(57)【要約】【課題】可燃性ガス、或いは誤作動を起こすような腐食性のガスが存在する領域においても被測定流体を安定して計測できるようにしたものである。【解決手段】被測定流体が流れる計測流路１の上、下流側に配置した１対の超音波送受波器２，３と、前記超音波送受波器間の超音波伝播時間を測定する計時手段４と、前記超音波伝播時間に基づき被測定流体の流速および／または流量を演算する演算手段５とを具備し、前記超音波送受波器２，３の端子部６，７、計時手段４および演算手段５を密閉手段で密閉し大気と遮断したものである。密閉手段は、例えば、隔壁で区画された密閉空間１１ａ，１１ｂで構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体が流れる計測流路の上下流側に配置した１対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器間の超音波伝播時間を測定する計時手段と、前記超音波伝播時間に基づき被測定流体の流速および／または流量を演算する演算手段とを具備し、前記超音波送受波器の端子部、計時手段および演算手段を密閉手段で密閉し大気と遮断した流体の流れ計測装置。
【請求項２】
密閉手段は隔壁で区画された密閉空間で構成した請求項１記載の流体の流れ計測装置。
【請求項３】
隔壁を計測流路と一体的に形成した請求項２記載の流体の流れ計測装置。
【請求項４】
超音波送受波器から導出された端子を絶縁体で被覆して密閉した請求項１記載の流体の流れ計測装置。
【請求項５】
超音波送受波器から導出された２本の端子線を絶縁体で同時に被覆して密閉した請求項４記載の流体の流れ計測装置。
【請求項６】
超音波送受波器から導出された２本の端子線を絶縁体でそれぞれ個々に被覆して密閉した請求項４記載の流体の流れ計測装置。
【請求項７】
１対の超音波送受波器を計測流路の同一側に配置して一方の超音波送受波器から送信された超音波を一旦計測流路内面で反射させて他方の超音波送受波器で受信させるようにした請求項１記載の流体の流れ計測装置。
【請求項８】
隔壁で区画された密閉空間に一対の超音波送受波器のそれぞれの端子部および計時手段、演算手段を配置した請求項７記載の流体の流れ計測装置。
【請求項９】
隔壁を枠状として一面を開放し、この開放部を蓋板で閉じるようにした請求項８記載の流体の流れ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流速および／または流量を超音波を用いて計測するようにした流体の流れ計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の超音波式の流体の流れ計測装置は、例えば、図９に示すように、計測流路１０１の上流側と下流側に一対の超音波送受波器１０２，１０３を配置するとともに、これら超音波送受波器１０２，１０３間の超音波伝搬時間を計測する計時手段１０４や、この計時手段１０４が計時した伝搬時間に基づき計測流体の流速を演算し、必要に応じてこれに計測流路１０１の断面積および係数を乗じて流量を演算する演算手段１０５は、計測流路１０１とは分離した構成を採っており、かつ、大気に暴露された状態となっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１７００２号公報
【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、前記従来の構成では、計測装置の設置環境において、爆発限界の範囲内にある可燃性ガス、或いは故障を誘発し得る腐食性の気体が存在する場合、計時手段、演算手段、超音波送受波器の端子部が暴露しているために、可燃性ガスと接触することで、爆発を起こすとか、腐食性ガスと接触することで腐食を生起して誤作動の要因となる課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、計測装置の設置環境が悪い場合でも、被測定流体の計測を安定的に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明の流体の流れ計測装置は、被測定流体が流れる計測流路の上下流側に配置した１対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器間の超音波伝播時間を測定する計時手段と、前記超音波伝播時間に基づき被測定流体の流速および／または流量を演算する演算手段とを具備し、前記超音波送受波器の端子部、計時手段および演算手段を密閉手段で密閉し大気と遮断したものである。
【０００７】
