(57)【要約】【課題】直接波と反射波との間の位相差が測定結果に与える影響を低減する。【解決手段】超音波流量計は、一対の超音波振動子１０、１１と、一対の超音波振動子１０、１１間を超音波が伝搬する時間を計測する計測部１２と、計測部１２の出力に基づいて、流量測定部７を流れる流体の量を計算する計算部１３とを備えている。流量測定部７の壁面によって反射される反射波が測定結果に与える影響が低減されるように、流量測定部７と一対の超音波振動子１０，１１とが構成されている。【選択図】図１
2004138628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　超音波を用いて流体の流量を測定する超音波流量計において、断面形状が矩形であり、かつ流体が流れる流量測定部と、前記流体中を伝搬する超音波を送受信する一対の超音波振動子と、前記一対の超音波振動子間を超音波が伝搬する時間を計測する計測部と、前記計測部の出力に基づいて前記流量測定部を流れる流体の量を計算する計算部とを備え、前記流量測定部の壁面に反射することなく流体中を伝搬する直接波の伝搬距離と前記流量測定部の壁面によって反射され流体中を伝搬する反射波の伝搬距離との差から生じる前記測定結果に与える影響が低減されるように、前記流量測定部および前記一対の超音波振動子は、前記一対の超音波振動子の周波数と、前記一対の超音波振動子間の距離と、前記流量測定部の断面形状に関連するパラメータとの組合せを選択して構成され、前記反射波は、前記流量測定部の壁面に１回だけ反射して伝搬する波であり、前記伝搬位相差が３π／２以上である、超音波流量計。
【請求項２】
　超音波を用いて流体の流量を測定する超音波流量計において、断面形状が矩形であり、かつ流体が流れる流量測定部と、流路の側壁部に設けられ前記流体中を伝搬する超音波を送受信する一対の超音波振動子と、前記一対の超音波振動子間を超音波が伝搬する時間を計測する計測部と、前記計測部の出力に基づいて前記流量測定部を流れる流体の量を計算する計算部とを備え、前記流量測定部の壁面に反射することなく流体中を伝搬する直接波の伝搬距離と前記流量測定部の壁面によって反射され流体中を伝搬する反射波の伝搬距離との差から生じる伝搬位相差を大きくするように、前記流量測定部と前記一対の超音波振動子は、超音波を送受信する方向に垂直でかつ前記側壁部の壁面に略平行な方向の前記流量測定部の断面高さを設定するとともに、前記一対の超音波振動子の周波数は所定値以上に設定する超音波流量計。
【請求項３】
　前記反射波は、前記流量測定部の壁面に１回だけ反射して伝搬する波であり、前記伝搬位相差が３π／２以上である請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
　前記流量測定部は、前記伝搬位相差を所望の大きさに設定する少なくとも1つの構造体を備えている請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項５】
　前記構造体は、前記一対の超音波振動子の近傍に配置されている請求項４に記載の超音波流量計。
【請求項６】
　前記構造体は、前記流量測定部の壁面に配置されている請求項４に記載の超音波流量計。
【請求項７】
　前記流量側面部の壁面には、少なくとも１つ以上の凹部または凸部が設けられている請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項８】
　前記凹部を覆うメッシュ構造体をさらに備えている請求項７記載の超音波流量計。
【請求項９】
　少なくとも流量測定部の上流側に流れの方向を整える整流手段を備えた請求項２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、超音波により流体の流量の計測を行う超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　従来のこの種の超音波流量計は、例えば特開平８−２３３６２８号公報が知られており、図２７Ａおよび図２７Ｂに示すように、断面４が矩形の流路１の一部に超音波振動子２と３を対向するよう配置し、超音波振動子２から送信した超音波を超音波振動子３で受信するまでの伝搬時間と、超音波振動子３から送信した超音波を超音波振動子２で受信するまでの伝搬時間の差から流量演算手段５で流体の速度を算出するとともにその時の流体のレイノルズ数から流路１内の流速分布を類推し、補正係数を求め流量を演算していた。
【特許文献１】特開平８−２３３６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
　しかしながら、従来の超音波流量計では、流路内壁面で反射された反射波と反射されずに伝搬する直接波の伝搬距離が異なるため、反射波と直接波に位相差が生じ、この反射波と直接波の合成波を受信波として観測しているので反射波と直接波の位相差により受信波の振幅が増減したり、受信波の周期が変化してしまい、測定精度や測定可能な流量範囲が狭くなるという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
　本発明は上記課題を解決するするために、直接波と反射波との間の位相差が測定結果に与える影響が低減されるように、流量測定部と一対の超音波振動子を構成したものである。
【０００５】
　上記発明によれば、流路測定部内での反射波の影響を小さくすることができるので広範囲にわたって測定精度が向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
　本発明の第１の形態の超音波流量計は、一対の超音波振動子と、前記一対の超音波振動子間を超音波が伝搬する時間を計測する計測部と、前記計測部の出力に基づいて、流量測定部を流れる流体の量を計算する計算部とを備え、前記流量測定部の壁面によって反射される反射波が前記測定結果に与える影響が低減されるように、前記流量測定部と前記一対の超音波振動子とが構成されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０００７】
　本発明の第２の形態の超音波流量計は、超音波を用いて流体の流量を測定する超音波流量計において、一対の超音波振動子と、前記一対の超音波振動子間を超音波が伝搬する時間を計測する計測部と、前記計測部の出力に基づいて流量測定部を流れる流体の量を計算する計算部とを備え、前記流量測定部は当該流量測定部の壁面に反射することなく前記流量測定部を流れる流体中を伝搬する直接波と前記流量測定部の壁面によって反射される反射波との間の位相差が測定結果に影響を与える構成で、前記直接波と前記反射波との位相差が前記測定結果に与える影響が低減されるように、前記流量測定部と前記一対の超音波振動子とが構成されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０００８】
　本発明の第３の形態の超音波流量計は、超音波を用いて流体の流量を測定する超音波流量計において、一対の超音波振動子と、前記一対の超音波振動子間を超音波が伝搬する時間を計測する計測部と、前記計測部の出力に基づいて流量測定部を流れる流体の量を計算する計算部とを備え、前記流量測定部は当該流量測定部の壁面に反射することなく前記流量測定部を流れる流体中を伝搬する直接波と前記流量測定部の壁面によって反射される反射波との間の位相差が測定結果に影響を与える構成で、前記直接波と前記反射波との位相差が前記測定結果に与える影響が低減されるように、前記一対の超音波振動子の周波数と、前記一対の超音波振動子間の距離と、前記流量測定部の断面形状に関連するパラメータとの組合せによって特徴づけられるため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０００９】
　本発明の第４の形態の超音波流量計は、第３の形態の超音波流量計において、前記直接波は、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ直線に沿って伝搬する波であり、前記反射波は、前記一対の超音波振動子の中心と前記流量測定部の壁面上の点とを結ぶことによって形成される二等辺三角形の二等辺に沿って伝搬する波であり、前記直接波の伝搬距離と前記反射波の伝搬距離との差から生じる伝搬位相差が３π／２以上であるため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００１０】
　本発明の第５の形態の超音波流量計は、第３の形態の超音波流量計において、前記直接波は、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ直線に沿って伝搬する波であり、前記反射波は、前記流量測定部の壁面によって１回だけ反射される波であり、前記直接波の伝搬時間に比べ前記反射波の最短伝搬時間が長くなるよう前記一対の超音波振動子の有効放射面の１つの辺あるい直径を前記流量測定部の高さより短くしたため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００１１】
　本発明の第６の形態の超音波流量計は、第４または第５の形態の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の周波数は所定値以上に設定されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、時間分解能も向上できるので、さらに高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００１２】
