(57)【要約】【課題】温度変化に拘わらず高い精度で流量を測定できる超音波流量計を提供する。【解決手段】被計測流体が流れる流路１１を形成するケース１０と、流路の内部の上流側に配置された第１超音波振動子１４と、流路の内部の下流側に第１超音波振動子と対向するように配置された第２超音波振動子１５と、流路の外部に配置され、第１超音波振動子と第２超音波振動子との間で送受される超音波の伝播時間に基づいて流路に流れる被計測流体の流量を算出する制御回路１６と、第１超音波振動子および第２超音波振動子と制御回路との間を接続する信号線１７と、ケースに穿たれた穴１７に配置され、信号線を保持しケースとの絶縁を確保する絶縁材２０とを備える。【選択図】図１
2006292378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測流体が流れる流路を形成するケースと、
前記流路の内部の上流側に配置された第１超音波振動子と、
前記流路の内部の下流側に前記第１超音波振動子と対向するように配置された第２超音波振動子と、
前記流路の外部に配置され、前記第１超音波振動子と前記第２超音波振動子との間で送受される超音波の伝播時間に基づいて前記流路に流れる被計測流体の流量を算出する制御回路と、
前記第１超音波振動子および第２超音波振動子と前記制御回路との間を接続する信号線と、
前記ケースに穿たれた穴に配置され、前記信号線を保持し前記ケースとの絶縁を確保する絶縁材と、
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記絶縁材は、温度変化による前記ケースへのリーク電流を抑制することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記絶縁材は、テフロン（登録商標）材から成ることを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記絶縁材は、シリコン材から成ることを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記信号線は、同軸線から成ることを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記絶縁材は、前記温度変化による前記ケースへのリーク電流を抑制する充填材から成ることを特徴とする請求項５記載の超音波流量計。
【請求項７】
被計測流体が流れる流路を形成するケースと、
前記流路の内部の上流側に配置され且つ前記ケースの内側壁に、第１信号端子が前記流路の外部に露出するように取り付けられた第１超音波振動子と、
前記流路の内部の下流側に前記第１超音波振動子と対向するように配置され且つ前記ケースの内側壁に、第２信号端子が前記流路の外部に露出するように取り付けられた第２超音波振動子と、
前記流路の外部に配置され、前記第１超音波振動子と前記第２超音波振動子との間で送受される超音波の伝播時間に基づいて前記流路に流れる被計測流体の流量を算出する制御回路と、
前記流路の外部を通過して、前記第１超音波振動子および第２超音波振動子の各信号端子と前記制御回路との間を接続する信号線と、
前記各超音波振動子毎に設けられ、前記超音波振動子と前記ケースの内側壁との間に配置された絶縁材と、
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項８】
前記第１超音波振動子および第２超音波振動子の各々は、前記絶縁材を介在させてネジ止めにより、または前記絶縁材を介在させないで接着剤により前記ケースの内側壁に取付けられていることを特徴とする請求項７記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記信号線と前記ケースとの間とのリーク電流を監視するリーク電流監視回路を備えることを特徴とする請求項１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、超音波を用いて流体の流量を計測する超音波流量計に関し、特に測定精度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体の流路の上流側と下流側に一定の距離をおいて一対の超音波振動子を配置し、制御回路の制御の下に、一対の超音波振動子の間で相互に超音波を繰り返して送受信し、上流側から下流側への超音波の伝播時間の積算値と、下流側から上流側への超音波の伝播時間の積算値との差に基づいて流体の流量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、流路の中に配置された一対の超音波振動子と流路の外に配置された制御回路とは、流路を形成するケースに設けられた穴に中継端子を嵌め込み、この中継端子を経由する信号線により接続されている。
