(57)【要約】【課題】本発明は流体の流量を測定する流量計測装置に関するものであり、反射体により音波を反射させて送受信器の設置を容易にし高精度な流量計測を行う。【解決手段】矩形状の流路の上流と下流に送受信器を設け、その音波伝搬時間を計測して流体の流量を算出する流量計測装置で、流路の長辺側の面に送受信器を配置するとともに反射体を介して相互に超音波を伝搬させる流体中に音波を送信または受信させる。これにより送受信器の設置の自由度が高く、雑音ノイズを受けにくく、高精度な流量計測が行える。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の上流と下流に配置された音波を送信または受信する送受信器と、前記送受信器間の音波伝搬時間を計測する計時手段と、前記音波伝搬時間に応じて流体の流量を算出する流量算出手段とを備え、前記流路を形成する面に前記送受信器を配置するとともに反射体を介して相互に超音波を伝搬させる流量計測装置。
【請求項２】
送受信器の受信面を下向きに配置する請求項１記載の流量計測装置。
【請求項３】
流路を矩形状に形成し、その長辺または短辺のどちらか一方もしくは両方を音波が横断するように反射体を配置した請求項１記載の流量計測装置。
【請求項４】
反射体の位置を調節する手段を有する請求項１記載の流量計測装置。
【請求項５】
反射体の反射面形状によって音波を収束または拡散する請求項１記載の流量計測装置。
【請求項６】
反射体表面を曲線に形成した請求項６記載の流量計測装置。
【請求項７】
送受信器と反射体を一体した送受ユニットを流路に装着する請求項１記載の流量計測装置。
【請求項８】
送受ユニットを不導電体で形成した請求項７記載の流量
計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、図８に示すように、矩形状の流体管路１の一部に音波送受信器２ａ、２ｂを備え、計測開始手段３の信号によって流量計測を開始し、音波送受信器２ａから２ｂまでの伝搬時間を計測し、その伝搬時間を基に流量を算出している。流れの検出を正確に行う場合には流路全面を検出する必要があり、図のように矩形状の流路を横断するような送受信器の配置が行われていた。またさらに正確を期すために、流路内を音波が２〜３回往復するＶパスやＷパスも行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の流量計測装置では、次のような課題があった。すなわち、流体の流れに対して送受信器の位置が限定され、取り付けの自由度が小さい。このためレイアウトの制限を受けるので装置が大型になり、送受信器を最適な位置に取り付けることができず、内外のノイズを受けて計測精度が悪化することがあった。このためガスメータなどの小型装置では安価で流量計測精度の高い計測装置が求められていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、流路の上流と下流に配置された音波を送信または受信する送受信器と、送受信器間の音波伝搬時間を計測する計時手段と、音波伝搬時間に応じて流体の流量を算出する流量算出手段とを備え、流路を形成する面に送受信器を配置するとともに反射体を介して相互に超音波を伝搬させるもので、これによって送受信器の配置の自由度が高く小型で組立が容易に行え、ノイズの影響を受けにくい計測が行える。
【０００５】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、流路の上流と下流に配置された音波を送信または受信する送受信器と、送受信器間の音波伝搬時間を計測する計時手段と、音波伝搬時間に応じて流体の流量を算出する流量算出手段とを備え、流路を形成する面に送受信器を配置するとともに反射体を介して相互に超音波を伝搬させるので、送受信器の配置の自由度が高く小型化ができ、雑音ノイズの影響を受けにくい構成が得られる。
【０００６】
請求項２記載の発明は、送受信器の受信面を下向きに配置したので、ごみの付着がなく信頼性に優れる。
【０００７】
請求項３記載の発明は流路を矩形状に形成し、その長辺または短辺のどちらか一方もしくは両方を音波が横断するように反射体を配置したので、流路内の流速分布に関わらず正確な流量を計測できる。
【０００８】
請求項４記載の発明は、反射体の位置または傾斜角度を調節する手段を有するので、製造時のバラツキによって生じる音波の送信位置のずれを容易に調節できる。
【０００９】
請求項５記載の発明は、反射体の反射面形状によって音波を収束または拡散するので、流路全域を計測したりあるいは音波信号の減衰を押さえて正確な流量計測が行える。
【００１０】
請求項６記載の発明は、反射体表面を曲線に形成し音波を拡散または収束できる。
【００１１】
請求項７記載の発明は、送受信器と反射体を一体した送受ユニットを流路に装着するので、製造が容易でバラツキが小さい。
【００１２】
