(57)【要約】【課題】流量測定部において流量を測定する際に入口部における流速分布の影響を抑え精度の高い超音波流量計を提供することを目的とする。【解決手段】一対の超音波送受波器を有する流管１１の流量測定部を仕切板１７ａ，１７ｂ，１７ｃを介して前後二段階に複数の分割流路１８ａ〜１８ｆに区分した。流体はまず前段の分割流路１８ａ，１８ｂに分流し、さらにその後段で４つの分割流路１８ｃ〜１８ｆに再分流される。これら分流によって流速分布の均一化が図られ、高精度な流量測定が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、前記超音波送受波器により計測される計測領域において上流側から下流側になるにつれ前記分割流路の数を増やした超音波流量計。
【請求項２】
分割流路の数を段階的に増やし、かつ各段毎に分割流路の断面積を等しくした請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の長さを設定した超音波流量計。
【請求項４】
流管内における流体の流速が大きい部分の分割流路を他の部分の分割流路より長くした請求項３記載の超音波流量計。
【請求項５】
流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路から流速が小さい部分の分割流路になるにつれてその長さを段階的に短くした請求項３記載の超音波流量計。
【請求項６】
矩形の流管において、その長辺と平行に仕切板を設けた請求項３記載の超音波流量計。
【請求項７】
流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の断面積を設定した超音波流量計。
【請求項８】
流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路の断面積を他の分割流路の断面積より小さくした請求項７記載の超音波流量計。
【請求項９】
流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路から流速が小さい部分の分割流路になるにつれてその断面積を段階的に大きくした請求項７記載の超音波流量計。
【請求項１０】
前記仕切板の厚さを変えることにより分割流路の断面積を異なるようにした請求項７記載の超音波流量計。
【請求項１１】
流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の長さ及び断面積を設定した超音波流量計。
【請求項１２】
流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路の長さを他の分割流路の長さより長くしかつその断面積を他の分割流路の断面積より小さくした請求項１１記載の超音波流量計。
【請求項１３】
流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路から流速が小さい部分の分割流路になるにつれてその長さを段階的に短くしかつその断面積を段階的に大きくした請求項１１記載の超音波流量計。
【請求項１４】
断面長方形状の矩形の流管において、その長辺に平行に仕切板を設けた請求項１、３、７、１１いずれか１項記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用してガス、水などの流体の流量を計測する超音波流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波流量計は、図８に示すような構造であった。すなわち、仕切板１により区切られた層状の流路２を設けた流量測定部３と、前記流量測定部３に流体が流入するための入口部４と、流体が流出するための出口部５と、前記入口部４と流量測定部３を接続する上流側接続部６と、前記出口部５と流量測定部３を接続する下流側接続部７とを有する。
【０００３】
流量測定部３に設けられた層状の流路はほぼ均等の流路高さで形成されており、この構造により流量測定部３において流れの二次元性を確保し精度の高い流量計測を実現していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−４３０１５号公報（第２、３頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
然るに上記従来の技術では、仕切板１により層状の流路２に単に区分するものであるから、流量測定部３において超音波を用いて流量を測定する際に、入口部４における流体の流速分布の影響を受け精度が低下するという課題があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、流量測定部において流量を測定する際に入口部における流速分布の影響を抑え精度の高い超音波流量計を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の超音波流量計は、流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、前記超音波送受波器により計測される計測領域において上流側から下流側になるにつれ前記分割流路の数を増やしたものである。
【０００８】