　本発明の第７の形態の超音波流量計は、第３の形態の超音波流量計において、前記直接波は、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ直線に沿って伝搬する波であり、前記反射波は、前記一対の超音波振動子の中心と前記流量測定部の壁面上の点とを結ぶことによって形成される二等辺三角形の二等辺に沿って伝搬する波であり、前記直接波の伝搬距離と前記反射波の伝搬距離との差から生じる伝搬位相差が０．２π以下であるため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００１３】
　本発明の第８の形態の超音波流量計は、第７の形態の超音波流量計において、前記超音波流量計は、前記流量測定部を複数の部分に分割する少なくとも１つ以上の分割板をさらに備えているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００１４】
　本発明の第９の形態の超音波流量計は、第８の形態の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の周波数は所定値以下に設定されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００１５】
　本発明の第１０の形態の超音波流量計は、第１〜５、７のいづれかの形態の超音波流量計において、前記流量測定部の断面形状は矩形であり、前記流量測定部の断面形状に関連するパラメータは前記矩形の高さであるため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００１６】
　本発明の第１１の形態の超音波流量計は、第１〜５、７のいづれかの形態の超音波流量計において、前記流量測定部の断面形状は円であり、前記流量測定部の断面形状に関連するパラメータは前記円の直径であるため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００１７】
　本発明の第１２の形態の超音波流量計は、第１〜５、７のいづれかの形態の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子は、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ線が前記流量測定部の断面の所定方向の中心線に対してシフトするように配置されるため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００１８】
　本発明の第１３の形態の超音波流量計は、第１２の形態の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ線と前記流量測定部の断面の所定方向の中心線とは互いに平行であるため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００１９】
　本発明の第１４の形態の超音波流量計は、第１２の形態の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ線と前記流量測定部の断面の所定方向の中心線とは所定の角度をなしているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００２０】
　本発明の第１５の形態の超音波流量計は、第１または第２の形態の超音波流量計において、前記超音波流量計は、前記流量測定部の壁面によって１回だけ反射される反射波の発生を阻止する構成をさらに備えているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００２１】
　本発明の第１６の形態の超音波流量計は、第１５の形態の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ線と前記流量測定部の断面の所定方向の中心線とは所定の角度をなしているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００２２】
　本発明の第１７の形態の超音波流量計は、第１または第２の形態の超音波流量計において、前記超音波流量計は、前記流量測定部に設けられた少なくとも１つの構造体をさらに備えているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００２３】
　本発明の第１８の形態の超音波流量計は、第１７の形態の超音波流量計において、前記少なくとも１つの構造体は、前記一対の超音波振動子の近傍に配置されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００２４】
　本発明の第１９の形態の超音波流量計は、第１７の形態の超音波流量計において、前記少なくとも１つの構造体は、前記流量測定部の壁面に配置されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００２５】
　本発明の第２０の形態の超音波流量計は、第１または第２の形態の超音波流量計において、前記流量測定部の壁面には、少なくとも１つ以上の凹部または凸部が設けられているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００２６】
　本発明の第２１の形態の超音波流量計は、第２０の形態の超音波流量計において、前記超音波流量計は、前記凹部を覆うメッシュ構造体をさらに備えているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００２７】
　本発明の第２２の形態の超音波流量計は、第１または第２の形態の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子は、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ線と前記一対の超音波振動子の少なくとも一方の指向性を示す方向とが所定の角度をなすように配置されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００２８】
　本発明の第２３の形態の超音波流量計は、第１〜５、７のいづれかの形態の超音波流量計において、少なくとも前記流量測定部の上流側に流れの方向を整える整流手段を有しており、流量測定部内の流れの方向を均一化でき、さらに高精度な超音波流量計を得ることができる。
【００２９】
　以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお図面中で同一符号
を付しているものは同一のものであり、詳細な説明は省略する。
【００３０】
　（実施例１）
　図１は本発明の実施例１の超音波流量計の構成図である。また図２は図１の流路６のａ−ａ’線を横から見た断面図である。図１において、６は流路で、７は流量測定部、８、９は流路６の側壁部で、１０、１１は側壁部８、９に取り付けられた超音波振動子である。１２は超音波振動子１０、１１に接続された計測部で、１３は計測部１２に接続された計算部である。図２において、１４は流路６の下板部で、１５は側壁部８、９に接続された上板部である。また流量測定部７の断面形状は矩形で、幅はＷ０、高さはＨ０である。
【００３１】
　以上のように構成された超音波流量計の流路の作製方法の一例について図１、図２を用いて説明する。流路６を構成する側壁部８、９、下板部１４、上板部１５に用いる材料は被測定流体に対して化学変化を生じない材質を用いる。本実施例では被測定流体を例えば空気としたため、材質にはＡＢＳ樹脂を選択した。
【００３２】
　側壁部８、９の端面にシール材を介して上板部１５をネジどめして、矩形断面の流量測定部７を構成する。また超音波振動子１０、１１は送受波面が相対するよう側壁部８、９に設けられた取り付け口１０ａ、１１ａにシール材を介して固定する。
【００３３】
　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。超音波振動子１０と超音波振動子１１の中心を結ぶ距離をＬとし、この直線と流れの方向である流量測定部７の長手方向となす角をθとする。また被測定流体である空気の無風状態での音速をＣ、流量測定部７内での空気の流速をＶとする。流路６の上流側に配置された超音波振動子１０から送信された超音波は流量測定部７を斜に横断し、下流側に配置された超音波振動子１１で受信する。このときの伝搬時間ｔ１は、
【００３４】
【数１】
2004138628.tif 000003
【００３５】
で示される。次に送信・受信する超音波振動子を切り替え、超音波振動子１１から超音波を送信し、超音波振動子１０で受信する。このときの伝搬時間ｔ２は、
【００３６】
【数２】
2004138628.tif 000004
【００３７】
で示される。ｔ１とｔ２の式から空気の音速Ｃを消去すると、
【００３８】
【数３】
2004138628.tif 000005
【００３９】
の式が得られる。Ｌとθが既知ならば、計測部１２にてｔ１とｔ２を測定すれば流速Ｖが求められる。
【００４０】
　この流速Ｖから流量Ｑは、流量測定部７の断面面積をＳ、補正係数をＫとすれば、計算部１３で、 Ｑ＝ＫＳＶを演算し、流量を求めることができる。
