、第１組の下流側の穴１１１Ｂに設置されて超音波ビームを透過させるシート状の超音波ビーム透過部１３１Ｂａを有し、第１組の上流側圧電素子１２１Ａに接合した超音波ビーム透過部１３１Ａａと第１組の下流側圧電素子１２１Ｂに接合した超音波ビーム透過部１３１Ｂａとが、管体１１０の外周面に対して傾いているとともに互いに対向している構成であることにより、超音波ビームの管体１１０への伝導を抑制してノイズを低減するとともに、被測定流体へ超音波ビームを強く放射して精度よく送受信を行って精度よく流速および流量を測定することができる。
【００４７】
さらに、第１組の上流側カバー部材１３１Ａおよび第１組の下流側カバー部材１３１Ｂ（第２組乃至第６組も同様）が、管体１１０に対してシール材またはシール剤の一例であるＯリング１４０を介して取付けられていることにより、被測定流体が穴から漏れることを確実に防止することができる。
【００４８】
また、上流側圧電素子および下流側圧電素子が、複数組として第１組の上流側圧電素子１２１Ａ乃至第６組の上流側圧電素子１２６Ａおよび第１組の下流側圧電素子１２１Ｂ乃至第６組の下流側圧電素子１２６Ｂの６組あり、流通方向から視た複数組のうちの少なくとも１つである第１組（第４組）の超音波ビーム伝搬路Ｂ１の長さが、複数組のうちのその他である第２組および第３組（第５組および第６組）の超音波ビーム伝搬路Ｂ２、Ｂ３の長さと異なるとともに、流通方向から視た超音波ビーム伝搬路Ｂ１〜Ｂ３が、互いに交わらない関係で、第１組の上流側圧電素子１２１Ａ乃至第６組の上流側圧電素子１２６Ａおよび第１組の下流側圧電素子１２１Ｂ乃至第６組の下流側圧電素子１２６Ｂが、カバー部材を介して管体１１０に対して設置されていることにより、管体１１０の内部における被測定流体の流速分布を推定してより精度よく流速および流量を測定することができる。
【００４９】
さらに、流通方向から視た第１組の上流側圧電素子１２１Ａと第１組の下流側圧電素子１２１Ｂとの間の第１組の超音波ビーム伝搬路Ｂ１、第２組の上流側圧電素子１２２Ａと第２組の下流側圧電素子１２２Ｂとの間の第２組の超音波ビーム伝搬路Ｂ２、および第３組の上流側圧電素子１２３Ａと第３組の下流側圧電素子１２３Ｂとの間の第３組の超音波ビーム伝搬路Ｂ３が、互いに平行に構成されていることにより、容易に測定精度を向上させることができる。
【００５０】
また、第１組の上流側カバー部材１３１Ａ乃至第６組の上流側カバー部材（図示せず）および第１組の下流側カバー部材１３１Ｂ乃至第６組の下流側カバー部材（図示せず）を形成する繊維強化樹脂の繊維が、炭素繊維であることにより、耐熱性や耐久性や強度や剛性を向上させることができる。
【００５１】
さらに、管体１１０が、金属で形成されて、第１組の上流側カバー部材１３１Ａ乃至第６組の上流側カバー部材（図示せず）および第１組の下流側カバー部材１３１Ｂ乃至第６組の下流側カバー部材（図示せず）が、炭素繊維強化樹脂で形成されていることにより、ノイズを低減するとともに、コストを抑えることができる。
【００５２】
また、第１組の上流側カバー部材１３１Ａ乃至第６組の上流側カバー部材（図示せず）および第１組の下流側カバー部材１３１Ｂ乃至第６組の下流側カバー部材（図示せず）を管体１１０に押し付けるとともに固定する押し付け部材としての押し付けパイプ１７１および押し付け板１７２が、管体１１０の外周側にねじ留めされていることにより、被測定流体が隙間から漏れることをより確実に防止することができるなど、その効果は甚大である。
【実施例２】
【００５３】
続いて、本発明の第２実施例である超音波流量計２００について、図７および図８に基づいて説明する。
ここで、図７は、本発明の第２実施例である超音波流量計２００の概略を示す斜視図であり、図８は、本発明の第２実施例である超音波流量計２００の概略を示す一部分解斜視図である。
