(57)【要約】【課題】簡易に流体中に超音波反射面を配置でき良好な測定精度が得られる。【解決手段】流路用管体１１内に２本の棒状体１２が管軸と直交する方向に挿入されている。棒状体１２の先端は斜め４５度に切削され、この傾斜反射面１３は互いに相反する方向に向けられている。そして、棒状体１２の先端には、平面１４が互いに対向して形成されている。棒状体１２の管体１１の外部に位置する外端部には、それぞれ超音波送受波器１６が取り付けられている。  ２つの超音波送受波器１６から交互に超音波ビームＢを繰り返して発信かつ受信する。上流側の超音波送受波器１６ａから発信した超音波ビームＢは棒状体１２ａ、傾斜反射面１３ａ、平面１４ａを経て流体中に出射され、平面１４間の所定距離を伝播し、平面１４ｂ、傾斜反射面１３ｂ、棒状体１２ｂを経て下流側の超音波送受波器１６ｂに至る。超音波送受波器１６ｂからは、逆の経路を経て超音波送受波器１６ａに至る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路用管体を流れる流体の流量を測定する超音波流量計において、前記管体内に一対の超音波伝播用の棒状体を管軸方向に間隔をおいてかつ管軸方向と直交する方向に挿入し、前記管体内の前記棒状体の先端の前記棒状体同士の対向する側の反対側にそれぞれ傾斜反射面を形成すると共に、前記棒状体の前記管体外の外端部にそれぞれ超音波送受波器を取り付け、前記超音波送受波器により超音波ビームの発信、受信を交互に繰り返し、前記超音波ビームを前記一方の棒状体、前記傾斜反射面から、前記流体、相手側傾斜反射面、相手側棒状体を経て相手側の前記超音波送受波器に伝達することを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記傾斜反射面で反射して前記流体中に前記超音波ビームが入出射する前記棒状体の部分は、前記管軸と直交する平面状としたことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記傾斜反射面で反射して前記流体中に前記超音波ビームが入出射する前記棒状体の部分は、球面状としたことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記棒状体は管軸に向けて挿入したことを特徴とする請求項１に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、管体内の流体中に超音波反射面を備えた超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から時間差方式の超音波流量計においては、一般に図９に示すような管体１の外側の流れに沿った上流側、下流側位置に超音波送受波器２、３を設置している。これらの超音波送受波器２、３間で交互に超音波ビームＢを発信、受信して、上流側から下流側への管体１の内壁で反射する超音波ビームＢの伝播と、下流側から上流側への同様の超音波ビームＢの伝播とにより生ずる時間差から、管体１内を流れる流体の流速及び流量を求めている。
【０００３】
しかし、超音波ビームＢが管体１から液体中に進むとき、及び流体中から管体１内に進むときに屈折が生ずる。更には、このときの屈折は液体の密度、粘度、温度などの動粘度により屈折角に変化が生じ、測定に不具合をもたらす。
【０００４】
例えば、流体が水の場合に、例えば温度が１℃と９９℃では動粘度が大きく異なって屈折角が変化し、超音波送受波器２、３の位置を移動させないと十分な信号を得ることができない。
【０００５】
そこで、図１０に示すように超音波送受波器２、３に角度を持たせて直線で結ぶようにすれば、この点については解決されるが、管体１を斜めに正確に加工し、防水対策を行うことは極めて困難である。
【０００６】
このような問題に対応するための１つの方策として、特許文献１の手段が知られている。この特許文献１によれば、図１１に示すように管体４中に一対の金属製の反射体５、６を吊り下げ、超音波送受波器７から発生した超音波ビームＢを管体４内に導入して反射体５で反射して管軸方向に向け、再び相手側の反射体６で受け、相手側の超音波送受波器８に導くようになっている。超音波送受波器８で発生した超音波ビームＢも逆の経路を経て超音波送受波器７に至る。
