(57)【要約】    【課題】  流路内の被測定流体の流れを境界層のみの構成とし、逆速度分布を無くすことで、高精度に被測定流体の流量を測定することができる超音波流量計を提供する。    【解決手段】  被測定流体の流路９を規定する内壁４０、４１を有する流速測定部１００と、流速測定部に設けられ、超音波の送信及び／又は受信を行う少なくとも１つの超音波振動子１ａ、１ｂを備えた超音波流量計１０であって、流速測定部の流路高さが、被測定流体の境界層２厚さ以下の構成を有する、超音波流量計１０である。【選択図】  図１
2005031034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体の流路（９１，９１Ａ）の高さが上記被測定流体の境界層厚さ以下に規定する流速測定部（１００，４２）と、
上記流速測定部に設けられ、超音波の送信及び／又は受信を行うことにより、上記流路を流れる上記被測定流体の流速を計測して流量を測定する少なくとも１つの超音波振動子（１ａ，１ｂ）とを備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
上記流速測定部は、上記被測定流体の上記流路（９１）の高さが上記被測定流体の上記境界層厚さ以下に規定する少なくとも１つの内壁（４２）を有する請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
上記流速測定部において、被測定流体の境界層厚さ以下の流路高さと流路幅の比を５以上の構成とする、請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
上記流速測定部の流路高さが、被測定流体の境界層厚さ以下の複数流路で上記被測定流体の流路が構成されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の超音波流量計。
【請求項５】
上記流速測定部に設けられ、超音波の送信及び／又は受信の方向が、上記流路の高さ方向と直交するように上記超音波振動子を配置する構成とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の超音波流量計。
【請求項６】
上記流速測定部に設けられ、超音波の送信及び／又は受信の方向が、上記流路の幅方向と直交するよう上記超音波振動子を配置する構成とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の超音波流量計。
【請求項７】
上記超音波振動子の数は複数であり、
上記複数超音波振動子のうち、第１の超音波振動子は、上記複数超音波振動子のうち、第２の超音波振動子に対して超音波を出射するように配置され、
上記第２の超音波振動子は、上記第１の超音波振動子に対して超音波を出射するように配置されている、請求項１〜６のいずれか１つ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（例えば、水などの液体、又は、都市ガスなどの気体）の流量を計測する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、所定の伝搬路を超音波が伝達する時間を計測することにより、流体の移動速度を測定し、その測定値から流量を計測する超音波流量計がガスメータや化学反応の制御等に利用されつつある。
【０００３】
以下、図５を参照しながら、従来の超音波流量計の測定原理を説明する（特許文献１参照）。図５（ａ）は、超音波送受波器１０１ａ及び１０１ｂを含む面における平面断面図である。図５（ｂ）は、流路９の中心位置での側面断面図である。図示されている超音波流量計では、管内の流体が速度にて図５（ａ），（ｂ）中の矢印１０５で示す方向に、入口管壁から境界層１０２を発達させながら流路１０９内を流れる。超音波流量計の管壁１４０には、一対の超音波送受波器１０１ａ及び１０１ｂが相対して設置されている。超音波送受波器１０１ａ及び１０１ｂの各々は、電気エネルギを機械エネルギに変換するとともに、機械エネルギを電気エネルギに変化する変換素子（トランスデューサ）を備えている。この変換素子は、例えば、圧電セラミック等の圧電振動子で構成され、圧電ブザーや圧電発振子と同様に共振特性を示す。