【００４１】
　以上のような動作原理で流量を計測する超音波流量計の流量測定部７での超音波の伝搬について図３を用いて説明する。図３は図１の流路６のｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。
【００４２】
　超音波振動子１０には指向性があるため送信された超音波は一般的に広がりながら流量測定部７を伝搬する。このため超音波振動子１１で受信される超音波は、例えば流量測定部７内の伝搬経路１７に沿って伝搬する直接波と、伝搬経路１８のように上板部１５の内壁面で１回反射して受信される反射波が存在する。ここで、伝搬経路１７、１８は代表的な伝搬経路であり、伝搬経路１７以外の直接波や伝搬経路１８以外の反射波も存在し、例えば下板部１４で反射されて伝搬する反射波や反射回数も１回だけでなく２回以上反射して受信される反射波も存在する。この結果超音波振動子１１で受信される受信波は、直接波と反射波の合成波として観測される。ここで、直接波と反射波は伝搬経路１７、１８が示すように伝搬距離差が生じる。伝搬経路１７と伝搬経路１８の伝搬距離差をΔＬとすると、
【００４３】
【数４】
2004138628.tif 000006
【００４４】
で示される。超音波振動子の波長λより代表伝搬経路１７、１８の伝搬距離差を伝搬位相差Δθに換算すると、
【００４５】
【数５】
2004138628.tif 000007
【００４６】
が得られる。このように流量計測部７の内部を伝搬する超音波に伝搬位相差が存在するため、全ての伝搬経路を伝搬する直接波と反射波の重ねあわせである受信波は伝搬位相差による干渉の影響を受けると考えられる。
【００４７】
　そこで直接波に対する反射波の影響を推定するため、直接波と反射波の伝搬経路分布およびそれぞれの波形の計算を行った。本計算では超音波振動子１０、１１の放射面形状を正方形（一定）、超音波振動子１０、１１の距離をＬ、流量測定部７は無限に広い２枚の平行平板からなると仮定した。また被測定流体の流れは無いものとする。
【００４８】
　伝搬経路１７、１８の伝搬位相差が例えば０．７π〜２．２πとなるように高さ（Ｈ０）を変えた場合の、超音波振動子１０から送信され超音波振動子１１で受信される超音波の伝搬経路分布を求めた計算結果を図４Ａおよび図４Ｂに示す。直接波を実線、１回反射の反射波を破線、２回反射の反射波を１点鎖線とする。図４Ａおよび図４Ｂの横軸はそれぞれの伝搬経路の伝搬距離、縦軸は相対的な経路別強度を示している。
【００４９】
　直接波の伝搬経路分布は超音波振動子１０、１１の形状が一定であるため変化が見られないが、１回反射波の伝搬経路分布は直接波より広いうえ、伝搬位相差が大きいほうが広い傾向を示している。２回反射の反射波の伝搬経路分布は１回反射よりもさらに広い。また直接波の経路別強度が最も大きくなる距離は伝搬経路１７の距離とほぼ等しく、１回反射の反射波の経路別強度が最も大きくなる距離も伝搬経路１８の距離とほぼ等しい。
【００５０】
　次に図４Ａおよび図４Ｂの計算結果に、超音波振動子１０、１１のパルス応答特性を加えて計算した受信波形を図５Ａおよび図５Ｂに示す。ただし超音波振動子１０、１１の周波数は２７０ｋＨｚとし、直接波を実線、１回反射の反射波を破線、２回反射の反射波を１点鎖線とする。伝搬位相差が大きいほうが１回反射の反射波の振幅は小さい。また２回反射の反射波は１回反射の反射波よりさらに小さい。これは図４Ａおよび図４Ｂに示されるように代表伝搬経路１７、１８の伝搬位相差が大きいほど、伝搬経路分布が広くかつ傾斜がなだらかなため、全ての伝搬経路について考えると伝搬位相差が広範囲に存在し、反射波同士の干渉により打ち消しあっている。
【００５１】
　また図５Ａおよび図５Ｂにおいて、伝搬位相差が大きいほうが直接波に対する反射波の立上り時間が遅くなる傾向が見られる。
【００５２】
　以上の計算結果から、反射波の伝搬経路分布が広くなるよう高さ（Ｈ０）を設定すれば、あるいは伝搬経路１７、１８の伝搬位相差が大きくなるように高さ（Ｈ０）を設定すれば、直接波への影響を低減できる。さらに超音波振動子の放射面を高さ（Ｈ０）より小さくすれば、直接波に対する反射波の影響をさらに低減できる。
【００５３】
　直接波に対する反射波の影響を確認するため、超音波振動子１０、１１の距離をＬ、超音波振動子１０、１１の有効放射面を正方形、幅をＷ０（一定）とし、高さ（Ｈ０）は伝搬経路１７、１８の伝搬位相差が０．７π〜２．２πとなるように設定し、空気を用いて行った実験結果を図６、図７に示す。なお超音波振動子１０、１１の周波数は２７０ｋＨｚとする。
【００５４】
　図６、図７の横軸は（式５）を用い求めた直接波の伝搬経路１７と反射波の伝搬経路１８の伝搬位相差である。なおλは、超音波振動子１０、１１の流れの無い室温での波長とする。図６の縦軸は超音波振動子１０、１１を開空間に配置して測定した受信電圧に対する流路６に配置して測定した受信電圧の相対受信電圧である。ただし流れは無しとする。また図７の縦軸は流れが無しでの受信電圧に対する６０００リットル／時間程度流して得られた受信電圧の変化率である。
【００５５】
　流れが無しでの受信電圧は、図６から伝搬位相差がπ〜１．４π程度の時最も小さくなる傾向が見られる。流れによる受信電圧の変化率は図７から伝搬位相差が０．８π〜１．２π程度の場合、超音波振動子１０で送信、超音波振動子１１で受信での組合せは受信電圧が最も減少し、反対に超音波振動子１１で送信、超音波振動子１０で受信での組合せは受信電圧が最も増加する。このように受信電圧が増加する現象は、直接波と反射波の重ね合わせにおいて位相的な影響がなければ起こらない。
【００５６】
　伝搬位相差が３π／２以上では超音波振動子１０で送信、超音波振動子１１で受信での組合せも、超音波振動子１１で送信、超音波振動子１０で受信での組合せも、両組合せともに受信電圧が減少する傾向が見られる。これは流れにより超音波振動子１０、超音波振動子１１の指向性が偏向されたためと考えられる。
【００５７】
　以上の結果より、直接波の伝搬経路１７と反射波の伝搬経路１８の伝搬位相差が０．８π〜１．４π程度となる高さ（Ｈ０）では反射波の影響が大きいため広い測定範囲での高精度な流量計測が困難である。反対に伝搬位相差がおよそ３π／２以上となるように超音波振動子１０、１１の周波数、超音波振動子１０、１１の距離（Ｌ）、高さ（Ｈ０）の組合せを設定すれば反射波の影響を低減でき広い測定範囲での高精度な流量計測が可能となる。また距離（Ｌ）、高さ（Ｈ０）
を一定とすれば、超音波振動子１０、１１の周波数を高く設定するほうが伝搬位相差を大きくできるので、さらに高精度な流量計測が可能となる。
【００５８】
　以上のように、本発明によれば直接波と反射波の伝搬位相差が測定結果に影響を与えるような超音波流量計において、伝搬経路１７と伝搬経路１８の伝搬位相差が３π／２以上となるよう流量測定部７の高さ（Ｈ０）、超音波振動子１０、１１の距離（Ｌ）、周波数の組合せを選択することにより簡易な構成で反射波の影響を低減でき、被測定流体の流量を短時間に広範囲に高精度で測定することができる。また流量測定部７に凹部や凸部を設けないため、流れを乱したり、圧力損失を増加させることが少ない。
【００５９】
　なお、実施例１では伝搬経路１７、１８の伝搬位相差が０．７π〜２．２πとなる高さ（Ｈ０）を選択したが、伝搬経路１７、１８の伝搬位相差が２．２π以上となる高さ（Ｈ０）を選択しても構わないし、超音波振動子１０、１１の距離（Ｌ）や周波数を選択しても構わない。
【００６０】
　（実施例２）
　以下、本発明の実施例２について、図８、９を参照しながら説明する。
【００６１】
　図８は本発明の実施例２における超音波流量計の流路６のａ−ａ’線を横から見た断面図である。図９は流路６のｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。図８において１４、１５は流路６の側壁部、下板部、上板部で、以上は図２の構成と同様なものである。図９において１０、１１は超音波振動子で以上は図３の構成と同様なものである。上記のように構成された超音波流量計の流路の作製方法、動作原理は実施例１と同様となるため省略する。
【００６２】
　圧力損失を少なくするため一般的に流量測定部７の断面積は、被測定流体を供給する配管の内径と同程度とし、流速分布の観点から高さ（Ｈ１）と幅（Ｗ１）のアスペクト比（Ｗ１／Ｈ１）を大きくしいたい場合がある。このような場合、伝搬経路１９と伝搬経路２０の伝搬位相差が３π／２以上となるような超音波振動子１０、１１の距離（Ｌ）、高さ（Ｈ１）、周波数の組合せを選択できない場合がある。そこで、アスペクト比を大きくしながら、反射波の影響を低減する手段について考える。
【００６３】
　直接波に対する反射波の影響を確認するため、実施例１と同様に超音波振動子１０、１１の距離をＬ、超音波振動子１０、１１の有効放射面を正方形、幅をＷ１（一定）とし、高さ（Ｈ１）は伝搬経路１９、２０の伝搬位相差が０．０５π〜０．７πとなるように設定し、空気を用いて行った実験結果を図１０、図１１に示す。なお超音波振動子１０、１１の周波数は２７０ｋＨｚとする。
【００６４】
　図１０、図１１の横軸は（式５）を用い求めた直接波の伝搬経路１９と反射波の伝搬経路２０の伝搬位相差である。なおλは、超音波振動子１０、１１の流れの無い室温での波長とする。図１０の縦軸は超音波振動子１０、１１を開空間に配置して測定した受信電圧に対する流路６に配置して測定した受信電圧の相対受信電圧である。ただし流れは無しとする。また図１１の縦軸は流れが無しでの受信電圧に対する６０００リットル／時間程度流して得られた受信電圧の変化率である。