請求項８記載の発明は、送受ユニットを不電導体で形成したので、音波送信時に電磁ノイズを発生せず、ノイズの少ない計測ができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１４】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例を図面に基づいて説明する。図１において、流路３の途中に超音波を発信する送受信器４ａと受信する送受信器４ｂが流れ方向に配置されている。５は送受信器４ａへの発信手段、６は送受信器４ｂで受信した信号の増幅手段で、この増幅された信号は基準信号と比較手段７で比較され、基準信号以上の信号が検出されたとき計時手段８で音波の伝搬時間を計測する。９は送受信器４ａと４ｂの送受の方向を変える切換手段、１０は計時手段からの値に基づいて流量値を算出する流量算出手段である。
【００１５】
次に動作について説明する。まず発信手段５から送受信器４ａへ信号が送られ、音波は送受信器４ｂて到達する。この信号は増幅手段で増幅され、比較手段７で基準信号と比較され基準信号以上の信号が検出されたとき、計時手段８で発信から受信までの音波の伝搬時間を計測する。
【００１６】
次に切換手段９で送受信器４ａと送受信器４ｂの発信受信を切り換えて、送受信器４ｂから送受信器４ａへ音波信号を発信し、この発信を前述のように、その時間を計時する。そしてその時間差から管路の大きさや流れの状態を考慮して流量算出手段で流量値を求める。
【００１７】
図２は流量計測装置の平面図で送受信器４ａと４ｂの配置をあらわしている。その流路３の内部は断面がほぼ矩形の形状で、送受信器４ａと４ｂは流路３の上面（長辺の面）に取り付けられ、矩形の長辺を音波が横断するように流路に対して所定の角度を有している。図３は図２のＡ−Ａ断面を表したもので、送受信器４ａと４ｂは音波の送受信面（矢印Ｂ）を下向きにして取り付けてある。反射体３ａと３ｂは音波を反射させて方向を変えるもので、図では方向を９０度変えている。音波は送受信器４ａから送信されると下方向に進んで反射体３ａで反射し、流路３ｃ内を水平に伝搬し、反射体３ｂに反射して送受信器４ｂで受信される。送受信器３ｂから発信する場合には逆の経路を通過して送受信器３ａへ伝搬する。図の矢印は音波の中心が伝搬する様子を示す。図２では送受信器４ａと４ｂが同一平面内に配置されており、１方向からの着脱ができて組立が容易になる。
【００１８】
（実施例２）
図４は本発明の第２の実施例を示す断面図で、反射体３ｄと３ｅは図３とは角度が異なっている。送受信器４ａから発信された音波は反射体３ｄで反射すると水平より下向きに進み、流路３ｃの下面で反射して、さらに流路３ｃの上面、下面と反射して、反射体３ｅから送受信器４ｂで受信される。このように流路の上下で反射することにより音波は流路内３ｃの上下面に関して平均的な位置を通過する。このため流路内３ｃの中で上下（短辺）方向に流速分布が発生していても平均的に影響を受ける。図２に示すように流路内３ｃの長辺方向にも音波は横断的に伝搬しているから音波は流路全体の平均的な速度を計測する。
【００１９】
（実施例３）
図５は本発明の第３の実施例の要部を示す断面図である。反射体１１は別部品で構成されその軸方向の位置あるいは回転方向の位置を変えることができる。図５の２点鎖線は軸方向に移動させた場合で、反射面の中心は上方向に移動するので音波は流路内３ｃの中心より上面を伝搬する。
すなわち反射体１１の位置を変えることにより、音波の通過位置を自由に変化させることができる。
【００２０】
（実施例４）
図６は本発明の第４の実施例の要部を示す断面図である。図６は反射体３ａの反射面を曲面に形成させている。反射体３ｆは反射面を凸面に形成してあり音波を拡散し、３ｇは反射面を凹面に形成してあり音波を収束させる。音波の拡散すると流路内３ｃの全域に音波が広がって流路全域の流れを検出する。また音波を収束させると音波の減衰が小さくなり正確な伝搬時間を算出できる。
【００２１】
（実施例５）
図７は本発明の第５の実施例を示す断面図である。図７では送受ユニット１２ａとして送受信器４ａと反射体３ａを一体にして、送受ユニット１２ｂとして送受信器４ｂと反射体３ｂを一体にして流路３と別部品で構成させている。送受ユニットを流路本体と切り離すと加工性が容易になり、また流路サイズが変化しても汎用部品として使える。また樹脂成形品のような不導電性で作成すると音波送信時に送受信体に印可するパルスから発生する電磁ノイズが低減する。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、送受信器の設置の自由度が高く、小型で雑音の少ない流量計測が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の流量計測装置のブロック図
【図２】同装置の流路の断面図
【図３】図２のＡ−Ａ断面図
【図４】本発明の実施例２の流量計測装置の流路の断面図
【図５】本発明の実施例３の流量計測装置の反射体の構成図
【図６】本発明の実施例４の流量計測装置の反射体の構成図
【図７】本発明の実施例５の流量計測装置の反射体の構成図
【図８】従来の流量計測装置のブロック図
【符号の説明】
３　流路
３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ　反射体
４ａ、４ｂ　送受信器
８　計時手段
１０　流量演算手段
１１　反射体
１２　送受ユニット
【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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