(57)【要約】【課題】  音響ノイズを低減させることが可能なドップラー式超音波流量計に用いられる楔ユニットを提供することである。【解決手段】  本発明のドップラー式超音波流量計に用いられる楔ユニットは、一面を配管の外周面の一部に設置されると共に、他面には電気信号によって超音波を発生させ、かつ、その超音波に対応する反射波を受信する超音波振動子が装着された楔と、その楔と配管外壁との間に設けられるスペーサとを備える。超音波振動子が設置された楔の他面の傾斜角度に応じて定まる、超音波振動子からの超音波がスペーサと楔との接触面に作る射影の大きさ（点Ｐ1とＰ2の距離、すなわち、Ｌ’）が、その超音波がその接触面から入射した位置（点Ｐ1）と、配管内壁での反射後にその接触面に最初に達する位置（点Ｐ3）との差分Ｌを超えないように、スペーサの厚みｔｓが設定される。【選択図】図２
2005351828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が内部を通過する配管の外壁に設置されると共に、超音波を前記流体に入射させ、その反射波を受信して、流量の算出を行うユニットに超音波エコー信号を供給する、ドップラー式超音波流量計に用いられる楔ユニットにおいて、
一面を前記配管の外周面の一部に設置されると共に、他面には電気信号によって前記超音波を発生させ、かつ、前記反射波を受信する超音波振動子が装着された楔と、
前記楔と前記配管の間とに設けられるスペーサと、
を備えることを特徴とするドップラー式超音波流量計の楔ユニット。
【請求項２】
前記超音波振動子が設置された楔の他面の傾斜角度に応じて定まる、該超音波振動子からの超音波が前記スペーサの前記楔との接触面に作る射影の大きさが、その超音波がその接触面から入射した位置と、配管内壁での反射後にその接触面に最初に達する位置との差分を超えないように、前記スペーサの厚みを設定したことを特徴とする請求項１記載の楔ユニット。
【請求項３】
前記射影の大きさが前記差分と一致または略一致するように、前記スペーサの厚みを設定したことを特徴とする請求項２記載の楔ユニット。
【請求項４】
前記スペーサは、配管材と同等の、または、略同等の音響インピーダンスを有する材料を用いて構成されることを特徴とする請求項１、または、２記載の楔ユニット。
【請求項５】
前記配管の厚みｔｐ、前記スペーサの厚みｔｓ、配管またはスペーサ内の超音波の伝播角度θｐ、楔の傾斜角度θｗ、超音波振動子の直径Ｄから、下記条件式を満たすように前記スペーサの厚みを設定したことを特徴とする請求項４記載の楔ユニット。
Ｄ／（２・ｔａｎθｐ・ｃｏｓθｗ）−ｔｐ≦ｔｓ
【請求項６】
前記配管の厚みｔｐ、前記スペーサの厚みｔｓ、配管またはスペーサ内の超音波の伝播角度θｐ、楔の傾斜角度θｗ、超音波振動子の直径Ｄから、下記式を満たす、または、略満たすように前記スペーサの厚みを設定したことを特徴とする請求項４記載の楔ユニット。
Ｄ／（２・ｔａｎθｐ・ｃｏｓθｗ）−ｔｐ＝ｔｓ
【請求項７】
前記スペーサは、前記超音波の進行方向に延長され、
超音波エコー信号へのノイズとなる超音波成分を減衰させるための超音波減衰材、をさらに備え、
前記超音波減衰材は前記スペーサ上に設置されることを特徴とする請求項１記載の楔ユニット。
【請求項８】
前記超音波振動子が設置された楔の他面の傾斜角度に応じて定まる、該超音波振動子からの超音波が前記スペーサの前記楔との接触面に作る射影を回避するように、前記超音波減衰材を前記スペーサ上に設置したことを特徴とする請求項７記載の楔ユニット。
【請求項９】
さらに、配管内壁での反射後に前記スペーサの接触面に最初に達する位置を含むように、超音波減衰材を前記スペーサ上に設置したことを特徴とする請求項８記載の楔ユニット。
【請求項１０】
前記超音波減衰材は、配管材より小さい音響インピーダンスを有することを特徴とする請求項７、または、８記載の楔ユニット。
【請求項１１】
前記超音波減衰材は、タングステンゴムであることを特徴とする請求項７、または、８記載の楔ユニット。