【００６５】
　図１０では伝搬位相差が小さくなるど受信電圧は小さくなっている。これは超音波振動子１０、１１の有効放射面を一定としたため、高さ（Ｈ１）を低くすることにより、下板部１４、上板部１５で超音波振動子１０、１１の一部分が遮られたためと考えられる。
【００６６】
　図１１では伝搬位相差が０．２π以上では超音波振動子１０で送信、超音波振動子１１で受信での組合せと超音波振動子１１で送信、超音波振動子１０で受信での組合せの変化率に差が見られる。これに対し伝搬位相差が０:２π以下では、超音波振動子１０で送信、超音波振動子１１で受信での組合せと超音波振動子１１で送信、超音波振動子１０で受信での組合せの変化率がほぼ等しくなっている。このように変化率が等しくなったのは、流れにより超音波の伝搬速度が早くなる方向でも遅くなる方向でも、直接波に対する反射波の重なり合わせに位相的な影響がないこと意味し、直接波に対する反射波の影響が低減できたと考えられる。
【００６７】
　以上の結果より、伝搬経路１９と伝搬経路２０の伝搬位相差をおよそ０．２π以下となるように超音波振動子１０、１１の周波数、超音波振動子１０、１１の距離（Ｌ）、高さ（Ｈ１）の組合せを設定すれば反射波の影響を低減でき広い測定範囲での高精度な流量計測が可能となる。また距離（Ｌ）、高さ（Ｈ１）を一定とすれば、超音波振動子１０、１１の周波数を低く設定するほうが伝搬位相差を小さくできるので、さらに高精度な流量計測が可能となる。
【００６８】
　なお、実施例２では伝搬経路１９、２０の伝搬位相差が０．０５π〜０．７πとなる高さ（Ｈ１）を選択したが、伝搬経路１９、２０の伝搬位相差が０．０５π以下となる高さ（Ｈ１）を選択しても構わないし、超音波振動子１０、１１の距離（Ｌ）や周波数を選択しても構わない。
【００６９】
　（実施例３）
　以下、本発明の実施例３について、図面を参照しながら説明する。
【００７０】
　図１２は本発明の実施例３における超音波流量計の流路６のａ−ａ’線を横から見た断面図である。図１２において８、９、１４、１５は流路６の側壁部、下板部、上板部で、以上は図２の構成と同様なものである。図２の構成と異なるのは、流量測定部の断面が分割板２１ａ、２１ｂで３分割され、分割流量測定部２２ａ〜２２ｃとなっている点である。
【００７１】
　流量測定部７の断面積と被測定流体を供給する配管の内径と同程度としながら高さ（Ｈ２）と幅（Ｗ２）のアスペクト比（Ｗ２／Ｈ２）を大きくすると、流路６を小型化しにくい場合がある。そこで、流量計測部７の断面を複数に分割し、それぞれの分割流量測定部の高さと幅のアスペクト比を大きくする手段を考える。
【００７２】
　まず超音波流量計の流路６の作製方法の一例について簡単に説明する。例えば高さ（Ｈ２）と幅（Ｗ２）とのアスペクト比（Ｗ２／Ｈ２）が５である流量測定部７に対し、厚み０．２ｍｍのＳＵＳ製の分割板２１ａ、２１ｂを下板部１４の内壁面に平行となるよう側壁部８、９に接着剤にて固定する。分割板２１ａ、２１ｂを側壁部８、９に固定した後、上板部１５を側壁部８、９の端面にシール材を介してネジどめ固定する。なお分割流量測定部（２２ａ、２２ｃ）のアスペクト比は約２０、分割流量測定部（２２ｂ）のアスペクト比は約１７となるように高さ（Ｈ２ａ、Ｈ２ｂ、Ｈ２ｃ）を設定する。
【００７３】
　また分割流量測定部（２２ｂ）には伝搬経路２３と伝搬経路２４に約０．０４πの伝搬位相差が生じ、分割流量測定部（２２ａ）には伝搬経路２５と伝搬経路２６に約０．１πの伝搬位相差が生じるよう、超音波振動子１０、１１の距離（Ｌ）を選択する。なお超音波振動子１０、１１の有効放射面は正方形、周波数は２７０ｋＨｚとする。以上のように構成された超音波流量計への超音波振動子の取り付け方法、動作原理は実施例１と同様になるため省略する。
【００７４】
　次に分割流量測定部２２内での超音波の伝搬について、図１３に示すような伝搬経路２３〜２６を用いて説明する。なお伝搬経路２３〜２６は代表的な伝搬経路であり、実施例１と同様に図示されていない伝搬経路が存在する。図１３は流路６のｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。
【００７５】
　分割流量測定部２２ｂにおいて、直接波は伝搬経路２３のように伝搬し、反射波は伝搬経路２４のように分割板２１ｂで反射されながら伝搬する。また分割流量測定部２２ａでは、直接波は伝搬経路２５のように伝搬し、反射波は伝搬経路２６のように上板部１５で反射されながら伝搬する。分割流量測定部２２ｃの高さ（Ｈ２ｃ）は分割流量測定部２２ａの高さ（Ｈ２ａ）と等しく設定してあるので、直接波と反射波の関係は分割流量測定部２２ａと同様になる。
【００７６】
　超音波振動子１１では分割流路（Ｈ２ａ、Ｈ２ｂ、Ｈ２ｃ）内を伝搬する全ての直接波と反射波の合成波を受信波として観測する。実施例２で示したように、直接波と反射波の伝搬位相差が０．２π以下となるように分割流量測定部（２２ａ〜２２ｃ）の高さを設定したため、各分割流量測定部２２ａ〜２２ｃ内での直接波と反射波の重なり合わせの位相的な関係は、流れにより影響を受けない。この結果、直接波に対する反射波の影響が低減できる。
【００７７】
　上記構成のように流量測定部を３分割し、被測定流体である空気を約６０００リットル／時間流して行った実験結果では、超音波振動子１０で送信、超音波振動子１１で受信での組合せの変化率と超音波振動子１１で送信、超音波振動子１０で受信での組合せの変化率がほぼ等しくなることを確認した。
【００７８】
　以上のように、本発明よれば分割板により流量測定部を複数に分割することにより、反射波の影響を低減でき、さらに流れの安定化も図ることができ、被測定流体の流量を短時間に高精度で測定することができる。
【００７９】
　なお実施例３では、流量測定部を３分割したが、直接波に対する反射波の位相差が小さくできるなら２分割でも４分割以上でも構わないし、高さ（Ｈ２ａ〜Ｈ２ｃ）の高さは適宜変更して設定しても構わない。また全ての分割流量測定部に超音波が伝搬するとしたが、流量計測の精度が満足可能ならば全ての分割流量測定部に超音波を伝搬させる必要はない。
【００８０】
　（実施例４）
　以下、本発明の実施例４について、図面を参照しながら説明する。
【００８１】
　図１４は本発明の実施例４における超音波流量計の流路６のｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。図１４において８、９、１４、１５は流路６の側壁部、下板部、上板部で、以上は図３の構成と同様なものである。図３の構成と異なるのは、超音波振動子１０、１１の中心を結ぶ線２７と高さ（Ｈ３）の中心線２９が平行でかつ同一線上とならないように、超音波振動子１０、１１を側壁部８、９に配置している点である。
【００８２】
　高精度な流量計を得るには反射波の影響を低減することが必要で、下板部１４の内壁面からの反射波と上板部１５から反射波に伝搬位相差を設けることを考える。その方法の１つとして、下板部１４の内壁面からの反射波と上板部１５から反射波が異なる位相で超音波振動子に到達するように、流量測定部２８の高さ（Ｈ３）の中心線２９に対し、一対の超音波振動子の中心を結ぶ線２７を平行にシフトさせて配置する方法を選択した。
【００８３】
　上記のように構成された超音波流量計の流路の作成方法の一例について説明する。例えば直接波の伝搬経路２７と下板部１４での反射波の伝搬経路３０との伝搬位相差が０．７π、伝搬経路２７と上板部１５での反射波の伝搬経路３１との伝搬位相差が２．２πとなるように、超音波振動子１０、１１を側壁部８、９にシール材を介してネジどめ固定する。また上板部１５を側壁部８、９の端面にシール材を介してネジどめ固定する。なお超音波振動子１０、１１の距離、有効放射面形状、周波数、被測定流体は実施例１と同様とする。以上のように構成された超音波流量計の動作原理は実施例１と同様になるため省略する。
【００８４】
　次に流量測定部２８での超音波の伝搬について、伝搬経路の一例を用いて説明する。直接波は中心を結ぶ線２７に沿って伝搬し、反射波は下板部１４の内壁面で反射される伝搬経路３０と上板部１５の内壁面で反射される伝搬経路３１があり、超音波振動子１１の中心付近で受信される。なお図示された直接波と反射波の伝搬経路は代表的な伝搬経路であり、図示されていない伝搬経路も実施例１と同様に存在する。中心を結ぶ線２７と中心線２９が一致している場合は、伝搬経路３０と伝搬経路３１の伝搬距離が等しいため伝搬位相差は生じない。しかし、中心を結ぶ線２７と中心線２９を一致させないと、伝搬経路３０と伝搬経路３１の伝搬距離が異なるため伝搬位相差が生じる。このため反射波同士が干渉の影響を受け、直接波に対する影響を低減させることが可能となる。
【００８５】
　上記構成で空気を約６０００リットル／時間流して行った実験では、図８の伝搬位相差が２．２πの結果とほぼ同様の結果になることを確認した。
【００８６】
　以上のように、本発明によれば流量測定部の高さ（Ｈ３）の中心線に対し超音波振動子の中心を結ぶ線を平行にシフトさせて配置することにより、下板部と上板部で反射される反射波の伝搬位相差を変えることができ、直接波に対する反射波の影響を低減でき被測定流体の流量を短時間に高精度で測定することができる。
【００８７】