これによって、可燃性ガス、或いは誤作動を起こすような腐食性のガスが周囲に存在しても、超音波送受波器の端子部や計時手段および演算手段はこれらガス領域から遮断されるため、被測定流体を安定して計測することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の超音波流速流量計は、如何なる計測環境においても被測定流体を安定して計測することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における流体の流れ計測装置の断面図
【図２】同要部拡大断面図
【図３】同要部の他の例を示す拡大断面図
【図４】同要部のさらに他の例を示す拡大断面図
【図５】同超音波送受波器の製造工程フロー図
【図６】同流体の流れ計測装置の原理説明図
【図７】本発明の実施の形態２における流体の流れ計測装置の断面図
【図８】同実施の形態の他の例を示す要部拡大断面図
【図９】従来の流体の流れ計測装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、被測定流体が流れる計測流路の上下流側に配置した１対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器間の超音波伝播時間を測定する計時手段と、前記超音波伝播時間に基づき被測定流体の流速および／または流量を演算する演算手段とを具備し、前記超音波送受波器の端子部、計時手段および演算手段を密閉手段で密閉し大気と遮断したものである。
【００１１】
これによって、可燃性ガス、或いは誤作動を起こすような腐食性のガスが周囲に存在しても、超音波送受波器の端子部や計時手段および演算手段はこれらガス領域から遮断されるため、被測定流体を安定して計測することができる。
【００１２】
密閉手段は隔壁で区画された密閉空間で構成することが考えられ、この場合、隔壁を計測流路と一体的に形成することが望ましい。
【００１３】
また、超音波送受波器の端子密閉構成としては、同端子を絶縁体で被覆してもよく、この場合、超音波送受波器から導出された２本の端子線を絶縁体で同時に被覆するものとか、２本の端子線を絶縁体でそれぞれ個々に被覆するものが考えられよう。
【００１４】
さらに、１対の超音波送受波器を計測流路の同一側に配置して一方の超音波送受波器から送信された超音波を一旦計測流路内面で反射させて他方の超音波送受波器で受信させる構成でもよく、具体的には、隔壁で区画された密閉空間に一対の超音波送受波器のそれぞれの端子部および計時手段、演算手段を配置する。
【００１５】
或いは、隔壁を枠状として一面を開放し、この開放部を蓋板で閉じるようしてもよい。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１において、被計測流体が流れる計測流路１の上下流側に１対の超音波送受波器２，３を配備し、前記計測流路１を流れる被計測流体中を超音波が斜めに横切るようにしてある。
【００１８】
超音波送受波器２，３間の超音波伝搬時間は計時手段４で計測され、それに基づき演算手段５が被計測流体の流速を演算し、必要に応じて計測流路１の断面積および係数を乗じて流量に換算するようにしている。
【００１９】
そして、前記超音波送受波器２、３の端子部６，７、計時手段４、演算手段５、および計測流路１の出入部を除く部位は筐体８の内部に設置されて流れ計測装置９を構成している。
【００２０】
ここで、計測流路１の路壁と一体に隔壁１０ａ，１０ｂが形成され、その内部に密閉空間１１ａ，１１ｂが設定されており、一方の密閉空間１１ａには先の超音波送受波器２の
端子部６、計時手段４、演算手段５、他方の密閉空間１１ｂには超音波送受波器３の端子部７がそれぞれ隔離されている。
【００２１】
図中の矢印は、被測流体の流れを示している。
【００２２】
計測流路１および隔壁１０ａ，１０ｂは、例えばアルミ、銅などの電波遮蔽部材で形成するのが好ましい。具体的にいえば、アルミダイキャストＡＤＣ１２材を用いて鋳造によって製造する。
【００２３】
超音波送受波器端子部の密閉構成に関し、以下、図２を用いて詳細に説明する。
【００２４】
図２において、超音波送受波器３は、絶縁性弾性体１２を介して計測流路１の開口部に挿入され、固定具１３およびねじ１４によって計測流路１の路壁固定されている。
【００２５】
また、超音波送受波器３は、キャップ状の導電性ケース１５の内頂面に圧電体１６を、計測流路１に臨む外頂面に音響整合体１７をそれぞれ接着するとともに、開放部を導電性の端子板１８により閉塞した構成で、この端子板１８を電気絶縁的に貫通する端子線７ａの先端が圧電体１６の一方の電極に接続されている。
【００２６】