【請求項１２】
前記超音波減衰材は、配管材と同等の、または、略同等の音響インピーダンスを有する材料を用いて構成されると共に、超音波減衰材の外気と接する境界面には、凹凸が形成されていることを特徴とする請求項７、または、８記載の楔ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管の外周面の一部に設置して（クランプオンして）用いられるクランプオン型ドップラー式超音波流量計に関し、特に、そのような流量計に用いて好適な楔ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドップラー式超音波流量計の１つに、クランプオン型超音波流量計がある。このクランプオン型超音波流量計は、被測定流体が内部を所定の向きに通過する配管に対し、その配管の一部に、音波を配管に伝えるための材料、すなわち、楔（くさび）を設置し（クランプオンし）、その楔を介して音波を配管内部に送信することにより、その配管の管状体の内部を移動する流体の流量を計測する流量計である。なお、以下の説明において、特にことわらない限り、配管内の流体は水平方向に流れているものとする。
【０００３】
クランプオン型ドップラー式超音波流量計には、伝播時間差式のものと、ドップラー式のものとがある。伝播時間差式クランプオン型超音波流量計では、超音波を管状体の内部を移動する流体を斜めに横切る経路で往復させて、超音波が往路と復路のそれぞれを伝播するのに要する時間の差から、流体の流量を算出している。
【０００４】
これに対し、ドップラー式クランプオン型超音波流量計では、流体中に含まれる浮遊粒子や気泡が流体と同じ速度で移動すると仮定して、浮遊粒子などの移動速度から流体の流量を算出している。このドップラー式では、流体中に送信された超音波の周波数が、浮遊粒子などに反射して、ドップラー効果により変化する点に注目し、その反射された超音波の周波数を検出することにより、浮遊粒子の移動速度を測定している。
【０００５】
図３は、従来のドップラー式クランプオン型超音波流量計に設けられる楔を、それがクランプオンされる配管の一部と共に示した断面図である。
図３において、楔２２は、一面を介して配管２３の外周面の一部に設置されると共に、他面には超音波振動子２１が装着される。この超音波振動子２１は、電気信号によって超音波を発生させ、その超音波を配管２３内部を通過する流体２４に入射させ、かつ、その流体２４中の上記浮遊粒子などの反射体にその超音波が当たることによって得られる反射波（エコー超音波）を受信する。
【０００６】
超音波振動子が送信する超音波は、例えば、５ｍｍ程度のパルス幅を有する直進性のビームである。また、上記反射体としては、流体中に一様に含まれる気泡、Ａｌの微粉末等のパーティクル、被測定流体とは異なる音響インピーダンスを有する異物、などがある。
【０００７】
受信されたエコー超音波は、流量の算出を行うユニット（不図示）に供給され、そこで、配管内部の被測定流体に対する流量が算出される。
より具体的には、反射体からの超音波エコー信号に信号処理を行って流速（分布）を求め、その流速から流量を求めている。流速から流量を求める方法は、例えば、下記特許文献１に開示されている。
【０００８】
すなわち、まず、流体の時間ｔにおける流量ｍ（ｔ）は下記（１）式で表すことができる。ここで、ρ：被測定流体の密度、ｖ（ｘ・ｔ）：時間ｔにおける速度成分、である。
【０００９】
【数１】
2005351828.tif 000003
【００１０】
（１）式から配管を流れる時間ｔにおける流量ｍ（ｔ）は、次の（２）式に書き換えることができる。
【００１１】
【数２】
2005351828.tif 000004
【００１２】
ここで、ｖｘ（ｒ・θ・ｔ）は、時間ｔにおいて、配管の横断面の中心から距離ｒ、その横断面の中心を通る所定方向から見て角度θの位置における、配管の軸方向（管軸方向）の速度成分を表している。