第２実施例の超音波流量計２００は、第１実施例の超音波流量計１００の圧電素子毎に配置した上流側カバー部材１３０Ａおよび下流側カバー部材１３０Ｂを圧電素子３つに対して１部材とするとともに管体の外周面に沿った形状にしたものであり、多くの要素について第１実施例の超音波流量計１００と共通するので、共通する事項については詳しい説明を省略し、下２桁が共通する２００番台の符号を付すのみとする。
【００５４】
図７および図８に示すように、管体２１０の外周面に沿った弧型の上流側カバー部材２３０Ａが２つ配設され、同様に弧型の下流側カバー部材２３０Ｂが２つ配設されている。
一方の上流側カバー部材２３０Ａａの３箇所の超音波ビーム透過部２３１Ａａ、２３２Ａａ、２３３Ａａには、第１組の上流側圧電素子２２１Ａ、第２組の上流側圧電素子２２２Ａ、および第３組の上流側圧電素子２２３Ａがそれぞれ接着されている。
同様に、他方の上流側カバー部材２３０Ａｂの３箇所の超音波ビーム透過部（図示せず）には、第４組の上流側圧電素子２２４Ａ、第５組の上流側圧電素子２２５Ａ、および第６組の上流側圧電素子２２６Ａがそれぞれ接着されている。
【００５５】
また、一方の下流側カバー部材２３０Ｂａの３箇所の超音波ビーム透過部（図示せず）には、第１組の下流側圧電素子２２１Ｂ、第２組の下流側圧電素子２２２Ｂ、および第３組の下流側圧電素子２２３Ｂがそれぞれ接着されている。
同様に、他方の下流側カバー部材２３０Ｂｂの３箇所の超音波ビーム透過部には、第４組の下流側圧電素子２２４Ｂ、第５組の下流側圧電素子２２５Ｂ、および第６組の下流側圧電素子２２６Ｂがそれぞれ接着されている。
【００５６】
一方の上流側カバー部材２３０Ａａは、ねじ２８０によって連結部材２９０の一端側と接続され、他方の上流側カバー部材２３０Ａｂは、ねじ２８０によって連結部材２９０の他端側と接続されている。
これにより、２つの上流側カバー部材２３０Ａは、管体２１０の外周面と隙間無く管体２１０の外周に強固に取り付けられて、押し付け力を発生させてこの押し付け力を管体２１０の内圧力と対抗させることができる。
【００５７】
上流側カバー部材２３０Ａの取り付け方と同様に、一方の下流側カバー部材２３０Ｂａは、ねじ２８０によって連結部材２９０の一端側と接続され、他方の下流側カバー部材２３０Ｂｂは、ねじ２８０によって連結部材２９０の他端側と接続されている。
このように、上流側カバー部材２３０Ａおよび下流側カバー部材２３０Ｂを管体２１０の外周面に沿った弧状に形成することにより、上述した実施例１と比べて、部品点数を少なくすることができる。
なお、管体２１０における流通方向両端に、図示しない他の管体と接続するためのフランジ２１８が形成されている。
また、必要に応じて、上流側カバー部材２３０Ａおよび下流側カバー部材２３０Ｂの強度や剛性を高めるために、弧状のリブを、それぞれの側端に形成してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１００、    ２００    ・・・  超音波流量計
１１０、    ２１０    ・・・  管体
１１１Ａ、  ２１１Ａ  ・・・  第１組の上流側の穴
１１１Ｂ              ・・・  第１組の下流側の穴
１１２Ａ、  ２１２Ａ  ・・・  第２組の上流側の穴
１１２Ｂ              ・・・  第２組の下流側の穴
１１３Ａ              ・・・  第３組の上流側の穴
１１３Ｂ              ・・・  第３組の下流側の穴
１１７Ａ〜Ｆ          ・・・  カバー取り付け面
２１８    ・・・  フランジ
１２０Ａ              ・・・  上流側測定センサヘッド