　なお実施例４では直接波の伝搬経路２７と下板部１４での反射波の伝搬経路３０との伝搬位相差が０．７π、伝搬経路２７と上板部１５での反射波の伝搬経路３１との伝搬位相差が２．２πとなるように、超音波振動子の中心を結ぶ線２７と流量計測部の高さ（Ｈ７）の中心線２９を平行にシフトして配置するとしたが、上記条件に限定されるわけではなく、適宜変えて構成することができる。
【００８８】
　（実施例５）
　以下、本発明の実施例５について、図面を参照しながら説明する。
【００８９】
　図１５は本発明の実施例５における超音波流量計の流路６のｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。図１５において８、９、１４、１５は流路６の側壁部、下板部、上板部で、以上は図３の構成と同様なものである。図３の構成と異なるのは、超音波振動子１０、１１の中心を結ぶ線３２と流量測定部３６の高さ（Ｈ４）の中心線３３とが所定の角度（θ４）となるように、超音波振動子１０、１１を側壁部８、９に斜めに配置している点である。
【００９０】
　実施例４と同様に、高精度な流量計を得るには反射波の影響を低減することが必要で、下板部１４の内壁面からの反射波と上板部１５から反射波に伝搬位相差を設けることを考える。その方法の１つとして、一対の超音波振動子の中心を結ぶ線３２と高さ（Ｈ４）の中心線３３とが所定の角度（θ４）を有すよう超音波振動子１０、１１を配置する方法を選択した。
【００９１】
　そこで上記のように構成された超音波流量計の流路の作成方法の一例について説明する。例えば高さ（Ｈ４）の中心線３３に対し、超音波振動子１０、１１の中心を結ぶ線３２が約２．５度だけ傾くように側壁部８、９に超音波振動子１０、１１をシール材を介してネジどめ固定する。また上板部１５を側壁部８、９の端面にシール材を介してネジどめ固定する。なお超音波振動子１０、１１の距離、有効放射面形状、周波数、被測定流体は実施例１と同様とする。以上のように構成された超音波流量計の動作原理は実施例１と同様になるため省略する。
【００９２】
　次に流量測定部３６での超音波の伝搬について、伝搬経路の一例を用いて説明する。例えば直接波は中心を結ぶ線３２に沿って伝搬する。超音波振動子１０の中心付近から下板部１４と上板部１５のそれぞれの方向に同じ角度で放射される伝搬経路３４と伝搬経路３５を反射波の代表例の１つとして考える。なお図示された直接波と反射波の伝搬経路は代表的な伝搬経路であり、図示されていない伝搬経路も実施例１と同様に存在する。伝搬経路３４に沿って伝搬する超音波は下板部１４で反射され、伝搬経路３５に沿って伝搬する超音波は上板部１５で反射される。伝搬経路３４と伝搬経路３５を伝搬する反射波は、伝搬距離が異なるため伝搬位相差が生じる。
【００９３】
　中心を結ぶ線３２と中心線３３が一致している場合は、伝搬経路３４と伝搬経路３５の伝搬距離が等しいため伝搬位相差は生じず、超音波振動子１１の同じ位置で受信していた。しかし、中心を結ぶ線３２と中心線３３が２．５度傾いているため、伝搬経路３４と伝搬経路３５の伝搬距離が異なり伝搬位相差が生じる。
【００９４】
　さらに超音波振動子１１の異なる位置で受信される。このため反射波同士が干渉の影響を受け、直接波に対する影響を低減させることが可能となる。
【００９５】
　なお実施例５では、高さ（Ｈ４）の中心線３３に対し超音波振動子１０、１１の中心を結ぶ線３２を約２．５度傾けるとしたが、上記条件に限定されるわけでなく、２．５度よりも大きくしても小さくしても構わない。
【００９６】
　（実施例６）
　以下、本発明の実施例６について、図面を参照しながら説明する。
【００９７】
　図１６は本発明の実施例６における超音波流量計の流路の上面図である。また図１７は図１６の流路のｃ−ｃ’線を横から見た断面図である。また図１８は図１６の流路のｄ−ｄ’線を横から見た断面図である。各図において、３７は流路で、３８は流路３７の上板部で、３９は上板部３８に設けられた超音波振動子１０の取付部ａである。４０は流路３７の下板部で、４１は下板部４０に設けられた超音波振動子１１の取付部ｂで、４２、４３は流路３７の側壁部で、４４は流量測定部である。
【００９８】
　高精度な流量計を得るには反射波の影響を低減することが必要で、反射波の中でも特に１回反射の反射波の影響を低減することが重要となる。また流速分布の観点から、高さ（Ｈ５）と幅（Ｗ５）のアスペクト比（Ｗ５／Ｈ５）を大きくしたい場合もある。そこで流量測定部４４の形状にかかわらず、流量測定部４４内で１回反射が生じない位置に一対の超音波振動子を配置する方法について考える。
上記のように構成された超音波流量計の流路の作成方法の一例について説明する。流路３７を構成する上板部３８、下板部４０、取付部３９、４１、側壁部４２、４３に用いる材料は被測定流体に対して化学変化を生じない材質を用いる。
【００９９】
　本実施例では被測定流体を例えば空気としたため、材質にはＡＢＳ樹脂を選択した。まず上板部３８の長軸方向と超音波振動子１０の取付方向ｄ−ｄ’の角度（θ５）が例えば３０度となるように取付部３９を上板部３８に接着固定する。下板部４０の長軸方向と超音波振動子１１の取付方向ｄ−ｄ’の角度（θ５）も３０度となるように取付部４１を上板部４０に接着固定する。この上板部３８を側壁部４２、４３の端面にシール剤を介してネジ止めし、断面形状が矩形の流量測定部４４を構成する。次に超音波振動子１０、１１の中心を結ぶ線４７とｄ−ｄ’断面の高さ（Ｈ５）の中心線となす角（θ６）が３０度となるように、取付部３９、４１に超音波振動子１０、１１をシール材４５、４６を介して固定する。
【０１００】
　なお超音波振動子１０、１１の距離、有効放射面形状、周波数は実施例１と同様とする。以上のように構成された超音波流量計の動作原理は実施例１と同様になるため説明を省略する。
【０１０１】
　次に流量測定部４４内での超音波の伝搬について図１８に示すような伝搬経路４７〜４９を用いて説明する。なお伝搬経路４７〜４９は代表的な伝搬経路であり、図示されていない伝搬経路も存在する。超音波振動子１０から送信された直接波は伝搬経路４７に沿って超音波振動子１１に伝搬する。超音波振動子１０から送信される超音波は一般的に広がりながら伝搬するため、伝搬経路４８、４９に沿って伝搬する超音波も存在する。しかし伝搬経路４８に沿って伝搬した超音波は、下板部４０で反射されたのち、流量測定部４４の壁面でもう１回反射され超音波振動子１１に到達することはできない。また伝搬経路４９に沿って伝搬した超音波も側壁部４２で反射されたのち、流量測定部４４の壁面でもう１回反射され超音波振動子１１に到達することはできない。このような位置関係に配置された超音波振動子１０、１１においては、流量測定部４４で１回だけ反射されて受信される反射波は存在しない。この結果、直接波に影響を与える反射波は２回反射以上であり、２回反射以上の反射波が直接波に与える影響は１回反射の反射波に比べるとかなり小さいため、反射波の影響が低減できる。
【０１０２】
　上記のように構成した流量測定部４４を用い、被測定流体である空気を約６０００リットル／時間流して行った実験結果では、実施例１の伝搬位相差が２．２πと同等の結果になることを確認した。この結果より、流路３７の長軸方向と流量測定部４４の高さ（Ｈ５）方向のそれぞれに角度（θ５、θ６）を有し、１回反射の反射波が生じない位置に１対の超音波振動子１０、１１を配置すれば、流量測定部４４の断面寸法に依存せずに被測定流体の流量を広範囲に高精度で測定することができる。
【０１０３】
　なお実施例６では、流路３７の長軸方向と超音波振動子の取付方向ｄ−ｄ’の角度（θ５）が３０度、一対の超音波振動子の中心を結ぶ線４７と高さ（Ｈ５）の中心線とのなす角（θ６）が３０度傾けるとしたが、上記条件に限定されるわけでなく、適当な角度に変えて構成することができる。
【０１０４】
　（実施例７）
　以下、本発明の実施例７について、図面を参照しながら説明する。
【０１０５】
　図１９は本発明の実施例７における超音波流量計の流路６のａ−ａ’線を横から見た断面図である。図１９において８、９、１４、１５は流路６の側壁部、下板部、上板部で、以上は図２の構成と同様なものである。図２の構成と異なるのは、流量測定部５２を層状に分割しない寸法を有す構造体５０、５１が側壁部８、９に配置されている点である。
【０１０６】
　反射波の影響を低減するため、反射波と直接波の伝搬位相差を所望の大きさに設定するよう流量測定部５２に反射板を設ける方法について考える。
【０１０７】
　上記のように構成された超音波流量計の流路の作成方法の一例について説明する。例えば流量測定部５２に対し、厚み０．２ｍｍ、長さ（Ｌ６）が７ｍｍのＳＵＳ製の２枚の構造体５０ａ、５０ｂを下板部１４の内壁面に平行となるよう超音波振動子１０が配置されている側壁部８に接着剤にて固定する。同様に超音波振動子１１が配置されている側壁部９にも構造体５１ａ、５１ｂを接着剤にて固定する。構造体５０および構造体５１を側壁部８、９に固定した後、上板部１５を側壁部８、９の端面にシール材を介してネジどめ固定する。なお超音波振動子１０、１１の距離、有効放射面形状、周波数、被測定流体は実施例１と同様とする。以上のように構成された超音波流量計への超音波振動子の取り付け方法、動作原理は実施例１と同様になるため省略する。
【０１０８】