【特許文献１】特開２０００−９７７４２号公報  「ドップラ式超音波流量計」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上、説明したことから、流量を高精度で算出（計測）するには、その流量を算出する際に用いられる流速分布を精度よく検出することが必要となるが、その流速分布については、上記したように、超音波エコーを処理して求めているので、結局、この超音波エコーに所望とする音響信号のみが含まれるようにする必要がある。
【００１４】
しかし、以下に述べるような各種の原因によって、従来のドップラー式クランプオン型超音波流量（流速分布）計による流速分布の測定においては、流量または流速分布を求める際に用いられるエコー超音波信号には各種ノイズ、例えば、多重反射に起因するノイズが乗るために、流量を高精度で算出することが困難になっている。
【００１５】
上記したエコー超音波信号に乗るノイズとしては、２種類のノイズが考えられるが、まず、その第１のものについて説明する。
ドップラー式クランプオン型超音波流量計においては、配管内の流体の音響インピーダンスと配管材の音響インピーダンスとでは、配管の方が大きいため、超音波振動子から楔を介して配管内に入射しようとする超音波は、配管内壁と流体との境界面において、大部分が配管内壁から配管外壁の方に反射し、以降、その配管材の内部で（配管外壁と配管内壁との間で）多重反射を繰り返していく。そして、この多重反射が配管内壁から管内への入射に対して大きいことが、所望とする超音波エコーにノイズを乗らせることにつながり、流量計測における誤差を生じさせる原因となっている。
【００１６】
上記したことにつき、図３を参照して、より詳細に説明する。
図３において、超音波振動子２１から発振された超音波は、側線２０１に沿って楔２２に入射し、側線２０２ａに沿って配管２３に入射し配管２３の内壁まで進む。
【００１７】
配管２３の内壁において、超音波は、配管内壁を透過して側線２０２ｂに沿って流体２４に入射する超音波と、配管内壁で反射し側線２０３に沿って配管外壁に向かう超音波とに分かれる。
【００１８】
外壁まで進んだ超音波は、外壁において、殆ど全てが反射され、再び、側線２０４ａに沿って内壁に向かう。そして、内壁において、同様にして、その超音波は、その内壁を透過して側線２０４ｂに沿って流体２４に入射する超音波と、内壁で反射し外壁に向かう超音波とに分かれる。
【００１９】
それぞれの超音波は、側線に沿って往復することで、再度、超音波振動子に超音波エコーとして受信される。そして、受信された超音波エコーに基づいて、流速分布、流量が求められる。
【００２０】
すなわち、図では、側線２０２ｂ、２０２ａ、２０１に沿って超音波振動子２１まで戻る超音波エコー、側線２０４ｂ、２０４ａ、２０３、２０２ａ、２０１に沿って超音波振動子２１まで戻る超音波エコー、などがある。なお、これらのうちで、側線２０２ｂ、２０２ａ、２０１に沿って超音波振動子２１まで戻る超音波エコーのことを、「所望とする超音波エコー」という。
【００２１】
図では、所望とする超音波エコーに、例えば、側線２０４ｂ、２０４ａ、２０３、２０２ａ、２０１に沿って超音波振動子２１まで戻る超音波エコーがノイズとして重なってしまうという問題がある。
【００２２】
この問題につき、以下でより具体的に説明する。
図４は、媒質１から媒質２に向かう音波が、媒質１と媒質２との境界において、反射または透過する様子を説明する図である。
【００２３】
図４において、音波が境界面に垂直な方向から見て角度θinだけ傾斜した方向から入射して、媒質１から媒質２に向かう場合に、入射波、反射波、透過波の間には、次の（３）式に示されるような関係が成り立つ（スネル（Snell）の法則）。
【００２４】
【数３】
2005351828.tif 000005
【００２５】
ここで、（３）式において、ｃ１：媒質１の音速、ｃ２：媒質２の音速、θin：媒質１での入射角、θout：媒質２での角度、θref：媒質１での反射角、である。
また、媒質１および２における音響インピーダンスｚ１、ｚ２はそれぞれ（４）、（５）式で定義される。