【０００３】
また、上記超音波流量計に関連する技術として、開口穴での渦の低減と超音波送受信器から発信された超音波の不要成分の減衰促進により、超音波の送信波形のＳ／Ｎを高めて計測精度および流量計測できる上限値を高めることができる超音波流量計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この超音波流量計測装置は、流体が流れる計測流路と、この計測流路の上流側および下流側に設けた超音波送受信器と、この超音波送受信器を計測流路に臨ませる上流側および下流側の開口穴と、開口穴の内面に配設した電気絶縁性を有する材料で形成した開口穴絶縁体と、開口穴に流入抑制体を備えている。
【０００５】
これにより、コンパクトな収納スペースでも開口穴絶縁体により超音波送受信器と開口穴を形成する流路体との間の導電距離を大きくし、落雷などにより取り付け側の流路体と超音波送受信器間に異常高電圧が発生した場合でもリークに至る耐電圧を高め、リーク電流による超音波送受信器の破損を防いで信頼性を向上することができる。
【特許文献１】特開２００４−３７４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の超音波流量計では、中継端子の部分での信号線とケースとの絶縁抵抗が温度などで変化することによりリーク電流が変化すると、一対の超音波振動子と制御回路との間で送受される信号の波形が歪み、またオフセット電圧が変化する。その結果、計測流量の値がばらつくという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、温度変化に拘わらず高い精度で流量を測定できる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】
【０００８】
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、被計測流体が流れる流路を形成するケースと、流路の内部の上流側に配置された第１超音波振動子と、流路の内部の下流側に第１超音波振動子と対向するように配置された第２超音波振動子と、流路の外部に配置され、第１超音波振動子と第２超音波振動子との間で送受される超音波の伝播時間に基づいて流路に流れる被計測流体の流量を算出する制御回路と、第１超音波振動子および第２超音波振動子と制御回路との間を接続する信号線と、ケースに穿たれた穴に配置され、信号線を保持しケースとの絶縁を確保する絶縁材とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る超音波流量計によれば、第１超音波振動子および第２超音波振動子と制御回路とを接続する信号線とケースとの間に、信号線を保持しケースとの絶縁を確保する絶縁材が配置されているので、信号線に流れる電流がケースへリークするのを抑制することができる。その結果、第１超音波振動子および第２超音波振動子と制御回路との間で送受される信号波形の歪みを抑えることができるので、流量の計測精度が劣化することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１に係る超音波流量計の構造を示す側断面図である。この超音波流量計の内部には、ケース１０により、流体が流れる流路１１が形成されている。外部から供給された流体は、矢印で示すように、流入口１２から流路１１内に導入され、流路１１を通過して流出口１３から排出される。
【００１２】
流路１１の上流側には第１超音波振動子１４が配置されている。また、流路１１の下流側には、所定距離をおいて第１超音波振動子１４に対向するように第２超音波振動子１５が配置されている。
【００１３】
また、流路１１の外側には、制御回路１６が設けられている。この制御回路１６と、第１超音波振動子１４および第２超音波振動子１５との間は、ケース１０に穿たれた穴１７に配置された中継端子１８を経由する信号線１９により接続されている。また、穴１７は、中継端子１８の絶縁材２０により塞がれており、流路１１の気密を保つようになっている。絶縁材２０は、信号線１９を保持し、ケース１０との絶縁を確保するように構成されている。絶縁材２０としては、体積抵抗率が１×１０15（Ω−ｃｍ）以上の高抵抗の材料、例えば体積抵抗率が１×１０18（Ω−ｃｍ）を有するテフロン（登録商標）材で構成することができる。なお、絶縁材２０としては、テフロン（登録商標）材に限らず、例えば、体積抵抗率が１×１０15（Ω−ｃｍ）のシリコン材を用いることができる。
【００１４】