【０００４】
まず、超音波送受波器１０１ａを超音波の送波器として用い、超音波送受波器１０１ｂを超音波の受波器として用いる場合について、超音波流量計の動作を説明する。
【０００５】
超音波送受波器１０１ａの共振周波数近傍における周波数を持つ交流電圧を超音波送受波器１０１ａの圧電振動子に印加すると、超音波送受波器１０１ａは管内の流体中に超音波を放射する。この超音波は、伝搬経路１６１に沿って伝搬して超音波送受波器１０１ｂに到達する。超音波送受波器１０１ｂの圧電振動子は、この超音波を受けて電圧信号を出力する。
【０００６】
この後、超音波送受波器１０１ｂを超音波の送波器として動作させる。具体的には、超音波送受波器１０１ｂの共振周波数近傍における周波数を持つ交流電圧を超音波送受波器１０１ｂの圧電振動子に印加することにより、超音波送受波器１０１ｂは管内の流体中に超音波を放射する。超音波は伝搬経路１６２に沿って伝搬して超音波送受波器１０１ａに到達する。超音波送受波器１０１ａの圧電振動子は、この超音波を受けて電圧信号を出力する。
【０００７】
このように、超音波送受波器１０１ａ及び１０１ｂは、それぞれ、１つの超音波振動子でありながら、受波器としての機能と送波器としての機能を果たすことができる。この超音波流量計では、連続的に交流電圧を印加すると超音波送受波器から連続的に超音波が放射されて伝搬時間を測定することが困難になるので、通常はパルス信号を搬送波とするバースト電圧信号を駆動電圧として用いる。
【０００８】
駆動用のバースト電圧信号を超音波送受波器１０１ａに印加して超音波送受波器１０１ａから超音波バースト信号を放射すると、この超音波バースト信号は距離がＬの伝搬経路１６１を伝搬してｔ時間後に超音波送受波器１０１ｂに到達する。
【０００９】
超音波送受波器１０１ｂでは伝達して来た超音波バースト信号のみを、高いＳ／Ｎ比で電気バースト信号に変換することができる。この電気バースト信号をトリガとして、再び超音波送受波器１０１ａに駆動用バースト電圧信号を印加して超音波バースト信号を放射する。
【００１０】
このような装置を「シング・アラウンド装置」と呼ぶ。また、超音波パルスが超音波送受波器１０１ａから超音波送受波器１０１ｂに到達するまでに要する時間を「シング・アラウンド周期」といい、その逆数を「シング・アラウンド周波数」という。
【００１１】
図５（ａ）の超音波流量計において、管の中を流れる流体の流速をＶ、流体中の超音波の速度をＣ、流体の流れる方向と超音波パルスの伝搬方向の角度をθとする。更に、超音波送受波器１０１ａを送波器、超音波送受波器１０１ｂを受波器として用いたとき、超音波送受波器１０１ａから出た超音波パルスが超音波送受波器１０１ｂに到達する時間（シング・アラウンド周期）をｔ１、シング・アラウンド周波数ｆ１とする。このとき、次式（１）が成立する。
（数１）
ｆ１＝１／ｔ１＝（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）／Ｌ              ・・・（１）
逆に、超音波送受波器１０１ｂを送波器として、超音波送受波器１０１ａを受波器として用いたときのシング・アラウンド周期をｔ２、シング・アラウンド周波数ｆ２とすれば、次式（２）の関係が成立する。
（数２）
ｆ２＝１／ｔ２＝（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）／Ｌ              ・・・（２）
上記式（１）及び（２）に基づいて、両シング・アラウンド周波数の周波数差Δｆは、次式（３）で示される。
（数３）
Δｆ＝ｆ１−ｆ２＝２Ｖｃｏｓθ／Ｌ                  ・・・（３）
式（３）からわかるように、超音波の伝搬経路の距離Ｌ及び周波数差Δｆから、流体の流速Ｖを求めることができる。そして、流路断面積Ｓが決まっているため、流速Ｖから流量Ｑを決定することができる。
（数４）
Ｑ＝Ｓ・Ｖ                                          ・・・（４）
【特許文献１】特開平９−２１６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