【００２６】
【数４】
2005351828.tif 000006
【００２７】
【数５】
2005351828.tif 000007
【００２８】
ここで、（４）、（５）式において、ｃ１：媒質１の音速、ｃ２：媒質２の音速、ρ１：媒質１の密度、ρ２：媒質２の密度、である。
この時、音圧の透過率Ｔｐ、反射率Ｒｐは、それぞれ（６）、（７）式で示される。
【００２９】
【数６】
2005351828.tif 000008
【００３０】
【数７】
2005351828.tif 000009
【００３１】
これらの数式を上記した配管材とその配管内の流体とに適用することで、配管と流体との境界における反射率、透過率を求めることができる。
図５は、配管材にステンレスを用い、配管内の流体として水を用いた場合の計算例を示す図である。
【００３２】
ステンレスは音速が３２５０ｍ／ｓ、密度が７．９１×１０3ｋｇ／ｍ3で与えられ、また、水は音速が１４９０ｍ／ｓ、密度が１．００×１０3ｋｇ／ｍ3で与えられる。
図５に示すように、配管からの超音波の入射角を４７ｄｅｇとすると、（６）、（７）式を用いて、透過率が約６％、反射率が約９４％と求まり、超音波の殆どが水中に入射せずに配管内に反射することが分かる。
【００３３】
配管の内壁で反射した超音波に対しても同様に、透過率、反射率を計算できる。配管の外壁においては、ステンレスと空気とが接していて、空気の音速が３４４ｍ／ｓ、密度が１．２９３×１０3ｋｇ／ｍ3で与えられることを考慮し、（６）、（７）式を用いて、透過率が約０．００１％、反射率が約９９．９９９％と求まる。この場合、超音波の殆どが空気中に入射せず、配管内に反射する。
【００３４】
再度、配管（ステンレス）と流体との境界に達した超音波に対して、同様の計算を行なうと、この側線に沿って水中へ入射する音圧は５．４％と計算される。ただし、この計算値は、最初に配管に入射した超音波の音圧を１００％とした場合の相対値である。
【００３５】
なお、配管材の厚み、配管の内径を具体的に指定することによって、超音波の伝播時間等を算出することが可能となるが、ここでは、配管の厚みを６ｍｍ、配管の内径を１０２ｍｍとした。
【００３６】
入射角（この場合、４７ｄｅｇ）から超音波がとる経路である側線の長さが分かり、それを各媒質（ステンレス、または、水）中での音速で割ることによって所要時間が求まる。
【００３７】
図３に示す側線２０４ｂと側線２０２ｂとの配管内壁からの側線に沿った対応する位置では、側線２０４ｂで発生した超音波エコーの方が側線２０３、２０４ａを往復する時間だけ遅れて、超音波振動子に受信される。
【００３８】
よって、側線２０４ｂに沿った任意の位置で発生する超音波エコーが時間的に連続して超音波振動子に受信される区間は、側線２０３、２０４ａを往復する時間だけ遅れて、側線２０２ｂに沿った任意の位置で発生する超音波エコーが時間的に連続して超音波振動子に受信される区間に重ねられる。
【００３９】
図６は、超音波振動子に超音波エコーが重なって受信される様子を説明する図である。
図６において、上記した配管の厚み、配管の内径、入射角から、側線２０３、２０４ａを往復する距離が、１２．２ｍｍ×４＝４８．８ｍｍと求められ、ステンレス製の配管中の横波の速度が上記３２５０ｍ／ｓである関係から、その往復による遅延時間が１５μｓｅｃと求められる。また、２０２ｂ、２０４ｂ、等の水中を横切る側線を音波が往復するのに要する時間は、水中での音速が上記１４９０ｍ／ｓである関係から、１３７μｓｅｃと求められる。よって、図に示す区間Ｘにおいて、側線２０２ｂ、２０４ｂからの超音波エコー信号が重ねられて超音波振動子に受信される。
【００４０】
図７は、エコー信号が重ねあわされることでノイズが生じることを説明する図である。
図７において、符号Ｉは、側線２０２ｂから得られた超音波エコーに基づいて求められた流
速分布、符号IIは、側線２０４ｂから得られた超音波エコーに基づいて求められた流速分布
