(57)【要約】【課題】  測定誤差が小さい超音波流量計を実現する。【解決手段】  測定管に設けられた超音波送受信器を具備する超音波流量計において、  前記測定管と前記超音波送受信器との間と前記測定管と測定流体との境界面から反射する超音波が前記測定管表面に到達する位置とに設けられ前記測定管の材質の音響インピーダンスと同じまたはそれより大きい材質を有する多重波吸収体を具備したことを特徴とする超音波流量計である。【選択図】                    図１
2006220534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定管に設けられた超音波送受信器を具備する超音波流量計において、
前記測定管と前記超音波送受信器との間と前記測定管と測定流体との境界面から反射する超音波が前記測定管表面に到達する位置とに設けられ前記測定管の材質の音響インピーダンスと同じまたはそれより大きい材質を有する多重波吸収体
を具備したことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記多重波吸収体内部で超音波を反射させ、この反射波の特性値から測定値の補正をする補正手段
を具備した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】
前記反射波の特性値として、前記反射波の到達時間を利用して測定値の補正をすること
を特徴とする請求項２記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記反射波の特性値として、前記反射波の反射強度を利用して測定値の補正をすること
を特徴とする請求項２記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記多重波吸収体と前記測定管との間に設けられ前記超音波波長より十分に厚さの薄い皮膜
を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記多重波吸収体に設けられ超音波を拡散あるいは減衰する拡散減衰手段
を具備したことを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記拡散減衰手段は、１／４波長の反射板が使用されたこと
を特徴とする請求項６記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記拡散減衰手段は、前記多重波吸収体に設けられた粗面の反射板であること
を特徴とする請求項６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、測定誤差が小さい超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波流量計に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【特許文献１】特表２００２−５３５６３９号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７６８２号公報
【０００３】
図８は、従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図で、透過型伝搬時間差方式超音波流量計の例である。
【０００４】
図において、１は、測定流体ＦＬが流れる測定管である。
２は、測定管１に設けられた超音波送信器である。
３は、測定管１に設けられた超音波受信器である。
この場合は、超音波送受信器２，３はＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が使用されている。
【０００５】
４は、測定管１と超音波送信器２との間に設けられた音響カップリング材よりなるシューである。
５は、測定管１と超音波受信器３との間に設けられた音響カップリング材よりなるシューである。
この場合は、シュー４，５はＰＥＥＫ材（ポリエーテルエーテルケトン）よりなる。
【０００６】
以上の構成において、超音波送信器２から送信された超音波は、シュー４、測定管１を経て、対向して設置されたシュー５を介して超音波受信器３へと伝搬する。
このさい送信された超音波は必ずしも理想的に広がりの無い波では無い。
また、同様に送信された超音波の一部は、音響インピーダンスの関係で測定管１と測定流体ＦＬの境目で多重反射が生じ、その多重反射波も同様にシュー５へと伝搬する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図８に示す如く、測定管１で屈折して、超音波受信器３に伝搬した超音波ａ（正規波と呼ぶ）のみにより流速を測定すると、理想的な屈折角度から流速を計算することになる。
このときの屈折角をθ０とすると、流速Ｖの超音波パス方向成分は、  Ｖ×sinθ  で求められる。
【０００８】
一方、多重反射を起こした超音波ｂが、超音波受信器３へ到達する際の液体への入射角度は正規波の入射角より小さくなるため、図９に示す如く、結果的に多重反射波により流速を測定すると、入射角θが正規波に比べ小さいことから、この多重反射波により測定された流速は正規波に比べ低く見積もられることになる。
【０００９】
これらの受信波は図１０のように観測されるが、相関法を用いてこの両方の波の相関から流速を求めると、正規波と多重反射波の重ね合わせの誤差（マイナス誤差）Ｅが生じることになる。
このような誤差は、正規波と多重波は完全に時間軸上で分離可能な場合は、サンプリングウィンドウを正規波のみに制限することで、可能になるが、正規波と多重波が重なっていた場合、時間軸上で初めに到達した波のみを検出するというような分離は困難になる。
