(57)【要約】【課題】大流量域（例えば、１６０ｍ３／ｈの流量）から微少流量域（５Ｌ／ｈ等の微少漏洩流量領域）まで、精度良く流量測定が出来るようにすること。【解決手段】大流量域の流量を検出する一対の超音波トランスデューサ２、を備えた第１の流路１と、第１の流路１を開閉する切替弁５と、切替弁５の上流側と下流側とをバイバスすると共に、小流量域を検出する一対の超音波トランスデューサ４を備えた第２の流路３とで形成し、大流量域を計測する場合には切替弁５を開にして第１の超音波流量計測部で計測６し、小流量域を計測する場合には切替弁５を閉にして第２の超音波流量計測部７で計測するようにし、切替弁５の駆動には、応答性の良い超音波モータを用いている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大流量域の流量を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第１の流路と、前記第１の流路を開閉する切替弁と、前記切替弁の上流側と下流側とをバイバスすると共に小流量域を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第２の流路とで形成し、大流量域を計測する場合には前記切替弁を開にして前記第１の超音波流量計測回路部で計測し、小流量域を計測する場合には前記切替弁を閉にして前記第２の超音波流量計測回路部で計測するようにし、前記切替弁の駆動に超音波モータを用いた超音波流量計。
【請求項２】
切替弁の駆動にリング状の超音波モータを用い、ガス通路の円周部で駆動力を得るようにした請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
リング形状の超音波モータのロータに切替弁の遮蔽機能を持たせた請求項２記載の超音波流量計。
【請求項４】
リング形状の超音波モータのロータとステータの加圧機構として、リング状のボールベアリングとリング状の波スプリングを用い加圧力を与えるようにして切替弁の駆動力を得るようにした請求項２記載の超音波流量計。
【請求項５】
リング形状の超音波モータのロータにリング状のマグネットを貼り、このマグネットの磁気力で加圧力を与えるようにして切替弁の駆動力を得るようにした請求項２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、超音波流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスの使用量を測定する家庭用及び業務用のガスメータは、古来より機械的な膜式方式のガスメータが使用され、主流を占めている。この膜式方式のガスメータは、積算流量を計測するのが主な目的であり、機械式の為ガスメータとしては応答速度が遅く瞬時流量は測定はできない。一方、ガスメータとしては単一の流路に超音波計測部を備えた超音波流量計があるが、この流量計は超音波を使用しているため瞬時流量も容易に測定でき、ガス漏れ等の保安面への適用においても有利となる。そしてガスメータは機械的な膜式方式のガスメータから超音波方式のガスメータに置き換わろうとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、瞬時流量が測定でき、かつ測定レンジの広い単一流路を備えたの超音波流量計は、大流量域の流量（例えば、１００ｍ３／ｈとか、１６０ｍ３／ｈの流量）を測定しようとすると、大流量側に測定範囲が移動するため、小流量域（１０００Ｌ／ｈ以下）あるいは微少流量域（５Ｌ／ｈ等の微少漏洩流量領域）では、精度良く流量測定が出来ないという課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、大流量域の流量を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第１の流路と、前記第１の流路を開閉する切替弁と、前記切替弁の上流側と下流側とをバイバスすると共に、小流量域を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第２の流路とで形成し、大流量域を計測する場合には前記切替弁を開にして前記第１の超音波流量計測回路部で計測し、小流量域を計測する場合には前記切替弁を閉にして前記第２の超音波流量計測回路部で計測するようにし、前記切替弁の駆動に超音波モータを用いるようにしたものある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、大流量域の流量を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第１の流路と、第１の流路の途中に設けられ第１の流路を開閉する切替弁と、切替弁が取付けられた位置の前後で第１の流路をバイパスする小流量域を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第２の流路とで構成される流路において、大流量域を計測する場合、構造が簡単でトルク・イナーシャ比が大きく、応答性の良い超音波モータ（弾性体に圧電セラミックを貼り電気入力を加え、加圧したロータから駆動力を得るようにしたモータ）で、切替弁を出来る限り短時間に全開状態に切り替わるようにしたものである。又小流量域を計測する場合は、切替弁をできる限り短時間に全閉状態に切り替わるようにしたものである。
【０００６】
請求項２記載の発明は、切替弁の駆動にリング状の超音波モータを用い、ガス通路の中心部近傍に駆動源を置くことなくガス通路円周部で駆動するようにし、ガス流体の流れを妨げないようにし、流れの乱れを少なくして安定に流量計測が出来るようにしたものである。