上記の構成において、第１超音波振動子１４は、制御回路１６から送られてくる駆動パルス信号に応じて超音波を発生し、第２超音波振動子１５に向けて送信する。また、第１超音波振動子１４は、第２超音波振動子１５からの超音波を受信して電気信号に変換し、制御回路１６に送る。第２超音波振動子１５は、制御回路１６から送られてくる駆動パルス信号に応じて超音波を発生し、第１超音波振動子１４に向けて送信する。また、第２超音波振動子１５は、第１超音波振動子１４からの超音波を受信して電気信号に変換し、制御回路１６に送る。
【００１５】
制御回路１６は、例えばマイクロコンピュータを含み、第１超音波振動子１４または第２超音波振動子１５に駆動パルス信号を送って超音波を発生させるとともに、この超音波を受信した第１超音波振動子１４または第２超音波振動子１５から送られてくる受信信号に基づき、第１超音波振動子１４から第２超音波振動子１５への超音波の伝播時間（順方向伝播時間）と第２超音波振動子１５から第１超音波振動子１４へ超音波の伝播時間（逆方向伝播時間）とを算出する。そして、これら算出した超音波の順方向伝播時間と逆方向伝播時間との差に基づいて流体の流速を算出し、算出した流速に流路１１の断面積を乗じて体積流量を求める。求められた体積流量が、測定された流体の流量として外部に出力される。
【００１６】
以上のように構成される本発明の実施例１に係る超音波流量計によれば、ケース１０に穿たれた穴１７に配置された中継端子１８の周囲は、高抵抗の絶縁材２０で覆われているので、温度変化があっても中継端子１８及び信号線１７に流れる信号電流がケース１０へリークするのを抑制することができる。
【００１７】
その結果、第１超音波振動子１４および第２超音波振動子１５と制御回路１６との間で送受される信号波形の歪みを抑えることができるので、流量の計測精度が劣化することを防止できる。
【実施例２】
【００１８】
本発明の実施例２に係る超音波流量計は、実施例１に係る超音波流量計おける信号線の代わりに同軸線を用いたものである。なお、以下においては、実施例１に係る超音波流量計の構造と同一または相当部分には実施例１と同一の符号を付して説明を省略または簡単化する。
【００１９】
図２は、本発明の実施例２に係る超音波流量計の構造を示す側断面図である。この超音波流量計は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計の中継端子１８および信号線１９の代わりに同軸線２１を用いて、第１超音波振動子１４および第２超音波振動子１５と制御回路１６とが接続されている。同軸線２１は、２本の信号線を絶縁材で被覆することにより構成されている。
【００２０】
また、ケース１０に穿たれた穴１７を通過する同軸線２１の周囲は、充填材２２で塞がれて構成されている。これにより、流路１１の気密性を保つことができる。充填材２２としては、シリコン材、テフロン（登録商標）材、軟質のゴム、エポキシ樹脂などを用いることができる。
【００２１】
以上のように構成される本発明の実施例２に係る超音波流量計によれば、第１超音波振動子１４および第２超音波振動子１５と制御回路１６との接続に同軸線２１を用いたので中継端子が不要になるとともに、同軸線２１自体が信号線を絶縁材で被覆することにより構成されているので、信号線とケース１０との間の絶縁性を保つことができる。
【実施例３】
【００２２】
本発明の実施例３に係る超音波流量計は、一対の超音波振動子をケースに取り付けたものである。なお、以下においては、実施例１に係る超音波流量計の構造と同一または相当部分には実施例１と同一の符号を付して説明を省略または簡単化する。
【００２３】
図３は、本発明の実施例３に係る超音波流量計の構造を示す側断面図である。この超音波流量計においては、第１超音波振動子１４は、流路１１の上流側のケース１０の内側壁に取り付けられており、その信号端子３０は、ケース１０の外側壁から外部に露出するように導かれている。この第１超音波振動子１４の信号端子３０は、流路１１の外部において信号線１９により制御回路１６に接続されている。
【００２４】
また、第２超音波振動子１５は、流路１１の下流側のケース１０の内側壁に、第１超音波振動子１４に対向するように取り付けられており、その信号端子３０は、ケース１０の外側壁から外部に露出するように導かれている。この第２超音波振動子１５の信号端子３０は、流路１１の外部において信号線１９により制御回路１６に接続されている。
【００２５】
図４は、第１超音波振動子１４の取り付け状態を拡大して示す図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側断面図である。第１超音波振動子１４は、その信号端子３０がケース１０に穿たれた穴２３を介してケース１０の外部に露出されるようにして、絶縁性Ｏリング３１を介在させてケース１０の内側壁に取り付けられている。
【００２６】
