(57)【要約】【課題】  長い管路長を用い、精度の良い測量測定が可能な流量計を得る。【解決手段】  超音波送受波器１２をフッ素樹脂管１１の表面のＹ軸上に配置した場合には、Ｙ軸を長軸とする楕円形による変形とＸ軸を長軸とする変形が交互に生じながら、つまり管１１の軸対称を保持しない振動が長手方向に伝播する。従って、この進行波を他方の超音波送受波器１３によって効率良く捉えるためには、超音波送受波器１２の位置に対して、超音波送受波器１３は音圧レベルが高い（ａ）〜（ｄ）の９０度ごとに回転する位置に設けることにより高精度の測定ができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体に沿って配置した２個の超音波送受波器により交互に前記管体に超音波パルスを加え、交互に相手側の前記超音波送受波器からの超音波パルスを検出し、前記管体内を流れる流体の流速による前記管体を伝播する超音波の伝播速度の変化を基に、前記管体内の前記流体の流量を測定する流量計であって、前記２個の超音波送受波器は前記管体の断面内において、相対的に０度又は９０度又は１８０度又は２７０度回転させて配置したことを特徴とする超音波を用いた流量計。
【請求項２】
前記管体を伝播する超音波の伝播速度の変化は、前記流体の流速方向とその逆方向に伝播する伝達時間の差を求めて検出することを特徴とする請求項１に記載の超音波を用いた流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管体に伝播する超音波の伝播速度と共に流体の流量を測定する超音波を用いた流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音波を用いて流量を測定するには、超音波流量計が知られている。この超音波流量計で最も広く使用されている原理は伝播時間差法であり、この伝播時間差法は流体の測定流速Ｖを、流体中の超音波の伝播速度の変化、即ち伝播時間差Δｔとして計測し、既知の流水断面積Ｓと乗算することにより流量Ｑを測定する。
【０００３】
測定流速は超音波パルスの流体中の伝播時間差Δｔに比例し求められることから、平均流速をυ、測定流速Ｖと伝播時間差Δｔとの比例係数をｋｔとすると、流量Ｑは次式で表すことができる。
Ｑ＝υ・Ｓ＝（Ｖ／ｋ）・Ｓ
＝（ｋｔ・Δｔ／ｋ）・Ｓ
【０００４】
このような原理による超音波を送受信するための超音波送受波器の取付方法には、超音波パルスを測定管内面で一旦反射させるＶ法（反射法）、超音波パルスを一直径上で透過させるＺ法（透過法）などがある。
【０００５】
しかしながら、これらのＶ法、Ｚ法などでは両超音波送受波器の間の距離が短いために、超音波送受波器を厳密な位置決めを行って取り付ける必要があり、時間測定の精度にも限界がある。
【０００６】
一方、非特許文献１には、超音波送受波器の距離を大きくできる超音波流量計が開示されている。この超音波流量計では、管体の一部に超音波パルスを加え、管体を伝播する超音波の伝播速度が、管体内の流体の流速と関係があることを明らかにしている。
【０００７】
即ち、管体の上流下流にそれぞれ配置した超音波送受波器の間隔をＬ、上流から下流に超音波を伝播した場合の管体中の伝播時間をＴ１、下流から上流への伝播時間をＴ２、流体の流速Ｖ、管体の超音波伝播速度をｃ１、流体中を伝播する音速をｃ２、音速ｃ２の微小変化をΔｃとすると、
ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１＝２（Ｌ／ｃ１2）・（ｃ１／ｃ２）3Δｃ
＝２Ｌ（ｃ１／ｃ２3）Ｖ
が得られる。
【０００８】
この式から、流速Ｖは、
Ｖ＝（１／２Ｌ）・（ｃ２3／ｃ１）ΔＴ
となり、管体の断面積をＳ、流量をＱとすると、
Ｑ＝Ｓ・Ｖ＝（Ｓ／２Ｌ）・（ｃ２3／ｃ１）ΔＴ
となり、ｃ１、ｃ２、Ｌ、Ｓは既知であるから、時間差ΔＴを求めれば、流速Ｖを経て流量Ｑを測定することができる。
【０００９】
【非特許文献１】日本工業出版「計測技術」第３３巻第２号「ストレート形超音波流量計」（細管内の超音波電波と流速の関係）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述の非特許文献１の例では、図６に示すように管体１を取り巻くリング状の超音波振動子２、３を用いており、超音波振動子２、３で得られる超音波にノイズが多く含まれるなどして、信号を効率良く抽出することができない。
【００１１】
また、この方法は管壁が軸対称を保ったまま径方向に変位し、その位相が長手方向に伝播する振動モードを利用している。従って、管体の合成が増すと大きなエネルギを要し、効率の良いＳＮ比を得ることが難しい。
【００１２】