流体が内壁で規定される流路を流れる場合、流路内部の流体には主流と境界層が形成される。主流は、主に流体の慣性項が支配的で、境界層は流体の粘性項が支配的となる。この場合、流体の流れ方向が反転した場合、境界層内の流体が先に速度方向を反転させ、ついで慣性項が支配的な主流が速度方向を反転させる。この現象により、流れ方向が反転している途中のある時間、流路内の被測定流体の速度方向は主流と境界層内では反対方向を向くこととなる。通常の超音波流量計は、流速を瞬時測定し、流路断面積から流量を換算する。そのため、流路内に逆方向の流速分布が存在すると、流速測定が不確実となる問題点があった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、流路内の被測定流体の流れを境界層のみの構成とし、逆速度分布を無くすことで、高精度に被測定流体の流量を測定することができる超音波流量計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１５】
本発明によれば、被測定流体の流路の高さが上記被測定流体の境界層厚さ以下に規定する流速測定部と、
上記流速測定部に設けられ、超音波の送信及び／又は受信を行うことにより、上記流路を流れる上記被測定流体の流速を計測して流量を測定する少なくとも１つの超音波振動子とを備えることを特徴とする超音波流量計を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、流路内の被測定流体の流れを境界層のみの構成とし、逆速度分布をなくすことで、高精度に被測定流体の流量を測定することができ、計測された流速を基に、高精度に流体の流量を測定することができるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に，本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、まず、本発明の種々の態様について説明する。
【００１８】
本発明の第１態様によれば、被測定流体の流路の高さが上記被測定流体の境界層厚さ以下に規定する流速測定部と、
上記流速測定部に設けられ、超音波の送信及び／又は受信を行うことにより、上記流路を流れる上記被測定流体の流速を計測して流量を測定する少なくとも１つの超音波振動子とを備えることを特徴とする超音波流量計を提供する。
【００１９】
本発明の第１態様により、被測定流体の流れ方向が変化した場合でも被測定流体の流速を精度良く測定できる。
【００２０】
本発明の第２態様によれば、上記流速測定部は、上記被測定流体の上記流路の高さが上記被測定流体の上記境界層厚さ以下に規定する少なくとも１つの内壁を有する第１の態様に記載の超音波流量計を提供する。
【００２１】
本発明の第２態様により、流路断面の一部に境界層厚さ以下の流路高さを構成することにより、流速測定部を簡素化できる。
【００２２】
本発明の第３態様によれば、上記流速測定部において、被測定流体の境界層厚さ以下の流路高さと流路幅の比を５以上の構成とする、第１又は２の態様に記載の超音波流量計を提供する。
【００２３】
本発明の第３態様により、近似的に二次元流れを実現でき側壁の影響を小さくし、被測定流体の流れ方向が変化した場合でも被測定流体の流速を精度良く測定できる。
【００２４】
本発明の第４態様によれば、上記流速測定部の流路高さが、被測定流体の境界層厚さ以下の複数流路で上記被測定流体の流路が構成されている、第１〜３のいずれか１つの態様に記載の超音波流量計を提供する。
【００２５】
本発明の第４態様により、流路断面積を拡大することで流路抵抗を低減でき、被測定流体の大流量化が可能となる。
【００２６】
本発明の第５態様によれば、上記流速測定部に設けられ、超音波の送信及び／又は受信の方向が、上記流路の高さ方向と直交するように上記超音波振動子を配置する構成とする、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の超音波流量計を提供する。
【００２７】
本発明の第５態様により、薄い流路内を超音波が伝搬するため、超音波の直接波と反射波の位相差が小さくなり感度低下を低く押さえることがでる。そのため、高Ｓ／Ｎ比が実現でき、高精度な流速測定が可能となる。