【００１０】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、多重反射波を低減するシューを実現し、測定誤差の小さい超音波流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の超音波流量計においては、
測定管に設けられた超音波送受信器を具備する超音波流量計において、
前記測定管と前記超音波送受信器との間と前記測定管と測定流体との境界面から反射する超音波が前記測定管表面に到達する位置とに設けられ前記測定管の材質の音響インピーダンスと同じまたはそれより大きい材質を有する多重波吸収体を具備したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の超音波流量計において、
前記多重波吸収体内部で超音波を反射させ、この反射波の特性値から測定値の補正をする補正手段を具備したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項３においては、請求項２記載の超音波流量計において、
前記反射波の特性値として、前記反射波の到達時間を利用して測定値の補正をすることを特徴とする請。
【００１４】
本発明の請求項４においては、請求項２記載の超音波流量計において、
前記反射波の特性値として、前記反射波の反射強度を利用して測定値の補正をすることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項５においては、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の超音波流量計において、
前記多重波吸収体と前記測定管との間に設けられ前記超音波波長より十分に厚さの薄い皮膜を具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項６においては、請求項１記載の超音波流量計において、
前記多重波吸収体に設けられ超音波を拡散あるいは減衰する拡散減衰手段を具備したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項７においては、請求項６記載の超音波流量計において、
前記拡散減衰手段は、１／４波長の反射板が使用されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項８においては、請求項６記載の超音波流量計において、
前記拡散減衰手段は、前記多重波吸収体に設けられた粗面の反射板であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
多重波の発生を減らすことができるため、誤差が少ない超音波流量計が実現できる。
また、高価なＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの材料を減らすことができ、コストダウンが図れる超音波流量計が得られる。
【００２０】
本発明の請求項２，３，４によれば、次のような効果がある。
多重波吸収体内部で超音波を反射させ、この反射波の特性値から測定値の補正をする補正手段が設けられたので、更に、誤差が少ない超音波流量計が得られる。
【００２１】
本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
多重波吸収体と測定管との間に設けられ、超音波波長より十分に厚さの薄い皮膜が設けられたので、測定管と多重波吸収体の密着性が良好な超音波流量計が得られる。
【００２２】
本発明の請求項６によれば、次のような効果がある。
多重波吸収体に設けられ超音波を拡散あるいは減衰する拡散減衰手段が設けられたので、多重反射された超音波が拡散あるいは減衰され、測定誤差が小さい超音波流量計が得られる。
【００２３】
本発明の請求項７によれば、次のような効果がある。
前記拡散減衰手段は、１／４波長の反射板が使用されたので、１／４波長の反射板は市場性があり、安価で容易に拡散減衰手段が得られる超音波流量計が得られる。
【００２４】
本発明の請求項８によれば、次のような効果がある。
拡散減衰手段は、多重波吸収体に設けられた粗面の反射板であるので、粗面は安価に作り易く、安価な超音波流量計が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の動作説明図である。
図において、図８と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図８との相違部分のみ説明する。
【００２６】
多重波吸収体１１は、測定管１と超音波送受信器２，３との間と、測定管１と測定流体ＦＬとの境界面から反射する超音波が、測定管１の表面に到達する位置とに設けられ、測定管１の材質の音響インピーダンスと同じまたはそれより大きい材質を有する。
【００２７】
即ち、シュー４，５の部分の材質は、従来、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などのプラスチック材であったが、この部分１１を測定管１と同じ材質にする。
たとえば、ステンレス材の測定管１に対しては、ステンレス材のシュー１１とする。
また、シュー１１の長さは、多重反射波がシュー１１へと戻るのに十分な長さを有する。
測定管１/流体境界面で反射した超音波は、さらに測定管１の表面で反射するが、その場所に同じ材料で出来たシュー１１があるようにする。
【００２８】