【０００７】
請求項３記載の発明は、リング形状の超音波モータのロータにガス通路の開閉を行なう遮蔽板を兼用させ、ロータが回転することにより切替弁の機能を持たせるようにしたものである。
【０００８】
請求項４記載の発明は、リング形状の超音波モータのロータとステータの加圧機構として、リング状のボールベアリングとリング状の波スプリングを用い加圧力を与えるようにし、切替弁を駆動するトルクを得るようにしたものである。
【０００９】
請求項５記載の発明は、リング形状の超音波モータのロータにリング状マグネットを貼りステータ（鉄、ステンレスなどの磁性体）との間の磁気力で加圧力を与えるようにし、複雑な加圧機構を省略し切替弁の駆動力を得るようにしたものである。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１であり、切替弁を備えた広レンジの超音波流量計の構成を示している。図において、１は大流量域のガス流体が流れる第１の流路、２は第１の流路に設けられ、一対の超音波振動子２ａ、２ｂ（圧電素子で構成）で構成された超音波の送受信を行う第１の超音波トランスデューサ、３は小流量域のガス流体が流れる第２の流路、４は第２の流路に設けられ一対の超音波振動子４ａ、４ｂ（圧電素子で構成）で構成された超音波の送受信を行う第２の超音波トランスデューサ、５は第１の流路の途中に設けられ第１の流路を開閉する切替弁、６は第１の超音波トランスデューサを制御し超音波の送受信を交互に行ない大流量域の流量計測を行う超音波流量計測部、７は第２の超音波トランスデューサを制御し、超音波の送受信を交互に行ない小流量域の流量計測を行う超音波流量計測部である。このような構成において、ある流量閾値を境にして切替弁５を切替えることにより小流量域から大流量域まで流量計測が出来るようにすることが出来る。
【００１２】
図２は本発明の実施例１で、超音波モータ（ディスクタイプ）を駆動源に使用した切替弁の構成を示している。ディスクタイプの超音波モータを使用しているため、超音波モータは流路の中心部近傍に取付いている。応答性の良い超音波モータを使用しているため、切替弁を短時間に全開状態あるいは、全閉状態に切り替えることができる。
【００１３】
図３は同実施例１で、中空構造のリング状超音波モータを駆動源にした切替弁の構成を示している。リング状の超音波モータのロータ１２とステータ１１との加圧機構としてリング状のベアリング１４とリング状の波スプリング１５を用い加圧力を得るようにしている。中空構造の為、内径部はガス通路として利用することが出来る。又、リング状の超音波モータのロータそのものを回転側遮蔽板として、切替弁の一部として利用するようにしている。
【００１４】
図４は同実施例１で、超音波モータのステータ１１とロータ１２との加圧力をマグネット１７で与え、リング状超音波モータを駆動源にした切替弁の構成を示している。リング状ロータ１２にリング状のマグネット１７が貼り付けられ、さらにそのマグネット１７には、リング状のライニング１３が貼り付けられている。このライニング１３の貼り付けられた一体のロータを超音波モータのステータ１１（鉄、ステンレス等の磁性体で出来ている。）と面対向させると、ライニング１３を介してロータ１２とステータ１１との間に磁気的吸引力が働き、超音波モータに必要な加圧力を得ることが出来る。又、リング状の超音波モータのロータそのものを回転側遮蔽板として、切替弁の一部として利用するようにしている。
【００１５】
また図５は同実施例１で、本発明の切替弁の動作における開閉状態の概念を示したものである。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、大流量域の流量を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第１の流路と、第１の流路を開閉する切替弁と、切替弁の上流側と下流側とをバイバスすると共に、小流量域を検出する一対の超音波トランスデューサを備えた第２の流路とで形成し、大流量域を計測する場合には前記切替弁を開にして第１の超音波流量計測回路部で計測し、小流量域を計測する場合には切替弁を閉にして第２の超音波流量計測回路部で計測するようにし、その切替弁の駆動に応答性のよい超音波モータを用いることにより、微小流量域（５Ｌ／ｈ以下）から大流量域（１００ｍ３／ｈあるいは、１６０ｍ３／ｈ等）まで精度良く流量測定が出来るようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の超音波流量計の構成図
【図２】同流量計の切替弁と、超音波モータを示した部分断面図
【図３】同流量計の切替弁と、リング状超音波モータを示した部分断面図
【図４】同リング状超音波モータの加圧力をマグネットで与えた場合を示す部分断面図
【図５】（ａ）同流量計の切替弁が開状態を示す模式図
（ｂ）同流量計の切替弁が閉状態を示す模式図
【符号の説明】
１　第１の流路
２　第１の超音波トランスデューサ
３　第２の流路
４　第２の超音波トランスデューサ
５　切替弁
６　第１の超音波流量計測部
７　第２の超音波流量計測部
８　ディスクタイプの超音波モータ
１１　リング状超音波モータのステータ
１２　リング状超音波モータのロータ
１４　リング状ベアリング
１５　リング状波スプリング
１７　マグネット
【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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