【００２８】
本発明の第６態様によれば、上記流速測定部に設けられ、超音波の送信及び／又は受信の方向が、上記流路の幅方向と直交するよう上記超音波振動子を配置する構成とする、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の超音波流量計を提供する。
【００２９】
本発明の第６態様により、流路幅方向の壁による境界層の影響を排除することが可能となり、流路高さ方向で規定された安定な境界層のみの計測となるため、安定で高精度な流速測定が可能となる。
【００３０】
本発明の第７態様によれば、上記超音波振動子の数は複数であり、
上記複数超音波振動子のうち、第１の超音波振動子は、上記複数超音波振動子のうち、第２の超音波振動子に対して超音波を出射するように配置され、
上記第２の超音波振動子は、上記第１の超音波振動子に対して超音波を出射するように配置されている、第１〜６のいずれか１つの態様に記載の超音波流量計を提供する。
【００３１】
本発明の第７態様により、超音波振動子を複数個用いることにより、計測精度を向上させることができる。
【００３２】
以下に，本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の超音波流量計であって流速測定部の流路高さが、被測定流体の境界層厚さ以下の構成である超音波流量計について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
まず、図１を参照しながら、本発明の第１実施形態にかかる超音波流量計を説明する。図１（ａ）は、第１実施形態にかかる超音波流量計の平面断面図である。図１（ｂ）は、第１実施形態にかかる超音波流量計の側面断面図である。
【００３５】
図示されている超音波流量計１０は、被測定流体の断面矩形の流路９を規定する、両側で対向する一対の流路内壁側壁４０，４０及び上下で対向する流路内面上壁４１ａと流路内面下壁４１ｂとを有する。流路９の内部には、流速測定部１００よりも被測定流体の流れ方向５に長い内壁（仕切り壁）４２が少なくとも一枚あり、境界層厚さよりも薄い流路９１を多層に形成している。図１（ｂ）では、３枚の内壁４２が、大略等間隔に流路９内に配置して大略同じ高さの流路９１が形成されている。一例として、流路９の幅が１０数ｍｍのとき、境界層厚さよりも薄い２〜３ｍｍ程度の間隔で配置されている。
【００３６】
流速測定部１００の流路内壁側壁４０，４０内には、超音波の送信及び受信を行う一対の超音波送受波器（超音波振動子）１ａ及び１ｂが配置されている。超音波の送信及び／又は受信の方向は、図１（ａ）に示されるように流路９の幅方向から所定角度θだけ傾斜した方向でかつ高さ方向と直交する方向である。被測定流体は、超音波流量計１０の入口１０ａから超音波流量計１０内に導入され、流速測定部１００を通過し、出口１０ｂより超音波流量計１０の外部に出る。被測定流体は、流速測定部１００を通過する際に、超音波により被測定流体の流速が計測され、計測された流速を基に、高精度に流体の流量を測定することができる。
【００３７】
次に、図２を参照しながら、流路９の流路高さが境界層よりも厚い場合の被測定流体の流れ現象を説明する。現象を単純に説明するため、仕切壁４２が無い場合で説明する。図２（ａ）では、被測定流体は流速で矢印の方向５１に矢印の大きさの流速で流れており、流路９内に、流れの中央部分が矢印の方向５１に凸の山形の流速分布５２１を形成するとともに、各幅方向内壁面４０ｄ及び各高さ方向内壁面４１ｄの近傍に境界層２を形成している。この状態から、図２（ｂ）のように、被測定流体の流れ方向が右方向５１から左方向５２に反転した場合、境界層２内の流速がまず反転するが、流れの中央部分の流速は反転していない、不安定な流れ状態である、流速分布５２２のようになる。このような流れ状態が不安定なときには、超音波による流速測定は不安定になる。そして、流れの中央部分の流速も左方向に反転して、流れ全体の流速方向が完全に反転して左方向５３になった定常状態になると、図２（ｃ）に示されるような流速分布５２３になる。この現象は、流体の流れ方向が逆転した場合に起こる現象であるが、流路９内に圧力変動（例えば脈動）が伝搬してきた場合にも同様な現象が生じる。
