(57)【要約】【課題】流体の流量を正確に計測可能なクランプオン式超音波流量計を提供する。【解決手段】流体が流れる配管１０に対して臨界角を超える角度θwi1で第１の超音波信号を入射させ、配管１０の管壁においてエバネッセント波を発生させる第１の超音波トランスデューサ１０１と、配管１０に対して第１の超音波信号の入射角度θwi1と同じ角度θwi2で第２の超音波信号を入射させ、配管１０の管壁においてエバネッセント波を発生させる第２の超音波トランスデューサ１０２と、第１の超音波信号が配管１０内を経て第２の超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの第１の時間と、第２の超音波信号が配管内を経て第１の超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの第２の時間と、に基づき、配管１０内の流体の流速及び／又は流量を算出する流量算出部３０２と、を備えるクランプオン式超音波流量計。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる配管に対して臨界角を超える角度で第１の超音波信号を入射させ、前記配管の管壁においてエバネッセント波を発生させる第１の超音波トランスデューサと、
前記第１の超音波信号を受信可能な位置に配置され、前記配管に対して前記角度と同じ角度で第２の超音波信号を入射させ、前記配管の管壁においてエバネッセント波を発生させる第２の超音波トランスデューサと、
前記第１の超音波信号が前記配管内を経て前記第２の超音波トランスデューサに到達するまでの第１の時間と、前記第２の超音波信号が前記配管内を経て前記第１の超音波トランスデューサに到達するまでの第２の時間と、に基づき、前記配管内の流体の流速及び／又は流量を算出する流量算出部と、
を備えるクランプオン式超音波流量計。
【請求項２】
前記第１の超音波信号及び前記第２の超音波信号が、前記配管の管壁の外表面と内表面の間を前記エバネッセント波として浸透する、請求項１に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項３】
前記第１の超音波トランスデューサが、前記第１の超音波信号を発する第１の振動子と、前記第１の超音波信号が前記臨界角を超える角度で前記配管に入射するよう、前記配管上に配置される第１のウェッジと、を備える、請求項１又は２に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項４】
前記第２の超音波トランスデューサが、前記第２の超音波信号を発する第２の振動子と、前記第２の超音波信号が前記臨界角を超える角度で前記配管に入射するよう、前記配管上に配置される第２のウェッジと、を備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項５】
前記流量算出部が、前記配管の管壁から前記配管内の空洞部に出射する前記第１及び第２の超音波信号の出射角に基づき、前記配管内の流体の流速及び／又は流量を算出する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項６】
前記配管の管壁から前記空洞部に出射する前記第１の超音波信号の出射角が、前記第１の超音波トランスデューサから前記配管への前記第１の超音波信号の入射角、前記第１の超音波トランスデューサにおける前記第１の超音波信号の音速、及び前記空洞部を流れる流体における前記第１の超音波信号の音速に基づき算出される、請求項５に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項７】
前記配管の管壁から前記空洞部に出射する前記第２の超音波信号の出射角が、前記第２の超音波トランスデューサから前記配管への前記第２の超音波信号の入射角、前記第２の超音波トランスデューサにおける前記第２の超音波信号の音速、及び前記空洞部を流れる流体における前記第２の超音波信号の音速に基づき算出される、請求項５又は６に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項８】
前記配管が金属配管である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項９】
前記流体が気体である、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のクランプオン式超音波流量計。
【請求項１０】
流体が流れる配管に対して臨界角を超える角度で第１の超音波信号を第１の超音波トランスデューサから入射させ、前記配管の管壁においてエバネッセント波を発生させることと、
前記第１の超音波信号を受信可能な位置に配置された第２の超音波トランスデューサから前記配管に対して前記角度と同じ角度で第２の超音波信号を入射させ、前記配管の管壁においてエバネッセント波を発生させること、