本発明によれば、超音波送受波器により計測される計測領域において上流側から下流側になるにつれ前記分割流路の数を増やしており、入口部における流体の流速分布を各分割流路に分配するため、各分割流路における流速を均一化し、精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、前記超音波送受波器により計測される計測領域において上流側から下流側になるにつれ前記分割流路の数を増やした超音波流量計である。
【００１０】
分割流路の増加形態としては、その数を段階的に増やし、かつ各段毎に分割流路の断面積を等しくすることが考えられる。
【００１１】
この構成により、超音波送受波器により計測される計測領域において上流側から下流側になるにつれ前記分割流路の数を増やしており、入口部における流体の流速分布を各分割流路に分配するため各分割流路における流速を均一化し、精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【００１２】
また、本発明は、流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の長さを設定した超音波流量計である。
【００１３】
分割流路の長さの設定は、流管内における流体の流速が大きい部分の分割流路を他の部分の分割流路より長くし、具体的には、流管内での流体の流速が小さい部分の分割流路から流速が大きい部分の分割流路になるにつれてその長さを段階的に長くしたものである。
【００１４】
この構成により、分割流路の長さを変えることで分割流路を流れる流体に対する抵抗を変えることができるため、各々の分割流路における流速分布が均一化し、入口部における流体の流速分布の影響を抑え精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【００１５】
また、本発明は、流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の断面積を設定した超音波流量計である。
【００１６】
分割流路の断面積は、流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路の断面積を他の分割流路の断面積より小さく、例えば段階的に小さくしたものである。
【００１７】
この構成により、分割流路の断面積を変えることで流路を流れる流体に対する抵抗を変えることができるため、各々の分割流路における流速分布が均一化し入口部における流体の流速分布の影響を抑え精度の高い超音波流量計を実現することができる。また、分割流路の断面積は仕切板の厚さを変える手段によっても達成できるものである。
【００１８】
また本発明は、流体の流れる流管と、前記流管内を仕切板で分割することにより形成された複数の分割流路と、前記流管に設けられた少なくとも一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器により計測された超音波の伝播時間に応じて流体の流量を演算する流量計測手段とを具備し、流管内での流体の流速分布に応じて前記分割流路の長さ及び断面積を設定した超音波流量計である。
【００１９】
分割流路の長さ及び断面積は、流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路の長さを他の分割流路の長さより長くしかつその断面積を他の分割流路の断面積より小さくし、または流管内での流体の流速が大きい部分の分割流路から流速が小さい部分の分割流路になるにつれてその長さを段階的に短くしかつその断面積を段階的に大きくしたものである。
【００２０】
この構成により、流管を複数に分割し流体の流速分布に応じてその分割流路の長さ及び断面積を変えることで分割流路を流れる流体に対する抵抗を変えることができるため各々の分割流路における流速分布が均一化し入口部における流体の流速分布の影響を抑え精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【００２１】
分割流路は、例えば、流路を断面長方形状の矩形とするとともに、その長辺と平行に仕切板を配置することで形成される。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図１〜図３において、超音波流量計は流管１１を有する。前記流管１１の上流側及び下流側には超音波送受波器１２、１３が斜めに対向するごとく配置してある。
【００２３】
そしてこれら前記超音波送受波器１２、１３間を超音波が伝播する時間を基に流管１１を流れる流体の流量を流量計測手段１４で流量を測定するようにしている。
【００２４】
超音波送受波器１２、１３は、流体の流動に悪影響を与えないように流管１１の側面に設けられたくぼみ部１５ａ、１５ｂに配置されている。
【００２５】
そして、このくぼみ部１５ａ、１５ｂに流体の流れが進入し、渦などを発生しないように、流管１１との交差部には金網などの多孔板１６ａ、１６ｂが設けられている。
【００２６】
前記流管１１は断面長方形状の矩形に設定してあって、その長辺と平行に複数の仕切板１７ａ、１７ｂ、１７ｃを配置することで分割流路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆが形成されている。
【００２７】