【００３８】
そこで、上記のような現象が起こりにくくするためには、図３のように流路９高さを、境界層２の厚さ以下にすればよい。被測定流体の流速方向が、右方向５１→左方向５２→右方向５３と変化すると、流速分布は、図３（ａ）の右向き凸の山形の流速分布５３１→図３（ｂ）の左向き凸の小さな山形の流速分布５３２→図３（ｃ）の左向き凸の山形の流速分布５３３と変化するが、流速分布５３２内で速度方向の反転している部分はない。このように流れ状態が安定している場合、一対の超音波送受波器１ａ及び１ｂを使用した超音波による流速測定は高精度に行われる。
【００３９】
境界層２の厚さは一般的に以下の式（５）で示される。
【００４０】
（数５）
2005031034.tif 000003
ここで、δは被測定流体の境界層２の厚さ、νは被測定流体の動粘性係数、ｘは被測定流体の平板（壁面）に沿った長さ、Ｕ∞は被測定流体の一様流速である。このように、境界層２の厚さは被測定流体の物性、流速及び流路長さによって変化するため、最適な流路設計が必要となる。境界層２は、高さ方向内壁面４１ｄ及び幅方向内壁面４０ｄから発達してくる。安定な境界層２を形成するためには、流路９に高さと幅との比率をある程度確保しなければならない。高さと幅との比率を５以上に採ると、流路高さ方向内壁面４１ｄ，４１ｄの境界層２が支配的となり、幅方向内壁面４０ｄ，４０ｄからの影響が小さくなり、２次元的な安定境界層２が形成される。高さと幅との比率が５未満であると、幅方向内壁面４０ｄ，４０ｄの影響が出てしまい２次元的な安定境界層２が形成困難となるため好ましくない。一例としての境界層２の厚さは２ｍｍ程度である。
【００４１】
上記のように、薄くて扁平な流路９を構成すると、被測定流体を大流量で流す場合、流体抵抗が大きくなり圧力損失が増大してしまう。そこで、図１では、３枚の内壁４２，…，４２で流路９が複数に仕切られた多層流路９１，…，９１を用い、圧力損失を低減し、大流量化を可能としている。被測定流体の流量は、多層流路９１，…，９１の開口比でほぼ分配される。超音波での流速測定は、その多層流路９１，…，９１の全体を測っても良いが、必ずしも多層流路９１，…，９１全体を測らなくても、その一部の流路９１を測ればよい。図１（ｂ）では、上下の２つの多層流路９１，９１を除く、真中側の２つの多層流路９１，９１を測定する例になっている。すなわち、超音波送受波器（超音波振動子）１ａ及び１ｂの伝搬経路６１，６２が真中側の２つの多層流路９１，９１を通過して、２つの多層流路９１，９１を流れる被測定流体の流速を測定できるように構成している。
【００４２】
すなわち、超音波送受波器１ａの共振周波数近傍における周波数を持つ交流電圧を超音波送受波器１ａの圧電振動子に印加すると、超音波送受波器１ａは管内の流体中に超音波を放射する。この超音波は、伝搬経路６１に沿って伝搬して超音波送受波器１ｂに到達する。超音波送受波器１ｂの圧電振動子は、この超音波を受けて電圧信号を出力する。この後、超音波送受波器１ｂを超音波の送波器として動作させる。具体的には、超音波送受波器１ｂの共振周波数近傍における周波数を持つ交流電圧を超音波送受波器１ｂの圧電振動子に印加することにより、超音波送受波器１ｂは管内の流体中に超音波を放射する。超音波は伝搬経路６２に沿って伝搬して超音波送受波器１ａに到達する。超音波送受波器１ａの圧電振動子は、この超音波を受けて電圧信号を出力する。
【００４３】
このようにして出力されたそれぞれの電圧信号に基づいて周波数差Δｆを求め、超音波の伝搬経路の距離Ｌを考慮して、上記式（３）により、流体の流速Ｖを求めることができる。流路９の流路断面積Ｓが決まっているため、求められた流速Ｖから流量Ｑを上記式（４）により求めることができる。
【００４４】
各多層流路９１を形成している各内壁４２は、超音波測定領域よりも境界層２が発達する距離分だけ長く設ける必要がある。一例として、境界層２の厚さが２ｍｍ程度であるとき、内壁４２の長さは、超音波測定領域の上流側と下流側に、それぞれ、長手方向に少なくとも５ｍｍ以上ずつ長く設けることにより、流速が安定し、正確な流速の測定が行える。また、超音波送受波器（超音波振動子）１ａ及び１ｂのキャビティ（言い換えれば、超音波送受波器（超音波振動子）１ａ及び１ｂが壁内に収納配置される収納凹部）と流路９１との境界は、貫通していても良いが、メッシュ等の超音波透過材や超音波が透過できる条件で構成された板材等を用いてキャビティを仕切ったほうが、被測定流体の流れの状態が安定する。