、符号IIIは、側線２０２ｂからの超音波エコーに基づくものと、側線２０４ｂからの超音
波エコーに基づくものとを重ねて得られる流速分布、をそれぞれ示している。この図から、測定結果として得られる符号IIIの流速分布が、所望とする流速分布に対応する符号Ｉの流速
分布からずれていることが分かる。
【００４１】
図８は、従来のドップラー式クランプオン型超音波流量計に設けられる楔を、それがクランプオンされる配管の一部と共に示した断面図である。また、この図は、従来技術における第２の問題点を説明する図である。
【００４２】
図８において、超音波振動子３１が装着された楔３２が配管３３の外壁の一部にクランプオンされる。
図８は、超音波振動子３１の直径に対して配管３３の厚みが薄い（それらの比が所定値未満である）場合に相当する。この場合、図に示すように、超音波ビームの直径内で多重反射が発生する。すなわち、例えば位置Ｐ11で、配管外壁から入射した超音波ビームが位置Ｐ12で、配管内壁での反射後に配管外壁に最初に達した場合、この位置Ｐ12において、配管外壁から入射する超音波ビームと重なることで多重反射が生じる。
【００４３】
そして、この多重反射に対応して、配管３３内の流速を測定（算出）する際に用いられる側線も多重に発生する。これらの発生した側線を介して受信される超音波エコー信号が、所望とする超音波エコー信号に重なることで、流速分布算出、または、流量算出において、誤差を生じさせるという問題がある。
【００４４】
本発明の課題は、音響ノイズを低減させることが可能なドップラー式超音波流量計に用いられる楔ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４５】
本発明の第１態様のドップラー式超音波流量計に用いられる楔ユニットは、流体が内部を通過する配管の外壁に設置されると共に、超音波を前記流体に入射させ、その反射波を受信して、流量の算出を行うユニットに超音波エコー信号を供給する、ドップラー式超音波流量計に用いられる楔ユニットにおいて、一面を前記配管の外周面の一部に設置されると共に、他面には電気信号によって前記超音波を発生させ、かつ、前記反射波を受信する超音波振動子が装着された楔と、前記楔と前記配管の間とに設けられるスペーサと、を備えることを特徴とするドップラー式超音波流量計の楔ユニットである。
【００４６】
ここで、楔と配管外壁との間に設けられたスペーサにより、超音波振動子の直径内部において、超音波同士が重なることで、側線が多重化する度合いを軽減することが可能となり、これらの発生した側線を介して受信される超音波エコー信号が、所望とする超音波エコー信号に重なることで、生じる誤差を軽減することができる。
【００４７】
上記第１態様において、前記超音波振動子が設置された楔の他面の傾斜角度に応じて定まる、該超音波振動子からの超音波が前記スペーサの前記楔との接触面に作る射影の大きさが、その超音波がその接触面から入射した位置と、配管内壁での反射後にその接触面に最初に達する位置との差分を超えないように、前記スペーサの厚みを設定してもよい。
【００４８】
このようにすれば、超音波振動子の直径内部において、超音波同士が重なることで、側線が多重化することを防ぐことができ、これらの発生した側線を介して受信される超音波エコー信号が、所望とする超音波エコー信号に重なることで、生じる誤差をなくすことができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、楔と配管外壁との間に設けられたスペーサにより、超音波振動子の直径内部において、超音波同士が重なることで、側線が多重化する度合いを軽減する、または、なくすことが可能となり、これらの発生した側線を介して受信される超音波エコー信号が、所望とする超音波エコー信号に重なることで、生じる誤差を軽減する、または、なくすことができる。よって、音響ノイズを低減させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の超音波流量計に用いられる楔ユニットの断面図である。この楔ユニットは、超音波振動子１が装着された楔２と、超音波減衰材８とからなる。