さらに述べると、中央の仕切板１７ｂは他の仕切板１７ａ、１７ｃよりも前方へ長くしてあって、これにより流管１１をまず２つの分割流路１８ａ、１８ｂに区分し、短い仕切板１７ａ、１７ｃは前記２つの分割流路１８ａ、１８ｂをさらに４つの分割流路１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆに区分するものである。
【００２８】
そして、前記４つの分割流路１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆは流体を層流状態で流すように扁平状に設定してある。
【００２９】
前記流管１１は助走流路１９、２０を上手、下手に有し、上流側の助走流路１９には上流室２１が、下流側の助走流路２０には下流室２２がそれぞれ設けられている。
【００３０】
２３、２４は流路の折返し板を示す。
【００３１】
以上のように構成された超音波流量計についてその動作を説明する。流体が流管１１に入り、まず上流室２１において減速され、次いで助走流路１９を通ることで流体の流れが均一化される。
【００３２】
均一化された流体は、まず分割流路１８ａ、１８ｂに分流し、次いで分割流路１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆに再度分流して、層流状態で各々流れ、その後助走流路２０を経て下流室２２を通り流管１１を出て行く。
【００３３】
今、仕切板１７ａ、１７ｂ、１７ｃが同じ長さと仮定し、直ちに４つの分割流路１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆに流体を分流した場合、流管１１を流れる流体の流速分布は図４のようになる。
【００３４】
図において矢印は流速ベクトルを表わし、流管１１の助走流路１９に流れ込む流体の流速分布を分割された分割流路１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆにおいて、中心部分の流速が速くなり、外周壁部分の流速が遅くなるというように助走流路１９における流速分布の影響を強く受けている。
【００３５】
ここで、図１〜３のように、流管１１の中心部分に設けられた仕切板１７ｂの長さを長くし、外周壁部分に設けられた仕切板１７ａ、１７ｃの長さを短くすることで、超音波送受波器１２、１３による計測領域において上流側から下流側にまず２つの分割流路１８ａ、１８ｂに分流し、次いで４つの分割流路、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆに分流するというように流路を実質的に増やすことにより流体の流速分布は均等化されることとなる。
【００３６】
すなわち、まず流管１１の中心部分に設けられた仕切板１７ｂにより分流された流れは、外側に設けられた仕切板１７ａ、１７ｃにより再度分配される。
【００３７】
以上のように本実施例によれば流れが分流されたるため、分割された４つの分割流路１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆにおいては流速が各々均一化され、助走流路１９における流体の流速分布の影響を抑えることができ、精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【００３８】
また、仕切板１７ａ、１７ｂ、１７ｃを用いて流速分布を均一化することができるため、流体の種類に関係なく幅広い流領域において正確な計測ができる。
【００３９】
本実施例においては、流管１１のうち超音波送受波器１２、１３により計測される計測領域について述べたが、計測領域のみならず下流側についても仕切板１７ａ、１７ｂ、１７ｃの長さを変えて分割流路の数を変えてもよい。
【００４０】
この場合、脈動流のように逆流の流れが発生しても下流側で脈動流の流速が均一化するため正確に計測することができるため好ましい。
【００４１】
なお、本実施例においては、流管１１を３枚の仕切板１７ａ、１７ｂ、１７ｃにより最終的には４つの分割流路１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆに分割したが、仕切板の数を変更しその分割流路数を増減しても同様の効果が得られる。
【００４２】
また、分割流路数を増減する場合には、流れを分配して均一な流速を得るために流管の中心部分に設けられた仕切板に対して対称になるように仕切板を増やすことが好ましい。
【００４３】
さらに、好ましくは、流管の上流側から下流側になるにつれて分割流路の数を段階的に増やし、各段毎に分割流路の断面積を等しくすることにより流れを等しく配分するようにする。
【００４４】
また、本実施例においては、超音波送受波器１２、１３を流管１１の上流側及び下流側に斜めに対向して配置したＩパス方式にしたが、流管１１の上、下流の一方に超音波送受波器を配置したＶパス方式にしても同様の効果が得られる。さらに、超音波送受波器の数を増やしても同様の効果が得られる。
【００４５】
また、本実施例においては、断面長方形状の矩形の流管１１の長辺に平行に仕切板１７ａ、１７ｂ、１７ｃを設けたが、流管１１の短辺に平行に仕切板を設けてもよく、さらには流管１１の形も矩形には限らない。
【００４６】
（実施例２）
以下、他の実施例について図５を用いて説明する。図５において実施例１と同一部材については同一符号を用いて説明を省く。また、超音波流量計の動作は実施例１と同様である。
【００４７】
