(57)【要約】【課題】  検出部の強度等の信頼性は確保しつつ、超音波の透過率を向上させた超音波渦流量計を実現する。【解決手段】  測定管路内を流れる流体にカルマン渦を発生させるための渦発生体を設け、渦発生体の下流側に超音波送信器と超音波受信器を対向配置し、超音波送信器より送信された信号がカルマン渦により変調された信号を超音波受信器で受信して流体の流量を測定する超音波渦流量計に関するものである。  音響インピーダンスを、測定管路の音響インピーダンスよりも小さく、かつ測定管路内の流体の音響インピーダンスよりも大きく設定した音響整合層を測定管路の内面に設けた。【選択図】                    図１
2005308630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定管路内を流れる流体にカルマン渦を発生させるための渦発生体を設け、前記渦発生体の下流側に超音波送信器と超音波受信器を対向配置し、前記超音波送信器より送信された信号が前記カルマン渦により変調された信号を前記超音波受信器で受信して前記流体の流量を測定する超音波渦流量計において、
音響インピーダンスを、前記測定管路の音響インピーダンスよりも小さく、かつ前記測定管路内の流体の音響インピーダンスよりも大きく設定した音響整合層を前記測定管路の内面に設けたことを特徴とする超音波渦流量計。
【請求項２】
前記測定管路は、金属で構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波渦流量計。
【請求項３】
前記音響整合層の音響インピーダンスは、前記測定管路の音響インピーダンスと前記流体の音響インピーダンスとの相乗平均値に近い値に設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波渦流量計。
【請求項４】
前記音響整合層の厚さは、前記超音波送信器より送信される信号の波長の１／４の奇数倍に設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波渦流量計。
【請求項５】
前記音響整合層は、第１音響整合層と第２音響整合層からなり、前記第１音響整合層の音響インピーダンスは、前記測定管路の音響インピーダンスよりも小さく、前記第２音響整合層の音響インピーダンスよりも大きく設定され、前記第２音響整合層の音響インピーダンスは、前記第１音響整合層の音響インピーダンスよりも小さく、前記流体の音響インピーダンスよりも大きく設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波渦流量計。
【請求項６】
前記音響整合層は、Ｎ個（Ｎは整数）の音響整合層からなり、各音響整合層の音響インピーダンスは、前記測定管路の音響インピーダンスより小さく、前記流体の音響インピーダンスよりも大きい範囲で、それぞれ音響インピーダンスが前記測定管路側から前記流体側に段階的に小さくなることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波渦流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定管路内を流れる流体にカルマン渦を発生させるための渦発生体を設け、渦発生体の下流側に超音波送信器と超音波受信器を対向配置し、超音波送信器より送信された信号がカルマン渦により変調された信号を超音波受信器で受信して流体の流量を測定する超音波渦流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波渦流量計は、工業用途としては機械的強度の点から金属の測定管の外面に超音波送受信器を取り付けて、測定管路内の流体へ超音波を透過させているものが多い。
【０００３】
図４は従来の超音波渦流量計の模式的な断面図であり、図５は図４の超音波渦流量計の要部構成図である。
図４及び図５で、測定管路１内を流れる流体にカルマン渦を発生させるための渦発生体２が設けられている。超音波送信器３と超音波受信器４は渦発生体２の下流側にあり、測定管路１の外壁に対向して配置されている。超音波送信器３より送信された信号がカルマン渦により変調された信号を超音波受信器４で受信して測定管路１内の流体の流量を測定する。
【０００４】
管路壁の音響インピーダンスを超音波送受信器の音響インピーダンスよりも小さく、かつ流体の音響インピーダンスよりも大きく設定した超音波渦流量計として、例えば特許文献１に記載されたものがあった。
また、音響整合層を用いた超音波流量計として、例えば特許文献２に記載されたものがあった。
【特許文献１】特開平５−２６４３０４号公報
【特許文献２】特開２００４−２９０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図４及び図５の従来例では次の問題点があった。
従来の超音波渦流量計においては、検出部である測定管路が金属であり、強固で隣接管からの応力や測定管路の内圧に対して信頼性がある反面、測定管路の音響インピーダンスと測定管路内の流体の音響インピーダンスとの差が大きく異なるため、超音波の透過率が小さく受信信号の検出感度が悪いという問題点があった。
【０００６】
また、半導体用などの一部の用途では検出部である測定管路が樹脂製のものがあるが、樹脂製の音響インピーダンスは、金属製のものと比べ、測定管路内の流体の音響インピーダンスとの差が小さく超音波の透過率はよい反面、材質的に隣接管からの応力や測定管路の内圧、温度に対して強度上の問題点があった。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、検出部の強度上の信頼性は確保しつつ、超音波の透過率を向上させた超音波渦流量計を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
（１）測定管路内を流れる流体にカルマン渦を発生させるための渦発生体を設け、前記渦発生体の下流側に超音波送信器と超音波受信器を対向配置し、前記超音波送信器より送信された信号が前記カルマン渦により変調された信号を前記超音波受信器で受信して前記流体の流量を測定する超音波渦流量計において、