本発明の目的は、上述の課題を解決し、長い管路長を用い、精度の良い測定が可能な超音波を用いた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】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る超音波を用いた流量計の技術的特徴は、管体に沿って配置した２個の超音波送受波器により交互に前記管体に超音波パルスを加え、交互に相手側の前記超音波送受波器からの超音波パルスを検出し、前記管体内を流れる流体の流速による前記管体を伝播する超音波の伝播速度の変化を基に、前記管体内の前記流体の流量を測定する流量計であって、前記２個の超音波送受波器は前記管体の断面内において、相対的に０度又は９０度又は１８０度又は２７０度回転させて配置したことにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る超音波を用いた流量計によれば、送受信用の超音波送受波器を超音波パルスの音圧レベルが高く得られるような位置関係に配置することにより、測定精度が良好となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を図１〜図５に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例の構成図を示し、例えば流体Ｆを流すフッ素樹脂管１１の外壁の２個所に超音波送受波器１２、１３が接着剤又はカップリング剤等により取り付けられている。また、超音波送受波器１２、１３の内部にそれぞれ超音波振動子１２ａ、１３ａが内蔵されている。超音波送受波器１２、１３はフッ素樹脂管１１内に超音波パルスを送信すると共に、他方の超音波送受波器１３、１２により超音波パルスの受信が可能とされている。
【００１６】
これらの超音波送受波器１２、１３は、フッ素樹脂管１１に対して超音波パルスを送受信できるように発振軸は稍々傾斜して取り付けられている。なお、超音波送受波器１２、１３には電気回路が接続されていることは当然であるが、これらの回路は既知であるので図示を省略する。
【００１７】
フッ素樹脂管１１の断面に対する超音波送受波器１２、１３の位置は、図２に示すように超音波送受波器１２を例えばＹ軸上に配置すれば、他方の超音波送受波器１３はＹ軸上又はＸ軸上に配置されている。即ち、超音波送受波器１３は超音波送受波器１２に対し、断面内において相対的に（ａ）０度又は（ｂ）９０度又は（ｃ）１８０度又は（ｄ）２７０度回転した位置に配置されている。
【００１８】
この場合の超音波パルスによる進行波は、フッ素樹脂管１１を楕円形状に変形させながら管軸方向に進行すると考えられる。つまり、図３に示すように超音波送受波器１２をＹ軸上に配置した場合には、Ｙ軸を長軸とする変形ＡとＸ軸を長軸とする変形Ｂを交互に生じながら伝達することになる。
【００１９】
従って、この進行波を他方の超音波送受波器１３により効率良く捉えるためには、超音波送受波器１２の位置に対して、超音波送受波器１３は断面内において音圧レベルが高くなる９０度ごとに回転する位置に設け、高いレベルの超音波信号を検出すればよく、それ以外の例えば４５度の角度では高い信号レベルが得られず、精度の良い測定はできない。
【００２０】
フッ素樹脂管１１を伝播する超音波パルスの速度は、非特許文献１に示すように、フッ素樹脂管１１の内部を流れる流体Ｆの速度により影響される。即ち、超音波の進行方向が流体Ｆの流れ方向に一致すれば、超音波の振動伝達を助長してフッ素樹脂管１１を進行する速度は稍々速くなり、逆に超音波の進行方向が流体Ｆの流れ方向と逆になれば、超音波の振動伝達が妨害され、超音波の速度は稍々遅くなる。つまり、フッ素樹脂管１１を伝播する超音波の速度を基に、フッ素樹脂管１１内を流れる液体Ｆの速度を検出できることになる。
【００２１】
そこで、上述の位置関係のように配置した超音波送受波器１２、１３を用いて、交互に超音波パルスを発信し、他方の超音波送受波器１３、１２により受信して、これらの伝播時間の時間差ΔＴを測定し、流量を求めればよい。
【００２２】
図４は管体にフッ素樹脂管１１を用い、フッ素樹脂管１１内に水道水を流した実験結果のグラフ図である。横軸は基準となるマスター流量計で測定した流体流量（ｌ／ｍｉｎ）であり、縦軸は超音波送受波器１２、１３で得られる時間差ΔＴ（ｎＳ）である。なお、超音波パルスの周波数は２ＭＨｚ、フッ素樹脂管１１の内径は４．３５ｍｍ、肉厚は１ｍｍであり、超音波送受波器１２、１３は同一角度（０度）に配置している。
【００２３】
●による特性は超音波送受波器１２、１３の距離Ｌ＝２５．５ｍｍ、▲はＬ＝５１．０ｍｍの場合であり、共に直線性が良好で高精度な測定が可能であることが分かる。
【００２４】
図５は管体に金属管を使用した場合の図４と同様のグラフ図であり、超音波送受波器１２、１３の距離Ｌ＝３３．２ｍｍ、金属管の内径は４．０ｍｍ、肉厚は１ｍｍであり、その他の条件は先のフッ素樹脂管１１の場合と同様である。この場合においても、高精度の測定が可能であることが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】構成図である。
【図２】超音波送受波器の取付位置の説明図である。
【図３】管体の超音波パルスによる変形の説明図である。
【図４】管体にフッ素樹脂管を用いた測定結果のグラフ図である。
【図５】管体に金属管を用いた測定結果のグラフ図である。
【図６】従来の超音波流量計の超音波振動子の配置図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１  フッ素樹脂管
１２、１３  超音波送受波器
１２ａ、１３ａ  超音波振動子
【図１】
2006250666.tif 000003
【図２】
2006250666.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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