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５２６１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述の特許文献１においては、管体１内に超音波ビームＢを直角に進入させるため、管体１と流体間での屈折角が生ずることはないが、次のような問題がある。
【０００９】
（１）管体１と反射体５、管体１と反射体６との間の超音波伝播経路において、超音波ビームＢが流体の流速により偏向され、超音波ビームＢが効率的に相手側の超音波送受波器７、８に到達せず、Ｓ／Ｎが大きくなり誤差が介入し易い。
（２）管体１中に吊り下げた反射体５、６が動き易く、超音波ビームＢの伝達距離が変化し易い。
（３）管体１への反射体５、６の取り付け作業が容易ではない。
【００１０】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、簡易に流体中に超音波反射面を配置でき、良好な測定精度が得られ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】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る超音波流量計の技術的特徴は、流路用管体を流れる流体の流量を測定する超音波流量計において、前記管体内に一対の超音波伝播用の棒状体を管軸方向に間隔をおいてかつ管軸方向と直交する方向に挿入し、前記管体内の前記棒状体の先端の前記棒状体同士の対向する側の反対側にそれぞれ傾斜反射面を形成すると共に、前記棒状体の前記管体外の外端部にそれぞれ超音波送受波器を取り付け、前記超音波送受波器により超音波ビームの発信、受信を交互に繰り返し、前記超音波ビームを前記一方の棒状体、前記傾斜反射面から、前記流体、相手側傾斜反射面、相手側棒状体を経て相手側の前記超音波送受波器に伝達することにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る超音波流量計によれば、取り付けが容易で流量を正確に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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は実施例における超音波流量計の構成図を示しており、例えば内径２０ｍｍの流路用管体１１内に、例えばＰＰＳなどの合成樹脂材料から成り、超音波ビーム伝播用の例えば直径７ｍｍの丸棒状の２本の棒状体１２ａ、１２ｂが、その先端を管径の１／３程度の位置にして挿入されている。棒状体１２ａ、１２ｂの挿入方向は、管軸Ｏと直交する平面内において、管軸Ｏに向けて挿入され、棒状体１２ａ、１２ｂ同士の管軸方向の間隔は例えば８０ｍｍとされている。
【００１４】
図２、図３に示すように、棒状体１２ａ、１２ｂの先端の対向する反対側には、斜め４５度に切削された傾斜反射面１３ａ、１３ｂが形成され、これらの傾斜反射面１３ａ、１３ｂは互いに相反する方向に向けられている。更に、棒状体１２ａ、１２ｂの先端には、管軸方向と直交する平面１４ａ、１４ｂが互いに対向して形成されている。この平面１４ａ、１４ｂは棒状体１２ａ、１２ｂに段差が生じないように、棒状体１２ａ、１２ｂの中間部から滑らかな曲面を経て平面状に切削されている。
【００１５】
棒状体１２ａ、１２ｂの管体１１の外部に位置する外端部１５ａ、１５ｂには、それぞれ超音波送受波器１６ａ、１６ｂが取り付けられ、これらの超音波送受波器１６ａ、１６ｂには図示しない超音波発信回路が接続されていると共に、超音波送受波器１６ａ、１６ｂの出力は演算制御手段１７に接続され、演算制御手段１７の出力は表示手段１８に接続されている。
【００１６】
流量測定に際しては、超音波送受波器１６ａ、１６ｂにおいて、交互に超音波ビームＢを繰り返して発信かつ受信する。上流側の超音波送受波器１６ａから発信された超音波ビームＢは棒状体１２ａ内を伝播して先端の傾斜反射面１３ａで管軸方向に反射され、平面１４ａを経て流体中に出射される。超音波ビームは平面１４ａ、１４ｂ間の所定距離の流体中を通過し、相手側の平面１４ｂ、傾斜反射面１３ｂを経て棒状体１２ｂを進行し、下流側の超音波送受波器１６ｂに至る。下流側の超音波送受波器１６ｂからの超音波ビームＢは、逆の経路を経て上流側の超音波送受波器１６ａに至ることになる。
【００１７】