図５は、５枚の仕切板１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈで管路１９を６つの分割流路１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｍに分割したものである。
【００４８】
そして、中央部の３枚の仕切板１７ｅ、１７ｆ、１７ｇを外側の他の仕切板１７ｄ、１７ｈよりも長くすることで、中央の２つの分割流路１８ｉ、１８ｊの長さを外側の他の分割流路１８ｇ、１８ｈ、１８ｋ、１８ｍよりも長く設定してある。
【００４９】
この構成により、流管１９の中心部分の分割流路１８ｉ、１８ｊは他の分割流路１８ｇ、１８ｈ、１８ｋ、１８ｍより長くなるため、流体が分割流路１８ｉ、１８ｊを流れる際の抵抗が他の分割流路１８ｇ、１８ｈ、１８ｋ、１８ｍを流れる際の抵抗より大きくなる。
【００５０】
その結果、流速が大きい部分の分割流路１８ｉ、１８ｊと流速が小さい部分の分割流路１８ｇ、１８ｈ、１８ｋ、１８ｍの流速は均一化する。
【００５１】
なお、分割流路の数は流速分布に対応するものであれば何ら制約を受けるものではなく、また同分割流路の長さ変化は階段的に行なうのが一般的であろう。
【００５２】
もちろん仕切板の設け方としては、断面長方形状をなす矩形の流路においてその長辺と平行、或いは、短辺と平行に配置することが考えられ、さらには流管の形も矩形には限らない。
【００５３】
（実施例３）
以下、他の実施例について図６を用いて説明する。図６において実施例１及び実施例２と同一部材については同一符号を用いて説明を省く。また、図６において、超音波流量計の動作は実施例１と同様である。
【００５４】
図７は流管９の中心部分の流速が大きく外周壁部分になるにつれて流速が小さくなるという流速分布をもつ場合についての実施例である。
【００５５】
図６において、断面長方形状をなす矩形の流路１１を、その長辺と平行で、しかも同一長さの５枚の仕切板１７ｉ、１７ｊ、１７ｋ、１７ｍ、１７ｎを介して６つの分割流路１８ｎ、１８ｏ、１８ｐ、１８ｑ、１８ｒ、１８ｓに分割し、加えて、それらの断面積を流管１１の中心部分から外側に階段的に大きくしたものである。
【００５６】
分割流路１８ｎ、１８ｏ、１８ｐ、１８ｑ、１８ｒ、１８ｓの前記断面積変化は、仕切板１７ｉ、１７ｊ、１７ｋ、１７ｍ、１７ｎの隣接間隔を調整することで実現している。
【００５７】
以上のように本実施例によれば、分割流路３１の断面積を流管１１の中心部分から外側に大きくしているため、助走流路１９において中心部分側の流速が速くても、それと対応して分割流路１８ｎ、１８ｏ、１８ｐ、１８ｑ、１８ｒ、１８ｓの断面積、つまり流体抵抗が設定されているので、各分割流路１８ｎ〜１８ｓにおける流速は均一になる。
【００５８】
そして各分割流路１８ｎ〜１８ｓにおける流速を均一化できることにより精度の高い流量計測を実現することができるものである。
【００５９】
なお、各分割流路１８ｎ〜１８ｓの断面積は、図７のように仕切板１７ｏ、１７ｐ、１７ｑの厚みを変えることでも実現できるものである。図７は４つの分割流路１８ｔ、１８ｕ、１８ｖ、１９ｗを備えた例である。
【００６０】
なお、本実施例においては、流管の中心部分から外側方向へ階段的に断面積を大きくしたが、要は助走流路における流速分布に応じたものであれば断面積の変え方に付いては何ら制約されないであろう。
【００６１】
また、流速分布に応じて分割流路の断面積を変えるとともに、実施例２のように流速分布に応じて流路の長さを変えてもよい。すなわち、流体の流速が大きい部分の分割流路の長さを他の分割流路の長さより長くし、かつその断面積を他の分割流路の断面積より小さくしてもよい。
【００６２】
断面積変化及び分割流路の長さ変化は、少なくとも一方が階段的に現れるようにするのが一般的である。さらに、流管内での流体の流速が大きい部分の流路から流速が小さい部分の流路になるにつれてその長さを段階的に短くしかつその断面積を段階的に大きくしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように本発明の超音波流量計によれば、各分割流路における流速分布を均一化して精度の高い計測を行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における超音波流量計を示す縦断面図
【図２】同横断面図
【図３】本発明の実施例１における流速分布図
【図４】本発明の実施例１に対応した流速分布図
【図５】本発明の実施例２における超音波流量計の縦断面図
【図６】本発明の実施例３における超音波流量計の縦断面図
【図７】本発明の実施例３における超音波流量計の他の例を示す縦断面図
【図８】従来の超音波流量計における流路の概略断面図
【符号の説明】
１１  流管
１２、１３  超音波送受波器
１４  流量計測手段
１７ａ〜１７ｑ  仕切板
１８ａ〜１８ｗ  分割流路
【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】
2004233247.tif 000008
【図７】
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【図８】
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