より詳しくは、ケース１０の内側壁に絶縁性Ｏリング３１を介在させて第１超音波振動子１４の本体が載置され、この本体の鍔部１４ａをＯリング３２により押圧するようにして留めネジ３３によりケース１０にネジ止めされている。第２超音波振動子１５の取り付けも同様の方法で行われている。絶縁性Ｏリング３１は、高抵抗、例えば体積抵抗率が１×１０15（Ω−ｃｍ）を有するテフロン（登録商標）材またはシリコン材をドーナツ状に成型して作製することができる。
【００２７】
以上のように構成される本発明の実施例３に係る超音波流量計によれば、第１超音波振動子１４および第２超音波振動子１５の信号端子３０からの信号線１９を、流路１１の内部に配線することなく（流路１１の外部を通過するようにして）、制御回路１６に接続したので、温度変化があっても信号端子３０に流れる信号電流がケース１０へリークするのを抑制することができる。
【００２８】
その結果、第１超音波振動子１４および第２超音波振動子１５と制御回路１６との間で送受される信号波形の歪みを抑えることができるので、流量の計測精度が劣化することを防止できる。
【００２９】
なお、実施例３に係る超音波流量計では、第１超音波振動子１４および第２超音波振動子１５のケース１０への取り付けを、絶縁性Ｏリング３１を介在させてネジ止めにより行うように構成したが、第１超音波振動子１４および第２超音波振動子１５は、その本体と熱膨張係数が同一の接着剤を用いてケース１０に取り付けるように構成することもできる。この場合、絶縁性Ｏリング３１、Ｏリング３２および留めネジ３３は不要になるので、超音波流量計を安価に構成できる。また、ネジ止め作業を行う必要がないので、組み立て作業が簡単になり、製造コストを下げることができる。
【実施例４】
【００３０】
本発明の実施例４に係る超音波流量計は、実施例１に係る超音波流量計において、信号線とケースとの間のリーク電流を監視するようにしたものである。
【００３１】
図５は、本発明の実施例４に係る超音波流量計の構成を示す図である。この超音波流量計は、図１に示した実施例１に係る超音波流量計に、リーク電流監視回路４０が追加されて構成されている。
【００３２】
リーク電流監視回路４０は、ケース１０と絶縁材２０とに接続され、これら間の抵抗値を計測する。具体的には、リーク電流監視回路４０は、定期的にケース１０と絶縁材２０との間に電圧を印加し、電圧印加時にケース１０と絶縁材２０との間に流れるリーク電流を計測する。そして、計測されたリーク電流値を所定の基準値と比較し、リーク電流値が基準値以上になった場合に、ケース１０と中継端子１８（信号線１９）との間の抵抗値が所定値以下になったものとみなし、その旨を外部に通知する。
【００３３】
以上のように構成される本発明の実施例４に係る超音波流量計によれば、ケース１０と絶縁材２０との間の抵抗値が所定値以下になった場合に外部に通知されるので、経年変化等により絶縁材２０の絶縁特性が劣化したことを知ることができ、必要に応じて絶縁材２０を交換することができる。
【００３４】
従って、第１超音波振動子１４および第２超音波振動子１５と制御回路１６との間で送受される信号波形の歪みを常に正常に保つことができるので、流量の計測精度が劣化することを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、超音波ガスメータ等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１に係る超音波流量計の構造を示す側断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る超音波流量計の構造を示す側断面図である。
【図３】本発明の実施例３に係る超音波流量計の構造を示す側断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る超音波流量計における第１超音波振動子の取り付け状態を拡大して示す図である。
【図５】本発明の実施例４に係る超音波流量計の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ケース
１１  流路
１２  流入口
１３  流出口
１４  第１超音波振動子
１４ａ  鍔部
１５  第２超音波振動子
１６  制御回路
１７  穴
１８  中継端子
１９  信号線
２０  絶縁材
２１  同軸線
２２  充填材
２３  穴
３０  信号端子
３１  絶縁性Ｏリング
３２  Ｏリング
３３  留めネジ
４０  リーク電流監視回路
【図１】
2006292378.tif 000003
【図２】
2006292378.tif 000004
【図３】
2006292378.tif 000005
【図４】
2006292378.tif 000006
【図５】
2006292378.tif 000007