超音波ビームＢが棒状体１２ａ、１２ｂの平面１４ａ、１４ｂ間を通過する際には流速の影響を受け、上流側から下流側に到達するまでの時間と、下流側から上流側に到達する時間が異なり、伝播時間差を演算制御手段１７で測定する。この伝播時間差により、演算制御手段１７において公知の方法により流量値を算出し、表示手段１８に表示又は他の回路に出力する。
【００１８】
このように本実施例においては、超音波ビームＢの管体中に入射は棒状体１２ａ、１２ｂに伝達されることにより、屈折や流体の流速の影響を受けることなく、棒状体１２ａ、１２ｂ間においてのみ流速に伝達するので、精度の良い測定が可能となる。また、棒状体１２ａ、１２ｂの管体１１への取り付けも、管体１１に管軸Ｏとの直交平面方向に孔を穿孔すればよいので、簡便に固定ができる。
【００１９】
上述の実施例においては、断面円形の棒状体１２ａ、１２ｂに平面１４ａ、１４ｂを形成しており、曲面、傾斜面を形成せざるを得ず、超音波ビームＢがこれらの曲面等で乱反射し、ノイズ成分が大きくなることが考えられる。
【００２０】
この対策として、図４に示すように棒状体１２ａ、１２ｂに断面角型のものを使用してもよい。この場合に、上述のノイズ発生の問題は解決され、傾斜反射面１３ａ、１３ｂの面積を大きくすることができるが、流体に対する抵抗となり、流れを大きく乱すことにもなる。
【００２１】
そこで、図５又は図６に示すように、棒状体１２として断面半円状、半楕円状又は三角状のものを使用し、平面１４は予め素材に作成されているものとし、棒状体１２ａの上流側の面、棒状体１２ｂの下流側の面は円形、楕円形、又は三角形とすると、流れを大きく乱すことがないので好適である。
【００２２】
更に、棒状体１２ａ、１２ｂの先端の平面１４ａ、１４ｂは球状面に加工してレンズ効果を持たせることができる。これにより、相手側の棒状体１２ａ、１２ｂの球状面に至る過程における超音波ビームＢを任意の形状に収束することができ、効率的な伝播を行わせることが可能となる。また、傾斜反射面１３ａ、１３ｂを曲面として、レンズ効果を持たせてもよい。
【００２３】
更には、棒状体１２ａ、１２ｂの管体１１内への挿入深さは流体抵抗が生ずること、層流を考慮して、深く挿入しないことが望ましい。また、挿入方向は必ずしも管軸Ｏに向ける必要はなく、図７に示すように管軸Ｏに対して偏心していてもよい。
【００２４】
更に、棒状体１２ａ、１２ｂは管軸方向から見て平行に揃えることなく、図８に示すように管体１１への挿入方向が異なっていても、傾斜反射面１３ａ、１３ｂ同士が管軸方向で一致していれば支障はない。
【００２５】
また、棒状体１２ａ、１２ｂの材料は必ずしも合成樹脂とは限らず金属であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例の構成図である。
【図２】棒状体の正面図である。
【図３】棒状体の背面図である。
【図４】棒状体の変形例の斜視図である。
【図５】棒状体の変形例の断面図である。
【図６】棒状体の変形例の断面図である。
【図７】棒状体の挿入方向の説明図である。
【図８】棒状体の挿入方向の説明図である。
【図９】従来例の構成図である。
【図１０】従来例の構成図である。
【図１１】従来例の構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１  流路用管体
１２ａ、１２ｂ  棒状体
１３ａ、１３ｂ  傾斜反射面
１４ａ、１４ｂ  平面
１５ａ、１５ｂ  外端部
１６ａ、１６ｂ  超音波送受波器
１７  演算制御手段
１８  表示手段
【図１】
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【図２】
2008275556.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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【図７】
2008275556.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008275556.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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