前記第１の超音波信号が前記配管内を経て前記第２の超音波トランスデューサに到達するまでの第１の時間と、前記第２の超音波信号が前記配管内を経て前記第１の超音波トランスデューサに到達するまでの第２の時間と、に基づき、前記配管内の流体の流速及び／又は流量を算出することと、
を含む、流量の計測方法。
【請求項１１】
前記第１の超音波信号及び前記第２の超音波信号が、前記配管の管壁の外表面と内表面の間を前記エバネッセント波として浸透する、請求項１０に記載の流量の計測方法。
【請求項１２】
前記第１の超音波トランスデューサが、前記第１の超音波信号を発する第１の振動子と、前記第１の超音波信号が前記臨界角を超える角度で前記配管に入射するよう、前記配管上に配置された第１のウェッジと、を備える、請求項１０又は１１に記載の流量の計測方法。
【請求項１３】
前記第２の超音波トランスデューサが、前記第２の超音波信号を発する第２の振動子と、前記第２の超音波信号が前記臨界角を超える角度で前記配管に入射するよう、前記配管上に配置される第２のウェッジと、を備える、請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の流量の計測方法。
【請求項１４】
前記配管の管壁から前記配管内の空洞部に出射する前記第１及び第２の超音波信号の出射角に基づき、前記配管内の流体の流速及び／又は流量が算出される、請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の流量の計測方法。
【請求項１５】
前記配管の管壁から前記空洞部に出射する前記第１の超音波信号の出射角が、前記第１の超音波トランスデューサから前記配管への前記第１の超音波信号の入射角、前記第１の超音波トランスデューサにおける前記第１の超音波信号の音速、及び前記空洞部を流れる流体における前記第１の超音波信号の音速に基づき算出される、請求項１４に記載の流量の計測方法。
【請求項１６】
前記配管の管壁から前記空洞部に出射する前記第２の超音波信号の出射角が、前記第２の超音波トランスデューサから前記配管への前記第２の超音波信号の入射角、前記第２の超音波トランスデューサにおける前記第２の超音波信号の音速、及び前記空洞部を流れる流体における前記第２の超音波信号の音速に基づき算出される、請求項１４又は１５に記載の流量の計測方法。
【請求項１７】
前記配管が金属配管である、請求項１０ないし１６のいずれか１項に記載の流量の計測方法。
【請求項１８】
前記流体が気体である、請求項１０ないし１７のいずれか１項に記載の流量の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体計測技術に関し、特にクランプオン式超音波流量計及び流量の計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランプオン式超音波流量計は、配管の外側の上流側と下流側にそれぞれ配置される超音波トランスデューサを備える。クランプオン式の流量計は一般に超音波を利用するため、以下、本明細書においては、「クランプオン式超音波流量計」のことを、単に「クランプオン式流量計」と略す場合がある。クランプオン式流量計は、配管の中を流れる流体に向かって超音波を送り込み、流体の上流から下流方向に従って伝播する超音波の伝播時間と、下流から上流方向に逆らって伝播する超音波の伝播時間と、に基づき、配管内を流れる流体の流速及び流量を算出する（例えば、特許文献１参照。）。クランプオン式流量計は、配管の外側に超音波トランスデューサを押し当てればよいため、設置する際に配管を切断する必要がない、配管内の空洞部を流れる流体に触れないため、測定対象の流体が腐食性であってもよい、測定対象の流体の純度に影響を与えない、並びに配管内に構造物が挿入されないため、圧力損失が生じない、等の利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第１１７３７３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、流体の流量を正確に計測可能なクランプオン式超音波流量計及び流量の計測方法を提供することを目的の一つとする。