圧電体１６の他方の電極は導電性ケース１５と端子板１８および同端子板１８に取付けた端子線７ｂに電気的に接続されている。
【００２７】
前記端子線７ａ，７ｂは各リード線１９ａ，１９ｂを介して一旦密閉空間１１ｂの外に導き出され、その後、再度密閉空間１１ａに導入されて、その内部に配置した計時手段４に接続されている。勿論、前記導出、導入部はシール材２０でシールされていることは今更言うまでもない。
【００２８】
以上一方の超音波送受波器３について述べたが、他方の超音波送受波器２についても同様な構成を採用している。但し、その端子部６については計測流路１の路壁をシール材を介して直接的に貫通し、密閉空間１１ａに配置した計時手段４に接続されている。
【００２９】
前記の構成において、計測流路１の路壁と一体に隔壁１０ａ，１０ｂが形成され、その内部密閉空間１１ａに超音波送受波器２の端子部６、計時手段４、演算手段５が、他方の密閉空間１１ｂに超音波送受波器３の端子部７が隔離されているところから、流れ計測装置９が可燃性ガス、或いは腐食性のガス領域に設置されていても、爆発を起こしたり、腐食を生じることがなく、長期間にわたり安定した流れ計測が行えるものである。
【００３０】
図３，４は下流側に位置する超音波送受波器３における端子部７の他の密閉手段を示すもので、すなわち、図３に示す構成は、端子線７ａ，７ｂおよびリード線１９ａ，１９ｂの接続部を共通の絶縁体２０で被覆して密閉したものである。
【００３１】
前記絶縁体２０としては、液状絶縁材を固化して形成するものが挙げられる。絶縁材としては、例えば、シリコンポッティング材料、或いは二液性エポキシ材料、光硬化性材料など、腐食性ガス、或いは可燃性ガスに含まれる腐臭剤に対し劣化しない材料であれば特に限定されるものではない。
【００３２】
また、図４に示す構成は、端子線７ａ，７ｂおよびリード線１９ａ，１９ｂのそれぞれの接続部をチューブ状の絶縁体２１ａ，２１ｂで被覆して密閉したものである。
【００３３】
この絶縁体２１ａ，２１ｂとしては、例えば、耐溶剤性を有するスミスチューブなどの
熱収縮チューブを用いることが考えられる。
【００３４】
勿論、この例でも、絶縁体２１ａ，２１ｂの材料は腐食性ガス、或いは可燃性ガスに含まれる腐臭剤に対し劣化しない材料であれば特に限定されるものではない。
【００３５】
なお、図３，４において図２と同作用を有する構成について同一符号を付し、具体的な説明は先の図２のものを援用する。
【００３６】
図５は超音波送受波器２或いは３の製造工程フローを示している。
【００３７】
（ａ）に示すものは、音響整合体１７であって、例えば、球状のガラスバルーンを所定の容器内で加振充填し、その隙間にエポキシ樹脂を流し込んで固化、成型し、所定の状態に加工して形成して得たものである。
【００３８】
（ｂ）のように、導電性ケース１５における頂壁の上面と圧電体１６の上とに熱硬化性接着剤からなる接合剤２２，２３を塗布しておき、（ｃ）のように、導電性ケース１５の頂壁上、下面に音響整合体１７、および圧電体１６を接着固定する。
【００３９】
これら接着固定は１〜１０ｋｇ／ｃｍ２の加圧条件で行うのが望ましい。
【００４０】
また、導電性ケース１５の下方開放部を端子板１８で閉塞するとともに、それらのフランジ部位を溶接手段で接合する。この際、前記端子板１８には端子線７ａ，７ｂが予め取付けられている。つまり、一方の端子線７ａはガラスハーメチックなどからなる絶縁材２４を介して電気的に絶縁状態で端子板１８に取付けられ、他方の端子線７ｂは直接的に端子板１８に固定されている。
【００４１】
導電性ケース１５の下方開放部に端子板１８を取付けた状態で、先の端子線７ａは接続子２５を介して圧電体１６の下方電極に接続されるものである。
【００４２】
こうして導電性ケース１５内が密閉されるが、好ましくは、この密閉空間に不活性ガスであるアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスなどを封入しておく。これは、圧電体１６の上下電極の劣化、圧電体１６と導電性ケース１５との接合部分の劣化をなど軽減する役割を果たす。
【００４３】
（ｄ）が超音波送受波器２或いは３の完成した状態である。
【００４４】
前記導電性ケース１５は、鉄、真鍮、銅、アルミ、ステンレス、或いはこれらの合金、または、これらの金属の表面にめっきを施したものである。
【００４５】
接合剤２２，２３は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂など熱硬化性樹脂であれば特に限定されない。場合によっては、熱可塑性樹脂であっても、ガラス点移転が高温使用温度である７０℃以下であれば接着剤として使用できる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態の超音波送受波器２，３は、圧電体１６が導電性ケース１５内に配置されているため、汚染物質などに対し影響を受けず、特性の安定した性能を発揮させることができる。