　次に流量測定部５２内での超音波の伝搬について、図２０に示すような伝搬経路５３、５４を用いて説明する。なお伝搬経路５３、５４は代表的な伝搬経路であり、実施例１と同様に図示されていない伝搬経路も存在する。図２０は流路６のｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。直接波は伝搬経路５３に沿って伝搬する。また反射波は伝搬経路５４のように構造体５０ａ、下板部１４で反射を繰り返しながら伝搬する。伝搬経路５４で伝搬する反射波は、上板部１５で一回のみ反射する伝搬経路より伝搬距離が延びる。また構造体５１により受信を阻害される図示されていない反射波の伝搬経路も存在する。このため直接波に対する反射波の影響を低減することが可能となる。
【０１０９】
　以上のように、本発明よれば構造体により直接波と反射波の伝搬位相差を所望の大きさにすることができるため、反射波の影響を低減でき被測定流体の流量を短時間に高精度で測定することができる。
【０１１０】
　なお実施例７では構造体の厚みを０．２ｍｍ、長さ（Ｌ６）を７ｍｍ、ＳＵＳ製としたが、上記条件に限定されるわけではなく、寸法、材質を適宜変えて構成することができる。また構造体５０、５１を側壁部８、９に接着固定するとしたが、側壁部８、９以外の場所に配置してもよい。また構造体の枚数を全部で４枚としたが、１枚以上ならば何枚でも構わない。
【０１１１】
　（実施例８）
　以下、本発明の実施例８について、図面を参照しながら説明する。
【０１１２】
　図２１は本発明の実施例８における超音波流量計の流路６のａ−ａ’線を横から見た断面図である。図２１において８、９、１４、１５は流路６の側壁部、下板部、上板部で、以上は図２の構成と同様なものである。図２の構成と異なるのは、流量測定部５６を層状に分割しない構造体５５ａ、５５ｂが下板部１４、上板部１５に配置されている点である。
【０１１３】
　高精度な流量計を得るには反射波の影響を低減することが必要で、反射波が受信されにくいよう流量測定部５６に反射板を設ける方法について考える。
【０１１４】
　上記のように構成された超音波流量計の流路の作成方法の一例について説明する。例えば流量測定部５６に対し、厚み０．２ｍｍ、長さ（Ｌ７）が１ｍｍのＳＵＳ製の構造体５５ａ、５５ｂを下板部１４、上板部１５の内壁面に垂直で、幅（Ｗ７）の中央部あたりとなるよう接着剤にて固定する。構造体５５を固定した後、上板部１５を側壁部８、９の端面にシール材を介してネジどめ固定する。なお超音波振動子１０、１１の距離、有効放射面形状、周波数、被測定流体は実施例１と同様とする。以上のように構成された超音波流量計への超音波振動子の取り付け方法、動作原理は実施例１と同様になるため省略する。
【０１１５】
　次に流量測定部５６での超音波の伝搬について、図２２に示すような伝搬経路５７、５８を用いて説明する。なお伝搬経路５７、５８は代表的な伝搬経路であり、実施例１と同様に図示されていない伝搬経路も存在する。図２２は流路６のｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。超音波振動子１０から送信された超音波は広がりながら伝搬し、例えば直接波は伝搬経路５７に沿って伝搬する。また広がった超音波は上板部１５や下板部１４で反射され、超音波振動子１１で反射波として受信される。しかし構造体５５ａを上板部１５に設けることにより、例えば伝搬経路５８の反射波は構造体５５ａにより伝搬を阻害される。このため、伝搬経路５８での反射波は超音波振動子１１では受信されない。反射波の伝搬経路は伝搬経路５８以外にも存在するが、構造体５５ａ、５５ｂによって反射波の一部の伝搬が阻害できるため、直接波に対する反射波の影響を低減することが可能となる。
【０１１６】
　以上のように、本発明よれば構造体により反射波の一部の伝搬を阻害できるため、構造体を配置する位置および枚数を適切に選択することにより反射波の影響を低減でき被測定流体の流量を短時間に高精度で測定することができる。
【０１１７】
　なお実施例８では構造体５５ａ、５５ｂの厚みを０．２ｍｍ、長さ（Ｌ７）を１ｍｍ、ＳＵＳ製で、幅（Ｗ７）の中央あたりに位置するとしたが、上記条件に限定されるわけではなく、寸法、位置、材質を適宜変えて構成することができる。また構造体５５ａ、５５ｂを下板部１０、上板部１５上に接着固定するとしたが、下板部１４、上板部１５以外の場所に配置しても構わない。また構造体を２枚配置したが、１枚以上ならば何枚でも構わない。
【０１１８】
　（実施例９）
　以下、本発明の実施例９について、図面を参照しながら説明する。
図２３は本発明の実施例９における超音波流量計の流路６のａ−ａ’線を横から見た断面図である。図２３において８、９、１４、１５は流路６の側壁部、下板部、上板部で、以上は図２の構成と同様なものである。図２の構成と異なるのは、下板部１４に凹部５９と、凹部５９の上方にメッシュ構造体６０を設けた点である。
【０１１９】
　流量測定部６１の高さ（Ｈ８）と幅（Ｗ８）のアスペクト比（Ｗ８／Ｈ８）を大きくしながら反射波の影響を低減するため、流量測定部６１に凹部を設け、さらにその凹部に流れを乱さないようメッシュ構造体を設ける方法について考える。
【０１２０】
　上記のように構成された超音波流量計の流路の作成方法の一例について説明する。例えばアスペクト比（Ｗ８／Ｈ８）が５である流量測定部６１の下板部１４の中央付近に、伝搬経路６２と伝搬経路６３の伝搬位相差が２．２πとなるよう凹部５９をフライス盤を用い構成する。凹部５９には被測定流体である空気の流れが生じないように、凹部５９を覆うようにメッシュ構造体を上方に固定する。
【０１２１】
　メッシュ構造体は超音波が透過するように、例えばメッシュサイズは１００番程度とする。また伝搬経路６２と伝搬経路６４の伝搬位相差が１．２πとなるように、上板部１５を、側壁部８、９の端面にシール材を介してネジどめ固定する。
【０１２２】
　なお超音波振動子１０、１１の距離、有効放射面形状、周波数、被測定流体は実施例１と同様とする。以上のように構成された超音波流量計への超音波振動子の取り付け方法、動作原理は実施例１と同様になるため省略する。
【０１２３】
　次に流量測定部６１での超音波の伝搬について、図２４に示すような伝搬経路の一例を用いて説明する。図２４は流路６のｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。直接波は伝搬経路６２に沿って伝搬する。一方下板部１４での反射波は伝搬経路６３のように凹部５９の底部で反射され伝搬する。また上板部１５での反射波は伝搬経路６４のように反射され伝搬する。なお伝搬経路６２〜６４は代表的な伝搬経路であり、実施例１と同様に図示されていない伝搬経路も存在する。またメッシュ構造体６０を透過せず、メッシュ構造体６０の表面で反射される反射波も存在する。
【０１２４】
　伝搬経路６２と伝搬経路６３の伝搬位相差が２．２π、伝搬経路６２と伝搬経路６４の伝搬位相差が１．２πとしたため、それぞれの反射波の伝搬経路分布が異なり、下板部１４と上板部１５からの反射波同士が干渉の影響を受ける。このように下板部１４の構成と上板部１５の構成を非対称にすることにより、直接波に対する影響が低減できる。また凹部５９にはメッシュ構造体６０が設けてあるため、空気は凹部５９を除く流量測定部６１を流れ、流れに対し乱れを生じない。また超音波は凹部５９を含む流量測定部６１を伝搬させることができる。
【０１２５】
　以上のように、本発明よれば構造体により直接波と反射波の伝搬位相差を所望の大きさにすることができるうえ、測定流量範囲において安定した流速分布を実現できるため、反射波の影響を低減でき被測定流体の流量を短時間に高精度で測定することができる。
【０１２６】
　なお第９の実施例では伝搬経路６２と伝搬経路６３の伝搬位相差が２．２πとなるよう凹部５９を設けたが、上記条件に限定されるわけではなく、適宜変えて構成することができる。また凹部５９の上方に１００番程のメッシュ構造体６０を設けるとしたが、その他のメッシュ構造体でも構わないし、凹部５９が流れに対し測定上問題になる影響を与えないなら設ける必要はない。また凹部５９を下板部１４の中央付近に設けるとしたが、反射波の影響を低減するため必要な場所に必要な数だけ設ければよく、上板部１５にも設けてもいいし、凹部５９だけでなく凸部を設けても構わない。
【０１２７】
　（実施例１０）
　以下、本発明の実施例１０について、図面を参照しながら説明する。
図２５は本発明の実施例１０における超音波流量計の流路６を上から見た断面図である。図２５において６は流路、８、９は流路６の側壁部で、以上は図１の構成と同様なものである。図１の構成と異なるのは、超音波振動子１０、１１の中心を結ぶ線６５に対し超音波振動子１０の中心方向６６を上流側にθ１０（約５度）、超音波振動子１１の中心方向６７を下流側にθ１１（約５度）だけずらして配置した点である。流路の作成方法、超音波振動子の取り付け方法、動作原理は実施例１と同様なため省略する。また超音波振動子１０、１１の距離、放射面形状、周波数被測定流体は実施例１と同様とする。
【０１２８】
　一般的に超音波振動子の指向性は超音波振動子の中心方向に強い傾向がある。
【０１２９】
　このため開空間では超音波振動子１０、１１の指向性を一致させて対向した場合、受信電圧は最も大きくできる。ところが流路６のような閉空間で超音波の送受信を行う場合、受信される反射波も比較的強い指向性の部分であるため大きな受信電圧となり、直接波に対する影響が大きくなってしまう。そこで、中心を結ぶ線６５に対し中心方向６６、６７をθ１０、θ１１だけずらして超音波振動子１０、１１を配置する。このような配置では直接波の受信電圧は下がるが、反射波は比較的弱い指向性の部分となるので反射波の受信電圧も小さくなり反射波の影響を小さくすることが可能となる。