ここで、流体とは、気体及び液体を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、（ａ）流体が流れる配管に対して臨界角を超える角度で第１の超音波信号を入射させ、配管の管壁においてエバネッセント波を発生させる第１の超音波トランスデューサと、（ｂ）第１の超音波信号を受信可能な位置に配置され、配管に対して第１の超音波信号の入射角度と同じ角度で第２の超音波信号を入射させ、配管の管壁においてエバネッセント波を発生させる第２の超音波トランスデューサと、（ｃ）第１の超音波信号が配管内を経て第２の超音波トランスデューサに到達するまでの第１の時間と、第２の超音波信号が配管内を経て第１の超音波トランスデューサに到達するまでの第２の時間と、に基づき、配管内の流体の流速及び／又は流量を算出する流量算出部と、を備えるクランプオン式超音波流量計が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、（ａ）流体が流れる配管に対して臨界角を超える角度で第１の超音波信号を第１の超音波トランスデューサから入射させ、配管の管壁においてエバネッセント波を発生させることと、（ｂ）第１の超音波信号を受信可能な位置に配置された第２の超音波トランスデューサから配管に対して第１の超音波信号の入射角度と同じ角度で第２の超音波信号を入射させ、配管の管壁においてエバネッセント波を発生させること、（ｃ）第１の超音波信号が配管内を経て第２の超音波トランスデューサに到達するまでの第１の時間と、第２の超音波信号が配管内を経て第１の超音波トランスデューサに到達するまでの第２の時間と、に基づき、配管内の流体の流速及び／又は流量を算出することと、を含む、流量の計測方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、流体の流量を正確に計測可能なクランプオン式超音波流量計及び流量の計測方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係るクランプオン式流量計の模式的断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るクランプオン式流量計の模式的断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るクランプオン式流量計の模式的断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るクランプオン式流量計の模式的断面図である。
【図５】従来技術に係るクランプオン式流量計の模式的断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る超音波パケットのグラフである。
【図７】本発明の実施例に係る超音波パケットのグラフである。
【図８】本発明の実施例に係る超音波パケットのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
実施の形態に係るクランプオン式流量計は、図１及び図２に示すように、流体が流れる配管１０に対して臨界角を超える角度θwi1で第１の超音波信号を入射させ、配管１０の管壁においてエバネッセント波を発生させる第１の超音波トランスデューサ１０１と、第１の超音波信号を受信可能な位置に配置され、配管１０に対して第１の超音波信号の入射角度θwi1と同じ角度θwi2で第２の超音波信号を入射させ、配管１０の管壁においてエバネッセント波を発生させる第２の超音波トランスデューサ１０２と、を備える。流体とは、気体又は液体である。
【００１１】
第１の超音波トランスデューサ１０１は配管１０内を流れる流体の上流側に配置され、第２の超音波トランスデューサ１０２は下流側に配置される。第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１の超音波信号は、配管１０を経て第２の超音波トランスデューサ１０２で受信される。第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２の超音波信号は、配管１０を経て第１の超音波トランスデューサ１０１で受信される。例えば、第１の超音波トランスデューサ１０１と第２の超音波トランスデューサ１０２は、交互に駆動信号が印加され、交互に超音波信号を発する。
【００１２】
第１の超音波トランスデューサ１０１及び第２の超音波トランスデューサ１０２は、中央処理装置（ＣＰＵ）３００に電気的に接続されている。ＣＰＵ３００は、第１の超音波信号が第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられてから配管１０内を経て第２の超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの第１の時間、及び第２の超音波信号が第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられてから配管内を経て第１の超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの第２の時間を計測する時間計測部３０１と、第１の時間と、第２の時間と、に基づき、配管１０内の流体の流速及び／又は流量を算出する流量算出部３０２と、を含む。
【００１３】