【００５１】
図１において、楔２と、流体４が内部を通過する配管３との間には、スペーサ９が設けられ、このスペーサ９を介して楔２は配管３の外周面の一部に設置される。また、このスペーサ９は、超音波の進行方向に延長され、そのスペーサ９の延長部分には、超音波エコー信号へのノイズとなる超音波成分を減衰させるための超音波減衰材８が設置される。
【００５２】
一方、楔２の他面には、超音波振動子１が装着される。この超音波振動子１は、駆動回路（不図示）からの電気信号によって超音波を発生させ、その超音波を流体４に入射させ、その反射波を受信する。その受信された反射波は、その後、流量の算出を行うユニット（不図示）に超音波エコー信号として供給される。
【００５３】
楔２は、好ましくは、アクリル、ポリ塩化ビニルなどの樹脂材料で構成される。また、超音波振動子１は、好ましくは、ＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）などの圧電材料で構成される。超音波振動子１は、エポキシ系の接着剤などで楔２に固定される。なお、図に示すように、この超音波振動子１が装着された（固定された）楔２の面は、配管３の長手方向の垂直方向に対して、角度θｗだけ傾斜している。
【００５４】
ここで、楔２と配管外壁との間に設けられたスペーサ９により、超音波振動子１の直径内部において、超音波同士が重なることで、側線が多重化する度合いを軽減することが可能となり、これらの発生した側線を介して受信される超音波エコー信号が、所望とする超音波エコー信号に重なることで、生じる誤差を軽減することができる。
【００５５】
本実施形態においては、さらに、超音波振動子１が設置された楔２の他面の傾斜角度に応じて定まる、超音波振動子１からの超音波がスペーサ９の楔２との接触面に作る射影の大きさが、その超音波がその接触面から入射した位置と、配管内壁での反射後にその接触面に最初に達する位置との差分を超えないように、スペーサ９の厚みを設定している。
【００５６】
これにより、超音波振動子１の直径内部において、超音波同士が重なることで、側線が多重化することを防ぐことができ、これらの発生した側線を介して受信される超音波エコー信号が、所望とする超音波エコー信号に重なることで、生じる誤差をなくすことができる。
【００５７】
なお、図１においては、超音波減衰材８を配管外壁にさらに設置しているが、これにより、配管内壁と配管外壁との間の多重反射の影響を軽減することが可能となる。
そして、この超音波減衰材８を、超音波振動子１からの超音波が、スペーサ９の楔２との接触面に作る上記射影、すなわち、スペーサ９の接触面に最初に達する位置、を回避するように配管３の外周面に設置すれば、超音波が、配管外壁に入射する前に超音波減衰材８に入射して反射することを防ぐことができる。
【００５８】
また、さらに、超音波減衰材８を、配管内壁での反射後にスペーサ９の接触面（楔２とは必ずしも接触していない延長部分を含む）に最初に達する位置を含むように、超音波減衰材８をスペーサ９上に設置した場合には、側線を介して受信される２回目以降の反射波をもたらす原因となる初回の反射波について効果的に、その強度を減衰させることが可能となり、ノイズがより一層軽減される。
【００５９】
なお、超音波減衰材８は、配管内での超音波の進行方向を考慮し、その配管内での超音波の多重反射を１回以上受け止めることができる大きさであることが望ましい。また、この超音波減衰材８は、配管３よりも小さい音響インピーダンスを有する材料、例えば、タングステンゴムで構成されることが好ましい。なお、超音波減衰材８は、例えば、楔２に接着剤などで固定されてもよいし、また、例えば、金属ベルト等の固定手段により配管に直接固定されてもよい。
【００６０】
図２は、スペーサの厚みを設定する様子を説明する図である。