１２０Ｂ              ・・・  下流側測定センサヘッド
１２１Ａ、  ２２１Ａ  ・・・  第１組の上流側圧電素子
１２１Ｂ、  ２２１Ｂ  ・・・  第１組の下流側圧電素子
１２２Ａ、  ２２２Ａ  ・・・  第２組の上流側圧電素子
１２２Ｂ、  ２２２Ｂ  ・・・  第２組の下流側圧電素子
１２３Ａ、  ２２３Ａ  ・・・  第３組の上流側圧電素子
１２３Ｂ、  ２２３Ｂ  ・・・  第３組の下流側圧電素子
１２４Ａ、  ２２４Ａ  ・・・  第４組の上流側圧電素子
１２４Ｂ、  ２２４Ｂ  ・・・  第４組の下流側圧電素子
１２５Ａ、  ２２５Ａ  ・・・  第５組の上流側圧電素子
１２５Ｂ、  ２２５Ｂ  ・・・  第５組の下流側圧電素子
１２６Ａ、  ２２６Ａ  ・・・  第６組の上流側圧電素子
１２６Ｂ、  ２２６Ｂ  ・・・  第６組の下流側圧電素子
１３０Ａ、  ２３０Ａ  ・・・  上流側カバー部材
１３０Ｂ、  ２３０Ｂ  ・・・  下流側カバー部材
１３１Ａ              ・・・  第１組の上流側カバー部材
１３１Ａａ、２３１Ａａ・・・  超音波ビーム透過部
１３１Ｂ              ・・・  第１組の下流側カバー部材
１３１Ｂａ            ・・・  超音波ビーム透過部
１３２Ａ              ・・・  第２組の上流側カバー部材
１３２Ａａ、２３２Ａａ・・・  超音波ビーム透過部
１３２Ｂ              ・・・  第２組の下流側カバー部材
１３２Ｂａ            ・・・  超音波ビーム透過部
１３３Ａ              ・・・  第３組の上流側カバー部材
１３３Ａａ、２３３Ａａ・・・  超音波ビーム透過部
１３３Ｂ              ・・・  第３組の下流側カバー部材
１３３Ｂａ            ・・・  超音波ビーム透過部
１４０                ・・・  Ｏリング（シール材）
１５０                ・・・  Ｏリング台座
１６０                ・・・  ガイドリング
１７１                ・・・  押し付けパイプ（押し付け部材）
１７２                ・・・  押し付け板（押し付け部材）
１８０、    ２８０    ・・・  ねじ
２９０    ・・・  連結部材
Ｂ１〜Ｂ３            ・・・  超音波ビーム伝搬路
【要約】
【課題】超音波ビームの管体への伝導を抑制してノイズを低減するとともに、被測定流体へ超音波ビームを強く放射して精度よく送受信を行う超音波流量計を提供すること。
【解決手段】管体１１０に超音波ビームを通す一対または複数対の穴（１１１Ａ、１１１Ｂ）が、管体の外周で流通方向に対して斜めに横切った位置に形成され、管体１１０の外周側から穴（１１１Ａ）を覆う繊維強化樹脂製のカバー部材（１３１Ａ）が、穴（１１１Ａ）に設置されて超音波ビームを透過させるシート状の超音波ビーム透過部（１３１Ａａ）を有し、上流側圧電素子（１２１Ａ）に接合した超音波ビーム透過部（１３１Ａａ）と下流側圧電素子（１２１Ｂ）に接合した超音波ビーム透過部（１３１Ｂａ）とが、管体１１０の外周面に対して傾いているとともに互いに対向している構成である超音波流量計１００。
【選択図】図６【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６】
0005898369.tif 000007
【図７】
0005898369.tif 000008
【図８】
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