【０１３０】
　超音波振動子１０の中心方向６６を下流側に、超音波振動子１１の中心方向６７を上流側に約５度ずらした構成で実施例１と同様に空気を約６０００リットル／時間流して行った実験では図７の伝搬位相差が２π程度と同程度の結果が得られた。
【０１３１】
　以上のように、本発明によれば超音波振動子の中心を結ぶ線と超音波振動子の中心線をずらして配置することにより、直接波に対する反射波の影響を低減でき被測定流体の流量を短時間に高精度で測定することができる。
【０１３２】
　なお実施例１０では６５超音波振動子の中心を結ぶ線に対し超音波振動子の中心方向６６、６７を５度ずらすとしたが、上記条件に限定されるわけではなく、角度を適宜変えて構成することができる。また超音波振動子１０、１１の中心線をずらす方向を流れの上流側、下流側としたが、下板部方向、上板部方向でも、どの方向の組み合わせでも構わない。
【０１３３】
　（実施例１１）
　以下、本発明の実施例１１について、図面を参照しながら説明する。
図２６は本発明の実施例１１における超音波流量計の配管への取り付け状態を示す局所断面図である。図２６において１０ａ、１１ａは取り付け口で、１４、１５は流路６の下板部、上板部で、６８は整流手段で、６９は流量測定部で、７０、７１は配管である。図示していない流量測定部６９の構成は、実施例１から実施例１０のいずれかの構成と同様とする。実施例１から実施例１０と異なるのは、流量測定部６９に整流手段６８を設けた点である。例えば整流手段６８はアルミ製のハニカム構造体からなり、空気の流れにより移動しないよう下板部１４、上板部１５と図示していない側壁部に接着剤により接着固定する。超音波流量計の流路の組み立て方法、超音波振動子の取り付け方法、動作原理は実施例１と同様になるため省略する。
【０１３４】
　次に整流手段の動作について説明する。一般的に流量測定では流速分布や流れの方向を安定化するため、流量計測部の上流側に直径に対し十分長い（１０倍程度）直管部を設ける。しかし超音波流量計を小型化や設置場所の制限により流量計測部６９の上流側に直径に対し十分長い直管部を設けることは困難で、さらに配管７０を流路６に垂直に取り付ける場合もある。このような構成では、空気は流れの方向が乱れた状態で流量測定部６９を流れ、測定精度に影響を与えてしまう。
【０１３５】
　そこで、配管７０から流量測定部６９に流入する空気の流れを安定化するためハニカム構造を有す整流手段６８を設ける。整流手段６８を通過した空気は流れの方向が均一化され、下板部１４や上板部１５に対しほぼ平行となる。
【０１３６】
　以上のように、本発明によれば整流手段６８を流量測定部６９の上流側に設けることにより流れの方向を安定化することができ、実施例１から実施例１０の反射波の影響を低減する手段と組みあわせることにより、測定流体の流量を短時間に高精度で測定することができる。
【０１３７】
　なお第１１の実施例では整流手段６８をアルミ製のハニカム構造体としたが、整流効果が得られるならばパイプ、網目構造体、平板でも構わないし、ＳＵＳのような金属や樹脂、複合体でも構わない。配管７０、７１を上板部１５に垂直に取り付けるとしたが、上板部１５以外の部位に取り付けても構わないし、また水平に取り付けても構わない。整流手段６８を上流側に設けるとしたが、上流側と下流側の両方に設けても構わない。
【０１３８】
　また実施例１〜３、７では高さ（Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ６）と超音波振動子１０、１１の高さが等しくなるよう図示しているが、高さ（Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ６）より超音波振動子１０、１１の高さを低くしても高くしても構わない。
【０１３９】
　また実施例１〜５、７〜１１では超音波振動子１０、１１を側壁部８、９に流れに対し斜めに設けるとしたが、流れが計測可能ならば側壁部８、９以外の場所に配置して構わないし、流れに対し平行となる位置に配置しても構わない。また流量測定部の断面形状を矩形としたが、超音波振動子１０、１１を流れに対し平行となる位置に配置するなら、円形や楕円形でも構わない。
【０１４０】
　また実施例１〜１１では超音波振動子１０、１１の有効放射面は正方形としたが、上記条件に限定されるわけではなく、円形、楕円形、他の多角形でも構わない。また超音波振動子１０、１１の周波数は２７０ｋＨｚとしたが、上記条件に限定されるわけではなく、２７０ｋＨｚ以上でも以下でも構わない。また流量測定部の断面形状を矩形としたが、上記形状に限定されるわけでなく、矩形の一部を変形した形状、矩形以外の多角形でも構わない。また被測定流体を空気としたが、空気以外の例えばＬＰガスや都市ガスのような気体や水のような液体でも構わない。また流路６の材質をＡＢＳ樹脂としたが、被測定流体によって化学的変化を受けない材質ならばなんでもよく、被測定流体がＬＰガス、都市ガス等であればＳＵＳやアルミダイカストのような金属でも構わない。圧力損失を少なくするため一般的に流量測定部の断面積は、被測定流体を供給する配管の内径と同程度とするとしたが、必要に応じて断面積を大きくしても小さくしても構わない。
【０１４１】
　また本発明の超音波流量計を家庭用ガスメータを想定した超音波式ガスメータや被測定流体の流速を測定する流速計に用いても構わない。また複数の実施例の構成を組みあわせてよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
　以上のように本発明の第１の超音波流量計は、一対の超音波振動子と、前記一対の超音波振動子間を超音波が伝搬する時間を計測する計測部と、前記計測部の出力に基づいて、流量測定部を流れる流体の量を計算する計算部とを備え、前記流量測定部の壁面によって反射される反射波が前記測定結果に与える影響が低減されるように、前記流量測定部と前記一対の超音波振動子とが構成されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１４３】
　また第２の超音波流量計は、超音波を用いて流体の流量を測定する超音波流量計において、一対の超音波振動子と、前記一対の超音波振動子間を超音波が伝搬する時間を計測する計測部と、前記計測部の出力に基づいて流量測定部を流れる流体の量を計算する計算部とを備え、前記流量測定部は当該流量測定部の壁面に反射することなく前記流量測定部を流れる流体中を伝搬する直接波と前記流量測定部の壁面によって反射される反射波との間の位相差が測定結果に影響を与える構成で、前記直接波と前記反射波との位相差が前記測定結果に与える影響が低減されるように、前記流量測定部と前記一対の超音波振動子とが構成されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１４４】
　また第３の超音波流量計は、超音波を用いて流体の流量を測定する超音波流量計において、一対の超音波振動子と、前記一対の超音波振動子間を超音波が伝搬する時間を計測する計測部と、前記計測部の出力に基づいて流量測定部を流れる流体の量を計算する計算部とを備え、前記流量測定部は当該流量測定部の壁面に反射することなく前記流量測定部を流れる流体中を伝搬する直接波と前記流量測定部の壁面によって反射される反射波との間の位相差が測定結果に影響を与える構成で、前記直接波と前記反射波との位相差が前記測定結果に与える影響が低減されるように、前記一対の超音波振動子の周波数と、前記一対の超音波振動子間の距離と、前記流量測定部の断面形状に関連するパラメータとの組合せによって特徴づけられるため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１４５】
　また第４の超音波流量計は、第３の超音波流量計において、前記直接波は、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ直線に沿って伝搬する波であり、前記反射波は、前記一対の超音波振動子の中心と前記流量測定部の壁面上の点とを結ぶことによって形成される二等辺三角形の二等辺に沿って伝搬する波であり、前記直接波の伝搬距離と前記反射波の伝搬距離との差から生じる伝搬位相差が３π／２以上であるため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１４６】
　また第５の超音波流量計は、第３の超音波流量計において、前記直接波は、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ直線に沿って伝搬する波であり、前記反射波は、前記流量測定部の壁面によって１回だけ反射される波であり、前記直接波の伝搬時間に比べ前記反射波の最短伝搬時間が長くなるよう前記一対の超音波振動子の有効放射面の１つの辺あるい直径を前記流量測定部の高さより短くしたため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１４７】
　また第６の超音波流量計は、第４または第５の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の周波数は所定値以上に設定されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、時間分解能も向上できるので、さらに高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１４８】