以上の構成において、今、測定管１の材質の密度と音速をρ1、C1、シュー１１の密度と音速をρ2、C2とすると、測定管１からシュー１１への超音波音圧の透過率Ｔは、
Ｔ＝（２ρ2×C2）／（ρ2×C2＋ρ1×C1）
で表されるから、配管材質とほぼ同じ音響インピーダンスρCを持つ材料でシュー１１を作れば、測定管１表面での反射波をそのままシュー１１へと超音波を戻すことができる。
そのシュー１１に入った超音波を、シュー１１の外側の面などで正規波の伝搬方向とまったく別の方向へと飛ばせば、多重波は減らすことができ、結果的に誤差が少ない計測が可能となる。
【００２９】
この結果、多重波の発生を減らすことができるため、誤差が少ない超音波流量計が実現できる。
また、高価なＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの材料を減らすことができ、コストダウンが図れる超音波流量計が得られる。
【００３０】
図３は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、多重波吸収体１１と測定管１との間に、超音波波長より十分に厚さの薄い皮膜２１が設けられている。
金属材よりなるシュー１１は金属材よりなる測定管１と接触する場合、細かな傷などで密着性が悪くなる場合が考えられる。
そのためには、シュー１１に超音波の波長のオーダーより十分薄い、例えば、テフロン（登録商標）等の皮膜２１が設けられたものである。
超音波の波長と比べ、薄くするのは、この層での多重反射を防ぐためである。
測定管１とシュー１１の密着性が良好な超音波流量計が得られる。
【００３１】
図４は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、シュー１１へ吸収した超音波はさらにシュー１１で反射させて、送信に用いた、例えば、圧電素子からなる超音波送信器２へと導いても良い。
その場合、その時間を計測することで、測定管１の厚さ測定や、温度測定、温度補正に利用することができる。
この結果、更に、測定誤差が小さい超音波流量計が得られる。
【００３２】
図５は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、測定管１の表面に断面三角形状の多重波吸収体３１が設けられ、多重波吸収体３１の表面にＰＥＥＫ材等の音響カップリング体３２を介して、例えば、ＰＺＴ材からなる超音波送信器２が設けられた例である。
【００３３】
この結果、超音波の多重反射波ｂを、超音波送信器２のある位置とまったく異なる場所へ送ることが出来る超音波流量計が得られる。
【００３４】
図６は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、測定管１の表面に設けられた音響カップリング体４１を介して超音波送信器２が設けられ、測定管１で多重反射を起こした超音波が測定管１の外表面に出る個所に多重波吸収体４２が別個に配置された実施例である。
この結果、多重波吸収体４２の量が少なく出来、安価な超音波流量計が得られる。
【００３５】
図７は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、拡散減衰手段５１が、多重波吸収体５２に設けられ多重反射された超音波を拡散あるいは減衰する。
この場合は、拡散減衰手段５１は、１／４波長の反射板が使用されている。
この結果、多重反射された超音波が拡散あるいは減衰され、測定誤差が小さい超音波流量計が得られる。
拡散減衰手段５１は、１／４波長の反射板が使用されたので、１／４波長の反射板は市場性があり、安価で容易に拡散減衰手段が得られる超音波流量計が得られる。
【００３６】
なお、拡散減衰手段５１は、多重波吸収体に設けられた粗面の反射板５１でも良い、粗面は安価に作り易く、拡散減衰手段５１が安価に得られる超音波流量計が得られる。
【００３７】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図５】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図７】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図８】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図９】図８の動作説明図である。
【図１０】図８の動作説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      測定管
２      超音波送信器
３      超音波受信器
４      シュー
５      シュー
ａ      超音波
ｂ      多重反射を起こした超音波
１１    多重波吸収体
２１    皮膜
３１    多重波吸収体
３２    音響カップリング体
４１    音響カップリング体
４２    多重波吸収体
５１    拡散減衰手段
５１    １／４λ反射板
５２    多重波吸収体
ＦＬ    測定流体
【図１】
2006220534.tif 000003
【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】
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【図７】
2006220534.tif 000009
【図８】
2006220534.tif 000010
【図９】
2006220534.tif 000011
【図１０】
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