第１の超音波トランスデューサ１０１は、例えば、第１の超音波信号を発する第１の振動子１と、第１の超音波信号が臨界角を超える角度θwi1で配管１０に向かって入射するように、配管１０の外表面上に配置される第１のウェッジ１１と、を備える。同様に、第２の超音波トランスデューサ１０２は、例えば、第２の超音波信号を発する第２の振動子２と、第２の超音波信号が臨界角を超える角度θwi2で配管１０に向かって入射するように、配管１０の外表面上に配置される第２のウェッジ１２と、を備える。配管１０は、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる金属配管である。第１及び第２のウェッジ１１、１２は、例えばポリエーテルイミド等のプラスチック等の合成樹脂等からなる。
【００１４】
超音波が等方等質の固体内を伝播する場合、縦波と横波の２種類の平面波が伝播でき、実体波（ｂｏｄｙ  ｗａｖｅ）と呼ばれる。縦波と横波はそれぞれスネルの法則に従い２つの媒質の界面で屈折する。第１及び第２の超音波トランスデューサ１０１、１０２の第１及び第２のウェッジ１１、１２における超音波の音速をｃW、配管１０の管壁における超音波の音速をｃPとし、第１ウェッジ１１と配管１０との界面に対する第１のウェッジ１１からの入射角をθWi1、第２のウェッジ１２と配管１０との界面に対する第２のウェッジ１２からの入射角をθWi2、配管１０の管壁への出射角をθPとすると、スネルの法則から、下記式（１）を満足する。
ｓｉｎ（θWi1）／ｃW
＝ｓｉｎ（θWi2）／ｃW
＝ｓｉｎ（θP）／ｃP             （１）
したがって、入射角θWの臨界角θcは、下記式（２）で与えられる。
θc＝ｓｉｎ-1（ｃWi1／ｃP）
＝ｓｉｎ-1（ｃWi2／ｃP）          （２）
【００１５】
超音波の入射角が臨界角θcを超える場合、超音波は界面で全反射し、第１及び第２のウェッジ１１、１２から配管１０の管壁内へ平面波は伝播しない。一般に縦波より横波の方が臨界角が大きいため、入射角が横波の臨界角を超える場合には、縦波も横波も平面波としては配管１０の管壁内へ伝播できないことになる。このとき、配管１０の管壁内の音場は、界面に垂直な方向には指数関数的に減衰し、界面に平行な方向には周期性をもつ波動となる。この音場をエバネッセント波という。エバネッセント波のエネルギーは、界面に垂直な方向に沿って界面から波長程度の範囲に集中しており、それより深くは浸透しない（例えば、「超音波用語辞典」、２００５年、工業調査会、２７ページ参照。）。
【００１６】
例えば、配管１０がステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなる場合、縦波の音速は５７８０ｍ／ｓであり、横波の音速は３１４１ｍ／ｓである。そのため、ＳＵＳ３０４からなる配管１０の管壁内において、例えば１ＭＨｚの超音波の縦波の波長は５．８ｍｍ、横波の波長は３．１ｍｍとなる。したがって、管壁の厚みが数ｍｍ程度までであれば、配管１０の外表面側で生じたエバネッセント波は、内表面まで浸透することができる。エバネッセント波は外表面の法線方向に平行に浸透していくのであるため、エバネッセント波の背と背、腹と腹の間隔は変わらずに内表面へと伝わる。エバネッセント波が配管１０の内表面まで浸透することにより、配管１０の管壁内から配管１０内の流体に向かって、第１の超音波信号としての平面波が出射する。配管１０の管壁の外表面と内表面における超音波振動の背と背、腹と腹の間の間隔が同じであるため、管壁部分を中抜きしてスネルの法則を適用することができる。そこで、配管１０内の流体における超音波の音速をｃaとして、出射する平面波の出射角θao1は、下記（３）式で与えられる。
θao1＝ｓｉｎ-1（ｓｉｎθWi1・ｃa／ｃW）            （３）
【００１７】
第１の超音波信号としての平面波は配管１０内の流体中を進み、配管１０の管壁の出射した部分と対向する部分に入射する。そこで再びエバネッセント波が発生し、エバネッセント波は第１の超音波信号として配管１０の管壁内を浸透する。さらに配管１０の管壁から角度θwi1と同じ角度θwo1で第１の超音波信号としての平面波が配管外部に出射して第２の超音波トランスデューサ１０２で受信される。
【００１８】
第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２の超音波信号としての平面波も、臨界角を超える角度θwi2で配管１０に入射し、配管１０の管壁においてエバネッセント波を発生させる。エバネッセント波は、第２の超音波信号として配管１０の管壁内に浸透する。エバネッセント波が配管１０の内表面まで浸透することにより、配管１０の管壁内から配管１０内の流体に向かって、第２の超音波信号としての平面波が出射し、平面波は配管１０の管壁の出射した部分と対向する部分に入射する。そこで再びエバネッセント波が発生し、エバネッセント波は第２の超音波信号として配管１０の管壁内を浸透する。さらに配管１０の管壁から角度θwi2と同じ角度θwo2で第２の超音波信号としての平面波が配管外部に出射して第１の超音波トランスデューサ１０１で受信される。
【００１９】