【００４７】
因みに、図１に示す流体の流れ測定装置の作用を図６を参照しつつ説明する。
【００４８】
図６において、Ｌを超音波送受波器２，３間の超音波伝搬路、Ｖを計測流路１を流れる
流体の流速、Ｃを音速、θを流体の流れ方向に対する超音波伝搬路のなす角度とすると、上流側の超音波送受波器２から出た超音波パルスが下流側の超音波送受波器３に到達する伝搬時間ｔ１は、
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）                  （１）
となり、次に、下流側の超音波送受波器３から出た超音波パルスが上流側の超音波送受波器２に到達する伝搬時間ｔ２は、
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）                  （２）
となる。
【００４９】
そして、（１）と（２）の式から流体の音速Ｃを消去すると、
Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓθ（１／ｔ１−１／ｔ２）      （３）
の式が得られる。
【００５０】
Ｌとθが既知なら、計時手段４でｔ１とｔ２を測定すれば、演算手段５で流速Ｖが演算できる。
【００５１】
必要に応じて、この流速Ｖに計測流路１の断面積Ｓと補正係数Ｋを乗じれば、流量Ｑを求めることができる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態１においては、被測定流体が流れる計測流路１の上下流側に配置した１対の超音波送受波器２，３と、前記超音波送受波器間２，３の超音波伝播時間を測定する計時手段４と、前記超音波伝播時間に基づき被測定流体の流速および／または流量を演算する演算手段５とを具備し、前記超音波送受波器２，３の端子部６，７、計時手段４および演算手段５を密閉し大気と遮断したことにより、可燃性ガスあるいは誤作動を起こすような腐食性のガスが周囲に存在しても、超音波送受波器２，３の端子部６，７、計時手段４、流量演算手段５に暴露されることがないため、被測定流体を安定して計測することができるものである。
【００５３】
（実施の形態２）
図７は実施の形態２を示すもので、図１と同作用を行う部分には便宜上同一符号を付し、具体的な説明は実施の形態１のものを援用する。
【００５４】
すなわち、実施の形態と異なるところは、１対の超音波送受波器２，３を計測流路１の同一側に並べて配置し、超音波送受波器２，３のいずれか一方より送信された超音波を一旦計測流路１の内壁面で反射させて超音波送受波器２，３のいずれか他で受信させるようにしたものである。
【００５５】
この構成によれば、計測流路１の路壁と一体に隔壁１０ｃを形成し、その内部の密閉空間１１ｃに両方の超音波送受波器２，３の端子部６，７、および計時手段４、演算手段５が配置でき、流れ計測装置９の設置領域から隔離できることとなる。
【００５６】
密閉空間１１ｃの構成としては、図８のように、隔壁１０ｃを枠状として一面を開放させ、この開放部を別部材の蓋板２６で閉じることも考えられる。
【００５７】
前記実施の形態２によれば、超音波送受波器２，３の端子部６，７と計時手段４とを結ぶリード線などを短くでき、しかも前記密閉構成としても確実なものが得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明にかかる流体の流れ計測装置によれば、安定した計測が可能とな
るり、家庭用流量計、産業用流量計のみならず、空気中に超音波を発生して距離を計測する自動車のバックソナーなどの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１  計測流路
２，３  超音波送受波器
４  計時手段
５  演算手段
６，７  端子部
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  隔壁
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  密閉空間
２０，２１ａ，２１ｂ  絶縁体
２６  蓋板
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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