【００４５】
上記第１実施形態によれば、上記したように、少なくとも一枚の内壁４２を、高さ方向内壁面４１ｄと大略平行にかつ幅方向内壁面４０ｄとは大略直交するように流路９内に配置して被測定流体の境界層２の厚さ以下の流路９１を形成することにより、流路９１内の被測定流体の流れを境界層２のみの構成とし、逆速度分布を無くすことで、流速を正確に計測することができ、計測された流速を基に、高精度にかつ安定して被測定流体の流量を測定することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態の超音波流量計であって流速測定部１００の流路高さが、被測定流体の境界層厚さ以下の構成である超音波流量計について図面を参照しながら説明する。第２実施形態の超音波流量計が第１実施形態と異なる点は、超音波送受波器１ａ，１ｂの配置が９０度異なっていることである。以下、第１実施形態と異なる点を中心に詳しく説明し、同様な点は説明を省略する。
【００４７】
まず、図４を参照しながら、本発明の第２実施形態にかかる超音波流量計を説明する。図４（ａ）は、第２実施形態にかかる超音波流量計の平面断面図である。図４（ｂ）は、第２実施形態にかかる超音波流量計の側面断面図である。
【００４８】
図示されている超音波流量計１０は、被測定流体の断面矩形の流路９を規定する、両側で対向する一対の流路内壁側壁４０，４０及び上下で対向する流路内面上下壁４１ａと流路内面下壁４１ｂとを有する。流路９の内部には、流速測定部１００よりも被測定流体の流れ方向５に長い内壁４２が少なくとも一枚あり、境界層厚さよりも薄い流路９１を多層に形成している。図４（ｂ）では、３枚の内壁４２が、大略等間隔に流路９内に配置して大略同じ高さの流路９１が形成されている。一例として、流路９の幅が１０数ｍｍのとき、境界層厚さよりも薄い２〜３ｍｍ程度の間隔で配置されている。
【００４９】
流速測定部１００の流路内壁側壁４０，４０内には、超音波の送信及び受信を行う一対の超音波送受波器（超音波振動子）１ａ及び１ｂが配置されている。超音波の送信及び／又は受信の方向は、図４（ｂ）に示されるように流路９の高さ方向から所定角度θだけ傾斜した方向でかつ幅方向と直交する方向である。被測定流体は、超音波流量計１０の入口１０ａから超音波流量計１０内に導入され、流速測定部１００を通過し、出口１０ｂより超音波流量計１０の外部に出る。被測定流体は、流速測定部１００を通過する際に、超音波により被測定流体の流速が計測され、計測された流速を基に、高精度に流体の流量を測定することができる。
【００５０】
超音波の送信及び／又は受信の方向を図４（ｂ）に示されるように流路９の高さ方向から所定角度θだけ傾斜した方向にし、幅方向内壁面４０ｄ，４０ｄから発達してくる境界層２の影響を受けない位置、言い換えれば、上下で対向する流路内面上壁４１ａ内と流路内面下壁４１ｂ内で幅方向内壁内４０ｄから、境界層厚さの２倍程度離れた位置に超音波送受波器（超音波振動子）１ａ及び１ｂを配置することにより、高さ方向がより安定した境界層２の流速が測定可能となる。
【００５１】
各多層流路９１を形成している各内壁４２は、超音波測定領域よりも境界層２が発達する距離分だけ長く設ける必要がある。一例として、境界層２の厚さが２ｍｍ程度であるとき、内壁４２の長さは、超音波測定領域の上流側と下流側に、それぞれ、長手方向に少なくとも５ｍｍ以上ずつ長く設けることにより、流速が安定し、正確な流速の測定が行える。また、超音波送受波器（超音波振動子）１ａ及び１ｂのキャビティ（言い換えれば、超音波送受波器（超音波振動子）１ａ及び１ｂが壁内に収納配置される収納凹部）と流路９１との境界は、被測定流体の流れ状態と境界層２の安定化のために、凹凸のない平面部材で仕切る必要がある。つまり、高さ方向内壁面４１ｄや内壁４２の超音波が通過する部分は、超音波を透過する必要が生じる。そのためには、測定する超音波周波数や被測定流体の物性値によって、部材の密度、厚み等を最適化した音響整合層を用いる必要がある。