配管１０の内部においては、流体が流速ｖで流れている。上述したように、第１の超音波トランスデューサ１０１は配管１０内を流れる流体の上流側に配置され、第２の超音波トランスデューサ１０２は下流側に配置される。そのため、第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１の超音波信号は、配管１０内の空洞部を流体の流れに従って伝播する。これに対し、第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２の超音波信号は、配管１０内の空洞部を流体の流れに逆らって伝播する。よって、配管１０内の空洞部において、第１の超音波信号の伝播時間と、第２の超音波信号の伝播時間と、で、流体の流速ｖによる差が生じる。
【００２０】
第１の超音波信号が配管１０内の空洞部を横切るために必要な伝播時間ｔ1は、下記（４）式で与えられる。
ｔ1＝Ｌ／（ｃa＋ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θao1））            （４）
また、第２の超音波信号が配管１０内の空洞部を横切るために必要な伝播時間ｔ2は、下記（５）式で与えられる。
ｔ2＝Ｌ／（ｃa−ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θao2））            （５）
ここで、図３及び図４に示すように、Ｌは第１の超音波信号及び第２の超音波信号のそれぞれが配管１０内の空洞部を横切る長さを表す。
また、θao2はθao1と等しいため、上記（５）式から、下記（６）式が得られる。
ｔ2＝Ｌ／（ｃa−ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θao1））            （６）
【００２１】
上記（４）及び（６）式より、伝播時間ｔ2と伝播時間ｔ1との差Δｔは、下記（７）式で与えられる。
Δｔ＝ｔ2−ｔ1≒（２Ｌｖ・ｓｉｎθao1）／ｃa2         （７）
上記（７）式より、配管１０内の空洞部を流れる流体の流速ｖは、下記（８）式で与えられる。
ｖ＝ｃa2Δｔ／（２Ｌ・ｓｉｎθao1）                   （８）
ここで、出射角θao1は上記（３）式より算出可能である。長さＬは、配管１０の直径と出射角θao1より算出可能である。また、配管１０内の空洞部を流れる流体における音速ｃaは、流体の種類や温度によって定まる定数である。したがって、第１及び第２の超音波信号の伝搬時間の差Δｔを計測することにより、配管１０内の空洞部を流れる流体の流速ｖを算出可能である。
【００２２】
さらに、配管１０内の空洞部を流れる流体の流量ｑは、下記（９）式から算出可能である。
ｑ＝ｋＳｖ                （９）
上記（９）式において、ｋは流量補正係数、Ｓは配管１０の断面積を表す。配管１０の内直径をＤとすると、
Ｌ＝Ｄ／ｃｏｓ（θao1））
Ｓ＝πＤ2／４
となるため、（８）及び（９）式より、流体の流量ｑを以下のように表してもよい。
ｑ＝πｋＤｃa2Δｔ／（４・ｔａｎθao1）     （９’）
【００２３】
図１ないし図４に示す時間計測部３０１は、第１の超音波トランスデューサ１０１が第１の超音波信号を発したタイミングと、第２の超音波トランスデューサ１０２が第１の超音波信号を受信したタイミングと、を監視し、第１の超音波信号が第１の超音波トランスデューサ１０１から発せられてから配管１０内を経て第２の超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの第１の時間を計測する。また、時間計測部３０１は、第２の超音波トランスデューサ１０２が第２の超音波信号を発したタイミングと、第１の超音波トランスデューサ１０１が第２の超音波信号を受信したタイミングと、を監視し、第２の超音波信号が第２の超音波トランスデューサ１０２から発せられてから配管１０内を経て第１の超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの第２の時間を計測する。
【００２４】
時間計測部３０１は、第２の時間と第１の時間の差の値を算出し、流量算出部３０２に伝送する。ただし、時間計測部３０１は、第２の時間と第１の時間の差を、直接計測してもよい。ここで、第１及び第２のウェッジ１１、１２及び配管１０の管壁内部では、第１の超音波信号の伝播時間と、第２の超音波信号の伝播時間と、の間に、差が生じない。したがって、第２の時間と第１の時間の差は、上記（７）式で与えられる配管１０内の空洞部における伝播時間ｔ2と伝播時間ｔ1との差Δｔのみによって生じる。
【００２５】
流量算出部３０２は、例えば、上記（３）式に基づき、配管１０の管壁から空洞部に出射する第１の超音波信号の出射角θao1の値を算出する。なお、流量算出部３０２は、予め算出された出射角θao1を記憶していてもよい。
【００２６】