図２において、超音波振動子１が設置された楔２の他面の傾斜角度に応じて定まる、超音波振動子１からの超音波がスペーサ９の楔２との接触面に作る射影の大きさ（点Ｐ1とＰ2の距離、すなわち、Ｌ’）が、その超音波がその接触面から入射した位置（点Ｐ1）と、配管内壁での反射後にその接触面に最初に達する位置（点Ｐ3）との差分Ｌを超えないように、スペーサ９の厚みが設定される。すなわち、下記（Ａ１）式が成り立つように、スペーサ９の厚みが設定される。
【００６１】
Ｌ’≦Ｌ  ・・・  （Ａ１）
一方、楔の超音波振動子が設置される面の傾斜角度をθｗとすると、下記（Ａ２）式が成り立つ。
【００６２】
Ｄ＝Ｌ’ｃｏｓθｗ  ・・・  （Ａ２）
なお、以下では、導出される条件式等を簡略化するために、スペーサは、配管材と同等の、または、略同等の音響インピーダンスを有する材料を用いて構成されるものとするが、このような限定がない場合にも、同様の手順に従って対応する条件式を導けることは言うまでもない。
【００６３】
また、配管の厚みをｔｐ、スペーサの厚みをｔｓ、配管内の超音波の伝播方向をθｐとすると、下記（Ａ３）式が成り立つ。
Ｌ＝２（ｔｐ＋ｔｓ）・ｔａｎθｐ  ・・・  （Ａ３）
（Ａ２）、（Ａ３）式を（Ａ１）式に代入することによって、ＬおよびＬ’を消去すると、下記（Ａ４）式が得られる。
【００６４】
（Ｄ／ｃｏｓθｗ）≦２（ｔｐ＋ｔｓ）・ｔａｎθｐ  ・・・  （Ａ４）
０≦θｐ、θｗ≦π／２であるので、（Ａ４）式を整理して（Ａ５）式が得られる。
Ｄ／（２・ｔａｎθｐ・ｃｏｓθｗ）−ｔｐ≦ｔｓ  ・・・  （Ａ５）
射影の大きさＬ’が差分Ｌと一致するような、スペーサの厚みｔｓの設定値は、この場合におけるノイズを効果的にカットすることが可能なスペーサの厚みの最小値の目安を与えることとなる。この場合、下記（Ａ６）式が成り立つ。
【００６５】
Ｄ／（２・ｔａｎθｐ・ｃｏｓθｗ）−ｔｐ＝ｔｓ  ・・・  （Ａ６）
なお、以上の説明では、図１において、超音波の進行方向に超音波減衰材８を設置していたが、この超音波減衰材８の代わりに、配管材と同一または略同一の音響インピーダンスを有する超音波透過材を設置してもよい。この場合、この超音波透過材の外気と接触する境界面には、その境界に達した超音波を散乱させるための凹凸が設けられていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態の超音波流量計に用いられる楔ユニットの断面図である。
【図２】スペーサの厚みを設定する様子を説明する図である。
【図３】従来のドップラー式クランプオン型超音波流量計に設けられる楔を、それがクランプオンされる配管の一部と共に示した断面図であると共に、従来技術における第１の問題点を説明する図である。
【図４】媒質１から媒質２に向かう音波が、媒質１と媒質２との境界において、反射または透過する様子を説明する図である。
【図５】配管材にステンレスを用い、配管内の流体として水を用いた場合の計算例を示す図である。
【図６】超音波振動子に超音波エコーが重なって受信される様子を説明する図である。
【図７】エコー信号が重ねあわされることでノイズが生じることを説明する図である。
【図８】従来のドップラー式クランプオン型超音波流量計に設けられる楔を、それがクランプオンされる配管の一部と共に示した断面図であると共に、従来技術における第２の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１，２１，３１  超音波振動子
２，２２，３２  楔
３，２３，３３  配管
４，２４  流体
８  超音波減衰材
９  スペーサ
【図３】
2005351828.tif 000010
【図４】
2005351828.tif 000011
【図５】
2005351828.tif 000012
【図６】
2005351828.tif 000013
【図７】
2005351828.tif 000014
【図８】
2005351828.tif 000015
【図１】
2005351828.tif 000016
【図２】
2005351828.tif 000017