例として、超音波が通過（透過）する部分に音響整合層８０を用いた場合を図示する。音響整合層８０は、超音波が透過する部分だけに配置しても良いが、仕切壁や内壁４１ｄ全体を音響整合層８０で形成しても良い。音響整合層の音響インピーダンスは、被測定流体の音響インピーダンスと同等であれば、送波効率が高い。被測定流体が空気などの気体の場合、例えば空気の音響インピーダンスは４００ｋｇ・ｍ−２・ｓ−１程度である。音響整合層の厚みは、測定する超音波の周波数における音響整合層内波長の１／２の整数倍に設定する。たとえば、密度が比較的小さな材料であるガラスバルーンやプラスチックバルーン等を樹脂で固めた材料や無機酸化物又は有機高分子の乾燥ゲル等を用いると良い。
【００５２】
上記第２実施形態によれば、上記したように、少なくとも一枚の内壁４２を、被測定流体の境界層２の厚さ以下の流路９１を形成することにより、流路９１内の被測定流体の流れを境界層２のみの構成とし、逆速度分布を無くすことで、流速を正確に計測することができ、計測された流速を基に、高精度にかつ安定して被測定流体の流量を測定することができる。また、上記したような内壁４２の配置とすることにより、超音波の送信及び／又は受信の方向を流路９の高さ方向から所定角度θだけ傾斜した方向にし、幅方向内壁面４０ｄ，４０ｄから発達してくる境界層２の影響を受けない位置、言い換えれば、上下で対向する流路内面上壁４１ａ内と流路内面下壁４１ｂ内で幅方向内壁内４０ｄから境界層厚さの２倍程度離れた位置に超音波送受波器（超音波振動子）１ａ及び１ｂを配置することにより、高さ方向がより安定した境界層２の流速が測定可能となる。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、流路９の断面形状は矩形に限られるものではなく、円形でもよい。この場合、上記内壁４２は、流路９１の高さが上記被測定流体の境界層厚さ以下に規定するような、流路９の内周面と同心円状の円管部材とする。
【００５４】
また、流路９に、別部材の仕切り板として内壁４２を設けるものに限らず、図６に示されるように、流路９内に突出した突出部４２Ａを備えることにより、流路９自体を一部絞ることにより、被測定流体の流路９１Ａの高さが上記被測定流体の境界層厚さ以下に規定することにより、本発明の作用効果を奏するにしてもよい。
【００５５】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第１実施形態にかかる超音波流量計の断面平面図及び断面側面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ流路高さが境界層よりも高い場合の流体の流れ状態の説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ流路高さが境界層よりも低い場合の流体の流れ状態の説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第２実施形態による超音波流量計の断面平面図及び断面側面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来の超音波流量計の断面平面図及び断面側面図である。
【図６】本発明の上記実施形態の変形例にかかる概略断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ａ、１ｂ      超音波送受波器
２              境界層
５              流体速度
９              流路
４０            幅方向内壁面
４１            高さ方向内壁面
４２            内壁
５１            流速分布
８０            音響整合層
１００          流速測定部
【図１】
2005031034.tif 000004
【図２】
2005031034.tif 000005
【図３】
2005031034.tif 000006
【図４】
2005031034.tif 000007
【図５】
2005031034.tif 000008
【図６】
2005031034.tif 000009