流量算出部３０２は、上記（８）式の右辺の変数に算出した値を代入して、配管１０内の空洞部を流れる流体の流速ｖを算出する。なお、流量算出部３０２は、第１の時間の逆数と第２の時間の逆数の差に基づいて流速を算出してもよい。また、流量算出部３０２は、上記（９）式の右辺の変数に算出した値を代入して、配管１０内の空洞部を流れる流体の流量ｑを算出する。ＣＰＵ３００には、流量記憶装置３０３及び出力装置３０４が接続されている。流量算出部３０２は、算出した流体の流速ｖ及び流量ｑを、流量記憶装置３０３に保存し、出力装置３０４に出力する。
【００２７】
本発明者らは、鋭意研究の末、以下の知見を見出した。即ち、従来のクランプオン式流量計においては、ウェッジ１１と配管１０の接合部において全反射が起きないよう、配管に対して臨界角を超えない角度で超音波信号を入射している。そのため、配管の管壁に、実体波が全反射されることなく進入する。また、配管の管壁の厚さによっては、実体波とともに、配管管壁内部に、伝播形態の異なる複数の種類のガイド波が発生し、混在することとなる。しかし、伝播形態の異なる超音波は、それぞれ音速が異なる。そのため、計測される超音波の伝播時間に分布が生じ、算出される流体の流速に誤差が生じる。
【００２８】
これに対し、本発明の実施の形態によれば、配管１０に対して臨界角を超える角度で超音波信号を入射することによって、実体波を全反射させ、配管の管壁において、エバネッセント波を発生させる。これにより、配管管壁内での多重反射は起こらなくなるため、計測される流体の流速の誤差を抑制することが可能となる。
【００２９】
また、図５に示すように、従来のクランプオン式流量計は、配管に対して臨界角を超えない角度で超音波信号を入射しているため、配管の管壁内で、超音波の多重反射が起きる。しかし、多重反射が起きると、図６に示すように、受信側の超音波トランスデューサにおいて、波形が時間的に拡がり、振幅のピークが（１）であるか、（２）であるのか、特定するのが困難になる場合がある。これにより、超音波の伝播時間の特定も困難になることもある。これに対し、多重反射を起こさないエバネッセント波を用いることにより、受信側の超音波トランスデューサにおいて、波形の時間的な拡がりを抑制することが可能となる。そのため、信号波形が鋭くなり、超音波の伝播時間の特定が容易になる。さらに、従来のクランプオン式流量計では配管の管壁内を多重反射した超音波が配管のフランジ面などで反射して戻ってくるため、本来の超音波信号でない信号が受信側の超音波トランスデューサにおいて受信され、正しい計測に影響を及ぼす場合がある。これに対し、多重反射を起こさないエバネッセント波を用いることにより、受信側の超音波トランスデューサにおいて、本来の受信信号を高いＳＮ比で受信することが可能となる。
【００３０】
（実施例）
肉厚が３．７ｍｍであるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）鋼管（４０Ａスケジュール４０）を用意した。これに、ポリエーテルイミドからなるウェッジをそれぞれ有する送信側及び受信側超音波トランスデューサを配置した。ウェッジは、ステンレス鋼への超音波の入射角が、５４°及び５７°となるよう作製した。
【００３１】
ポリエーテルイミドにおける超音波の縦波の音速は２４３８ｍ／ｓである。また、ステンレス鋼における超音波の縦波の音速は５７８０ｍ／ｓ、同じく横波の音速は３１４１ｍ／ｓであるので、縦波、横波の臨界角はそれぞれ２４．９°、５０．９°である。入射角が５０．９°を超えると超音波の実体波（縦波、横波）は配管に伝わることができなくなるため、単に角度の量的な問題ではなく、質的に異なった状態となっている。
【００３２】
ステンレス鋼鋼管に０．３ＭＰａＧの圧縮空気を流して、送信側超音波トランスデューサから超音波信号を発したところ、図７及び図８に示すように、入射角が５４°及び５７°のいずれであっても、時間的な拡がりが抑制され、かつ振幅が十分な超音波信号を、受信側超音波トランスデューサで受信できた。
【００３３】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、ウェッジの材料はポリエーテルイミドに限られず、配管の材料もステンレス鋼に限られない。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００３４】
１     第１の振動子
２     第２の振動子
１０   配管
１１   第１のウェッジ
１２   第２のウェッジ
１０１ 第１の超音波トランスデューサ
１０２ 第２の超音波トランスデューサ
３０１ 時間計測部
３０２ 流量算出部
３０３ 流量記憶装置
３０４ 出力装置
【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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