音響インピーダンスを、前記測定管路の音響インピーダンスよりも小さく、かつ前記測定管路内の流体の音響インピーダンスよりも大きく設定した音響整合層を前記測定管路の内面に設けたことを特徴とする超音波渦流量計。
【０００９】
（２）前記測定管路は、金属で構成したことを特徴とする（１）記載の超音波渦流量計。
【００１０】
（３）前記音響整合層の音響インピーダンスは、前記測定管路の音響インピーダンスと前記流体の音響インピーダンスとの相乗平均値に近い値に設定したことを特徴とする（１）又は（２）記載の超音波渦流量計。
【００１１】
（４）前記音響整合層の厚さは、前記超音波送信器より送信される信号の波長の１／４の奇数倍に設定したことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の超音波渦流量計。
【００１２】
（５）前記音響整合層は、第１音響整合層と第２音響整合層からなり、前記第１音響整合層の音響インピーダンスは、前記測定管路の音響インピーダンスよりも小さく、前記第２音響整合層の音響インピーダンスよりも大きく設定され、前記第２音響整合層の音響インピーダンスは、前記第１音響整合層の音響インピーダンスよりも小さく、前記流体の音響インピーダンスよりも大きく設定したことを特徴とする（１）又は（２）記載の超音波渦流量計。
【００１３】
（６）前記音響整合層は、Ｎ個（Ｎは整数）の音響整合層からなり、各音響整合層の音響インピーダンスは、前記測定管路の音響インピーダンスより小さく、前記流体の音響インピーダンスよりも大きい範囲で、それぞれ音響インピーダンスが前記測定管路側から前記流体側に段階的に小さくなることを特徴とする（１）又は（２）記載の超音波渦流量計。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば次のような効果がある。
本発明では、音響インピーダンスが、測定管路の音響インピーダンスよりも小さく、測定管路内の流体の音響インピーダンスよりも大きく設定した音響整合層を測定管路の内面に設けた。このため、測定管路の音響インピーダンスと流体の音響インピーダンスとの差が大きい場合でも超音波の透過率を向上させることができる。このことにより、測定管路に金属を使用し、検出部である測定管路の強度を確保しつつ、受信信号の検出感度を向上させることができる。
また、超音波の透過率が高いので、音響インピーダンスの異なるものどうしの境界において超音波の反射が少なく、入射波と反射波との干渉によって生じる定在波の発生が抑制され、安定した受信信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す模式的な断面図であり、図２は図１の実施例の要部構成図である。前出の図と同一のものは同一符号を付ける。
図１及び図２に示すように、測定管路１の内面に音響整合層１０，１１を設けている。
これらの音響整合層１０、１１は、超音波送信器３及び超音波受信器４にそれぞれ対向する位置に配置されている。
音響整合層１０、１１の音響インピーダンスは、測定管路１の音響インピーダンスよりも小さく、かつ測定管路１内の流体の音響インピーダンスよりも大きく設定することにより超音波の透過効率を高くすることができる。
音響整合層１０、１１としては、例えば中空ガラスバルーンを充填したエポキシ樹脂やウレタン樹脂等が挙げられる。
測定管路１には、例えばステンレス鋼等が使用されている。
【００１６】
音響整合層１０、１１の音響インピーダンスは、測定管路１の音響インピーダンスと測定管路１内の流体の音響インピーダンスとの相乗平均値に設定し、音響整合層１０，１１の厚さは、超音波送信器３より送信される信号の波長の１／４の奇数倍に設定することにより、超音波の透過率を最大にすることができる。
超音波送信器３及び超音波受信器４は、超音波の送受信部として例えば圧電セラミックス等が使用されている。
【００１７】
図３は本発明の他の実施例を示す模式的な断面図である。
図３では、音響整合層１０、１１を第１音響整合層１０ａ、１１ａと第２音響整合層１０ｂ、１１ｂの２層としている。
第１音響整合層１０ａ、１１ａの音響インピーダンスは、測定管路１の音響インピーダンスよりも小さく、第２音響整合層１０ｂ、１１ｂの音響インピーダンスよりも大きく設定し、第２音響整合層１０ｂ、１１ｂの音響インピーダンスは、第１音響整合層１０ａ、１１ａの音響インピーダンスよりも小さく、測定管路１内の流体の音響インピーダンスよりも大きく設定することにより、音響整合層１０、１１が１層の場合よりもさらに超音波の透過効率を高くすることが可能となる。
また、音響整合層１０、１１は３層以上とすることもできる。この場合、各音響整合層の音響インピーダンスは、測定管路１の音響インピーダンスより小さく、測定管路１内の流体の音響インピーダンスよりも大きい範囲で、それぞれ音響インピーダンスが測定管路１側から測定管路１内の流体側に段階的に小さく設定することにより、音響整合層１０、１１が２層の場合よりもさらに超音波の透過効率を高くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例を示す模式的な断面図である。
【図２】図１の実施例の要部構成図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す模式的な断面図である。
【図４】従来の超音波渦流量計の模式的な断面図である。
【図５】図４の超音波渦流量計の要部構成図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  測定管路
２  渦発生体
３  超音波送信器
４  超音波受信器
１０、１０ａ、１０ｂ、１１、１１ａ、１１ｂ  音響整合層
【図１】
2005308630.tif 000003
【図２】
2005308630.tif 000004
【図３】
2005308630.tif 000005
【図４】
2005308630.tif 000006
【図５】
2005308630.tif 000007