　また第７の形態の超音波流量計は、第３の超音波流量計において、前記直接波は、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ直線に沿って伝搬する波であり、前記反射波は、前記一対の超音波振動子の中心と前記流量測定部の壁面上の点とを結ぶことによって形成される二等辺三角形の二等辺に沿って伝搬する波であり、前記直接波の伝搬距離と前記反射波の伝搬距離との差から生じる伝搬位相差が０．２π以下であるため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１４９】
　また第８の超音波流量計は、第７の超音波流量計において、前記超音波流量計は、前記流量測定部を複数の部分に分割する少なくとも１つ以上の分割板をさらに備えているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１５０】
　また第９の超音波流量計は、第８の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の周波数は所定値以下に設定されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１５１】
　また第１０の超音波流量計は、第１〜５、７のいづれかの超音波流量計において、前記流量測定部の断面形状は矩形であり、前記流量測定部の断面形状に関連するパラメータは前記矩形の高さであるため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１５２】
　また第１１の超音波流量計は、第１〜５、７のいづれかの超音波流量計において、前記流量測定部の断面形状は円であり、前記流量測定部の断面形状に関連するパラメータは前記円の直径であるため、簡易な構成で流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１５３】
　また第１２の形態の超音波流量計は、第１〜５、７のいづれかの超音波流量計において、前記一対の超音波振動子は、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ線が前記流量測定部の断面の所定方向の中心線に対してシフトするように配置されるため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１５４】
　また第１３の超音波流量計は、第１２の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ線と前記流量測定部の断面の所定方向の中心線とは互いに平行であるため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１５５】
　また第１４の超音波流量計は、第１２の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ線と前記流量測定部の断面の所定方向の中心線とは所定の角度をなしているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１５６】
　また第１５の超音波流量計は、第１または第２の超音波流量計において、前記超音波流量計は、前記流量測定部の壁面によって１回だけ反射される反射波の発生を阻止する構成をさらに備えているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１５７】
　また第１６の超音波流量計は、第１５の超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ線と前記流量測定部の断面の所定方向の中心線とは所定の角度をなしているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１５８】
　また第１７の超音波流量計は、第１または第２の超音波流量計において、前記超音波流量計は、前記流量測定部に設けられた少なくとも１つの構造体をさらに備えているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１５９】
　また第１８の超音波流量計は、第１７の超音波流量計において、前記少なくとも１つの構造体は、前記一対の超音波振動子の近傍に配置されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１６０】
　また第１９の超音波流量計は、第１７の超音波流量計において、前記少なくとも１つの構造体は、前記流量測定部の壁面に配置されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１６１】
　本発明の第２０の形態の超音波流量計は、第１または第２の形態の超音波流量計において、前記流量測定部の壁面には、少なくとも１つ以上の凹部または凸部が設けられているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１６２】
　また第２１の超音波流量計は、第２０の超音波流量計において、前記超音波流量計は、前記凹部を覆うメッシュ構造体をさらに備えているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１６３】
　また第２２の超音波流量計は、第１〜５、７のいづれかの超音波流量計において、前記一対の超音波振動子は、前記一対の超音波振動子の中心を結ぶ線と前記一対の超音波振動子の少なくとも一方の指向性を示す方向とが所定の角度をなすように配置されているため、流量測定部内での反射波の影響を低減でき、高精度な超音波流量計を得ることができる。
【０１６４】
　また第２３の超音波流量計は、第１から第２２の超音波流量計において、少なくとも前記流量測定部の上流側に流れの方向を整える整流手段を有しており、流量測定部内の流れの方向を均一化でき、さらに高精度な超音波流量計を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】本発明の実施例１における超音波流量計の構成図である。
【図２】同流量計におけるａ−ａ’線を横から見た断面図である。
【図３】同流量計におけるｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。
【図４Ａ】流量測定部内での超音波の伝搬経路分布計算結果を示す図である。
【図４Ｂ】流量測定部内での超音波の伝搬経路分布計算結果を示す図である。
【図５Ａ】超音波の受信波の計算結果を示す図である。
【図５Ｂ】超音波の受信波の計算結果を示す図である。
【図６】同流量計における相対受信電圧を示す特性図である。
【図７】同流量計における受信電圧の変化率を示す特性図である。
【図８】本発明の実施例２における超音波流量計のａ−ａ’線を横から見た断面図である。
【図９】同流量計におけるｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。
【図１０】同流量計における相対受信電圧を示す特性図である。
【図１１】同流量計における受信電圧の変化率を示す特性図である。
【図１２】本発明の実施例３における超音波流量計のａ−ａ’線を横から見た断面図である。
【図１３】同流量計におけるｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。
【図１４】本発明の実施例４における超音波流量計のｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。
【図１５】本発明の実施例５における超音波流量計のｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。
【図１６】本発明の実施例６における超音波流量計の上面図である。
【図１７】同流量計におけるｃ−ｃ’線を横から見た断面図である。
【図１８】同流量計におけるｄ−ｄ’線を横から見た断面図である。
【図１９】本発明の実施例７における超音波流量計のａ−ａ’線を横から見た断面図である。
【図２０】同流量計におけるｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。
【図２１】本発明の実施例８における超音波流量計のａ−ａ’線を横から見た断面図である。
【図２２】同流量計におけるｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。
【図２３】本発明の実施例９における超音波流量計のａ−ａ’線を横から見た断面図である。
【図２４】同流量計におけるｂ−ｂ’線を横から見た断面図である。
【図２５】本発明の実施例１０における超音波流量計を上から見た断面図である。
【図２６】本発明の実施例１１における超音波流量計の配管への取り付け状態を示す局所断面図である。
【図２７Ａ】従来の超音波流量計の構成図である。
【図２７Ｂ】従来の超音波流量計の構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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